JP2012090144A - Imaging device - Google Patents

Imaging device Download PDF

Info

Publication number
JP2012090144A
JP2012090144A JP2010236155A JP2010236155A JP2012090144A JP 2012090144 A JP2012090144 A JP 2012090144A JP 2010236155 A JP2010236155 A JP 2010236155A JP 2010236155 A JP2010236155 A JP 2010236155A JP 2012090144 A JP2012090144 A JP 2012090144A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pixel
pixels
pseudo
floating diffusion
transistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2010236155A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shota Murao
頌太 村尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2010236155A priority Critical patent/JP2012090144A/en
Publication of JP2012090144A publication Critical patent/JP2012090144A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase a degree of freedom of a dynamic range to light intensity.SOLUTION: A pixel 21 at least includes: a photodiode 22 that generates an electric charge in accordance with an amount of received light; a floating diffusion 24 that accumulates the electric charge output from the photodiode 22; and a reset transistor 27 that resets the electric charge accumulated in the floating diffusion 24. Further, four pixels 21 are combined, and thereby obtaining a dummy pixel 20. In the dummy pixel 20, exposure is performed in a predetermined exposure order. When the electric charge is accumulated up to electric charge accumulation capacity of the floating diffusion 24 of the pre-exposed pixel 21 depending on the exposure order, a reset operation of the reset transistor 27 for the pixel 21 subsequently exposed is canceled. The present invention can be applied to, e.g., a CMOS image sensor.

Description

本発明は、撮像素子に関し、特に、光強度に対するダイナミックレンジの自由度を、より拡大することができるようにした撮像素子に関する。   The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to an image sensor that can further expand the degree of freedom of a dynamic range with respect to light intensity.

従来、撮像素子のダイナミックレンジを拡大する方法として、数多くの方法が提案されている。例えば、露光時間の異なる画素信号を組み合わせる方法や、画素信号を複数回読み出して合成する方法、蓄積容量を変調する方法、フローティングディフュージョンを共有して画素信号を加算する方法などがある。これらのダイナミックレンジを拡大する方法は、信号量を合成したり、加算したりする方法に集約される。   Conventionally, many methods have been proposed as methods for expanding the dynamic range of an image sensor. For example, there are a method of combining pixel signals having different exposure times, a method of reading out and combining pixel signals a plurality of times, a method of modulating storage capacity, and a method of adding pixel signals while sharing a floating diffusion. These methods for expanding the dynamic range can be summarized as methods for combining and adding signal amounts.

例えば、特許文献1には、複数画素を利用して信号量を合成することにより、ダイナミックレンジの拡大を図る方法が開示されている。この方法では、高感度の画素が飽和していないときは高感度の画素から得られる画素信号を用いて画像信号が生成される一方、高感度の画素が飽和しているときは、低感度の画素から得られる画素信号を用いて飽和レベルに合成して画像信号が生成される。これにより、絶対信号量内で、光強度に対する出力応答の理想的な特性を得ることができる。   For example, Patent Document 1 discloses a method for expanding a dynamic range by combining signal amounts using a plurality of pixels. In this method, when the high-sensitivity pixel is not saturated, an image signal is generated using the pixel signal obtained from the high-sensitivity pixel, while when the high-sensitivity pixel is saturated, the low-sensitivity pixel An image signal is generated by combining with a saturation level using a pixel signal obtained from the pixel. Thereby, an ideal characteristic of the output response with respect to the light intensity can be obtained within the absolute signal amount.

特開2009−273119号公報JP 2009-273119 A

しかしながら、特許文献1に開示されている方法では、部分的なオーバーフローの組み合わせによる圧縮型のダイナミックレンジが拡大されるだけであり、光強度による使い分け(シーン)に制限を設ける必要があり、ダイナミックレンジの自由度が低かった。そこで、光強度に対するダイナミックレンジの自由度を、より拡大することができる撮像素子が求められている。   However, in the method disclosed in Patent Document 1, only the compression type dynamic range due to a combination of partial overflows is expanded, and it is necessary to limit use (scene) depending on light intensity. The degree of freedom was low. Therefore, there is a demand for an image sensor that can further expand the degree of freedom of the dynamic range with respect to the light intensity.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、光強度に対するダイナミックレンジの自由度を、より拡大することができるようにするものである。   The present invention has been made in view of such a situation, and makes it possible to further expand the degree of freedom of the dynamic range with respect to the light intensity.

本発明の一側面の撮像素子は、受光した光の光量に応じて電荷を発生する光電変換部と、前記光電変換部から出力される電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部に蓄積されている電荷をリセットするリセット部とを少なくとも有する画素と、所定数の前記画素が組み合わされた疑似画素とを備え、前記疑似画素では、前記所定数の画素が所定の露光順番で露光を行い、前記露光順番に従って、先に露光する前記画素の前記電荷蓄積部の電荷蓄積容量まで電荷が蓄積されると、次に露光する前記画素の前記リセット部によるリセット動作が解除される。   An imaging device according to an aspect of the present invention includes a photoelectric conversion unit that generates charges according to the amount of received light, a charge storage unit that stores charges output from the photoelectric conversion unit, and a storage in the charge storage unit. A pixel having at least a reset unit that resets the charged charge, and a pseudo pixel in which a predetermined number of the pixels are combined. In the pseudo pixel, the predetermined number of pixels are exposed in a predetermined exposure order. When charges are accumulated up to the charge accumulation capacity of the charge accumulation unit of the pixel to be exposed first in accordance with the exposure order, the reset operation by the reset unit of the pixel to be exposed next is released.

本発明の一側面においては、画素は、受光した光の光量に応じて電荷を発生する光電変換部と、光電変換部から出力される電荷を蓄積する電荷蓄積部と、電荷蓄積部に蓄積されている電荷をリセットするリセット部とを少なくとも有し、所定数の画素が組み合わされて疑似画素が構成される。そして、疑似画素では、所定数の画素について所定の露光順番で露光が行われ、露光順番に従って、先に露光する画素の電荷蓄積部の電荷蓄積容量まで電荷が蓄積されると、次に露光する画素のリセット部によるリセット動作が解除される。   In one aspect of the present invention, the pixel is stored in the photoelectric conversion unit that generates charges according to the amount of received light, the charge storage unit that stores charges output from the photoelectric conversion unit, and the charge storage unit. A pseudo-pixel is formed by combining a predetermined number of pixels. In the pseudo pixel, exposure is performed in a predetermined exposure order for a predetermined number of pixels, and when charge is accumulated up to the charge storage capacity of the charge storage portion of the pixel to be exposed first in accordance with the exposure order, next exposure is performed. The reset operation by the pixel reset unit is released.

本発明の一側面によれば、光強度に対するダイナミックレンジの自由度を、より拡大することができる。   According to one aspect of the present invention, the degree of freedom of the dynamic range with respect to the light intensity can be further expanded.

本発明を適用した撮像素子の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of one Embodiment of the image pick-up element to which this invention is applied. 画素アレイ部に配置される画素について説明する図である。It is a figure explaining the pixel arrange | positioned at a pixel array part. 4つのトランジスタにより構成された画素からなる疑似画素の第1の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 1st structural example of the pseudo pixel which consists of a pixel comprised by four transistors. リセットおよび露光動作のタイミングチャートである。It is a timing chart of reset and exposure operation. リード動作のタイミングチャートである。It is a timing chart of a read operation. 入射高強度に応じた信号出力の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the signal output according to incident high intensity | strength. 画素ピッチを変更した構成例における入射高強度に応じた信号出力の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the signal output according to the incident high intensity | strength in the structural example which changed the pixel pitch. 画素ピッチを変更した構成例におけるリセットおよび露光動作のタイミングチャートである。10 is a timing chart of reset and exposure operations in a configuration example in which the pixel pitch is changed. 3つのトランジスタにより構成された画素からなる疑似画素の第2の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd structural example of the pseudo pixel which consists of a pixel comprised by three transistors. 5つのトランジスタにより構成された画素からなる疑似画素の第3の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd structural example of the pseudo pixel which consists of a pixel comprised by five transistors. 画素間での接続構成が異なる疑似画素の第4の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 4th structural example of the pseudo pixel from which the connection structure between pixels differs. 画素アレイ部の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of a pixel array part. 2×3画素を単位とした疑似画素の第5の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 5th structural example of the pseudo pixel which made 2x3 pixel a unit. 画素アレイ部のさらに他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the further another structural example of a pixel array part.

