JP2009253819A - Solid-state image sensor and driving method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a CMOS-type image sensor for reducing the influence that parasitic resistance between pixels exerts upon a blackening correction potential. <P>SOLUTION: In a CMOS-type image sensor comprising a pixel 1 that includes a photo-diode 11, an FD section 16, a reset transistor 13, an amplification transistor 14 and a selection transistor 15, a pixel 1b connected to the same vertical signal line 26 as an output pixel 1a, that outputs an electric signal detected by the FD section 16a, and disposed at a position spaced apart from the output pixel 1a by a predetermined distance is defined as a correction pixel, a potential Vref is applied to an FD section 16b of the correction pixel, and a selection transistor 15b of the correction pixel 1b is brought into a conducting state. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は固体撮像素子及びその駆動方法に関する。詳しくは、黒化現象を抑制可能な固体撮像素子及びその駆動方法に係るものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device and a driving method thereof. Specifically, the present invention relates to a solid-state imaging device capable of suppressing the blackening phenomenon and a driving method thereof.

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサなどの固体撮像素子は、近年、携帯電話等の各種携帯端末機器に搭載される撮像装置や、デジタルスチルカメラあるいはデジタルビデオカメラなどの撮像装置の画像入力装置(撮像デバイス)として広く用いられている(例えば、特許文献1参照。)。   2. Description of the Related Art Solid-state imaging devices such as CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type image sensors have recently been used for imaging devices mounted on various portable terminal devices such as mobile phones, and image input devices for imaging devices such as digital still cameras and digital video cameras. Widely used as (imaging device) (see, for example, Patent Document 1).

図6はCMOS型イメージセンサを説明するための模式図であり、CMOS型イメージセンサは、光電変換素子を有する多数の画素201がマトリクス状に配列された画素アレイ部202と、画素アレイ部の各画素を1行ずつ選択して各画素のシャッタ動作や読み出し動作を制御する垂直走査回路203と、画素アレイ部からの信号を1行ずつ読み出して、列毎に所定の信号処理(例えば、CDS処理(画素トランジスタの閾値のバラツキに起因する固定パターンノイズを除去する処理)、AGC(オートゲインコントロール)処理、アナログデジタル変換処理等)を行なうカラム信号処理部204と、カラム信号処理部の信号を1つずつ選択して水平信号線205に導く水平走査回路206と、水平信号線からの信号を意図した出力形態にデータ変換を行なうデータ信号処理部207と、基準クロックに基づいて各部の動作に必要な各種パルス信号を供給するタイミングジェネレータ208を有する。   FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a CMOS type image sensor. The CMOS type image sensor includes a pixel array unit 202 in which a large number of pixels 201 having photoelectric conversion elements are arranged in a matrix, and each pixel array unit. A vertical scanning circuit 203 that controls the shutter operation and readout operation of each pixel by selecting pixels row by row, and signals from the pixel array unit are read out row by row, and predetermined signal processing (for example, CDS processing) is performed for each column. Column signal processing unit 204 for performing (processing for removing fixed pattern noise caused by variations in threshold values of pixel transistors), AGC (auto gain control) processing, analog-digital conversion processing, and the like, and a signal of the column signal processing unit 1 A horizontal scanning circuit 206 that selects and leads to the horizontal signal line 205 one by one, and a signal output from the horizontal signal line to an intended output form Over a data signal processing section 207 for performing data conversion, the timing generator 208 supplies various pulse signals required for the operation of each unit based on the reference clock.

ここで、画素アレイ部の各画素201は、図7で示す様に、光電変換素子(例えばフォトダイオード)101に加えて、転送トランジスタ102、リセットトランジスタ103、増幅トランジスタ104及び選択トランジスタ105の4つのトランジスタを有する回路構成となっている。ここでは、これらトランジスタ102〜105として、nチャネル型のMOSトランジスタを用いた回路例を示している。   Here, each pixel 201 in the pixel array section includes four transistors, a transfer transistor 102, a reset transistor 103, an amplification transistor 104, and a selection transistor 105, in addition to the photoelectric conversion element (for example, photodiode) 101, as shown in FIG. The circuit configuration includes a transistor. Here, a circuit example using n-channel MOS transistors as these transistors 102 to 105 is shown.

転送トランジスタ102は、フォトダイオード101のカソード電極とFD(フローティングディヒュージョン)部106との間に接続され、転送ゲートパルスTGが与えられる転送制御線111にゲート電極が接続されている。リセットトランジスタ103は、電源Vddにドレイン電極が、FD部106にソース電極が、リセットパルスRSが与えられるリセット制御線112にゲート電極がそれぞれ接続されている。   The transfer transistor 102 is connected between the cathode electrode of the photodiode 101 and the FD (floating diffusion) unit 106, and the gate electrode is connected to the transfer control line 111 to which the transfer gate pulse TG is applied. In the reset transistor 103, a drain electrode is connected to the power source Vdd, a source electrode is connected to the FD unit 106, and a gate electrode is connected to a reset control line 112 to which a reset pulse RS is applied.

増幅トランジスタ104は、FD部106にゲート電極が、電源Vddにドレイン電極が、選択トランジスタ105のドレイン電極にソース電極がそれぞれ接続されている。選択トランジスタ105は、選択パルスSELが与えられる選択制御線113にゲート電極が接続され、垂直信号線216にソース電極がそれぞれ接続されている。なお垂直信号線は同垂直信号線に定電流を供給する定電流源217と接続されると共に、カラム信号処理部とも接続されている。   In the amplification transistor 104, a gate electrode is connected to the FD portion 106, a drain electrode is connected to the power supply Vdd, and a source electrode is connected to the drain electrode of the selection transistor 105. The selection transistor 105 has a gate electrode connected to a selection control line 113 to which a selection pulse SEL is applied and a source electrode connected to a vertical signal line 216. The vertical signal line is connected to a constant current source 217 that supplies a constant current to the vertical signal line, and is also connected to a column signal processing unit.

図8は、増幅トランジスタ104及び選択トランジスタ105を除く画素部分の断面構造を示す模式図である。   FIG. 8 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a pixel portion excluding the amplification transistor 104 and the selection transistor 105.

p型基板131の表層部にn型拡散領域132,133,134が形成されている。また、p型基板131の上には、n型拡散領域132とn型拡散領域133との間の上方にゲート電極135が、n型拡散領域133とn型拡散領域134との間の上方にゲート電極136が、それぞれ図示しないゲート酸化膜(SiO)を介して形成されている。 N-type diffusion regions 132, 133, and 134 are formed in the surface layer portion of the p-type substrate 131. In addition, on the p-type substrate 131, a gate electrode 135 is provided above the space between the n-type diffusion region 132 and the n-type diffusion region 133, and above the space between the n-type diffusion region 133 and the n-type diffusion region 134. Each of the gate electrodes 136 is formed via a gate oxide film (SiO 2 ) (not shown).

図7との対応関係において、フォトダイオード101は、p型基板131とn型拡散領域132とのpn接合によって形成されている。転送トランジスタ102は、n型拡散領域132及びn型拡散領域133とその間のゲート電極135とによって形成されている。リセットトランジスタ103は、n型拡散領域133及びn型拡散領域134とその間のゲート電極136とによって形成されている。   In correspondence with FIG. 7, the photodiode 101 is formed by a pn junction between a p-type substrate 131 and an n-type diffusion region 132. The transfer transistor 102 is formed by an n-type diffusion region 132 and an n-type diffusion region 133 and a gate electrode 135 therebetween. The reset transistor 103 is formed by an n-type diffusion region 133 and an n-type diffusion region 134 and a gate electrode 136 therebetween.

n型拡散領域133はFD部106となり、増幅トランジスタ104のゲート電極と電気的に接続される。リセットトランジスタ103のドレイン領域となるn型拡散領域134には電源電位Vddが与えられる。そして、フォトダイオード101を除くp型基板131の上面は、遮光層137によって覆われている。   The n-type diffusion region 133 becomes the FD portion 106 and is electrically connected to the gate electrode of the amplification transistor 104. A power supply potential Vdd is applied to the n-type diffusion region 134 which becomes the drain region of the reset transistor 103. The upper surface of the p-type substrate 131 excluding the photodiode 101 is covered with a light shielding layer 137.

