JP2012257332A - Solid-state imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device.
固体撮像装置として、CMOS技術を用いたものが知られており、その中でもパッシブピクセルセンサ(PPS: Passive Pixel Sensor)方式のものが知られている(特許文献1を参照)。PPS方式の固体撮像装置は、入射光強度に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードを含むPPS型の画素部がM行N列に2次元配列されていて、各画素部において光入射に応じてフォトダイオードで発生した電荷を、積分回路において容量素子に蓄積し、その蓄積電荷量に応じた電圧値を出力するものである。 As a solid-state imaging device, a device using CMOS technology is known, and among them, a passive pixel sensor (PPS) type is known (see Patent Document 1). In a PPS solid-state imaging device, PPS pixel units including photodiodes that generate an amount of charge corresponding to incident light intensity are two-dimensionally arranged in M rows and N columns, and each pixel unit responds to light incidence. The charge generated in the photodiode is accumulated in the capacitive element in the integration circuit, and a voltage value corresponding to the amount of accumulated charge is output.
一般に、各列のM個の画素部それぞれの出力端は、その列に対応して設けられている読出用配線を介して、その列に対応して設けられている積分回路の入力端と接続されている。そして、第1行から第M行まで順次に行毎に、画素部のフォトダイオードで発生した電荷は、対応する読出用配線を通って、対応する積分回路に入力されて、その積分回路から電荷量に応じた電圧値が出力される。 In general, the output ends of each of the M pixel units in each column are connected to the input ends of the integration circuits provided corresponding to the columns via readout wirings provided corresponding to the columns. Has been. Then, for each row from the first row to the Mth row, the charge generated in the photodiode of the pixel portion is input to the corresponding integration circuit through the corresponding readout wiring, and the charge is supplied from the integration circuit. A voltage value corresponding to the amount is output.
また、各行のN個の画素部それぞれは、その行に対応して設けられている行選択用配線を介して行選択部と接続されていて、この行選択部から行選択用配線により伝えられる行選択制御信号に従って、フォトダイオードで発生した電荷を読出用配線へ出力する。 Further, each of the N pixel portions of each row is connected to the row selection portion via a row selection wiring provided corresponding to the row, and is transmitted from the row selection portion by the row selection wiring. In accordance with the row selection control signal, the charge generated in the photodiode is output to the readout wiring.
PPS方式の固体撮像装置は、様々な用途で用いられ、例えば、シンチレータパネルと組み合わされてX線フラットパネルとして医療用途や工業用途でも用いられ、更に具体的にはX線CT装置やマイクロフォーカスX線検査装置等においても用いられる。このような用途で用いられる固体撮像装置は、M×N個の画素部が2次元配列される受光部が大面積であり、各辺の長さが10cmを超える大きさの半導体基板に集積化される場合がある。したがって、1枚の半導体ウェハから1個の固体撮像装置しか製造され得ない場合がある。 PPS type solid-state imaging devices are used in various applications, for example, combined with a scintillator panel and used as an X-ray flat panel in medical applications and industrial applications. More specifically, an X-ray CT apparatus and a microfocus X It is also used in line inspection equipment. In a solid-state imaging device used for such a purpose, a light receiving portion in which M × N pixel portions are two-dimensionally arranged has a large area, and each side is integrated on a semiconductor substrate having a length exceeding 10 cm. May be. Therefore, only one solid-state imaging device may be manufactured from one semiconductor wafer.
上記のような固体撮像装置において、何れかの行に対応する行選択用配線が製造途中で断線した場合、その行のN個の画素部のうち、行選択部に対し断線位置より近いところにある画素部は行選択用配線により行選択部と接続されているが、行選択部に対し断線位置より遠いところにある画素部は行選択部と接続されていない。したがって、行選択部に対し断線位置より遠いところにある画素部において光入射に応じてフォトダイオードで発生した電荷は、積分回路へ読み出されることがなく、該フォトダイオードの接合容量部に蓄積されていく一方である。 In the solid-state imaging device as described above, when the row selection wiring corresponding to any one of the rows is disconnected in the middle of manufacture, among the N pixel portions of the row, the location closer to the row selection portion than the disconnection position. A certain pixel portion is connected to the row selection portion by a row selection wiring, but a pixel portion located farther from the disconnection position than the row selection portion is not connected to the row selection portion. Therefore, the charge generated in the photodiode in response to the light incidence in the pixel portion far from the disconnection position with respect to the row selection portion is not read out to the integration circuit and is accumulated in the junction capacitance portion of the photodiode. It ’s just going.
フォトダイオードの接合容量部に蓄積される電荷の量が飽和レベルを越えると、飽和レベルを越えた分の電荷が隣の画素部へ溢れ出す。したがって、1本の行選択用配線が断線すると、その影響は、その行選択用配線と接続された行の画素部に及ぶだけでなく、両隣の行の画素部にも及び、結局、連続した3行の画素部について欠陥ラインが生じることになる。 When the amount of charge accumulated in the junction capacitance portion of the photodiode exceeds the saturation level, the charge exceeding the saturation level overflows to the adjacent pixel portion. Therefore, when one row selection wiring is disconnected, the influence extends not only to the pixel portion of the row connected to the row selection wiring but also to the pixel portions of both adjacent rows, and is continuously continuous. A defective line is generated in the pixel portion of three rows.
欠陥ラインが連続しておらず、1本の欠陥ラインの両隣が正常ラインであれば、これら両隣の正常ラインの各画素データを用いて欠陥ラインの画素データを補間することも可能である。しかし、連続した3行の画素部について欠陥ラインが生じた場合には、上記のような補間をすることが困難である。特に、上述したように大面積の受光部を有する固体撮像装置は、行選択用配線が長いことから断線が生じる確率が高くなる。 If the defective lines are not continuous and if both sides of one defective line are normal lines, it is possible to interpolate the pixel data of the defective lines using the pixel data of the normal lines on both sides. However, it is difficult to perform the interpolation as described above when defective lines occur in the pixel portions of three consecutive rows. In particular, as described above, a solid-state imaging device having a large-area light receiving unit has a high probability of disconnection due to the long row selection wiring.
特許文献1には、このような問題点を解消することを意図した発明が提案されている。この発明では、欠陥ラインの隣にある隣接ラインの全画素データの平均値を求めるとともに、更に隣にある正常な数ライン分の全画素データの平均値をも求め、これら2つの平均値の差が一定値以上であれば隣接ラインも欠陥であると判定して、該隣接ラインの画素データを補正し、さらに、該隣接ラインの画素データの補正後の値に基づいて欠陥ラインの画素データを補正する。
特許文献1に記載された発明では、欠陥であると判定された隣接ラインの画素データの補正の際には、該隣接ラインに対して両側の直近の正常ライン上の2つの画素データの平均値を求め、その平均値を該隣接ラインの画素データとする。また、欠陥ラインの画素データの補正の際には、該欠陥ラインに対して両側の隣接ライン上の2つの画素データの平均値を求め、その平均値を該欠陥ラインの画素データとする。
In the invention described in
しかし、特許文献1に記載された発明では、欠陥ライン(および、欠陥ラインの近傍にある欠陥と判定されたライン)の画素データを補正するために、2つの画素データの平均を求めるという処理を複数回繰り返すことになるので、補正後の画像において欠陥ライン近傍では解像度が低くなる。
However, in the invention described in
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、何れかの行選択用配線が断線している場合にも解像度が高い画像を得ることができる固体撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a solid-state imaging device capable of obtaining a high-resolution image even when any row selection wiring is disconnected. Objective.
