JP2010103644A - Solid-state imaging device and method of driving the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging device wherein signal charge storage can be started and terminated simultaneously in all pixel parts without degradation in an S/N of output, and to provide a method of driving the same. <P>SOLUTION: A second reset switch resets signal charges of an amplifying means, and a select switch outputs the reset signal charges of the amplifying means to a signal output line as a first noise component in line sequence of pixel parts, and after a certain time, the select switch outputs the signal charges of the amplifying means as a second noise component in line sequence of pixel parts to a signal output line while a transfer switch is in an off-state. Subtractors (416 and 417) output a difference between the first noise component and the second noise component as a leakage current component. Furthermore, the subtractors subtract a third noise component and the leakage current component from a signal noise mixture component. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等に用いられる固体撮像装置及びその駆動方法に関するものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device used for a video camera, a digital still camera, and the like and a driving method thereof.

近年、高解像度化のため、微細化プロセスを用いた光電変換素子のセルサイズ縮小が精力的に行われる一方、光電変換信号出力が低下すること等から、光電変換信号を増幅して出力することが可能な増幅型の光電変換装置が注目されている。このような増幅型光電変換装置には、MOS型、AMI、CMD、BASIS等がある。   In recent years, in order to increase the resolution, the cell size of photoelectric conversion elements using a miniaturization process has been vigorously reduced, while the photoelectric conversion signal output has decreased, etc., so that the photoelectric conversion signal is amplified and output. Amplification type photoelectric conversion devices that can be used are attracting attention. Such amplification type photoelectric conversion devices include MOS type, AMI, CMD, BASIS and the like.

このうち、MOS型はフォトダイオードで発生した光キャリアをMOSトランジスタのゲート電極に蓄積し、走査回路からの駆動タイミングに従ってその電位変化を出力部へ電荷増幅して出力するものである。近年、このMOS型のうち光電変換部やその周辺回路部を含め全てCMOSプロセスで実現するCMOSセンサが特に注目されている。   Among these, the MOS type stores light carriers generated in the photodiode in the gate electrode of the MOS transistor, and amplifies the potential change to the output unit according to the drive timing from the scanning circuit and outputs it. In recent years, CMOS sensors that are realized by a CMOS process, including the photoelectric conversion portion and its peripheral circuit portion, of the MOS type have attracted particular attention.

CMOSセンサは画素内の電荷増幅アンプで信号電荷を増幅し、電圧として、読み出す。2次元画像情報を光電変換するエリア型CMOSセンサの場合、下記の特許文献1で提案されているように1行ずつ順次、水平方向の画素群を同時に、読み出す。しかしながら、特許文献1の方式では、光信号により生成されたフォトダイオードの蓄積電荷がソースフォロワ増幅回路の入力ノードであるフローティンディフュージョン容量に転送されると、次の信号電荷蓄積が開始される。これにより、各行毎に信号蓄積開始、終了のタイミングがずれてしまう。そのため、撮像する被写体が速い動きをしている場合には、被写体の形状が歪んで撮影されたり、蛍光灯のフリッカが画像に現れる場合があった。   The CMOS sensor amplifies the signal charge with a charge amplification amplifier in the pixel and reads it as a voltage. In the case of an area-type CMOS sensor that photoelectrically converts two-dimensional image information, a horizontal pixel group is simultaneously read out row by row as proposed in Patent Document 1 below. However, in the method of Patent Document 1, when the accumulated charge of the photodiode generated by the optical signal is transferred to the floatin diffusion capacitor that is the input node of the source follower amplifier circuit, the next signal charge accumulation is started. As a result, the signal accumulation start and end timings are shifted for each row. For this reason, when the subject to be imaged moves fast, the shape of the subject may be distorted, or flicker of a fluorescent lamp may appear in the image.

この課題を解決する方式として、下記の特許文献2では、フォトダイオードに、独立制御できるリセットスイッチを設けている。エリア状に形成された全フォトダイオードを、同時に一括リセットし、所定の時間、信号電荷を蓄積し、全画素一括で、フローティングディフュージョン容量に転送後、1行ずつ順次、読み出す方式により、蓄積タイミングが、ずれてしまう問題を解消する。   As a method for solving this problem, in Patent Document 2 below, a reset switch that can be independently controlled is provided in a photodiode. All photodiodes formed in an area are simultaneously reset, accumulated signal charges for a predetermined time, transferred to the floating diffusion capacitor in a batch for all pixels, and then sequentially read out one row at a time. To solve the problem of shifting.

特開平11−274454号公報JP-A-11-274454 特開2005−65184号公報JP 2005-65184 A

ところが、特許文献2に記載の読み出し方式においては、フローティングディフュージョン容量に、リーク電流がある為、保持時間の長い行の信号電荷は、このリーク電流分のノイズが、時間に比例して増加し、重畳されるという問題がある。リーク電流の原因は、遮光が不充分であるために生じる光リーク及び半導体PN接合のリークである。この為、読み出しの遅い行程、ノイズ重畳量が大きくなり、出力のSN比が低下し、画像が著しく劣化する。   However, in the readout method described in Patent Document 2, since there is a leakage current in the floating diffusion capacitor, the signal charge in a row having a long holding time has a noise corresponding to the leakage current increasing in proportion to the time. There is a problem of being superimposed. The cause of the leakage current is light leakage caused by insufficient light shielding and leakage of the semiconductor PN junction. For this reason, the process of slow reading and the amount of superimposed noise increase, the SN ratio of the output decreases, and the image deteriorates significantly.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、出力のSN比が劣化することなく、全画素部の信号電荷の蓄積開始及び終了のタイミングを同時に行うことが可能な固体撮像装置及びその駆動方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to simultaneously perform the start and end timings of signal charge accumulation in all the pixel portions without deteriorating the SN ratio of the output. To provide a solid-state imaging device and a driving method thereof.

本発明の固体撮像装置は、光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換手段と、前記光電変換手段に蓄積された信号電荷をリセットする第1のリセットスイッチと、前記光電変換手段の信号電荷を転送する転送スイッチと、前記転送スイッチにより転送された信号電荷を増幅する増幅手段と、前記増幅手段の信号電荷をリセットする第2のリセットスイッチと、前記増幅手段により増幅された信号電荷を選択して信号出力線に出力する選択スイッチとを含む2次元配列された画素部とを有し、前記第2のリセットスイッチが前記増幅手段の信号電荷をリセットし、前記選択スイッチが前記リセットされた増幅手段の信号電荷を第1のノイズ成分として前記画素部の行順次で前記信号出力線に出力し、一定期間経過後、前記転送スイッチがオフの状態で、前記選択スイッチが前記増幅手段の信号電荷を第2のノイズ成分として前記画素部の行順次で前記信号出力線に出力し、さらに、前記第1のノイズ成分と前記第2のノイズ成分との差分をリーク電流成分として出力する引き算器を有し、前記第2のノイズ成分を出力後、すべての前記画素部の前記第1のリセットスイッチが前記光電変換手段の信号電荷を同時にリセットし、その後、前記第2のリセットスイッチが前記増幅手段の信号電荷をリセットし、前記選択スイッチが前記リセットされた増幅手段の信号電荷を第3のノイズ成分として前記画素部の行順次で前記信号出力線に出力し、蓄積期間経過後、すべての前記画素部の前記転送スイッチが前記光電変換手段の信号電荷を同時に転送し、前記選択スイッチが前記増幅手段の信号電荷を信号ノイズ混合成分として前記画素部の行順次で前記信号出力線に出力し、前記引き算器は、前記信号ノイズ混合成分から前記第3のノイズ成分及び前記リーク電流成分を引き算することを特徴とする。   The solid-state imaging device according to the present invention includes a photoelectric conversion unit that converts light into signal charge and stores it, a first reset switch that resets the signal charge stored in the photoelectric conversion unit, and a signal charge of the photoelectric conversion unit. A transfer switch for transferring the signal, amplifying means for amplifying the signal charge transferred by the transfer switch, a second reset switch for resetting the signal charge of the amplifying means, and the signal charge amplified by the amplifying means And a selection switch for outputting to the signal output line, and the second reset switch resets the signal charge of the amplification means, and the selection switch is reset. The signal charge of the amplifying means is output to the signal output line in the row order of the pixel portion as a first noise component, and after a certain period of time, the transfer switch is turned off. The selection switch outputs the signal charge of the amplifying unit as a second noise component to the signal output line in a row order of the pixel unit, and further, the first noise component and the second noise component And a subtractor that outputs the difference as a leakage current component, and after outputting the second noise component, the first reset switches of all the pixel units simultaneously reset the signal charges of the photoelectric conversion means. Then, the second reset switch resets the signal charge of the amplifying unit, and the selection switch outputs the signal in the row order of the pixel unit using the reset signal charge of the amplifying unit as a third noise component. After the accumulation period has elapsed, the transfer switches of all the pixel units simultaneously transfer the signal charges of the photoelectric conversion means, and the selection switch The signal charge is output to the signal output line in the row order of the pixel unit as a signal noise mixed component, and the subtractor subtracts the third noise component and the leakage current component from the signal noise mixed component. Features.

