JP2024040400A - Solid-state imaging device and imaging device - Google Patents

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敦 駒井
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Abstract

【課題】ダイナミックレンジの拡大を可能としつつ、高感度読出し時のSN比を向上させる。【解決手段】素子4は、1つの光電変換部PD、第1のノードPa、及び、前記1つの光電変換部PDに対応して設けられ前記光電変換部PDから前記第1のノードPaに電荷を転送する1つの転送スイッチを有する複数の画素ブロックBLと、1つの画素ブロックBLの第1のノードPa及び他の1つの前記画素ブロックBLの第1のノードPaと、これらの2つの第1のノードPaにそれぞれ対応する2つの第2のノードPbとの間をそれぞれ電気的に接続及び切断する2つの第1のスイッチ部SWAと、2つの第2のノードPb間を電気的に接続及び切断する第2のスイッチ部SWBと、2つの第2のノードPbにそれぞれ所定電位VDDを供給する2つの第3のスイッチ部RSTとを備える。【選択図】図2[Problem] To improve the signal-to-noise ratio during high-sensitivity readout while enabling an expansion of the dynamic range. [Solution] An element 4 includes a plurality of pixel blocks BL each having one photoelectric conversion unit PD, a first node Pa, and one transfer switch provided corresponding to the one photoelectric conversion unit PD and transferring charges from the photoelectric conversion unit PD to the first node Pa, two first switch units SWA that electrically connect and disconnect the first node Pa of one pixel block BL and the first node Pa of the other pixel block BL to two second nodes Pb that respectively correspond to these two first nodes Pa, a second switch unit SWB that electrically connects and disconnects the two second nodes Pb, and two third switch units RST that supply a predetermined potential VDD to the two second nodes Pb. [Selected Figure] FIG.

Description

本発明は、固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging device using the same.

下記特許文献1には、複数の画素であって少なくとも2つの画素がそれぞれ(a)フォトディテクタ、(b)フローティング容量部をなす電荷電圧変換領域及び(c)増幅器への入力部を含む複数の画素と、前記電荷電圧変換領域同士を選択的に接続する連結スイッチとを備えた固体撮像素子が開示されている。 Patent Document 1 below describes a plurality of pixels, each of which includes at least two pixels (a) a photodetector, (b) a charge-voltage conversion region forming a floating capacitance section, and (c) an input section to an amplifier. A solid-state imaging device is disclosed, which includes: and a connection switch that selectively connects the charge-voltage conversion regions.

特表2008-546313号公報Special Publication No. 2008-546313

前記従来の固体撮像素子において、前記連結スイッチをオンして前記電荷電圧変換領域同士を接続することによって、接続された全体の電荷電圧変換領域での飽和電子数が拡大されるため、ダイナミックレンジを拡大させることができる。 In the conventional solid-state image sensor, by turning on the connection switch and connecting the charge-voltage conversion regions, the number of saturated electrons in the entire connected charge-voltage conversion regions is expanded, so the dynamic range can be increased. It can be expanded.

また、前記従来の固体撮像素子において、前記連結スイッチをオフして前記電荷電圧変換領域を他の電荷電圧変換領域から切り離すことによって、電荷電圧変換容量が小さくなってその電荷電圧変換係数が大きくなるため、高感度読出し時のSN比が高くなる。 Further, in the conventional solid-state image sensor, by turning off the connection switch and separating the charge-voltage conversion region from other charge-voltage conversion regions, the charge-voltage conversion capacity becomes smaller and its charge-voltage conversion coefficient becomes larger. Therefore, the SN ratio during high-sensitivity reading increases.

しかし、前記従来の固体撮像素子では、前記連結スイッチをオフにしても、高感度読み出し時のSN比をさほど高くすることはできなかった。 However, in the conventional solid-state image sensor, even if the connection switch is turned off, the SN ratio during high-sensitivity readout cannot be made very high.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ダイナミックレンジを拡大させることができるとともに、高感度読出し時のSN比を向上させることができる固体撮像素子、及び、これを用いた撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a solid-state imaging device that can expand the dynamic range and improve the SN ratio during high-sensitivity readout, and an imaging device using the same. The purpose is to provide equipment.

前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第1の態様による固体撮像素子は、1つの光電変換部、第1のノード、及び、前記1つの光電変換部に対応して設けられ前記光電変換部から前記第1のノードに電荷を転送する1つの転送スイッチを有する複数の画素ブロックと、1つの前記画素ブロックの前記第1のノード及び他の1つの前記画素ブロックの前記第1のノードにそれぞれ対応する2つの第2のノードと、前記1つの画素ブロックの前記第1のノード及び前記他の1つの画素ブロックの前記第1のノードと前記2つの第2のノードとの間を、それぞれ電気的に接続及び切断する2つの第1のスイッチ部と、前記2つの第2のノード間を電気的に接続及び切断する第2のスイッチ部と、前記2つの第2のノードにそれぞれ所定電位を供給する2つの第3のスイッチ部と、を備えたものである。 The following aspects are presented as means for solving the above problems. The solid-state image sensor according to the first aspect is provided with one photoelectric conversion section, a first node, and corresponding to the one photoelectric conversion section, and transfers charges from the photoelectric conversion section to the first node. a plurality of pixel blocks having one transfer switch; two second nodes respectively corresponding to the first node of one of the pixel blocks and the first node of another one of the pixel blocks; two first nodes that electrically connect and disconnect between the first node of one pixel block and the first node and the two second nodes of the other pixel block; a switch section, a second switch section that electrically connects and disconnects the two second nodes, and two third switch sections that supply predetermined potentials to the two second nodes, respectively; It is equipped with the following.

前記画素ブロックは、前記光電変換部を1つのみ有していて1つの画素で構成されたものでもよいし、前記光電変換部を2つ以上有していて複数の画素で構成されたものでもよい。この点は、後述する各態様についても同様である。 The pixel block may have only one photoelectric conversion section and be composed of one pixel, or may have two or more photoelectric conversion sections and be composed of a plurality of pixels. good. This point also applies to each aspect described below.

第2の態様による固体撮像素子は、前記第1の態様において、前記各画素ブロックは、前記光電変換部及び前記転送スイッチをそれぞれ複数有するものである。 In the solid-state imaging device according to a second aspect, in the first aspect, each of the pixel blocks has a plurality of the photoelectric conversion sections and a plurality of the transfer switches.

第3の態様による固体撮像素子は、前記第1又は第2の態様において、第1の動作モードにおいて、前記1つの画素ブロックの前記第1のノードとこれに対応する前記第2のノードとの間を電気的に接続及び切断する前記第1のスイッチ部が、前記1つの画素ブロックの前記第1のノードの電位のリセット時にのみ一旦オンし、かつ、前記1つの画素ブロックの前記第1のノードに対応する前記第2のノードに前記所定電位を供給する前記第3のスイッチ部が、前記1つの画素ブロックの前記第1のノードの電位のリセット時に少なくともオンするように、前記各第1のスイッチ部及び前記各第3のスイッチ部を制御する制御部を備えたものである。 In the solid-state imaging device according to the third aspect, in the first or second aspect, in the first operation mode, the first node of the one pixel block and the corresponding second node are connected to each other. The first switch unit that electrically connects and disconnects the first node of the one pixel block is turned on only when the potential of the first node of the one pixel block is reset, and Each of the first and second switches is configured such that the third switch unit that supplies the predetermined potential to the second node corresponding to the node is turned on at least when the potential of the first node of the one pixel block is reset. and a control section that controls each of the third switch sections.

第4の態様による固体撮像素子は、前記第3の態様において、前記制御部は、第2の動作モードにおいて、前記1つの画素ブロックの前記第1のノードとこれに対応する前記第2のノードとの間を電気的に接続及び切断する前記第1のスイッチ部がオンし、前記第2のスイッチ部がオフし、かつ、前記1つの画素ブロックの前記第1のノードに対応する前記第2のノードに前記所定電位を供給する前記第3のスイッチ部が、前記1つの画素ブロックの前記第1のノードの電位のリセット時にのみオンするように、前記各第1のスイッチ部、前記第2のスイッチ部及び前記各第3のスイッチ部を制御するものである。 In the solid-state imaging device according to a fourth aspect, in the third aspect, the control unit controls the first node of the one pixel block and the second node corresponding to the first node of the one pixel block in the second operation mode. The first switch section that electrically connects and disconnects the pixel block is turned on, the second switch section is turned off, and the second The respective first switch sections, the second and the respective third switch sections.

第5の態様による固体撮像素子は、前記第3又は第4の態様において、前記制御部は、第3の動作モードにおいて、前記1つの画素ブロックの前記第1のノードとこれに対応する前記第2のノードとの間を電気的に接続及び切断する前記第1のスイッチ部がオンし、前記第2のスイッチ部がオンし、かつ、前記1つの画素ブロックの前記第1のノードに対応する前記第2のノードに前記所定電位を供給する前記第3のスイッチ部が、前記1つの画素ブロックの前記第1のノードの電位のリセット時にのみオンするように、前記各第1のスイッチ部、前記第2のスイッチ部及び前記各第3のスイッチ部を制御するものである。 In the solid-state image sensing device according to a fifth aspect, in the third or fourth aspect, the control unit controls the first node of the one pixel block and the corresponding node of the one pixel block in the third operation mode. The first switch section that electrically connects and disconnects between the two nodes is turned on, and the second switch section is turned on and corresponds to the first node of the one pixel block. each of the first switch units, such that the third switch unit that supplies the predetermined potential to the second node is turned on only when resetting the potential of the first node of the one pixel block; The second switch section and each third switch section are controlled.

第6の態様による固体撮像素子は、前記第1又は第2の態様において、前記複数の画素ブロックのうちの3つ以上の画素ブロックの前記第1のノードと、これらの3つ以上の前記第1のノードにそれぞれ対応する3つ以上の前記第2のノードとの間の電気的な接続を、それぞれ電気的に接続及び切断する3つ以上の前記第1のスイッチ部を備え、前記3つ以上の第2のノードが複数の前記第2のスイッチ部により数珠繋ぎ状に接続され、前記3つ以上の第2のノードに前記所定電位をそれぞれ供給する3つ以上の前記第3のスイッチ部を備えたものである。 In the solid-state imaging device according to a sixth aspect, in the first or second aspect, the first nodes of three or more pixel blocks among the plurality of pixel blocks and the first nodes of these three or more pixel blocks are provided. 1 node and three or more of the second nodes, each of which electrically connects and disconnects the three or more of the second nodes, The above second nodes are connected in a daisy-chain manner by a plurality of the second switch sections, and the three or more third switch sections each supply the predetermined potential to the three or more second nodes. It is prepared.

第7の態様による固体撮像素子は、前記第6の態様において、第1の動作モードにおいて、前記3つ以上の画素ブロックのうちの1つの画素ブロックの前記第1のノードとこれに対応する前記第2のノードとの間を電気的に接続及び切断する前記第1のスイッチ部が、前記3つ以上の画素ブロックのうちの前記1つの画素ブロックの前記第1のノードの電位のリセット時にのみ一旦オンし、かつ、前記3つ以上の画素ブロックのうちの前記1つの画素ブロックの前記第1のノードに対応する前記第2のノードに前記所定電位を供給する前記第3のスイッチ部が、前記3つ以上の画素ブロックのうちの前記1つの画素ブロックの前記第1のノードの電位のリセット時に少なくともオンするように、前記各第1のスイッチ部及び前記各第3のスイッチ部を制御する制御部を備えたものである。 In the solid-state imaging device according to a seventh aspect, in the sixth aspect, in the first operation mode, the first node of one pixel block among the three or more pixel blocks and the corresponding The first switch unit that electrically connects and disconnects between the second node and the second node only when resetting the potential of the first node of the one pixel block among the three or more pixel blocks. the third switch section is once turned on and supplies the predetermined potential to the second node corresponding to the first node of the one pixel block among the three or more pixel blocks; controlling each of the first switch units and each of the third switch units to turn on at least when resetting the potential of the first node of the one pixel block of the three or more pixel blocks; It is equipped with a control section.

第8の態様による固体撮像素子は、前記第7の態様において、前記制御部は、第2の動作モードにおいて、前記3つ以上の画素ブロックのうちの1つの画素ブロックの前記第1のノードとこれに対応する前記第2のノードとの間を電気的に接続及び切断する前記第1のスイッチ部がオンし、前記3つ以上の画素ブロックのうちの前記1つの画素ブロックの前記第1のノードに対応する前記第2のノードに対して電気的に接続される前記第2のスイッチ部がオフし、かつ、前記3つ以上の画素ブロックのうちの前記1つの画素ブロックの前記第1のノードに対応する前記第2のノードに前記所定電位を供給する前記第3のスイッチ部が、前記3つ以上の画素ブロックのうちの前記1つの画素ブロックの前記第1のノードの電位のリセット時にのみオンするように、前記各第1のスイッチ部、前記各第2のスイッチ部及び前記各第3のスイッチ部を制御するものである。 In the solid-state imaging device according to an eighth aspect, in the seventh aspect, the control unit, in the second operation mode, connects the first node of one pixel block among the three or more pixel blocks. The first switch unit that electrically connects and disconnects the corresponding second node is turned on, and the first switch unit of the one pixel block among the three or more pixel blocks is turned on. The second switch section electrically connected to the second node corresponding to the node is turned off, and the first switch section of the one pixel block among the three or more pixel blocks is turned off. The third switch unit supplies the predetermined potential to the second node corresponding to the node, when resetting the potential of the first node of the one pixel block among the three or more pixel blocks. The first switch section, the second switch section, and the third switch section are controlled so that only the first switch section, the second switch section, and the third switch section are turned on.

第9の態様による固体撮像素子は、前記第7又は第8の態様において、前記制御部は、第3の動作モードにおいて、前記3つ以上の画素ブロックのうちの1つの画素ブロックの前記第1のノードとこれに対応する前記第2のノードとの間を電気的に接続及び切断する前記第1のスイッチ部がオンし、前記3つ以上の画素ブロックのうちの前記1つの画素ブロックの前記第1のノードに対応する前記第2のノードに対して電気的に接続される前記第2のスイッチ部がオンし、かつ、前記3つ以上の画素ブロックのうちの前記1つの画素ブロックの前記第1のノードに対応する前記第2のノードに前記所定電位を供給する前記第3のスイッチ部が、前記3つ以上の画素ブロックのうちの前記1つの画素ブロックの前記第1のノードの電位のリセット時にのみオンするように、前記各第1のスイッチ部、前記各第2のスイッチ部及び前記各第3のスイッチ部を制御するものである。 In the solid-state imaging device according to a ninth aspect, in the seventh or eighth aspect, the control unit controls the first pixel block of one pixel block among the three or more pixel blocks in the third operation mode. The first switch unit that electrically connects and disconnects between the node and the corresponding second node is turned on, and the The second switch unit electrically connected to the second node corresponding to the first node is turned on, and the one pixel block of the three or more pixel blocks The third switch unit supplies the predetermined potential to the second node corresponding to the first node, and the third switch unit supplies the predetermined potential to the second node corresponding to the first node, The first switch section, the second switch section, and the third switch section are controlled so that they are turned on only when resetting the switch section.

第10の態様による撮像装置は、前記第1乃至第9のいずれかの態様による固体撮像素子を備えたものである。 An imaging device according to a tenth aspect includes the solid-state imaging device according to any one of the first to ninth aspects.

第11の態様による撮像装置は、前記第3、第4、第5、第7、第8又は第9の態様による固体撮像素子と、ISO感度の設定値に応じて前記各動作モードを切り替える制御手段と、を備えたものである。 An imaging device according to an eleventh aspect includes the solid-state imaging device according to the third, fourth, fifth, seventh, eighth, or ninth aspect, and control for switching each of the operation modes according to a set value of ISO sensitivity. It is equipped with the means and.