次に、図8の断面図を基にして、図9の波形図を用いて画素201の回路動作について説明する。   Next, the circuit operation of the pixel 201 will be described using the waveform diagram of FIG. 9 based on the cross-sectional view of FIG.

図8に示す様に、フォトダイオード101に光が照射されると、光の強さに応じて電子(−)と正孔(+)の対が誘起される(光電変換)。また、図9において、時刻T1で選択トランジスタ105のゲート電極に選択パルスSELが印加され、同時にリセットトランジスタ103のゲート電極にリセットパルスRSが印加される。その結果、リセットトランジスタ103が導通状態になり、時刻T2でFD部106が電源電位Vddにリセットされる。   As shown in FIG. 8, when the photodiode 101 is irradiated with light, a pair of electrons (−) and holes (+) is induced according to the intensity of light (photoelectric conversion). In FIG. 9, the selection pulse SEL is applied to the gate electrode of the selection transistor 105 at the time T <b> 1, and the reset pulse RS is simultaneously applied to the gate electrode of the reset transistor 103. As a result, the reset transistor 103 becomes conductive, and the FD portion 106 is reset to the power supply potential Vdd at time T2.

FD部106がリセットされると、このリセット時のFD部106の電位がリセットレベルVnとして増幅トランジスタ104を介して信号線216に出力される。このリセットレベルは、画素201固有のノイズ成分に対応したものとなる。リセットパルスRSは、所定の期間(時刻T1〜T3)のみアクティブ("H"レベル)状態となる。FD部106は、リセットパルスRSがアクティブ状態から非アクティブ("L"レベル)状態に遷移した後もリセットされた状態を保っている。このリセット状態にある期間がリセット期間となる。   When the FD unit 106 is reset, the potential of the FD unit 106 at the time of reset is output to the signal line 216 through the amplification transistor 104 as the reset level Vn. This reset level corresponds to a noise component specific to the pixel 201. The reset pulse RS is in an active (“H” level) state only for a predetermined period (time T1 to T3). The FD unit 106 maintains the reset state even after the reset pulse RS transitions from the active state to the inactive (“L” level) state. The period in this reset state is the reset period.

次に、選択信号SELがアクティブ状態のままで、時刻T4で転送トランジスタ102のゲート電極に転送ゲートパルスTGが印加される。すると、転送トランジスタ102が導通状態となり、フォトダイオード101で光電変換され、蓄積された信号電荷がFD部106に転送される。その結果、FD部106の電位が信号電荷の電荷量に応じて変化する(時刻T4〜T5)。このときのFD部106の電位が信号レベルVsとして増幅トランジスタ104を介して信号線216に出力される(信号読み出し期間)。そして、信号レベルVsとリセットレベルVnとの差分RSI1が、ノイズ成分を除去した純粋な画素信号レベルとなる。   Next, the transfer gate pulse TG is applied to the gate electrode of the transfer transistor 102 at time T4 while the selection signal SEL remains active. Then, the transfer transistor 102 becomes conductive, photoelectrically converted by the photodiode 101, and the accumulated signal charge is transferred to the FD unit 106. As a result, the potential of the FD portion 106 changes according to the amount of signal charges (time T4 to T5). The potential of the FD unit 106 at this time is output as a signal level Vs to the signal line 216 through the amplification transistor 104 (signal reading period). The difference RSI1 between the signal level Vs and the reset level Vn becomes a pure pixel signal level from which noise components are removed.

通常、明るい物体を撮像した方が、暗い物体を撮像するよりもリセット期間におけるフォトダイオード101に蓄積される電荷が多いので、垂直信号線216上におけるレベル差RSI1は大きくなる。   Usually, when a bright object is imaged, more charge is accumulated in the photodiode 101 during the reset period than when a dark object is imaged, so the level difference RSI1 on the vertical signal line 216 is larger.

(黒化現象の発生メカニズム)
ところで、上記構成のCMOS型イメージセンサにおいて、特に太陽光のような非常に強い光が画素201に入射すると、最も明るい部分が黒く沈んでしまう現象、いわゆる黒化現象が起こる。
(Generation mechanism of blackening phenomenon)
By the way, in the CMOS image sensor having the above-described configuration, when very strong light such as sunlight is incident on the pixel 201, a phenomenon that the brightest part sinks black, so-called blackening phenomenon occurs.

この黒化現象の発生メカニズムについて、図10及び図11を用いて説明を行なう。図10は、黒化現象の発生メカニズムを説明するために概略図であり、図8と実質的に同様の構造となっている。図11は、黒化現象時の波形図である。   The generation mechanism of this blackening phenomenon is demonstrated using FIG.10 and FIG.11. FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the mechanism of occurrence of the blackening phenomenon, and has a structure substantially similar to FIG. FIG. 11 is a waveform diagram during the blackening phenomenon.

リセット期間において、図8の場合と同様に、時刻T1'で選択トランジスタ105のゲート電極に選択パルスSELが印加され、同時にリセットトランジスタ103のゲート電極にリセットパルスRSが印加される。その結果、リセットトランジスタ103が導通状態になり、時刻T2'でFD部106が電源電位Vddにリセットされる。このリセット時のFD部106の電位がリセットレベルVnとして増幅トランジスタ104を介して信号線216に出力される。   In the reset period, similarly to the case of FIG. 8, the selection pulse SEL is applied to the gate electrode of the selection transistor 105 at the time T1 ′, and at the same time, the reset pulse RS is applied to the gate electrode of the reset transistor 103. As a result, the reset transistor 103 is turned on, and the FD unit 106 is reset to the power supply potential Vdd at time T2 ′. The potential of the FD unit 106 at the time of reset is output to the signal line 216 via the amplification transistor 104 as the reset level Vn.

しかしながら、図10に示す様に、フォトダイオード101に太陽光の様に非常に強い光が照射されると、p型基板131とn型拡散領域132とにより形成されるpn接合部に、図8と比較して多量の電子(−)と正孔(+)の対が誘起される。その結果、光電変換された過剰の電子がフォトダイオード101から溢れ出す。そのため、転送ゲートパルスが非アクティブ状態にあるにもかかわらず、過剰電子は転送トランジスタ102を飛び越えてFD部106へ到達する。このため、FD部106の電位が低下し、その結果、垂直信号線216の電位が低下する(T2'〜T4')。   However, as shown in FIG. 10, when the photodiode 101 is irradiated with very strong light such as sunlight, the pn junction formed by the p-type substrate 131 and the n-type diffusion region 132 is connected to the pn junction portion shown in FIG. In comparison with, a larger number of electron (-) and hole (+) pairs are induced. As a result, excessive electrons subjected to photoelectric conversion overflow from the photodiode 101. Therefore, even though the transfer gate pulse is in an inactive state, excess electrons jump over the transfer transistor 102 and reach the FD unit 106. For this reason, the potential of the FD section 106 is lowered, and as a result, the potential of the vertical signal line 216 is lowered (T2 ′ to T4 ′).

同様に、信号読み出し期間において、選択信号SELがアクティブ状態のままで、時刻T4'で転送トランジスタ102のゲート電極に転送ゲートパルスTGが印加されると、転送トランジスタ102が導通状態になって、フォトダイオード101で光電変換され、蓄積された信号電荷をFD部106に転送する。その結果、FD部106の電位が信号レベルVsとして増幅トランジスタ104を介して垂直信号線216に出力される。   Similarly, if the transfer gate pulse TG is applied to the gate electrode of the transfer transistor 102 at time T4 ′ while the selection signal SEL remains in the active state in the signal readout period, the transfer transistor 102 becomes conductive, and the photo The signal charge photoelectrically converted by the diode 101 and transferred is transferred to the FD unit 106. As a result, the potential of the FD unit 106 is output to the vertical signal line 216 through the amplification transistor 104 as the signal level Vs.

