JP2010114487A - Solid-state image pickup apparatus and image pickup apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the influence of characteristic variation of an external amplifier transistor in a CMOS sensor that suppresses vertical stripe noise using the external amplifier transistor. <P>SOLUTION: A test pixel section 310 is formed in a serial circuit of an external amplifier transistor 312 and a pixel selection transistor 314 for test. The external amplifier transistor 312 is disposed on a gate control line 318 side from a reference voltage generating section 320, and the pixel selection transistor 314 for test is disposed on a vertical signal line 19 side. A connection point of them in each column is connected in common by a short circuit line 317 to parallelize the external amplifier transistor 312 and the pixel selection transistor 314, thereby averaging the contribution of the characteristic variation of them. The factors of vertical stripe can be more correctly extracted by preventing remaining noise after CDS than in a case where this configuration is not applied, and vertical stripe noise can be further suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像装置と撮像装置に関する。より詳細には、いわゆる4TR構成の単位画素が配列された画素アレイ部を備えた固体撮像装置や画像入力装置などを代表例とする固体撮像装置や撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging device. More specifically, the present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging device, typically a solid-state imaging device and an image input device including a pixel array unit in which unit pixels having a so-called 4TR configuration are arranged.

光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をする単位構成要素(たとえば画素)をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなる物理量分布検知半導体装置が様々な分野で使われている。   2. Description of the Related Art Physical quantity distribution detection semiconductor devices in which a plurality of unit components (for example, pixels) that are sensitive to electromagnetic waves input from the outside such as light and radiation are arranged in a line or matrix form are used in various fields. ing.

たとえば、映像機器の分野では、物理量のうちの光(電磁波の一例)を検知するCCD(Charge Coupled Device )型あるいはMOS(Metal Oxide Semiconductor )やCMOS(Complementary Metal-oxide Semiconductor )型の固体撮像装置が使われている。これらは、単位構成要素(固体撮像装置にあっては画素)によって電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読み出す。   For example, in the field of video equipment, CCD (Charge Coupled Device) type, MOS (Metal Oxide Semiconductor) type or CMOS (Complementary Metal-oxide Semiconductor) type solid-state imaging devices that detect light (an example of electromagnetic waves) in physical quantities are used. It is used. These read out, as an electrical signal, a physical quantity distribution converted into an electrical signal by a unit component (a pixel in a solid-state imaging device).

撮像システム(撮像装置)の画像入力装置(撮像デバイス)として固体撮像装置が広く用いられている。たとえば、近年、CMOSセンサは、低消費電力や高速性の優位性を生かし、携帯電話などの各種携帯端末機器、デジタルスチルカメラ(コンパクト型や高級一眼レフ型)、デジタルビデオカメラ、カムコーダー、監視カメラ、誘導装置などに広く搭載されるようになってきている。また最近では、画像処理などの機能回路ブロックも一緒にオンチップ化した、高性能・高画質のCMOSセンサも登場し始めている。   Solid-state imaging devices are widely used as image input devices (imaging devices) of imaging systems (imaging devices). For example, in recent years, CMOS sensors have made use of the advantages of low power consumption and high speed, and various portable terminal devices such as mobile phones, digital still cameras (compact and high-end single-lens reflex cameras), digital video cameras, camcorders, surveillance cameras. It is becoming widely installed in induction devices and the like. In recent years, high-performance, high-quality CMOS sensors that have on-chip functional circuit blocks such as image processing have begun to appear.

いわゆるX−Yアドレス型の固体撮像装置では、たとえば、画素トランジスタが2次元行列状に多数配列されて画素部が構成され、ライン(行)ごとあるいは画素ごとに入射光に対応する信号電荷の蓄積が開始され、その蓄積された信号電荷に基づく電流または電圧の信号がアドレス指定によって各画素から順に読み出される。ここで、MOS(CMOSを含む)型においては、アドレス制御の一例として、1行分を同時にアクセスして行単位で画素信号を画素部から読み出すカラム読出方式(列並列出力方式)が多く用いられている。画素部から読み出されたアナログの画素信号は、必要に応じて、アナログ−デジタル変換装置(AD変換装置/ADC:Analog Digital Converter)にてデジタルデータに変換する。   In a so-called XY address type solid-state imaging device, for example, a plurality of pixel transistors are arranged in a two-dimensional matrix to form a pixel unit, and signal charges corresponding to incident light are accumulated for each line (row) or pixel. Is started, and a current or voltage signal based on the accumulated signal charge is sequentially read out from each pixel by addressing. Here, in the MOS (including CMOS) type, as an example of address control, a column readout method (column parallel output method) in which one row is accessed simultaneously and a pixel signal is read from the pixel unit in units of rows is often used. ing. The analog pixel signal read from the pixel unit is converted into digital data by an analog-digital converter (AD converter / ADC: Analog Digital Converter) as necessary.

ところで、固体撮像装置(撮像装置の画像入力装置への適用も含む)においては、雑音特性が問題となるので、その抑圧のための仕組みが種々検討されている。たとえば、縦筋状の固定パターンノイズの要因として、CDS(Correlated Double Sampling;相関2重サンプリング)回路のばらつき、垂直信号線ごとに設けられた電流源のばらつき、CDS後の信号を単数または複数のバスにて転送する選択スイッチのばらつきなどの要因に着目した仕組みが特許文献1に提案されている。   Incidentally, in a solid-state imaging device (including application of the imaging device to an image input device), noise characteristics become a problem, and various mechanisms for suppressing the noise characteristics have been studied. For example, as a cause of vertical pattern-like fixed pattern noise, CDS (Correlated Double Sampling) circuit variation, current source variation provided for each vertical signal line, a signal after CDS is single or plural Patent Document 1 proposes a mechanism that pays attention to factors such as variations in selection switches transferred by a bus.

さらに、垂直信号線ごとに設けられた電流源のばらつきを低減するためのCDS処理を行なう固体撮像装置において、縦筋状の固定パターンノイズを低減するための仕組みが特許文献2(図3、段落29〜31)に提案されている。この仕組みでは、同電位設定回路と各垂直信号線上のスイッチを備え、スイッチをオンしたとき、複数の垂直信号線の相互間の電位を同電位にすることにより、縦筋状の固定パターンノイズを低減するようにしている。   Furthermore, in a solid-state imaging device that performs CDS processing for reducing variations in current sources provided for each vertical signal line, a mechanism for reducing vertical streak-like fixed pattern noise is disclosed in Patent Document 2 (FIG. 3, paragraph). 29-31). In this mechanism, the same potential setting circuit and a switch on each vertical signal line are provided, and when the switch is turned on, the vertical line-shaped fixed pattern noise is reduced by making the potential between the vertical signal lines the same. I try to reduce it.

特開2005−223860号公報JP 2005-223860 A 特開2005−311643号公報JP 2005-311643 A

特許文献1に記載の仕組みでは、画素アレイ部の単位画素が、受光素子(フォトダイオード)の他に、電荷転送用とリセット用と増幅用の3個のトランジスタを有するいわゆる3TR構成のものを対象としている。そして、画素アレイ部とは別に、画素アレイ部の単位画素の画素内アンプトランジスタよりサイズが大きな画素外アンプトランジスタと、この画素外アンプトランジスタを駆動するためのバイアス電圧を生成するバイアス回路を設けている。バイアス回路から発生される電位を、画素外アンプトランジスタのゲートに入力することによって、画素間の固定パターンノイズ成分を抑制し、CDS回路そのものが有するばらつき成分を持つ信号出力を補正信号として取得する手法を採っている。この補正信号は、通常撮像時の画像にて、CDS回路そのものが有する縦筋成分を補正するための信号となる。   In the mechanism described in Patent Document 1, the unit pixel of the pixel array unit is a so-called 3TR configuration having three transistors for charge transfer, reset, and amplification in addition to the light receiving element (photodiode). It is said. In addition to the pixel array unit, an out-pixel amplifier transistor having a larger size than the in-pixel amplifier transistor of the unit pixel of the pixel array unit and a bias circuit for generating a bias voltage for driving the out-pixel amplifier transistor are provided. Yes. A method of suppressing a fixed pattern noise component between pixels by inputting a potential generated from a bias circuit to a gate of an out-of-pixel amplifier transistor, and acquiring a signal output having a variation component of the CDS circuit itself as a correction signal. Is adopted. This correction signal is a signal for correcting the vertical stripe component of the CDS circuit itself in the image during normal imaging.

また、好ましい態様として、各垂直信号線を共通に接続する(電気的に短絡する)スイッチ(シャントトランジスタ)を設けることも開示されている。全てのスイッチがオンすることにより、画素外アンプトランジスタが並列化され、全ての垂直信号線の電位がイコライズされる。画素外アンプトランジスタを並列化することにより、その特性ばらつきの寄与を平均化でき、結果としてCDS抑圧残しを防止して縦筋の原因となっている要因をさらに正確に抽出することが可能となると説明されている。   Moreover, providing a switch (shunt transistor) that commonly connects (electrically shorts) the vertical signal lines is also disclosed as a preferred embodiment. When all the switches are turned on, the out-pixel amplifier transistors are parallelized, and the potentials of all the vertical signal lines are equalized. By paralleling the out-of-pixel amplifier transistors, the contribution of the characteristic variation can be averaged, and as a result, it is possible to prevent the CDS suppression residue and extract the factor causing the vertical stripe more accurately. Explained.

特許文献1に記載の仕組みを、画素アレイ部の単位画素が、受光素子(フォトダイオード)の他に、電荷転送用とリセット用と増幅用と垂直選択用のトランジスタを有するいわゆる4TR構成のものに適用することが考えられる。しかしながら、次のような点が問題となる。   The mechanism described in Patent Document 1 has a so-called 4TR configuration in which the unit pixel of the pixel array unit includes transistors for charge transfer, reset, amplification, and vertical selection in addition to the light receiving element (photodiode). It is possible to apply. However, the following points are problematic.

特許文献1の好ましい態様では、全てのスイッチをオンさせて画素外アンプトランジスタを並列化して、その特性ばらつきの寄与を平均化しようとするが、スイッチが有するオン抵抗成分が起因し、画素外アンプトランジスタの閾値電圧のばらつきを十分に除去できず、縦筋成分が残る場合がある(第1の課題と称する)。   In a preferable aspect of Patent Document 1, all the switches are turned on to parallelize the out-of-pixel amplifier transistors, and the contribution of the characteristic variation is averaged. However, the on-resistance component of the switch causes the out-of-pixel amplifier. Variations in the threshold voltage of the transistor cannot be sufficiently removed, and a vertical streak component may remain (referred to as a first problem).

また、特許文献1の好ましい態様では、スイッチ(シャントトランジスタ)を配置するためのスペースが必要となる。スイッチを除去することで特許文献1の基本構成にすることも考えられるが、この場合当然の如く、スイッチを配置したことによる改善効果は得られず、画素外アンプトランジスタの特性ばらつきのために、好ましい態様よりも縦筋成分が残ってしまう(第2の課題と称する)。   Moreover, in the preferable aspect of patent document 1, the space for arrange | positioning a switch (shunt transistor) is needed. Although it can be considered that the basic configuration of Patent Document 1 is removed by removing the switch, in this case, as a matter of course, the improvement effect due to the arrangement of the switch cannot be obtained. Longitudinal streak components remain than in the preferred embodiment (referred to as a second problem).

特許文献2の好ましい様態では、垂直信号線上のスイッチをオンしたときにのみ同電位になり、オフの場合には、同電位にならない。このため、垂直信号線ごとにCDS処理後の値がばらつく問題や、ゲイン性のばらつきによって、縦筋補正用のデータを扱えない問題もある(纏めて第3の課題と称する)。「ゲイン性のばらつき」とは、入力信号量に応じてノイズ量を変化させるような回路などのばらつきである(特許文献1の段落22を参照)。   In a preferable mode of Patent Document 2, the same potential is obtained only when the switch on the vertical signal line is turned on, and the same potential is not obtained when the switch is turned off. For this reason, there are a problem that the value after CDS processing varies for each vertical signal line, and a problem that the data for correcting vertical stripes cannot be handled due to variations in gain characteristics (collectively referred to as a third problem). “Gain variation” refers to variations in a circuit that changes the amount of noise in accordance with the amount of input signal (see paragraph 22 of Patent Document 1).

近年においては、固体撮像装置の低ノイズ化に伴い、微小な縦筋成分が目立つ場合があり、そのため縦筋成分をさらに抑制することが要求されている。前記第1や第2の課題を改善することがその対策となり得ると考えられる。   In recent years, along with the reduction in noise of solid-state imaging devices, minute vertical stripe components may be conspicuous, and therefore it is required to further suppress the vertical stripe components. It can be considered that improving the first and second problems can be a countermeasure.

また、3TR構成での引用文献1の仕組みを単純に4TR構成に適用したのでは、トランジスタ数が増えてしまう難点がある(第4の課題と称する)。   Further, when the mechanism of the cited document 1 in the 3TR configuration is simply applied to the 4TR configuration, there is a problem that the number of transistors increases (referred to as a fourth problem).

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、画素アレイ部が4TR構成の単位画素が配列されたものである場合において、第1〜第3の課題の少なくとも一方を改善することを目的とする。つまり、4TR構成において、画素外アンプトランジスタを利用して縦筋ノイズを抑制する仕組みにすることと、画素外アンプトランジスタの特性ばらつきの影響を緩和することのできる仕組みにすることを目的とする。好ましくはトランジスタ数の増加を抑制しつつそれらを実現する仕組み(第4の課題の解決)を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to improve at least one of the first to third problems when the pixel array unit is an array of unit pixels having a 4TR configuration. And In other words, in the 4TR configuration, an object is to provide a mechanism that suppresses vertical stripe noise by using an out-of-pixel amplifier transistor and a mechanism that can reduce the influence of characteristic variation of the out-of-pixel amplifier transistor. An object of the present invention is to provide a mechanism (solution for the fourth problem) that preferably realizes them while suppressing an increase in the number of transistors.

本発明の一形態においては、特許文献1の仕組みと同様に、画素アレイ部の外に、基準電圧を生成して制御線に供給する基準電圧生成部と、画素アレイ部の単位画素を構成する増幅トランジスタよりサイズが大きな画素外の増幅トランジスタ(画素外アンプトランジスタと称する)を設ける。   In one embodiment of the present invention, a reference voltage generation unit that generates a reference voltage and supplies the reference voltage to a control line and a unit pixel of the pixel array unit are configured in addition to the pixel array unit, as in the mechanism of Patent Document 1. An out-pixel amplifying transistor (referred to as an out-pixel amplifying transistor) having a larger size than the amplifying transistor is provided.

加えて、画素外アンプトランジスタを制御線(基準電圧生成部)側に配置し、これと直列に列信号線との間に選択トランジスタを設け、他の列との関係において、画素外アンプトランジスタと選択トランジスタの接続点同士を短絡線で共通に接続する。   In addition, an out-pixel amplifier transistor is disposed on the control line (reference voltage generation unit) side, a selection transistor is provided in series with the column signal line, and in relation to other columns, The connection points of the selection transistors are commonly connected by a short-circuit line.

いわゆるダミー画素部に代わる構成として、列信号線ごとの複数の画素外アンプトランジスタと、それを駆動する基準電圧生成部が設けられている。これらの構成から出力された信号が複数の列信号線に一斉に読み出されると、この信号が列信号処理部で並列処理され、抑圧残しが低減された信号が出力される。好ましくは、この抑圧残しが低減された信号を補正信号として保持しておく。そして、通常の画素信号の読出し動作時には、列信号処理部から出力される信号と保持しておいた補正信号に基づいて縦筋補正処理を行なうようにする。   As an alternative to the so-called dummy pixel portion, a plurality of out-pixel amplifier transistors for each column signal line and a reference voltage generation portion for driving the same are provided. When signals output from these configurations are simultaneously read out to a plurality of column signal lines, the signals are processed in parallel by the column signal processing unit, and a signal with reduced residual suppression is output. Preferably, a signal in which the residual suppression is reduced is held as a correction signal. In a normal pixel signal reading operation, vertical stripe correction processing is performed based on the signal output from the column signal processing unit and the stored correction signal.

画素外アンプトランジスタと直列に列信号線との間に選択トランジスタを設け、各列の画素外アンプトランジスタと選択トランジスタの接続点同士を短絡線で共通接続しているので、画素外アンプトランジスタの特性ばらつきは短絡線によって吸収される。   Since a selection transistor is provided between the column signal line in series with the out-of-pixel amplifier transistor, and the connection points of the out-of-pixel amplifier transistor and the selection transistor in each column are commonly connected by a short-circuit line, characteristics of the out-of-pixel amplifier transistor Variations are absorbed by the short circuit.

