JP2020028117A - Solid-state imaging device - Google Patents

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Abstract

To prevent the blackening phenomenon of an image while reducing the circuit scale.SOLUTION: A solid-state imaging device includes a comparator circuit (31) that determines whether a reset potential is higher or lower than a specific reference potential among two different potentials of a reset potential and a signal potential in a pixel read potential, and a latch circuit (32) that holds the determination result of the comparator circuit (31).SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、CMOS(相補型金属酸化膜半導体)イメージセンサなどの固体撮像素子に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device such as a CMOS (complementary metal oxide semiconductor) image sensor.

従来のCMOSイメージセンサは、行列状に配置された画素ごとに、浮遊拡散層およびアンプを有する。CMOSイメージセンサの出力は、画素配列の中のある一行を選択し、それらを同時に列方向へと読み出すような列並列出力型が主流である。列方向に読み出された出力は、列ごとにアナログデジタル変換器にてデジタル信号に変換される。   A conventional CMOS image sensor has a floating diffusion layer and an amplifier for each pixel arranged in a matrix. As the output of the CMOS image sensor, a column-parallel output type in which one row in a pixel array is selected and simultaneously read in a column direction is mainly used. The output read in the column direction is converted into a digital signal by an analog-to-digital converter for each column.

列並列出力型のCMOSイメージセンサに搭載されるアナログデジタル変換器について、従来、さまざまな構成ものが提案されている。中でも、初期状態と信号蓄積後の2つのデータをそれぞれアナログデジタル変換し、それぞれを減算処理〔デジタルCDS(相関2重サンプリング)〕することによって、低ノイズ特性を実現した構成のアナログデジタル変換器が主流である。   2. Description of the Related Art Various types of analog-to-digital converters mounted on a column parallel output type CMOS image sensor have conventionally been proposed. Among them, an analog-to-digital converter having a configuration realizing low noise characteristics by performing analog-to-digital conversion on the two data after the initial state and after the signal accumulation and performing a subtraction process (digital CDS (correlated double sampling)) on each of them. Mainstream.

CDSは画素のリセット状態(初期化状態)と、光が画素に入力された状態のシグナル状態との差分をとり、画素毎のバラつきをキャンセルして、画素に入力された成分だけを取り出す方法である。しかしながら、太陽光のように強烈な光が固体撮像素子に入力される場合、画素間の素子分離状態が保てず、結果、リセット状態が異常となる。リセット状態が異常となるため、リセット状態とシグナル状態との差分も正しい結果とならず、本来太陽光等の強烈な光の場合、画像の白出力が、黒出力と誤って出力される(画像の黒化現象)。   CDS is a method in which a difference between a reset state (initialized state) of a pixel and a signal state of a state where light is input to the pixel is used to cancel variation for each pixel and extract only a component input to the pixel. is there. However, when intense light such as sunlight is input to the solid-state imaging device, the element isolation state between pixels cannot be maintained, and as a result, the reset state becomes abnormal. Since the reset state becomes abnormal, the difference between the reset state and the signal state does not give a correct result. In the case of intense light such as sunlight, the white output of the image is erroneously output as the black output (image Blackening phenomenon).

特許文献1には、無信号期間のリセット電圧を検出して超大光量時(強烈光入力時)かどうかを判定し、超大光量時のみ、無信号電圧の置き替え、または電圧が低下する前の電圧をクリップして、リセット電圧として用いることで、超大光量時に発生していた画像の黒化現象を防止する固体撮像素子が開示されている。   Patent Document 1 discloses that a reset voltage during a no-signal period is detected to determine whether or not an ultra-high light quantity (when intense light is input), and only when an ultra-high light quantity is used, the no-signal voltage is replaced or before the voltage drops. There is disclosed a solid-state imaging device that clips a voltage and uses the reset voltage as a reset voltage to prevent a blackening phenomenon of an image that has occurred when a light amount is extremely large.

特開2000−287131号公報(2000年10月13日公開)Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-287131 (released on October 13, 2000)

しかしながら、前記従来技術では、比較器の後段にパルス合成器、セレクタおよび電圧発生器などが必要であり、回路規模が大きくなってしまうという問題点がある。   However, the conventional technique requires a pulse synthesizer, a selector, a voltage generator, and the like at a stage subsequent to the comparator, and has a problem that the circuit scale becomes large.

本発明の一態様は、前記の問題点に鑑みて為されたものであり、回路規模を小さくしつつ、画像の黒化現象を防止することができる固体撮像素子を実現することを目的とする。   One embodiment of the present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to realize a solid-state imaging device capable of preventing a blackening phenomenon of an image while reducing a circuit scale. .