このとき、上記の様にリセット期間において、過剰の電子が漏れ出した結果、図11から明らかな様に、垂直信号線216の電位はリセットパルスRSの印加時に比べて低下している。その結果、信号読み出し期間における電位差RSI2は、強い光が照射されているにもかかわらず低下してしまう。   At this time, as a result of excess electrons leaking out during the reset period as described above, as is apparent from FIG. 11, the potential of the vertical signal line 216 is lower than when the reset pulse RS is applied. As a result, the potential difference RSI2 in the signal readout period is lowered despite the strong light irradiation.

即ち、図12に示す様に、通常は、信号読み出し期間の信号レベル電位Vsとリセット期間のリセットレベル電位Vnとの差分Vs−Vnが純粋な画素信号レベルとして出力され、入射光量が一定の光量Bを超えると信号レベルVsが飽和してしまい、一定の画素信号レベルが出力される。そして、光量Bよりも更に大きな所定の光量Cを入射光量が越えると、上述した様に、過剰の電子がフォトダイオード101から漏れ出すことによってリセットレベルVnが変化してしまう。その結果、強い光が照射されているにもかかわらず差分Vs−Vnが小さくなる。このため、非常に明るいにもかかわらず黒く見える黒化現象が生じることとなる。   That is, as shown in FIG. 12, normally, the difference Vs−Vn between the signal level potential Vs in the signal readout period and the reset level potential Vn in the reset period is output as a pure pixel signal level, and the amount of incident light is constant. If it exceeds B, the signal level Vs is saturated, and a constant pixel signal level is output. Then, when the incident light quantity exceeds a predetermined light quantity C that is larger than the light quantity B, the reset level Vn changes due to excess electrons leaking from the photodiode 101 as described above. As a result, the difference Vs−Vn becomes small despite intense light being irradiated. For this reason, a blackening phenomenon that appears black despite the fact that it is very bright occurs.

この様な黒化現象を回避するために、図13で示す様に、垂直信号線に黒化補回路150を接続し、リセットレベルVnが過度に下がらない様に補正を行なっていた。
具体的には、黒化補正回路150は、補正用トランジスタ151と制御スイッチ152を有しており、制御スイッチの一端を垂直信号線216と接続し、他端を補正用トランジスタのソース電極と接続し、補正用トランジスタのドレイン電極に電源Vddに接続し、補正用トランジスタのゲート電極に所定の電位(Vref)を印加することによって、リセットレベルVnが過度に下がらない様に補正を行なっていた。
In order to avoid such a blackening phenomenon, as shown in FIG. 13, a blackening auxiliary circuit 150 is connected to the vertical signal line, and correction is performed so that the reset level Vn does not decrease excessively.
Specifically, the blackening correction circuit 150 includes a correction transistor 151 and a control switch 152. One end of the control switch is connected to the vertical signal line 216, and the other end is connected to the source electrode of the correction transistor. Then, the power source Vdd is connected to the drain electrode of the correction transistor, and a predetermined potential (Vref) is applied to the gate electrode of the correction transistor so that the reset level Vn is not excessively lowered.

以下、黒化補正回路による黒化現象の回避について説明を行なう。ここで、図13中符合Xは信号読み出しを行なう画素を表しており、図13中電流Iは信号読み出しを行なう画素中の選択トランジスタ105のドレイン−ソース間を流れる電流を示し、図13中電流Iは黒化補正回路中の補正用トランジスタ151のドレイン−ソース間を流れる電流を示している。 Hereinafter, avoidance of the blackening phenomenon by the blackening correction circuit will be described. Here, symbol X in FIG. 13 represents a pixel that performs signal readout, and current I 1 in FIG. 13 represents a current that flows between the drain and source of the selection transistor 105 in the pixel that performs signal readout. A current I 2 indicates a current flowing between the drain and source of the correction transistor 151 in the blackening correction circuit.

先ず、黒化補正回路が接続されておらず、黒化補正回路中の補正用トランジスタ151のドレイン−ソース間に電流が流れない場合には、電流I=0であるために、電流Iは常に一定に保たれることとなる。そして、非常に強い光が信号の読み出しを行なう画素に照射されると、信号の読み出しを行なう画素中のFD部106の電位が低下し、FD部106の電位が低下することで増幅トランジスタ104のゲート電極に印加される電位が低下することとなる。増幅トランジスタ104のゲート電極に印加される電位が低下するにもかかわらず、増幅トランジスタ104のドレイン−ソース間を流れる電流を一定に保つ必要があるために、増幅トランジスタ104のソース側の電位が低下することとなる。このことが、黒化現象の要因である。 First, when the blackening correction circuit is not connected and no current flows between the drain and the source of the correction transistor 151 in the blackening correction circuit, the current I 2 = 0, so that the current I 1 Will always remain constant. Then, when very strong light is applied to a pixel that reads out a signal, the potential of the FD portion 106 in the pixel that reads out the signal is lowered, and the potential of the FD portion 106 is lowered. The potential applied to the gate electrode is lowered. Although the potential applied to the gate electrode of the amplifying transistor 104 is lowered, the current flowing between the drain and source of the amplifying transistor 104 needs to be kept constant, so that the potential on the source side of the amplifying transistor 104 is lowered. Will be. This is the cause of the blackening phenomenon.

これに対して、黒化補正回路が接続されて、黒化補正回路中の補正用トランジスタ151のドレイン−ソース間に電流が流れる場合には、電流Iと電流Iとの和が常に一定に保たれることとなる。そして、非常に強い光が信号の読み出しを行なう画素に照射されると、上述の通り、信号の読み出しを行なう画素中のFD部106の電位が低下し、FD部106の電位が低下することで増幅トランジスタ104のゲート電極に印加される電位が低下することとなる。ここで、増幅トランジスタ104のゲート電極に印加される電位が低下し、増幅トランジスタ104のソース側の電位が低下すると、補正用トランジスタ151のドレイン‐ソース間の電位差が大きくなるために、電流Iが増加することで、増幅トランジスタ104のソース側の電位が低下することを緩和することができる。このことによって、黒化現象を回避することができるのである。 On the other hand, when a blackening correction circuit is connected and a current flows between the drain and source of the correction transistor 151 in the blackening correction circuit, the sum of the currents I 1 and I 2 is always constant. Will be kept. Then, when very strong light is irradiated to the pixel that reads out the signal, as described above, the potential of the FD portion 106 in the pixel that reads out the signal decreases, and the potential of the FD portion 106 decreases. The potential applied to the gate electrode of the amplification transistor 104 is lowered. Here, reduced potential applied to the gate electrode of the amplification transistor 104, the source side potential of the amplification transistor 104 is lowered, the drain of the correcting transistor 151 - to the potential difference between the source increases, current I 2 As a result of the increase, decrease in the potential on the source side of the amplification transistor 104 can be mitigated. As a result, the blackening phenomenon can be avoided.

特開平10−126697号公報JP 10-1226697 A

上記の様に、従来は垂直信号線に黒化補正回路を接続することでリセットレベルVnが過度に下がらない様に補正を行なっているのであるが、こうした黒化現象の回避方法では、特定の画素列に着目した場合に、画素が配置された位置によって画素から黒化補正回路までの距離が異なるために、画素毎に垂直信号線の配線抵抗に違いが生じることとなる。
例えば、各垂直信号線にn個の画素が接続され、黒化補正回路が接続されている垂直信号線の箇所から第1行目の画素が接続されている垂直信号線の箇所までの間の垂直信号線の配線抵抗をR0とし、第i行目の画素が接続されている垂直信号線の箇所から第(i+1)行目の画素が接続されている垂直信号線の箇所までの間の垂直信号線の配線抵抗をRiとすると、第1行目の画素はR0の抵抗を経て黒化補正回路に電位が転送され、第2行目の画素は[R0+R1]の抵抗を経て黒化補正回路に電位が転送され、・・・、第n行目の画素は[R0+R1+R2+・・・+R(n−1)]の抵抗を経て黒化補正回路に電位が転送されるといった具合に、画素毎(画素が配置されている行毎)に垂直信号線の配線抵抗に違いが生じることとなる。
As described above, conventionally, correction is performed so that the reset level Vn is not excessively lowered by connecting a blackening correction circuit to a vertical signal line. When paying attention to the pixel column, the distance from the pixel to the blackening correction circuit differs depending on the position where the pixel is arranged, and therefore the wiring resistance of the vertical signal line differs for each pixel.
For example, n pixels are connected to each vertical signal line, and the area between the vertical signal line where the blackening correction circuit is connected and the vertical signal line where the pixel in the first row is connected. The wiring resistance of the vertical signal line is R0, and the vertical distance from the position of the vertical signal line to which the pixel in the i-th row is connected to the position of the vertical signal line to which the pixel in the (i + 1) -th row is connected. When the wiring resistance of the signal line is Ri, the potential of the pixels in the first row is transferred to the blackening correction circuit through the resistance of R0, and the pixel of the second row passes through the resistance of [R0 + R1]. Is transferred to the blackening correction circuit via the resistance of [R0 + R1 + R2 +... + R (n−1)], and so on. Differences in wiring resistance of vertical signal lines occur for each row in which pixels are arranged) .