また、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換手段と、前記光電変換手段に蓄積された信号電荷をリセットする第1のリセットスイッチと、前記光電変換手段の信号電荷を転送する転送スイッチと、前記転送スイッチにより転送された信号電荷を増幅する増幅手段と、前記増幅手段の信号電荷をリセットする第2のリセットスイッチと、前記増幅手段により増幅された信号電荷を選択して信号出力線に出力する選択スイッチとを含む2次元配列された画素部とを有する固体撮像装置の駆動方法であって、前記第2のリセットスイッチが前記増幅手段の信号電荷をリセットし、前記選択スイッチが前記リセットされた増幅手段の信号電荷を第1のノイズ成分として前記画素部の行順次で前記信号出力線に出力するステップと、一定期間経過後、前記転送スイッチがオフの状態で、前記選択スイッチが前記増幅手段の信号電荷を第2のノイズ成分として前記画素部の行順次で前記信号出力線に出力するステップと、前記第1のノイズ成分と前記第2のノイズ成分との差分をリーク電流成分として出力するステップと、前記第2のノイズ成分を出力後、すべての前記画素部の前記第1のリセットスイッチが前記光電変換手段の信号電荷を同時にリセットするステップと、その後、前記第2のリセットスイッチが前記増幅手段の信号電荷をリセットし、前記選択スイッチが前記リセットされた増幅手段の信号電荷を第3のノイズ成分として前記画素部の行順次で前記信号出力線に出力するステップと、蓄積期間経過後、すべての前記画素部の前記転送スイッチが前記光電変換手段の信号電荷を同時に転送し、前記選択スイッチが前記増幅手段の信号電荷を信号ノイズ混合成分として前記画素部の行順次で前記信号出力線に出力するステップと、前記信号ノイズ混合成分から前記第3のノイズ成分及び前記リーク電流成分を引き算するステップとを有することを特徴とする。   The solid-state imaging device driving method according to the present invention includes a photoelectric conversion unit that converts light into signal charges and stores the photoelectric conversion unit, a first reset switch that resets the signal charges stored in the photoelectric conversion unit, and the photoelectric conversion unit. A transfer switch for transferring the signal charge of the conversion means, an amplification means for amplifying the signal charge transferred by the transfer switch, a second reset switch for resetting the signal charge of the amplification means, and amplified by the amplification means A solid-state imaging device having a two-dimensionally arranged pixel unit including a selection switch that selects a signal charge and outputs the selected signal charge to a signal output line, wherein the second reset switch is a signal of the amplifying unit. The charge is reset, and the selection switch uses the reset signal charge of the amplifying means as a first noise component to the signal output line in the row order of the pixel portion. And when the transfer switch is off after a certain period of time, the selection switch outputs the signal charge of the amplifying means to the signal output line in the row order of the pixel portion as a second noise component. And a step of outputting a difference between the first noise component and the second noise component as a leakage current component, and outputting the second noise component, and then the first reset of all the pixel units A step of simultaneously resetting the signal charge of the photoelectric conversion means by the switch; and thereafter, the second reset switch resets the signal charge of the amplification means, and the selection switch resets the signal charge of the amplified means. Output to the signal output line in the row order of the pixel unit as a noise component of 3, and the transfer of all the pixel units after the accumulation period has elapsed The switch simultaneously transfers the signal charge of the photoelectric conversion means, and the selection switch outputs the signal charge of the amplification means to the signal output line in the row order of the pixel unit as a signal noise mixed component; Subtracting the third noise component and the leakage current component from the mixed component.

リーク電流成分を除去し、全画素部について同時に信号電荷を蓄積開始及び終了することができ、動いている被写体を撮像しても、歪みのない高画質の画像を得ることができる。   Leakage current components can be removed, signal charge can be started and stopped simultaneously for all pixel portions, and even when a moving subject is imaged, a high-quality image without distortion can be obtained.

以下、本発明について、その実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態による固体撮像装置を示す等価回路図である。406は水平シフトレジスタである。407は垂直シフトレジスタである。408は共通信号出力線415へ信号を転送するための転送スイッチである。408_1、408_2、408_3は水平シフトレジスタ406から転送スイッチ408へ供給される駆動パルスである。409は定電流源である。410は出力アンプである。411は出力である。412はAD(アナログデジタル)コンバータである。413は信号蓄積部である。414は第1のフレームメモリである。415は第2のフレームメモリである。416は第1の引き算器である。417は第2の引き算器である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. Reference numeral 406 denotes a horizontal shift register. Reference numeral 407 denotes a vertical shift register. Reference numeral 408 denotes a transfer switch for transferring a signal to the common signal output line 415. Reference numerals 408_1, 408_2, and 408_3 denote drive pulses supplied from the horizontal shift register 406 to the transfer switch 408. Reference numeral 409 denotes a constant current source. Reference numeral 410 denotes an output amplifier. Reference numeral 411 denotes an output. Reference numeral 412 denotes an AD (analog-digital) converter. Reference numeral 413 denotes a signal storage unit. Reference numeral 414 denotes a first frame memory. Reference numeral 415 denotes a second frame memory. Reference numeral 416 denotes a first subtractor. Reference numeral 417 denotes a second subtractor.

また、401はPD(フォトダイオード)リセット線である。402は転送スイッチ線である。403_1,403_2,403_3はリセットスイッチ線である。以下、リセットスイッチ線403_1,403_2,403_3の個々又は総称をリセットスイッチ線403という。404_1,404_2,404_3は選択スイッチ線である。以下、選択スイッチ線404_1,404_2,404_3の個々又は総称を選択スイッチ線404という。405_1,405_2,405_3は信号出力線である。以下、信号出力線405_1,405_2,405_3の個々又は総称を信号出力線405という。   Reference numeral 401 denotes a PD (photodiode) reset line. Reference numeral 402 denotes a transfer switch line. Reference numerals 403_1, 403_2, and 403_3 denote reset switch lines. Hereinafter, the individual or generic name of the reset switch lines 403_1, 403_2, and 403_3 is referred to as a reset switch line 403. Reference numerals 404_1, 404_2, and 404_3 denote selection switch lines. Hereinafter, individual or generic names of the selection switch lines 404_1, 404_2, and 404_3 are referred to as selection switch lines 404. Reference numerals 405_1, 405_2, and 405_3 denote signal output lines. Hereinafter, the individual or generic name of the signal output lines 405_1, 405_2, and 405_3 is referred to as a signal output line 405.

P1_1,P1_2,P1_3は、1行目を構成する画素部である。P2_1,P2_2,P2_3は、2行目を構成する画素部である。P3_1,P3_2,P3_3は、3行目を構成する画素部である。なお、図1では簡単のため画素部を3行3列としているが、実際には画素部の数はもっと多い。   P1_1, P1_2, and P1_3 are pixel portions constituting the first row. P2_1, P2_2, and P2_3 are pixel portions constituting the second row. P3_1, P3_2, and P3_3 are pixel portions constituting the third row. In FIG. 1, for simplicity, the pixel portion has three rows and three columns. However, the number of pixel portions is actually larger.

