JP4590458B2 - Photoelectric conversion device, imaging device, and imaging system - Google Patents

Photoelectric conversion device, imaging device, and imaging system Download PDF

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    • H04N25/627Detection or reduction of inverted contrast or eclipsing effects

Description

本発明は、強い光源を受光することにより光電変換装置に生じる画質の劣化を防止する技術に関する。   The present invention relates to a technique for preventing deterioration in image quality that occurs in a photoelectric conversion device by receiving a strong light source.

デジタルカメラなどの撮像装置は、一般的に、撮像光学系と、撮像光学系により結像された被写体像を光電変換する光電変換装置とを備える。光電変換装置は、パッシブピクセルセンサ(Passive Pixel Sensor:PPS)とアクティブピクセルセンサ(Active Pixel Sensor:APS)に大きく分けられる。PPSは、信号電荷を増幅する機能を画素に持たない非増幅型センサである。PPSには、例えば、CCDイメージセンサなどがある。APSは、信号電荷を増幅する機能を画素に持つ増幅センサである。APSには、例えば、CMOSイメージセンサなどがある。CCDイメージセンサは、微細化に有利であること、駆動方法やシステム構成が単純であることなどの利点がある。一方、CMOSイメージセンサは、消費電力が少ないこと及び高速化し易いことなどの利点がある。そのため、CMOSセンサは、高速かつ低消費電力が要求されるデジタルカメラなどの用途に適している。   An imaging apparatus such as a digital camera generally includes an imaging optical system and a photoelectric conversion apparatus that photoelectrically converts a subject image formed by the imaging optical system. Photoelectric conversion devices are roughly classified into passive pixel sensors (Passive Pixel Sensors (PPS)) and active pixel sensors (Active Pixel Sensors (APS)). The PPS is a non-amplifying sensor that does not have a function of amplifying signal charges in a pixel. Examples of PPS include a CCD image sensor. APS is an amplification sensor having a function of amplifying signal charges in a pixel. APS includes, for example, a CMOS image sensor. The CCD image sensor has advantages such as being advantageous for miniaturization and a simple driving method and system configuration. On the other hand, the CMOS image sensor has advantages such as low power consumption and easy increase in speed. Therefore, the CMOS sensor is suitable for applications such as a digital camera that requires high speed and low power consumption.

CMOSセンサでは、特に太陽のような強い光源の光をスポット光として受光すると、受光した行と受光していない行との間の出力電位差によって、スポット光の周りに輝度差が生じることがある。また、スポット光のうち特に強く光が当たった部位が黒くなる「黒化現象」が生じることがある。このような課題を解決するための手法として、種々の提案がなされている。   In a CMOS sensor, particularly when light from a strong light source such as the sun is received as spot light, a difference in brightness may occur around the spot light due to an output potential difference between the received light line and the non-light-receiving line. In addition, a “blackening phenomenon” may occur in which part of the spot light that has been particularly strongly irradiated with light becomes black. Various proposals have been made as methods for solving such problems.

特許文献1は、スポット光を受光した行と受光していない行との間の出力電位差により、スポット光の周りに生じる輝度差を解決するための技術を開示している。特許文献1では、強い光が入射された画素の信号レベルを読み出す場合に、垂直出力線の電位が所定電圧よりも低下することを防止するクリップ手段を動作させて、画素内の増幅トランジスタの負荷となる負荷トランジスタがオフすることを防止している。これにより、スポット光を受光した行と受光していない行との間の出力電位差を抑えることができる。   Patent Document 1 discloses a technique for solving a luminance difference generated around a spot light due to an output potential difference between a row that receives the spot light and a row that does not receive the spot light. In Patent Document 1, when the signal level of a pixel to which strong light is incident is read, a clip unit that prevents the potential of the vertical output line from dropping below a predetermined voltage is operated to load the amplification transistor in the pixel. This prevents the load transistor from becoming off. Thereby, the output potential difference between the row receiving spot light and the row not receiving light can be suppressed.

特許文献2は、電圧調整部でリセットレベルの画素出力信号をクリップし、強い光が入射した際に生ずる擬似的な信号を、電圧調整部によって設定される電圧で置き換える技術を開示している。特許文献2に記載された回路の動作原理は、特許文献1と同様であるが、信号レベルではなく、リセットレベルに対してクリップ動作する点で相違する。
特開2001−230974号公報(段落番号0018及び図2) 特開2004−222273号公報(段落番号0030及び図2A)
Patent Document 2 discloses a technique of clipping a reset level pixel output signal by a voltage adjustment unit and replacing a pseudo signal generated when strong light is incident with a voltage set by the voltage adjustment unit. The operation principle of the circuit described in Patent Document 2 is the same as that of Patent Document 1, but differs in that a clip operation is performed with respect to the reset level instead of the signal level.
JP 2001-230974 A (paragraph number 0018 and FIG. 2) Japanese Patent Laying-Open No. 2004-222273 (paragraph number 0030 and FIG. 2A)

しかしながら、特許文献1の発明では、図9(a)に示すように、設定した画素の飽和電圧(以下「設定飽和電圧」)がクリップ回路による垂直出力線の設定電圧値(以下「設定クリップ電圧」という。)から十分に離れている必要がある。しかしながら、図9(b)に示すように、設定飽和電圧を0Vにより近いところまで設定したい場合や、図9(c)に示すように、電源電圧を低下させたい場合などでは、設定クリップ電圧と設定飽和電圧とが近接する。設定クリップ電圧と設定飽和電圧とが近接すると、画素又はクリップ回路のソースフォロアトランジスタの閾値ばらつきや、設定クリップ電圧の製造ばらつきなどにより、図9の円内に示すように、設定クリップ電圧と設定飽和電圧とが逆転しうる。設定クリップ電圧と設定飽和電圧とが逆転すると、その画素に強い光が当たっても、クリップ回路で設定される一定の電圧が出力されて、設定飽和電圧が出力されない。そのため、例えば、画面一様に強い光が入射されても、その画素が灰色などの低輝度の出力を示し、画像が劣化しうる。   However, in the invention of Patent Document 1, as shown in FIG. 9A, the saturation voltage of the set pixel (hereinafter referred to as “set saturation voltage”) is set to the set voltage value of the vertical output line (hereinafter referred to as “set clip voltage”). ”)). However, as shown in FIG. 9B, when it is desired to set the set saturation voltage close to 0 V, or when it is desired to lower the power supply voltage as shown in FIG. The set saturation voltage is close. When the set clip voltage and the set saturation voltage are close to each other, the set clip voltage and the set saturation are set as shown in the circle of FIG. 9 due to the threshold variation of the source follower transistor of the pixel or the clip circuit or the manufacturing variation of the set clip voltage. The voltage can be reversed. When the set clip voltage and the set saturation voltage are reversed, even if strong light hits the pixel, a constant voltage set by the clip circuit is output and the set saturation voltage is not output. For this reason, for example, even when strong light is incident uniformly on the screen, the pixel exhibits an output with a low luminance such as gray, and the image may deteriorate.

