JP2010226679A - Solid-state imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、CMOS型イメージセンサなどの固体撮像装置に関するもので、例えばイメージセンサ付き携帯電話やデジタルカメラ、ビデオカメラなどに適用されるものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device such as a CMOS image sensor, and is applied to, for example, a mobile phone with an image sensor, a digital camera, a video camera, and the like.
一般に、イメージセンサでは、フォトダイオード(PD)の飽和電子数を増加させるためにフォトダイオード部の蓄積容量がなるべく大きく成るように設計している。この時、信号電荷を検出する検出部(FD)の容量は、フォトダイオード部の蓄積容量よりも大きくなるように設計することで、フォトダイオード部で発生する信号電荷のダイナミックレンジを確保している(例えば非特許文献1参照)。すなわち、フォトダイオード部の容量をCpd、検出部の容量をCfdとすると、「容量Cpd<容量Cfd」となるように設計している。しかし、このような構成のイメージセンサは、信号電荷量が少ない低照度時には、検出部の容量で決まる電圧/電荷変換ゲインが必然的に小さくなる。このため、出力回路以降で発生するノイズの割合が大きくなるためSNR(signal-to-noise ratio)が悪くなる。 In general, the image sensor is designed so that the storage capacity of the photodiode portion is as large as possible in order to increase the number of saturated electrons of the photodiode (PD). At this time, the capacity of the detection unit (FD) for detecting the signal charge is designed to be larger than the storage capacity of the photodiode unit, thereby ensuring a dynamic range of the signal charge generated in the photodiode unit. (For example, refer nonpatent literature 1). That is, when the capacitance of the photodiode portion is Cpd and the capacitance of the detection portion is Cfd, “capacitance Cpd <capacitance Cfd” is designed. However, the image sensor having such a configuration inevitably has a small voltage / charge conversion gain determined by the capacitance of the detection unit when the signal charge amount is low and the illuminance is low. For this reason, since the ratio of noise generated after the output circuit is increased, the SNR (signal-to-noise ratio) is deteriorated.
一方、イメージセンサの検出部の容量を小さくし、電圧/電荷変換ゲインを大きくすることで、検出部以降の回路ノイズの影響が小さくなるため低照度時のSNRを改善できる。しかし、フォトダイオード部の蓄積容量も必然的に小さくなるように設計することになる。このため、飽和電子数が少なくなることで、ショットノイズの割合が増加するため明時のSNRが低下するという課題がある。 On the other hand, by reducing the capacitance of the detection unit of the image sensor and increasing the voltage / charge conversion gain, the influence of circuit noise after the detection unit is reduced, so that the SNR at low illuminance can be improved. However, the storage capacity of the photodiode portion is inevitably designed to be small. For this reason, since the ratio of shot noise increases due to a decrease in the number of saturated electrons, there is a problem that the SNR at the time of light decreases.
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、飽和電子数を増加させつつ低照度時のSNRを確保できる固体撮像装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of ensuring SNR at low illuminance while increasing the number of saturated electrons.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る固体撮像装置は、光信号を光電変換して信号電荷を生成するフォトダイオードと、前記フォトダイオードで生成した信号電荷を検出部に読み出す読み出し手段と、前記信号電荷を電荷量に対応する電圧に変換して検出する検出手段と、前記検出手段で検出した電圧を出力する出力手段と、前記検出手段をリセットするリセット手段とを備えたセルが、半導体基板上に二次元的に配置された画素部と、前記フォトダイオードで光電変換する露光時間を制御する露光時間制御手段とを具備し、前記露光時間制御手段は、前記フォトダイオードに蓄積した信号電荷を分割して読み出すための読み出しパルス振幅制御手段と、分割して読み出した信号を一つの信号に合成するための合成手段とを備える。 In order to solve the above problems, a solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention includes a photodiode that photoelectrically converts an optical signal to generate a signal charge, and reads out the signal charge generated by the photodiode to a detection unit. Readout means, detection means for converting the signal charge into a voltage corresponding to the charge amount and detecting, output means for outputting the voltage detected by the detection means, and reset means for resetting the detection means The cell comprises a pixel portion two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate, and an exposure time control means for controlling an exposure time for photoelectric conversion by the photodiode, and the exposure time control means is provided on the photodiode. Read pulse amplitude control means for dividing and reading the accumulated signal charge, and combining means for combining the divided and read signals into one signal That.
本発明によれば、飽和電子数を増加させつつ低照度時のSNRを確保できる固体撮像装置が得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a solid-state imaging device that can secure SNR at low illuminance while increasing the number of saturated electrons.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置について説明するためのもので、増幅型CMOSイメージセンサの概略構成を示すブロック図である。センサコア部11には、画素部12、カラム型ノイズキャンセル回路(CDS回路)13、カラム型アナログデジタルコンバータ(ADC)14、ラッチ回路15、二つのラインメモリ(MSH,MSL)16,17及び水平シフトレジスタ18などが設けられている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an amplification type CMOS image sensor for explaining a solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. The sensor core unit 11 includes a
上記画素部12には、レンズ21を介して光が入射され、光電変換によって入射光量に応じた電荷(信号電荷)が生成される。この画素部12には、セル(画素)22が半導体基板上に行及び列の二次元的に配置されている。一つのセル22は、本例では四つのトランジスタ(行選択トランジスタTa、増幅トランジスタTb、リセットトランジスタTc、読み出しトランジスタTd)と光電変換手段として働くフォトダイオードPDから構成され、各セル22には選択及び動作制御用のパルス信号ADRESn,RESETn,READnがそれぞれ供給される。
Light is incident on the
上記トランジスタTa,Tbの電流通路は、電源VDDと垂直信号線VLIN間に直列接続される。上記トランジスタTaのゲートにはパルス信号(アドレスパルス)ADRESnが供給される。上記トランジスタTcの電流通路は、電源VDDとトランジスタTbのゲート(検出部FD)との間に接続され、そのゲートにパルス信号(リセットパルス)RESETnが供給される。また、上記トランジスタTdの電流通路の一端は、上記検出部FDに接続され、そのゲートにパルス信号(読み出しパルス)READnが供給される。そして、上記トランジスタTdの電流通路の他端にフォトダイオードPDのカソードが接続され、このフォトダイオードPDのアノードは接地されている。 The current paths of the transistors Ta and Tb are connected in series between the power supply VDD and the vertical signal line VLIN. A pulse signal (address pulse) ADRESn is supplied to the gate of the transistor Ta. The current path of the transistor Tc is connected between the power supply VDD and the gate (detector FD) of the transistor Tb, and a pulse signal (reset pulse) RESETn is supplied to the gate. One end of the current path of the transistor Td is connected to the detection unit FD, and a pulse signal (readout pulse) READn is supplied to the gate thereof. The cathode of the photodiode PD is connected to the other end of the current path of the transistor Td, and the anode of the photodiode PD is grounded.