図2は、図1の画素部をより詳細に説明する図である。図中、PDはフォトダイオード(光電変換手段)であり、光電変換により画素信号を生成及び蓄積する。Q101はMOS電界効果トランジスタ(以下、MOSトランジスタという)から成る転送スイッチである。Q102はフローティングディフュージョン容量をリセットするためのMOSトランジスタから成るリセットスイッチ(第2のリセットスイッチ)である。Q104は読み出し画素部を選択するためのMOSトランジスタから成る選択スイッチである。Q103はフローティングディフュージョン容量がゲートに接続され、ソースが選択スイッチQ104のドレインに接続されたソースフォロワの入力MOSトランジスタ(増幅手段)である。Q105はフォトダイオードPDをリセットするためのMOSトランジスタから成るPDリセットスイッチ(第1のリセットスイッチ)である。   FIG. 2 is a diagram for explaining the pixel portion of FIG. 1 in more detail. In the figure, PD is a photodiode (photoelectric conversion means), which generates and accumulates pixel signals by photoelectric conversion. Q101 is a transfer switch composed of a MOS field effect transistor (hereinafter referred to as a MOS transistor). Q102 is a reset switch (second reset switch) composed of a MOS transistor for resetting the floating diffusion capacitor. Q104 is a selection switch composed of a MOS transistor for selecting a readout pixel portion. Q103 is a source follower input MOS transistor (amplifying means) having a floating diffusion capacitor connected to the gate and a source connected to the drain of the selection switch Q104. Q105 is a PD reset switch (first reset switch) composed of a MOS transistor for resetting the photodiode PD.

また、101はPDリセットスイッチQ105を駆動するPDリセットスイッチ線である。102は転送スイッチQ101を駆動する転送スイッチ線である。103はリセットスイッチQ102を駆動するリセットスイッチ線である。104は選択スイッチQ104を駆動する選択スイッチ線である。105は画素部の信号を読み出す信号出力線である。   Reference numeral 101 denotes a PD reset switch line for driving the PD reset switch Q105. A transfer switch line 102 drives the transfer switch Q101. Reference numeral 103 denotes a reset switch line for driving the reset switch Q102. A selection switch line 104 drives the selection switch Q104. Reference numeral 105 denotes a signal output line for reading out signals from the pixel portion.

図1のPDリセット線401は、図2のPDリセット線101に対応している。図1の転送スイッチ線402は、図2の転送スイッチ線102に対応している。図1のリセットスイッチ線403は、図2のリセットスイッチ線103に対応している。図1の選択スイッチ線404は、図2の選択スイッチ線104に対応している。図1の信号出力線405は、図2の信号出力線105に対応している。   The PD reset line 401 in FIG. 1 corresponds to the PD reset line 101 in FIG. The transfer switch line 402 in FIG. 1 corresponds to the transfer switch line 102 in FIG. The reset switch line 403 in FIG. 1 corresponds to the reset switch line 103 in FIG. The selection switch line 404 in FIG. 1 corresponds to the selection switch line 104 in FIG. The signal output line 405 in FIG. 1 corresponds to the signal output line 105 in FIG.

次に、画素部の動作について説明する。まず、リセット動作と行選択を行う。リセット動作は、リセットスイッチ線103の駆動によりリセットスイッチQ102をオンすることでソースフォロワの入力MOSトランジスタQ103のゲートにリセット電圧を入力する動作である。行選択は、選択スイッチ線104の駆動に従い選択スイッチQ104のオンによる選択である。次に、ソースフォロワの入力MOSトランジスタQ103のゲートに接続されたフローティングディフュージョン容量をフローティングにする。これにより、リセットノイズ及びソースフォロワの入力MOSトランジスタQ103の閾値電圧ばらつき等の固定パターンノイズからなるノイズ成分の信号の読み出しを行う。   Next, the operation of the pixel portion will be described. First, reset operation and row selection are performed. The reset operation is an operation of inputting a reset voltage to the gate of the input MOS transistor Q103 of the source follower by turning on the reset switch Q102 by driving the reset switch line 103. The row selection is a selection by turning on the selection switch Q104 in accordance with the drive of the selection switch line 104. Next, the floating diffusion capacitor connected to the gate of the input MOS transistor Q103 of the source follower is made floating. Thereby, a signal of a noise component composed of fixed pattern noise such as reset noise and threshold voltage variation of the input MOS transistor Q103 of the source follower is read.

更に、PDリセットスイッチ線101の駆動によりPDリセットスイッチQ105をオンすることでフォトダイオードPDをリセットし、フォトダイオードPDの電荷蓄積を開始する。所望の蓄積時間が経過すると、転送スイッチQ101をオンし、光信号により生成されたフォトダイオードPDの蓄積電荷をソースフォロワの入力MOSトランジスタQ103のゲートに転送し、前述のノイズ成分と光信号成分の和の信号を読み出す。その後、和の信号とノイズ成分の信号との差分をとることでリセットノイズ及び固定パターンノイズを除去して、光信号成分を取り出すことでSN比の高い画像信号が得られる。   Further, by turning on the PD reset switch Q105 by driving the PD reset switch line 101, the photodiode PD is reset, and charge accumulation of the photodiode PD is started. When the desired accumulation time has elapsed, the transfer switch Q101 is turned on, the accumulated charge of the photodiode PD generated by the optical signal is transferred to the gate of the input MOS transistor Q103 of the source follower, and the noise component and the optical signal component described above are transferred. Read the sum signal. Thereafter, the difference between the sum signal and the noise component signal is taken to remove the reset noise and fixed pattern noise, and the optical signal component is taken out to obtain an image signal with a high S / N ratio.

本実施形態の構成によれば、フォトダイオードPDへの信号電荷の蓄積開始と、フォトダイオードPDからソースフォロワの入力MOSトランジスタQ103のゲートへの蓄積電荷の転送とを独立に制御できる。   According to the configuration of this embodiment, the start of signal charge accumulation in the photodiode PD and the transfer of accumulated charge from the photodiode PD to the gate of the input MOS transistor Q103 of the source follower can be controlled independently.

次に、本実施形態の固体撮像装置の駆動方法を図3及び図4のタイミング図を用いて説明する。本実施形態では、全画素部のフォトダイオードPDを、同じタイミングで、リセット後、入射光を光電変換し、全画素部一括して、フローティングディフュージョン容量に転送し、保持する。そして、1行目から順次、読み出して行く。図3は、フローティングディフュージョン容量で信号電荷を保持している間に、混入するリーク電流成分を事前に計測する方式を説明するタイミング図である。   Next, a driving method of the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described with reference to timing charts of FIGS. In the present embodiment, after resetting the photodiodes PD in all the pixel portions at the same timing, the incident light is photoelectrically converted, and all the pixel portions are collectively transferred to and held in the floating diffusion capacitor. Then, reading is performed sequentially from the first line. FIG. 3 is a timing diagram for explaining a method of measuring in advance a leak current component that is mixed while a signal charge is held in the floating diffusion capacitor.

まず、読み出しに先立ち、全行のPDリセットスイッチ線401をハイレベル、全行の転送スイッチ線402をロウレベル、全行のリセットスイッチ線403をハイレベルとする。そして、PDリセットスイッチQ105及びリセットスイッチQ102をオンし、転送スイッチQ101をオフする。これにより、全画素部のフォトダイオードPDとソースフォロワの入力MOSトランジスタQ103のゲートのフローティングディフュージョン容量をリセット状態とする。PDリセットスイッチ線401、転送スイッチ線402、リセットスイッチ線403、選択スイッチ線404は垂直シフトレジスタ407によって駆動される。   First, prior to reading, PD reset switch lines 401 in all rows are set to a high level, transfer switch lines 402 in all rows are set to a low level, and reset switch lines 403 in all rows are set to a high level. Then, the PD reset switch Q105 and the reset switch Q102 are turned on, and the transfer switch Q101 is turned off. As a result, the floating diffusion capacitors at the gates of the photodiodes PD of all the pixel portions and the input MOS transistor Q103 of the source follower are reset. The PD reset switch line 401, the transfer switch line 402, the reset switch line 403, and the selection switch line 404 are driven by the vertical shift register 407.

次に、図3に示すように1行目のリセットスイッチ線403_1(403_2は2行目、403_3は3行目のリセットスイッチ線)をロウレベルとし、1行目のリセットスイッチQ102をオフする。これにより、ソースフォロワの入力MOSトランジスタQ103のゲートのフローティングディフュージョン容量をフローティングにする。その後、1行目の選択スイッチ線404_1(図3の404_2は2行目、404_3は3行目の選択スイッチ線)をハイレベルとし、1行目の選択スイッチQ104をオンして行選択を行う。これにより、リセットノイズ及びソースフォロワ入力MOSトランジスタQ103の閾値電圧ばらつき等の固定パターンノイズからなる第1のノイズ成分を信号蓄積部413に読み出す。   Next, as shown in FIG. 3, the first row reset switch line 403_1 (403_2 is the second row and 403_3 is the third row reset switch line) is set to the low level, and the first row reset switch Q102 is turned off. As a result, the floating diffusion capacitance at the gate of the input MOS transistor Q103 of the source follower is made floating. Thereafter, the selection switch line 404_1 of the first row (404_2 in FIG. 3 is the second row and 404_3 is the selection switch line of the third row) is set to the high level, and the selection switch Q104 of the first row is turned on to perform row selection. . As a result, the first noise component including the fixed pattern noise such as the reset noise and the threshold voltage variation of the source follower input MOS transistor Q103 is read out to the signal storage unit 413.