(1)本発明の一実施形態は、画素読み出し動作による電位をアナログデジタル変換するA/D変換回路を備えた固体撮像素子であって、画素読み出し電位にリセット電位およびシグナル電位の2つの異なる電位があり、前記リセット電位が特定の参照電位より高いか低いかを判別する判別回路と、前記判別回路の判別結果を保持するラッチ回路と、を備える固体撮像素子。   (1) One embodiment of the present invention is a solid-state imaging device including an A / D conversion circuit that performs analog-to-digital conversion of a potential obtained by a pixel reading operation. A solid-state imaging device comprising: a determination circuit that determines whether the reset potential is higher or lower than a specific reference potential; and a latch circuit that holds a determination result of the determination circuit.

(2)また、本発明のある実施形態は、前記(1)の構成に加え、前記ラッチ回路の出力結果に応じて、前記リセット電位が前記特定の参照電位より低くなることを防止する電位低下防止回路を備える固体撮像素子。   (2) In one embodiment of the present invention, in addition to the configuration of (1), a potential drop that prevents the reset potential from becoming lower than the specific reference potential according to an output result of the latch circuit. A solid-state image sensor having a prevention circuit.

(3)また、本発明のある実施形態は、前記(1)の構成に加え、前記ラッチ回路の出力結果に応じて、前記A/D変換回路の出力結果に関わらず、特定のデジタルコードを出力する後段処理ロジック回路を備える固体撮像素子。   (3) In one embodiment of the present invention, in addition to the configuration of (1), a specific digital code is output according to the output result of the latch circuit regardless of the output result of the A / D conversion circuit. A solid-state imaging device having a post-processing logic circuit for outputting.

(4)また、本発明のある実施形態は、前記(2)の構成に加え、前記判別回路は、前記リセット電位と前記特定の参照電位とを比較するコンパレータ回路を含み、前記電位低下防止回路は、電界効果トランジスタを含む固体撮像素子。   (4) In one embodiment of the present invention, in addition to the configuration of (2), the determination circuit includes a comparator circuit that compares the reset potential with the specific reference potential, and the potential drop prevention circuit Is a solid-state imaging device including a field-effect transistor.

本発明の一態様は、回路規模を小さくしつつ、画像の黒化現象を防止することができるという効果を奏する。   One embodiment of the present invention has an effect that blackening of an image can be prevented while a circuit size is reduced.

本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の概要構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram illustrating a schematic configuration of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. 前記固体撮像素子が備える太陽黒化判定回路の一例(実施形態1)を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example (Embodiment 1) of a sun black determination circuit provided in the solid-state imaging device. 前記太陽黒化判定回路の別の例(実施形態2)を示す回路図である。It is a circuit diagram showing another example (Embodiment 2) of the sun blackening determination circuit. 前記太陽黒化判定回路が備えるラッチ回路の具体的構成の一例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of a specific configuration of a latch circuit included in the sun black determination circuit. 前記固体撮像素子の動作に関し、受光から電荷の読み出しまでの各信号線の出力電圧の変化を示すタイミングチャートである。6 is a timing chart showing a change in output voltage of each signal line from reception of light to reading of electric charges in the operation of the solid-state imaging device. 画素構成の一例として一般的な4トランジスタ構成(セレクト有型)を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a general four-transistor configuration (selectable type) as an example of a pixel configuration. 画素構成の別の例としてセレクトレス型の画素構造を示す図である。It is a figure which shows the selectless type pixel structure as another example of a pixel structure.

図1〜図7を参照して、本発明に係る一実施形態について以下に説明する。   An embodiment according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

〔固体撮像素子1の構成〕
図1は、本発明の一実施形態に係るアナログデジタル変換器が搭載された固体撮像素子1の概要構成を示す回路図である。同図に示すように、固体撮像素子1は、画素部2、行選択回路3、太陽黒化判定回路3a,3b、定電流回路4、AD変換器(アナログデジタル変換器;A/D変換回路)6、列選択回路7、およびセンサアンプ72を備えている。画素部2は、マトリックス状に配置される複数の単位画素21を備えている。また、AD変換器6は、複数の比較器(ADC用)61およびカウンタ回路/ラッチ回路63を備えている。
[Configuration of solid-state imaging device 1]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a solid-state imaging device 1 on which an analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention is mounted. As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device 1 includes a pixel unit 2, a row selection circuit 3, sun black determination circuits 3a and 3b, a constant current circuit 4, an AD converter (analog-digital converter; A / D conversion circuit). 6, a column selection circuit 7, and a sensor amplifier 72. The pixel unit 2 includes a plurality of unit pixels 21 arranged in a matrix. In addition, the AD converter 6 includes a plurality of comparators (for ADC) 61 and a counter circuit / latch circuit 63.

行選択回路3は、何れか1行分の単位画素21を選択するための選択信号を画素部2に出力する。選択信号が入力されたそれぞれの単位画素21は、入射光をアナログ信号に変換し、対応する垂直信号線22を通じて、対応するAD変換器6にアナログ信号を転送する。なお、水平信号線は、RST配線、TX配線、およびVR配線の3本からなり、かかる3本の配線のそれぞれが、行選択回路3と接続されているが、図1では図示を省略している。   The row selection circuit 3 outputs a selection signal for selecting any one row of the unit pixels 21 to the pixel unit 2. Each unit pixel 21 to which the selection signal is input converts the incident light into an analog signal, and transfers the analog signal to the corresponding AD converter 6 through the corresponding vertical signal line 22. Note that the horizontal signal lines are composed of three lines of an RST line, a TX line, and a VR line, and each of the three lines is connected to the row selection circuit 3, but is not shown in FIG. I have.

