JP2008177760A - Solid-state imaging apparatus, and imaging apparatus - Google Patents

Solid-state imaging apparatus, and imaging apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2008177760A
JP2008177760A JP2007008103A JP2007008103A JP2008177760A JP 2008177760 A JP2008177760 A JP 2008177760A JP 2007008103 A JP2007008103 A JP 2007008103A JP 2007008103 A JP2007008103 A JP 2007008103A JP 2008177760 A JP2008177760 A JP 2008177760A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
unit
pixel
output
capacitor
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.)
Pending
Application number
JP2007008103A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Yahazu
幸始 矢括
Shizutoku Matsumoto
静徳 松本
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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony 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 Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2007008103A priority Critical patent/JP2008177760A/en
Publication of JP2008177760A publication Critical patent/JP2008177760A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a reset noise in a horizontal transfer circuit equipped with a capacity feedback type amplifier circuit. <P>SOLUTION: In a solid-state imaging apparatus, a noise voltage Vnrst0 when an initialization switch 326 is turned on is maintained to a parasitic capacity 18C of a horizontal signal line 18, and amplified in the case of reset release, and output as a noise voltage Vnrst1. The noise voltage Vnrst1 is acquired by a sample hold circuit 340b before a pixel signal is transferred. In the case of transferring the pixel signal, a signal voltage V2 acquired by amplifying the pixel signal voltage V1 stored in a storage capacity 266 and the signal voltage V3 of the composite components of the signal voltage V4 of the noise voltage Vnrst1 are acquired by a sample hold circuit 340a. A signal addition part 360 calculates a difference between the signal voltage V3 of composite components acquired by the sample hold circuit 340a and the signal voltage 4 of the noise voltage Vnrst1 acquired by the sample hold circuit 340b in advance to extract only the signal voltage V2 by amplifying the pixel signal voltage V1. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、物理量分布検知の半導体装置の一例である固体撮像装置および撮像装置に関する。詳細には、たとえば光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をする複数の単位構成要素が配列されてなり、単位構成要素によって電気信号に変換された物理量分布を示す電気信号を外部に出力する仕組みに関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging device which are an example of a semiconductor device for physical quantity distribution detection. Specifically, for example, an electric signal indicating a physical quantity distribution in which a plurality of unit components that are sensitive to electromagnetic waves input from outside such as light and radiation are arranged and converted into an electric signal by the unit components Is related to the mechanism to output to the outside.

たとえば光や放射線などの外部から入力される電磁波あるいは圧力(接触など)などの物理量変化に対して感応性をする単位構成要素(たとえば画素)を行列状(マトリクス状)に複数個配列してなる物理量分布検知半導体装置が様々な分野で使われている。   For example, a plurality of unit components (for example, pixels) that are sensitive to changes in physical quantity such as electromagnetic waves input from the outside such as light and radiation or pressure (contact, etc.) are arranged in a matrix (matrix). Physical quantity distribution detection semiconductor devices are used in various fields.

一例として映像機器の分野では、物理量の一例である光(電磁波の一例)の変化を検知するCCD(Charge Coupled Device )型あるいはMOS(Metal Oxide Semiconductor ;金属酸化膜半導体)やCMOS(Complementary Metal-oxide Semiconductor; 相補金属酸化膜半導体)型の撮像素子(撮像デバイス)を用いた固体撮像装置が使われている。   For example, in the field of video equipment, a CCD (Charge Coupled Device) type, a MOS (Metal Oxide Semiconductor) or CMOS (Complementary Metal-oxide) that detects a change in light (an example of an electromagnetic wave) which is an example of a physical quantity. A solid-state imaging device using a semiconductor (complementary metal oxide semiconductor) type imaging device (imaging device) is used.

近年では、固体撮像装置の一例として、CCDイメージセンサが持つ種々の問題を克服し得るMOSやCMOS型のイメージセンサが注目を集めており、たとえば、携帯(モバイル)機器向けの低消費電力対応の固体撮像装置や電子スチルカメラあるいはデジタルビデオカメラ機器などの撮像装置に搭載されている。   In recent years, MOS and CMOS image sensors that can overcome various problems associated with CCD image sensors have been attracting attention as an example of solid-state imaging devices. For example, low power consumption compatibility for portable devices. It is mounted on an imaging device such as a solid-state imaging device, an electronic still camera, or a digital video camera device.

また、コンピュータ機器の分野では、指紋に関する情報を圧力に基づく電気的特性の変化や光学的特性の変化に基づき指紋の像を検知する指紋認証装置などが使われている。これらは、単位構成要素(固体撮像装置にあっては画素)によって電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読み出す。   In the field of computer equipment, fingerprint authentication devices that detect fingerprint images based on changes in electrical characteristics based on pressure and changes in optical characteristics are used. These read out, as an electrical signal, a physical quantity distribution converted into an electrical signal by a unit component (a pixel in a solid-state imaging device).

一方、固体撮像装置の中には、電荷生成部で生成された信号電荷に応じた画素信号を生成する画素信号生成部に静電誘導トランジスタやMOSトランジスタなどの増幅用の駆動トランジスタを有する増幅型固体撮像素子(APS;Active Pixel Sensor /ゲインセルともいわれる)構成の画素を備えた増幅型固体撮像装置がある。たとえば、CMOS型固体撮像装置の多くはそのような構成をなしている。   On the other hand, some solid-state imaging devices have an amplification driving transistor such as an electrostatic induction transistor or a MOS transistor in a pixel signal generation unit that generates a pixel signal corresponding to the signal charge generated in the charge generation unit. There is an amplifying solid-state imaging device including a pixel having a solid-state imaging device (APS: Active Pixel Sensor / gain cell) configuration. For example, many CMOS solid-state imaging devices have such a configuration.

このような増幅型固体撮像装置において画素信号を外部に読み出すには、複数の単位画素が配列されている画素部に対してアドレス制御をし、個々の単位画素からの信号を任意に選択して読み出すようにしている。つまり、増幅型固体撮像装置は、アドレス制御型の固体撮像装置の一例である。   In such an amplification type solid-state imaging device, in order to read out a pixel signal to the outside, address control is performed on a pixel unit in which a plurality of unit pixels are arranged, and signals from individual unit pixels are arbitrarily selected. I am trying to read it out. That is, the amplification type solid-state imaging device is an example of an address control type solid-state imaging device.

たとえば、単位画素がマトリクス状に配されたX−Yアドレス型固体撮像素子の一種である増幅型固体撮像素子は、画素そのものに増幅機能を持たせるために、MOS構造などの能動素子(MOSトランジスタ)を用いて画素を構成している。すなわち、光電変換素子であるフォトダイオードに蓄積された信号電荷(光電子)を前記能動素子で増幅し、画像情報として読み出す。   For example, an amplification type solid-state imaging device which is a kind of XY address type solid-state imaging device in which unit pixels are arranged in a matrix form an active element (MOS transistor) such as a MOS structure in order to give the pixel itself an amplification function. ) To form a pixel. That is, signal charges (photoelectrons) accumulated in a photodiode which is a photoelectric conversion element are amplified by the active element and read out as image information.

この種のX−Yアドレス型固体撮像素子では、たとえば、画素トランジスタが2次元行列状に多数配列されて画素部が構成され、ライン(行)ごとあるいは画素ごとに入射光に対応する信号電荷の蓄積が開始され、その蓄積された信号電荷に基づく電流または電圧の信号がアドレス指定によって各画素から所定順に読み出される。ここで、MOS(CMOSを含む)型においては、アドレス制御の一例として、1行分を同時にアクセスして行単位で画素信号を画素部から読み出し、その後に、その1行分の画素信号を順次出力側に読み出す方式が多く用いられている。   In this type of XY address type solid-state imaging device, for example, a plurality of pixel transistors are arranged in a two-dimensional matrix to form a pixel unit, and a signal charge corresponding to incident light for each line (row) or each pixel. Accumulation is started, and a current or voltage signal based on the accumulated signal charge is read from each pixel in a predetermined order by addressing. Here, in the MOS (including CMOS) type, as an example of address control, one row is accessed simultaneously and pixel signals are read out from the pixel unit in units of rows, and then the pixel signals for one row are sequentially transmitted. A method of reading to the output side is often used.

たとえば、CMOSイメージセンサは、マトリクス状に配置された画素ごとにフローティングディフュージョンアンプなどによる増幅回路を持ち合わせており、画素信号の読出しに当たっては、アドレス制御の一例として、画素アレイ部の中のある1行分の全画素を選択し、その1行分を同時にアクセスして行単位で、つまり1行分の全画素について同時並列的に、画素信号を画素アレイ部から読み出す、いわゆる列並列出力型あるいはカラム型と称される方式が多く用いられている(たとえば特許文献1参照)。   For example, a CMOS image sensor has an amplifying circuit such as a floating diffusion amplifier for each pixel arranged in a matrix, and when reading a pixel signal, one row in the pixel array unit is used as an example of address control. So-called column parallel output type or column that reads out pixel signals from the pixel array section in units of rows, that is, simultaneously in parallel for all the pixels of one row. A system called a mold is often used (see, for example, Patent Document 1).

特開2004−356791号公報JP 2004-356791 A

また、一般的な固体撮像装置では、各列の単位画素で取得される画素信号を列方向に読み出し(一般的に垂直転送と称する)、その後、各列の画素信号を所定の順に選択して水平信号線に集め順次後段回路に転送する(一般的に水平転送と称する)。   Further, in a general solid-state imaging device, pixel signals acquired by unit pixels in each column are read in the column direction (generally referred to as vertical transfer), and then pixel signals in each column are selected in a predetermined order. The signals are collected on a horizontal signal line and sequentially transferred to a subsequent circuit (generally referred to as horizontal transfer).

水平転送回路の構成としては、様々なものがあるが、たとえば、適度なゲインで入力信号を増幅するための増幅回路を備える。増幅回路の構成としても様々なものがあるが、一例として、演算増幅器などの増幅素子と、その増幅素子の入力側に接続され画素信号を保持する入力容量、増幅素子の入出力間に接続された帰還容量、および帰還容量の両端電圧を画素信号非転送時に初期化する初期化スイッチを具備する容量帰還型の増幅回路がある。この増幅回路では、初期化スイッチのオフ中の画素信号成分の転送時に、入力容量に保持された画素信号が、入力容量と帰還容量との比で表される信号増幅率で増幅されて出力される。   There are various configurations of the horizontal transfer circuit. For example, the horizontal transfer circuit includes an amplifier circuit for amplifying an input signal with an appropriate gain. There are various types of amplifier circuits, but as an example, an amplifier such as an operational amplifier, an input capacitor connected to the input side of the amplifier, and connected between the input and output of the amplifier are connected. There is a capacitor feedback type amplifier circuit that includes a feedback capacitor and an initialization switch that initializes the voltage across the feedback capacitor when the pixel signal is not transferred. In this amplifier circuit, when the pixel signal component is transferred while the initialization switch is OFF, the pixel signal held in the input capacitor is amplified and output with a signal amplification factor represented by the ratio of the input capacitor and the feedback capacitor. The

容量帰還型の増幅回路では、初期化スイッチをオンさせて帰還容量の両端電圧をリセットしたときのリセットノイズ(熱雑音とも称される)が水平信号線の寄生容量に蓄積され、その後の画素信号成分の転送時に、画素信号を信号増幅率で増幅して出力するだけでなく、リセットノイズも寄生容量と帰還容量との比で表されるノイズ増幅率で増幅して出力することになり、S/Nが悪化してしまう。   In the capacitive feedback type amplifier circuit, reset noise (also called thermal noise) when the initialization switch is turned on to reset the voltage across the feedback capacitor is accumulated in the parasitic capacitance of the horizontal signal line, and the subsequent pixel signal At the time of component transfer, not only the pixel signal is amplified and output with the signal amplification factor, but also the reset noise is amplified and output with the noise amplification factor represented by the ratio of the parasitic capacitance and the feedback capacitance. / N will deteriorate.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、容量帰還型の増幅回路から出力される信号中のリセットノイズの成分を抑制することのできる仕組みを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a mechanism capable of suppressing a reset noise component in a signal output from a capacitive feedback amplifier circuit.

本発明に係る表示装置の一実施形態は、先ず、単位画素が行列状に配列された画素アレイ部と、画素アレイ部の各単位画素から列方向に読み出された画素信号を保持する容量素子を具備した複数の画素信号保持部とを備える列並列型の構成を採る。   In one embodiment of a display device according to the present invention, first, a pixel array unit in which unit pixels are arranged in a matrix, and a capacitive element that holds pixel signals read in the column direction from each unit pixel of the pixel array unit A column-parallel configuration including a plurality of pixel signal holding units including

そして、画素信号保持部の後段に、画素信号保持部を順次選択する選択部と、選択部により選択された画素信号保持部から出力される画素信号を伝送する信号線と、増幅素子、増幅素子の入出力間に接続された帰還容量、および帰還容量の両端電圧を初期化する初期化スイッチを具備する容量帰還型の増幅回路と、増幅回路の初期化により増幅回路の出力信号に生じるノイズ(特にアンプリセットノイズもしくは熱雑音と称する)を抑制するノイズ抑制部を備える。容量帰還型の増幅回路は、画素信号保持部の容量素子を入力容量として動作する。   Then, in the subsequent stage of the pixel signal holding unit, a selection unit that sequentially selects the pixel signal holding unit, a signal line that transmits a pixel signal output from the pixel signal holding unit selected by the selection unit, an amplification element, and an amplification element A feedback capacitor connected between the input and output of the capacitor, a capacitance feedback type amplifier circuit comprising an initialization switch for initializing the voltage across the feedback capacitor, and noise generated in the output signal of the amplifier circuit due to the initialization of the amplifier circuit ( In particular, a noise suppression unit that suppresses amplifier reset noise or thermal noise) is provided. The capacitive feedback type amplifier circuit operates using the capacitive element of the pixel signal holding unit as an input capacitance.

ノイズ抑制部は、初期化スイッチがオフ時でかつ選択部が画素信号保持部を選択していないときに初期化スイッチのオン時に生じ信号線に付帯する容量に保持されたノイズ成分を増幅回路で増幅して出力される基準情報と、初期化スイッチがオフ時でかつ選択部が画素信号保持部を選択しているときに入力容量に保持されている画素信号を増幅回路で増幅して出力される信号転送状態の画素情報とに基づき、初期化により増幅回路の出力信号に生じるノイズを抑制する構成とする。   The noise suppression unit uses an amplification circuit to generate a noise component that is generated when the initialization switch is turned on when the initialization switch is off and the selection unit does not select the pixel signal holding unit and is held in the capacitor attached to the signal line. The reference information that is amplified and output, and when the initialization switch is off and the selection unit selects the pixel signal holding unit, the pixel signal held in the input capacitor is amplified by the amplification circuit and output. The noise is generated in the output signal of the amplifier circuit by initialization based on the pixel information in the signal transfer state.

このため、たとえば、基準情報を取得して保持する基準情報取得部と、信号転送状態の画素情報を取得して保持する信号転送情報取得部と、基準情報取得部で取得された基準情報と信号転送情報取得部で取得された画素情報との間で差分処理を行なう差分情報取得部とを有するものとする。画素信号転送時の出力情報(画素信号成分とノイズ成分との合成成分)とノイズ成分との差を求めるノイズ抑制部の機能を忠実に反映した構成であり、コンパクトな構成である。好ましくは、基準情報取得部と信号転送情報取得部とは、差分情報取得部における処理に供される基準情報と画素情報の各出力タイミングを揃えることが可能に構成されているものとするのがよい。   Therefore, for example, a reference information acquisition unit that acquires and holds reference information, a signal transfer information acquisition unit that acquires and holds pixel information in a signal transfer state, and reference information and signals acquired by the reference information acquisition unit A difference information acquisition unit that performs a difference process with the pixel information acquired by the transfer information acquisition unit is provided. This is a configuration that faithfully reflects the function of the noise suppression unit that obtains the difference between the output information (composition component of the pixel signal component and the noise component) at the time of pixel signal transfer and the noise component, and is a compact configuration. Preferably, the reference information acquisition unit and the signal transfer information acquisition unit are configured to be capable of aligning the output timings of the reference information and the pixel information used for processing in the difference information acquisition unit. Good.

このような構成では、初期化スイッチをオンさせて帰還容量の両端電圧をリセットしたときのノイズ成分が信号線に付帯する容量に保持され、それが、リセット解除時に増幅されて出力される。このリセット解除時の増幅されたノイズ成分を画素信号転送前に基準情報として基準情報取得部で取得しておく。この後、選択部により画素信号保持部を選択する画素信号転送時には、画素信号保持部の容量素子に保持されている画素信号を増幅した成分と基準情報(増幅されたノイズ成分)の合成成分を信号転送情報取得部で取得する。そして、信号転送情報取得部が取得した合成成分と予め基準情報取得部で取得しておいた基準情報(増幅されたノイズ成分)との差分を差分情報取得部で求めるなど、画素信号転送時に取得した出力情報(画素信号成分とノイズ成分との合成成分)に対して画素信号転送前に取得しておいたノイズ成分を使って出力情報中のノイズ成分がより小さくなるようにする。   In such a configuration, the noise component when the initialization switch is turned on to reset the voltage across the feedback capacitor is held in the capacitor attached to the signal line, and is amplified and output when the reset is released. The amplified noise component at the time of reset cancellation is acquired by the reference information acquisition unit as reference information before transferring the pixel signal. Thereafter, at the time of pixel signal transfer for selecting the pixel signal holding unit by the selection unit, a component obtained by amplifying the pixel signal held in the capacitor element of the pixel signal holding unit and the reference information (amplified noise component) are combined. Obtained by the signal transfer information obtaining unit. Then, the difference information acquisition unit obtains the difference between the composite component acquired by the signal transfer information acquisition unit and the reference information (amplified noise component) acquired in advance by the reference information acquisition unit, and is acquired at the time of pixel signal transfer. The noise component in the output information is made smaller by using the noise component acquired before the pixel signal transfer with respect to the output information (the combined component of the pixel signal component and the noise component).

固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とが纏めてパッケージングされた、撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。   The solid-state imaging device may be in a form formed as a single chip, or may be in a module-like form having an imaging function in which an imaging unit and a signal processing unit or an optical system are packaged together. .

また、本発明は、固体撮像装置のみではなく、撮像装置にも適用可能である。この場合、撮像装置として、固体撮像装置と同様の効果が得られる。ここで、撮像装置は、たとえば、カメラ(あるいはカメラシステム)や撮像機能を有する携帯機器のことを示す。また「撮像」は、通常のカメラ撮影時の像の撮り込みだけではなく、広義の意味として、指紋検出なども含むものである。   Further, the present invention can be applied not only to a solid-state imaging device but also to an imaging device. In this case, the same effect as the solid-state imaging device can be obtained as the imaging device. Here, the imaging device indicates, for example, a camera (or camera system) or a portable device having an imaging function. “Imaging” includes not only capturing an image during normal camera shooting, but also includes fingerprint detection in a broad sense.

本発明の一実施形態によれば、容量帰還型の増幅回路をリセットしたことを起因とするノイズ成分の増幅回路の出力情報を画素信号転送前に取得しておき、画素信号転送時の増幅回路の出力情報に対して、ノイズ成分の増幅回路の出力情報を使って処理するようにしたので、ノイズ抑制部の出力信号においては、アンプリセットノイズを抑制することができる。画素信号転送時に取得した出力情報(画素信号成分とノイズ成分との合成成分)に対して、画素信号転送前に取得しておいたノイズ成分を使って出力情報中のノイズ成分がより小さくなるようにするからである。   According to an embodiment of the present invention, output information of an amplification circuit of a noise component caused by resetting a capacitance feedback type amplification circuit is obtained before pixel signal transfer, and the amplification circuit at the time of pixel signal transfer Since the output information of the noise component is processed using the output information of the amplification circuit of the noise component, the amplifier reset noise can be suppressed in the output signal of the noise suppression unit. The noise component in the output information is made smaller by using the noise component acquired before the pixel signal transfer with respect to the output information (the combined component of the pixel signal component and the noise component) acquired during the pixel signal transfer. Because it makes it.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下においては、X−Yアドレス型の固体撮像装置の一例である、CMOS固体撮像装置をデバイスとして使用した場合を例に説明する。また、CMOS固体撮像装置は、全ての画素がNMOSよりなるものであるとして説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, a case where a CMOS solid-state imaging device, which is an example of an XY address type solid-state imaging device, is used as a device will be described as an example. The CMOS solid-state imaging device will be described on the assumption that all pixels are made of NMOS.