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明を適用した撮像素子の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an embodiment of an image sensor to which the present invention is applied.

撮像素子11は、固体撮像素子の一種であるCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサであり、半導体基板上に複数の画素がアレイ状に配置され、同一チップ上に集積された周辺回路部を備えている。即ち、図1に示すように、撮像素子11は、画素アレイ部12と、周辺回路部である垂直駆動部13、制御部14、カラム処理部15、水平駆動部16、および信号処理部17とを備えて構成される。   The image pickup device 11 is a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor which is a kind of solid-state image pickup device, and includes a peripheral circuit unit in which a plurality of pixels are arranged in an array on a semiconductor substrate and integrated on the same chip. ing. That is, as shown in FIG. 1, the image sensor 11 includes a pixel array unit 12, a vertical drive unit 13 that is a peripheral circuit unit, a control unit 14, a column processing unit 15, a horizontal drive unit 16, and a signal processing unit 17. It is configured with.

画素アレイ部12は、2次元に整列して配置された複数の画素を有している。垂直駆動部13は、画素アレイ部12の各画素を駆動(転送や、選択、リセットなど)するための駆動信号を、水平信号線を介して行ごとに順次出力する。   The pixel array unit 12 has a plurality of pixels arranged in two dimensions. The vertical driving unit 13 sequentially outputs a driving signal for driving (transferring, selecting, resetting, etc.) each pixel of the pixel array unit 12 for each row through the horizontal signal line.

制御部14は、垂直駆動部13、カラム処理部15、および水平駆動部16に対し、それぞれの動作に必要なクロック信号やタイミング信号などを供給して、各部を制御する。カラム処理部15は、垂直信号線を介して画素アレイ部12の各画素から出力される画素信号から、CDS(Correlated Double Sampling:相関2重サンプリング)動作により信号レベルを抽出して、画素データを出力する。   The control unit 14 supplies clock signals, timing signals, and the like necessary for each operation to the vertical driving unit 13, the column processing unit 15, and the horizontal driving unit 16 to control each unit. The column processing unit 15 extracts a signal level from a pixel signal output from each pixel of the pixel array unit 12 through a vertical signal line by a CDS (Correlated Double Sampling) operation, and extracts pixel data. Output.

水平駆動部16は、カラム処理部15に、順次、所定のタイミングで、画素データを出力させる信号を供給する。信号処理部17は、カラム処理部15から出力される画素データを増幅して、後段の画像処理回路に出力する。   The horizontal driving unit 16 supplies a signal for outputting pixel data to the column processing unit 15 sequentially at a predetermined timing. The signal processing unit 17 amplifies the pixel data output from the column processing unit 15 and outputs the amplified pixel data to the subsequent image processing circuit.

次に、図2を参照して、画素アレイ部12に配置される画素について説明する。   Next, the pixels disposed in the pixel array unit 12 will be described with reference to FIG.

例えば、画素アレイ部12には、行×列がm×nとなる配置で複数の画素21が設けられており、図2には、それらの複数の画素のうちの一部が示されている。また、画素アレイ部12では、2×2の画素ごとに、赤、緑、青の3原色のカラーフィルタが、いわゆるベイヤー配列と呼ばれる並び順に従って配置されている。   For example, the pixel array unit 12 is provided with a plurality of pixels 21 in an arrangement in which row × column is m × n, and FIG. 2 shows some of the plurality of pixels. . In the pixel array unit 12, the color filters of the three primary colors of red, green, and blue are arranged for each 2 × 2 pixel according to the so-called Bayer arrangement.

例えば、画素2100、画素2101、画素2110、および画素2111には、赤色のカラーフィルタが配置され、これらの4画素が、1画素として画素信号を出力する。また、画素2102、画素2103、画素2112、および画素2113には、緑色のカラーフィルタが配置され、これらの4画素が、1画素として画素信号を出力する。同様に、画素2120、画素2121、画素2130、および画素2131には、緑色のカラーフィルタが配置され、これらの4画素が、1画素として画素信号を出力する。また、画素2122、画素2123、画素2132、および画素2133には、青色のカラーフィルタが配置され、これらの4画素が、1画素として画素信号を出力する。 For example, a red color filter is disposed in the pixel 21 00 , the pixel 21 01 , the pixel 21 10 , and the pixel 21 11 , and these four pixels output a pixel signal as one pixel. In addition, a green color filter is disposed in the pixel 21 02 , the pixel 21 03 , the pixel 21 12 , and the pixel 21 13 , and these four pixels output a pixel signal as one pixel. Similarly, a green color filter is arranged in the pixel 21 20 , the pixel 21 21 , the pixel 21 30 , and the pixel 21 31 , and these four pixels output a pixel signal as one pixel. In addition, a blue color filter is disposed in the pixel 21 22 , the pixel 21 23 , the pixel 21 32 , and the pixel 21 33 , and these four pixels output a pixel signal as one pixel.

このように、画素アレイ部12は、4つの画素が組み合わされて1画素として画素信号を出力する構造(Quad構造)となっている。従って、例えば、画素アレイ部12の画素数が1600万画素である場合、画素アレイ部12を、400万画素の解像度として使用することができる。以下、適宜、複数の画素21が1画素として用いられるときの、組み合わされた画素群を疑似画素と称する。   As described above, the pixel array unit 12 has a structure (Quad structure) in which four pixels are combined to output a pixel signal as one pixel. Therefore, for example, when the number of pixels of the pixel array unit 12 is 16 million pixels, the pixel array unit 12 can be used with a resolution of 4 million pixels. Hereinafter, the combined pixel group when the plurality of pixels 21 are used as one pixel is referred to as a pseudo pixel.

また、各疑似画素では、所定の順番で、疑似画素を構成する各画素21の露光が行われ、図2に図示されている4つの画素21をコ字状に連結する矢印は、それぞれの画素の露光順番を表している。例えば、左上の4つの画素2100、画素2101、画素2110、および画素2111からなる疑似画素では、画素2100、画素2101、画素2111、および画素2110の順番で露光が行われるような画素構造になっている。 In each pseudo pixel, each pixel 21 constituting the pseudo pixel is exposed in a predetermined order, and arrows connecting the four pixels 21 shown in FIG. Represents the exposure order. For example, in the pseudo pixel composed of the four pixels 21 00 , the pixel 21 01 , the pixel 21 10 , and the pixel 21 11 in the upper left, the exposure is performed in the order of the pixel 21 00 , the pixel 21 01 , the pixel 21 11 , and the pixel 21 10. The pixel structure is as described above.

次に、図3を参照して、4つの画素2100、画素2101、画素2110、および画素2111から構成される疑似画素20の画素構造について説明する。図3には、各画素21が4つのトランジスタにより構成されている第1の構成例(4Tr型画素構造の物理的回路図)が示さている。 Next, the pixel structure of the pseudo pixel 20 including the four pixels 21 00 , the pixel 21 01 , the pixel 21 10 , and the pixel 21 11 will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a first configuration example (physical circuit diagram of a 4Tr pixel structure) in which each pixel 21 includes four transistors.

図3に示すように、疑似画素20は、図示されている矢印に沿った順番で、即ち、画素2100、画素2101、画素2111、および画素2110の画素順番で機械的に露光を開始するように構成される。 As shown in FIG. 3, the pseudo pixels 20 are mechanically exposed in the order along the illustrated arrows, that is, in the pixel order of the pixels 21 00 , the pixels 21 01 , the pixels 21 11 , and the pixels 21 10. Configured to start.

画素2100は、フォトダイオード2200、転送トランジスタ2300、フローティングディフュージョン2400、増幅トランジスタ2500、選択トランジスタ2600、およびリセットトランジスタ2700を有している。 The pixel 2100 has a photodiode 22 00 , a transfer transistor 23 00 , a floating diffusion 24 00 , an amplification transistor 25 00 , a selection transistor 26 00 , and a reset transistor 2700 .

フォトダイオード2200は、アノードが接地され、カソードが転送トランジスタ2300のソースに接続される接続構成となっている。フォトダイオード2200は、受光した光の光量に応じた電荷を発生する。 Photodiode 22 00 has its anode grounded and a cathode has a connection configuration which is connected to the source of the transfer transistor 23 00. Photodiode 22 00 generates charges corresponding to the amount of light received.

