JP2021197618A - Solid-state image sensor, driving method thereof, and electronic device - Google Patents

Solid-state image sensor, driving method thereof, and electronic device Download PDF

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Naoyuki Abe
光漢 張
guang han Zhang
慎吾 眞田
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Abstract

To provide a solid-state image sensor, a driving method thereof, and an electronic device, which can surely prevent the generation of inverted video noise even when there are variations in elements for each row, and can achieve high image quality.SOLUTION: In each column, a pixel signal monitoring unit 43 fixes a conversion code of an AD conversion unit of an ADC 41 to a predetermined code when the signal level LVRST of a read reset signal VRST 11 of a pixel signal VSL read to a vertical signal line LSGN11 exceeds a preset reference voltage Vref (as an example, when the signal level LVRST of the read reset signal VRST11 is lowered by a second reference voltage Vref2).SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本発明は、固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、および電子機器に関するものである。 The present invention relates to a solid-state image sensor, a method for driving the solid-state image sensor, and an electronic device.

光を検出して電荷を発生させる光電変換素子を用いた固体撮像装置(イメージセンサ)として、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサが実用に供されている。
CMOSイメージセンサは、デジタルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ、医療用内視鏡、パーソナルコンピュータ(PC)、携帯電話等の携帯端末装置(モバイル機器)等の各種電子機器の一部として広く適用されている。
A CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor is put into practical use as a solid-state image sensor (image sensor) using a photoelectric conversion element that detects light and generates electric charges.
CMOS image sensors are widely applied as part of various electronic devices such as digital cameras, video cameras, surveillance cameras, medical endoscopes, personal computers (PCs), and mobile terminal devices (mobile devices) such as mobile phones. There is.

CMOSイメージセンサは、画素毎にフォトダイオード(光電変換素子)および浮遊拡散層(FD:Floating Diffusion、フローティングディフュージョン)を有するFDアンプを持ち合わせており、その読み出しは、画素アレイの中のある一行を選択し、それらを同時に列(カラム)方向へと読み出すような列並列出力型が主流である。 The CMOS image sensor has an FD amplifier having a photodiode (photoelectric conversion element) and a floating diffusion layer (FD) for each pixel, and its readout selects a certain line in the pixel array. However, the column parallel output type that reads them out in the column direction at the same time is the mainstream.

ところで、CMOSイメージセンサの画素の構成としては、たとえば一つのフォトダイオード(光電変換素子)に対して、転送素子としての転送トランジスタ、リセット素子としてのリセットトランジスタ、ソースフォロワ素子としてのソースフォロワトランジスタ、および選択素子としての選択トランジスタをそれぞれ一つずつ有する4トランジスタ(4Tr)構成の画素を例示することができる。 By the way, as the pixel configuration of the CMOS image sensor, for example, for one photodiode (photoelectric conversion element), a transfer transistor as a transfer element, a reset transistor as a reset element, a source follower transistor as a source follower element, and a source follower transistor as a source follower element. A pixel having a 4-transistor (4Tr) configuration having one selection transistor as a selection element can be exemplified.

転送トランジスタは、所定の転送期間に制御信号TGにより選択されて導通状態となり、フォトダイオードで光電変換され蓄積された電荷(電子)をフローティングディフュージョンFDに転送する。
リセットトランジスタは、所定のリセット期間に制御信号RSTにより選択されて導通状態となり、フローティングディフュージョンFDを電源線の電位にリセットする。
選択トランジスタは、読み出しスキャン時に選択されて導通状態となる。これにより、ソースフォロワトランジスタはフローティングディフュージョンFDの電荷を電圧信号に変換した列出力の読み出し信号Pixoutを垂直信号線LSGNに出力する。
The transfer transistor is selected by the control signal TG during a predetermined transfer period to be in a conductive state, and the charge (electrons) photoelectrically converted and accumulated by the photodiode is transferred to the floating diffusion FD.
The reset transistor is selected by the control signal RST during a predetermined reset period to be in a conductive state, and resets the floating diffusion FD to the potential of the power supply line.
The selected transistor is selected at the time of read scan and becomes conductive. As a result, the source follower transistor outputs the read signal Pixout of the column output obtained by converting the charge of the floating diffusion FD into a voltage signal to the vertical signal line LSGN.

たとえば、読み出しスキャン期間において、リセット期間にフローティングディフュージョンFDがたとえば電源線の電位にリセットされた後、ソースフォロワトランジスタによりフローティングディフュージョンFDの電荷が電圧信号に変換されて、読み出しリセット信号(電圧)VRSTとして垂直信号線LSGNに出力される。
続いて、所定の転送期間に、フォトダイオードで光電変換され蓄積された電荷(電子)がフローティングディフュージョンFDに転送される。そして、ソースフォロワトランジスタによりフローティングディフュージョンFDの電荷が電圧信号に変換されて、読み出し信号(電圧)VSIGとして垂直信号線LSN1に出力される。
画素の出力信号は差分信号(VSIG−VRST)として処理される。
For example, in the read scan period, after the floating diffusion FD is reset to the potential of the power line, for example, during the reset period, the charge of the floating diffusion FD is converted into a voltage signal by the source follower transistor as a read reset signal (voltage) VRST. It is output to the vertical signal line LSGN.
Subsequently, during a predetermined transfer period, the charges (electrons) photoelectrically converted and accumulated by the photodiode are transferred to the floating diffusion FD. Then, the charge of the floating diffusion FD is converted into a voltage signal by the source follower transistor, and is output to the vertical signal line LSN1 as a read signal (voltage) VSIG.
The pixel output signal is processed as a difference signal (VSIG-VRST).

ところが、このような画素を有するCMOSイメージセンサにおいて、非常に強い光(高輝度光)が1つ以上の画素に入射した際、画素出力が飽和することから、高輝度信号が低輝度信号として誤出力されてしまい、いわゆる反転ビデオノイズ(いわゆる太陽黒点)が出力されるという不利益がある。 However, in a CMOS image sensor having such pixels, when very strong light (high-luminance light) is incident on one or more pixels, the pixel output is saturated, so that the high-luminance signal is erroneously regarded as a low-luminance signal. There is a disadvantage that it is output and so-called inverted video noise (so-called sun black spot) is output.

この課題について、図1〜図4に関連付けてさらに詳細に説明する。
図1は、画素から読み出される画素信号としての読み出しリセット信号および読み出し信号、並びに、高輝度光が入射した場合に黒つぶれ画像が形成される課題を説明するための図である。
図2は、画素に高輝度光が入射した場合に形成される黒つぶれ画像の一例を示す図である。
図3は、黒つぶれ画素の発生の要因となる黒レベル変動を抑止するクランプ回路が配置された画素信号読み出し回路系の構成例を示す図である。
図4は、クランプ回路により黒レベルの変動を抑止する原理を説明するための図である。
This subject will be described in more detail in relation to FIGS. 1 to 4.
FIG. 1 is a diagram for explaining a read reset signal and a read signal as pixel signals read from pixels, and a problem that a black-out image is formed when high-luminance light is incident.
FIG. 2 is a diagram showing an example of an underexposed image formed when high-intensity light is incident on a pixel.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a pixel signal readout circuit system in which a clamp circuit for suppressing a black level fluctuation that causes the occurrence of blackened pixels is arranged.
FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of suppressing the fluctuation of the black level by the clamp circuit.

CMOSイメージセンサにおいては、図1に示すように、画素信号Pixoutの読み出しリセット信号VRSTの黒レベルLB1と読み出し信号VSIGの信号レベルLSの差ΔV1で輝度情報を表す。
画素に高輝度光が入射すると、本来は黒レベルLB1付近である読み出しリセット信号VRSTに信号成分が漏れこんでしまう現象が発生する。
その結果として、図1に示すように、黒レベルLB1が黒レベルLB2に大きく変動し信号レベルSLと黒レベルLBの差分がΔV1からΔV2(ΔV1>ΔV2)に減衰し、図2に示すように、本来の輝度より暗い画像(黒つぶれ画像)となってしまう。
In the CMOS image sensor, as shown in FIG. 1, the luminance information is represented by the difference ΔV1 between the black level LB1 of the read reset signal VRST of the pixel signal Pixout and the signal level LS of the read signal VSIG.
When high-luminance light is incident on a pixel, a phenomenon occurs in which a signal component leaks into the read reset signal VRST, which is originally near the black level LB1.
As a result, as shown in FIG. 1, the black level LB1 largely fluctuates to the black level LB2, and the difference between the signal level SL and the black level LB is attenuated from ΔV1 to ΔV2 (ΔV1> ΔV2), as shown in FIG. , The image becomes darker than the original brightness (black-level image).

そこで、この黒レベルLBの変動の影響を防止するために、図3に示すように、画素信号列(カラム)読み出し系に、黒レベルを所定レベルにクランプするクランプ回路を配置したCMOSイメージセンサが提案されている(たとえば特許文献1参照)。 Therefore, in order to prevent the influence of the fluctuation of the black level LB, as shown in FIG. 3, a CMOS image sensor in which a clamp circuit for clamping the black level to a predetermined level is arranged in the pixel signal sequence (column) readout system is used. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

図3のクランプ回路1は、画素配列の各列(カラム)において画素信号Pixoutが読み出される垂直信号線SLGN1と電源電位VDDとの間にクランプトランジスタCTrが接続されて形成されている。
クランプトランジスタCTrのゲート電圧はクランプレベル生成回路2によるクランプ信号CTPにより制御されている。
The clamp circuit 1 of FIG. 3 is formed by connecting a clamp transistor CTr between the vertical signal line SLGN1 from which the pixel signal Pixout is read out and the power supply potential VDD in each column of the pixel array.
The gate voltage of the clamp transistor CTr is controlled by the clamp signal CTP by the clamp level generation circuit 2.

クランプ回路1は、図4に示すように、たとえば非常に強い光(高輝度光)が1つ以上の画素に入射した際、黒レベルLB1を黒レベルLB3クランプして、信号レベルSLと黒レベルLBの差分をΔV3(ΔV1≒ΔV3>ΔV2)に保持させて、差分がΔV1からΔV2(ΔV1>ΔV2)に減衰して変動することを防止する。 As shown in FIG. 4, the clamp circuit 1 clamps the black level LB1 to the black level LB3 when, for example, very strong light (high-intensity light) is incident on one or more pixels, and the signal level SL and the black level The difference in LB is held in ΔV3 (ΔV1≈ΔV3> ΔV2) to prevent the difference from being attenuated from ΔV1 to ΔV2 (ΔV1> ΔV2) and fluctuating.

特開2011−160046号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-160046

ところが、上述したCMOSイメージセンサでは、クランプ電圧を制御するための基準信号であるクランプ信号CLPを、クランプレベル生成回路2で生成した信号で全列(カラム)共通としていたために、列ごとの素子バラつき等によりクランプレベルもバラツキ、クランプがうまくかからない列が発生する。
この場合、クランプが所望のレベルになっていない列のデータもADC3によって変換されてしまうのでバラつきが最終出力まで伝搬してしまう。
その結果として高輝度光源の中心部が黒つぶれした画像(画像例図2参照)になってしまう。
However, in the above-mentioned CMOS image sensor, the clamp signal CLP, which is a reference signal for controlling the clamp voltage, is common to all rows (columns) in the signal generated by the clamp level generation circuit 2, so that the element for each row is used. Clamp levels also vary due to variations, etc., and there are rows where the clamps do not work well.
In this case, the data in the column where the clamp is not at the desired level is also converted by the ADC3, so that the variation propagates to the final output.
As a result, the central part of the high-intensity light source becomes a blackened image (see FIG. 2 in the image example).

本発明は、列ごとの素子のばらつき等があったとしても確実に反転ビデオノイズの発生を防止することが可能で、ひいては高画質化を実現することが可能な固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、および電子機器を提供することにある。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a solid-state image sensor and a solid-state image sensor capable of reliably preventing the generation of inverted video noise even if there are variations in elements for each row, and thus achieving high image quality. The purpose is to provide a driving method and an electronic device.

本発明の第1の観点の固体撮像装置は、光電変換を行う画素が行列状に配置された画素部と、前記画素から信号線に電圧信号として読み出される画素信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログデジタル(AD)変換機能を有する読み出し回路と、を有し、前記画素から読み出される前記画素信号は、前記画素から順に読み出される読み出しリセット信号および読み出し信号を含み、前記読み出し回路は、前記信号線に読み出された前記画素信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するAD変換部と、前記信号線に読み出された前記画素信号の読み出しリセット信号の信号レベルがあらかじめ設定された参照電圧を超えた場合、前記AD変換部の変換コードを通常の変換コードと異なるコードに変更させる画素信号監視部と、を含む。 The solid-state imaging device according to the first aspect of the present invention converts a pixel portion in which pixels for photoelectric conversion are arranged in a matrix and a pixel signal read as a voltage signal from the pixel into a signal line from an analog signal to a digital signal. The pixel signal read from the pixel includes a read reset signal and a read signal sequentially read from the pixel, and the read circuit includes the signal. The signal level of the AD conversion unit that converts the pixel signal read out on the line from an analog signal to a digital signal and the read reset signal of the pixel signal read out on the signal line exceeds a preset reference voltage. If this is the case, it includes a pixel signal monitoring unit that changes the conversion code of the AD conversion unit to a code different from the normal conversion code.