本発明に係る固体撮像装置は、(1) 入射光強度に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと、このフォトダイオードと接続された読出用スイッチと、を各々含むM×N個の画素部P1,1〜PM,NがM行N列に2次元配列された受光部と、(2) 受光部における第n列のM個の画素部P1,n〜PM,nそれぞれに含まれる読出用スイッチと接続され、M個の画素部P1,n〜PM,nのうちの何れかの画素部に含まれるフォトダイオードで発生した電荷を、該画素部に含まれる読出用スイッチを介して読み出す読出用配線LO,nと、(3) 読出用配線LO,1〜LO,Nそれぞれと接続され、読出用配線LO,nを経て入力された電荷の量に応じた電圧値を保持し、その保持した電圧値を順次に出力する信号読出部と、(4) 受光部における第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nそれぞれに含まれる読出用スイッチと接続され、これら読出用スイッチの開閉動作を制御する信号をこれら読出用スイッチへ伝える行選択用配線LV,mと、(5) 行選択用配線LV,1〜LV,Mそれぞれの一端と接続され、受光部における各画素部Pm,nに含まれる読出用スイッチの開閉動作を制御する行選択制御信号を行毎に順次に行選択用配線LV,mへ出力して、その行選択用配線により接続された画素部において読出用スイッチを閉じることにより、該画素部に含まれるフォトダイオードで発生した電荷を読出用配線LO,nへ出力させる行選択部と、(6) 行選択用配線LV,1〜LV,Mそれぞれの他端と接続され、受光部における各画素部Pm,nに含まれる読出用スイッチの開閉動作を制御する溢れ出し防止信号を何れかの行選択用配線LV,mへ出力して、その行選択用配線により接続された画素部において読出用スイッチを閉じることにより、該画素部に含まれるフォトダイオードで発生した電荷が該画素部の外へ溢れ出すことを防止する溢れ出し防止部と、(7) 行選択部および溢れ出し防止部それぞれの動作を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。ただし、M,Nは2以上の整数であり、mは1以上M以下の整数であり、nは1以上N以下の整数である。さらに、溢れ出し防止部が複数のシフトレジスタを含み、複数のシフトレジスタそれぞれの各段の出力端子が行選択用配線LV,1〜LV,Mの何れかに接続され、複数のシフトレジスタそれぞれが、制御部からのスタート信号が入力される入力端子と、制御部に対してエンド信号を出力する出力端子とを有し、入力端子にスタート信号が入力されると該シフトレジスタに接続された各行選択用配線へ順次に溢れ出し防止信号を出力し、該シフトレジスタに接続された各行選択用配線への溢れ出し防止信号の出力が終了するとエンド信号を出力端子から出力することを特徴とする。 A solid-state imaging device according to the present invention includes (1) M × N pixel units each including a photodiode that generates an amount of electric charge according to incident light intensity, and a readout switch connected to the photodiode. A light receiving unit in which P 1,1 to P M, N are two-dimensionally arranged in M rows and N columns; and (2) M pixel units P 1, n to P M, n in the nth column in the light receiving unit. The charge generated in the photodiode included in any one of the M pixel portions P 1, n to P M, n is connected to the read switch included in the pixel portion. Read wiring L O, n read through the switch and (3) each of the read wirings L O, 1 to L O, N is connected to each of the read wirings L O, n and the amount of charge input through the read wiring L O, n A signal reading unit that holds the corresponding voltage value and sequentially outputs the held voltage value; and (4) the m-th row in the light receiving unit. N pixel portions P m, 1 ~P m, is connected to the readout switch included in each N, the row selecting wiring transmitting a signal for controlling the opening and closing operation of the readout switch to these reading-out switch L V, m and (5) a row selection connected to one end of each of the row selection wirings L V, 1 to L V, M and controlling the opening / closing operation of the readout switch included in each pixel unit P m, n in the light receiving unit By sequentially outputting a control signal to the row selection wiring LV , m for each row , and closing the readout switch in the pixel portion connected by the row selection wiring, the photodiode included in the pixel portion A row selection unit for outputting the generated charges to the readout wiring L O, n and (6) each pixel unit P in the light receiving unit connected to the other ends of the row selection wirings L V, 1 to L V, M m, and controls opening and closing operations of the readout switches included in the n Out and outputs the protection signal either row selecting wiring L V, the m is, by closing the reading-out switch in the line pixel portions connected by selecting wiring, a photodiode included in the pixel portion An overflow prevention unit that prevents the generated charges from overflowing outside the pixel unit, and (7) a control unit that controls operations of the row selection unit and the overflow prevention unit, respectively. . However, M and N are integers of 2 or more, m is an integer of 1 to M, and n is an integer of 1 to N. Furthermore, the overflow prevention unit includes a plurality of shift registers, and the output terminals of the respective stages of the plurality of shift registers are connected to any one of the row selection wirings L V, 1 to L V, M , and the plurality of shift registers Each has an input terminal for inputting a start signal from the control unit and an output terminal for outputting an end signal to the control unit, and is connected to the shift register when the start signal is input to the input terminal. In addition, an overflow prevention signal is sequentially output to each row selection wiring, and when the overflow prevention signal is output to each row selection wiring connected to the shift register, an end signal is output from the output terminal. To do.
本発明に係る固体撮像装置では、行選択用配線LV,1〜LV,Mそれぞれの一端は、行選択部が接続されていて、この行選択部から行選択制御信号が入力される。また、行選択用配線LV,1〜LV,Mそれぞれの他端は、溢れ出し防止部が接続されていて、この溢れ出し防止部から溢れ出し防止信号が入力される。行選択制御信号および溢れ出し防止信号の何れも、受光部における画素部に含まれる読出用スイッチの開閉動作を制御する信号である。ただし、行選択部から出力される行選択制御信号は、受光部における各画素部から電荷を読み出すための信号である。これに対して、溢れ出し防止部から出力される溢れ出し防止信号は、受光部において行選択用配線のうち何れかの行選択用配線が断線しているときに、その断線している行選択用配線に接続される画素部のうち行選択部に対し断線位置より遠いところにある画素部において読出用スイッチを閉じることにより、該画素部に含まれるフォトダイオードで発生した電荷が該画素部の外へ溢れ出すことを防止するための信号である。 In the solid-state imaging device according to the present invention, a row selection unit is connected to one end of each of the row selection wirings LV , 1 to LV , M, and a row selection control signal is input from this row selection unit. Further, an overflow prevention unit is connected to the other ends of the row selection wirings LV , 1 to LV , M , and an overflow prevention signal is input from this overflow prevention unit. Both the row selection control signal and the overflow prevention signal are signals for controlling the opening / closing operation of the readout switch included in the pixel portion in the light receiving portion. However, the row selection control signal output from the row selection unit is a signal for reading out charges from each pixel unit in the light receiving unit. On the other hand, the overflow prevention signal output from the overflow prevention unit is selected when the row selection wiring is disconnected in the row selection wiring in the light receiving unit. By closing the readout switch in the pixel portion that is far from the disconnection position with respect to the row selection portion among the pixel portions connected to the wiring for wiring, the charges generated in the photodiodes included in the pixel portion are It is a signal for preventing overflowing outside.
本発明に係る固体撮像装置では、溢れ出し防止部は、行選択用配線LV,1〜LV,Mのうち何れかの行選択用配線が断線しているときに、その断線している行選択用配線へ選択的に溢れ出し防止信号を出力するのが好適である。 In the solid-state imaging device according to the present invention, the overflow prevention unit is disconnected when one of the row selection wirings L V, 1 to L V, M is disconnected. It is preferable to selectively output an overflow prevention signal to the row selection wiring.
本発明に係る固体撮像装置では、溢れ出し防止部は、行選択用配線LV,1〜LV,Mのうち何れかの行選択用配線が断線しているときに、その断線している行選択用配線およびこれに隣接する行選択用配線それぞれへ溢れ出し防止信号を出力するのが好適である。 In the solid-state imaging device according to the present invention, the overflow prevention unit is disconnected when one of the row selection wirings L V, 1 to L V, M is disconnected. It is preferable to output an overflow prevention signal to each of the row selection wiring and the row selection wiring adjacent thereto.
本発明に係る固体撮像装置では、溢れ出し防止部は、行選択用配線LV,1〜LV,Mのうち何れかの行選択用配線へ溢れ出し防止信号を出力する際に、行選択部から該行選択用配線への行選択制御信号の出力と同一タイミングで溢れ出し防止信号を出力するのが好適である。 In the solid-state imaging device according to the present invention, the overflow prevention unit selects the row when outputting the overflow prevention signal to any one of the row selection wirings LV , 1 to LV , M. It is preferable that the overflow prevention signal is output at the same timing as the output of the row selection control signal from the section to the row selection wiring.
