JP2016092791A - Imaging device - Google Patents

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Yoshiaki Miyamoto
佳昭 宮本
和樹 原口
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和樹 原口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging device suppressing deterioration of image quality, by making the degree of whitening, occurring by light emission of a column circuit, uniform near the center of upper and lower ends and at the left and right ends of the screen.SOLUTION: An imaging device includes a pixel array where unit pixels including a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in matrix, and a plurality of column circuits being driven in relation to an operation for reading the imaging signal of the pixel array for each column thereof. The pixel array and a plurality of column circuits are arranged so that the overall breadth of the plurality of column circuits is wider than the breadth of the pixel array.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、列回路を有する撮像素子に関し、特に撮像素子の列回路の配置に関する。   The present invention relates to an image sensor having a column circuit, and more particularly to an arrangement of the column circuit of the image sensor.

デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置に用いられる撮像素子としてCMOS(Complementary Metal−Oxide Semiconductor)撮像素子が知られている。このCMOS撮像素子は、行方向及び列方向に2次元配置された画素から撮像信号を読み出すための列回路が備えられている。この列回路による撮像への影響の一例として、列回路を駆動する際に、列回路が微小ながら発光する可能性があり、列回路の近くに配置された画素の光電変換素子において、列回路が発する光に反応することで撮像信号の信号レベルが変化し、得られた画像に白浮きが生じることが挙げられる。   A CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) image pickup device is known as an image pickup device used for an image pickup apparatus such as a digital still camera or a digital video camera. This CMOS image sensor is provided with a column circuit for reading an image pickup signal from pixels two-dimensionally arranged in the row direction and the column direction. As an example of the influence on imaging by the column circuit, when the column circuit is driven, the column circuit may emit light even though it is minute. In the photoelectric conversion element of the pixel arranged near the column circuit, the column circuit It can be mentioned that the signal level of the imaging signal changes by reacting to the emitted light, and whitening occurs in the obtained image.

この現象に対し、特許文献1では、列回路の発光による画面の白浮きを抑制するために、上下端から中央に向かって少なくとも1行ずつ交互に画素からの撮像信号を読み出す技術が開示されている。これにより、列回路の発光の影響による画面端の白浮きを抑制することが可能となる。   In response to this phenomenon, Patent Document 1 discloses a technique of alternately reading out image signals from pixels at least one row from the upper and lower ends toward the center in order to suppress whitening of the screen due to light emission of the column circuit. Yes. As a result, it is possible to suppress whitening of the screen edge due to the light emission of the column circuit.

特開2013−121027号公報JP 2013-121027 A

しかしながら、特許文献1に開示された撮像信号の読み出し方法では、全行から読み出した撮像信号を用いて二次元画像を生成する場合、行を並び替える必要があり、その並び替え処理の負担が発生する。   However, in the imaging signal readout method disclosed in Patent Document 1, when a two-dimensional image is generated using imaging signals read from all rows, the rows need to be rearranged, and the burden of the rearrangement processing is generated. To do.

並び替え処理を無くすために、画素から撮像信号を順番に読み出すと、画面上下端の中央付近と左右端では、列回路の発光によって発生する白浮きの程度が異なってしまう。画面上下端の中央付近では、周りの複数の列回路による発光の影響を受けるが、画面上下端の左右端では、左右どちらか一方は列回路が配置されていないため、列回路による白浮きの程度は、中央付近よりも小さい。したがって、画面上下端の中央付近と左右端で異なるレベルの白浮きが発生してしまう。   If image signals are sequentially read out from pixels in order to eliminate the rearrangement process, the degree of whitening caused by light emission from the column circuit differs between the vicinity of the center of the upper and lower ends of the screen and the left and right ends. Near the center of the upper and lower edges of the screen, it is affected by light emission from the surrounding column circuits, but at the left and right edges of the upper and lower edges of the screen, there is no column circuit arranged on either the left or right side. The degree is smaller than near the center. Therefore, white floating occurs at different levels near the center of the upper and lower ends of the screen and on the left and right ends.

白浮きの程度が異なる場合、画面内に二次元状のシェーディングが発生し、画質を劣化させる。そのため、二次元シェーディングを補正する必要があり、その補正処理は簡易に行えるものではない。一方、白浮きの程度を均一にした場合、画面内に一次元のシェーディングが発生する。この一次元のシェーディングを補正する処理は、二次元のシェーディングを補正する処理よりも簡易に行うことができる。   When the degree of whitening is different, two-dimensional shading occurs in the screen, which degrades the image quality. For this reason, it is necessary to correct the two-dimensional shading, and the correction process cannot be easily performed. On the other hand, when the degree of whitening is made uniform, one-dimensional shading occurs in the screen. The process of correcting the one-dimensional shading can be performed more easily than the process of correcting the two-dimensional shading.