ここで、重要なことは、第1のノイズ成分の読み出しが終了しても、リセットスイッチQ102は、オフ状態のまま、次に、この行が読み出されるまで、ソースフォロワの入力MOSトランジスタQ103のゲートをフローティングにしておく事である。こうする事で、フローティングディフュージョン容量が、信号電荷を保持する信号保持時間と同じ時間、フローティングになる為、信号保持時間に発生するリーク電流からなるノイズ成分を、事前に、計測でき、第1のノイズ成分の除去が可能となる。   Here, it is important that the gate of the input MOS transistor Q103 of the source follower is maintained until the reset switch Q102 is turned off and then this row is read after the first noise component is read. Is to keep it floating. By doing this, the floating diffusion capacitor becomes floating for the same time as the signal holding time for holding the signal charge. Therefore, it is possible to measure in advance the noise component consisting of the leakage current that occurs during the signal holding time. Noise components can be removed.

次いで、図3に示すように水平シフトレジスタ406からの駆動パルス408_1〜408_3を順次ハイレベルとし、MOSトランジスタの転送スイッチ408を順次オンすることでアンプ410を介して出力411に1行目の第1のノイズ成分を順次読み出す。読み出されたノイズ成分はAD(Analog to Digital)コンバータ412によりAD変換され、データバス418を介して、第1のフレームメモリ414に保持される。2行目以降についても図3に示すように同様に読み出され、全画素部の第1のノイズ成分が第1のフレームメモリ414に保持される。   Next, as shown in FIG. 3, the drive pulses 408_1 to 408_3 from the horizontal shift register 406 are sequentially set to the high level, and the transfer switches 408 of the MOS transistors are sequentially turned on, whereby the output 411 of the first row is output to the output 411 via the amplifier 410. 1 noise components are sequentially read out. The read noise component is AD converted by an AD (Analog to Digital) converter 412 and held in the first frame memory 414 via the data bus 418. The second and subsequent rows are similarly read out as shown in FIG. 3, and the first noise components of all the pixel portions are held in the first frame memory 414.

最終行である3行目の読み出し動作が終了した時点(図3のA点)で、再度、1行目から3行目まで、読み出す。1行目の読み出し動作について、説明する。1行目の選択スイッチ線404_1をハイレベルとし、1行目の選択スイッチQ104をオンして行選択を行い、第1のノイズ成分とフローティングディフュージョン容量のリーク電流の和からなる第2のノイズ成分を、信号蓄積部413に読み出す。   When the reading operation of the third row, which is the last row, is completed (point A in FIG. 3), the first to third rows are read again. The read operation for the first row will be described. The selection switch line 404_1 of the first row is set to the high level, the selection switch Q104 of the first row is turned on to perform row selection, and the second noise component consisting of the sum of the first noise component and the leakage current of the floating diffusion capacitor Is read out to the signal storage unit 413.

次いで、図3に示すように水平シフトレジスタ406からの駆動パルス408_1〜408_3を順次ハイレベルとし、MOSトランジスタの転送スイッチ408を順次オンすることでアンプ410を介して出力411に1行目の第2のノイズ成分を順次読み出す。読み出されたノイズ成分はADコンバータ412によりAD変換され、データバス418を介して、第2のフレームメモリ415に保持される。2行目以降についても図3に示すように同様に読み出され、全画素部の第2のノイズ成分が第2のフレームメモリ415に保持される。   Next, as shown in FIG. 3, the drive pulses 408_1 to 408_3 from the horizontal shift register 406 are sequentially set to the high level, and the transfer switches 408 of the MOS transistors are sequentially turned on, whereby the output 411 of the first row is output to the output 411 via the amplifier 410. The two noise components are sequentially read out. The read noise component is AD converted by the AD converter 412 and held in the second frame memory 415 via the data bus 418. The second and subsequent rows are similarly read out as shown in FIG. 3, and the second noise components of all the pixel portions are held in the second frame memory 415.

次に、第2のフレームメモリ415に記録された第2のノイズ成分から、第1のフレームメモリ414に記録された第1のノイズ成分を引く事で、上記のフローティングディフュージョン容量のリーク電流成分のみを算出し、第2のフレームメモリ415に記憶する。この演算の具体的な方式を以下に説明する。まず、図2の画素部P1_1のリーク電流成分を算出する方式について説明する。   Next, only the leakage current component of the floating diffusion capacitor is obtained by subtracting the first noise component recorded in the first frame memory 414 from the second noise component recorded in the second frame memory 415. Is calculated and stored in the second frame memory 415. A specific method of this calculation will be described below. First, a method for calculating the leakage current component of the pixel portion P1_1 in FIG. 2 will be described.

画素部P1_1の第1のノイズ成分が記録されている第1のフレームメモリ414のアドレスにアクセスし、画素部P1_1の第1のノイズ成分データを、データバス418を介して読み出し、引き算器416の−入力端子にセットする。次に、画素部P1_1の第2のノイズ成分が記録されている第2のフレームメモリ415のアドレスにアクセスし、画素部P1_1の第2のノイズ成分を、データバス418を介して読み出し、引き算器416の+入力端子にセットする。次に、引き算器416を動作させ、+入力端子にセットされた第2のノイズ成分から、−入力端子にセットされた第1のノイズ成分を引き、フローティングディフュージョン容量のリーク電流成分を計算し、第2のフレームメモリ415に記録する。この演算を、図2の画素部P1_2〜P1_3,P2_1〜P2_3,P3_1〜P3_3に対して行い、全画素部のフローティングディフュージョン容量のリーク電流成分を計算し、第2のフレームメモリ415に記録する。   The address of the first frame memory 414 in which the first noise component of the pixel unit P1_1 is recorded is accessed, the first noise component data of the pixel unit P1_1 is read out via the data bus 418, and the subtractor 416 -Set to the input terminal. Next, the address of the second frame memory 415 in which the second noise component of the pixel unit P1_1 is recorded is accessed, the second noise component of the pixel unit P1_1 is read out via the data bus 418, and the subtractor Set to the 416 + input terminal. Next, the subtractor 416 is operated, the first noise component set at the −input terminal is subtracted from the second noise component set at the + input terminal, and the leakage current component of the floating diffusion capacitance is calculated. Record in the second frame memory 415. This calculation is performed on the pixel portions P1_2 to P1_3, P2_1 to P2_3, and P3_1 to P3_3 in FIG. 2 to calculate the leakage current components of the floating diffusion capacitors of all the pixel portions and record them in the second frame memory 415.

この処理により、全画素部のフォトダイオードPDで、発生した信号電荷を、一括してフローティングディフュージョン容量に転送し、保持した場合に混入するリーク電流成分を、事前に計測し、第2のフレームメモリ415に記録しておく事が出来る。   By this processing, the signal charges generated by the photodiodes PD of all the pixel portions are transferred to the floating diffusion capacitor at once, and a leakage current component mixed when held is held in advance, and the second frame memory is measured. 415 can be recorded.

次に、図4を用いて、蓄積された信号電荷を全画素部一括でフローティングディフュージョン容量に転送し、その後順次読み出すと同時に、事前に計測されたリーク電流成分を、読み出された信号成分から差し引く動作を説明する。   Next, using FIG. 4, the accumulated signal charge is transferred to the floating diffusion capacitor in a batch for all pixel units, and then sequentially read, and at the same time, the leak current component measured in advance is calculated from the read signal component. The subtraction operation will be described.