また、本発明に係るX線CT装置は、(1) 被写体に向けてX線を出力するX線出力部と、(2) X線出力部から出力されて被写体を経て到達したX線を受光し撮像する上記の本発明に係る固体撮像装置と、(3) X線出力部および固体撮像装置を被写体に対して相対移動させる移動手段と、(4) 固体撮像装置から出力されるフレームデータを入力し、そのフレームデータに基づいて被写体の断層画像を生成する画像解析部と、を備えることを特徴とする。 The X-ray CT apparatus according to the present invention includes (1) an X-ray output unit that outputs X-rays toward a subject, and (2) receives X-rays that are output from the X-ray output unit and arrive through the subject. And (3) a moving means for moving the X-ray output unit and the solid-state imaging device relative to the subject, and (4) frame data output from the solid-state imaging device. And an image analysis unit that generates a tomographic image of the subject based on the frame data.
本発明によれば、何れかの行選択用配線が断線している場合にも解像度が高い画像を得ることができる。 According to the present invention, an image with high resolution can be obtained even when any of the row selection wirings is disconnected.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本実施形態に係る固体撮像装置1の概略構成図である。本実施形態に係る固体撮像装置1は、受光部10、信号読出部20、行選択部30、列選択部40、溢れ出し防止部50および制御部60を備える。また、X線フラットパネルとして用いられる場合、固体撮像装置1の受光面10の上にシンチレータパネルが重ねられる。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a solid-
受光部10は、M×N個の画素部P1,1〜PM,NがM行N列に2次元配列されたものである。画素部Pm,nは第m行第n列に位置する。ここで、M,Nそれぞれは2以上の整数であり、mは1以上M以下の各整数であり、nは1以上N以下の各整数である。各画素部Pm,nは、PPS方式のものであって、共通の構成を有している。
The
第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nそれぞれは、第m行選択用配線LV,mにより行選択部30および溢れ出し防止部50と接続されている。第n列のM個の画素部P1,n〜PM,nそれぞれの出力端は、第n列読出用配線LO,nにより、信号読出部20に含まれる積分回路Snと接続されている。
Each of the N pixel units P m, 1 to P m, N in the m-th row is connected to the
信号読出部20は、N個の積分回路S1〜SNおよびN個の保持回路H1〜HNを含む。各積分回路Snは共通の構成を有している。また、各保持回路Hnは共通の構成を有している。
The
各積分回路Snは、読出用配線LO,nと接続された入力端を有し、この入力端に入力された電荷を蓄積して、その蓄積電荷量に応じた電圧値を出力端から保持回路Hnへ出力する。N個の積分回路S1〜SNそれぞれは、放電用配線LRにより制御部60と接続されている。
Each integrating circuit S n readout wiring L O, n and has an input terminal connected to, and accumulates charges input to this input terminal, the output terminal a voltage value corresponding to the accumulated charge amount output to the holding circuit H n. The
各保持回路Hnは、積分回路Snの出力端と接続された入力端を有し、この入力端に入力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力端から出力用配線Loutへ出力する。N個の保持回路H1〜HNそれぞれは、保持用配線LHにより制御部60と接続されている。また、各保持回路Hnは、第n列選択用配線LH,nにより制御部60と接続されている。
Each holding circuit H n integrating circuit has an input terminal connected to the output terminal of the S n, holds a voltage value input to this input terminal, the output line the held voltage value from an output terminal L Output to out . The
行選択部30は、行選択用配線LV,1〜LV,Mそれぞれの一端と接続されている。図面上では、行選択部30は、受光部10の左方に設けられている。行選択部30は、受光部10における各画素部Pm,nに含まれる読出用スイッチの開閉動作を制御する行選択制御信号Vsel(m)を行毎に順次に行選択用配線LV,mへ出力して、その行選択用配線LV,mにより接続された画素部において読出用スイッチを閉じることにより、該画素部に含まれるフォトダイオードで発生した電荷を読出用配線LO,nへ出力させる。M個の行選択制御信号Vsel(1)〜Vsel(M)は順次に有意値とされる。行選択部30は、M個の行選択制御信号Vsel(1)〜Vsel(M)を順次に有意値として出力するためにシフトレジスタを含む。
The
列選択部40は、第n列選択制御信号Hsel(n)を第n列選択用配線LH,nへ出力して、この第n列選択制御信号Hsel(n)を保持回路Hnに与える。N個の列選択制御信号Hsel(1)〜Hsel(N)も順次に有意値とされる。列選択部40は、N個の列選択制御信号Hsel(1)〜Hsel(N)を順次に有意値として出力するためにシフトレジスタを含む。
溢れ出し防止部50は、行選択用配線LV,1〜LV,Mそれぞれの他端と接続されている。図面上では、溢れ出し防止部50は、受光部10の右方に設けられている。溢れ出し防止部50は、受光部10における各画素部Pm,nに含まれる読出用スイッチの開閉動作を制御する溢れ出し防止信号を何れかの行選択用配線LV,mへ出力して、その行選択用配線LV,mにより接続された画素部において読出用スイッチを閉じることにより、該画素部に含まれるフォトダイオードで発生した電荷が該画素部の外へ溢れ出すことを防止する。
The
制御部60は、固体撮像装置1の全体の動作を制御するものである。制御部60は、行選択部30、列選択部40および溢れ出し防止部50それぞれに対し、これらの動作を制御する制御信号を与える。制御部60は、放電制御信号Resetを放電用配線LRへ出力して、この放電制御信号ResetをN個の積分回路S1〜SNそれぞれに与える。また、制御部60は、保持制御信号Holdを保持用配線LHへ出力して、この保持制御信号HoldをN個の保持回路H1〜HNそれぞれに与える。
The
制御部60は、以上のように、行選択部30または溢れ出し防止部50を介して受光部10における第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nそれぞれに含まれる読出用スイッチSW1の開閉動作を制御するとともに、列選択部40を介して又は直接に信号読出部20における電圧値の保持動作および出力動作を制御する。これにより、制御部60は、受光部10におけるM×N個の画素部P1,1〜PM,Nそれぞれに含まれるフォトダイオードPDで発生した電荷の量に応じた電圧値をフレームデータとして信号読出部20から繰り返し出力させる。
As described above, the
図2は、本実施形態に係る固体撮像装置1に含まれる画素部Pm,n,積分回路Snおよび保持回路Hnそれぞれの回路図である。ここでは、M×N個の画素部P1,1〜PM,Nを代表して画素部Pm,nの回路図を示し、N個の積分回路S1〜SNを代表して積分回路Snの回路図を示し、また、N個の保持回路H1〜HNを代表して保持回路Hnの回路図を示す。すなわち、第m行第n列の画素部Pm,nおよび第n列読出用配線LO,nに関連する回路部分を示す。
FIG. 2 is a circuit diagram of each of the pixel unit P m, n , the integration circuit Sn, and the holding circuit H n included in the solid-
画素部Pm,nは、フォトダイオードPDおよび読出用スイッチSW1を含む。フォトダイオードPDのアノード端子は接地され、フォトダイオードPDのカソード端子は読出用スイッチSW1を介して第n列読出用配線LO,nと接続されている。フォトダイオードPDは、入射光強度に応じた量の電荷を発生し、その発生した電荷を接合容量部に蓄積する。読出用スイッチSW1は、行選択部30から第m行選択用配線LV,mを通った第m行選択制御信号が与えられる。第m行選択制御信号は、受光部10における第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nそれぞれに含まれる読出用スイッチSW1の開閉動作を指示するものである。
Pixel unit P m, n includes a photodiode PD and a readout switch SW 1. The anode terminal of the photodiode PD is grounded, the cathode terminal of the photodiode PD is connected to the n-th column readout wiring L O via the readout switch SW 1, and n. The photodiode PD generates an amount of charge corresponding to the incident light intensity, and accumulates the generated charge in the junction capacitor. The read switch SW 1 is supplied with an m-th row selection control signal from the
この画素部Pm,nでは、第m行選択制御信号Vsel(m)がローレベルであるときに、読出用スイッチSW1が開いて、フォトダイオードPDで発生した電荷は、第n列読出用配線LO,nへ出力されることなく、接合容量部に蓄積される。一方、第m行選択制御信号Vsel(m)がハイレベルであるときに、読出用スイッチSW1が閉じて、それまでフォトダイオードPDで発生して接合容量部に蓄積されていた電荷は、読出用スイッチSW1を経て、第n列読出用配線LO,nへ出力される。 The pixel portion P m, n, when the m-th row selection control signal Vsel (m) is at low level, the readout switch SW 1 in the open, the charge generated by the photodiode PD, for the n-th column readout Without being output to the wiring L O, n , it is accumulated in the junction capacitance section. On the other hand, when the m-th row selecting control signal Vsel (m) is at high level, closes the readout switch SW 1, the charges accumulated in the junction capacitance portion is generated in the photodiode PD until it is read The signal is output to the n-th column readout wiring L O, n through the switch SW 1 .