そこで、本発明の目的は、画素から順番に撮像信号を読み出す際、列回路の発光によって生じる白浮きの程度を、画面上下端の中央付近と左右端で均一にすることにより、画質の劣化を抑えた撮像素子を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to reduce the image quality by making the degree of whitening caused by the light emission of the column circuit uniform in the vicinity of the center of the upper and lower ends of the screen and the left and right ends when reading out the imaging signals sequentially from the pixels. The object is to provide a suppressed image sensor.

上記目的を達成するために、本発明の撮像素子は、複数の光電変換素子を備える単位画素が行列状に配置された画素アレイ部と、前記画素アレイ部の列毎に前記画素アレイ部の撮像信号を読み出す動作に関連して駆動される複数の列回路とを備え、前記複数の列回路全体の横幅は、前記画素アレイ部の横幅よりも広くなるように前記画素アレイ部と前記複数の列回路が配置されていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, an imaging device of the present invention includes a pixel array unit in which unit pixels each having a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a matrix, and imaging of the pixel array unit for each column of the pixel array unit. A plurality of column circuits driven in association with an operation of reading signals, and the horizontal width of the entire plurality of column circuits is wider than the horizontal width of the pixel array unit. A circuit is arranged.

本発明によれば、列回路を備える撮像素子において、列回路の発光によって生じる白浮きの程度を、画面上下端の中央付近と左右端で均一にすることにより、画質の劣化を抑えた撮像素子を提供することができる。   According to the present invention, in an imaging device including a column circuit, the degree of whitening caused by light emission of the column circuit is made uniform near the center of the upper and lower ends of the screen and the left and right ends, thereby suppressing image quality deterioration. Can be provided.

第1の実施形態に係わる撮像素子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 the image pick-up element concerning 1st Embodiment. 本発明の実施形態に係わる撮像素子の簡易回路図である。1 is a simplified circuit diagram of an image sensor according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係わる画素部から撮像信号を読み出す場合の1水平期間における一例の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows an example drive timing in one horizontal period in the case of reading an image pick-up signal from a pixel part concerning an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係わる全画素リセットにおける撮像信号を読み出す場合の一例の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows an example drive timing in the case of reading an imaging signal in all pixel reset concerning an embodiment of the present invention. 第2の実施形態に係わる撮像素子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 the image pick-up element concerning 2nd Embodiment.

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、列回路の発光源は、後述する列アンプとして各実施形態を説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Each embodiment will be described with the column circuit light source as a column amplifier described later.

<第1の実施形態>
図1は本発明の実施形態に係わる撮像素子の一例を示すブロック図である。本発明に係わる撮像素子100は複数の画素部101から構成される画素アレイ部102、垂直出力線103、列回路104としての負荷電流源105及び読み出し回路106、列選択スイッチ107、108、垂直走査回路109、水平走査回路110、水平出力線111、112、出力アンプ113、リセットスイッチ114、115を有する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing an example of an image sensor according to an embodiment of the present invention. An image sensor 100 according to the present invention includes a pixel array unit 102 composed of a plurality of pixel units 101, a vertical output line 103, a load current source 105 and a readout circuit 106 as a column circuit 104, column selection switches 107 and 108, vertical scanning. A circuit 109, a horizontal scanning circuit 110, horizontal output lines 111 and 112, an output amplifier 113, and reset switches 114 and 115 are included.

なお、図1はノイズ除去回路を備えた構成となっている。詳細は後述するが、水平出力線112には、撮像信号が出力され、水平出力線111にはノイズ信号が出力される。出力アンプ113は水平出力線112から入力される撮像信号から、水平出力線111から入力されるノイズ信号を減算し、撮像素子100の外部に出力する。ここで、撮像信号とは光信号とノイズ信号を含む信号である。画素アレイ部102は、光電変換素子を含む複数の画素部101が行方向及び列方向に2次元配置されている。垂直出力線103は、画素101からの撮像信号を列毎に出力する信号線である。   FIG. 1 shows a configuration including a noise removal circuit. As will be described in detail later, an imaging signal is output to the horizontal output line 112, and a noise signal is output to the horizontal output line 111. The output amplifier 113 subtracts the noise signal input from the horizontal output line 111 from the image pickup signal input from the horizontal output line 112 and outputs the result to the outside of the image sensor 100. Here, the imaging signal is a signal including an optical signal and a noise signal. In the pixel array unit 102, a plurality of pixel units 101 including photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged in the row direction and the column direction. The vertical output line 103 is a signal line that outputs an imaging signal from the pixel 101 for each column.