ただしこれは一例であって、対象となるデバイスはMOS型の固体撮像装置に限らない。光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をする単位構成要素をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなる物理量分布検知用の半導体装置の全てに、後述する全ての実施形態が同様に適用できる。   However, this is an example, and the target device is not limited to the MOS type solid-state imaging device. All the semiconductor device for physical quantity distribution detection in which a plurality of unit components that are sensitive to electromagnetic waves input from outside such as light and radiation are arranged in a line or matrix form, and all implementations described later. Forms are applicable as well.

<固体撮像装置の全体概要>
図1は、本発明に係る固体撮像装置の一実施形態であるCMOS固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)の概略構成図である。
<Overview of solid-state imaging device>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a CMOS solid-state imaging device (CMOS image sensor) which is an embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention.

固体撮像装置1は、入射光量に応じた信号を出力する受光素子(電荷生成部の一例)を含む複数個の画素が行および列に配列された(すなわち2次元マトリクス状の)画素部を有し、各画素からの信号出力が電圧信号であって、CDS(Correlated Double Sampling ;相関2重サンプリング)処理機能部やその他のアナログ信号処理部が列並列に設けられているものである。   The solid-state imaging device 1 has a pixel unit in which a plurality of pixels including a light receiving element (an example of a charge generation unit) that outputs a signal corresponding to an incident light amount is arranged in rows and columns (that is, in a two-dimensional matrix form). The signal output from each pixel is a voltage signal, and a CDS (Correlated Double Sampling) processing function unit and other analog signal processing units are provided in parallel in a column.

“列並列にCDS処理機能部やその他のアナログ信号処理部が設けられている”とは、垂直列の垂直信号線(列信号線の一例)19に対して実質的に並列に複数のCDS処理機能部やその他のアナログ信号処理部が設けられていることを意味する。   “A CDS processing function unit and other analog signal processing units are provided in parallel in a column” means that a plurality of CDS processes are substantially parallel to a vertical signal line (an example of a column signal line) 19 in a vertical column. This means that a functional unit and other analog signal processing units are provided.

複数の各機能部は、デバイスを平面視したときに、ともに画素アレイ部10に対して列方向の一方の端縁側(図の下側に配されている出力側)にのみ配されている形態のものであってもよいし、画素アレイ部10に対して列方向の一方の端縁側(図の下側に配されている出力側)とその反対側である他方の端縁側(図の上側)に分けて配されている形態のものであってもよい。後者の場合、行方向の読出走査(水平走査)を行なう水平走査部も、各端縁側に分けて配して、それぞれが独立に動作可能に構成するのがよい。   Each of the plurality of functional units is arranged only on one end side in the column direction with respect to the pixel array unit 10 (output side arranged on the lower side of the drawing) when the device is viewed in plan view. Or one end side in the column direction (output side arranged on the lower side of the figure) and the other end side opposite to the pixel array unit 10 (upper side in the figure). ) May be arranged separately. In the latter case, it is preferable that the horizontal scanning unit that performs readout scanning (horizontal scanning) in the row direction is also arranged separately on each edge side so that each can operate independently.

たとえば、列並列にCDS処理機能部やその他のアナログ信号処理部が設けられている典型例としては、撮像部の出力側に設けたカラム領域と呼ばれる部分に、CDS処理機能部やその他のアナログ信号処理部を垂直列ごとに設け、順次出力側に読み出す、垂直列とCDS処理機能部やその他のアナログ信号処理部とが1対1に接続されるカラム型のものである。   For example, as a typical example in which a CDS processing function unit and other analog signal processing units are provided in parallel in a column, a CDS processing function unit and other analog signals are provided in a portion called a column area provided on the output side of the imaging unit. A processing unit is provided for each vertical column, and the vertical column and the CDS processing function unit and other analog signal processing units that are sequentially read out to the output side are connected in a one-to-one relationship.

また、カラム型(列並列型)に限らず、隣接する複数(たとえば2つ分)の垂直信号線19(垂直列)に対して1つのCDS処理機能部やその他のアナログ信号処理部を割り当てる形態や、N本おき(Nは正の整数;間にN−1本を配する)のN本分の垂直信号線19(垂直列)に対して1つのCDS処理機能部やその他のアナログ信号処理部を割り当てる形態などを採ることもできる。   In addition to the column type (column parallel type), one CDS processing function unit and other analog signal processing units are allocated to a plurality of adjacent (for example, two) vertical signal lines 19 (vertical columns). Or one CDS processing function unit or other analog signal processing for N vertical signal lines 19 (vertical columns) every N (N is a positive integer; N-1 in-between) The form which allocates a part etc. can also be taken.

カラム型を除くものは、何れの形態も、複数の垂直信号線19(垂直列)が1つのCDS処理機能部やその他のアナログ信号処理部を共通に使用する構成となるので、画素アレイ部10側から供給される複数列分の画素信号を1つのCDS処理機能部やその他のアナログ信号処理部に供給する切替回路(スイッチ)を設ける。なお、後段の処理によっては、出力信号を保持するメモリを設けるなどの対処が別途必要になる。   Except for the column type, in any form, the plurality of vertical signal lines 19 (vertical columns) commonly use one CDS processing function unit and other analog signal processing units. A switching circuit (switch) is provided for supplying pixel signals for a plurality of columns supplied from the side to one CDS processing function unit and other analog signal processing units. Depending on the subsequent processing, a separate measure such as providing a memory for holding the output signal is required.

何れにしても、複数の垂直信号線19(垂直列)に対して1つのCDS処理機能部やその他のアナログ信号処理部を割り当てる形態などを採ることで、各画素信号の信号処理を画素列単位で読み出した後に行なうことで、同様の信号処理を各単位画素内で行なうものに比べて、各単位画素内の構成を簡素化し、イメージセンサの多画素化、小型化、低コスト化などに対応できる。   In any case, the signal processing of each pixel signal is performed in units of pixel columns by adopting a form in which one CDS processing function unit and other analog signal processing units are assigned to a plurality of vertical signal lines 19 (vertical columns). Compared with the case where the same signal processing is performed in each unit pixel, the configuration in each unit pixel is simplified and the number of pixels of the image sensor, size reduction, and cost reduction are supported. it can.

また、列並列に配された複数の信号処理部にて1行分の画素信号を同時並行処理することができるので、出力回路側やデバイスの外部で1つのCDS処理機能部やその他のアナログ信号処理部にて処理を行なう場合に比べて、信号処理部を低速で動作させることができ、消費電力や帯域性能やノイズなどの面で有利である。逆に言えば、消費電力や帯域性能などを同じにする場合、センサ全体の高速動作が可能となる。   In addition, since a plurality of signal processing units arranged in parallel in a column can simultaneously process pixel signals for one row, one CDS processing function unit or other analog signal is provided on the output circuit side or outside the device. Compared with processing in the processing unit, the signal processing unit can be operated at a low speed, which is advantageous in terms of power consumption, bandwidth performance, noise, and the like. In other words, when the power consumption and bandwidth performance are the same, the entire sensor can be operated at high speed.

なお、カラム型の構成の場合、低速で動作させることができ消費電力や帯域性能やノイズなどの面で有利であるとともに切替回路(スイッチ)が不要である利点もある。以下の実施形態では、特に断りのない限り、このカラム型で説明する。
図1に示すように、本実施形態の固体撮像装置1は、複数の単位画素3が行および列に配列された画素部や撮像部などとも称される画素アレイ部10と、画素アレイ部10の外側に設けられた駆動制御部7と、画素アレイ部10の単位画素3に画素信号読出用の動作電流(読出電流)を供給する読出電流源部24と、垂直列ごとに配されたカラム信号処理部25を有するカラム処理部26と、出力回路28とを備えている。これらの各機能部は、同一の半導体基板上に設けられている。
In the case of a column type configuration, it can be operated at a low speed, which is advantageous in terms of power consumption, bandwidth performance, noise, and the like, and has an advantage that a switching circuit (switch) is unnecessary. In the following embodiments, this column type will be described unless otherwise specified.
As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device 1 of the present embodiment includes a pixel array unit 10 that is also referred to as a pixel unit or an imaging unit in which a plurality of unit pixels 3 are arranged in rows and columns, and a pixel array unit 10. Drive control unit 7 provided outside, a read current source unit 24 for supplying an operation current (read current) for reading a pixel signal to the unit pixels 3 of the pixel array unit 10, and a column arranged for each vertical column A column processing unit 26 having a signal processing unit 25 and an output circuit 28 are provided. Each of these functional units is provided on the same semiconductor substrate.

図1では、簡単のため行および列の一部を省略して示しているが、現実には、各行や各列には、数十から数千の単位画素3が配置される。この単位画素3は、典型的には、検知部の一例である受光素子(電荷生成部)としてのフォトダイオードと、増幅用の半導体素子(たとえばトランジスタ)を有する画素内アンプ(画素信号生成部の一例)とから構成される。   In FIG. 1, some of the rows and columns are omitted for the sake of simplicity, but in reality, tens to thousands of unit pixels 3 are arranged in each row and each column. The unit pixel 3 typically includes a photodiode as a light receiving element (charge generation unit) that is an example of a detection unit, and an intra-pixel amplifier (for example, a transistor) of an amplification semiconductor element (for example, a transistor). Example).

なお、固体撮像装置1は、色分解(色分離)フィルタを使用することで、画素アレイ部10をカラー撮像対応にすることができる。すなわち、画素アレイ部10における各電荷生成部(フォトダイオードなど)の電磁波(本例では光)が入射される受光面に、カラー画像を撮像するための複数色の色フィルタの組合せからなる色分解フィルタの何れの色フィルタを、たとえばいわゆるベイヤー(Bayer)配列などにして設けることで、カラー画像撮像対応とする。   Note that the solid-state imaging device 1 can make the pixel array unit 10 compatible with color imaging by using a color separation (color separation) filter. That is, color separation comprising a combination of a plurality of color filters for capturing a color image on a light receiving surface on which electromagnetic waves (light in this example) of each charge generation unit (photodiode, etc.) in the pixel array unit 10 are incident. Any color filter of the filter is provided in, for example, a so-called Bayer array, so that color image capturing is supported.

駆動制御部7は、画素アレイ部10の信号を順次読み出すための制御回路機能を備えている。たとえば駆動制御部7としては、列アドレスや列走査を制御する水平走査部(列走査回路)12と、行アドレスや行走査を制御する垂直走査部(行走査回路)14と、内部クロックを生成するなどの機能を持つ通信・タイミング制御部20とを備えている。   The drive control unit 7 has a control circuit function for sequentially reading signals from the pixel array unit 10. For example, as the drive control unit 7, a horizontal scanning unit (column scanning circuit) 12 that controls column addresses and column scanning, a vertical scanning unit (row scanning circuit) 14 that controls row addresses and row scanning, and an internal clock are generated. And a communication / timing control unit 20 having functions such as

単位画素3は、行選択のための行制御線15を介して垂直走査部14と、また垂直信号線19を介してカラム信号処理部25が垂直列ごとに設けられているカラム処理部26と、それぞれ接続されている。ここで、行制御線15は垂直走査部14から画素に入る配線全般を示す。   The unit pixel 3 includes a vertical scanning unit 14 through a row control line 15 for row selection, and a column processing unit 26 in which a column signal processing unit 25 is provided for each vertical column through a vertical signal line 19. , Each connected. Here, the row control line 15 indicates the entire wiring that enters the pixel from the vertical scanning unit 14.

垂直走査部14は、画素アレイ部10の行を選択し、その行に必要なパルスを供給するものであり、たとえば、垂直方向の読出し行を規定する(画素アレイ部10の行を選択する)垂直アドレス設定部14aと、垂直アドレス設定部14aにて規定された読出アドレス上(行方向)の単位画素3に対する行制御線15にパルスを供給して駆動する垂直駆動部14bとを有する。なお、垂直アドレス設定部14aは、信号を読み出す行(読出し行:選択行や信号出力行とも称する)の他に、電子シャッタ用の行なども選択する。   The vertical scanning unit 14 selects a row of the pixel array unit 10 and supplies a necessary pulse to the row. For example, the vertical scanning unit 14 defines a readout row in the vertical direction (selects a row of the pixel array unit 10). It has a vertical address setting unit 14a and a vertical drive unit 14b that supplies a pulse to the row control line 15 for the unit pixel 3 on the readout address (in the row direction) defined by the vertical address setting unit 14a and drives it. Note that the vertical address setting unit 14a selects not only a row from which a signal is read (reading row: also referred to as a selection row or a signal output row) but also a row for an electronic shutter.

水平走査部12は、クロックに同期してカラム処理部26のカラム信号処理部25を所定の順に選択し、カラム信号処理部25にて処理された後の画素信号S1を水平信号線18へ読み出す読出走査部の機能を持つ。たとえば、水平走査部12は、水平方向の読出列を規定する(カラム処理部26内の個々のカラム信号処理部25を選択する)水平アドレス設定部12aと、水平アドレス設定部12aにて規定された読出アドレスに従って、カラム処理部26の各画素信号S1を水平信号線18に導く水平駆動部12bとを有する。   The horizontal scanning unit 12 selects the column signal processing unit 25 of the column processing unit 26 in a predetermined order in synchronization with the clock, and reads the pixel signal S1 processed by the column signal processing unit 25 to the horizontal signal line 18. It has the function of a readout scanning unit. For example, the horizontal scanning unit 12 is defined by a horizontal address setting unit 12a that defines a horizontal readout row (selects each column signal processing unit 25 in the column processing unit 26) and a horizontal address setting unit 12a. The horizontal drive unit 12b guides each pixel signal S1 of the column processing unit 26 to the horizontal signal line 18 in accordance with the read address.

通信・タイミング制御部20は、図示しないが、各部の動作に必要なクロックや所定タイミングのパルス信号を供給するタイミングジェネレータTG(読出アドレス制御装置の一例)の機能ブロックと、端子5aを介して外部の主制御部から供給されるマスタークロックCLK0を受け取り、また端子5bを介して外部の主制御部から供給される動作モードなどを指令するデータを受け取り、さらに固体撮像装置1の動作情報を含む各種のデータを外部の主制御部に出力する通信インタフェースの機能ブロックとを備える。   Although not shown, the communication / timing control unit 20 is externally connected via a functional block of a timing generator TG (an example of a read address control device) that supplies a clock signal required for the operation of each unit and a pulse signal of a predetermined timing, and a terminal 5a. The master clock CLK0 supplied from the main control unit of the main unit, the data for instructing the operation mode supplied from the external main control unit via the terminal 5b, etc., and various kinds of information including the operation information of the solid-state imaging device 1 And a functional block of a communication interface that outputs the data to an external main control unit.

たとえば、水平アドレス信号を水平アドレス設定部12aへ、また垂直アドレス信号を垂直アドレス設定部14aへ出力し、各アドレス設定部12a,14aは、それを受けて対応する行もしくは列を選択する。水平走査部12や垂直走査部14は、アドレス設定用のアドレス設定部12a,14aを含んで構成され、通信・タイミング制御部20から与えられる制御信号CN1,CN2に応答してシフト動作(走査)などにより読出しアドレスを切り替える。   For example, the horizontal address signal is output to the horizontal address setting unit 12a, and the vertical address signal is output to the vertical address setting unit 14a, and each address setting unit 12a, 14a receives it and selects a corresponding row or column. The horizontal scanning unit 12 and the vertical scanning unit 14 include address setting units 12a and 14a for address setting, and shift operation (scanning) in response to control signals CN1 and CN2 given from the communication / timing control unit 20. The read address is switched by, for example.

この際、単位画素3を2次元マトリクス状に配置してあるので、単位画素3に設けられる画素信号生成部により生成され垂直信号線19を介して列方向に出力されるアナログの画素信号S0を行単位で(列並列で)アクセスし取り込む(垂直)スキャン読みを行ない、この後に、垂直列の並び方向である行方向にアクセスしカラム処理部26の各カラム信号処理部25で処理された画素信号S1を出力側へ読み出す(水平)スキャン読みを行なうようにすることで、画素信号の読出しの高速化を図るのがよい。もちろん、スキャン読みに限らず、読み出したい単位画素3を直接にアドレス指定することで、必要な単位画素3の情報のみを読み出すランダムアクセスも可能である。   At this time, since the unit pixels 3 are arranged in a two-dimensional matrix, the analog pixel signal S0 generated by the pixel signal generation unit provided in the unit pixel 3 and output in the column direction via the vertical signal line 19 is generated. Pixels processed by each column signal processing unit 25 of the column processing unit 26 by accessing the row direction (column parallel) and performing (vertical) scan reading, and then accessing the row direction as the arrangement direction of the vertical columns. It is preferable to increase the reading speed of the pixel signal by performing (horizontal) scan reading for reading the signal S1 to the output side. Of course, not only scanning reading but also random access for reading out only the information of the necessary unit pixel 3 is possible by directly addressing the unit pixel 3 to be read out.

本実施形態のカラム信号処理部25は、画素アレイ部10の単位画素3から出力される画素信号Soの基準レベルである画素リセット直後の画素信号レベル(以下リセットレベルS0_rstと称する)と単位画素3にて電磁波(可視光など)を検出して得られる信号成分を反映した画素信号レベル(以下信号レベルS0_sigと称する)との間で差分処理を実行することで、リセットレベルS0_rstと信号レベルS0_sigの差で示される信号成分の情報を取得する差分処理部が設けられる。差分処理部の機能は、一般的なリセットレベルと真の(受光光量に応じた)信号レベルとの差分をとる処理(いわゆるCDS(Correlated Double Sampling;相関2重サンプリング)処理と等価)と等価となり、固定パターンノイズ(FPN;Fixed Pattern Noise )やリセットノイズと言われるノイズ信号成分を取り除くことができる。   The column signal processing unit 25 according to the present embodiment includes a pixel signal level (hereinafter referred to as a reset level S0_rst) immediately after a pixel reset that is a reference level of the pixel signal So output from the unit pixel 3 of the pixel array unit 10 and the unit pixel 3. By executing the difference processing between the pixel signal level (hereinafter referred to as signal level S0_sig) reflecting the signal component obtained by detecting electromagnetic waves (such as visible light) at, the reset level S0_rst and the signal level S0_sig A difference processing unit that acquires information on the signal component indicated by the difference is provided. The function of the difference processing unit is equivalent to a process of taking a difference between a general reset level and a true signal level (according to the amount of received light) (equivalent to a so-called CDS (Correlated Double Sampling) process). It is possible to remove noise signal components called fixed pattern noise (FPN) and reset noise.

カラム処理部26は、垂直列(カラム)ごとにカラム信号処理部25を有して構成されており、1行分の各列の画素信号S0を同時に受けて、各カラム信号処理部25が対応列の画素信号S0(_1〜_h;1行中の画素番号)を処理して、処理済みの画素信号S1(_1〜_h;1行中の画素番号)を出力する。カラム処理部26には、アナログ信号処理を制御するための種々の駆動パルスCN3が通信・タイミング制御部20から供給される。   The column processing unit 26 includes a column signal processing unit 25 for each vertical column (column), and simultaneously receives the pixel signals S0 of each column for one row, and each column signal processing unit 25 corresponds. The column pixel signal S0 (_1 to _h; pixel number in one row) is processed to output a processed pixel signal S1 (_1 to _h; pixel number in one row). Various drive pulses CN3 for controlling analog signal processing are supplied from the communication / timing control unit 20 to the column processing unit 26.

たとえば、カラム信号処理部25は、CDS処理を利用したノイズ除去手段の機能を備えるようにする。なお、カラム信号処理部25には、CDS処理機能部の後段に、必要に応じて信号増幅機能を持つAGC(Auto Gain Control) 回路やその他の処理機能回路などを設けることも可能である。   For example, the column signal processing unit 25 is provided with a function of noise removal means using CDS processing. The column signal processing unit 25 may be provided with an AGC (Auto Gain Control) circuit having a signal amplification function, other processing function circuits, or the like as required after the CDS processing function unit.

