JP2023005071A - Image pickup device and imaging apparatus - Google Patents

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Abstract

To read a signal out of an embedded photodiode.SOLUTION: An image pickup device comprises: a photoelectric conversion part which converts light to electric charges; an accumulation part which accumulates the electric charges generated by the photoelectric conversion part; a detection part which detects variation in a resistance value in the accumulation part; and a reading part which reads a signal based on the electric charges of the photoelectric conversion part when the detection part detects the variation in the resistance value in the accumulation part.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、撮像素子及び撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging device and an imaging device.

従来、撮像機能を有する撮像装置(例えば、デジタルカメラ)等に用いられるイメージセンサにおいて、光電変換膜と、光電変換膜により発生した電荷を読み出す読出回路とを積層する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上述したようなイメージセンサにおいて、フォトダイオードに電荷が貯まった回数をカウントすることによりフォトダイオードが生成する電荷量を計測する場合、埋め込みフォトダイオードにすることができないため、Si/絶縁膜界面からの暗電流が非常に大きいという問題があった。
Conventionally, in an image sensor used in an imaging device (e.g., digital camera) having an imaging function, a technology has been proposed in which a photoelectric conversion film and a readout circuit for reading out the charges generated by the photoelectric conversion film are stacked (e.g., , see Patent Document 1).
However, in the image sensor as described above, when measuring the amount of charge generated by the photodiode by counting the number of times that the charge is accumulated in the photodiode, since the embedded photodiode cannot be used, the Si/insulating film interface There is a problem that the dark current from the is very large.

特開2019-212991号公報JP 2019-212991 A

本発明の撮像素子は、光を電荷に変換する光電変換部と、前期光電変換部で生成された電荷を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部における抵抗値の変化を検出する検出部と、前記検出部により前記蓄積部の抵抗値の変化が検出されると、前記光電変換部の電荷に基づく信号を読み出す読出部とを備える。 The imaging device of the present invention includes a photoelectric conversion portion that converts light into electric charge, an accumulation portion that accumulates the electric charge generated by the photoelectric conversion portion, a detection portion that detects a change in resistance value in the accumulation portion, and the a reading unit that reads out a signal based on the charge of the photoelectric conversion unit when a change in the resistance value of the storage unit is detected by the detection unit.

本発明の第1の実施形態に係る撮像素子の構成の一例を示す図である。It is a figure showing an example of composition of an image sensor concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る撮像素子の機能構成の一例を示す図である。It is a figure showing an example of functional composition of an image sensor concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る画素毎回路の機能構成の一例を示す図である。3 is a diagram showing an example of the functional configuration of the pixel-by-pixel circuit according to the first embodiment of the present invention; FIG. 本発明の第1の実施形態に係る画素断面図である。It is a pixel sectional view concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る画素毎回路の回路構成の一例を示す図である。1 is a diagram showing an example of a circuit configuration of a pixel-by-pixel circuit according to the first embodiment of the present invention; FIG. 本発明の第1の実施形態に係る信号の時間変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the time change of the signal based on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る画素毎回路の回路構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the circuit structure of the circuit for every pixel based on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る信号の時間変化の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of time change of a signal according to the second embodiment of the present invention; 本発明の第3の実施形態に係る画素毎回路の回路構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the circuit structure of the circuit for every pixel based on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る信号の時間変化の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of time change of a signal according to the third embodiment of the present invention;

[第1の実施形態]
以下、本発明の第1の実施形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施形態に係る撮像素子1の構成の一例を示す図である。
撮像素子1は、撮像装置に備えられ、被写体像を撮像し、撮像する画像の画素データを生成する。
撮像素子1は、画素チップ11と、回路チップ12とを備える。
[First embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of an imaging device 1 according to the first embodiment of the present invention.
The imaging device 1 is provided in an imaging apparatus, captures an image of a subject, and generates pixel data of the captured image.
The imaging device 1 includes a pixel chip 11 and a circuit chip 12 .

画素チップ11は、複数の画素21を備える。画素チップ11に備えられるそれぞれの画素21は、入射した光の量に応じて電荷を生成する。
回路チップ12は、画素21により生成された電荷の量を読み出す読出回路を画素毎に備える。
本実施形態において、画素チップ11と回路チップ12とは、画素毎に接合されている。
The pixel chip 11 has a plurality of pixels 21 . Each pixel 21 provided in the pixel chip 11 generates an electric charge according to the amount of incident light.
The circuit chip 12 includes a readout circuit for each pixel that reads out the amount of charge generated by the pixel 21 .
In this embodiment, the pixel chip 11 and the circuit chip 12 are joined together for each pixel.

図2は、本発明の一実施形態に係る撮像素子1の機能構成の一例を示す図である。同図を参照しながら、撮像素子1の機能構成の一例について説明する。
撮像素子1は、画素21と、ADC(Analog to Digital Converter)22と、メモリ23と、データバス24と、周辺回路25と、制御回路28とを、その機能として備える。
画素21と、ADC22と、メモリ23とは、撮像素子1が画素21毎に備える画素毎回路20であり周辺回路25と、制御回路28とは、撮像素子1毎に備えられる素子毎回路29である。データバス24は、一部が画素21毎に備えられ、他の一部が撮像素子1毎に備えられる。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the functional configuration of the imaging device 1 according to one embodiment of the present invention. An example of the functional configuration of the imaging device 1 will be described with reference to the figure.
The imaging device 1 includes pixels 21, ADC (Analog to Digital Converter) 22, memory 23, data bus 24, peripheral circuit 25, and control circuit 28 as functions thereof.
The pixel 21, the ADC 22, and the memory 23 are the pixel-by-pixel circuit 20 provided for each pixel 21 of the image pickup device 1, and the peripheral circuit 25 and the control circuit 28 are the device-by-device circuit 29 provided for each image pickup device 1. be. A part of the data bus 24 is provided for each pixel 21 and another part is provided for each image sensor 1 .

画素21は、フォトダイオードを含む。画素21に含まれるフォトダイオードは、入射した光の量に応じて電荷を生成する。画素21は、フォトダイオードにより生成された電荷の量を、電圧値としてADC22に出力する。 Pixel 21 includes a photodiode. A photodiode included in the pixel 21 generates an electric charge according to the amount of incident light. The pixel 21 outputs the amount of charge generated by the photodiode to the ADC 22 as a voltage value.

ADC22は、画素21から入力された電荷の量を示す電圧値(アナログ値)をデジタル値に変換する。ADC22は、変換した値をメモリ23に出力する。本実施形態において、ADC22は、画素21毎に備えられる。 The ADC 22 converts a voltage value (analog value) indicating the amount of charge input from the pixel 21 into a digital value. ADC 22 outputs the converted value to memory 23 . In this embodiment, the ADC 22 is provided for each pixel 21 .

メモリ23は、ADC22から入力された電荷の量を示す値を記憶する。本実施形態において、メモリ23は、画素21毎に備えられる。 The memory 23 stores a value indicating the amount of charge input from the ADC 22 . In this embodiment, the memory 23 is provided for each pixel 21 .

データバス24は、メモリ23に記憶された電荷の量を示す値を取得する。データバス24は、取得した値を、周辺回路25に出力する。 Data bus 24 obtains a value indicative of the amount of charge stored in memory 23 . The data bus 24 outputs the acquired value to the peripheral circuit 25 .

周辺回路25は、それぞれの画素21毎に備えられるメモリ23の値をデータバス24を介して受け取り、所定のインターフェースにより撮像素子の外部へ出力する。 The peripheral circuit 25 receives the values of the memory 23 provided for each pixel 21 via the data bus 24, and outputs them to the outside of the image sensor through a predetermined interface.

制御回路28は、画素21と、ADC22と、メモリ23とを制御する。制御回路28は、例えば、画素21に光が入射する時間を制御する。また、制御回路28は、画素21を制御することにより、画素21毎に蓄えられた電荷の読み出しを行う。さらに、制御回路28は、ADC22と、メモリ23と、データバス24とを制御することにより、周辺回路に25に1フレーム毎の画像データを出力させる。 A control circuit 28 controls the pixels 21 , the ADC 22 and the memory 23 . The control circuit 28 controls, for example, the time during which light enters the pixel 21 . Further, the control circuit 28 reads out the charge stored in each pixel 21 by controlling the pixel 21 . Furthermore, the control circuit 28 controls the ADC 22, the memory 23, and the data bus 24 to cause the peripheral circuit 25 to output image data for each frame.

図3は、本発明の第1の実施形態に画素毎回路20の機能構成の一例を示す図である。画素毎回路20は、画素21と、ADC22と、メモリ23とを備える。
画素21は、フォトダイオード(光電変換部および蓄積部)31を含んで構成される。フォトダイオード31は、入射した光を電荷に変換し蓄積する。この一例において、フォトダイオード31は、埋め込みフォトダイオードである。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the functional configuration of the pixel-by-pixel circuit 20 according to the first embodiment of the present invention. The per-pixel circuit 20 includes a pixel 21 , an ADC 22 and a memory 23 .
The pixel 21 includes a photodiode (photoelectric conversion portion and storage portion) 31 . The photodiode 31 converts incident light into electric charge and accumulates the electric charge. In this example, photodiode 31 is a buried photodiode.

ADC22は、検出部32と、読出部33とを備える。
検出部32は、JFET(Junction Field Effect Transistor)321と、電流源322とを備える。検出部32は、JFET321と、電流源322とを備えることにより、フォトダイオード31における抵抗値の変化を検出する。フォトダイオード31は、蓄積した電荷の量に応じて抵抗値を変化させる。
The ADC 22 includes a detection section 32 and a reading section 33 .
The detector 32 includes a JFET (Junction Field Effect Transistor) 321 and a current source 322 . The detector 32 detects a change in the resistance value of the photodiode 31 by including a JFET 321 and a current source 322 . The photodiode 31 changes its resistance value according to the amount of accumulated charge.