負荷電流源105は、画素101からの撮像信号を読み出すために垂直出力線103を介して駆動する。読み出し回路106は、対応する列の複数の画素101に垂直出力線103を介して共通に接続され、画素101からの撮像信号を増幅し記録する。列選択スイッチ107、108は、列回路104の出力端子と水平出力線111、112との接続を制御する。垂直走査回路109は、各行の画素101に対して、信号φTXn、φRESn及び信号φSELnを供給し、信号電荷の読み出しを制御する。水平走査回路110は、読み出し回路106から水平出力線111、112への信号の出力を順次行わせる。   The load current source 105 is driven via the vertical output line 103 in order to read out the imaging signal from the pixel 101. The readout circuit 106 is commonly connected to the plurality of pixels 101 in the corresponding column via the vertical output line 103, and amplifies and records the imaging signal from the pixel 101. The column selection switches 107 and 108 control connection between the output terminal of the column circuit 104 and the horizontal output lines 111 and 112. The vertical scanning circuit 109 supplies signals φTXn, φRESn and signal φSELn to the pixels 101 in each row, and controls reading of signal charges. The horizontal scanning circuit 110 sequentially outputs signals from the readout circuit 106 to the horizontal output lines 111 and 112.

出力アンプ113は、水平出力線111、112の信号を撮像素子100の外部に出力する。リセットスイッチ114、115は信号φCHRによりON/OFF制御され、水平出力線111、112を、1水平走査信号ごと(1つの信号φH)にリセット電源VCHRでリセットする。   The output amplifier 113 outputs the signals of the horizontal output lines 111 and 112 to the outside of the image sensor 100. The reset switches 114 and 115 are ON / OFF controlled by the signal φCHR, and the horizontal output lines 111 and 112 are reset by the reset power source VCHR for each horizontal scanning signal (one signal φH).

図2は撮像素子100の簡易回路図である。画素部101は、フォトダイオード200、転送スイッチ201、リセットスイッチ202、蓄積容量203、ソースフォロワ204及び行選択スイッチ205を有する。光電変換素子としてのフォトダイオード200は、照射された光に応じた信号電荷を発生して蓄積する。   FIG. 2 is a simplified circuit diagram of the image sensor 100. The pixel unit 101 includes a photodiode 200, a transfer switch 201, a reset switch 202, a storage capacitor 203, a source follower 204, and a row selection switch 205. The photodiode 200 as a photoelectric conversion element generates and accumulates signal charges corresponding to the irradiated light.

転送スイッチ201は、信号φTXnによりON/OFFが制御され、フォトダイオード200で発生及び蓄積した信号電荷を蓄積容量203へ転送する。蓄積容量203は、転送スイッチ201により転送された信号電荷を蓄積する。リセットスイッチ202は、信号φRESnによりON/OFFが制御され、フォトダイオード200および蓄積容量203に蓄積されている不要信号電荷をリセットする。   The transfer switch 201 is controlled to be turned ON / OFF by a signal φTXn, and transfers the signal charge generated and stored in the photodiode 200 to the storage capacitor 203. The storage capacitor 203 stores the signal charge transferred by the transfer switch 201. The reset switch 202 is controlled to be turned on / off by a signal φRESn, and resets unnecessary signal charges accumulated in the photodiode 200 and the storage capacitor 203.

ソースフォロワ204は、蓄積容量203に蓄積された信号電荷を増幅し電圧に変換する。リセットスイッチ202と、蓄積容量203と、ソースフォロワ204とでフローディングディフュージョンアンプを構成している。行選択スイッチ205は、信号φSELnによりON/OFFが制御され、ソースフォロワ204の出力と垂直出力線103の接続を制御する。読み出し回路106は、クランプ容量206、帰還容量207、クランプスイッチ208、列アンプ209、転送スイッチ210、211、転送容量212、213を有する。クランプ容量206は、垂直出力線103からの信号をクランプする。   The source follower 204 amplifies the signal charge stored in the storage capacitor 203 and converts it into a voltage. The reset switch 202, the storage capacitor 203, and the source follower 204 constitute a floating diffusion amplifier. The row selection switch 205 is ON / OFF controlled by a signal φSELn, and controls the connection between the output of the source follower 204 and the vertical output line 103. The read circuit 106 includes a clamp capacitor 206, a feedback capacitor 207, a clamp switch 208, a column amplifier 209, transfer switches 210 and 211, and transfer capacitors 212 and 213. The clamp capacitor 206 clamps a signal from the vertical output line 103.