そして、飽和電子数を増加させるために上記フォトダイオードPDの蓄積容量Cpdを大きくし、検出部FDの容量Cfdは従来と異なり小さく設計している。すなわち、「容量Cpd>容量Cfd」である。 In order to increase the number of saturated electrons, the storage capacitor Cpd of the photodiode PD is increased, and the capacitor Cfd of the detection unit FD is designed to be smaller than the conventional one. That is, “capacitance Cpd> capacitance Cfd”.
上記画素部12の端部には、ソースフォロワ回路用の負荷トランジスタTLMがセル列毎に配置され、これらの負荷トランジスタTLMの電流通路の一端は垂直信号線VLINにそれぞれ接続され、他端は接地点に接続されている。上記垂直信号線VLINは、トランジスタTS1の電流通路を介してCDS回路13へ接続されている。
A load transistor TLM for the source follower circuit is arranged for each cell column at the end of the
この画素部12で発生した信号電荷に対応するアナログ信号は、CDS回路13を介してADC14に供給されてデジタル信号に変換され、ラッチ回路15にラッチされる。このラッチ回路15にラッチされたデジタル信号は、ラインメモリMSH16、ラインメモリMSL17に取り込まれ、水平シフトレジスタ18によりセンサコア部11から順次読み出される。
An analog signal corresponding to the signal charge generated in the
上記ラインメモリMSH16及びラインメモリMSL17から読み出された二つの10ビットのデジタル信号SH,SL(OUT0〜OUT9)が、加算器19で加算されて一つの11ビットの信号が生成される。以後は、信号処理回路20で通常の信号処理を施し、イメージセンサチップの外部に信号RGB/YUVを出力する。
Two 10-bit digital signals SH and SL (OUT0 to OUT9) read from the line memory MSH16 and the line memory MSL17 are added by an
また、上記画素部12に隣接して、パルスセレクタ回路(セレクタ)24、信号読み出し用の垂直レジスタ(VRレジスタ)25、及び蓄積時間制御用の垂直レジスタ(ESレジスタ)26がそれぞれ配置されている。
Further, a pulse selector circuit (selector) 24, a signal readout vertical register (VR register) 25, and an accumulation time control vertical register (ES register) 26 are disposed adjacent to the
上記画素部12からの信号電荷の読み出しや上記CDS回路13、セレクタ24、VRレジスタ25及びESレジスタ26の制御は、タイミングジェネレータ(TG)30から出力されるパルス信号S1〜S4,READ,RESET/ADRES/READ,VRR,ESRによって行われる。パルス信号S1は上記トランジスタTS1のゲートに供給され、パルス信号S2〜S4はCDS回路13に供給される。パルス信号RESET/ADRES/READは上記セレクタ24に供給される。また、パルス信号READはパルス振幅制御回路23に供給され、このパルス振幅制御回路23の出力信号VREADがセレクタ24に供給される。
Reading signal charges from the
上記タイミングジェネレータ30から出力されるパルス信号VRRはVRレジスタ25に、パルス信号ESRはESレジスタ26にそれぞれ供給される。上記VRレジスタ25により画素部12の垂直信号線VLINが選択され、セレクタ24を介してパルス信号RESET/ADRES/READ(図1ではRESETn,ADRESn,READnで代表的に示す)が画素部12へ供給される。上記パルス信号(アドレスパルス)ADRESnは上記セル22中の行選択トランジスタTaのゲートに、上記パルス信号(リセットパルス)RESETnは上記セル22中のリセットトランジスタTcのゲートに、上記パルス信号(読み出しパルス)READnは上記セル22中の読み出しトランジスタTdのゲートにそれぞれ供給される。
The pulse signal VRR output from the
更に、上記画素部12には、バイアス発生回路(バイアス1)31からバイアス電圧VVLが印加されている。このバイアス電圧VVLは、ソースフォロワ回路用の負荷トランジスタTLMのゲートに供給される。
Further, a bias voltage VVL is applied to the
VREF発生回路32は、メインクロック信号MCKに応答して動作し、AD変換(ADC14)用の基準波形を生成する回路である。この基準波形の振幅は、シリアルインターフェース(シリアルI/F)33に入力されるデータDATAによって制御される。このシリアルインターフェース33に入力されるコマンドは、コマンドデコーダ34に供給されてデコードされ、上記メインクロック信号MCKとともにタイミングジェネレータ30に供給される。
The
上記VREF発生回路32では、1水平走査期間に2回のAD変換を実行するために、三角波VREFGHとVREFGLを発生してADC14に供給する。前半のVREF振幅で第1回目の入力信号を1023レベルでAD変換する。後半は、同じVREF振幅で第2回目の異なった入力信号を1023レベルでAD変換する。そして、次の水平期間に信号SHと信号SLを同時に上記ラインメモリMSH16とラインメモリMSL17から読み出し、加算器19で二つの信号を加算することで一つの信号に合成し、信号処理回路20に供給する。
The
図2は、上記図1に示した増幅型CMOSイメージセンサにおける画素部12、CDS回路13及びADC14の具体的な構成例を示す回路図である。各々のセル(画素)22は、上述したように、行選択トランジスタTa、増幅トランジスタTb、リセットトランジスタTc、読み出しトランジスタTd及びフォトダイオードPDから構成されている。このような構成のセル22が、行及び列の二次元的に配置されて画素部12が形成される。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a specific configuration example of the
上記画素部12の端部には、ソースフォロワ回路用の負荷トランジスタTLMがセル列毎に水平方向に配置されている。これら負荷トランジスタTLMの電流通路の一端は対応する垂直信号線VLINに接続され、他端は接地点間に接続され、そのゲートには上記バイアス発生回路31からバイアス電圧VVLが印加される。CDS回路13及びADC14中には、ノイズキャンセラ用の容量C1,C2が配置されると共に、垂直信号線VLINの信号を伝達するためのトランジスタTS1、AD変換用の基準波形を入力するためのトランジスタTS2、及び2段のコンパレータ回路COMP1,COMP2が設けられている。上記コンパレータ回路COMP1,COMP2間には、キャパシタC3が接続される。
At the end of the
上記コンパレータ回路COMP1は、インバータINV1と、このインバータINV1の入力端と出力端間に電流通路が接続されたトランジスタTS3とで構成されている。上記コンパレータ回路COMP2は、インバータINV2と、このインバータINV2の入力端と出力端間に電流通路が接続されたトランジスタTS4とで構成されている。 The comparator circuit COMP1 includes an inverter INV1 and a transistor TS3 having a current path connected between an input terminal and an output terminal of the inverter INV1. The comparator circuit COMP2 includes an inverter INV2 and a transistor TS4 having a current path connected between the input terminal and the output terminal of the inverter INV2.