本発明の第2の観点は、光電変換を行う画素が行列状に配置された画素部と、前記画素から信号線に電圧信号として読み出される画素信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログデジタル(AD)変換機能を有する読み出し回路と、を有し、前記読み出し回路は、前記信号線に読み出された前記画素信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するAD変換部を含む固体撮像装置の駆動方法であって、前記画素から読み出される前記画素信号は、前記画素から順に読み出される読み出しリセット信号および読み出し信号を含み、前記読み出し回路において、前記信号線に読み出された前記画素信号の読み出しリセット信号の信号レベルがあらかじめ設定された参照電圧を超えた場合、前記AD変換部の変換コードを通常の変換コードと異なるコードに変更させる。 The second aspect of the present invention is a pixel portion in which pixels for photoelectric conversion are arranged in a matrix, and an analog digital (analog signal) that converts a pixel signal read as a voltage signal from the pixel into a signal line from an analog signal to a digital signal. AD) A method of driving a solid-state imaging device including a readout circuit having a conversion function, wherein the readout circuit includes an AD conversion unit that converts the pixel signal read out on the signal line from an analog signal to a digital signal. The pixel signal read from the pixel includes a read reset signal and a read signal sequentially read from the pixel, and is a read reset signal of the pixel signal read to the signal line in the read circuit. When the signal level exceeds the preset reference voltage, the conversion code of the AD conversion unit is changed to a code different from the normal conversion code.

本発明の第3の観点の電子機器は、固体撮像装置と、前記固体撮像装置に被写体像を結像する光学系と、を有し、前記固体撮像装置は、光電変換を行う画素が行列状に配置された画素部と、前記画素から信号線に電圧信号として読み出される画素信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログデジタル(AD)変換機能を有する読み出し回路と、を有し、前記画素から読み出される前記画素信号は、前記画素から順に読み出される読み出しリセット信号および読み出し信号を含み、前記読み出し回路は、前記信号線に読み出された前記画素信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するAD変換部と、前記信号線に読み出された前記画素信号の読み出しリセット信号の信号レベルがあらかじめ設定された参照電圧を超えた場合、前記AD変換部の変換コードを通常の変換コードと異なるコードに変更させる画素信号監視部と、を含む。 The electronic device according to the third aspect of the present invention includes a solid-state image pickup device and an optical system for forming a subject image on the solid-state image pickup device, and the solid-state image pickup device has a matrix of pixels for photoelectric conversion. It has a pixel unit arranged in the above and a readout circuit having an analog-digital (AD) conversion function for converting a pixel signal read as a voltage signal from the pixel to a signal line from an analog signal to a digital signal, from the pixel. The pixel signal to be read includes a read reset signal and a read signal sequentially read from the pixel, and the read circuit is an AD conversion unit that converts the pixel signal read into the signal line from an analog signal to a digital signal. When the signal level of the read reset signal of the pixel signal read out to the signal line exceeds a preset reference voltage, the conversion code of the AD conversion unit is changed to a code different from the normal conversion code. Includes a pixel signal monitoring unit.

本発明によれば、列ごとの素子のばらつき等があったとしても確実に反転ビデオノイズの発生を防止することが可能で、ひいては高画質化を実現することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to surely prevent the generation of inverted video noise even if there are variations in the elements for each row, and it is possible to realize high image quality.

画素から読み出される画素信号としての読み出しリセット信号および読み出し信号、並びに、高輝度光が入射した場合に黒つぶれ画像が形成される課題を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the problem that a read reset signal and a read signal as a pixel signal read from a pixel, and a black-out image are formed when high-luminance light is incident. 画素に高輝度光が入射した場合に形成される黒つぶれ画像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the black-out image formed when the high-luminance light is incident on a pixel. 黒つぶれ画素の発生の要因となる黒レベル変動を抑止するクランプ回路が配置された画素信号読み出し回路系の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the pixel signal reading circuit system in which the clamp circuit which suppresses the black level fluctuation which causes the occurrence of black crushed pixel is arranged. クランプ回路により黒レベルの変動を抑止する原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of suppressing the fluctuation of a black level by a clamp circuit. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置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 solid-state image sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本第1の実施形態に係る画素の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the pixel which concerns on this 1st Embodiment. 本第1の実施形態における通常の画素読み出し動作時のシャッタースキャンおよび読み出しスキャンの動作タイミングを示す図である。It is a figure which shows the operation timing of the shutter scan and the read scan at the time of a normal pixel read operation in this 1st Embodiment. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の画素部のカラム(列)出力の読み出し系の構成例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structural example of the reading system of the column (column) output of the pixel part of the solid-state image pickup apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るカラム読み出し回路の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the column reading circuit which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る増幅部としてのアンプの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the amplifier as the amplification part which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る画素信号監視部の一構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one structural example of the pixel signal monitoring part which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の画素信号の読み出し処理について説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating the pixel signal reading process of the solid-state image pickup apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置のカラム読み出し系を示す図である。It is a figure which shows the column reading system of the solid-state image pickup apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る固体撮像装置が適用される電子機器の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the electronic device to which the solid-state image sensor which concerns on embodiment of this invention is applied.

以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in association with the drawings.

(第1の実施形態)
図5は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。
本実施形態において、固体撮像装置10は、たとえばCMOSイメージセンサにより構成される。
(First Embodiment)
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example of the solid-state image sensor according to the first embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the solid-state image sensor 10 is composed of, for example, a CMOS image sensor.

この固体撮像装置10は、図5に示すように、撮像部としての画素部20、垂直走査回路(行走査回路)30、読み出し回路(列(カラム)読み出し回路)40、水平走査回路(列走査回路)50、およびタイミング制御回路60を主構成要素として有している。
これらの構成要素のうち、たとえば垂直走査回路30、カラム読み出し回路40、およびタイミング制御回路60により画素信号の読み出し部70が構成される。
As shown in FIG. 5, the solid-state image sensor 10 includes a pixel unit 20 as an image pickup unit, a vertical scanning circuit (row scanning circuit) 30, a readout circuit (column reading circuit) 40, and a horizontal scanning circuit (column scanning). Circuit) 50 and a timing control circuit 60 are included as main components.
Among these components, for example, the vertical scanning circuit 30, the column readout circuit 40, and the timing control circuit 60 constitute a pixel signal readout unit 70.

本第1の実施形態において、固体撮像装置10のカラム読み出し回路40は、後で詳述するように、画素部20の光電変換を行う画素から信号線に電圧信号として読み出される画素信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログデジタル(AD)変換機能を有する。
本第1の実施形態において、画素から読み出される画素信号は、画素から順に読み出される読み出しリセット信号VRST11および読み出し信号VSIG11を含む。
そして、カラム読み出し回路40は、垂直信号線に読み出された画素信号PIXOUTをアナログ信号からデジタル信号に変換するAD変換部と、垂直信号線に読み出された画素信号の読み出しリセット信号VRST11の信号レベルがあらかじめ設定された参照電圧Vrefを超えた場合、AD変換部の変換コードを通常の輝度情報に応じた変換コードと異なるコードに変更させる画素信号監視部と、を含む。
In the first embodiment, the column readout circuit 40 of the solid-state imaging device 10 outputs a pixel signal read as a voltage signal from a pixel performing photoelectric conversion of the pixel unit 20 to a signal line as an analog signal, as will be described in detail later. It has an analog-to-digital (AD) conversion function that converts from to a digital signal.
In the first embodiment, the pixel signal read from the pixel includes the read reset signal VRST11 and the read signal VSIG11 read in order from the pixel.
Then, the column read circuit 40 is a signal of an AD conversion unit that converts the pixel signal PIXOUT read out to the vertical signal line from an analog signal to a digital signal, and a signal of a read reset signal VRST11 of the pixel signal read out to the vertical signal line. When the level exceeds a preset reference voltage Vref, a pixel signal monitoring unit that changes the conversion code of the AD conversion unit to a code different from the conversion code corresponding to the normal brightness information is included.

本第1の実施形態では、画素信号監視部は、垂直信号線に読み出された画素信号の読み出しリセット信号VRST11の信号レベルがあらかじめ設定された参照電圧を超えた場合、AD変換部の変換コードを所定のコードに固定させる。たとえばその期間のデータを全“1”に固定させる。 In the first embodiment, the pixel signal monitoring unit uses the conversion code of the AD conversion unit when the signal level of the read reset signal VRST11 of the pixel signal read out on the vertical signal line exceeds a preset reference voltage. Is fixed to the specified code. For example, the data for that period is fixed to all "1".

画素信号監視部は、参照電圧と読み出された画素信号とを比較する比較部を有する。
比較部は、リセット時の読み出しリセット信号VRST11の信号レベルに相当するレベルの第1の参照電圧Vref1と、第1の参照電圧Vref1より大きいレベルの第2の参照電圧Vref2と、が設定可能であり、信号入力部に入力される垂直信号線に読み出された画素信号の読み出しリセット信号VRST11と電圧設定部に設定される参照電圧Vref1,Vref2とを比較する。
The pixel signal monitoring unit has a comparison unit that compares the reference voltage with the read pixel signal.
In the comparison unit, a first reference voltage Vref1 having a level corresponding to the signal level of the read reset signal VRST11 at reset and a second reference voltage Vref2 having a level higher than the first reference voltage Vref1 can be set. , The read reset signal VRST11 of the pixel signal read out to the vertical signal line input to the signal input unit is compared with the reference voltages Vref1 and Vref2 set in the voltage setting unit.

比較部は、画素のリセット期間およびリセット解除後の前記読み出しリセット信号の読み出し開始時の所定期間に信号入力部の電位を第1の参照電圧Vref1レベルおよびオフセット電圧により初期化し、初期化後、垂直信号線に読み出された画素信号の読み出しリセット信号VRST11と電圧設定部に設定される第2の参照電圧Vref2とを比較し、読み出しリセット信号VRST11の信号レベルが第2の参照電圧Vref2を超えた場合、AD変換部の変換コードを所定のコードに固定させる。 The comparison unit initializes the potential of the signal input unit with the first reference voltage Vref1 level and the offset voltage during the reset period of the pixel and the predetermined period at the start of reading the read reset signal after the reset is released, and after initialization, the comparison unit is vertical. The read reset signal VRST11 of the pixel signal read out on the signal line is compared with the second reference voltage Vref2 set in the voltage setting unit, and the signal level of the read reset signal VRST11 exceeds the second reference voltage Vref2. In this case, the conversion code of the AD conversion unit is fixed to a predetermined code.

なお、本第1の実施形態において、第2の参照電圧Vref2は、第1の参照電圧Vref1と高輝度光が入射したときの黒レベルに相当する電圧との間の電圧値に設定される。
高輝度光が入射したときの黒レベルに相当する電圧とは、高輝度光入射時に(信号−黒レベル)が減少することで黒つぶれ現象が発生する、あるいは発生する可能性のあるレベルである。
In the first embodiment, the second reference voltage Vref2 is set to a voltage value between the first reference voltage Vref1 and the voltage corresponding to the black level when high-luminance light is incident.
The voltage corresponding to the black level when high-intensity light is incident is the level at which a blackout phenomenon occurs or may occur due to a decrease in (signal-black level) when high-intensity light is incident. ..

本第1の実施形態において、読み出し部70は、一つの読み出しスキャン期間に、リセット期間に続く第1読み出し期間に読み出しリセット信号VRST11(リセット電圧Vrst)を読み出す第1読み出しと、リセット期間に続く第1読み出し期間後に行われる転送期間後の第2読み出し期間において、光電変換素子の蓄積電荷に応じた読み出し信号VSIG11(信号電圧Vsig)を読み出す第2読み出しと、を行うことが可能に構成されている。 In the first embodiment, the read unit 70 reads the read reset signal VRST11 (reset voltage Vrst) in the first read period following the reset period in one read scan period, and the first read following the reset period. In the second read period after the transfer period, which is performed after one read period, it is possible to perform a second read to read the read signal VSIG 11 (signal voltage Vsig) according to the accumulated charge of the photoelectric conversion element. ..

通常の画素読み出し動作においては、読み出し部70による駆動により、シャッタースキャンが行われ、その後、読み出しスキャンが行われるが、第1読み出しと第2読み出しは、読み出しスキャン期間に行われる。 In a normal pixel readout operation, a shutter scan is performed by driving the readout unit 70, and then a readout scan is performed, but the first readout and the second readout are performed during the readout scan period.

以下、固体撮像装置10の各部の構成および機能の概要を説明した後、クリップ回路の構成、それに関連した読み出し処理等について詳述する。 Hereinafter, the configuration and functions of each part of the solid-state image sensor 10 will be described in detail, and then the configuration of the clip circuit, the readout process related thereto, and the like will be described in detail.