本発明によれば、ダイナミックレンジを拡大させることができるとともに、高感度読出し時のSN比を向上させることができる固体撮像素子、及び、これを用いた撮像装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device that can expand the dynamic range and improve the SN ratio during high-sensitivity readout, and an imaging device using the same.

本発明の第1の実施の形態による電子カメラを模式的に示す概略ブロック図である。FIG. 1 is a schematic block diagram schematically showing an electronic camera according to a first embodiment of the present invention. 図1中の固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。2 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a solid-state image sensor in FIG. 1. FIG. 図1中の4つの画素ブロックの付近を拡大して示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing an enlarged view of the vicinity of four pixel blocks in FIG. 1. FIG. 図3中の3つの画素ブロックの付近を模式的に示す概略平面図である。4 is a schematic plan view schematically showing the vicinity of three pixel blocks in FIG. 3. FIG. 図4中の1つの画素ブロックの付近を拡大して示す概略平面図である。5 is a schematic plan view showing an enlarged view of the vicinity of one pixel block in FIG. 4. FIG. 図2に示す固体撮像素子の所定の動作モードを示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing a predetermined operation mode of the solid-state image sensor shown in FIG. 2. FIG. 図2に示す固体撮像素子の他の動作モードを示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing another operation mode of the solid-state image sensor shown in FIG. 2. FIG. 図2に示す固体撮像素子の更に他の動作モードを示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing still another operation mode of the solid-state image sensor shown in FIG. 2. FIG. 図2に示す固体撮像素子の更に他の動作モードを示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing still another operation mode of the solid-state image sensor shown in FIG. 2. FIG. 図2に示す固体撮像素子の更に他の動作モードを示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing still another operation mode of the solid-state image sensor shown in FIG. 2. FIG. 比較例による固体撮像素子の3つの画素ブロックの付近を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing the vicinity of three pixel blocks of a solid-state image sensor according to a comparative example. 図9に示す3つの画素ブロックの付近を模式的に示す概略平面図である。10 is a schematic plan view schematically showing the vicinity of three pixel blocks shown in FIG. 9. FIG. 本発明の第2の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a solid-state image sensor of an electronic camera according to a second embodiment of the present invention.

以下、本発明による固体撮像素子及び撮像装置について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a solid-state imaging device and an imaging device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態による電子カメラ1を模式的に示す概略ブロック図である。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic block diagram schematically showing an electronic camera 1 according to a first embodiment of the present invention.

本実施の形態による電子カメラ1は、例えば一眼レフのデジタルカメラとして構成されるが、本発明による撮像装置は、これに限らず、コンパクトカメラなどの他の電子カメラや、携帯電話に搭載された電子カメラや、動画を撮像するビデオカメラ等の電子カメラなどの種々の撮像装置に適用することができる。 Although the electronic camera 1 according to the present embodiment is configured as, for example, a single-lens reflex digital camera, the imaging device according to the present invention is not limited to this, and can be installed in other electronic cameras such as compact cameras or mobile phones. It can be applied to various imaging devices such as electronic cameras and electronic cameras such as video cameras that capture moving images.

電子カメラ1には、撮影レンズ2が装着される。この撮影レンズ2は、レンズ制御部3によってフォーカスや絞りが駆動される。この撮影レンズ2の像空間には、固体撮像素子4の撮像面が配置される。 A photographing lens 2 is attached to the electronic camera 1. The focus and aperture of this photographic lens 2 are driven by a lens control section 3. In the image space of this photographic lens 2, an imaging surface of a solid-state image sensor 4 is arranged.

固体撮像素子4は、撮像制御部5の指令によって駆動され、デジタルの画像信号を出力する。通常の本撮影時(静止画撮影時)などでは、撮像制御部5は、例えば、全画素を同時にリセットするいわゆるグローバルリセット後に、図示しないメカニカルシャッタで露光した後に、所定の読み出し動作を行うように固体撮像素子4を制御する。また、電子ビューファインダーモード時や動画撮影時などでは、撮像制御部5は、例えばいわゆるローリング電子シャッタを行いつつ所定の読み出し動作を行うように固体撮像素子4を制御する。これらのとき、撮像制御部5は、後述するように、ISO感度の設定値に応じて、後述する各動作モードの読み出し動作を行うように、固体撮像素子4を制御する。デジタル信号処理部6は、固体撮像素子4から出力されるデジタルの画像信号に対して、デジタル増幅、色補間処理、ホワイトバランス処理などの画像処理等を行う。デジタル信号処理部6による処理後の画像信号は、メモリ7に一旦蓄積される。メモリ7は、バス8に接続されている。バス8には、レンズ制御部3、撮像制御部5、CPU9、液晶表示パネル等の表示部10、記録部11、画像圧縮部12及び画像処理部13なども接続される。CPU9には、レリーズ釦などの操作部14が接続される。操作部14によって、ISO感度を設定することができるようになっている。記録部11には記録媒体11aが着脱自在に装着される。 The solid-state imaging device 4 is driven by a command from the imaging control section 5 and outputs a digital image signal. During normal actual shooting (still image shooting), the imaging control unit 5 performs a predetermined readout operation, for example, after a so-called global reset in which all pixels are reset at the same time, and after exposure using a mechanical shutter (not shown). The solid-state image sensor 4 is controlled. Further, in the electronic viewfinder mode or when shooting a moving image, the imaging control unit 5 controls the solid-state imaging device 4 to perform a predetermined readout operation, for example, while performing a so-called rolling electronic shutter. At these times, the imaging control unit 5 controls the solid-state imaging device 4 to perform a readout operation in each operation mode, which will be described later, according to the ISO sensitivity setting value, as described later. The digital signal processing unit 6 performs image processing such as digital amplification, color interpolation processing, white balance processing, etc. on the digital image signal output from the solid-state image sensor 4. The image signal processed by the digital signal processing section 6 is temporarily stored in the memory 7. Memory 7 is connected to bus 8 . Also connected to the bus 8 are a lens control section 3, an imaging control section 5, a CPU 9, a display section 10 such as a liquid crystal display panel, a recording section 11, an image compression section 12, an image processing section 13, and the like. An operation unit 14 such as a release button is connected to the CPU 9. The operating section 14 allows the ISO sensitivity to be set. A recording medium 11a is detachably attached to the recording section 11.

電子カメラ1内のCPU9は、操作部14の操作により電子ビューファインダーモードや動画撮影や通常の本撮影(静止画撮影)などが指示されると、それに合わせて撮像制御部5を駆動する。このとき、レンズ制御部3によって、フォーカスや絞りが適宜調整される。固体撮像素子4は、撮像制御部5の指令によって駆動され、デジタルの画像信号を出力する。固体撮像素子4からのデジタルの画像信号は、デジタル信号処理部6で処理された後に、メモリ7に蓄積される。CPU9は、電子ビューファインダーモード時にはその画像信号を表示部10に画像表示させ、動画撮影時にはその画像信号を記録媒体11aに記録する。通常の本撮影時(静止画撮影時)などの場合は、CPU9は、固体撮像素子4からのデジタルの画像信号がデジタル信号処理部6で処理されてメモリ7に蓄積された後に、操作部14の指令に基づき、必要に応じて画像処理部13や画像圧縮部12にて所望の処理を行い、記録部11に処理後の信号を出力させ記録媒体11aに記録する。 When the electronic viewfinder mode, video shooting, normal main shooting (still image shooting), etc. are instructed by operation of the operating section 14, the CPU 9 in the electronic camera 1 drives the image capturing control section 5 in accordance with the instruction. At this time, the lens control section 3 adjusts the focus and aperture as appropriate. The solid-state imaging device 4 is driven by a command from the imaging control section 5 and outputs a digital image signal. The digital image signal from the solid-state image sensor 4 is stored in the memory 7 after being processed by the digital signal processing section 6 . The CPU 9 causes the image signal to be displayed on the display unit 10 when in the electronic viewfinder mode, and records the image signal on the recording medium 11a when shooting a moving image. During normal actual shooting (still image shooting), the CPU 9 processes the digital image signal from the solid-state image sensor 4 in the digital signal processing section 6 and stores it in the memory 7, and then sends it to the operating section 14. Based on the command, desired processing is performed in the image processing section 13 and the image compression section 12 as necessary, and the processed signal is outputted to the recording section 11 and recorded on the recording medium 11a.

図2は、図1中の固体撮像素子4の概略構成を示す回路図である。図3は、図2中の列方向に順次並んだ4つの画素ブロックBLの付近を拡大して示す回路図である。図4は、図3中の3つの画素ブロックBLの付近を模式的に示す概略平面図である。図5は、図4中の1つの画素ブロックBLの付近を拡大して示す概略平面図である。本実施の形態では、固体撮像素子4は、CMOS型の固体撮像素子として構成されているが、これに限らず、例えば、他のXYアドレス型固体撮像素子として構成してもよい。 FIG. 2 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the solid-state image sensor 4 in FIG. 1. FIG. 3 is an enlarged circuit diagram showing the vicinity of four pixel blocks BL sequentially arranged in the column direction in FIG. FIG. 4 is a schematic plan view schematically showing the vicinity of the three pixel blocks BL in FIG. FIG. 5 is a schematic plan view showing the vicinity of one pixel block BL in FIG. 4 in an enlarged manner. In this embodiment, the solid-state image sensor 4 is configured as a CMOS type solid-state image sensor, but is not limited to this, and may be configured as another XY address type solid-state image sensor, for example.

固体撮像素子4は、図2乃至図4に示すように、N行M列に2次元マトリクス状に配置されそれぞれ2つの画素PX(PXA,PXB)を有する画素ブロックBLと、後述する第1のノードPaとこれに対応する第2のノードPbとの間を電気的に接続及び切断する第1のスイッチ部としての第1のトランジスタSWAと、2つの第2のノードPb間を電気的に接続及び切断する第2のスイッチ部としての第2のトランジスタSWBと、第2のノードPbに所定電位としての電源電圧VDDを供給する第3のスイッチ部としてのリセットトランジスタRSTと、垂直走査回路21と、画素ブロックBLの行毎に設けられた制御線22~27と、画素PXの列毎に(画素ブロックBLの列毎に)設けられ対応する列の画素PX(画素ブロックBL)からの信号を受け取る複数の(M本の)垂直信号線28と、各垂直信号線28に設けられた定電流源29と、各垂直信号線28に対応して設けられたカラムアンプ30、CDS回路(相関2重サンプリング回路)31及びA/D変換器32と、水平読み出し回路33とを有している。 As shown in FIGS. 2 to 4, the solid-state image sensor 4 includes a pixel block BL arranged in a two-dimensional matrix in N rows and M columns and each having two pixels PX (PXA, PXB), and a first pixel block BL to be described later. A first transistor SWA serving as a first switch unit that electrically connects and disconnects the node Pa and the corresponding second node Pb and electrically connects the two second nodes Pb. and a second transistor SWB as a second switch section for disconnecting, a reset transistor RST as a third switch section that supplies the power supply voltage VDD as a predetermined potential to the second node Pb, and a vertical scanning circuit 21. , control lines 22 to 27 provided for each row of the pixel block BL and signals from the pixels PX (pixel block BL) of the corresponding column provided for each column of the pixel PX (for each column of the pixel block BL). A plurality of (M) vertical signal lines 28 to receive, a constant current source 29 provided for each vertical signal line 28, a column amplifier 30 provided corresponding to each vertical signal line 28, and a CDS circuit (correlation 2 It has a double sampling circuit) 31, an A/D converter 32, and a horizontal readout circuit 33.

なお、カラムアンプ30として、アナログ増幅器を用いてもよいし、いわゆるスイッチトキャパシタアンプを用いてもよい。また、カラムアンプ30は、必ずしも設けなくてもよい。 Note that as the column amplifier 30, an analog amplifier or a so-called switched capacitor amplifier may be used. Further, the column amplifier 30 does not necessarily need to be provided.

図面表記の便宜上、図2ではM=2として示しているが、列数Mは実際にはより多くの任意の数にされる。また、行数Nも限定されない。画素ブロックBLを行毎に区別する場合、j行目の画素ブロックBLは符号BL(j)で示す。この点は、他の要素や後述する制御信号についても同様である。図2及び図3には、4行に渡るn-1行目乃至n+2行目の画素ブロックBL(n-1)~BL(n+2)が示されている。 For convenience of drawing notation, M=2 is shown in FIG. 2, but the number of columns M is actually set to a larger arbitrary number. Furthermore, the number of lines N is also not limited. When pixel blocks BL are distinguished by row, the j-th pixel block BL is indicated by the symbol BL(j). This point also applies to other elements and control signals described later. In FIGS. 2 and 3, pixel blocks BL(n-1) to BL(n+2) of the n-1th row to the n+2th row spanning four rows are shown.

なお、図面では、画素ブロックBLのうち図2及び図3中下側の画素の符号をPXAとし、図2及び図3中上側の画素の符号をPXBとして、両者を区別しているが、両者を区別しないで説明するときには両者に符号PXを付して説明する場合がある。また、図面では、画素PXAのフォトダイオードの符号をPDAとし、画素PXBのフォトダイオードの符号をPDBとして、両者を区別しているが、両者を区別しないで説明するときには両者に符号PDを付して説明する場合がある。同様に、画素PXAの転送トランジスタの符号をTXAとし、画素PXBの転送トランジスタの符号をTXBとして、両者を区別しているが、両者を区別しないで説明するときには両者に符号TXを付して説明する場合がある。なお、本実施の形態では、画素PXのフォトダイオードPDは、2N行M列に2次元マトリクス状に配置されている。 In addition, in the drawings, the code of the lower pixel in FIGS. 2 and 3 in the pixel block BL is PXA, and the code of the upper pixel in FIGS. 2 and 3 is PXB to distinguish between the two, but the two are When the description is made without distinguishing between the two, the reference numeral PX may be attached to both. In addition, in the drawings, the photodiode of pixel PXA is denoted by PDA, and the photodiode of pixel PXB is denoted by PDB to distinguish between the two, but when explaining the two without distinguishing them, the symbol PD is attached to both. May be explained. Similarly, the code of the transfer transistor of pixel PXA is TXA, and the code of the transfer transistor of pixel PXB is TXB to distinguish between the two, but when explaining the two without distinguishing them, the code TX will be added to both. There are cases. Note that in this embodiment, the photodiodes PD of the pixel PX are arranged in a two-dimensional matrix of 2N rows and M columns.

本実施の形態では、各画素PXは、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部としてのフォトダイオードPDと、フォトダイオードPDから第1のノードPaに電荷を転送する転送スイッチとしての転送トランジスタTXとを有している。 In this embodiment, each pixel PX includes a photodiode PD as a photoelectric conversion unit that generates and accumulates signal charges according to incident light, and a transfer switch that transfers charges from the photodiode PD to the first node Pa. transfer transistor TX.