太陽黒化判定回路3a,3bは、画像の黒化現象が生じるか否かを判定し、画像の黒化現象が生じる場合、画像の黒化現象を防止する処理を実行する回路である。なお、太陽黒化判定回路3a,3bの詳細については後述する。   The sun black determination circuits 3a and 3b are circuits that determine whether or not an image blackening phenomenon occurs, and execute processing for preventing the image blackening phenomenon when the image blackening phenomenon occurs. The details of the sun black determination circuits 3a and 3b will be described later.

比較器61は、入力されたアナログ信号の電圧と、基準クロックに対応して電圧値が変化するランプ電圧(RAMP)とを比較し、ランプ電圧がアナログ信号の電圧を上回った時点で出力信号を反転させる。   The comparator 61 compares the voltage of the input analog signal with a ramp voltage (RAMP) whose voltage value changes in accordance with the reference clock, and outputs the output signal when the ramp voltage exceeds the analog signal voltage. Turn it over.

カウンタ回路/ラッチ回路63は、比較器61の出力が反転する時点をトリガとして、カウンタデータに対応したデジタルデータをラッチする。また、カウンタ回路/ラッチ回路63は、比較器61の出力が再度反転したことをトリガとして、前記カウンタデータのカウントを停止する。   The counter / latch circuit 63 latches digital data corresponding to the counter data, triggered by the time when the output of the comparator 61 is inverted. The counter / latch circuit 63 stops counting the counter data, triggered by the output of the comparator 61 being inverted again.

それぞれのAD変換器6は、画素読み出し動作による電位をアナログデジタル変換する。具体的には、AD変換器6は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、水平信号線を通じてセンサアンプ72に出力する。なお、画素読み出し電位には、リセット電位およびシグナル電位の2つの異なる電位がある。   Each of the AD converters 6 performs analog-to-digital conversion of a potential obtained by a pixel read operation. Specifically, the AD converter 6 converts the input analog signal into a digital signal and outputs the digital signal to the sensor amplifier 72 through a horizontal signal line. Note that there are two different pixel read potentials, a reset potential and a signal potential.

図1に示す固体撮像素子1では、それぞれのAD変換器6が画素部2の1つの列(1カラム)ごとに配置されている。しかしAD変換器6の配置はこれに限られない。AD変換器6は、少なくとも1つの列ごとまたは少なくとも1つの単位画素21ごとに配置されることもできる。言い換えれば、AD変換器6は、1つの単位画素21ごと、または複数の単位画素21ごとに、配置されることができ、個々のAD変換器6に対応する複数の単位画素21は、すべての単位画素21から選択される任意の数の単位画素21の組み合わせでもよい。   In the solid-state imaging device 1 illustrated in FIG. 1, each AD converter 6 is arranged for one column (one column) of the pixel unit 2. However, the arrangement of the AD converter 6 is not limited to this. The AD converter 6 can be arranged for at least one column or at least one unit pixel 21. In other words, the AD converters 6 can be arranged for each unit pixel 21 or for each of the plurality of unit pixels 21, and the plurality of unit pixels 21 corresponding to each AD converter 6 are all A combination of an arbitrary number of unit pixels 21 selected from the unit pixels 21 may be used.

列選択回路7は、複数の列のうち何れかの一列に含まれる何れかの単位画素21を選択する。図1に示す例では、列選択回路7は、少なくとも1つのAD変換器6を選択する回路である。仮にAD変換器6を1つの単位画素21ごとに配置した場合、1つの単位画素21を個別に選択する画素選択回路が、列選択回路7の代わりに設けられる。   The column selection circuit 7 selects any one of the unit pixels 21 included in any one of the plurality of columns. In the example shown in FIG. 1, the column selection circuit 7 is a circuit that selects at least one AD converter 6. If the AD converter 6 is arranged for each unit pixel 21, a pixel selection circuit for individually selecting one unit pixel 21 is provided instead of the column selection circuit 7.

〔実施形態1;太陽黒化判定回路3aについて〕
図2に固体撮像素子1が備える太陽黒化判定回路の一例である太陽黒化判定回路3aの回路図を示す。同図に示すように、本実施形態の太陽黒化判定回路3aは、コンパレータ回路(判別回路)31、ラッチ回路32、およびFET(電界効果トランジスタ;電位低下防止回路)33を備える。
[Embodiment 1: Regarding the sun black determination circuit 3a]
FIG. 2 shows a circuit diagram of a sun blackening determination circuit 3a which is an example of the sun blackening determination circuit included in the solid-state imaging device 1. As shown in the figure, the sun black determination circuit 3a of the present embodiment includes a comparator circuit (determination circuit) 31, a latch circuit 32, and an FET (field effect transistor; potential drop prevention circuit) 33.