カラム信号処理部25にてCDS処理を行なう場合、たとえば、通信・タイミング制御部20から与えられる駆動パルスCN3に含まれているサンプルパルスSHPとサンプルパルスSHDといった2つのサンプルパルスに基づいて、垂直信号線19を介して入力された電圧モードの画素情報(画素信号S0)に対して、画素リセット直後の画素信号(リセットレベルS0_rst)と真の信号成分V_sigをリセットレベルS0_rstに重畳した信号レベルS0_sigとの差分をとる処理を行なうことで、画素ごとの固定ばらつきによる固定パターンノイズ(FPN;Fixed Pattern Noise )やリセットノイズといわれるノイズ信号成分を取り除く。CDS処理を行なう回路構成としては様々な仕組みが知られており、ここではその構成については図示や説明を割愛する。   When performing the CDS processing in the column signal processing unit 25, for example, based on two sample pulses such as the sample pulse SHP and the sample pulse SHD included in the drive pulse CN3 given from the communication / timing control unit 20, the vertical signal For the pixel information (pixel signal S0) in the voltage mode input via the line 19, the pixel level (reset level S0_rst) immediately after the pixel reset and the signal level S0_sig obtained by superimposing the true signal component V_sig on the reset level S0_rst By performing the process of taking the difference, a fixed pattern noise (FPN) due to fixed variation for each pixel and a noise signal component called reset noise are removed. Various mechanisms are known as a circuit configuration for performing the CDS process, and illustration and description of the configuration are omitted here.

カラム信号処理部25の後段には、画素アレイ部10の各単位画素3から列方向に読み出され各列のカラム信号処理部25で処理された画素信号S1を保持する列ごとに設けられた(複数の)蓄積容量266を具備する画素信号保持部を備える。蓄積容量266の他端は基準電位である接地(GND )に接続される。蓄積容量266は、後述するスイッチドキャパシタアンプ320の入力容量としても兼用されるものである。蓄積容量266を具備する各列の画素信号保持部を纏めてラインメモリ266Cと称する。   In the subsequent stage of the column signal processing unit 25, the column signal processing unit 25 is provided for each column that holds the pixel signal S <b> 1 read in the column direction from each unit pixel 3 of the pixel array unit 10 and processed by the column signal processing unit 25 of each column. A pixel signal holding unit including a plurality of storage capacitors 266 is provided. The other end of the storage capacitor 266 is connected to ground (GND) which is a reference potential. The storage capacitor 266 is also used as an input capacitor of a switched capacitor amplifier 320 described later. The pixel signal holding units in each column including the storage capacitors 266 are collectively referred to as a line memory 266C.

カラム処理部26の各列のカラム信号処理部25の出力(画素信号S1)である蓄積容量266に保持された画素信号S1は、水平読出用のスイッチ(たとえばMOSトランジスタ)62を備えた水平選択スイッチ部60に入力される。水平走査部12と水平信号線18と出力回路28と水平選択スイッチ部60とで水平転送部が構成される。   The pixel signal S1 held in the storage capacitor 266, which is the output (pixel signal S1) of the column signal processing unit 25 in each column of the column processing unit 26, is a horizontal selection provided with a switch (for example, MOS transistor) 62 for horizontal reading. Input to the switch unit 60. The horizontal scanning unit 12, the horizontal signal line 18, the output circuit 28, and the horizontal selection switch unit 60 constitute a horizontal transfer unit.

カラム処理部26の各カラム信号処理部25の出力は、カラム出力線268を介して、蓄積容量266に保持されている電荷を順次読み出すための各列に対応する水平読出用の水平選択スイッチ62にそれぞれ接続されている。水平選択スイッチ部60の出力端側は、行方向に画素信号を順次転送出力する伝送線としての水平信号線18が共通接続される。一方、水平選択スイッチ部60の各制御ゲート端は、水平シフトレジスタやデコーダなどで構成され水平方向の読出アドレスを制御する水平アドレス設定部12aおよび水平選択スイッチ部60の水平選択スイッチ62を駆動する水平駆動部12bを備えた水平走査部12に接続される。   The output of each column signal processing unit 25 of the column processing unit 26 is output from the horizontal selection switch 62 for horizontal reading corresponding to each column for sequentially reading out the charges held in the storage capacitor 266 via the column output line 268. Are connected to each. A horizontal signal line 18 as a transmission line for sequentially transferring and outputting pixel signals in the row direction is commonly connected to the output end side of the horizontal selection switch unit 60. On the other hand, each control gate end of the horizontal selection switch unit 60 is constituted by a horizontal shift register, a decoder, or the like, and drives a horizontal address setting unit 12a that controls a horizontal read address and a horizontal selection switch 62 of the horizontal selection switch unit 60. It is connected to a horizontal scanning unit 12 having a horizontal driving unit 12b.

水平信号線18は、単位画素3のそれぞれから垂直信号線19を介して伝送されカラム信号処理部25にて処理された個々の画素信号S1を、垂直信号線19(カラム出力線268)の配列方向である水平方向に所定順に出力するため読出線として機能するものであり、カラム信号処理部25から、垂直列ごとに存在する水平選択スイッチ62によって選択された画素信号を取り出して出力回路28に渡す。   The horizontal signal line 18 is an array of vertical signal lines 19 (column output lines 268) that is transmitted from the unit pixels 3 via the vertical signal lines 19 and processed by the column signal processing unit 25. The pixel signal selected by the horizontal selection switch 62 existing for each vertical column is extracted from the column signal processing unit 25 and output to the output circuit 28. hand over.

すなわち、カラム信号処理部25により処理された画素情報を表わす信号電荷に応じた各垂直列の電圧信号は、水平走査部12からの水平選択信号φH1〜φHhに応じた駆動パルスφg1〜φghにより駆動される垂直列ごとに設けられた水平選択スイッチ62により所定のタイミングで選択され水平信号線18に読み出される。そして、水平信号線18の後端に設けられた出力回路28に入力される。   That is, the voltage signal of each vertical column corresponding to the signal charge representing the pixel information processed by the column signal processing unit 25 is driven by the driving pulses φg1 to φgh corresponding to the horizontal selection signals φH1 to φHh from the horizontal scanning unit 12. The horizontal selection switch 62 provided for each vertical column is selected at a predetermined timing and read out to the horizontal signal line 18. Then, the signal is input to an output circuit 28 provided at the rear end of the horizontal signal line 18.

出力回路28は、その構成例についての詳細は後述するが、スイッチドキャパシタアンプ(SCA:Switched Capacitor Amplifier )回路とサンプルホールド(Sample & Hold )回路を有し、信号転送状態とリセット状態の2つの状態を切り替えて動作し、各動作状態の信号を出力するようになっている。これに対応して、信号転送状態とリセット状態の2つの状態を切り替えて動作させるパルスや信号転送状態の信号をサンプルするためのパルスなど種々の駆動パルスCN4が、通信・タイミング制御部20から供給される。出力回路28は、画素アレイ部10から水平信号線18を通して出力される各単位画素3の画素信号S1_1〜_hをスイッチドキャパシタアンプ回路で適当なゲイン(信号増幅率)で増幅した後、駆動パルスCN4の制御の元で、撮像信号S3として外部回路に出力端子5cを介して供給する。   The output circuit 28, which will be described in detail later, has a switched capacitor amplifier (SCA) circuit and a sample-and-hold (Sample & Hold) circuit, and includes two signal transfer states and a reset state. It operates by switching states and outputs signals for each operation state. Correspondingly, various drive pulses CN4 such as a pulse for switching between a signal transfer state and a reset state and a pulse for sampling a signal in the signal transfer state are supplied from the communication / timing control unit 20. Is done. The output circuit 28 amplifies the pixel signals S1_1 to _h of each unit pixel 3 output from the pixel array unit 10 through the horizontal signal line 18 with an appropriate gain (signal amplification factor) by a switched capacitor amplifier circuit, and then drives a drive pulse. Under the control of CN4, the image signal S3 is supplied to an external circuit via the output terminal 5c.

たとえば図1(B)に示すように、撮像チップ内部の出力回路28は、適度なゲインで入力信号を増幅するなどの機能を持ったスイッチドキャパシタアンプ320と、スイッチドキャパシタアンプ320から出力されたアナログの撮像信号S2における必要な部分を抽出するサンプルホールド部340とをこの順に有する。なお、必要に応じて、サンプルホールド部340の後段には出力バッファ360が設けられる。   For example, as shown in FIG. 1B, the output circuit 28 in the imaging chip is output from a switched capacitor amplifier 320 having a function of amplifying an input signal with an appropriate gain and the switched capacitor amplifier 320. And a sample hold unit 340 for extracting a necessary portion in the analog imaging signal S2. Note that an output buffer 360 is provided downstream of the sample hold unit 340 as necessary.

スイッチドキャパシタアンプ320は、画素アレイ部10の各単位画素3にて生成された画素信号を操作するアナログ信号処理部の一例である。また、サンプルホールド部340は、アナログ信号処理部の一例であるスイッチドキャパシタアンプ320から出力される撮像信号S2における信号転送状態の信号S2_sigとリセット状態の信号S2_rstとに基づいて出力用の撮像信号S3を生成する出力信号生成部の一例である。サンプルホールド部340の後段に出力バッファが設けられる場合には、サンプルホールド部340と出力バッファとで出力信号生成部が構成されると考えることもできる。   The switched capacitor amplifier 320 is an example of an analog signal processing unit that operates a pixel signal generated in each unit pixel 3 of the pixel array unit 10. The sample hold unit 340 outputs an imaging signal for output based on the signal S2_sig in the signal transfer state and the signal S2_rst in the reset state in the imaging signal S2 output from the switched capacitor amplifier 320 which is an example of the analog signal processing unit. It is an example of the output signal generation part which produces | generates S3. When an output buffer is provided after the sample hold unit 340, it can be considered that the output signal generation unit is configured by the sample hold unit 340 and the output buffer.

サンプルホールド部340は、垂直列ごとに水平信号線18を基準レベルにリセットしてから信号転送状態の信号S2_sigを読み出すべくスイッチドキャパシタアンプ320が信号転送状態とリセット状態とを交互に繰り返しながら動作するものであることに対応して設けられており、基本構成として、図示のように、MOSトランジスタなどで構成されたサンプルスイッチ340SWとホールドコンデンサ(容量素子)340Cとを備え、実際に画像として必要な信号転送状態の信号を抽出する機能を持つ。   The sample hold unit 340 operates while the switched capacitor amplifier 320 alternately repeats the signal transfer state and the reset state in order to read the signal S2_sig in the signal transfer state after resetting the horizontal signal line 18 to the reference level for each vertical column. As shown in the figure, it has a sample switch 340SW and a hold capacitor (capacitance element) 340C, which are actually necessary as an image. It has a function to extract a signal in a simple signal transfer state.

なお、本実施形態のサンプルホールド部340としては、サンプルスイッチ340SWとホールドコンデンサ340Cとを2系統備える点に特徴を有している。また、好ましくは、2系統のそれぞれが、2段構成のサンプルホールド回路を備える点に特徴を持つ。これらの点についての詳細は後述する。   The sample hold unit 340 of the present embodiment is characterized in that it includes two systems of sample switches 340SW and hold capacitors 340C. Preferably, each of the two systems is characterized by including a two-stage sample and hold circuit. Details of these points will be described later.

水平走査部12や垂直走査部14などの駆動制御部7の各要素は、画素アレイ部10とともに、半導体集積回路製造技術と同様の技術を用いて単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成されたいわゆる1チップもの(同一の半導体基板上に設けられているもの)として、半導体システムの一例であるCMOSイメージセンサとして、本実施形態の固体撮像装置1の一部をなすように構成される。   The elements of the drive control unit 7 such as the horizontal scanning unit 12 and the vertical scanning unit 14 are formed integrally with the pixel array unit 10 in a semiconductor region such as single crystal silicon using a technique similar to the semiconductor integrated circuit manufacturing technique. As a so-called one-chip (provided on the same semiconductor substrate), a CMOS image sensor which is an example of a semiconductor system is configured to form part of the solid-state imaging device 1 of the present embodiment. .

出力回路28の後段に設けられる外部回路は、画素アレイ部10や駆動制御部7などが同一の半導体領域に一体的に形成された固体撮像素子とは別の基板(プリント基板もしくは半導体基板)上に構成されており、各撮影モードに対応した回路構成が採られるようになっている。   The external circuit provided in the subsequent stage of the output circuit 28 is on a substrate (printed substrate or semiconductor substrate) different from the solid-state imaging device in which the pixel array unit 10 and the drive control unit 7 are integrally formed in the same semiconductor region. The circuit configuration corresponding to each photographing mode is adopted.

図示を割愛するが、出力回路28の後段である撮像チップ外部には、出力回路28から出力されたアナログの撮像信号S3をデジタルの撮像データに変換する機能部(AD(Analog to Digital )変換部)や、デジタル化された撮像データに基づいてデジタル信号処理を施す機能部(デジタル信号処理部)が設けられる。   Although not shown, a functional unit (AD (Analog to Digital) conversion unit) that converts the analog imaging signal S3 output from the output circuit 28 into digital imaging data is provided outside the imaging chip, which is a subsequent stage of the output circuit 28. ) And a functional unit (digital signal processing unit) that performs digital signal processing based on digitized imaging data.

デジタル信号処理部は、たとえば、AD変換部から出力されるデジタルデータを適当に増幅して出力するデジタルアンプ部の機能を持つ。また、たとえば色分離処理を施してR(赤),G(緑),B(青)の各画像を表す画像データRGBを生成し、この画像データRGBに対してその他の信号処理を施してモニタ出力用の画像データD3を生成する。また、デジタル信号処理部には、記録メディアに撮像データを保存するための信号圧縮処理などを行なう機能部が備えられる。   The digital signal processing unit has a function of a digital amplifier unit that appropriately amplifies and outputs digital data output from the AD conversion unit, for example. Further, for example, color separation processing is performed to generate image data RGB representing each image of R (red), G (green), and B (blue), and other signal processing is performed on the image data RGB for monitoring. Output image data D3 is generated. Further, the digital signal processing unit is provided with a functional unit that performs signal compression processing for storing imaging data in a recording medium.

また外部回路は、デジタル信号処理部にてデジタル処理された画像データをアナログの画像信号に変換するDA(Digital to Analog )変換部を備える。DA変換部から出力された画像信号は、液晶モニタなどの表示デバイスに送られる。操作者は、この表示デバイスに表示されるメニューや画像を見ながら、撮像モードを切り替えるなどの各種の操作を行なうことが可能になる。   The external circuit includes a DA (Digital to Analog) conversion unit that converts image data digitally processed by the digital signal processing unit into an analog image signal. The image signal output from the DA converter is sent to a display device such as a liquid crystal monitor. The operator can perform various operations such as switching the imaging mode while viewing the menu and images displayed on the display device.

つまり、本実施形態のカラム型の固体撮像装置1においては、単位画素3からの出力信号(電圧信号)が、垂直信号線19→カラム処理部26(カラム信号処理部25)→水平信号線18→出力回路28の順で伝送される。その駆動は、1行分の画素出力信号は垂直信号線19を介してパラレルにカラム処理部26に送り、処理後の信号は水平信号線18を介してシリアルに出力するようにする。   That is, in the column type solid-state imaging device 1 of the present embodiment, the output signal (voltage signal) from the unit pixel 3 is the vertical signal line 19 → column processing unit 26 (column signal processing unit 25) → horizontal signal line 18. → Transmission is performed in the order of the output circuit 28. The drive is such that the pixel output signals for one row are sent in parallel to the column processing unit 26 via the vertical signal line 19, and the processed signals are serially output via the horizontal signal line 18.

なお、垂直列や水平列ごとの駆動が可能である限り、それぞれのパルス信号を単位画素3に対して水平行方向および垂直列方向の何れから供給するか、すなわちパルス信号を印加するための駆動クロック線の物理的な配線方法は自由である。   As long as driving for each vertical column or horizontal column is possible, each pulse signal is supplied to the unit pixel 3 from either the horizontal direction or the vertical column direction, that is, driving for applying a pulse signal. The physical wiring method of the clock line is free.

このような構成の固体撮像装置1において、水平走査部12や垂直走査部14およびそれらを制御する通信・タイミング制御部20により、画素アレイ部10の各画素を水平行単位で順に選択し、その選択した1つの水平行分の画素の情報を同時に読み出すタイプのCMOSイメージセンサが構成される。   In the solid-state imaging device 1 having such a configuration, the horizontal scanning unit 12 and the vertical scanning unit 14 and the communication / timing control unit 20 that controls them are used to sequentially select each pixel of the pixel array unit 10 in the horizontal unit. A CMOS image sensor of a type that simultaneously reads out the information of the selected one horizontal parallel pixel is configured.

なおここでは、固体撮像装置の後段の信号処理を担当する外部回路を固体撮像装置(撮像チップ)外で行なう例を示したが、外部回路の全てもしくは一部(たとえばA/D変換部やデジタルアンプ部など)の機能要素を、固体撮像装置のチップに内蔵するように構成してもよい。   Here, an example in which the external circuit in charge of signal processing in the subsequent stage of the solid-state imaging device is performed outside the solid-state imaging device (imaging chip) is shown, but all or a part of the external circuit (for example, an A / D conversion unit or digital) A functional element such as an amplifier unit may be built in a chip of the solid-state imaging device.

また、水平選択スイッチ部60や駆動制御部7の全体もしくは前記一機能部分が画素アレイ部10と同一の半導体領域に一体的に形成されたものであることは要件ではない。水平選択スイッチ部60および駆動制御部7を、画素アレイ部10とは異なる回路基板(別の半導体基板に限らず一般的な回路基板をも意味する)、たとえば外部回路が設けられる回路基板に形成してもよい。   Further, it is not a requirement that the entire horizontal selection switch unit 60 and the drive control unit 7 or the one functional part be integrally formed in the same semiconductor region as the pixel array unit 10. The horizontal selection switch unit 60 and the drive control unit 7 are formed on a circuit board different from the pixel array unit 10 (which means not only another semiconductor substrate but also a general circuit board), for example, a circuit board on which an external circuit is provided. May be.

なお、固体撮像装置1は、このように各部が半導体領域に一体的に形成された1チップとして形成された形態であってもよいし、図示を割愛するが、画素アレイ部10、駆動制御部7、カラム処理部26などの各種の信号処理部の他に、撮影レンズ、光学ローパスフィルタ、あるいは赤外光カットフィルタなどの光学系をも含む状態で、これらを纏めてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態としてもよい。   Note that the solid-state imaging device 1 may be configured as one chip in which each unit is integrally formed in the semiconductor region as described above. Although not illustrated, the pixel array unit 10 and the drive control unit are omitted. 7. In addition to various signal processing units such as the column processing unit 26, an imaging function in which these are collectively packaged in a state including an optical system such as a photographing lens, an optical low-pass filter, or an infrared light cut filter It is good also as a modular form which has.

<出力回路の詳細構成:第1構成例と比較例>
図2は出力回路28の本実施形態の第1構成例を説明するブロック図である。また、図3は、比較例としての本実施形態の構成を取らない場合の一般的な出力回路の構成例を説明するブロック図である。
<Detailed Configuration of Output Circuit: First Configuration Example and Comparative Example>
FIG. 2 is a block diagram illustrating a first configuration example of this embodiment of the output circuit 28. FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of a general output circuit when the configuration of the present embodiment is not taken as a comparative example.

図2および図3の双方において、スイッチドキャパシタアンプ(CSA )320は、演算増幅器(オペアンプ)などで構成された差動増幅器322と、差動増幅器322の反転入力端子(−)と出力端子との間に接続された容量値Cfbの帰還容量324と、リセット用のスイッチ(たとえばMOSトランジスタ)326とを有し、全体として、入力側に接続される入力容量との組合せによって容量帰還型の増幅回路として機能するように構成されている。そのアンプゲイン(増幅率)Gamp は、入力容量の容量値Cinと帰還容量324の容量値Cfbで決定され、Gamp =Cin/Cfbとなる。帰還容量324の反転入力端子(−)に接続されるあらゆる容量成分が入力容量となり得、その種類によってスイッチドキャパシタアンプ320は様々な特質を呈する。この点に関しては後で説明する。   2 and 3, the switched capacitor amplifier (CSA) 320 includes a differential amplifier 322 composed of an operational amplifier (op amp) and the like, an inverting input terminal (−) and an output terminal of the differential amplifier 322. And a feedback switch 324 having a capacitance value Cfb connected between and a reset switch (for example, a MOS transistor) 326, and as a whole, a capacitive feedback type amplification by a combination with an input capacitor connected to the input side It is configured to function as a circuit. The amplifier gain (amplification factor) Gamp is determined by the capacitance value Cin of the input capacitor and the capacitance value Cfb of the feedback capacitor 324, and Gamp = Cin / Cfb. Any capacitance component connected to the inverting input terminal (−) of the feedback capacitor 324 can be an input capacitor, and the switched capacitor amplifier 320 exhibits various characteristics depending on the type. This point will be described later.