まず、信号電荷蓄積動作に先立ち、全行のPDリセットスイッチ線401をハイレベル、全行の転送スイッチ線402をロウレベル、全行のリセットスイッチ線403をハイレベルとする。そして、PDリセットスイッチQ105及びリセットスイッチQ102をオンし、転送スイッチQ101をオフする。これにより、全画素部のフォトダイオードPDとソースフォロワの入力MOSトランジスタQ103のゲートのフローティングディフュージョン容量をリセット状態とする。PDリセットスイッチ線401、転送スイッチ線402、リセットスイッチ線403、選択スイッチ線404は垂直シフトレジスタ407によって駆動される。   First, prior to the signal charge accumulation operation, the PD reset switch lines 401 in all rows are set to high level, the transfer switch lines 402 in all rows are set to low level, and the reset switch lines 403 in all rows are set to high level. Then, the PD reset switch Q105 and the reset switch Q102 are turned on, and the transfer switch Q101 is turned off. As a result, the floating diffusion capacitors at the gates of the photodiodes PD of all the pixel portions and the input MOS transistor Q103 of the source follower are reset. The PD reset switch line 401, the transfer switch line 402, the reset switch line 403, and the selection switch line 404 are driven by the vertical shift register 407.

次に、図4に示すように全行のPDリセットスイッチ線401をロウレベルとし、PDリセットスイッチQ105をオフすることでフォトダイオードPDにより光電変換された信号電荷の蓄積を開始する(図4のA点)。所望の蓄積時間が経過すると、全行の転送スイッチ線402のハイレベル駆動により転送スイッチQ101をオンにする。これにより、フォトダイオードPDの蓄積電荷をソースフォロワの入力MOSトランジスタQ103のゲートのフローティングディフュージョン容量に転送する(図4のB点)。図4の矢印で示す範囲が、蓄積期間となる。   Next, as shown in FIG. 4, the PD reset switch lines 401 of all rows are set to the low level, and the PD reset switch Q105 is turned off to start accumulation of signal charges photoelectrically converted by the photodiode PD (A in FIG. 4). point). When a desired accumulation time has elapsed, the transfer switch Q101 is turned on by high-level driving of the transfer switch lines 402 of all rows. As a result, the charge accumulated in the photodiode PD is transferred to the floating diffusion capacitance at the gate of the input MOS transistor Q103 of the source follower (point B in FIG. 4). The range indicated by the arrow in FIG. 4 is the accumulation period.

次に、信号電荷のフローティングディフュージョン容量転送(図4のB点)前に、前述したリセットノイズ及びソースフォロワ入力MOSトランジスタQ103の閾値電圧ばらつき等の固定パターンノイズからなる第1のノイズ成分を読み出す。そして、第1のノイズ成分を第1のフレームメモリ414に記録する。   Next, before the floating diffusion capacitance transfer of the signal charge (point B in FIG. 4), the first noise component consisting of the fixed pattern noise such as the reset noise and the threshold voltage variation of the source follower input MOS transistor Q103 is read. Then, the first noise component is recorded in the first frame memory 414.

図4に示すように1行目のリセットスイッチ線403_1(403_2は2行目、403_3は3行目のリセットスイッチ線)をロウレベルとし、1行目のリセットスイッチQ102をオフする。これにより、ソースフォロワの入力MOSトランジスタQ103のゲートのフローティングディフュージョン容量をフローティングにする。その後、1行目の選択スイッチ線404_1(図3の404_2は2行目、404_3は3行目の選択スイッチ線)をハイレベルとし、1行目の選択スイッチQ104をオンして行選択を行う。これにより、リセットノイズ及びソースフォロワ入力MOSトランジスタQ103の閾値電圧ばらつき等の固定パターンノイズからなる第1のノイズ成分を信号蓄積部413に読み出す。   As shown in FIG. 4, the first row reset switch line 403_1 (403_2 is the second row, 403_3 is the third row reset switch line) is set to the low level, and the first row reset switch Q102 is turned off. As a result, the floating diffusion capacitance at the gate of the input MOS transistor Q103 of the source follower is made floating. Thereafter, the selection switch line 404_1 of the first row (404_2 in FIG. 3 is the second row and 404_3 is the selection switch line of the third row) is set to the high level, and the selection switch Q104 of the first row is turned on to perform row selection. . As a result, the first noise component including the fixed pattern noise such as the reset noise and the threshold voltage variation of the source follower input MOS transistor Q103 is read out to the signal storage unit 413.

次いで、図4に示すように水平シフトレジスタ406からの駆動パルス408_1〜408_3を順次ハイレベルとし、MOSトランジスタの転送スイッチ408を順次オンすることでアンプ410を介して出力411に1行目の第1のノイズ成分を順次読み出す。読み出されたノイズ成分はADコンバータ412によりAD変換され、データバス418を介して、第1のフレームメモリ414に記録される。2行目以降についても図4に示すように同様に読み出され、全画素部の第1のノイズ成分が第1のフレームメモリ414に保持される。   Next, as shown in FIG. 4, the drive pulses 408_1 to 408_3 from the horizontal shift register 406 are sequentially set to the high level, and the MOS transistor transfer switch 408 is sequentially turned on, so that the output 411 of the first row is output to the output 411 via the amplifier 410. 1 noise components are sequentially read out. The read noise component is AD-converted by the AD converter 412 and recorded in the first frame memory 414 via the data bus 418. The second and subsequent rows are similarly read out as shown in FIG. 4, and the first noise components of all the pixel portions are held in the first frame memory 414.

最終行である3行目の読み出し動作が終了した時点で、全行の転送スイッチ線402のハイレベル駆動により転送スイッチQ101をオンする。これにより、フォトダイオードPDの蓄積電荷をソースフォロワの入力MOSトランジスタQ103のゲートのフローティングディフュージョン容量に転送する。転送が終了した時点で、PDリセットスイッチ線401をハイレベルにすることによりPDリセットスイッチQ105をオンにすることでフォトダイオードPDをリセットする。このリセット動作により、フォトダイオードの受光面に入射光があった場合でも、光電変換により発生した電子はフローティングディフュージョン容量に混入する事がなくシリコン基板に排出される。   When the read operation of the third row, which is the last row, is completed, the transfer switch Q101 is turned on by driving the transfer switch lines 402 of all rows at a high level. As a result, the charge stored in the photodiode PD is transferred to the floating diffusion capacitor at the gate of the input MOS transistor Q103 of the source follower. When the transfer is completed, the photodiode PD is reset by turning on the PD reset switch Q105 by setting the PD reset switch line 401 to the high level. With this reset operation, even when incident light is present on the light receiving surface of the photodiode, electrons generated by photoelectric conversion are discharged into the silicon substrate without being mixed into the floating diffusion capacitor.

次に、フローティングディフュージョン容量に保持された全画素部の信号電荷の読み出し動作について説明する。   Next, a signal charge reading operation of all the pixel portions held in the floating diffusion capacitor will be described.

1行目の選択スイッチ線404_1をハイレベルとし、1行目の選択スイッチQ104をオンして行選択を行う。これにより、信号保持時のフローティングディフュージョン容量のリーク電流等からなる第2のノイズ成分及び保持されている信号電荷の和である信号ノイズ混合成分を、信号蓄積部413に読み出す。   The selection switch line 404_1 in the first row is set to the high level, and the selection switch Q104 in the first row is turned on to perform row selection. As a result, the second noise component composed of the leakage current of the floating diffusion capacitor at the time of holding the signal and the signal noise mixed component which is the sum of the held signal charges are read out to the signal storage unit 413.

次いで、図4に示すように水平シフトレジスタ406からの駆動パルス408_1をハイレベルとし、MOSトランジスタの転送スイッチ408をオンすることでアンプ410を介して出力411に1行目の画素部P1_1の信号ノイズ混合成分を読み出す。読み出された信号ノイズ混合成分はADコンバータ412によりAD変換され、データバス418を介して、第1の引き算器416の+入力端子にセットされる。同時に第1のフレームメモリ414に記録されている1行目の画素部P1_1の第1のノイズ成分を、データバス418を介して、読み出し、引き算器416の−入力端子にセットする。   Next, as shown in FIG. 4, the drive pulse 408_1 from the horizontal shift register 406 is set to the high level, and the MOS transistor transfer switch 408 is turned on, whereby the signal of the pixel portion P1_1 in the first row is output to the output 411 via the amplifier 410. Read the noise mixture component. The read signal noise mixed component is AD-converted by the AD converter 412 and set to the + input terminal of the first subtractor 416 via the data bus 418. At the same time, the first noise component of the pixel portion P1_1 in the first row recorded in the first frame memory 414 is read out via the data bus 418 and set to the negative input terminal of the subtractor 416.

次に、引き算器416を動作させ、+入力端子にセットされた信号ノイズ混合成分から、−入力端子にセットされた第1のノイズ成分を引く。   Next, the subtractor 416 is operated to subtract the first noise component set at the − input terminal from the signal noise mixed component set at the + input terminal.