フォトダイオード31の、電荷の量に応じた抵抗値の変化について、図4を参照しながら説明する。
図4は、本発明の第1の実施形態に係る画素断面図である。図4(A)は、フォトダイオード31が空乏時の画素21の断面を示す図である。図4(B)は、フォトダイオード31に電荷が蓄積している状態における画素21の断面を示す図である。同図を参照しながら、フォトダイオード31及びJFET321の構成と、電荷の量に応じたフォトダイオード31の抵抗の変化について説明する。
A change in the resistance value of the photodiode 31 according to the amount of charge will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a pixel according to the first embodiment of the invention. FIG. 4A is a diagram showing a cross section of the pixel 21 when the photodiode 31 is depleted. FIG. 4B is a diagram showing a cross section of the pixel 21 in a state where charges are accumulated in the photodiode 31. As shown in FIG. The configuration of the photodiode 31 and the JFET 321 and the change in the resistance of the photodiode 31 according to the amount of charge will be described with reference to FIG.

図4(A)に示すように、フォトダイオード31は、p型半導体領域311と、n型半導体領域312とを備える。
p型半導体領域311には、JFET321のソース端子である端子321Sと、JFET321のドレイン端子である端子321Dとが接続されている。JFET321のゲート端子である端子321Gは、n型半導体領域312である。すなわち、検出部32は、フォトダイオード31を形成する半導体領域の少なくとも一部を用いて形成される。
端子321Sには電流源322が接続され、端子321Dは接地されている。JFET321は、端子321Gであるn型半導体領域312に蓄積された電荷の量に応じて、ソース-ドレイン間に電流を流す。
フォトダイオード31に電荷が蓄積されていない状態(空乏時)において、p型半導体領域311に形成される空乏層は幅W1に示される領域に形成される。空乏時において、JFET321のソース-ドレイン間の電流は小さい。
As shown in FIG. 4A, the photodiode 31 has a p-type semiconductor region 311 and an n-type semiconductor region 312 .
A terminal 321S that is the source terminal of the JFET 321 and a terminal 321D that is the drain terminal of the JFET 321 are connected to the p-type semiconductor region 311 . Terminal 321G, which is the gate terminal of JFET 321, is n-type semiconductor region 312. FIG. That is, the detection section 32 is formed using at least part of the semiconductor region forming the photodiode 31 .
A current source 322 is connected to the terminal 321S, and the terminal 321D is grounded. JFET 321 conducts a current between its source and drain according to the amount of charge stored in n-type semiconductor region 312, which is terminal 321G.
In a state (during depletion) in which no charge is accumulated in photodiode 31, the depletion layer formed in p-type semiconductor region 311 is formed in a region indicated by width W1. When depleted, the source-drain current of JFET 321 is small.

図4(B)を参照しながら、フォトダイオード31に光が入射し、電荷が蓄積された場合の空乏層の変化について説明する。n型半導体領域312に光が入射すると、n型半導体領域312に蓄積された電子数が増加することにより、電子とカップリングしたp型半導体領域311のホール数が増加する。電子とカップリングしたp型半導体領域311のホール数が増加すると、空乏層の幅が減少する。同図に示す一例において、p型半導体領域311に形成される空乏層は幅W2にまで減少している。
p型半導体領域311に接続された2本の電極(端子321S及び端子321D)間の領域において、コンダクタンスはA-A’断面に含まれるホールの数に比例する。n型半導体領域312に蓄積された電子数が増加することにより、電子とカップリングしたp型半導体領域311のホール数が増加すると、抵抗値が低下する。p型半導体領域311に接続された2本の電極は、JFET321のソース-ドレイン間に相当するため、JFET321のソース-ドレイン間の抵抗値は、フォトダイオード31が電荷を蓄積することによる空乏層の変化に応じて変化する。
A change in the depletion layer when light is incident on the photodiode 31 and charges are accumulated will be described with reference to FIG. 4B. When light enters the n-type semiconductor region 312, the number of electrons accumulated in the n-type semiconductor region 312 increases, and the number of holes in the p-type semiconductor region 311 coupled with electrons increases. As the number of holes in the p-type semiconductor region 311 coupled with electrons increases, the width of the depletion layer decreases. In the example shown in the figure, the depletion layer formed in the p-type semiconductor region 311 is reduced to width W2.
In the region between the two electrodes (terminal 321S and terminal 321D) connected to the p-type semiconductor region 311, the conductance is proportional to the number of holes included in the AA' cross section. As the number of electrons accumulated in the n-type semiconductor region 312 increases and the number of holes in the p-type semiconductor region 311 coupled with electrons increases, the resistance decreases. Since the two electrodes connected to the p-type semiconductor region 311 correspond to between the source and the drain of the JFET 321, the resistance value between the source and the drain of the JFET 321 is the depletion layer caused by the photodiode 31 accumulating charges. Change with change.

なお、この一例においては、端子321S及び端子321Dをp型半導体領域311に接続し、電流源322を備えることにより、ソース-ドレイン間に一定の電流を流す。すなわち、ソース-ドレイン間に電流を流すことにより電圧降下を検出するよう構成しているが、この一例に限定されない。その他の構成により、フォトダイオード31の抵抗値の変化を検出するよう構成してもよい。 In this example, the terminals 321S and 321D are connected to the p-type semiconductor region 311, and the current source 322 is provided to allow a constant current to flow between the source and the drain. In other words, the configuration is such that a voltage drop is detected by causing a current to flow between the source and the drain, but the present invention is not limited to this example. Other configurations may be used to detect changes in the resistance value of the photodiode 31 .

図3に戻り、読出部33は、検出部32によりフォトダイオード31の抵抗値の変化が検出されると、フォトダイオード31の電荷に基づく信号を読み出す。読出部33は、読み出した信号をメモリ23に出力する。 Returning to FIG. 3 , when the detector 32 detects a change in the resistance value of the photodiode 31 , the readout section 33 reads out a signal based on the charge of the photodiode 31 . The reading unit 33 outputs the read signal to the memory 23 .

図5(A)、図5(B)及び図6は、本発明の第1の実施形態に係る具体的な回路構成及び動作について説明するための図である。図5(A)、図5(B)及び図6を参照しながら、第1の実施形態に係る具体的な回路構成及び動作について説明する。
図5(A)及び図5(B)は、本発明の第1の実施形態に係る画素毎回路20の回路構成、及び画素毎回路20とデータバス24との接続の一例を示す図である。この一例において、読出部33は、コンパレータ331と、OR回路332と、リセットトランジスタ334とを備える。
5A, 5B, and 6 are diagrams for explaining a specific circuit configuration and operation according to the first embodiment of the present invention. A specific circuit configuration and operation according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
5A and 5B are diagrams showing an example of the circuit configuration of the pixel-by-pixel circuit 20 and the connection between the pixel-by-pixel circuit 20 and the data bus 24 according to the first embodiment of the present invention. . In this example, the readout section 33 includes a comparator 331 , an OR circuit 332 and a reset transistor 334 .

コンパレータ331は、負極側入力端子と、正極側入力端子と、出力端子とを備える。コンパレータ331の正極側入力端子には、基準電位VREFが印加される。コンパレータ331の負極側入力端子は、JFET321と電流源322との接続点に接続される。JFET321と電流源322との接続点の電位を、“pd_out”と記載する。コンパレータ331の出力端子は、負極側入力端子に入力される電位“pd_out”が基準電位VREFより大きい場合にLを出力し、基準電位VREFより小さい場合にHを出力する。コンパレータ331が出力する信号を“detect”信号と記載する。“detect”信号は、OR回路332の入力端子及びメモリ23に出力される。 The comparator 331 has a negative input terminal, a positive input terminal, and an output terminal. A reference potential V REF is applied to the positive input terminal of the comparator 331 . A negative input terminal of the comparator 331 is connected to a connection point between the JFET 321 and the current source 322 . The potential at the connection point between JFET 321 and current source 322 is described as "pd_out". The output terminal of the comparator 331 outputs L when the potential “ pd_out ” input to the negative input terminal is higher than the reference potential VREF, and outputs H when it is lower than the reference potential VREF . A signal output from the comparator 331 is referred to as a "detect" signal. The “detect” signal is output to the input terminal of the OR circuit 332 and the memory 23 .

OR回路332には、コンパレータ331が出力する“detect”信号及び、制御回路28により制御される“hold_rst”信号が入力される。OR回路332は、入力される“detect”信号又は“hold_rst”信号のいずれかがHである場合にHを出力する。 A “detect” signal output from the comparator 331 and a “hold_rst” signal controlled by the control circuit 28 are input to the OR circuit 332 . The OR circuit 332 outputs H when either the input "detect" signal or the "hold_rst" signal is H.

リセットトランジスタ334は、リセット電圧VRSTをフォトダイオード31に供給することにより、フォトダイオード31をリセットする。リセットトランジスタ334は、OR回路332により制御される。
なお、OR回路332の出力電位をリセット電圧VRSTと合わせるために、読出部33は、レベルシフタ333を備えていてもよい。レベルシフタ333は、OR回路332の出力がHである場合に、OR回路332の出力電位をリセット電圧VRSTに変換してリセットトランジスタ334のゲートに入力する。
The reset transistor 334 resets the photodiode 31 by supplying a reset voltage V RST to the photodiode 31 . Reset transistor 334 is controlled by OR circuit 332 .
Note that readout portion 33 may include level shifter 333 in order to match the output potential of OR circuit 332 with reset voltage VRST. When the output of the OR circuit 332 is H, the level shifter 333 converts the output potential of the OR circuit 332 into the reset voltage V RST and inputs it to the gate of the reset transistor 334 .