水平選択スイッチ部60の水平選択スイッチ62の出力側に接続された水平信号線18は、スイッチドキャパシタアンプ320を構成する差動増幅器322の反転入力端子(−)に接続されている。差動増幅器322の非反転入力端子(+)には、基準電圧Vrefが供給されるようになっている。   The horizontal signal line 18 connected to the output side of the horizontal selection switch 62 of the horizontal selection switch unit 60 is connected to the inverting input terminal (−) of the differential amplifier 322 constituting the switched capacitor amplifier 320. A reference voltage Vref is supplied to the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier 322.

図示しない画素アレイ部10で検知された画素信号S0(Signal Input)は、カラム信号処理部25のCDS機能部にて、信号出力行の各単位画素3において光電変換素子に蓄積された信号電荷(たとえば電子)に応じた信号レベルS0_sigと、光電変換素子をリセットした後のリセットレベルS0_rstとの差が取られて固定バラツキが除去され容量値C1の蓄積容量266に供給され、この蓄積容量266に一旦保持される。ここまでは垂直転送である。   A pixel signal S0 (Signal Input) detected by the pixel array unit 10 (not shown) is stored in the photoelectric conversion element in each unit pixel 3 in the signal output row by the CDS function unit of the column signal processing unit 25. For example, the difference between the signal level S0_sig corresponding to the electron) and the reset level S0_rst after resetting the photoelectric conversion element is taken, the fixed variation is removed, and the difference is supplied to the storage capacitor 266 having the capacitance value C1. Once held. Up to this point is vertical transfer.

垂直転送が完了すると、続いて水平転送を行なう。たとえば、先ず、水平走査部12によりラインメモリとしての蓄積容量266を順に選択するべく、水平選択スイッチ部60の各水平選択スイッチ62を順にオン/オフ制御し、複数の垂直列に対する共通信号線である水平信号線18に蓄積容量266に保持しておいた画素信号S1を水平信号線18に読み出す。これにより水平信号線18の電位が変化する。水平信号線18上の信号電位は容量帰還型の増幅回路を構成するスイッチドキャパシタアンプ320によって増幅された後にサンプルホールド部340に出力される。   When the vertical transfer is completed, the horizontal transfer is subsequently performed. For example, first, in order to sequentially select the storage capacitors 266 as line memories by the horizontal scanning unit 12, the horizontal selection switches 62 of the horizontal selection switch unit 60 are sequentially turned on / off, and the common signal lines for a plurality of vertical columns are used. The pixel signal S 1 held in the storage capacitor 266 on a certain horizontal signal line 18 is read out to the horizontal signal line 18. As a result, the potential of the horizontal signal line 18 changes. The signal potential on the horizontal signal line 18 is amplified by the switched capacitor amplifier 320 constituting the capacitive feedback type amplifier circuit and then output to the sample hold unit 340.

その際の画素信号に関してのアンプゲイン(信号増幅率)Gamp0は、水平信号線18に付帯(寄生)する寄生容量18Cの容量値Cpがホールド容量である蓄積容量266の容量値C1や帰還容量324の容量値Cfbに比べて十分に小さいとすれば、蓄積容量266のみが入力容量Cinであると考えればよく、蓄積容量266の容量値C1とスイッチドキャパシタアンプ320の帰還容量324の容量値Cfbで決定されGamp0=C1/Cfbとなる。   The amplifier gain (signal amplification factor) Gamp0 for the pixel signal at that time is the capacitance value C1 of the storage capacitor 266 or the feedback capacitor 324 where the capacitance value Cp of the parasitic capacitance 18C attached (parasitic) to the horizontal signal line 18 is a hold capacitance. If the capacitance value Cfb is sufficiently smaller than the capacitance value Cfb, only the storage capacitor 266 may be considered as the input capacitance Cin. The capacitance value C1 of the storage capacitor 266 and the capacitance value Cfb of the feedback capacitor 324 of the switched capacitor amplifier 320 Gamp0 = C1 / Cfb.

このとき、帰還容量324の構成を複数並列に配置し、それをスイッチで切り替えるなどの様々な対応を採り、帰還容量324の容量値を可変に構成することでアンプゲインGamp0の設定は可変であり、信号量に応じた適切なゲイン設定で増幅できる。スイッチドキャパシタアンプ320で増幅された撮像信号S2はサンプルホールド部340により、各情報を保持した状態で出力される。   At this time, a plurality of configurations of the feedback capacitors 324 are arranged in parallel, and various measures such as switching them with a switch are adopted, and the capacitance value of the feedback capacitor 324 is configured to be variable, so that the setting of the amplifier gain Gamp0 is variable. Amplification can be performed with an appropriate gain setting according to the signal amount. The imaging signal S2 amplified by the switched capacitor amplifier 320 is output by the sample hold unit 340 while holding each information.

連続して画素信号S1を読み出す場合には、各画素信号S1の基準電圧を同じにするため、水平信号線18の寄生容量Cpや帰還容量324を基準電圧Vrefでリセットする。このリセットのため初期化スイッチ326が使用される。また、容量帰還型の増幅回路を構成するスイッチドキャパシタアンプ320がリセット動作中も後段に信号の出力(リセット状態の信号S2_rst)を維持するため、スイッチドキャパシタアンプ320の後段に、サンプルホールド部340を備え、さらにサンプルホールド部340の後段に信号加算部360を備える。   When the pixel signal S1 is continuously read, the parasitic capacitance Cp and the feedback capacitor 324 of the horizontal signal line 18 are reset with the reference voltage Vref in order to make the reference voltage of each pixel signal S1 the same. An initialization switch 326 is used for this reset. Further, since the switched capacitor amplifier 320 constituting the capacitive feedback amplifier circuit maintains the signal output (reset signal S2_rst) in the subsequent stage even during the reset operation, the sample hold unit is disposed in the subsequent stage of the switched capacitor amplifier 320. 340 and a signal adder 360 in the subsequent stage of the sample hold unit 340.

サンプルホールド部340は、2系統のサンプルホールド回路340a,230bを有する。信号加算部360は、各後段のアナログアンプ346a2,346b2から出力される信号転送状態の信号S3_sigとリセット状態の信号S3_rstとを加算する。なお、信号加算部360はサンプルホールド回路340aで取得された画素情報とサンプルホールド回路340bで取得された基準情報との差分結果を取得する差分情報取得部として機能し、実際には、信号転送状態の信号S3_sigとリセット状態の信号S3_rstとを差動で加算する差分処理を行なう。   The sample hold unit 340 includes two systems of sample hold circuits 340a and 230b. The signal adder 360 adds the signal S3_sig in the signal transfer state and the signal S3_rst in the reset state output from the analog amplifiers 346a2 and 346b2 in the subsequent stages. The signal addition unit 360 functions as a difference information acquisition unit that acquires a difference result between the pixel information acquired by the sample hold circuit 340a and the reference information acquired by the sample hold circuit 340b. The differential processing is performed in which the signal S3_sig and the signal S3_rst in the reset state are differentially added.

ここで、信号加算部360が、信号転送状態の信号S3_sigとリセット状態の信号S3_rstとを差動で加算するに当たっては、各サンプルホールド回路340a,340bからそれぞれ入力される信号S3_sigと信号S3_rstが同一符号であるときには、信号加算部360自身が信号S3_sig,S3_rstの何れか一方に対して予め符号を反転してから加算処理を行なう。一方、各サンプルホールド回路340a,340bからそれぞれ入力される信号S3_sigと信号S3_rstが異符号であるときには、信号加算部360は、その入力された信号S3_sig,S3_rstをそのまま加算処理を行なうだけでよい。本実施形態では、信号S3_sig,S3_rstを異符号とする後者の態様を採ることにする。   Here, when the signal adder 360 differentially adds the signal S3_sig in the signal transfer state and the signal S3_rst in the reset state, the signal S3_sig and the signal S3_rst respectively input from the sample hold circuits 340a and 340b are the same. When it is a sign, the signal adding unit 360 itself inverts the sign in advance with respect to one of the signals S3_sig and S3_rst, and then performs addition processing. On the other hand, when the signal S3_sig and the signal S3_rst respectively input from the sample hold circuits 340a and 340b have different signs, the signal adder 360 only needs to add the input signals S3_sig and S3_rst as they are. In the present embodiment, the latter mode in which the signals S3_sig and S3_rst are different signs is adopted.

サンプルホールド回路340aは、撮像信号S2における信号転送状態の信号S2_sigを抽出して保持し適切な信号出力速度(データレート)で出力時間をあわせるものである。一方、サンプルホールド回路340bは、サンプルホールド回路340aの動作と並行(同期)して、撮像信号S2におけるリセット状態の信号S2_rstを抽出して保持し、サンプルホールド回路340aの信号出力に合わせて出力するものである。   The sample hold circuit 340a extracts and holds the signal S2_sig in the signal transfer state in the imaging signal S2, and adjusts the output time at an appropriate signal output speed (data rate). On the other hand, the sample hold circuit 340b extracts and holds the reset state signal S2_rst in the imaging signal S2 in parallel (synchronization) with the operation of the sample hold circuit 340a, and outputs it in accordance with the signal output of the sample hold circuit 340a. Is.

具体的には、スイッチドキャパシタアンプ320は、図示しない通信・タイミング制御部20からの駆動パルスCN4に含まれているリセットパルスRST に従って、信号転送状態とリセット状態の2つの状態を切り替えて動作する。具体的には、スイッチドキャパシタアンプ320は、リセットパルスRST がアクティブ期間にスイッチドキャパシタアンプ320をリセットし、インアクティブ期間に読出列に対応する制御出力(水平選択信号φHkに対応する駆動パルスφgk)がアクティブにされることで当該読出列の画素信号S1を取り出し、全体として撮像信号S2を取得する。   Specifically, the switched capacitor amplifier 320 operates by switching between two states of a signal transfer state and a reset state in accordance with a reset pulse RST included in the drive pulse CN4 from the communication / timing control unit 20 (not shown). . Specifically, the switched capacitor amplifier 320 resets the switched capacitor amplifier 320 during the active period of the reset pulse RST, and the control output corresponding to the read column during the inactive period (the drive pulse φgk corresponding to the horizontal selection signal φHk). ) Is activated, the pixel signal S1 of the readout column is extracted, and the imaging signal S2 is acquired as a whole.

ここで本実施形態では、スイッチドキャパシタアンプ320の後段に、サンプルホールド部340を設けている。サンプルホールド部340は、回路図上は同様の構成をなしているサンプルホールド回路を2系統(サンプルホールド回路340a,340b)有するとともに、各系統がそれぞれサンプルホールド回路を2段有する(サンプルホールド回路340a1,340a2,340b1,340b2)。   Here, in the present embodiment, the sample hold unit 340 is provided in the subsequent stage of the switched capacitor amplifier 320. The sample hold unit 340 has two sample hold circuits (sample hold circuits 340a and 340b) having the same configuration on the circuit diagram, and each system has two stages of sample hold circuits (sample hold circuit 340a1). , 340a2, 340b1, 340b2).

サンプルホールド回路340aは、本来の画素情報抽出用のもので、スイッチドキャパシタアンプ320から出力される画素信号転送時の信号レベルを抽出して保持する信号転送情報取得部の一例である。前段のサンプルホールド回路340a1は、スイッチドキャパシタアンプ320から出力される信号レベルの内、初期化スイッチ326がオフ時でかつ水平走査部12の制御の元で水平選択スイッチ62が何れかの蓄積容量266を選択しているタイミングに合わせてアクティブレベルとなるサンプルパルスSPa1に基づき、入力容量としての蓄積容量266に保持されている画素信号をスイッチドキャパシタアンプ320で増幅して出力される信号転送状態の画素情報報を取得して保持する前段の信号転送情報取得部の一例である。後段のサンプルホールド回路340a2は、所定のタイミングでアクティブレベルとなるサンプルパルスSPa2に基づき前段のサンプルホールド回路340a1に保持されている画素情報を取得して保持する後段の信号転送情報取得部の一例である。   The sample-and-hold circuit 340a is for original pixel information extraction, and is an example of a signal transfer information acquisition unit that extracts and holds the signal level at the time of pixel signal transfer output from the switched capacitor amplifier 320. In the sample hold circuit 340a1 in the previous stage, among the signal levels output from the switched capacitor amplifier 320, when the initialization switch 326 is off and the horizontal scanning unit 12 controls the horizontal selection switch 62, any one of the storage capacitors A signal transfer state in which the pixel signal held in the storage capacitor 266 as the input capacitor is amplified by the switched capacitor amplifier 320 and output based on the sample pulse Spa1 that becomes an active level in accordance with the timing when the H.266 is selected. It is an example of the signal transmission information acquisition part of the front | former stage which acquires and hold | maintains this pixel information report. The post-stage sample hold circuit 340a2 is an example of a post-stage signal transfer information acquisition unit that acquires and holds the pixel information held in the pre-stage sample hold circuit 340a1 based on the sample pulse SPa2 that becomes an active level at a predetermined timing. is there.

サンプルホールド回路340bは、容量帰還型の増幅回路を構成するスイッチドキャパシタアンプ320で発生するノイズ成分を抽出して保持する基準情報取得部の一例である。前段のサンプルホールド回路340b1は、初期化スイッチ326をオンさせた初期化後から水平走査部12の制御の元で水平選択スイッチ62が何れかの蓄積容量266を選択するまでのタイミングに合わせてアクティブレベルとなるサンプルパルスSPb1に基づき、初期化スイッチ326のオン時に生じ水平信号線18に付帯する寄生容量18Cに保持されたノイズ成分をスイッチドキャパシタアンプ320で増幅して出力される基準情報を取得して保持する前段の基準情報取得部の一例である。後段のサンプルホールド回路340b2は、所定のタイミングでアクティブレベルとなるサンプルパルスSPb2に基づき前段のサンプルホールド回路340b1に保持されている基準情報を取得して保持する後段の基準情報取得部の一例である。   The sample-and-hold circuit 340b is an example of a reference information acquisition unit that extracts and holds a noise component generated in the switched capacitor amplifier 320 that constitutes the capacitive feedback type amplifier circuit. The sample-and-hold circuit 340b1 in the previous stage is activated in accordance with the timing after the initialization when the initialization switch 326 is turned on until the horizontal selection switch 62 selects any storage capacitor 266 under the control of the horizontal scanning unit 12. Based on the level sample pulse SPb1, the noise component generated when the initialization switch 326 is turned on and held in the parasitic capacitor 18C attached to the horizontal signal line 18 is amplified by the switched capacitor amplifier 320 to obtain reference information output. It is an example of the reference | standard information acquisition part of the front | former stage held in the. The latter-stage sample hold circuit 340b2 is an example of a later-stage reference information acquisition unit that acquires and holds the reference information held in the previous-stage sample hold circuit 340b1 based on the sample pulse SPb2 that becomes an active level at a predetermined timing. .

各サンプルホールド回路340a1,340a2,340b1,340b2はサンプルスイッチ342(342a1,342a2,342b1,342b2)と、ホールドコンデンサ344(344a1,344a2,344b1,344b2)と、シングルエンド型のアナログアンプ346(346a1,346a2,346b1,346b2)を有している。アナログアンプ346a1,346a2,346b1は非反転型であるがアナログアンプ346b2は反転型である。したがって、差分情報取得部の一例である信号加算部360は、事実上、“S3_sig−S3_rst”の信号を撮像信号S3として出力する減算回路として機能する。   Each sample hold circuit 340a1, 340a2, 340b1, 340b2 includes a sample switch 342 (342a1, 342a2, 342b1, 342b2), a hold capacitor 344 (344a1, 344a2, 344b1, 344b2), and a single-ended analog amplifier 346 (346a1, 346a1, 342b1). 346a2, 346b1, 346b2). The analog amplifiers 346a1, 346a2, and 346b1 are non-inverting types, whereas the analog amplifier 346b2 is an inverting type. Therefore, the signal addition unit 360, which is an example of the difference information acquisition unit, effectively functions as a subtraction circuit that outputs the signal “S3_sig−S3_rst” as the imaging signal S3.

このように、サンプルホールド部340は、本実施形態特有の構成として、本来の画素情報抽出用のサンプルホールド回路340aとは別系統に、容量帰還型の増幅回路を構成するスイッチドキャパシタアンプ320で発生するノイズ成分を信号転送状態の信号S2_sigとは別に抽出して保持するためのサンプルホールド回路340bを有している。前述のように、その回路構成はサンプルホールド回路340aと同じである。   As described above, the sample hold unit 340 includes a switched capacitor amplifier 320 that constitutes a capacitive feedback type amplifier circuit in a separate system from the original pixel information extraction sample hold circuit 340a as a configuration unique to the present embodiment. A sample hold circuit 340b for extracting and holding the generated noise component separately from the signal S2_sig in the signal transfer state is provided. As described above, the circuit configuration is the same as that of the sample hold circuit 340a.

画素情報抽出用の前段のサンプルホールド回路340a1に設けられるホールドコンデンサ344a1の容量値はCsha1、後段のサンプルホールド回路340a2に設けられるホールドコンデンサ344a2の容量値はCsha2、基準情報抽出用(事実上のノイズ抽出用となる)のサンプルホールド回路340bの前段のサンプルホールド回路340b1に設けられるホールドコンデンサ344b1の容量値はCshb1、後段のサンプルホールド回路340b2に設けられるホールドコンデンサ344b2の容量値はCshb2である。これらの容量値Csha1,Csha2,Cshb1,Cshb2は、後段の各出力バッファ346の回路構成に応じた最適なものが設定され、一概に小容量であるとか大容量であるとかは決定できない。   The capacitance value of the hold capacitor 344a1 provided in the previous sample hold circuit 340a1 for pixel information extraction is Csha1, the capacitance value of the hold capacitor 344a2 provided in the subsequent sample hold circuit 340a2 is Csha2, and the reference information extraction (actual noise) The capacitance value of the hold capacitor 344b1 provided in the sample hold circuit 340b1 in the preceding stage of the sample hold circuit 340b (for extraction) is Cshb1, and the capacitance value of the hold capacitor 344b2 provided in the sample hold circuit 340b2 in the subsequent stage is Cshb2. These capacitance values Csha1, Csha2, Cshb1, and Cshb2 are set optimally according to the circuit configuration of each output buffer 346 in the subsequent stage, and it cannot be determined whether the capacitance is generally small or large.

画素情報抽出用のサンプルホールド回路340aは、スイッチドキャパシタアンプ320から出力される画素信号S2から信号転送状態の信号S2_sigを抽出する信号抽出部の一例である。この画素情報抽出用のサンプルホールド回路340aは、カラム出力線268(事実上垂直信号線19)ごとに水平信号線18を基準レベルにリセットしてから信号転送状態の信号S2_sigを読み出すべく、スイッチドキャパシタアンプ320が信号転送状態とリセット状態の2つの状態を持ち、これら2つの状態をリセットパルスRST の制御に従って切り替えて動作するものであることに対応して設けられている。   The sample and hold circuit 340a for extracting pixel information is an example of a signal extraction unit that extracts the signal S2_sig in the signal transfer state from the pixel signal S2 output from the switched capacitor amplifier 320. The sample and hold circuit 340a for extracting pixel information is switched to read the signal S2_sig in the signal transfer state after resetting the horizontal signal line 18 to the reference level for each column output line 268 (effectively the vertical signal line 19). The capacitor amplifier 320 has two states, ie, a signal transfer state and a reset state, and is provided corresponding to the operation that switches between these two states according to the control of the reset pulse RST.

前段(1段目)のサンプルスイッチ342a1は、図示しない通信・タイミング制御部20からの駆動パルスCN4に含まれている、サンプリング期間とホールド期間の2つの状態を切り替えるためのタイミングパルスである水平駆動周波数(各水平選択信号φHの切替え周波数)と同じ周波数でかつ同期したサンプルパルスSPa1が入力されるようになっており、サンプルパルスSPa1に基づいてオン/オフ動作することで、サンプリング期間とホールド期間を切り替えて動作する。具体的には、サンプルスイッチ342a1は、サンプルパルスSPa1がアクティブレベルのときに、撮像信号S2のうちの実際に画像として必要な信号転送状態の信号S2_sigのみをホールドコンデンサ344a1にサンプルして、ホールドコンデンサ344a1に記憶する。この記憶された信号転送状態の信号S2_sigはアナログアンプ346a1に供給される。   The sample switch 342a1 in the previous stage (first stage) is a horizontal drive that is a timing pulse for switching between two states of the sampling period and the hold period, which is included in the drive pulse CN4 from the communication / timing control unit 20 (not shown). A sample pulse Spa1 having the same frequency as the frequency (switching frequency of each horizontal selection signal φH) and synchronized is input, and an on / off operation is performed based on the sample pulse Spa1, thereby allowing a sampling period and a hold period. Switch to operate. Specifically, the sample switch 342a1 samples only the signal S2_sig in the signal transfer state that is actually required as an image of the imaging signal S2 into the hold capacitor 344a1 when the sample pulse SPA1 is at the active level, and holds the hold capacitor 344a1. Store in 344a1. The stored signal S2_sig in the signal transfer state is supplied to the analog amplifier 346a1.