第n列読出用配線LO,nは、受光部10における第n列のM個の画素部P1,n〜PM,nそれぞれに含まれる読出用スイッチSW1と接続されている。第n列読出用配線LO,nは、M個の画素部P1,n〜PM,nのうちの何れかの画素部に含まれるフォトダイオードPDで発生した電荷を、該画素部に含まれる読出用スイッチSW1を介して読み出して、積分回路Snへ転送する。
The n-th column readout wiring L O, n is connected to the readout switch SW 1 included in each of the M pixel units P 1, n to P M, n in the n-th column in the
積分回路Snは、アンプA2,積分用容量素子C2および放電用スイッチSW2を含む。積分用容量素子C2および放電用スイッチSW2は、互いに並列的に接続されて、アンプA2の入力端子と出力端子との間に設けられている。アンプA2の入力端子は、第n列読出用配線LO,nと接続されている。放電用スイッチSW2は、制御部60から放電用配線LRを経た放電制御信号Resetが与えられる。放電制御信号Resetは、N個の積分回路S1〜SNそれぞれに含まれる放電用スイッチSW2の開閉動作を指示するものである。
The integrating circuit Sn includes an amplifier A 2 , an integrating capacitive element C 2, and a discharging switch SW 2 . Integrating capacitive element C 2 and the discharge switch SW 2 are connected in parallel to each other, and provided between an input terminal of the amplifier A 2 and the output terminal. The input terminal of the amplifier A 2 is connected to the n-th column readout wiring L O, n. Discharge switch SW 2 are given the discharge control signal Reset passed through the discharge wiring L R from the controlling
この積分回路Snでは、放電制御信号Resetがハイレベルであるときに、放電用スイッチSW2が閉じて、積分用容量素子C2が放電され、積分回路Snから出力される電圧値が初期化される。放電制御信号Resetがローレベルであるときに、放電用スイッチSW2が開いて、入力端に入力された電荷が積分用容量素子C2に蓄積され、その蓄積電荷量に応じた電圧値が積分回路Snから出力される。 In this integrating circuit S n, when the discharge control signal Reset is at high level, closes the discharge switch SW 2, the integrating capacitive element C 2 is discharged, the voltage value initial output from the integrating circuit S n It becomes. When the discharge control signal Reset is at low level, the discharge switch SW 2 opens, charges input to the input terminal are accumulated in the integrating capacitive element C 2, the voltage value corresponding to the accumulated charge amount is integral output from the circuit S n.
保持回路Hnは、入力用スイッチSW31,出力用スイッチSW32および保持用容量素子C3を含む。保持用容量素子C3の一端は接地されている。保持用容量素子C3の他端は、入力用スイッチSW31を介して積分回路Snの出力端と接続され、出力用スイッチSW32を介して電圧出力用配線Loutと接続されている。入力用スイッチSW31は、制御部60から保持用配線LHを通った保持制御信号Holdが与えられる。保持制御信号Holdは、N個の保持回路H1〜HNそれぞれに含まれる入力用スイッチSW31の開閉動作を指示するものである。出力用スイッチSW32は、列選択部40から第n列選択用配線LH,nを通った第n列選択制御信号Hsel(n)が与えられる。第n列選択制御信号Hsel(n)は、保持回路Hnに含まれる出力用スイッチSW32の開閉動作を指示するものである。
The holding circuit H n includes an input switch SW 31 , an output switch SW 32, and a holding capacitive element C 3 . One end of the holding capacitive element C 3 is grounded. The other end of the holding capacitive element C 3 is connected via an input switch SW 31 is connected to the output terminal of the integrating circuit S n, and is connected to the voltage output wiring L out via the output switch SW 32. Input switch SW 31 is supplied with a holding control signal Hold passed through the holding wiring L H from the controlling
この保持回路Hnでは、保持制御信号Holdがハイレベルからローレベルに転じると、入力用スイッチSW31が閉状態から開状態に転じて、そのときに入力端に入力されている電圧値が保持用容量素子C3に保持される。また、第n列選択制御信号Hsel(n)がハイレベルであるときに、出力用スイッチSW32が閉じて、保持用容量素子C3に保持されている電圧値が電圧出力用配線Loutへ出力される。 In the holding circuit H n , when the holding control signal Hold changes from the high level to the low level, the input switch SW 31 changes from the closed state to the opened state, and the voltage value input to the input terminal at that time is held. It is held in the use capacitive element C 3. Further, when the n-th column selection control signal Hsel (n) is at a high level, the output switch SW 32 is closed, and the voltage value held in the holding capacitor C 3 is supplied to the voltage output wiring L out . Is output.
制御部60は、受光部10における第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nそれぞれの受光強度に応じた電圧値を出力するに際して、放電制御信号Resetにより、N個の積分回路S1〜SNそれぞれに含まれる放電用スイッチSW2を一旦閉じた後に開くよう指示した後、行選択部30から出力される第m行選択制御信号Vsel(m)により、受光部10における第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nそれぞれに含まれる読出用スイッチSW1を所定期間に亘り閉じるよう指示する。制御部60は、その所定期間に、保持制御信号Holdにより、N個の保持回路H1〜HNそれぞれに含まれる入力用スイッチSW31を閉状態から開状態に転じるよう指示する。そして、制御部60は、その所定期間の後に、列選択部40から出力される列選択制御信号Hsel(1)〜Hsel(N)により、N個の保持回路H1〜HNそれぞれに含まれる出力用スイッチSW32を順次に一定期間だけ閉じるよう指示する。制御部60は、以上のような制御を各行について順次に行う。
When the
次に、本実施形態に係る固体撮像装置1の動作について説明する。本実施形態に係る固体撮像装置1では、制御部60による制御の下で、M個の行選択制御信号Vsel(1)〜Vsel(M),N個の列選択制御信号Hsel(1)〜Hsel(N),放電制御信号Resetおよび保持制御信号Holdそれぞれが所定のタイミングでレベル変化することにより、受光面10に入射された光の像を撮像してフレームデータを得ることができる。
Next, the operation of the solid-
図3は、本実施形態に係る固体撮像装置1の動作を説明するタイミングチャートである。この図には、上から順に、(a) N個の積分回路S1〜SNそれぞれに含まれる放電用スイッチSW2の開閉動作を指示する放電制御信号Reset、(b) 受光部10における第1行のN個の画素部P1,1〜P1,Nそれぞれに含まれる読出用スイッチSW1の開閉動作を指示する第1行選択制御信号Vsel(1)、(c) 受光部10における第2行のN個の画素部P2,1〜P2,Nそれぞれに含まれる読出用スイッチSW1の開閉動作を指示する第2行選択制御信号Vsel(2)、および、(d) N個の保持回路H1〜HNそれぞれに含まれる入力用スイッチSW31の開閉動作を指示する保持制御信号Hold が示されている。
FIG. 3 is a timing chart for explaining the operation of the solid-
また、この図には、更に続いて順に、(e) 保持回路H1に含まれる出力用スイッチSW32の開閉動作を指示する第1列選択制御信号Hsel(1)、(f) 保持回路H2に含まれる出力用スイッチSW32の開閉動作を指示する第2列選択制御信号Hsel(2)、(g) 保持回路H3に含まれる出力用スイッチSW32の開閉動作を指示する第3列選択制御信号Hsel(3)、(h) 保持回路Hnに含まれる出力用スイッチSW32の開閉動作を指示する第n列選択制御信号Hsel(n)、および、(i) 保持回路HNに含まれる出力用スイッチSW32の開閉動作を指示する第N列選択制御信号Hsel(N) が示されている。 Further, in this figure, (e) the first column selection control signals Hsel (1) and (f) holding circuit H instructing the opening / closing operation of the output switch SW 32 included in the holding circuit H 1 in sequence. second column selection control signal Hsel for instructing opening and closing operations of the output switch SW 32 included in the 2 (2), third column for instructing opening and closing operations of the output switch SW 32 included in the (g) the holding circuit H 3 selection control signal Hsel (3), (h) the n-th column selection control signal Hsel for instructing opening and closing operations of the output switch SW 32 included in the holding circuit H n (n), and, in (i) the holding circuit H n the N-th column selection control signal Hsel instructing opening and closing operations of the output switch SW 32 included (N) are shown.
