JP2009213012A - Solid-state imaging apparatus, method of driving solid-state imaging apparatus, and imaging apparatus - Google Patents

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拓 岩佐
Kouichi Maari
浩一 真有
Takahisa Ueno
貴久 上野
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    • H04N25/60Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance an yield caused by a defect by relieving the relevant defect in an analog circuit of a column processing section. <P>SOLUTION: In a column processing section 13A, current sources 32-1 to 32-4 and comparators 33-1 to 33-4, which are portions of an analog circuit, are provided more than the number of pixel columns one by one and in a case where there is a defect in a certain current source or comparator, it is substituted with another normal current source or comparator, namely, the portions in the analog circuit of the column processing section 13A are configured redundantly. On the basis of shift register information in a predetermined shift register 36, a defective portion is substituted with a normal circuit. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および撮像装置に関し、特に、いわゆるカラムADC(アナログ-ディジタル変換)方式の固体撮像装置、当該固体撮像装置の駆動方法および当該固体撮像装置を用いた撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device, a driving method for the solid-state imaging device, and an imaging device, and more particularly, to a so-called column ADC (analog-digital conversion) type solid-state imaging device, a driving method for the solid-state imaging device, and the solid-state imaging device. The present invention relates to an image pickup apparatus.

固体撮像装置の一方式として、X−Yアドレス型固体撮像装置の一種である増幅型固体撮像装置、例えばCMOS型(MOS型を含む)の固体撮像装置(以下、「CMOSイメージセンサ」と記述する)において、光電変換素子を含む画素が行列状に2次元配置されてなる画素アレイ部に対して、画素列ごとに独立のカラム処理部を設け、画素アレイ部の各画素から信号(画素信号)を画素行ごとに順次読み出してカラム処理部に一旦保持し、所定のタイミングで1行分の画素信号を順次読み出すカラム方式と呼ばれる技術が知られている。   As one type of solid-state imaging device, an amplification type solid-state imaging device which is a kind of XY address type solid-state imaging device, for example, a CMOS type (including MOS type) solid-state imaging device (hereinafter referred to as “CMOS image sensor”) is described. ), An independent column processing unit is provided for each pixel column with respect to a pixel array unit in which pixels including photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged in a matrix, and a signal (pixel signal) is provided from each pixel of the pixel array unit. Is sequentially read out for each pixel row, temporarily held in a column processing unit, and a technique called a column method in which pixel signals for one row are sequentially read at a predetermined timing is known.

また、画素アレイ部の画素列ごとに設けられたカラム処理部において、画素信号をランプ(RAMP)波形の参照信号とコンパレータで比較することによって画素信号の大きさに対応した時間軸方向に大きさ(パルス幅)を持つパルス信号を生成し、このパルス信号のパルス幅の期間において所定のクロックをカウンタでカウントし、そのカウント値を画素信号の大きさに応じたディジタル信号とすることによってAD変換を行なうようにしたカラムADC方式のCMOSイメージセンサがある(例えば、特許文献1参照)。   Further, in the column processing unit provided for each pixel column of the pixel array unit, the pixel signal is compared with the reference signal of the ramp (RAMP) waveform by the comparator, and thereby the magnitude in the time axis direction corresponding to the magnitude of the pixel signal. A pulse signal having a (pulse width) is generated, a predetermined clock is counted by a counter during the pulse width period of the pulse signal, and the count value is converted into a digital signal corresponding to the magnitude of the pixel signal, thereby performing AD conversion. There is a column ADC type CMOS image sensor configured to perform (see, for example, Patent Document 1).

特開2005−323331号公報JP 2005-323331 A

ところで、近年、CMOSイメージセンサでは画素とともに周辺回路の小型化が勧められており、それに伴って不良が生じるようになってきた。メモリのメモリセルと異なり、イメージセンサの画素の欠陥は、異なった画素からの情報を用いても、画素の位置が異なり信号情報が異なるため、冗長により完全に救済できない。画素の不良は白点となる。しかし、画素の不良が少量であれば、近傍の画素の情報を基に不良画素の信号情報を補正することが可能である。   Incidentally, in recent years, in CMOS image sensors, it has been recommended to reduce the size of peripheral circuits as well as pixels, and accordingly, defects have arisen. Unlike the memory cell of the memory, the defect of the pixel of the image sensor cannot be completely remedied by redundancy because the pixel position is different and the signal information is different even if information from different pixels is used. A defective pixel is a white spot. However, if the pixel defect is small, it is possible to correct the signal information of the defective pixel based on the information of neighboring pixels.

また、各カラムのディジタル回路や、カラムADC方式の場合のカウンタなどについては、2値の信号レベルのみを扱えばよいので、それほど高精度なものは必要ではない。しかし、各カラムのアナログ回路には非常に高い精度が求められる。例えば、カラムADC方式の場合のコンパレータは、多段階判定、例えば4096段階での信号レベルの判定が必要となる。加えて、これらのカラム部のアナログ回路は、横方向(水平方向)の画素数が例えば6000個ある場合、6000個すべてが正確に動作する必要があった。   Also, the digital circuit of each column, the counter in the case of the column ADC system, and the like need only handle binary signal levels, and so high accuracy is not necessary. However, very high accuracy is required for the analog circuit of each column. For example, the comparator in the case of the column ADC system requires multistage determination, for example, determination of the signal level in 4096 stages. In addition, when the number of pixels in the horizontal direction (horizontal direction) is, for example, 6000, all of the 6000 analog circuits need to operate correctly.

しかしながら、従来は、カラムADC方式のイメージセンサのアナログ回路を冗長構成にする方式が採られていなかったために、すべてのアナログ回路が高精度に動作しないイメージセンサについてはチップを出荷することができず、歩留まり低下の原因の一つとなっていた。   However, conventionally, since the method of making the analog circuit of the column ADC type image sensor redundant is not adopted, a chip cannot be shipped for an image sensor in which all analog circuits do not operate with high accuracy. , Which was one of the causes of reduced yield.

そこで、本発明は、カラム処理部のアナログ回路を冗長構成にする方式を採ることによってアナログ回路の不良を救済し、当該不良に起因する歩留まりを改善できるようにしたカラムADC方式の固体撮像装置、当該固体撮像装置の駆動方法および当該固体撮像装置を用いた撮像装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a column ADC type solid-state imaging device that can remedy a defect in an analog circuit by improving the yield due to the defect by adopting a method in which the analog circuit of the column processing unit has a redundant configuration, An object of the present invention is to provide a driving method of the solid-state imaging device and an imaging device using the solid-state imaging device.

本発明による固体撮像装置は、
光電変換素子を含む単位画素が行列状に配置された画素アレイ部と、
前記画素アレイ部の画素列に対応した数よりも多い数のアナログ回路を有し、前記単位画素から垂直信号線を通して出力されるアナログ信号を画素列ごとに処理するカラム処理部とを備え、
前記カラム処理部は、
前記アナログ回路の個々の良否の情報を格納する良否情報格納手段と、
前記良否情報格納手段に格納されている情報に基づいて前記アナログ回路のうち不良のアナログ回路に代えて正常なアナログ回路を選択する選択手段とを有する
ことを特徴としている。
The solid-state imaging device according to the present invention is
A pixel array unit in which unit pixels including photoelectric conversion elements are arranged in a matrix;
A column processing unit having a larger number of analog circuits than the number corresponding to the pixel columns of the pixel array unit, and processing an analog signal output from the unit pixel through a vertical signal line for each pixel column;
The column processing unit
Pass / fail information storage means for storing information on pass / fail of each analog circuit;
Selection means for selecting a normal analog circuit instead of a defective analog circuit among the analog circuits based on information stored in the pass / fail information storage means.

そして、上記構成の固体撮像装置は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機などの撮像機能を有する電子機器において、その撮像素子(撮像デバイス)として用いられる。   The solid-state imaging device having the above configuration is used as an imaging device (imaging device) in a camera system such as a digital still camera or a video camera, or an electronic device having an imaging function such as a mobile phone.

上記構成の固体撮像装置または当該固体撮像装置を用いた撮像装置において、アナログ回路を含むカラム処理部について、アナログ回路を画素列の数よりも多く設け、ある1つのアナログ回路に不良がある場合に、他の正常なアナログ回路で代替するいわゆる冗長構成を採ることで、アナログ回路の不良を救済し、当該不良に起因する歩留まりを改善できる。   In the solid-state imaging device having the above-described configuration or an imaging device using the solid-state imaging device, when a column processing unit including an analog circuit is provided with more analog circuits than the number of pixel columns and there is a defect in one analog circuit By adopting a so-called redundant configuration that substitutes for another normal analog circuit, it is possible to remedy a defect in the analog circuit and improve the yield due to the defect.

本発明による固体撮像装置の駆動方法は、
光電変換素子を含む単位画素が行列状に配置された画素アレイ部と、
前記画素アレイ部の画素列に対応した数よりも多い数のアナログ回路を有し、前記単位画素から垂直信号線を通して出力されるアナログ信号を画素列ごとに処理するカラム処理部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
あらかじめ格納されている前記アナログ回路の個々の良否の情報に基づいて前記アナログ回路のうち不良のアナログ回路に代えて正常なアナログ回路を選択して用いる
ことを特徴としている。
A driving method of a solid-state imaging device according to the present invention includes:
A pixel array unit in which unit pixels including photoelectric conversion elements are arranged in a matrix;
A solid-state device having a number of analog circuits greater than the number corresponding to the pixel columns of the pixel array unit, and a column processing unit that processes analog signals output from the unit pixels through vertical signal lines for each pixel column A method for driving an imaging apparatus,
A normal analog circuit is selected and used instead of a defective analog circuit among the analog circuits based on information on the quality of each analog circuit stored in advance.

冗長構成を採るカラム処理部において、ある1つのアナログ回路に不良がある場合に、他の正常なアナログ回路で代替することで、アナログ回路の不良を救済し、当該不良に起因する歩留まりを改善できる。   In a column processing unit having a redundant configuration, when a certain analog circuit is defective, it can be replaced with another normal analog circuit to relieve the analog circuit defect and improve the yield due to the defect. .

本発明によれば、カラム処理部のアナログ回路の部位を冗長構成にし、あらかじめ決められた情報(良否の情報)を基に、不良の部位を正常な回路で代替することにより、アナログ回路の不良を救済し、当該不良に起因する歩留まりを改善できるために、製造コストを抑えることできる。   According to the present invention, the analog circuit portion of the column processing unit is configured in a redundant configuration, and the defective portion is replaced with a normal circuit on the basis of predetermined information (good or bad information). Can be saved and the yield resulting from the defect can be improved, so that the manufacturing cost can be reduced.

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

[システム構成]
図1は、本発明が適用される固体撮像装置、例えばCMOSイメージセンサの構成の概略を示すシステム構成図である。
[System configuration]
FIG. 1 is a system configuration diagram showing an outline of the configuration of a solid-state imaging device to which the present invention is applied, for example, a CMOS image sensor.

図1に示すように、本適用例に係るCMOSイメージセンサ10は、図示せぬ半導体基板(チップ)上に形成された画素アレイ部11と、当該画素アレイ部11と同じ半導体基板上に集積された周辺回路部、即ち垂直駆動部12、カラム処理部13、水平駆動部14およびシステム制御部15とを有する構成となっている。   As shown in FIG. 1, a CMOS image sensor 10 according to this application example is integrated on a pixel array unit 11 formed on a semiconductor substrate (chip) (not shown) and the same semiconductor substrate as the pixel array unit 11. The peripheral circuit section, that is, the vertical drive section 12, the column processing section 13, the horizontal drive section 14, and the system control section 15 are provided.