後段(2段目)のサンプルスイッチ342a2は、図示しない通信・タイミング制御部20からの駆動パルスCN4に含まれている、サンプリング期間とホールド期間の2つの状態を切り替えるためのタイミングパルスである水平駆動周波数と同じ周波数でかつ同期したサンプルパルスSPa2が入力されるようになっており、サンプルパルスSPa2に基づいてオン/オフ動作することで、サンプリング期間とホールド期間を切り替えて動作する。具体的には、サンプルスイッチ342a2は、サンプルパルスSPa2がアクティブレベルのときに、アナログアンプ346a1から出力されるホールドコンデンサ344a1に保持しておいた前段のサンプルホールド回路340a1にてサンプリングされた信号転送状態の信号S2_sigをホールドコンデンサ344a2にサンプルして、信号S3_sigとしてホールドコンデンサ344a2に記憶する。この記憶された信号転送状態の信号S3_sigはアナログアンプ346a2に供給される。アナログアンプ346a2は、ホールドコンデンサ344a2に保持した信号転送状態の信号S3_sigを反転せずに(正の情報として)信号加算部360に供給する。基本的な構成および動作は、前段のサンプルホールド回路340a1と同じであるが、サンプルパルスSPa2のアクティブレベルのタイミングがサンプルパルスSPa1のアクティブレベルのタイミングと異なる。   The latter-stage (second stage) sample switch 342a2 is a horizontal drive that is a timing pulse for switching between two states of the sampling period and the hold period, which is included in the drive pulse CN4 from the communication / timing control unit 20 (not shown). A sample pulse SPA2 having the same frequency as the frequency and synchronized is input, and the on / off operation is performed based on the sample pulse Spa2, thereby switching between the sampling period and the hold period. Specifically, the sample switch 342a2 is a signal transfer state sampled by the previous sample hold circuit 340a1 held in the hold capacitor 344a1 output from the analog amplifier 346a1 when the sample pulse SPA2 is at the active level. The signal S2_sig is sampled in the hold capacitor 344a2 and stored as the signal S3_sig in the hold capacitor 344a2. The stored signal transfer state signal S3_sig is supplied to the analog amplifier 346a2. The analog amplifier 346a2 supplies the signal S3_sig in the signal transfer state held in the hold capacitor 344a2 to the signal adder 360 without being inverted (as positive information). The basic configuration and operation are the same as those of the sample-and-hold circuit 340a1 in the previous stage, but the timing of the active level of the sample pulse SPA2 is different from the timing of the active level of the sample pulse SPA1.

基準情報抽出用の前段のサンプルホールド回路340b1に設けられるサンプルスイッチ342b1には、図示しない通信・タイミング制御部20からの駆動パルスCN4に含まれている、サンプリング期間とホールド期間の2つの状態を切り替えるためのタイミングパルスである水平駆動周波数と同じ周波数でかつ同期したサンプルパルスSPb1が入力されるようになっており、サンプルパルスSPb1に基づいてオン/オフ動作することで、サンプリング期間とホールド期間を切り替えて動作する。前段のサンプルホールド回路340b1は、スイッチドキャパシタアンプ320のリセット直後に出力される水平信号線18の基準レベル(=Vref)を抽出する信号抽出部としての機能を持つ。具体的には、サンプルスイッチ342b1は、リセットパルスRST がインアクティブレベル(Lレベル)になりかつサンプルパルスSPa1がアクティブレベル(Hレベル)になるまでの間においてサンプルパルスSPb1がアクティブレベル(Hレベル)のときに、スイッチドキャパシタアンプ320から出力されるリセット状態の信号S2_rstのみをサンプルすることで水平信号線18の基準レベル(=Vref)を抽出し、ホールドコンデンサ344b1にサンプルして、ホールドコンデンサ344b1に記憶する。この記憶されたリセット状態の信号S2_rstはアナログアンプ346b1に供給される。   A sample switch 342b1 provided in the previous sample hold circuit 340b1 for extracting reference information switches between two states of a sampling period and a hold period included in a drive pulse CN4 from a communication / timing control unit 20 (not shown). The sampling pulse SPb1, which is the same frequency as the horizontal drive frequency, which is the timing pulse for synchronization, is input, and the sampling period and hold period are switched by turning on / off based on the sample pulse SPb1. Works. The sample hold circuit 340b1 in the previous stage has a function as a signal extraction unit that extracts the reference level (= Vref) of the horizontal signal line 18 output immediately after the switched capacitor amplifier 320 is reset. Specifically, the sample switch 342b1 determines that the sample pulse SPb1 is active level (H level) until the reset pulse RST becomes inactive level (L level) and the sample pulse SPa1 becomes active level (H level). At this time, by sampling only the reset state signal S2_rst output from the switched capacitor amplifier 320, the reference level (= Vref) of the horizontal signal line 18 is extracted, sampled by the hold capacitor 344b1, and held capacitor 344b1 To remember. The stored reset state signal S2_rst is supplied to the analog amplifier 346b1.

後段のサンプルホールド回路340b1は、図示しない通信・タイミング制御部20からの駆動パルスCN4に含まれている、サンプリング期間とホールド期間の2つの状態を切り替えるためのタイミングパルスである水平駆動周波数と同じ周波数でかつ同期したサンプルパルスSPb2が入力されるようになっており、サンプルパルスSPb2に基づいてオン/オフ動作することで、サンプリング期間とホールド期間を切り替えて動作する。具体的には、サンプルスイッチ342b2は、サンプルパルスSPb2がアクティブレベルのときに、アナログアンプ346b1から出力されるホールドコンデンサ344b1に保持しておいた前段のサンプルホールド回路340b1にてサンプリングされたリセット状態の信号S2_rstをホールドコンデンサ344b2にサンプルして、信号S3_rstとしてホールドコンデンサ344b2に記憶する。この記憶されたリセット状態の信号S3_rstはアナログアンプ346b2に供給される。アナログアンプ346b2は、ホールドコンデンサ344b2に保持したリセット状態の信号S3_rstを反転して(負の情報として)信号加算部360に供給する。基本的な構成および動作は、前段のサンプルホールド回路340b1と同じであるが、サンプルパルスSPb2のアクティブレベルのタイミングがサンプルパルスSPb1のアクティブレベルのタイミングと異なる。   The latter sample hold circuit 340b1 has the same frequency as the horizontal drive frequency, which is a timing pulse for switching between two states of the sampling period and the hold period, which is included in the drive pulse CN4 from the communication / timing control unit 20 (not shown). In addition, a synchronized sample pulse SPb2 is input, and an on / off operation is performed based on the sample pulse SPb2, thereby switching between a sampling period and a hold period. Specifically, the sample switch 342b2 is in the reset state sampled by the previous sample hold circuit 340b1 held in the hold capacitor 344b1 output from the analog amplifier 346b1 when the sample pulse SPb2 is at the active level. The signal S2_rst is sampled in the hold capacitor 344b2, and stored in the hold capacitor 344b2 as the signal S3_rst. The stored reset state signal S3_rst is supplied to the analog amplifier 346b2. The analog amplifier 346b2 inverts the reset signal S3_rst held in the hold capacitor 344b2 (as negative information) and supplies it to the signal adder 360. The basic configuration and operation are the same as those of the sample-and-hold circuit 340b1 in the previous stage, but the timing of the active level of the sample pulse SPb2 is different from the timing of the active level of the sample pulse SPb1.

本実施形態では、サンプルホールド部340の2つの経路をそれぞれ前段、後段と2つのサンプルホールド回路に分けて前段と後段とで異なるタイミングでサンプリングを可能にすることで、信号転送状態の信号S2_sig2およびリセット状態の信号S2_rst2に含まれているリセットノイズの伝達タイミングを調整して出力することを可能にしている。   In the present embodiment, the two paths of the sample and hold unit 340 are divided into a front stage, a rear stage, and two sample and hold circuits, respectively, so that sampling can be performed at different timings in the front stage and the rear stage, so that the signal S2_sig2 in the signal transfer state and The reset noise transmission timing included in the reset state signal S2_rst2 can be adjusted and output.

特に、第1構成例では、2つの経路の後段同士でサンプリングのタイミングを揃える、つまり後段の基準情報取得部としての後段のサンプルホールド回路340b2における基準情報の取得タイミングと後段の信号転送情報取得部としての後段のサンプルホールド回路340a2における画素情報の取得タイミングとを合わせる(より具体的には同時にサンプリングする)ことで、信号転送状態の信号S3_sigおよびリセット状態の信号S3_rstに含まれているリセットノイズ(熱雑音Vnrst0)の情報の伝達タイミングを一致させる。   In particular, in the first configuration example, the sampling timings are aligned in the subsequent stages of the two paths, that is, the reference information acquisition timing and the subsequent signal transfer information acquisition unit in the subsequent sample hold circuit 340b2 as the subsequent reference information acquisition unit. By matching the pixel information acquisition timing in the subsequent sample hold circuit 340a2 (more specifically, sampling at the same time), reset noise included in the signal S3_sig in the signal transfer state and the signal S3_rst in the reset state ( The transmission timing of information of the thermal noise Vnrst0) is matched.

一方、図3に示す比較例の出力回路28は、サンプルホールド部340として画素情報抽出用のサンプルホールド回路340を備えるのみで、基準情報抽出用のサンプルホールド回路を備えていない。また、サンプルホールド回路340は1段構成である。   On the other hand, the output circuit 28 of the comparative example shown in FIG. 3 includes only the sample hold circuit 340 for extracting pixel information as the sample hold unit 340 but does not include the sample hold circuit for extracting reference information. The sample hold circuit 340 has a one-stage configuration.

本実施形態の出力回路28は、サンプルホールド部340を画素情報抽出用と基準情報抽出用の2系統に分け、信号転送状態の信号転送状態の信号S2_sigとリセット状態の信号S2_rstの双方について、同じ信号処理部(本例ではスイッチドキャパシタアンプ320)から出力される処理済み撮像信号S2を処理対象として信号抽出を行なう。これにより、スイッチドキャパシタアンプ320で発生するノイズ成分(たとえば熱雑音成分)が、2系統の信号に同様に含まれるようになる。ノイズ成分が両方の信号に同様に含まれるようにすることで、その差を取って出力信号を生成することで、出力信号(本例では撮像信号S3)には、ノイズ成分が含まれないことになる。CDS処理と似通った処理となり、スイッチドキャパシタアンプ320で発生するノイズ成分を比較例よりも抑圧することができる。以下、具体的に両者の動作の違いについて説明する。   The output circuit 28 of the present embodiment divides the sample and hold unit 340 into two systems for pixel information extraction and reference information extraction, and is the same for both the signal transfer state signal S2_sig in the signal transfer state and the reset signal S2_rst. Signal extraction is performed on the processed imaging signal S2 output from the signal processing unit (switched capacitor amplifier 320 in this example). Thereby, a noise component (for example, thermal noise component) generated in the switched capacitor amplifier 320 is included in the two systems of signals in the same manner. The noise component is included in both signals in the same way, and the output signal is generated by taking the difference between them, so that the output signal (in this example, the imaging signal S3) does not contain the noise component. become. The processing is similar to the CDS processing, and the noise component generated in the switched capacitor amplifier 320 can be suppressed more than in the comparative example. Hereinafter, the difference between the operations will be described in detail.

<出力回路の詳細動作:第1構成例と比較例>
図4は、図3に示した比較例の出力回路28の動作を説明するタイミングチャートである。図5は図2に示した本実施形態の第1構成例の出力回路28の動作を説明するタイミングチャートである。
<Detailed Operation of Output Circuit: First Configuration Example and Comparative Example>
FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of the output circuit 28 of the comparative example shown in FIG. FIG. 5 is a timing chart for explaining the operation of the output circuit 28 of the first configuration example of the present embodiment shown in FIG.

図2に示した本実施形態の第1構成例の出力回路28の動作の特徴との対比のため、先ず図3に示した比較例の出力回路28の水平転送方法について図4を参照して説明する。   For comparison with the characteristics of the operation of the output circuit 28 of the first configuration example of the present embodiment shown in FIG. 2, first, a horizontal transfer method of the output circuit 28 of the comparative example shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG. explain.

1つの単位画素3についての信号処理は、リセット状態の信号S2_rstを読み出す期間であるアンプリセット期間t10〜t14と信号転送状態の信号S2_sigを読み出す期間であるデータ転送期間t20〜t28で完結される。説明や図中において必要に応じて、処理対象の単位画素3の区別をするため、各タイミングに単位画素3の番号@を利用して“_@”の参照子を付して示す。   The signal processing for one unit pixel 3 is completed in an amplifier reset period t10 to t14 that is a period for reading the reset state signal S2_rst and a data transfer period t20 to t28 that is a period for reading the signal S2_sig in the signal transfer state. In the description and drawings, the unit pixel 3 to be processed is distinguished from each other as necessary by using a number “@@” of the unit pixel 3 at each timing and adding a “_ @” reference.

<比較例の動作>
図4に示す比較例の出力回路28において、@番目の単位画素3(図では1画素目)のスイッチドキャパシタアンプ320をリセット状態とする動作時には、水平選択信号φHをインアクティブLにして水平転送用の水平選択スイッチ62をオフにするとともに、サンプルパルスSPをインアクティブLにして画素情報抽出用のサンプルホールド部340のサンプルスイッチ342をオフにした状態で、リセットパルスRST をアクティブHにしてアンプリセット用の初期化スイッチ326をオンにする(t10_@〜t14_@)。このとき、帰還容量324の両端電位は基準電圧Vrefの電位となり、帰還容量324に蓄積されていた電荷がゼロに初期化される。その結果、差動増幅器322の入力オフセット電圧を無視したときには、スイッチドキャパシタアンプ320の出力電位は基準電圧Vrefと等しくなる。
<Operation of Comparative Example>
In the output circuit 28 of the comparative example shown in FIG. 4, when the switched capacitor amplifier 320 of the @th unit pixel 3 (first pixel in the figure) is reset, the horizontal selection signal φH is set to inactive L and the horizontal The horizontal selection switch 62 for transfer is turned off, the reset pulse RST is set to active H with the sample pulse SP set to inactive L and the sample switch 342 of the sample hold unit 340 for pixel information extraction turned off. The unpreset initialization switch 326 is turned on (t10_ @ to t14_ @). At this time, the potential across the feedback capacitor 324 becomes the potential of the reference voltage Vref, and the charge accumulated in the feedback capacitor 324 is initialized to zero. As a result, when the input offset voltage of the differential amplifier 322 is ignored, the output potential of the switched capacitor amplifier 320 becomes equal to the reference voltage Vref.

一方、画素信号転送時には、リセットパルスRST をインアクティブLにしてアンプリセット用の初期化スイッチ326をオフにした状態で、水平選択信号φHをアクティブHにして水平転送用の水平選択スイッチ62をオンにするとともに(t20_@〜t28_@)、水平選択信号φHのアクティブHの期間(t20_@〜t28_@)内でサンプルパルスSPをアクティブHにして画素情報抽出用のサンプルホールド部340のサンプルスイッチ342aをオンにする(t22_@〜t26_@)。   On the other hand, at the time of pixel signal transfer, with the reset pulse RST set to inactive L and the amplifier reset initialization switch 326 turned off, the horizontal selection signal φH is set to active H to turn on the horizontal selection switch 62 for horizontal transfer. (T20_ @ to t28_ @), and the sample pulse SP is set to active H within the active H period (t20_ @ to t28_ @) of the horizontal selection signal φH, and the sample switch 342a of the sample hold unit 340 for extracting pixel information Is turned on (t22_ @ to t26_ @).

出力回路28は、このような動作を同一行の各単位画素3について繰り返すことで、つまり、図4に示すように、水平選択信号φHおよびリセットパルスRST の制御に従って信号転送状態とリセット状態とを交互に繰り返しながら動作することで、撮像信号S3を取得する。   The output circuit 28 repeats such an operation for each unit pixel 3 in the same row, that is, as shown in FIG. 4, the signal transfer state and the reset state are changed according to the control of the horizontal selection signal φH and the reset pulse RST. The imaging signal S3 is acquired by operating while repeating alternately.

先の説明から分かるように、出力回路28において、スイッチドキャパシタアンプ320は、リセットパルスRST がアクティブ期間(t10_@〜t14_@)にスイッチドキャパシタアンプ320をリセットした後に、リセットパルスRST のインアクティブ期間(t14_@〜t10_@+1)に、水平走査部12により読出列に対応する制御出力(水平転送クロックφHk/φgk)をアクティブHにすることで(t20_@〜t28_@)、スイッチドキャパシタアンプ320は、読出列の画素信号を取り出し、全体として撮像信号S2を取得する。   As can be seen from the above description, in the output circuit 28, the switched capacitor amplifier 320 is inactivated by the reset pulse RST after the reset pulse RST resets the switched capacitor amplifier 320 during the active period (t10_ @ to t14_ @). During the period (t14_ @ to t10 _ @ + 1), the horizontal scanning unit 12 sets the control output (horizontal transfer clock φHk / φgk) corresponding to the read column to active H (t20_ @ to t28_ @), so that the switched capacitor The amplifier 320 takes out the pixel signal of the readout column and acquires the imaging signal S2 as a whole.

このとき、差動増幅器322は帰還容量324を通して負帰還がかかるため、反転入力端子は基準電圧Vrefの電位となる。これにより、蓄積容量266の電荷量(画素信号S1を反映したもの)に応じた対象画素の画素信号電圧V1_@がC1・(V1_@−Vref)に変動し、この変動電荷C1・(V1_@−Vref)が帰還容量324にサンプルホ−ルドされる。このとき、差動増幅器322の出力である撮像信号S2_sigにおける対象画素の画素信号電圧V2_@はC1/Cfb*(Vref−V1_@)となる。事実上、符号が反転するが、これはスイッチドキャパシタアンプ320などで構成された容量帰還型の増幅回路が反転型の増幅回路として機能するからである。   At this time, since the differential amplifier 322 receives negative feedback through the feedback capacitor 324, the inverting input terminal becomes the potential of the reference voltage Vref. As a result, the pixel signal voltage V1_ @ of the target pixel corresponding to the amount of charge in the storage capacitor 266 (which reflects the pixel signal S1) fluctuates to C1 · (V1 _ @ − Vref), and this fluctuating charge C1 · (V1_ @ -Vref) is sampled and held in the feedback capacitor 324. At this time, the pixel signal voltage V2_ @ of the target pixel in the imaging signal S2_sig that is the output of the differential amplifier 322 is C1 / Cfb * (Vref−V1_ @). In effect, the sign is inverted because the capacitive feedback amplifier circuit composed of the switched capacitor amplifier 320 or the like functions as an inverted amplifier circuit.

ここで、実際に画像として必要なのは信号転送状態だけであるので、図3に示すように、スイッチドキャパシタアンプ320の後段にサンプルホールド部340を設ける。そして、図4に示すように、サンプルホールド部340にて、サンプルパルスSPのアクティブ期間(t20_@〜t28_@)にて、撮像信号S2における信号転送状態の信号S2_sigのみを取り出し、これをアナログアンプ346を介して撮像信号S3として出力する。   Here, since only the signal transfer state is actually required as an image, a sample hold unit 340 is provided at the subsequent stage of the switched capacitor amplifier 320 as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 4, in the sample hold unit 340, only the signal S2_sig in the signal transfer state in the imaging signal S2 is taken out in the active period (t20_ @ to t28_ @) of the sample pulse SP, and this is taken as an analog amplifier It outputs as an imaging signal S3 via 346.