本実施の形態では、複数の画素PXは、フォトダイオードPDが列方向に順次並んだ2個の画素PX(PXA,PXB)毎に画素ブロックBLをなしている。図2及び図3に示すように、各画素ブロックBL毎に、当該画素ブロックBLに属する2個の画素PX(PXA,PXB)が、1組の第1のノードPa、増幅トランジスタAMP及び選択トランジスタSELを共有している。第1のノードPaには基準電位との間に容量(電荷電圧変換容量)が形成され、その容量によって、第1のノードPaに転送されてきた電荷が電圧に変換される。増幅トランジスタAMPは、第1のノードPaの電位に応じた信号を出力する増幅部を構成している。選択トランジスタSELは、当該画素ブロックBLを選択するための選択部を構成している。フォトダイオードPD及び転送トランジスタTXは、2個の画素PX(PXA,PXB)で共有されることなく、画素PX毎に設けられている。図2及び図3では、nは画素ブロックBLの行を示している。例えば、1行目の画素PX(PXA)と2行目の画素PX(PXB)とにより1行目の画素ブロックBLが構成され、3行目の画素PX(PXA)と4行目の画素PX(PXB)とにより2行目の画素ブロックBLが構成されている。 In this embodiment, the plurality of pixels PX form a pixel block BL for each two pixels PX (PXA, PXB) in which photodiodes PD are sequentially lined up in the column direction. As shown in FIGS. 2 and 3, for each pixel block BL, two pixels PX (PXA, PXB) belonging to the pixel block BL are connected to a set of first nodes Pa, an amplification transistor AMP, and a selection transistor. We share SEL. A capacitor (charge-voltage conversion capacitor) is formed between the first node Pa and the reference potential, and the charge transferred to the first node Pa is converted into a voltage by the capacitor. The amplification transistor AMP constitutes an amplification section that outputs a signal according to the potential of the first node Pa. The selection transistor SEL constitutes a selection section for selecting the pixel block BL. The photodiode PD and the transfer transistor TX are provided for each pixel PX without being shared by the two pixels PX (PXA, PXB). In FIGS. 2 and 3, n indicates the row of the pixel block BL. For example, the first row pixel block BL is configured by the first row pixel PX (PXA) and the second row pixel PX (PXB), and the third row pixel PX (PXA) and the fourth row pixel PX (PXB) constitutes the second row pixel block BL.

例えば、画素ブロックBL(n)の転送トランジスタTXA(n)は、フォトダイオードPDA(n)から第1のノードPa(n)に電荷を転送し、転送トランジスタTXB(n)はフォトダイオードPDB(n)から第1のノードPa(n)に電荷を転送する。第1のノードPa(n)には基準電位との間に容量(電荷電圧変換容量)が形成され、その容量によって、第1のノードPa(n)に転送されてきた電荷が電圧に変換される。増幅トランジスタAMP(n)は、第1のノードPa(n)の電位に応じた信号を出力する。これらの点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。 For example, the transfer transistor TXA(n) of the pixel block BL(n) transfers charge from the photodiode PDA(n) to the first node Pa(n), and the transfer transistor TXB(n) transfers the charge from the photodiode PDA(n) to the first node Pa(n). ) to the first node Pa(n). A capacitor (charge-voltage conversion capacitor) is formed between the first node Pa(n) and the reference potential, and the charge transferred to the first node Pa(n) is converted into voltage by the capacitor. Ru. Amplification transistor AMP(n) outputs a signal according to the potential of first node Pa(n). These points also apply to the rows of other pixel blocks BL.

なお、本発明では、例えば、フォトダイオードPDが列方向に順次並んだ3個以上の画素PX毎に画素ブロックBLを構成するようにしてもよい。 Note that, in the present invention, for example, the pixel block BL may be configured for each of three or more pixels PX in which photodiodes PD are sequentially lined up in the column direction.

図面には示していないが、本実施の形態では、各々の画素PXのフォトダイオードPDの光入射側には、それぞれが異なる色成分の光を透過させる複数種類のカラーフィルタが、所定の色配列(例えば、ベイヤー配列)で配置されている。画素PXは、カラーフィルタでの色分解によって各色に対応する電気信号を出力する。 Although not shown in the drawings, in this embodiment, on the light incident side of the photodiode PD of each pixel PX, a plurality of types of color filters each transmitting light of different color components are arranged in a predetermined color arrangement. (for example, Bayer array). The pixel PX outputs electrical signals corresponding to each color by color separation using a color filter.

第1のトランジスタSWA(n)は、第1のノードPa(n)とこれに対応する第2のノードPb(n)との間を電気的に接続及び切断する第1のスイッチ部を構成している。このような第1のスイッチ部は、複数のトランジスタ等のスイッチを組み合わせて構成することも可能であるが、構造を簡単にするため、本実施の形態のように単一の第1のトランジスタSWA(n)で構成することが好ましい。これらの点は、他の第1のトランジスタSWAについても同様である。 The first transistor SWA(n) constitutes a first switch unit that electrically connects and disconnects the first node Pa(n) and the corresponding second node Pb(n). ing. Although such a first switch section can be configured by combining switches such as a plurality of transistors, in order to simplify the structure, a single first transistor SWA is used as in this embodiment. (n) is preferable. These points also apply to the other first transistors SWA.

各第2のトランジスタSWBは、各画素ブロックBLのうちの列方向に互いに隣り合う各2つの画素ブロックBLについて、一方の画素ブロックBLの第1のノードPaに対応する第2のノードPbと他方の画素ブロックBLの第1のノードPaに対応する第2のノードPbとの間を電気的に接続及び切断するように設けられた第2のスイッチ部を構成している。これによって、本実施の形態では、3つ以上の画素ブロックBLの第1のノードPaが、複数の前記第2のスイッチ部により数珠繋ぎ状に接続されている。前述したような第2のスイッチ部は、複数のトランジスタ等のスイッチを組み合わせて構成することも可能であるが、構造を簡単にするため、本実施の形態のように単一の第2のトランジスタSWBで構成することが好ましい。 Each second transistor SWB is connected to a second node Pb corresponding to the first node Pa of one pixel block BL and a second node Pb corresponding to the first node Pa of one pixel block BL for each two pixel blocks BL adjacent to each other in the column direction of each pixel block BL. A second switch section is provided to electrically connect and disconnect the first node Pa of the pixel block BL with the corresponding second node Pb. Accordingly, in this embodiment, the first nodes Pa of three or more pixel blocks BL are connected in a daisy-chain manner by the plurality of second switch sections. Although the second switch section described above can be configured by combining switches such as a plurality of transistors, in order to simplify the structure, it is possible to configure the second switch section by combining switches such as a plurality of transistors. It is preferable to use SWB.

例えば、第2のトランジスタSWB(n)は、n行目の画素ブロックBL(n)の第1のノードPa(n)に対応する第2のノードPb(n)とn-1行目の画素ブロックBL(n-1)の第1のノードPa(n-1)に対応する第2のノードPb(n-1)との間を電気的に接続及び切断するように、設けられている。この点は、他の第2のトランジスタSWBについても同様である。 For example, the second transistor SWB(n) connects the second node Pb(n) corresponding to the first node Pa(n) of the pixel block BL(n) of the nth row and the pixel of the n-1st row. It is provided to electrically connect and disconnect the first node Pa (n-1) of block BL (n-1) from the corresponding second node Pb (n-1). This point also applies to the other second transistor SWB.

リセットトランジスタRST(n)は、第2のノードPb(n)に所定電位としての電源電圧VDDを供給する第3のスイッチ部を構成している。このような第3のスイッチ部は、複数のトランジスタ等のスイッチを組み合わせて構成することも可能であるが、構造を簡単にするため、本実施の形態のように単一のリセットトランジスタRST(n)で構成することが好ましい。これらの点は、他のリセットトランジスタRSTについても同様である。 The reset transistor RST(n) constitutes a third switch section that supplies the power supply voltage VDD as a predetermined potential to the second node Pb(n). Although such a third switch section can be configured by combining switches such as a plurality of transistors, in order to simplify the structure, a single reset transistor RST(n ) is preferable. These points also apply to other reset transistors RST.

図2及び図3において、VDDは電源電位である。なお、本実施の形態では、トランジスタTXA,TXB,AMP,RST,SEL,SWA,SWBは、全てnMOSトランジスタである。 In FIGS. 2 and 3, VDD is a power supply potential. Note that in this embodiment, transistors TXA, TXB, AMP, RST, SEL, SWA, and SWB are all nMOS transistors.

転送トランジスタTXAのゲートは行毎に制御線26に共通に接続され、そこには、制御信号φTXAが垂直走査回路21から供給される。転送トランジスタTXBのゲートは行毎に制御線25に共通に接続され、そこには、制御信号φTXBが垂直走査回路21から供給される。リセットトランジスタRSTのゲートは行毎に制御線24に共通に接続され、そこには、制御信号φRSTが垂直走査回路21から供給される。選択トランジスタSELのゲートは行毎に制御線23に共通に接続され、そこには、制御信号φSELが垂直走査回路21から供給される。第1のトランジスタSWAのゲートは行毎に制御線22に共通に接続され、そこには、制御信号φSWAが垂直走査回路21から供給される。第2のトランジスタSWBのゲートは行毎に制御線27に共通に接続され、そこには、制御信号φSWBが垂直走査回路21から供給される。例えば、転送トランジスタTXA(n)のゲートには制御信号φTXA(n)が供給され、転送トランジスタTXB(n)のゲートには制御信号φTXB(n)が供給され、リセットトランジスタRST(n)のゲートには制御信号φRST(n)が供給され、選択トランジスタSEL(n)のゲートには制御信号φSEL(n)が供給され、第1のトランジスタSWA(n)のゲートには制御信号φSWA(n)が供給され、第2のトランジスタSWB(n)のゲートには制御信号φSWB(n)が供給される。 The gates of the transfer transistors TXA are commonly connected to a control line 26 for each row, and a control signal φTXA is supplied thereto from the vertical scanning circuit 21. The gates of the transfer transistors TXB are commonly connected to a control line 25 for each row, and a control signal φTXB is supplied thereto from the vertical scanning circuit 21. The gates of the reset transistors RST are commonly connected to a control line 24 for each row, and a control signal φRST is supplied thereto from the vertical scanning circuit 21. The gates of the selection transistors SEL are commonly connected to a control line 23 for each row, and a control signal φSEL is supplied thereto from the vertical scanning circuit 21. The gates of the first transistors SWA are commonly connected to the control line 22 for each row, and a control signal φSWA is supplied thereto from the vertical scanning circuit 21. The gates of the second transistors SWB are commonly connected to the control line 27 for each row, and a control signal φSWB is supplied thereto from the vertical scanning circuit 21. For example, the gate of the transfer transistor TXA(n) is supplied with the control signal φTXA(n), the gate of the transfer transistor TXB(n) is supplied with the control signal φTXB(n), and the gate of the reset transistor RST(n) is supplied with the control signal φTXA(n). A control signal φRST(n) is supplied to the gate of the selection transistor SEL(n), a control signal φSEL(n) is supplied to the gate of the first transistor SWA(n), and a control signal φSWA(n) is supplied to the gate of the first transistor SWA(n). is supplied, and a control signal φSWB(n) is supplied to the gate of the second transistor SWB(n).

各トランジスタTXA,TXB,RST,SEL,SWA,SWBは、対応する制御信号φTXA,φTXB,φRST,φSEL,φSWA,φSWBがハイレベル(H)のときにオンし、ローレベル(L)のときにオフする。 Each transistor TXA, TXB, RST, SEL, SWA, SWB is turned on when the corresponding control signal φTXA, φTXB, φRST, φSEL, φSWA, φSWB is at high level (H), and is turned on when it is at low level (L). Turn off.

垂直走査回路21は、図1中の撮像制御部5による制御下で、画素ブロックBLの行毎に、制御信号φTXA,φTXB,φRST,φSEL,φSWA,φSWBをそれぞれ出力し、画素ブロックBL、第1のトランジスタSWA、第2のトランジスタSWBを制御し、静止画読み出し動作や動画読み出し動作などを実現する。この制御において、例えばISO感度の設定値に応じて、後述する各動作モードの読み出し動作が行われる。この制御によって、各垂直信号線28には、それに対応する列の画素PXの信号(アナログ信号)が供給される。 The vertical scanning circuit 21 outputs control signals φTXA, φTXB, φRST, φSEL, φSWA, and φSWB for each row of the pixel block BL under the control of the imaging control unit 5 in FIG. The first transistor SWA and the second transistor SWB are controlled to realize a still image readout operation, a moving image readout operation, and the like. In this control, a read operation in each operation mode, which will be described later, is performed depending on the set value of the ISO sensitivity, for example. Through this control, each vertical signal line 28 is supplied with the signal (analog signal) of the pixel PX in the corresponding column.

本実施の形態では、垂直走査回路21は、後述する各動作モードを、図1中の撮像制御部5からの指令(制御信号)に応じて切り替えて行う制御部を構成している。 In this embodiment, the vertical scanning circuit 21 constitutes a control section that switches between various operation modes, which will be described later, in response to commands (control signals) from the imaging control section 5 in FIG. 1.

垂直信号線28に読み出された信号は、各列毎に、カラムアンプ30で増幅され更にCDS回路31にて光信号(画素PXで光電変換された光情報を含む信号)と暗信号(光信号から差し引くべきノイズ成分を含む差分用信号)との差分を得る処理が施された後に、A/D変換器32にてデジタル信号に変換され、そのデジタル信号はA/D変換器32に保持される。各A/D変換器32に保持されたデジタルの画像信号は、水平読み出し回路33によって水平走査され、必要に応じて所定の信号形式に変換されて、外部(図1中のデジタル信号処理部6)へ出力される。 The signals read out to the vertical signal line 28 are amplified by a column amplifier 30 for each column, and further processed by a CDS circuit 31 into an optical signal (a signal containing optical information photoelectrically converted by the pixel PX) and a dark signal (an optical signal). After processing is performed to obtain the difference between the signal and the difference signal (including the noise component to be subtracted from the signal), the signal is converted into a digital signal by the A/D converter 32, and the digital signal is held in the A/D converter 32. be done. The digital image signal held in each A/D converter 32 is horizontally scanned by a horizontal readout circuit 33, converted into a predetermined signal format as necessary, and externally (digital signal processing unit 6 in FIG. ) is output to.

なお、CDS回路31は、図1中の撮像制御部5による制御下でタイミング発生回路(図示せず)から暗信号サンプリング信号φDARKCを受け、φDARKCがハイレベル(H)の場合にカラムアンプ30の出力信号を暗信号としてサンプリングするとともに、図1中の撮像制御部5による制御下で前記タイミング発生回路から光信号サンプリング信号φSIGCを受け、φSIGCがHの場合にカラムアンプ30の出力信号を光信号としてサンプリングする。そして、CDS回路31は、前記タイミング発生回路からのクロックやパルスに基づいて、サンプリングした暗信号と光信号との差分に応じた信号を出力する。このようなCDS回路31の構成としては、公知の構成を採用することができる。 Note that the CDS circuit 31 receives a dark signal sampling signal φDARKC from a timing generation circuit (not shown) under the control of the imaging control unit 5 in FIG. The output signal is sampled as a dark signal, and an optical signal sampling signal φSIGC is received from the timing generation circuit under the control of the imaging control unit 5 in FIG. 1, and when φSIGC is H, the output signal of the column amplifier 30 is converted into an optical signal. Sample as. Then, the CDS circuit 31 outputs a signal corresponding to the difference between the sampled dark signal and the optical signal based on the clock and pulse from the timing generation circuit. As the configuration of such a CDS circuit 31, a known configuration can be adopted.

ここで、図4及び図5を参照して、画素ブロックBLの構造について説明する。実際には、フォトダイオードPDの上部にはカラーフィルタやマイクロレンズ等が配置されるが、図4及び図5では省略している。なお、図4及び図5において、電源線、グランド線及び制御線22~27等のレイアウトは省略している。 Here, the structure of the pixel block BL will be explained with reference to FIGS. 4 and 5. In reality, a color filter, a microlens, etc. are arranged above the photodiode PD, but these are omitted in FIGS. 4 and 5. Note that in FIGS. 4 and 5, the layout of the power supply line, ground line, control lines 22 to 27, etc. is omitted.

本実施の形態では、N型シリコン基板(図示せず)上にP型ウエル(図示せず)が設けられ、前記P型ウエル中にフォトダイオードPDなどの画素ブロックBLにおける各素子が配置されている。図5において、符号41~50は、前述した各トランジスタの一部となっているN型不純物拡散領域である。符号61~67は、ポリシリコンによる各トランジスタのゲート電極である。なお、拡散領域42,50は、図示しない電源線により電源電圧VDDが印加される領域である。 In this embodiment, a P-type well (not shown) is provided on an N-type silicon substrate (not shown), and each element in the pixel block BL, such as a photodiode PD, is arranged in the P-type well. There is. In FIG. 5, reference numerals 41 to 50 are N-type impurity diffusion regions that are part of each of the transistors described above. Reference numerals 61 to 67 are gate electrodes of each transistor made of polysilicon. Note that the diffusion regions 42 and 50 are regions to which a power supply voltage VDD is applied by a power supply line (not shown).