(画素部20および画素PXLの構成)
画素部20は、フォトダイオード(光電変換素子)と画素内アンプとを含む複数の画素がN行×M列の2次元の行列状(マトリクス状)に配列されている。
(Structure of pixel unit 20 and pixel PXL)
In the pixel unit 20, a plurality of pixels including a photodiode (photoelectric conversion element) and an in-pixel amplifier are arranged in a two-dimensional matrix of N rows × M columns.

図2は、本第1の実施形態に係る画素の一例を示す回路図である。 FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of pixels according to the first embodiment.

この画素PXLは、たとえば光電変換素子であるフォトダイオード(PD)を有する。
このフォトダイオードPDに対して、転送素子としての転送トランジスタTG−Tr、リセット素子としてのリセットトランジスタRST−Tr、ソースフォロワ素子としてのソースフォロワトランジスタSF−Tr、および選択素子としての選択トランジスタSEL−Trをそれぞれ一つずつ有する。
The pixel PXL has, for example, a photodiode (PD) which is a photoelectric conversion element.
For this photodiode PD, a transfer transistor TG-Tr as a transfer element, a reset transistor RST-Tr as a reset element, a source follower transistor SF-Tr as a source follower element, and a selection transistor SEL-Tr as a selection element. Each has one.

フォトダイオードPDは、入射光量に応じた量の信号電荷(ここでは電子)を発生し、蓄積する。
以下、信号電荷は電子であり、各トランジスタがn型トランジスタである場合について説明するが、信号電荷がホールであったり、各トランジスタがp型トランジスタであっても構わない。
また、本第1の実施形態は、複数のフォトダイオード間で、各トランジスタを共有している場合や、選択トランジスタを有していない3トランジスタ(3Tr)画素を採用している場合にも有効である。
The photodiode PD generates and accumulates a signal charge (here, an electron) in an amount corresponding to the amount of incident light.
Hereinafter, the case where the signal charge is an electron and each transistor is an n-type transistor will be described, but the signal charge may be a hole or each transistor may be a p-type transistor.
Further, the first embodiment is also effective when each transistor is shared among a plurality of photodiodes or when a 3-transistor (3Tr) pixel having no selection transistor is adopted. be.

転送トランジスタTG−Trは、フォトダイオードPDとフローティングディフュージョンFD(Floating Diffusion;浮遊拡散層)の間に接続され、制御線を通じてゲートに印加される制御信号TGにより制御される。
転送トランジスタTG−Trは、制御信号がハイレベル(H)の期間に選択されて導通状態となり、フォトダイオードPDで光電変換され蓄積された電荷(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 TG-Tr is connected between the photodiode PD and the floating diffusion FD (floating diffusion layer), and is controlled by the control signal TG applied to the gate through the control line.
The transfer transistor TG-Tr is selected during the high level (H) period when the control signal is in a conductive state, and is photoelectrically converted by the photodiode PD to transfer the accumulated charge (electrons) to the floating diffusion FD.

リセットトランジスタRST−Trは、電源線VRstとフローティングディフュージョンFDの間に接続され、制御線を通じてゲートに印加される制御信号RSTにより制御される。
なお、リセットトランジスタRST−Trは、電源電圧VDDの電源線VddとフローティングディフュージョンFDの間に接続され、制御線を通じてゲートに印加される制御信号RSTにより制御されるように構成してもよい。
リセットトランジスタRST−Trは、制御信号RSTがHレベルの期間に選択されて導通状態となり、フローティングディフュージョンFDを電源線VRst(または電源電圧VDDの電源線Vdd)の電位にリセットする。
The reset transistor RST-Tr is connected between the power supply line VRst and the floating diffusion FD, and is controlled by the control signal RST applied to the gate through the control line.
The reset transistor RST-Tr may be connected between the power supply line Vdd of the power supply voltage VDD and the floating diffusion FD, and may be configured to be controlled by the control signal RST applied to the gate through the control line.
The reset transistor RST-Tr is selected during the period of the H level for the control signal RST to be in a conductive state, and resets the floating diffusion FD to the potential of the power supply line VRst (or the power supply line Vdd of the power supply voltage VDD).

ソースフォロワトランジスタSF−Trと選択トランジスタSEL−Trは、電源電圧VDDの電源線Vddと垂直信号線LSGN11の間に直列に接続されている。
ソースフォロワトランジスタSF−TrのゲートにはフローティングディフュージョンFDが接続され、選択トランジスタSEL−Trは制御線を通じてゲートに印加される制御信号SELにより制御される。
選択トランジスタSEL−Trは、制御信号SELがHレベルの期間に選択されて導通状態となる。これにより、ソースフォロワトランジスタSF−TrはフローティングディフュージョンFDの電荷を電圧信号に変換した列出力の読み出し電圧(信号)VSL(PIXOUT)を垂直信号線LSGN11に出力する。
これらの動作は、たとえば転送トランジスタTG−Tr、リセットトランジスタRST−Tr、および選択トランジスタSEL−Tr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。
The source follower transistor SF-Tr and the selection transistor SEL-Tr are connected in series between the power supply line Vdd of the power supply voltage VDD and the vertical signal line LSGN11.
A floating diffusion FD is connected to the gate of the source follower transistor SF-Tr, and the selection transistor SEL-Tr is controlled by a control signal SEL applied to the gate through a control line.
The selection transistor SEL-Tr is selected for the control signal SEL during the H level period and becomes conductive. As a result, the source follower transistor SF-Tr outputs the read voltage (signal) VSL (PIXOUT) of the column output obtained by converting the charge of the floating diffusion FD into a voltage signal to the vertical signal line LSGN11.
These operations are performed simultaneously and in parallel for each pixel of one row because, for example, the gates of the transfer transistor TG-Tr, the reset transistor RST-Tr, and the selection transistor SEL-Tr are connected in row units. Will be reset.

画素部20には、画素PXLがN行×M列配置されているので、各制御信号SEL、RST、TGの制御線はそれぞれN本、垂直信号線LSGN11はM本ある。
図5においては、各制御信号SEL、RST、TGの制御線を1本の行走査制御線として表している。
Since the pixels PXL are arranged in N rows × M columns in the pixel unit 20, there are N control lines for each of the control signals SEL, RST, and TG, and M lines for the vertical signal lines LSGN 11.
In FIG. 5, the control lines of the control signals SEL, RST, and TG are represented as one row scanning control line.

垂直走査回路30は、タイミング制御回路60の制御に応じてシャッター行および読み出し行において行走査制御線を通して画素の駆動を行う。
また、垂直走査回路30は、アドレス信号に従い、信号の読み出しを行うリード行と、フォトダイオードPDに蓄積された電荷をリセットするシャッター行の行アドレスの行選択信号を出力する。
The vertical scanning circuit 30 drives the pixels through the row scanning control lines in the shutter row and the readout row according to the control of the timing control circuit 60.
Further, the vertical scanning circuit 30 outputs a row selection signal of a lead row that reads out the signal according to the address signal and a row address of the shutter row that resets the charge accumulated in the photodiode PD.

上述したように、通常の画素読み出し動作においては、読み出し部70の垂直走査回路30による駆動により、シャッタースキャンが行われ、その後、読み出しスキャンが行われる。 As described above, in the normal pixel readout operation, the shutter scan is performed by the vertical scanning circuit 30 of the readout unit 70, and then the readout scan is performed.

図7は、本第1の実施形態における通常の画素読み出し動作時のシャッタースキャンおよび読み出しスキャンの動作タイミングを示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing the operation timings of the shutter scan and the read scan during the normal pixel read operation in the first embodiment.

選択トランジスタSEL−Trのオン(導通)、オフ(非導通)を制御する制御信号SELは、シャッタースキャン期間PSHTにはローレベル(L)に設定されて選択トランジスタSEL−Trが非導通状態に保持され、読み出しスキャン期間PRDOにはHレベルに設定されて選択トランジスタSEL−Trが導通状態に保持される。
そして、シャッタースキャン期間PSHTには、制御信号RSTがハイレベル(H)の期間に所定期間制御信号TGがハイレベル(H)に設定されて、リセットトランジスタRST−Trおよび転送トランジスタTG−Trを通じてフォトダイオードPDおよびフローティングディフュージョンFDがリセットされる。
The control signal SEL that controls the on (conduction) and off (non-conduction) of the selection transistor SEL-Tr is set to a low level (L) during the shutter scan period PSHT, and the selection transistor SEL-Tr is held in the non-conduction state. Then, the read scan period PRDO is set to the H level, and the selection transistor SEL-Tr is held in the conductive state.
Then, in the shutter scan period PSHT, the control signal TG is set to the high level (H) during the period when the control signal RST is at the high level (H), and the photo is taken through the reset transistor RST-Tr and the transfer transistor TG-Tr. The diode PD and floating diffusion FD are reset.

読み出しスキャン期間PRDOには、制御線RSTがハイレベル(H)に設定されてリセットトランジスタRST−Trを通じてフローティングディフュージョンFDがリセットされ、このリセット期間PR後の第1読み出し期間PRD1にリセット状態の画素読み出し信号VRST11(リセット電圧Vrst)が読み出される。
読み出し期間PRD1後に、所定期間、制御信号TGがハイレベル(H)に設定されて転送トランジスタTG−Trを通じてフローティングディフュージョンFDにフォトダイオードPDの蓄積電荷が転送され、この転送期間PT後の第2読み出し期間PRD2に蓄積された電子(電荷)に応じた画素読み出し信号VSIG11(信号電圧Vsig)が読み出される。
In the read scan period PRDO, the control line RST is set to the high level (H), the floating diffusion FD is reset through the reset transistor RST-Tr, and the pixel read in the reset state is set to the first read period PRD1 after the reset period PR. The signal VRST11 (reset voltage Vrst) is read out.
After the read period PRD1, the control signal TG is set to the high level (H) for a predetermined period, the accumulated charge of the photodiode PD is transferred to the floating diffusion FD through the transfer transistor TG-Tr, and the second read after the transfer period PT. The pixel read-out signal VSIG 11 (signal voltage Vsig) corresponding to the electrons (charges) accumulated in the period PRD2 is read out.

なお、本第1の実施形態の通常の画素読み出し動作において、蓄積期間(露光期間)EXPは、図7に示すように、シャッタースキャン期間PSHTでフォトダイオードPDおよびフローティングディフュージョンFDをリセットして制御信号TGをLレベルに切り替えてから、読み出しスキャン期間PRDOの転送期間PTを終了するために制御信号TGをLレベルに切り替えるまでの期間である。 In the normal pixel readout operation of the first embodiment, as shown in FIG. 7, the storage period (exposure period) EXP resets the photodiode PD and the floating diffusion FD during the shutter scan period PSHT to control signals. The period from when the TG is switched to the L level until the control signal TG is switched to the L level in order to end the transfer period PT of the read scan period PRDO.

カラム読み出し回路40は、画素部20の各カラム(列)出力に対応して配置された複数の列信号処理回路(図示せず)を含み、複数の列信号処理回路で列並列処理が可能に構成されてもよい。 The column readout circuit 40 includes a plurality of column signal processing circuits (not shown) arranged corresponding to each column (column) output of the pixel unit 20, and enables column parallel processing by the plurality of column signal processing circuits. It may be configured.

カラム読み出し回路40は、相関二重サンプリング(CDS:Correlated Double Sampling)回路やADC(アナログデジタルコンバータ;AD変換器)、アンプ(AMP,増幅器)等を含んで構成可能である。 The column readout circuit 40 can be configured to include a Correlated Double Sampling (CDS) circuit, an ADC (analog digital converter; AD converter), an amplifier (AMP, an amplifier), and the like.

このように、カラム読み出し回路40は、たとえば図8(A)に示すように、画素部20の各列出力の読み出し信号VSLをデジタル信号に変換するADC41を含んで構成されてもよい。
あるいは、カラム読み出し回路40は、たとえば図8(B)に示すように、画素部20の各列出力の読み出し信号VSLを増幅する増幅部としてのアンプ(AMP)42が配置されてもよい。
As described above, as shown in FIG. 8A, for example, the column readout circuit 40 may include an ADC 41 that converts the readout signal VSL of each column output of the pixel unit 20 into a digital signal.
Alternatively, as shown in FIG. 8B, for example, the column readout circuit 40 may include an amplifier (AMP) 42 as an amplification unit that amplifies the readout signal VSL of each column output of the pixel unit 20.

そして、本第1の実施形態のカラム読み出し回路40は、画素信号監視部(PMC)43を有する。
画素信号監視部43は、各カラムにおいて、垂直信号線LSGN11に読み出された画素信号VSLの読み出しリセット信号VRST11の信号レベルLVRSTがあらかじめ設定された参照電圧Vrefを超えた場合、ADC41のAD変換部の変換コードを所定のコードに固定させる。
なお、参照電圧Vrefを超えた場合とは、本第1の実施形態では、一例として読み出しリセット信号VRST11の信号レベルLVRSTが第2の参照電圧Vref2により低くなった場合をいう。
The column readout circuit 40 of the first embodiment has a pixel signal monitoring unit (PMC) 43.
In each column, the pixel signal monitoring unit 43 is an AD conversion unit of the ADC 41 when the signal level LVRST of the read reset signal VRST11 of the pixel signal VSL read out to the vertical signal line LSGN11 exceeds the preset reference voltage Vref. The conversion code of is fixed to the predetermined code.
The case where the reference voltage Vref is exceeded means, as an example, the case where the signal level LVRST of the read reset signal VRST11 is lowered by the second reference voltage Vref2 in the first embodiment.