ここで、図3に示す比較例の出力回路28における問題点として、スイッチドキャパシタアンプ320をリセットしたとき(初期化スイッチ326をオンさせたとき)に発生するスイッチドキャパシタアンプ320の熱雑音(以下Vnrst0とする)が、初期化スイッチ326をオフさせたリセット解除時には、スイッチドキャパシタアンプ320などで構成された容量帰還型の増幅回路で増幅され、本来の画素信号電圧V2_@に重畳されて撮像信号S3として出力されることである。   Here, as a problem in the output circuit 28 of the comparative example shown in FIG. 3, the thermal noise of the switched capacitor amplifier 320 generated when the switched capacitor amplifier 320 is reset (when the initialization switch 326 is turned on) ( Vnrst0) is amplified by a capacitance feedback type amplifier circuit composed of a switched capacitor amplifier 320 or the like and is superimposed on the original pixel signal voltage V2_ @ at the time of reset release when the initialization switch 326 is turned off. It is to be output as an imaging signal S3.

すなわち、スイッチドキャパシタアンプ320をリセットしたときに発生する熱雑音Vnrst0は一旦水平信号線18に付帯(寄生)する容量値Cpの寄生容量18Cに保持される。寄生容量18Cは、スイッチドキャパシタアンプ320の入力側に接続される入力容量としても機能してしまう。このため、リセット後の画素信号成分の転送時には、蓄積容量266に保持されている画素信号S1をアンプゲイン(信号増幅率)Gamp0=C1/Cfbで増幅して出力するだけでなく、寄生容量18Cに保持されている熱雑音Vnrst0も寄生容量18Cと帰還容量324の各容量値の比で表されるゲイン(ノイズ増幅率)Gamp1=Cp/Cfbで増幅して出力する(折り返して出力すると称する)ことになる。ゲインGamp1=Cp/Cfb倍されて折り返された後の熱雑音を熱雑音Vnrst1(=Cp /Cfb*(Vref−Vnrst0);信号電圧としてはV4_@)とする。“S2_sig+Vnrst1:信号電圧としてはV3_@=V2_@+V4_@”がサンプルホールド部340のホールドコンデンサ344に保持されるので、アナログアンプ346から出力される撮像信号S3のS/Nが悪化してしまう。   That is, the thermal noise Vnrst0 generated when the switched capacitor amplifier 320 is reset is once held in the parasitic capacitance 18C having the capacitance value Cp incidental (parasitic) to the horizontal signal line 18. The parasitic capacitance 18C also functions as an input capacitance connected to the input side of the switched capacitor amplifier 320. Therefore, when transferring the pixel signal component after reset, the pixel signal S1 held in the storage capacitor 266 is not only amplified and output with the amplifier gain (signal amplification factor) Gamp0 = C1 / Cfb, but also the parasitic capacitance 18C. Is amplified by a gain (noise amplification factor) Gamp1 = Cp / Cfb expressed by the ratio of each capacitance value of the parasitic capacitance 18C and the feedback capacitance 324 and is output (referred to as output after folding). It will be. The thermal noise after the gain Gamp1 = Cp / Cfb multiplied and turned back is assumed to be thermal noise Vnrst1 (= Cp / Cfb * (Vref−Vnrst0); signal voltage is V4_ @). Since “S2_sig + Vnrst1: As a signal voltage, V3 _ @ = V2 _ @ + V4_ @” is held in the hold capacitor 344 of the sample hold unit 340, the S / N of the imaging signal S3 output from the analog amplifier 346 is deteriorated.

このような熱雑音の問題を解決する一手法として、水平信号線18に寄生する寄生容量18Cの容量値Cpを帰還容量324の容量値Cfbに比べて十分に小さくすること、換言すれば、帰還容量324の容量値を大きくすることが考えられる。容量値Cpが容量値Cfbに比べて十分に小さければ熱雑音Vnrst1は信号転送状態の信号S2_sigに比べて小さくなるので問題はないからでる。しかしながら、多画素化や高解像度化が要求される今日では、水平信号線18に接続される水平選択スイッチ62用のトランジスタの接合容量および水平信号線18自体の配線容量を削減することが非常に困難であり、S/N(Signal (to) Noise ratio )を悪化させる要因として大きな割合を占める。たとえば、デジタルビデオカメラに搭載されるCMOSセンサは、多画素化や高解像度化のため、画素のセルサイズが狭小化されている今日、低照度時のS/N改善が大きな課題となる。   As a technique for solving such a problem of thermal noise, the capacitance value Cp of the parasitic capacitance 18C parasitic on the horizontal signal line 18 is made sufficiently smaller than the capacitance value Cfb of the feedback capacitance 324, in other words, feedback. It is conceivable to increase the capacitance value of the capacitor 324. This is because if the capacitance value Cp is sufficiently smaller than the capacitance value Cfb, the thermal noise Vnrst1 becomes smaller than the signal S2_sig in the signal transfer state, so there is no problem. However, in the present day when a large number of pixels and high resolution are required, it is very important to reduce the junction capacitance of the transistor for the horizontal selection switch 62 connected to the horizontal signal line 18 and the wiring capacitance of the horizontal signal line 18 itself. It is difficult, and occupies a large proportion as a factor that deteriorates the S / N (Signal (to) Noise ratio). For example, in a CMOS sensor mounted on a digital video camera, since the pixel cell size is narrowed for increasing the number of pixels and the resolution, an improvement in S / N at low illuminance is a major issue.

このような状況下においては、図3に示す比較例の出力回路28における前述の問題、すなわち、水平信号線18の寄生容量18Cに蓄積された容量帰還型の増幅回路のリセットに生じる雑音(熱雑音Vnrst0)が、画素信号転送時にゲイン(Cp /Cfb)倍されて折り返され、信号転送状態の信号S2_sigに加算されることに起因してS/Nが大きく悪化してしまうということは改善が望まれる所である。   Under such circumstances, noise (heat) caused by the above-described problem in the output circuit 28 of the comparative example shown in FIG. 3, that is, the reset of the capacitive feedback type amplifier circuit accumulated in the parasitic capacitance 18C of the horizontal signal line 18 is obtained. The noise (Vnrst0) is multiplied by the gain (Cp / Cfb) at the time of pixel signal transfer and turned back, and is added to the signal S2_sig in the signal transfer state. This is where it is desired.

<第1構成例の動作>
そこで、本実施形態の出力回路28においては、本来の画素情報抽出用のサンプルホールド回路340aとは別系統にサンプルホールド回路340bを設け、容量帰還型の増幅回路を構成するスイッチドキャパシタアンプ320で発生するノイズ成分を、サンプルホールド回路340bにより信号転送状態の信号S2_sigとは別に基準電圧Vrefから抽出して保持し、サンプルホールド回路340aから出力される信号にも同じように含まれるそのノイズ成分を差分処理により取り除くことで、スイッチドキャパシタアンプ320の熱雑音を低減してS/N向上を図る。
<Operation of First Configuration Example>
Therefore, in the output circuit 28 of the present embodiment, the sample hold circuit 340b is provided in a system different from the original sample hold circuit 340a for extracting pixel information, and the switched capacitor amplifier 320 constituting the capacitance feedback type amplifier circuit is used. The generated noise component is extracted and held from the reference voltage Vref separately from the signal S2_sig in the signal transfer state by the sample hold circuit 340b, and the noise component included in the signal output from the sample hold circuit 340a is also included. By removing by the difference processing, the thermal noise of the switched capacitor amplifier 320 is reduced and the S / N is improved.

具体的には、図5に示すように、@番目の単位画素3(図では1画素目)のスイッチドキャパシタアンプ320をリセット状態とする動作時には、先ず、水平選択信号φHをインアクティブLにして水平転送用の水平選択スイッチ62をオフにするとともに、サンプルパルスSPa1,SPb1をインアクティブLにして前段のサンプルホールド回路340a1,340b1のサンプルスイッチ342a1,342b1をオフにした状態で、リセットパルスRST をアクティブHにしてアンプリセット用の初期化スイッチ326をオンにする(t10_@〜t14_@)。このとき、帰還容量324の両端電位は基準電圧Vrefの電位となり、帰還容量324に蓄積されていた電荷がゼロに初期化される。この際に発生する熱雑音Vnrst0は水平信号線18の寄生容量18Cに保持される。   Specifically, as shown in FIG. 5, when the switched capacitor amplifier 320 of the @th unit pixel 3 (first pixel in the figure) is reset, first, the horizontal selection signal φH is set to inactive L. In this state, the horizontal selection switch 62 for horizontal transfer is turned off, the sample pulses Spa1 and SPb1 are set to inactive L, and the sample switches 342a1 and 342b1 of the previous sample hold circuits 340a1 and 340b1 are turned off. Is activated H to turn on the initialization switch 326 for resetting the amplifier (t10_ @ to t14_ @). At this time, the potential across the feedback capacitor 324 becomes the potential of the reference voltage Vref, and the charge accumulated in the feedback capacitor 324 is initialized to zero. The thermal noise Vnrst0 generated at this time is held in the parasitic capacitance 18C of the horizontal signal line 18.

このとき、画素情報抽出用のサンプルホールド回路340aでは、サンプルパルスSPa1のインアクティブLの期間(t26_@-1〜t22_@)内で、サンプルパルスSPa2をアクティブHにして後段のサンプルホールド回路340a2のサンプルスイッチ342a2をオンすることで、それ以前に前段のサンプルホールド回路340a1のホールドコンデンサ344a1に保持しておいた情報をホールドコンデンサ344a2に取り込み保持する(t11_@〜t16_@)。本例ではt10_@≒t11_@としている。   At this time, in the sample hold circuit 340a for extracting pixel information, the sample pulse SPA2 is set to active H during the inactive L period (t26 _ @-1 to t22_ @) of the sample pulse Spa1, and the sample hold circuit 340a2 in the subsequent stage is set. By turning on the sample switch 342a2, information held in the hold capacitor 344a1 of the previous sample hold circuit 340a1 is taken in and held in the hold capacitor 344a2 (t11_ @ to t16_ @). In this example, t10_ @ ≈t11_ @.

また、基準情報抽出用のサンプルホールド回路340bでは、サンプルパルスSPa1のインアクティブLの期間(t18_@-1〜t15_@)内で、好ましくはサンプルパルスSPb1のアクティブHの期間(t10_@〜t14_@)内で、サンプルパルスSPb2をアクティブHにして後段のサンプルホールド回路340b2のサンプルスイッチ342b2をオンすることで、それ以前に前段のサンプルホールド回路340b1のホールドコンデンサ344b1に保持しておいた情報をホールドコンデンサ344b2に取り込み保持する(t12_@〜t13_@)。本例ではt10_@≒t11_@≒t12_@としている。   In the sample hold circuit 340b for extracting the reference information, the active H period (t10_ @ to t14_ @) of the sample pulse SPb1 is preferably used within the inactive L period (t18 _ @-1 to t15_ @) of the sample pulse Spa1. ), The sample pulse SPb2 is set to active H and the sample switch 342b2 of the subsequent sample hold circuit 340b2 is turned on to hold the information previously held in the hold capacitor 344b1 of the previous sample hold circuit 340b1. Capturing and holding in the capacitor 344b2 (t12_ @ to t13_ @). In this example, t10_ @ ≈t11_ @ ≈t12_ @.

次に、寄生容量18Cに保持された熱雑音Vnrst0の情報を基準情報抽出用のサンプルホールド回路340bで取り込むべく、リセットパルスRST のアクティブH期間と水平選択信号φHのアクティブH期間の合間(t14_@〜t20_@)に、サンプルパルスSPb1をアクティブHにして前段のサンプルホールド回路340b1のサンプルスイッチ342b1をオンする(t15_@〜t18_@)。これにより、寄生容量18Cに保持されている熱雑音Vnrst0をゲインCp/Cfb倍した熱雑音Vnrst1を含む情報S2_rst(=Cp/Cfb*(Vref−Vnrst0);信号電圧としてはV4_@)がホールドコンデンサ344b1に取り込まれ保持される。   Next, the interval between the active H period of the reset pulse RST and the active H period of the horizontal selection signal φH (t14_ @) in order to capture the information of the thermal noise Vnrst0 held in the parasitic capacitor 18C by the sample hold circuit 340b for extracting the reference information. At ~ t20_ @), the sample pulse SPb1 is set to active H to turn on the sample switch 342b1 of the previous sample hold circuit 340b1 (t15_ @ to t18_ @). As a result, information S2_rst (= Cp / Cfb * (Vref−Vnrst0); signal voltage V4_ @) is a hold capacitor including the thermal noise Vnrst1 obtained by multiplying the thermal noise Vnrst0 held in the parasitic capacitor 18C by a gain Cp / Cfb. 344b1 is taken in and held.

このリセットノイズ(熱雑音Vnrst1)のサンプリングが終了した後の信号転送時には、リセットパルスRST をインアクティブLにしてアンプリセット用の初期化スイッチ326をオフにした状態で、またサンプルパルスSPa2,SPb1,SPb2をインアクティブLにしてサンプルスイッチ342a2,342a2,342b2をオフした状態で、水平選択信号φHをアクティブHにして水平転送用の水平選択スイッチ62をオンにするとともに(t20_@〜t28_@)、水平選択信号φHのアクティブHの期間(t20_@〜t28_@)内でサンプルパルスSPa1をアクティブHにして画素情報抽出用の前段のサンプルホールド部340a1のサンプルスイッチ342a1をオンにする(t22_@〜t26_@)。   At the time of signal transfer after sampling of the reset noise (thermal noise Vnrst1) is completed, the reset pulse RST is set to inactive L and the initialization switch 326 for resetting the amplifier is turned off, and the sample pulses Spa2, SPb1,. With SPb2 inactive L and the sample switches 342a2, 342a2, 342b2 turned off, the horizontal selection signal φH is made active H to turn on the horizontal selection switch 62 for horizontal transfer (t20_ @ to t28_ @). Within the active H period (t20_ @ to t28_ @) of the horizontal selection signal φH, the sample pulse Spa1 is set to active H to turn on the sample switch 342a1 of the sample hold unit 340a1 for pixel information extraction (t22_ @ to t26_). @).

これにより、画素信号S1と同時に熱雑音Vnrst0の情報も転送されサンプルスイッチ342a1に保持される。すなわち、スイッチドキャパシタアンプ320の出力である画素信号S1(の画素信号電圧V1_@)をゲインC1_@/Cfb倍した情報を含む画素信号S2_sigが、ホールドコンデンサ344a1に取り込まれ保持される。このときには、画素信号電圧V1_@をゲイン(C1_@/Cfb)倍した真の信号成分V2_@(=C1_@/Cfb*(Vref−V1_@))を含む撮像信号S2_sigと寄生容量18Cに保持されている熱雑音Vnrst0をゲインCp/Cfb倍した熱雑音Vnrst1(=Cp/Cfb*(Vref−Vnrst0))の信号電圧V4_@との合成成分の信号電圧V3_@がホールドコンデンサ344a1に保持される。   As a result, the information of the thermal noise Vnrst0 is also transferred simultaneously with the pixel signal S1 and is held in the sample switch 342a1. That is, the pixel signal S2_sig including information obtained by multiplying the pixel signal S1 (the pixel signal voltage V1_ @ thereof) by the gain C1 _ @ / Cfb, which is the output of the switched capacitor amplifier 320, is captured and held in the hold capacitor 344a1. At this time, the imaging signal S2_sig including the true signal component V2_ @ (= C1 _ @ / Cfb * (Vref−V1_ @)) obtained by multiplying the pixel signal voltage V1_ @ by the gain (C1 _ @ / Cfb) and the parasitic capacitance 18C are held. The hold capacitor 344a1 holds a signal voltage V3_ @ which is a composite component with the signal voltage V4_ @ of the thermal noise Vnrst1 (= Cp / Cfb * (Vref−Vnrst0)) obtained by multiplying the thermal noise Vnrst0 being gain Cp / Cfb.

この後、次の“@+1”番目の単位画素3(図では2画素目)のアンプリセットタイミング(t10_@+1〜t14_@+1)に合わせて、画素情報抽出用のサンプルホールド回路340aおよび基準情報抽出用のサンプルホールド回路340bの各前段のサンプルホールド回路340a1,340b1のホールドコンデンサ344a1,340b1に保持されているそれぞれの電圧V3_@,V4_@はアナログアンプ346a1,346b1を介して後段のサンプルホールド回路340a2,340b2のホールドコンデンサ344a2,340b2に概ね同時に(並列的に)伝達され、それぞれ対応する撮像信号S3_sig,S3_rstとして保持される(t11_@+1〜t16_@+1,t12_@+1〜t13_@+1)。t11_@≒t12_@とすることで、後段のサンプルホールド回路340a2,340b2への信号成分と熱雑音のサンプリングタイミング合わせることができる。   Thereafter, the sample hold circuit 340a for extracting pixel information and the amplifier reset timing (t10 _ @ + 1 to t14 _ @ + 1) of the next “@ + 1” -th unit pixel 3 (second pixel in the figure) The voltages V3_ @ and V4_ @ held in the hold capacitors 344a1 and 340b1 of the preceding sample and hold circuits 340a1 and 340b1 of the sample and hold circuit 340b for extracting the reference information are sampled through the analog amplifiers 346a1 and 346b1, respectively. The signals are transmitted almost simultaneously (in parallel) to the hold capacitors 344a2 and 340b2 of the hold circuits 340a2 and 340b2, and are held as the corresponding imaging signals S3_sig and S3_rst, respectively (t11 _ @ + 1 to t16 _ @ + 1, t12 _ @ + 1 to t13 _ @ + 1). By setting t11_ @ ≈t12_ @, it is possible to match the sampling timing of the signal components to the subsequent sample hold circuits 340a2 and 340b2 with the thermal noise.

ホールドコンデンサ344a2に保持された画素信号抽出の情報(画素信号電圧V2_@と熱雑音Vnrst1を反映した電圧V4_@との合成成分=電圧V3_@)と、ホールドコンデンサ344b2に保持されたリセットノイズの情報(熱雑音Vnrst1を反映した電圧V4_@)は、直ちにそれぞれアナログアンプ346a2,346b2を介して信号加算部360に供給される。このとき、アナログアンプ346a2は、電圧V3_@(=V2_@+V4_@)の符号を反転することなく電圧V5_@として信号加算部360に供給する一方、アナログアンプ346b2はリセットノイズの情報(電圧V4_@)の符号を反転して電圧V6_@として信号加算部360に供給する。   Information on pixel signal extraction held in the hold capacitor 344a2 (composite component of the pixel signal voltage V2_ @ and voltage V4_ @ reflecting the thermal noise Vnrst1 = voltage V3_ @), and information on reset noise held in the hold capacitor 344b2 (The voltage V4_ @ reflecting the thermal noise Vnrst1) is immediately supplied to the signal adding unit 360 via the analog amplifiers 346a2 and 346b2, respectively. At this time, the analog amplifier 346a2 supplies the signal V360 as the voltage V5_ @ without inverting the sign of the voltage V3_ @ (= V2 _ @ + V4_ @), while the analog amplifier 346b2 supplies the reset noise information (voltage V4_ @ ) Is inverted and supplied to the signal adder 360 as the voltage V6_ @.

信号加算部360は、アナログアンプ346a2から供給された画素信号抽出の情報(画素信号電圧V2_@と熱雑音Vnrst1を反映した電圧V4_@との合成成分=V5_@)とアナログアンプ346b2から供給された熱雑音Vnrst1の負の情報(V6_@=−V4_@)との間で、“V5_@+V6_@=(V2_@+V4_@)−V4_@)”に従って加算処理(事実上の差分処理)をして撮像信号S3として出力する。これにより、撮像信号S3においては、画素信号の電圧振幅(=V2_@)を保ったまま、熱雑音Vnrst1の情報(=V4_@)がキャンセルされるため、S/Nの高い撮像信号S3が信号加算部360から出力される。換言すれば、信号加算部360の後段に接続される信号処理部では、容量帰還型の増幅回路を構成するスイッチドキャパシタアンプ320で発生するリセットノイズの影響を受けなくなる。   The signal adding unit 360 is supplied from the analog amplifier 346a2 and the pixel signal extraction information (the combined component of the pixel signal voltage V2_ @ and the voltage V4_ @ reflecting the thermal noise Vnrst1 = V5_ @) and the analog amplifier 346b2. Addition processing (actual difference processing) according to “V5 _ @ + V6 _ @ = (V2 _ @ + V4 _ @) − V4_ @)” with the negative information (V6 _ @ = − V4_ @) of thermal noise Vnrst1 Output as imaging signal S3. As a result, in the imaging signal S3, the information (= V4_ @) of the thermal noise Vnrst1 is canceled while maintaining the voltage amplitude (= V2_ @) of the pixel signal, so that the imaging signal S3 having a high S / N is signaled. Output from the adder 360. In other words, the signal processing unit connected to the subsequent stage of the signal adding unit 360 is not affected by the reset noise generated in the switched capacitor amplifier 320 constituting the capacitance feedback type amplifier circuit.