なお、固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とが纏めてパッケージングされた、撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。また、本発明は、固体撮像装置のみではなく、撮像装置にも適用可能である。この場合、撮像装置として、固体撮像装置と同様の効果が得られる。ここで、撮像装置は、たとえば、カメラ(あるいはカメラシステム)や撮像機能を有する携帯機器のことを示す。また「撮像」は、通常のカメラ撮影時の像の撮り込みだけではなく、広義の意味として、指紋検出なども含むものである。   Note that the solid-state imaging device may have a form formed as a single chip, or a module-like form having an imaging function in which an imaging unit and a signal processing unit or an optical system are packaged together. Also good. The present invention is applicable not only to a solid-state imaging device but also to an imaging device. In this case, the same effect as the solid-state imaging device can be obtained as the imaging device. Here, the imaging device indicates, for example, a camera (or camera system) or a portable device having an imaging function. “Imaging” includes not only capturing an image during normal camera shooting, but also includes fingerprint detection in a broad sense.

本発明の一形態によれば、本発明を適用しない場合よりも、画素外アンプトランジスタの特性ばらつきの影響を緩和することができる。その結果、縦筋をより効果的に抑制できる。   According to one embodiment of the present invention, it is possible to reduce the influence of characteristic variation of an out-of-pixel amplifier transistor, compared to the case where the present invention is not applied. As a result, vertical stripes can be more effectively suppressed.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。各機能要素について実施形態別に区別する際には、A,B,…などのように大文字の英語の参照子を付して記載することがあり、特に区別しないで説明する際にはこの参照子を割愛して記載する。図面においても同様である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. When differentiating each functional element according to the embodiment, an uppercase English reference may be added, such as A, B,... Is omitted. The same applies to the drawings.

なお、以下においては、X−Yアドレス型の固体撮像装置の一例である、CMOS型の固体撮像装置をデバイスとして使用した場合を例に説明する。特に断りのない限り、CMOS型の固体撮像装置は、全ての単位画素がNMOS(nチャネル型のMOSトランジスタ)よりなり、信号電荷は負電荷(電子)であるものとして説明する。ただしこれは一例であって、対象となるデバイスはMOS型の固体撮像装置に限らないし、単位画素がPMOS(pチャネル型のMOSトランジスタ)で構成されていてもよいし、信号電荷は正電荷(正孔・ホール)であってもよい。   In the following, a case where a CMOS type solid-state imaging device, which is an example of an XY address type solid-state imaging device, is used as a device will be described as an example. Unless otherwise specified, the CMOS type solid-state imaging device will be described on the assumption that all unit pixels are made of NMOS (n-channel type MOS transistor) and the signal charge is a negative charge (electron). However, this is merely an example, and the target device is not limited to a MOS type solid-state imaging device. The unit pixel may be configured by a PMOS (p-channel type MOS transistor), and the signal charge is a positive charge ( Hole).

光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をする単位画素をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなりアドレス制御にて信号を読み出す物理量分布検知用の半導体装置に、後述する各実施形態が同様に適用できる。   A semiconductor device for physical quantity distribution detection that reads out signals by address control in which a plurality of unit pixels that are sensitive to electromagnetic waves input from outside such as light and radiation are arranged in a line or matrix form will be described later. Each embodiment to be applied can be similarly applied.

<固体撮像装置:基本構成>
図1は、固体撮像装置の一実施形態であるCMOS型の固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)の基本構成図である。固体撮像装置も半導体装置の一例である。固体撮像装置1は、複数個の単位画素3が2次元マトリクス状に配列された画素アレイ部10を有する。固体撮像装置1は、たとえばR,G,Bの色フィルタがベイヤー配列とされている色分解(色分離)フィルタを使用することで、画素アレイ部10をカラー撮像対応にすることができる。
<Solid-state imaging device: basic configuration>
FIG. 1 is a basic configuration diagram of a CMOS type solid-state imaging device (CMOS image sensor) which is an embodiment of a solid-state imaging device. A solid-state imaging device is also an example of a semiconductor device. The solid-state imaging device 1 includes a pixel array unit 10 in which a plurality of unit pixels 3 are arranged in a two-dimensional matrix. The solid-state imaging device 1 can make the pixel array unit 10 compatible with color imaging by using a color separation (color separation) filter in which, for example, R, G, and B color filters are arranged in a Bayer array.

画素アレイ部10は、有効画素部10aと遮光画素部10b(OB)を有する。図1では、簡単のため行および列の一部を省略して示しているが、現実には、各行や各列には、数十から数千の単位画素3が配置される。後述するように、単位画素3は検知部の一例である受光素子(電荷生成部)としてのフォトダイオードの他にたとえば、電荷転送用やリセット用や増幅用などの3個あるいは4個のトランジスタを有する画素内アンプを有する。単位画素3からは、列ごとに垂直信号線19(列信号線の一例)を介して画素信号電圧Vxが出力される。   The pixel array unit 10 includes an effective pixel unit 10a and a light shielding pixel unit 10b (OB). In FIG. 1, some of the rows and columns are omitted for the sake of simplicity, but in reality, tens to thousands of unit pixels 3 are arranged in each row and each column. As will be described later, the unit pixel 3 includes, for example, three or four transistors for charge transfer, reset, and amplification in addition to a photodiode as a light receiving element (charge generation unit) which is an example of a detection unit. It has an in-pixel amplifier. A pixel signal voltage Vx is output from the unit pixel 3 via a vertical signal line 19 (an example of a column signal line) for each column.

垂直信号線19の画素信号電圧Vxは、時間系列として、基準レベルとしての画素信号の雑音を含むリセットレベルSrst の後に信号レベルSsig が現れるものである。信号レベルSsig はリセットレベルSrst に信号成分Vsig を加えたレベルであり、CDS処理により、Ssig (=Srst +Vsig )−Srst で信号成分Vsig が得られる。   The pixel signal voltage Vx of the vertical signal line 19 is such that the signal level Ssig appears after the reset level Srst including the noise of the pixel signal as the reference level as a time series. The signal level Ssig is a level obtained by adding the signal component Vsig to the reset level Srst, and the signal component Vsig is obtained by CDS processing with Ssig (= Srst + Vsig) −Srst.

固体撮像装置1はさらに、CDS処理機能や選択処理などをなすカラム信号処理部450(列信号処理部の一例)が列並列に設けられている画素信号読出部426を有する。“列並列”とは、垂直列の垂直信号線19(列信号線の一例)に対して並列に複数のCDS処理機能部などのカラム信号処理部450が設けられていることを意味する。なお、回路構成によっては、複数系統の垂直信号線19を1系統に纏めるセレクタ(アナログスイッチ)を画素信号読出部426との間に介在させることもあるが、このような場合も、実質的には、垂直信号線19に対して並列に複数のカラム信号処理部450が設けられる構成となり、列並列に含まれる。これらのような読出方式をカラム読出方式と称する。固体撮像装置1はさらに、駆動制御部7、単位画素3に画素信号読出用の動作電流(読出電流)を供給する読出電流源部24を備えている。なお、読出電流制御部24と画素信号読出部426を纏めて広義の画素信号読出部として扱ってもよい。   The solid-state imaging device 1 further includes a pixel signal reading unit 426 in which a column signal processing unit 450 (an example of a column signal processing unit) that performs a CDS processing function, a selection process, and the like is provided in column parallel. “Column parallel” means that a plurality of column signal processing units 450 such as a CDS processing function unit are provided in parallel to a vertical signal line 19 (an example of a column signal line) in a vertical column. Note that, depending on the circuit configuration, a selector (analog switch) that groups the vertical signal lines 19 of a plurality of systems into one system may be interposed between the pixel signal readout unit 426. Has a configuration in which a plurality of column signal processing units 450 are provided in parallel to the vertical signal line 19 and are included in column parallel. Such a reading method is called a column reading method. The solid-state imaging device 1 further includes a drive control unit 7 and a read current source unit 24 that supplies an operation current (read current) for reading a pixel signal to the unit pixel 3. Note that the readout current control unit 24 and the pixel signal readout unit 426 may be collectively treated as a pixel signal readout unit in a broad sense.

固体撮像装置1はまた、画素信号読出部426の後段に後段信号処理部429を備えている。アナログ信号処理部429aと、AD変換部429bと、出力処理部429cを備えている。画素信号読出部426の出力側は水平信号線18(1系統または複数系統のバス)に接続されており、各カラム信号処理部450からの画素信号が時系列でアナログフロントエンド(AFE)と称されるアナログ信号処理部429aに入力される。アナログ信号処理部429aに入力される時系列の画素信号は信号レベルが無信号の基準レベルより低いので、アナログ信号処理部429a内で反転され、また、必要に応じてゲイン調整や高周波成分の除去が行なわれた後にAD変換部429bに供給される。AD変換部429bは、アナログの画素信号をデジタルデータに変換し、出力処理部429cへ供給する。出力処理部429cは、各種のデジタル演算処理を行なってからさらに後段の回路へ処理済みデータを出力端5cから供給する。   The solid-state imaging device 1 also includes a post-stage signal processing unit 429 at a stage subsequent to the pixel signal reading unit 426. An analog signal processing unit 429a, an AD conversion unit 429b, and an output processing unit 429c are provided. The output side of the pixel signal reading unit 426 is connected to the horizontal signal line 18 (one or a plurality of buses), and the pixel signal from each column signal processing unit 450 is referred to as an analog front end (AFE) in time series. Is input to the analog signal processing unit 429a. Since the time-series pixel signal input to the analog signal processing unit 429a has a signal level lower than the reference level of no signal, the signal level is inverted in the analog signal processing unit 429a, and gain adjustment and high-frequency component removal are performed as necessary. Is supplied to the AD conversion unit 429b. The AD conversion unit 429b converts an analog pixel signal into digital data and supplies the digital data to the output processing unit 429c. The output processing unit 429c supplies various processed data from the output terminal 5c to the subsequent circuit after performing various digital arithmetic processes.

また、本実施形態の固体撮像装置1は、筋状の固定パターンノイズ(縦筋ノイズ)を抑圧するための補正信号(ノイズ補正用信号)を取得する手段を構成する要素の一部として、補正信号出力部9を備えている。補正信号出力部9は、詳細は後述するが、基準電圧を生成して制御線に供給し、この基準電圧に対応する信号を各垂直信号線19に与える機能を持つ。これに対応して、出力処理部429cはノイズ補正処理部429dを具備する。ノイズ補正処理部429dは、基準電圧に対応する信号が各垂直信号線19に与えられているときに各垂直信号線19に現われる信号についてカラム信号処理部450から出力される信号に基づき垂直信号線19ごとにノイズ補正用信号を生成して保持しておく。さらにノイズ補正処理部429dは、単位画素3からの処理対象信号(画素信号電圧Vx)の読み出し時にカラム信号処理部450から出力される信号と保持しておいたノイズ補正用信号に基づいてノイズを補正する。   In addition, the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment performs correction as a part of elements constituting a unit that acquires a correction signal (noise correction signal) for suppressing streak-like fixed pattern noise (vertical stripe noise). A signal output unit 9 is provided. Although the details will be described later, the correction signal output unit 9 has a function of generating a reference voltage and supplying it to the control line, and supplying a signal corresponding to this reference voltage to each vertical signal line 19. Correspondingly, the output processing unit 429c includes a noise correction processing unit 429d. The noise correction processing unit 429d uses the vertical signal line based on the signal output from the column signal processing unit 450 for the signal appearing on each vertical signal line 19 when a signal corresponding to the reference voltage is applied to each vertical signal line 19. A noise correction signal is generated and held every 19th. Furthermore, the noise correction processing unit 429d generates noise based on the signal output from the column signal processing unit 450 and the stored noise correction signal when the processing target signal (pixel signal voltage Vx) is read from the unit pixel 3. to correct.

駆動制御部7は、画素アレイ部10の信号を順次読み出すための制御回路機能の実現のため水平走査部12(列走査回路)、垂直走査部14(行走査回路)、および通信・タイミング制御部20を備えている。   The drive control unit 7 includes a horizontal scanning unit 12 (column scanning circuit), a vertical scanning unit 14 (row scanning circuit), and a communication / timing control unit for realizing a control circuit function for sequentially reading signals from the pixel array unit 10. 20 is provided.

水平走査部12は、列アドレスや列走査を制御する水平アドレス設定部や水平駆動部などを有する。水平走査部12は、画素信号転送動作時に読み出すべき画素信号のカラム位置を指示する。垂直走査部14は、行アドレスや行走査を制御する垂直アドレス設定部や垂直駆動部などを有する。水平走査部12や垂直走査部14は、通信・タイミング制御部20から与えられる制御信号CN1,CN2に応答して行・列の選択動作(走査)を開始する。   The horizontal scanning unit 12 includes a column address, a horizontal address setting unit that controls column scanning, a horizontal drive unit, and the like. The horizontal scanning unit 12 indicates the column position of the pixel signal to be read out during the pixel signal transfer operation. The vertical scanning unit 14 includes a vertical address setting unit and a vertical driving unit that control row addresses and row scanning. The horizontal scanning unit 12 and the vertical scanning unit 14 start the row / column selection operation (scanning) in response to the control signals CN1 and CN2 given from the communication / timing control unit 20.

通信・タイミング制御部20は、端子5aを介して入力されるマスタークロックCLK0に同期したクロック(パルス信号)をデバイス内の各部(走査部12,14やカラム信号処理部450)に供給するタイミングジェネレータ(読出アドレス制御装置の一例)の機能ブロックを備える。さらに、端子5aを介して外部の主制御部から供給されるマスタークロックCLK0を受け取り、また端子5bを介して外部の主制御部から供給される動作モードなどを指令するデータを受け取り、さらに固体撮像装置1の情報を含むデータを外部の主制御部に出力する通信インタフェースの機能ブロックを備える。たとえば、通信・タイミング制御部20は、内部クロックを生成するクロック変換部の機能を持つクロック変換部20aおよび通信機能や各部を制御する機能を持つシステム制御部20bなどを有する。クロック変換部20aは、端子5aを介して入力されるマスタークロックCLK0に基づき、マスタークロックCLK0よりも高速周波数のパルスを生成する逓倍回路を内蔵しており内部クロックを生成する。   The communication / timing control unit 20 supplies a clock (pulse signal) synchronized with the master clock CLK0 input via the terminal 5a to each unit (scanning units 12, 14 and column signal processing unit 450) in the device. A functional block (an example of a read address control device) is provided. Further, the master clock CLK0 supplied from the external main control unit is received via the terminal 5a, and the data for instructing the operation mode supplied from the external main control unit is received via the terminal 5b. A function block of a communication interface that outputs data including information of the device 1 to an external main control unit is provided. For example, the communication / timing control unit 20 includes a clock conversion unit 20a having a function of a clock conversion unit that generates an internal clock, and a system control unit 20b having a communication function and a function of controlling each unit. Based on the master clock CLK0 input via the terminal 5a, the clock conversion unit 20a has a built-in multiplication circuit that generates a pulse having a higher frequency than the master clock CLK0, and generates an internal clock.

単位画素3は、行選択のための行制御線15を介して垂直走査部14と、また垂直信号線19を介して画素信号読出部426の垂直列ごとに設けられているカラム信号処理部450と、それぞれ接続されている。ここで、行制御線15は垂直走査部14から画素に入る配線全般を示す。   The unit pixel 3 includes a column signal processing unit 450 provided for each vertical column of the vertical scanning unit 14 via the row control line 15 for row selection and the pixel signal reading unit 426 via the vertical signal line 19. Are connected to each other. Here, the row control line 15 indicates the entire wiring that enters the pixel from the vertical scanning unit 14.

垂直走査部14は、画素アレイ部10の行を選択し、その行に必要なパルスを供給するものである。垂直アドレス設定部は、信号を読み出す行(読出し行:選択行や信号出力行とも称する)の他に、電子シャッタ用の行なども選択する。   The vertical scanning unit 14 selects a row of the pixel array unit 10 and supplies a necessary pulse to the row. The vertical address setting unit selects not only a row from which a signal is read (reading row: also referred to as a selection row or a signal output row) but also a row for an electronic shutter.

水平走査部12や垂直走査部14などの駆動制御部7の各要素や画素信号読出部426や後段信号処理部429の各要素は、画素アレイ部10とともに、半導体集積回路製造技術と同様の技術を用いて単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成されたいわゆる1チップもの(同一の半導体基板上に設けられているもの)として、本実施形態の固体撮像装置1が構成される。   The elements of the drive control unit 7 such as the horizontal scanning unit 12 and the vertical scanning unit 14 and the elements of the pixel signal reading unit 426 and the subsequent signal processing unit 429 are the same technology as the semiconductor integrated circuit manufacturing technology together with the pixel array unit 10. The solid-state imaging device 1 of the present embodiment is configured as a so-called one-chip device (provided on the same semiconductor substrate) that is integrally formed in a semiconductor region such as single crystal silicon.

固体撮像装置1は、このように各部が半導体領域に一体的に形成された1チップとして形成された形態であってもよいし、図示を割愛するが、画素アレイ部10、駆動制御部7、画素信号読出部426などの各種の信号処理部の他に、撮影レンズ、光学ローパスフィルタ、あるいは赤外光カットフィルタなどの光学系をも含む状態で、これらを纏めてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態としてもよい。また、後段信号処理部429の全部または一部を、画素アレイ部10などが配される半導体領域とは別体に(たとえば別の半導体領域に形成)してもよい。   As described above, the solid-state imaging device 1 may be formed as a single chip in which each unit is integrally formed in the semiconductor region. Although not illustrated, the pixel array unit 10, the drive control unit 7, In addition to various signal processing units such as the pixel signal reading unit 426, an imaging function that is packaged together with an optical system such as a photographing lens, an optical low-pass filter, or an infrared light cut filter is provided. It is good also as the modular form which has. Further, all or part of the post-stage signal processing unit 429 may be separated from the semiconductor region in which the pixel array unit 10 or the like is disposed (for example, formed in another semiconductor region).