ここで、画素信号監視部43の具体的な構成および機能の一例について、図8(B)のアンプ42を含むカラム読み出し回路40に関連付けて説明する。 Here, an example of a specific configuration and function of the pixel signal monitoring unit 43 will be described in relation to the column readout circuit 40 including the amplifier 42 of FIG. 8B.

図9は、本発明の第1の実施形態に係るカラム読み出し回路の構成を説明するための図である。 FIG. 9 is a diagram for explaining the configuration of the column readout circuit according to the first embodiment of the present invention.

図9のカラム読み出し回路40Aは、増幅部としてのアンプ42A、ADC41A、および画素信号監視部43Aにより構成されている。 The column readout circuit 40A of FIG. 9 includes an amplifier 42A and an ADC 41A as an amplification unit, and a pixel signal monitoring unit 43A.

アンプ42Aは、垂直信号線LSGN11を伝搬された画素信号VSL(PIXOUT)を増幅し、増幅した画素信号をアンプ出力AMPoutとしてADC41Aおよび画素信号監視部43Aに出力する。 The amplifier 42A amplifies the pixel signal VSL (PIXOUT) propagated on the vertical signal line LSGN11, and outputs the amplified pixel signal as an amplifier output AMPout to the ADC 41A and the pixel signal monitoring unit 43A.

図10は、本発明の第1の実施形態に係る増幅部としてのアンプの構成例を示す回路図である。 FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration example of an amplifier as an amplification unit according to the first embodiment of the present invention.

アンプ42Aは、演算増幅器(以下、オペアンプという)421、サンプリングキャパシタ(入力キャパシタ:Cc)C421、帰還キャパシタ(フィードバックキャパシタ:Cf)C422、オートゼロスイッチ部SW421、出力ノードND421、および参照電位Vref1を含んで構成されている。 The amplifier 42A includes an operational amplifier (hereinafter referred to as an operational amplifier) 421, a sampling capacitor (input capacitor: Cc) C421, a feedback capacitor (feedback capacitor: Cf) C422, an auto-zero switch unit SW421, an output node ND421, and a reference potential Vref1. It is configured.

オペアンプ421は、第1の入力端子、本第1の実施形態では反転入力端子(−)、および第2の入力端子、本第1の実施形態では非反転入力端子(+)の2つの入力端子を有し、第1の入力端子(−)への入力電圧VSLと第2の入力端子(+)への参照電位Vref1の差分をゲインA0倍して(増幅して)アンプ出力AMPoutを得る。
オペアンプ421の出力端子は、出力ノードND421に接続されている。
The operational amplifier 421 has two input terminals, a first input terminal, an inverting input terminal (−) in the first embodiment, and a second input terminal, and a non-inverting input terminal (+) in the first embodiment. The difference between the input voltage VSL to the first input terminal (−) and the reference potential Vref1 to the second input terminal (+) is multiplied by the gain A0 (amplified) to obtain an amplifier output AMPout.
The output terminal of the operational amplifier 421 is connected to the output node ND421.

アンプ42Aは、画素信号VSLの読み出しリセット信号VRST11が入力されてから所定期間(リセット状態時の画素信号を読み出す第1読み出し期間が開始されてから所定の期間)、制御信号AZ42がHレベルに設定される。
これにより、アンプ42Aのオートゼロスイッチ部SW421が導通状態となる。
これにより、アンプ42Aのオペアンプ421がリセット状態となる。
その結果、オートゼロ動作時のアンプ42Aのオペアンプ421の出力信号(アンプ出力)AMPoutは、参照電位Vref1となる。
The amplifier 42A sets the control signal AZ42 to the H level for a predetermined period after the read reset signal VRST11 of the pixel signal VSL is input (a predetermined period after the first read period for reading the pixel signal in the reset state is started). Will be done.
As a result, the auto zero switch section SW421 of the amplifier 42A becomes conductive.
As a result, the operational amplifier 421 of the amplifier 42A is reset.
As a result, the output signal (amplifier output) AMPout of the operational amplifier 421 of the amplifier 42A during the auto-zero operation becomes the reference potential Vref1.

ADC41は、増幅部としてのアンプ42Aで増幅された画素部20の各カラム(列)出力であるSアナログ読み出しリセット信号VRST11および読み出し信号VSIG11をデジタル信号に変換(AD変換)する。
そして、本第1の実施形態のADC41は、画素信号監視部43Aにより、参照レベルを超える黒レベルが入力されたことを示すフラグ信号Col_detをたとえばアクティブのハイレベル(H)で受けるとAD変換コードを一定となるように処理する演算部411を含んで構成されている。
The ADC 41 converts (AD conversion) the S analog read reset signal VRST11 and the read signal VSIG11, which are the output of each column of the pixel unit 20 amplified by the amplifier 42A as the amplification unit, into digital signals.
Then, when the ADC 41 of the first embodiment receives a flag signal Col_det indicating that a black level exceeding the reference level has been input by the pixel signal monitoring unit 43A, for example, at an active high level (H), an AD conversion code is obtained. It is configured to include a calculation unit 411 that processes so as to be constant.

本第1の実施形態において、演算部411は、画素信号監視部43Aにより、参照レベル(本例では第2の参照電圧Vref2を超える(低い)黒レベルが入力されたことを示すフラグ信号Col_detをアクティブのハイレベル(H)で受けるとAD変換コードを一定となるように、全“1”に固定する。 In the first embodiment, the calculation unit 411 receives a flag signal Col_det indicating that a reference level (in this example, a (low) black level exceeding the second reference voltage Vref2 is input) by the pixel signal monitoring unit 43A. When received at the active high level (H), the AD conversion code is fixed to all "1" so as to be constant.

画素信号監視部43Aは、垂直信号線LSGN11に読み出され、アンプ42Aで増幅された画素信号VSLの読み出しリセット信号VRST11の信号レベルLVRSTが第2の参照電圧Vref2により低くなった場合、ADC41のAD変換部の変換コードを所定のコードに固定させるように、フラグ信号Col_detをたとえばアクティブのハイレベル(H)でADC41Aの演算部411に出力する。 When the signal level LVRST of the read reset signal VRST11 of the pixel signal VSL read by the vertical signal line LSGN11 and amplified by the amplifier 42A is lowered by the second reference voltage Vref2, the pixel signal monitoring unit 43A is the AD of the ADC 41. The flag signal Col_det is output to the arithmetic unit 411 of the ADC 41A at, for example, the active high level (H) so that the conversion code of the conversion unit is fixed to a predetermined code.

図9の画素信号監視部43Aは、信号入力部IS43に入力される読み出しリセット信号VRST11と電圧設定部VS43に設定される参照電圧Vref(1,2)とを比較する比較部431、および比較部431の比較結果信号S431をラッチし、このラッチ期間中に、ADC41のAD変換部の変換コードを所定のコードに固定させるように、フラグ信号Col_detをたとえばアクティブのハイレベル(H)でADC41Aの演算部411に出力するラッチ部432を有する、1ビットコンパレートにより構成されている。 The pixel signal monitoring unit 43A of FIG. 9 is a comparison unit 431 and a comparison unit that compare the read reset signal VRST 11 input to the signal input unit IS43 with the reference voltage Vref (1, 2) set in the voltage setting unit VS43. The flag signal Col_det is, for example, the operation of the ADC 41A at the active high level (H) so as to latch the comparison result signal S431 of the 431 and fix the conversion code of the AD conversion unit of the ADC 41 to a predetermined code during this latch period. It is configured by a 1-bit compare having a latch portion 432 that outputs to the section 411.

より具体的には、比較部431は、参照電圧Vrefとしてセット時の読み出しリセット信号VRST11の信号レベルに相当するレベルの第1の参照電圧Vref1と、第1の参照電圧Vref1より大きいレベルの第2の参照電圧Vref2と、が設定可能である。
比較部431は、信号入力部IS43に入力される垂直信号線LSGN11に読み出された画素信号VSLの読み出しリセット信号VRST11と電圧設定部VS43に設定される参照電圧Vref1,Vref2とを比較する。
More specifically, the comparison unit 431 has a first reference voltage Vref1 having a level corresponding to the signal level of the read reset signal VRST11 at the time of setting as a reference voltage Vref, and a second reference voltage Vref1 having a level larger than the first reference voltage Vref1. The reference voltage Vref2 and can be set.
The comparison unit 431 compares the read reset signal VRST11 of the pixel signal VSL read by the vertical signal line LSGN11 input to the signal input unit IS43 with the reference voltages Vref1 and Vref2 set in the voltage setting unit VS43.

本第1の実施形態において、第1の参照電圧Vref1は、アンプ42Aのオートゼロ時の出力電圧と等しい電圧値に設定される。 In the first embodiment, the first reference voltage Vref1 is set to a voltage value equal to the output voltage of the amplifier 42A at the time of auto-zero.

画素信号監視部43は、比較部431を含み、画素のリセット期間PRおよびリセット解除後の読み出しリセット信号VRST11の読み出し開始時の所定期間に、信号入力部IS43の電位を第1の参照電圧Vref1のレベルに初期化し、初期化後、垂直信号線LSGN11に読み出された画素信号VSLの読み出しリセット信号VRST11と電圧設定部VS43に設定される第2の参照電圧Vrrf2とを比較し、読み出しリセット信号VRST11の信号レベルが第2の参照電圧Vref2を超えた場合、ADC41AのAD変換部の変換コードを所定のコード、たとえば全“1”に固定させる。 The pixel signal monitoring unit 43 includes the comparison unit 431, and sets the potential of the signal input unit IS43 to the first reference voltage Vref1 during a predetermined period at the start of reading the read reset signal VRST11 after the pixel reset period PR and reset release. Initialized to a level, after initialization, the read reset signal VRST11 of the pixel signal VSL read out to the vertical signal line LSGN11 is compared with the second reference voltage Vrrf2 set in the voltage setting unit VS43, and the read reset signal VRST11 When the signal level of the above exceeds the second reference voltage Vref2, the conversion code of the AD conversion unit of the ADC 41A is fixed to a predetermined code, for example, all “1”.

なお、前述したように、参照電圧Vrefを超えた場合とは、本第1の実施形態では、一例として読み出しリセット信号VRST11の信号レベルLVRSTが第2の参照電圧Vref2により低くなった場合をいう。
また、第2の参照電圧Vref2は、第1の参照電圧Vref1と高輝度光が入射したときの黒レベルLBに相当する電圧との間の電圧値に設定される。
また、前述したように、高輝度光が入射したときの黒レベルに相当する電圧とは、高輝度光入射時に(信号−黒レベル)が減少することで黒つぶれ現象が発生する、あるいは発生する可能性のあるレベルである。
As described above, the case where the reference voltage Vref is exceeded means, as an example, the case where the signal level LVRST of the read reset signal VRST11 is lowered by the second reference voltage Vref2 in the first embodiment.
Further, the second reference voltage Vref2 is set to a voltage value between the first reference voltage Vref1 and the voltage corresponding to the black level LB when the high-luminance light is incident.
Further, as described above, the voltage corresponding to the black level when the high-luminance light is incident causes or the black crushing phenomenon occurs due to the decrease of (signal-black level) when the high-luminance light is incident. It is a possible level.

図11は、本発明の第1の実施形態に係る画素信号監視部の一構成例を示す回路図である。 FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration example of a pixel signal monitoring unit according to the first embodiment of the present invention.

図11の画素信号監視部43Aにおける比較部431は、第1の比較器4311、AC結合用キャパシタC431、第1のリセット信号RSTにより接続状態と非接続状態が切り換え可能なオートゼロスイッチSW431、第1のリセット信号RSTにより接続状態と非接続状態が切り換え可能な第1の参照スイッチSW432、第1のリセット信号RSTと逆相の第2のリセット信号RST_Bにより接続状態と非接続状態が切り換え可能な第2の参照スイッチSW433、および第1の比較器4311の出力信号S4311を処理する第2の比較器4312を含んで構成されている。 The comparison unit 431 in the pixel signal monitoring unit 43A of FIG. 11 has a first comparator 4311, an AC coupling capacitor C431, an auto zero switch SW431 that can switch between a connected state and a non-connected state by the first reset signal RST, and the first. The first reference switch SW432, which can switch between the connected state and the disconnected state by the reset signal RST of, and the second reset signal RST_B, which has the opposite phase to the first reset signal RST, can switch between the connected state and the disconnected state. The reference switch SW433 of 2 and the second comparator 4312 for processing the output signal S4311 of the first comparator 4311 are included.