なお、画素毎に垂直信号線の配線抵抗に違いが生じることとなると、画素毎に電圧降下の違いが生じることとなる。
即ち、信号読み出しを行なう画素中の増幅トランジスタのドレイン−ソース間を流れる電流をIとすると、第1行目の画素は黒化補正回路に電位が転送されるまでにR0×Iの電圧降下が生じ、第2行目の画素は黒化補正回路に電位が転送されるまでに[R0+R1]×Iの電圧降下が生じ、・・・、第n行目の画素は黒化補正回路に電位が転送されるまでに[R0+R1+・・・+R(n−1)]×Iの電圧降下が生じることとなる。
Note that if a difference occurs in the wiring resistance of the vertical signal line for each pixel, a difference in voltage drop occurs for each pixel.
That is, the drain of the amplification transistor in the pixel performing a signal read - and the current flowing between the source and I 1, R0 × I 1 of the voltage to the pixel of the first row is potential blackening correction circuit is transferred drop occurs, the pixels of the second line to the [R0 + R1] × occur a voltage drop of I 1 is the potential to blackening correction circuit is transferred, ..., the n-th row of pixels blackening correction circuit potential becomes [R0 + R1 + ··· + R (n-1)] the voltage drop × I 1 occurs until transferred to.

そして、画素毎(画素が配置されている行毎)に黒化補正回路に電位が転送されるまでの電圧降下に違いが生じると、黒化補正回路による補正電位が画素毎(画素が配置されている行毎)に異なってしまう。
例えば、図13中の点Aと点Bの電位が等しかったとしても、点Aから点Dに電位が転送されるまでに生じる電圧降下と、点Bから点Dに電位が転送されるまでに生じる電圧降下が異なるために、黒化を補正する電位が異なってしまうこととなる。
If there is a difference in voltage drop until the potential is transferred to the blackening correction circuit for each pixel (each row in which the pixel is arranged), the correction potential by the blackening correction circuit is changed for each pixel (pixel is arranged). For each line).
For example, even if the potentials at point A and point B in FIG. 13 are equal, the voltage drop that occurs until the potential is transferred from point A to point D and the potential is transferred from point B to point D. Since the generated voltage drops are different, the potential for correcting blackening is different.

本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、画素間の寄生抵抗が黒化補正電位に及ぼす影響を低減することが可能な固体撮像素子及びその駆動方法を提供することを目的とするものである。   The present invention was devised in view of the above points, and an object thereof is to provide a solid-state imaging device capable of reducing the influence of parasitic resistance between pixels on the blackening correction potential and a driving method thereof. It is what.

上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像素子では、光電変換素子と、該光電変換素子で得られた電気信号を検出する検出ノードと、該検出ノードによって検出された電気信号を出力する出力トランジスタとを有する画素がマトリクス状に配列された画素アレイ部と、該画素アレイ部の画素列毎に配線された信号線と、該信号線に定電流を供給する定電流源とを備え、前記出力トランジスタの一端は前記信号線とスイッチング素子を介して接続され、同出力トランジスタの他端には第1の所定電位が印加され、同出力トランジスタのゲートは前記検出ノードと接続された固体撮像素子において、前記画素のうち検出ノードによって検出された電気信号を出力する出力画素と同一の前記信号線に接続されると共に、同出力画素から所定距離を隔てた位置に配置された前記画素を補正画素とし、該補正画素の検出ノードに第2の所定電位が印加されると共に、前記補正画素の出力トランジスタと接続された前記スイッチング素子が導通状態をなしている。   In order to achieve the above object, in a solid-state imaging device according to the present invention, a photoelectric conversion element, a detection node for detecting an electric signal obtained by the photoelectric conversion element, and an electric signal detected by the detection node A pixel array unit in which pixels having output transistors for output are arranged in a matrix, a signal line wired for each pixel column of the pixel array unit, and a constant current source for supplying a constant current to the signal line One end of the output transistor is connected to the signal line via a switching element, a first predetermined potential is applied to the other end of the output transistor, and a gate of the output transistor is connected to the detection node. In the solid-state imaging device, the pixel is connected to the same signal line as the output pixel that outputs the electrical signal detected by the detection node among the pixels, and is connected to the output pixel. The pixel arranged at a distance is set as a correction pixel, a second predetermined potential is applied to a detection node of the correction pixel, and the switching element connected to the output transistor of the correction pixel is in a conductive state. I am doing.

また、上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像素子の駆動方法では、光電変換素子と、該光電変換素子で得られた電気信号を検出する検出ノードと、該検出ノードによって検出された電気信号を出力する出力トランジスタとを有する画素がマトリクス状に配列された画素アレイ部と、該画素アレイ部の画素列毎に配線された信号線と、該信号線に定電流を供給する定電流源とを備え、前記出力トランジスタの一端は前記信号線とスイッチング素子を介して接続され、同出力トランジスタの他端には第1の所定電位が印加され、同出力トランジスタのゲートは前記検出ノードと接続され、前記画素のうち検出ノードによって検出された電気信号を出力する出力画素と同一の前記信号線に接続されると共に、同出力画素から所定距離を隔てた位置に配置された前記画素を補正画素とする固体撮像素子の駆動方法であって、前記出力画素の検出ノードによって検出された電気信号を出力する以前に、前記補正画素の検出ノードに第2の所定電位を印加すると共に前記補正画素の出力トランジスタと接続された前記スイッチング素子を導通状態とする工程を備える。   In order to achieve the above object, in the solid-state imaging device driving method according to the present invention, a photoelectric conversion element, a detection node for detecting an electric signal obtained by the photoelectric conversion element, and detection by the detection node A pixel array unit in which pixels having output transistors for outputting the electrical signals are arranged in a matrix, a signal line wired for each pixel column of the pixel array unit, and supplying a constant current to the signal line A constant current source, one end of the output transistor is connected to the signal line via a switching element, a first predetermined potential is applied to the other end of the output transistor, and the gate of the output transistor is the detection Connected to a node and connected to the same signal line as an output pixel that outputs an electrical signal detected by a detection node among the pixels, and a predetermined distance from the output pixel. A solid-state imaging device driving method using the pixel arranged at a separated position as a correction pixel, and before outputting an electrical signal detected by the detection node of the output pixel, the detection node of the correction pixel And a step of applying a predetermined potential of 2 and bringing the switching element connected to the output transistor of the correction pixel into a conductive state.

ここで、補正画素は出力画素から所定距離を隔てた位置に配置されており、画素が配置された位置に関わらず出力画素から補正画素までの距離が常に略一定であるために、画素毎に信号線の配線抵抗の違いが生じにくい。   Here, the correction pixel is arranged at a position separated from the output pixel by a predetermined distance, and the distance from the output pixel to the correction pixel is always substantially constant regardless of the position where the pixel is arranged. Differences in signal line resistance are unlikely to occur.