列アンプ209の反転入力端は、帰還容量207を介して列アンプ209の出力端に接続される。列アンプ209はクランプ容量206の出力を増幅する。列アンプ209の増幅率は、クランプ容量206と帰還容量207との比によって決定される。列アンプ209の非反転入力端は、電源Vrefが入力される。クランプスイッチ208は、信号φCLAMPによりON/OFFが制御され、列アンプ209の反転入力端及び出力端の間に配置されている。   The inverting input terminal of the column amplifier 209 is connected to the output terminal of the column amplifier 209 via the feedback capacitor 207. The column amplifier 209 amplifies the output of the clamp capacitor 206. The amplification factor of the column amplifier 209 is determined by the ratio between the clamp capacitor 206 and the feedback capacitor 207. The power supply Vref is input to the non-inverting input terminal of the column amplifier 209. The clamp switch 208 is ON / OFF controlled by a signal φCLAMP and is disposed between the inverting input terminal and the output terminal of the column amplifier 209.

列アンプ209により増幅された信号は、転送スイッチ210、211を介して転送容量212、213に記憶される。転送容量212、213に記憶された信号は、水平走査回路110からの信号φHに応じてON/OFFを制御される列選択スイッチ107、108をONすることにより、水平出力線111、112へ出力される。出力アンプ113は、水平出力線111、112のうち一方から入力される撮像信号と、水平出力線112、111のうちもう一方から入力されるノイズ信号との差分信号(以降、画像信号という)を撮像素子100の外部へ出力する。   The signal amplified by the column amplifier 209 is stored in the transfer capacitors 212 and 213 via the transfer switches 210 and 211. The signals stored in the transfer capacitors 212 and 213 are output to the horizontal output lines 111 and 112 by turning on the column selection switches 107 and 108 that are controlled to be turned on / off according to the signal φH from the horizontal scanning circuit 110. Is done. The output amplifier 113 outputs a difference signal (hereinafter referred to as an image signal) between an imaging signal input from one of the horizontal output lines 111 and 112 and a noise signal input from the other of the horizontal output lines 112 and 111. Output to the outside of the image sensor 100.

ところで、撮像信号を読み出す際、列アンプ209を駆動することで、列アンプ209が微小ながら発光する可能性がある。これにより、少なくとも読み出し回路106の近くに配置された画素部101は、列回路104が発する光に反応し撮像信号の信号レベルが変化してしまうおそれがある。   By the way, when reading the imaging signal, there is a possibility that the column amplifier 209 drives the column amplifier 209 to emit light while being minute. Thereby, at least the pixel portion 101 arranged near the readout circuit 106 may change the signal level of the imaging signal in response to the light emitted from the column circuit 104.

画面上下端における中央付近と左右端では、列アンプ209の発光による影響の程度が異なる。画面上下端の中央付近では、周りの列アンプ209による発光の影響を受けるが、画面上下端の左右端では、左右どちらか一方は列回路104が配置されていないため、列アンプ209による発光の影響は、中央付近よりも小さい。したがって、画面上下端の中央付近と左右端で異なるレベルの白浮きが発生してしまう。   The degree of the influence of the light emission of the column amplifier 209 differs between the vicinity of the center at the upper and lower ends of the screen and the left and right ends. Near the center of the upper and lower ends of the screen, it is affected by light emission by the surrounding column amplifiers 209. However, at the left and right ends of the upper and lower ends of the screen, the column circuit 104 is not arranged on either the left or right side. The effect is smaller than near the center. Therefore, white floating occurs at different levels near the center of the upper and lower ends of the screen and on the left and right ends.

そこで、本実施形態では、図1に示すように画素アレイ部102の横幅よりも列回路104の全体の横幅の方が大きくなるように列回路104を配置する。ここで、画素アレイ部102の上下端に配置された各列の画素部101から、上下端に配置された発光源である列アンプ209までの距離が一定となるように、列回路104を配置する。したがって、列回路104を前述した位置に配置することで、列回路104の発光によって生じる白浮きの程度を、画面上下端の中央付近と左右端で均一にすることが可能である。   Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the column circuit 104 is arranged so that the entire horizontal width of the column circuit 104 is larger than the horizontal width of the pixel array unit 102. Here, the column circuit 104 is arranged so that the distance from the pixel unit 101 of each column arranged at the upper and lower ends of the pixel array unit 102 to the column amplifier 209 which is a light emission source arranged at the upper and lower ends is constant. To do. Therefore, by arranging the column circuit 104 at the position described above, it is possible to make the degree of whitening caused by the light emission of the column circuit 104 uniform between the center of the upper and lower ends of the screen and the left and right ends.

図3は画素部101から撮像信号を読み出す場合の1水平期間駆動タイミングの一例を示すタイミングチャートである。図中の各信号は、High(以下、「H」という)またはLow(以下、「L」という)の状態のいずれかをとるものとする。   FIG. 3 is a timing chart showing an example of driving timing for one horizontal period when an imaging signal is read from the pixel unit 101. Each signal in the figure is assumed to be in a high (hereinafter referred to as “H”) or low (hereinafter referred to as “L”) state.