上記トランジスタTS1のゲートにはタイミングジェネレータ30から出力されるパルス信号S1、上記トランジスタTS2のゲートにはパルス信号S2、上記トランジスタTS3のゲートにはパルス信号S3、及び上記トランジスタTS4のゲートにはパルス信号S4がそれぞれ供給される。
A pulse signal S1 output from the
上記コンパレータ回路COMP2から出力されるデジタル信号はラッチ回路15でラッチされ、二つのラインメモリMSH16とラインメモリMSL17に入力される。そして、シフトレジスタ18が動作することで、上記ラインメモリMSH16とラインメモリMSL17から10ビットのデジタル信号SH,SL(OUT0〜OUT9)がそれぞれ順次出力されるようになっている。
The digital signal output from the comparator circuit COMP2 is latched by the
上記のような構成において、例えば垂直信号線VLINにおけるnライン目の信号を読み出す際には、アドレスパルスADRESnを“H”レベルにすることで増幅用トランジスタTbと負荷用トランジスタTLMからなるソースフォロワ回路を動作させる。そして、フォトダイオードPDで光電変換して得た信号電荷を一定期間蓄積し、読み出しを行う前に検出部FDにおける暗電流などのノイズ信号を除去するために、リセットパルスRESETnを“H”レベルに設定してトランジスタTcをオンして検出部FDを電源VDDの電圧(=2.8V)にセットする。 In the configuration as described above, for example, when a signal on the n-th line in the vertical signal line VLIN is read, the source follower circuit including the amplification transistor Tb and the load transistor TLM is set by setting the address pulse ADRESn to the “H” level. To work. Then, the signal charge obtained by photoelectric conversion by the photodiode PD is accumulated for a certain period, and the reset pulse RESETn is set to “H” level in order to remove noise signals such as dark current in the detection unit FD before reading. Then, the transistor Tc is turned on to set the detection unit FD to the voltage of the power supply VDD (= 2.8V).
これによって、垂直信号線VLINには基準となる検出部FDに信号がない状態の電圧(リセットレベル)が出力される。この時、パルス信号S1,S3,S4をそれぞれ“H”レベルにしてトランジスタTS1,TS3,TS4をオンさせることで、ADC14のコンパレータ回路COMP1とCOMP2のAD変換レベルを設定すると共に、垂直信号線VLINのリセットレベルに対応した量の電荷を容量C1に蓄積する。
As a result, a voltage (reset level) in a state where there is no signal in the reference detection unit FD is output to the vertical signal line VLIN. At this time, the pulse signals S1, S3, S4 are set to "H" level to turn on the transistors TS1, TS3, TS4, thereby setting the AD conversion levels of the comparator circuits COMP1 and COMP2 of the
次に、読み出しパルスREADnを“H”レベルにして読み出しトランジスタTdをオンさせ、フォトダイオードPDで生成して蓄積した信号電荷を検出部FDに転送する。 Next, the read pulse READn is set to “H” level to turn on the read transistor Td, and the signal charge generated and accumulated by the photodiode PD is transferred to the detection unit FD.
これによって、垂直信号線VLINには、検出部FDの電圧(信号+リセット)レベルが読み出される。この時、パルス信号S1を“H”レベル、パルス信号S3を“L”レベル、パルス信号S4を“L”レベル、パルス信号S2を“H”レベルにすることで、トランジスタTS1がオン、トランジスタTS3がオフ、トランジスタTS4がオフ、トランジスタTS2がオンとなり、「垂直信号線VLINの信号+リセットレベル」に対応する電荷が容量C2に蓄積される。 As a result, the voltage (signal + reset) level of the detection unit FD is read out to the vertical signal line VLIN. At this time, by setting the pulse signal S1 to the “H” level, the pulse signal S3 to the “L” level, the pulse signal S4 to the “L” level, and the pulse signal S2 to the “H” level, the transistor TS1 is turned on, and the transistor TS3 Is turned off, the transistor TS4 is turned off, and the transistor TS2 is turned on, and the charge corresponding to “the signal of the vertical signal line VLIN + the reset level” is accumulated in the capacitor C2.
この際、容量C1は、コンパレータ回路COMP1の入力端がハイインピーダンス状態となっているため、リセットレベルが保持されたままになっている。 At this time, since the input terminal of the comparator circuit COMP1 is in a high impedance state, the capacitor C1 is kept at the reset level.
その後、VREF発生回路32から出力される基準波形のレベルを増加させる(三角波VREFを低レベルから高レベル)ことで容量C1とC2の合成容量を介して、コンパレータ回路COMP1,COMP2でAD変換する。上記三角波は、10ビット(0〜1023レベル)で発生させ、AD変換レベルを10ビットのカウンタで判定してラッチ回路15でデータを保持する。1023レベルのAD変換後、ラッチ回路15のデータをラインメモリMSH16、ラインメモリMSL17へ転送している。
Thereafter, the level of the reference waveform output from the
上記容量C1に蓄積したリセットレベルは、容量C2に蓄積したリセットレベルと極性が逆になるため、リセットレベルはキャンセルされ、実質的に容量C2の信号成分でAD変換が実行される。このリセットレベルを除去する動作を低ノイズ化処理動作(CDS動作:Correlated Double Sampling、相関二重サンプリング)と呼ぶ。 Since the polarity of the reset level stored in the capacitor C1 is opposite to that of the reset level stored in the capacitor C2, the reset level is canceled and AD conversion is performed substantially using the signal component of the capacitor C2. This operation of removing the reset level is called a noise reduction processing operation (CDS operation: Correlated Double Sampling).