フォトダイオードPDA(n),PDB(n)は、前記P型ウエル中に設けられたN型の電荷蓄積層(図示せず)とその表面側に配置されたP型の空乏化防止層(図示せず)からなる埋め込み型フォトダイオードである。フォトダイオードPDA(n),PDB(n)は、入射する光を光電変換し、生じた電荷をその電荷蓄積層に蓄積する。 The photodiodes PDA(n) and PDB(n) consist of an N-type charge storage layer (not shown) provided in the P-type well and a P-type depletion prevention layer (not shown) disposed on the surface side of the N-type charge storage layer (not shown). (not shown). The photodiodes PDA(n) and PDB(n) photoelectrically convert incident light and accumulate the generated charges in their charge storage layers.

転送トランジスタTXA(n)は、フォトダイオードPDA(n)の電荷蓄積層をソース、拡散領域41をドレイン、ゲート電極61をゲートとするnMOSトランジスタである。転送トランジスタTXB(n)は、フォトダイオードPDB(n)の電荷蓄積層をソース、拡散領域41をドレイン、ゲート電極62をゲートとするnMOSトランジスタである。拡散領域41は、フォトダイオードPDA(n)とフォトダイオードPDB(n)との間に設けられている。拡散領域41は、転送トランジスタTXA(n)のドレインとなる拡散領域及び転送トランジスタTXB(n)のドレインとなる拡散領域として、兼用されている。転送トランジスタTXA(n)のゲート電極61は、拡散領域41のフォトダイオードPDA(n)側に配置されている。転送トランジスタTXB(n)のゲート電極62は、拡散領域41のフォトダイオードPDB(n)側に配置されている。 The transfer transistor TXA(n) is an nMOS transistor that uses the charge storage layer of the photodiode PDA(n) as a source, the diffusion region 41 as a drain, and the gate electrode 61 as a gate. The transfer transistor TXB(n) is an nMOS transistor that uses the charge storage layer of the photodiode PDB(n) as a source, the diffusion region 41 as a drain, and the gate electrode 62 as a gate. Diffusion region 41 is provided between photodiode PDA(n) and photodiode PDB(n). The diffusion region 41 serves both as a diffusion region that becomes the drain of the transfer transistor TXA(n) and as a diffusion region that becomes the drain of the transfer transistor TXB(n). The gate electrode 61 of the transfer transistor TXA(n) is arranged on the photodiode PDA(n) side of the diffusion region 41. The gate electrode 62 of the transfer transistor TXB(n) is arranged on the photodiode PDB(n) side of the diffusion region 41.

増幅トランジスタAMP(n)は、拡散領域42をドレイン、拡散領域43をソース、ゲート電極63をゲートとするnMOSトランジスタである。選択トランジスタSEL(n)は、拡散領域43をドレイン、拡散領域44をソース、ゲート電極64をゲートとするnMOSトランジスタである。拡散領域44は、垂直信号線28に接続されている。 The amplification transistor AMP(n) is an nMOS transistor having the diffusion region 42 as a drain, the diffusion region 43 as a source, and the gate electrode 63 as a gate. The selection transistor SEL(n) is an nMOS transistor having the diffusion region 43 as a drain, the diffusion region 44 as a source, and the gate electrode 64 as a gate. Diffusion region 44 is connected to vertical signal line 28 .

第1のトランジスタSWA(n)は、拡散領域45をソース、拡散領域46をドレイン、ゲート電極65をゲートとするnMOSトランジスタである。第2のトランジスタSWB(n)は、拡散領域47をドレイン、拡散領域48をソース、ゲート電極66をゲートとするnMOSトランジスタである。リセットトランジスタRST(n)は、拡散領域49をソース、拡散領域50をドレイン、ゲート電極67をゲートとするnMOSトランジスタである。 The first transistor SWA(n) is an nMOS transistor having the diffusion region 45 as a source, the diffusion region 46 as a drain, and the gate electrode 65 as a gate. The second transistor SWB(n) is an nMOS transistor having the diffusion region 47 as a drain, the diffusion region 48 as a source, and the gate electrode 66 as a gate. The reset transistor RST(n) is an nMOS transistor having the diffusion region 49 as a source, the diffusion region 50 as a drain, and the gate electrode 67 as a gate.

画素ブロックBL(n)のゲート電極63及び拡散領域41,45間が、配線71(n)によって互いに電気的に接続されて導通している。本実施の形態では、第1のノードPa(n)は、配線71(n)及びこれに対して電気的に接続されて導通している箇所全体に相当している。 The gate electrode 63 and the diffusion regions 41 and 45 of the pixel block BL(n) are electrically connected to each other by a wiring 71(n) and are electrically conductive. In this embodiment, the first node Pa(n) corresponds to the wiring 71(n) and the entire portion that is electrically connected to and conductive thereto.

第1のトランジスタSWA(n)のドレイン拡散領域46、第2のトランジスタSWB(n)のドレイン拡散領域47、リセットトランジスタRST(n)のソース拡散領域49及び第2のトランジスタSWB(n+1)のソース拡散領域48の間が、配線72(n)によって互いに電気的に接続されて導通している。第2のノードPb(n)は、配線72(n)及びこれに対して電気的に接続されて導通している箇所全体に相当している。これらの点は、他の第1のトランジスタSWA、他の第2のトランジスタSWB及び他のリセットトランジスタRSTについても同様である。 Drain diffusion region 46 of first transistor SWA(n), drain diffusion region 47 of second transistor SWB(n), source diffusion region 49 of reset transistor RST(n), and source of second transistor SWB(n+1) The diffusion regions 48 are electrically connected to each other by the wiring 72(n) and are electrically conductive. The second node Pb(n) corresponds to the wiring 72(n) and the entire portion electrically connected to and conducting thereto. These points also apply to other first transistors SWA, other second transistors SWB, and other reset transistors RST.

n行目以外の画素ブロックBLの構造も、前述したn行目の画素ブロックBL(n)の構造と同様である。第1のトランジスタSWA(n)以外の第1のトランジスタSWAの構造も、前述した第1のトランジスタSWA(n)の構造と同様である。第2のトランジスタSWB(n)以外の連結トランジスタSWBの構造も、前述した連結トランジスタSWB(n)の構造と同様である。リセットトランジスタRST(n)以外のリセットトランジスタRSTの構造も、前述したリセットトランジスタRST(n)の構造と同様である。 The structures of the pixel blocks BL other than the n-th row are also similar to the structure of the n-th pixel block BL(n) described above. The structures of the first transistors SWA other than the first transistor SWA(n) are also similar to the structure of the first transistor SWA(n) described above. The structures of the coupling transistors SWB other than the second transistor SWB(n) are also similar to the structure of the coupling transistor SWB(n) described above. The structures of reset transistors RST other than reset transistor RST(n) are also similar to the structure of reset transistor RST(n) described above.

図2乃至図5おいて、CC(n)は、第1のトランジスタSWA(n)がオフしている場合の、第1のノードPa(n)と基準電位との間の容量である。容量CC(n)の容量値をCfd1とする。CD(n)は、第1のトランジスタSWA(n)、第2のトランジスタSWB(n),SWB(n+1)及びリセットトランジスタRST(n)がオフしている場合の、配線72(n)と基準電位との間の容量である。容量CD(n)の容量値をCfd2とする。これらの点は、他の第1のトランジスタSWA、他の第2のトランジスタSWB及び他のリセットトランジスタRSTについても同様である。 In FIGS. 2 to 5, CC(n) is the capacitance between the first node Pa(n) and the reference potential when the first transistor SWA(n) is off. Let the capacitance value of capacitor CC(n) be Cfd1. CD(n) is the reference wiring 72(n) when the first transistor SWA(n), the second transistor SWB(n), SWB(n+1), and the reset transistor RST(n) are off. It is the capacitance between the electric potential and the electric potential. Let the capacitance value of capacitance CD(n) be Cfd2. These points also apply to other first transistors SWA, other second transistors SWB, and other reset transistors RST.

容量CC(n)は、転送トランジスタTXA(n),TXB(n)のドレイン拡散領域41の容量と、第1のトランジスタSWA(n)のソース拡散領域の容量と、増幅トランジスタAMP(n)のゲート電極63の容量と、配線71(n)の配線容量とから構成され、それらの容量値の合計が容量CC(n)の容量値Cfd1となる。この点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。なお、第2のトランジスタSWB(n)のドレイン拡散領域47及びリセットトランジスタRST(n)のソース拡散領域49は容量CC(n)の構成要素とならないので、その分、容量CC(n)の容量値Cfd1は小さくなる。 The capacitance CC(n) is the capacitance of the drain diffusion region 41 of the transfer transistors TXA(n) and TXB(n), the capacitance of the source diffusion region of the first transistor SWA(n), and the capacitance of the amplification transistor AMP(n). It is composed of the capacitance of the gate electrode 63 and the wiring capacitance of the wiring 71(n), and the sum of these capacitance values becomes the capacitance value Cfd1 of the capacitor CC(n). This point also applies to the rows of other pixel blocks BL. Note that the drain diffusion region 47 of the second transistor SWB(n) and the source diffusion region 49 of the reset transistor RST(n) do not constitute the capacitance CC(n), so the capacitance of the capacitance CC(n) increases accordingly. The value Cfd1 becomes smaller.

ここで、第1のトランジスタSWAのオン時のチャネル容量の値及び第2のトランジスタSWBのオン時のチャネル容量の値を、両方ともCswとする。通常、容量値Cswは、容量値Cfd1,Cfd2に対して小さい値である。 Here, the value of the channel capacitance when the first transistor SWA is on and the value of the channel capacitance when the second transistor SWB is on are both Csw. Usually, the capacitance value Csw is a smaller value than the capacitance values Cfd1 and Cfd2.

今、画素ブロックBL(n)に着目して、第1のトランジスタSWA(n)がオフする(すなわち、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうちのオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態とならない)と、第1のノードPa(n)と基準電位との間の容量(電荷電圧変換容量)は、容量CC(n)となる。よって、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1となる。この状態は、後述する第1の動作モードを示す図6中の期間T2中の第1のノードPa(n)のリセット時以外の状態(図6中の期間T2においてφSWA(n)がLの期間の状態)に相当している。 Now, focusing on the pixel block BL(n), the first transistor SWA(n) is turned off (that is, the on-state transistor of each first transistor SWA and each second transistor SWB is The capacitance (charge-voltage conversion capacitance) between the first node Pa(n) and the reference potential is the capacitance CC(n). becomes. Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa(n) is Cfd1. This state is a state other than when the first node Pa(n) is reset during period T2 in FIG. period).

また、画素ブロックBL(n)に着目して、第1のトランジスタSWA(n)がオンすると、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち、第1のトランジスタSWA(n)以外のオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態とならなければ(ここでは、具体的には、第2のトランジスタSWB(n),SWB(n+1)がオフであれば)、第1のノードPa(n)と基準電位との間の容量(電荷電圧変換容量)は、容量CC(n)に対して、容量CD(n)及び第1のトランジスタSWA(n)のオン時のチャネル容量を付加したものとなる。よって、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1+Cfd2+Csw≒Cfd1+Cfd2となる。この状態は、後述する第2の動作モードを示す図7中の期間T2の状態に相当している。 Also, focusing on the pixel block BL(n), when the first transistor SWA(n) is turned on, among the first transistors SWA and the second transistors SWB, the transistors other than the first transistor SWA(n) Unless the transistors in the on state are electrically connected to the first node Pa(n) (here, specifically, the second transistors SWB(n), SWB(n+1) is off), the capacitance (charge-voltage conversion capacitance) between the first node Pa(n) and the reference potential is the capacitance CC(n), the capacitance CD(n) and the first transistor This is the addition of the channel capacity when SWA(n) is on. Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa(n) is Cfd1+Cfd2+Csw≈Cfd1+Cfd2. This state corresponds to the state in period T2 in FIG. 7, which shows a second operation mode, which will be described later.

さらに、画素ブロックBL(n)に着目して、第1のトランジスタSWA(n)及び第2のトランジスタSWB(n+1)がオンすると、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち、トランジスタSWA(n),SWB(n+1)以外のオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態とならなければ(ここでは、具体的には、トランジスタSWB(n),SWA(n+1),SWB(n+2)がオフであれば)、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量は、容量CC(n)に対して、容量CD(n)、容量CD(n+1)及びトランジスタSWA(n),SWB(n+1)のオン時のチャネル容量を付加したものとなる。よって、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1+2×Cfd2+2×Csw≒Cfd1+2×Cfd2となる。この状態は、後述する第3Aの動作モードを示す図8中の期間T2の状態に相当している。 Furthermore, focusing on the pixel block BL(n), when the first transistor SWA(n) and the second transistor SWB(n+1) are turned on, among each of the first transistors SWA and each of the second transistors SWB, Unless the on-state transistors other than the transistors SWA(n) and SWB(n+1) become electrically connected to the first node Pa(n) (here, specifically, the transistor SWB (n), SWA(n+1), and SWB(n+2) are off), the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa(n) is the capacitance CD(n), This is the addition of the capacitance CD(n+1) and the channel capacitance of the transistors SWA(n) and SWB(n+1) when they are on. Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa(n) is Cfd1+2×Cfd2+2×Csw≈Cfd1+2×Cfd2. This state corresponds to the state of period T2 in FIG. 8, which shows the third A operation mode, which will be described later.

さらにまた、画素ブロックBL(n)に着目して、第1のトランジスタSWA(n),SWA(n+1)及び第2のトランジスタSWB(n+1)がオンすると、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち、トランジスタSWA(n),SWA(n+1),SWB(n+1)以外のオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態とならなければ(ここでは、具体的には、トランジスタSWB(n),SWB(n+2)がオフであれば)、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量は、容量CC(n)に対して、容量CD(n)、容量CD(n+1)、容量CC(n+1)及びトランジスタSWA(n),SWA(n+1),SWB(n+1)のオン時のチャネル容量を付加したものとなる。よって、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、2×Cfd1+2×Cfd2+3×Csw≒2×Cfd1+2×Cfd2となる。この状態は、後述する第3Bの動作モードを示す図9中の期間T2の状態に相当している。 Furthermore, focusing on the pixel block BL(n), when the first transistors SWA(n), SWA(n+1) and the second transistor SWB(n+1) are turned on, each first transistor SWA and each second transistor SWA(n+1) turn on. Among the transistors SWB, the transistors in the on state other than the transistors SWA(n), SWA(n+1), and SWB(n+1) must be electrically connected to the first node Pa(n). (Here, specifically, if transistors SWB(n) and SWB(n+2) are off), the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa(n) is relative to the capacitance CC(n). This is the addition of capacitance CD(n), capacitance CD(n+1), capacitance CC(n+1), and channel capacitances of transistors SWA(n), SWA(n+1), and SWB(n+1) when they are on. Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa(n) is 2×Cfd1+2×Cfd2+3×Csw≈2×Cfd1+2×Cfd2. This state corresponds to the state of period T2 in FIG. 9, which shows the third B operation mode, which will be described later.