以下では、2次元状に配置された複数の撮像素子100において、n行目に配置された画素部101に対する読み出し動作について説明する。説明の便宜上、「n行目の信号φSEL」を「信号φSELn」という。これは信号φRES、φTXについても同様とする。また、「n行目の画素部101」を適宜、「画素部101」という。時刻t1において、信号φSELnが「H」となり行選択スイッチ205がONにされ、画素部101の回路が垂直出力線103に接続される。また、同時刻に信号φRESnが「H」となりリセットスイッチ202がONにされ、蓄積容量203に蓄積された不要電荷がリセットされる。   Hereinafter, a reading operation for the pixel unit 101 arranged in the n-th row in the plurality of imaging elements 100 arranged two-dimensionally will be described. For convenience of explanation, the “signal φSEL in the nth row” is referred to as “signal φSELn”. The same applies to the signals φRES and φTX. In addition, “the pixel portion 101 in the n-th row” is appropriately referred to as “pixel portion 101”. At time t <b> 1, the signal φSELn becomes “H”, the row selection switch 205 is turned on, and the circuit of the pixel portion 101 is connected to the vertical output line 103. At the same time, the signal φRESn becomes “H”, the reset switch 202 is turned ON, and unnecessary charges stored in the storage capacitor 203 are reset.

時刻t2において、信号φRESnが「L」となりリセットスイッチ202がOFFにされ、不要電荷のリセットが終了される。また、同時刻に、信号φCLAMPが「H」とされてクランプスイッチ208がONされる。これにより、画素101で発生するノイズ信号が、垂直出力線103を介して接続されたクランプ容量206でクランプされる。時刻t3において、信号φCLAMPが「L」となりクランプスイッチ208がOFFされる。これにより、画素部101で発生するノイズ信号を垂直出力線103で接続されたクランプ容量206へのクランプが終了される。また、同時刻に信号φTNが「H」となり、転送スイッチ210がONされてノイズ信号が転送容量212に転送される。   At time t2, the signal φRESn becomes “L”, the reset switch 202 is turned OFF, and the resetting of unnecessary charges is completed. At the same time, the signal φCLAMP is set to “H” and the clamp switch 208 is turned ON. As a result, the noise signal generated in the pixel 101 is clamped by the clamp capacitor 206 connected via the vertical output line 103. At time t3, the signal φCLAMP becomes “L” and the clamp switch 208 is turned OFF. Thereby, the clamping of the noise signal generated in the pixel unit 101 to the clamp capacitor 206 connected by the vertical output line 103 is completed. At the same time, the signal φTN becomes “H”, the transfer switch 210 is turned on, and the noise signal is transferred to the transfer capacitor 212.

時刻t4において、信号φTNが「L」となり、転送スイッチ210がOFFされて転送容量212におけるノイズ信号の転送が終了される。時刻t5において、信号φTXnが「H」となり、転送スイッチ201がONされる。これにより、フォトダイオード200に蓄積された信号電荷が蓄積容量203に転送される。蓄積容量203に転送された信号電荷はソースフォロワ204により増幅されて、かつ、信号電荷が電圧に変換されて垂直出力線103に出力される。   At time t4, the signal φTN becomes “L”, the transfer switch 210 is turned off, and the transfer of the noise signal in the transfer capacitor 212 is completed. At time t5, the signal φTXn becomes “H” and the transfer switch 201 is turned on. As a result, the signal charge stored in the photodiode 200 is transferred to the storage capacitor 203. The signal charge transferred to the storage capacitor 203 is amplified by the source follower 204, and the signal charge is converted into a voltage and output to the vertical output line 103.

時刻t6において、信号φTXnが「L」となり、転送スイッチ201がOFFされて蓄積容量203への信号電荷の転送を終了する。また、同時刻に信号φTSが「H」となり、転送スイッチ211がONされる。垂直出力線103に出力された撮像信号は、クランプ容量206及び列アンプ209を介して転送容量213に転送される。   At time t6, the signal φTXn becomes “L”, the transfer switch 201 is turned off, and the transfer of the signal charge to the storage capacitor 203 is completed. At the same time, the signal φTS becomes “H” and the transfer switch 211 is turned ON. The imaging signal output to the vertical output line 103 is transferred to the transfer capacitor 213 via the clamp capacitor 206 and the column amplifier 209.