<ノイズ抑制機能:比較例>
図2は、ノイズ抑制に関わる各部に着目して、比較例の固体撮像装置1Zを示した図である。図2Aは、画素外アンプの駆動方法を説明するタイミングチャートである。図2Bは、基準電圧生成部を説明する図である。基準電圧生成部は比較例に限らず本実施形態でも使用される。
<Noise suppression function: Comparative example>
FIG. 2 is a diagram showing a solid-state imaging device 1Z of a comparative example, paying attention to each part related to noise suppression. FIG. 2A is a timing chart illustrating a method for driving the out-of-pixel amplifier. FIG. 2B is a diagram illustrating the reference voltage generation unit. The reference voltage generator is not limited to the comparative example and is used in the present embodiment.

単位画素3は一例として、電荷生成部32の他に、それぞれ異なる機能をなす4個のトランジスタ(読出選択トランジスタ34、リセットトランジスタ36、垂直選択トランジスタ40、増幅トランジスタ42)を基本素子として備える。この点は、図示した遮光画素部10bについてだけでなく有効画素部10aについても同様である。読出選択トランジスタ34、リセットトランジスタ36、増幅トランジスタ42(アンプトランジスタ)はフローティングディフュージョン38とともに画素信号生成部5(信号出力部)を構成する。そして、画素信号生成部5と垂直選択トランジスタ40により、電荷生成部32で生成された信号電荷に対応する画素信号電圧Vxを生成して出力する信号出力部6が構成される。各トランジスタ34,36,40,42を纏めて画素トランジスタとも称する。   As an example, the unit pixel 3 includes four transistors (a read selection transistor 34, a reset transistor 36, a vertical selection transistor 40, and an amplification transistor 42) having different functions as basic elements in addition to the charge generation unit 32. This is the same for the effective pixel portion 10a as well as the shaded pixel portion 10b shown in the figure. The read selection transistor 34, the reset transistor 36, and the amplification transistor 42 (amplifier transistor) together with the floating diffusion 38 constitute a pixel signal generation unit 5 (signal output unit). The pixel signal generation unit 5 and the vertical selection transistor 40 constitute a signal output unit 6 that generates and outputs a pixel signal voltage Vx corresponding to the signal charge generated by the charge generation unit 32. The transistors 34, 36, 40, and 42 are collectively referred to as pixel transistors.

転送部を構成する読出選択トランジスタ34(転送トランジスタ・読出しトランジスタ)のゲートは、同一行の当該ゲートと共通に転送配線54に接続され、転送信号TRG で駆動される。初期化部を構成するリセットトランジスタ36のゲートは、同一行の当該ゲートと共通にリセット配線56に接続され、リセット信号RST で駆動される。垂直選択トランジスタ40(セレクトトランジスタ)のゲートは、同一行の当該ゲートと共通に垂直選択線58に接続され、垂直選択信号VSELで駆動される。転送配線54、リセット配線56、および垂直選択線58が、図1の行制御線15である。   The gate of the read selection transistor 34 (transfer transistor / read transistor) constituting the transfer unit is connected to the transfer wiring 54 in common with the gate in the same row, and is driven by the transfer signal TRG. The gate of the reset transistor 36 constituting the initialization unit is connected to the reset wiring 56 in common with the gate in the same row and is driven by the reset signal RST. The gate of the vertical selection transistor 40 (select transistor) is connected to the vertical selection line 58 in common with the gate in the same row, and is driven by the vertical selection signal VSEL. The transfer wiring 54, the reset wiring 56, and the vertical selection line 58 are the row control lines 15 in FIG.

転送信号TRG 、リセット信号RST 、および垂直選択信号VSELは、一般的には、何れもアクティブH(ハイ;電源電圧レベル)、インアクティブL(ロー:基準レベル)の2値パルスが使用される。電源電圧レベルはたとえば3V程度とする。基準レベルは、たとえば、0.4〜0.7Vあるいは接地レベルの0Vとするが、場合によっては、一部あるいは全部のパルスについては、−1V程度の負電位とする。   The transfer signal TRG, the reset signal RST, and the vertical selection signal VSEL generally use binary pulses of active H (high; power supply voltage level) and inactive L (low: reference level). The power supply voltage level is about 3V, for example. The reference level is, for example, 0.4 to 0.7 V or the ground level of 0 V. However, depending on the case, a part or all of the pulses are set to a negative potential of about −1 V.

フォトダイオードPDなどの受光素子DET で構成される検知部の一例である電荷生成部32は、受光素子DET の一端(アノード側)が低電位側の基準電位Vss(負電位:たとえば−1V程度)に接続され、他端(カソード側)が読出選択トランジスタ34の入力端(典型的にはソース)に接続されている。なお、基準電位Vssは接地電位GND としてもよい。読出選択トランジスタ34は、出力端(典型的にはドレイン)がリセットトランジスタ36とフローティングディフュージョン38と増幅トランジスタ42とが接続される接続ノードに接続される。リセットトランジスタ36は、ソースがフローティングディフュージョン38に、ドレインがリセット電源Vrd(通常はアナログ用の画素電源Vddと共通にする)にそれぞれ接続される。   The charge generation unit 32, which is an example of a detection unit including a light receiving element DET such as a photodiode PD, has a reference potential Vss (negative potential: about −1V, for example) at which one end (anode side) of the light receiving element DET is a low potential side. The other end (cathode side) is connected to the input end (typically the source) of the read selection transistor 34. Note that the reference potential Vss may be the ground potential GND. The read selection transistor 34 has an output terminal (typically a drain) connected to a connection node to which the reset transistor 36, the floating diffusion 38 and the amplification transistor 42 are connected. The reset transistor 36 has a source connected to the floating diffusion 38 and a drain connected to a reset power supply Vrd (usually shared with the analog pixel power supply Vdd).

垂直選択トランジスタ40は、一例として、ドレインが増幅トランジスタ42のソースに、ソースが画素線51にそれぞれ接続され、ゲート(特に垂直選択ゲートSELVという)が垂直選択線58に接続されている。画素線51は、同一列の当該画素線51と共通に垂直信号線19に接続される。増幅トランジスタ42は、ゲートがフローティングディフュージョン38に接続され、ドレインが電源Vddに、ソースは垂直選択トランジスタ40を介して画素線51に接続され、さらに垂直信号線19に接続されるようになっている。   For example, the vertical selection transistor 40 has a drain connected to the source of the amplification transistor 42, a source connected to the pixel line 51, and a gate (particularly referred to as a vertical selection gate SELV) connected to the vertical selection line 58. The pixel line 51 is connected to the vertical signal line 19 in common with the pixel line 51 in the same column. The amplification transistor 42 has a gate connected to the floating diffusion 38, a drain connected to the power source Vdd, a source connected to the pixel line 51 via the vertical selection transistor 40, and further connected to the vertical signal line 19. .

垂直信号線19は、その一端が画素信号読出部426(カラム信号処理部450)側に延在するとともに、その経路において、読出電流源部24が接続される。読出電流制御部24は、その詳細は図示を割愛するが、各垂直列に対して負荷MOSトランジスタを有し、基準電流源部とトランジスタとの間でゲート同士が接続されカレントミラー回路を構成し、垂直信号線19に対し電流源24aとして機能するようになっている。そして、増幅トランジスタ42との間で、略一定の動作電流(読出電流)が供給されるソースフォロワ構成が採られるようになっている。   One end of the vertical signal line 19 extends to the pixel signal readout unit 426 (column signal processing unit 450) side, and the readout current source unit 24 is connected in the path. The read current control unit 24 is not shown in detail, but has a load MOS transistor for each vertical column, and a gate is connected between the reference current source unit and the transistor to form a current mirror circuit. The vertical signal line 19 functions as a current source 24a. A source follower configuration in which a substantially constant operating current (readout current) is supplied to the amplification transistor 42 is adopted.

図示のように、有効画素部10aの列方向の一方に遮光画素部10bが配置される。遮光画素部10bは有効画素部10aと全ての垂直信号線19を共有している。このため遮光画素部10bから読み出された画素信号は、有効画素部10aから読み出された画素信号(有効画素信号)と同様に画素信号読出部426に固有のばらつき(FPN:固定パターンノイズ)の影響を受けることになる。   As illustrated, the light-shielding pixel portion 10b is arranged on one side of the effective pixel portion 10a in the column direction. The light-shielding pixel portion 10b shares all the vertical signal lines 19 with the effective pixel portion 10a. For this reason, the pixel signal read from the light-shielding pixel unit 10b has a variation (FPN: fixed pattern noise) inherent to the pixel signal reading unit 426, as is the pixel signal (effective pixel signal) read from the effective pixel unit 10a. Will be affected.

なお、図2に示す配置例では、有効画素部10aの下側(画素信号読出部426側)に遮光画素部10bが配置されているが、これを有効画素部10aの上側(画素信号読出部426とは反対側)に配置してもよい。遮光画素部10bの1ラインのドット数(行方向の画素数)は有効画素部10aに合わせて決められるが、ライン数(列方向の画素数)は、少なくとも1ラインの遮光画素部10bが存在すればよく、その限りにおいて任意である。図では、2ライン分で示している。   In the arrangement example shown in FIG. 2, the light-shielding pixel unit 10b is arranged below the effective pixel unit 10a (on the pixel signal readout unit 426 side), but this is arranged above the effective pixel unit 10a (pixel signal readout unit). You may arrange | position on the opposite side to 426. The number of dots in one line (number of pixels in the row direction) of the light-shielding pixel portion 10b is determined according to the effective pixel portion 10a, but the number of lines (number of pixels in the column direction) is at least one line of the light-shielding pixel portion 10b. As long as it is, it is optional. In the figure, two lines are shown.

遮光画素部10bの各単位画素3は、有効画素部10aの単位画素3と同じ構成であるが、その表面が遮光層1aに覆われ外光の影響が防止されている。ただし、外光の入力がない場合でも暗電流の発生があり、その影響は免れることができない。   Each unit pixel 3 of the light-shielding pixel portion 10b has the same configuration as the unit pixel 3 of the effective pixel portion 10a, but its surface is covered with the light-shielding layer 1a to prevent the influence of external light. However, even when there is no external light input, dark current is generated and its influence cannot be avoided.

画素信号読出部426は、垂直信号線19ごとにカラム信号処理部450が設けられている。カラム信号処理部450は、CDS処理部452と、サンプリングスイッチを具備する水平選択部454を有している。CDS処理部452は、有効画素部10aまたは遮光画素部10bの画素信号に対し、その黒レベルでサンプル・ホールドした電圧と、蓄積電荷に応じた画素信号レベルでサンプル・ホールドした電圧との差分をとって、両電圧に重畳したノイズ成分をキャンセルする。このノイズ除去後の画素信号レベルはCDS処理部452の出力で保持された後、さらに、水平走査部12から水平選択部454に供給されるパルスによって順次オンされるサンプリングスイッチにより点順次でサンプリングされる。   The pixel signal reading unit 426 is provided with a column signal processing unit 450 for each vertical signal line 19. The column signal processing unit 450 includes a CDS processing unit 452 and a horizontal selection unit 454 including a sampling switch. The CDS processing unit 452 calculates the difference between the voltage sampled and held at the black level and the voltage sampled and held at the pixel signal level corresponding to the accumulated charge with respect to the pixel signal of the effective pixel unit 10a or the light-shielding pixel unit 10b. Thus, the noise component superimposed on both voltages is canceled. The pixel signal level after this noise removal is held at the output of the CDS processing unit 452, and is further sampled dot-sequentially by a sampling switch that is sequentially turned on by a pulse supplied from the horizontal scanning unit 12 to the horizontal selection unit 454. The

この画素信号の読み出し時中に、2次元的に配置された単位画素3に同じ光量の光が平行に入射してきたとすると、各単位画素3に発生する電荷の量は同じであり出力される信号も一定となるはずである。ところが、読出電流制御部24の電流源24aのばらつき、CDS処理部452内のキャパシタンスなどのばらつき、水平選択部454のサンプリングスイッチのフィードスルーばらつき、水平走査部12から出力されるパルス信号の配線と水平信号線18(出力バス)とのカップリング容量のばらつきなどと言った様々な要因によって、画素信号は列によってばらつきを持って出力されてしまう。このばらつきに起因したノイズは、ランダムノイズではなく、常に同じ量だけ列ごとに発生する固定パターンノイズであり画像に縦筋として現れる。この固定パターンノイズは、信号の発生場所が有効画素部10aであるか遮光画素部10bであるかに関係なく同様に発生する。   If the same amount of light enters the unit pixels 3 arranged two-dimensionally in parallel during the readout of the pixel signals, the amount of charge generated in each unit pixel 3 is the same and is output. Should also be constant. However, the variation of the current source 24a of the read current control unit 24, the variation of the capacitance in the CDS processing unit 452, the variation of the feedthrough of the sampling switch of the horizontal selection unit 454, the wiring of the pulse signal output from the horizontal scanning unit 12, and the like. Due to various factors such as variations in coupling capacitance with the horizontal signal line 18 (output bus), pixel signals are output with variations depending on the columns. The noise resulting from this variation is not random noise, but is fixed pattern noise that is always generated for each column by the same amount, and appears as vertical stripes in the image. This fixed pattern noise is similarly generated regardless of whether the signal is generated in the effective pixel portion 10a or the light-shielding pixel portion 10b.

この対策のため、固体撮像装置1Zは、筋状の固定パターンノイズ(縦筋ノイズ)を抑圧するための手段として、補正信号出力部9を備えている。補正信号出力部9は、有効画素部10aや遮光画素部10bの外に、カラムごとに設けられたテスト用の単位画素3であるテスト画素部310と、テスト画素部310のバイアス電圧を制御する基準電圧生成部320(バイアス部)を有する。有効画素部10aや遮光画素部10bを纏めて画素内とも称し、その外部を画素外とも称する。   For this measure, the solid-state imaging device 1Z includes a correction signal output unit 9 as means for suppressing streak-like fixed pattern noise (vertical stripe noise). The correction signal output unit 9 controls the bias voltage of the test pixel unit 310 and the test pixel unit 310 which is the unit pixel 3 for testing provided for each column in addition to the effective pixel unit 10a and the light-shielding pixel unit 10b. A reference voltage generation unit 320 (bias unit) is included. The effective pixel portion 10a and the light-shielding pixel portion 10b are collectively referred to as the inside of the pixel, and the outside thereof is also referred to as the outside of the pixel.

固体撮像装置1Zは、さらに、画素アレイ部10の列方向(垂直方向)の一方側に、垂直信号線短絡回路として機能するカラム列共通化処理部340を有する。カラム列共通化処理部340は、垂直信号線19ごとに設けられ、それぞれのソースが対応する垂直信号線19に接続されドレインが短絡線347に共通接続されている複数のシャントトランジスタとして機能する共通化スイッチトランジスタ342を有する。共通化スイッチトランジスタ342のゲートは共通のゲート制御線348に接続され、垂直走査部14により制御される。垂直走査部14に制御されて全ての共通化スイッチトランジスタ342がオンすることにより、全ての垂直信号線19の電位が同電位に(イコライズ)される。   The solid-state imaging device 1Z further includes a column column common processing unit 340 that functions as a vertical signal line short circuit on one side of the pixel array unit 10 in the column direction (vertical direction). The column column common processing unit 340 is provided for each vertical signal line 19, and functions as a plurality of shunt transistors each having a source connected to the corresponding vertical signal line 19 and a drain commonly connected to the short-circuit line 347. A switch transistor 342 is provided. The gate of the common switch transistor 342 is connected to a common gate control line 348 and is controlled by the vertical scanning unit 14. When all the common switch transistors 342 are turned on under the control of the vertical scanning unit 14, the potentials of all the vertical signal lines 19 are equalized (equalized).

テスト画素部310は、増幅トランジスタの一例である画素外アンプトランジスタ312と、テスト用画素を選択するテスト用画素選択トランジスタ314の直列回路を有する。画素外アンプトランジスタ312との対比で、画素内の増幅トランジスタ42を画素内アンプトランジスタとも称する。回路構成によっては、複数系統の垂直信号線19を1系統に纏めるセレクタを画素信号読出部426との間に介在させることもあるが、このような場合、画素外アンプトランジスタ312やテスト用画素選択トランジスタ314は、セレクタの入力(つまり単位画素3)側に配置する構成とセレクタの出力(つまりCDS処理部452)側に配置する構成の何れをも採り得るが、後者の方が素子数が少なくて済む。   The test pixel unit 310 includes a series circuit of an out-of-pixel amplifier transistor 312 that is an example of an amplification transistor and a test pixel selection transistor 314 that selects a test pixel. In contrast to the out-of-pixel amplifier transistor 312, the amplifying transistor 42 in the pixel is also referred to as an in-pixel amplifier transistor. Depending on the circuit configuration, there is a case where a selector for combining a plurality of systems of vertical signal lines 19 into one system is interposed between the pixel signal readout unit 426. In such a case, the out-of-pixel amplifier transistor 312 or the test pixel selection is selected. The transistor 314 can take either a configuration arranged on the input (ie, unit pixel 3) side of the selector or a configuration arranged on the output (ie, CDS processing unit 452) side of the selector, but the latter has a smaller number of elements. I'll do it.