また、画素ブロックBL(n)に着目して、第1のトランジスタSWA(n)及び第2のトランジスタSWB(n+1),SWB(n+2)がオンすると、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち、トランジスタSWA(n),SWB(n+1),SWB(n+2)以外のオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態とならなければ(ここでは、具体的には、トランジスタSWA(n+1),SWA(n+2),SWB(n),SWB(n+3)がオフであれば)、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量は、容量CC(n)に対して、容量CD(n)、容量CD(n+1)、容量CD(n+2)及びトランジスタSWA(n),SWB(n+1),SWB(n+2)のオン時のチャネル容量を付加したものとなる。よって、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1+3×Cfd2+3×Csw≒Cfd1+3×Cfd2となる。この状態は、後述する第3Cの動作モードを示す図10中の期間T2の状態に相当している。 Also, focusing on the pixel block BL(n), when the first transistor SWA(n) and the second transistors SWB(n+1) and SWB(n+2) are turned on, each first transistor SWA and each second transistor If the on-state transistors other than the transistors SWA(n), SWB(n+1), and SWB(n+2) among the transistors SWB are not electrically connected to the first node Pa(n), ( Specifically, if the transistors SWA(n+1), SWA(n+2), SWB(n), and SWB(n+3) are off), the charge-voltage conversion capacity of the first node Pa(n) is Add the on-state channel capacitances of capacitance CD(n), capacitance CD(n+1), capacitance CD(n+2), and transistors SWA(n), SWB(n+1), and SWB(n+2) to capacitance CC(n). It becomes what it is. Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa(n) is Cfd1+3×Cfd2+3×Csw≈Cfd1+3×Cfd2. This state corresponds to the state of period T2 in FIG. 10 showing the third C operation mode, which will be described later.

このように、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち第1のノードPa(n)に対して電気的に接続されるオン状態のトランジスタがなければ、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値が最小の容量値Cfd1となり、その電荷電圧変換容量による電荷電圧変換係数が大きくなるため、最高のSN比での読出しが可能となる。 In this way, if there is no on-state transistor electrically connected to the first node Pa(n) among each first transistor SWA and each second transistor SWB, the first node Pa( The capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor n) becomes the minimum capacitance value Cfd1, and the charge-voltage conversion coefficient due to the charge-voltage conversion capacitor becomes large, so that reading with the highest SN ratio becomes possible.

一方、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち第1のノードPa(n)に対して電気的に接続されるオン状態のトランジスタの数を1つ以上の所望の数に増やしていけば、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値を所望の値に大きくすることができ、大きな信号電荷量を扱うことができるため、飽和電子数を拡大することができる。これにより、ダイナミックレンジを拡大することができる。 On the other hand, the number of on-state transistors electrically connected to the first node Pa(n) among each first transistor SWA and each second transistor SWB is increased to one or more desired number. By doing so, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa(n) can be increased to a desired value, and a large amount of signal charge can be handled, so the number of saturated electrons can be expanded. can. Thereby, the dynamic range can be expanded.

以上、画素ブロックBL(n)の第1のノードPa(n)について説明したが、他の画素ブロックBLの第1のノードPaについても同様である。 The first node Pa(n) of the pixel block BL(n) has been described above, but the same applies to the first nodes Pa of the other pixel blocks BL.

図6は、図2に示す固体撮像素子4の第1の動作モードを示すタイミングチャートである。この第1の動作モードは、各画素ブロックBLを行毎に順次選択していき、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち選択された画素ブロックBLの第1のノードPaに対して電気的に接続されるオン状態のトランジスタがない状態(当該第1のノードPaの電荷電圧変換容量が最小である状態)で、選択された画素ブロックBLの転送トランジスタTXA,TXBを順次選択的にオンさせて、選択された画素ブロックBLの各フォトダイオードPDA,PDBの信号を行毎に順次読み出す動作の例である。図6に示す例では、全画素PXA,PXBの信号を読み出すが、これに限らず、例えば、画素行を間引いて読み出す間引き読み出し等を行ってもよい。この点は、後述する図7乃至図10にそれぞれ示す各例についても同様である。 FIG. 6 is a timing chart showing the first operation mode of the solid-state image sensor 4 shown in FIG. In this first operation mode, each pixel block BL is sequentially selected row by row, and the first node Pa of the pixel block BL selected from each first transistor SWA and each second transistor SWB is connected to the first node Pa of the selected pixel block BL. Transfer transistors TXA and TXB of the selected pixel block BL are sequentially selected in a state in which there is no transistor in an on-state electrically connected to the pixel block BL (a state in which the charge-voltage conversion capacity of the first node Pa is the minimum). This is an example of an operation in which the signals of the photodiodes PDA and PDB of the selected pixel block BL are sequentially read out row by row. In the example shown in FIG. 6, signals of all pixels PXA and PXB are read out, but the present invention is not limited to this, and for example, thinning readout in which pixel rows are thinned out and read out may be performed. This point also applies to each example shown in FIGS. 7 to 10, which will be described later.

図6は、期間T1においてn-1行目の画素ブロックBL(n-1)が選択され、期間T2においてn行目の画素ブロックBL(n)が選択され、期間T3においてn+1行目の画素ブロックBL(n+1)が選択されていく状況を示している。いずれの行の画素ブロックBLが選択された場合の動作も同様であるので、ここでは、n行目の画素ブロックBL(n)が選択された場合の動作についてのみ説明する。 In FIG. 6, the pixel block BL(n-1) in the n-1st row is selected in the period T1, the pixel block BL(n) in the n-th row is selected in the period T2, and the pixel block BL(n) in the n+1th row is selected in the period T3. This shows a situation in which block BL(n+1) is being selected. Since the operation is the same when the pixel block BL in any row is selected, only the operation when the n-th pixel block BL(n) is selected will be described here.

期間T2の開始前に既に、所定の露光期間において、フォトダイオードPDA(n),PDB(n)の露光が終了している。この露光は、通常の本撮影時(静止画撮影時)などでは、全画素を同時にリセットするいわゆるグローバルリセット後にメカニカルシャッタ(図示せず)により行われ、電子ビューファインダーモード時や動画撮影時などでは、いわゆるローリング電子シャッタ動作により行われる。期間T2の開始直前には、全てのトランジスタSEL,RST,TXA,TXB,SWA,SWBはオフしている。 Before the start of period T2, exposure of photodiodes PDA(n) and PDB(n) has already been completed in a predetermined exposure period. During normal shooting (still image shooting), this exposure is performed by a mechanical shutter (not shown) after a so-called global reset that resets all pixels at the same time, and during electronic viewfinder mode or video shooting, etc. This is performed by a so-called rolling electronic shutter operation. Immediately before the start of period T2, all transistors SEL, RST, TXA, TXB, SWA, and SWB are off.

期間T2において、n行目のφSEL(n)がHにされ、n行目の画素ブロックBL(n)の選択トランジスタSEL(n)がオンにされ、n行目の画素ブロックBL(n)が選択される。また、期間T2において、n行目のφRST(n)がHにされ、リセットトランジスタRST(n)がオンにされる。もっとも、リセットトランジスタRST(n)は必ずしも期間T2の全体に渡ってオンにする必要はなく、φRST(n)は、第1のノードPa(n)のリセット時(すなわち、図6中のφSWA(n)のH期間)のみHにしてもよい。 In period T2, the n-th row φSEL(n) is set to H, the selection transistor SEL(n) of the n-th pixel block BL(n) is turned on, and the n-th pixel block BL(n) is turned on. selected. Further, in period T2, φRST(n) of the nth row is set to H, and the reset transistor RST(n) is turned on. However, the reset transistor RST(n) does not necessarily need to be turned on for the entire period T2, and φRST(n) is not necessarily turned on during the entire period T2, and φRST(n) is not necessarily turned on during the reset of the first node Pa(n) (i.e., φSWA( Only the H period (n) may be set to H.

期間T2の開始直後から一定期間(第1のノードPa(n)のリセット時)だけ、φSWA(n)がHにされてn行目の第1のトランジスタSWA(n)が一旦オンにされる。このとき、φRST(n)がHにされていてリセットトランジスタRST(n)がオンしているため、オン状態のリセットトランジスタRST(n)及びオン状態の第1のトランジスタSWA(n)を経由して、第1のノードPa(n)の電位が一旦電源電位VDDにリセットされる。 Immediately after the start of period T2, φSWA(n) is set to H for a certain period of time (when the first node Pa(n) is reset), and the first transistor SWA(n) in the nth row is temporarily turned on. . At this time, because φRST(n) is set to H and the reset transistor RST(n) is on, the Then, the potential of the first node Pa(n) is temporarily reset to the power supply potential VDD.

その後、第1のトランジスタSWA(n)がオフにされると、各トランジスタSWA,SWBのうち選択された画素ブロックBL(n)の第1のノードPa(n)に対して電気的に接続されるオン状態のトランジスタがない状態となる。したがって、前述したように、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1となり、最小となる。 Thereafter, when the first transistor SWA(n) is turned off, it is electrically connected to the first node Pa(n) of the pixel block BL(n) selected among the transistors SWA and SWB. There is no transistor in the on state. Therefore, as described above, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa(n) is Cfd1, which is the minimum.

期間T2中のその後の時点t1から一定期間だけ、暗信号サンプリング信号φDARKCがHにされて、第1のノードPa(n)に現れる電位がn行目の増幅トランジスタAMP(n)で増幅された後に選択トランジスタSEL(n)及び垂直信号線28を経由し更にカラムアンプ30で増幅された信号が、暗信号として、CDS回路31によりサンプリングされる。 The dark signal sampling signal φDARKC is set to H for a certain period from the subsequent time point t1 during the period T2, and the potential appearing at the first node Pa(n) is amplified by the n-th amplification transistor AMP(n). A signal that is subsequently amplified by the column amplifier 30 via the selection transistor SEL(n) and the vertical signal line 28 is sampled by the CDS circuit 31 as a dark signal.

期間T2中のその後の時点t2から一定期間だけ、φTXA(n)がHにされてn行目の転送トランジスタTXA(n)がオンにされる。これにより、n行目の画素ブロックBL(n)のフォトダイオードPDA(n)に蓄積されていた信号電荷が、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量に転送される。第1のノードPa(n)の電位は、ノイズ成分を除くと、この信号電荷の量と第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値の逆数とに比例した値となる。 φTXA(n) is set to H for a predetermined period from a subsequent time point t2 during period T2, and the n-th row transfer transistor TXA(n) is turned on. As a result, the signal charge accumulated in the photodiode PDA(n) of the n-th pixel block BL(n) is transferred to the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa(n). The potential of the first node Pa(n), excluding noise components, has a value proportional to the amount of signal charge and the reciprocal of the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa(n).

期間T2中のその後の時点t3において、光信号サンプリング信号φSIGCがHにされて、第1のノードPa(n)に現れる電位がn行目の増幅トランジスタAMP(n)で増幅された後に選択トランジスタSEL(n)及び垂直信号線28を経由し更にカラムアンプ30で増幅された信号が、光信号として、CDS回路31によりサンプリングされる。 At a subsequent time point t3 during period T2, the optical signal sampling signal φSIGC is set to H, and the potential appearing at the first node Pa(n) is amplified by the n-th amplification transistor AMP(n), and then the selection transistor A signal that is further amplified by the column amplifier 30 via SEL(n) and the vertical signal line 28 is sampled by the CDS circuit 31 as an optical signal.

その後にφSIGCがLになった時点の後に、CDS回路31は、時点t1からの一定期間でサンプリングした暗信号と時点t3からの一定時間でサンプリングした光信号との差分に応じた信号を出力する。A/D変換器32は、この差分に応じた信号をデジタル信号に変換して保持する。各A/D変換器32に保持されたデジタルの画像信号は、水平読み出し回路33によって水平走査され、デジタル信号画像信号として外部(図1中のデジタル信号処理部6)へ出力される。 After that, after φSIGC becomes L, the CDS circuit 31 outputs a signal corresponding to the difference between the dark signal sampled in a certain period from time t1 and the optical signal sampled in a certain period from time t3. . The A/D converter 32 converts a signal corresponding to this difference into a digital signal and holds the digital signal. The digital image signals held in each A/D converter 32 are horizontally scanned by a horizontal readout circuit 33 and output to the outside (digital signal processing unit 6 in FIG. 1) as a digital image signal.

そして、期間T2中の時点t4から一定期間(第1のノードPa(n)のリセット時)だけ、φSWA(n)がHにされてn行目の第1のトランジスタSWA(n)が一旦オンにされる。このとき、φSEL(n)がHにされていてリセットトランジスタRST(n)がオンしているため、オン状態のリセットトランジスタRST(n)及びオン状態の第1のトランジスタSWA(n)を経由して、第1のノードPa(n)の電位が一旦電源電位VDDにリセットされる。 Then, for a certain period of time (when the first node Pa(n) is reset) from time t4 during period T2, φSWA(n) is set to H, and the first transistor SWA(n) of the nth row is once turned on. be made into At this time, since φSEL(n) is set to H and the reset transistor RST(n) is on, the Then, the potential of the first node Pa(n) is temporarily reset to the power supply potential VDD.

その後、第1のトランジスタSWA(n)がオフにされると、各トランジスタSWA,SWBのうち選択された画素ブロックBL(n)の第1のノードPa(n)に対して電気的に接続されるオン状態のトランジスタがない状態となる。したがって、前述したように、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1となり、最小となる。 Thereafter, when the first transistor SWA(n) is turned off, it is electrically connected to the first node Pa(n) of the pixel block BL(n) selected among the transistors SWA and SWB. There is no transistor in the on state. Therefore, as described above, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa(n) is Cfd1, which is the minimum.

期間T2中のその後の時点t5から一定期間だけ、暗信号サンプリング信号φDARKCがHにされて、第1のノードPa(n)に現れる電位がn行目の増幅トランジスタAMP(n)で増幅された後に選択トランジスタSEL(n)及び垂直信号線28を経由し更にカラムアンプ30で増幅された信号が、暗信号として、CDS回路31によりサンプリングされる。 The dark signal sampling signal φDARKC is set to H for a certain period from the subsequent time point t5 during the period T2, and the potential appearing at the first node Pa(n) is amplified by the n-th amplification transistor AMP(n). A signal that is subsequently amplified by the column amplifier 30 via the selection transistor SEL(n) and the vertical signal line 28 is sampled by the CDS circuit 31 as a dark signal.

期間T2中のその後の時点t6から一定期間だけ、φTXB(n)がHにされてn行目の転送トランジスタTXB(n)がオンにされる。これにより、n行目の画素ブロックBL(n)のフォトダイオードPDB(n)に蓄積されていた信号電荷が、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量に転送される。第1のノードPa(n)の電位は、ノイズ成分を除くと、この信号電荷の量と第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値の逆数とに比例した値となる。 φTXB(n) is set to H for a certain period of time starting from a subsequent time point t6 during period T2, and the n-th row transfer transistor TXB(n) is turned on. As a result, the signal charge accumulated in the photodiode PDB(n) of the n-th pixel block BL(n) is transferred to the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa(n). The potential of the first node Pa(n), excluding noise components, has a value proportional to the amount of signal charge and the reciprocal of the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa(n).

期間T2中のその後の時点t7において、光信号サンプリング信号φSIGCがHにされて、第1のノードPa(n)に現れる電位がn行目の増幅トランジスタAMP(n)で増幅された後に選択トランジスタSEL(n)及び垂直信号線28を経由し更にカラムアンプ30で増幅された信号が、光信号として、CDS回路31によりサンプリングされる。 At a subsequent time point t7 during the period T2, the optical signal sampling signal φSIGC is set to H, and the potential appearing at the first node Pa(n) is amplified by the n-th amplification transistor AMP(n), and then the selection transistor A signal that is further amplified by the column amplifier 30 via SEL(n) and the vertical signal line 28 is sampled by the CDS circuit 31 as an optical signal.