転送トランジスタ2300は、ゲートが水平信号線を介して垂直駆動部13(図1)に接続され、ソースがフォトダイオード2200のカソードに接続され、ドレインが増幅トランジスタ2500のゲートおよびリセットトランジスタ2700のソースに接続される接続構成となっている。そして、転送トランジスタ2300のドレインと増幅トランジスタ2500のゲートとの接続箇所が、フローティングディフュージョン2400を構成している。転送トランジスタ2300は、垂直駆動部13による制御に従って、フォトダイオード2200において発生した電荷をフローティングディフュージョン2400に転送する。 The transfer transistor 23 00 are connected to the vertical driving unit 13 (FIG. 1) gate via a horizontal signal line, a source connected to the cathode of the photodiode 22 00, the drain of the amplifying transistor 25 00 gate and the reset transistor 27 The connection configuration is connected to the 00 source. The connection point between the gate of the amplifying transistor 25 00 and the drain of the transfer transistor 23 00 constitute a floating diffusion 24 00. The transfer transistor 23 00, under the control of the vertical driving unit 13, and transfers the charges generated in the photodiode 22 00 to the floating diffusion 24 00.

増幅トランジスタ2500は、ゲートがフローティングディフュージョン2400に接続され、ドレインが電源VDDに接続され、ソースが選択トランジスタ2600のドレインに接続される接続構成となっている。増幅トランジスタ2500は、フォトダイオード2200から転送されてフローティングディフュージョン2400で蓄積されている電荷を増幅して出力する。 Amplifying transistor 25 00 has a gate connected to the floating diffusion 24 00, the drain is connected to the power source VDD, has connection configuration and having a source connected to the drain of the select transistor 26 00. Amplifying transistor 25 00 is transferred from the photodiode 22 00 amplifies and outputs the charge accumulated in the floating diffusion 24 00.

選択トランジスタ2600は、ゲートが水平信号線を介して垂直駆動部13(図1)に接続され、ソースが垂直信号線を介してカラム処理部15(図1)に接続され、ドレインが増幅トランジスタ2500のソースに接続される接続構成となっている。選択トランジスタ2600は、垂直駆動部13による制御に従って、増幅トランジスタ2500により増幅された電荷を画素信号としてカラム処理部15に出力する。 The selection transistor 2600 has a gate connected to the vertical drive unit 13 (FIG. 1) via a horizontal signal line, a source connected to the column processing unit 15 (FIG. 1) via a vertical signal line, and a drain connected to the amplification transistor. and has a connection configured to be connected to the 25 00 source of. Select transistor 26 00, under the control of the vertical driving unit 13, and outputs the amplified charges by the amplifying transistor 25 00 to the column processing section 15 as a pixel signal.

リセットトランジスタ2700は、ゲートが水平信号線を介して垂直駆動部13に接続され、ソースがフローティングディフュージョン2400に接続され、ドレインが電源VDDに接続される接続構成となっている。リセットトランジスタ2700は、垂直駆動部13からの制御に従って、フローティングディフュージョン2400に蓄積されている電荷をリセットするリセット動作を行う。また、リセットトランジスタ2700では、ゲートとソースとが接続されており、リセットトランジスタ2700は、隣接画素に電荷が溢れ出ることを防止するブルーミング対策を行うように構成されている。 Reset transistor 27 00 has a gate connected to the vertical driving unit 13 via the horizontal signal line, a source connected to the floating diffusion 24 00, the drain is in the connection configuration is connected to the power source VDD. Reset transistor 27 00, under the control of the vertical driving unit 13, performs a reset operation for resetting the charge accumulated in the floating diffusion 24 00. Further, the reset transistor 27 00 are connected to the gate and source of the reset transistor 27 00 is configured to perform blooming countermeasures to prevent the overflow charges to adjacent pixels.

また、画素2101は、フォトダイオード2201、フローティングディフュージョン2401、増幅トランジスタ2501、選択トランジスタ2601、リセットトランジスタ2701、およびブルーミング対策用トランジスタ2801を有している。 The pixel 21 01 includes photodiodes 22 01, floating diffusion 24 01, amplifying transistor 25 01, select transistors 26 01, the reset transistor 27 01, and the blooming countermeasures transistor 28 01.

画素2101では、画素2100と異なり、フォトダイオード2201のカソードがフローティングディフュージョン2401に接続されている。また、画素2100では、リセットトランジスタ2700が、リセット動作とブルーミング対策とを行っていたが、画素2101では、ブルーミング対策を行うブルーミング対策用トランジスタ2801が設けられている。そして、画素2101では、リセットトランジスタ2701のゲートが、画素2100のフローティングディフュージョン2400に接続されている。 In the pixel 21 01, unlike the pixel 21 00, the cathode of the photodiode 22 01 is connected to the floating diffusion 24 01. Further, in the pixel 21 00, the reset transistor 27 00, had performed a reset operation and blooming countermeasures, in the pixel 21 01, blooming countermeasures transistor 28 01 performing blooming countermeasures are provided. Then, in the pixel 21 01, the gate of the reset transistor 27 01 are connected to the floating diffusion 24 00 pixel 21 00.

また、画素2111は、画素2101と同様に、フォトダイオード2211、フローティングディフュージョン2411、増幅トランジスタ2511、選択トランジスタ2611、リセットトランジスタ2711、およびブルーミング対策用トランジスタ2811を有している。画素2111では、リセットトランジスタ2711のゲートが、画素2101のフローティングディフュージョン2401に接続されている。 Similarly to the pixel 2101 , the pixel 21 11 includes a photodiode 22 11 , a floating diffusion 24 11 , an amplification transistor 25 11 , a selection transistor 26 11 , a reset transistor 27 11 , and a blooming countermeasure transistor 28 11. Yes. In the pixel 21 11, the gate of the reset transistor 27 11 is connected to the floating diffusion 24 01 pixel 21 01.

また、画素2110は、画素2101と同様に、フォトダイオード2210、フローティングディフュージョン2410、増幅トランジスタ2510、選択トランジスタ2610、リセットトランジスタ2710、およびブルーミング対策用トランジスタ2810を有している。画素2110では、リセットトランジスタ2710のゲートが、画素2111のフローティングディフュージョン2411に接続されている。 Similarly to the pixel 2101 , the pixel 21 10 includes a photodiode 22 10 , a floating diffusion 24 10 , an amplification transistor 25 10 , a selection transistor 26 10 , a reset transistor 27 10 , and a blooming countermeasure transistor 28 10. Yes. In the pixel 21 10 , the gate of the reset transistor 27 10 is connected to the floating diffusion 24 11 of the pixel 21 11 .

このように、画素2100、画素2101、画素2110、および画素2111では、画素2100のフローティングディフュージョン2400が画素2101のリセットトランジスタ2701のゲートに接続されている。そして、画素2101のフローティングディフュージョン2401が画素2111のリセットトランジスタ2711のゲートに接続され、画素2111のフローティングディフュージョン2411が画素2110のリセットトランジスタ2710のゲートに接続されている。 Thus, the pixel 21 00, pixels 21 01, in the pixel 21 10, and the pixel 21 11, floating diffusion 24 00 pixels 21 00 is connected to the gate of the reset transistor 27 01 pixel 21 01. The floating diffusion 24 01 pixel 21 01 are connected to the gate of the reset transistor 27 11 pixels 21 11, floating diffusion 24 11 pixels 21 11 is connected to the gate of the reset transistor 27 10 pixel 21 10.