また、補正画素の検出ノードに第2の所定電位が印加されると共に、補正画素の出力トランジスタと接続されたスイッチング素子が導通状態をなすことによって、従来の黒化補正回路と同様に、非常に強い光が出力画素に照射された場合であってもリセットレベルが過度に下がらない様に補正を行なうことができる。   In addition, the second predetermined potential is applied to the detection node of the correction pixel, and the switching element connected to the output transistor of the correction pixel is in a conductive state, which makes it very similar to the conventional blackening correction circuit. Even when intense light is irradiated to the output pixel, correction can be performed so that the reset level does not decrease excessively.

また、補正画素は単数であっても良いし、複数であっても良い。即ち、例えば、出力画素から距離dを隔てた位置に配置された画素のみを補正画素としても良いし、出力画素から距離d1を隔てた位置に配置された画素と出力画素から距離d2を隔てた位置に配置された画素の双方を補正画素としても良い。ここで、非常に強い光が補正画素に照射された場合には、補正画素の検出ノードの電位が低下し、充分な補正を行なうことができなくなることも考えられるために、補正画素は複数であった方が好ましい。   Further, the correction pixel may be singular or plural. That is, for example, only a pixel arranged at a position separated from the output pixel by a distance d may be used as a correction pixel, or a pixel arranged at a position separated by a distance d1 from the output pixel and a distance d2 from the output pixel. Both of the pixels arranged at the positions may be corrected pixels. Here, when very strong light is irradiated to the correction pixel, the potential of the detection node of the correction pixel is lowered, and sufficient correction cannot be performed. It is more preferable.

なお、出力画素には非常に強い光が照射されない場合には、そもそも黒化現象を回避するための補正を行なう必要がないために、補正画素に非常に強い光が照射されたとしても問題にはならない。   If the output pixel is not irradiated with very strong light, it is not necessary to perform correction to avoid the blackening phenomenon in the first place. Therefore, even if the correction pixel is irradiated with very strong light, there is a problem. Must not.

また、本発明に係る固体撮像素子では、光電変換素子と、該光電変換素子で得られた電気信号を検出する検出ノードと、該検出ノードによって検出された電気信号を出力する出力トランジスタとを有する画素がマトリクス状に配列された画素アレイ部と、該画素アレイ部の画素列毎に配線された信号線と、該信号線に定電流を供給する定電流源とを備え、前記出力トランジスタの一端は前記信号線とスイッチング素子を介して接続され、同出力トランジスタの他端には第1の所定電位が印加され、同出力トランジスタのゲートは前記検出ノードと接続された固体撮像素子において、前記画素のうち検出ノードによって検出された電気信号を出力する出力画素と同一の前記信号線に接続された他の全ての前記画素を補正画素とし、該補正画素の検出ノードに第2の所定電位が印加されると共に、前記補正画素の出力トランジスタと接続された前記スイッチング素子が導通状態をなしている。   The solid-state imaging device according to the present invention includes a photoelectric conversion element, a detection node that detects an electric signal obtained by the photoelectric conversion element, and an output transistor that outputs the electric signal detected by the detection node. A pixel array section in which pixels are arranged in a matrix, a signal line wired for each pixel column of the pixel array section, and a constant current source for supplying a constant current to the signal line, and one end of the output transistor Is connected to the signal line via a switching element, a first predetermined potential is applied to the other end of the output transistor, and the gate of the output transistor is connected to the detection node in the solid-state imaging device. Among the other pixels connected to the same signal line as the output pixel that outputs the electrical signal detected by the detection node, as the correction pixel, With the second predetermined potential is applied to the output node, the output transistor and connected to said switching elements of the correction pixel forms a conductive state.

また、本発明に係る固体撮像素子の駆動方法では、光電変換素子と、該光電変換素子で得られた電気信号を検出する検出ノードと、該検出ノードによって検出された電気信号を出力する出力トランジスタとを有する画素がマトリクス状に配列された画素アレイ部と、該画素アレイ部の画素列毎に配線された信号線と、該信号線に定電流を供給する定電流源とを備え、前記出力トランジスタの一端は前記信号線とスイッチング素子を介して接続され、同出力トランジスタの他端には第1の所定電位が印加され、同出力トランジスタのゲートは前記検出ノードと接続され、前記画素のうち検出ノードによって検出された電気信号を出力する出力画素と同一の前記信号線に接続される他の全ての前記画素を補正画素とする固体撮像素子の駆動方法であって、前記出力画素の検出ノードによって検出された電気信号を出力する以前に、前記補正画素の検出ノードに第2の所定電位を印加すると共に前記補正画素の出力トランジスタと接続された前記スイッチング素子を導通状態とする工程を備える。   In the solid-state imaging device driving method according to the present invention, a photoelectric conversion element, a detection node for detecting an electric signal obtained by the photoelectric conversion element, and an output transistor for outputting the electric signal detected by the detection node A pixel array section in which pixels having the above are arranged in a matrix, a signal line wired for each pixel column of the pixel array section, and a constant current source for supplying a constant current to the signal line, the output One end of the transistor is connected to the signal line via a switching element, a first predetermined potential is applied to the other end of the output transistor, the gate of the output transistor is connected to the detection node, A solid-state imaging device driving method in which all other pixels connected to the same signal line as an output pixel that outputs an electrical signal detected by a detection node are correction pixels. Thus, before outputting the electrical signal detected by the detection node of the output pixel, a second predetermined potential is applied to the detection node of the correction pixel and the switching element connected to the output transistor of the correction pixel A step of bringing the conductive state into a conductive state.

ここで、出力画素以外の全ての画素を補正画素としているために、より充分に黒化現象を回避するための補正を行なうことができる。即ち、上述の様に、非常に強い光が補正画素に照射された場合には、補正画素の検出ノードの電位が低下し、充分な補正を行なうことができなくなることが考えられるが故に、補正画素数を最大とすべく出力画素以外の全ての画素を補正画素とすることで、より充分に黒化現象を回避するための補正を行なうことができるのである。   Here, since all the pixels other than the output pixel are the correction pixels, correction for avoiding the blackening phenomenon can be performed more sufficiently. That is, as described above, when the correction pixel is irradiated with very strong light, the potential of the detection node of the correction pixel is lowered, and it is considered that sufficient correction cannot be performed. By making all the pixels other than the output pixels correction pixels so as to maximize the number of pixels, correction for avoiding the blackening phenomenon can be performed more sufficiently.

本発明の固体撮像素子及びその駆動方法では、画素間の寄生抵抗が黒化補正電位に及ぼす影響を低減することができる。   In the solid-state imaging device and the driving method thereof according to the present invention, the influence of parasitic resistance between pixels on the blackening correction potential can be reduced.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
図1は本発明を適用した固体撮像素子の一例であるCMOS型イメージセンサを説明するための模式図であり、ここで示すCMOS型イメージセンサは、光電変換素子を有する多数の画素1がマトリクス状に配列された画素アレイ部2と、画素アレイ部の各画素を1行ずつ選択して各画素のシャッタ動作や読み出し動作を制御する垂直走査回路3と、画素アレイ部からの信号を1行分ずつ読み出して、列毎に所定の信号処理(例えば、CDS処理(画素トランジスタの閾値のバラツキに起因する固定パターンノイズを除去する処理)、AGC(オートゲインコントロール)処理、アナログデジタル変換処理等)を行なうカラム信号処理部4と、カラム信号処理部の信号を1つずつ選択して水平信号線5に導く水平走査回路6と、水平信号線の信号を意図した出力形態にデータ変換を行なうデータ信号処理部7と、基準クロックに基づいて各部の動作に必要な各種パルス信号を供給するタイミングジェネレータ8を有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings to facilitate understanding of the present invention.
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a CMOS image sensor which is an example of a solid-state imaging device to which the present invention is applied. In the CMOS image sensor shown here, a large number of pixels 1 having photoelectric conversion elements are arranged in a matrix. The pixel array unit 2 arranged in the vertical direction, the vertical scanning circuit 3 for selecting each pixel of the pixel array unit one row at a time and controlling the shutter operation and readout operation of each pixel, and the signal from the pixel array unit for one row Read the data one by one and perform predetermined signal processing for each column (for example, CDS processing (processing for removing fixed pattern noise caused by variations in threshold values of pixel transistors), AGC (auto gain control) processing, analog-digital conversion processing, etc.) The column signal processing unit 4 to be performed, the horizontal scanning circuit 6 for selecting the signals of the column signal processing unit one by one and leading them to the horizontal signal line 5, and the horizontal signal line Having a data signal processing unit 7 for performing data conversion output form intended, the timing generator 8 supplies various pulse signals required for the operation of each unit based on the reference clock to issue.