次に、信号ノイズ混合成分から第1のノイズ成分が除去された引き算器416の出力結果を、第2の引き算器417の+入力端子にセットする。同時に第2のフレームメモリ415に記録されている1行目の画素部P1_1のリーク電流成分を、データバス418を介して、読み出し、引き算器417の−入力端子にセットする。   Next, the output result of the subtractor 416 from which the first noise component has been removed from the signal noise mixed component is set to the + input terminal of the second subtractor 417. At the same time, the leakage current component of the pixel portion P1_1 in the first row recorded in the second frame memory 415 is read out via the data bus 418 and set to the negative input terminal of the subtractor 417.

次に、引き算器417を動作させ、+入力端子にセットされた信号ノイズ混合成分から、−入力端子にセットされたリーク電流成分を引く。この一連の処理の結果、信号ノイズ混合成分から第1のノイズ成分とリーク電流成分(信号保持時のフローティングディフュージョン容量のリーク電流)は除去される。ここで、第1のノイズ成分は、リセットノイズ及びソースフォロワの入力MOSトランジスタQ103の閾値電圧ばらつき等の固定パターンノイズである。これにより、フォトダイオードPDで光電変換された信号成分だけが、引き算器417の出力結果となる。   Next, the subtractor 417 is operated to subtract the leak current component set at the − input terminal from the signal noise mixed component set at the + input terminal. As a result of this series of processing, the first noise component and the leakage current component (the leakage current of the floating diffusion capacitor during signal holding) are removed from the signal noise mixed component. Here, the first noise component is fixed pattern noise such as reset noise and threshold voltage variation of the input MOS transistor Q103 of the source follower. Thereby, only the signal component photoelectrically converted by the photodiode PD becomes the output result of the subtractor 417.

以下、同様に、駆動パルス408_2及び408_3を順次ハイレベルとしMOSトランジスタの転送スイッチ408をオンし、1行目の残りの画素部P1_2及びP1_3の信号ノイズ混合成分を読み出し、同様の処理をして、信号成分だけを算出する。2行目以降についても同様に読み出され、高いSN比の画像信号が得られる。   Similarly, the drive pulses 408_2 and 408_3 are sequentially set to the high level to turn on the MOS transistor transfer switch 408, read out the signal noise mixed components of the remaining pixel portions P1_2 and P1_3 in the first row, and performed the same processing. Only the signal component is calculated. The second and subsequent rows are similarly read out, and an image signal with a high S / N ratio is obtained.

上記動作によれば、全行の信号蓄積開始及び終了のタイミングは同時であるので、被写体が速い動きをしている場合でも被写体の形状が歪んで撮影されたり、蛍光灯のフリッカが画像に現れることがなく、良質の画像を撮像することが可能である。   According to the above operation, since the signal accumulation start and end timings of all rows are the same, even if the subject is moving fast, the subject is distorted in shape, or flicker of a fluorescent lamp appears in the image. It is possible to capture a good quality image.

また、蓄積期間以外は全行のPDリセットスイッチ線401がハイレベルにあり全画素部のPDリセットスイッチQ105がオン状態である。そのため、蓄積期間以外の期間に光が入射し蓄積電荷がフォトダイオードPDの飽和電荷量を超えたとしても、溢れ出て隣接するフローティングディフュージョン容量やフォトダイオードPDに混入してしまうブルーミング現象を防止できる。   In addition, the PD reset switch lines 401 in all rows are at the high level except for the accumulation period, and the PD reset switches Q105 in all the pixel portions are on. Therefore, even if light enters during a period other than the accumulation period and the accumulated charge exceeds the saturation charge amount of the photodiode PD, it is possible to prevent a blooming phenomenon that overflows and enters the adjacent floating diffusion capacitor or photodiode PD. .

更に、各行のフローティングディフュージョン容量がフローティングとなっている時間に、発生するリーク電流によるノイズ成分を事前に計測し信号読み出し時に差し引く為、これまで問題であったリーク電流による画質劣化を防止できる。なお、本実施形態では、簡易的に画素部が3行3列の場合を説明したが、これに限るものではない。   Furthermore, since the noise component due to the generated leakage current is measured in advance and subtracted at the time of signal readout during the time when the floating diffusion capacitance of each row is floating, image quality deterioration due to the leakage current, which has been a problem until now, can be prevented. In the present embodiment, the case where the pixel portion has three rows and three columns has been described in a simplified manner, but the present invention is not limited to this.

なお、図1の実施形態では全画素部のノイズ成分を保持するためのフレームメモリ414,415及び信号蓄積部413が必要となる。一方で、全行の信号蓄積開始及び終了のタイミングを同時とすることが必要なモードは、動画を撮像するモードである場合が多い。この場合には、全行を読み出さずに不要な行を間引くことにより、読み出す画素部数を削減しフレームレートを向上させることが可能である。また、不要な行を間引いて読み出す場合には、必要な画素部数分のフレームメモリ414,415及び信号蓄積部413があれば良い。   In the embodiment of FIG. 1, frame memories 414 and 415 and a signal storage unit 413 for holding noise components of all the pixel units are required. On the other hand, a mode in which the signal accumulation start and end timings of all rows need to be made at the same time is often a mode for capturing a moving image. In this case, it is possible to reduce the number of pixel portions to be read and improve the frame rate by thinning out unnecessary rows without reading out all rows. Further, in the case of reading out unnecessary rows by thinning out, it suffices to have as many frame memories 414 and 415 and signal storage units 413 as necessary pixel units.

また、間引き動作において、読み出さない行のPDリセットスイッチ線401やリセットスイッチ線403を常にハイレベルとする。これにより、不要な行のフォトダイオードPDに蓄積された電荷が飽和電荷量を超えたとしても溢れ出て隣接するフローティングディフュージョン容量やフォトダイオードに混入してしまうブルーミング現象を防止できる。   In the thinning-out operation, the PD reset switch line 401 and the reset switch line 403 in the row that is not read are always set to the high level. Thereby, even if the charge accumulated in the photodiodes PD in unnecessary rows exceeds the saturation charge amount, it is possible to prevent a blooming phenomenon that overflows and enters the adjacent floating diffusion capacitors or photodiodes.

以上、説明したように、本実施形態によれば、フローティングディフュージョン容量のリーク電流の影響を受けない同時刻、蓄積動作可能なCMOSセンサが実現でき、動いている被写体を撮像しても、歪のない高画質のCMOSセンサを実現出来る。   As described above, according to the present embodiment, a CMOS sensor capable of accumulating operation at the same time that is not affected by the leakage current of the floating diffusion capacitor can be realized. A high-quality CMOS sensor can be realized.

本実施形態の固体撮像装置において、光電変換手段(フォトダイオード)PDは、光を信号電荷に変換して蓄積する。第1のリセットスイッチ(PDリセットスイッチ)Q105は、光電変換手段PDに蓄積された信号電荷をリセットする。転送スイッチQ101は、光電変換手段PDの信号電荷を転送する。増幅手段(ソースフォロワの入力MOSトランジスタ)Q103は、転送スイッチQ101により転送された信号電荷を増幅する。第2のリセットスイッチQ102は、増幅手段Q103の信号電荷をリセットする。選択スイッチQ104は、増幅手段Q103により増幅された信号電荷を選択して信号出力線105に出力する。画素部P1_1〜P1_3,P2_1〜P2_3,P3_1〜P3_3は、それぞれ光電変換手段PD、第1のリセットスイッチQ105、転送スイッチQ101、増幅手段Q103、第2のリセットスイッチQ102及び選択スイッチQ104を含む。画素部P1_1〜P1_3,P2_1〜P2_3,P3_1〜P3_3は、2次元配列される。   In the solid-state imaging device of this embodiment, the photoelectric conversion means (photodiode) PD converts light into signal charges and accumulates them. The first reset switch (PD reset switch) Q105 resets the signal charge accumulated in the photoelectric conversion means PD. The transfer switch Q101 transfers the signal charge of the photoelectric conversion means PD. The amplifying means (source MOS follower input MOS transistor) Q103 amplifies the signal charge transferred by the transfer switch Q101. The second reset switch Q102 resets the signal charge of the amplifying unit Q103. The selection switch Q104 selects the signal charge amplified by the amplification means Q103 and outputs it to the signal output line 105. The pixel portions P1_1 to P1_3, P2_1 to P2_3, and P3_1 to P3_3 include a photoelectric conversion unit PD, a first reset switch Q105, a transfer switch Q101, an amplification unit Q103, a second reset switch Q102, and a selection switch Q104, respectively. The pixel portions P1_1 to P1_3, P2_1 to P2_3, and P3_1 to P3_3 are two-dimensionally arranged.