このような接続構成により、まず、画素2100のフローティングディフュージョン2400に、蓄積可能な容量である電荷蓄積容量の電荷が蓄積され、電荷がオーバーフローすると、画素2101のフローティングディフュージョン2401への電荷の蓄積が開始される。次に、画素2101のフローティングディフュージョン2401に電荷蓄積容量の電荷が蓄積され、電荷がオーバーフローすると、画素2111のフローティングディフュージョン2411への電荷の蓄積が開始される。そして、画素2111のフローティングディフュージョン2411に電荷蓄積容量の電荷が蓄積され、電荷がオーバーフローすると、画素2110のフローティングディフュージョン2410への電荷の蓄積が開始される。 Such a connection configuration, first, the floating diffusion 24 00 pixels 21 00, the charge in the charge storage capacitor is storable capacity is accumulated, the charge overflows, the charge to the floating diffusion 24 01 pixels 21 01 Accumulation starts. Next, the charge of the charge storage capacitor to the floating diffusion 24 01 pixel 21 01 are accumulated, the charge overflows, the accumulation of charge in the floating diffusion 24 11 pixels 21 11 is started. Then, when the charge in the charge storage capacitor is accumulated in the floating diffusion 24 11 of the pixel 21 11 and the charge overflows, accumulation of the charge in the floating diffusion 24 10 of the pixel 21 10 is started.

次に、図4および図5を参照して、図3の疑似画素20の動作について説明する。   Next, the operation of the pseudo pixel 20 in FIG. 3 will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

図4は、リセットおよび露光動作のタイミングチャートであり、図5は、リード動作のタイミングチャートである。   FIG. 4 is a timing chart of reset and exposure operations, and FIG. 5 is a timing chart of read operations.

まず、垂直駆動部13は、リセットトランジスタ2700、2701、2710、および2711に対するリセット信号(RST)をHiにすることで、画素2100、画素2101、画素2110、および画素2111のリセット動作を行う。これにより、画素2100、画素2101、画素2110、および画素2111に蓄積されている電荷が空になる。また、垂直駆動部13は、このとき、転送トランジスタ2300に対する転送信号(TG)をHiにする。 First, the vertical drive unit 13 sets the reset signal (RST) to the reset transistors 27 00 , 27 01 , 27 10 , and 27 11 to Hi, thereby the pixel 21 00 , the pixel 21 01 , the pixel 21 10 , and the pixel 21. 11 reset operation is performed. As a result, the charges accumulated in the pixel 21 00 , the pixel 21 01 , the pixel 21 10 , and the pixel 21 11 are emptied. Further, the vertical drive unit 13, at this time, transfers signal to the transfer transistor 23 00 (TG) to Hi.

そして、画素2100の露光を開始するタイミング(t0)で、リセットトランジスタ2700に対するリセット信号(RST00)と、転送トランジスタ2300に対する転送信号(TG)とをLowにすることで、フローティングディフュージョン2400への電荷の蓄積が開始される。なお、画素2100のリセット動作を行った後は、リセットトランジスタ2700をハイインピーダンス(Hi-z)として取り扱う。 Then, at the timing of starting the exposure of the pixel 21 00 (t0), and a reset signal (RST00) for the reset transistor 27 00, by the Low and a transfer signal (TG) for the transfer transistor 23 00, floating diffusion 24 00 Accumulation of charge in the battery is started. Note that after the reset operation of the pixel 21 00 deals with the reset transistor 27 00 a high impedance (Hi-z).

このとき、次の露光対象画素である画素2101は、画素2100のフローティングディフュージョン2400がオーバーフローするまでリセット動作を行っており、フローティングディフュージョン2401には電荷が蓄積されない状態となっている。そして、フローティングディフュージョン2400がオーバーフローする容量(電荷蓄積容量)に到達したタイミング(t1)で、フローティングディフュージョン2400の電位(FD00)が、画素2101を露光するための電位まで低下し、画素2101のリセット動作が解除される。即ち、このタイミングで、画素2100のフローティングディフュージョン2400に蓄積された電荷により、画素2101のリセットトランジスタ2701に対するリセット信号(RST01)がLowになる。 At this time, the pixel 21 01 which is the next exposure target pixel, and performing a reset operation to the floating diffusion 24 00 pixels 21 00 overflows, in a state of charge is not accumulated in the floating diffusion 24 01. Then, at the timing when the floating diffusion 24 00 reaches the capacity (charge storage capacitor) overflow (t1), the floating diffusion 24 00 potential (FD00) is lowered to the potential for exposing the pixel 21 01, pixel 21 The reset operation of 01 is released. That is, at this timing, the electric charges stored in the floating diffusion 24 00 pixels 21 00, the reset signal (RST01) becomes Low for the reset transistor 27 01 pixel 21 01.

これにより、画素2101の露光が開始され、フローティングディフュージョン2401への電荷の転送が開始される。このとき、画素2100のフローティングディフュージョン2400がオーバーフローした状態で飽和し続けないように、リセットトランジスタ2700のゲートとソースが接続される接続構成により、ブルーミング対策が施されている。 Thus, exposure of the pixels 21 01 is started, the transfer of charge to the floating diffusion 24 01 starts. In this case, as the floating diffusion 24 00 pixels 21 00 does not continue to saturate in a state of overflow, the connection configuration in which the gate and the source of the reset transistor 27 00 are connected, blooming measures are applied.

その後、画素2101のフローティングディフュージョン2401が、オーバーフローする容量に達したタイミング(t2)で、画素2111のリセットトランジスタ2711に対するリセット信号(RST11)がLowになり、画素2111の露光が開始される。そして、画素2111のフローティングディフュージョン2411が、オーバーフローする容量に達したタイミング(t3)で、画素2110のリセットトランジスタ2710に対するリセット信号(RST10)がLowになり、画素2110の露光が開始される。このような連鎖が組み合わされることにより、露光の対象となる画素2101、画素2111、および画素2110を機械的に選択することが可能となる。 Thereafter, the floating diffusion 24 01 pixels 21 01, at the timing when reaching the capacity overflow (t2), enters the reset signal (RST11) is Low for the reset transistor 27 11 pixels 21 11, the exposure of the pixels 21 11 start Is done. The floating diffusion 24 11 pixels 21 11, at the timing when reaching the capacity overflow (t3), the reset signal (RST10) becomes Low for the reset transistor 27 10 pixels 21 10, the exposure of the pixels 21 10 starts Is done. By combining such a chain, it becomes possible to mechanically select the pixel 21 01 , the pixel 21 11 , and the pixel 21 10 to be exposed.

このように、画素2100、画素2101、画素2111、および画素2110の順番で露光が開始されて電荷がそれぞれ蓄積され、その電荷を読み出すタイミングで、同時に読み出しが行われる。 In this manner, exposure is started in the order of the pixel 21 00 , the pixel 21 01 , the pixel 21 11 , and the pixel 21 10 , charges are accumulated, and readout is simultaneously performed at the timing of reading the charges.

即ち、図5に示すように、画素2100の選択トランジスタ2600、画素2101の選択トランジスタ2601、画素2111の選択トランジスタ2611、および画素2110の選択トランジスタ2610に対するセレクト信号(SEL)が、同時に、LowからHiに切り替わる。これにより、画素2100のフローティングディフュージョン2400、画素2101のフローティングディフュージョン2401、画素2111のフローティングディフュージョン2411、および画素2110のフローティングディフュージョン2410に蓄積されている電荷が、画素信号としてカラム処理部15(図1)に読み出される。 That is, as shown in FIG. 5, a pixel 21 00 of the select transistor 26 00, pixel 21 01 of the select transistor 26 01, the select signal (SEL for selection transistors 26 10 of the select transistors 26 11, and the pixel 21 10 pixels 21 11 ) Simultaneously switch from Low to Hi. Thus, the pixels 21 00 floating diffusion 24 00, floating diffusion 24 01 pixels 21 01, floating diffusion 24 11 pixels 21 11, and charge accumulated in the floating diffusion 24 10 pixels 21 10, as the pixel signal The data is read by the column processing unit 15 (FIG. 1).

そして、画素2100、画素2101、画素2111、および画素2110から読み出された画素信号は、ソースフォロワ加算により合成される。 Then, pixel signals read from the pixel 21 00 , the pixel 21 01 , the pixel 21 11 , and the pixel 21 10 are combined by source follower addition.