第1行のN個の画素部P1,1〜P1,Nそれぞれに含まれるフォトダイオードPDで発生し接合容量部に蓄積された電荷の読出しは、以下のようにして行われる。時刻t10前には、M個の行選択制御信号Vsel(1)〜Vsel(M),N個の列選択制御信号Hsel(1)〜Hsel(N),放電制御信号Resetおよび保持制御信号Holdそれぞれは、ローレベルとされている。 Reading of charges generated in the photodiode PD included in each of the N pixel portions P 1,1 to P 1, N in the first row and accumulated in the junction capacitance portion is performed as follows. Before the time t 10, M row selecting control signals Vsel (1) ~Vsel (M) , N pieces of column selection control signal Hsel (1) ~Hsel (N) , the discharge control signal Reset, and the holding control signal Hold Each is at a low level.
時刻t10から時刻t11までの期間、制御部60から放電用配線LRに出力される放電制御信号Resetがハイレベルとなり、これにより、N個の積分回路S1〜SNそれぞれにおいて、放電用スイッチSW2が閉じて、積分用容量素子C2が放電される。また、時刻t11より後の時刻t12から時刻t15までの期間、行選択部30から第1行選択用配線LV,1に出力される第1行選択制御信号Vsel(1)がハイレベルとなり、これにより、受光部10における第1行のN個の画素部P1,1〜P1,Nそれぞれに含まれる読出用スイッチSW1が閉じる。
Period from the time t 10 to the time t 11, the discharging control signal Reset to be output from the controlling
この期間(t12〜t15)内において、時刻t13から時刻t14までの期間、制御部60から保持用配線LHへ出力される保持制御信号Holdがハイレベルとなり、これにより、N個の保持回路H1〜HNそれぞれにおいて入力用スイッチSW31が閉じる。
Within this period (t 12 to t 15 ), during the period from time t 13 to time t 14 , the holding control signal Hold that is output from the
期間(t12〜t15)内では、第1行の各画素部P1,nに含まれる読出用スイッチSW1が閉じており、各積分回路Snの放電用スイッチSW2が開いているので、それまでに各画素部P1,nのフォトダイオードPDで発生して接合容量部に蓄積されていた電荷は、その画素部P1,nの読出用スイッチSW1および第n列読出用配線LO,nを通って、積分回路Snの積分用容量素子C2に転送されて蓄積される。そして、各積分回路Snの積分用容量素子C2に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値が積分回路Snの出力端から出力される。 In the period (t 12 ~t 15), the readout switch SW 1 is closed to be included in each pixel portion P 1, n of the first row, the discharge switch SW 2 of each integrating circuit S n is open Therefore, the charges generated so far in the photodiode PD of each pixel portion P 1, n and accumulated in the junction capacitance portion are used for the readout switch SW 1 and the n-th column readout for the pixel portion P 1, n . wiring L O, through n, is stored after being transferred to the integrating capacitive element C 2 of the integrating circuit S n. Then, a voltage value corresponding to the amount of charges accumulated in the integrating capacitive element C 2 of each integrating circuit S n is output from the output terminal of the integrating circuit S n.
その期間(t12〜t15)内の時刻t14に、保持制御信号Holdがハイレベルからローレベルに転じることにより、N個の保持回路H1〜HNそれぞれにおいて、入力用スイッチSW31が閉状態から開状態に転じ、そのときに積分回路Snの出力端から出力されて保持回路Hnの入力端に入力されている電圧値が保持用容量素子C3に保持される。
At time t 14 in the period (t 12 ~t 15) inside, by holding control signal Hold switches from high level to low level, in the
そして、期間(t12〜t15)の後に、列選択部40から列選択用配線LH,1〜LH,Nに出力される列選択制御信号Hsel(1)〜Hsel(N)が順次に一定期間だけハイレベルとなり、これにより、N個の保持回路H1〜HNそれぞれに含まれる出力用スイッチSW32が順次に一定期間だけ閉じて、各保持回路Hnの保持用容量素子C3に保持されている電圧値は出力用スイッチSW32を経て電圧出力用配線Loutへ順次に出力される。この電圧出力用配線Loutへ出力される電圧値Voutは、第1行のN個の画素部P1,1〜P1,Nそれぞれに含まれるフォトダイオードPDにおける受光強度を表すものである。
After the period (t 12 to t 15 ), the column selection control signals Hsel (1) to Hsel (N) output from the
続いて、第2行のN個の画素部P2,1〜P2,Nそれぞれに含まれるフォトダイオードPDで発生し接合容量部に蓄積された電荷の読出しが以下のようにして行われる。 Subsequently, reading of the second row of the N pixel portions P 2,1 to P 2, N charge accumulated in the junction capacitance portion generated in the photodiode PD included in each is performed as follows.
時刻t20から時刻t21までの期間、制御部60から放電用配線LRに出力される放電制御信号Resetがハイレベルとなり、これにより、N個の積分回路S1〜SNそれぞれにおいて、放電用スイッチSW2が閉じて、積分用容量素子C2が放電される。また、時刻t21より後の時刻t22から時刻t25までの期間、行選択部30から第2行選択用配線LV,2に出力される第2行選択制御信号Vsel(2)がハイレベルとなり、これにより、受光部10における第2行のN個の画素部P2,1〜P2,Nそれぞれに含まれる読出用スイッチSW1が閉じる。
Period from time t 20 to the time t 21, the discharging control signal Reset to be output from the controlling
この期間(t22〜t25)内において、時刻t23から時刻t24までの期間、制御部60から保持用配線LHへ出力される保持制御信号Holdがハイレベルとなり、これにより、N個の保持回路H1〜HNそれぞれにおいて入力用スイッチSW31が閉じる。
Within this period (t 22 to t 25 ), during the period from time t 23 to time t 24 , the holding control signal Hold that is output from the
そして、期間(t22〜t25)の後に、列選択部40から列選択用配線LH,1〜LH,Nに出力される列選択制御信号Hsel(1)〜Hsel(N)が順次に一定期間だけハイレベルとなり、これにより、N個の保持回路H1〜HNそれぞれに含まれる出力用スイッチSW32が順次に一定期間だけ閉じる。
After the period (t 22 to t 25 ), the column selection control signals Hsel (1) to Hsel (N) output from the
以上のようにして、第2行のN個の画素部P2,1〜P2,Nそれぞれに含まれるフォトダイオードPDにおける受光強度を表す電圧値Voutが電圧出力用配線Loutへ出力される。 As described above, the voltage value V out indicating the received light intensity in the photodiode PD included in the second row N pixel portions P 2,1 to P 2, N each is output to the voltage output wiring L out The
以上のような第1行および第2行についての動作に続いて、以降、第3行から第M行まで同様の動作が行われて、1回の撮像に得られる画像を表すフレームデータが得られる。また、第M行について動作が終了すると、再び第1行から同様の動作が行われて、次の画像を表すフレームデータが得られる。このように、一定周期で同様の動作を繰り返すことで、受光部10が受光した光の像の2次元強度分布を表す電圧値Voutが電圧出力用配線Loutへ出力されて、繰り返してフレームデータが得られる。
Subsequent to the operations for the first row and the second row as described above, the same operation is performed from the third row to the Mth row, and frame data representing an image obtained in one imaging is obtained. It is done. When the operation is completed for the Mth row, the same operation is performed again from the first row, and frame data representing the next image is obtained. In this way, by repeating the same operation at a constant cycle, the voltage value Vout representing the two-dimensional intensity distribution of the image of the light received by the
ところで、第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nそれぞれに含まれる読出用スイッチSW1が閉じている期間において、第m行の各画素部Pm,nのフォトダイオードPDで発生して接合容量部に蓄積されていた電荷は、その画素部Pm,nの読出用スイッチSW1および第n列読出用配線LO,nを経て、積分回路Snの積分用容量素子C2に転送される。この際に、第m行の各画素部Pm,nのフォトダイオードPDの接合容量部の蓄積電荷が初期化される。 By the way, during the period in which the readout switch SW 1 included in each of the N pixel units P m, 1 to P m, N in the m-th row is closed, the photodiodes of the pixel units P m, n in the m-th row. PD in generated by charges accumulated in the junction capacitance portion, the pixel portion P m, for reading switch SW 1 in and the n-th column reading n lines L O, through n, for the integration of the integrating circuit S n It is transferred to the capacitor C 2. At this time, the accumulated charge in the junction capacitance part of the photodiode PD of each pixel part P m, n in the m-th row is initialized.