図3において、第2のリセットスイッチQ102が増幅手段Q103の信号電荷をリセットし、選択スイッチQ104が前記リセットされた増幅手段Q103の信号電荷を第1のノイズ成分として画素部の行順次で信号出力線105に出力する。   In FIG. 3, the second reset switch Q102 resets the signal charge of the amplification means Q103, and the selection switch Q104 outputs the signal charge of the amplification means Q103 as the first noise component in the row order of the pixel portion. Output to line 105.

一定期間経過後、転送スイッチQ101がオフの状態で、選択スイッチQ104が増幅手段Q103の信号電荷を第2のノイズ成分として画素部の行順次で信号出力線105に出力する。   After a certain period of time has elapsed, the transfer switch Q101 is in an OFF state, and the selection switch Q104 outputs the signal charge of the amplification means Q103 to the signal output line 105 as the second noise component in the row order of the pixel portion.

引き算器416は、第1のノイズ成分と第2のノイズ成分との差分をリーク電流成分として出力する。   The subtractor 416 outputs the difference between the first noise component and the second noise component as a leakage current component.

図4において、第2のノイズ成分を出力後、すべての画素部の第1のリセットスイッチQ105が光電変換手段PDの信号電荷を同時にリセットする。   In FIG. 4, after outputting the second noise component, the first reset switches Q105 of all the pixel portions simultaneously reset the signal charges of the photoelectric conversion means PD.

その後、第2のリセットスイッチQ102が増幅手段Q103の信号電荷をリセットし、選択スイッチQ104が前記リセットされた増幅手段Q103の信号電荷を第3のノイズ成分として画素部の行順次で信号出力線105に出力する。   Thereafter, the second reset switch Q102 resets the signal charge of the amplifying means Q103, and the selection switch Q104 uses the reset signal charge of the amplifying means Q103 as a third noise component in the signal output line 105 in the row order of the pixel portion. Output to.

蓄積期間経過後、すべての画素部の転送スイッチQ101が光電変換手段PDの信号電荷を同時に転送し、選択スイッチQ104が増幅手段Q103の信号電荷を信号ノイズ混合成分として画素部の行順次で信号出力線105に出力する。   After the accumulation period has elapsed, the transfer switches Q101 of all the pixel units simultaneously transfer the signal charges of the photoelectric conversion means PD, and the selection switch Q104 outputs the signal charges of the pixel sections in the row order using the signal charges of the amplification means Q103 as signal noise mixing components. Output to line 105.

引き算器416及び417は、信号ノイズ混合成分から第3のノイズ成分及びリーク電流成分を引き算する。   The subtractors 416 and 417 subtract the third noise component and the leakage current component from the signal noise mixed component.

第1のフレームメモリ414は、信号出力線105に出力された第1のノイズ成分がアナログデジタル変換された成分を記憶する。第2のフレームメモリ415は、信号出力線105に出力された第2のノイズ成分がアナログデジタル変換された成分を記憶する。引き算器416は、第1のフレームメモリ414の第1のノイズ成分と第2のフレームメモリ415の第2のノイズ成分との差分をリーク電流成分として出力する。   The first frame memory 414 stores a component obtained by analog-digital conversion of the first noise component output to the signal output line 105. The second frame memory 415 stores a component obtained by analog-digital conversion of the second noise component output to the signal output line 105. The subtractor 416 outputs a difference between the first noise component of the first frame memory 414 and the second noise component of the second frame memory 415 as a leakage current component.

第1のフレームメモリ414は、第3のノイズ成分を記憶する。第2のフレームメモリ415は、引き算器416が出力するリーク電流成分を記憶する。第1の引き算器416は、信号ノイズ混合成分から第1のフレームメモリ414の第3のノイズ成分を引き算する。第2の引き算器417は、第1の引き算器416の出力から第2のフレームメモリ415のリーク電流成分を引き算する。   The first frame memory 414 stores a third noise component. The second frame memory 415 stores the leak current component output from the subtractor 416. The first subtractor 416 subtracts the third noise component of the first frame memory 414 from the signal noise mixed component. The second subtractor 417 subtracts the leak current component of the second frame memory 415 from the output of the first subtractor 416.

本実施形態によれば、リーク電流成分を除去し、全画素部について同時に信号電荷を蓄積開始及び終了することができ、動いている被写体を撮像しても、歪みのない高画質の画像を得ることができる。   According to the present embodiment, leakage current components can be removed, signal charge accumulation can be started and ended simultaneously for all the pixel portions, and a high-quality image without distortion can be obtained even when a moving subject is imaged. be able to.

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。   The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.

本発明の実施形態による固体撮像装置を示す等価回路図である。1 is an equivalent circuit diagram illustrating a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. 本実施形態の固体撮像装置の画素部を示す等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram which shows the pixel part of the solid-state imaging device of this embodiment. 固体撮像装置の動作を示すタイミング図である。It is a timing diagram which shows operation | movement of a solid-state imaging device. 固体撮像装置の動作を示すタイミング図である。It is a timing diagram which shows operation | movement of a solid-state imaging device.

符号の説明Explanation of symbols

101 PDリセット線
102 転送スイッチ線
103 リセットスイッチ線
104 選択スイッチ線
105 信号出力線
401 PDリセット線
402 転送スイッチ線
403_1,403_2,403_3 リセットスイッチ線
404_1,404_2,404_3 選択スイッチ線
405_1,405_2,405_3 信号出力線
406 水平シフトレジスタ
407 垂直シフトレジスタ
408 転送スイッチ
409 定電流源
410 出力アンプ
411 出力
412 ADコンバータ
413 信号蓄積部
414 第1のフレームメモリ
415 第2のフレームメモリ
416 第1の引き算器
417 第2の引き算器
PD フォトダイオード
Q101 転送スイッチ
Q102 リセットスイッチ
Q103 ソースフォロワの入力MOSトランジスタ
Q104 選択スイッチ
Q105 PDリセットスイッチ
101 PD reset line 102 Transfer switch line 103 Reset switch line 104 Select switch line 105 Signal output line 401 PD reset line 402 Transfer switch line 403_1, 403_2, 403_3 Reset switch line 404_1, 404_2, 404_3 Select switch line 405_1, 405_2, 405_3 Signal Output line 406 Horizontal shift register 407 Vertical shift register 408 Transfer switch 409 Constant current source 410 Output amplifier 411 Output 412 AD converter 413 Signal storage unit 414 First frame memory 415 Second frame memory 416 First subtractor 417 Second Subtractor PD Photodiode Q101 Transfer switch Q102 Reset switch Q103 Source follower input MOS transistor Q104 Select switch 105 PD reset switch

Claims (4)