画素アレイ部11には、入射する可視光をその光量に応じた電荷量に光電変換する光電変換素子を含む図示せぬ単位画素(以下、単に「画素」と記述する場合もある)が行列状に2次元配置されている。単位画素の具体的な構成については後述する。   In the pixel array unit 11, unit pixels (not shown) including a photoelectric conversion element that photoelectrically converts incident visible light into a charge amount corresponding to the amount of light (hereinafter may be simply referred to as “pixel”) are arranged in a matrix. Are two-dimensionally arranged. A specific configuration of the unit pixel will be described later.

画素アレイ部11にはさらに、行列状の画素配列に対して行ごとに画素駆動線16が図の左右方向(画素行の画素の配列方向)に沿って形成され、列ごとに垂直信号線17が図の上下方向(画素列の画素の配列方向)に沿って形成されている。図1では、画素駆動線16について1本として示しているが、1本に限られるものではない。画素駆動線16の一端は、垂直駆動部12の各行に対応した出力端に接続されている。   The pixel array unit 11 further includes pixel drive lines 16 for each row in the matrix-like pixel arrangement along the horizontal direction of the drawing (pixel arrangement direction of the pixel rows), and vertical signal lines 17 for each column. Are formed along the vertical direction of the figure (pixel arrangement direction of the pixel column). In FIG. 1, the pixel drive line 16 is shown as one line, but the number is not limited to one. One end of the pixel drive line 16 is connected to an output end corresponding to each row of the vertical drive unit 12.

垂直駆動部12は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、その具体的な構成については図示を省略するが、信号を読み出す単位画素について行単位で順に選択走査を行うための読出し走査系と、当該読出し走査系によって読出し走査が行われる読出し行に対して、その読出し走査よりもシャッタスピードの時間分だけ先行して当該読出し行の単位画素の光電変換素子から不要な電荷を掃き出す(リセットする)掃出し走査を行うための掃出し走査系とを有する構成となっている。   The vertical drive unit 12 is configured by a shift register, an address decoder, and the like, and a specific configuration thereof is omitted, but a reading scanning system for performing selective scanning sequentially for each unit pixel for reading a signal, Unnecessary charges are swept out (reset) from the photoelectric conversion elements of the unit pixels of the readout row prior to the readout row by the time of the shutter speed with respect to the readout row in which readout scanning is performed by the readout scanning system. It has a configuration having a sweep scanning system for performing sweep scanning.

この掃出し走査系による不要電荷の掃き出し(リセット)により、いわゆる電子シャッタ動作が行われる。ここで、電子シャッタ動作とは、光電変換素子の光電荷を捨てて、新たに露光を開始する(光電荷の蓄積を開始する)動作のことを言う。   A so-called electronic shutter operation is performed by sweeping (reset) unnecessary charges by the sweep scanning system. Here, the electronic shutter operation refers to an operation in which the photoelectric charge of the photoelectric conversion element is discarded and a new exposure is started (photocharge accumulation is started).

読出し走査系による読出し動作によって読み出される信号は、その直前の読出し動作または電子シャッタ動作以降に入射した光量に対応するものである。そして、直前の読出し動作による読出しタイミングまたは電子シャッタ動作による掃出しタイミングから、今回の読出し動作による読出しタイミングまでの期間が、単位画素における光電荷の蓄積時間(露光時間)となる。   The signal read by the reading operation by the reading scanning system corresponds to the amount of light incident after the immediately preceding reading operation or electronic shutter operation. The period from the read timing by the previous read operation or the sweep timing by the electronic shutter operation to the read timing by the current read operation is the photocharge accumulation time (exposure time) in the unit pixel.

垂直駆動部12によって選択走査された画素行の各単位画素から出力される信号は、垂直信号線17の各々を通してカラム処理部13に供給される。カラム処理部13は、画素アレイ部11の画素列ごとに、選択行の各画素20から出力されるアナログ信号をディジタル信号に変換しつつ読み出す信号読出し回路部である。このカラム処理部13の詳細な回路構成および回路動作については後述する。   A signal output from each unit pixel in the pixel row selectively scanned by the vertical driving unit 12 is supplied to the column processing unit 13 through each of the vertical signal lines 17. The column processing unit 13 is a signal reading circuit unit that reads, for each pixel column of the pixel array unit 11, an analog signal output from each pixel 20 in the selected row while converting the analog signal into a digital signal. The detailed circuit configuration and circuit operation of the column processing unit 13 will be described later.

水平駆動部14は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム処理部13を順番に選択する。この水平駆動部14による選択走査により、カラム処理部13でディジタル化された画素信号が順番に出力される。   The horizontal drive unit 14 includes a shift register, an address decoder, and the like, and selects the column processing unit 13 in order. By this selective scanning by the horizontal drive unit 14, pixel signals digitized by the column processing unit 13 are sequentially output.

システム制御部15は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ等によって構成され、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に垂直駆動部12、カラム処理部13および水平駆動部14などの駆動制御を行う。   The system control unit 15 includes a timing generator that generates various timing signals, and the vertical driving unit 12, the column processing unit 13, the horizontal driving unit 14, and the like based on the various timing signals generated by the timing generator. Drive control is performed.

(単位画素の回路構成)
図2は、単位画素20の回路構成の一例を示す回路図である。図2に示すように、本回路例に係る単位画素20は、光電変換素子、例えばフォトダイオード21と、例えば転送トランジスタ22、リセットトランジスタ23、増幅トランジスタ24および選択トランジスタ25の4つのトランジスタとを有する構成となっている。
(Circuit configuration of unit pixel)
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a circuit configuration of the unit pixel 20. As shown in FIG. 2, the unit pixel 20 according to this circuit example includes a photoelectric conversion element, for example, a photodiode 21, and four transistors, for example, a transfer transistor 22, a reset transistor 23, an amplification transistor 24, and a selection transistor 25. It has a configuration.

ここでは、4つのトランジスタ22〜25として、例えばNチャネルのMOSトランジスタを用いている。ただし、ここで例示した転送トランジスタ22、リセットトランジスタ23、増幅トランジスタ24および選択トランジスタ25の導電型の組み合わせは一例に過ぎず、これらの組み合わせに限られるものではない。   Here, as the four transistors 22 to 25, for example, N-channel MOS transistors are used. However, the conductivity type combinations of the transfer transistor 22, the reset transistor 23, the amplification transistor 24, and the selection transistor 25 illustrated here are merely examples, and are not limited to these combinations.

この単位画素20に対して、画素駆動線16として、例えば、転送線161、リセット線162および選択線163の3本の駆動配線が同一画素行の各画素について共通に設けられている。これら転送線161、リセット線162および選択線163の各一端は、垂直駆動部12の各画素行に対応した出力端に、画素行単位で接続されている。   For this unit pixel 20, as the pixel drive line 16, for example, three drive lines of a transfer line 161, a reset line 162, and a selection line 163 are provided in common for each pixel in the same pixel row. One end of each of the transfer line 161, the reset line 162, and the selection line 163 is connected to an output end corresponding to each pixel row of the vertical drive unit 12 in units of pixel rows.

フォトダイオード21は、アノード電極が負側電源(例えば、グランド)に接続されており、受光した光をその光量に応じた電荷量の光電荷(ここでは、光電子)に光電変換する。フォトダイオード21のカソード電極は、転送トランジスタ22を介して増幅トランジスタ24のゲート電極と電気的に接続されている。増幅トランジスタ24のゲート電極と電気的に繋がったノード26をFD(フローティングディフュージョン)部と呼ぶ。   The photodiode 21 has an anode electrode connected to a negative power source (for example, ground), and photoelectrically converts received light into photocharge (here, photoelectrons) having a charge amount corresponding to the light amount. The cathode electrode of the photodiode 21 is electrically connected to the gate electrode of the amplification transistor 24 through the transfer transistor 22. A node 26 electrically connected to the gate electrode of the amplification transistor 24 is referred to as an FD (floating diffusion) portion.

転送トランジスタ22は、フォトダイオード21のカソード電極とFD部26との間に接続され、高レベル(例えば、Vddレベル)がアクティブ(以下、「Highアクティブ」と記述する)の転送パルスφTRFが転送線161を介してゲート電極に与えられることによってオン状態となり、フォトダイオード21で光電変換された光電荷をFD部26に転送する。   The transfer transistor 22 is connected between the cathode electrode of the photodiode 21 and the FD unit 26, and a transfer pulse φTRF having a high level (for example, Vdd level) is active (hereinafter referred to as “High active”) is transferred to the transfer line. By being applied to the gate electrode via 161, it is turned on, and the photoelectric charge photoelectrically converted by the photodiode 21 is transferred to the FD portion 26.

リセットトランジスタ23は、ドレイン電極が画素電源Vddに、ソース電極がFD部26にそれぞれ接続され、HighアクティブのリセットパルスφRSTがリセット線162を介してゲート電極に与えられることによってオン状態となり、フォトダイオード21からFD部26への信号電荷の転送に先立って、FD部26の電荷を画素電源Vddに捨てることによって当該FD部26をリセットする。   The reset transistor 23 is turned on when the drain electrode is connected to the pixel power source Vdd, the source electrode is connected to the FD unit 26, and a high active reset pulse φRST is applied to the gate electrode via the reset line 162, and the photodiode is turned on. Prior to the transfer of signal charges from the FD unit 26 to the FD unit 26, the FD unit 26 is reset by discarding the charges of the FD unit 26 to the pixel power supply Vdd.

増幅トランジスタ24は、ゲート電極がFD部26に、ドレイン電極が画素電源Vddにそれぞれ接続され、リセットトランジスタ23によってリセットした後のFD部26の電位をリセット信号(リセットレベル)Vresetとして出力し、さらに転送トランジスタ22によって信号電荷を転送した後のFD部26の電位を光蓄積信号(信号レベル)Vsigとして出力する。   The amplification transistor 24 has a gate electrode connected to the FD unit 26 and a drain electrode connected to the pixel power supply Vdd, and outputs the potential of the FD unit 26 after being reset by the reset transistor 23 as a reset signal (reset level) Vreset. The potential of the FD unit 26 after the transfer of the signal charge by the transfer transistor 22 is output as a light accumulation signal (signal level) Vsig.

選択トランジスタ25は、例えば、ドレイン電極が増幅トランジスタ24のソースに、ソース電極が垂直信号線17にそれぞれ接続され、Highアクティブの選択パルスφSELが選択線163を介してゲートに与えられることによってオン状態となり、単位画素20を選択状態として増幅トランジスタ24から出力される信号を垂直信号線17に中継する。   For example, the selection transistor 25 is turned on when the drain electrode is connected to the source of the amplification transistor 24, the source electrode is connected to the vertical signal line 17, and a high active selection pulse φSEL is applied to the gate via the selection line 163. Thus, the unit pixel 20 is selected and the signal output from the amplification transistor 24 is relayed to the vertical signal line 17.

なお、選択トランジスタ25については、画素電源Vddと増幅トランジスタ24のドレインとの間に接続した回路構成を採ることも可能である。   Note that the selection transistor 25 may have a circuit configuration connected between the pixel power supply Vdd and the drain of the amplification transistor 24.

また、単位画素20としては、上記構成の4つのトランジスタからなる画素構成のものに限られるものではなく、例えば、増幅トランジスタ24と選択トランジスタ25とを兼用した3つのトランジスタからなる画素構成のものなどであっても良く、その画素回路の構成は問わない。   In addition, the unit pixel 20 is not limited to the pixel configuration including the four transistors having the above-described configuration. For example, the unit pixel 20 includes a pixel configuration including three transistors that serve as the amplification transistor 24 and the selection transistor 25. The configuration of the pixel circuit is not limited.

上記構成のCMOSイメージセンサ10において、本発明は、カラム処理部13の回路構成および回路動作を特徴としている。以下に、カラム処理部13の具体的な実施例について説明する。   In the CMOS image sensor 10 configured as described above, the present invention is characterized by the circuit configuration and circuit operation of the column processing unit 13. A specific example of the column processing unit 13 will be described below.