画素外アンプトランジスタ312は、縦筋ノイズ除去のための補正用データを取得する際に基準電圧生成部320によってオンされ、対応する列で選択された単位画素3の増幅トランジスタ42とペアで動作する。縦筋補正用に追加された画素外アンプトランジスタ312は、そのソースがテスト用画素選択トランジスタ314のドレインに接続され、そのドレインが電圧供給線316に接続され、ゲートが他の列のものと共通にゲート制御線318に接続されている。ゲート制御線318は基準電圧生成部320に接続されている。電圧供給線316に印加される電圧は、単位画素3に供給される画素電源Vddと同じであってもよいし、画素電源Vddとは異なる正の電圧であってもよい。縦筋補正用に追加された画素外アンプトランジスタ312のゲート長L、ゲート幅Wは、水平方向の画素ピッチに収まる範囲でできるだけ大きくし、このことにより縦筋補正時に追加される画素外アンプトランジスタ312のサイズを有効画素部10aの単位画素3(有効単位画素3aと記す)で用いる増幅トランジスタ42のサイズより十分大きくすることが望ましい。   The out-of-pixel amplifier transistor 312 is turned on by the reference voltage generation unit 320 when acquiring correction data for removing vertical stripe noise, and operates in pairs with the amplification transistor 42 of the unit pixel 3 selected in the corresponding column. . The extra-pixel amplifier transistor 312 added for vertical stripe correction has its source connected to the drain of the test pixel selection transistor 314, its drain connected to the voltage supply line 316, and its gate in common with the other columns. Are connected to the gate control line 318. The gate control line 318 is connected to the reference voltage generation unit 320. The voltage applied to the voltage supply line 316 may be the same as the pixel power supply Vdd supplied to the unit pixel 3, or may be a positive voltage different from the pixel power supply Vdd. The gate length L and gate width W of the out-of-pixel amplifier transistor 312 added for vertical stripe correction are made as large as possible within the horizontal pixel pitch, and thus the out-of-pixel amplifier transistor added during vertical stripe correction. It is desirable that the size of 312 be sufficiently larger than the size of the amplification transistor 42 used in the unit pixel 3 (referred to as effective unit pixel 3a) of the effective pixel unit 10a.

テスト用画素選択トランジスタ314は、ソースが対応する垂直信号線19に接続され、各ゲートは図示しない垂直走査部14からのSELDMYにより共通に制御されるようになっている。テスト画素部310のテスト用画素選択トランジスタ314を選択する場合の一例としては、図2Aに示すように、有効画素部10aから画素信号を読み出す前に連続してテスト画素部310を選択するような方式がある。連続してテスト画素部310を選択する理由は、後段の補正回路内部にて縦方向に平均化することにより、回路部が有するランダムノイズを圧縮するためである。ただし、読み出し順やテスト画素部310の配置の上下などは問わないとする。   The source of the test pixel selection transistor 314 is connected to the corresponding vertical signal line 19, and each gate is controlled in common by SELDMY from the vertical scanning unit 14 (not shown). As an example of selecting the test pixel selection transistor 314 of the test pixel unit 310, as shown in FIG. 2A, the test pixel unit 310 is continuously selected before the pixel signal is read from the effective pixel unit 10a. There is a method. The reason why the test pixel unit 310 is continuously selected is to compress random noise included in the circuit unit by averaging in the vertical direction inside the correction circuit at the subsequent stage. However, the reading order and the upper and lower positions of the test pixel unit 310 are not limited.

基準電圧生成部320は、補正用データを取得する際にバイアス条件を増幅トランジスタ42と画素外アンプトランジスタ312で動作点が同じになるようにバイアス電圧を設定するための回路である。このため垂直信号線19から見ると、あたかも有効単位画素3aの増幅トランジスタ42のサイズが見かけ上大きくなったことと等価になる。なお、基準電圧生成部320が生成するバイアス電圧はDCレベルのみでなく、パルスなど電位的に多値をとる場合であってもよい。   The reference voltage generation unit 320 is a circuit for setting the bias voltage so that the operation point is the same between the amplification transistor 42 and the out-of-pixel amplifier transistor 312 when the correction data is acquired. Therefore, when viewed from the vertical signal line 19, this is equivalent to an apparent increase in the size of the amplification transistor 42 of the effective unit pixel 3 a. Note that the bias voltage generated by the reference voltage generation unit 320 may be not only a DC level but also a multivalued potential such as a pulse.

一般に、あるトランジスタのゲート長をL、ゲート幅をWとすると、隣り合った2つのペアトランジスタの閾値電圧のばらつきは(1/LW)1/2に比例する。このため、増幅トランジスタ42の閾値電圧が標準偏差σで10mVのばらつきを持つときに、たとえば、ゲート長Lとゲート幅Wがそれぞれ増幅トランジスタ42の10倍となるように画素外アンプトランジスタ312を設計すると、画素外アンプトランジスタ312の閾値電圧のばらつきは1mV程度の標準偏差σまで小さくなる。したがって、この場合、縦筋補正時において画素外アンプトランジスタ312を用いることにより、アンプトランジスタの閾値電圧のばらつきを1/10に低減することができる。   In general, when the gate length of a certain transistor is L and the gate width is W, the variation in threshold voltage between two adjacent pair transistors is proportional to (1 / LW) 1/2. Therefore, when the threshold voltage of the amplifying transistor 42 has a variation of 10 mV with a standard deviation σ, for example, the out-of-pixel amplifier transistor 312 is designed so that the gate length L and the gate width W are each 10 times that of the amplifying transistor 42. Then, the variation in threshold voltage of the out-of-pixel amplifier transistor 312 is reduced to a standard deviation σ of about 1 mV. Therefore, in this case, by using the out-of-pixel amplifier transistor 312 at the time of vertical stripe correction, the variation in the threshold voltage of the amplifier transistor can be reduced to 1/10.

このように増幅トランジスタ42とサイズが異なる画素外アンプトランジスタ312を用いる場合に、増幅トランジスタ42と画素外アンプトランジスタ312の動作点を基準電圧生成部320によって揃えることが望ましい。単純にゲート長Lとゲート幅Wを増幅トランジスタ42のものと変えた画素外アンプトランジスタ312を用いるだけでは、多くの場合、増幅トランジスタ42のソースフォロアの動作点と補正信号出力部9の画素外アンプトランジスタ312の動作点がずれてしまう。この場合、アンプトランジスタとソースフォロアを構成する負荷MOSトランジスタ(電流源24a)のばらつきが正確に見積もれなくなってしまう。このことを防止するには、画素外アンプトランジスタ312のゲートバイアス電圧を、閾値差に応じて増幅トランジスタ42のゲート電圧(OB信号電圧)とは異なる値に調整することが望ましい。   When the out-of-pixel amplifier transistor 312 having a size different from that of the amplifying transistor 42 is used as described above, it is desirable to align the operating points of the amplifying transistor 42 and the out-of-pixel amplifier transistor 312 by the reference voltage generation unit 320. In many cases, by simply using the out-of-pixel amplifier transistor 312 in which the gate length L and the gate width W are changed from those of the amplifying transistor 42, the operating point of the source follower of the amplifying transistor 42 and the outside of the correction signal output unit 9 are out of the pixel. The operating point of the amplifier transistor 312 is shifted. In this case, the variation of the load MOS transistor (current source 24a) constituting the amplifier transistor and the source follower cannot be accurately estimated. In order to prevent this, it is desirable to adjust the gate bias voltage of the out-of-pixel amplifier transistor 312 to a value different from the gate voltage (OB signal voltage) of the amplification transistor 42 according to the threshold difference.

基準電圧生成部320は、そのために設けられたものであり、抵抗タップにて、D相に相当する出力レベルを切り替える構成になっている。また、黒レベルは PHASEパルスを常時L固定とすることにより得る。   The reference voltage generation unit 320 is provided for this purpose, and is configured to switch the output level corresponding to the D phase with a resistance tap. The black level is obtained by always fixing the PHASE pulse to L level.

具体的には、図2B(1)に示すように、基準電圧生成部320は、抵抗回路510と、トランジスタ520と、スイッチ回路530,540を有する。抵抗回路510は、複数(図では5個)の抵抗素子512を直列接続した構成であり、一方の端部(抵抗素子512_1側)が電源Vddに接続され、他方の端部(抵抗素子512_5側)がトランジスタ520を介して基準電位(たとえば接地電位)に接続されている。トランジスタ520は、ゲートに制御信号STBYが供給される。制御信号STBYがHレベルのときトランジスタ520がオンし、抵抗回路510の各抵抗素子512に一定(≒電源電圧Vddを各抵抗素子512の合成抵抗分で除算した値)の電流が流れる。   Specifically, as illustrated in FIG. 2B (1), the reference voltage generation unit 320 includes a resistance circuit 510, a transistor 520, and switch circuits 530 and 540. The resistor circuit 510 has a configuration in which a plurality (five in the figure) of resistor elements 512 are connected in series, one end (resistor element 512_1 side) is connected to the power supply Vdd, and the other end (resistor element 512_5 side) ) Is connected to a reference potential (eg, ground potential) via the transistor 520. The control signal STBY is supplied to the gate of the transistor 520. When the control signal STBY is at the H level, the transistor 520 is turned on, and a constant current (≈a value obtained by dividing the power supply voltage Vdd by the combined resistance of each resistance element 512) flows through each resistance element 512 of the resistance circuit 510.

スイッチ回路530は、抵抗回路510の各抵抗素子512の接続点(分圧点と称する)の電圧を選択して出力するスイッチ532を有する。各スイッチ532は、NMOSとPMOSを相補型に並列接続した1対の相補スイッチ(トランスファーゲートやトランスミッションゲート)である。各スイッチ532は、一方の端子(入力端)が抵抗回路510の各分圧点に各別に接続され、他方の端子(出力端)が共通に接続されている。図示しないが、各スイッチ532は、D相に相当する出力レベルを切り替えるために、NMOSとPMOSにそれぞれを同時にオン/オフさせる制御信号が入力される。何れのスイッチ532をオンさせるかは、D相に相当する出力レベルにするために好適なものが選択される。   The switch circuit 530 includes a switch 532 that selects and outputs a voltage at a connection point (referred to as a voltage dividing point) of each resistance element 512 of the resistance circuit 510. Each switch 532 is a pair of complementary switches (transfer gate and transmission gate) in which NMOS and PMOS are connected in parallel in a complementary manner. Each switch 532 has one terminal (input end) connected to each voltage dividing point of the resistance circuit 510 and the other terminal (output end) connected in common. Although not shown, each switch 532 receives a control signal for simultaneously turning on and off the NMOS and PMOS in order to switch the output level corresponding to the D phase. Which switch 532 is to be turned on is selected to be suitable for setting the output level corresponding to the D phase.

スイッチ回路540は、スイッチ542と、インバータ544と、PMOS546を有する。スイッチ542は、スイッチ532と同様の相補スイッチである。PMOS546は、ソース端が電源Vddに接続され、ドレイン端がスイッチ542の出力端に接続されている。インバータ544の入力とPMOS546のゲートとスイッチ542のNMOSのゲートには PHASEパルスが入力される。インバータ544の出力はスイッチ542のPMOSのゲートに入力される。   The switch circuit 540 includes a switch 542, an inverter 544, and a PMOS 546. The switch 542 is a complementary switch similar to the switch 532. The PMOS 546 has a source terminal connected to the power supply Vdd and a drain terminal connected to the output terminal of the switch 542. A PHASE pulse is input to the input of the inverter 544, the gate of the PMOS 546, and the NMOS gate of the switch 542. The output of the inverter 544 is input to the PMOS gate of the switch 542.

図2B(2)に示すように、 PHASEパルスがLレベルのときには、スイッチ542はオフ、PMOS546はオンであり、電源電圧がVddが画素外アンプトランジスタ312のゲートに供給される。 PHASEパルスがHレベルのときには、スイッチ542はオン、PMOS546はオフであり、スイッチ回路530で選択された分圧点の電位が画素外アンプトランジスタ312のゲートに供給される。スイッチ回路530の何れのスイッチ532がオンさせるかによって(つまり抵抗タップの切替えで)、画素外アンプトランジスタ312のゲートに供給されるバイアス電圧FDINのレベルを調整できる。   As shown in FIG. 2B (2), when the PHASE pulse is at the L level, the switch 542 is off, the PMOS 546 is on, and the power supply voltage Vdd is supplied to the gate of the out-of-pixel amplifier transistor 312. When the PHASE pulse is at the H level, the switch 542 is on, the PMOS 546 is off, and the potential at the voltage dividing point selected by the switch circuit 530 is supplied to the gate of the out-of-pixel amplifier transistor 312. The level of the bias voltage FDIN supplied to the gate of the out-of-pixel amplifier transistor 312 can be adjusted depending on which switch 532 of the switch circuit 530 is turned on (that is, by switching the resistance tap).

基準電圧生成部320は特許文献1に記載の構成とは異なるが、基本的な考え方は同じである。補正用データを取得する際にバイアス条件を画素内アンプトランジスタ(増幅トランジスタ42)と画素外アンプトランジスタ312で動作点が同じになるようにバイアス電圧FDINを設定するとともに、テスト用画素(テスト画素部310)の画素外アンプトランジスタ312の閾値・サイズなどは画素内部の増幅トランジスタ42と同一構成で配置する考えである。同様に、テスト用画素選択トランジスタ314の閾値・サイズなどは画素内部の垂直選択トランジスタ40と同一構成で配置する考えである。   Although the reference voltage generation unit 320 is different from the configuration described in Patent Document 1, the basic concept is the same. The bias voltage FDIN is set so that the operating point is the same between the in-pixel amplifier transistor (amplifying transistor 42) and the out-of-pixel amplifier transistor 312 when the correction data is acquired, and the test pixel (test pixel unit) The threshold value, size, etc. of the out-pixel amplifier transistor 312 of 310) are considered to be arranged in the same configuration as the amplification transistor 42 inside the pixel. Similarly, the threshold and size of the test pixel selection transistor 314 are considered to be arranged in the same configuration as the vertical selection transistor 40 inside the pixel.

たとえば、画素アレイ部10の下部に同様にテスト画素部310(画素外アンプトランジスタ312とテスト用画素選択トランジスタ314)を配置することにより、電源やウェルを画素と共用することが可能であり、レイアウト配置が優位(楽に)になるメリットがある。   For example, by similarly arranging the test pixel unit 310 (the out-pixel amplifier transistor 312 and the test pixel selection transistor 314) at the lower part of the pixel array unit 10, it is possible to share the power supply and well with the pixel, and the layout. There is a merit that placement is superior (easy).

画素外アンプトランジスタ312に供給されたバイアス電圧FDINに基づいて、テスト用画素選択トランジスタ314がオン時に、DMY信号として垂直信号線19に出力される。   Based on the bias voltage FDIN supplied to the out-of-pixel amplifier transistor 312, when the test pixel selection transistor 314 is turned on, it is output to the vertical signal line 19 as a DMY signal.

増幅トランジスタ42と画素外アンプトランジスタ312の動作点が揃うことにより、遮光画素部10bから出力される画素信号(OB信号)と、画素外アンプトランジスタ312から出力される画素信号(DMY信号)との基準がほぼ同じになる。ただし、DMY信号は暗電流の影響がない分、OB信号より広いレンジの信号である。   By aligning the operating points of the amplification transistor 42 and the out-of-pixel amplifier transistor 312, a pixel signal (OB signal) output from the light-shielded pixel unit 10 b and a pixel signal (DMY signal) output from the out-of-pixel amplifier transistor 312 are obtained. The standard is almost the same. However, the DMY signal has a wider range than the OB signal because it is not affected by the dark current.

DMY信号が画素信号読出部426のカラム信号処理部450にてカラム処理され、さらに図1に示したアナログ信号処理部429aとAD変換部429bを通って出力処理部429cに入力される。出力処理部429c内には、縦筋ノイズを補正するノイズ補正処理部429d(縦筋補正回路)が設けられている。ノイズ補正処理部429dの構成は、とくに図示しないが、たとえば複数回のDMY信号を出力させたときに、その加算平均をとることによりランダムノイズを除去する回路と、加算平均値を補正データとして保持するラインメモリと、有効画素信号の読み出し時に、ラインメモリから補正データを読み出して、入力されてきた有効画素信号から補正データをラインごとに減算する減算回路とを有する。これにより減算回路からは縦筋補正後の有効画素信号が出力される。   The DMY signal is subjected to column processing by the column signal processing unit 450 of the pixel signal reading unit 426, and further input to the output processing unit 429c through the analog signal processing unit 429a and the AD conversion unit 429b shown in FIG. In the output processing unit 429c, a noise correction processing unit 429d (vertical stripe correction circuit) for correcting vertical stripe noise is provided. Although the configuration of the noise correction processing unit 429d is not particularly shown, for example, when a plurality of DMY signals are output, a circuit that removes random noise by taking the average of the DMY signals, and holds the average of the average as correction data And a subtraction circuit that reads correction data from the line memory and subtracts the correction data from the input effective pixel signal for each line when reading the effective pixel signal. As a result, the effective pixel signal after vertical stripe correction is output from the subtraction circuit.