しかし、或る第m行選択用配線LV,mが途中の位置で断線している場合には、その第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nのうち行選択部30に対し断線位置より遠いところにある画素部は、行選択部30から第m行選択制御信号Vsel(m)が伝えられず、読出用スイッチSW1が開いたままであり、積分回路Snへ電荷を転送することができないので、この電荷転送に因るフォトダイオードPDの接合容量部の蓄積電荷の初期化をすることができない。このままでは、これらの画素部において光入射に応じてフォトダイオードで発生した電荷は、該フォトダイオードの接合容量部に蓄積されていく一方であり、飽和レベルを越えると両隣の行の画素部へ溢れ出して、連続した3行の画素部について欠陥ラインを生じさせることになる。
However, when a certain m-th row selection wiring LV , m is disconnected at an intermediate position, the row selection among N pixel portions P m, 1 to P m, N in the m-th row is performed. pixel portions farther from the disconnected position to the
本実施形態に係る固体撮像装置1は、このような問題に対処すべく溢れ出し防止部50を備えている。行選択部30は行選択用配線LV,1〜LV,Mそれぞれの一端と接続されているのに対して、溢れ出し防止部50は行選択用配線LV,1〜LV,Mそれぞれの他端と接続されている。すなわち、第m行選択用配線LV,mは、行選択部30と溢れ出し防止部50との間に延在していて、受光部10における第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nそれぞれに含まれる読出用スイッチSW1と接続され、これら読出用スイッチSW1の開閉動作を制御する信号をこれら読出用スイッチSW1へ伝える。読出用スイッチSW1の開閉動作を制御する信号は、行選択部30からは行選択制御信号Vsel(m)として与えられ、溢れ出し防止部50からは溢れ出し防止信号として与えられる。
The solid-
溢れ出し防止部50から出力される溢れ出し防止信号は、第m行選択用配線LV,mへ出力されて画素部Pm,nの読出用スイッチSW1の開閉動作を制御する点で、行選択部30から出力される行選択制御信号Vsel(1)〜Vsel(M)と同じである。
Prevention signal overflow output from preventing
しかし、行選択部30から出力される行選択制御信号Vsel(1)〜Vsel(M)は、受光部10における各画素部Pm,nから電荷を読み出すための信号である。これに対して、溢れ出し防止部50から出力される溢れ出し防止信号は、受光部10において行選択用配線LV,1〜LV,Mのうち何れかの行選択用配線が断線しているときに、その断線している行選択用配線に接続される画素部のうち行選択部30に対し断線位置より遠いところにある画素部において読出用スイッチSW1を閉じることにより、該画素部に含まれるフォトダイオードPDで発生した電荷が該画素部の外へ溢れ出すことを防止するための信号である。
However, the row selection control signals Vsel (1) to Vsel (M) output from the
したがって、行選択部30から出力される行選択制御信号Vsel(1)〜Vsel(M)は、行毎に順次に一定周期で出力される。これに対して、溢れ出し防止部50から出力される溢れ出し防止信号は、その断線している行選択用配線へ選択的に出力され、或いは、その断線している行選択用配線およびこれに隣接する行選択用配線それぞれへ出力される。溢れ出し防止部50から出力される溢れ出し防止信号は、断線していない行選択用配線へは必ずしも出力される必要はない。
Therefore, the row selection control signals Vsel (1) to Vsel (M) output from the
溢れ出し防止部50から出力される溢れ出し防止信号は、行選択部30から行選択用配線への行選択制御信号の出力と異なるタイミングで出力されてもよい。例えば、行選択部30から行選択制御信号Vsel(1)〜Vsel(M)が一通り出力されて1フレーム分の電圧値Voutが信号読出部20から出力された後であって、次の1フレーム分の電圧値Voutが信号読出部20から出力される前であるのが好ましい。この場合、複数本の行選択用配線が断線している場合には、これら複数本の行選択用配線に対して同時に溢れ出し防止部50から溢れ出し防止信号が出力されるのが好ましい。
The overflow prevention signal output from the
また、溢れ出し防止部50から出力される溢れ出し防止信号は、行選択部30から行選択用配線への行選択制御信号の出力と同一タイミングで出力されてもよい。すなわち、断線している第m行選択用配線LV,mに対して、行選択部30から行選択制御信号Vsel(m)が出力されるタイミングと同じタイミングで、溢れ出し防止部50から溢れ出し防止信号が出力される。この場合には、断線している第m行選択用配線LV,mに接続されているN個の画素部Pm,1〜Pm,Nのうち、行選択部30に対し断線位置より近いところにある画素部に対しては行選択部30から行選択制御信号Vsel(m)が与えられ、これと同一タイミングで、行選択部30に対し断線位置より遠いところにある画素部に対しては溢れ出し防止部50から溢れ出し防止信号が与えられる。
Also, the overflow prevention signal output from the
したがって、断線している第m行選択用配線LV,mに接続されているN個の画素部Pm,1〜Pm,Nの全てにおいて同一タイミングで読出用スイッチSW1が閉じるので、それまでに各画素部Pm,nのフォトダイオードPDで発生して接合容量部に蓄積されていた電荷は、その画素部Pm,nの読出用スイッチSW1および第n列読出用配線LO,nを通って、信号読出部20へ転送される。そして、第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nそれぞれに含まれるフォトダイオードPDにおける受光強度を表す電圧値Voutが、信号読出部20から電圧出力用配線Loutへ出力される。
Accordingly, the m-th row selecting wiring L V, which is disconnected, N pixel units connected to m P m, 1 to P m, since the readout switch SW 1 in the same timing in all N is closed, The charges that have been generated in the photodiode PD of each pixel portion P m, n and accumulated in the junction capacitance portion until then are read switch SW 1 and n-th column readout wiring L of the pixel portion P m, n. The signal is transferred to the
このように、本実施形態に係る固体撮像装置1では、何れかの行選択用配線が断線している場合であっても、その断線している行選択用配線に対して行選択部30と反対側に設けられている溢れ出し防止部50から、断線に因り行選択部30と接続されていない画素部に対して溢れ出し防止信号が与えられる。これにより、断線に因り行選択部30と接続されていない画素部においても、溢れ出し防止部50から与えられる溢れ出し防止信号により読出用スイッチSW1が閉じて、光入射に応じてフォトダイオードで発生して接合容量部に蓄積されていた電荷は、飽和レベルに達する前に放電されて、隣の画素部へ溢れ出すことがない。したがって、この固体撮像装置1では、従来のような補正処理を行う必要がなく、解像度が高い画像を得ることができる。
As described above, in the solid-
特に、行選択部30から行選択用配線へ行選択制御信号を出力するタイミングと同一のタイミングで溢れ出し防止部50から該行選択用配線へ溢れ出し防止信号を出力する場合には、その溢れ出し防止信号が到達する画素部からも電荷を読み出すことができる。その行選択用配線における断線が1箇所のみであれば、断線が無い場合と同様にして、受光部10が受光した光の像の2次元強度分布を表す電圧値Voutが信号読出部20から電圧出力用配線Loutへ出力される。
In particular, when an overflow prevention signal is output from the
次に、本実施形態に係る固体撮像装置1に含まれる行選択部30および溢れ出し防止部50それぞれの構成例について説明する。
Next, configuration examples of the
図4は、行選択部30および溢れ出し防止部50の第1構成例を示す図である。この図に示される第1構成例では、図1における行選択部30としての行選択部30Aは、P個のシフトレジスタ311〜31Pを含む。また、図1における溢れ出し防止部50としての溢れ出し防止部50Aは、P個のシフトレジスタ511〜51Pを含む。各シフトレジスタ31pおよび各シフトレジスタ51pは、共通の構成を有していて、図5に示されるようにQビットのシフトレジスタである。ここで、P,Qは2以上の整数であり、pは1以上P以下の整数であり、また、以下に登場するqは1以上Q以下の整数である。PとQとの積は行数Mに等しい。
FIG. 4 is a diagram illustrating a first configuration example of the
図5は、シフトレジスタ31pの構成を示す図である。シフトレジスタ31pは、Q個のフリップフロップ321〜32Qが直列的に接続されて構成されている。シフトレジスタ31pに含まれるフリップフロップ32qの出力端子は、第m行選択用配線LV,(p-1)Q+qに接続されている。シフトレジスタ31pに含まれる初段のフリップフロップ321の入力端子は、制御部60からスタート信号Start(p)が入力される。シフトレジスタ31pに含まれる最終段のフリップフロップ32Qの出力端子は、エンド信号End(p)を制御部60へ出力する。
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the shift register 31p . The shift register 31 p is configured by connecting Q flip-flops 32 1 to 32 Q in series. The output terminal of the flip-flop 32 q included in the shift register 31 p is connected to the m-th row selection wiring LV , (p−1) Q + q . Input terminal of the first stage flip-flop 32 1 included in the shift register 31 p, the start signal Start (p) is inputted from the