[実施例1]
図3は、本発明の実施例1に係るカラム処理部13Aを示す回路図である。ここでは、図面の簡略化のために、画素列の数(水平方向の画素数)xをx=3としている。
[Example 1]
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating the column processing unit 13A according to the first embodiment of the present invention. Here, in order to simplify the drawing, the number of pixel columns (the number of pixels in the horizontal direction) x is set to x = 3.

図3に示すように、実施例1に係るカラム処理部13Aは、第1スイッチ回路31と、電流源32−1〜32−4と、コンパレータ33−1〜33−4と、第2スイッチ回路34と、カウンタ35−1〜35−3と、良否情報格納手段としての例えばシフトレジスタ36とを有する回路構成となっている。すなわち、本実施例1に係るカラム処理部13Aは、x列の画素列に対して、電流源32およびコンパレータ33が(x+1)個ずつ、カウンタ35がx個設けられた構成となっている。   As illustrated in FIG. 3, the column processing unit 13A according to the first embodiment includes a first switch circuit 31, current sources 32-1 to 32-4, comparators 33-1 to 33-4, and a second switch circuit. 34, counters 35-1 to 35-3, and a circuit configuration including, for example, a shift register 36 as pass / fail information storage means. That is, the column processing unit 13A according to the first embodiment has a configuration in which (x + 1) current sources 32 and comparators 33 are provided and x counters 35 are provided for x pixel columns.

第1スイッチ回路31は、6個(=2x)のスイッチ素子SW11〜SW16によって構成されている。スイッチ素子SW11〜SW16としては、例えばCMOSトランスミッションゲートによるアナログスイッチが用いられる。スイッチ素子SW11〜SW16は各入力端が、2個ずつを対として垂直信号線17−1,17−2,17−3の各一端に接続されている。   The first switch circuit 31 includes six (= 2x) switch elements SW11 to SW16. As the switch elements SW11 to SW16, for example, analog switches using CMOS transmission gates are used. Each of the switch elements SW11 to SW16 has an input terminal connected to one end of each of the vertical signal lines 17-1, 17-2, 17-3 in pairs.

電流源32−1〜32−4は、直列に接続された例えば3個のMOSトランジスタ(負荷MOSトランジスタ)によって構成されている。電流源32−1〜32−4として、負荷MOSトランジスタに代えて単なる抵抗素子を用いることも可能である。   The current sources 32-1 to 32-4 are configured by, for example, three MOS transistors (load MOS transistors) connected in series. As the current sources 32-1 to 32-4, simple resistance elements can be used instead of the load MOS transistors.

電流源32−1〜32−4のうち、両端の電流源32−1,32−4は、両端のスイッチ素子SW11,SW16の各出力端と基準電位ノード(例えば、グランド)との間にそれぞれ接続されている。また、残りの電流源32−2,32−3のうち、電流源32−2は、スイッチ素子SW12,SW13の各出力端と基準電位ノードとの間に接続され、電流源32−3は、スイッチ素子SW14,SW15の各出力端と基準電位ノードとの間に接続されている。   Among the current sources 32-1 to 32-4, the current sources 32-1 and 32-4 at both ends are respectively between the output terminals of the switch elements SW 11 and SW 16 at both ends and a reference potential node (for example, ground). It is connected. Of the remaining current sources 32-2 and 32-3, the current source 32-2 is connected between the output terminals of the switch elements SW12 and SW13 and the reference potential node. The switch elements SW14 and SW15 are connected between the output terminals and the reference potential node.

コンパレータ33−1〜33−4は、各一方の入力端が電流源32−1〜32−4と対応した関係でスイッチ素子SW11〜SW16の各出力端に接続されている。すなわち、両側のコンパレータ33−1,33−4の各一方の入力端が両端のスイッチ素子SW11,SW16の出力端に接続され、コンパレータ33−2の一方の入力端がスイッチ素子SW12,SW13の各出力端に接続され、コンパレータ33−3の一方の入力端がスイッチ素子SW14,SW15の各出力端に接続されている。   The comparators 33-1 to 33-4 have one input terminals connected to the output terminals of the switch elements SW11 to SW16 in a relationship corresponding to the current sources 32-1 to 32-4. That is, one input terminal of each of the comparators 33-1 and 33-4 on both sides is connected to the output terminal of the switch elements SW11 and SW16 on both ends, and one input terminal of the comparator 33-2 is connected to each of the switch elements SW12 and SW13. Connected to the output terminal, one input terminal of the comparator 33-3 is connected to each output terminal of the switch elements SW14 and SW15.

コンパレータ33−1〜33−4の各他方の入力端には、参照信号発生源(図示せず)で発生されるランプ(RAMP)波形、即ち傾斜状波形の参照信号REFが共通に入力される。そして、コンパレータ33−1〜33−4は、垂直信号線17−1,17−2,17−3から第1スイッチ回路31を通して入力されるアナログの画素信号をランプ波形の参照信号REFと比較することで、画素信号の大きさに対応した時間軸方向に大きさ(パルス幅)を持つパルス信号を出力する。   A ramp (RAMP) waveform generated by a reference signal generation source (not shown), that is, a reference signal REF having an inclined waveform is commonly input to the other input ends of the comparators 33-1 to 33-4. . The comparators 33-1 to 33-4 compare an analog pixel signal input from the vertical signal lines 17-1, 17-2, and 17-3 through the first switch circuit 31 with a reference signal REF having a ramp waveform. Thus, a pulse signal having a magnitude (pulse width) in the time axis direction corresponding to the magnitude of the pixel signal is output.

上述したスイッチ素子SW11〜SW16と電流源32−1〜32−4およびコンパレータ33−1〜33−4との接続関係により、第1スイッチ回路31は、垂直信号線17−1,17−2,17−3の各々に対して、電流源32−1〜32−4およびコンパレータ33−1〜33−4のうちのどの電流源とコンパレータを接続するかを選択する作用を為す。   Due to the connection relationship between the switch elements SW11 to SW16, the current sources 32-1 to 32-4, and the comparators 33-1 to 33-4, the first switch circuit 31 includes the vertical signal lines 17-1, 17-2, For each of 17-3, the current source 32-1 to 32-4 and the current source of the comparators 33-1 to 33-4 and the comparator to be connected are selected.

第2スイッチ回路34は、6個(=2x)のスイッチ素子SW21〜SW26によって構成されている。スイッチ素子SW21〜SW26としては、スイッチ素子SW11〜SW16と同様に、例えばCMOSトランスミッションゲートによるアナログスイッチが用いられる。スイッチ素子SW21〜SW26は各入力端が、2個ずつを対としてコンパレータ33−1〜33−4の各出力端に接続されている。   The second switch circuit 34 includes six (= 2x) switch elements SW21 to SW26. As the switch elements SW21 to SW26, analog switches using, for example, CMOS transmission gates are used, similarly to the switch elements SW11 to SW16. Each of the switch elements SW21 to SW26 is connected to each output terminal of the comparators 33-1 to 33-4 in pairs, each having two input terminals.

カウンタ35−1〜35−3は、コンパレータ33−1〜33−4の隣り合う2つを対として、これら対の各出力端に各入力端が接続されている。すなわち、カウンタ35−1の入力がコンパレータ33−1,33−2の各入力端に接続され、カウンタ35−2の入力がコンパレータ33−2,33−3の各入力端に接続され、カウンタ35−3の入力がコンパレータ33−3,33−4の各入力端に接続されている。   In the counters 35-1 to 35-3, two adjacent comparators 33-1 to 33-4 are paired, and each input terminal is connected to each output terminal of the pair. That is, the input of the counter 35-1 is connected to each input terminal of the comparators 33-1, 33-2, the input of the counter 35-2 is connected to each input terminal of the comparators 33-2, 33-3, and the counter 35 -3 input is connected to each input terminal of the comparators 33-3 and 33-4.

これらカウンタ35−1〜35−3は、コンパレータ33−1〜33−4から出力されるパルス信号のパルス幅の期間において所定のクロックCKをカウントすることにより、そのカウント値を画素信号の大きさに応じたディジタル信号とする。すなわち、参照信号REFを発生する参照信号発生源や、コンパレータ33−1〜33−4およびカウンタ35−1〜35−3などによってAD変換器が構成されている。   The counters 35-1 to 35-3 count a predetermined clock CK during the period of the pulse width of the pulse signal output from the comparators 33-1 to 33-4, thereby obtaining the count value of the pixel signal. Digital signal according to That is, the AD converter is configured by the reference signal generation source that generates the reference signal REF, the comparators 33-1 to 33-4, the counters 35-1 to 35-3, and the like.

上述した第2スイッチ回路34とコンパレータ33−1〜33−4およびカウンタ35−1〜35−3との接続関係により、第2スイッチ回路34は、カウンタ35−1〜35−3の各々に対して、電流源32−1〜32−4およびコンパレータ33−1〜33−4のうちのどの電流源とコンパレータを接続するかを選択する作用を為す。   Due to the connection relationship between the second switch circuit 34 and the comparators 33-1 to 33-4 and the counters 35-1 to 35-3, the second switch circuit 34 is connected to each of the counters 35-1 to 35-3. Thus, the current source 32-1 to 32-4 and the comparator 33-1 to 33-4 are selected to be connected to the current source.

シフトレジスタ36は、画素列の数xに対応した数(本例では、3個)の転送段(シフト段)が縦続接続された構成となっており、各転送段から互いに逆相のスイッチ制御信号を出力する。具体的には、1段目の転送段からはスイッチ制御信号CSEL0,XCSEL0が、2段目の転送段からはスイッチ制御信号CSEL1,XCSEL1が、3段目の転送段からはスイッチ制御信号CSEL2,XCSEL2がそれぞれ出力される。   The shift register 36 has a configuration in which a number of transfer stages (shift stages) corresponding to the number x of pixel columns (three in this example) are connected in cascade, and switch control of opposite phases from each transfer stage. Output a signal. Specifically, switch control signals CSEL0 and XCSEL0 are transmitted from the first transfer stage, switch control signals CSEL1 and XCSEL1 are transferred from the second transfer stage, and switch control signals CSEL2 and CSEL2 are transferred from the third transfer stage. XCSEL2 is output.

スイッチ制御信号CSEL0,XCSEL0〜CSEL2,XCSEL2は、第1,第2スイッチ回路31,34の各スイッチ素子のオン/オフ制御を行う。具体的には、スイッチ制御信号CSEL0,XCSEL0がスイッチ素子SW11,SW12とスイッチ素子SW21,SW22のオン/オフ制御を、スイッチ制御信号CSEL1,XCSEL1がスイッチ素子SW13,SW14とスイッチ素子SW23,SW24のオン/オフ制御を、スイッチ制御信号CSEL2,XCSEL2がスイッチ素子SW15,SW16とスイッチ素子SW25,SW26のオン/オフ制御を行う。   The switch control signals CSEL0, XCSEL0 to CSEL2, and XCSEL2 perform on / off control of the switch elements of the first and second switch circuits 31 and 34. Specifically, switch control signals CSEL0 and XCSEL0 turn on / off control of switch elements SW11 and SW12 and switch elements SW21 and SW22, and switch control signals CSEL1 and XCSEL1 turn on switch elements SW13 and SW14 and switch elements SW23 and SW24. The switch control signals CSEL2 and XCSEL2 perform on / off control of the switch elements SW15 and SW16 and the switch elements SW25 and SW26.

このスイッチ制御信号CSEL0,XCSEL0〜CSEL2,XCSEL2による第1,第2スイッチ回路31,34の各スイッチ素子のオン/オフ制御により、電流源32−1〜32−4およびコンパレータ33−1〜33−4において、隣り合う電流源とコンパレータの組み合わせが同時に選択されることはなく、いずれか一方の組み合わせだけが選択されることになる。   The current sources 32-1 to 32-4 and the comparators 33-1 to 33-33 are controlled by on / off control of the switch elements of the first and second switch circuits 31 and 34 by the switch control signals CSEL0, XSEL0 to CSEL2 and XCSEL2. 4, the combination of the adjacent current source and the comparator is not selected at the same time, and only one of the combinations is selected.