出力回路28は、このような動作を同一行の各単位画素3について繰り返すことで、つまり、図5に示すように、水平選択信号φHおよびリセットパルスRST の制御に従って信号転送状態とリセット状態とを交互に繰り返しながら動作することで、画素信号1行分を連続的に転送可能することができ、1H分の画素信号の水平転送が完結する。   The output circuit 28 repeats such an operation for each unit pixel 3 in the same row, that is, as shown in FIG. 5, the signal transfer state and the reset state are changed according to the control of the horizontal selection signal φH and the reset pulse RST. By operating while repeating alternately, one row of pixel signals can be transferred continuously, and horizontal transfer of pixel signals for 1H is completed.

このように、本実施形態の第1構成例の出力回路28では、スイッチドキャパシタアンプ320の出力である撮像信号S2の内の信号成分(信号転送状態の信号S2_sigの画素信号電圧V2)をサンプルホールド回路340aで抽出して信号加算部360の一方の入力端子に供給するとともに、同じスイッチドキャパシタアンプ320の出力のうちの基準電圧Vrefをサンプルホールド回路340bで抽出して信号加算部360の他方の入力端子に供給するようにした。   Thus, in the output circuit 28 of the first configuration example of the present embodiment, the signal component (the pixel signal voltage V2 of the signal S2_sig in the signal transfer state) in the imaging signal S2 that is the output of the switched capacitor amplifier 320 is sampled. The signal is extracted by the hold circuit 340a and supplied to one input terminal of the signal adder 360. The reference voltage Vref out of the output of the same switched capacitor amplifier 320 is extracted by the sample hold circuit 340b and the other of the signal adder 360 is extracted. Supplied to the input terminal.

これにより、後段の信号処理では、容量帰還型の増幅回路を構成するスイッチドキャパシタアンプ320で発生するリセットノイズの影響を受けなくなる。スイッチドキャパシタアンプ320で発生するリセットノイズ(熱雑音)を信号転送用のサンプルホールド回路340aとは別に用意されるサンプルホールド回路340bで保持し、信号加算部360にて差動でリセットノイズをキャンセルする駆動方式とすることで、リセットノイズの影響を抑制してS/Nを改善するのである。画素アレイ部10の単位画素3から伝達される信号振幅を損なうことなく、容量帰還型の増幅回路でリセット時に発生するの熱雑音を低減することで、高S/Nを実現することができる。   As a result, the subsequent signal processing is not affected by the reset noise generated in the switched capacitor amplifier 320 constituting the capacitive feedback amplifier circuit. Reset noise (thermal noise) generated by the switched capacitor amplifier 320 is held by a sample hold circuit 340b prepared separately from the signal transfer sample hold circuit 340a, and the signal adder 360 cancels the reset noise differentially. By adopting such a driving method, the influence of reset noise is suppressed and the S / N is improved. High S / N can be realized by reducing thermal noise generated at the time of resetting by a capacitive feedback amplifier circuit without impairing the signal amplitude transmitted from the unit pixel 3 of the pixel array unit 10.

また、付加的な効果として、図3に示す比較例の出力回路28の場合において熱雑音を低減させるには容量帰還型の増幅回路に使用される帰還容量324の容量値を大きくしなければならないが、図2に示す本実施形態の第1構成例の出力回路28では、帰還容量324の容量値を大きくしなくても撮像信号S3における熱雑音を低減できるので、レイアウト面積の縮小やチップコストを下げることができる。   Further, as an additional effect, in order to reduce thermal noise in the case of the output circuit 28 of the comparative example shown in FIG. 3, the capacitance value of the feedback capacitor 324 used in the capacitive feedback type amplifier circuit must be increased. However, in the output circuit 28 of the first configuration example of the present embodiment shown in FIG. 2, the thermal noise in the image pickup signal S3 can be reduced without increasing the capacitance value of the feedback capacitor 324, so that the layout area can be reduced and the chip cost can be reduced. Can be lowered.

また、他の付加的な効果として、リセット解除時の増幅回路の出力情報(ノイズ成分や画素信号成分)はリセット状態の信号レベルに重畳されて出力されるので、容量帰還型の増幅回路をリセットしたことを起因とするノイズ成分の増幅回路の出力情報をサンプルホールド回路340bで画素信号転送前に取得する際には、差動増幅器322のオフセット電圧の情報も同時に取得されることになる。もちろん、サンプルホールド回路340aで画素信号成分を取得する際にも同様である。よって、画素信号転送状態の信号レベルとリセット状態の信号レベルの双方について、同じ信号処理部から出力される処理済み信号を処理対象として信号抽出を行なうことができ、素子ばらつきの影響が抽出される双方の信号に同様に含まれるようになる。素子ばらつきの影響が両方の信号に同様に含まれるようにすることで、その差を取って出力信号を生成すれば、出力信号には、素子ばらつきの成分が含まれないことになり、後段の処理回路においては、容量帰還型の増幅回路を構成する素子のばらつきの影響を排除できる。   As another additional effect, output information (noise component and pixel signal component) of the amplifier circuit at reset release is superimposed on the signal level in the reset state and output, so the capacitor feedback type amplifier circuit is reset. When the output information of the amplification circuit of the noise component due to this is acquired by the sample hold circuit 340b before the pixel signal transfer, the information on the offset voltage of the differential amplifier 322 is also acquired at the same time. Of course, the same applies when the pixel signal component is acquired by the sample and hold circuit 340a. Therefore, for both the signal level in the pixel signal transfer state and the signal level in the reset state, signal extraction can be performed on the processed signal output from the same signal processing unit, and the influence of element variation is extracted. Both signals are included in the same way. If the output signal is generated by taking the difference between the two elements so that the influence of the element variation is included in the same manner, the output signal does not include the element variation component. In the processing circuit, it is possible to eliminate the influence of variations in elements constituting the capacitive feedback amplifier circuit.

特に第1構成例では、サンプルホールド回路340a,340bともに2段構成とし、前段のサンプルホールド回路340a1,340b1で先ず画素信号電圧V2と基準電圧Vrefをそれに適したタイミングでサンプリングした後に、サンプルホールド回路340a1,340b1のホールドコンデンサ344a1,344b1に保持されている情報を、後段のサンプルホールド回路340a2,340b2でタイミングを揃えてサンプリングして信号加算部360に伝達するようにしているので、1段構成とする場合よりも精度よくリセットノイズの影響を抑制できる。2段目サンプルホールドでタイミングを合わせることでノイズの蓄積期間を同じにし1データのどの部分をみても高S/Nのデータが取れるようにしている。   In particular, in the first configuration example, both the sample hold circuits 340a and 340b have a two-stage configuration, and the sample hold circuit 340a1 and 340b1 first sample the pixel signal voltage V2 and the reference voltage Vref at a timing suitable for the sample hold circuit 340a1 and 340b1. The information held in the hold capacitors 344a1 and 344b1 of 340a1 and 340b1 is sampled at the same timing in the subsequent sample hold circuits 340a2 and 340b2 and transmitted to the signal adder 360. The influence of the reset noise can be suppressed with higher accuracy than in the case of doing so. By matching the timing in the second-stage sample hold, the noise accumulation period is made the same so that high S / N data can be obtained regardless of the portion of one data.

すなわち、考え方としては、前段のサンプルホールド回路340a1,340b1でホールドコンデンサ344a1,344b1に保持されている情報V3_@a,V3_@bを信号加算部360に伝達して加算処理(事実上の減算処理)を実行する構成(第1変形例と称する)を採ることも考えられる。   That is, as a concept, the information V3_ @ a and V3_ @ b held in the hold capacitors 344a1 and 344b1 in the sample-and-hold circuits 340a1 and 340b1 in the previous stage are transmitted to the signal adder 360 to perform addition processing (actual subtraction processing) It is also conceivable to adopt a configuration (referred to as a first modified example) that executes ().

しかしながら第1変形例の場合、アナログアンプ346a1から供給された画素信号抽出の情報(画素信号電圧V2_@と熱雑音Vnrst1の合成成分=V3_@a)とアナログアンプ346b1から供給されたリセットノイズの情報(熱雑音Vnrst1の負の情報=−V3_@b)との間には、サンプルホールドタイミングにズレ(t15〜t22)が存在する。一方、信号加算部360は、信号S3_sig,信号S3_rstを差動で加算する差分処理を常時行なっている。このため、タイミングt15〜t22では、信号加算部360が扱う信号S3_sig,信号S3_rstには、処理対象画素の相違が生じ、差分処理結果にはその分の誤差が生じ精度が低下する。ただし、スイッチドキャパシタアンプ320におけるリセットノイズが処理対象画素に関わらず同一であると考えることができる場合には通常は問題は起きない。しかしながら、1段のサンプルホールドだけでは、ノイズの蓄積期間が異なってしまうので、1データの中で減算処理後のノイズ量にばらつきが生じてしまう。この点を勘案して、2段構成にして高精度の対応をとるか、それとも1段構成にして回路のコンパクト化を図るかを決めるとよい。   However, in the case of the first modification, the pixel signal extraction information (pixel signal voltage V2_ @ and the combined component of thermal noise Vnrst1 = V3_ @ a) supplied from the analog amplifier 346a1 and the reset noise information supplied from the analog amplifier 346b1. There is a deviation (t15 to t22) in the sample hold timing with respect to (negative information of thermal noise Vnrst1 = −V3_ @ b). On the other hand, the signal adding unit 360 always performs differential processing for adding the signals S3_sig and S3_rst in a differential manner. For this reason, at timings t15 to t22, the signal S3_sig and the signal S3_rst handled by the signal addition unit 360 have different pixels to be processed, and an error corresponding to the difference processing result occurs, resulting in a decrease in accuracy. However, when the reset noise in the switched capacitor amplifier 320 can be considered to be the same regardless of the pixel to be processed, no problem usually occurs. However, since the noise accumulation period differs only with one-stage sample hold, the amount of noise after subtraction processing varies in one data. Considering this point, it is preferable to decide whether to adopt a two-stage configuration for high precision or to make the circuit compact by using a one-stage configuration.

また、信号加算部360における差分処理対象の信号出力タイミングを揃えるという点においては、スイッチドキャパシタアンプ320のリセットノイズの情報を信号成分の出力タイミングと同時化することができればよく、必ずしも2系統のサンプルホールド回路をそれぞれ2段構成にする必要はない。   In addition, in the point that the signal output timings of the difference processing targets in the signal adding unit 360 are aligned, it is only necessary that the reset noise information of the switched capacitor amplifier 320 can be synchronized with the output timing of the signal components. There is no need for each sample and hold circuit to have a two-stage configuration.

たとえば、サンプルホールド回路340b側のみを2段にする構成(第2変形例と称する)を採ることも考えられる。第2変形例の場合、前段のサンプルホールド回路340b1でホールドコンデンサ344b1にサンプリングされた熱雑音Vnrst1の情報の後段のサンプルホールド回路340b2でのサンプリングタイミングを画素情報抽出用のサンプルホールド回路340aのサンプリングタイミング(t22〜t26)に合わせるとよい。こうすることで、回路のコンパクト化を図りつつ、スイッチドキャパシタアンプ320におけるリセットノイズが処理対象画素で異なる場合にも、高精度で対処できる利点がある。   For example, it may be possible to adopt a configuration in which only the sample hold circuit 340b side has two stages (referred to as a second modification). In the case of the second modification, the sampling timing in the sample hold circuit 340b2 in the subsequent stage of the information of the thermal noise Vnrst1 sampled in the hold capacitor 344b1 in the sample hold circuit 340b1 in the previous stage is the sampling timing in the sample hold circuit 340a for extracting pixel information. It is good to match (t22 to t26). By doing so, there is an advantage that the circuit can be made compact and the reset noise in the switched capacitor amplifier 320 can be dealt with with high accuracy even when the reset noise differs among the pixels to be processed.

<出力回路の詳細構成:第2構成例>
図6は出力回路28の本実施形態の第2構成例を説明するブロック図である。第2構成例の出力回路28は、第1構成例における信号加算部360とその入力側のアナログアンプ346a2,346b2を纏めて演算増幅器(オペアンプ)などで構成された差動増幅器348に置き換えた態様である。差動増幅器348もアナログアンプであることには相違ない。サンプルスイッチ342a2とホールドコンデンサ344a2と差動増幅器348とで画素情報抽出用の後段のサンプルホールド回路340a2が構成され、サンプルスイッチ342b2とホールドコンデンサ344b2と差動増幅器348とで基準情報抽出用の後段のサンプルホールド回路340b2が構成される。
<Detailed Configuration of Output Circuit: Second Configuration Example>
FIG. 6 is a block diagram illustrating a second configuration example of the output circuit 28 according to the present embodiment. In the output circuit 28 of the second configuration example, the signal adder 360 and the analog amplifiers 346a2 and 346b2 on the input side in the first configuration example are collectively replaced by a differential amplifier 348 configured by an operational amplifier (op amp). It is. There is no doubt that the differential amplifier 348 is also an analog amplifier. The sample switch 342a2, the hold capacitor 344a2, and the differential amplifier 348 constitute a sample-and-hold circuit 340a2 for extracting pixel information, and the sample switch 342b2, the hold capacitor 344b2, and the differential amplifier 348 constitute a latter-stage for extracting reference information. A sample hold circuit 340b2 is configured.

差動増幅器348は、ホールドコンデンサ344a2に保持された画素信号抽出の情報(画素信号電圧V2_@と熱雑音Vnrst1の合成成分=電圧V4_@a)が非反転入力端子(+)に供給される一方、ホールドコンデンサ344b2に保持されたリセットノイズの情報(熱雑音Vnrst1=V4_@b)を含む基準電圧Vrefの情報が反転入力端子(−)に供給される。差動増幅器348は、画素信号抽出の情報(画素信号電圧V2_@と熱雑音Vnrst1の合成成分=電圧V4_@a)とリセットノイズの情報(熱雑音Vnrst1の情報=V4_@b)との間で、“(画素信号電圧V2_@2と熱雑音Vnrst1の合成成分)−熱雑音Vnrst1”に従って差分処理をして撮像信号S3として出力する。これにより、第2構成例においても、画素信号の電圧振幅V2_@は保ったまま、熱雑音Vnrst1がキャンセルされるため、S/Nの高い撮像信号S3が差動増幅器348から出力される。   In the differential amplifier 348, the pixel signal extraction information (the combined component of the pixel signal voltage V2_ @ and the thermal noise Vnrst1 = voltage V4_ @ a) held in the hold capacitor 344a2 is supplied to the non-inverting input terminal (+). The reference voltage Vref information including the reset noise information (thermal noise Vnrst1 = V4_ @ b) held in the hold capacitor 344b2 is supplied to the inverting input terminal (−). The differential amplifier 348 is connected between pixel signal extraction information (pixel signal voltage V2_ @ and thermal noise Vnrst1 combined component = voltage V4_ @ a) and reset noise information (thermal noise Vnrst1 information = V4_ @ b). , The difference processing is performed in accordance with “(combined component of pixel signal voltage V2_ @ 2 and thermal noise Vnrst1) −thermal noise Vnrst1” and output as an imaging signal S3. Thereby, also in the second configuration example, the thermal noise Vnrst1 is canceled while the voltage amplitude V2_ @ of the pixel signal is maintained, so that the imaging signal S3 having a high S / N is output from the differential amplifier 348.

第1構成例における信号加算部360とその入力側のアナログアンプ346a2,346b2を纏めて1つの差動増幅器348に置き換えることで、回路構成をコンパクトにしつつ、第1構成例における作用効果をそのまま享受できる利点がある。   By replacing the signal adder 360 in the first configuration example and the analog amplifiers 346a2 and 346b2 on the input side together with a single differential amplifier 348, the circuit configuration can be made compact and the operational effects in the first configuration example can be enjoyed as they are. There are advantages you can do.

なお、信号加算部360とその入力側の2つのアナログアンプ346を纏めて1つの差動増幅器348に置き換えるという第2構成例の仕組みは、第1構成例における第1変形例や第2変形例とする場合にも同様に適用でき、第1構成例に対する各変形例の作用効果を同様に享受できる。   The mechanism of the second configuration example in which the signal adding unit 360 and the two analog amplifiers 346 on the input side thereof are collectively replaced with one differential amplifier 348 is the first modification example or the second modification example of the first configuration example. In this case, the present invention can be applied in the same manner, and the effects of the modifications of the first configuration example can be enjoyed in the same manner.

<撮像装置>
図7は、前述の本実施形態の固体撮像装置1と同様の仕組みを利用した物理情報取得装置の一例である撮像装置(カメラシステム)の概略構成を示す図である。撮像装置8は、可視光カラー画像を得る撮像装置になっている。
<Imaging device>
FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration of an imaging apparatus (camera system) that is an example of a physical information acquisition apparatus that uses a mechanism similar to that of the solid-state imaging apparatus 1 of the present embodiment described above. The imaging device 8 is an imaging device that obtains a visible light color image.

具体的には、撮像装置8は、太陽光や蛍光灯などの光源801の下にある被写体Zの像を担持する光Lを撮像装置側に導光して結像させる撮影レンズ802と、光学ローパスフィルタ804と、たとえばR,G,Bの色フィルタがベイヤー配列とされている色フィルタ群812と、画素アレイ部10と、画素アレイ部10を駆動する駆動制御部7と、画素アレイ部10から出力された画素信号に対してCDS処理などのアナログ信号処理を施すカラム処理部26と、カラム処理部26から出力された画素信号S1を処理して出力する出力回路28と、出力回路28から出力された撮像信号S3に対して所定の信号処理を施すカメラ信号処理部810を備えている。   Specifically, the imaging device 8 includes a photographing lens 802 that guides light L carrying an image of the subject Z under the light source 801 such as sunlight or a fluorescent lamp to the imaging device side, and an optical lens. A low-pass filter 804, a color filter group 812 in which, for example, R, G, and B color filters are arranged in a Bayer array, a pixel array unit 10, a drive control unit 7 that drives the pixel array unit 10, and a pixel array unit 10 A column processing unit 26 that performs analog signal processing such as CDS processing on the pixel signal output from the output unit 28, an output circuit 28 that processes and outputs the pixel signal S1 output from the column processing unit 26, and an output circuit 28 A camera signal processing unit 810 that performs predetermined signal processing on the output imaging signal S3 is provided.

カメラ信号処理部810は、撮像信号処理部820と、撮像装置8の全体を制御する主制御部として機能するカメラ制御部900とを有する。撮像信号処理部820は、出力回路28から供給されるル撮像信号をデジタルデータに変換するAD変換部821と、色フィルタとして原色フィルタ以外のものが使用されているときにAD変換部821から供給されるデジタル撮像信号をR(赤),G(緑),B(青)の原色信号に分離する原色分離機能を具備した信号分離部822と、信号分離部822によって分離された原色信号R,G,Bに基づいて色信号Cに関しての信号処理を行なう色信号処理部830とを有する。   The camera signal processing unit 810 includes an imaging signal processing unit 820 and a camera control unit 900 that functions as a main control unit that controls the entire imaging apparatus 8. The imaging signal processing unit 820 supplies an AD conversion unit 821 that converts the imaging signal supplied from the output circuit 28 into digital data, and an AD conversion unit 821 that uses a color filter other than the primary color filter. The signal separation unit 822 having a primary color separation function for separating the digital imaging signal to be separated into R (red), G (green), and B (blue) primary color signals, and the primary color signal R, separated by the signal separation unit 822 And a color signal processing unit 830 that performs signal processing on the color signal C based on G and B.

また撮像信号処理部820は、信号分離部822によって分離された原色信号R,G,Bに基づいて輝度信号Yに関しての信号処理を行なう輝度信号処理部840と、輝度信号Y/色信号Cに基づいて映像信号VDを生成するエンコーダ部860とを有する。   The imaging signal processing unit 820 also converts the luminance signal Y / color signal C into a luminance signal processing unit 840 that performs signal processing on the luminance signal Y based on the primary color signals R, G, and B separated by the signal separation unit 822. And an encoder unit 860 that generates a video signal VD based on the encoder 860.