時刻t7において、信号φTSが「L」となり、転送スイッチ211がOFFされて転送容量213における撮像信号の転送を終了する。時刻t8において、信号φSELnが「L」となり、行選択スイッチ205がOFFされて画素部101からの撮像信号の読み出しが終了される。時刻t9において、信号φHSTが「L」となり、画素部101の信号に対して水平走査期間が開始される。水平走査回路110に信号φHの入力が開始される。水平走査回路110は、信号φHに応じて列選択スイッチ107、108を順次ONにする。   At time t7, the signal φTS becomes “L”, the transfer switch 211 is turned OFF, and the transfer of the imaging signal in the transfer capacitor 213 is finished. At time t8, the signal φSELn becomes “L”, the row selection switch 205 is turned OFF, and the readout of the imaging signal from the pixel unit 101 is completed. At time t <b> 9, the signal φHST becomes “L”, and a horizontal scanning period starts for the signal of the pixel portion 101. Input of the signal φH to the horizontal scanning circuit 110 is started. The horizontal scanning circuit 110 sequentially turns on the column selection switches 107 and 108 in response to the signal φH.

列選択スイッチ107、108がONされることで、転送容量212、213に記憶された信号が、それぞれ水平出力線111、112に出力される。そして、出力アンプ113で、水平出力線112により入力された撮像信号から、水平出力線111に入力されたノイズ信号が減ぜられ、1行分の画像信号として出力される。   When the column selection switches 107 and 108 are turned ON, the signals stored in the transfer capacitors 212 and 213 are output to the horizontal output lines 111 and 112, respectively. Then, the output amplifier 113 subtracts the noise signal input to the horizontal output line 111 from the image pickup signal input via the horizontal output line 112 and outputs it as an image signal for one row.

撮像信号を読み出す場合、少なくとも時刻t2からt9までの期間は列回路を駆動させる必要がある。このとき、列アンプ209を駆動することで、列アンプ209が微小ながら発光する可能性がある。したがって、少なくとも列アンプ209の近くに配置された画素部101のフォトダイオード200は、列回路が発する光に反応し撮像信号の信号レベルが変化してしまうおそれがある。   When reading an imaging signal, it is necessary to drive the column circuit at least during a period from time t2 to t9. At this time, driving the column amplifier 209 may cause the column amplifier 209 to emit light while being minute. Therefore, at least the photodiode 200 of the pixel portion 101 disposed near the column amplifier 209 may change the signal level of the imaging signal in response to light emitted from the column circuit.

前述したが、画面上下端における中央付近と左右端では、列アンプ209の発光による影響の程度が異なる。そのため、画面上下端における中央付近と左右端で発生する白浮きの程度も異なる。そこで、本実施形態では、画素アレイ部102と列回路104を図1に示すように、画素アレイ部102の横幅よりも列回路104の全体の横幅が大きくなるように配置にすることで、列回路104の発光によって生じる白浮きの程度を画面上下端の中央付近と左右端で均一にすることが可能である。   As described above, the degree of influence by light emission of the column amplifier 209 differs between the vicinity of the center at the upper and lower ends of the screen and the left and right ends. For this reason, the degree of whitening that occurs near the center at the upper and lower ends of the screen differs from that at the left and right ends. Therefore, in this embodiment, the pixel array unit 102 and the column circuit 104 are arranged so that the entire horizontal width of the column circuit 104 is larger than the horizontal width of the pixel array unit 102 as shown in FIG. The degree of whitening caused by the light emission of the circuit 104 can be made uniform near the center of the upper and lower ends of the screen and at the left and right ends.

<第2の実施形態>
以下、本発明の第2の実施形態について説明する。本発明の撮像素子をデジタルカメラ等の撮像装置で使用する場合、全ての画素の露光時刻を合わせるために、信号電荷の蓄積前に全ての画素の信号電荷を同時刻でリセットを行った後、メカシャッターで露光時刻を均一にして順次行ごとに撮像信号を読み出すような駆動方法が考えられる。このような駆動タイミングについて図4を用いて説明する。
<Second Embodiment>
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. When the imaging device of the present invention is used in an imaging device such as a digital camera, in order to adjust the exposure time of all the pixels, after resetting the signal charges of all the pixels at the same time before storing the signal charges, A driving method is conceivable in which the exposure time is made uniform with a mechanical shutter and the imaging signal is read out sequentially for each row. Such drive timing will be described with reference to FIG.

図4は全画素リセットにおける撮像信号を読み出す場合の一例の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。時刻t10において、信号φRESが「H」となりリセットスイッチ202がONにされ、蓄積容量203に蓄積された不要電荷のリセットを開始する。時刻t11において、信号φRESが「L」となりリセットスイッチ202がOFFにされ、不要電荷のリセットが終了される。また、同時刻にフォトダイオード200において信号電荷の蓄積を開始する。   FIG. 4 is a timing chart showing an example of driving timing when an image pickup signal is read in all pixel reset. At time t <b> 10, the signal φRES becomes “H”, the reset switch 202 is turned ON, and resetting of unnecessary charges accumulated in the storage capacitor 203 is started. At time t11, the signal φRES becomes “L”, the reset switch 202 is turned OFF, and the resetting of unnecessary charges is completed. At the same time, accumulation of signal charges is started in the photodiode 200.