ここで、第1スイッチ回路31による選択によって垂直信号線17−1,17−2,17−3の各々に対して、電流源32−1〜32−4およびコンパレータ33−1〜33−4のうちのどの電流源とコンパレータを接続するか、また、第2スイッチ回路34による選択によってカウンタ35−1〜35−3の各々に対して、電流源32−1〜32−4およびコンパレータ33−1〜33−4のうちのどの電流源とコンパレータを接続するは、シフトレジスタ36内に格納された情報によって決定される。   Here, the current sources 32-1 to 32-4 and the comparators 33-1 to 33-4 are respectively connected to the vertical signal lines 17-1, 17-2, and 17-3 by the selection by the first switch circuit 31. The current sources 32-1 to 32-4 and the comparator 33-1 are selected for each of the counters 35-1 to 35-3 according to which of the current sources is connected to the comparator and the selection by the second switch circuit 34. The current source of any of .about.33-4 and the comparator are connected is determined by the information stored in the shift register 36. FIG.

このシフトレジスタ36内の情報を、以下ではシフトレジスタ情報と呼ぶこととする。このシフトレジスタ情報については、テストシステムまたはカメラシステムで決定されることになるが、その詳細については後述する。   The information in the shift register 36 is hereinafter referred to as shift register information. The shift register information is determined by a test system or a camera system, and details thereof will be described later.

以上説明した実施例1に係るカラム処理部13において、画素信号のAD変換に際し、電流源32−1〜32−4およびコンパレータ33−1〜33−4は、アナログ信号を扱うアナログ回路の部位であり、カウンタ35−1〜35−3は、ディジタル信号を扱うディジタル回路の部位である。   In the column processing unit 13 according to the first embodiment described above, the current sources 32-1 to 32-4 and the comparators 33-1 to 33-4 are portions of analog circuits that handle analog signals when performing AD conversion of pixel signals. The counters 35-1 to 35-3 are digital circuit parts that handle digital signals.

一般的に、ディジタル回路に比べてアナログ回路の方が誤動作や不良が生じやすい。この点に鑑み、実施例1に係るカラム処理部13Aには、画素アレイ部11の画素列に対応した数よりも多い数のアナログ回路を設けている。より具体的には、アナログ回路の部位である電流源32−1〜32−4およびコンパレータ33−1〜33−4を画素列の数よりも多く(本例では、1つずつ多く)設け、ある1つの電流源またはコンパレータに不良がある場合に、他の正常な電流源またはコンパレータで代替するいわゆる冗長構成を採っている。   In general, an analog circuit is more likely to malfunction and malfunction than a digital circuit. In view of this point, the column processing unit 13A according to the first embodiment is provided with a larger number of analog circuits than the number corresponding to the pixel columns of the pixel array unit 11. More specifically, the current sources 32-1 to 32-4 and the comparators 33-1 to 33-4, which are parts of the analog circuit, are provided more than the number of pixel columns (one more in this example), When a certain current source or comparator is defective, a so-called redundant configuration is adopted in which the other normal current source or comparator is substituted.

アナログ回路個々、即ち電流源またはコンパレータの良否の情報については、シフトレジスタ情報としてシフトレジスタ36内にあらかじめ格納されている。すなわち、シフトレジスタ36は、アナログ回路の個々の良否の情報を格納する良否情報格納手段として機能する。ただし、良否情報格納手段としては、シフトレジスタ36に限られるものではなく、アナログ回路の個々の良否の情報を格納できるものであれはその構成は問わない。   Information on the quality of each analog circuit, that is, whether the current source or the comparator is good or bad is stored in advance in the shift register 36 as shift register information. That is, the shift register 36 functions as a pass / fail information storage unit that stores individual pass / fail information of the analog circuit. However, the pass / fail information storage means is not limited to the shift register 36, and any configuration can be used as long as it can store individual pass / fail information of the analog circuit.

ここで、実施例1に係るカラム処理部13Aにおける実際の動作例について図4を用いて説明する。ここでは、図4の左から3つ目のコンパレータ33−3が不良である場合を例に挙げている。   Here, an actual operation example in the column processing unit 13A according to the first embodiment will be described with reference to FIG. Here, a case where the third comparator 33-3 from the left in FIG. 4 is defective is taken as an example.

シフトレジスタ36には、3つ目のコンパレータ33−3が不良であるため、1つ目、2つ目、4つ目の電流源32−1,32−2,32−4およびコンパレータ33−1,33−2,33−4の使用を指示する情報がシフトレジスタ情報としてあらかじめ格納されている。そして、このシフトレジスタ情報を基に、シフトレジスタ36から出力されるスイッチ制御信号CSEL0,CSEL1,XCSEL2が“H”レベル、スイッチ制御信号XCSEL0,VCSEL1,CSEL2が“L”レベルになる。   Since the third comparator 33-3 is defective in the shift register 36, the first, second, and fourth current sources 32-1, 32-2, and 32-4, and the comparator 33-1. , 33-2, 33-4 are pre-stored as shift register information. Based on the shift register information, the switch control signals CSEL0, CSEL1, and XCSEL2 output from the shift register 36 are set to the “H” level, and the switch control signals XCSEL0, VCSEL1, and CSEL2 are set to the “L” level.

これにより、第1スイッチ回路31のスイッチ素子SW11,SW13,SW16と、第2スイッチ回路34のスイッチ素子SW21,SW23,SW26がオン状態になる。その結果、不良のコンパレータ33−3を含むアナログ経路に代えて、その隣の正常なコンパレータ33−4を含むアナログ経路が有効になり、当該コンパレータ33−4の比較結果がカウンタ35−3に与えられることになる。   As a result, the switch elements SW11, SW13, SW16 of the first switch circuit 31 and the switch elements SW21, SW23, SW26 of the second switch circuit 34 are turned on. As a result, instead of the analog path including the defective comparator 33-3, the adjacent analog path including the normal comparator 33-3 becomes valid, and the comparison result of the comparator 33-4 is given to the counter 35-3. Will be.

このように、カラム処理部13Aのアナログ回路の部位を冗長構成にし、あらかじめ決められたシフトレジスタ情報を基に、不良の部位を正常な回路で代替することにより、アナログ回路の不良を救済し、当該不良に起因する歩留まりを改善できるために、製造コストを抑えることできる。   In this way, the analog circuit part of the column processing unit 13A is made redundant, and the defective part of the analog circuit is remedied by replacing the defective part with a normal circuit based on the predetermined shift register information. Since the yield resulting from the defect can be improved, the manufacturing cost can be reduced.

なお、実施例1では、画素アレイ部11の全画素列の数をxとし、x本の画素列に対してアナログ回路の部位をx+1個設けるとしたが、これは理解を容易にするための一例に過ぎず、これに限られるものではない。具体的には、画素アレイ部11の全画素列をx本の画素列を単位としてブロック化し、このブロック(以下、「メインカラム部」と記述する場合もある)ごとにx本の画素列に対してアナログ回路の部位をx+1個設けるようにしてもよい。この場合の本数xは任意に設定可能である。   In the first embodiment, the number of all pixel columns in the pixel array unit 11 is x, and x + 1 analog circuit portions are provided for the x pixel columns. This is for ease of understanding. It is only an example and is not limited to this. Specifically, all the pixel columns of the pixel array unit 11 are blocked in units of x pixel columns, and each block (hereinafter sometimes referred to as “main column unit”) is divided into x pixel columns. On the other hand, x + 1 analog circuit portions may be provided. In this case, the number x can be arbitrarily set.

図5に、実施例1に係るカラム処理部13Aにおいて、x本の画素列を単位としてブロック化する際に、x=8とした場合の画素アレイ部11の一部およびカラム処理部13Aのレイアウトの一例を示す。   FIG. 5 shows a part of the pixel array unit 11 and the layout of the column processing unit 13A when x = 8 when the pixel processing unit 13A according to the first embodiment blocks x pixel columns. An example is shown.

x=8であるから、メインカラム部ごとに、電流源(負荷MOS)32およびコンパレータ33がx+1個ずつ、カウンタ35がx個存在することになる。電流源32およびコンパレータ33がカウンタ35に比べて数が多いため、図7から明らかなように、アナログ回路の部位のレイアウトの横幅は狭くなる。   Since x = 8, there are x + 1 current sources (load MOS) 32 and comparators 33 and x counters 35 for each main column portion. Since the number of the current sources 32 and the comparators 33 is larger than that of the counter 35, the width of the layout of the portion of the analog circuit becomes narrow as is apparent from FIG.

ここでは、シフトレジスタ36よりもカウンタ35の方がコンパレータ34の近くにレイアウトされた構成になっているが、その位置関係は任意であり、カウンタ35よりもシフトレジスタ36の方がコンパレータ34の近くにレイアウトされた構成であってもよいことは勿論である。   Here, the counter 35 is laid out closer to the comparator 34 than the shift register 36, but the positional relationship is arbitrary, and the shift register 36 is closer to the comparator 34 than the counter 35. Of course, the configuration may be laid out.

[実施例2]
図6は、本発明の実施例2に係るカラム処理部13Bを示す回路図であり、図中、図3と同等部分には同一符号を付して示している。ここでも、x=3とした場合を例に挙げて示している。
[Example 2]
FIG. 6 is a circuit diagram showing the column processing unit 13B according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same parts as those in FIG. Here, the case where x = 3 is shown as an example.

実施例1に係るカラム処理部13Aでは、アナログ回路の部位のうち、電流源32およびコンパレータ33を冗長構成にしているのに対して、本実施例2に係るカラム処理部13Bでは、コンパレータ33のみを冗長構成にしている。   In the column processing unit 13A according to the first embodiment, the current source 32 and the comparator 33 in the analog circuit are redundantly configured, whereas in the column processing unit 13B according to the second embodiment, only the comparator 33 is provided. Have a redundant configuration.

具体的には、図6に示すように、本実施例2に係るカラム処理部13Bは、x列の画素列に対して、電流源32およびカウンタ35がx個ずつ、コンパレータ33が(x+1)個設けられた構成となっている。そして、3個の電流源32−1〜32−3は、垂直信号線17−1〜17−3の各一端と基準電位ノード(例えば、グランド)との間に接続されている以外の構成は、基本的に、実施例1に係るカラム処理部13Aと同じである。   Specifically, as illustrated in FIG. 6, the column processing unit 13B according to the second embodiment includes x current sources 32 and x counters 35 with respect to x pixel columns, and (x + 1) comparators 33. It has a configuration in which pieces are provided. The three current sources 32-1 to 32-3 are configured except that they are connected between one end of each of the vertical signal lines 17-1 to 17-3 and a reference potential node (for example, ground). This is basically the same as the column processing unit 13A according to the first embodiment.

上記構成のカラム処理部13Bにおいて、シフトレジスタ36内のシフトレジスタ情報を基に当該シフトレジスタ36から出力されるスイッチ制御信号CSEL0,XCSEL0〜CSEL2,XCSEL2により、第1スイッチ回路31は、垂直信号線17−1,17−2,17−3の各々に対して、コンパレータ33−1〜33−4のうちのどのコンパレータを接続するかを選択し、第2スイッチ回路34は、カウンタ35−1〜35−3の各々に対して、コンパレータ33−1〜33−4のうちのどのコンパレータを接続するかを選択する作用を為す。   In the column processing unit 13B configured as described above, the first switch circuit 31 is connected to the vertical signal line by the switch control signals CSEL0, XSEL0 to CSEL2, and XCSEL2 output from the shift register 36 based on the shift register information in the shift register 36. For each of 17-1, 17-2, 17-3, which of the comparators 33-1 to 33-4 is to be connected is selected, and the second switch circuit 34 includes a counter 35-1 to 35-3. For each of 35-3, an operation is performed to select which of the comparators 33-1 to 33-4 is connected.