メモリ23は、カウンタ231を備える。カウンタ231には、“detect”信号が入力される。カウンタ231は、“detect”信号の立ち上がりエッジが入力された回数をカウントする。また、カウンタ231には、制御回路28により“zero_clr”信号及び“read”信号が入力される。制御回路28から入力される“read”信号は、画素アレイ上の行ごとに共有される。
カウンタ231は、“zero_clr”信号が入力されると、カウントの値をゼロにリセットする。カウンタ231は、“read”信号が入力されると、データバス24にカウンタの値を“data_out”信号として出力する。“data_out”信号の出力先であるデータバス24の配線は、画素アレイ上の列ごとに共有される。
The memory 23 has a counter 231 . A “detect” signal is input to the counter 231 . The counter 231 counts the number of times the rising edge of the "detect" signal is input. A “zero_clr” signal and a “read” signal are input to the counter 231 by the control circuit 28 . A "read" signal input from the control circuit 28 is shared for each row on the pixel array.
The counter 231 resets the count value to zero when the "zero_clr" signal is input. When the "read" signal is input, the counter 231 outputs the counter value to the data bus 24 as the "data_out" signal. The wiring of the data bus 24, which is the output destination of the "data_out" signal, is shared by each column on the pixel array.

図6は、本発明の第1の実施形態に係る信号の時間変化の一例を示す図である。同図は、フォトダイオード31に入射した光を読出部33が読み出す場合における、“hold_rst”信号、“zero_clr”信号、“detect”信号及び“read”信号の時間変化を示した図である。
時刻t11において、制御回路28は、“hold_rst”信号をHに制御する。“hold_rst”信号がHに制御されると、リセットトランジスタ334はオンし、フォトダイオード31の電位は電圧VRSTにリセットされる。
時刻t12において、制御回路28は、“zero_clr”信号を出力する。“zero_clr”信号が出力されると、カウンタ231はゼロにリセットされる。
FIG. 6 is a diagram showing an example of time change of a signal according to the first embodiment of the present invention. This figure shows the temporal changes of the "hold_rst" signal, the "zero_clr" signal, the "detect" signal, and the "read" signal when the light incident on the photodiode 31 is read by the readout unit 33 .
At time t11, the control circuit 28 controls the "hold_rst" signal to H. When the "hold_rst" signal is controlled to H, the reset transistor 334 is turned on and the potential of the photodiode 31 is reset to the voltage VRST.
At time t12, the control circuit 28 outputs the "zero_clr" signal. When the "zero_clr" signal is output, the counter 231 is reset to zero.

時刻t13において、制御回路28は、“hold_rst”信号をLに制御する。“hold_rst”信号がLに制御されると、リセットトランジスタ334はオフする。リセットトランジスタ334がオフすると、JFET321の抵抗値は、フォトダイオード31に入射した光の量に応じて低下する。この一例において、時刻t13から時刻t16までの間が1フレームであり、撮像素子1は、1フレームの間にフォトダイオード31に入射した光の量を検出する。 At time t13, the control circuit 28 controls the "hold_rst" signal to L. When the "hold_rst" signal is controlled low, reset transistor 334 is turned off. When the reset transistor 334 turns off, the resistance value of the JFET 321 decreases according to the amount of light incident on the photodiode 31 . In this example, one frame is from time t13 to time t16, and the image sensor 1 detects the amount of light incident on the photodiode 31 during one frame.

フォトダイオード31に入射した光の量に応じて、JFET321の抵抗値は低下する。JFET321に流れる電流の量は一定になるよう制御されているため、コンパレータ331の負極側入力端子に印加される電位は低下する。
時刻t14において、コンパレータ331の負極側入力端子に印加される電位が基準電位VREFを下回ると、“detect”信号がHになる。
The resistance of JFET 321 decreases according to the amount of light incident on photodiode 31 . Since the amount of current flowing through the JFET 321 is controlled to be constant, the potential applied to the negative input terminal of the comparator 331 decreases.
At time t14, when the potential applied to the negative input terminal of the comparator 331 falls below the reference potential VREF , the "detect" signal becomes H.

コンパレータ331の出力端子はカウンタ231に接続されるため、“detect”信号がHになると、カウンタ231はカウントアップする。また、コンパレータ331の出力端子はOR回路332の入力端子に接続されるため、“detect”信号がHになると、OR回路332がHを出力し、リセットトランジスタ334はオンする。リセットトランジスタ334がオンすると、フォトダイオード31の電位は電圧VRSTにリセットされ、JFET321の抵抗値は上昇し、コンパレータ331の負極側入力端子の電位が上昇し、“detect”信号はLになる。
時刻t13から時刻t16において、画素毎回路20は、複数回のカウントアップ及びリセットを繰り返す。
Since the output terminal of the comparator 331 is connected to the counter 231, the counter 231 counts up when the "detect" signal becomes H. Further, since the output terminal of the comparator 331 is connected to the input terminal of the OR circuit 332, when the "detect" signal becomes H, the OR circuit 332 outputs H and the reset transistor 334 is turned on. When the reset transistor 334 is turned on, the potential of the photodiode 31 is reset to the voltage VRST, the resistance of the JFET 321 increases, the potential of the negative input terminal of the comparator 331 increases, and the "detect" signal becomes L.
From time t13 to time t16, the pixel-by-pixel circuit 20 repeats count-up and reset a plurality of times.

時刻t16において、制御回路28はすべての画素で“hold_rst”信号をHに制御する。“hold_rst”信号がHに制御することにより、1フレームが終了する。制御回路28は、画素アレイ上で上から順番に行を選択し、選択した行に対して“read”信号を出力することにより、1フレームの間(時刻t13から時刻t16)にフォトダイオード31に入射した光の量を、1行ごとに順番に読み出す。具体的には、制御回路28は、カウンタ231に記憶された値を、1フレームの間に入射した光の量として読み出す。すなわち、読出部33は、フォトダイオード31に蓄積した電荷が所定量蓄積した回数を測定することにより、フォトダイオード31の電荷に基づく信号を読み出す。
時刻t17において、制御回路28は次のフレームに備えるため、すべての画素で“zero_clr”信号を出力することにより、カウンタ231をゼロにリセットする。
At time t16, the control circuit 28 controls the "hold_rst" signal to H for all pixels. One frame ends when the "hold_rst" signal is controlled to H. The control circuit 28 selects rows in order from the top on the pixel array and outputs a "read" signal to the selected rows, so that the photodiodes 31 are read during one frame (time t13 to time t16). The amount of incident light is read out row by row. Specifically, the control circuit 28 reads the value stored in the counter 231 as the amount of incident light during one frame. That is, the reading unit 33 reads out a signal based on the charge of the photodiode 31 by measuring the number of times that the charge accumulated in the photodiode 31 has accumulated a predetermined amount.
At time t17, control circuit 28 resets counter 231 to zero by outputting a "zero_clr" signal at every pixel to prepare for the next frame.

[第1の実施形態のまとめ]
以上説明した実施形態によれば、撮像素子1は、フォトダイオード31と、検出部32と、読出部33とを備える。また、フォトダイオード31は埋め込みフォトダイオードである。検出部32がフォトダイオード31における抵抗値の変化を検出すると、読出部33は、フォトダイオード31の電荷に基づく信号を読み出す。また、フォトダイオード31の抵抗値は、光が入射すると抵抗値が変化する。したがって、撮像素子1は、フォトダイオード31に光が入射した場合、フォトダイオード31に蓄積された電荷を読み出すことができる。すなわち、埋め込みフォトダイオードから信号を読み出すことができる。
また、以上説明した実施形態によれば、撮像素子1は、埋め込みフォトダイオードであるフォトダイオード31を備えるため、暗電流を抑制することができる。
[Summary of the first embodiment]
According to the embodiment described above, the imaging device 1 includes the photodiode 31 , the detection section 32 and the readout section 33 . Also, the photodiode 31 is a buried photodiode. When the detection unit 32 detects a change in the resistance value of the photodiode 31 , the readout unit 33 reads out a signal based on the charge of the photodiode 31 . Further, the resistance value of the photodiode 31 changes when light is incident. Therefore, when light is incident on the photodiode 31 , the imaging device 1 can read out the charges accumulated in the photodiode 31 . That is, signals can be read out from the embedded photodiodes.
Further, according to the embodiment described above, the image sensor 1 includes the photodiode 31, which is an embedded photodiode, so that dark current can be suppressed.

また、以上説明した実施形態によれば、撮像素子1において、検出部32は、フォトダイオード31を形成する半導体領域の少なくとも一部を用いて形成される。具体的には、検出部32に含まれるJFET321は、フォトダイオード31を構成するp型半導体領域311とn型半導体領域312を含んで構成される。したがって、撮像素子1は、容易に検出部32を構成することができ、容易に埋め込みフォトダイオードから信号を読み出すことができる。 Further, according to the embodiments described above, in the imaging device 1 , the detection section 32 is formed using at least part of the semiconductor region forming the photodiode 31 . Specifically, the JFET 321 included in the detection section 32 includes a p-type semiconductor region 311 and an n-type semiconductor region 312 that constitute the photodiode 31 . Therefore, the imaging device 1 can easily configure the detection section 32 and easily read out signals from the embedded photodiodes.

また、以上説明した実施形態によれば、撮像素子1において、フォトダイオード31の
空乏層の変化に応じて、フォトダイオード31の抵抗値が変化する。検出部32は、フォトダイオード31の抵抗値の変化を検出する。読出部33は、検出部32が抵抗値の変化を検出すると、フォトダイオード31から信号を読み出す。したがって、本実施形態によれば、容易に読出部33を構成することができ、容易に埋め込みフォトダイオードから信号を読み出すことができる。
Further, according to the embodiments described above, in the image sensor 1, the resistance value of the photodiode 31 changes according to the change in the depletion layer of the photodiode 31. FIG. The detection unit 32 detects changes in the resistance value of the photodiode 31 . The reading unit 33 reads a signal from the photodiode 31 when the detecting unit 32 detects a change in resistance value. Therefore, according to this embodiment, the readout section 33 can be easily configured, and signals can be easily read out from the embedded photodiodes.