以上のように疑似画素20は構成されており、疑似画素20が受光する光の光量に応じて露光する画素が機械的に選択されるため、信号処理を簡易化することができる。即ち、疑似画素20では、垂直駆動部13が、画素2100に対して露光を制御する転送信号(TG)を出力するだけで、受光光量に従って順次、画素2101、画素2111、および画素2110と自動的に露光が開始される。このように、画素2101、画素2111、および画素2110に対してリセット信号および転送信号を出力する必要がなく、それらの信号を出力するための信号処理が行われないので、信号処理を簡略化することができる。 As described above, the pseudo pixel 20 is configured, and the pixel to be exposed is mechanically selected in accordance with the amount of light received by the pseudo pixel 20, so that the signal processing can be simplified. That is, in the pseudo-pixel 20, the vertical drive unit 13, only outputs a transfer signal for controlling the exposure for the pixel 21 00 (TG), sequentially in accordance with received light quantity, the pixel 21 01, pixels 21 11, and the pixel 21 10 automatically starts exposure. Thus, there is no need to output a reset signal and a transfer signal to the pixel 21 01 , pixel 21 11 , and pixel 21 10 , and signal processing for outputting these signals is not performed. It can be simplified.

また、疑似画素20では、露光の対象として選択されていない画素に対して、リセット動作が常時施されているため、隣接画素への電荷の漏れを防止することができる。また、露光中の画素が飽和しても、上述したようにブルーミング対策が行われるようなダイオード接続によって、電荷の漏れを防止(または、軽減)することができる。   Further, in the pseudo pixel 20, since the reset operation is always performed on the pixel that is not selected as the exposure target, it is possible to prevent the leakage of electric charge to the adjacent pixel. Further, even if the pixel being exposed is saturated, the leakage of electric charges can be prevented (or reduced) by diode connection in which measures against blooming are taken as described above.

さらに、疑似画素20では、画素21の微細化が解像度の限界を超えていたとしても、隣接する複数の画素21を疑似的に1画素としているので、広い範囲の光強度に対する適正な露光範囲を広くとることができ、光強度に対するダイナミックレンジの自由度を、有来よりも拡大することができる。   Further, in the pseudo pixel 20, even if the miniaturization of the pixel 21 exceeds the limit of the resolution, a plurality of adjacent pixels 21 are made pseudo one pixel, so that an appropriate exposure range for a wide range of light intensity can be obtained. The degree of freedom of the dynamic range with respect to the light intensity can be expanded more than conventional.

図6を参照して、疑似画素20におけるダイナミックレンジの拡大について説明する。   With reference to FIG. 6, the expansion of the dynamic range in the pseudo pixel 20 will be described.

図6には、入射光の強度(入射光強度)に対する信号出力の特性が示されている。図6において、破線は、1つの画素21の特性を示しており、実線は、疑似画素20の特性を示している。   FIG. 6 shows signal output characteristics with respect to the intensity of incident light (incident light intensity). In FIG. 6, the broken line indicates the characteristic of one pixel 21, and the solid line indicates the characteristic of the pseudo pixel 20.

図6に示すように、疑似画素20では、入射光強度に対して出力信号が変化する範囲が、1つの画素21の信号出力における範囲よりも広くなっており、隣接する複数の画素21を疑似的に1画素とすることによりダイナミックレンジが拡大される。   As shown in FIG. 6, in the pseudo pixel 20, the range in which the output signal changes with respect to the incident light intensity is wider than the range in the signal output of one pixel 21, and a plurality of adjacent pixels 21 are simulated. Therefore, the dynamic range is expanded by using only one pixel.

また、例えば、従来のダイナミックレンジを拡大する方法では、複数フレーム分の画像データを記憶するメモリを備え、複数のフレームの画素データを合成することが行われていた。これに対し、撮像素子11では、このようなメモリを使用することなく、複数の画素を1画素として使用してダイナミックレンジを拡大することができる。これのようにメモリを必要としない分だけ、撮像素子11を小型化することができる。   For example, in the conventional method for expanding the dynamic range, a memory for storing image data for a plurality of frames is provided, and pixel data of a plurality of frames is synthesized. On the other hand, in the image sensor 11, the dynamic range can be expanded by using a plurality of pixels as one pixel without using such a memory. Thus, the image sensor 11 can be downsized by the amount that does not require a memory.

また、撮像素子11では、各画素21のフローティングディフュージョン24の容量を変調する(画素ごとに電荷蓄積容量を異ならせる)ことで、SN比(Signal-Noise ratio)を向上させることができる。例えば、図4および図5に示したように、フローティングディフュージョン2400の容量を-1.0とし、フローティングディフュージョン2401の容量を-0.9とし、フローティングディフュージョン2411の容量を-0.7とし、および画素2110のフローティングディフュージョン2410の容量を-0.5とするような容量の変調を行うことが好ましい。 Further, in the image sensor 11, the SN ratio (Signal-Noise ratio) can be improved by modulating the capacity of the floating diffusion 24 of each pixel 21 (by making the charge storage capacity different for each pixel). For example, as shown in FIGS. 4 and 5, the capacitance of the floating diffusion 24 00 -1.0, the capacity of the floating diffusion 24 01 -0.9, the capacity of the floating diffusion 24 11 -0.7, and pixel 21 10 it is preferable that the capacity of the floating diffusion 24 10 modulates the capacity such that -0.5.

さらに、疑似画素20では、各画素21の画素ピッチを変更することで、入射光強度に応じたダイナミックレンジを拡大することができる。   Furthermore, in the pseudo pixel 20, the dynamic range corresponding to the incident light intensity can be expanded by changing the pixel pitch of each pixel 21.

図7には、画素ごとに画素ピッチを変更した疑似画素の変形例が示されている。   FIG. 7 shows a modification of the pseudo pixel in which the pixel pitch is changed for each pixel.

図7の疑似画素20’は、画素21’00の画素サイズ(受光面の大きさ)が最も大きく、画素21’01、画素21’10、および画素21’11と、順次、画素サイズが小さくなるように構成されている。また、図7では、疑似画素20’の特性が実線で示されており、画素サイズが均一な疑似画素20の特性が破線で示されている。 Pseudo pixel 20 'of FIG. 7, the pixel 21' 00 pixel size (the size of the light receiving surface) is the largest, the pixel 21 '01, pixel 21' and 10, and the pixel 21 '11 sequentially, pixel size is small It is comprised so that it may become. In FIG. 7, the characteristic of the pseudo pixel 20 ′ is indicated by a solid line, and the characteristic of the pseudo pixel 20 having a uniform pixel size is indicated by a broken line.

このように構成されている疑似画素20’では、画素サイズの小さな画素ほど感度が低く、入射光強度に対する信号出力の特性の傾きが小さくなる。従って、疑似画素20’全体として飽和するまでの入射光強度は、画素サイズが均一の場合よりも高くなる。つまり、より強い入射光強度まで信号出力が応答して出力される。また、疑似画素20’では、低輝度領域における感度の向上を図ることができる。   In the pseudo pixel 20 ′ thus configured, the smaller the pixel size, the lower the sensitivity, and the smaller the slope of the signal output characteristic with respect to the incident light intensity. Therefore, the incident light intensity until the pseudo pixel 20 ′ is saturated as a whole becomes higher than that when the pixel size is uniform. That is, a signal output is output in response to a stronger incident light intensity. Further, in the pseudo pixel 20 ', it is possible to improve the sensitivity in the low luminance region.

また、一般的に、感度の高い画素は、オーバーフローしやすく、感度に対する出力信号の特性を考慮しなければならないのに対し、疑似画素20’では、ある程度の光強度まではオーバーフローを回避することができる。   In general, a pixel with high sensitivity is likely to overflow, and the characteristics of the output signal with respect to sensitivity must be considered. On the other hand, in the pseudo pixel 20 ′, overflow can be avoided up to a certain light intensity. it can.

図8は、疑似画素20’におけるリセットおよび露光動作のタイミングチャートである。   FIG. 8 is a timing chart of reset and exposure operations in the pseudo pixel 20 '.

図8に示すように、疑似画素20’では、画素21’00が飽和するまでの時間(t0−t1間)よりも、画素21’01が飽和するまでの時間(t1−t2間)が長くなる。また、画素21’01が飽和するまでの時間(t1−t2間)よりも、画素21’11が飽和するまでの時間(t2−t3間)が長くなる。 As shown in FIG. 8, in the pseudo pixel 20 ′, the time until the pixel 21′01 is saturated (between t1 and t2) is longer than the time until the pixel 21′00 is saturated (between t0 and t1). Become. Further, 'than the time (between t1-t2) until 01 is saturated, the pixel 21' pixel 21 11 time until saturation (between t2-t3) is longer.