その後にφSIGCがLになった時点の後に、CDS回路31は、時点t5からの一定期間でサンプリングした暗信号と時点t7からの一定時間でサンプリングした光信号との差分に応じた信号を出力する。A/D変換器32は、この差分に応じた信号をデジタル信号に変換して保持する。各A/D変換器32に保持されたデジタルの画像信号は、水平読み出し回路33によって水平走査され、デジタル信号画像信号として外部(図1中のデジタル信号処理部6)へ出力される。 After that, after φSIGC becomes L, the CDS circuit 31 outputs a signal corresponding to the difference between the dark signal sampled for a certain period from time t5 and the optical signal sampled for a certain period from time t7. . The A/D converter 32 converts a signal corresponding to this difference into a digital signal and holds the digital signal. The digital image signals held in each A/D converter 32 are horizontally scanned by a horizontal readout circuit 33 and output as a digital image signal to the outside (digital signal processing section 6 in FIG. 1).

このように、前記第1の動作モードでは、各トランジスタSWA,SWBのうち選択された画素ブロックBLの第1のノードPaに対して電気的に接続されるオン状態のトランジスタがないので、選択された画素ブロックBLの第1のノードPaの電荷電圧変換容量の容量値が最小となり、その電荷電圧変換容量による電荷電圧変換係数が大きくなるため、最高のSN比での読出しが可能となる。例えば、ISO感度の設定値が最も高い場合に、撮像制御部5によって、前記第1の動作モードを行うように指令される。 In this way, in the first operation mode, there is no transistor in the on state that is electrically connected to the first node Pa of the selected pixel block BL among the transistors SWA and SWB. The capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa of the pixel block BL becomes the minimum, and the charge-voltage conversion coefficient due to the charge-voltage conversion capacitor becomes large, so that readout with the highest SN ratio is possible. For example, when the ISO sensitivity setting value is the highest, the imaging control unit 5 issues a command to perform the first operation mode.

図7は、図2に示す固体撮像素子4の第2の動作モードを示すタイミングチャートである。この第2の動作モードは、各画素ブロックBLを行毎に順次選択していき、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうちの1つのオン状態のトランジスタSWAが、選択された画素ブロックBLの第1のノードPaに対して電気的に接続された状態で、選択された画素ブロックBLの転送トランジスタTXA,TXBを順次選択的にオンさせて、選択された画素ブロックBLの各フォトダイオードPDA,PDBの信号を行毎に順次読み出す動作の例である。 FIG. 7 is a timing chart showing the second operation mode of the solid-state image sensor 4 shown in FIG. In this second operation mode, each pixel block BL is sequentially selected row by row, and one transistor SWA in an on state among each first transistor SWA and each second transistor SWB is selected. While being electrically connected to the first node Pa of the pixel block BL, the transfer transistors TXA and TXB of the selected pixel block BL are sequentially and selectively turned on, and each of the selected pixel blocks BL is This is an example of an operation in which signals of photodiodes PDA and PDB are sequentially read out row by row.

図7も、図6と同様に、期間T1においてn-1行目の画素ブロックBL(n-1)が選択され、期間T2においてn行目の画素ブロックBL(n)が選択され、期間T3においてn+1行目の画素ブロックBL(n+1)が選択されていく状況を示している。図7に示す第2の動作モードが図6に示す前記第1の動作モードと異なる所は、以下に説明する点である。 Similarly to FIG. 6, in FIG. 7, the n-1st pixel block BL(n-1) is selected in the period T1, the n-th pixel block BL(n) is selected in the period T2, and the pixel block BL(n) is selected in the period T3. This shows a situation in which the pixel block BL(n+1) on the n+1th row is selected. The second operation mode shown in FIG. 7 differs from the first operation mode shown in FIG. 6 in the following points.

図7に示す第2の動作モードでは、n行目の画素ブロックBL(n)が選択される期間T2において、φSWA(n)がHにされるとともにφSWB(n),φSWB(n+1)がLにされ、第1のトランジスタSWA(n)がオンにされるとともに第2のトランジスタSWB(n),φSWB(n+1)がオフにされる。これにより、期間T2において、各トランジスタSWA,SWBのうちの1つのオン状態の第1のトランジスタSW(ここでは、第1のトランジスタSWA(n))が、選択された画素ブロックBL(n)の第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態となる。したがって、前述したように、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1+Cfd2+Csw≒Cfd1+Cfd2となり、図6に示す前記第1の動作モードに比べていわば1段階大きくなる。 In the second operation mode shown in FIG. 7, during period T2 when the n-th pixel block BL(n) is selected, φSWA(n) is set to H, and φSWB(n) and φSWB(n+1) are set to L. , the first transistor SWA(n) is turned on, and the second transistors SWB(n) and φSWB(n+1) are turned off. As a result, in the period T2, the first transistor SW (here, the first transistor SWA(n)) in the on state of one of the transistors SWA and SWB is activated in the selected pixel block BL(n). It becomes electrically connected to the first node Pa(n). Therefore, as described above, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa(n) is Cfd1+Cfd2+Csw≈Cfd1+Cfd2, which is one step larger than in the first operation mode shown in FIG. 6.

そして、図7に示す第2の動作モードでは、φSWA(n)がHにされていて第1のトランジスタSWA(n)がオンにされている一方で、第1のノードPa(n)のリセット時(期間T2の開始直後から一定期間及び期間T2中の時点t4からの一定期間)にだけ、φRST(n)がHにされてリセットトランジスタRST(n)がオンにされる。これにより、第1のノードPa(n)の電位のリセットが適切に行われる。 In the second operation mode shown in FIG. 7, φSWA(n) is set to H and the first transistor SWA(n) is turned on, while the first node Pa(n) is reset. φRST(n) is set to H and the reset transistor RST(n) is turned on only at a certain time (a certain period immediately after the start of period T2 and a certain period from time t4 in period T2). Thereby, the potential of the first node Pa(n) is appropriately reset.

ここでは、n行目の画素ブロックBL(n)が選択される期間T2について説明したが、他の画素ブロックBLが選択される期間についても同様である。 Although the period T2 in which the n-th pixel block BL(n) is selected has been described here, the same applies to the periods in which other pixel blocks BL are selected.

このように、前記第2の動作モードでは、各トランジスタSWA,SWBのうちの1つのオン状態の第1のトランジスタSWAが、選択された画素ブロックBLの第1のノードPaに対して電気的に接続されるので、選択された画素ブロックBLの第1のノードPaの電荷電圧変換容量の容量値がいわば1段階大きくなり、第1のノードPaの電荷電圧変換容量での飽和電子数を1段階拡大することができる。これにより、ダイナミックレンジを1段階拡大することができる。例えば、ISO感度の設定値が最も高い値から1段階小さい値である場合に、撮像制御部5によって、前記第2の動作モードを行うように指令される。 In this way, in the second operation mode, the first transistor SWA of the transistors SWA and SWB, which is in the on state, is electrically connected to the first node Pa of the selected pixel block BL. As a result, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa of the selected pixel block BL increases by one step, and the saturated number of electrons in the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa increases by one step. Can be expanded. This allows the dynamic range to be expanded by one step. For example, when the ISO sensitivity setting value is one step smaller than the highest value, the imaging control unit 5 issues a command to perform the second operation mode.

図8は、図2に示す固体撮像素子4の第3Aの動作モードを示すタイミングチャートである。第3Aの動作モードは、第3の動作モードのうちの1つの動作モードである。この第3の動作モードは、各画素ブロックBLを行毎に順次選択していき、選択された画素ブロックBLの第1のノードPaとこれに対応する第2のノードPbとの間を電気的に接続及び切断する第1のトランジスタSWAがオンし、選択された画素ブロックBLの第1のノードPaに対応する第2のノードPbに対して電気的に接続される第2のトランジスタSWBがオンし、かつ、選択された画素ブロックBLの第1のノードPaに対応する第2のノードPbに電源電位VDDを供給するリセットトランジスタRSTが、選択された画素ブロックBLの第1のノードPaのリセット時のみオンする状態で、選択された画素ブロックBLの転送トランジスタTXA,TXBを順次選択的にオンさせて、選択された画素ブロックBLの各フォトダイオードPDA,PDBの信号を行毎に順次読み出す動作の例である。前記第3Aの動作モードは、前記第3の動作モードにおいて、選択された画素ブロックBLの第1のノードPaに対して、オン状態の1つの第1のトランジスタSWA及びオン状態の1つの第2のトランジスタSWBが電気的に接続される動作の例である。 FIG. 8 is a timing chart showing the third A operation mode of the solid-state image sensor 4 shown in FIG. The third A operation mode is one of the third operation modes. In this third operation mode, each pixel block BL is sequentially selected row by row, and electrical connections are made between the first node Pa of the selected pixel block BL and the corresponding second node Pb. The first transistor SWA connected to and disconnected from the selected pixel block BL is turned on, and the second transistor SWB electrically connected to the second node Pb corresponding to the first node Pa of the selected pixel block BL is turned on. In addition, the reset transistor RST that supplies the power supply potential VDD to the second node Pb corresponding to the first node Pa of the selected pixel block BL resets the first node Pa of the selected pixel block BL. An operation of sequentially selectively turning on the transfer transistors TXA and TXB of the selected pixel block BL in a state where they are turned on only when This is an example. In the third A operation mode, one first transistor SWA in an on state and one second transistor SWA in an on state are connected to a first node Pa of a selected pixel block BL. This is an example of an operation in which transistor SWB of is electrically connected.

図8も、図6と同様に、期間T1においてn-1行目の画素ブロックBL(n-1)が選択され、期間T2においてn行目の画素ブロックBL(n)が選択され、期間T3においてn+1行目の画素ブロックBL(n+1)が選択されていく状況を示している。図8に示す第3Aの動作モードが図6に示す前記第1の動作モードと異なる所は、以下に説明する点である。 Similarly to FIG. 6, in FIG. 8, the n-1st pixel block BL(n-1) is selected in the period T1, the n-th pixel block BL(n) is selected in the period T2, and the pixel block BL(n) is selected in the period T3. This shows a situation in which the pixel block BL(n+1) on the n+1th row is selected. The third A operation mode shown in FIG. 8 differs from the first operation mode shown in FIG. 6 in the following points.

図8に示す第3Aの動作モードでは、n行目の画素ブロックBL(n)が選択される期間T2において、φSWA(n)及びφSWB(n+1)がHにされるとともにφSWA(n+1),φSWB(n),φSWB(n+2)がLにされ、第1のトランジスタSWA(n)及び第2のトランジスタSWB(n+1)がオンにされるとともに第1のトランジスタSWA(n+1)及び第2のトランジスタSWB(n),SWB(n+2)がオフにされる。これにより、期間T2において、各トランジスタSWA,SWBのうちの1つのオン状態の第1のトランジスタSWA(ここでは、第1のトランジスタSWA(n))及び1つのオン状態の第2のトランジスタSWB(ここでは、第2のトランジスタSWB(n+1))が、選択された画素ブロックBL(n)の第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態となる。したがって、前述したように、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1+Cfd2+Csw≒Cfd1+Cfd2となり、図6に示す前記第1の動作モードに比べていわば2段階大きくなる。 In the third A operation mode shown in FIG. 8, φSWA(n) and φSWB(n+1) are set to H during a period T2 during which the n-th pixel block BL(n) is selected, and φSWA(n+1), φSWB (n), φSWB(n+2) are set to L, the first transistor SWA(n) and the second transistor SWB(n+1) are turned on, and the first transistor SWA(n+1) and the second transistor SWB (n), SWB(n+2) is turned off. As a result, in the period T2, one of the transistors SWA and SWB is the first transistor SWA (here, the first transistor SWA(n)) in the on state and one second transistor SWB (in the on state) is in the on state. Here, the second transistor SWB(n+1)) is electrically connected to the first node Pa(n) of the selected pixel block BL(n). Therefore, as described above, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa(n) becomes Cfd1+Cfd2+Csw≈Cfd1+Cfd2, which is two steps larger than in the first operation mode shown in FIG. 6.

そして、図8に示す第3Aの動作モードでは、φSWA(n)がHにされていて第1のトランジスタSWA(n)がオンにされている一方で、第1のノードPa(n)のリセット時(期間T2の開始直後から一定期間及び期間T2中の時点t4からの一定期間)にだけ、φRST(n)がHにされてリセットトランジスタRST(n)がオンにされる。これにより、第1のノードPa(n)の電位のリセットが適切に行われる。この点は、後述する図9に示す第3Bの動作モード及び図10に示す第3Cの動作モードについても同様である。 In the third A operation mode shown in FIG. 8, φSWA(n) is set to H and the first transistor SWA(n) is turned on, while the first node Pa(n) is reset. φRST(n) is set to H and the reset transistor RST(n) is turned on only at a certain time (a certain period immediately after the start of period T2 and a certain period from time t4 during period T2). Thereby, the potential of the first node Pa(n) is appropriately reset. This point also applies to the 3B operation mode shown in FIG. 9 and the 3C operation mode shown in FIG. 10, which will be described later.

ここでは、n行目の画素ブロックBL(n)が選択される期間T2について説明したが、他の画素ブロックBLが選択される期間についても同様である。 Although the period T2 in which the n-th pixel block BL(n) is selected has been described here, the same applies to the periods in which other pixel blocks BL are selected.

このように、前記第3の動作モードでは、各トランジスタSWA,SWBのうちの1つのオン状態の第1のトランジスタSWA及び1つのオン状態の第2のトランジスタSWBが、選択された画素ブロックBLの第1のノードPaに対して電気的に接続されるので、選択された画素ブロックBLの第1のノードPaの電荷電圧変換容量の容量値がいわば2段階大きくなり、第1のノードPaの電荷電圧変換容量での飽和電子数を2段階拡大することができる。これにより、ダイナミックレンジを2段階拡大することができる。例えば、ISO感度の設定値が最も高い値から2段階小さい値である場合に、撮像制御部5によって、前記第3Aの動作モードを行うように指令される。 In this manner, in the third operation mode, one first transistor SWA in an on state and one second transistor SWB in an on state out of each transistor SWA, SWB are connected to each other in the selected pixel block BL. Since it is electrically connected to the first node Pa, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa of the selected pixel block BL increases by two steps, so that the charge of the first node Pa increases. The number of saturated electrons in the voltage conversion capacitor can be increased by two steps. Thereby, the dynamic range can be expanded by two steps. For example, when the set value of the ISO sensitivity is two steps smaller than the highest value, the imaging control unit 5 issues a command to perform the third A operation mode.

図9は、図2に示す固体撮像素子4の第3Bの動作モードを示すタイミングチャートである。この第3Bの動作モードは、前記第3の動作モードにおいて、選択された画素ブロックBLの第1のノードPaに対して、オン状態の2つの第1のトランジスタSWA及びオン状態の1つの第2のトランジスタSWBが電気的に接続される動作の例である。 FIG. 9 is a timing chart showing the third B operation mode of the solid-state image sensor 4 shown in FIG. In this third B operation mode, two first transistors SWA in an on state and one second transistor SWA in an on state are connected to the first node Pa of the selected pixel block BL in the third operation mode. This is an example of an operation in which transistor SWB of is electrically connected.

図9も、図4と同様に、期間T1においてn-1行目の画素ブロックBL(n-1)が選択され、期間T2においてn行目の画素ブロックBL(n)が選択され、期間T3においてn+1行目の画素ブロックBL(n+1)が選択されていく状況を示している。図9に示す第3Bの動作モードが図4に示す前記第1の動作モードと異なる所は、以下に説明する点である。 9, similarly to FIG. 4, the n-1st pixel block BL(n-1) is selected in the period T1, the n-th pixel block BL(n) is selected in the period T2, and the pixel block BL(n) in the nth row is selected in the period T3. This shows a situation in which the pixel block BL(n+1) on the n+1th row is selected. The third B operation mode shown in FIG. 9 differs from the first operation mode shown in FIG. 4 in the following points.