ここで、実施例2に係るカラム処理部13Bにおける実際の動作例について図7を用いて説明する。ここでは、図7の左から3つ目のコンパレータ33−3が不良である場合を例に挙げている。   Here, an actual operation example in the column processing unit 13B according to the second embodiment will be described with reference to FIG. Here, a case where the third comparator 33-3 from the left in FIG. 7 is defective is taken as an example.

シフトレジスタ36には、3つ目のコンパレータ33−3が不良であるため、1つ目、2つ目、4つ目のコンパレータ33−1,33−2,33−4の使用を指示する情報がシフトレジスタ情報としてあらかじめ格納されている。そして、このシフトレジスタ情報を基に、シフトレジスタ36から出力されるスイッチ制御信号CSEL0,CSEL1,XCSEL2が“H”レベル、スイッチ制御信号XCSEL0,XCSEL1,CSEL2が“L”レベルになる。   Since the third comparator 33-3 is defective in the shift register 36, information for instructing the use of the first, second, fourth comparators 33-1, 33-2, 33-4. Are previously stored as shift register information. Based on the shift register information, the switch control signals CSEL0, CSEL1, and XCSEL2 output from the shift register 36 are set to the “H” level, and the switch control signals XCSEL0, XCSEL1, and CSEL2 are set to the “L” level.

これにより、第1スイッチ回路31のスイッチ素子SW11,SW13,SW16と、第2スイッチ回路34のスイッチ素子SW21,SW23,SW26がオン状態になる。その結果、不良のコンパレータ33−3を含むアナログ経路に代えて、その隣の正常なコンパレータ33−4を含むアナログ経路が有効になり、当該コンパレータ33−4の比較結果がカウンタ35−3に与えられることになる。   As a result, the switch elements SW11, SW13, SW16 of the first switch circuit 31 and the switch elements SW21, SW23, SW26 of the second switch circuit 34 are turned on. As a result, instead of the analog path including the defective comparator 33-3, the adjacent analog path including the normal comparator 33-3 becomes valid, and the comparison result of the comparator 33-4 is given to the counter 35-3. Will be.

このように、カラム処理部13Aのアナログ回路の部位を冗長構成にし、あらかじめ決められたシフトレジスタ情報を基に、不良の部位を正常な回路で代替することにより、アナログ回路の不良を救済し、当該不良に起因する歩留まりを改善できるために、製造コストを抑えることできる。   In this way, the analog circuit part of the column processing unit 13A is made redundant, and the defective part of the analog circuit is remedied by replacing the defective part with a normal circuit based on the predetermined shift register information. Since the yield resulting from the defect can be improved, the manufacturing cost can be reduced.

特に、本実施例2に係るカラム処理部13Bでは、冗長構成にするアナログ回路の部位から電流源32を除外したことで、直流電流が流れる電流源32を含む経路にスイッチ素子SW11〜SW16が介在していないために、直流電流が流れる電流源32を含む経路にスイッチ素子SW11〜SW16が介在する構成を採る実施例1に係るカラム処理部13Aに比べて画質的に好ましい。   In particular, in the column processing unit 13B according to the second embodiment, the switch elements SW11 to SW16 are interposed in a path including the current source 32 through which a direct current flows by excluding the current source 32 from the portion of the analog circuit having a redundant configuration. Therefore, it is preferable in terms of image quality as compared with the column processing unit 13A according to the first embodiment that employs a configuration in which the switch elements SW11 to SW16 are interposed in a path including the current source 32 through which a direct current flows.

なお、本実施例2においても、実施例1の場合と同様に、画素アレイ部11の全画素列をx本の画素列を単位としてブロック化し、このブロックごとにx本の画素列に対してアナログ回路の部位をx+1個設ける構成を採ることも可能である。   In the second embodiment, as in the first embodiment, all the pixel columns of the pixel array unit 11 are blocked in units of x pixel columns, and x pixel columns for each block. It is also possible to adopt a configuration in which x + 1 analog circuit portions are provided.

図8に、実施例2に係るカラム処理部13Bにおいて、x本の画素列を単位としてブロック化する際に、x=8とした場合の画素アレイ部11の一部およびカラム処理部13Aのレイアウトの一例を示す。   FIG. 8 shows a part of the pixel array unit 11 and the layout of the column processing unit 13A when x = 8 when the pixel processing unit 13B according to the second embodiment blocks x pixel columns. An example is shown.

x=8であるから、メインカラム部ごとに、電流源(負荷MOS)32およびコンパレータ33がx+1個ずつ、カウンタ35がx個存在することになる。電流源32およびコンパレータ33がカウンタ35に比べて数が多いため、図7から明らかなように、アナログ回路の部位のレイアウトの横幅は狭くなる。   Since x = 8, there are x + 1 current sources (load MOS) 32 and comparators 33 and x counters 35 for each main column portion. Since the number of the current sources 32 and the comparators 33 is larger than that of the counter 35, the width of the layout of the portion of the analog circuit becomes narrow as is apparent from FIG.

ここでは、シフトレジスタ36よりもカウンタ35の方がコンパレータ33の近くにレイアウトされた構成になっているが、その位置関係は任意であり、カウンタ35よりもシフトレジスタ36の方がコンパレータ33の近くにレイアウトされた構成であってもよいことは勿論である。   Here, the counter 35 is laid out closer to the comparator 33 than the shift register 36, but the positional relationship is arbitrary, and the shift register 36 is closer to the comparator 33 than the counter 35. Of course, the configuration may be laid out.

なお、本実施例2では、カラム処理部13Bのアナログ回路の部位のうち、電流源32を冗長構成から除外し、コンパレータ33のみを冗長構成にする構成を採るとしたが、コンパレータ33を冗長構成から除外し、電流源32のみを冗長構成にする構成を採ることも可能である。   In the second embodiment, among the analog circuit portions of the column processing unit 13B, the current source 32 is excluded from the redundant configuration, and only the comparator 33 is configured as a redundant configuration. However, the comparator 33 is configured as a redundant configuration. It is also possible to adopt a configuration in which only the current source 32 is made redundant.

[実施例3]
図9は、本発明の実施例3に係るカラム処理部13Cを示す回路図であり、図中、図3と同等部分には同一符号を付して示している。ここでも、x=3とした場合を例に挙げて示している。
[Example 3]
FIG. 9 is a circuit diagram showing the column processing unit 13C according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 9, the same parts as those in FIG. Here, the case where x = 3 is shown as an example.

図9に示すように、本実施例3に係るカラム処理部13Cは、画素アレイ部11に対してその上側に配置されたカラム処理部13C−aと、下側に配置されたカラム処理部13C−bとに分離され、カラム処理部13C−aが例えば奇数列の画素の信号を処理し、カラム処理部13C−bが例えば偶数列の画素の信号を処理する構成となっている。   As illustrated in FIG. 9, the column processing unit 13 </ b> C according to the third embodiment includes a column processing unit 13 </ b> C-a disposed on the upper side of the pixel array unit 11 and a column processing unit 13 </ b> C disposed on the lower side. The column processing unit 13C-a is configured to process, for example, odd-numbered pixel signals, and the column processing unit 13C-b is configured to process even-numbered pixel signals.

このように、画素アレイ部11の上下にカラム処理部13C−a,13C−bを設け、各画素20からの信号を画素アレイ部11の上下に読み出す構成を採ることにより、一方側にのみ読み出す構成を採る実施例1,2の場合に比べて、画素信号の読み出し速度を高速化できる点で、または、コンパレータ33a,33bとカウンタ35a,35bを広いピッチでレイアウトできる点で有利である。   As described above, column processing units 13C-a and 13C-b are provided above and below the pixel array unit 11, and a signal from each pixel 20 is read out above and below the pixel array unit 11, thereby reading out only to one side. Compared to the first and second embodiments, the pixel signal readout speed can be increased, or the comparators 33a and 33b and the counters 35a and 35b can be laid out with a wider pitch.

カラム処理部13C−a,13C−bは各々、実施例1に係るカラム処理部13Aの場合と同様に、アナログ回路の部位のうち、電流源32a,32bおよびコンパレータ33a,33bの両方を冗長構成にした構成を採っている。なお、電流源32a,32bおよびコンパレータ33a,33bの両方を冗長構成にするのは一例であり、電流源32a,32bのみ、あるいは、コンパレータ33a,33bのみを冗長構成にした構成を採ることも可能である。   As in the case of the column processing unit 13A according to the first embodiment, each of the column processing units 13C-a and 13C-b has a redundant configuration of both the current sources 32a and 32b and the comparators 33a and 33b in the analog circuit portion. The structure which was made is taken. Note that the redundant configuration of both the current sources 32a and 32b and the comparators 33a and 33b is an example, and it is possible to adopt a configuration in which only the current sources 32a and 32b or only the comparators 33a and 33b are configured redundantly. It is.

このように、カラム処理部13C−a,13C−bのアナログ回路の部位を冗長構成にし、あらかじめ決められたシフトレジスタ情報を基に、不良の部位を正常な回路で代替することにより、アナログ回路の不良を救済し、当該不良に起因する歩留まりを改善できるために、製造コストを抑えることできる。   As described above, the analog circuit portions of the column processing units 13C-a and 13C-b are configured redundantly, and the defective portion is replaced with a normal circuit based on the predetermined shift register information. The manufacturing cost can be reduced because the defect can be remedied and the yield due to the defect can be improved.

図10に、実施例3に係るカラム処理部13Cにおいて、x本の画素列を単位としてブロック化する際に、x=8とした場合の画素アレイ部11の一部およびカラム処理部13Aのレイアウトの一例を示す。   FIG. 10 shows a part of the pixel array unit 11 and the layout of the column processing unit 13A when x = 8 when the pixel processing unit 13C according to the third embodiment blocks x pixel columns. An example is shown.

x=8であるから、メインカラム部ごとに、電流源(負荷MOS)32およびコンパレータ33がx+1個ずつ、カウンタ35がx個存在することになる。電流源32およびコンパレータ33がカウンタ35に比べて数が多いため、アナログ回路の部位のレイアウトの横幅は狭くなる。   Since x = 8, there are x + 1 current sources (load MOS) 32 and comparators 33 and x counters 35 for each main column portion. Since the number of the current sources 32 and the comparators 33 is larger than that of the counter 35, the horizontal width of the layout of the analog circuit portion is narrowed.

また、画素アレイ部11の上下にカラム処理部13C−a,13C−bを設け、各画素20からの信号を画素アレイ部11の上下に読み出す構成を採っていることで、図10から明らかなように、コンパレータ33a,33bとカウンタ35a,35bを広いピッチで、具体的には、画素ピッチのほぼ2倍程度のピッチでレイアウトできる   Further, it is apparent from FIG. 10 that column processing units 13C-a and 13C-b are provided above and below the pixel array unit 11 and a signal from each pixel 20 is read up and down the pixel array unit 11. As described above, the comparators 33a and 33b and the counters 35a and 35b can be laid out at a wide pitch, specifically, at a pitch approximately twice the pixel pitch.

[シフトレジスタ情報の生成方法]
続いて、シフトレジスタ36(36a,36b)内にあらかじめ格納されるシフトレジスタ情報を生成する具体的な生成法について説明する。
(生成法1)
生成法1は、リニアリティに注目したテストシステムによるシフトレジスタ情報の生成方法に関する。シフトレジスタ情報は出荷前のテストで、テストシステムによって決定され、不揮発性メモリに記憶される。CMOSイメージセンサを利用したデジタルカメラを使うときは、起動時毎回に不揮発性メモリからシフトレジスタ36(36a,36b)にシフトレジスタ情報をシリアル入力によって書き込んでから使うことになる。
[Generation method of shift register information]
Next, a specific generation method for generating shift register information stored in advance in the shift register 36 (36a, 36b) will be described.
(Generation method 1)
Generation method 1 relates to a method of generating shift register information by a test system focusing on linearity. The shift register information is determined by a test system in a pre-shipment test and is stored in a non-volatile memory. When a digital camera using a CMOS image sensor is used, shift register information is written from the nonvolatile memory to the shift register 36 (36a, 36b) by serial input every time it is activated.