シフトレジスタ31pでは、制御部60からスタート信号Start(p)のパルスが初段のフリップフロップ321の入力端子に入力されると、Q個のフリップフロップ321〜32Qそれぞれに入力されるクロック信号に同期して、Q個のフリップフロップ321〜32Qそれぞれの出力端子から順次にパルスが行選択制御信号として出力される。そして、最終段のフリップフロップ32Qの出力端子から出力されるパルスは、エンド信号End(p)として制御部60へも出力される。
In the shift register 31 p , when the pulse of the start signal Start (p) is input from the
行選択部30Aでは、P個のシフトレジスタ311〜31Pに対して順次にスタート信号Start(p)のパルスが入力されて、行選択制御信号Vsel(1)〜Vsel(M)が順次に一定周期で行選択用配線へ出力される。
In the
溢れ出し防止部50Aでは、P個のシフトレジスタ511〜51Pに対して順次にスタート信号Start(p)のパルスが入力されて、各々の行選択用配線へ溢れ出し防止信号が出力されてもよい。また、P個のシフトレジスタ511〜51Pのうち断線している行選択用配線と接続されているシフトレジスタ51pに対してのみスタート信号Start(p)のパルスが入力されてもよい。後者の場合には、消費電力が小さいので好適である。また、後者の場合には、行選択用配線の両端からの行選択制御信号および溢れ出し防止信号それぞれの入力タイミングがずれた場合に生じる行選択部30Aまたは溢れ出し防止部50Aへの突入電流の影響が小さいので、この点でも好適である。
In the
図6は、行選択部30および溢れ出し防止部50の第2構成例を示す図である。この図に示される第2構成例では、図1における行選択部30としての行選択部30Bは、Mビットのシフトレジスタ33およびM個のデジタルバッファ341〜34Mを含む。また、図1における溢れ出し防止部50としての溢れ出し防止部50Bは、Mビットのシフトレジスタ53およびM個の3ステートバッファ541〜54Mを含む。
FIG. 6 is a diagram illustrating a second configuration example of the
行選択部30Bでは、制御部60からスタート信号のパルスが入力されると、クロック信号に同期して、行選択制御信号Vsel(1)〜Vsel(M)が順次に一定周期で出力される。行選択制御信号Vsel(m)は、デジタルバッファ34mを経て第m行選択用配線LV,mへ出力される。
In the
溢れ出し防止部50Bでは、制御部60からスタート信号のパルスが入力されると、クロック信号に同期して、溢れ出し防止信号が行毎に順次に一定周期で出力される。第m行選択用配線LV,mに対応して出力された溢れ出し防止信号は、3ステートバッファ54mに入力され、制御部60から与えられるイネーブル信号Enableがハイレベルであれば3ステートバッファ54mから第m行選択用配線LV,mへ出力される。しかし、イネーブル信号Enableがローレベルであれば、3ステートバッファ54mの出力端子はハイインピーダンス状態とされる。
In the
したがって、この溢れ出し防止部50Bでは、断線している行選択用配線へ溢れ出し防止信号が選択的に出力され得る。また、断線していない行選択用配線に対応する3ステートバッファ54mの出力端子をハイインピーダンス状態とすることにより、行選択部30Bまたは溢れ出し防止部50Bへの突入電流の影響が小さい。
Therefore, the
本実施形態に係る固体撮像装置1はX線CT装置において好適に用いられ得る。そこで、本実施形態に係る固体撮像装置1を備えるX線CT装置の実施形態について次に説明する。
The solid-
図7は、本実施形態に係るX線CT装置100の構成図である。この図に示されるX線CT装置100では、X線源106は被写体に向けてX線を発生する。X線源106から発生したX線の照射野は、1次スリット板106bによって制御される。X線源106は、X線管が内蔵され、そのX線管の管電圧、管電流および通電時間などの条件が調整されることによって、被写体へのX線照射量が制御される。X線撮像器107は、2次元配列された複数の画素部を有するCMOSの固体撮像装置を内蔵し、被写体を通過したX線像を検出する。X線撮像器107の前方には、X線入射領域を制限する2次スリット板107aが設けられる。
FIG. 7 is a configuration diagram of the
旋回アーム104は、X線源106およびX線撮像器107を対向させるように保持して、これらをパノラマ断層撮影の際に被写体の周りに旋回させる。また、リニア断層撮影の際にはX線撮像器107を被写体に対して直線変位させるためのスライド機構113が設けられる。旋回アーム104は、回転テーブルを構成するアームモータ110によって駆動され、その回転角度が角度センサ112によって検出される。また、アームモータ110は、XYテーブル114の可動部に搭載され、回転中心が水平面内で任意に調整される。
The
X線撮像器107から出力される画像信号は、AD変換器120によって例えば10ビット(=1024レベル)のデジタルデータに変換され、CPU(中央処理装置)121にいったん取り込まれた後、フレームメモリ122に格納される。フレームメモリ122に格納された画像データから、所定の演算処理によって任意の断層面に沿った断層画像が再生される。再生された断層画像は、ビデオメモリ124に出力され、DA変換器125によってアナログ信号に変換された後、CRT(陰極線管)などの画像表示部126によって表示され、各種診断に供される。
An image signal output from the
CPU121には、信号処理に必要なワークメモリ123が接続され、さらにパネルスイッチやX線照射スイッチ等を備えた操作パネル119が接続されている。また、CPU121は、アームモータ110を駆動するモータ駆動回路111、1次スリット板106bおよび2次スリット板107aの開口範囲を制御するスリット制御回路115,116、X線源106を制御するX線制御回路118にそれぞれ接続され、さらに、X線撮像器107を駆動するためのクロック信号を出力する。
A
X線制御回路118は、X線撮像器107により撮像された信号に基づいて、被写体へのX線照射量を帰還制御することが可能である。
The
以上のように構成されるX線CT装置100において、X線撮像器107は、本実施形態に係る固体撮像装置1の受光部10,信号読出部20,行選択部30,列選択部40,溢れ出し防止部50および制御部60に相当し、受光部10の前面にシンチレータパネルが設けられている。
In the
X線CT装置100は、本実施形態に係る固体撮像装置1を備えていることにより、欠陥ライン近傍においても解像度が高い断層画像を得ることができる。特に、X線CT装置では、短期間に多数(例えば300)のフレームデータを連続的に取得するとともに、固体撮像装置1の受光部10への入射光量がフレーム毎に変動するので、欠陥ライン上の画素部から隣接ライン上の画素部へ溢れ出す電荷の量はフレーム毎に変動する。このようなX線CT装置において、本実施形態に係る固体撮像装置1を備えることにより、フレームデータに対して有効な補正をすることができる。
Since the
1…固体撮像装置、10…受光部、20…信号読出部、30…行選択部、40…列選択部、50…溢れ出し防止部、60…制御部、P1,1〜PM,N…画素部、PD…フォトダイオード、SW1…読出用スイッチ、S1〜SN…積分回路、C2…積分用容量素子、SW2…放電用スイッチ、A2…アンプ、H1〜HN…保持回路、C3…保持用容量素子、SW31…入力用スイッチ、SW32…出力用スイッチ、LV,m…第m行選択用配線、LH,n…第n列選択用配線、LO,n…第n列読出用配線、LR…放電用配線、LH…保持用配線、Lout…電圧出力用配線。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記受光部における第n列のM個の画素部P1,n〜PM,nそれぞれに含まれる読出用スイッチと接続され、前記M個の画素部P1,n〜PM,nのうちの何れかの画素部に含まれるフォトダイオードで発生した電荷を、該画素部に含まれる読出用スイッチを介して読み出す読出用配線LO,nと、
前記読出用配線LO,1〜LO,Nそれぞれと接続され、前記読出用配線LO,nを経て入力された電荷の量に応じた電圧値を保持し、その保持した電圧値を順次に出力する信号読出部と、
前記受光部における第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nそれぞれに含まれる読出用スイッチと接続され、これら読出用スイッチの開閉動作を制御する信号をこれら読出用スイッチへ伝える行選択用配線LV,mと、
行選択用配線LV,1〜LV,Mそれぞれの一端と接続され、前記受光部における各画素部Pm,nに含まれる読出用スイッチの開閉動作を制御する行選択制御信号を行毎に順次に行選択用配線LV,mへ出力して、その行選択用配線により接続された画素部において読出用スイッチを閉じることにより、該画素部に含まれるフォトダイオードで発生した電荷を読出用配線LO,nへ出力させる行選択部と、
行選択用配線LV,1〜LV,Mそれぞれの他端と接続され、前記受光部における各画素部Pm,nに含まれる読出用スイッチの開閉動作を制御する溢れ出し防止信号を何れかの行選択用配線LV,mへ出力して、その行選択用配線により接続された画素部において読出用スイッチを閉じることにより、該画素部に含まれるフォトダイオードで発生した電荷が該画素部の外へ溢れ出すことを防止する溢れ出し防止部と、
前記行選択部および前記溢れ出し防止部それぞれの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記溢れ出し防止部が複数のシフトレジスタを含み、
前記複数のシフトレジスタそれぞれの各段の出力端子が行選択用配線LV,1〜LV,Mの何れかに接続され、
前記複数のシフトレジスタそれぞれが、前記制御部からのスタート信号が入力される入力端子と、前記制御部に対してエンド信号を出力する出力端子とを有し、前記入力端子に前記スタート信号が入力されると該シフトレジスタに接続された各行選択用配線へ順次に前記溢れ出し防止信号を出力し、該シフトレジスタに接続された各行選択用配線への前記溢れ出し防止信号の出力が終了すると前記エンド信号を前記出力端子から出力する、
ことを特徴とする固体撮像装置(ただし、M,Nは2以上の整数、mは1以上M以下の整数、nは1以上N以下の整数)。 M × N pixel portions P 1,1 to P M, N each including M photodiodes, each of which includes a photodiode that generates an amount of charge corresponding to the incident light intensity, and a readout switch connected to the photodiode, are arranged in M rows. A light receiving section arranged two-dimensionally in N rows;