コンパレータ回路31は、画素リセット信号電位(リセット電位)とRefV電位(参照電位)とを比較して、画素リセット信号電位の異常を判定する。具体的には、画素リセット信号電位がRefV電位より高ければ正常、低ければ異常と判定する。これは、画素リセット信号電位は、正常時は画素電源とリセットトランジスタの閾値電位とで決まる電位となるのに対して、異常時は画素から飽和信号が出力されたように電位が下がるためである。   The comparator circuit 31 compares the pixel reset signal potential (reset potential) with the RefV potential (reference potential) to determine whether the pixel reset signal potential is abnormal. Specifically, when the pixel reset signal potential is higher than the RefV potential, it is determined that the pixel reset signal is normal. This is because the pixel reset signal potential becomes a potential determined by the pixel power supply and the threshold potential of the reset transistor in a normal state, whereas the potential drops as a saturation signal is output from the pixel in an abnormal state. .

以上にように、コンパレータ回路31が、画素リセット信号電位がRefV電位より高いか低いかを判別することにより、画像の黒化現象が生じるか否かを判定することができる。   As described above, by determining whether the pixel reset signal potential is higher or lower than the RefV potential, the comparator circuit 31 can determine whether an image blackening phenomenon occurs.

ラッチ回路32はコンパレータ回路31の判定結果を保持し、画素リセット信号電位のサンプリング期間にFET33のゲートを判定結果に応じて制御する。以上にように、ラッチ回路32が、コンパレータ回路31の判別結果を保持することで、画像の黒化現象が生じるか否かの判別結果を記憶することができる。   The latch circuit 32 holds the determination result of the comparator circuit 31, and controls the gate of the FET 33 according to the determination result during the sampling period of the pixel reset signal potential. As described above, since the latch circuit 32 holds the determination result of the comparator circuit 31, it is possible to store the determination result of whether or not the image blackening phenomenon occurs.

図2の構成において、ラッチ回路32は、特定のデジタルコードを出力するのではなく、画像の黒化現象が生じるか否かの判定結果を保持して、画素リセット信号電位のサンプリング期間にFET33のゲートを制御する。これにより、画像の黒化現象を検出した場合に、低下した画素リセット信号電位を画素電源に置き換えることで画像の黒化現象を防ぐことができる。   In the configuration of FIG. 2, the latch circuit 32 does not output a specific digital code, but holds a determination result as to whether or not an image blackening phenomenon occurs. Control the gate. Thus, when the blackening phenomenon of the image is detected, the blackening phenomenon of the image can be prevented by replacing the lowered pixel reset signal potential with the pixel power supply.

FET33は、ラッチ回路32の出力結果に応じて、画素リセット信号電位がRefV電位より低くなることを防止する。より具体的には、FET33は、ラッチ回路32に保持された判定結果をもとに入力されるゲート電圧に応じて制御される。   The FET 33 prevents the pixel reset signal potential from becoming lower than the RefV potential according to the output result of the latch circuit 32. More specifically, the FET 33 is controlled in accordance with the gate voltage input based on the determination result held in the latch circuit 32.

ラッチ回路32に保持された判定結果が正常な場合は、FET33の動作はオフにされる。一方、ラッチ回路32に保持された判定結果が異常な場合は、画素信号線を画素電源に吊るように駆動することで、画素リセット信号電位が下がることを防ぐ。   When the determination result held in the latch circuit 32 is normal, the operation of the FET 33 is turned off. On the other hand, when the determination result held in the latch circuit 32 is abnormal, the pixel signal line is driven so as to be suspended from the pixel power supply, thereby preventing the pixel reset signal potential from lowering.

より具体的には、黒化現象が生じた(画素リセット信号電位が判定電位RefVより低下した)場合、FET33のゲート電位はHIGHとなりFET33がONするため、低下していた画素信号電位を画素電源(FET33のソース電位)に吊り上げる。   More specifically, when the blackening phenomenon occurs (the pixel reset signal potential falls below the determination potential RefV), the gate potential of the FET 33 becomes HIGH and the FET 33 turns on. (The source potential of the FET 33).

これにより、画素リセット信号電位のサンプリング期間にサンプリングされる電位は、画素電源電位(画素リセット信号電位以上の電位)となり、その次の画素シグナル信号電位のサンプリング期間にサンプリングされる電位は、画素飽和レベルの電位となるため、アナログCDSにより得られる2つの信号電位の差分電位は、画素飽和電位以上となり、画像の黒化現象の発生を防ぐことができる(画像として白出力が出力される)。   As a result, the potential sampled during the sampling period of the pixel reset signal potential becomes the pixel power supply potential (potential higher than the pixel reset signal potential), and the potential sampled during the next sampling period of the pixel signal signal potential becomes the pixel saturation. Therefore, the difference potential between the two signal potentials obtained by the analog CDS becomes equal to or higher than the pixel saturation potential, and the occurrence of blackening of an image can be prevented (a white output is output as an image).