また、設定クリップ電圧と設定飽和電圧とが近接すると、画素が飽和電圧を出力する場合にクリップ回路のソースフォロアトランジスタのゲート・ソース間の電位差が小さくなる。そのため、クリップ回路のソースフォロアトランジスタでは、サブスレッショルド電流が増大する。この場合、画素のソースフォロアトランジスタ以外の余分な電流経路により、クリップ回路がない場合や設定クリップ電圧と設定飽和電圧とが十分離れている場合に比べて、飽和時の電圧が変動してしまう。また、画素又はクリップ回路のソースフォロアトランジスタの閾値は、製造ばらつきにより、画素や列によって上記の近接の度合いが相違する。これにより、画面一様に強い光が当たった場合に、画面全体で輝度がざらついたような、著しい画像の劣化につながる。   Further, when the set clip voltage and the set saturation voltage are close to each other, the potential difference between the gate and the source of the source follower transistor of the clip circuit becomes small when the pixel outputs the saturation voltage. Therefore, the subthreshold current increases in the source follower transistor of the clip circuit. In this case, the saturation voltage fluctuates due to an extra current path other than the source follower transistor of the pixel as compared with a case where there is no clipping circuit and a case where the set clip voltage and the set saturation voltage are sufficiently separated. In addition, the threshold of the source follower transistor of the pixel or clip circuit varies depending on the pixel or the column due to manufacturing variations. As a result, when the screen is exposed to intense light uniformly, it leads to significant image deterioration such as the brightness being varied over the entire screen.

また、特許文献2の発明では、黒化現象を防止するために、動作原理上、クリップレベルをリセットレベルより低くしなければならない。しかしながら、両者に大きな電位差を設けて、クリップレベルを低く設定すると、強い光が入射した際に生ずるリセットレベルの低下を検知することができない。したがって、必然的に設定クリップ電位をリセットレベルに近接させる必要がある。しかしながら、両者の電位を近接させると、製造ばらつきなどにより、リセットレベルと設定クリップ電位とが逆転し、黒化現象が生じうる。   Further, in the invention of Patent Document 2, in order to prevent the blackening phenomenon, the clip level must be lower than the reset level in terms of operation principle. However, if a large potential difference is provided between the two and the clip level is set low, it is not possible to detect a decrease in the reset level that occurs when strong light is incident. Therefore, it is necessary to bring the set clip potential close to the reset level. However, if the two potentials are brought close to each other, the reset level and the set clip potential are reversed due to manufacturing variations and the like, and a blackening phenomenon may occur.

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、強い光を受光することによる画像の劣化を効果的に抑制するとともに、そのような場合におけるサブスレッショルド特性を向上させることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to effectively suppress deterioration of an image due to receiving strong light and to improve subthreshold characteristics in such a case. .

本発明の1つの側面は、光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換手段と、前記光電変換手段に蓄積された電荷に基づく信号を増幅し垂直出力線へ出力する増幅手段と、前記増幅手段の入力部をリセットするリセット手段と、を含む画素を構成要素として有し、かつ、前記垂直出力線の電位を制限するクリップ手段を有する光電変換装置であって、前記クリップ手段が、前記垂直出力線の電位に基づく信号を増幅する増幅回路と、ゲートとソースとの電位差に基づいて前記垂直出力線の電位を制限するMOSトランジスタとを備え、前記増幅回路が、前記垂直出力線に反転入力端子が接続され、設定された電圧が正転入力端子に印加される演算増幅器を含み、前記反転入力端子に印加される電圧と前記正転入力端子に印加される電圧との差に応じて前記MOSトランジスタの前記ゲートの電位を制御する、ことを特徴とする。 One aspect of the present invention is a photoelectric conversion unit that converts light into signal charge and stores it, an amplification unit that amplifies a signal based on the charge stored in the photoelectric conversion unit and outputs it to a vertical output line, and the amplification And a reset means for resetting an input unit of the means, and a photoelectric conversion device having a clip means for limiting a potential of the vertical output line as a constituent element, and the clip means includes the vertical means An amplification circuit for amplifying a signal based on the potential of the output line; and a MOS transistor for limiting the potential of the vertical output line based on a potential difference between a gate and a source, and the amplification circuit is inverting input to the vertical output line Including an operational amplifier to which a terminal is connected and a set voltage is applied to the normal input terminal, and a difference between the voltage applied to the inverting input terminal and the voltage applied to the normal input terminal Flip to control the potential of the gate of the MOS transistor, and wherein the.

本発明の第2の側面は、撮像装置に係り、上記の光電変換装置と、前記光電変換装置に配置された複数の前記画素を順次選択する垂直走査回路と、前記垂直走査回路で選択された画素からの信号を、前記垂直出力線を順次選択して読み出す水平走査回路と、を備えることを特徴とする。   A second aspect of the present invention relates to an imaging device, and is selected by the photoelectric conversion device, a vertical scanning circuit that sequentially selects the plurality of pixels arranged in the photoelectric conversion device, and the vertical scanning circuit. And a horizontal scanning circuit that reads out signals from the pixels by sequentially selecting the vertical output lines.

本発明の第3の側面は、撮像システムに係り、撮像光学系と、前記撮像光学系からの被写体像を光電変換し画像情報を生成する上記の撮像装置と、を備えることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided an imaging system, comprising: an imaging optical system; and the above imaging device that photoelectrically converts a subject image from the imaging optical system to generate image information.

本発明の第4の側面は、光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換手段と、前記光電変換手段に蓄積された電荷に基づく信号を増幅し垂直出力線へ出力する増幅手段と、前記増幅手段の入力部をリセットするリセット手段と、を含む画素を構成要素として有し、前記垂直出力線の電位を制限するクリップ手段を有する光電変換装置の制御方法に係り、前記クリップ手段は、ゲートとソースとの電位差に基づいて前記垂直出力線の電位を制限するMOSトランジスタのゲートの電位を、前記垂直出力線の電位に基づく信号を増幅することにより制御することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a photoelectric conversion unit that converts light into signal charge and stores it, an amplification unit that amplifies a signal based on the charge stored in the photoelectric conversion unit and outputs the amplified signal to a vertical output line, A reset means for resetting an input unit of the amplifying means, and a control method of a photoelectric conversion device having a clip means for limiting the potential of the vertical output line, the clip means comprising a gate The potential of the gate of the MOS transistor that limits the potential of the vertical output line based on the potential difference between the source and the source is controlled by amplifying a signal based on the potential of the vertical output line.

本発明によれば、強い光を受光することによる画像の劣化を効果的に抑制するとともに、そのような場合におけるサブスレッショルド特性を向上させることができる。   According to the present invention, it is possible to effectively suppress deterioration of an image due to receiving strong light, and to improve the subthreshold characteristic in such a case.