図11は、生成法1によってシフトレジスタ情報を生成する際の手順を示すフローチャートである。   FIG. 11 is a flowchart illustrating a procedure for generating shift register information by the generation method 1.

まず、画素の縦方向の場所m通り、温度n通り、色p通りで、決められた照度で決められた色の紙などの被写体を撮影する(ステップS11)。ここで、色p通りは、黒に近い灰色から徐々に近い灰色に徐々に変化するp通りがよい。   First, a subject such as paper of a color determined with a predetermined illuminance is photographed according to m places in the vertical direction of the pixel, n ways of temperature, and p ways of color (step S11). Here, the p colors are preferably p colors that gradually change from gray close to black to gradually close gray.

次に、各コンパレータの、実際の理論的に算出される輝度情報と検出された輝度の間の関係の線形近似式、残差平方和を計算する。k番目の色の理論的な輝度をxk、検出された輝度をAk、線形近似式をA=ax+bとしたときに、残差平方和は、(Ak−axk−b)2をすべての色kに対して合計したものとなる。 Next, a linear approximate expression and a residual sum of squares of a relationship between actual theoretically calculated luminance information and detected luminance of each comparator are calculated. When the theoretical luminance of the k-th color is x k , the detected luminance is A k , and the linear approximation is A = ax + b, the residual sum of squares is (A k −ax k −b) 2 . This is the sum for all colors k.

つまり、残差平方和Sは

Figure 2009213012
で表わすことができる。 In other words, the residual sum of squares S is
Figure 2009213012
It can be expressed as

この残差平方和Sは、リニアリティのエラーの指標と見ることができる。残差平方和Sが大きいほどリニアリティが悪くなる。この残差平方和Sを、画素の縦方向の場所m通り(i=1〜m)、温度n通り(j=1〜n)で計算し、次式のようにSi,jを算出する(ステップS12)。

Figure 2009213012
This residual sum of squares S can be regarded as an index of linearity error. The larger the residual sum of squares S, the worse the linearity. This residual sum of squares S is calculated in m vertical positions (i = 1 to m) and n temperatures (j = 1 to n) in the vertical direction of the pixel, and S i, j is calculated as in the following equation. (Step S12).
Figure 2009213012

次に、すべてi,jにおけるSi,jの合計Tを算出する。この残差平方和Sの合計Tは、次式で表わされる。

Figure 2009213012
Then all i, S in j i, and calculates the sum T of j. The total T of the residual sum of squares S is expressed by the following equation.
Figure 2009213012

この残差平方和Sの合計Tを各電流源(以下、「負荷MOS」と記述する)やコンパレータごとに算出し、冗長構成を考える構成単位であるメインカラム部の中で最も残差平方和Sの合計Tが大きくサブ冗長カラムに相当する外部メモリのフラグを立てる(ステップS13)。   The sum T of the residual square sums S is calculated for each current source (hereinafter referred to as “load MOS”) and comparators, and the residual sum of squares is the largest among the main column units which are constituent units considering a redundant configuration. An external memory flag corresponding to the sub-redundant column with a large total T is set (step S13).

ここで、メインカラム部とは、図5等に示されるとおり、冗長単位を考える構成単位であり、図5では、画素8つ分に相当する横方向の単位である。サブ冗長カラムとは、メインカラム部内の冗長部を通る経路のことである。   Here, as shown in FIG. 5 and the like, the main column portion is a structural unit that considers a redundant unit. In FIG. 5, it is a unit in the horizontal direction corresponding to eight pixels. A sub-redundant column is a path that passes through a redundant portion in the main column portion.

その後、外部メモリのフラグからシフトレジスタ情報を以下のように生成する(ステップS14)。メインカラム部内でフラグが立っているカラムの左側では“H”レベル(以下、単に「H」と記述する)、それ以外では“L”レベル(以下、単に「L」と記述する)を書き込む。最後に、シフトレジスタ情報を外部不揮発性メモリに書き込む(ステップS15)。   Thereafter, shift register information is generated from the flag of the external memory as follows (step S14). The “H” level (hereinafter simply described as “H”) is written on the left side of the flagged column in the main column portion, and the “L” level (hereinafter simply described as “L”) is written otherwise. Finally, the shift register information is written in the external nonvolatile memory (step S15).

残差平方和は、リニアリティが悪いと増加するが、明らかに不良な動作をしている場合は、極端に大きな値となる。したがって、明らかに不良な動作をしているサブ冗長カラムのT値が大きくなり、フラグが立てられる。これにより、明らかに不良な動作をしているサブ冗長カラムの負荷MOS、コンパレータを使わないようにシフトレジスタ情報を構成できる。メインカラム部内にそのようなサブ冗長カラムが存在しない場合は、リニアリティが悪い部分が使われないようにシフトレジスタ情報を構成できる。   The residual sum of squares increases when the linearity is poor, but becomes an extremely large value when the operation is obviously defective. Therefore, the T value of the sub-redundant column that is clearly performing a bad operation is increased and a flag is set. As a result, the shift register information can be configured so as not to use the load MOS and comparator of the sub-redundant column that is clearly performing a defective operation. When such a sub-redundant column does not exist in the main column portion, the shift register information can be configured so that a portion with poor linearity is not used.

図12に、生成法1によりシフトレジスタ情報を生成する様子を示す。図12に示すとおり、1つの縦方向の場所、温度1通り、色1通りの検出値を取り出すのに2回の読み出し動作が必要である。これは、冗長部である負荷MOSやコンパレータが例えば9個あるのに対して、画素やカウンタはこれより少なく、例えば8個しかないため、同じ画素やカウンタを使って異なる負荷MOSやコンパレータを使用した検出値を算出しなくてはならないためである。
(生成法2)
生成法2は、ノイズ量に注目したテストシステムによるシフトレジスタ情報の生成方法に関する。シフトレジスタ情報は出荷前のテストで、テストシステムによって決定され、不揮発性メモリに記憶される。CMOSイメージセンサを利用したデジタルカメラを使うときは、起動時毎回に不揮発性メモリからシフトレジスタ36(36a,36b)にシフトレジスタ情報をシリアル入力によって書き込んでから使うことになる。
FIG. 12 shows how the shift register information is generated by the generation method 1. As shown in FIG. 12, two reading operations are required to extract detection values for one vertical location, one temperature, and one color. This is because, for example, there are nine load MOSs and comparators which are redundant parts, but there are fewer pixels and counters, for example, only eight, so different load MOSs and comparators are used using the same pixels and counters. This is because the detected value must be calculated.
(Generation method 2)
Generation method 2 relates to a method of generating shift register information by a test system focusing on the amount of noise. The shift register information is determined by a test system in a pre-shipment test and is stored in a non-volatile memory. When a digital camera using a CMOS image sensor is used, shift register information is written from the nonvolatile memory to the shift register 36 (36a, 36b) by serial input every time it is activated.

図13は、生成法2によってシフトレジスタ情報を生成する際の手順を示すフローチャートである。   FIG. 13 is a flowchart showing a procedure for generating shift register information by the generation method 2.

まず、決められた照度で決められた色の紙などの被写体を撮影する。そして、全画素または多数の画素の輝度情報を読み出し(ステップS21)、次いで、各サブ冗長カラムでばらつきの指標である分散σ2を算出する(ステップS22)。この動作を温度m通り、色n通りに対して行う。そして、分散の合計

Figure 2009213012
を算出する。 First, a subject such as paper of a predetermined color is photographed with a predetermined illuminance. Then, the luminance information of all pixels or a large number of pixels is read (step S21), and then the variance σ 2 that is an index of variation is calculated for each sub-redundant column (step S22). This operation is performed for m different temperatures and n different colors. And the total variance
Figure 2009213012
Is calculated.

各メインカラム部内で分散の合計Tが最大となったサブ冗長カラムに相当する外部メモリのフラグを立てる(ステップS23)。その後、外部メモリのフラグからシフトレジスタ情報を次のように生成する。すなわち、メインカラム部内でフラグが立っているカラムの左側ではH、それ以外ではLを書き込む(ステップS24)。最後に、シフトレジスタ情報を外部不揮発性メモリに書き込む(ステップS25)。   An external memory flag corresponding to the sub-redundant column having the maximum variance T in each main column portion is set (step S23). Then, shift register information is generated from the flag of the external memory as follows. That is, H is written on the left side of the flagged column in the main column section, and L is written otherwise (step S24). Finally, the shift register information is written into the external nonvolatile memory (step S25).

分散σ2の値は、ノイズが多いと大きくなるが、明らかに不良な動作をしている場合は極端に大きな値となる。したがって、明らかに不良な動作をしているサブ冗長カラムの分散の合計Tの値が大きくなり、フラグが立てられる。これらにより、明らかに不良な動作をしているサブ冗長カラムの負荷MOSやコンパレータを使わないようにシフトレジスタ情報を構成でき、メインカラム部内にそのようなサブ冗長カラムが存在しない場合は、ばらつきが悪い部分が使われないようにシフトレジスタ情報を構成できる。 The value of the variance σ 2 increases when there is a lot of noise, but becomes extremely large when the operation is clearly defective. Accordingly, the value of the total dispersion T of the sub-redundant columns that are clearly performing bad operation is increased and a flag is set. As a result, shift register information can be configured so as not to use load MOSs and comparators of sub-redundant columns that are clearly performing defective operations, and if such sub-redundant columns do not exist in the main column section, variations will occur. The shift register information can be configured so that bad parts are not used.

図14に、生成法2によりシフトレジスタ情報を生成する様子を示す。図14に示すとおり、1つの縦方向の場所、温度1通り、色1通りの検出値を取り出すのに2回の読み出し動作が必要である。これは、冗長部である負荷MOSやコンパレータが例えば9個あるのに対して、画素やカウンタはこれより少なく、例えば8個しかないため、同じ画素やカウンタを使って異なる負荷MOSやコンパレータを使用した検出値を算出しなくてはならないためである。   FIG. 14 shows how the shift register information is generated by the generation method 2. As shown in FIG. 14, two readout operations are required to extract detection values for one vertical location, one temperature, and one color. This is because, for example, there are nine load MOSs and comparators which are redundant parts, but there are fewer pixels and counters, for example, only eight, so different load MOSs and comparators are used using the same pixels and counters. This is because the detected value must be calculated.

(生成法3)
生成法3は、リニアリティに注目したカメラシステムによるシフトレジスタ情報の生成方法に関する。シフトレジスタ情報は起動時のテストでカメラシステムにより決定され、起動時にシフトレジスタ36(36a,36b)に書き込んでから使うことになる。
(Generation method 3)
Generation method 3 relates to a method of generating shift register information by a camera system focusing on linearity. The shift register information is determined by the camera system during a start-up test, and is used after being written into the shift register 36 (36a, 36b) during start-up.

図15は、生成法3による生成機能を有するカラム処理部13Dを示す回路図であり、図中、図3と同等部分には同一符号を付して示している。   FIG. 15 is a circuit diagram showing a column processing unit 13D having a generation function based on the generation method 3. In the figure, the same parts as those in FIG.

図15に示すように、垂直信号線17−1,17−2,17−3の各々にテスト回路40−1,40−2,40−3が接続されており、これらテスト回路40−1,40−2,40−3によって生成法3による生成機能が実現される。テスト回路40(40−1,40−2,40−3)は、ソースフォロアトランジスタ41と選択トランジスタ42の対によって構成されている。   As shown in FIG. 15, test circuits 40-1, 40-2, 40-3 are connected to the vertical signal lines 17-1, 17-2, 17-3, respectively. The generation function according to the generation method 3 is realized by 40-2 and 40-3. The test circuit 40 (40-1, 40-2, 40-3) includes a pair of a source follower transistor 41 and a selection transistor 42.