また、以上説明した実施形態によれば、撮像素子1において、読出部33は、検出部32が、フォトダイオード31に蓄積した電荷が所定量蓄積した回数を測定する。読出部33は、回数を測定することにより、フォトダイオード31の電荷に基づく信号を読み出す。したがって、撮像素子1は、容易に埋め込みフォトダイオードから信号を読み出すことができる。 Further, according to the embodiments described above, in the image pickup device 1, the readout section 33 measures the number of times that the detection section 32 accumulates a predetermined amount of charge accumulated in the photodiode 31. FIG. The reading unit 33 reads a signal based on the charge of the photodiode 31 by measuring the number of times. Therefore, the imaging device 1 can easily read out signals from the embedded photodiodes.

また、以上説明した実施形態によれば、読出部33は、検出部32が、フォトダイオード31に蓄積した電荷が所定量蓄積した回数を測定するため、フォトダイオード31の飽和電子数を超えた信号の取得が可能となる。したがって、撮像素子1は、フォトダイオード31の飽和電子数に制限されることがなくなる。 Further, according to the embodiment described above, the reading unit 33 measures the number of times that the electric charge accumulated in the photodiode 31 is accumulated by the predetermined amount. can be obtained. Therefore, the imaging device 1 is no longer limited by the saturation electron number of the photodiode 31 .

また、以上説明した実施形態によれば、読出部33は、フローティングディフュージョンや転送トランジスタ等の読出し回路を備えない。したがって、読出部33は、フローティングディフュージョンや転送トランジスタ等の読出し回路を備える場合に比べ、少ない構成要素で構成される。よって、撮像素子1は、小型化することができる。 Further, according to the embodiments described above, the readout section 33 does not include a readout circuit such as a floating diffusion or a transfer transistor. Therefore, the readout section 33 is configured with fewer components than when a readout circuit such as a floating diffusion or a transfer transistor is provided. Therefore, the imaging device 1 can be miniaturized.

[第2の実施形態]
図7及び図8は、本発明の第2の実施形態に係る撮像素子1Aの具体的な回路構成及び動作について説明するための図である。図7及び図8を参照しながら、第2の実施形態に係る撮像素子1Aが備える画素毎回路20Aの具体的な回路構成及び動作について説明する。
図7は、本発明の第2の実施形態に係る画素毎回路20Aの回路構成の一例を示す図である。画素毎回路20Aは、読出部33に代えて読出部33Aを備え、メモリ23に代えてメモリ23Aを備える点において、画素毎回路20とは異なる。画素毎回路20と同様の構成については、同一の符号を付すことにより、説明を省略する場合がある。
[Second embodiment]
7 and 8 are diagrams for explaining the specific circuit configuration and operation of the imaging device 1A according to the second embodiment of the present invention. A specific circuit configuration and operation of the pixel-by-pixel circuit 20A included in the image sensor 1A according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing an example of the circuit configuration of the pixel-by-pixel circuit 20A according to the second embodiment of the present invention. The pixel-by-pixel circuit 20A is different from the pixel-by-pixel circuit 20 in that the pixel-by-pixel circuit 20A is provided with a readout section 33A instead of the readout section 33, and is provided with a memory 23A instead of the memory 23. FIG. Configurations similar to those of the pixel-by-pixel circuit 20 may be denoted by the same reference numerals, and description thereof may be omitted.

読出部33Aは、コンパレータ335と、OR回路336と、コンパレータ337と、ramp発生器338と、パルス生成回路339とを備える。
コンパレータ335は、負極側入力端子と、正極側入力端子と、出力端子とを備える。コンパレータ335の正極側入力端子には、基準電位VREFが印加される。コンパレータ335の負極側入力端子は、JFET321と電流源322との接続点に接続される。コンパレータ335の出力端子は、負極側入力端子に入力される電位“pd_out”が基準電位VREFより大きい場合にLを出力し、正極側入力端子に入力される電位が基準電位VREFより小さい場合にHを出力する。コンパレータ335が出力する信号は、OR回路336の入力端子に出力される。
The reading unit 33A includes a comparator 335, an OR circuit 336, a comparator 337, a ramp generator 338, and a pulse generation circuit 339.
The comparator 335 has a negative input terminal, a positive input terminal, and an output terminal. A reference potential V REF is applied to the positive input terminal of the comparator 335 . A negative input terminal of the comparator 335 is connected to a connection point between the JFET 321 and the current source 322 . The output terminal of the comparator 335 outputs L when the potential " pd_out " input to the negative input terminal is higher than the reference potential VREF, and outputs L when the potential input to the positive input terminal is lower than the reference potential VREF . output H to . A signal output from the comparator 335 is output to an input terminal of the OR circuit 336 .

OR回路336には、コンパレータ335の出力信号及び、制御回路28により制御される“force_read”信号が入力される。OR回路336は、入力信号のいずれかがHである場合にHを出力する。OR回路336の出力信号を“ramp_start”信号と記載する。“ramp_start”信号は、ramp発生器338に入力される。 The output signal of the comparator 335 and the “force_read” signal controlled by the control circuit 28 are input to the OR circuit 336 . The OR circuit 336 outputs H when any of the input signals is H. The output signal of OR circuit 336 is referred to as the "ramp_start" signal. The “ramp_start” signal is input to ramp generator 338 .

ramp発生器338は、ランプ信号を発生させる。ramp発生器338は、入力端子3381と、入力端子3382と、出力端子3383とを備える。入力端子3381には、OR回路336の出力信号を“ramp_start”信号が入力される。入力端子3382には、制御回路28により制御される“ramp_stop”信号が入力される。
ramp発生器338は、入力端子3381にHが入力された場合に、出力端子3383から“ramp”信号を出力し、入力端子3382にLが入力された場合に、出力端子3383から出力するランプ信号を停止する。
ここで、ramp発生器338が出力する“ramp”信号とは、コンパレータ337の負極側入力端子に印加される“pd_out”の最大値より大きい所定の値から、徐々に電圧を低くなるよう制御される信号である。“ramp”信号の電位を、ランプ電位とも記載する。
A ramp generator 338 generates a ramp signal. Ramp generator 338 comprises an input terminal 3381 , an input terminal 3382 and an output terminal 3383 . An output signal of the OR circuit 336 and a “ramp_start” signal are input to the input terminal 3381 . A “ramp_stop” signal controlled by the control circuit 28 is input to the input terminal 3382 .
The ramp generator 338 outputs a "ramp" signal from the output terminal 3383 when H is input to the input terminal 3381, and outputs a ramp signal from the output terminal 3383 when L is input to the input terminal 3382. to stop.
Here, the "ramp" signal output by the ramp generator 338 is controlled to gradually decrease in voltage from a predetermined value larger than the maximum value of "pd_out" applied to the negative input terminal of the comparator 337. signal. The potential of the "ramp" signal is also referred to as ramp potential.

コンパレータ337は、負極側入力端子と、正極側入力端子と、出力端子とを備える。コンパレータ337の負極側入力端子は、JFET321と電流源322との接続点に接続される。コンパレータ337の正極側入力端子は、ramp発生器338の出力端子3383に接続される。コンパレータ337の出力端子は、負極側入力端子に入力される電位“pd_out”が、ramp発生器338が出力する“ramp”信号の電位より大きい場合にLを出力し、小さい場合にHを出力する。コンパレータ337が出力する信号を“count”信号と記載する。“count”信号は、パルス生成回路339の入力端子及びメモリ23Aに出力される。 The comparator 337 has a negative input terminal, a positive input terminal, and an output terminal. A negative input terminal of the comparator 337 is connected to a connection point between the JFET 321 and the current source 322 . A positive input terminal of the comparator 337 is connected to the output terminal 3383 of the ramp generator 338 . The output terminal of the comparator 337 outputs L when the potential "pd_out" input to the negative input terminal is higher than the potential of the "ramp" signal output from the ramp generator 338, and outputs H when it is lower. . A signal output by the comparator 337 is referred to as a "count" signal. The "count" signal is output to the input terminal of the pulse generation circuit 339 and the memory 23A.

パルス生成回路339には、“count”信号が入力される。パルス生成回路339は、“count”信号の立下りとトリガとして、所定の時間幅のパルスをOR回路332に出力する。 A “count” signal is input to the pulse generation circuit 339 . The pulse generation circuit 339 outputs a pulse with a predetermined time width to the OR circuit 332 as a trigger and the fall of the "count" signal.

メモリ23Aは、カウンタ232を備える。カウンタ232には、“clk”信号、“zero_clr”信号、“read”信号及び“count”信号が入力される。カウンタ232は、“count”信号がHに制御されている区間において入力された“clk”信号の立ち上がりエッジの回数を記憶する。カウンタ232は、“read”信号が入力されると、記憶された値を“data_out”として周辺回路24に出力する。 The memory 23A has a counter 232 . A “clk” signal, a “zero_clr” signal, a “read” signal and a “count” signal are input to the counter 232 . The counter 232 stores the number of rising edges of the "clk" signal input during the interval in which the "count" signal is controlled to H. When the "read" signal is input, the counter 232 outputs the stored value to the peripheral circuit 24 as "data_out".

図8は、本発明の第2の実施形態に係る信号の時間変化の一例を示す図である。同図は、フォトダイオード31に入射した光を読出部33Aが読み出す場合における、“hold_rst”信号、“zero_clr”信号、“clk”信号、“pd_out”信号、“count”信号、“force_read”信号、“ramp”信号及び“read”信号の時間変化を示した図である。
時刻t21において、制御回路28は、“hold_rst”信号をHに制御する。“hold_rst”信号がHに制御されると、リセットトランジスタ334はオンし、フォトダイオード31の電位は電圧VRSTにリセットされる。
時刻t22において、制御回路28は、“zero_clr”信号を出力する。“zero_clr”信号が出力されると、カウンタ232はゼロにリセットされる。
FIG. 8 is a diagram showing an example of time change of a signal according to the second embodiment of the present invention. The figure shows the "hold_rst" signal, the "zero_clr" signal, the "clk" signal, the "pd_out" signal, the "count" signal, the "force_read" signal, and the FIG. 4 is a diagram showing temporal changes of a “ramp” signal and a “read” signal;
At time t21, the control circuit 28 controls the "hold_rst" signal to H. When the "hold_rst" signal is controlled to H, the reset transistor 334 is turned on and the potential of the photodiode 31 is reset to the voltage VRST.
At time t22, the control circuit 28 outputs the "zero_clr" signal. When the "zero_clr" signal is output, the counter 232 is reset to zero.