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の好適な第1の実施形態に係る撮像装置の構成を示す回路図である。撮像装置には、画素101〜103が複数配列されている。図1では図の簡略化のために、画素が3行×2列で配列されているが、これに限定されず、任意の数の画素が行方向及び列方向に配置されうる。画素101〜103には、それぞれ光電変換素子としてのフォトダイオード104、転送トランジスタ105、フローティングディフュージョンFD、選択トランジスタ106、リセットスイッチ107、ソースフォロアトランジスタ108が配置される。V1〜Vm(ただし、mは2以上の整数である。以下も同様。)は垂直出力線、109はソースフォロアトランジスタ108の負荷となる電流源負荷、140は選択スイッチ、150は出力アンプ、110は垂直走査回路、130はCDS回路、120は水平走査回路である。垂直出力線V1〜Vmは、電流源負荷109を介してグランドに接続される。垂直出力線V1〜Vmは、画素選択時には、ソースフォロアトランジスタ108と電流源負荷109によりソースフォロアを構成する。ソースフォロアトランジスタ108の出力は、ノード111に出力される。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an imaging apparatus according to a preferred first embodiment of the present invention. In the imaging device, a plurality of pixels 101 to 103 are arranged. In FIG. 1, for simplification of the drawing, the pixels are arranged in 3 rows × 2 columns. However, the present invention is not limited to this, and an arbitrary number of pixels can be arranged in the row direction and the column direction. In each of the pixels 101 to 103, a photodiode 104 as a photoelectric conversion element, a transfer transistor 105, a floating diffusion FD, a selection transistor 106, a reset switch 107, and a source follower transistor 108 are arranged. V1 to Vm (where m is an integer greater than or equal to 2; the same applies below) is a vertical output line, 109 is a current source load serving as a load of the source follower transistor 108, 140 is a selection switch, 150 is an output amplifier, 110 Is a vertical scanning circuit, 130 is a CDS circuit, and 120 is a horizontal scanning circuit. The vertical output lines V1 to Vm are connected to the ground via the current source load 109. The vertical output lines V1 to Vm constitute a source follower by the source follower transistor 108 and the current source load 109 when a pixel is selected. The output of the source follower transistor 108 is output to the node 111.

撮像装置に入射した光は、フォトダイオード104で信号電荷に変換される。フォトダイオード104で発生した信号電荷は、転送パルスφTX1〜φTXn(ただし、nは2以上の整数である。以下も同様。)に応じて転送トランジスタ105により転送され、FDに一時的に蓄積される。選択パルスφSEL1〜φSELnに応じて選択トランジスタ106で選択された画素の信号電荷は、電圧に変換され、垂直出力線V1〜Vmを経てノード111に出力される。また、後述するように、垂直出力線V1〜Vmには、その電位を制限するクリップ手段としてのクリップ回路112が接続される。ノード111に出力された信号電荷は、CDS回路130に出力される。さらに、水平走査回路120によって駆動された選択スイッチ140を選択的に導通して、出力信号が選択され、出力アンプ150を経て外部に出力される。FDに蓄積された電荷の除去(リセット)は、リセットパルスφRES1〜φRESnに応じてリセットスイッチ107で行われる。また、垂直走査回路110は、転送トランジスタ105、選択トランジスタ106、リセットスイッチ107の選択を行う。   Light incident on the imaging device is converted into signal charges by the photodiode 104. The signal charges generated in the photodiode 104 are transferred by the transfer transistor 105 in response to transfer pulses φTX1 to φTXn (where n is an integer of 2 or more, and so on), and are temporarily stored in the FD. . The signal charges of the pixels selected by the selection transistor 106 according to the selection pulses φSEL1 to φSELn are converted into voltages and output to the node 111 via the vertical output lines V1 to Vm. Further, as will be described later, a clip circuit 112 as clip means for limiting the potential is connected to the vertical output lines V1 to Vm. The signal charge output to the node 111 is output to the CDS circuit 130. Further, the selection switch 140 driven by the horizontal scanning circuit 120 is selectively turned on, and an output signal is selected and output to the outside through the output amplifier 150. The charge accumulated in the FD is removed (reset) by the reset switch 107 in response to the reset pulses φRES1 to φRESn. The vertical scanning circuit 110 selects the transfer transistor 105, the selection transistor 106, and the reset switch 107.

図2は、図1に示す撮像装置に配置されたクリップ回路112及びこれに接続された光電変換装置の構成をより詳細に示す回路図である。図2では、図示を簡単にするために3つの画素101〜103を示したが、画素数はこれに限定されない。   FIG. 2 is a circuit diagram showing in more detail the configuration of the clip circuit 112 arranged in the imaging device shown in FIG. 1 and the photoelectric conversion device connected thereto. In FIG. 2, three pixels 101 to 103 are shown for ease of illustration, but the number of pixels is not limited to this.

クリップ回路112は、画素101〜103と電流源負荷109を共有し、垂直出力線V1の電位に基づく信号を増幅する増幅回路により、垂直出力線V1の電位を制限(クリップ)するように構成されている。演算増幅器としての差動増幅器113は、垂直出力線V1をクリップするための制御電位が正転入力端子114に入力され、垂直出力線V1の電位が反転入力端子115に入力される。差動増幅器113の出力端子116は、NMOSトランジスタ117のゲートに接続される。VCLIP制御回路118は、VCLIP1及びVCLIP2(<VCLIP1)のいずれかを選択的に正転入力端子114に供給する。   The clip circuit 112 shares the current source load 109 with the pixels 101 to 103 and is configured to limit (clip) the potential of the vertical output line V1 by an amplifier circuit that amplifies a signal based on the potential of the vertical output line V1. ing. In the differential amplifier 113 as an operational amplifier, a control potential for clipping the vertical output line V1 is input to the normal input terminal 114, and a potential of the vertical output line V1 is input to the inverting input terminal 115. The output terminal 116 of the differential amplifier 113 is connected to the gate of the NMOS transistor 117. The VCLIP control circuit 118 selectively supplies one of VCLIP1 and VCLIP2 (<VCLIP1) to the normal input terminal 114.

次に、本実施形態に係る光電変換装置の動作について説明する。図3は、本実施形態に係る光電変換装置に用いられる各信号の動作タイミングを示す図である。図3において、横軸は時間、縦軸は各信号の波形を表す。以下、画素101を例にして、動作タイミングを説明するが、他の画素についても同様に動作させることができる。   Next, the operation of the photoelectric conversion device according to this embodiment will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating the operation timing of each signal used in the photoelectric conversion apparatus according to the present embodiment. In FIG. 3, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the waveform of each signal. Hereinafter, the operation timing will be described using the pixel 101 as an example, but other pixels can be operated in the same manner.