遮光画素部10bに電荷生成部32(フォトセンサ)がない場合に比べ、増幅トランジスタ42と画素外アンプトランジスタ312とテスト用画素選択トランジスタ314のサイズ比に応じて、アンプトランジスタの閾値電圧による信号ばらつきが抑制されている。その結果、CDS処理部452の入力信号のばらつきが小さくなる分、そのCDS抑圧残し量も低減される。   Compared to the case where the light-shielding pixel unit 10b does not include the charge generation unit 32 (photosensor), the signal variation due to the threshold voltage of the amplifier transistor depends on the size ratio of the amplification transistor 42, the out-pixel amplifier transistor 312 and the test pixel selection transistor 314. Is suppressed. As a result, the amount of residual CDS suppression is reduced as the variation in the input signal of the CDS processing unit 452 becomes smaller.

なお、この信号ばらつきの抑制の程度は、増幅トランジスタ42と画素外アンプトランジスタ312とテスト用画素選択トランジスタ314のサイズ比を設計変更することで調整できる。つまり、電流源24aのばらつきが比較的大きな場合は、このトランジスタサイズ比を余り大きくし過ぎると、この電流源ばらつきがCDS入力信号に反映され難くなり、実際の有効画素信号の読み出し時では反映されることとなる電流源の影響をDMY信号において小さくする。そのような場合は、固定パターンノイズの原因の一部を無視することになり却って縦筋を大きくする可能性がある。増幅トランジスタ42と画素外アンプトランジスタ312とテスト用画素選択トランジスタ314のサイズ比を設計時に最適化することにより、電流源起因の縦筋ノイズ増大が発生しない範囲でアンプトランジスタ起因の信号ばらつきをできるだけ抑制してCDS抑圧残しを最小限にすることができる。   The degree of suppression of the signal variation can be adjusted by changing the size ratio of the amplification transistor 42, the out-of-pixel amplifier transistor 312 and the test pixel selection transistor 314. That is, when the variation of the current source 24a is relatively large, if the transistor size ratio is excessively large, the variation of the current source becomes difficult to be reflected in the CDS input signal, and is reflected when the actual effective pixel signal is read out. The influence of the current source that is to be reduced is reduced in the DMY signal. In such a case, a part of the cause of the fixed pattern noise is ignored, and the vertical stripe may be enlarged. By optimizing the size ratio of the amplifying transistor 42, the out-of-pixel amplifier transistor 312 and the test pixel selection transistor 314 at the time of design, the variation in the signal due to the amplifier transistor is suppressed as much as possible within the range in which the vertical line noise due to the current source does not increase. Thus, the CDS suppression residue can be minimized.

加えて、比較例の固体撮像装置1Zは、カラム列共通化処理部340(共通化スイッチトランジスタ342)を有している。先にも述べたように、縦筋の原因は、電流源24aのばらつき、CDS処理部452のばらつき、水平選択部454のサンプリングスイッチのばらつき、水平信号線18のバスごとのばらつき、水平信号線18のカップリング容量のばらつきなどが要因になると考えられる。このとき、電流源24aのばらつきの縦筋への影響が無視できるほど小さく別の要因が支配的な場合に、垂直信号線19を並列に接続することで画素外アンプトランジスタ312とテスト用画素選択トランジスタ314を並列化する。画素外アンプトランジスタ312は元々比較的サイズが大きいことから特性のばらつきは小さいが、そのばらつきが気になるレベルのときは画素外アンプトランジスタ312とテスト用画素選択トランジスタ314を並列化することにより、その特性ばらつきの寄与を平均化でき、結果としてCDS抑圧残しを防止して縦筋の原因となっている要因をさらに正確に抽出することができる。   In addition, the solid-state imaging device 1Z of the comparative example includes a column row common processing unit 340 (a common switch transistor 342). As described above, the vertical stripes are caused by the variation in the current source 24a, the variation in the CDS processing unit 452, the variation in the sampling switch in the horizontal selection unit 454, the variation in the horizontal signal line 18 for each bus, and the horizontal signal line. It is considered that the variation of 18 coupling capacities is a factor. At this time, when the influence of the variation of the current source 24a on the vertical stripe is so small that other factors are dominant, the vertical signal line 19 is connected in parallel to connect the out-of-pixel amplifier transistor 312 and the test pixel selection. Transistor 314 is parallelized. The out-of-pixel amplifier transistor 312 originally has a relatively large size, so the variation in characteristics is small. However, when the variation is at a level of concern, by paralleling the out-of-pixel amplifier transistor 312 and the test pixel selection transistor 314, The contribution of the characteristic variation can be averaged, and as a result, the CDS suppression can be prevented and the factor causing the vertical stripe can be extracted more accurately.

ところで、比較例の固体撮像装置1Zでは、図2に示すように基準電圧生成部320から発生されるバイアス電位を、ゲート制御線318を介して画素外アンプトランジスタ312のゲートに入力することによって、画素間のFPN成分を抑制し、CDS処理部452そのものが有するばらつき成分を持つ信号出力を得る手法を採っている。この信号出力は、通常撮像時の画像にて、CDS処理部452そのものが有する縦筋成分を減算するための補正用信号となる。つまり、CDS処理部452に入力される信号は、CDS処理部452そのものが有するばらつき成分を抽出するために、ノイズ成分やオフセット(offset)成分を含んでない状態が好ましい。これらのノイズ成分はCDS処理部452によって減算される場合があるが、それらの成分を完全に除去することができない。   By the way, in the solid-state imaging device 1Z of the comparative example, by inputting the bias potential generated from the reference voltage generation unit 320 to the gate of the out-of-pixel amplifier transistor 312 via the gate control line 318 as shown in FIG. A technique is adopted in which the FPN component between pixels is suppressed and a signal output having a variation component that the CDS processing unit 452 itself has is obtained. This signal output is a correction signal for subtracting the vertical stripe component of the CDS processing unit 452 itself from the image during normal imaging. That is, it is preferable that the signal input to the CDS processing unit 452 does not include a noise component or an offset component in order to extract a variation component included in the CDS processing unit 452 itself. These noise components may be subtracted by the CDS processing unit 452, but these components cannot be completely removed.

そのため、各カラム列に付属する共通化スイッチトランジスタ342をオンにする構成を採ることによって、増幅トランジスタ42の閾値電圧や垂直選択トランジスタ40のオン抵抗に相当するばらつき成分を抑え、CDS処理部452に入力される画素信号のばらつき成分の軽減を行なうようにしている。この結果、CDS残りを軽減することができるため、CDS処理部452そのものが有する縦筋成分を抽出することができ、補正処理を行なうことによって縦筋成分のFPNを抑制することができる。   Therefore, by adopting a configuration in which the common switch transistor 342 attached to each column row is turned on, variation components corresponding to the threshold voltage of the amplification transistor 42 and the on-resistance of the vertical selection transistor 40 are suppressed, and the CDS processing unit 452 has The variation component of the input pixel signal is reduced. As a result, since the remaining CDS can be reduced, the vertical stripe component of the CDS processing unit 452 itself can be extracted, and the FPN of the vertical stripe component can be suppressed by performing the correction process.

しかしながら、比較例の固体撮像装置1Zでは、各カラムが、画素外アンプトランジスタ312の閾値電圧やテスト用画素選択トランジスタ314のオン抵抗のばらつき成分を持つ。ばらつき成分を抑える(イコライズすると称する)ために共通化スイッチトランジスタ342が寄与するが、共通化スイッチトランジスタ342が有するオン抵抗成分が起因し、ばらつきを十分に除去できない。つまり、共通化スイッチトランジスタ342でイコライズをしても共通化スイッチトランジスタ342のオン抵抗成分が起因して、高い精度ではイコライズできない。   However, in the solid-state imaging device 1Z of the comparative example, each column has a variation component of the threshold voltage of the out-of-pixel amplifier transistor 312 and the on-resistance of the test pixel selection transistor 314. The common switch transistor 342 contributes to suppress (referred to as equalize) the variation component, but due to the on-resistance component of the common switch transistor 342, the variation cannot be sufficiently removed. That is, even if equalization is performed by the common switch transistor 342, it cannot be equalized with high accuracy due to the on-resistance component of the common switch transistor 342.

高い精度でイコライズを実施するには、入力のばらつき(つまりテスト画素部310のばらつき成分)を低減するか、共通化スイッチトランジスタ342のオン抵抗成分を軽減するようにサイズを大きくする必要がある。しかし、共通化スイッチトランジスタ342をオンにしても、収束に十分な時間を掛けられない場合や共通化スイッチトランジスタ342のサイズを大きくできない場合では、前記のばらつきを十分に除去できない。その結果、縦筋成分が残る場合がある。   In order to perform equalization with high accuracy, it is necessary to reduce the input variation (that is, the variation component of the test pixel unit 310) or increase the size so as to reduce the on-resistance component of the common switch transistor 342. However, even if the common switch transistor 342 is turned on, the above-described variation cannot be sufficiently removed when it is not possible to spend a sufficient time for convergence or when the size of the common switch transistor 342 cannot be increased. As a result, a vertical stripe component may remain.

さらに、共通化スイッチトランジスタ342を配置するためのスペースが必要となる。また、近年においては、固体撮像装置の低ノイズ化に伴い、微小な縦筋成分が目立つ場合があり、そのためCDS処理部452に入力されるばらつき成分をさらに除去することが求められている。   Further, a space for arranging the common switch transistor 342 is required. In recent years, with the reduction in noise of the solid-state imaging device, a minute vertical stripe component may be conspicuous, and therefore, it is required to further remove the variation component input to the CDS processing unit 452.

このように、比較例の固体撮像装置1Zでは、固定パターンノイズの抑制という観点では、画素外アンプトランジスタを利用する仕組みを採ったことで相当程度の改善がなされているものの、縦筋補正効果やスペースの面でさらなる改善の余地が残っている。   As described above, in the solid-state imaging device 1Z of the comparative example, from the viewpoint of suppression of fixed pattern noise, although a considerable improvement has been made by adopting a mechanism using an out-pixel amplifier transistor, There is room for further improvement in terms of space.

<ノイズ抑制機能:第1実施形態>
図3は、ノイズ抑制に関わる各部に着目して、第1実施形態の固体撮像装置1Aを示した図である。図2に示した比較例の固体撮像装置1Zと比べた場合、各カラムの画素外アンプトランジスタ312の垂直信号線19側の端子(ソース)を共通に接続(短絡)する短絡線317を備えている。その他の点は、比較例の固体撮像装置1Zと同じである。このような構成にすることで、テスト用画素選択トランジスタ314は、先ず、垂直信号線19との関係においては、共通化スイッチトランジスタ342と同様の接続関係にあり、垂直信号線19ごとに設けられ、それぞれのソースが対応する垂直信号線19に接続されドレインが短絡線317により共通接続されているシャントトランジスタとして機能し得る。たとえば、全てのテスト用画素選択トランジスタ314のゲートにアクティブHを供給することで、全ての垂直信号線19の電位がイコライズされる。
<Noise Suppression Function: First Embodiment>
FIG. 3 is a diagram illustrating the solid-state imaging device 1 </ b> A according to the first embodiment, focusing on each part related to noise suppression. Compared with the solid-state imaging device 1Z of the comparative example shown in FIG. 2, a short-circuit line 317 is provided for commonly connecting (short-circuiting) the terminals (sources) on the vertical signal line 19 side of the out-pixel amplifier transistors 312 of each column. Yes. Other points are the same as those of the solid-state imaging device 1Z of the comparative example. With this configuration, the test pixel selection transistor 314 is connected to the vertical signal line 19 in the same connection relationship as the common switch transistor 342 and is provided for each vertical signal line 19. , Each source can be connected to a corresponding vertical signal line 19, and the drain can function as a shunt transistor commonly connected by a short-circuit line 317. For example, by supplying active H to the gates of all the test pixel selection transistors 314, the potentials of all the vertical signal lines 19 are equalized.

加えて、短絡線317は、各画素外アンプトランジスタ312のソースを短絡することにもなり、等価的に画素外アンプトランジスタ312が並列接続された状態でテスト用画素選択トランジスタ314を介して各垂直信号線19に寄与することになる。短絡線317によって、画素外アンプトランジスタ312とテスト用画素選択トランジスタ314を並列化することになり、全ての画素外アンプトランジスタ312のソース端の電位が同電位に(イコライズ)され、その同電位のソース電位がテスト用画素選択トランジスタ314を介して垂直信号線19に伝達される。   In addition, the short-circuit line 317 also short-circuits the source of each out-of-pixel amplifier transistor 312, and each vertical line is connected via the test pixel selection transistor 314 in a state where the out-of-pixel amplifier transistor 312 is equivalently connected in parallel. This contributes to the signal line 19. The out-of-pixel amplifier transistor 312 and the test pixel selection transistor 314 are paralleled by the short-circuit line 317, and the potentials of the source terminals of all the out-of-pixel amplifier transistors 312 are equalized (equalized). The source potential is transmitted to the vertical signal line 19 via the test pixel selection transistor 314.

全ての共通化スイッチトランジスタ342をオンさせて垂直信号線19を共通接続するだけでなく、短絡線317により画素外アンプトランジスタ312とテスト用画素選択トランジスタ314の接続点を共通に接続して画素外アンプトランジスタ312やテスト用画素選択トランジスタ314を並列化することにより、それらの特性ばらつきの寄与を平均化できる。   Not only are all the common switch transistors 342 turned on to connect the vertical signal lines 19 in common, but the connection points of the out-of-pixel amplifier transistors 312 and the test pixel selection transistors 314 are connected in common by the short-circuit line 317 to the outside of the pixels. By paralleling the amplifier transistor 312 and the test pixel selection transistor 314, the contributions of their characteristic variations can be averaged.

画素外アンプトランジスタ312のソース部を低減すれば、画素外アンプトランジスタ312の閾値ばらつきが、ショートされなくなるため(メタルの抵抗成分は無視できるとして)、テスト用画素選択トランジスタ314のオン抵抗ばらつき成分のみとなり、結果としてイコライズ特性は良くなる。   If the source part of the out-of-pixel amplifier transistor 312 is reduced, the threshold variation of the out-of-pixel amplifier transistor 312 will not be short-circuited (assuming that the metal resistance component can be ignored), so only the on-resistance variation component of the test pixel selection transistor 314 As a result, the equalization characteristic is improved.

結果として、CDS抑圧残しを防止して縦筋の原因となっている要因を、比較例の固体撮像装置1Zよりも、一層正確に抽出することができ、縦筋ノイズを一層抑圧できる。本実施形態を適用しない場合よりも特性ばらつきを軽減することができ、結果的には、縦筋抑制効果が高まる。   As a result, it is possible to extract the cause of the vertical stripes by preventing the CDS suppression remaining more accurately than the solid-state imaging device 1Z of the comparative example, and the vertical stripe noise can be further suppressed. The characteristic variation can be reduced as compared with the case where the present embodiment is not applied, and as a result, the vertical stripe suppression effect is enhanced.

本実施形態の単位画素3とテスト画素部310の各回路構成に着目すると、画素外アンプトランジスタ312とテスト用画素選択トランジスタ314の配置関係は、単位画素3側の増幅トランジスタ42と垂直選択トランジスタ40の配置関係と同じである。回路構成の整合がとれており、この点も、縦筋ノイズの抑圧効果を高める一因となる利点がある。   When attention is paid to each circuit configuration of the unit pixel 3 and the test pixel unit 310 of the present embodiment, the arrangement relationship between the out-of-pixel amplifier transistor 312 and the test pixel selection transistor 314 is the amplification transistor 42 and the vertical selection transistor 40 on the unit pixel 3 side. It is the same as the arrangement relationship. The circuit configuration is matched, and this also has an advantage that contributes to the enhancement effect of the vertical stripe noise.

テスト画素部310の画素外アンプトランジスタ312の垂直信号線19側の端子を短絡線317で短絡することによって、画素外アンプトランジスタ312の閾値電圧のばらつき成分は、画素外アンプトランジスタ312のソースを短絡する短絡線317によって吸収される。その結果、比較例よりも、CDS処理部452に入力される画素信号のばらつき成分を軽減することができ、CDS残りを軽減することができるため、補正処理を行なうことにより、CDS処理部452そのもののばらつき成分、つまり縦筋状のFPNを抑えた画像を得ることができる。このとき、基準電圧生成部320からはDCレベルまたはパルスを画素外アンプトランジスタ312のゲートへのバイアス電圧として入力することができ、暗時および明時のFPNを抑制した信号レベルを得ることができる。   By short-circuiting the terminal on the vertical signal line 19 side of the out-of-pixel amplifier transistor 312 in the test pixel unit 310 with the short-circuit line 317, the variation component of the threshold voltage of the out-of-pixel amplifier transistor 312 is short-circuited at the source of the out-of-pixel amplifier transistor 312. Is absorbed by the shorting wire 317. As a result, since the variation component of the pixel signal input to the CDS processing unit 452 can be reduced and the remaining CDS can be reduced as compared with the comparative example, the CDS processing unit 452 itself can be obtained by performing the correction process. Can be obtained. In other words, an image can be obtained in which vertical variation FPN is suppressed. At this time, a DC level or a pulse can be input as a bias voltage to the gate of the out-of-pixel amplifier transistor 312 from the reference voltage generation unit 320, and a signal level in which dark and bright FPN are suppressed can be obtained. .