ここで、画素アレイ部の各画素1(1a、1b、1c)は、図2で示す様に、光電変換素子(例えばフォトダイオード)11(11a、11b、11c)に加えて、転送トランジスタ12(12a、12b、12c)、リセットトランジスタ13(13a、13b、13c)、増幅トランジスタ14(14a、14b、14c)及び選択トランジスタ15(15a、15b、15c)の4つのトランジスタを有する回路構成となっている。なお、本実施例では、これらトランジスタ12〜15として、nチャネル型のMOSトランジスタを用いた回路例を示している。   Here, as shown in FIG. 2, each pixel 1 (1a, 1b, 1c) in the pixel array section has a transfer transistor 12 (in addition to the photoelectric conversion element (for example, photodiode) 11 (11a, 11b, 11c). 12a, 12b, 12c), a reset transistor 13 (13a, 13b, 13c), an amplifying transistor 14 (14a, 14b, 14c), and a selection transistor 15 (15a, 15b, 15c). Yes. In the present embodiment, a circuit example using n-channel MOS transistors as the transistors 12 to 15 is shown.

転送トランジスタ12は、フォトダイオード11のカソード電極とFD(フローティングディヒュージョン)部16(16a、16b、16c)との間に接続され、転送ゲートパルスTG(TGa、TGb、TGc)が与えられる転送制御線21(21a、21b、21c)にゲート電極が接続されている。リセットトランジスタ13は、電位VSEL(VSELa、VSELb、VSELc)にドレイン電極が、FD部16にソース電極が、リセットパルスRS(RSa、RSb、RSc)が与えられるリセット制御線22(22a、22b、22c)にゲート電極がそれぞれ接続されている。 The transfer transistor 12 is connected between the cathode electrode of the photodiode 11 and the FD (floating diffusion) portion 16 (16a, 16b, 16c), and is subjected to transfer control to which a transfer gate pulse TG (TGa, TGb, TGc) is applied. A gate electrode is connected to the line 21 (21a, 21b, 21c). The reset transistor 13 has a reset control line to which a drain electrode is applied to the potential V SEL (V SEL a, V SEL b, V SEL c), a source electrode is applied to the FD unit 16, and a reset pulse RS (RSa, RSb, RSc) is applied. The gate electrodes are respectively connected to 22 (22a, 22b, 22c).

増幅トランジスタ14は、FD部16にゲート電極が、電位VSELにドレイン電極が、選択トランジスタ15のドレイン電極にソース電極がそれぞれ接続されている。選択トランジスタ15は、選択パルスSEL(SELa、SELb、SELc)が与えられる選択制御線23(23a、23b、23c)にゲート電極が接続され、垂直信号線26にソース電極がそれぞれ接続されている。また、垂直信号線は同垂直信号線に定電流を供給する定電流源27と接続されると共に、カラム信号処理部とも接続されている。 In the amplification transistor 14, the gate electrode is connected to the FD portion 16, the drain electrode is connected to the potential V SEL , and the source electrode is connected to the drain electrode of the selection transistor 15. The selection transistor 15 has a gate electrode connected to a selection control line 23 (23a, 23b, 23c) to which a selection pulse SEL (SELa, SELb, SELc) is applied, and a source electrode connected to a vertical signal line 26. The vertical signal line is connected to a constant current source 27 that supplies a constant current to the vertical signal line, and is also connected to a column signal processing unit.

なお、FD部16は検出ノードの一例であり、増幅トランジスタ14は出力トランジスタの一例であり、選択トランジスタ15はスイッチング素子の一例である。   The FD unit 16 is an example of a detection node, the amplification transistor 14 is an example of an output transistor, and the selection transistor 15 is an example of a switching element.

以下、上記の様に構成されたCMOS型イメージセンナの駆動方法について、図3で示す各パルスのタイミングチャートを参照しながら説明を行なう。即ち、本発明を適用した固体撮像素子の駆動方法の一例であるCMOS型イメージセンサの駆動方法の一例について説明を行なう。なお、以下では、出力画素を符合1aで示す画素、補正画素を符号1bで示す画素、出力画素及び補正画素のいずれにも該当しない画素を符合1cで示す画素として説明を行なう。また、初期状態では、転送ゲートパルスTG(TGa、TGb、TGc)、リセットパルスRS(RSa、RSb、RSc)及び選択パルスSEL(SELa、SELb、SELc)はいずれもローレベル(以下、「Lレベル」と称する。)とされており、補正画素1bのFD部16bは黒化補正用の所定電位Vrefとされているものとして説明を行なう。   Hereinafter, a driving method of the CMOS type image sensor configured as described above will be described with reference to a timing chart of each pulse shown in FIG. That is, an example of a driving method of a CMOS image sensor which is an example of a driving method of a solid-state imaging device to which the present invention is applied will be described. In the following description, the output pixel is denoted by reference numeral 1a, the correction pixel is denoted by reference numeral 1b, and the pixel that does not correspond to either the output pixel or the correction pixel is denoted by reference numeral 1c. In the initial state, the transfer gate pulse TG (TGa, TGb, TGc), the reset pulse RS (RSa, RSb, RSc) and the selection pulse SEL (SELa, SELb, SELc) are all low level (hereinafter referred to as “L level”). In the following description, it is assumed that the FD portion 16b of the correction pixel 1b is set to a predetermined potential Vref for blackening correction.

CMOS型イメージセンサの駆動方法では、先ず、符合t1で示すタイミングで選択パルスSELbをハイレベル(以下、「Hレベル」と称する。)として選択トランジスタ15bを導通状態とすることで、補正画素1bを垂直信号線26と電気的に接続する。この時、増幅トランジスタ14bのドレイン電極に印加される電位VSELbは電源電位Vddとされている。 In the CMOS image sensor driving method, first, the selection pixel SELb is set to a high level (hereinafter referred to as “H level”) at the timing indicated by the symbol t1, and the selection transistor 15b is turned on, whereby the correction pixel 1b is turned on. It is electrically connected to the vertical signal line 26. At this time, the potential V SEL b applied to the drain electrode of the amplification transistor 14b is set to the power supply potential Vdd.

また、符合t1で示すタイミングでは、出力画素1aのFD部16aの電位をリセットするために、リセットパルスRSaをHレベルとしてリセットトランジスタ13aを導通状態とすることで、FD部16aに電位VSELa(=電源電位Vdd)を印加する。同時に、選択パルスSELaをHレベルとして選択トランジスタ15aを導通状態とすることで、リセットされたFD部16aの電位(リセットレベル電位Vn)の読み出しを行なう。 Further, at the timing indicated by the symbol t1, in order to reset the potential of the FD unit 16a of the output pixel 1a, the reset pulse RSa is set to H level and the reset transistor 13a is turned on, whereby the potential V SEL a is applied to the FD unit 16a. (= Power supply potential Vdd) is applied. At the same time, the selection pulse SELa is set to H level to turn on the selection transistor 15a, thereby reading the reset potential (reset level potential Vn) of the FD portion 16a.

続いて、転送ゲートパルスTGaをHレベルとして転送トランジスタ12aを導通状態とすることで、フォトダイオード11aで得られた信号量に対応したFD部16aの電位(信号レベル電位Vs)の読み出しを行なう。   Subsequently, the transfer gate pulse TGa is set to H level to turn on the transfer transistor 12a, thereby reading the potential (signal level potential Vs) of the FD portion 16a corresponding to the signal amount obtained by the photodiode 11a.