時刻t0では、パルス信号φSEL1の電位はL(ロー)に設定され、パルス信号φRES1の電位はH(ハイ)に設定される。パルス信号φTX1はLであり、フォトダイオード104とフローティングディフュージョンFDとは、電気的に遮断されている。正転入力端子114には、VCLIP制御回路118より比較的高い電圧であるVCLIP1が印加される。この状態では、選択トランジスタ106はオフ状態であり、図1のソースフォロアトランジスタ108の出力は、垂直出力線V1には読み出されない。また、リセットスイッチ107はオン状態であり、フォロアトランジスタ108の入力部にあるフローティングディフュージョンFDの電位は、リセットレベルに設定される。   At time t0, the potential of the pulse signal φSEL1 is set to L (low), and the potential of the pulse signal φRES1 is set to H (high). The pulse signal φTX1 is L, and the photodiode 104 and the floating diffusion FD are electrically cut off. The forward input terminal 114 is applied with VCLIP1, which is a relatively higher voltage than the VCLIP control circuit 118. In this state, the selection transistor 106 is in an off state, and the output of the source follower transistor 108 in FIG. 1 is not read out to the vertical output line V1. Further, the reset switch 107 is in an ON state, and the potential of the floating diffusion FD at the input portion of the follower transistor 108 is set to the reset level.

時刻t1では、パルス信号φSEL1の電位がHに変化し、パルス信号φRES1の電位がLに変化する。この状態では、リセットスイッチ107はオフ状態となり、選択トランジスタ106はオン状態となる。その結果、ソースフォロアトランジスタ108は、リセットレベルを垂直出力線V1に出力する動作を開始する。この動作時に、強い光が画素101に入射し、フォトダイオード104に信号電荷(電子)が発生すると、ソースフォロアトランジスタ108は、リセットレベルよりも低い電圧を垂直出力線V1に出力しようとする。   At time t1, the potential of the pulse signal φSEL1 changes to H, and the potential of the pulse signal φRES1 changes to L. In this state, the reset switch 107 is turned off and the selection transistor 106 is turned on. As a result, the source follower transistor 108 starts an operation of outputting the reset level to the vertical output line V1. During this operation, when intense light enters the pixel 101 and signal charge (electrons) is generated in the photodiode 104, the source follower transistor 108 tries to output a voltage lower than the reset level to the vertical output line V1.

この場合、垂直出力線V1の電位がVCLIP1より高い状態では、差動増幅器113により出力端子116の電位が低い値(L)となり、NMOSトランジスタ117が強くオフされた状態で安定する。このため、NMOSトランジスタ117のサブスレッショルド電流が低く抑えられる。垂直出力線V1の電位がVCLIP1よりも低くなると、差動増幅器113の出力端子116の電位が差動増幅器113のゲインに応じて急激に上昇する。これにより、NMOSトランジスタ117を流れる電流が増大し、VCLIP1と垂直出力線V1の電位(クリップ回路112の出力電位)、すなわち正転入力端子114の電位と反転入力端子115の電位とが等しくなるところで安定する。いずれの場合も、その後は、既知の方法により、ノード111に現れた電圧をリセットレベルとして保持すればよい。   In this case, in the state where the potential of the vertical output line V1 is higher than VCLIP1, the potential of the output terminal 116 becomes a low value (L) by the differential amplifier 113, and the NMOS transistor 117 is stably turned off. For this reason, the subthreshold current of the NMOS transistor 117 can be kept low. When the potential of the vertical output line V1 becomes lower than VCLIP1, the potential of the output terminal 116 of the differential amplifier 113 rises rapidly according to the gain of the differential amplifier 113. As a result, the current flowing through the NMOS transistor 117 increases, and the potential of VCLIP1 and the vertical output line V1 (the output potential of the clip circuit 112), that is, the potential of the normal input terminal 114 and the potential of the inverting input terminal 115 become equal. Stabilize. In any case, thereafter, the voltage appearing at the node 111 may be held as a reset level by a known method.

時刻t2では、パルス信号φTX1の電位がHに変化し、転送トランジスタ105がオン状態となる。その結果、フォトダイオード104の信号電荷(電子)がフローティングディフュージョンFDに転送される。ソースフォロアトランジスタ108のゲートの電位は、画素101に入射する光の量に比例して低下し、これに伴って垂直出力線V1の電位が低下する。正転入力端子114が設定クリップ電圧VCLIP1に設定されている場合には、垂直出力線V1の電位がVCLIP1よりも低下すると、差動増幅器113が動作し、垂直出力線V1の電位がVCLIP1に固定されるため、光反応が検知できなくなる。   At time t2, the potential of the pulse signal φTX1 changes to H, and the transfer transistor 105 is turned on. As a result, the signal charge (electrons) of the photodiode 104 is transferred to the floating diffusion FD. The potential of the gate of the source follower transistor 108 decreases in proportion to the amount of light incident on the pixel 101, and the potential of the vertical output line V1 decreases accordingly. When the normal input terminal 114 is set to the set clip voltage VCLIP1, when the potential of the vertical output line V1 falls below VCLIP1, the differential amplifier 113 operates and the potential of the vertical output line V1 is fixed to VCLIP1. Therefore, the photoreaction cannot be detected.

そこで、時刻t3において、VCLIP制御回路118は、比較的低い電圧VCLIP2(<VCLIP1)を正転入力端子114に供給する。その結果、垂直出力線V1の電位がVCLIP2より高い状態では、NMOSトランジスタ117が強くオフされた状態で安定し、NMOSトランジスタ117のサブスレッショルド電流が低く抑えられる。このとき、NMOSトランジスタ117は、ソースの電位がゲートの電位よりも高くなるため、クリップ回路112との間に構成されたネガティブフィードバックが遮断され、画素の出力そのものが垂直出力線V1に出力される。なお、VCLIP2は、フォトダイオード104の飽和信号量の信号電荷を読み出せるような電圧に設定されることが好ましい。   Therefore, the VCLIP control circuit 118 supplies a relatively low voltage VCLIP2 (<VCLIP1) to the normal input terminal 114 at time t3. As a result, when the potential of the vertical output line V1 is higher than VCLIP2, the NMOS transistor 117 is stably turned off and the subthreshold current of the NMOS transistor 117 is kept low. At this time, since the source potential of the NMOS transistor 117 is higher than the potential of the gate, the negative feedback configured with the clip circuit 112 is cut off, and the output of the pixel itself is output to the vertical output line V1. . Note that VCLIP2 is preferably set to a voltage such that the signal charge of the saturation signal amount of the photodiode 104 can be read.

時刻t4では、パルス信号φTX1の電位がLに変化し、転送トランジスタ105がオフ状態となり、フォトダイオード104の信号電荷(電子)の転送を終了する。   At time t4, the potential of the pulse signal φTX1 changes to L, the transfer transistor 105 is turned off, and the transfer of signal charges (electrons) from the photodiode 104 is completed.

時刻t5では、パルス信号φSEL1の電位がHに変化し、パルス信号φRES1の電位がHに変化して、選択トランジスタ106はオフ状態となり、フローティングディフュージョンFDの電位がリセットレベルに設定される。   At time t5, the potential of the pulse signal φSEL1 changes to H, the potential of the pulse signal φRES1 changes to H, the selection transistor 106 is turned off, and the potential of the floating diffusion FD is set to the reset level.