逆に黒化現象が生じない(正常な)場合は、FET33のゲート電位はLowとなりFET33がOFFするため、画素リセット信号電位のサンプリング期間には、画素リセット電位に応じた正常な電位がサンプリングされる(通常動作の邪魔をすることはない)。   Conversely, when the blackening phenomenon does not occur (normal), the gate potential of the FET 33 becomes Low and the FET 33 turns off. Therefore, during the sampling period of the pixel reset signal potential, a normal potential corresponding to the pixel reset potential is sampled. (Does not interfere with normal operation).

以上のように、FET33によりリセット電位が特定の参照電位より低くなることを防止することで、画像の黒化現象を防止することができる。これにより回路規模を小さくしつつ、画像の黒化現象を防止することができる。なお、FET33のソース端子の接続先の候補としては、画素電源(画素用にレギュレートされた電源)、特定の参照電圧、およびアナログ電源などを例示することができる。   As described above, by preventing the reset potential from being lower than the specific reference potential by the FET 33, the blackening phenomenon of the image can be prevented. Thus, the blackening phenomenon of the image can be prevented while reducing the circuit scale. In addition, as a connection destination candidate of the source terminal of the FET 33, a pixel power supply (a power supply regulated for the pixel), a specific reference voltage, an analog power supply, and the like can be exemplified.

〔実施形態2;太陽黒化判定回路3bについて〕
図3に固体撮像素子1が備える太陽黒化判定回路の一例である太陽黒化判定回路3bの回路図を示す。同図に示すように、本実施形態の太陽黒化判定回路3bは、コンパレータ回路(判別回路)31、ラッチ回路32、および後段処理ロジック回路(電位低下防止回路)37を備える。
[Embodiment 2: Regarding the sun black determination circuit 3b]
FIG. 3 shows a circuit diagram of a sun blackening determination circuit 3b which is an example of the sun blackening determination circuit provided in the solid-state imaging device 1. As shown in the figure, the sun black determination circuit 3b of the present embodiment includes a comparator circuit (determination circuit) 31, a latch circuit 32, and a post-processing logic circuit (potential drop prevention circuit) 37.

本実施形態の太陽黒化判定回路3bは、後段処理ロジック回路37が、黒化現象の判定決結果に応じてAD変換結果を出力するか、AD変換結果をフルコードに置き換えて出力するかを制御する点で実施形態1の太陽黒化判定回路3aと異なっている。   The sun blackening determination circuit 3b according to the present embodiment determines whether the post-processing logic circuit 37 outputs an AD conversion result according to the determination result of the blackening phenomenon, or outputs the AD conversion result by replacing it with a full code. The control is different from the sun black determination circuit 3a of the first embodiment in control.

具体的には、画素リセット信号電位がRefV電位より低いか否かをコンパレータ回路31にて検出し、判別結果をラッチ回路32に保持し、その結果を後段処理ロジック回路37へ出力する。   Specifically, the comparator circuit 31 detects whether or not the pixel reset signal potential is lower than the RefV potential, holds the determination result in the latch circuit 32, and outputs the result to the post-processing logic circuit 37.

後段処理ロジック回路37は、正常時(ラッチ回路32の出力がHighの場合)は画素信号線の出力に応じたAD変換器6の出力結果(AD変換結果36)を出力し、異常時(ラッチ回路32出力がLowの場合)はAD変換結果36によらずフルコードを出力する、という処理を行うことで、黒化現象の発生を防ぐ。   The post-processing logic circuit 37 outputs the output result (AD conversion result 36) of the AD converter 6 according to the output of the pixel signal line when normal (when the output of the latch circuit 32 is High), When the output of the circuit 32 is Low), a process of outputting a full code irrespective of the AD conversion result 36 is performed, thereby preventing the occurrence of the blackening phenomenon.

なお、前記でラッチ回路32の出力結果は、図4の回路構成例をもとに、正常時にHigh出力、異常時にLow出力として説明しているが、回路構成を変えることで、正常時にLow出力、異常時にHigh出力として黒化現象の判別を行うことも可能である。これにより回路規模を小さくしつつ、画像の黒化現象を防止することができる。   The output result of the latch circuit 32 has been described as a High output in a normal state and a Low output in an abnormal state based on the example of the circuit configuration in FIG. 4. It is also possible to determine the blackening phenomenon as a High output at the time of abnormality. Thus, the blackening phenomenon of the image can be prevented while reducing the circuit scale.

(ラッチ回路32について)
次に、図4に基づき、ラッチ回路32の構成について説明する。同図に示すように、ラッチ回路32は、インバータ回路321、クロックドインバータ回路323、およびCMOSスイッチ322を備える。インバータ回路321は、入力された信号の正・負を反転、増幅して出力する回路である。
(About the latch circuit 32)
Next, the configuration of the latch circuit 32 will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the latch circuit 32 includes an inverter circuit 321, a clocked inverter circuit 323, and a CMOS switch 322. The inverter circuit 321 is a circuit that inverts the positive / negative of the input signal, amplifies and outputs the inverted signal.