また、特許文献2に記載の仕組みとの対比では次のようなことが言える。特許文献2の仕組みでは、本実施形態のようにゲイン性の縦筋成分のノイズを補正することに関しての記載・示唆はない。特許文献2に記載の仕組みで得られる補正信号は、黒レベルに対してのみとなっている。   Further, in comparison with the mechanism described in Patent Document 2, the following can be said. In the mechanism of Patent Document 2, there is no description or suggestion regarding correcting the noise of the vertical line component of gain as in the present embodiment. The correction signal obtained by the mechanism described in Patent Document 2 is only for the black level.

特許文献1(図4)では、縦筋ノイズ除去のための補正用データ(通常は白レベル相当のもの)を取得するために、画素外アンプトランジスタを用いており、さらに、シャント構造にするために、シャントトランジスタを用いている。これに対して、特許文献2では、黒レベルを得るだけなので、1カラムにつき1トランジスタの構成となっている。たとえば、特許文献2の図3では、装置電源の投入初期に制御パルスP1にHレベルを入力することで垂直信号線の相互間の電位を同電位に設定しているに過ぎず、縦筋ノイズ除去のための補正用データを取得することはできない。換言すれば、特許文献2は、特許文献1(図4)のシャントトランジスタ部のみの構造を提案しているもので、画素外アンプやバイアス回路がない場合のことを提案しているに過ぎない。   In Patent Document 1 (FIG. 4), out-of-pixel amplifier transistors are used to obtain correction data for removing vertical stripe noise (usually equivalent to a white level), and further, a shunt structure is used. In addition, a shunt transistor is used. On the other hand, in Patent Document 2, since only the black level is obtained, the configuration is one transistor per column. For example, in FIG. 3 of Patent Document 2, the potential between the vertical signal lines is merely set to the same potential by inputting the H level to the control pulse P1 in the initial stage of turning on the apparatus power. Correction data for removal cannot be acquired. In other words, Patent Document 2 proposes the structure of only the shunt transistor portion of Patent Document 1 (FIG. 4), and only proposes the case where there is no out-of-pixel amplifier or bias circuit. .

<ノイズ抑制機能:第2実施形態>
図4は、ノイズ抑制に関わる各部に着目して、第2実施形態の固体撮像装置1Bを示した図である。図3に示した第1実施形態の固体撮像装置1Aと比べた場合、カラム列共通化処理部340(共通化スイッチトランジスタ342)を取り外した形態である。その他の点は、第1実施形態の固体撮像装置1Aと同じである。
<Noise Suppression Function: Second Embodiment>
FIG. 4 is a diagram illustrating the solid-state imaging device 1B of the second embodiment, focusing on each part related to noise suppression. Compared with the solid-state imaging device 1A of the first embodiment shown in FIG. 3, the column column commonization processing unit 340 (commonization switch transistor 342) is removed. Other points are the same as those of the solid-state imaging device 1A of the first embodiment.

テスト用画素選択トランジスタ314は、ソースが対応する垂直信号線19に接続され、各ゲートは図示しない垂直走査部14からのSELDMYにより共通に制御されるようになっている。テスト用画素選択トランジスタ314は、先ず、垂直信号線19との関係においては、共通化スイッチトランジスタ342と同様の接続関係にあり、垂直信号線19ごとに設けられ、それぞれのソースが対応する垂直信号線19に接続されドレインが共通接続されているシャントトランジスタとして機能し得る。たとえば、全てのテスト用画素選択トランジスタ314のゲートにアクティブHを供給することで、全ての垂直信号線19の電位がイコライズされる。   The source of the test pixel selection transistor 314 is connected to the corresponding vertical signal line 19, and each gate is controlled in common by SELDMY from the vertical scanning unit 14 (not shown). First, the test pixel selection transistor 314 is connected to the vertical signal line 19 in the same connection relationship as the common switch transistor 342, and is provided for each vertical signal line 19, and each source has a corresponding vertical signal. It can function as a shunt transistor connected to the line 19 and having a common drain. For example, by supplying active H to the gates of all the test pixel selection transistors 314, the potentials of all the vertical signal lines 19 are equalized.

このように、カラム列共通化処理部340(共通化スイッチトランジスタ342)を削除した形態の場合は、共通化スイッチトランジスタ342とテスト用画素選択トランジスタ314のサイズが同一であれば、比較例の固体撮像装置1Zと同等の効果が得られることとなる。   As described above, in the case where the column column common processing unit 340 (the common switch transistor 342) is deleted, if the sizes of the common switch transistor 342 and the test pixel selection transistor 314 are the same, the solid state of the comparative example is obtained. An effect equivalent to that of the imaging device 1Z can be obtained.

CDS処理部452の画素アレイ部10側においては、レイアウト的な制約が大きい場合もある。その場合、第2実施形態の仕組みのように、カラム列共通化処理部340(共通化スイッチトランジスタ342)を除去しつつ、画素外アンプトランジスタ312の垂直信号線19側を短絡線317で短絡し、かつ各別にテスト用画素選択トランジスタ314を介して各カラムの垂直信号線19に接続する構成を採ることで、レイアウト的に許容されるスペース内で効率的にFPNを抑制できる。   On the pixel array unit 10 side of the CDS processing unit 452, layout restrictions may be large. In that case, the vertical signal line 19 side of the out-of-pixel amplifier transistor 312 is short-circuited by the short-circuit line 317 while removing the column-column common processing unit 340 (common switch transistor 342) as in the mechanism of the second embodiment. In addition, by adopting a configuration in which each is connected to the vertical signal line 19 of each column via the test pixel selection transistor 314, the FPN can be efficiently suppressed within the space allowed in the layout.

図2に示した比較例との対比では、共通化スイッチトランジスタ342を備えずに画素外アンプトランジスタ312のソースを短絡することで、スペースが改善できる。因みに、イコライズ特性を同等以上に保つためには、オン抵抗分を考えると、テスト用画素選択トランジスタ314が共通化スイッチトランジスタ342より大きい必要がある。   In contrast to the comparative example shown in FIG. 2, the space can be improved by short-circuiting the source of the out-of-pixel amplifier transistor 312 without providing the common switch transistor 342. Incidentally, in order to keep equalizing characteristics equal to or higher, the on-resistance component requires that the test pixel selection transistor 314 be larger than the common switch transistor 342.

固体撮像装置の高速動作化に伴い、CDS処理部452に入力されるばらつき成分が高速にイコライズされる要求があるが、この点に関しては、第1・第2実施形態の何れにおいても、収束に掛かる時間に関する問題点が改善される。   As the solid-state imaging device operates at higher speed, there is a demand for equalization of the variation component input to the CDS processing unit 452 at a high speed. In this regard, in both the first and second embodiments, convergence is achieved. Problems related to the time taken will be improved.

<ノイズ抑制機能:画素回路の変形例との組合せ>
図5は、ノイズ抑制に関わる各部に着目して、第1・第2実施形態に対する変形例を説明する図である。第1・第2実施形態との相違は、画素アレイ部10側の単位画素3の構成が異なる点である。図としては、テスト画素部310が第1実施形態の構成である例で示すが、第2実施形態のテスト画素部310を適用してもよい。
<Noise suppression function: Combination with pixel circuit modification>
FIG. 5 is a diagram for explaining a modification of the first and second embodiments, focusing on each part related to noise suppression. The difference from the first and second embodiments is that the configuration of the unit pixel 3 on the pixel array unit 10 side is different. As an example, the test pixel unit 310 has the configuration of the first embodiment, but the test pixel unit 310 of the second embodiment may be applied.

本実施形態の仕組みは、テスト用画素として、画素外アンプトランジスタ312のソース側を共通にし、かつカラム別にテスト用画素選択トランジスタ314を介在させる構成を備えていればよく、補正信号出力部9やテスト画素部310の基本的な目的・効果・動作としては、画素アレイ部10の単位画素3側の構成には左右されない。   The mechanism of the present embodiment only needs to have a configuration in which the source side of the out-of-pixel amplifier transistor 312 is made common as the test pixel and the test pixel selection transistor 314 is interposed for each column. The basic purpose, effect, and operation of the test pixel unit 310 are not affected by the configuration of the pixel array unit 10 on the unit pixel 3 side.

図5に示す変形例は、単位画素3において、垂直選択トランジスタ40と増幅トランジスタ42の配置を逆にしたものである。すなわち、垂直選択トランジスタ40は、ドレインが電源Vddに、ソースが増幅トランジスタ42のドレインに接続され、増幅トランジスタ42のソースが画素線51に接続されている。   In the modification shown in FIG. 5, the arrangement of the vertical selection transistor 40 and the amplification transistor 42 in the unit pixel 3 is reversed. That is, the vertical selection transistor 40 has a drain connected to the power supply Vdd, a source connected to the drain of the amplification transistor 42, and a source of the amplification transistor 42 connected to the pixel line 51.

このような変形例では、単位画素3の垂直選択トランジスタ40と増幅トランジスタ42の接続関係が、テスト画素部310の画素外アンプトランジスタ312とテスト用画素選択トランジスタ314の接続関係と逆になる。したがって、第1・第2実施形態の単位画素3の構成は、テスト画素部310における増幅トランジスタと選択トランジスタの配置の整合がとれており、動作のマッチング性から言えば、第1・第2実施形態の方が有利である。   In such a modification, the connection relationship between the vertical selection transistor 40 and the amplification transistor 42 in the unit pixel 3 is opposite to the connection relationship between the out-of-pixel amplifier transistor 312 and the test pixel selection transistor 314 in the test pixel unit 310. Therefore, in the configuration of the unit pixel 3 in the first and second embodiments, the arrangement of the amplification transistor and the selection transistor in the test pixel unit 310 is matched. The form is more advantageous.

<ノイズ抑制機能:第3実施形態>
図6は、ノイズ抑制に関わる各部に着目して、第3実施形態の固体撮像装置1Cを示した図である。第3実施形態の固体撮像装置1は、第1実施形態に対する変形例であって、画素信号読出部426以降の構成をいわゆるカラムAD方式に変形したもので、テスト画素部310や基準電圧生成部320やカラム列共通化処理部340については、第1実施形態と同様である。図示を割愛するが、カラム列共通化処理部340(共通化スイッチトランジスタ342)を有しない第2実施形態をベースにしてカラムAD方式に変形した態様にすることもできる。
<Noise Suppression Function: Third Embodiment>
FIG. 6 is a diagram illustrating a solid-state imaging device 1 </ b> C according to the third embodiment, focusing on each part related to noise suppression. The solid-state imaging device 1 according to the third embodiment is a modification of the first embodiment, in which the configuration after the pixel signal reading unit 426 is modified to a so-called column AD system, and the test pixel unit 310 and the reference voltage generation unit 320 and the column column sharing processing unit 340 are the same as those in the first embodiment. Although illustration is omitted, it is also possible to adopt a mode in which the column AD system is modified based on the second embodiment that does not include the column column common processing unit 340 (common switch transistor 342).

いわゆるX−Yアドレス型の固体撮像装置では、たとえば、画素トランジスタが2次元行列状に多数配列されて画素部が構成され、ライン(行)ごとあるいは画素ごとに入射光に対応する信号電荷の蓄積が開始され、その蓄積された信号電荷に基づく電流または電圧の信号がアドレス指定によって各画素から順に読み出される。ここで、MOS(CMOSを含む)型においては、アドレス制御の一例として、1行分を同時にアクセスして行単位で画素信号を画素部から読み出すカラム読出方式(列並列出力方式)が多く用いられている。画素部から読み出されたアナログの画素信号は、必要に応じて、アナログ−デジタル変換装置(AD変換装置/ADC:Analog Digital Converter)にてデジタルデータに変換する。このため、種々のAD変換の仕組みが提案されている。   In a so-called XY address type solid-state imaging device, for example, a plurality of pixel transistors are arranged in a two-dimensional matrix to form a pixel unit, and signal charges corresponding to incident light are accumulated for each line (row) or pixel. Is started, and a current or voltage signal based on the accumulated signal charge is sequentially read out from each pixel by addressing. Here, in the MOS (including CMOS) type, as an example of address control, a column readout method (column parallel output method) in which one row is accessed simultaneously and a pixel signal is read from the pixel unit in units of rows is often used. ing. The analog pixel signal read from the pixel unit is converted into digital data by an analog-digital converter (AD converter / ADC: Analog Digital Converter) as necessary. For this reason, various AD conversion mechanisms have been proposed.

AD変換方式としては、回路規模や処理速度(高速化)や分解能などの観点から様々な方式が考えられているが、一例として、参照信号比較型のAD変換方式がある。なお、参照信号比較型は、スロープ積分型あるいはランプ信号比較型などとも称される。参照信号比較型のAD変換方式では、デジタルデータに変換するための電圧比較用に、漸次値の変化するいわゆるランプ状の参照信号(ランプ波:ある決められた振幅・傾きを持つもの:階段波でもよい)を使用する。そして、アナログの単位信号と参照信号を比較するとともに、比較処理結果に基づくカウント動作有効期間にカウント処理を行なうことで得られるカウント値に基づいて単位信号のデジタルデータを取得する。参照信号比較型のAD変換方式と前述のカラム読出方式を組み合わせた方式(カラムAD方式と称する)にすることで、画素からのアナログ出力を列並列に低帯域でAD変換ができ、高画質と高速を両立するイメージセンサに適しているといえる。   As an AD conversion method, various methods are considered from the viewpoint of circuit scale, processing speed (high speed), resolution, and the like. As an example, there is a reference signal comparison type AD conversion method. The reference signal comparison type is also referred to as a slope integration type or a ramp signal comparison type. In the reference signal comparison type AD conversion method, a so-called ramp-like reference signal whose ramp value changes gradually (ramp wave: having a predetermined amplitude and inclination: staircase wave) for voltage comparison for conversion into digital data. May be used). Then, the analog unit signal and the reference signal are compared, and the digital data of the unit signal is acquired based on the count value obtained by performing the count process during the count operation effective period based on the comparison process result. By combining a reference signal comparison type AD conversion method and the above-described column readout method (referred to as a column AD method), analog output from pixels can be AD-converted in parallel in a low band and with high image quality. It can be said that it is suitable for an image sensor that achieves both high speeds.

たとえば、近年、CMOSセンサは、低消費電力や高速性の優位性を生かし、携帯電話、デジタルカメラ(コンパクト型や高級一眼レフ型)、カムコーダー、監視カメラ、誘導装置などに広く搭載されるようになってきている。また最近では、画像処理などの機能回路ブロックも一緒にオンチップ化した、高性能・高画質のCMOSセンサも登場し始めている。これらに、参照信号比較型のAD変換方式を適用することが考えられ、第3実施形態は、そのような参照信号比較型のAD変換方式との組合せにおいて、第1実施形態と同様のFPN抑制技術を適用するものである。   For example, in recent years, CMOS sensors have been widely installed in mobile phones, digital cameras (compact and high-end single-lens reflex cameras), camcorders, surveillance cameras, and guidance devices, taking advantage of low power consumption and high speed. It has become to. In recent years, high-performance, high-quality CMOS sensors that have on-chip functional circuit blocks such as image processing have begun to appear. It is conceivable to apply a reference signal comparison type AD conversion method to these, and the third embodiment is similar to the first embodiment in the FPN suppression in combination with such a reference signal comparison type AD conversion method. Apply technology.

第3実施形態の固体撮像装置1Cは、画素アレイ部10、水平走査部12、垂直走査部14、PLL回路20x、全体を制御するシステム制御ユニット20y、画素信号読出部の一例であるカラムAD変換部26、参照信号SLP_ADC を生成する参照信号生成部27、センスアンプ28a、信号処理・インタフェース部28zなどを有する。水平走査部12、垂直走査部14、PLL回路20x、システム制御ユニット20yにより駆動制御部7が構成される。信号処理・インタフェース部28zは、ノイズ補正処理部429dの機能を持つ。   A solid-state imaging device 1C according to the third embodiment includes a pixel array unit 10, a horizontal scanning unit 12, a vertical scanning unit 14, a PLL circuit 20x, a system control unit 20y that controls the whole, and a column AD conversion that is an example of a pixel signal reading unit. A reference signal generation unit 27 that generates a reference signal SLP_ADC, a sense amplifier 28a, a signal processing / interface unit 28z, and the like. The horizontal scanning unit 12, the vertical scanning unit 14, the PLL circuit 20x, and the system control unit 20y constitute the drive control unit 7. The signal processing / interface unit 28z has a function of a noise correction processing unit 429d.