なお、リセットパルスRSaは、リセットレベル電位Vnの読み出し期間の完了を待つことなく符合t2で示すタイミングでLレベルとしてリセットトランジスタ13aを非導通状態とし、選択パルスSELbも信号レベル電位Vsの読み出し期間の完了を待つことなく符合t3で示すタイミングでLレベルとして選択トランジスタ15aを非導通状態とする。   The reset pulse RSa is set to the L level at the timing indicated by the symbol t2 without waiting for the completion of the read period of the reset level potential Vn, so that the reset transistor 13a is turned off, and the selection pulse SELb is also in the signal level potential Vs read period. Without waiting for completion, the selection transistor 15a is made non-conductive at the L level at the timing indicated by the symbol t3.

次に、信号レベル電位Vsの読み出し期間が完了した後の符合t4で示すタイミングで増幅トランジスタ15aのドレイン電極に印加される電位VSELaを黒化補正用の所定電位Vrefとし、続いて、符合t5で示すタイミングでリセットパルスRSaをHレベルとしてリセットトランジスタ13aを導通状態とすることで、FD部16aを黒化補正用の所定電位Vrefとする。 Next, the potential V SEL a applied to the drain electrode of the amplification transistor 15a at the timing indicated by the symbol t4 after the completion of the signal level potential Vs readout period is set to the predetermined potential Vref for blackening correction. At the timing indicated by t5, the reset pulse RSa is set to H level to bring the reset transistor 13a into a conductive state, whereby the FD portion 16a is set to the predetermined potential Vref for blackening correction.

その後、符合t6で示すタイミングでリセットパルスRSaをLレベルとしてリセットトランジスタ13aを非導通状態とし、符合t7で示すタイミングで選択パルスSELaをLレベルとして選択トランジスタ15aを非導通状態とすることで、出力画素1aの読み出しを終了する。   Thereafter, the reset pulse RSa is set to the L level at the timing indicated by the symbol t6 to set the reset transistor 13a to the non-conductive state, and the selection pulse SELa is set to the L level to set the selection transistor 15a to the non-conductive state at the timing indicated by the symbol t7 The readout of the pixel 1a is finished.

なお、符合1aで示す画素の読み出しの後に符合1bで示す画素の読み出しを行なう場合には、即ち、出力画素を符合1bで示す画素とする場合には、補正画素を符合1cで示す画素として、上記と同様の方法を行うこととなる。   When the pixel indicated by reference numeral 1b is read after the reading of the pixel indicated by reference numeral 1a, that is, when the output pixel is a pixel indicated by reference numeral 1b, the correction pixel is defined as a pixel indicated by reference numeral 1c. The same method as described above is performed.

ここで、本実施例では、リセットトランジスタ13のドレイン電極及び増幅トランジスタ14のドレイン電極が電位VSELに接続されると共に、電位VSELが電源電位Vddと黒化補正用の所定電位Vrefの2値を採る場合を例に挙げて説明を行なっているが、必ずしも電位VSELが2値を採る必要は無く、図4(a)や図4(b)で示す様に、電源電位Vddの供給源と黒化補正用の所定電位Vrefの供給源を分割しても良い。 In the present embodiment, the reset with the drain electrode and the drain electrode of the amplifying transistor 14 of the transistor 13 is connected to the potential V SEL, 2 value of a predetermined potential Vref for the potential V SEL power supply potential Vdd and blackening correction However, the potential V SEL does not necessarily have a binary value, and as shown in FIGS. 4A and 4B, the supply source of the power supply potential Vdd is used. The supply source of the predetermined potential Vref for blackening correction may be divided.

また、本実施例では、単一の画素を補正画素として機能させる場合を例に挙げて説明を行なっているが、補正画素として複数の画素を機能させても良く、また、出力画素以外の全ての画素を補正画素として機能しても良い。   In this embodiment, the case where a single pixel is made to function as a correction pixel is described as an example. However, a plurality of pixels may be made to function as correction pixels, and all pixels other than output pixels may be made to function. These pixels may function as correction pixels.

上記したCMOS型イメージセンサでは、出力画素と補正画素の物理的距離を一定に保つことができるために、画素が配置された位置に関わらず出力画素から補正画素までの垂直信号線の配線抵抗を一定に保つことができる。そのために、画素が配置された位置に関わらず黒化補正レベルを常に一定に保つことが可能となる。   In the above CMOS type image sensor, the physical distance between the output pixel and the correction pixel can be kept constant. Therefore, the wiring resistance of the vertical signal line from the output pixel to the correction pixel is reduced regardless of the position where the pixel is arranged. Can be kept constant. Therefore, it is possible to always keep the blackening correction level constant regardless of the position where the pixel is arranged.

また、上記したCMOS型イメージセンサでは、従前の画素構造と同一の画素構造のまま黒化現象の回避が可能である。なお、出力画素と補正画素の物理的距離を一定に保つという点のみを考慮した場合には、図5で示す様に、画素毎に黒化補正回路150を形成する方法によっても解消すると考えられるものの、画素毎に黒化補正回路150を別途形成した場合には、CMOS型イメージセンサチップの大型化を招いてしまうこととなるために、かかる方法は必ずしも妥当であるとは言い切れない。   Further, in the above CMOS image sensor, it is possible to avoid the blackening phenomenon with the same pixel structure as the conventional pixel structure. If only the point that the physical distance between the output pixel and the correction pixel is kept constant is taken into consideration, it is considered that the problem can also be solved by forming a blackening correction circuit 150 for each pixel as shown in FIG. However, when the blackening correction circuit 150 is separately formed for each pixel, the CMOS type image sensor chip is increased in size, so that this method is not necessarily appropriate.

また、上記したCMOS型イメージセンサでは、光電変換素子1つと、該光電変換素子で得られた電気信号を検出する検出ノード1つと、該検出ノードによって検出された電気信号を出力する出力トランジスタ1つで構成された画素を例としているが、図14で示すように検出ノードに複数の光電変換素子と複数の転送トランジスタを接続して構成された画素を用いても良い。   In the above-described CMOS image sensor, one photoelectric conversion element, one detection node for detecting an electric signal obtained by the photoelectric conversion element, and one output transistor for outputting the electric signal detected by the detection node However, a pixel configured by connecting a plurality of photoelectric conversion elements and a plurality of transfer transistors to the detection node as shown in FIG. 14 may be used.

本発明を適用した固体撮像素子の一例であるCMOS型イメージセンサを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the CMOS type image sensor which is an example of the solid-state image sensor to which this invention is applied. 画素アレイ部を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating a pixel array part. 各パルスのタイミングチャートを示す図である。It is a figure which shows the timing chart of each pulse. 本発明を適用した固体撮像素子の一例であるCMOS型イメージセンサの変形例(1)を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the modification (1) of the CMOS type image sensor which is an example of the solid-state image sensor to which this invention is applied. 本発明を適用した固体撮像素子の一例であるCMOS型イメージセンサの変形例(2)を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the modification (2) of the CMOS type image sensor which is an example of the solid-state image sensor to which this invention is applied. 他の黒化現象の改善方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the improvement method of another blackening phenomenon. CMOS型イメージセンサを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating a CMOS type image sensor. 画素アレイ部を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating a pixel array part. 画素部分の断面構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross-section of a pixel part. 画素の回路動作を説明するための波形図である。It is a wave form chart for explaining circuit operation of a pixel. 黒化現象の発生メカニズムを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the generation | occurrence | production mechanism of a blackening phenomenon. 黒化現象の発生メカニズムを説明するための波形図である。It is a wave form diagram for demonstrating the generation | occurrence | production mechanism of a blackening phenomenon. 黒化現象を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating a blackening phenomenon. 黒化補正回路を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating a blackening correction circuit. 複数の光電変換素子と複数の転送トランジスタから構成された画素を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the pixel comprised from the some photoelectric conversion element and the some transfer transistor.