なお、第1のリセット信号RSTは、画素のリセットトランジスタRST−Trの制御信号RSTと同相の信号である。 The first reset signal RST is a signal having the same phase as the control signal RST of the pixel reset transistor RST-Tr.

第1の比較器4311は、第1の入力端子、本実施形態では反転入力端子(−)がAC結合用キャパシタC431に接続され、AC結合用キャパシタC431を介してアンプ42Aの増幅した画素信号であるアンプ出力AMPoutの供給ラインに接続され、オートゼロスイッチSW431が第1の入力端子(−)と出力端子との間に接続されている。
第1の比較器4311は、第1の参照スイッチSW432が第2の入力端子、本実施形態では非反転入力端子(+)と第1の参照電圧Vref1の供給ラインとの間に接続され、第2の参照スイッチSW433が第2の入力端子(+)と第2の参照電圧Vref2の供給ラインとの間に接続されている。
In the first comparator 4311, the first input terminal, that is, the inverting input terminal (−) in the present embodiment is connected to the AC coupling capacitor C431, and the amplified pixel signal of the amplifier 42A is used via the AC coupling capacitor C431. It is connected to the supply line of a certain amplifier output AMPout, and the auto zero switch SW431 is connected between the first input terminal (−) and the output terminal.
In the first comparator 4311, the first reference switch SW432 is connected between the second input terminal, the non-inverting input terminal (+) in the present embodiment, and the supply line of the first reference voltage Vref1. The reference switch SW433 of 2 is connected between the second input terminal (+) and the supply line of the second reference voltage Vref2.

比較部431において、第1の比較ステージ(stage1)を形成する第1の比較器4311はアクティブのたとえばハイレベル(H)の第1のイネーブル信号EN1により比較動作を行う。
第2の比較ステージ(stage2)を形成する第2の比較器4312は、第1のイネーブル信号EN1より後にアクティブのハイレベル(H)となる第2のイネーブル信号EN2により比較動作を行う。
In the comparison unit 431, the first comparator 4311 forming the first comparison stage (stage 1) performs a comparison operation by an active, for example, a high level (H) first enable signal EN1.
The second comparator 4312 forming the second comparison stage (stage 2) performs the comparison operation by the second enable signal EN2 which becomes the active high level (H) after the first enable signal EN1.

ラッチ部432は、たとえばD型フリップフロップDFF432により形成され、比較部431の出力信号となる第2の比較器4312の出力信号S4312をラッチ信号latchに同期してラッチし、ラッチ信号latchがハイレベル(H)になることで、比較部431の比較動作を確定し、フラグ信号Col_detをたとえばアクティブのハイレベル(H)でADC41Aの演算部411に出力する。 The latch portion 432 is formed by, for example, a D-type flip-flop DFF432, and latches the output signal S4312 of the second comparator 4312, which is the output signal of the comparison unit 431, in synchronization with the latch signal latch, and the latch signal latch is at a high level. (H) determines the comparison operation of the comparison unit 431, and outputs the flag signal Col_det to the calculation unit 411 of the ADC 41A at, for example, the active high level (H).

本第1の実施形態において、比較部431は、第1のイネーブル信号EN1がアクティブのハイレベル(H)となり第1の比較器4311が比較動作に入った後、第1のリセット信号PSTが所定のリセット期間PRアクティブのハイレベル(H)となる。
これにより、第1の比較器4311は、オートゼロスイッチSW431が導通状態となり第1の入力端子(−)と出力端子が接続され、ボルテージフォロワ構成となる。その際、第2の入力端子(+)に第1の参照電圧Vref1が供給され、第1の比較器4311がオートゼロ動作を行い、信号入力部IP43に第1の参照電圧Vref1および第1の比較器の4311オフセット電圧Vofsが保持される。
第1のリセット信号RSTが非アクティブのローレベル(L)となり、第2のリセット信号RST_Bがハイレベル(H)となり、オートゼロスイッチSW431および第1の参照スイッチSW432が非接続状態となり、第2の参照スイッチSW433が導通状態となり参照電圧が第1の参照電圧Vref1から第2の参照電圧Vref2に切り換わる。
この切り換わり後、第2のイネーブル信号EN2がアクティブのハイレベル(H)となり第2の比較器4312が比較動作に入る。
比較部431の比較結果を示す第2の比較器4312の出力信号S4312はラッチ部432に出力される。
In the first embodiment, the comparison unit 431 determines the first reset signal PST after the first enable signal EN1 becomes the active high level (H) and the first comparator 4311 enters the comparison operation. Reset period The PR active high level (H) is reached.
As a result, in the first comparator 4311, the auto zero switch SW431 is in a conductive state, and the first input terminal (−) and the output terminal are connected to form a voltage follower configuration. At that time, the first reference voltage Vref1 is supplied to the second input terminal (+), the first comparator 4311 performs an auto-zero operation, and the signal input unit IP43 is compared with the first reference voltage Vref1. The 4311 offset voltage Vofs of the instrument is held.
The first reset signal RST becomes the inactive low level (L), the second reset signal RST_B becomes the high level (H), the auto zero switch SW431 and the first reference switch SW432 become disconnected, and the second reset signal SW432 becomes disconnected. The reference switch SW433 becomes conductive and the reference voltage is switched from the first reference voltage Vref1 to the second reference voltage Vref2.
After this switching, the second enable signal EN2 becomes the active high level (H), and the second comparator 4312 enters the comparison operation.
The output signal S4312 of the second comparator 4312 showing the comparison result of the comparison unit 431 is output to the latch unit 432.

ラッチ部432は、比較部431の出力信号のうち少なくとも読み出しリセット信号VRST11の信号レベルが第2の参照電圧Vref2を超えたことを検出した検出信号をラッチし、このラッチ期間中、ADC41AのAD変換部の変換コードを所定のコードに固定させることを指示するフラグ信号Col_detをたとえばアクティブのハイレベル(H)でADC41Aの演算部411に出力する。 The latch unit 432 latches a detection signal that detects that at least the signal level of the read reset signal VRST11 exceeds the second reference voltage Vref2 among the output signals of the comparison unit 431, and AD conversion of the ADC 41A during this latch period. A flag signal Col_det instructing that the conversion code of the unit is fixed to a predetermined code is output to the arithmetic unit 411 of the ADC 41A, for example, at an active high level (H).

水平走査回路50は、カラム読み出し回路40のADC等の複数の列信号処理回路で処理された信号を走査して水平方向に転送し、図示しない信号処理回路に出力する。 The horizontal scanning circuit 50 scans signals processed by a plurality of column signal processing circuits such as the ADC of the column readout circuit 40, transfers them in the horizontal direction, and outputs the signals to a signal processing circuit (not shown).

タイミング制御回路60は、画素部20、垂直走査回路30、カラム読み出し回路40、水平走査回路50等の信号処理に必要なタイミング信号を生成する。 The timing control circuit 60 generates timing signals necessary for signal processing of the pixel unit 20, the vertical scanning circuit 30, the column readout circuit 40, the horizontal scanning circuit 50, and the like.

以上、固体撮像装置10の各部の構成および機能の概要について説明した。
次に、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置10の画素信号の読み出し処理について図12(A)〜(J)および図7に関連付けて説明する。
なお、以下では、通常輝度の光が入射する場合と高輝度の光が入射された場合について説明する。
The outline of the configuration and function of each part of the solid-state image sensor 10 has been described above.
Next, the pixel signal readout process of the solid-state image sensor 10 according to the first embodiment of the present invention will be described in relation to FIGS. 12 (A) to 12 (J) and FIG. 7.
In the following, a case where light of normal luminance is incident and a case where light of high luminance is incident will be described.

図12(A)〜(J)は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置10の画素信号の読み出し処理について説明するためのタイミングチャートである。
図12(A)〜(J)は、高輝度の光が入射された場合の画素信号監視部43Aの動作を含めて示されている。
図12(A)は画素信号PIXOUTの読み出しレベルを、図12(B)は第1のリセット信号RSTを、図12(C)は第1のイネーブル信号を、図12(D)は第1の比較器4311の出力信号stage1outを、図12(E)は第2のイネーブル信号を、図12(F)は第2のリセットサンプル期間中RST_Bを、図12(G)は第2の比較器4312の出力信号stage2outを、図12(H)はラッチ信号latchを、図12(I)はフラグ信号Col_detを、図12(J)はADC41の出力信号(出力データ)ADCoutをそれぞれ示している。
12 (A) to 12 (J) are timing charts for explaining the pixel signal readout process of the solid-state image sensor 10 according to the first embodiment of the present invention.
12 (A) to 12 (J) are shown including the operation of the pixel signal monitoring unit 43A when high-luminance light is incident.
12 (A) shows the read level of the pixel signal PIXOUT, FIG. 12 (B) shows the first reset signal RST, FIG. 12 (C) shows the first enable signal, and FIG. 12 (D) shows the first. The output signal stage1out of the comparator 4311, FIG. 12 (E) shows the second enable signal, FIG. 12 (F) shows RST_B during the second reset sample period, and FIG. 12 (G) shows the second comparator 4312. 12 (H) shows the latch signal latch, FIG. 12 (I) shows the flag signal Col_det, and FIG. 12 (J) shows the output signal (output data) ADC out of the ADC 41.

読み出しスキャン期間PRDOおいては、図7に示すように、画素アレイの中のある一行を選択するために、その選択された行の各画素PXLに接続された制御線への制御信号SELがHレベルに設定されて画素PXLの選択トランジスタSEL−Trが導通状態となる。
この選択状態において、図7に示すように、リセット期間PR1にリセットトランジスタRST−Trが、制御信号RSTがHレベルの期間に選択されて導通状態となり、フローティングディフュージョンFDが電源電位VDDにリセットされる。
このリセット期間PR1が経過した後(リセットトランジスタRST−Trが非導通状態)、転送期間PT1が開始されるまでの期間が、リセット状態時のリセット電圧Vrstを読み出す第1読み出し期間PRD1となる。
In the read scan period PRDO, as shown in FIG. 7, in order to select a row in the pixel array, the control signal SEL to the control line connected to each pixel PXL of the selected row is H. The level is set and the selection transistor SEL-Tr of the pixel PXL becomes conductive.
In this selected state, as shown in FIG. 7, the reset transistor RST-Tr is selected during the reset period PR1 and the control signal RST is selected during the H level period to be in the conduction state, and the floating diffusion FD is reset to the power supply potential VDD. ..
After the reset period PR1 has elapsed (the reset transistor RST-Tr is in a non-conducting state), the period until the transfer period PT1 is started is the first read period PRD1 for reading the reset voltage Vrst in the reset state.

上述したように、リセット期間PR1後の第1読み出し期間PRD1にリセット状態の画素読み出し電圧である読み出しリセット信号VRST11が垂直信号線LSGN11を通して読み出され、図示しないロード回路を介してカラム読み出し回路40に供給されて、AD変換処理後たとえば保持される。 As described above, the read reset signal VRST11, which is the pixel read voltage in the reset state, is read through the vertical signal line LSGN11 in the first read period PRD1 after the reset period PR1, and is read to the column read circuit 40 via a load circuit (not shown). It is supplied and retained, for example, after the AD conversion process.

各カラムのカラム読み出し回路40に入力された読み出しリセット信号VRST11は、まず、アンプ42Aにおいて増幅され、そのアンプ出力AMPoutがADC41Aおよび画素信号監視部43Aに出力される。
アンプ42Aにおいては、画素信号VSLの読み出しリセット信号VRST11が入力されてから所定期間(リセット状態時の画素信号を読み出す第1読み出し期間が開始されてから所定の期間)、制御信号AZ42がHレベルに設定される。
これにより、アンプ42Aのオペアンプ421がリセット状態となる。
その結果、オートゼロ動作時のアンプ42Aのオペアンプ421の出力信号(アンプ出力)AMPoutは、参照電位Vref1となる。
The read reset signal VRST11 input to the column read circuit 40 of each column is first amplified by the amplifier 42A, and the amplifier output AMPout is output to the ADC 41A and the pixel signal monitoring unit 43A.
In the amplifier 42A, the control signal AZ42 becomes H level for a predetermined period after the read reset signal VRST11 of the pixel signal VSL is input (a predetermined period after the first read period for reading the pixel signal in the reset state is started). Set.
As a result, the operational amplifier 421 of the amplifier 42A is reset.
As a result, the output signal (amplifier output) AMPout of the operational amplifier 421 of the amplifier 42A during the auto-zero operation becomes the reference potential Vref1.