図9に示す第3Bの動作モードでは、n行目の画素ブロックBL(n)が選択される期間T2において、φSWA(n),φSWA(n+1)及びφSWB(n+1)がHにされるとともにφSWB(n),φSWB(n+2)がLにされ、第1のトランジスタSWA(n),SWA(n+1)及び第2のトランジスタSWB(n+1)がオンにされるとともに第2のトランジスタSWB(n),SWB(n+2)がオフにされる。これにより、期間T2において、各トランジスタSWA,SWBのうちの2つのオン状態の第1のトランジスタSWA(ここでは、第1のトランジスタSWA(n),SWA(n+1))及び1つのオン状態の第2のトランジスタSWB(ここでは、第2のトランジスタSWB(n+1))が、選択された画素ブロックBL(n)の第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態となる。したがって、前述したように、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、2×Cfd1+2×Cfd2+3×Csw≒2×Cfd1+2×Cfd2となり、図6に示す前記第1の動作モードに比べていわば3段階大きくなる。 In the third B operation mode shown in FIG. 9, during period T2 when the n-th pixel block BL(n) is selected, φSWA(n), φSWA(n+1), and φSWB(n+1) are set to H, and φSWB (n), φSWB(n+2) are set to L, the first transistors SWA(n), SWA(n+1) and the second transistor SWB(n+1) are turned on, and the second transistors SWB(n), SWB(n+2) is turned off. As a result, in the period T2, two of the transistors SWA and SWB are in the on state, the first transistor SWA (here, the first transistor SWA(n), SWA(n+1)), and one of the transistors SWA and SWB is in the on state. The second transistor SWB (here, the second transistor SWB(n+1)) is electrically connected to the first node Pa(n) of the selected pixel block BL(n). Therefore, as described above, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa(n) is 2×Cfd1+2×Cfd2+3×Csw≒2×Cfd1+2×Cfd2, and the first operation mode shown in FIG. Compared to , it is three steps larger.

ここでは、n行目の画素ブロックBL(n)が選択される期間T2について説明したが、他の画素ブロックBLが選択される期間についても同様である。 Although the period T2 in which the n-th pixel block BL(n) is selected has been described here, the same applies to the periods in which other pixel blocks BL are selected.

このように、前記第3Bの動作モードでは、各トランジスタSWA,SWBのうちの2つのオン状態の第1のトランジスタSWA及び1つのオン状態の第2のトランジスタSWBが、選択された画素ブロックBLの第1のノードPaに対して電気的に接続されるので、選択された画素ブロックBLの第1のノードPaの電荷電圧変換容量の容量値がいわば3段階大きくなり、第1のノードPaの電荷電圧変換容量での飽和電子数を3段階拡大することができる。これにより、ダイナミックレンジを3段階拡大することができる。例えば、ISO感度の設定値が最も高い値から3段階小さい値である場合に、撮像制御部5によって、前記第3Bの動作モードを行うように指令される。 In this manner, in the third B operation mode, two of the transistors SWA and SWB, the first transistor SWA in the on state and one second transistor SWB in the on state, are connected to the selected pixel block BL. Since it is electrically connected to the first node Pa, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa of the selected pixel block BL increases by three steps, so that the charge of the first node Pa increases. The number of saturated electrons in the voltage conversion capacitor can be increased by three stages. Thereby, the dynamic range can be expanded by three steps. For example, when the set value of the ISO sensitivity is three steps smaller than the highest value, the imaging control unit 5 issues a command to perform the third B operation mode.

図10は、図2に示す固体撮像素子4の第3Cの動作モードを示すタイミングチャートである。この第3Cの動作モードは、各画素ブロックBLを行毎に順次選択していき、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうちの1つのオン状態の第1のトランジスタSWA及び2つのオン状態の第2のトランジスタSWBが、選択された画素ブロックBLの第1のノードPaに対して電気的に接続された状態で、選択された画素ブロックBLの転送トランジスタTXA,TXBを順次選択的にオンさせて、選択された画素ブロックBLの各フォトダイオードPDA,PDBの信号を行毎に順次読み出す動作の例である。 FIG. 10 is a timing chart showing the third C operation mode of the solid-state image sensor 4 shown in FIG. In this third C operation mode, each pixel block BL is sequentially selected row by row, and one of the first transistors SWA and the second transistors SWB is in the ON state. Transfer transistors TXA and TXB of the selected pixel block BL are sequentially selected in a state in which the two on-state second transistors SWB are electrically connected to the first node Pa of the selected pixel block BL. This is an example of an operation in which the signals of the photodiodes PDA and PDB of the selected pixel block BL are sequentially read out row by row.

図10も、図6と同様に、期間T1においてn-1行目の画素ブロックBL(n-1)が選択され、期間T2においてn行目の画素ブロックBL(n)が選択され、期間T3においてn+1行目の画素ブロックBL(n+1)が選択されていく状況を示している。図10に示す第3Cの動作モードが図4に示す前記第1の動作モードと異なる所は、以下に説明する点である。 Similarly to FIG. 6, in FIG. 10, the n-1st pixel block BL(n-1) is selected in the period T1, the n-th pixel block BL(n) is selected in the period T2, and the pixel block BL(n) in the nth row is selected in the period T3. This shows a situation in which the pixel block BL(n+1) on the n+1th row is selected. The third C operation mode shown in FIG. 10 differs from the first operation mode shown in FIG. 4 in the following points.

図10に示す第3Cの動作モードでは、n行目の画素ブロックBL(n)が選択される期間T2において、φSWA(n)及びφSWB(n+1),φSWB(n+2)がHにされるとともにφSWA(n+1),φSWA(n+2),φSWB(n),φSWB(n+3)がLにされ、第1のトランジスタSWA(n)及び第2のトランジスタSWB(n+1),SWB(n+2)がオンにされるとともに第1のトランジスタSWA(n+1),SWA(n+2)及び第2のトランジスタSWB(n),SWB(n+3)がオフにされる。これにより、期間T2において、各トランジスタSWA,SWBのうちの1つのオン状態の第1のトランジスタSWA(ここでは、第1のトランジスタSWA(n))及び2つのオン状態の第2のトランジスタSWB(ここでは、第2のトランジスタSWB(n+1),SWB(n+2))が、選択された画素ブロックBL(n)の第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態となる。したがって、前述したように、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1+3×Cfd2+3×Csw≒Cfd1+3×Cfd2となり、図4に示す前記第1の動作モードに比べていわば3段階大きくなる。 In the third C operation mode shown in FIG. 10, during period T2 when the n-th pixel block BL(n) is selected, φSWA(n), φSWB(n+1), and φSWB(n+2) are set to H, and φSWA (n+1), φSWA(n+2), φSWB(n), φSWB(n+3) are set to L, and the first transistor SWA(n) and the second transistor SWB(n+1), SWB(n+2) are turned on. At the same time, the first transistors SWA(n+1), SWA(n+2) and the second transistors SWB(n), SWB(n+3) are turned off. As a result, in the period T2, one of the transistors SWA and SWB is the first transistor SWA (in this case, the first transistor SWA(n)) in the on state and the two second transistors SWB (in the on state) are in the on state. Here, the second transistors SWB(n+1), SWB(n+2)) are electrically connected to the first node Pa(n) of the selected pixel block BL(n). Therefore, as described above, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa(n) is Cfd1+3×Cfd2+3×Csw≈Cfd1+3×Cfd2, which is different from that in the first operation mode shown in FIG. Increases in size by 3 levels.

ここでは、n行目の画素ブロックBL(n)が選択される期間T2について説明したが、他の画素ブロックBLが選択される期間についても同様である。 Although the period T2 in which the n-th pixel block BL(n) is selected has been described here, the same applies to the periods in which other pixel blocks BL are selected.

このように、前記第3Cの動作モードでは、各トランジスタSWA,SWBのうちの1つのオン状態の第1のトランジスタSWA及び2つのオン状態の第2のトランジスタSWBが、選択された画素ブロックBLの第1のノードPaに対して電気的に接続されるので、選択された画素ブロックBLの第1のノードPaの電荷電圧変換容量の容量値がいわば3段階大きくなり、第1のノードPaの電荷電圧変換容量での飽和電子数を3段階拡大することができる。これにより、ダイナミックレンジを3段階拡大することができる。例えば、ISO感度の設定値が最も高い値から3段階小さい値である場合に、撮像制御部5によって、前記第2の動作モードを行うように指令される。 In this way, in the third C operation mode, one of the transistors SWA and SWB, the first transistor SWA in the on state and the two second transistors SWB in the on state, are connected to the selected pixel block BL. Since it is electrically connected to the first node Pa, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa of the selected pixel block BL increases by three steps, so that the charge of the first node Pa increases. The number of saturated electrons in the voltage conversion capacitor can be increased by three stages. Thereby, the dynamic range can be expanded by three steps. For example, when the set value of the ISO sensitivity is three steps lower than the highest value, the imaging control unit 5 issues a command to perform the second operation mode.

ここで、本実施の形態における固体撮像素子4と比較される比較例による固体撮像素子について、説明する。図11は、この比較例による固体撮像素子の3つの画素ブロックBLの付近を示す回路図であり、図3に対応している。図12は、図11に示す3つの画素ブロックBLの付近を模式的に示す概略平面図であり、図4及び図5に対応している。図11及び図12において、図3、図4及び図5中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。なお、図12において、拡散領域やゲート電極に符号を付していないが、それらの符号は図5と同様であるので、必要に応じて図5を参照されたい。 Here, a solid-state image sensor according to a comparative example to be compared with the solid-state image sensor 4 in this embodiment will be described. FIG. 11 is a circuit diagram showing the vicinity of three pixel blocks BL of the solid-state image sensor according to this comparative example, and corresponds to FIG. 3. FIG. 12 is a schematic plan view schematically showing the vicinity of the three pixel blocks BL shown in FIG. 11, and corresponds to FIGS. 4 and 5. In FIGS. 11 and 12, elements that are the same as or correspond to those in FIGS. 3, 4, and 5 are denoted by the same reference numerals, and redundant explanation thereof will be omitted. Note that although the diffusion regions and gate electrodes are not labeled in FIG. 12, these symbols are the same as in FIG. 5, so please refer to FIG. 5 as necessary.

この比較例が本実施の形態と異なる所は、以下に説明する点である。この比較例では、第1及び第2のトランジスタSWA,SWB並びに配線71,72が取り除かれ、その代わりに、第1の連結トランジスタSWa、第2の連結トランジスタSWb及び配線97,98が設けられている。また、この比較例では、第1のノードPaに相当するノードPは存在しているが、第2のノードPbに相当するノードは存在していない。さらに、本実施の形態では、リセットトランジスタRSTのソースは第1のノードPaに接続されずに第2のノードPbに接続されているのに対し、この比較例では、リセットトランジスタRSTのソースはノードPに接続されている。 This comparative example differs from the present embodiment in the following points. In this comparative example, the first and second transistors SWA, SWB and the wirings 71, 72 are removed, and instead, the first connection transistor SWa, the second connection transistor SWb, and the wirings 97, 98 are provided. There is. Further, in this comparative example, there is a node P corresponding to the first node Pa, but there is no node corresponding to the second node Pb. Furthermore, in the present embodiment, the source of the reset transistor RST is not connected to the first node Pa but is connected to the second node Pb, whereas in this comparative example, the source of the reset transistor RST is connected to the node Pb. Connected to P.

この比較例では、各画素ブロックBLのうちの列方向に互いに隣り合う各2つの画素ブロックBLについて、一方の画素ブロックBLのノードPと他方の画素ブロックBLのノードPとの間に、第1の連結トランジスタSWa及び第2の連結トランジスタSWbが直列に設けられている。例えば、n行目の画素ブロックBL(n)のノードP(n)とn+1行目の画素ブロックBLのノードP(n+1)との間に、第1の連結トランジスタSWa(n)及び第2の連結トランジスタSWb(n)が直列に設けられている。 In this comparative example, for each two pixel blocks BL adjacent to each other in the column direction among each pixel block BL, a first A connection transistor SWa and a second connection transistor SWb are provided in series. For example, between the node P(n) of the pixel block BL(n) in the n-th row and the node P(n+1) in the pixel block BL in the n+1st row, Connection transistors SWb(n) are provided in series.

この比較例では、画素ブロックBL(n)の増幅トランジスタAMP(n)のゲート電極、転送トランジスタTXA(n),TXB(n)のドレイン拡散領域、第1の連結トランジスタSWa(n)のソース拡散領域、第2の連結トランジスタSWb(n-1)のドレイン拡散領域及びリセットトランジスタRST(n)のソース拡散領域間が、配線97(n)によって互いに電気的に接続されて導通している。ノードP(n)は、配線97(n)及びこれに対して電気的に接続されて導通している箇所全体に相当している。この点は、他の画素ブロックBLについても同様である。 In this comparative example, the gate electrode of the amplification transistor AMP(n) of the pixel block BL(n), the drain diffusion region of the transfer transistors TXA(n) and TXB(n), and the source diffusion region of the first connection transistor SWa(n) The drain diffusion region of the second connection transistor SWb(n-1) and the source diffusion region of the reset transistor RST(n) are electrically connected to each other by a wiring 97(n) and are electrically conductive. The node P(n) corresponds to the wiring 97(n) and the entire portion that is electrically connected to and conductive to the wiring 97(n). This point also applies to other pixel blocks BL.

また、この比較例では、各2つのノードP間に直列に設けられている各2個の連結トランジスタSWa,SWb間が、配線98によって接続されている。例えば、第1の連結トランジスタSWa(n)のドレイン拡散領域と第2の連結トランジスタSWb(n)のソース拡散領域との間が、配線98(n)によって電気的に接続されている。 Further, in this comparative example, two connection transistors SWa and SWb provided in series between each two nodes P are connected by a wiring 98. For example, the drain diffusion region of the first coupling transistor SWa(n) and the source diffusion region of the second coupling transistor SWb(n) are electrically connected by a wiring 98(n).

図11及び図12において、CA(n)は、連結トランジスタSWa(n),SWb(n-1)がオフしている場合の、ノードP(n)と基準電位との間の容量である。容量CA(n)の容量値をCfd1’とする。CB(n)は、連結トランジスタSWa(n),SWb(n)がオフしている場合の、配線72(n)と基準電位との間の容量を示している。これらの点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。 In FIGS. 11 and 12, CA(n) is the capacitance between the node P(n) and the reference potential when the coupling transistors SWa(n) and SWb(n-1) are off. Let the capacitance value of capacitor CA(n) be Cfd1'. CB(n) indicates the capacitance between the wiring 72(n) and the reference potential when the coupling transistors SWa(n) and SWb(n) are off. These points also apply to the rows of other pixel blocks BL.

容量CA(n)は、転送トランジスタTXA(n),TXB(n)のドレイン拡散領域の容量と、リセットトランジスタRST(n)のソース拡散領域の容量と、第1の連結トランジスタSWa(n)のソース拡散領域の容量と、第2の連結トランジスタSWb(n-1)のドレイン拡散領域の容量と、増幅トランジスタAMP(n)のゲート電極の容量と、配線97(n)の配線容量とから構成され、それらの容量値の合計が容量CA(n)の容量値Cfd1’となる。この点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。 The capacitance CA(n) is the capacitance of the drain diffusion region of the transfer transistors TXA(n) and TXB(n), the capacitance of the source diffusion region of the reset transistor RST(n), and the capacitance of the first coupling transistor SWa(n). Consists of the capacitance of the source diffusion region, the capacitance of the drain diffusion region of the second connection transistor SWb(n-1), the capacitance of the gate electrode of the amplification transistor AMP(n), and the wiring capacitance of the wiring 97(n). The sum of these capacitance values becomes the capacitance value Cfd1' of the capacitor CA(n). This point also applies to the rows of other pixel blocks BL.