次に、図9は、疑似画素20の第2の構成例を示す図である。図9には、3つのトランジスタにより構成された画素21a00、画素21a01、画素21a11、および画素21a10からなる疑似画素20aの回路構成が示されている。 Next, FIG. 9 is a diagram illustrating a second configuration example of the pseudo pixel 20. FIG. 9 shows a circuit configuration of a pseudo pixel 20a including a pixel 21a 00 , a pixel 21a 01 , a pixel 21a 11 , and a pixel 21a 10 constituted by three transistors.

画素21a00は、フォトダイオード22a00、転送トランジスタ23a00、フローティングディフュージョン24a00、増幅トランジスタ25a00、およびリセットトランジスタ27a00を有している点で、図3の画素2100と同様に構成されている。一方、画素21a00は、選択トランジスタを有していない点で、図3の画素2100と異なった構成となっている。 Pixel 21a 00 includes a photodiode 22a 00, the transfer transistors 23a 00, floating diffusion 24a 00, the amplification transistor 25a 00, and in that a reset transistor 27a 00, the same structure as the pixel 21 00 of FIG. 3 Yes. On the other hand, the pixel 21a 00 is different from the pixel 2100 in FIG. 3 in that it does not have a selection transistor.

また、画素21a01、画素21a11、および画素21a10についても、選択トランジスタを有していない点で、図3の画素2101、画素2111、および画素2110と異なった構成となっている。 Further, the pixel 21a 01 , the pixel 21a 11 , and the pixel 21a 10 are different from the pixel 21 01 , the pixel 21 11 , and the pixel 21 10 in FIG. 3 in that they do not have a selection transistor. .

疑似画素20aでは、画素21a00のフローティングディフュージョン24a00が画素21a01のリセットトランジスタ27a01のゲートに接続され、画素21a01のフローティングディフュージョン24a01が画素21a11のリセットトランジスタ27a11のゲートに接続され、画素21a11のフローティングディフュージョン24a10が画素21a10のリセットトランジスタ27a10のゲートに接続される接続構成となっている。 In pseudo pixel 20a, a floating diffusion 24a 00 pixels 21a 00 is connected to the gate of the reset transistor 27a 01 pixels 21a 01, floating diffusion 24a 01 pixels 21a 01 is connected to the gate of the reset transistor 27a 11 pixels 21a 11 , has a connection configuration floating diffusion 24a 10 pixels 21a 11 is connected to the gate of the reset transistor 27a 10 pixels 21a 10.

従って、疑似画素20aでは、図3の疑似画素20と同様に、画素21a00、画素21a01、画素21a11、および画素21a10を、図示されている矢印に沿った順番で順次、機械的に露光を開始することができる。 Therefore, in the pseudo pixel 20a, similarly to the pseudo pixel 20 in FIG. 3, the pixels 21a 00 , the pixels 21a 01 , the pixels 21a 11 , and the pixels 21a 10 are mechanically sequentially sequentially in the order of the arrows shown in the drawing. The exposure can be started.

次に、図10は、疑似画素20の第3の構成例を示す図である。図10には、5つのトランジスタにより構成された画素21b00、画素21b01、画素21b11、および画素21b10からなる疑似画素20bの回路構成が示されている。 Next, FIG. 10 is a diagram illustrating a third configuration example of the pseudo pixel 20. FIG. 10 shows a circuit configuration of a pseudo pixel 20b including a pixel 21b 00 , a pixel 21b 01 , a pixel 21b 11 , and a pixel 21b 10 including five transistors.

画素21b00は、フォトダイオード22b00、転送トランジスタ23b00、フローティングディフュージョン24b00、増幅トランジスタ25b00、選択トランジスタ26b00、およびリセットトランジスタb2700を有している点で、図3の画素2100と同様に構成されている。一方、画素21b00は、ブルーミング対策用トランジスタ28b00を有する点で、図3の画素2100と異なった構成となっている。 Pixel 21b 00 includes a photodiode 22b 00, the transfer transistor 23b 00, floating diffusion 24b 00, amplifying transistor 25b 00, in that it has a selection transistor 26b 00, and the reset transistor b27 00, the pixel 21 00 of FIG. 3 It is constituted similarly. On the other hand, the pixel 21b 00 is in that it has a blooming countermeasures transistor 28b 00, has a different configuration and a pixel 21 00 of FIG.

即ち、図3の画素2100では、リセットトランジスタ2700が、リセット動作およびブルーミング対策を行っていた。これに対し、画素21b00では、リセットトランジスタb2700はリセット動作だけを行い、ブルーミング対策はブルーミング対策用トランジスタ28b00が行う。 That is, in the pixel 21 00 of FIG. 3, the reset transistor 27 00, has been performed the reset operation and blooming countermeasures. In contrast, in the pixel 21b 00, the reset transistor b27 00 performs only resetting operation, blooming countermeasures is performed by the blooming countermeasures transistor 28b 00.

また、画素21b01、画素21b11、および画素21b10については、転送トランジスタ23b01、転送トランジスタ23b11、転送トランジスタ23b10を有する点で、図3の画素2101、画素2111、および画素2110と異なった構成となっている。 Further, the pixel 21b 01 , the pixel 21b 11 , and the pixel 21b 10 include the transfer transistor 23b 01 , the transfer transistor 23b 11 , and the transfer transistor 23b 10, so that the pixel 21 01 , the pixel 21 11 , and the pixel 21 in FIG. 10 and a different configuration.

即ち、画素21b01では、図3の画素2101と異なり、フォトダイオード22b00に蓄積された電荷のフローティングディフュージョン2400への転送タイミングを転送トランジスタ23b01により制御することができる。画素21b11および画素21b10についても同様である。 That is, in the pixel 21b 01, unlike the pixel 21 01 of FIG. 3, can be controlled by the transfer transistor 23b 01 a transfer timing to the floating diffusion 24 00 charge accumulated in the photodiode 22b 00. The same applies to the pixel 21b 11 and the pixel 21b 10 .

次に、図11は、疑似画素20の第4の構成例を示す図である。図11には、4つのトランジスタにより構成された画素21c00、画素21c01、画素21c11、および画素21c10からなる疑似画素20cの回路構成が示されている。 Next, FIG. 11 is a diagram illustrating a fourth configuration example of the pseudo pixel 20. 11 includes four pixels 21c is constituted by the transistors 00, pixel 21c 01, the circuit configuration of the pseudo pixel 20c comprising pixels 21c 11 and pixel 21c 10, is shown.

疑似画素20cでは、画素21c00、画素21c01、画素21c11、および画素21c10のトランジスタの構成は、図3の疑似画素20と同様であるが、それぞれの画素間での接続構成が疑似画素20と異なっている。 In the pseudo pixel 20c, the configuration of the transistors of the pixel 21c 00 , the pixel 21c 01 , the pixel 21c 11 , and the pixel 21c 10 is the same as that of the pseudo pixel 20 in FIG. 3, but the connection configuration between the pixels is a pseudo pixel. 20 and different.

即ち、疑似画素20cでは、画素21c00のフローティングディフュージョン24c00が画素21c10のリセットトランジスタ27c10のゲートに接続されている。また、画素21c10のフローティングディフュージョン24c10が画素21c11のリセットトランジスタ27c11のゲートに接続されている。そして、画素21c11のフローティングディフュージョン24c11が画素21c01のリセットトランジスタ27c01のゲートに接続されている。 That is, in the pseudo-pixel 20c, a floating diffusion 24c 00 pixels 21c 00 are connected to the gate of the reset transistor 27c 10 of the pixel 21c 10. Also, the floating diffusion 24c 10 pixels 21c 10 are connected to the gate of the reset transistor 27c 11 of the pixel 21c 11. The floating diffusion 24c 11 pixels 21c 11 are connected to the gate of the reset transistor 27c 01 of the pixel 21c 01.

このような接続構成により、疑似画素20cでは、図示されている矢印に沿った順番で、即ち、画素21c00、画素21c10、画素21c11、および画素21c01の順番で、順次、機械的に露光を開始することができる。 Such a connection configuration, the pseudo-pixels 20c, in the order along the arrows shown, i.e., the pixel 21c 00, in the order of pixel 21c 10, the pixel 21c 11, and pixel 21c 01, sequentially, mechanically The exposure can be started.