以上のように、本実施形態によれば、NMOSトランジスタ117のゲートに印加される電圧を差動増幅により動的に制御し、垂直出力線V1の電位がVCLIP1又はVCLIP2に設定されるクリップ動作を行うことができる。クリップ動作の開始前は、クリップ回路のNMOSトランジスタ117が強くオフされるため、NMOSトランジスタ117のサブスレッショルド電流特性をほとんど無視することができる。無視できる度合いは、差動増幅器113のゲインに依存する。例えば、差動増幅器113のゲインがK倍であるとすると、クリップ回路のNMOSトランジスタ117のサブスレッショルド電流特性を示すSファクタが、実質的に1/K倍となる。特に、OFF特性が良いトランジスタを用いてクリップ回路を形成した場合と同等となる。   As described above, according to this embodiment, the clipping operation in which the voltage applied to the gate of the NMOS transistor 117 is dynamically controlled by differential amplification and the potential of the vertical output line V1 is set to VCLIP1 or VCLIP2. It can be carried out. Since the NMOS transistor 117 of the clipping circuit is strongly turned off before the clipping operation is started, the subthreshold current characteristic of the NMOS transistor 117 can be almost ignored. The negligible degree depends on the gain of the differential amplifier 113. For example, if the gain of the differential amplifier 113 is K times, the S factor indicating the subthreshold current characteristic of the NMOS transistor 117 of the clip circuit is substantially 1 / K times. In particular, this is equivalent to the case where a clip circuit is formed using a transistor with good OFF characteristics.

また、本実施形態によれば、クリップ回路のNMOSトランジスタ117の出力がVCLIP1又はVCLIP2になるような帰還が設けられているため、NMOSトランジスタ117の閾値ばらつきを無効化することができる。   Further, according to the present embodiment, since the feedback is provided so that the output of the NMOS transistor 117 of the clip circuit becomes VCLIP1 or VCLIP2, the threshold variation of the NMOS transistor 117 can be nullified.

なお、本実施形態では、図2に示すような差動増幅器113を用いたが、本発明はこれに限定されず、回路規模、安定性、消費電力などを考慮して、適宜変更が可能である。   In this embodiment, the differential amplifier 113 as shown in FIG. 2 is used. However, the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed in consideration of the circuit scale, stability, power consumption, and the like. is there.

また、本実施形態では、VCLIP制御回路118により、VCLIP1及びVCLIP2を動的に変更した。しかしながら、例えば、垂直出力線V1の電圧降下を防止することが目的であれば、VCLIP制御回路118を用いずに、VCLIP2を正転入力端子114に直接与えてもよい。   In this embodiment, VCLIP1 and VCLIP2 are dynamically changed by the VCLIP control circuit 118. However, for example, if the purpose is to prevent the voltage drop of the vertical output line V1, VCLIP2 may be directly applied to the normal input terminal 114 without using the VCLIP control circuit 118.

また、本実施形態では、図2に示す差動増幅器113が常に動作すると仮定した。しかしながら、例えば、ソースフォロアトランジスタ108が動作するタイミングのみ差動増幅器113が動作してもよい。したがって、差動増幅器113の電源や消費電力を動的に制御することによって低消費電力化が実現されうる。
(第2の実施形態)
図4は、本発明の好適な第2の実施形態に係る撮像装置の構成を示す回路図である。この撮像装置は第1の実施形態と同様に画素101〜103が複数配列されている。
In this embodiment, it is assumed that the differential amplifier 113 shown in FIG. However, for example, the differential amplifier 113 may operate only at the timing when the source follower transistor 108 operates. Therefore, low power consumption can be realized by dynamically controlling the power source and power consumption of the differential amplifier 113.
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of an imaging apparatus according to the preferred second embodiment of the present invention. In this imaging device, a plurality of pixels 101 to 103 are arranged in the same manner as in the first embodiment.

クリップ回路112は、ゲート接地型増幅器163とソース接地型増幅器164とで構成される増幅回路を備える。ゲート接地型増幅器163は、垂直出力線VとVCLIPの差に応じた電圧をノード167に出力する。ソース接地型増幅器164は、ノード167を入力とし、画素101〜103のソースフォロアと電流源負荷109を共有し、出力ノードは垂直出力線Vに接続される。 The clip circuit 112 includes an amplifier circuit including a grounded-gate amplifier 163 and a grounded-source amplifier 164. The common-gate amplifier 163 outputs a voltage corresponding to the difference between the vertical output lines V 1 and VCLIP to the node 167. Common-source amplifier 164 includes an input node 167, share a source follower and current source load 109 of the pixel 101 to 103, the output node is connected to the vertical output line V 1.

次に本実施形態に係る撮像装置の動作について説明する。なお、本実施形態に係る撮像装置の画素の動作タイミングは、第1の実施形態における動作をそのまま適用することができる。したがって、以降の説明では、本実施形態におけるクリップ回路112の動作についてのみ説明する。   Next, the operation of the imaging apparatus according to this embodiment will be described. Note that the operation timing of the pixels of the imaging apparatus according to the present embodiment can be applied as it is in the first embodiment. Therefore, in the following description, only the operation of the clip circuit 112 in this embodiment will be described.

時刻t1で、リセットレベルを垂直出力線Vに出力する動作を開始する時に、強い光が画素101に入射すると、リセットレベルよりも低い電圧を垂直出力線Vに出力しようとする。この時、垂直出力線Vの電位がVCLIPよりもNMOSトランジスタ165の閾値分以上低くなると、クリップ回路112内のゲート接地型増幅器163が垂直出力線Vの電位の低下を検出する。このとき、ソース接地型増幅器164の入力であるノード167には、垂直出力線Vの変化分に対して正の利得がかかった電圧がゲート接地型増幅器163から出力されてくる。そのため、PMOSトランジスタ168のドレイン電流が垂直出力線Vの低下に伴い急激に増大していく。そして、PMOSトランジスタ168のドレイン電流とゲート接地型増幅器163に流れる電流との総和が電流源負荷109を流れる電流値と等しくなったところで垂直出力線Vが安定する。 At time t1, when starting the operation to output the reset level to the vertical output line V 1, strong light when incident on the pixel 101 to be output a voltage lower than the reset level to the vertical output line V 1. At this time, the potential of the vertical output line V 1 is becomes lower than the threshold amount of the NMOS transistor 165 than VCLIP, grounded gate amplifier 163 in the clip circuit 112 detects a drop in the potential vertical output line V 1. At this time, a voltage with a positive gain applied to the change amount of the vertical output line V 1 is output from the grounded-gate amplifier 163 to the node 167 that is the input of the common-source amplifier 164. Therefore, the drain current of the PMOS transistor 168 is gradually increased sharply with decreasing vertical output line V 1. The vertical output line V 1 is stabilized when the sum of the drain current of the PMOS transistor 168 and the current flowing through the common-gate amplifier 163 becomes equal to the current value flowing through the current source load 109.