テスト時には、テストイネーブル信号FD_TEST_ENをHにしテスト回路40内の選択トランジスタ42をオンにして、ソースフォロアトランジスタ41のゲートに対して所定の電位、例えば画素20のFD(フローティングディフュージョン)電位に相当するアナログ電位TEST_V_INを与える。   At the time of testing, the test enable signal FD_TEST_EN is set to H, the selection transistor 42 in the test circuit 40 is turned on, and an analog corresponding to a predetermined potential with respect to the gate of the source follower transistor 41, for example, the FD (floating diffusion) potential of the pixel 20 Apply potential TEST_V_IN.

こうすることにより、すべてのカラムに同一のFD電位を与えてテストすることができる。コンパレータの入力電位は、テスト回路40内のソースフォロアと負荷MOSによって決定される。このことにより、カラムのアナログ部位のテストで負荷MOSの不良も検出でき、テストが画素の影響を受けにくくなる。   By carrying out like this, it can test by giving the same FD electric potential to all the columns. The input potential of the comparator is determined by the source follower and the load MOS in the test circuit 40. As a result, a failure of the load MOS can be detected in the test of the analog portion of the column, and the test is less affected by the pixel.

アナログ電位TEST_V_INを複数通り、例えば5通り振って読み出しを行い、リニアリティの指標である残差平方和Sを算出する。メインカラム部内でこの残差平方和Sが最大となったサブ冗長カラムの負荷MOSとコンパレータを使わないようにシフトレジスタ情報を生成する。   Reading is performed with a plurality of analog potentials TEST_V_IN, for example, five, and a residual sum of squares S that is an index of linearity is calculated. Shift register information is generated so as not to use the load MOS and comparator of the sub-redundant column having the maximum residual square sum S in the main column portion.

テスト回路40を用いて画素の影響を受けにくくしているため、テスト回路40の1つを読み出せばよい。もちろん、テスト回路40を複数持ち、複数のテスト回路40の読み出し結果を用いても良い。また、テストシステムではなくカメラシステムで起動時に毎回テストするので、実際に使用するときとテスト時で温度の変化は少ないと考え、テストする温度は1通りでよい。もちろんノイズに注目して、同じテスト回路40を複数回読み出して分散からシフトレジスタ情報を生成しても良い。   Since the test circuit 40 is used to reduce the influence of pixels, one of the test circuits 40 may be read. Of course, a plurality of test circuits 40 may be provided, and read results of the plurality of test circuits 40 may be used. In addition, since the test is performed every time when the camera system is started instead of the test system, it is considered that there is little change in temperature between the actual use and the test, and only one test temperature is required. Of course, paying attention to noise, the same test circuit 40 may be read a plurality of times to generate shift register information from the distribution.

生成法3によるシフトレジスタ情報の生成方法は、生成法1によるシフトレジスタ情報の生成方法に比べてテストのマシンタイムが少なくて済む。一方、カメラシステムがテストによりシフトレジスタ情報を生成することに対応する必要がある。すなわち、カメラ信号処理回路であるDSP(Digital Signal Processor)にこのような機能を盛り込む必要がある。   The shift register information generation method according to the generation method 3 requires less test machine time than the shift register information generation method according to the generation method 1. On the other hand, it is necessary to cope with the camera system generating shift register information by a test. That is, it is necessary to incorporate such a function into a DSP (Digital Signal Processor) which is a camera signal processing circuit.

(生成法4)
生成法4は、リニアリティに注目したカメラシステムによるシフトレジスタ情報の生成方法に関する。シフトレジスタ情報は起動時のテストでカメラシステムにより決定され、起動時にシフトレジスタ36(36a,36b)に書き込んでから使うことになる。
(Generation method 4)
Generation method 4 relates to a method of generating shift register information by a camera system focusing on linearity. The shift register information is determined by the camera system during a start-up test, and is used after being written into the shift register 36 (36a, 36b) during start-up.

図16は、生成法4による生成機能を有するカラム処理部13Eを示す回路図であり、図中、図3と同等部分には同一符号を付して示している。   FIG. 16 is a circuit diagram showing the column processing unit 13E having a generation function based on the generation method 4. In FIG. 16, the same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.

図16に示すように、垂直信号線17−1,17−2,17−3の各々に対し、所定の電位、例えばFD電位に相当するアナログ電位TEST_V_INを直接入力する電位入力回路43−1,43−2,43−3によって生成法4による生成機能が実現される。電位入力回路43(43−1,43−2,43−3)は、例えばCMOSトランスミッションゲートによるアナログスイッチによって構成されている。   As shown in FIG. 16, a potential input circuit 43-1 that directly inputs a predetermined potential, for example, an analog potential TEST_V_IN corresponding to the FD potential, to each of the vertical signal lines 17-1, 17-2, 17-3. The generation function by the generation method 4 is realized by 43-2 and 43-3. The potential input circuit 43 (43-1, 43-2, 43-3) is constituted by, for example, an analog switch using a CMOS transmission gate.

テスト時にはテストイネーブル信号EQ_EN=H、XEQ_EN=Lにして、垂直信号線17(17−1,17−2,17−3)に外部からアナログ電位TEST_V_INを与える。また、負荷MOSについてはオフ状態にする。   During the test, the test enable signals EQ_EN = H and XEQ_EN = L are set, and the analog potential TEST_V_IN is applied to the vertical signal lines 17 (17-1, 17-2, 17-3) from the outside. Further, the load MOS is turned off.

アナログ電位TEST_V_INを複数通り、例えば5通り振って読み出しを行い、リニアリティの指標である残差平方和Sを算出する。メインカラム部内でこの残差平方和Sが最大となったサブ冗長カラムの負荷MOSとコンパレータを使わないようにシフトレジスタ情報を生成する。   Reading is performed with a plurality of analog potentials TEST_V_IN, for example, five, and a residual sum of squares S that is an index of linearity is calculated. Shift register information is generated so as not to use the load MOS and comparator of the sub-redundant column having the maximum residual square sum S in the main column portion.

この生成法4によるシフトレジスタ情報の生成方法は、外部電位を用いて画素の影響を受けなくしている。また、テストシステムではなくカメラシステムで起動時に毎回テストするので、実際に使用するときとテスト時で温度の変化は少ないと考え、テストする温度は1通りでよい。もちろんノイズに注目して、同じ外部電位を複数回読み出して分散からシフトレジスタ情報を生成しても良い。   The generation method of the shift register information by the generation method 4 uses an external potential so as not to be affected by the pixels. In addition, since the test is performed every time when the camera system is started instead of the test system, it is considered that there is little change in temperature between the actual use and the test, and only one test temperature is required. Of course, paying attention to noise, the same external potential may be read a plurality of times to generate shift register information from dispersion.

生成法4によるシフトレジスタ情報の生成方法は、生成法3によるシフトレジスタ情報の生成方法と同様、テストのマシンタイムが少なくて済む。一方、カメラシステムがテストによりシフトレジスタ情報を生成することに対応する必要がある。すなわち、DSPにこのような機能を盛り込む必要がある。   The shift register information generation method according to the generation method 4 requires less machine time for the test as the shift register information generation method according to the generation method 3. On the other hand, it is necessary to cope with the camera system generating shift register information by a test. That is, it is necessary to incorporate such a function into the DSP.

ただし、生成法4によるシフトレジスタ情報の生成方法は、生成法3によるシフトレジスタ情報の生成方法と異なり負荷MOSの不良を救済することはできない。   However, unlike the shift register information generation method according to the generation method 3, the shift register information generation method according to the generation method 4 cannot repair the failure of the load MOS.

[変形例]
なお、上記実施形態では、可視光の光量に応じた信号電荷を物理量として検知する単位画素が行列状に配置されてなるCMOSイメージセンサに適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はCMOSイメージセンサへの適用に限られるものではなく、画素アレイ部の画素列ごとにカラム処理部を配置してなるカラム方式の固体撮像装置全般に対して適用可能である。
[Modification]
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a CMOS image sensor in which unit pixels that detect signal charges corresponding to the amount of visible light as physical quantities are arranged in a matrix has been described as an example. The present invention is not limited to application to a CMOS image sensor, but can be applied to all column-type solid-state imaging devices in which a column processing unit is arranged for each pixel column of a pixel array unit.

さらに、本発明は、画素アレイ部の各単位画素を行単位で順に走査して各単位画素から画素信号を読み出す固体撮像装置に限らず、画素単位で任意の画素を選択して、当該選択画素から画素単位で信号を読み出すX−Yアドレス型の固体撮像装置に対しても適用可能である。   Furthermore, the present invention is not limited to a solid-state imaging device that sequentially scans each unit pixel of the pixel array unit in units of rows and reads out a pixel signal from each unit pixel. The present invention is also applicable to an XY address type solid-state imaging device that reads out signals in units of pixels.

なお、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まと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 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. Good.

また、本発明は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機などの撮像機能を有する電子機器のことを言う。なお、電子機器に搭載される上記モジュール状の形態、即ちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。   In addition, the present invention is not limited to application to a solid-state imaging device, but can also be applied to an imaging device. Here, the imaging apparatus refers to a camera system such as a digital still camera or a video camera, or an electronic device having an imaging function such as a mobile phone. Note that the above-described module form mounted on an electronic device, that is, a camera module may be used as an imaging device.

[撮像装置]
図17は、本発明に係る撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。図17に示すように、本発明に係る撮像装置100は、レンズ群101等を含む光学系、撮像素子102、カメラ信号処理回路であるDSP回路103、フレームメモリ104、表示装置105、記録装置106、操作系107および電源系108等を有し、DSP回路103、フレームメモリ104、表示装置105、記録装置106、操作系107および電源系108がバスライン109を介して相互に接続された構成となっている。
[Imaging device]
FIG. 17 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the imaging apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 17, an imaging apparatus 100 according to the present invention includes an optical system including a lens group 101 and the like, an imaging element 102, a DSP circuit 103 that is a camera signal processing circuit, a frame memory 104, a display device 105, and a recording device 106. A configuration in which an operation system 107, a power supply system 108, and the like are connected, and a DSP circuit 103, a frame memory 104, a display device 105, a recording device 106, an operation system 107, and a power supply system 108 are connected to each other via a bus line 109. It has become.

レンズ群101は、被写体からの入射光(像光)を取り込んで撮像素子102の撮像面上に結像する。撮像素子102は、レンズ群101によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この撮像素子102として、先述した実施例1〜3に係るカラム処理部を有するCMOSイメージセンサが用いられる。   The lens group 101 captures incident light (image light) from a subject and forms an image on the imaging surface of the imaging element 102. The imaging element 102 converts the amount of incident light imaged on the imaging surface by the lens group 101 into an electrical signal in units of pixels and outputs the electrical signal. As the image sensor 102, a CMOS image sensor having the column processing unit according to the first to third embodiments described above is used.

表示装置105は、液晶表示装置や有機EL(electro luminescence)表示装置等のパネル型表示装置からなり、撮像素子102で撮像された動画または静止画を表示する。記録装置106は、撮像素子102で撮像された動画または静止画を、ビデオテープやDVD(Digital Versatile Disk)等の記録媒体に記録する。   The display device 105 includes a panel type display device such as a liquid crystal display device or an organic EL (electroluminescence) display device, and displays a moving image or a still image captured by the image sensor 102. The recording device 106 records a moving image or a still image captured by the image sensor 102 on a recording medium such as a video tape or a DVD (Digital Versatile Disk).

操作系107は、ユーザによる操作の下に、本撮像装置が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源系108は、DSP回路103、フレームメモリ104、表示装置105、記録装置106および操作系107の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。   The operation system 107 issues operation commands for various functions of the imaging apparatus under operation by the user. The power supply system 108 appropriately supplies various power supplies serving as operation power supplies for the DSP circuit 103, the frame memory 104, the display device 105, the recording device 106, and the operation system 107 to these supply targets.