このAD変換動作を1水平走査期間に2回実行するために、VREF発生回路32で三角波VREFGHとVREFGLを発生させ、トランジスタTS2の電流通路の一端へ供給している。前半の三角波VREFGHでAD変換したデジタル信号は、ラインメモリMSH16で保持される。一方、後半の三角波VREFGLでAD変換したデジタル信号は、ラインメモリMSL17で保持される。この二つの信号は、次の水平走査期間に同時に読み出され、加算器19で加算される。
In order to execute this AD conversion operation twice in one horizontal scanning period, the
図3は、上記図1及び図2に示した増幅型CMOSイメージセンサの動作タイミングを示す波形図である。本例はVGAであり、垂直のnラインのフォトダイオードPDで光信号を光電変換して信号電荷を蓄積する蓄積時間(低照度撮影のため最大の蓄積時間)TL=525Hとしている。また、パルス振幅制御回路23の出力信号VREADの振幅を高レベル(Vn=2.8V)にしてセレクタ24を制御している。上記蓄積時間TLはESレジスタ26で1H毎に制御できる。また、セレクタ24へのパルス信号の入力タイミングを変更することで1H以下の制御もできる。
FIG. 3 is a waveform diagram showing operation timings of the amplification type CMOS image sensor shown in FIGS. This example is a VGA, and an accumulation time (maximum accumulation time for low-illuminance photography) TL = 525H in which an optical signal is photoelectrically converted by a vertical n-line photodiode PD and signal charges are accumulated. In addition, the
画素部12からの第1回目の読み出し動作時(t3)には、水平同期パルスHPに同期して画素部12にパルス信号RESETn,READn,ADRESnを供給してフォトダイオードPDで光電変換して蓄積した信号電荷を読み出す。まず、リセットパルスRESETnを“H”レベルにしてから“L”レベルにした時のリセットレベルを図2の容量C1に取り込む。この時、基準波形の振幅は、中間レベルに設定して読み出しを行っている。この中間レベルは、画素部の遮光画素(OB)部が64LSBになるようにセンサ内で自動調整している。
At the time of the first read operation from the pixel unit 12 (t3), pulse signals RESETn, READn, ADRESn are supplied to the
次に、読み出しパルスREADnを中間電圧Vmにすることで、フォトダイオードPDに蓄積した飽和レベルの約半分以上の信号電荷を出力する。この読み出した信号電荷(リセットレベルと信号レベルを加算した信号)が図2の容量C2に保持される。この読み出した信号電荷に対して、水平走査期間の前半の0.5H期間に基準波形として三角波を発生させて10ビットのAD変換を実施している。AD変換で得たデジタルデータはラッチ回路15に保持し、AD変換終了後にラインメモリMSH16に入力する。
Next, by setting the read pulse READn to the intermediate voltage Vm, signal charges that are about half or more of the saturation level accumulated in the photodiode PD are output. The read signal charge (a signal obtained by adding the reset level and the signal level) is held in the capacitor C2 in FIG. A 10-bit AD conversion is performed on the read signal charges by generating a triangular wave as a reference waveform in the first 0.5H period of the horizontal scanning period. Digital data obtained by AD conversion is held in the
画素部12からの第2回目の読み出し動作は、第1回目の0.5H後(t4)に行われる。第1回目と同様に、リセットパルスRESETnを“H”レベルにしてから“L”レベルにした時のリセットレベルを図2の容量C1に取り込む。そして、次に読み出しパルスREADnを高電圧Vhにすることで、フォトダイオードPDに残された信号電荷を出力する。この読み出した信号は、リセットレベルと信号レベルを加算した信号であり、CDS回路13(図2)の容量C2に保持される。この読み出した信号に対して、水平走査期間の後半の0.5H期間に基準波形として三角波を発生させ、10ビットのAD変換を実施している。AD変換で得たデジタルデータはラッチ回路15に保持し、AD変換終了後にラインメモリMSL17に入力する。
The second reading operation from the
次の1水平走査期間に、二つのラインメモリMSH,MSL16,17から同時に10ビットのデジタル信号SH,SL(OUT0〜OUT9)を出力し、画素単位の二つ信号を加算して一つの信号に合成している。本動作では、二つの信号を加算することで、信号レベルが11ビットに増加し、暗時レベルが128LSBと加算される。この時、ランダムノイズも平均化されるためSNRを改善できる。また、信号の分解能も10ビットから11ビットに増加する。高速動作させる場合は、9ビットのADC動作させることで、動作周波数を約2倍にすることができる。この時の信号の分解能は従来と同じ10ビットとなる。 In the next one horizontal scanning period, 10-bit digital signals SH and SL (OUT0 to OUT9) are simultaneously output from the two line memories MSH and MSL16 and 17, and the two signals in units of pixels are added to form one signal. Synthesizing. In this operation, by adding the two signals, the signal level is increased to 11 bits, and the dark level is added to 128 LSB. At this time, random noise is also averaged, so that the SNR can be improved. Also, the signal resolution increases from 10 bits to 11 bits. When operating at a high speed, the operating frequency can be doubled by performing a 9-bit ADC operation. The resolution of the signal at this time is 10 bits, which is the same as the conventional one.