以上のように、本実施形態によれば、少ないトランジスタ数で高いクリップ能力を持ったクリップ回路が実現できる。   As described above, according to the present embodiment, a clipping circuit having a high clipping capability can be realized with a small number of transistors.

なお、本実施形態では、ゲート接地型増幅器163の電流源負荷となるPMOSトランジスタ166に流れる電流値を電流源負荷109に流れる電流よりも小さく設定し、ゲート接地型増幅器のゲインを上げることがクリップ動作の効率上好ましい。   In the present embodiment, the current value flowing in the PMOS transistor 166 serving as the current source load of the grounded-gate amplifier 163 is set smaller than the current flowing in the current source load 109, and the gain of the grounded-gate amplifier is increased. It is preferable in terms of operation efficiency.

また、同様の理由から、ゲート接地型増幅器に流れる電流の方が、PMOSトランジスタ168に流れるドレイン電流より小さくなるようにすることが好ましい。このためには、NMOSトランジスタ165、PMOSトランジスタ166のトランスコンダクタンスより、PMOSトランジスタ168のトランスコンダクタンスが大きくなるようにトランジスタサイズを設計する。これにより、PMOSトランジスタ168の駆動力の方を高くすればよい。   For the same reason, it is preferable that the current flowing through the grounded-gate amplifier is smaller than the drain current flowing through the PMOS transistor 168. For this purpose, the transistor size is designed so that the transconductance of the PMOS transistor 168 is larger than the transconductance of the NMOS transistor 165 and the PMOS transistor 166. Thereby, the driving force of the PMOS transistor 168 may be increased.

また、本実施形態では、クリップ回路112を構成する要素としてゲート接地型増幅器とソース接地型増幅器の縦続接続を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。
(第3の実施形態)
本発明の好適な第3の実施形態では、第2の実施形態におけるクリップ回路内のゲート接地型増幅器163の電流源負荷に流す電流値を列毎に制御することによりクリップ動作を制御する実施形態について説明する。本実施形態により、製造ばらつきによるクリップ回路の特性ばらつきに起因した列毎の信号不均一性を改善することが可能となる。
In this embodiment, a cascade connection of a grounded-gate amplifier and a grounded-source amplifier is used as an element constituting the clip circuit 112, but the present invention is not limited to this.
(Third embodiment)
In the preferred third embodiment of the present invention, the clip operation is controlled by controlling the current value flowing through the current source load of the common-gate amplifier 163 in the clip circuit in the second embodiment for each column. Will be described. According to the present embodiment, it is possible to improve the signal non-uniformity for each column due to the variation in characteristics of the clip circuit due to the variation in manufacturing.

図5は、本発明の好適な第3の実施形態に係る撮像装置の構成を示す回路図である。クリップ回路112には、ゲート接地型増幅器の電流源負荷にバイアス電圧を供給しているD/A(Digital to Analog)変換器210が接続されている。さらに、D/A変換器210には列メモリ部220が接続され、列メモリ部は列メモリ選択スイッチ230を介して外部入力端子240が接続されている。   FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of an imaging apparatus according to a preferred third embodiment of the present invention. Connected to the clip circuit 112 is a D / A (Digital to Analog) converter 210 that supplies a bias voltage to the current source load of the common-gate amplifier. Further, a column memory unit 220 is connected to the D / A converter 210, and the column memory unit is connected to an external input terminal 240 via a column memory selection switch 230.

次に本実施形態に係る撮像装置の動作について説明する。製造ばらつきなどによって、クリップ回路の特性がばらつき、それにより垂直出力線をクリップする電圧にばらつきが生じる。この時の列毎のクリップ電圧のばらつき量を外部に用意したメモリテーブルに記憶させる。そこから算出した各列毎のばらつき量を補正するバイアス電圧の値を、外部入力端子240からデジタル値でCMOSイメージセンサ内部へ入力する。外部入力から入力された補正データは、列メモリ部220に列メモリ選択スイッチ230を介して順次記憶させていく。メモリへの記憶が終了した後、そのデジタル値をD/A変換器210によってアナログ電圧値へと変換する。補正後のバイアス電圧により、クリップ回路112内のゲート接地型増幅器の電流値を制御してクリップ電圧を補正することが可能となる。その結果、列毎の信号不均一性を改善した撮像結果を得ることが可能になる。   Next, the operation of the imaging apparatus according to this embodiment will be described. Due to manufacturing variations, the characteristics of the clipping circuit vary, thereby causing variations in the voltage for clipping the vertical output line. The amount of variation in clip voltage for each column at this time is stored in a memory table prepared externally. A bias voltage value for correcting the variation amount calculated for each column is input from the external input terminal 240 into the CMOS image sensor as a digital value. The correction data input from the external input is sequentially stored in the column memory unit 220 via the column memory selection switch 230. After completion of storage in the memory, the digital value is converted into an analog voltage value by the D / A converter 210. The clip voltage can be corrected by controlling the current value of the grounded-gate amplifier in the clip circuit 112 by the corrected bias voltage. As a result, it is possible to obtain an imaging result with improved signal non-uniformity for each column.

なお、本実施形態では、各列ごとのクリップ回路のばらつき量補正データを外部に用意したメモリテーブルから順次入力する方式を用いているが、補正したバイアス電圧のデータを反映させる手法はこれに限定されるものではない。
(第4の実施形態)
本発明の好適な第4の実施形態では、クリップ動作がクリップ回路内を流れる電流で制御できることを利用して、撮像装置の駆動条件に合わせた最適なクリップ動作を可能にする撮像装置について説明する。
In this embodiment, a method of sequentially inputting variation correction data of the clip circuit for each column from a memory table prepared externally is used, but the method of reflecting the corrected bias voltage data is limited to this. Is not to be done.
(Fourth embodiment)
In a fourth preferred embodiment of the present invention, an image pickup apparatus that enables an optimum clip operation in accordance with the driving conditions of the image pickup apparatus by using the fact that the clip operation can be controlled by a current flowing in the clip circuit will be described. .

第2の実施形態の回路において、ゲート接地型増幅器のゲインは電流値によって制御される。図6は、ゲイン制御によってクリップ動作が変化することを表した図である。なお、図中の横軸はFDの電位を、縦軸には垂直出力線の電位を示している。   In the circuit of the second embodiment, the gain of the grounded-gate amplifier is controlled by the current value. FIG. 6 is a diagram showing that the clipping operation is changed by the gain control. In the figure, the horizontal axis indicates the potential of the FD, and the vertical axis indicates the potential of the vertical output line.