The light receiving unit is connected to a readout switch included in each of the M pixel units P 1, n to P M, n in the n-th column of the light receiving unit , and among the M pixel units P 1, n to P M, n A readout wiring L O, n that reads out the charge generated in the photodiode included in any of the pixel portions via the readout switch included in the pixel portion;
Connected to each of the read wirings L O, 1 to L O, N , holds a voltage value corresponding to the amount of charge input through the read wiring L O, n , and sequentially holds the held voltage values. A signal readout unit for outputting to
Connected to the readout switches included in each of the N pixel units P m, 1 to P m, N in the m-th row in the light receiving unit, signals for controlling the opening / closing operation of these readout switches are sent to these readout switches. The line selection wiring LV , m
A row selection control signal connected to one end of each of the row selection wirings L V, 1 to L V, M and controlling the opening / closing operation of the readout switch included in each pixel unit P m, n in the light receiving unit is provided for each row. the outputs sequentially row selecting wiring L V, to m, by closing the reading-out switch in a pixel portion connected by the row selecting wiring, reading the charge generated in the photodiode included in the pixel portion A row selection unit for outputting to the wiring L O, n for
Which overflow prevention signal is connected to the other end of each of the row selection wirings L V, 1 to L V, M and controls the opening / closing operation of the readout switch included in each pixel unit P m, n in the light receiving unit. for Kano row selection wiring L V, and outputs it to m, by closing the reading-out switch in the row selection pixel unit connected by wire, charge pixel generated in the photodiodes included in the pixel portion An overflow prevention part that prevents overflowing outside the part,
A control unit that controls operations of the row selection unit and the overflow prevention unit;
With
The overflow prevention unit includes a plurality of shift registers,
An output terminal of each stage of each of the plurality of shift registers is connected to one of row selection wirings LV , 1 to LV , M ;
Each of the plurality of shift registers has an input terminal to which a start signal from the control unit is input and an output terminal that outputs an end signal to the control unit, and the start signal is input to the input terminal. Then, the overflow prevention signal is sequentially output to each row selection wiring connected to the shift register, and when the overflow prevention signal is output to each row selection wiring connected to the shift register, the overflow prevention signal is output. Outputting an end signal from the output terminal;
A solid-state imaging device (where M and N are integers of 2 or more, m is an integer of 1 to M, and n is an integer of 1 to N).
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 When the row selection wiring is disconnected from any of the row selection wirings LV , 1 to LV , M , the overflow prevention unit selectively selects the disconnected row selection wiring. Outputting the overflow prevention signal;
The solid-state imaging device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 The overflow prevention unit, when one of the row selection wirings LV , 1 to LV , M is disconnected, is adjacent to the disconnected row selection wiring. Outputting the overflow prevention signal to each of the row selection wirings;
The solid-state imaging device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 When the overflow prevention unit outputs the overflow prevention signal to any one of the row selection wirings L V, 1 to LV , M , the row selection unit uses the row selection unit to select the row. Outputting the overflow prevention signal at the same timing as the output of the row selection control signal to the wiring;
The solid-state imaging device according to claim 1.
前記X線出力部から出力されて前記被写体を経て到達したX線を受光し撮像する請求項1〜4の何れか1項に記載の固体撮像装置と、
前記X線出力部および前記固体撮像装置を前記被写体に対して相対移動させる移動手段と、
前記固体撮像装置から出力されるフレームデータを入力し、そのフレームデータに基づいて前記被写体の断層画像を生成する画像解析部と、
を備えることを特徴とするX線CT装置。
An X-ray output unit that outputs X-rays toward the subject;
The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4, which receives and images X-rays output from the X-ray output unit and reached through the subject;
Moving means for moving the X-ray output unit and the solid-state imaging device relative to the subject;
An image analysis unit that inputs frame data output from the solid-state imaging device and generates a tomographic image of the subject based on the frame data;
An X-ray CT apparatus comprising:
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