クロックドインバータ回路323は、LATIN_EN信号とXLATIN_EN信号によってON/OFFを制御されるインバータ回路である。インバータ回路321とクロックドインバータ回路323の互いの出力を互いの入力に接続した回路構成をとっており、LATIN_EN信号、XLATIN_EN信号制御により、コンパレータ回路31の反転出力をするか、コンパレータ動作を止める直前の出力結果を保持するかを切り替える。   The clocked inverter circuit 323 is an inverter circuit whose ON / OFF is controlled by the LATIN_EN signal and the XLATIN_EN signal. It has a circuit configuration in which the output of the inverter circuit 321 and the output of the clocked inverter circuit 323 are connected to the input of each other. Switch whether to keep the output result of.

具体的には、LATIN_EN信号がHigh(XLATIN_EN信号がLow)の場合、コンパレータ回路31の出力は有効になり、クロックドインバータ回路323がOFFとなるので、インバータ回路321はコンパレータ回路31の出力の反転出力を行う。   Specifically, when the LATIN_EN signal is High (the XLATIN_EN signal is Low), the output of the comparator circuit 31 is enabled and the clocked inverter circuit 323 is turned off, so that the inverter circuit 321 inverts the output of the comparator circuit 31. Perform output.

一方、LATIN_EN信号がLow(XLATIN_EN信号がHigh)の場合、コンパレータ回路31の出力は無効(オープン状態)となり、クロックドインバータ回路323がONとなるので、インバータ回路321は、LATIN_EN信号がLowに切り替わる直前の出力を保持する。   On the other hand, when the LATIN_EN signal is Low (the XLATIN_EN signal is High), the output of the comparator circuit 31 becomes invalid (open state), and the clocked inverter circuit 323 is turned on, so the inverter circuit 321 switches the LATIN_EN signal to Low. Keep previous output.

CMOSスイッチ322は、コンパレータ回路31による太陽黒化判定結果の出力を有効にするか否かをBSUN_EN信号にて制御する。BSUN_EN信号がHighの期間のみ太陽黒化判定結果に応じた出力(正常時:High、もしくは異常時:Low)がラッチ回路より出力される。また、BSUN_EN信号がLowの期間ではHigh出力に固定される。   The CMOS switch 322 controls, based on the BSUN_EN signal, whether or not to enable the output of the result of the sun black determination by the comparator circuit 31. Only during the period when the BSUN_EN signal is High, an output (normal: High, or abnormal: Low) is output from the latch circuit in accordance with the result of the sun black determination. In addition, the output is fixed to High while the BSUN_EN signal is Low.

図5は、4種類の配線(RST配線、VR配線、TX配線、LATIN_EN配線およびBSUN_EN配線)の各電圧、垂直信号線22の電圧VSIGの電圧波形の変化を示す波形図(タイミングチャート)である。   FIG. 5 is a waveform chart (timing chart) showing changes in the voltage waveforms of the four types of wirings (RST wiring, VR wiring, TX wiring, LATIN_EN wiring, and BSUN_EN wiring) and the voltage VSIG of the vertical signal line 22. .

同図に示すように太陽黒化判定期間において、リセット電位が特定の参照電位より低くなっていると判定された場合(太陽黒化発生時)、画素信号線を画素電源に吊るように駆動する。   As shown in the figure, when it is determined that the reset potential is lower than a specific reference potential during the solar blackening determination period (when solar blackening occurs), the pixel signal line is driven to be suspended from the pixel power supply. .

次に、画素のとり得る構成の一例として、図6を参照して4トランジスタ構成(セレクト有型)について説明する。画素12aは、4つのトランジスタで構成されるCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補型金属酸化膜半導体)イメージセンサの単位画素である。画素12aは、上述した単位画素21に相当する。   Next, a four-transistor configuration (selectable type) will be described with reference to FIG. The pixel 12a is a unit pixel of a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor including four transistors. The pixel 12a corresponds to the unit pixel 21 described above.

この画素12aは、光電変換素子として例えばフォトダイオード200を有している。   The pixel 12a has, for example, a photodiode 200 as a photoelectric conversion element.

画素12aは、1個のフォトダイオード200に対して、転送素子としての転送トランジスタ201、リセット素子としてのリセットトランジスタ202、増幅トランジスタ203、および選択トランジスタ204の4トランジスタを能動素子として有する。   The pixel 12a has four active transistors for one photodiode 200: a transfer transistor 201 as a transfer element, a reset transistor 202 as a reset element, an amplification transistor 203, and a selection transistor 204.

フォトダイオード200は、入射光をその光量に応じた量の電荷(ここでは電子)に光電変換する。   The photodiode 200 photoelectrically converts incident light into electric charges (here, electrons) in an amount corresponding to the light amount.