図4(a)〜(d)はそれぞれ、上記図3に示した動作タイミング図における各時点t1〜t4での画素部12の断面図とポテンシャル図を示している。
4A to 4D respectively show a cross-sectional view and a potential diagram of the
本例では、p型半導体基板41にn型の不純物拡散領域42が設けられてフォトダイオードPDが形成され、このn型不純物拡散領域42の表面はp型不純物拡散領域43でシールドされている。これによって、キズや暗時ムラの小さい埋め込み型フォトダイオードPDを形成している。検出部FDはn型不純物拡散領域44で形成され、上記フォトダイオードPDのn型不純物拡散領域41とともに読み出しトランジスタ(リードゲート)Tdのソース、ドレイン領域として働く。
In this example, an n-type impurity diffusion region 42 is provided on a p-type semiconductor substrate 41 to form a photodiode PD, and the surface of the n-type impurity diffusion region 42 is shielded by a p-type
これらn型不純物拡散領域41,44間の基板上には、図示しないゲート絶縁膜を介在してポリシリコンからなるゲート電極45が設けられている。このゲート電極45には、読み出しパルスREADが供給される。上記検出部FDとしてのn型不純物拡散領域44に隣接して、n型不純物拡散領域46が設けられている。このn型不純物拡散領域46はリセットトランジスタ(リセットゲート)Tcのドレイン領域として働き、上記検出部FDのn型不純物拡散領域44はソース領域として働く。
A
上記ドレイン領域には、ドレイン電圧VD(=2.8V、例えばVDD)が印加される。これらn型不純物拡散領域44,46間の基板41上には、図示しないゲート絶縁膜を介在してポリシリコンからなるゲート電極47が設けられている。このゲート電極47には、リセットパルスRESETが供給される。そして、このリセットトランジスタTcにより、上記検出部FDをドレイン電圧VDにリセットできるようにしている。
A drain voltage VD (= 2.8 V, for example, VDD) is applied to the drain region. A
信号電荷の蓄積は時刻t0から開始され、フォトダイオードPDへ光が入射されると、光電変換によって入射光量に応じた信号電荷が生成されて蓄積され始める。この蓄積動作は、時刻t1,t2(図4(a),(b))と継続される。時刻t3(図4(c))では、蓄積した信号電荷を読み出すために、まずリセットパルスRESETを印加して、電源電圧VD=2.8Vの電位に検出部FDをリセットする。次に、電圧Vmの読み出しパルスREADをゲート電極45に印加し、フォトダイオードPD部の飽和容量の約1/2以上蓄積した信号電荷を検出部FDに読み出す。時刻t4(図4(d))では同様に、ゲート電極47にリセットパルスRESETを印加して、電源電圧VD=2.8Vの電位に検出部FDをリセットする。
The accumulation of signal charges starts from time t0. When light is incident on the photodiode PD, signal charges corresponding to the amount of incident light are generated and accumulated by photoelectric conversion. This accumulation operation is continued at times t1 and t2 (FIGS. 4A and 4B). At time t3 (FIG. 4C), in order to read out the accumulated signal charges, first, a reset pulse RESET is applied to reset the detection unit FD to the potential of the power supply voltage VD = 2.8V. Next, a read pulse READ of the voltage Vm is applied to the
次に、ゲート電極45に電圧Vhの読み出しパルスREADを印加してフォトダイオードPD部に残されていた信号電荷を検出部FDに転送して読み出す。
Next, a read pulse READ of voltage Vh is applied to the
上記フォトダイオードPD部の蓄積容量Cpdは、検出部FDの容量Cfdよりも大きく設計している。このように、フォトダイオードPD部の蓄積容量を大きくすることで飽和電子数を増加させることができ明時のSNRを改善できる。飽和電子数を2倍にすると光ショットは信号の平方根で発生するため、SNRは3dB改善できる。 The storage capacitor Cpd of the photodiode PD unit is designed to be larger than the capacitor Cfd of the detection unit FD. Thus, by increasing the storage capacity of the photodiode PD part, the number of saturated electrons can be increased and the SNR at the time of light can be improved. If the number of saturated electrons is doubled, an optical shot is generated at the square root of the signal, so the SNR can be improved by 3 dB.
一方、検出部FDの容量Cfdを小さくすることで、少ない信号電荷でも大きな電圧を発生することができる。このため、ソースフォロワ回路以降のノイズの影響を小さくすることができる。この変換ゲインを2倍にすれば、後段の回路ノイズの影響を1/2に低減できる。 On the other hand, by reducing the capacitance Cfd of the detection unit FD, a large voltage can be generated even with a small signal charge. For this reason, the influence of the noise after the source follower circuit can be reduced. If this conversion gain is doubled, the influence of circuit noise in the subsequent stage can be reduced to ½.
2μm以下の微細な画素では、検出部を小さく形成することで変換ゲインを大きくし、後段で発生するノイズの影響を小さくすることで低照度のSNRを改善できる。また、検出部FDを小さくすることで、その分フォトダイオードPDの面積を大きくすることができるため、この点からも飽和電子数を増加させることができる。これによって、従来は難しかった、飽和電子数の増加要求と低照度でのSNRの改善要求を両立できる。 In a fine pixel of 2 μm or less, the conversion gain is increased by forming the detection portion small, and the SNR with low illuminance can be improved by reducing the influence of noise generated in the subsequent stage. In addition, since the area of the photodiode PD can be increased by reducing the detection unit FD, the number of saturated electrons can be increased from this point. This makes it possible to satisfy both a demand for increasing the number of saturated electrons and a demand for improving the SNR at low illuminance, which were difficult in the past.
上記のような容量CpdとCfdの関係では、フォトダイオードPD部に蓄積した大量の信号電荷を1度に検出部FDに読み出してしまうと検出部FDから信号電荷が溢れ出し、フォトダイオードPDに逆流したり、周辺のフォトダイオードPDへ広がったりする不具合が発生する。しかし、本実施形態では2回に分けて信号電荷を読み出すので、このような不具合の発生を防止できる。 With the relationship between the capacitances Cpd and Cfd as described above, if a large amount of signal charge accumulated in the photodiode PD portion is read to the detection portion FD at once, the signal charge overflows from the detection portion FD and flows back into the photodiode PD. Or a problem of spreading to the surrounding photodiode PD occurs. However, in the present embodiment, the signal charge is read out twice, so that such a problem can be prevented.
なお、本実施形態では信号電荷を2分割して読み出す方法を示したが、3分割以上の複数回に分割して読み出すことも可能である。また、二つの信号の合成処理は、ADC動作時に行うこともでき、ADCの前段に加算回路を設けても実現できる。更に、加算以外の処理を行っても良い。 In the present embodiment, the method of reading the signal charge by dividing it into two parts has been shown, but it is also possible to read out the signal charge divided into a plurality of times of three or more. Also, the synthesis process of the two signals can be performed during the ADC operation, and can be realized by providing an adder circuit in the previous stage of the ADC. Furthermore, processing other than addition may be performed.