本実施形態のカメラ制御部900は、コンピュータが行なう演算と制御の機能を超小型の集積回路に集約させたCpU(Central Processing Unit )を代表例とする電子計算機の中枢をなすマイクロプロセッサ(microprocessor)902と、読出専用の記憶部であるROM(Read Only Memory)904、随時書込みおよび読出しが可能であるとともに揮発性の記憶部の一例であるRAM(Random Access Memory)906と、図示を割愛したその他の周辺部材を有している。マイクロプロセッサ902、ROM904、およびRAM906を纏めて、マイクロコンピュータ(microcomputer )とも称する。   The camera control unit 900 according to the present embodiment is a microprocessor that forms the center of an electronic computer whose representative example is a CpU (Central Processing Unit) in which the functions of computation and control performed by a computer are integrated into a very small integrated circuit. 902, a ROM (Read Only Memory) 904 that is a read-only storage unit, a RAM (Random Access Memory) 906 that is an example of a volatile storage unit that can be written and read at any time, and others that are not illustrated The peripheral member is included. The microprocessor 902, the ROM 904, and the RAM 906 are collectively referred to as a microcomputer.

なお、上記において“揮発性の記憶部”とは、装置の電源がオフされた場合には、記憶内容を消滅してしまう形態の記憶部を意味する。一方、“不揮発性の記憶部”とは、装置のメイン電源がオフされた場合でも、記憶内容を保持し続ける形態の記憶部を意味する。記憶内容を保持し続けることができるものであればよく、半導体製のメモリ素子自体が不揮発性を有するものに限らず、バックアップ電源を備えることで、揮発性のメモリ素子を“不揮発性”を呈するように構成するものであってもよい。   In the above description, the “volatile storage unit” means a storage unit in which the stored contents are lost when the power of the apparatus is turned off. On the other hand, the “nonvolatile storage unit” means a storage unit in a form that keeps stored contents even when the main power supply of the apparatus is turned off. Any memory device can be used as long as it can retain the stored contents. The semiconductor memory device itself is not limited to a nonvolatile memory device, and a backup power supply is provided to make a volatile memory device “nonvolatile”. You may comprise as follows.

カメラ制御部900は、システム全体を制御するものである。ROM904にはカメラ制御部900の制御プログラムなどが格納されているが、特に本例では、カメラ制御部900によって、各種の制御パルス(特に前記実施形態との関係においては出力回路28を制御するためのもの)のオン/オフタイミングを設定するためのプログラムが格納されている。RAM906にはカメラ制御部900が各種処理を行なうためのデータなどが格納されている。   The camera control unit 900 controls the entire system. The ROM 904 stores a control program for the camera control unit 900. In this example, in particular, the camera control unit 900 controls various control pulses (especially for controlling the output circuit 28 in relation to the above embodiment). The program for setting the on / off timing is stored. The RAM 906 stores data for the camera control unit 900 to perform various processes.

また、カメラ制御部900は、メモリカードなどの記録媒体924を挿脱可能に構成し、またインターネットなどの通信網との接続が可能に構成している。たとえば、カメラ制御部900は、マイクロプロセッサ902、ROM904、およびRAM906の他に、メモリ読出部907および通信I/F(インタフェース)908を備える。   The camera control unit 900 is configured so that a recording medium 924 such as a memory card can be inserted and removed, and can be connected to a communication network such as the Internet. For example, the camera control unit 900 includes a memory reading unit 907 and a communication I / F (interface) 908 in addition to the microprocessor 902, the ROM 904, and the RAM 906.

記録媒体924は、たとえば、マイクロプロセッサ902にソフトウェア処理をさせるためのプログラムデータや、輝度信号処理部840からの輝度系信号に基づく測光データDLの収束範囲や露光制御処理(電子シャッタ制御を含む)のための各種の制御パルスのオン/オフタイミングなど、様々な設定値などのデータを登録するなどのために利用される。   The recording medium 924 includes, for example, program data for causing the microprocessor 902 to perform software processing, a convergence range of the photometric data DL based on the luminance system signal from the luminance signal processing unit 840, and exposure control processing (including electronic shutter control). It is used for registering data such as various set values such as on / off timing of various control pulses for the purpose.

メモリ読出部907は、記録媒体924から読み出したデータをRAM906に格納(インストール)する。通信I/F908は、インターネットなどの通信網との間の通信データの受け渡しを仲介する。   The memory reading unit 907 stores (installs) the data read from the recording medium 924 in the RAM 906. The communication I / F 908 mediates transfer of communication data with a communication network such as the Internet.

なお、このような撮像装置8は、駆動制御部7およびカラム処理部26を、画素アレイ部10と別体にしてモジュール状のもので示しているが、固体撮像装置1について述べたように、これらが画素アレイ部10と同一の半導体基板上に一体的に形成されたワンチップものの固体撮像装置1を利用してもよいのは言うまでもない。   In addition, although such an imaging device 8 shows the drive control unit 7 and the column processing unit 26 in a module form separately from the pixel array unit 10, as described for the solid-state imaging device 1, Needless to say, the one-chip solid-state imaging device 1 integrally formed on the same semiconductor substrate as the pixel array unit 10 may be used.

また、図では、画素アレイ部10や駆動制御部7やカラム処理部26やカメラ信号処理部810の他に、撮影レンズ802、光学ローパスフィルタ804、あるいは赤外光カットフィルタ805などの光学系をも含む状態で、撮像装置8を示しており、この態様は、これらを纏めてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態とする場合に好適である。   In the figure, in addition to the pixel array unit 10, the drive control unit 7, the column processing unit 26, and the camera signal processing unit 810, an optical system such as a photographing lens 802, an optical low-pass filter 804, or an infrared light cut filter 805 is provided. In this state, the imaging device 8 is shown. This aspect is suitable for a module-like form having an imaging function packaged together.

ここで、前述の固体撮像装置1におけるモジュールとの関係においては、図示のように、画素アレイ部10(撮像部)と、AD変換機能や差分(CDS)処理機能を具備したカラム処理部26などの画素アレイ部10側と密接に関連した信号処理部(カラム処理部26の後段のカメラ信号処理部は除く)が纏めてパッケージングされた状態で撮像機能を有するモジュール状の形態で固体撮像装置1を提供するようにし、そのモジュール状の形態で提供された固体撮像装置1の後段に、残りの信号処理部であるカメラ信号処理部810を設けて撮像装置8の全体を構成するようにしてもよい。   Here, in relation to the modules in the solid-state imaging device 1 described above, as shown in the figure, the pixel array unit 10 (imaging unit), the column processing unit 26 having an AD conversion function and a difference (CDS) processing function, and the like A solid-state imaging device in the form of a module having an imaging function in a state where signal processing units closely related to the pixel array unit 10 side (excluding the camera signal processing unit following the column processing unit 26) are packaged together 1 is provided, and a camera signal processing unit 810, which is the remaining signal processing unit, is provided in the subsequent stage of the solid-state imaging device 1 provided in the module form so that the entire imaging device 8 is configured. Also good.

または、図示を割愛するが、画素アレイ部10と撮影レンズ802などの光学系とが纏めてパッケージングされた状態で撮像機能を有するモジュール状の形態で固体撮像装置1を提供するようにし、そのモジュール状の形態で提供された固体撮像装置1に加えて、カメラ信号処理部810をもモジュール内に設けて、撮像装置8の全体を構成するようにしてもよい。   Alternatively, although not shown, the solid-state imaging device 1 is provided in a modular form having an imaging function in a state where the pixel array unit 10 and the optical system such as the photographing lens 802 are packaged together. In addition to the solid-state imaging device 1 provided in the form of a module, a camera signal processing unit 810 may be provided in the module to constitute the entire imaging device 8.

また、固体撮像装置1におけるモジュールの形態として、カメラ信号処理部200に相当するカメラ信号処理部810を含めてもよく、この場合には、事実上、固体撮像装置1と撮像装置8とが同一のものと見なすこともできる。   Further, as a module form in the solid-state imaging device 1, a camera signal processing unit 810 corresponding to the camera signal processing unit 200 may be included. In this case, the solid-state imaging device 1 and the imaging device 8 are practically the same. It can also be regarded as a thing.

このような撮像装置8は、「撮像」を行なうための、たとえば、カメラや撮像機能を有する携帯機器として提供される。なお、「撮像」は、通常のカメラ撮影時の像の撮り込みだけではなく、広義の意味として、指紋検出なども含むものである。   Such an imaging device 8 is provided as a portable device having an imaging function, for example, for performing “imaging”. Note that “imaging” includes not only capturing an image during normal camera shooting but also includes fingerprint detection in a broad sense.

このような構成の撮像装置8においては、前述の固体撮像装置1の全ての機能を包含して構成されており、前述の固体撮像装置1の基本的な構成および動作と同様とすることができ、出力回路28として、前述の各構成例もしくはその変形例の何れかを適用することで、水平データ転送おけるスイッチドキャパシタアンプ320のリセットノイズ(熱雑音)の問題を解決できる。   The imaging device 8 having such a configuration is configured to include all the functions of the solid-state imaging device 1 described above, and can be the same as the basic configuration and operation of the solid-state imaging device 1 described above. By applying any of the above-described configuration examples or modifications thereof as the output circuit 28, the problem of reset noise (thermal noise) of the switched capacitor amplifier 320 in horizontal data transfer can be solved.

本発明に係る固体撮像装置の一実施形態であるCMOS固体撮像装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the CMOS solid-state imaging device which is one Embodiment of the solid-state imaging device concerning this invention. 出力回路の第1構成例を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the 1st structural example of an output circuit. 出力回路の比較例を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the comparative example of an output circuit. 比較例の出力回路の動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining operation | movement of the output circuit of a comparative example. 第1構成例の出力回路の動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining operation | movement of the output circuit of a 1st structural example. 出力回路の第2構成例を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the 2nd structural example of an output circuit. 本実施形態の固体撮像装置と同様の仕組みを利用した撮像装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the imaging device using the structure similar to the solid-state imaging device of this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…固体撮像装置、10…画素アレイ部、12…水平走査部、14…垂直走査部、15…垂直制御線、18…水平信号線、18C…寄生容量、19…垂直信号線、20…通信・タイミング制御部、24…読出電流源部、25…カラム信号処理部、26…カラム処理部、266…蓄積容量(入力容量)、266C…ラインメモリ、268…カラム出力線、28…出力回路、3…単位画素、320…スイッチドキャパシタアンプ、322…差動増幅器、324…帰還容量、326…初期化スイッチ、340…サンプルホールド部、340a…サンプルホールド回路、340a1…前段のサンプルホールド回路、340a2…後段のサンプルホールド回路、340b…サンプルホールド回路、340b1…前段のサンプルホールド回路、340b2…後段のサンプルホールド回路、342…サンプルスイッチ、344…ホールドコンデンサ、346…アナログアンプ、348…差動増幅器、360…信号加算部、60…水平選択スイッチ部、62…水平選択スイッチ、7…駆動制御部、8…撮像装置、900…カメラ制御部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid-state imaging device, 10 ... Pixel array part, 12 ... Horizontal scanning part, 14 ... Vertical scanning part, 15 ... Vertical control line, 18 ... Horizontal signal line, 18C ... Parasitic capacitance, 19 ... Vertical signal line, 20 ... Communication Timing control unit, 24 ... Read current source unit, 25 ... Column signal processing unit, 26 ... Column processing unit, 266 ... Storage capacity (input capacity), 266C ... Line memory, 268 ... Column output line, 28 ... Output circuit, DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Unit pixel, 320 ... Switched capacitor amplifier, 322 ... Differential amplifier, 324 ... Feedback capacity, 326 ... Initialization switch, 340 ... Sample hold part, 340a ... Sample hold circuit, 340a1 ... Pre-stage sample hold circuit, 340a2 ... latter stage sample hold circuit, 340b ... sample hold circuit, 340b1 ... previous stage sample hold circuit, 340b2 ... later stage support Pull hold circuit, 342 ... sample switch, 344 ... hold capacitor, 346 ... analog amplifier, 348 ... differential amplifier, 360 ... signal addition unit, 60 ... horizontal selection switch unit, 62 ... horizontal selection switch, 7 ... drive control unit, 8 ... Imaging device, 900 ... Camera control unit

Claims (4)

単位画素が行列状に配列された画素アレイ部と、
前記画素アレイ部の各単位画素から列方向に読み出された画素信号を保持する容量素子を具備する複数の画素信号保持部と、
前記画素信号保持部を順次選択する選択部と、
前記選択部により選択された前記画素信号保持部から出力される画素信号を伝送する信号線と、
増幅素子、前記増幅素子の入出力間に接続された帰還容量、および前記帰還容量の両端電圧を初期化する初期化スイッチを具備し、前記画素信号保持部の前記容量素子を入力容量として動作する容量帰還型の増幅回路と、
前記初期化スイッチがオフ時でかつ前記選択部が前記画素信号保持部を選択していないときに前記初期化スイッチのオン時に生じ前記信号線に付帯する容量に保持されたノイズ成分を前記増幅回路で増幅して出力される基準情報と、前記初期化スイッチがオフ時でかつ前記選択部が前記画素信号保持部を選択しているときに前記入力容量に保持されている画素信号を前記増幅回路で増幅して出力される信号転送状態の画素情報とに基づき、前記初期化により前記増幅回路の出力信号に生じるノイズを抑制するノイズ抑制部と
を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
A pixel array unit in which unit pixels are arranged in a matrix;
A plurality of pixel signal holding units each including a capacitive element that holds a pixel signal read in a column direction from each unit pixel of the pixel array unit;
A selection unit for sequentially selecting the pixel signal holding unit;
A signal line for transmitting a pixel signal output from the pixel signal holding unit selected by the selection unit;
An amplifying element, a feedback capacitor connected between the input and output of the amplifying element, and an initialization switch that initializes a voltage across the feedback capacitor, and operates using the capacitor element of the pixel signal holding unit as an input capacitor A capacitive feedback amplifier circuit;
When the initialization switch is off and the selection unit does not select the pixel signal holding unit, a noise component generated when the initialization switch is turned on and held in a capacitor attached to the signal line The amplification circuit outputs the reference information that is amplified and output and the pixel signal held in the input capacitor when the initialization switch is off and the selection unit selects the pixel signal holding unit A solid-state imaging device comprising: a noise suppression unit that suppresses noise generated in the output signal of the amplifier circuit by the initialization based on the pixel information of the signal transfer state that is amplified and output in step.
前記ノイズ抑制部は、前記基準情報を取得して保持する基準情報取得部と、前記信号転送状態の画素情報を取得して保持する信号転送情報取得部と、前記基準情報取得部で取得された基準情報と前記信号転送情報取得部で取得された画素情報との差分結果を取得する差分情報取得部とを有する
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
The noise suppression unit is acquired by a reference information acquisition unit that acquires and holds the reference information, a signal transfer information acquisition unit that acquires and holds pixel information of the signal transfer state, and the reference information acquisition unit The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a difference information acquisition unit that acquires a difference result between reference information and pixel information acquired by the signal transfer information acquisition unit.
前記基準情報取得部と前記信号転送情報取得部とは、前記差分情報取得部における処理に供される基準情報と画素情報の各出力タイミングを揃えることが可能に構成されている
ことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。
The reference information acquisition unit and the signal transfer information acquisition unit are configured to be able to align each output timing of reference information and pixel information used for processing in the difference information acquisition unit. The solid-state imaging device according to claim 2.
単位画素が行列状に配列された画素アレイ部と、
前記画素アレイ部の各単位画素から列方向に読み出された画素信号を保持する容量素子を具備する複数の画素信号保持部と、
前記画素信号保持部を順次選択する選択部と、
前記選択部により選択された前記画素信号保持部から出力される画素信号を伝送する信号線と、
増幅素子、前記増幅素子の入出力間に接続された帰還容量、および前記帰還容量の両端電圧を初期化する初期化スイッチを具備し、前記画素信号保持部の前記容量素子を入力容量として動作する容量帰還型の増幅回路と、
前記初期化スイッチがオフ時でかつ前記選択部が前記画素信号保持部を選択していないときに前記初期化スイッチのオン時に生じ前記信号線に付帯する容量に保持されたノイズ成分を前記増幅回路で増幅して出力される基準情報と、前記初期化スイッチがオフ時でかつ前記選択部が前記画素信号保持部を選択しているときに前記入力容量に保持されている画素信号を前記増幅回路で増幅して出力される信号転送状態の画素情報とに基づき、前記初期化により前記増幅回路の出力信号に生じるノイズを抑制するノイズ抑制部と
前記増幅回路および前記ノイズ抑制部を制御するための制御情報を生成する主制御部と
を備えたことを特徴とする撮像装置。
A pixel array unit in which unit pixels are arranged in a matrix;
A plurality of pixel signal holding units each including a capacitive element that holds a pixel signal read in a column direction from each unit pixel of the pixel array unit;
A selection unit for sequentially selecting the pixel signal holding unit;
A signal line for transmitting a pixel signal output from the pixel signal holding unit selected by the selection unit;
An amplifying element, a feedback capacitor connected between the input and output of the amplifying element, and an initialization switch that initializes a voltage across the feedback capacitor, and operates using the capacitor element of the pixel signal holding unit as an input capacitor A capacitive feedback amplifier circuit;
When the initialization switch is off and the selection unit does not select the pixel signal holding unit, a noise component generated when the initialization switch is turned on and held in a capacitor attached to the signal line The amplification circuit outputs the reference information that is amplified and output and the pixel signal held in the input capacitor when the initialization switch is off and the selection unit selects the pixel signal holding unit And a noise suppression unit that suppresses noise generated in the output signal of the amplification circuit by the initialization based on the pixel information of the signal transfer state that is amplified and output in step, and for controlling the amplification circuit and the noise suppression unit An imaging apparatus comprising: a main control unit that generates control information.
JP2007008103A 2007-01-17 2007-01-17 Solid-state imaging apparatus, and imaging apparatus Pending JP2008177760A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007008103A JP2008177760A (en) 2007-01-17 2007-01-17 Solid-state imaging apparatus, and imaging apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007008103A JP2008177760A (en) 2007-01-17 2007-01-17 Solid-state imaging apparatus, and imaging apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008177760A true JP2008177760A (en) 2008-07-31

Family

ID=39704458

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007008103A Pending JP2008177760A (en) 2007-01-17 2007-01-17 Solid-state imaging apparatus, and imaging apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008177760A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010021895A (en) * 2008-07-11 2010-01-28 Canon Inc Imaging apparatus and imaging system
CN109753860A (en) * 2017-11-06 2019-05-14 韩国科泰高科株式会社 Biometric image reading device in display area
WO2022172586A1 (en) * 2021-02-12 2022-08-18 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Solid-state imaging element, imaging device, and method for controlling solid-state imaging element

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010021895A (en) * 2008-07-11 2010-01-28 Canon Inc Imaging apparatus and imaging system
CN109753860A (en) * 2017-11-06 2019-05-14 韩国科泰高科株式会社 Biometric image reading device in display area
WO2022172586A1 (en) * 2021-02-12 2022-08-18 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Solid-state imaging element, imaging device, and method for controlling solid-state imaging element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8089530B2 (en) Solid-state image pickup apparatus, drive method for the solid-state image pickup apparatus, and image pickup apparatus
JP5664175B2 (en) Solid-state imaging device, driving method thereof, and electronic apparatus
US7554591B2 (en) Photoelectric conversion apparatus and image sensing system using the same
JP4281822B2 (en) Solid-state imaging device, imaging device
JP5288965B2 (en) Solid-state imaging device and driving method thereof
JP6234054B2 (en) IMAGING DEVICE AND IMAGING DEVICE CONTROL METHOD
JP6100074B2 (en) Photoelectric conversion device and imaging system
US9571771B2 (en) Data transfer circuit, imaging device and imaging apparatus
JP3890207B2 (en) Imaging apparatus and imaging system
US20160105623A1 (en) Image sensor and image capturing apparatus
US10425605B2 (en) Image sensor and image capturing apparatus
WO2017101864A1 (en) Image sensor, control method, and electronic device
US20090009619A1 (en) Imaging apparatus and control method thereof
US9325924B2 (en) Solid-state image-capturing device having lines that connect input units and electronic camera using the same
JP4720275B2 (en) Imaging device
JP2008177760A (en) Solid-state imaging apparatus, and imaging apparatus
JP4929584B2 (en) Signal processing method, signal processing apparatus, and semiconductor device for detecting physical quantity distribution
JP4566013B2 (en) Imaging device
JP4403402B2 (en) AD conversion method, AD conversion apparatus, physical information acquisition method, and physical information acquisition apparatus
JP2018007066A (en) Imaging device
JP2006148509A (en) Physical information acquisition method, physical information acquisition device and semiconductor device of physical value distribution detection
US8872951B2 (en) Method and system for operating an image data collection device
JP4642552B2 (en) Imaging device
JP2006135480A (en) Method and device for physical information acquisition
JP2004274306A (en) Method and device for controlling read-out address, semiconductor system, and image pickup device