画素アレイ部10には、単位画素3が2次元マトリクス状に配列されている。図示を割愛しているが、画素アレイ部10には、第1実施形態と同様に有効画素部10aと遮光画素部10bが設けられている。PLL回路20xは、外部から入力される基本クロックCKに基づき内部クロックCKX を生成して、参照信号生成部27やカウンタ部254に供給する。   In the pixel array unit 10, the unit pixels 3 are arranged in a two-dimensional matrix. Although not shown in the figure, the pixel array section 10 is provided with an effective pixel section 10a and a light-shielding pixel section 10b as in the first embodiment. The PLL circuit 20x generates an internal clock CKX based on a basic clock CK input from the outside, and supplies the internal clock CKX to the reference signal generation unit 27 and the counter unit 254.

カラムAD変換部26は、CDS処理機能やデジタル変換機能をなすAD変換部250(列信号処理部の一例)が列並列に設けられている。参照信号生成部27はカラムAD変換部26にAD変換用の参照信号SLP_ADC を供給する。水平走査部12は、データ転送動作時に読み出すべきデータのカラム位置を指示する。   In the column AD conversion unit 26, an AD conversion unit 250 (an example of a column signal processing unit) having a CDS processing function and a digital conversion function is provided in a column in parallel. The reference signal generator 27 supplies a reference signal SLP_ADC for AD conversion to the column AD converter 26. The horizontal scanning unit 12 indicates the column position of data to be read out during the data transfer operation.

<カラムAD方式>
AD変換部250におけるAD変換方式としては、回路規模や処理速度(高速化)や分解能などの観点から様々な方式が考えられているが、一例として、参照信号比較型、スロープ積分型、あるいはランプ信号比較型などとも称されるAD変換方式を採用する。この手法は、簡単な構成でAD変換器が実現できるため、並列に設けても回路規模が大きくならないという特徴を有している。参照信号比較型のAD変換に当たっては、変換開始(比較処理の開始)から変換終了(比較処理の終了)までの時間に基づいてカウント動作有効期間Tenを決定し(ここではその期間を示すカウントイネーブル信号ENとする)、その期間のクロック数に基づき処理対象信号をデジタルデータに変換する。
<Column AD method>
Various methods are considered as an AD conversion method in the AD conversion unit 250 from the viewpoint of circuit scale, processing speed (high speed), resolution, and the like. As an example, a reference signal comparison type, a slope integration type, or a ramp An AD conversion method called a signal comparison type is adopted. Since this method can realize an AD converter with a simple configuration, it has a feature that the circuit scale does not increase even if it is provided in parallel. In the reference signal comparison type AD conversion, the count operation effective period Ten is determined based on the time from the conversion start (comparison process start) to the conversion end (comparison process end) (here, a count enable indicating the period). The signal to be processed is converted into digital data based on the number of clocks in that period.

参照信号比較型AD変換方式を採用する場合に、考え方としては、参照信号生成部27も列並列で(画素列ごとに)設けることも考えられる。たとえば、各画素列に比較器と参照信号発生器を設け、自列の比較器の比較結果を基に、逐次、参照信号の値を対応する列の参照信号発生器で変化させていく構成を採る場合である。しかしながらこれでは回路規模や消費電力が増える。そこで、第3実施形態では、参照信号生成部27を全列共通に使用する構成を採り、参照信号生成部27から発生される参照信号SLP_ADC を各画素列のAD変換部250が共通に使用する構成にする。   When adopting the reference signal comparison type AD conversion method, as a way of thinking, it is conceivable to provide the reference signal generation unit 27 in parallel in each column (for each pixel column). For example, a configuration in which a comparator and a reference signal generator are provided in each pixel column, and the value of the reference signal is sequentially changed by the reference signal generator of the corresponding column based on the comparison result of the comparator in its own column. This is the case. However, this increases the circuit scale and power consumption. Therefore, in the third embodiment, a configuration is adopted in which the reference signal generation unit 27 is used in common for all the columns, and the AD conversion unit 250 for each pixel column uses the reference signal SLP_ADC generated from the reference signal generation unit 27 in common. Make the configuration.

垂直列(カラム)ごとのAD変換部250は、比較部252とカウンタ部254を有する。カウンタ部254は一例として、13段のラッチLT_00 〜LT_12 を直列に接続したリップルカウンタ(Ripple Counter)形式で、かつ、アップカウントとダウンカウントを切替可能に接続した、13ビット対応の構成である。   The AD conversion unit 250 for each vertical column (column) includes a comparison unit 252 and a counter unit 254. As an example, the counter unit 254 has a ripple counter (Ripple Counter) format in which 13 stages of latches LT_00 to LT_12 are connected in series, and has a 13-bit configuration in which up-counting and down-counting are switchably connected.

カウンタ部254から出力されるデータD0〜D12は、小振幅レベル(たとえば数100mVp-p )で、水平信号線18を介してセンスアンプ28aへ送られる。センスアンプ28aは、小振幅レベルのデータD0〜D12を論理レベル(たとえば2〜3Vp-p )まで増幅して信号処理・インタフェース部28zへ渡す。信号処理・インタフェース部28zは、13ビットのデータD0〜D12に対して所定のデジタル信号処理を行ない、12ビットの出力データDout(D0〜D11)にして図示しない後段回路へ渡す。   Data D0 to D12 output from the counter unit 254 are sent to the sense amplifier 28a via the horizontal signal line 18 at a small amplitude level (for example, several hundred mVp-p). The sense amplifier 28a amplifies the small amplitude level data D0 to D12 to a logic level (for example, 2 to 3 Vp-p) and passes the amplified data to the signal processing / interface unit 28z. The signal processing / interface unit 28z performs predetermined digital signal processing on the 13-bit data D0 to D12, and passes it to the subsequent circuit (not shown) as 12-bit output data Dout (D0 to D11).

AD変換動作は次の通りである。先ず、単位画素3から垂直信号線19を介して画素信号電圧VxがカラムAD変換部26側に読み出される。比較部252は、画素信号電圧Vxを参照信号生成部27からの参照信号SLP_ADC と比較して、比較結果を、カウンタ部254の初段のラッチLTに供給する。ラッチLTにはクロック変換部20aから内部クロックCKX も供給されている。カウンタ部254は、たとえばカウンタ部254の比較結果がHのときにカウント動作する。このカウント結果を画素信号電圧Vxのデジタルデータとして取得することで、AD変換を実現している。つまり、垂直列ごとにAD変換器が設置され、選択行について各単位画素3の画素信号電圧Vx(アナログ信号)を各垂直信号線19に一括して読み出し、画素信号電圧Vxのリセットレベルと信号レベルのそれぞれについて直接にAD変換する。   The AD conversion operation is as follows. First, the pixel signal voltage Vx is read from the unit pixel 3 through the vertical signal line 19 to the column AD conversion unit 26 side. The comparison unit 252 compares the pixel signal voltage Vx with the reference signal SLP_ADC from the reference signal generation unit 27, and supplies the comparison result to the first-stage latch LT of the counter unit 254. The latch LT is also supplied with an internal clock CKX from the clock converter 20a. The counter unit 254 performs a counting operation when the comparison result of the counter unit 254 is H, for example. By acquiring the count result as digital data of the pixel signal voltage Vx, AD conversion is realized. In other words, an AD converter is provided for each vertical column, and the pixel signal voltage Vx (analog signal) of each unit pixel 3 is collectively read to each vertical signal line 19 for the selected row, and the reset level and signal of the pixel signal voltage Vx are read. Direct AD conversion is performed for each level.

カウンタ部254としてアップダウンカウンタを利用することで、このAD変換処理過程で、リセットレベルSrst と信号レベルSsig の各AD変換結果の差分処理も同時に行なう。参照信号比較型のAD変換処理を垂直列ごとに行なうことで、デジタル領域でCDS処理を行なうのである。このため、アナログ領域でCDS処理を行なうことによる欠点がなくなり、高精度のノイズ除去が実行できる。このカラムAD方式では、画面の水平方向一行ごとの並列処理であるため、水平方向走査に高周波駆動する必要がなく、AD変換は垂直方向の低速走査周波数で済むため、高周波帯域で発生するノイズ成分と信号成分を容易に分離することができるなどの利点がある。   By using an up / down counter as the counter unit 254, difference processing of each AD conversion result of the reset level Srst and the signal level Ssig is simultaneously performed in the AD conversion process. By performing reference signal comparison type AD conversion processing for each vertical column, CDS processing is performed in the digital domain. This eliminates the disadvantages of performing CDS processing in the analog domain, and can perform highly accurate noise removal. Since this column AD method is parallel processing for each horizontal line of the screen, it is not necessary to drive at high frequency for horizontal scanning, and AD conversion requires only a low-speed scanning frequency in the vertical direction. And the signal component can be easily separated.

なお、本出願人は、参照信号比較型のAD変換方式を種々提案しており、それらも基本的には第3実施形態で採用し得る。何れの処理例においても、原理的には、コンパレータ(電圧比較器)に参照信号SLP_ADC を供給し、垂直信号線19を介して入力されたアナログの画素信号を参照信号SLP_ADC と比較するとともに、カウント動作有効期間Tenに入るとクロック信号でのカウント(計数)を開始することによって、指定されているカウント動作有効期間Tenにおけるクロック数をカウントすることでAD変換を行なう。   The applicant of the present invention has proposed various reference signal comparison type AD conversion methods, which can basically be employed in the third embodiment. In any of the processing examples, in principle, the reference signal SLP_ADC is supplied to the comparator (voltage comparator), the analog pixel signal input via the vertical signal line 19 is compared with the reference signal SLP_ADC, and counting is performed. When the operation valid period Ten is entered, counting by the clock signal is started, and AD conversion is performed by counting the number of clocks in the designated count operation valid period Ten.

ここで、画素信号電圧Vxの列(カラム)によるばらつきに着目したとき、カラムAD方式を採用する場合には、アナログ領域でCDS処理を行なうCDS処理部452を備えないので、CDS処理部452内のキャパシタンスなどのばらつき、水平選択部454のサンプリングスイッチのフィードスルーばらつき、水平走査部12から出力されるパルス信号の配線と水平信号線18(出力バス)とのカップリング容量のばらつきについては解消され得る。しかしながら、読出電流制御部24の電流源24aのばらつきは残るし、AD変換部250に備えられる比較部252のばらつきが新たに加わるなど、依然として、これらばらつきに起因したFPNが画像に縦筋として現れる。   Here, when paying attention to the variation of the pixel signal voltage Vx due to the column, when the column AD method is adopted, the CDS processing unit 452 that performs the CDS processing in the analog region is not provided, and therefore the inside of the CDS processing unit 452. Variations in capacitance of the horizontal selection unit 454, feedthrough variation in sampling switch of the horizontal selection unit 454, variation in coupling capacitance between the wiring of the pulse signal output from the horizontal scanning unit 12 and the horizontal signal line 18 (output bus) are eliminated. obtain. However, the variation of the current source 24a of the read current control unit 24 remains, and the variation of the comparison unit 252 included in the AD conversion unit 250 is newly added, so that FPN caused by these variations still appears as vertical stripes in the image. .

そこで、第3実施形態の固体撮像装置1Cにおいても、比較例と同様にテスト画素部310や基準電圧生成部320やカラム列共通化処理部340を配置するとともに、さらに第1実施形態と同様に、各カラムの画素外アンプトランジスタ312の垂直信号線19側の端子(ソース)を共通に接続する(短絡する)短絡線317を設けている。   Therefore, in the solid-state imaging device 1C of the third embodiment, the test pixel unit 310, the reference voltage generation unit 320, and the column column commonization processing unit 340 are arranged as in the comparative example, and further, similarly to the first embodiment. A short-circuit line 317 for connecting (short-circuiting) the terminals (sources) on the vertical signal line 19 side of the out-pixel amplifier transistors 312 in each column is provided.

こうすることで、全ての共通化スイッチトランジスタ342をオンさせて垂直信号線19を共通接続するだけでなく、短絡線317により画素外アンプトランジスタ312とテスト用画素選択トランジスタ314の接続点を共通に接続して画素外アンプトランジスタ312やテスト用画素選択トランジスタ314を並列化することにより、それらの特性ばらつきの寄与を平均化でき、第1実施形態と同様の効果を享受できる。   In this way, not only the common switch transistors 342 are turned on and the vertical signal lines 19 are connected in common, but also the connection point between the out-pixel amplifier transistor 312 and the test pixel selection transistor 314 is shared by the short-circuit line 317. By connecting and connecting the out-of-pixel amplifier transistor 312 and the test pixel selection transistor 314 in parallel, the contribution of their characteristic variations can be averaged, and the same effect as in the first embodiment can be enjoyed.

<撮像装置:第4実施形態>
図7は、第4実施形態の撮像装置を説明する図である。第4実施形態は、前述の固体撮像装置1の各実施形態に採用していた縦筋ノイズ抑制処理の仕組みを、物理情報取得装置の一例である撮像装置に適用したものである。図7は、その撮像装置8の概略構成図である。主要な構成要素について説明すると次の通りである(主要なもの以外は説明を割愛する)。
<Imaging Device: Fourth Embodiment>
FIG. 7 is a diagram illustrating an imaging apparatus according to the fourth embodiment. In the fourth embodiment, the mechanism of vertical stripe noise suppression processing employed in each embodiment of the solid-state imaging device 1 described above is applied to an imaging device that is an example of a physical information acquisition device. FIG. 7 is a schematic configuration diagram of the imaging apparatus 8. The main components are described as follows (excluding the main components are omitted).

撮像装置8は、撮影レンズ802、光学ローパスフィルタ804、色フィルタ群812、画素アレイ部10、駆動制御部7、カラムAD変換部26、参照信号生成部27、カメラ信号処理部810を備えている。図中に点線で示しように、光学ローパスフィルタ804と合わせて、赤外光成分を低減させる赤外光カットフィルタ805を設けることもできる。カラムAD変換部26の後段に設けられたカメラ信号処理部810は、撮像信号処理部820と、撮像装置8の全体を制御する主制御部として機能するカメラ制御部900を有する。撮像信号処理部820は、信号分離部822と、色信号処理部830と、輝度信号処理部840と、エンコーダ部860を有する。   The imaging device 8 includes a photographing lens 802, an optical low-pass filter 804, a color filter group 812, a pixel array unit 10, a drive control unit 7, a column AD conversion unit 26, a reference signal generation unit 27, and a camera signal processing unit 810. . As indicated by a dotted line in the drawing, an infrared light cut filter 805 that reduces an infrared light component can be provided together with the optical low-pass filter 804. The camera signal processing unit 810 provided at the subsequent stage of the column AD conversion unit 26 includes an imaging signal processing unit 820 and a camera control unit 900 that functions as a main control unit that controls the entire imaging apparatus 8. The imaging signal processing unit 820 includes a signal separation unit 822, a color signal processing unit 830, a luminance signal processing unit 840, and an encoder unit 860.

固体撮像装置1の部分は、第3実施形態の固体撮像装置1Cを採用しており、補正信号出力部9の図示しないテスト画素部310を構成する画素外アンプトランジスタ312とテスト用画素選択トランジスタ314の接続点は短絡線317で接続されている。因みに、信号処理・インタフェース部28zにはノイズ補正処理部429dの機能を設けていない。図示しないが、第1・第2実施形態の固体撮像装置1A,1Bをベースに撮像装置8を構成してもよい。   The solid-state imaging device 1 employs the solid-state imaging device 1C of the third embodiment, and an out-of-pixel amplifier transistor 312 and a test pixel selection transistor 314 that form a test pixel unit 310 (not shown) of the correction signal output unit 9. Are connected by a short-circuit line 317. Incidentally, the signal processing / interface unit 28z is not provided with the function of the noise correction processing unit 429d. Although not shown, the imaging device 8 may be configured based on the solid-state imaging devices 1A and 1B of the first and second embodiments.

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

カメラ制御部900は、システム全体を制御するものであり、特に本実施形態の縦筋ノイズ抑制処理との関係においては、補正データの取得や補正データを使ったノイズ抑制処理(ノイズ補正処理)を制御する機能を有している。つまり、カメラ制御部900は、第1〜第3実施形態のノイズ補正処理部429dの機能を備え、基準電圧に対応する信号が各垂直信号線19に与えられているときに各垂直信号線19に現われる信号についてカラムAD変換部26(AD変換部250)から出力されるデータに基づき垂直信号線19ごとにノイズ補正用データを生成して保持しておく。さらにノイズ補正処理部429dの機能を備えるカメラ制御部900は、単位画素3からの処理対象信号(画素信号電圧Vx)の読み出し時にカラムAD変換部26(AD変換部250)から出力されるデータと保持しておいたノイズ補正用データに基づいて縦筋ノイズを補正する。色信号処理部830や輝度信号処理部840は、縦筋ノイズが補正されたデータを使って色信号処理や輝度信号処理を行なう。なお、カメラ制御部900には、縦筋ノイズ抑制処理の制御機能のみを持たせ、ノイズ補正処理部429dの機能をデジタル演算処理で行なうデジタル演算部をカメラ信号処理部810に別途設けてもよい。こうすることで補正済みデータを高速に取得できる。   The camera control unit 900 controls the entire system. In particular, in relation to the vertical streak noise suppression processing of the present embodiment, correction data acquisition and noise suppression processing (noise correction processing) using the correction data are performed. It has a function to control. In other words, the camera control unit 900 has the function of the noise correction processing unit 429d of the first to third embodiments, and each vertical signal line 19 when a signal corresponding to the reference voltage is given to each vertical signal line 19. The noise correction data is generated and held for each vertical signal line 19 based on the data output from the column AD conversion unit 26 (AD conversion unit 250). Furthermore, the camera control unit 900 having the function of the noise correction processing unit 429d is configured to output data output from the column AD conversion unit 26 (AD conversion unit 250) when reading the processing target signal (pixel signal voltage Vx) from the unit pixel 3. Vertical stripe noise is corrected based on the stored noise correction data. The color signal processing unit 830 and the luminance signal processing unit 840 perform color signal processing and luminance signal processing using data in which vertical stripe noise is corrected. Note that the camera control unit 900 may have only a control function for the vertical stripe noise suppression processing, and a digital calculation unit that performs the function of the noise correction processing unit 429d by digital calculation processing may be provided in the camera signal processing unit 810 separately. . In this way, corrected data can be acquired at high speed.