本発明が適用されるCMOSイメージセンサの構成の概略を示すシステム構成図である。1 is a system configuration diagram showing an outline of a configuration of a CMOS image sensor to which the present invention is applied. 単位画素の回路構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the circuit structure of a unit pixel. 本発明の実施例1に係るカラム処理部を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the column process part which concerns on Example 1 of this invention. 実施例1に係るカラム処理部における実際の動作例の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of an actual operation example in the column processing unit according to the first embodiment. 実施例1に係るカラム処理部において、x本の画素列を単位としてブロック化する際に、x=8とした場合の画素アレイ部の一部およびカラム処理部のレイアウトの一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a part of a pixel array unit and a layout of a column processing unit when x = 8 when the pixel processing unit according to the first embodiment blocks x pixel columns as a unit. . 本発明の実施例2に係るカラム処理部を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the column process part which concerns on Example 2 of this invention. 実施例2に係るカラム処理部における実際の動作例の説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of an actual operation example in the column processing unit according to the second embodiment. 実施例2に係るカラム処理部において、x本の画素列を単位としてブロック化する際に、x=8とした場合の画素アレイ部の一部およびカラム処理部のレイアウトの一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a part of a pixel array unit and a layout of a column processing unit when x = 8 when a pixel processing unit according to a second embodiment blocks x pixel columns. . 本発明の実施例3に係るカラム処理部を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the column process part which concerns on Example 3 of this invention. 実施例3に係るカラム処理部において、x本の画素列を単位としてブロック化する際に、x=8とした場合の画素アレイ部の一部およびカラム処理部のレイアウトの一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a part of a pixel array unit and a layout of a column processing unit when x = 8 when the pixel processing unit according to the third embodiment blocks x pixel columns as a unit. . 生成法1によってシフトレジスタ情報を生成する際の手順を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating a procedure for generating shift register information by a generation method 1; 生成法1によりシフトレジスタ情報を生成する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that shift register information is produced | generated by the production | generation method 1. FIG. 生成法2によってシフトレジスタ情報を生成する際の手順を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating a procedure for generating shift register information by a generation method 2; 生成法2によりシフトレジスタ情報を生成する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that shift register information is produced | generated by the production | generation method 2. FIG. 生成法3による生成機能を有するカラム処理部を示す回路図である。12 is a circuit diagram illustrating a column processing unit having a generation function according to a generation method 3. FIG. 生成法4による生成機能を有するカラム処理部を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a column processing unit having a generation function according to generation method 4; 本発明に係る撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the imaging device which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…CMOSイメージセンサ、11…画素アレイ部、12…垂直駆動部、13(13A〜13E)…カラム処理部、14…水平駆動部、15…システム制御部、16…画素駆動線、17(17−1,17−2,17−3)…垂直信号線、20…単位画素、31…第1スイッチ回路、32(32−1〜32−4)…電流源、33(33−1〜33−4)…コンパレータ、34…第2スイッチ回路、35(35−1〜35−3)…カウンタ、36(36a,36b)…シフトレジスタ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... CMOS image sensor, 11 ... Pixel array part, 12 ... Vertical drive part, 13 (13A-13E) ... Column processing part, 14 ... Horizontal drive part, 15 ... System control part, 16 ... Pixel drive line, 17 (17 -1, 17-2, 17-3) ... vertical signal line, 20 ... unit pixel, 31 ... first switch circuit, 32 (32-1 to 32-4) ... current source, 33 (33-1 to 33-) 4) ... Comparator 34 ... Second switch circuit 35 (35-1 to 35-3) ... Counter 36 (36a, 36b) Shift register

Claims (12)

光電変換素子を含む単位画素が行列状に配置された画素アレイ部と、
前記画素アレイ部の画素列に対応した数よりも多い数のアナログ回路を有し、前記単位画素から垂直信号線を通して出力されるアナログ信号を画素列ごとに処理するカラム処理部とを備え、
前記カラム処理部は、
前記アナログ回路の個々の良否の情報を格納する良否情報格納手段と、
前記良否情報格納手段に格納されている情報に基づいて前記アナログ回路のうち不良のアナログ回路に代えて正常なアナログ回路を選択する選択手段とを有する
ことを特徴とする固体撮像装置。
A pixel array unit in which unit pixels including photoelectric conversion elements are arranged in a matrix;
A column processing unit having a larger number of analog circuits than the number corresponding to the pixel columns of the pixel array unit, and processing an analog signal output from the unit pixel through a vertical signal line for each pixel column;
The column processing unit
Pass / fail information storage means for storing information on pass / fail of each analog circuit;
A solid-state imaging device comprising: selection means for selecting a normal analog circuit in place of a defective analog circuit among the analog circuits based on information stored in the pass / fail information storage means.
前記アナログ回路は、前記垂直信号線の一端と基準電位ノードとの間に接続された電流源である
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the analog circuit is a current source connected between one end of the vertical signal line and a reference potential node.
前記アナログ回路は、前記単位画素から出力されるアナログの画素信号を傾斜状波形の参照信号と比較することによって当該画素信号の大きさに対応した時間軸方向に大きさを持つパルス信号を出力するコンパレータである
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
The analog circuit outputs a pulse signal having a magnitude in the time axis direction corresponding to the magnitude of the pixel signal by comparing the analog pixel signal outputted from the unit pixel with a reference signal having a sloped waveform. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is a comparator.
前記カラム処理部は、
前記コンパレータから出力されるパルス信号のパルス幅の期間においてクロックをカウントすることにより、そのカウント値を前記画素信号の大きさに応じたディジタル信号とするカウンタを、前記画素アレイ部の画素列に対応した数だけ有する
ことを特徴とする請求項3記載の固体撮像装置。
The column processing unit
A counter that counts the clock in the period of the pulse width of the pulse signal output from the comparator and converts the count value to a digital signal corresponding to the magnitude of the pixel signal corresponds to the pixel column of the pixel array unit The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the solid-state imaging device has the same number.
前記アナログ回路は、前記垂直信号線の一端と基準電位ノードとの間に接続された電流源と、前記単位画素から出力されるアナログの画素信号を傾斜状波形の参照信号と比較することによって当該画素信号の大きさに対応した時間軸方向に大きさを持つパルス信号を出力するコンパレータである
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
The analog circuit includes a current source connected between one end of the vertical signal line and a reference potential node, and compares the analog pixel signal output from the unit pixel with a reference signal having an inclined waveform. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the comparator outputs a pulse signal having a magnitude in the time axis direction corresponding to the magnitude of the pixel signal.
前記カラム処理部は、
前記コンパレータから出力されるパルス信号のパルス幅の期間においてクロックをカウントすることにより、そのカウント値を前記画素信号の大きさに応じたディジタル信号とするカウンタを、前記画素アレイ部の画素列に対応した数だけ有する
ことを特徴とする請求項5記載の固体撮像装置。
The column processing unit
A counter that counts the clock in the period of the pulse width of the pulse signal output from the comparator and converts the count value to a digital signal corresponding to the magnitude of the pixel signal corresponds to the pixel column of the pixel array unit The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the solid-state imaging device has the same number.
前記画素アレイ部の全画素列をx本の画素列を単位としてブロック化し、このブロックごとにx本の画素列に対して前記アナログ回路をx+1個有する
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
2. The solid state according to claim 1, wherein all pixel columns of the pixel array unit are divided into units of x pixel columns, and x + 1 analog circuits are provided for the x pixel columns for each block. Imaging device.
前記良否情報格納手段に格納される前記良否の情報は、固体撮像装置が搭載されるシステムの起動時に外部の記憶装置から入力される
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the quality information stored in the quality information storage unit is input from an external storage device when a system in which the solid-state imaging device is mounted is activated.
前記画素アレイ部の画素列ごとに、ソースフォロワトランジスタと選択トランジスタとから構成されて前記垂直信号線に接続されたテスト回路を有し、
前記テスト回路と前記電流源を用いて前記良否情報格納手段に格納される前記良否の情報を生成するためのテスト時に、前記テスト回路から所定の電位を前記垂直信号線に入力し、このときの前記コンパレータの比較結果を基に得られる前記良否の情報を前記良否情報格納手段に格納する
ことを特徴とする請求項3または5記載の固体撮像装置。
For each pixel column of the pixel array unit, a test circuit that includes a source follower transistor and a selection transistor and is connected to the vertical signal line,
At the time of the test for generating the pass / fail information stored in the pass / fail information storing means using the test circuit and the current source, a predetermined potential is input from the test circuit to the vertical signal line. 6. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the quality information obtained based on the comparison result of the comparator is stored in the quality information storage unit.
前記画素アレイ部の画素列ごとに、前記垂直信号線に所定の電位を入力する電位入力回路を有し、
前記良否情報格納手段に格納される前記良否の情報を生成するためのテスト時に、前記電位入力回路から前記所定の電位を前記垂直信号線に入力し、このときの前記コンパレータの比較結果を基に得られる前記良否の情報を前記良否情報格納手段に格納する
ことを特徴とする請求項2または5記載の固体撮像装置。
A potential input circuit that inputs a predetermined potential to the vertical signal line for each pixel column of the pixel array unit;
In the test for generating the pass / fail information stored in the pass / fail information storage means, the predetermined potential is input to the vertical signal line from the potential input circuit, and based on the comparison result of the comparator at this time 6. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the obtained quality information is stored in the quality information storage unit.
光電変換素子を含む単位画素が行列状に配置された画素アレイ部と、
前記画素アレイ部の画素列に対応した数よりも多い数のアナログ回路を有し、前記単位画素から垂直信号線を通して出力されるアナログ信号を画素列ごとに処理するカラム処理部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
あらかじめ格納されている前記アナログ回路の個々の良否の情報に基づいて前記アナログ回路のうち不良のアナログ回路に代えて正常なアナログ回路を選択して用いる
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
A pixel array unit in which unit pixels including photoelectric conversion elements are arranged in a matrix;
A solid-state device having a number of analog circuits greater than the number corresponding to the pixel columns of the pixel array unit, and a column processing unit that processes analog signals output from the unit pixels through vertical signal lines for each pixel column A method for driving an imaging apparatus,
A method for driving a solid-state imaging device, wherein a normal analog circuit is selected and used instead of a defective analog circuit among the analog circuits based on information on the quality of each analog circuit stored in advance.
光電変換素子を含む単位画素が行列状に配置された画素アレイ部と、
前記画素アレイ部の画素列に対応した数よりも多い数のアナログ回路を有し、前記単位画素から垂直信号線を通して出力されるアナログ信号を画素列ごとに処理するカラム処理部とを備えた固体撮像装置と、
入射光を前記固体撮像装置の撮像面上に結像する光学系と
を具備する撮像装置であって、
前記カラム処理部は、
前記アナログ回路の個々の良否の情報を格納する良否情報格納手段と、
前記良否情報格納手段に格納されている情報に基づいて前記アナログ回路のうち不良のアナログ回路に代えて正常なアナログ回路を選択する選択手段とを有する
ことを特徴とする撮像装置。
A pixel array unit in which unit pixels including photoelectric conversion elements are arranged in a matrix;
A solid-state device having a number of analog circuits greater than the number corresponding to the pixel columns of the pixel array unit, and a column processing unit that processes analog signals output from the unit pixels through vertical signal lines for each pixel column An imaging device;
An imaging apparatus comprising: an optical system that forms an image of incident light on an imaging surface of the solid-state imaging apparatus;
The column processing unit
Pass / fail information storage means for storing information on pass / fail of each analog circuit;
An imaging apparatus comprising: selection means for selecting a normal analog circuit in place of a defective analog circuit among the analog circuits based on information stored in the pass / fail information storage means.
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