時刻t12において、フォトダイオード200の信号電荷の蓄積を終了する。フォトダイオード200の信号蓄積を蓄積する時刻t11から時刻t12までの間に、メカシャッターを開閉し、フォトダイオード200の露光時間を制御する。また、時刻t12において列回路104を駆動させる。時刻t13から時刻t14において、画面端の下端の行の撮像信号の読み出しを行う。撮像信号を読み出す際の駆動タイミングは、前述した画素部101から撮像信号を読み出す場合の1水平期間駆動タイミングチャート(図3)と同様であるため、説明は省略する。時刻t15において、画面端の上端の行の撮像信号の読み出しを終了する。   At time t12, the accumulation of signal charges in the photodiode 200 ends. The mechanical shutter is opened and closed to control the exposure time of the photodiode 200 between time t11 and time t12 when signal accumulation of the photodiode 200 is accumulated. Further, the column circuit 104 is driven at time t12. From time t13 to time t14, readout of the imaging signal of the lowermost row at the screen edge is performed. The drive timing when reading the imaging signal is the same as the one-horizontal period driving timing chart (FIG. 3) when reading the imaging signal from the pixel unit 101 described above, and a description thereof will be omitted. At time t15, the readout of the imaging signals in the uppermost row at the screen edge is finished.

画面端の下端の画素部101が列アンプ209の発光の影響を受ける期間は時刻t12から時刻t14となる。一方、画面端の上端の画素部101が列アンプ209の発光の影響を受ける期間は時刻t12から時刻t15となる。よって、画面端の下端よりも上端の画素部101の方が、列アンプ209の発光の影響を受ける時間が長い。このことから、画面端の上端で生じる白浮きの程度は下端よりも大きくなる。   The period during which the pixel portion 101 at the lower end of the screen is affected by the light emission of the column amplifier 209 is from time t12 to time t14. On the other hand, the period in which the pixel portion 101 at the upper end of the screen is affected by the light emission of the column amplifier 209 is from time t12 to time t15. Therefore, the pixel portion 101 at the upper end is longer than the lower end at the screen end by being affected by the light emission of the column amplifier 209. For this reason, the degree of whitening that occurs at the upper end of the screen edge is greater than that at the lower end.

図5は第2の実施形態に係わる撮像素子の一例を示すブロック図である。図1を用いて説明した第1の実施形態とは異なり、第2の実施形態では、画面端の上下部に配置されている列回路104の全体の横幅を上部と下部で異ならせる。全画素リセットの後に順次全画素読み出しを行う際に、画素部101から撮像信号を下端から上端に向かって読み出すことで、上端の読み出し終了位置に配置されている画素部101は、下端に配置されている画素部101よりも撮像信号の読み出しまでに時間がかかる。   FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of an image sensor according to the second embodiment. Unlike the first embodiment described with reference to FIG. 1, in the second embodiment, the entire horizontal width of the column circuit 104 arranged at the upper and lower portions of the screen end is made different between the upper portion and the lower portion. When all pixels are read sequentially after resetting all pixels, the image signal is read from the pixel unit 101 from the lower end toward the upper end, so that the pixel unit 101 arranged at the upper end read end position is arranged at the lower end. It takes more time to read out the image pickup signal than the pixel unit 101 that is present.

そこで、上部の読み出し終了位置の列回路104a全体の横幅を下部の列回路104b全体の横幅よりも広くする。また、本実施形態は第1の実施形態と同様に、画素アレイ部102の上下端に配置された画素部101から、上下端に配置された発光源である列アンプ209までの距離が一定となるように、列回路104を配置する。したがって、列回路の発光によって生じる白浮きの程度を、画面上下端の中央付近と左右端で均一にすることができる。   Therefore, the horizontal width of the entire column circuit 104a at the upper read end position is made wider than the horizontal width of the entire lower column circuit 104b. Further, in the present embodiment, as in the first embodiment, the distance from the pixel unit 101 arranged at the upper and lower ends of the pixel array unit 102 to the column amplifier 209 that is a light emitting source arranged at the upper and lower ends is constant. The column circuit 104 is arranged so that Therefore, the degree of whitening caused by light emission from the column circuit can be made uniform near the center of the upper and lower ends of the screen and at the left and right ends.