時刻t23において、制御回路28は、“hold_rst”信号をLに制御する。“hold_rst”信号がLに制御されると、リセットトランジスタ334はオフする。リセットトランジスタ334がオフすると、JFET321の抵抗値は、フォトダイオード31に入射した光の量に応じて低下する。この一例において、時刻t23から時刻t32までの区間が1フレームであり、撮像素子1は、1フレームの間にフォトダイオード31に入射した光の量を検出する。 At time t23, the control circuit 28 controls the "hold_rst" signal to L. When the "hold_rst" signal is controlled low, reset transistor 334 is turned off. When the reset transistor 334 turns off, the resistance value of the JFET 321 decreases according to the amount of light incident on the photodiode 31 . In this example, a section from time t23 to time t32 is one frame, and the imaging element 1 detects the amount of light incident on the photodiode 31 during one frame.

フォトダイオード31に入射した光の量に応じて、JFET321の抵抗値は低下する。したがって、フォトダイオード31に光が入射すると“pd_out”の電位は低下し、コンパレータ335の負極側入力端子及びコンパレータ337の負極側入力端子に印加される電位は低下する。 The resistance of JFET 321 decreases according to the amount of light incident on photodiode 31 . Therefore, when light is incident on the photodiode 31, the potential of "pd_out" drops, and the potential applied to the negative input terminal of the comparator 335 and the negative input terminal of the comparator 337 drops.

時刻t24において、コンパレータ335の負極側入力端子に印加される電位が基準電位VREFを下回ると、コンパレータ335はHを出力する。
コンパレータ335がHを出力すると、OR回路336はHを出力し、ramp発生器338の入力端子3381にはHが入力される。ramp発生器338の入力端子3381にHが入力されると、ramp発生器338の出力端子3383には“ramp”信号が出力される。“ramp”信号が出力されると、コンパレータ337の正極側入力端子の電位は、負極側入力端子の電位よりも小さくなり、コンパレータ337の出力端子はHを出力する。すなわち、“ramp”信号が出力されると、“count”信号がHになる。コンパレータ337の出力端子はカウンタ232に接続されるため、“count”信号がHに制御されている期間に入力される“clk”信号の立ち上がりエッジの数をカウンタ232に加算する。また、コンパレータ337の出力端子はパルス生成回路339を介してOR回路332の入力端子に接続されるため、“count”信号が立ち下がると、OR回路332がHを出力し、リセットトランジスタ334はオンする。リセットトランジスタ334がオンすると、フォトダイオード31の電位は電圧VRSTにリセットされる。
At time t24, when the potential applied to the negative input terminal of the comparator 335 falls below the reference potential VREF , the comparator 335 outputs H.
When the comparator 335 outputs H, the OR circuit 336 outputs H, and H is input to the input terminal 3381 of the ramp generator 338 . When H is input to the input terminal 3381 of the ramp generator 338 , a “ramp” signal is output to the output terminal 3383 of the ramp generator 338 . When the "ramp" signal is output, the potential of the positive input terminal of the comparator 337 becomes lower than the potential of the negative input terminal, and the output terminal of the comparator 337 outputs H. That is, when the "ramp" signal is output, the "count" signal becomes H. Since the output terminal of the comparator 337 is connected to the counter 232 , the counter 232 is added to the number of rising edges of the “clk” signal input while the “count” signal is controlled to H. Also, since the output terminal of the comparator 337 is connected to the input terminal of the OR circuit 332 via the pulse generation circuit 339, when the "count" signal falls, the OR circuit 332 outputs H and the reset transistor 334 turns on. do. When the reset transistor 334 turns on, the potential of the photodiode 31 is reset to the voltage VRST.

時刻t25において、コンパレータ337の正極側入力端子に印加される電位が、負極側入力端子に印加される電位より小さくなると、コンパレータ337の出力端子には、Lが出力される。コンパレータ337の出力端子に、Lが出力されると、カウンタ232は、入力された“clk”信号の立ち上がりエッジのカウントを停止する。また、“count”信号がLになると、ramp発生器338の入力端子3382に“ramp_stop”信号が入力され、ramp発生器338はリセットされる。ramp発生器338がリセットされると、出力端子3383の電位“ramp”信号は所定の電位になる。 At time t25, when the potential applied to the positive input terminal of the comparator 337 becomes smaller than the potential applied to the negative input terminal, L is output to the output terminal of the comparator 337 . When L is output to the output terminal of the comparator 337, the counter 232 stops counting rising edges of the input "clk" signal. Also, when the "count" signal becomes L, the "ramp_stop" signal is input to the input terminal 3382 of the ramp generator 338, and the ramp generator 338 is reset. When the ramp generator 338 is reset, the potential "ramp" signal at the output terminal 3383 becomes a predetermined potential.

時刻t24から時刻t29において、画素毎回路20Aは、カウンタ232のカウントアップと、フォトダイオード31のリセットとを繰り返す。 From time t24 to time t29, the circuit for each pixel 20A repeats counting up of the counter 232 and resetting of the photodiode 31. FIG.

時刻t30において、制御回路28は“force_read”信号をHに制御する。制御回路28は、例えば、“hold_rst”信号をLに制御してから所定時間経過後に、“force_read”信号をHに制御する。“force_read”信号がHに制御されると、ramp発生器338の入力端子3381にはHが入力され、ramp発生器338の出力端子3383には“ramp”信号が出力される。“ramp”信号が出力されると、コンパレータ337の正極側入力端子の電位は、負極側入力端子の電位よりも小さくなり、コンパレータ337の出力端子はHを出力する。すなわち、“ramp”信号が出力されると、“count” 信号がHに制御されている期間に入力される“clk”信号の立ち上がりエッジの数をカウンタ232に加算する。コンパレータ337の出力端子はカウンタ232に接続されるため、“count”信号がHになった時点で、カウンタ232はカウントアップする。また、コンパレータ337の出力端子はOR回路332の入力端子に接続されるため、“count”信号がHになると、OR回路332がHを出力し、リセットトランジスタ334はオンする。リセットトランジスタ334がオンすると、フォトダイオード31の電位は電圧VRSTにリセットされる。 At time t30, the control circuit 28 controls the "force_read" signal to H. For example, the control circuit 28 controls the "force_read" signal to H after a predetermined time has passed since the "hold_rst" signal was controlled to L. When the "force_read" signal is controlled to H, H is input to the input terminal 3381 of the ramp generator 338 and the "ramp" signal is output to the output terminal 3383 of the ramp generator 338 . When the "ramp" signal is output, the potential of the positive input terminal of the comparator 337 becomes lower than the potential of the negative input terminal, and the output terminal of the comparator 337 outputs H. That is, when the "ramp" signal is output, the counter 232 is added to the number of rising edges of the "clk" signal input while the "count" signal is controlled to H. Since the output terminal of the comparator 337 is connected to the counter 232, the counter 232 counts up when the "count" signal becomes H. Also, since the output terminal of the comparator 337 is connected to the input terminal of the OR circuit 332, when the "count" signal becomes H, the OR circuit 332 outputs H and the reset transistor 334 is turned on. When the reset transistor 334 turns on, the potential of the photodiode 31 is reset to the voltage VRST.

時刻t31において、コンパレータ337の正極側入力端子に印加される電位が、負極側入力端子に印加される電位より小さくなると、コンパレータ337の出力端子には、Lが出力される。コンパレータ337の出力端子に、Lが出力されると、カウンタ232は、入力された“clk”信号の立ち上がりエッジのカウントを停止する。すなわち、制御回路28が“force_read”信号を出力することにより、読出部33Aは、フォトダイオード31に蓄積した電荷が所定量未満である場合の電荷量を読み出す。 At time t31, when the potential applied to the positive input terminal of the comparator 337 becomes smaller than the potential applied to the negative input terminal, L is output to the output terminal of the comparator 337 . When L is output to the output terminal of the comparator 337, the counter 232 stops counting rising edges of the input "clk" signal. That is, when the control circuit 28 outputs the "force_read" signal, the reading unit 33A reads the charge amount when the charge accumulated in the photodiode 31 is less than the predetermined amount.

また、コンパレータ337の出力端子はOR回路332の入力端子に接続されるため、“count”信号がHになると、OR回路332がHを出力し、リセットトランジスタ334はオンする。リセットトランジスタ334がオンすると、フォトダイオード31の電位は電圧VRSTにリセットされ、JFET321の抵抗値は上昇し、コンパレータ335及びコンパレータ337の負極側入力端子の電位が上昇し、“count”信号はLになる。“count”信号がLになると、ramp発生器338の入力端子3382に“ramp_stop”信号が入力され、ramp発生器338はリセットされる。ramp発生器338がリセットされると、出力端子3383の電位“ramp”信号はゼロになる。 Also, since the output terminal of the comparator 337 is connected to the input terminal of the OR circuit 332, when the "count" signal becomes H, the OR circuit 332 outputs H and the reset transistor 334 is turned on. When the reset transistor 334 turns on, the potential of the photodiode 31 is reset to the voltage VRST, the resistance of the JFET 321 increases, the potential of the negative input terminals of the comparators 335 and 337 increases, and the "count" signal becomes L. become. When the "count" signal goes low, the "ramp_stop" signal is input to the input terminal 3382 of the ramp generator 338, and the ramp generator 338 is reset. When ramp generator 338 is reset, the potential "ramp" signal at output terminal 3383 goes to zero.