[第2の実施形態]
図5は、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置について説明するためのもので、図1に示したカラム型ADCの他の構成例を示している。このADC27は、加算機能を備えており、ADC動作時に合成処理も行い、ラインメモリ28から加算後のデジタル信号OUT0〜OUT9が出力されるようになっている。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a diagram for explaining a solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention, and shows another configuration example of the column type ADC shown in FIG. The ADC 27 has an addition function, and also performs a synthesis process during the ADC operation, and the added digital signals OUT0 to OUT9 are output from the
セル(画素)22の列には垂直信号線VLINがそれぞれ接続され、これらの垂直信号線VLINの一端はコンパレータ回路COMP3の一方の入力端にそれぞれ接続される。上記コンパレータ回路COMP3の他方の入力端はVREF発生回路32に共通接続され、基準波形が印加されている。そして、垂直信号線VLINの電圧と基準波形の電圧が同じになった時にコンパレータ回路COMP3の出力が例えば0から1に変化する。このコンパレータ回路COMP3の出力端にはそれぞれ、アップ/ダウン(U/D)カウンタ29が接続されている。U/Dカウンタ29は、クロック信号CKに基づいてアップカウントまたはダウンカウントを行う。コンパレータ回路COMP3の出力が変化すると、U/Dカウンタ29はカウント動作を停止し、このカウント値をラインメモリ28に保存する。
Vertical signal lines VLIN are respectively connected to the columns of the cells (pixels) 22, and one ends of these vertical signal lines VLIN are respectively connected to one input terminal of the comparator circuit COMP3. The other input terminal of the comparator circuit COMP3 is commonly connected to the
図6は、上記図5に示したカラム型ADCの加算動作のタイミング図を示している。まず、リセットパルスRESETnで検出部FDがリセットする。その後、アドレスパルスADRESnを“H”レベルにすることで、このリセットレベルを垂直信号線VLINへ出力する。出力した信号は、コンパレータ回路COMP3でVREF発生回路32の出力電圧と比較する。この時、U/Dカウンタ29はダウンカウントする。垂直信号線VLINの電圧とVREF発生回路32の出力電圧が同じになると、U/Dカウンタ29はカウントを停止する。
FIG. 6 shows a timing chart of the addition operation of the column type ADC shown in FIG. First, the detection unit FD is reset by a reset pulse RESETn. Thereafter, by setting the address pulse ADRESn to the “H” level, this reset level is output to the vertical signal line VLIN. The output signal is compared with the output voltage of the
次に、画素部12で、読み出しパルスREADnとして電圧Vmを印加することで、PD部に蓄積した、このPD部の飽和時の約半分の信号を読み出し、検出部FDで電圧に変換して垂直信号線VLINへ出力する。出力した信号は、コンパレータ回路COMP3でVREF発生回路32の出力電圧と比較する。この時、U/Dカウンタ29はアップカウントする。垂直信号線VLINの電圧とVREF発生回路32の電圧が同じになると、U/Dカウンタ29はカウントを停止する。このダウンカウント、アップカウント動作により、出力信号から検出部FDのリセット後の変動をキャンセルできる。よって、出力は信号成分のみがカウント値として得られる。
Next, the
同様に、1水平期間HPの後半で、再度、リセットパルスRESETnで検出部FDをリセットする。このリセットレベルを、アドレスパルスADRESnを“H”レベルにすることで垂直信号線VLINへ出力する。出力した信号は、コンパレータ回路29でVREF発生回路32の出力電圧と比較する。この時、最初に得られたカウント値からスタートし、U/Dカウンタ29はダウンカウントする。垂直信号線VLINの電圧とVREF発生回路32の出力電圧が同じになると、U/Dカウンタ29はカウントを停止する。
Similarly, in the second half of one horizontal period HP, the detection unit FD is reset again with the reset pulse RESETn. This reset level is output to the vertical signal line VLIN by setting the address pulse ADRESn to the “H” level. The output signal is compared with the output voltage of the
次に、画素部12で、読み出しパルスREADnとして電圧Vhを印加することで、フォトダイオードPD部に読み残していた信号電荷を検出部FDへ転送して読み出し、検出部FDで電圧に変換して垂直信号線VLINへ出力する。出力した信号は、コンパレータ回路COMP3でVREF電圧と比較する。この時、U/Dカウンタ29はアップカウントする。垂直信号線VLINの電圧とVREF発生回路の出力電圧が同じになると、U/Dカウンタ29はカウントを停止する。このようにして、フォトダイオードPD部の信号電荷を分割して読み出し、且つ加算動作を実施できる。
Next, the
1水平期間HPの終わりでは、各カラムで同様のADC動作を実施したカウント値をVsigとして、ラインメモリ28へ同時に転送する。そして、次の1水平期間HPに順次読み出して、信号処理後にイメージセンサチップより出力する。
At the end of one horizontal period HP, the count value obtained by performing the same ADC operation in each column is simultaneously transferred to the
[第3の実施形態]
図7(a)〜(d)はそれぞれ、本発明の第3の実施形態に係る固体撮像装置について説明するためのもので、セル(画素)22の他の構成例を示している。図1及び図2では、一つのフォトダイオードPDに一つの出力回路を設けた1画素1セルの画素構成を例にとって説明した。
[Third Embodiment]
FIGS. 7A to 7D are diagrams for explaining a solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention, and show another configuration example of the cell (pixel) 22. 1 and 2, the pixel configuration of one pixel and one cell in which one output circuit is provided in one photodiode PD has been described as an example.
これに対し、図7(a)に示すセルは、二つのフォトダイオードPDに対して一つの出力回路を設けた2画素1セルの画素構成である。すなわち、セル51は、5つのトランジスタ(行選択トランジスタTa、増幅トランジスタTb、リセットトランジスタTc、読み出しトランジスタTd1,Td2)と二つのフォトダイオード(光電変換手段)PD1,PD2から構成され、このセル51にはパルス信号ADRESn,RESETn,READn,READn+1がそれぞれ供給される。 On the other hand, the cell shown in FIG. 7A has a pixel configuration of two pixels and one cell in which one output circuit is provided for two photodiodes PD. That is, the cell 51 is composed of five transistors (row selection transistor Ta, amplification transistor Tb, reset transistor Tc, readout transistors Td1, Td2) and two photodiodes (photoelectric conversion means) PD1, PD2. Are supplied with pulse signals ADRESn, RESETn, READn, READn + 1, respectively.
上記トランジスタTa,Tbの電流通路は、電源VDDと垂直信号線VLIN間に直列接続される。上記トランジスタTaのゲートにはパルス信号(アドレスパルス)ADRESnが供給される。上記トランジスタTcの電流通路は、電源VDDとトランジスタTbのゲート(検出部FD)との間に接続され、そのゲートにパルス信号(リセットパルス)RESETnが供給される。また、上記トランジスタTd1の電流通路の一端は、上記検出部FDに接続され、そのゲートにパルス信号(読み出しパルス)READnが供給される。上記トランジスタTd1の電流通路の他端にフォトダイオードPD1のカソードが接続され、このフォトダイオードPD1のアノードは接地されている。更に、トランジスタTd2の電流通路の一端が上記検出部FDに接続され、そのゲートに読み出しパルスREADn+1が供給される。上記トランジスタTd2の電流通路の他端にはフォトダイオードPD2のカソードが接続され、このフォトダイオードPD2のアノードは接地されている。 The current paths of the transistors Ta and Tb are connected in series between the power supply VDD and the vertical signal line VLIN. A pulse signal (address pulse) ADRESn is supplied to the gate of the transistor Ta. The current path of the transistor Tc is connected between the power supply VDD and the gate (detector FD) of the transistor Tb, and a pulse signal (reset pulse) RESETn is supplied to the gate. One end of the current path of the transistor Td1 is connected to the detection unit FD, and a pulse signal (readout pulse) READn is supplied to its gate. The cathode of the photodiode PD1 is connected to the other end of the current path of the transistor Td1, and the anode of the photodiode PD1 is grounded. Further, one end of the current path of the transistor Td2 is connected to the detection unit FD, and a read pulse READn + 1 is supplied to the gate thereof. The other end of the current path of the transistor Td2 is connected to the cathode of the photodiode PD2, and the anode of the photodiode PD2 is grounded.