このように、疑似画素20cでは、反時計回りとなるように露光順番が設定されている。また、図3の疑似画素20では、時計回りとなるように露光順番が設定されており、露光順番(画素アクセス順番)は順不同である。即ち、疑似画素20の露光順番を任意に設定することができる。   Thus, in the pseudo pixel 20c, the exposure order is set to be counterclockwise. Further, in the pseudo pixel 20 of FIG. 3, the exposure order is set to be clockwise, and the exposure order (pixel access order) is random. That is, the exposure order of the pseudo pixels 20 can be arbitrarily set.

このとき、色重心を揃えるような順番にすることが望ましい。色重心を揃えるような露光順番とすることで、撮像素子11を、フォーカルプレーンシャッターを用いた撮像装置に採用したときに、色ずれを緩和することができる。   At this time, it is desirable to make the order in which the color centroids are aligned. By adopting an exposure order that aligns the color centroids, color misregistration can be mitigated when the imaging device 11 is employed in an imaging device using a focal plane shutter.

なお、上述の構成例では、2×2画素の正方形を単位として疑似画素20が構成されているが、例えば、長方形を単位として疑似画素20が構成されてもよい。即ち、図12に示されている画素アレイ部12’のように、2×3画素の長方形を疑似画素の単位とすることができる。   In the above configuration example, the pseudo pixel 20 is configured with a square of 2 × 2 pixels, but the pseudo pixel 20 may be configured with a rectangle as a unit, for example. That is, a 2 × 3 pixel rectangle can be used as a unit of the pseudo pixel as in the pixel array unit 12 ′ illustrated in FIG. 12.

例えば、画素2100、画素2101、画素2102、画素2110、画素2111、および画素2112には、赤色のカラーフィルタが配置され、これらの6画素が、1画素として画素信号を出力する。また、画素2103、画素2104、画素2105、画素2113、画素2114、および画素2115には、緑色のカラーフィルタが配置され、これらの6画素が、1画素として画素信号を出力する。同様に、画素2120、画素2121、画素2122、画素2130、画素2131、および画素2132には、緑色のカラーフィルタが配置され、これらの6画素が、1画素として画素信号を出力する。また、画素2123、画素2124、画素2125、画素2133、画素2134、および画素2135には、青色のカラーフィルタが配置され、これらの6画素が、1画素として画素信号を出力する。 For example, a red color filter is arranged in the pixel 21 00 , the pixel 21 01 , the pixel 21 02 , the pixel 21 10 , the pixel 21 11 , and the pixel 21 12 , and these six pixels output pixel signals as one pixel. To do. In addition, a green color filter is arranged in the pixel 21 03 , the pixel 21 04 , the pixel 21 05 , the pixel 21 13 , the pixel 21 14 , and the pixel 21 15 , and these six pixels output pixel signals as one pixel. To do. Similarly, a green color filter is disposed in the pixel 21 20 , the pixel 21 21 , the pixel 21 22 , the pixel 21 30 , the pixel 21 31 , and the pixel 21 32 , and these six pixels have a pixel signal as one pixel. Output. In addition, a blue color filter is arranged in the pixel 21 23 , the pixel 21 24 , the pixel 21 25 , the pixel 21 33 , the pixel 21 34 , and the pixel 21 35 , and these six pixels output pixel signals as one pixel. To do.

次に、図13は、疑似画素20の第5の構成例を示す図である。図12には、3×2画素を単位とし、画素21d00、画素21d01、画素21d02、画素21d10、画素21d11、および画素21d12からなる疑似画素20dの回路構成が示されている。 Next, FIG. 13 is a diagram illustrating a fifth configuration example of the pseudo pixel 20. FIG 12, a 3 × 2 pixels as a unit, the pixel 21d 00, pixel 21d 01, pixel 21d 02, pixel 21d 10, the circuit configuration of the pseudo pixel 20d comprising pixels 21d 11 and pixel 21d 12, is shown .

疑似画素20dにおいて、画素21d00、画素21d01、画素21d02、画素21d10、画素21d11、および画素21d12は、図3の疑似画素20と同様に、それぞれが4つのトランジスタにより構成されている(4Tr型画素構造)。 In the pseudo pixel 20d, each of the pixel 21d 00 , the pixel 21d 01 , the pixel 21d 02 , the pixel 21d 10 , the pixel 21d 11 , and the pixel 21d 12 is configured by four transistors, like the pseudo pixel 20 in FIG. (4Tr type pixel structure).

疑似画素20dでは、画素21d00のフローティングディフュージョン24d00が画素21d10のリセットトランジスタ27d10のゲートに接続されている。また、画素21d10のフローティングディフュージョン24d10が画素21d02のリセットトランジスタ27d02のゲートに接続されて、画素21d02のフローティングディフュージョン24d02が画素21d12のリセットトランジスタ27d12のゲートに接続されている。そして、画素21d12のフローティングディフュージョン24d12が画素21d11のリセットトランジスタ27d11のゲートに接続され、画素21d11のフローティングディフュージョン24d11が画素21d01のリセットトランジスタ27d01のゲートに接続されている。 In pseudo pixel 20d, a floating diffusion 24d 00 pixels 21d 00 is connected to the gate of the reset transistor 27d 10 pixels 21d 10. Also, the floating diffusion 24d 10 pixels 21d 10 is connected to the gate of the reset transistor 27d 02 pixels 21d 02 floating diffusion 24d 02 pixels 21d 02 is connected to the gate of the reset transistor 27d 12 pixels 21d 12 . The floating diffusion 24d 12 pixels 21d 12 is connected to the gate of the reset transistor 27d 11 pixels 21d 11, floating diffusion 24d 11 pixels 21d 11 is connected to the gate of the reset transistor 27d 01 pixels 21d 01.

このように、疑似画素20dでは、図13に図示されている矢印に沿って、露光が順次開始される。即ち、露光順番に従って、先に露光される画素のフローティングディフュージョンが、次に露光される画素のリセットトランジスタのゲートに接続される接続構成になっていれば、疑似画素を構成する画素数や、疑似画素の形状(正方形、長方形、または、それら以外の形状)、疑似画素における露光順番などを任意に設計することができる。   Thus, in the pseudo pixel 20d, the exposure is sequentially started along the arrows illustrated in FIG. In other words, according to the exposure order, if the floating diffusion of the pixel to be exposed first is connected to the gate of the reset transistor of the pixel to be exposed next, the number of pixels constituting the pseudo pixel, The shape of the pixel (square, rectangular, or other shapes), the exposure order in the pseudo pixel, and the like can be arbitrarily designed.

また、撮像素子11では、さらに多数の画素を単位として疑似画素を構成してもよい。   Further, in the image sensor 11, pseudo pixels may be configured with a larger number of pixels as a unit.

例えば、図14には、4×4画素を単位として疑似画素が構成された画素アレイ部12’’構成例が示されている。   For example, FIG. 14 illustrates a configuration example of the pixel array unit 12 ″ in which pseudo pixels are configured in units of 4 × 4 pixels.

例えば、画素2100から画素2133までの16画素を単位とした疑似画素に赤色のカラーフィルタが配置され、これらの16画素が、1画素として画素信号を出力する。また、この疑似画素での露光順番は、図14に図示されている矢印に沿って、画素2100、画素2101、画素2102、画素2103、画素2113、画素2123、画素2133、画素2132、画素2131、画素2130、画素2120、画素2110、画素2111、画素2112、画素2122、および画素2121のような時計回りの渦巻き状とされている。 For example, a red color filter to a pseudo pixel in units of 16 pixels from the pixel 21 00 to pixel 21 33 are arranged, these 16 pixel outputs a pixel signal as one pixel. Further, the exposure order of the pseudo pixels is as follows: pixel 21 00 , pixel 21 01 , pixel 21 02 , pixel 21 03 , pixel 21 13 , pixel 21 23 , pixel 21 33 along the arrows shown in FIG. , Pixel 21 32 , pixel 21 31 , pixel 21 30 , pixel 21 20 , pixel 21 10 , pixel 21 11 , pixel 21 12 , pixel 21 22 , and pixel 21 21 have a clockwise spiral shape.