(通常輝度の光が入射する場合)
画素信号監視部43Aにおいては、第1のイネーブル信号EN1がアクティブのハイレベル(H)となり比較部431の第1の比較器4311が比較動作に入った後、第1のリセット信号PSTが所定のリセット期間PRアクティブのハイレベル(H)に保持される。
これにより、第1の比較器4311は、オートゼロスイッチSW431が導通状態となり第1の入力端子(−)と出力端子が接続され、ボルテージフォロワ構成となる。
その際、第2の入力端子(+)に第1の参照電圧Vref1が供給され、第1の比較器4311がオートゼロ動作を行い、信号入力部IP43に第1の参照電圧Vref1および第1の比較器の4311オフセット電圧Vofsが保持される。
これにより、カラム(列)ごとのバラツキがキャンセルされる。
次いで、第1のリセット信号RSTが非アクティブのローレベル(L)となり、第2のリセット信号RST_Bがハイレベル(H)となり、オートゼロスイッチSW431および第1の参照スイッチSW432が非接続状態となり、第2の参照スイッチSW433が導通状態となり参照電圧が第1の参照電圧Vref1から第2の参照電圧Vref2に切り換わる。
この切り換わり後、第2のイネーブル信号EN2がアクティブのハイレベル(H)となり第2の比較器4312が比較動作に入る。
そして、比較部431の比較結果を示す第2の比較器4312の出力信号S43112はラッチ部432に出力される。
(When light of normal brightness is incident)
In the pixel signal monitoring unit 43A, after the first enable signal EN1 becomes the active high level (H) and the first comparator 4311 of the comparison unit 431 enters the comparison operation, the first reset signal PST is predetermined. The reset period is maintained at the high level (H) of PR active.
As a result, in the first comparator 4311, the auto zero switch SW431 is in a conductive state, and the first input terminal (−) and the output terminal are connected to form a voltage follower configuration.
At that time, the first reference voltage Vref1 is supplied to the second input terminal (+), the first comparator 4311 performs an auto-zero operation, and the signal input unit IP43 is compared with the first reference voltage Vref1. The 4311 offset voltage Vofs of the instrument is held.
As a result, the variation for each column is canceled.
Next, the first reset signal RST becomes the inactive low level (L), the second reset signal RST_B becomes the high level (H), the auto zero switch SW431 and the first reference switch SW432 become disconnected, and the first The reference switch SW433 of 2 is in a conductive state, and the reference voltage is switched from the first reference voltage Vref1 to the second reference voltage Vref2.
After this switching, the second enable signal EN2 becomes the active high level (H), and the second comparator 4312 enters the comparison operation.
Then, the output signal S43112 of the second comparator 4312 showing the comparison result of the comparison unit 431 is output to the latch unit 432.

たとえばD型フリップフロップDFF432により形成されるラッチ部432では、比較部431の出力信号となる第2の比較器4312の出力信号S4312をラッチ信号latchに同期してラッチし、ラッチ信号latchがハイレベル(H)になることで、比較部431の比較動作が確定され、フラグ信号Col_detがたとえばアクティブのハイレベル(H)またはローレベル(L)でADC41Aの演算部411に出力される。
ここでは、通常輝度の光が入射することを前提としていることから、読み出しリセット信号VRST11の黒レベルLBは、第2の参照電圧Vref2のレベルを超えない(第2の参照電圧Vref2のレベルより高い)黒レベルが入力されている。
したがって、比較部431の第1の比較器4311および第2の比較器4312の出力信号はローレベル(L)となり、画素信号監視部43Aのラッチ部432からローレベル(L)のフラグ信号Col_detがADC41Aの演算部411に出力される。
For example, in the latch unit 432 formed by the D-type flip-flop DFF432, the output signal S4312 of the second comparator 4312, which is the output signal of the comparison unit 431, is latched in synchronization with the latch signal latch, and the latch signal latch is at a high level. By (H), the comparison operation of the comparison unit 431 is confirmed, and the flag signal Col_det is output to the calculation unit 411 of the ADC 41A at, for example, the active high level (H) or low level (L).
Here, since it is assumed that light of normal luminance is incident, the black level LB of the read reset signal VRST11 does not exceed the level of the second reference voltage Vref2 (higher than the level of the second reference voltage Vref2). ) The black level has been entered.
Therefore, the output signals of the first comparator 4311 and the second comparator 4312 of the comparator 431 are at the low level (L), and the low level (L) flag signal Col_det is transmitted from the latch portion 432 of the pixel signal monitoring unit 43A. It is output to the arithmetic unit 411 of the ADC 41A.

ADC41においては、増幅部としてのアンプ42Aで増幅された画素部20の各カラム(列)出力のアナログ読み出しリセット信号VRST11がデジタル信号に変換(AD変換)される。
そして、ADC41の演算部411においては、画素信号監視部43Aにより、参照レベルである第2の参照電圧Vref2のレベルを超えない(参照レベルより高い)黒レベルが入力されたことを示すフラグ信号Col_detをたとえばローレベル(L)で受ける。
したがって、通常輝度の光が入射された場合、AD変換コードは変換されたままのコードで図示しないメモリに保持される。
In the ADC 41, the analog read reset signal VRST11 of each column output of the pixel unit 20 amplified by the amplifier 42A as the amplification unit is converted (AD conversion) into a digital signal.
Then, in the calculation unit 411 of the ADC 41, the pixel signal monitoring unit 43A inputs a flag signal Col_det indicating that a black level that does not exceed the level of the second reference voltage Vref2 (higher than the reference level), which is the reference level, has been input. Is received at a low level (L), for example.
Therefore, when light of normal brightness is incident, the AD conversion code is held in a memory (not shown) as it is converted.

(高輝度の光が入射する場合)
この場合、高輝度の光が入射されていることから、読み出しリセット信号VRST11の黒レベルLBは、第2の参照電圧Vref2のレベルを超える(第2の参照電圧Vref2のレベルより低い)黒レベルが入力されている。
したがって、比較部431の第1の比較器4311および第2の比較器4312の出力信号はハイレベル(H)となり、画素信号監視部43Aのラッチ部432からハイレベル(H)のフラグ信号Col_detがADC41Aの演算部411に出力され、イネーブル信号EN1がアクティブのハイレベル(H)の期間中保持される。
(When high-intensity light is incident)
In this case, since high-intensity light is incident, the black level LB of the read reset signal VRST11 has a black level exceeding the level of the second reference voltage Vref2 (lower than the level of the second reference voltage Vref2). It has been entered.
Therefore, the output signals of the first comparator 4311 and the second comparator 4312 of the comparison unit 431 become high level (H), and the flag signal Col_det of the high level (H) is transmitted from the latch unit 432 of the pixel signal monitoring unit 43A. It is output to the arithmetic unit 411 of the ADC 41A, and the enable signal EN1 is held during the active high level (H) period.

ADC41においては、増幅部としてのアンプ42Aで増幅された画素部20の各カラム(列)出力のアナログ読み出しリセット信号VRST11がデジタル信号に変換(AD変換)される。
そして、ADC41の演算部411においては、画素信号監視部43Aにより、参照レベルである第2の参照電圧Vref2のレベルを超える(第2の参照電圧Vref2のレベルより低い)黒レベルが入力されたことを示すフラグ信号Col_detをハイレベル(H)で受ける。
したがって、通常輝度の光が入射された場合、AD変換コードは固定されたコード(全“1”に固定)で図示しないメモリに保持される。
In the ADC 41, the analog read reset signal VRST11 of each column output of the pixel unit 20 amplified by the amplifier 42A as the amplification unit is converted (AD conversion) into a digital signal.
Then, in the calculation unit 411 of the ADC 41, a black level exceeding the level of the second reference voltage Vref2 (lower than the level of the second reference voltage Vref2), which is the reference level, is input by the pixel signal monitoring unit 43A. The flag signal Col_det indicating the above is received at a high level (H).
Therefore, when light of normal brightness is incident, the AD conversion code is a fixed code (fixed to all “1”) and is held in a memory (not shown).

ここで、第1読み出し期間PRD1が終了し、転送期間PT1となる。
図7に示すように、転送期間PT1に転送トランジスタTG−Trが、制御信号TGがハイレベル(H)の期間に選択されて導通状態となり、フォトダイオードPDで光電変換され蓄積された電荷(電子)がフローティングディフュージョンFDに転送される。
この転送期間PT1が経過した後(転送トランジスタTG−Trが非導通状態)、フォトダイオードPDが光電変換して蓄積した電荷に応じた信号電圧Vsigを読み出す第2読み出し期間PRD2となる。
Here, the first read period PRD1 ends, and the transfer period PT1 is set.
As shown in FIG. 7, the transfer transistor TG-Tr is selected during the transfer period PT1 during the period when the control signal TG is at the high level (H) to be in a conductive state, and is photoelectrically converted and accumulated by the photodiode PD. ) Is transferred to the floating diffusion FD.
After the transfer period PT1 has elapsed (the transfer transistor TG-Tr is in a non-conducting state), the second readout period PRD2 is set to read out the signal voltage Vsig corresponding to the charge accumulated by photoelectric conversion by the photodiode PD.

上述したように、第1読み出し期間PRD1後に、所定期間、制御信号TGがHレベルに設定されて転送トランジスタTG−Trを通じてフローティングディフュージョンFDにフォトダイオードPDの蓄積電荷が転送され、この転送期間PT1後の第2読み出し期間PRD2に蓄積された電子(電荷)に応じた画素読み出し電圧である読み出し信号VSIG11が垂直信号線LSGN11に読み出される。 As described above, after the first read period PRD1, the control signal TG is set to the H level for a predetermined period, and the accumulated charge of the photodiode PD is transferred to the floating diffusion FD through the transfer transistor TG-Tr, and after this transfer period PT1. The read signal VSIG11, which is the pixel read voltage corresponding to the electrons (charges) stored in the second read period PRD2, is read by the vertical signal line LSGN11.

各カラムのカラム読み出し回路40に入力された読み出し信号VSIG11は、まず、アンプ42Aにおいて増幅され、そのアンプ出力AMPoutがADC41Aおよび画素信号監視部43Aに出力される。 The read signal VSIG11 input to the column read circuit 40 of each column is first amplified by the amplifier 42A, and the amplifier output AMPout is output to the ADC 41A and the pixel signal monitoring unit 43A.

ADC41においては、増幅部としてのアンプ42Aで増幅された画素部20の各カラム(列)出力のアナログ読み出し信号VSIG11がデジタル信号に変換(AD変換)される。
そして、読み出し信号VSIG11のAD変換コードは固定されたコードで図示しないメモリに保持される。
In the ADC 41, the analog read signal VSIG 11 of each column output of the pixel unit 20 amplified by the amplifier 42A as the amplification unit is converted (AD conversion) into a digital signal.
The AD conversion code of the read signal VSIG11 is a fixed code and is held in a memory (not shown).

そして、たとえば読み出し部70の一部を構成する読み出し回路40において、第2読み出し期間PRD2に読み出された読み出し信号VSIG11(信号電圧Vsig)と第1読み出し期間PRD1に読み出された読み出しリセット信号VRST11(リセット電圧Vrst)との差分(Vsig−Vrst)がとられてCDS処理が行われる。
この通常輝度時および高輝度時共に、画素出力が信号電圧Vsigとリセット電圧(黒レベル)Vrstの差分(Vsig−Vrst)の減少は極めては小さいことから、この差分が減少することで起きる黒つぶれ現象の発生を防止することが可能である。
Then, for example, in the read circuit 40 constituting a part of the read unit 70, the read signal VSIG 11 (signal voltage Vsig) read in the second read period PRD2 and the read reset signal VRST11 read in the first read period PRD1. The difference (Vsig-Vrst) from (reset voltage Vrst) is taken and the CDS processing is performed.
Since the decrease in the difference (Vsig-Vrst) between the signal voltage Vsig and the reset voltage (black level) Vrst is extremely small in both the normal luminance and the high luminance, the black crushing caused by this difference is reduced. It is possible to prevent the occurrence of the phenomenon.

以上説明したように、本第1の実施形態によれば、画素信号監視部43は、比較部431を含み、画素のリセット期間PRおよびリセット解除後の読み出しリセット信号VRST11の読み出し開始時の所定期間に、信号入力部IS43の電位を第1の参照電圧Vref1のレベルに初期化し、初期化後、垂直信号線LSGN11に読み出された画素信号VSLの読み出しリセット信号VRST11と電圧設定部VS43に設定される第2の参照電圧Vrrf2とを比較し、読み出しリセット信号VRST11の信号レベルが第2の参照電圧Vref2を超えた場合、ADC41AのAD変換部の変換コードを所定のコード、たとえば全“1”に固定させる。
画素信号監視部43は、各カラムにおいて、垂直信号線LSGN11に読み出され、アンプ42で増幅された画素信号VSLの読み出しリセット信号VRST11の信号レベルLVRSTがあらかじめ設定された参照電圧Vrefを超えた場合(一例として読み出しリセット信号VRST11の信号レベルLVRSTが第2の参照電圧Vref2により低くなった場合)、ADC41のAD変換部の変換コードを所定のコードに固定させる。
As described above, according to the first embodiment, the pixel signal monitoring unit 43 includes the comparison unit 431, and has a pixel reset period PR and a predetermined period at the time of starting reading of the read reset signal VRST 11 after reset release. In addition, the potential of the signal input unit IS43 is initialized to the level of the first reference voltage Vref1, and after the initialization, it is set in the read reset signal VRST11 and the voltage setting unit VS43 of the pixel signal VSL read out to the vertical signal line LSGN11. When the signal level of the read reset signal VRST11 exceeds the second reference voltage Vref2, the conversion code of the AD conversion unit of the ADC 41A is changed to a predetermined code, for example, all "1". Fix it.
When the signal level LVRST of the read reset signal VRST11 of the pixel signal VSL read by the vertical signal line LSGN11 and amplified by the amplifier 42 exceeds the preset reference voltage Vref in each column. (As an example, when the signal level LVRST of the read reset signal VRST11 is lowered by the second reference voltage Vref2), the conversion code of the AD conversion unit of the ADC 41 is fixed to a predetermined code.