上記のような構成において、フォトダイオードPD1,PD2の蓄積容量の和Cspdと検出部FDの容量Cfdとの関係は、「容量Cspd>容量Cfd」である。 In the configuration as described above, the relationship between the sum Cspd of the storage capacitors of the photodiodes PD1 and PD2 and the capacitor Cfd of the detection unit FD is “capacitance Cspd> capacitance Cfd”.
また、図7(b)は、四つのフォトダイオードPD1,PD2,PD3,PD4に対して一つの出力回路を設けた、4画素1セルの画素構成である。すなわち、セル52は、7つのトランジスタ(行選択トランジスタTa、増幅トランジスタTb、リセットトランジスタTc、読み出しトランジスタTd1,Td2,Td3,Td4)と四つのフォトダイオード(光電変換手段)PD1,PD2,PD3,PD4から構成され、このセル52にはパルス信号ADRESn,RESETn,READn,READn+1,READn+2,READn+3がそれぞれ供給される。 FIG. 7B shows a pixel configuration of four pixels and one cell in which one output circuit is provided for the four photodiodes PD1, PD2, PD3, and PD4. That is, the cell 52 includes seven transistors (row selection transistor Ta, amplification transistor Tb, reset transistor Tc, readout transistors Td1, Td2, Td3, Td4) and four photodiodes (photoelectric conversion means) PD1, PD2, PD3, PD4. The cell 52 is supplied with pulse signals ADRESn, RESETn, READn, READn + 1, READn + 2, and READn + 3, respectively.
この構成でも、フォトダイオードPD1,PD2,PD3,PD4の蓄積容量の和Csspdと検出部FDの容量Cfdとの関係は、「容量Csspd>容量Cfd」である。 Even in this configuration, the relationship between the sum Csspd of the storage capacitors of the photodiodes PD1, PD2, PD3, and PD4 and the capacitor Cfd of the detection unit FD is “capacitance Csspd> capacitance Cfd”.
更に、図7(c)は、1画素1セルの画素構成であるが、行選択トランジスタを省略した画素構成になっている。一つのセル53は、三つのトランジスタ(増幅トランジスタTb、リセットトランジスタTc、読み出しトランジスタTd)とフォトダイオード(光電変換手段)PDから構成され、セル53にはパルス信号RESETn,READnがそれぞれ供給される。
Further, FIG. 7C shows a pixel configuration of one pixel and one cell, but a pixel configuration in which the row selection transistor is omitted. One
上記トランジスタTbの電流通路は、電源VDDと垂直信号線VLIN間に直列接続される。上記トランジスタTcの電流通路は、電源VDDとトランジスタTbのゲート(検出部FD)との間に接続され、そのゲートにリセットパルスRESETnが供給される。また、上記トランジスタTdの電流通路の一端は、上記検出部FDに接続され、そのゲートに読み出しパルスREADnが供給される。そして、上記トランジスタTdの電流通路の他端にフォトダイオードPDのカソードが接続され、このフォトダイオードPDのアノードは接地されている。上記フォトダイオードPDの蓄積容量Cpdと検出部FDの容量Cfdは、「容量Cpd>容量Cfd」という関係である。 The current path of the transistor Tb is connected in series between the power supply VDD and the vertical signal line VLIN. The current path of the transistor Tc is connected between the power supply VDD and the gate (detector FD) of the transistor Tb, and a reset pulse RESETn is supplied to the gate. One end of the current path of the transistor Td is connected to the detection unit FD, and a read pulse READn is supplied to the gate thereof. The cathode of the photodiode PD is connected to the other end of the current path of the transistor Td, and the anode of the photodiode PD is grounded. The storage capacitor Cpd of the photodiode PD and the capacitor Cfd of the detection unit FD have a relationship of “capacitance Cpd> capacitance Cfd”.
図7(d)に示すような、1画素1セルの画素構成にも適用できる。このフォトダイオードPDと検出部は接続されているため、蓄積容量Cpdと検出部容量Cfdは同じ容量になっている。すなわち、「容量Cpd=容量Cfd」である。この画素構成は、読み出しトランジスタを省略した画素構成になっている。セル54は、三つのトランジスタ(行選択トランジスタTa、増幅トランジスタTb、リセットトランジスタTc)とフォトダイオード(光電変換手段)PDから構成され、このセル54にはパルス信号ADRESn,RESETnがそれぞれ供給される。
The present invention can also be applied to a pixel configuration of one pixel and one cell as shown in FIG. Since the photodiode PD and the detection unit are connected, the storage capacitor Cpd and the detection unit capacitor Cfd have the same capacitance. That is, “capacitance Cpd = capacitance Cfd”. This pixel configuration is a pixel configuration in which the readout transistor is omitted. The
上記トランジスタTa,Tbの電流通路は、電源VDDと垂直信号線VLIN間に直列接続される。上記トランジスタTaのゲートにはアドレスパルスADRESnが供給される。上記トランジスタTcの電流通路は、電源VDDとトランジスタTbのゲート(検出部FD)との間に接続され、そのゲートにリセットパルスRESETnが供給される。また、上記検出部FDにフォトダイオードPDのカソードが接続され、このフォトダイオードPDのアノードは接地されている。 The current paths of the transistors Ta and Tb are connected in series between the power supply VDD and the vertical signal line VLIN. An address pulse ADRESn is supplied to the gate of the transistor Ta. The current path of the transistor Tc is connected between the power supply VDD and the gate (detector FD) of the transistor Tb, and a reset pulse RESETn is supplied to the gate. Further, the cathode of the photodiode PD is connected to the detection unit FD, and the anode of the photodiode PD is grounded.