転送トランジスタ201は、フォトダイオード200と出力ノードとしてのフローティングディフュージョンFDとの間に接続されている。   The transfer transistor 201 is connected between the photodiode 200 and a floating diffusion FD as an output node.

転送トランジスタ201は、転送制御線LTxを通じてそのゲート(転送ゲート)に駆動信号TXが与えられることで、光電変換素子であるフォトダイオード200で光電変換された電子をフローティングディフュージョンFDに転送する。   The transfer transistor 201 transfers the electrons photoelectrically converted by the photodiode 200, which is a photoelectric conversion element, to the floating diffusion FD when the drive signal TX is applied to the gate (transfer gate) of the transfer transistor LTx through the transfer control line LTx.

リセットトランジスタ202は、電源ラインPVDDとフローティングディフュージョンFDとの間に接続されている。   The reset transistor 202 is connected between the power supply line PVDD and the floating diffusion FD.

リセットトランジスタ202は、リセット制御線LRSTを通してそのゲートにリセットRSTが与えられることで、フローティングディフュージョンFDの電位を電源ラインPVDDの電位にリセットする。   The reset transistor 202 resets the potential of the floating diffusion FD to the potential of the power supply line PVDD by receiving the reset RST at its gate through the reset control line LRST.

フローティングディフュージョンFDには、増幅トランジスタ203のゲートが接続されている。増幅トランジスタ203は、選択トランジスタ204を介して画素信号線205に接続され、画素部外の定電流源とソースフォロアを構成している。   The gate of the amplification transistor 203 is connected to the floating diffusion FD. The amplification transistor 203 is connected to the pixel signal line 205 via the selection transistor 204, and forms a source follower with a constant current source outside the pixel unit.

そして、選択制御線LSELを通して制御信号(アドレス信号またはセレクト信号)SELが選択トランジスタ204のゲートに与えられ、選択トランジスタ204がオンする。   Then, a control signal (address signal or select signal) SEL is supplied to the gate of the selection transistor 204 through the selection control line LSEL, and the selection transistor 204 is turned on.

選択トランジスタ204がオンすると、増幅トランジスタ203はフローティングディフュージョンFDの電位を増幅してその電位に応じた電圧を画素信号線205に出力する。画素信号線205を通じて、各画素から出力された電圧は、画素信号読み出し部としてのカラムADCに出力される。   When the selection transistor 204 is turned on, the amplification transistor 203 amplifies the potential of the floating diffusion FD and outputs a voltage corresponding to the potential to the pixel signal line 205. The voltage output from each pixel via the pixel signal line 205 is output to a column ADC as a pixel signal reading unit.

これらの動作は、例えば転送トランジスタ201、リセットトランジスタ202、および選択トランジスタ204の各ゲートが行単位で接続されていることから、1行分の各画素について同時並列的に行われる。なお、図7に画素構成の別の例としてセレクトレス型の画素構造を示す。図7に示す画素構成は、選択トランジスタ204が設けられていない点で図6に示す画素構成と異なっている。なお、図6および図7示す画素構成はあくまでも一例であり、画像構成はこれらの例に限定されない。   These operations are performed simultaneously and in parallel for each row of pixels because, for example, the gates of the transfer transistor 201, the reset transistor 202, and the selection transistor 204 are connected in units of rows. FIG. 7 shows a selectless pixel structure as another example of the pixel structure. The pixel configuration shown in FIG. 7 is different from the pixel configuration shown in FIG. 6 in that the selection transistor 204 is not provided. The pixel configurations shown in FIGS. 6 and 7 are merely examples, and the image configurations are not limited to these examples.

〔まとめ〕
本発明の態様1に係る固体撮像素子は、画素読み出し動作による電位をアナログデジタル変換するA/D変換回路を備えた固体撮像素子であって、画素読み出し電位にリセット電位およびシグナル電位の2つの異なる電位があり、前記リセット電位が特定の参照電位より高いか低いかを判別する判別回路と、前記判別回路の判別結果を保持するラッチ回路と、を備える構成である。
[Summary]
A solid-state imaging device according to an aspect 1 of the present invention is a solid-state imaging device including an A / D conversion circuit that performs analog-to-digital conversion of a potential by a pixel read operation, and has two different readout potentials, a reset potential and a signal potential. A determination circuit that determines whether the reset potential is higher or lower than a specific reference potential, and a latch circuit that holds a determination result of the determination circuit.

前記構成によれば、判別回路が、リセット電位が特定の参照電位より高いか低いかを判別することにより、画像の黒化現象が生じるか否かを判定することができる。ラッチ回路が、判別回路の判別結果を保持することで、画像の黒化現象が生じるか否かの判別結果を記憶することができる。これにより、回路規模を小さくしつつ、画像の黒化現象を防止することが可能になる。   According to the configuration, the determination circuit determines whether the reset potential is higher or lower than the specific reference potential, thereby determining whether or not an image blackening phenomenon occurs. Since the latch circuit holds the determination result of the determination circuit, the determination result as to whether or not the image blackening phenomenon occurs can be stored. This makes it possible to prevent the blackening phenomenon of the image while reducing the circuit scale.