また、画素2104から画素2137までの16画素を単位とした疑似画素に緑色のカラーフィルタが配置され、これらの16画素が、1画素として画素信号を出力する。同様に、画素2140から画素2173までの16画素を単位とした疑似画素に緑色のカラーフィルタが配置され、これらの16画素が、1画素として画素信号を出力する。また、画素2144から画素2177までの16画素を単位とした疑似画素に青色のカラーフィルタが配置され、これらの16画素が、1画素として画素信号を出力する。これらの疑似画素においても、上述と同様に、図14に図示されている矢印に沿って、時計回りの渦巻き状の露光順番で各画素の露光が行われる。 Also, the green color filter to a pseudo pixel in units of 16 pixels from the pixel 21 04 to the pixel 21 37 are arranged, these 16 pixel outputs a pixel signal as one pixel. Similarly, the green color filter in the pseudo-pixels in units of 16 pixels from the pixel 21 40 to the pixel 21 73 are arranged, these 16 pixel outputs a pixel signal as one pixel. The blue color filter to a pseudo pixel in units of 16 pixels from the pixel 21 44 to the pixel 21 77 are arranged, these 16 pixel outputs a pixel signal as one pixel. In these pseudo-pixels as well, the pixels are exposed in the clockwise spiral exposure order along the arrows shown in FIG.

このように構成されている画素アレイ部12’’でも、露光順番に従って、先に露光される画素のフローティングディフュージョンが、次に露光される画素のリセットトランジスタのゲートに接続される接続構成により確実に露光が順次行われる。これにより、ダイナミックレンジを拡大することができる。   Even in the pixel array unit 12 ″ configured in this way, according to the exposure order, the floating diffusion of the pixel to be exposed first is reliably ensured by the connection configuration connected to the gate of the reset transistor of the pixel to be exposed next. Exposure is performed sequentially. Thereby, the dynamic range can be expanded.

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。   The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

11 撮像素子, 12 画素アレイ部, 13 垂直駆動部, 14 制御部, 15 カラム処理部, 16 水平駆動部, 17 信号処理部, 20 疑似画素, 21 画素, 22 フォトダイオード, 23 転送トランジスタ23, 24 フローティングディフュージョン, 25 増幅トランジスタ, 26 選択トランジスタ, 27 リセットトランジスタ, 28 ブルーミング対策用トランジスタ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Image sensor, 12 Pixel array part, 13 Vertical drive part, 14 Control part, 15 Column processing part, 16 Horizontal drive part, 17 Signal processing part, 20 Pseudo pixels, 21 pixels, 22 Photodiode, 23 Transfer transistor 23, 24 Floating diffusion, 25 amplification transistor, 26 selection transistor, 27 reset transistor, 28 transistor for blooming

Claims (4)

受光した光の光量に応じて電荷を発生する光電変換部と、前記光電変換部から出力される電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部に蓄積されている電荷をリセットするリセット部とを少なくとも有する画素と、
所定数の前記画素が組み合わされた疑似画素と
を備え、
前記疑似画素では、前記所定数の画素が所定の露光順番で露光を行い、前記露光順番に従って、先に露光する前記画素の前記電荷蓄積部の電荷蓄積容量まで電荷が蓄積されると、次に露光する前記画素の前記リセット部によるリセット動作が解除される
撮像素子。
A photoelectric conversion unit that generates charges according to the amount of received light, a charge storage unit that stores charges output from the photoelectric conversion unit, and a reset unit that resets the charges stored in the charge storage unit; A pixel having at least
A pseudo pixel in which a predetermined number of the pixels are combined, and
In the pseudo pixel, the predetermined number of pixels are exposed in a predetermined exposure order, and according to the exposure order, when charge is accumulated up to the charge storage capacity of the charge storage portion of the pixel to be exposed first, An image sensor in which a reset operation by the reset unit of the pixel to be exposed is canceled.
前記疑似画素では、色重心を揃えるように所定数の前記画素の前記露光順番が設定される
請求項1に記載の撮像素子。
The imaging device according to claim 1, wherein in the pseudo pixel, the exposure order of a predetermined number of the pixels is set so that color centroids are aligned.
前記疑似画素を構成する所定数の前記画素ごとに、それぞれの前記電荷蓄積部の電荷蓄積容量が異なる
請求項1に記載の撮像素子。
The imaging device according to claim 1, wherein a charge storage capacity of each of the charge storage units is different for each of a predetermined number of the pixels constituting the pseudo pixel.
前記疑似画素を構成する所定数の前記画素ごとに、それぞれの前記光電変換部の受光面の大きさが異なる
請求項1に記載の撮像素子。
The imaging device according to claim 1, wherein a size of a light receiving surface of each of the photoelectric conversion units is different for each of a predetermined number of the pixels constituting the pseudo pixel.
JP2010236155A 2010-10-21 2010-10-21 Imaging device Withdrawn JP2012090144A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010236155A JP2012090144A (en) 2010-10-21 2010-10-21 Imaging device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010236155A JP2012090144A (en) 2010-10-21 2010-10-21 Imaging device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012090144A true JP2012090144A (en) 2012-05-10

Family

ID=46261267

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010236155A Withdrawn JP2012090144A (en) 2010-10-21 2010-10-21 Imaging device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012090144A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016147885A1 (en) * 2015-03-16 2016-09-22 ソニー株式会社 Solid state imaging device, solid state imaging device drive method, and electronic apparatus

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016147885A1 (en) * 2015-03-16 2016-09-22 ソニー株式会社 Solid state imaging device, solid state imaging device drive method, and electronic apparatus
CN107409179A (en) * 2015-03-16 2017-11-28 索尼公司 The driving method and electronic equipment of solid state image pickup device, solid state image pickup device
JPWO2016147885A1 (en) * 2015-03-16 2017-12-28 ソニー株式会社 Solid-state imaging device, driving method of solid-state imaging device, and electronic apparatus
US10498983B2 (en) 2015-03-16 2019-12-03 Sony Corporation Solid-state imaging device, method for driving solid-state imaging device, and electronic apparatus
CN107409179B (en) * 2015-03-16 2020-06-16 索尼公司 Solid-state imaging device, driving method of solid-state imaging device, and electronic apparatus
US11050955B2 (en) 2015-03-16 2021-06-29 Sony Corporation Solid-state imaging device, method for driving solid-state imaging device, and electronic apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20240313012A1 (en) Imaging device including photoelectric converters and capacitor
US8125553B2 (en) Solid-state imaging device
KR101696463B1 (en) Solid-state imaging device, signal processing method thereof and image capturing apparatus
JP5026951B2 (en) Imaging device driving device, imaging device driving method, imaging device, and imaging device
JP5089017B2 (en) Solid-state imaging device and solid-state imaging system
US8908065B2 (en) Solid state imaging processing systems and method for providing signal correction of pixel saturation errors
JP4821921B2 (en) Solid-state imaging device and electronic apparatus
JP4691930B2 (en) PHYSICAL INFORMATION ACQUISITION METHOD, PHYSICAL INFORMATION ACQUISITION DEVICE, PHYSICAL QUANTITY DISTRIBUTION SENSING SEMICONDUCTOR DEVICE, PROGRAM, AND IMAGING MODULE
US9871985B2 (en) Solid-state image pickup device and electronic apparatus including a solid-state image pickup device having high and low sensitivity pixels
JP4626706B2 (en) Solid-state imaging device, signal processing method for solid-state imaging device, and imaging device
JP2010283573A (en) Electronic camera
JP2007028339A (en) Imaging apparatus, control method and program thereof and storage medium
US8547458B2 (en) Solid-state image pickup device
JP2012090144A (en) Imaging device
JP4840991B2 (en) PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE, ITS CONTROL METHOD, AND IMAGING DEVICE
JP2008092478A (en) Photoelectric conversion device, its controlling method and imaging apparatus
WO2020202409A1 (en) Image capture element and image capture device
JP5629568B2 (en) Imaging device and pixel addition method thereof
WO2022123921A1 (en) Solid-state imaging device and electronic apparatus
JP5619093B2 (en) Solid-state imaging device and solid-state imaging system
JP5511205B2 (en) Imaging apparatus and imaging method
WO2023002643A1 (en) Imaging element and imaging device
US20240107195A1 (en) Image sensor and image processing device including the same
WO2020202413A1 (en) Image capture element and image capture device
WO2020202414A1 (en) Image capture device and control program

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: 20140107