垂直出力線が図6の直線Aに示すような所定の電圧に達すると、クリップ回路が動作し始める。この時、クリップ回路のゲート接地型増幅器のゲインが高いければ、801の曲線のように垂直出力線電位のわずかな低下でクリップ動作が行われる。これにより、クリップ能力を高めることができる。   When the vertical output line reaches a predetermined voltage as shown by the straight line A in FIG. 6, the clipping circuit starts to operate. At this time, if the gain of the grounded gate amplifier of the clipping circuit is high, the clipping operation is performed with a slight decrease in the vertical output line potential as indicated by the curve 801. Thereby, clip capability can be improved.

逆に、ゲインが低い場合、クリップ回路は802の曲線に示すようなクリップ動作を示す。ゲインを低くすることによりクリップ能力は低下するが、切り替わり点が緩やかになるため、画素出力のばらつきに対する耐性が強くなる。   Conversely, when the gain is low, the clipping circuit exhibits a clipping operation as shown by the curve 802. By reducing the gain, the clipping ability is lowered, but the switching point becomes gradual, so that the tolerance against variations in pixel output is increased.

以上のような特性を利用した撮像装置の実施形態を図7に示す。撮像装置は、画素101〜103、クリップ回路112、D/A変換器210、モード判別部300、電流源負荷109、垂直走査回路110、水平走査回路120、CDS回路130、選択スイッチ140、出力アンプ150で構成されている。   FIG. 7 shows an embodiment of an imaging apparatus using the above characteristics. The imaging apparatus includes pixels 101 to 103, a clip circuit 112, a D / A converter 210, a mode determination unit 300, a current source load 109, a vertical scanning circuit 110, a horizontal scanning circuit 120, a CDS circuit 130, a selection switch 140, and an output amplifier. 150.

図7では、モード判別部300で撮像装置の駆動条件を判別し、その駆動条件に応じたバイアス電圧をデジタル値でD/A変換器210に与える。そして、D/A変換器210によりデジタル値から変換されたアナログ電圧をバイアス電圧として、ノード200を通じてクリップ回路に与える。   In FIG. 7, the mode determination unit 300 determines the driving condition of the imaging apparatus, and applies a bias voltage corresponding to the driving condition to the D / A converter 210 as a digital value. Then, the analog voltage converted from the digital value by the D / A converter 210 is applied as a bias voltage to the clip circuit through the node 200.

例として、CDS回路130が信号増幅機能を含み、そのゲインに応じてバイアス電圧を調節するような場合について説明する。ゲインが高いときは黒化現象が起こりにくい低照度条件下での撮像条件と判断して、図6の曲線802に示すクリップ動作になるようなバイアス電圧に設定し、低ノイズ設定にする。ゲインが低い時には、黒化現象が起こりやすい高照度条件下での撮像条件と判断して、図6の曲線801に示すクリップ動作になるようなバイアス電圧に設定することで、広ダイナミックレンジ化と、クリップ電位のばらつきの低減を重視する。   As an example, a case where the CDS circuit 130 includes a signal amplification function and adjusts the bias voltage according to the gain will be described. When the gain is high, it is determined that the imaging condition is under a low illuminance condition in which blackening phenomenon is unlikely to occur, and the bias voltage is set so as to perform the clipping operation shown by the curve 802 in FIG. When the gain is low, it is determined as an imaging condition under a high illuminance condition in which blackening phenomenon is likely to occur, and by setting the bias voltage so as to perform the clipping operation shown by the curve 801 in FIG. Emphasis is placed on reducing variation in clip potential.

以上のように、CDS回路のゲインに応じてクリップ動作の最適化を行う手法を説明した。しかし、本実施形態はCDS回路のゲインの変更時においてのみ適用されるものではなく、動画と静止画の切り替え時や、読み出し方式の切り替え時など、撮像装置の駆動条件によって最適なクリップ動作を可能とする。   As described above, the method for optimizing the clip operation according to the gain of the CDS circuit has been described. However, this embodiment is not applied only when the gain of the CDS circuit is changed. Optimal clip operation is possible depending on the driving conditions of the imaging device, such as when switching between a moving image and a still image, or when switching the readout method. And

なお、本実施形態および第3の実施形態では、電流値を調整するのに、電流源負荷となるトランジスタのゲートにかかるバイアス電圧をD/A変換器で調節することにより制御しているが、電流値調節のための手法はこれに限定されるものではない。   In the present embodiment and the third embodiment, in order to adjust the current value, the bias voltage applied to the gate of the transistor serving as the current source load is controlled by adjusting the D / A converter. The method for adjusting the current value is not limited to this.

以上の実施形態では、選択トランジスタ、ソースフォロアトランジスタ、リセットスイッチ(リセットトランジスタ)及び転送トランジスタの4つのトランジスタで構成される画素構造を用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。リセットレベルと信号レベルの差分をとることができる構造の画素であれば、如何なる画素構成も適用されうる。
(応用例)
図8は、本発明の好適な実施形態に係る撮像装置をデジタルカメラなどの撮像システムに応用した場合の構成を示す図である。ここで光電変換は、被写体からの光(被写体像)が絞り羽根1を通り、撮像光学系としてのレンズ2により光電変換装置4へ結像されることで行われる。フィルター群3は、モアレ等を防ぐために光の高域をカットする光学ローパス・フィルター、色補正フィルター及び赤外線カットフィルター等が組み合わされたものである。光電変換装置4では、アドレス指定部8からの信号により、水平走査回路120及び垂直走査回路110により2次元で画素の選択が行われ、出力信号がタイミング調整部7に読み出される。タイミング調整部7では、光電変換装置4からの1つ又は複数の出力信号のタイミング調整が行われる。そして、タイミング調整部7から出力された信号は、AGC(オートゲインコントロール)10により電圧が制御され、A/D変換器11でデジタル信号に変換し、画像情報が生成される。カメラDSP12は、動画又は静止画等の画像情報の処理を行う。また、制御部としてのMPU14は、この画像処理の際に用いられるパラメータをカメラDSP12に設定したり、AF/AE動作を行ったりする。なお、AF動作は、フォーカス・モーター51によりフォーカス・レンズ(図示せず)を前後に動かして行う。画像処理する際の一時的な記憶領域としてDRAM13が用いられ、不揮発性の記憶領域として記録媒体18が用いられる。記録媒体18としては、例えば、スマート・メディア、磁気テープ又は光ディスク等が挙げられる。ビデオエンコーダ15及びCRT16は、画像処理後の画像を表示する。ビューファインダー17は、例えば、LCDなどを用いることができ、記録媒体18に記憶する前に被写体を確認したりするために用いられる。これらの出力装置は、CRT16及びビューファインダー17に限られず、プリンタ等を用いてもよい。発振器9は、カメラDSP12及びMPU14に供給するクロック信号を発生する。表示領域指定部19は、光電変換装置4から読み出した画像をビューファインダー17などに表示するときの表示領域を指定する。
In the above embodiment, the pixel structure including the four transistors of the selection transistor, the source follower transistor, the reset switch (reset transistor), and the transfer transistor has been described, but the present invention is not limited to this. Any pixel configuration can be applied as long as the pixel has a structure capable of obtaining a difference between the reset level and the signal level.
(Application examples)
FIG. 8 is a diagram showing a configuration when the imaging apparatus according to the preferred embodiment of the present invention is applied to an imaging system such as a digital camera. Here, the photoelectric conversion is performed by the light from the subject (subject image) passing through the diaphragm blade 1 and being imaged on the photoelectric conversion device 4 by the lens 2 as an imaging optical system. The filter group 3 is a combination of an optical low-pass filter, a color correction filter, an infrared cut filter, and the like that cut high frequencies of light in order to prevent moire and the like. In the photoelectric conversion device 4, pixels are selected two-dimensionally by the horizontal scanning circuit 120 and the vertical scanning circuit 110 based on a signal from the address specifying unit 8, and an output signal is read out to the timing adjustment unit 7. In the timing adjustment unit 7, timing adjustment of one or a plurality of output signals from the photoelectric conversion device 4 is performed. The voltage output from the timing adjustment unit 7 is controlled by an AGC (auto gain control) 10 and converted into a digital signal by the A / D converter 11 to generate image information. The camera DSP 12 processes image information such as a moving image or a still image. Further, the MPU 14 as the control unit sets parameters used in the image processing in the camera DSP 12 and performs AF / AE operations. The AF operation is performed by moving a focus lens (not shown) back and forth by the focus motor 51. The DRAM 13 is used as a temporary storage area for image processing, and the recording medium 18 is used as a nonvolatile storage area. Examples of the recording medium 18 include smart media, magnetic tape, or optical disc. The video encoder 15 and the CRT 16 display the image after image processing. The viewfinder 17 can be an LCD, for example, and is used to check the subject before storing it in the recording medium 18. These output devices are not limited to the CRT 16 and the viewfinder 17, and a printer or the like may be used. The oscillator 9 generates a clock signal to be supplied to the camera DSP 12 and the MPU 14. The display area designating unit 19 designates a display area when an image read from the photoelectric conversion device 4 is displayed on the viewfinder 17 or the like.