本発明の態様2に係る固体撮像素子は、前記態様1において、前記ラッチ回路の出力結果に応じて、前記リセット電位が前記特定の参照電位より低くなることを防止する電位低下防止回路を備えることが好ましい。   The solid-state imaging device according to a second aspect of the present invention, in the first aspect, further includes a potential drop prevention circuit that prevents the reset potential from being lower than the specific reference potential according to an output result of the latch circuit. Is preferred.

前記構成によれば、電位低下防止回路によりリセット電位が前記特定の参照電位より低くなることを防止することで、画像の黒化現象を防止することができる。   According to the above configuration, the blackening phenomenon of the image can be prevented by preventing the reset potential from being lower than the specific reference potential by the potential drop prevention circuit.

本発明の態様3に係る固体撮像素子は、前記態様1において、前記ラッチ回路の出力結果に応じて、前記A/D変換回路の出力結果に関わらず、特定のデジタルコードを出力する後段処理ロジック回路を搭載しても良い。前記構成によれば、太陽黒化による画像の黒化現象を防ぐことが可能になる。   The solid-state imaging device according to a third aspect of the present invention, in the first aspect, wherein the post-processing logic outputs a specific digital code according to the output result of the latch circuit regardless of the output result of the A / D conversion circuit. A circuit may be mounted. According to the above configuration, it is possible to prevent an image from being blackened due to sun blackening.

本発明の態様4に係る固体撮像素子は、前記態様2において、前記判別回路は、前記リセット電位と前記特定の参照電位とを比較するコンパレータ回路を含み、前記電位低下防止回路は、電界効果トランジスタを含んでいても良い。   In the solid-state imaging device according to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect, the determination circuit includes a comparator circuit that compares the reset potential with the specific reference potential, and the potential drop prevention circuit includes a field-effect transistor May be included.

前記構成によれば、電界効果トランジスタによりリセット電位が前記特定の参照電位より低くなることを防止することで、画像の黒化現象を防止することができる。   According to the configuration, it is possible to prevent the blackening phenomenon of the image by preventing the reset potential from being lower than the specific reference potential by the field effect transistor.

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
[Appendix]
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention. Furthermore, new technical features can be formed by combining the technical means disclosed in each embodiment.

1 固体撮像素子
2 画素部
3 行選択回路
3a,3b 太陽黒化判定回路
4 定電流回路
6 AD変換器(A/D変換回路)
7 列選択回路
21 単位画素
22 垂直信号線
31 コンパレータ回路
32 ラッチ回路
33 FET(電位低下防止回路)
37 後段処理ロジック回路(電位低下防止回路)
61 比較器
63 カウンタ回路/ラッチ回路
72 センサアンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid-state image sensor 2 Pixel part 3 Row selection circuit 3a, 3b Sun black determination circuit 4 Constant current circuit 6 AD converter (A / D conversion circuit)
7 Column selection circuit 21 Unit pixel 22 Vertical signal line 31 Comparator circuit 32 Latch circuit 33 FET (potential drop prevention circuit)
37 Post-processing logic circuit (potential drop prevention circuit)
61 Comparator 63 Counter circuit / Latch circuit 72 Sensor amplifier

Claims (4)

画素読み出し動作による電位をアナログデジタル変換するA/D変換回路を備えた固体撮像素子であって、
画素読み出し電位にリセット電位およびシグナル電位の2つの異なる電位があり、
前記リセット電位が特定の参照電位より高いか低いかを判別する判別回路と、
前記判別回路の判別結果を保持するラッチ回路と、を備えることを特徴とする固体撮像素子。
A solid-state imaging device including an A / D conversion circuit that performs analog-to-digital conversion of a potential by a pixel read operation,
The pixel readout potential has two different potentials, a reset potential and a signal potential,
A determination circuit that determines whether the reset potential is higher or lower than a specific reference potential,
And a latch circuit for holding a determination result of the determination circuit.
前記ラッチ回路の出力結果に応じて、前記リセット電位が前記特定の参照電位より低くなることを防止する電位低下防止回路を備えることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。   2. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a potential drop prevention circuit that prevents the reset potential from being lower than the specific reference potential according to an output result of the latch circuit. 3. 前記ラッチ回路の出力結果に応じて、前記A/D変換回路の出力結果に関わらず、特定のデジタルコードを出力する後段処理ロジック回路を備えることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a post-processing logic circuit that outputs a specific digital code according to an output result of the latch circuit, regardless of an output result of the A / D conversion circuit. . 前記判別回路は、前記リセット電位と前記特定の参照電位とを比較するコンパレータ回路を含み、前記電位低下防止回路は、電界効果トランジスタを含むことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像素子。   3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the determination circuit includes a comparator circuit that compares the reset potential with the specific reference potential, and the potential reduction prevention circuit includes a field-effect transistor.
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