時刻t32において、制御回路28は、画素アレイ上で上から順番に行を選択し、選択した行の“read”信号をHに制御する。カウンタ232は、“read”信号がHに制御されると、カウンタ232に記憶された値を“data_out”としてデータバス24に出力する。 At time t32, the control circuit 28 selects rows in order from the top of the pixel array and controls the "read" signal of the selected row to H. When the "read" signal is controlled to H, the counter 232 outputs the value stored in the counter 232 to the data bus 24 as "data_out".

[第2の実施形態のまとめ]
以上説明した実施形態によれば、撮像素子1Aは、読出部33Aを備える。撮像素子1は、読出部33Aを備えることにより、フォトダイオード31に蓄積した電荷が所定量未満である場合の電荷量を読み出す。したがって、本実施形態によれば、より正確に埋め込みフォトダイオードから信号を読み出すことができる。
[Summary of the second embodiment]
According to the embodiment described above, the imaging device 1A includes the reading section 33A. The imaging device 1 is provided with the readout section 33A to read out the charge amount when the charge accumulated in the photodiode 31 is less than a predetermined amount. Therefore, according to this embodiment, signals can be read out from the embedded photodiodes more accurately.

また、以上説明した実施形態によれば、撮像素子1Aは、読出部33Aを備えることによりフォトダイオード31に蓄積した電荷の電荷量を読み出すため、埋め込みフォトダイオードにおいても暗電流を小さくすることができる。 Further, according to the embodiment described above, the image pickup element 1A is provided with the readout section 33A to read out the charge amount of the charge accumulated in the photodiode 31, so that the dark current can be reduced even in the embedded photodiode. .

[第3の実施形態]
図9及び図10は、本発明の第3の実施形態に係る撮像素子1Bの具体的な回路構成及び動作について説明するための図である。図9及び図10を参照しながら、第3の実施形態に係る撮像素子1Bが備える画素毎回路20Bの具体的な回路構成及び動作について説明する。
図9は、本発明の第3の実施形態に係る画素毎回路20Bの回路構成の一例を示す図である。画素毎回路20Bは、画素21に代えて画素21Bを、読出部33に代えて読出部33Bを、メモリ23に代えてメモリ23Bを備える点において、画素毎回路20とは異なる。画素毎回路20と同様の構成については、同一の符号を付すことにより、説明を省略する場合がある。
[Third embodiment]
9 and 10 are diagrams for explaining the specific circuit configuration and operation of the imaging device 1B according to the third embodiment of the present invention. A specific circuit configuration and operation of the pixel-by-pixel circuit 20B included in the image sensor 1B according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG.
FIG. 9 is a diagram showing an example of the circuit configuration of the pixel-by-pixel circuit 20B according to the third embodiment of the invention. The pixel-by-pixel circuit 20B is different from the pixel-by-pixel circuit 20 in that it includes a pixel 21B instead of the pixel 21, a readout unit 33B instead of the readout unit 33, and a memory 23B instead of the memory 23. FIG. Configurations similar to those of the pixel-by-pixel circuit 20 may be denoted by the same reference numerals, and description thereof may be omitted.

画素21Bは、フォトダイオード31と、フローティングディフュージョン(蓄積部)41と、転送トランジスタ(転送部)42とを備える。
転送トランジスタ42は、制御回路28により制御される。具体的には、転送トランジスタ42は、制御回路28により制御される転送信号に基づき、フォトダイオード31により生成された電荷をフローティングディフュージョン41に転送する。
フローティングディフュージョン41は、フォトダイオード31により生成・蓄積され、転送トランジスタ42を介して転送された電荷を蓄える。
The pixel 21</b>B includes a photodiode 31 , a floating diffusion (accumulation portion) 41 , and a transfer transistor (transfer portion) 42 .
The transfer transistor 42 is controlled by the control circuit 28 . Specifically, the transfer transistor 42 transfers charges generated by the photodiode 31 to the floating diffusion 41 based on a transfer signal controlled by the control circuit 28 .
The floating diffusion 41 stores charges generated and accumulated by the photodiode 31 and transferred via the transfer transistor 42 .

読出部33Bは、コンパレータ51と、OR回路52と、読出制御回路53と、リセットトランジスタ54と、トランジスタ55と、トランジスタ56と、コンパレータ57とを備える。
コンパレータ51は、負極側入力端子と、正極側入力端子と、出力端子とを備える。コンパレータ51の正極側入力端子には、基準電位VREF1が印加される。コンパレータ51の負極側入力端子は、JFET321と電流源322との接続点に接続される。コンパレータ51の出力端子は、負極側入力端子に入力される電位が基準電位VREF1より大きい場合にLを出力し、正極側入力端子に入力される電位が基準電位VREF1より小さい場合にHを出力する。コンパレータ51が出力する信号は、OR回路52の入力端子に出力される。
The readout section 33B includes a comparator 51, an OR circuit 52, a readout control circuit 53, a reset transistor 54, a transistor 55, a transistor 56, and a comparator 57.
The comparator 51 has a negative input terminal, a positive input terminal, and an output terminal. A reference potential V REF1 is applied to the positive input terminal of the comparator 51 . A negative input terminal of the comparator 51 is connected to a connection point between the JFET 321 and the current source 322 . The output terminal of the comparator 51 outputs L when the potential input to the negative input terminal is higher than the reference potential VREF1 , and H when the potential input to the positive input terminal is lower than the reference potential VREF1 . Output. A signal output from the comparator 51 is output to an input terminal of the OR circuit 52 .

OR回路52には、コンパレータ51の出力信号及び、制御回路28により制御される“force_read”信号が入力される。OR回路52は、入力信号のいずれかがHである場合にHを出力する。OR回路52の出力信号を“trigger”信号と記載する。 The output signal of the comparator 51 and the “force_read” signal controlled by the control circuit 28 are input to the OR circuit 52 . The OR circuit 52 outputs H when any of the input signals is H. The output signal of the OR circuit 52 is described as a "trigger" signal.

読出制御回路53は、制御回路28により制御され、読出部33Bが備える各回路を制御する。具体的には、読出制御回路53は、OR回路52からの出力信号である“trigger”信号及び制御回路28からの制御信号に基づき、転送トランジスタ42と、リセットトランジスタ54と、コンパレータ57とカウンタ233とを制御する。 The read control circuit 53 is controlled by the control circuit 28 and controls each circuit included in the read section 33B. Specifically, the read control circuit 53 controls the transfer transistor 42 , the reset transistor 54 , the comparator 57 and the counter 233 based on the “trigger” signal, which is the output signal from the OR circuit 52 , and the control signal from the control circuit 28 . and control.

リセットトランジスタ54は、リセット電圧VRSTをフローティングディフュージョン41に供給することにより、フローティングディフュージョン41をリセットする。リセットトランジスタ54は、読出制御回路53により制御される。 The reset transistor 54 resets the floating diffusion 41 by supplying the reset voltage V RST to the floating diffusion 41 . Reset transistor 54 is controlled by read control circuit 53 .

トランジスタ55は、pチャネル型FETである。トランジスタ55のゲート端子はフローティングディフュージョン41に接続され、ソース端子は電源に接続され、ドレイン端子はコンパレータ57の負極側入力端子に接続される。
トランジスタ56は、nチャネル型FETである。トランジスタ56のゲート端子には基準電位VREF2が印加され、ソース端子は接地され、ドレイン端子はコンパレータ57の負極側入力端子に接続される。
Transistor 55 is a p-channel FET. The gate terminal of the transistor 55 is connected to the floating diffusion 41 , the source terminal is connected to the power supply, and the drain terminal is connected to the negative input terminal of the comparator 57 .
Transistor 56 is an n-channel FET. A reference potential V REF2 is applied to the gate terminal of the transistor 56 , the source terminal is grounded, and the drain terminal is connected to the negative input terminal of the comparator 57 .

コンパレータ57は、負極側入力端子と、正極側入力端子と、出力端子とを備える。コンパレータ57の負極側入力端子は、トランジスタ55のドレインと、トランジスタ56のドレインとの接続点に接続される。コンパレータ57の正極側入力端子は、読出制御回路53により制御され、ランプ信号が入力される。コンパレータ57の出力端子は、負極側入力端子に入力される電位が、ランプ信号の電位より大きい場合にLを出力し、小さい場合にHを出力する。コンパレータ57が出力する信号を“count”信号と記載する。“count”信号は、メモリ23Bに出力される。 The comparator 57 has a negative input terminal, a positive input terminal, and an output terminal. A negative input terminal of the comparator 57 is connected to a connection point between the drain of the transistor 55 and the drain of the transistor 56 . A positive input terminal of the comparator 57 is controlled by the readout control circuit 53 and receives a ramp signal. The output terminal of the comparator 57 outputs L when the potential input to the negative input terminal is higher than the potential of the ramp signal, and outputs H when it is lower. A signal output from the comparator 57 is referred to as a "count" signal. The "count" signal is output to memory 23B.