符号の説明Explanation of symbols

1 画素
2 画素アレイ部
3 垂直走査回路
4 カラム信号処理部
5 水平信号線
6 水平走査回路
7 データ信号処理部
8 タイミングジェネレータ
11 光電変換素子
12 転送トランジスタ
13 リセットトランジスタ
14 増幅トランジスタ
15 選択トランジスタ
16 FD部
21 転送制御線
22 リセット制御線
23 選択性漁船
26 垂直信号線
27 定電流源
1 pixel 2 pixel array unit 3 vertical scanning circuit 4 column signal processing unit 5 horizontal signal line 6 horizontal scanning circuit 7 data signal processing unit 8 timing generator 11 photoelectric conversion element 12 transfer transistor 13 reset transistor 14 amplification transistor 15 selection transistor 16 FD unit 21 Transfer control line 22 Reset control line 23 Selective fishing boat 26 Vertical signal line 27 Constant current source

Claims (4)

光電変換素子と、該光電変換素子で得られた電気信号を検出する検出ノードと、該検出ノードによって検出された電気信号を出力する出力トランジスタとを有する画素がマトリクス状に配列された画素アレイ部と、
該画素アレイ部の画素列毎に配線された信号線と、
該信号線に定電流を供給する定電流源とを備え、
前記出力トランジスタの一端は前記信号線とスイッチング素子を介して接続され、同出力トランジスタの他端には第1の所定電位が印加され、同出力トランジスタのゲートは前記検出ノードと接続された固体撮像素子において、
前記画素のうち検出ノードによって検出された電気信号を出力する出力画素と同一の前記信号線に接続されると共に、同出力画素から所定距離を隔てた位置に配置された前記画素を補正画素とし、
該補正画素の検出ノードに第2の所定電位が印加されると共に、前記補正画素の出力トランジスタと接続された前記スイッチング素子が導通状態をなす
ことを特徴とする固体撮像素子。
A pixel array unit in which pixels having a photoelectric conversion element, a detection node that detects an electric signal obtained by the photoelectric conversion element, and an output transistor that outputs the electric signal detected by the detection node are arranged in a matrix When,
A signal line wired for each pixel column of the pixel array unit;
A constant current source for supplying a constant current to the signal line,
One end of the output transistor is connected to the signal line through a switching element, a first predetermined potential is applied to the other end of the output transistor, and the gate of the output transistor is connected to the detection node. In the element
The pixel connected to the same signal line as the output pixel that outputs the electrical signal detected by the detection node among the pixels, and the pixel disposed at a predetermined distance from the output pixel is a correction pixel,
A solid-state imaging device, wherein a second predetermined potential is applied to a detection node of the correction pixel, and the switching element connected to the output transistor of the correction pixel is in a conductive state.
光電変換素子と、該光電変換素子で得られた電気信号を検出する検出ノードと、該検出ノードによって検出された電気信号を出力する出力トランジスタとを有する画素がマトリクス状に配列された画素アレイ部と、
該画素アレイ部の画素列毎に配線された信号線と、
該信号線に定電流を供給する定電流源とを備え、
前記出力トランジスタの一端は前記信号線とスイッチング素子を介して接続され、同出力トランジスタの他端には第1の所定電位が印加され、同出力トランジスタのゲートは前記検出ノードと接続された固体撮像素子において、
前記画素のうち検出ノードによって検出された電気信号を出力する出力画素と同一の前記信号線に接続された他の全ての前記画素を補正画素とし、
該補正画素の検出ノードに第2の所定電位が印加されると共に、前記補正画素の出力トランジスタと接続された前記スイッチング素子が導通状態をなす
ことを特徴とする固体撮像素子。
A pixel array unit in which pixels having a photoelectric conversion element, a detection node that detects an electric signal obtained by the photoelectric conversion element, and an output transistor that outputs the electric signal detected by the detection node are arranged in a matrix When,
A signal line wired for each pixel column of the pixel array unit;
A constant current source for supplying a constant current to the signal line,
One end of the output transistor is connected to the signal line through a switching element, a first predetermined potential is applied to the other end of the output transistor, and the gate of the output transistor is connected to the detection node. In the element
Among the pixels, all other pixels connected to the same signal line as an output pixel that outputs an electrical signal detected by a detection node are used as correction pixels,
A solid-state imaging device, wherein a second predetermined potential is applied to a detection node of the correction pixel, and the switching element connected to the output transistor of the correction pixel is in a conductive state.
光電変換素子と、該光電変換素子で得られた電気信号を検出する検出ノードと、該検出ノードによって検出された電気信号を出力する出力トランジスタとを有する画素がマトリクス状に配列された画素アレイ部と、
該画素アレイ部の画素列毎に配線された信号線と、
該信号線に定電流を供給する定電流源とを備え、
前記出力トランジスタの一端は前記信号線とスイッチング素子を介して接続され、同出力トランジスタの他端には第1の所定電位が印加され、同出力トランジスタのゲートは前記検出ノードと接続され、
前記画素のうち検出ノードによって検出された電気信号を出力する出力画素と同一の前記信号線に接続されると共に、同出力画素から所定距離を隔てた位置に配置された前記画素を補正画素とする固体撮像素子の駆動方法であって、
前記出力画素の検出ノードによって検出された電気信号を出力する以前に、前記補正画素の検出ノードに第2の所定電位を印加すると共に前記補正画素の出力トランジスタと接続された前記スイッチング素子を導通状態とする工程を備える
固体撮像素子の駆動方法。
A pixel array unit in which pixels having a photoelectric conversion element, a detection node that detects an electric signal obtained by the photoelectric conversion element, and an output transistor that outputs the electric signal detected by the detection node are arranged in a matrix When,
A signal line wired for each pixel column of the pixel array unit;
A constant current source for supplying a constant current to the signal line,
One end of the output transistor is connected to the signal line via a switching element, a first predetermined potential is applied to the other end of the output transistor, a gate of the output transistor is connected to the detection node,
Among the pixels, the pixel that is connected to the same signal line as the output pixel that outputs the electrical signal detected by the detection node and that is disposed at a predetermined distance from the output pixel is used as a correction pixel. A method for driving a solid-state imaging device,
Before outputting the electrical signal detected by the detection node of the output pixel, a second predetermined potential is applied to the detection node of the correction pixel and the switching element connected to the output transistor of the correction pixel is turned on. A method for driving a solid-state imaging device.
光電変換素子と、該光電変換素子で得られた電気信号を検出する検出ノードと、該検出ノードによって検出された電気信号を出力する出力トランジスタとを有する画素がマトリクス状に配列された画素アレイ部と、
該画素アレイ部の画素列毎に配線された信号線と、
該信号線に定電流を供給する定電流源とを備え、
前記出力トランジスタの一端は前記信号線とスイッチング素子を介して接続され、同出力トランジスタの他端には第1の所定電位が印加され、同出力トランジスタのゲートは前記検出ノードと接続され、
前記画素のうち検出ノードによって検出された電気信号を出力する出力画素と同一の前記信号線に接続される他の全ての前記画素を補正画素とする固体撮像素子の駆動方法であって、
前記出力画素の検出ノードによって検出された電気信号を出力する以前に、前記補正画素の検出ノードに第2の所定電位を印加すると共に前記補正画素の出力トランジスタと接続された前記スイッチング素子を導通状態とする工程を備える
固体撮像素子の駆動方法。
A pixel array unit in which pixels having a photoelectric conversion element, a detection node that detects an electric signal obtained by the photoelectric conversion element, and an output transistor that outputs the electric signal detected by the detection node are arranged in a matrix When,
A signal line wired for each pixel column of the pixel array unit;
A constant current source for supplying a constant current to the signal line,
One end of the output transistor is connected to the signal line via a switching element, a first predetermined potential is applied to the other end of the output transistor, a gate of the output transistor is connected to the detection node,
A driving method of a solid-state imaging device, in which all other pixels connected to the same signal line as an output pixel that outputs an electrical signal detected by a detection node among the pixels are correction pixels,
Before outputting the electrical signal detected by the detection node of the output pixel, a second predetermined potential is applied to the detection node of the correction pixel and the switching element connected to the output transistor of the correction pixel is turned on. A method for driving a solid-state imaging device.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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