光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換手段と、
前記光電変換手段に蓄積された信号電荷をリセットする第1のリセットスイッチと、
前記光電変換手段の信号電荷を転送する転送スイッチと、
前記転送スイッチにより転送された信号電荷を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段の信号電荷をリセットする第2のリセットスイッチと、
前記増幅手段により増幅された信号電荷を選択して信号出力線に出力する選択スイッチとを含む2次元配列された画素部とを有し、
前記第2のリセットスイッチが前記増幅手段の信号電荷をリセットし、前記選択スイッチが前記リセットされた増幅手段の信号電荷を第1のノイズ成分として前記画素部の行順次で前記信号出力線に出力し、
一定期間経過後、前記転送スイッチがオフの状態で、前記選択スイッチが前記増幅手段の信号電荷を第2のノイズ成分として前記画素部の行順次で前記信号出力線に出力し、
さらに、前記第1のノイズ成分と前記第2のノイズ成分との差分をリーク電流成分として出力する引き算器を有し、
前記第2のノイズ成分を出力後、すべての前記画素部の前記第1のリセットスイッチが前記光電変換手段の信号電荷を同時にリセットし、
その後、前記第2のリセットスイッチが前記増幅手段の信号電荷をリセットし、前記選択スイッチが前記リセットされた増幅手段の信号電荷を第3のノイズ成分として前記画素部の行順次で前記信号出力線に出力し、
蓄積期間経過後、すべての前記画素部の前記転送スイッチが前記光電変換手段の信号電荷を同時に転送し、前記選択スイッチが前記増幅手段の信号電荷を信号ノイズ混合成分として前記画素部の行順次で前記信号出力線に出力し、
前記引き算器は、前記信号ノイズ混合成分から前記第3のノイズ成分及び前記リーク電流成分を引き算することを特徴とする固体撮像装置。
Photoelectric conversion means for converting light into signal charge and storing;
A first reset switch for resetting the signal charge accumulated in the photoelectric conversion means;
A transfer switch for transferring a signal charge of the photoelectric conversion means;
Amplifying means for amplifying the signal charge transferred by the transfer switch;
A second reset switch for resetting the signal charge of the amplification means;
A two-dimensionally arranged pixel unit including a selection switch that selects the signal charge amplified by the amplification means and outputs the signal charge to a signal output line;
The second reset switch resets the signal charge of the amplifying unit, and the selection switch outputs the reset signal charge of the amplifying unit to the signal output line in the row order of the pixel portion as a first noise component. And
After a certain period of time, the transfer switch is in an off state, the selection switch outputs the signal charge of the amplifying means to the signal output line in the row order of the pixel unit as a second noise component,
And a subtractor that outputs a difference between the first noise component and the second noise component as a leakage current component,
After outputting the second noise component, the first reset switches of all the pixel units simultaneously reset the signal charges of the photoelectric conversion means,
Thereafter, the second reset switch resets the signal charge of the amplifying unit, and the selection switch uses the reset signal charge of the amplifying unit as a third noise component in the row order of the pixel unit. Output to
After the accumulation period has elapsed, the transfer switches of all the pixel units simultaneously transfer the signal charges of the photoelectric conversion means, and the selection switch uses the signal charges of the amplification means as signal noise mixing components in the row order of the pixel units. Output to the signal output line,
The subtractor subtracts the third noise component and the leakage current component from the signal noise mixed component.
さらに、前記信号出力線に出力された前記第1のノイズ成分がアナログデジタル変換された成分を記憶する第1のフレームメモリと、
前記信号出力線に出力された前記第2のノイズ成分がアナログデジタル変換された成分を記憶する第2のフレームメモリとを有し、
前記引き算器は、前記第1のフレームメモリの前記第1のノイズ成分と前記第2のフレームメモリの前記第2のノイズ成分との差分をリーク電流成分として出力することを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
A first frame memory for storing a component obtained by analog-digital conversion of the first noise component output to the signal output line;
A second frame memory for storing a component obtained by analog-digital conversion of the second noise component output to the signal output line;
2. The subtractor outputs a difference between the first noise component of the first frame memory and the second noise component of the second frame memory as a leakage current component. The solid-state imaging device described.
前記第1のフレームメモリは、前記第3のノイズ成分を記憶し、
前記第2のフレームメモリは、前記引き算器が出力するリーク電流成分を記憶し、
前記引き算器は、第1の引き算器及び第2の引き算器を有し、
前記第1の引き算器は、前記信号ノイズ混合成分から前記第1のフレームメモリの前記第3のノイズ成分を引き算し、
前記第2の引き算器は、前記第1の引き算器の出力から前記第2のフレームメモリのリーク電流成分を引き算することを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。
The first frame memory stores the third noise component;
The second frame memory stores a leakage current component output by the subtractor,
The subtractor has a first subtractor and a second subtractor,
The first subtracter subtracts the third noise component of the first frame memory from the signal noise mixed component;
The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the second subtracter subtracts a leak current component of the second frame memory from an output of the first subtractor.
光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換手段と、
前記光電変換手段に蓄積された信号電荷をリセットする第1のリセットスイッチと、
前記光電変換手段の信号電荷を転送する転送スイッチと、
前記転送スイッチにより転送された信号電荷を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段の信号電荷をリセットする第2のリセットスイッチと、
前記増幅手段により増幅された信号電荷を選択して信号出力線に出力する選択スイッチとを含む2次元配列された画素部とを有する固体撮像装置の駆動方法であって、
前記第2のリセットスイッチが前記増幅手段の信号電荷をリセットし、前記選択スイッチが前記リセットされた増幅手段の信号電荷を第1のノイズ成分として前記画素部の行順次で前記信号出力線に出力するステップと、
一定期間経過後、前記転送スイッチがオフの状態で、前記選択スイッチが前記増幅手段の信号電荷を第2のノイズ成分として前記画素部の行順次で前記信号出力線に出力するステップと、
前記第1のノイズ成分と前記第2のノイズ成分との差分をリーク電流成分として出力するステップと、
前記第2のノイズ成分を出力後、すべての前記画素部の前記第1のリセットスイッチが前記光電変換手段の信号電荷を同時にリセットするステップと、
その後、前記第2のリセットスイッチが前記増幅手段の信号電荷をリセットし、前記選択スイッチが前記リセットされた増幅手段の信号電荷を第3のノイズ成分として前記画素部の行順次で前記信号出力線に出力するステップと、
蓄積期間経過後、すべての前記画素部の前記転送スイッチが前記光電変換手段の信号電荷を同時に転送し、前記選択スイッチが前記増幅手段の信号電荷を信号ノイズ混合成分として前記画素部の行順次で前記信号出力線に出力するステップと、
前記信号ノイズ混合成分から前記第3のノイズ成分及び前記リーク電流成分を引き算するステップと
を有することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
Photoelectric conversion means for converting light into signal charge and storing;
A first reset switch for resetting the signal charge accumulated in the photoelectric conversion means;
A transfer switch for transferring a signal charge of the photoelectric conversion means;
Amplifying means for amplifying the signal charge transferred by the transfer switch;
A second reset switch for resetting the signal charge of the amplification means;
A driving method of a solid-state imaging device having a two-dimensionally arranged pixel unit including a selection switch that selects a signal charge amplified by the amplifying means and outputs the signal charge to a signal output line;
The second reset switch resets the signal charge of the amplifying unit, and the selection switch outputs the reset signal charge of the amplifying unit to the signal output line in the row order of the pixel portion as a first noise component. And steps to
A step of outputting the signal charge of the amplifying means to the signal output line in the row order of the pixel unit as a second noise component in a state where the transfer switch is turned off after a certain period of time;
Outputting a difference between the first noise component and the second noise component as a leakage current component;
After outputting the second noise component, the first reset switch of all the pixel units simultaneously resets the signal charges of the photoelectric conversion means; and
Thereafter, the second reset switch resets the signal charge of the amplifying unit, and the selection switch uses the reset signal charge of the amplifying unit as a third noise component in the row order of the pixel unit. A step to output to
After the accumulation period has elapsed, the transfer switches of all the pixel units simultaneously transfer the signal charges of the photoelectric conversion means, and the selection switch uses the signal charges of the amplification means as signal noise mixing components in the row order of the pixel units. Outputting to the signal output line;
Subtracting the third noise component and the leakage current component from the signal noise mixed component, and a driving method of the solid-state imaging device.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016015695A (en) * 2014-07-03 2016-01-28 キヤノン株式会社 Imaging apparatus and control method therefor

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006093815A (en) * 2004-09-21 2006-04-06 Canon Inc Imaging apparatus
WO2007111845A2 (en) * 2006-03-23 2007-10-04 Micron Technology, Inc. Method and apparatus for providing a rolling double reset timing for global storage in image sensors
JP2007335978A (en) * 2006-06-12 2007-12-27 Nikon Corp Solid-state imaging apparatus
JP2008028517A (en) * 2006-07-19 2008-02-07 Olympus Corp Solid-state imaging device
JP2010068179A (en) * 2008-09-10 2010-03-25 Dainippon Printing Co Ltd Solid-state imaging device, and method of driving the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006093815A (en) * 2004-09-21 2006-04-06 Canon Inc Imaging apparatus
WO2007111845A2 (en) * 2006-03-23 2007-10-04 Micron Technology, Inc. Method and apparatus for providing a rolling double reset timing for global storage in image sensors
JP2007335978A (en) * 2006-06-12 2007-12-27 Nikon Corp Solid-state imaging apparatus
JP2008028517A (en) * 2006-07-19 2008-02-07 Olympus Corp Solid-state imaging device
JP2010068179A (en) * 2008-09-10 2010-03-25 Dainippon Printing Co Ltd Solid-state imaging device, and method of driving the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016015695A (en) * 2014-07-03 2016-01-28 キヤノン株式会社 Imaging apparatus and control method therefor

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