メモリ23Bは、カウンタ233を備える。カウンタ233には、“clk”信号、“load”信号、“data_in”信号、“up”信号、“down”信号及び“count”信号が入力される。カウンタ233は、“count”信号が入力された場合、“up”信号又は“down”信号のいずれの信号が入力されているかに基づいて、“count”信号がHである間に入力される“clk”信号の立ち上がりエッジの回数を加算又は減算する。また、カウンタ233は、“load”信号が入力されるとその立ち上がりエッジに同期して、“data_in”信号に示される値をカウンタに記憶する。カウンタ233は、記憶されたカウンタの値を“data_out”信号に常に出力する。カウンタ233の“data_in”信号の端子は、画素アレイ上で1つ上の画素のカウンタ233の“data_out”信号の端子に接続される。画素アレイ上の一番上にある画素の“data_in”信号は、所定の値が入力されており、画素アレイ上の一番下にある画素の“data_out”信号は、周辺回路へと出力される。“load”信号が立ち上がるごとに、すべての画素のカウンタ233の値は、画素アレイ上で1つ下の画素のカウンタ233に転送されつつ、転送が終わった画素のカウンタ233には所定の値が入力される。すなわちシフトレジスタの動作により、カウンタ233の値の周辺回路への読み出しと、所定の値へのリセットを行う。 The memory 23B has a counter 233 . A “clk” signal, a “load” signal, a “data_in” signal, an “up” signal, a “down” signal, and a “count” signal are input to the counter 233 . When the "count" signal is input, the counter 233 determines whether the "up" signal or the "down" signal is input while the "count" signal is high. Add or subtract the number of rising edges of the clk" signal. Also, when the "load" signal is input, the counter 233 stores the value indicated by the "data_in" signal in synchronization with the rising edge thereof. The counter 233 always outputs the stored counter value on the "data_out" signal. The terminal of the "data_in" signal of the counter 233 is connected to the terminal of the "data_out" signal of the counter 233 of the pixel one above in the pixel array. A predetermined value is input to the "data_in" signal of the pixel at the top of the pixel array, and the "data_out" signal of the pixel at the bottom of the pixel array is output to the peripheral circuit. . Each time the "load" signal rises, the values of the counters 233 of all pixels are transferred to the counters 233 of the pixels one level below in the pixel array, and the counters 233 of the pixels to which the transfer has finished hold a predetermined value. is entered. That is, the value of the counter 233 is read out to the peripheral circuit and reset to a predetermined value by the operation of the shift register.

図10は、本発明の第3の実施形態に係る信号の時間変化の一例を示す図である。同図は、フォトダイオード31に入射した光を読出部33Bが読み出す場合における、“load”信号、“clk”信号、“pd_out”信号、“force_read”信号、“trigger”信号、“FDRST”信号、“TX”信号、“down”信号、“up”信号及び“ramp”信号の時間変化を示した図である。 FIG. 10 is a diagram showing an example of temporal changes in signals according to the third embodiment of the present invention. The figure shows the "load" signal, the "clk" signal, the "pd_out" signal, the "force_read" signal, the "trigger" signal, the "FDRST" signal, and the It is the figure which showed the time change of the "TX" signal, the "down" signal, the "up" signal, and the "ramp" signal.

本実施形態における撮像素子1Bは、画素21毎の出力ばらつきを除去するための、相関二重サンプリング(Correlated Double Sampling。以下、CDS。)の動作を行う。時刻t51から時刻t56までの動作は、CDSにおけるDARKサンプリングの動作である。 The image pickup device 1B in this embodiment performs correlated double sampling (hereinafter referred to as CDS) operation for removing variations in output from pixel 21 to pixel 21 . The operation from time t51 to time t56 is the operation of DARK sampling in CDS.

時刻t51において、読出制御回路53は、転送トランジスタ42をオンさせ、フォトダイオード31に蓄積した電荷のすべてをフローティングディフュージョン41に転送する。これにより、フォトダイオード31は蓄積電荷がゼロの状態にリセットされる。
時刻t55から時刻t56にかけて、制御回路28は、“load”信号を制御することによりカウンタ233の値を周辺回路24に読み出すと同時に、すべての画素でカウンタ233を所定の値へリセットする。
At time t<b>51 , the readout control circuit 53 turns on the transfer transistor 42 to transfer all the charges accumulated in the photodiode 31 to the floating diffusion 41 . This resets the photodiode 31 to zero accumulated charge.
From time t55 to time t56, the control circuit 28 reads out the value of the counter 233 to the peripheral circuit 24 by controlling the "load" signal, and at the same time resets the counter 233 in all pixels to a predetermined value.

時刻t61において、フォトダイオード31に蓄積した電荷が所定の量に達し、コンパレータ51の負極側入力端子の電位が、正極側入力端子に印加される基準電位VREF1より小さくなると、コンパレータ51はHを出力し、OR回路52はHを出力する。すなわち、“trigger”信号はHに制御される。 At time t61, when the charge accumulated in the photodiode 31 reaches a predetermined amount and the potential of the negative input terminal of the comparator 51 becomes lower than the reference potential V REF1 applied to the positive input terminal, the comparator 51 changes to H. and the OR circuit 52 outputs H. That is, the "trigger" signal is controlled to H.

読出制御回路53は、“trigger”信号がHに制御されたことを検出すると、時刻t62から時刻t67にかけて、自立的なA/D変換を行う。
時刻t62において、読出制御回路53は、リセットトランジスタ54をオンに制御する。リセットトランジスタ54がオンすることにより、フローティングディフュージョン41はリセットされる。
When the read control circuit 53 detects that the "trigger" signal has been controlled to H, it performs autonomous A/D conversion from time t62 to time t67.
At time t62, read control circuit 53 turns reset transistor 54 on. The floating diffusion 41 is reset by turning on the reset transistor 54 .

時刻t63において、読出制御回路53は、“down”信号を出力する。また、読出制御回路53は、“ramp”電圧を所定の電圧から徐々に低くしていく。所定の電圧とは、コンパレータ57の負極側入力端子より高い電圧のため、時刻t63において、“count”信号はHに切り替わる。
時刻t64において、“ramp”電圧が負極側入力端子より低い電圧になると、“count”信号はLに切り替わる。“count”信号がHである間の時刻t63から時刻t64にかけて、カウンタ233は入力された“clk”信号の立ち上がりエッジの回数を保持する値から減算する。すなわち、フローティングディフュージョン41のリセット後の電圧により決まる値が、カウンタ233から減算される。
At time t63, read control circuit 53 outputs a "down" signal. Also, the read control circuit 53 gradually lowers the "ramp" voltage from a predetermined voltage. Since the predetermined voltage is a voltage higher than the negative input terminal of the comparator 57, the "count" signal switches to H at time t63.
At time t64, when the "ramp" voltage becomes lower than the negative input terminal, the "count" signal switches to L. From time t63 to time t64 while the "count" signal is high, the counter 233 subtracts the number of rising edges of the input "clk" signal from the value it holds. That is, the value determined by the voltage of the floating diffusion 41 after resetting is subtracted from the counter 233 .

時刻t65において、読出制御回路53は、転送トランジスタ42をオンさせ、フォトダイオード31に蓄積した電荷をフローティングディフュージョン41に転送する。すなわち、転送トランジスタ42は、検出部32がフォトダイオード31における抵抗値の変化を検出した場合に、フォトダイオード31の電荷をフローティングディフュージョン41に転送する。
時刻t66において、読出制御回路53は、“up”信号を出力する。また、読出制御回路53は、“ramp”電圧を所定の電圧から徐々に低くしていく。所定の電圧とは、コンパレータ57の負極側入力端子より高い電圧のため、時刻t65において、“count”信号はHに切り替わる。
時刻t67において、“ramp”電圧が負極側入力端子より低い電圧になると、“count”信号はLに切り替わる。“count”信号がHである間の時刻t66から時刻t67にかけて、カウンタ233は入力された“clk”信号の立ち上がりエッジの回数を保持する値に加算する。すなわち、フローティングディフュージョン41のリセット後の電位とフォトダイオード31から転送された電荷の両方により決まる値がカウンタ233に加算される。
At time t<b>65 , the readout control circuit 53 turns on the transfer transistor 42 to transfer the charge accumulated in the photodiode 31 to the floating diffusion 41 . That is, the transfer transistor 42 transfers the charge of the photodiode 31 to the floating diffusion 41 when the detection unit 32 detects a change in the resistance value of the photodiode 31 .
At time t66, read control circuit 53 outputs an "up" signal. Also, the read control circuit 53 gradually lowers the "ramp" voltage from a predetermined voltage. Since the predetermined voltage is a voltage higher than the negative input terminal of the comparator 57, the "count" signal switches to H at time t65.
At time t67, when the "ramp" voltage becomes lower than the negative input terminal, the "count" signal switches to L. From time t66 to time t67 while the "count" signal is H, the counter 233 adds the number of rising edges of the input "clk" signal to the value it holds. That is, a value determined by both the reset potential of the floating diffusion 41 and the charge transferred from the photodiode 31 is added to the counter 233 .

時刻t71において、フォトダイオード31に蓄積した電荷が再び所定の量に達すると、読出制御回路53は、時刻t71から時刻t77にかけて、時刻t61から時刻t67において説明した動作と同様の、自立的なA/D変換を行う。時刻t71から時刻t77にかけての動作は、時刻t61から時刻t67において説明した動作と同様のため、説明を省略する。 At time t71, when the charge accumulated in the photodiode 31 reaches a predetermined amount again, the readout control circuit 53 performs an autonomous A /D conversion. Since the operation from time t71 to time t77 is the same as the operation described from time t61 to time t67, the description is omitted.

読出制御回路53は、1フレームの期間が終了する時間より所定の時間前に、外部トリガによるA/D変換を行い、フォトダイオード31に蓄積した電荷であって、所定の量に達していない分の電荷を、A/D変換により読み出す。
時刻t81において、制御回路28は、“force_read”信号をHに制御する。“force_read”信号にHに制御されるとOR回路52はHを出力する。すなわち、“trigger”信号はHに制御される。読出制御回路53は、“trigger”信号がHに制御されたことを検出すると、時刻t62から時刻t67にかけて、外部トリガによるA/D変換を行う。外部トリガによるA/D変換は、トリガがコンパレータ51の出力でなく、制御回路28により制御される点において、自立的なA/D変換とは異なるが、読出制御回路53が行う動作は同様である。
The readout control circuit 53 performs A/D conversion by an external trigger a predetermined time before the end of the period of one frame, and the charge accumulated in the photodiode 31 does not reach a predetermined amount. is read out by A/D conversion.
At time t81, the control circuit 28 controls the "force_read" signal to H. The OR circuit 52 outputs H when controlled to H by the "force_read" signal. That is, the "trigger" signal is controlled to H. When the read control circuit 53 detects that the "trigger" signal has been controlled to H, it performs A/D conversion by an external trigger from time t62 to time t67. A/D conversion by an external trigger is different from autonomous A/D conversion in that the trigger is controlled by the control circuit 28 instead of the output of the comparator 51, but the operation performed by the read control circuit 53 is the same. be.