したがって、本第1の実施形態によれば、通常輝度時および高輝度時共に、画素出力が信号電圧Vsigとリセット電圧(黒レベル)Vrstの差分(Vsig−Vrst)の減少は極めては小さいことから、この差分が減少することで起きる黒つぶれ現象の発生を防止することが可能である。
このように、本第1の実施形態によれば、カラム(列)ごとの素子のばらつき等があったとしても確実に反転ビデオノイズの発生を防止(太陽黒点防止)することが可能で、ひいては高画質化を実現することが可能となる。
Therefore, according to the first embodiment, the decrease in the difference (Vsig-Vrst) between the signal voltage Vsig and the reset voltage (black level) Vrst in the pixel output is extremely small in both the normal luminance and the high luminance. , It is possible to prevent the occurrence of the blackout phenomenon caused by the decrease of this difference.
As described above, according to the first embodiment, it is possible to surely prevent the generation of inverted video noise (prevent sunspots) even if there are variations in the elements for each column. It is possible to achieve high image quality.

(第2の実施形態)
図13は、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置のカラム読み出し系を示す図である。
(Second embodiment)
FIG. 13 is a diagram showing a column readout system of the solid-state image sensor according to the second embodiment of the present invention.

本第2の実施形態に係る固体撮像装置10Bが上述した第1の実施形態に係る固体撮像装置10と異なる点は、以下の通りである。
本第2の実施形態に係る固体撮像装置10Bにおいて、各カラムの垂直信号線LSGN11に読み出された画素信号VSLの読み出しリセット信号VRST11の黒レベルLBRSTを所定レベルLBNにクランプするクランプ回路44が配置されている。
ここで、黒レベルの所定レベルとは、通常輝度時の黒レベルLBNMに相当する
The difference between the solid-state image sensor 10B according to the second embodiment and the solid-state image sensor 10 according to the first embodiment described above is as follows.
In the solid-state image sensor 10B according to the second embodiment, a clamp circuit 44 for clamping the black level LBRST of the read reset signal VRST11 of the pixel signal VSL read out to the vertical signal line LSGN11 of each column to a predetermined level LBN is arranged. Has been done.
Here, the predetermined level of the black level corresponds to the black level LBNM at the time of normal luminance.

図13のクランプ回路44は、画素配列の各列において画素信号PIXOUTが読み出される垂直信号線SLGN11と、所定電源たとえば電源電位VDDとの間に、クランプトランジスタCLP−Trおよび選択トランジスタSL−Trが直列に接続されて形成されている。
各カラム(列)に対応して配置されたクランプトランジスタCLP−Trのゲート電圧はクランプレベル生成回路200によるクランプ信号CLPの供給ラインに共通に接続され、選択トランジスタSL−Trのゲート電圧はクランプ選択信号CSLの供給ラインに共通に接続されている。
In the clamp circuit 44 of FIG. 13, a clamp transistor CLP-Tr and a selection transistor SL-Tr are connected in series between a vertical signal line SLGN11 from which a pixel signal PIXOUT is read out in each row of a pixel array and a predetermined power source, for example, a power supply potential VDD. It is formed by being connected to.
The gate voltage of the clamp transistor CLP-Tr arranged corresponding to each column is commonly connected to the supply line of the clamp signal CLP by the clamp level generation circuit 200, and the gate voltage of the selection transistor SL-Tr is clamp selection. It is commonly connected to the supply line of the signal CSL.

本実施形態においては、クランプ選択信号CSLは、読み出し部70により読み出しスキャンPRDOのリセット期間PRおよび第1読み出し期間PRD1にアクティブのHレベルに設定される。 In the present embodiment, the clamp selection signal CSL is set to the H level active in the reset period PR of the read scan PRDO and the first read period PRD1 by the read unit 70.

クランプ回路44は、図4に示すように、たとえば非常に強い光(高輝度光)が1つ以上の画素に入射した際、黒レベルLB1を黒レベルLB3クランプして、信号レベルSLと黒レベルLBの差分をΔV3(ΔV1≒ΔV3>ΔV2)に保持させて、差分がΔV1からΔV2(ΔV1>ΔV2)に減衰して変動することを防止する。 As shown in FIG. 4, the clamp circuit 44 clamps the black level LB1 to the black level LB3 when, for example, very strong light (high-intensity light) is incident on one or more pixels, and the signal level SL and the black level The difference in LB is held in ΔV3 (ΔV1≈ΔV3> ΔV2) to prevent the difference from being attenuated from ΔV1 to ΔV2 (ΔV1> ΔV2) and fluctuating.

ところが、上述したCMOSイメージセンサでは、クランプ電圧を制御するための基準信号であるクランプ信号CLPを、全列共通としていたために、列ごとの素子バラつき等によりクランプレベルもバラつき、クランプがうまくかからない列が発生し得る。
本第2の実施形態においては、このような状態が発生したとしても、カラム読み出し回路40は、比較部431およびラッチ部432を含み、画素のリセット期間PRおよびリセット解除後の読み出しリセット信号VRST11の読み出し開始時の所定期間に、信号入力部IS43の電位を第1の参照電圧Vref1のレベルに初期化し、初期化後、垂直信号線LSGN11に読み出された画素信号VSLの読み出しリセット信号VRST11と電圧設定部VS43に設定される第2の参照電圧Vrrf2とを比較し、読み出しリセット信号VRST11の信号レベルが第2の参照電圧Vref2を超えた場合、ADC41AのAD変換部の変換コードを所定のコード、たとえば全“1”に固定させる画素信号監視部43を有することから、以下の効果を得ることができる。
本第2の実施形態によれば、通常輝度時および高輝度時共に、画素出力が信号電圧Vsigとリセット電圧(黒レベル)Vrstの差分(Vsig−Vrst)の減少は極めては小さいことから、この差分が減少することで起きる黒つぶれ現象の発生を防止することが可能である。
However, in the above-mentioned CMOS image sensor, since the clamp signal CLP, which is a reference signal for controlling the clamp voltage, is common to all rows, the clamp level also varies due to element variations in each row, and the clamp does not work properly. Can occur.
In the second embodiment, even if such a state occurs, the column read circuit 40 includes the comparison unit 431 and the latch unit 432, and the read reset signal VRST 11 after the pixel reset period PR and the reset release is included. During a predetermined period at the start of reading, the potential of the signal input unit IS43 is initialized to the level of the first reference voltage Vref1, and after initialization, the reading reset signal VRST11 and the voltage of the pixel signal VSL read to the vertical signal line LSGN11. When the signal level of the read reset signal VRST11 exceeds the second reference voltage Vref2 by comparing with the second reference voltage Vrrf2 set in the setting unit VS43, the conversion code of the AD conversion unit of the ADC 41A is changed to a predetermined code. For example, since the pixel signal monitoring unit 43 is fixed to all "1", the following effects can be obtained.
According to the second embodiment, the decrease in the difference (Vsig-Vrst) between the signal voltage Vsig and the reset voltage (black level) Vrst in the pixel output is extremely small in both the normal luminance and the high luminance. It is possible to prevent the occurrence of the blackout phenomenon caused by the decrease in the difference.

このように、本第2の実施形態によれば、カラム(列)ごとの素子のばらつき等があったとしても確実に反転ビデオノイズの発生を防止することが可能で、ひいては高画質化を実現することが可能となる。 As described above, according to the second embodiment, it is possible to surely prevent the generation of inverted video noise even if there are variations in the elements for each column, and eventually, high image quality is realized. It becomes possible to do.

以上説明した固体撮像装置10は、デジタルカメラやビデオカメラ、携帯端末、あるいは監視用カメラ、医療用内視鏡用カメラなどの電子機器に、撮像デバイスとして適用することができる。 The solid-state imaging device 10 described above can be applied as an imaging device to electronic devices such as digital cameras, video cameras, portable terminals, surveillance cameras, and medical endoscope cameras.

図14は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置が適用されるカメラシステムを搭載した電子機器の構成の一例を示す図である。 FIG. 14 is a diagram showing an example of the configuration of an electronic device equipped with a camera system to which the solid-state image sensor according to the embodiment of the present invention is applied.

本電子機器300は、図14に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置10が適用可能なCMOSイメージセンサ310を有する。
さらに、電子機器300は、このCMOSイメージセンサ310の画素領域に入射光を導く(被写体像を結像する)光学系(レンズ等)320を有する。
電子機器300は、CMOSイメージセンサ310の出力信号を処理する信号処理回路(PRC)330を有する。
As shown in FIG. 14, the electronic device 300 has a CMOS image sensor 310 to which the solid-state image sensor 10 according to the present embodiment can be applied.
Further, the electronic device 300 has an optical system (lens or the like) 320 that guides incident light to the pixel region of the CMOS image sensor 310 (to form an image of a subject image).
The electronic device 300 has a signal processing circuit (PRC) 330 that processes the output signal of the CMOS image sensor 310.

信号処理回路330は、CMOSイメージセンサ310の出力信号に対して所定の信号処理を施す。
信号処理回路330で処理された画像信号は、液晶ディスプレイ等からなるモニタに動画として映し出し、あるいはプリンタに出力することも可能であり、またメモリカード等の記録媒体に直接記録する等、種々の態様が可能である。
The signal processing circuit 330 performs predetermined signal processing on the output signal of the CMOS image sensor 310.
The image signal processed by the signal processing circuit 330 can be displayed as a moving image on a monitor including a liquid crystal display or output to a printer, and can be directly recorded on a recording medium such as a memory card. Is possible.

上述したように、CMOSイメージセンサ310として、前述した固体撮像装置10を搭載することで、高性能、小型、低コストのカメラシステムを提供することが可能となる。
そして、カメラの設置の要件に実装サイズ、接続可能ケーブル本数、ケーブル長さ、設置高さなどの制約がある用途に使われる、たとえば、監視用カメラ、医療用内視鏡用カメラなどの電子機器を実現することができる。
As described above, by mounting the above-mentioned solid-state image sensor 10 as the CMOS image sensor 310, it is possible to provide a high-performance, compact, and low-cost camera system.
Electronic devices such as surveillance cameras and medical endoscope cameras are used in applications where there are restrictions on camera installation requirements such as mounting size, number of connectable cables, cable length, and installation height. Can be realized.

10,10B・・・固体撮像装置、20・・・画素部、30・・・垂直走査回路、40,40B・・・カラム読み出し回路、41,41A・・・ADC、411・・・演算部、42,42A・・・アンプ、43,43A・・・画素信号監視部、431・・・比較部、432・・・ラッチ部、4311・・・第1の比較器、4312・・・第2の比較器、SW431・・・オートゼロスイッチ、SW432・・・第1の参照スイッチ、SW433・・・第2の参照スイッチ、C431・・・サンプリングキャパシタ、Vref1・・・第1の参照電圧、Vref2・・・第2の参照電圧、44・・・クランプ回路、50・・・水平走査回路、60・・・タイミング制御回路、70・・・読み出し部、300・・・電子機器、310・・・CMOSイメージセンサ、320・・・光学系、330・・・信号処理回路(PRC)。


10,10B ... solid-state imaging device, 20 ... pixel unit, 30 ... vertical scanning circuit, 40,40B ... column readout circuit, 41,41A ... ADC, 411 ... arithmetic unit, 42, 42A ... Amplifier, 43, 43A ... Pixel signal monitoring unit, 431 ... Comparison unit, 432 ... Latch unit, 4311 ... First comparator, 4312 ... Second Comparator, SW431 ... auto zero switch, SW432 ... first reference switch, SW433 ... second reference switch, C431 ... sampling capacitor, Vref1 ... first reference voltage, Vref2 ... Second reference voltage, 44 ... clamp circuit, 50 ... horizontal scanning circuit, 60 ... timing control circuit, 70 ... readout unit, 300 ... electronic device, 310 ... CMOS image Sensor, 320 ... Optical system, 330 ... Signal processing circuit (PRC).