特に、VDD電圧を例えば1.5Vに低くした場合(通常2.8V)、トランジスタTa,Tbから成るソースフォロワ回路のダイナミックレンジが低下する。このため、検出部FDで電圧に変換した信号が全て出力できない。このような不具合にも、本発明を適用することで、フォトダイオードに蓄積した信号電荷を分割して、検出部に読み出すことでソースフォロワ回路のダイナミックレンジ以下で出力することができる。 In particular, when the VDD voltage is lowered to, for example, 1.5V (usually 2.8V), the dynamic range of the source follower circuit composed of the transistors Ta and Tb is lowered. For this reason, all the signals converted into voltages by the detection unit FD cannot be output. By applying the present invention to such a problem, it is possible to divide the signal charge accumulated in the photodiode and read it out to the detection unit so that it can be output within the dynamic range of the source follower circuit.
本セル構成は、上記リセットパルスRESETの電圧を、電圧Vmもしくは電圧Vhと切り替えて動作させることで実現できる。また、図7(a),(b),(c)の電源電圧を低下させた場合にも適用できる。 This cell configuration can be realized by switching the voltage of the reset pulse RESET to the voltage Vm or the voltage Vh. Further, the present invention can also be applied when the power supply voltage in FIGS. 7A, 7B, and 7C is lowered.
なお、上記セル(画素)は、上述した例に限定されるものではなく、更に変形した画素構成にも適用できる。 The cell (pixel) is not limited to the above-described example, and can be applied to a further modified pixel configuration.
上述したように、本発明の一つの側面によれば、増幅型CMOSイメージセンサにおいて、検出部の容量を小さくすることで電圧変換ゲインを増加させて高感度化を実現できる。この高感度化構造では、フォトダイオードの蓄積容量よりも検出部の容量が小さくなるため、フォトダイオードで蓄積した信号電荷を分割して読み出し、後段で分割した信号を加算して一つの信号にする。これによって、高感度且つ広ダイナミックレンジのイメージセンサを実現できる。 As described above, according to one aspect of the present invention, in the amplification type CMOS image sensor, high sensitivity can be realized by increasing the voltage conversion gain by reducing the capacitance of the detection unit. In this high-sensitivity structure, since the capacitance of the detection unit is smaller than the storage capacitance of the photodiode, the signal charge accumulated in the photodiode is divided and read out, and the signals divided in the subsequent stage are added to form one signal. . As a result, an image sensor with high sensitivity and a wide dynamic range can be realized.
従って、飽和電子数を増加させつつ低照度時のSNRを確保できる固体撮像装置が得られる。 Therefore, it is possible to obtain a solid-state imaging device that can secure SNR at low illumination while increasing the number of saturated electrons.
以上第1乃至第3の実施形態を用いて本発明の説明を行ったが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記各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の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば各実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも一つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも一つが得られる場合には、こ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。 Although the present invention has been described using the first to third embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention in the implementation stage. It is possible. Each of the above embodiments includes inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in each embodiment, at least one of the issues described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and is described in the column of the effect of the invention. In the case where at least one of the above effects can be obtained, a configuration in which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
11…センサコア部、12…画素部、13…カラム型ノイズキャンセル回路(CDS)、14…カラム型アナログデジタルコンバータ(ADC)、15…ラッチ回路、16…ラインメモリ(MSGH)、17…ラインメモリ(MSGL)、18…水平シフトレジスタ、19…加算器(合成手段)、20…信号処理回路、21…レンズ、22,51,52,53,54…セル(画素)、23…パルス振幅制御回路、24…パルスセレクタ回路(セレクタ)、25…信号読み出し用の垂直レジスタ(VRレジスタ)、26…蓄積時間制御用の垂直レジスタ(ESレジスタ)、27…ADC、28…ラインメモリ、29…カウンタ、30…タイミングジェネレータ(TG)、31…バイアス発生回路(バイアス1)、32…VREF発生回路、33…シリアルインターフェース(シリアルI/F)、34…コマンドデコーダ、PD,PD1,PD2,PD3,PD4…フォトダイオード(光電変換手段)、FD…検出部、Ta…行選択トランジスタ、Tb…増幅トランジスタ、Tc…リセットトランジスタ、Td…読み出しトランジスタ、COMP1,COMP2,COMP3…コンパレータ回路。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Sensor core part, 12 ... Pixel part, 13 ... Column type noise cancellation circuit (CDS), 14 ... Column type analog-digital converter (ADC), 15 ... Latch circuit, 16 ... Line memory (MSGH), 17 ... Line memory ( MSGL), 18 ... horizontal shift register, 19 ... adder (combining means), 20 ... signal processing circuit, 21 ... lens, 22, 51, 52, 53, 54 ... cell (pixel), 23 ... pulse amplitude control circuit, 24... Pulse selector circuit (selector), 25... Vertical register for reading signals (VR register), 26... Vertical register for controlling accumulation time (ES register), 27... ADC, 28. ... Timing generator (TG), 31 ... Bias generation circuit (bias 1), 32 ... VREF generation circuit, 33 Serial interface (serial I / F), 34 ... command decoder, PD, PD1, PD2, PD3, PD4 ... photodiode (photoelectric conversion means), FD ... detector, Ta ... row selection transistor, Tb ... amplification transistor, Tc ... Reset transistor, Td: Read transistor, COMP1, COMP2, COMP3: Comparator circuit.
Claims (5)
前記フォトダイオードで光電変換する露光時間を制御する露光時間制御手段とを具備し、
前記露光時間制御手段は、前記フォトダイオードに蓄積した信号電荷を分割して読み出すための読み出しパルス振幅制御手段と、分割して読み出した信号を一つの信号に合成するための合成手段とを備える
ことを特徴とする固体撮像装置。 A photodiode that photoelectrically converts an optical signal to generate a signal charge, a reading unit that reads the signal charge generated by the photodiode to a detection unit, and a detection that detects the signal charge by converting it to a voltage corresponding to the amount of charge A pixel portion two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate, a cell comprising: a means; an output means for outputting a voltage detected by the detection means; and a reset means for resetting the detection means;
Exposure time control means for controlling the exposure time for photoelectric conversion by the photodiode,
The exposure time control means includes a read pulse amplitude control means for dividing and reading the signal charges accumulated in the photodiode, and a combining means for combining the divided and read signals into one signal. A solid-state imaging device.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20120605 |