時刻t82において、読出制御回路53は、リセットトランジスタ54をオンに制御する。リセットトランジスタ54がオンすることにより、フローティングディフュージョン41はリセットされる。
時刻t83において、読出制御回路53は、“down”信号を出力する。また、読出制御回路53は、“ramp”電圧を所定の電圧から徐々に低くしていく。所定の電圧とは、コンパレータ57の負極側入力端子より高い電圧のため、時刻t63において、“count”信号はHに切り替わる。
時刻t84において、“ramp”電圧が負極側入力端子より低い電圧になると、“count”信号はLに切り替わる。“count”信号がHである間の時刻t83から時刻t84にかけて、カウンタ233は入力された“clk”信号の立ち上がりエッジの回数を保持する値から減算する。すなわち、フローティングディフュージョン41のリセット後の電圧により決まる値が、カウンタ233から減算される。
At time t82, read control circuit 53 turns reset transistor 54 on. The floating diffusion 41 is reset by turning on the reset transistor 54 .
At time t83, read control circuit 53 outputs a "down" signal. Also, the read control circuit 53 gradually lowers the "ramp" voltage from a predetermined voltage. Since the predetermined voltage is a voltage higher than the negative input terminal of the comparator 57, the "count" signal switches to H at time t63.
At time t84, when the "ramp" voltage becomes lower than the negative input terminal, the "count" signal switches to L. From time t83 to time t84 while the "count" signal is high, the counter 233 subtracts the number of rising edges of the input "clk" signal from the value it holds. That is, the value determined by the voltage of the floating diffusion 41 after resetting is subtracted from the counter 233 .

時刻t85において、読出制御回路53は、転送トランジスタ42をオンさせ、フォトダイオード31に蓄積した電荷をフローティングディフュージョン41に転送する。
時刻t86において、読出制御回路53は、“up”信号を出力する。また、読出制御回路53は、“ramp”電圧を所定の電圧から徐々に低くしていく。所定の電圧とは、コンパレータ57の負極側入力端子より高い電圧のため、時刻t85において、“count”信号はHに切り替わる。
時刻t87において、“ramp”電圧が負極側入力端子より低い電圧になると、“count”信号はLに切り替わる。“count”信号がHである間の時刻t86から時刻t87にかけて、カウンタ233は入力された“clk”信号の立ち上がりエッジの回数を保持する値に加算する。すなわち、フローティングディフュージョン41のリセット後の電位とフォトダイオード31から転送された電荷の両方により決まる値がカウンタ233に加算される。
At time t<b>85 , the readout control circuit 53 turns on the transfer transistor 42 to transfer the charge accumulated in the photodiode 31 to the floating diffusion 41 .
At time t86, read control circuit 53 outputs an "up" signal. Also, the read control circuit 53 gradually lowers the "ramp" voltage from a predetermined voltage. Since the predetermined voltage is a voltage higher than the negative input terminal of the comparator 57, the "count" signal switches to H at time t85.
At time t87, when the "ramp" voltage becomes lower than the negative input terminal, the "count" signal switches to L. From time t86 to time t87 while the "count" signal is H, the counter 233 adds the number of rising edges of the input "clk" signal to the value it holds. That is, a value determined by both the reset potential of the floating diffusion 41 and the charge transferred from the photodiode 31 is added to the counter 233 .

時刻t88から時刻t89にかけて、制御回路28は、“load”信号を制御することによりカウンタ233の値を周辺回路24に読み出すと同時に、次のフレームのためにすべての画素でカウンタ233を所定の値へリセットする。 From time t88 to time t89, the control circuit 28 reads the value of the counter 233 to the peripheral circuit 24 by controlling the "load" signal, and at the same time sets the counter 233 to a predetermined value for all pixels for the next frame. reset to

[第3の実施形態のまとめ]
上述したように、本実施形態によれば、フローティングディフュージョン41と、転送トランジスタ42とを備える。転送トランジスタ42は、検出部32がフォトダイオード31の電荷が所定の値になったことを検出すると、フォトダイオード31の電荷をフローティングディフュージョン41に転送する。読出部33Bは、フローティングディフュージョン41に蓄積した電荷をフォトダイオード31の電荷として読み出す。したがって、本実施形態によれば、より高い精度で、フォトダイオード31に蓄積した電荷を読み出すことができる。
[Summary of the third embodiment]
As described above, according to this embodiment, the floating diffusion 41 and the transfer transistor 42 are provided. The transfer transistor 42 transfers the charge of the photodiode 31 to the floating diffusion 41 when the detection unit 32 detects that the charge of the photodiode 31 has reached a predetermined value. The readout section 33B reads out the charge accumulated in the floating diffusion 41 as the charge of the photodiode 31 . Therefore, according to this embodiment, the charge accumulated in the photodiode 31 can be read out with higher accuracy.

本実施例では、1画素内に“ramp”信号の発生回路を置き、コンパレータ51の出力をもとに、自立的なA/D変換を開始したが、“ramp”信号の発生回路を制御回路28の中に置き、所定時間間隔で繰り返しA/D変換をするように構成してもよい。この場合、コンパレータ51の出力がHでなければ、カウンタ233の値を増減させず、かつ、転送トランジスタ42をオンさせないという動作をしてもよい。 In this embodiment, a "ramp" signal generating circuit is placed in one pixel, and independent A/D conversion is started based on the output of the comparator 51. However, the "ramp" signal generating circuit is controlled by a control circuit. 28, and A/D conversion may be performed repeatedly at predetermined time intervals. In this case, if the output of the comparator 51 is not H, the value of the counter 233 may not be increased or decreased and the transfer transistor 42 may not be turned on.

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。 Although one embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to the above, and various design changes, etc., can be made without departing from the gist of the present invention. It is possible to

1…撮像素子、
11…画素チップ、
12…回路チップ、
20…画素毎回路、
21…画素、
22…ADC、
23…メモリ、
24…データバス、
25…周辺回路、
28…制御回路、
29…素子毎回路、
31…フォトダイオード、
32…検出部、
321…JFET、
322…電流源、
33…読出部、
41…フローティングディフュージョン、
42…転送トランジスタ、
53…読出制御回路
1... image sensor,
11... pixel chip,
12... circuit chip,
20... Circuit for each pixel,
21 pixels,
22 ADC,
23... memory,
24 data bus,
25... Peripheral circuit,
28 ... control circuit,
29... Circuit for each element,
31... photodiode,
32 ... detector,
321 JFETs,
322 ... current source,
33 ... reading unit,
41... floating diffusion,
42 ... transfer transistor,
53 ... read control circuit

Claims (7)

光を電荷に変換する光電変換部と、
前記光電変換部で生成された電荷を蓄積する蓄積部と、
前記蓄積部における抵抗値の変化を検出する検出部と、
前記検出部により前記蓄積部の抵抗値の変化が検出されると、前記光電変換部の電荷に基づく信号を読み出す読出部と
を備える撮像素子。
a photoelectric conversion unit that converts light into an electric charge;
an accumulation unit for accumulating charges generated by the photoelectric conversion unit;
a detection unit that detects a change in the resistance value of the storage unit;
and a readout unit that reads out a signal based on the charge of the photoelectric conversion unit when the detection unit detects a change in the resistance value of the storage unit.
前記検出部は、前記光電変換部を形成する半導体領域の少なくとも一部を用いて形成される
請求項1に記載の撮像素子。
The imaging device according to claim 1, wherein the detection section is formed using at least part of a semiconductor region forming the photoelectric conversion section.
前記光電変換部が電荷を蓄積することによる空乏層の変化に応じて、前記検出部が有する抵抗値が変化する
請求項1又は請求項2に記載の撮像素子。
3. The imaging device according to claim 1, wherein the resistance value of the detection section changes in accordance with a change in a depletion layer caused by accumulation of charges in the photoelectric conversion section.
前記読出部は、前記光電変換部に蓄積した電荷が所定量蓄積した回数を測定することにより、前記光電変換部の電荷に基づく信号を読み出す
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の撮像素子。
4. The reading unit according to any one of claims 1 to 3, wherein the readout unit reads out a signal based on the charge of the photoelectric conversion unit by measuring the number of times a predetermined amount of charge accumulated in the photoelectric conversion unit is accumulated. image sensor.
前記読出部は、前記光電変換部に蓄積した電荷が所定量未満である場合の電荷量を読み出す
請求項4に記載の撮像素子。
5. The imaging device according to claim 4, wherein the reading unit reads the charge amount when the charge accumulated in the photoelectric conversion unit is less than a predetermined amount.
前記光電変換部から前記蓄積部に電荷を転送する転送部と
を更に備え、
前記転送部は、前記検出部が前記光電変換部における抵抗値の変化を検出した場合に、前記光電変換部の電荷を前記蓄積部に転送し、
前記読出部は、前記蓄積部に蓄積した電荷を、前記光電変換部の電荷に基づく信号として読み出す
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の撮像素子。
a transfer unit that transfers charges from the photoelectric conversion unit to the storage unit,
the transfer unit transfers the charge of the photoelectric conversion unit to the storage unit when the detection unit detects a change in the resistance value of the photoelectric conversion unit;
The imaging device according to any one of claims 1 to 3, wherein the readout section reads out the charge accumulated in the accumulation section as a signal based on the charge of the photoelectric conversion section.
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の撮像素子を備える撮像装置。 An imaging device comprising the imaging device according to claim 1 .
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