Claims (13)

光電変換を行う画素が行列状に配置された画素部と、
前記画素から信号線に電圧信号として読み出される画素信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログデジタル(AD)変換機能を有する読み出し回路と、を有し、
前記画素から読み出される前記画素信号は、
前記画素から順に読み出される読み出しリセット信号および読み出し信号を含み、
前記読み出し回路は、
前記信号線に読み出された前記画素信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するAD変換部と、
前記信号線に読み出された前記画素信号の読み出しリセット信号の信号レベルがあらかじめ設定された参照電圧を超えた場合、前記AD変換部の変換コードを通常の変換コードと異なるコードに変更させる画素信号監視部と、を含む
固体撮像装置。
A pixel section in which pixels for photoelectric conversion are arranged in a matrix, and
It has a readout circuit having an analog digital (AD) conversion function that converts a pixel signal read as a voltage signal from the pixel to a signal line from an analog signal to a digital signal.
The pixel signal read from the pixel is
A read reset signal and a read signal read in order from the pixel are included.
The read circuit is
An AD conversion unit that converts the pixel signal read out on the signal line from an analog signal to a digital signal, and
When the signal level of the read reset signal of the pixel signal read out to the signal line exceeds a preset reference voltage, the pixel signal for changing the conversion code of the AD conversion unit to a code different from the normal conversion code. A solid-state image sensor, including a monitoring unit.
前記画素信号監視部は、
前記信号線に読み出された前記画素信号の読み出しリセット信号の信号レベルがあらかじめ設定された参照電圧を超えた場合、前記AD変換部の変換コードを所定のコードに固定させる
請求項1記載の固体撮像装置。
The pixel signal monitoring unit is
The solid according to claim 1, wherein when the signal level of the read reset signal of the pixel signal read out to the signal line exceeds a preset reference voltage, the conversion code of the AD conversion unit is fixed to a predetermined code. Image sensor.
前記画素信号監視部は、
リセット時の前記読み出しリセット信号の信号レベルに相当するレベルの第1の参照電圧と、
前記第1の参照電圧より大きいレベルの第2の参照電圧と、が設定可能であり、
信号入力部に入力される前記信号線に読み出された前記画素信号の読み出しリセット信号と電圧設定部に設定される前記参照電圧とを比較する比較部を含み、
前記比較部は、
前記画素のリセット期間およびリセット解除後の前記読み出しリセット信号の読み出し開始時の所定期間に前記信号入力部の電位を前記第1の参照電圧に初期化し、当該初期化後、前記信号線に読み出された前記画素信号の読み出しリセット信号と電圧設定部に設定される前記第2の参照電圧とを比較し、前記読み出しリセット信号の信号レベルが前記第2の参照電圧を超えた場合、前記AD変換部の変換コードを所定のコードに固定させる
請求項1または2記載の固体撮像装置。
The pixel signal monitoring unit is
A first reference voltage at a level corresponding to the signal level of the read reset signal at the time of reset, and
A second reference voltage at a level higher than the first reference voltage can be set.
Includes a comparison unit that compares the read reset signal of the pixel signal read out to the signal line input to the signal input unit with the reference voltage set in the voltage setting unit.
The comparison unit
The potential of the signal input unit is initialized to the first reference voltage during the reset period of the pixel and the predetermined period at the start of reading the read reset signal after the reset is released, and after the initialization, the signal is read to the signal line. The read reset signal of the pixel signal is compared with the second reference voltage set in the voltage setting unit, and when the signal level of the read reset signal exceeds the second reference voltage, the AD conversion is performed. The solid-state imaging device according to claim 1 or 2, wherein the conversion code of the unit is fixed to a predetermined code.
前記第2の参照電圧は、前記第1の参照電圧と高輝度光が入射したときの黒レベルに相当する電圧との間の電圧値に設定される
請求項3記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the second reference voltage is set to a voltage value between the first reference voltage and a voltage corresponding to a black level when high-luminance light is incident.
前記比較部は、
第1の比較器と、
サンプリングキャパシタと、
第1のリセット信号により接続状態と非接続状態が切り換え可能な第1のオートゼロスイッチと、
第1のリセット信号により接続状態と非接続状態が切り換え可能な第1の参照スイッチと、
前記第1のリセット信号と逆相の第2のリセット信号により接続状態と非接続状態が切り換え可能な第2の参照スイッチと、を含み、
前記第1の比較器は、
第1の入力端子が前記サンプリングスイッチに接続され、前記サンプリングスイッチを介して前記画素信号の供給ラインに接続され、
前記オートゼロスイッチが前記第1の入力端子と出力端子との間に接続され、

前記第1の参照スイッチが第2の入力端子と前記第1の参照電圧の供給ラインとの間に接続され、
前記第2の参照スイッチが前記第2の入力端子と前記第2の参照電圧の供給ラインとの間に接続されている
請求項3または4記載の固体撮像装置。
The comparison unit
The first comparator and
With a sampling capacitor
The first auto-zero switch, which can switch between the connected state and the disconnected state by the first reset signal,
The first reference switch, which can switch between the connected state and the disconnected state by the first reset signal,
A second reference switch, which can switch between a connected state and a disconnected state by a second reset signal having a reverse phase to the first reset signal, is included.
The first comparator is
The first input terminal is connected to the sampling switch, and is connected to the pixel signal supply line via the sampling switch.
The auto zero switch is connected between the first input terminal and the output terminal, and the auto zero switch is connected.

The first reference switch is connected between the second input terminal and the supply line of the first reference voltage.
The solid-state image sensor according to claim 3 or 4, wherein the second reference switch is connected between the second input terminal and the supply line of the second reference voltage.
前記比較部は、
前記第1の比較器の出力信号を処理する第2の比較器を含み
前記第1の比較器は、アクティブの第1のイネーブル信号により比較動作を行い、
前記第2の比較器は、前記第1のイネーブル信号より後にアクティブとなる第2のイネーブル信号により比較動作を行う
請求項5記載の固体撮像装置。
The comparison unit
The first comparator includes a second comparator that processes the output signal of the first comparator, and the first comparator performs a comparison operation by an active first enable signal.
The solid-state image sensor according to claim 5, wherein the second comparator performs a comparison operation by a second enable signal that becomes active after the first enable signal.
前記比較部は、
前記第1のイネーブル信号がアクティブとなり前記第1の比較器が比較動作に入った後、
前記第1のリセット信号が所定期間アクティブとなり、前記第1の比較器の前記第1の入力端子と前記出力端子が接続され、前記第2の入力端子に前記第1の参照電圧が供給され、前記第1の比較器がオートゼロ動作を行い、前記信号入力部に前記第1の参照電圧および前記第1の比較器のオフセット電圧が保持され、
前記第1のリセット信号が非アクティブとなり、前記オートゼロスイッチおよび前記第1の参照スイッチが非接続状態となり参照電圧が前記第1の参照電圧から前記第2の参照電圧に切り換わり、当該切り換わり後、前記第2のイネーブル信号がアクティブとなり前記第2の比較器が比較動作に入り、
前記読み出しリセット信号の信号レベルが前記第2の参照電圧を超えた場合、前記AD変換部の変換コードを所定のコードに固定させる
請求項6記載の固体撮像装置。
The comparison unit
After the first enable signal becomes active and the first comparator enters the comparison operation,
The first reset signal is activated for a predetermined period, the first input terminal and the output terminal of the first comparator are connected, and the first reference voltage is supplied to the second input terminal. The first comparator performs an auto-zero operation, and the signal input unit holds the first reference voltage and the offset voltage of the first comparator.
The first reset signal becomes inactive, the auto-zero switch and the first reference switch are disconnected, and the reference voltage switches from the first reference voltage to the second reference voltage, and after the switching. , The second enable signal becomes active, the second comparator enters the comparison operation, and the comparison operation is started.
The solid-state image sensor according to claim 6, wherein when the signal level of the read reset signal exceeds the second reference voltage, the conversion code of the AD conversion unit is fixed to a predetermined code.
前記画素信号監視部は、
前記比較部の出力信号のうち少なくとも前記読み出しリセット信号の信号レベルが前記第2の参照電圧を超えたことを検出した検出信号をラッチし、前記AD変換部の変換コードを所定のコードに固定させることを指示するフラグ信号を前記AD変換部に出力するラッチ部を含む
請求項3から7のいずれか一記載の固体撮像装置。
The pixel signal monitoring unit is
Among the output signals of the comparison unit, the detection signal for detecting that the signal level of at least the read reset signal exceeds the second reference voltage is latched, and the conversion code of the AD conversion unit is fixed to a predetermined code. The solid-state imaging device according to any one of claims 3 to 7, further comprising a latch unit that outputs a flag signal instructing that to the AD conversion unit.
前記読み出し回路は、
前記信号線を伝搬された前記画素信号を増幅して前記画素信号監視部および前記AD変換部に出力するアンプを含み、
前記第1の参照電圧は、前記アンプのオートゼロ時の出力電圧と等しい電圧値に設定される
請求項3から8のいずれか一記載の固体撮像装置。
The read circuit is
Includes an amplifier that amplifies the pixel signal propagated through the signal line and outputs it to the pixel signal monitoring unit and the AD conversion unit.
The solid-state image sensor according to any one of claims 3 to 8, wherein the first reference voltage is set to a voltage value equal to the output voltage at the time of auto zero of the amplifier.
前記画素は、
蓄積期間に光電変換により生成した電荷を蓄積する光電変換素子と、
前記光電変換素子に蓄積された電荷を転送期間に転送可能な転送素子と、
前記転送素子を通じて前記光電変換素子で蓄積された電荷が転送されるフローティングディフュージョンと、
前記フローティングディフュージョンの電荷を電荷量に応じた利得をもって電圧信号に変換するソースフォロワ素子と、
リセット期間に前記フローティングディフュージョンを所定電位にリセットするリセット素子と、を含む
請求項1から9のいずれか一に記載の固体撮像装置。
The pixel is
A photoelectric conversion element that accumulates the electric charge generated by photoelectric conversion during the accumulation period, and
A transfer element capable of transferring the electric charge accumulated in the photoelectric conversion element during the transfer period, and a transfer element.
Floating diffusion in which the electric charge accumulated in the photoelectric conversion element is transferred through the transfer element, and
A source follower element that converts the charge of the floating diffusion into a voltage signal with a gain corresponding to the amount of charge, and
The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 9, further comprising a reset element that resets the floating diffusion to a predetermined potential during a reset period.
前記画素信号の列読み出し系に、黒レベルを所定レベルにクランプするクランプ回路が配置されている
請求項1から10のいずれか一に記載の固体撮像装置。
The solid-state image sensor according to any one of claims 1 to 10, wherein a clamp circuit for clamping a black level to a predetermined level is arranged in the pixel signal column readout system.
光電変換を行う画素が行列状に配置された画素部と、
前記画素から信号線に電圧信号として読み出される画素信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログデジタル(AD)変換機能を有する読み出し回路と、を有し、
前記読み出し回路は、
前記信号線に読み出された前記画素信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するAD変換部を含む
固体撮像装置の駆動方法であって、
前記画素から読み出される前記画素信号は、
前記画素から順に読み出される読み出しリセット信号および読み出し信号を含み、
前記読み出し回路において、
前記信号線に読み出された前記画素信号の読み出しリセット信号の信号レベルがあらかじめ設定された参照電圧を超えた場合、前記AD変換部の変換コードを通常の変換コードと異なるコードに変更させる
固体撮像装置の駆動方法。
A pixel section in which pixels for photoelectric conversion are arranged in a matrix, and
It has a readout circuit having an analog digital (AD) conversion function that converts a pixel signal read as a voltage signal from the pixel to a signal line from an analog signal to a digital signal.
The read circuit is
A method for driving a solid-state image pickup device including an AD conversion unit that converts the pixel signal read out from the signal line from an analog signal to a digital signal.
The pixel signal read from the pixel is
A read reset signal and a read signal read in order from the pixel are included.
In the read circuit
When the signal level of the read reset signal of the pixel signal read out to the signal line exceeds a preset reference voltage, the conversion code of the AD conversion unit is changed to a code different from the normal conversion code. How to drive the device.
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置に被写体像を結像する光学系と、を有し、
前記固体撮像装置は、
光電変換を行う画素が行列状に配置された画素部と、
前記画素から信号線に電圧信号として読み出される画素信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログデジタル(AD)変換機能を有する読み出し回路と、を有し、
前記画素から読み出される前記画素信号は、
前記画素から順に読み出される読み出しリセット信号および読み出し信号を含み、
前記読み出し回路は、
前記信号線に読み出された前記画素信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するAD変換部と、
前記信号線に読み出された前記画素信号の読み出しリセット信号の信号レベルがあらかじめ設定された参照電圧を超えた場合、前記AD変換部の変換コードを通常の変換コードと異なるコードに変更させる画素信号監視部と、を含む
電子機器。


With a solid-state image sensor,
The solid-state image sensor has an optical system for forming a subject image, and the solid-state image sensor has an optical system.
The solid-state image sensor
A pixel section in which pixels for photoelectric conversion are arranged in a matrix, and
It has a readout circuit having an analog digital (AD) conversion function that converts a pixel signal read as a voltage signal from the pixel to a signal line from an analog signal to a digital signal.
The pixel signal read from the pixel is
A read reset signal and a read signal read in order from the pixel are included.
The read circuit is
An AD conversion unit that converts the pixel signal read out on the signal line from an analog signal to a digital signal, and
When the signal level of the read reset signal of the pixel signal read out to the signal line exceeds a preset reference voltage, the pixel signal for changing the conversion code of the AD conversion unit to a code different from the normal conversion code. Monitoring unit and electronic devices including.


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