以上に述べたとおり、上記各実施形態では列アンプ209の発光の影響を一様にすることで、画面上下端における中央付近と左右端での白浮きの程度を均一にすることが可能となる。白浮きの程度を均一にすることで、画面内に一次元のシェーディングが発生する。しかし、前述したように一次元のシェーディングを補正する処理は、二次元のシェーディングを補正する処理時間よりも簡易に行うことができる。この補正処理により、画質の低下を抑えた撮像素子を提供することができる。   As described above, in each of the above embodiments, it is possible to make the degree of whitening near the center and the left and right ends of the upper and lower ends of the screen uniform by making the influence of the light emission of the column amplifier 209 uniform. . By making the degree of whitening uniform, one-dimensional shading occurs in the screen. However, as described above, the process for correcting one-dimensional shading can be performed more easily than the processing time for correcting two-dimensional shading. By this correction processing, an image sensor that suppresses deterioration in image quality can be provided.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々な変形及び変更が可能である。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.

本実施例において、発光源を列アンプ209として実施例を説明したが、列回路104内の他の回路が発光源であってもよい。   In this embodiment, the light source is described as the column amplifier 209, but another circuit in the column circuit 104 may be the light source.

本実施例ではアナログ回路で構成される読み出し回路106を用いて各実施形態を説明したが、読み出し回路は列毎にアナログ―デジタル変換を行う列並列A/D回路を備えた構成としてもよい。第1の実施形態において、列回路104が画面端の上下部に配置されている構成について述べたが、画面端の一方のみに配置されていてもよい。この場合でも、画面端の一方において前述した第1の実施形態の効果と同等の効果を得ることができる。   In this embodiment, each embodiment has been described using the readout circuit 106 configured by an analog circuit. However, the readout circuit may have a configuration including a column parallel A / D circuit that performs analog-digital conversion for each column. In the first embodiment, the configuration in which the column circuits 104 are arranged at the upper and lower portions of the screen edge has been described. However, the column circuits 104 may be arranged only at one of the screen edges. Even in this case, an effect equivalent to that of the first embodiment described above can be obtained at one of the screen edges.

100 撮像素子、101 画素部、102 画素アレイ部、103 垂直出力線、
104 列回路、105 負荷電流源、106 読み出し回路、
107 列選択スイッチ、108 列選択スイッチ、109 垂直走査回路、
110 水平走査回路、111 水平出力線、112 水平出力線、
113 出力アンプ、114 リセットスイッチ、115 リセットスイッチ
100 image sensor, 101 pixel unit, 102 pixel array unit, 103 vertical output line,
104 column circuit, 105 load current source, 106 readout circuit,
107 column selection switch, 108 column selection switch, 109 vertical scanning circuit,
110 horizontal scanning circuit, 111 horizontal output line, 112 horizontal output line,
113 output amplifier, 114 reset switch, 115 reset switch

Claims (4)

複数の光電変換素子を備える単位画素が行列状に配置された画素アレイ部と、
前記画素アレイ部の列毎に前記画素アレイ部の撮像信号を読み出す動作に関連して駆動される複数の列回路と、を有し、
前記複数の列回路全体の横幅は、前記画素アレイ部の横幅よりも広くなるように前記画素アレイ部と前記複数の列回路が配置されていることを特徴とする撮像素子。
A pixel array unit in which unit pixels each including a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a matrix;
A plurality of column circuits driven in association with the operation of reading out the imaging signal of the pixel array unit for each column of the pixel array unit;
The imaging device, wherein the pixel array section and the plurality of column circuits are arranged so that a horizontal width of the entire plurality of column circuits is wider than a horizontal width of the pixel array section.
前記単位画素とその前記単位画素の撮像信号を読み出す前記列回路までの距離が各列一定となるように、前記画素アレイ部と前記複数の列回路が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。 The pixel array section and the plurality of column circuits are arranged so that a distance between the unit pixel and the column circuit for reading an imaging signal of the unit pixel is constant in each column. The imaging device according to 1. 前記画素アレイ部の一辺の側とその辺に対向する一辺の側の両側に前記複数の列回路が配置されていることを特徴とする請求項2に記載の撮像素子。   The imaging device according to claim 2, wherein the plurality of column circuits are arranged on both sides of one side of the pixel array unit and one side facing the side. 前記撮像素子は前記画素アレイ部の撮像信号を行毎に順次読み出すような駆動を行なう垂直走査回路を有し、読み出す動作を終了する側に配置された前記複数の列回路全体の横幅は、撮像信号を読み出す動作を開始する側に配置された前記複数の列回路全体の横幅よりも大きいことを特徴とする請求項3に記載の撮像素子。   The image pickup device has a vertical scanning circuit that drives to sequentially read out the image pickup signal of the pixel array unit for each row, and the horizontal width of the plurality of column circuits arranged on the side to finish the read operation is The imaging device according to claim 3, wherein the imaging element is larger than a width of the whole of the plurality of column circuits arranged on a side on which a signal reading operation is started.
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