これに対し、本実施の形態における容量CC(n)は、前述したように、転送トランジスタTXA(n),TXB(n)のドレイン拡散領域41の容量と、第1のトランジスタSWA(n)のソース拡散領域の容量と、増幅トランジスタAMP(n)のゲート電極の容量と、配線71(n)の配線容量とから構成され、それらの容量値の合計が容量CC(n)の容量値Cfd1となっている。 On the other hand, the capacitance CC(n) in this embodiment is the capacitance of the drain diffusion region 41 of the transfer transistors TXA(n) and TXB(n) and the capacitance of the first transistor SWA(n), as described above. It consists of the capacitance of the source diffusion region, the capacitance of the gate electrode of the amplification transistor AMP(n), and the wiring capacitance of the wiring 71(n), and the sum of these capacitance values is the capacitance value Cfd1 of the capacitor CC(n). It has become.

したがって、本実施の形態における容量CC(n)の容量値Cfd1は、この比較例における容量CA(n)の容量値Cfd1’よりも、第2の連結トランジスタSWb(n-1)のドレイン拡散領域の容量及びリセットトランジスタRST(n)のソース拡散領域の容量の分(すなわち、トランジスタ拡散容量2個分)、小さくなる。 Therefore, the capacitance value Cfd1 of the capacitance CC(n) in this embodiment is higher than the capacitance value Cfd1' of the capacitance CA(n) in this comparative example in the drain diffusion region of the second coupling transistor SWb(n-1). and the capacitance of the source diffusion region of the reset transistor RST(n) (that is, two transistor diffusion capacitances).

この比較例では、画素ブロックBL(n)に着目して、連結トランジスタSWa(n),SWb(n-1)が両方ともオフすると、ノードP(n)と基準電位との間の容量(電荷電圧変換容量)は容量CA(n)となり、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値が最小のCfd1’となり、その電荷電圧変換容量による電荷電圧変換係数が大きくなるため、最高のSN比での読出しが可能となる。また、この比較例では、各連結トランジスタSWa,SWbのうちノードP(n)に対して電気的に接続されるオン状態の連結トランジスタの数を1つ以上の所望の数に増やしていけば、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値を所望の値に大きくすることができ、大きな信号電荷量を扱うことができるため、飽和電子数を拡大することができる。これにより、ダイナミックレンジを拡大することができる。 In this comparative example, focusing on pixel block BL(n), when both connection transistors SWa(n) and SWb(n-1) are turned off, the capacitance (charge) between node P(n) and the reference potential is The voltage conversion capacitor) becomes the capacitance CA(n), and the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor at the node P(n) becomes the minimum Cfd1', and the charge-voltage conversion coefficient due to the charge-voltage conversion capacitance increases, so the highest SN It becomes possible to read in ratio. Furthermore, in this comparative example, if the number of on-state coupling transistors that are electrically connected to the node P(n) among the coupling transistors SWa and SWb is increased to a desired number of one or more, Since the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of node P(n) can be increased to a desired value and a large amount of signal charge can be handled, the number of saturated electrons can be increased. Thereby, the dynamic range can be expanded.

前述したように、本実施の形態における第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の最小の容量値Cfd1は、この比較例におけるノードP(n)の電荷電圧変換容量の最小の容量値Cfd1’よりも、トランジスタ拡散容量2個分小さくなる。したがって、本実施の形態によれば、この比較例と比べても、電荷電圧変換係数が一層大きくなり、より一層高いSN比での読み出しが可能となる。 As described above, the minimum capacitance value Cfd1 of the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa(n) in this embodiment is the minimum capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the node P(n) in this comparative example. It is smaller than Cfd1' by two transistor diffusion capacitances. Therefore, according to the present embodiment, the charge-voltage conversion coefficient becomes even larger than that of this comparative example, and reading with an even higher SN ratio becomes possible.

本実施の形態では、列方向に順次隣り合う全ての2つの第2のノードPb間に第2のトランジスタSWBを設けているが、本発明では、必ずしもこれに限らない。例えば、列方向に並ぶr個(rは2以上の整数)置きの第2のノードPbと当該第2のノードPbに対し図中下側に隣り合う第2のノードPbとの間には、第2のトランジスタSWBを設けずにその間を常に開放しておいてもよい。この場合、rの数が小さいほど、前記第2の動作モードにおける前記所定数の最大数が小さくなり、ダイナミックレンジの拡大の度合いが低下するが、前記比較例に比べて高感度読出し時のSN比を向上させることができる。また、例えば、列方向に並ぶs個(sは1以上の整数)置きの第2のノードPbと当該第2のノードPbに対し図中下側に隣り合う第2のノードPbとの間には、第2のトランジスタSWBを設けずにその間を電気的に短絡させておいてもよい。さらに、例えば、列方向に並ぶu個(uは1以上の整数)置きの第2のノードPbと当該第2のノードPbに対し図中下側に隣り合う第2のノードPbとの間にのみ第2のトランジスタSWBを設ける一方で、列方向に並ぶu個置き以外の第2のノードPbと当該第2のノードPbに対し図中下側に隣り合う第2のノードPbとの間を電気的に短絡させてもよい。 In this embodiment, the second transistor SWB is provided between all two second nodes Pb sequentially adjacent in the column direction, but the present invention is not necessarily limited to this. For example, between r second nodes Pb arranged in the column direction (r is an integer of 2 or more) and a second node Pb adjacent to the second node Pb on the lower side in the figure, The gap between them may be always open without providing the second transistor SWB. In this case, as the number r becomes smaller, the maximum number of the predetermined numbers in the second operation mode becomes smaller, and the degree of expansion of the dynamic range decreases. ratio can be improved. Also, for example, between every s second nodes Pb (s is an integer of 1 or more) arranged in the column direction and a second node Pb adjacent to the second node Pb on the lower side in the figure, may be electrically short-circuited without providing the second transistor SWB. Furthermore, for example, between u second nodes Pb (u is an integer of 1 or more) arranged in the column direction and a second node Pb adjacent to the second node Pb on the lower side in the figure, A second transistor SWB is provided only, while a second node Pb other than every second node Pb arranged in the column direction and a second node Pb adjacent to the second node Pb on the lower side in the figure is connected to the second node Pb arranged in the column direction. It may be electrically short-circuited.

なお、本実施の形態において、配線72に調整容量を設けるなどによって、容量CDの容量値を、容量CCの容量値に対して±20%の範囲内の値にしてもよいし、容量CCの容量値に対して±10%の範囲内の値にしてもよい。これらの点は、後述する第2の実施の形態についても同様である。 In this embodiment, the capacitance value of the capacitor CD may be set to a value within ±20% of the capacitance value of the capacitor CC by providing an adjustment capacitor in the wiring 72, or The value may be within ±10% of the capacitance value. These points also apply to the second embodiment described below.

なお、図6乃至図10に示す各動作例は、各画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷を、他の画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷と混合することなく読み出す動作の例であった。しかし、本発明では、各画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷を、同色の他の画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷と混合して読み出してもよい。 Note that each operation example shown in FIGS. 6 to 10 is an example of an operation in which the signal charge of the photodiode PD of each pixel PX is read out without mixing it with the signal charge of the photodiode PD of other pixels PX. However, in the present invention, the signal charge of the photodiode PD of each pixel PX may be mixed with the signal charge of the photodiode PD of another pixel PX of the same color and read out.

例えば、第1のトランジスタSWA(n-1),SWA(n),SWA(n+1)及び第2のトランジスタSWB(n),SWB(n+1)をオンにして第1のノードPa(n-1),Pa(n),Pa(n+1)を互いに連結し、TXA(n-1),TXA(n),TXA(n+1)を同時にオンにすると、ベイヤー配列等を前提とした場合における同色の3つの画素PXA(n-1),PXA(n),PXA(n-1)のフォトダイオードPDA(n-1),PDA(n),PDA(n-1)の信号電荷が互いに連結された第1のノードPa(n-1),Pa(n),Pa(n+1)で平均化され、同色3画素混合読出しの機能を実現することができる。このとき、第2のトランジスタSWB(n-2),SWB(n+2)をオフにし、第1のノードPa(n-1),Pa(n),Pa(n+1)に対して電気的に接続されるオン状態の第1又は第2のトランジスタの数を最小限にすることによって、連結された第1のノードPa(n-1),Pa(n),Pa(n+1)における電荷電圧変換容量値が最小となり、最高のSN比で同色3画素混合読出しを行うことができる。一方、第1のトランジスタSWA(n-1),SWA(n),SWA(n+1)及び第2のトランジスタSWB(n),SWB(n+1)の他に、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうちの1個以上のオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n-1),Pa(n),Pa(n+1)に対して電気的に接続されるようにすれば、その数に応じて、連結された第1のノードPa(n-1),Pa(n),Pa(n+1)における電荷電圧変換容量値が大きくなり、同色3画素混合読出しのダイナミックレンジを拡大することができる。 For example, by turning on the first transistors SWA(n-1), SWA(n), SWA(n+1) and the second transistors SWB(n), SWB(n+1), the first node Pa(n-1) , Pa(n), Pa(n+1) are connected to each other and TXA(n-1), TXA(n), TXA(n+1) are turned on at the same time. The signal charges of the photodiodes PDA(n-1), PDA(n), and PDA(n-1) of the pixels PXA(n-1), PXA(n), and PXA(n-1) are connected to each other in the first are averaged at nodes Pa(n-1), Pa(n), and Pa(n+1), and the function of mixed readout of three pixels of the same color can be realized. At this time, the second transistors SWB(n-2) and SWB(n+2) are turned off and are electrically connected to the first nodes Pa(n-1), Pa(n), and Pa(n+1). By minimizing the number of first or second transistors in the on-state, the charge-voltage conversion capacitance value at the connected first nodes Pa(n-1), Pa(n), Pa(n+1) is is minimized, and mixed readout of three pixels of the same color can be performed at the highest SN ratio. On the other hand, in addition to the first transistors SWA(n-1), SWA(n), SWA(n+1) and the second transistors SWB(n), SWB(n+1), each first transistor SWA and each second transistor If one or more of the transistors SWB in the on state are electrically connected to the first nodes Pa(n-1), Pa(n), Pa(n+1), the According to the number of pixels, the charge-voltage conversion capacitance value at the connected first nodes Pa(n-1), Pa(n), Pa(n+1) increases, thereby expanding the dynamic range of mixed readout of three pixels of the same color. I can do it.

[第2の実施の形態]
図13は、本発明の第2の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子84の概略構成を示す回路図であり、図2に対応している。図13において、図2中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
[Second embodiment]
FIG. 13 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a solid-state image sensor 84 of an electronic camera according to a second embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. 2. In FIG. 13, elements that are the same as or correspond to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and redundant explanation thereof will be omitted.

本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、本実施の形態では、前記第1の実施の形態において、各画素ブロックBLにおいて、フォトダイオードPDB及び転送トランジスタTXBが取り除かれ、各画素ブロックBLが画素PXAになっている点である。ただし、本実施の形態では、フォトダイオードPDAの列方向の密度は、前記第1の実施の形態におけるフォトダイオードPDAの列方向の密度の2倍にされ、前記第4の実施の形態におけるフォトダイオードPDA,PDB全体の列方向の密度と同一になっている。本実施の形態では、nは、画素ブロックBLの行を示すと同時に、画素PXAの行を示すことになる。 This embodiment differs from the first embodiment in that in the first embodiment, the photodiode PDB and the transfer transistor TXB are removed from each pixel block BL, and each The point is that the pixel block BL is the pixel PXA. However, in this embodiment, the density of the photodiodes PDAs in the column direction is twice the density of the photodiodes PDAs in the column direction in the first embodiment, and The density in the column direction of the entire PDA and PDB is the same. In this embodiment, n indicates the row of the pixel block BL as well as the row of the pixel PXA.

換言すれば、前記第1の実施の形態では、各画素ブロックBLは2個の画素PX(PXA,PXB)で構成されているのに対し、本実施の形態では、各画素ブロックBLは1個の画素PX(PXA)で構成されている。そして、前記第1の実施の形態では、画素ブロックBLに属する2個の画素PX(PXA,PXB)が、1組の第1のノードPa、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST及び選択トランジスタSELを共有しているに対し、本実施の形態では、各画素PX(本実施の形態では、PXAのみ)が、それぞれ1組の第1のノードPa、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST及び選択トランジスタSELを有している。 In other words, in the first embodiment, each pixel block BL is composed of two pixels PX (PXA, PXB), whereas in this embodiment, each pixel block BL is composed of one pixel PX (PXA, PXB). It is composed of pixels PX (PXA). In the first embodiment, the two pixels PX (PXA, PXB) belonging to the pixel block BL share a set of the first node Pa, the amplification transistor AMP, the reset transistor RST, and the selection transistor SEL. In contrast, in this embodiment, each pixel PX (in this embodiment, only PXA) has one set of first node Pa, amplification transistor AMP, reset transistor RST, and selection transistor SEL. are doing.

基本的に、前記第1の実施の形態の説明は、画素ブロックBLを画素PXAに置き換えることで、本実施の形態の説明として適合する。よって、ここでは、本実施の形態の詳細な説明は省略する。 Basically, the description of the first embodiment is applicable to the present embodiment by replacing the pixel block BL with the pixel PXA. Therefore, detailed description of this embodiment will be omitted here.

本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。 This embodiment also provides the same advantages as the first embodiment.

以上、本発明の各実施の形態及び変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Although the embodiments and modifications of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these.

4 固体撮像素子
BL 画素ブロック
PX 画素
PD フォトダイオード
TXA,TXB 転送トランジスタ
Pa 第1のノード
Pb 第2のノード
AMP 増幅トランジスタ
SWA 第1のトランジスタ
SWB 第2のトランジスタ
RST リセットトランジスタ(第3のトランジスタ)
4 Solid-state image sensor BL Pixel block PX Pixel PD Photodiode TXA, TXB Transfer transistor Pa First node Pb Second node AMP Amplification transistor SWA First transistor SWB Second transistor RST Reset transistor (third transistor)

Claims (1)

列方向に沿って配置される複数の画素ブロックを備える撮像素子であって、
前記画素ブロックは、
光を電荷に変換する第1光電変換部と、
光を電荷に変換する光電変換部であって前記列方向において前記第1光電変換部と並んで配置される第2光電変換部と、
前記第1光電変換部で変換された電荷と、前記第2光電変換部で変換された電荷とが転送される1つの拡散領域であって、前記列方向において前記第1光電変換部と前記第2光電変換部との間に配置される拡散部と、
前記拡散部に第1配線を介して電気的に接続される第1のトランジスタと、
前記拡散部に前記第1配線を介して電気的に接続されるゲート部を有する増幅トランジスタと、
前記第1のトランジスタと、所定電圧が供給される供給部との間の接続を制御するリセットスイッチと
を含み、
前記複数の画素ブロックのうち第1画素ブロックの前記第1のトランジスタと、前記複数の画素ブロックのうち、前記第1画素ブロックの隣に配置される第2画素ブロックの前記第1のトランジスタとは、第2配線を有する接続部を介して電気的に接続される撮像素子。
An image sensor comprising a plurality of pixel blocks arranged along a column direction,
The pixel block is
a first photoelectric conversion section that converts light into charge;
a second photoelectric conversion section that is a photoelectric conversion section that converts light into charge and is arranged in line with the first photoelectric conversion section in the column direction;
One diffusion region to which charges converted by the first photoelectric conversion unit and charges converted by the second photoelectric conversion unit are transferred, and the first photoelectric conversion unit and the first photoelectric conversion unit are connected in the column direction. a diffusion section disposed between the two photoelectric conversion sections;
a first transistor electrically connected to the diffusion portion via a first wiring;
an amplification transistor having a gate portion electrically connected to the diffusion portion via the first wiring;
a reset switch that controls a connection between the first transistor and a supply section to which a predetermined voltage is supplied;
The first transistor of a first pixel block among the plurality of pixel blocks, and the first transistor of a second pixel block arranged next to the first pixel block among the plurality of pixel blocks. , an image sensor electrically connected via a connection portion having a second wiring.
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