ROM904にはカメラ制御部900の制御プログラムなどが格納されているが、特に本例では、カメラ制御部900によって、縦筋ノイズ抑制処理を制御するためのプログラムが格納されている。RAM906にはカメラ制御部900が各種処理を行なうためのデータなどが格納されている。   The ROM 904 stores a control program for the camera control unit 900. In this example, in particular, the camera control unit 900 stores a program for controlling vertical stripe noise suppression processing. The RAM 906 stores data for the camera control unit 900 to perform various processes.

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

記録媒体924は、たとえば、マイクロプロセッサ902にソフトウェア処理をさせるためのプログラムデータや、輝度信号処理部840からの輝度系信号に基づく測光データDLの収束範囲や露光制御処理(電子シャッタ制御を含む)、縦筋ノイズ抑制処理のための各種の制御情報や補正データなどの様々なデータを登録するなどのために利用される。メモリ読出部907は、記録媒体924から読み出したデータをRAM906に格納(インストール)する。通信I/F908は、インターネットなどの通信網との間の通信データの受け渡しを仲介する。   The recording medium 924 includes, for example, program data for causing the microprocessor 902 to perform software processing, a convergence range of the photometric data DL based on the luminance system signal from the luminance signal processing unit 840, and exposure control processing (including electronic shutter control). It is used for registering various data such as various control information and correction data for vertical stripe noise suppression processing. The memory reading unit 907 stores (installs) the data read from the recording medium 924 in the RAM 906. The communication I / F 908 mediates transfer of communication data with a communication network such as the Internet.

なお、このような撮像装置8は、駆動制御部7およびカラムAD変換部26を、画素アレイ部10と別体にしてモジュール状のもので示しているが、固体撮像装置1について述べたように、これらが画素アレイ部10と同一の半導体基板上に一体的に形成されたワンチップものの固体撮像装置1を利用してもよいのは言うまでもない。図では、画素アレイ部10や駆動制御部7やカラムAD変換部26や参照信号生成部27やカメラ信号処理部810の他に、撮影レンズ802、光学ローパスフィルタ804、あるいは赤外光カットフィルタ805などの光学系をも含む状態で、撮像装置8を示しており、この態様は、これらを纏めてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態とする場合に好適である。このような撮像装置8は、「撮像」を行なうための、たとえば、カメラや撮像機能を有する携帯機器として提供される。なお、「撮像」は、通常のカメラ撮影時の像の撮り込みだけではなく、広義の意味として、指紋検出なども含むものである。   In the imaging device 8, the drive control unit 7 and the column AD conversion unit 26 are shown as modules separately from the pixel array unit 10, but as described for the solid-state imaging device 1. Needless to say, a one-chip solid-state imaging device 1 in which these are integrally formed on the same semiconductor substrate as the pixel array unit 10 may be used. In the figure, in addition to the pixel array unit 10, the drive control unit 7, the column AD conversion unit 26, the reference signal generation unit 27, and the camera signal processing unit 810, a photographing lens 802, an optical low-pass filter 804, or an infrared light cut filter 805. The image pickup apparatus 8 is shown in a state including an optical system such as the above, and this aspect is suitable for a module-like form having an image pickup function packaged together. Such an imaging device 8 is provided as a portable device having an imaging function, for example, for performing “imaging”. Note that “imaging” includes not only capturing an image during normal camera shooting but also includes fingerprint detection in a broad sense.

このような構成の撮像装置8としても、補正信号出力部9のテスト画素部310を構成する画素外アンプトランジスタ312とテスト用画素選択トランジスタ314の接続点を短絡線317で接続しており、画素信号電圧Vxについて縦筋ノイズ抑制処理を行なうことで、第1・第3実施形態と同様の効果を享受できる。この際、たとえば少なくとも、補正データの取得のための基準電圧生成部320やその他の各部の制御や、取得・保持しておいた補正データを使用しての縦筋ノイズ抑制処理に関わる制御は、外部の主制御部(カメラ制御部900)において、制御用の指示情報を通信・タイミング制御部20に対するデータ設定で任意に指定できるようにする。   Also in the imaging device 8 having such a configuration, the connection point between the out-pixel amplifier transistor 312 and the test pixel selection transistor 314 constituting the test pixel unit 310 of the correction signal output unit 9 is connected by the short-circuit line 317, By performing the vertical streak noise suppression process on the signal voltage Vx, the same effects as those of the first and third embodiments can be obtained. At this time, for example, at least the control of the reference voltage generation unit 320 for acquiring correction data and other units, and the control related to the vertical stripe noise suppression processing using the acquired / held correction data, In the external main control unit (camera control unit 900), control instruction information can be arbitrarily designated by data setting for the communication / timing control unit 20.

以上、本発明について実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で前記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. Various changes or improvements can be added to the above-described embodiment without departing from the gist of the invention, and embodiments to which such changes or improvements are added are also included in the technical scope of the present invention.

また、前記の実施形態は、クレーム(請求項)にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。   Further, the above embodiments do not limit the invention according to the claims (claims), and all combinations of features described in the embodiments are not necessarily essential to the solution means of the invention. Absent. The embodiments described above include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. Even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, as long as an effect is obtained, a configuration from which these some constituent requirements are deleted can be extracted as an invention.

たとえば、前記実施形態では、CMOSイメージセンサを代表例に説明したが、このCMOSイメージセンサを画像入力装置、たとえばデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどに搭載する場合も適用し得る。第4実施形態の撮像装置8は、その一例である。因みに、前記実施形態で設けていた画素外アンプトランジスタ312、テスト用画素選択トランジスタ314、および短絡線317は画素アレイ部10と同一の半導体領域に内蔵することが好ましく、後段信号処理部429などのその他の回路は任意に固体撮像装置1の外部で別の集積回路にし、あるいはプリント基板などに実装された回路により実現することも可能である。ただし、CMOSイメージセンサではCMOSプロセスが用いられることから必要な回路を内蔵させることが容易であり特性もよくなることから、必要な回路を固体撮像装置1(CMOSイメージセンサ)内に内蔵させることが望ましい。   For example, in the above-described embodiment, the CMOS image sensor has been described as a representative example. However, the CMOS image sensor may be applied to an image input device such as a digital still camera or a digital video camera. The imaging device 8 of 4th Embodiment is the example. Incidentally, it is preferable that the out-of-pixel amplifier transistor 312, the test pixel selection transistor 314, and the short-circuit line 317 provided in the above-described embodiment are built in the same semiconductor region as the pixel array unit 10, such as the post-stage signal processing unit 429. Other circuits can be arbitrarily formed outside the solid-state imaging device 1 as separate integrated circuits, or can be realized by circuits mounted on a printed circuit board or the like. However, since a CMOS process is used in the CMOS image sensor, it is easy to incorporate a necessary circuit and the characteristics are improved. Therefore, it is desirable to incorporate the necessary circuit in the solid-state imaging device 1 (CMOS image sensor). .

CMOS型の固体撮像装置の基本構成図である。1 is a basic configuration diagram of a CMOS type solid-state imaging device. ノイズ抑制に関わる各部に着目して、比較例の固体撮像装置を示した図である。It is the figure which showed the solid-state imaging device of the comparative example paying attention to each part in connection with noise suppression. 画素外アンプの駆動方法を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the drive method of an amplifier outside a pixel. 基準電圧生成部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a reference voltage production | generation part. ノイズ抑制に関わる各部に着目して、第1実施形態の固体撮像装置を示した図である。It is the figure which showed the solid-state imaging device of 1st Embodiment paying attention to each part in connection with noise suppression. ノイズ抑制に関わる各部に着目して、第2実施形態の固体撮像装置を示した図である。It is the figure which showed the solid-state imaging device of 2nd Embodiment paying attention to each part in connection with noise suppression. 第1・第2実施形態に対する変形例を説明する図である。It is a figure explaining the modification with respect to 1st, 2nd embodiment. ノイズ抑制に関わる各部に着目して、第3実施形態の固体撮像装置を示した図である。It is the figure which showed the solid-state imaging device of 3rd Embodiment paying attention to each part in connection with noise suppression. 第4実施形態の撮像装置を説明する図である。It is a figure explaining the imaging device of a 4th embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…固体撮像装置、1a…遮光層、10…画素アレイ部、10b…遮光画素部、10a…有効画素部、12…水平走査部、14…垂直走査部、18…水平信号線、19…垂直信号線、20…通信・タイミング制御部、3…単位画素、32…電荷生成部、34…読出選択トランジスタ、36…リセットトランジスタ、38…フローティングディフュージョン、40…垂直選択トランジスタ、42…増幅トランジスタ(画素内アンプトランジスタ)、310…テスト画素部、312…画素外アンプトランジスタ、314…テスト用画素選択トランジスタ、317…短絡線、318…ゲート制御線、320…基準電圧生成部、340…カラム列共通化処理部、342…共通化スイッチトランジスタ、42…増幅トランジスタ、426…画素信号読出部、429…後段信号処理部、429d…ノイズ補正処理部、450…カラム信号処理部、452…CDS処理部、5…画素信号生成部、7…駆動制御部、8…撮像装置、9…補正信号出力部、900…カメラ制御部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid-state imaging device, 1a ... Light-shielding layer, 10 ... Pixel array part, 10b ... Light-shielding pixel part, 10a ... Effective pixel part, 12 ... Horizontal scanning part, 14 ... Vertical scanning part, 18 ... Horizontal signal line, 19 ... Vertical Signal line 20 ... Communication / timing control unit 3 ... Unit pixel 32 ... Charge generator 34 ... Read selection transistor 36 ... Reset transistor 38 ... Floating diffusion 40 ... Vertical selection transistor 42 ... Amplification transistor (pixel) (Inner amplifier transistor), 310 ... test pixel section, 312 ... out-pixel amplifier transistor, 314 ... test pixel selection transistor, 317 ... short circuit line, 318 ... gate control line, 320 ... reference voltage generation section, 340 ... common to column columns Processing unit, 342... Common switch transistor, 42... Amplification transistor, 426. 429 ... Post-stage signal processing unit, 429d ... Noise correction processing unit, 450 ... Column signal processing unit, 452 ... CDS processing unit, 5 ... Pixel signal generation unit, 7 ... Drive control unit, 8 ... Imaging device, 9 ... Correction signal Output unit, 900 ... camera control unit

Claims (4)

信号電荷を生成する電荷生成部、前記電荷生成部で生成された信号電荷に基づき信号電圧を生成し増幅して処理対象信号を生成する増幅トランジスタ、前記電荷生成部で生成された信号電荷を前記増幅トランジスタの入力端に転送する転送トランジスタ、前記増幅トランジスタの入力端を初期化するリセットトランジスタ、前記増幅トランジスタで生成された処理対象信号を選択して出力する選択トランジスタを具備した複数の単位画素が配置されている画素アレイ部と、
前記選択トランジスタで選択された処理対象信号を伝達する複数列の列信号線と、
前記列信号線を介して処理対象信号を読み出して信号処理を行なう複数の列信号処理部を具備した画素信号読出部と、
基準電圧を生成して制御線に供給する基準電圧生成部と、
前記制御線とそれぞれの列信号線との間において、前記制御線側に配置された前記単位画素の前記増幅トランジスタよりサイズが大きな画素外の増幅トランジスタおよび前記列信号線側に配置された画素外の選択トランジスタの直列回路と、
それぞれの前記直列回路における前記画素外の増幅トランジスタと前記選択トランジスタの接続点を共通に接続する短絡線と、
を備えた固体撮像装置。
A charge generation unit that generates a signal charge; an amplification transistor that generates and amplifies a signal voltage based on the signal charge generated by the charge generation unit to generate a signal to be processed; and the signal charge generated by the charge generation unit A plurality of unit pixels each including a transfer transistor that transfers to an input terminal of an amplification transistor, a reset transistor that initializes the input terminal of the amplification transistor, and a selection transistor that selects and outputs a processing target signal generated by the amplification transistor. A pixel array portion disposed; and
A plurality of column signal lines for transmitting signals to be processed selected by the selection transistors;
A pixel signal readout unit comprising a plurality of column signal processing units for performing signal processing by reading out a signal to be processed through the column signal lines;
A reference voltage generation unit that generates a reference voltage and supplies the reference line to the control line;
Between the control line and each column signal line, an amplification transistor outside the pixel having a larger size than the amplification transistor of the unit pixel arranged on the control line side and outside the pixel arranged on the column signal line side A series circuit of select transistors,
A short-circuit line commonly connecting a connection point of the amplification transistor outside the pixel and the selection transistor in each of the series circuits;
A solid-state imaging device.
複数の前記列信号線を電気的に短絡可能なスイッチを有する
請求項1に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a switch capable of electrically shorting the plurality of column signal lines.
前記単位画素は、前記選択トランジスタを、前記増幅トランジスタと前記列信号線との間に有する
請求項1または2に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the unit pixel includes the selection transistor between the amplification transistor and the column signal line.
信号電荷を生成する電荷生成部、前記電荷生成部で生成された信号電荷に基づき信号電圧を生成し増幅して処理対象信号を生成する増幅トランジスタ、前記電荷生成部で生成された信号電荷を前記増幅トランジスタの入力端に転送する転送トランジスタ、前記増幅トランジスタの入力端を初期化するリセットトランジスタ、前記増幅トランジスタで生成された処理対象信号を選択して出力する選択トランジスタを具備した複数の単位画素が配置されている画素アレイ部と、
前記選択トランジスタで選択された処理対象信号を伝達する複数列の列信号線と、
前記列信号線に対して並列に設けられ、前記単位画素から前記列信号線を介して処理対象信号を読み出して信号処理を行なう複数の列信号処理部を具備した画素信号読出部と、
基準電圧を生成して制御線に供給する基準電圧生成部と、
前記制御線とそれぞれの列信号線との間において、前記制御線側に配置された前記単位画素の前記増幅トランジスタよりサイズが大きな画素外の増幅トランジスタおよび前記列信号線側に配置された画素外の選択トランジスタの直列回路と、
それぞれの前記直列回路における前記画素外の増幅トランジスタと前記選択トランジスタの接続点を共通に接続する短絡線と、
前記画素外の増幅トランジスタが前記制御線を介して前記基準電圧生成部により駆動され前記選択トランジスタがオンしているときに各列信号線に現われる信号について前記列信号処理部から出力される信号に基づき前記列信号線ごとにノイズ補正用信号を生成して保持し、前記単位画素からの処理対象信号の読み出し時に前記列信号処理部から出力される信号と前記ノイズ補正用信号に基づいてノイズを補正するノイズ補正処理部と、
を備えた撮像装置。
A charge generation unit that generates a signal charge; an amplification transistor that generates and amplifies a signal voltage based on the signal charge generated by the charge generation unit to generate a signal to be processed; and the signal charge generated by the charge generation unit A plurality of unit pixels each including a transfer transistor that transfers to an input terminal of an amplification transistor, a reset transistor that initializes the input terminal of the amplification transistor, and a selection transistor that selects and outputs a processing target signal generated by the amplification transistor. A pixel array portion disposed; and
A plurality of column signal lines for transmitting signals to be processed selected by the selection transistors;
A pixel signal reading unit provided in parallel to the column signal line, and including a plurality of column signal processing units that perform signal processing by reading a signal to be processed from the unit pixel via the column signal line;
A reference voltage generation unit that generates a reference voltage and supplies the reference line to the control line;
Between the control line and each column signal line, the amplification transistor outside the pixel having a larger size than the amplification transistor of the unit pixel arranged on the control line side and the outside of the pixel arranged on the column signal line side A series circuit of select transistors,
A short-circuit line commonly connecting a connection point of the amplification transistor outside the pixel and the selection transistor in each of the series circuits;
A signal that is output from the column signal processing unit with respect to a signal that appears on each column signal line when the amplification transistor outside the pixel is driven by the reference voltage generation unit via the control line and the selection transistor is on. And generating and holding a noise correction signal for each column signal line, and generating noise based on the signal output from the column signal processing unit and the noise correction signal when the processing target signal is read from the unit pixel. A noise correction processing unit to correct,
An imaging apparatus comprising:
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