以上、本発明の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宣変更が可能である。   As mentioned above, although demonstrated based on embodiment of this invention, this invention is not limited to these examples, In the range which does not deviate from the main point of invention, it can change suitably.

本発明の好適な第1の実施形態に係る撮像装置の構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus according to a preferred first embodiment of the present invention. 図1に示す撮像装置に配置された演算増幅器及びこれに接続された光電変換装置の構成をより詳細に示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing in more detail the configuration of an operational amplifier arranged in the imaging device shown in FIG. 1 and a photoelectric conversion device connected to the operational amplifier. 本発明の好適な第1の実施形態に係る光電変換装置に用いられる各信号の動作タイミングを示す図である。It is a figure which shows the operation timing of each signal used for the photoelectric conversion apparatus which concerns on suitable 1st Embodiment of this invention. 本発明の好適な第2の実施形態に係る撮像装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the imaging device which concerns on the suitable 2nd Embodiment of this invention. 本発明の好適な第3の実施形態に係る撮像装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the imaging device which concerns on the suitable 3rd Embodiment of this invention. FDの電位の変化に対する垂直出力線の電位の変化を表したグラフを示す図である。It is a figure which shows the graph showing the change of the electric potential of the vertical output line with respect to the change of the electric potential of FD. 本発明の好適な第4の実施形態に係る撮像装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the imaging device which concerns on the suitable 4th Embodiment of this invention. 本発明の好適な実施形態に係る撮像装置を応用した撮像システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the imaging system which applied the imaging device which concerns on suitable embodiment of this invention. 従来の課題を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conventional subject.

符号の説明Explanation of symbols

V1〜Vm 垂直出力線
104 フォトダイオード
105 転送トランジスタ
107 リセットスイッチ
108 ソースフォロアトランジスタ
110 垂直走査回路
112 クリップ回路
120 水平走査回路
130 CDS回路
140 選択スイッチ
150 出力アンプ
210 D/A変換器
240 外部入力端子
300 モード判別部
V1 to Vm Vertical output line 104 Photodiode 105 Transfer transistor 107 Reset switch 108 Source follower transistor 110 Vertical scanning circuit 112 Clip circuit 120 Horizontal scanning circuit 130 CDS circuit 140 Selection switch 150 Output amplifier 210 D / A converter 240 External input terminal 300 Mode discriminator

Claims (6)

光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換手段と、前記光電変換手段に蓄積された電荷に基づく信号を増幅し垂直出力線へ出力する増幅手段と、前記増幅手段の入力部をリセットするリセット手段と、を含む画素を構成要素として有し、かつ、前記垂直出力線の電位を制限するクリップ手段を有する光電変換装置であって、
前記クリップ手段は、
前記垂直出力線の電位に基づく信号を増幅する増幅回路と、ゲートとソースとの電位差に基づいて前記垂直出力線の電位を制限するMOSトランジスタと、を備え、
前記増幅回路は、前記垂直出力線に反転入力端子が接続され、設定された電圧が正転入力端子に印加される演算増幅器を含み、前記反転入力端子に印加される電圧と前記正転入力端子に印加される電圧との差に応じて前記MOSトランジスタの前記ゲートの電位を制御することを特徴とする光電変換装置。
Photoelectric conversion means for converting light into signal charge and storing; amplification means for amplifying a signal based on the charge stored in the photoelectric conversion means and outputting it to a vertical output line; and reset for resetting the input section of the amplification means A photoelectric conversion device having a clip unit for limiting a potential of the vertical output line.
The clip means is
An amplification circuit that amplifies a signal based on the potential of the vertical output line; and a MOS transistor that limits the potential of the vertical output line based on a potential difference between a gate and a source;
The amplifier circuit includes an operational amplifier in which an inverting input terminal is connected to the vertical output line, and a set voltage is applied to a normal input terminal, and the voltage applied to the inverting input terminal and the normal input terminal the photoelectric conversion device characterized by controlling the potential of the gate of the MOS transistor according to the difference between the voltages applied to.
前記クリップ手段は、
前記設定された電圧を前記正転入力端子に印加する制御手段を更に備え、
前記制御手段は、前記リセット手段により設定されたリセットレベルを前記垂直出力線に読み出す場合には、前記設定された電圧として第1の電圧を前記正転入力端子に印加し、前記光電変換手段に蓄積された信号電荷に基づく信号を前記垂直出力線に読み出す場合には、前記設定された電圧として前記第1の電圧よりも低い第2の電圧を前記正転入力端子に印加することを特徴とする請求項に記載の光電変換装置。
The clip means is
A control means for applying the set voltage to the normal input terminal;
When reading out the reset level set by the reset unit to the vertical output line, the control unit applies a first voltage to the normal input terminal as the set voltage, and supplies the photoelectric conversion unit with the first voltage. When a signal based on the accumulated signal charge is read out to the vertical output line, a second voltage lower than the first voltage is applied to the normal input terminal as the set voltage. The photoelectric conversion device according to claim 1 .
前記演算増幅器は、
前記リセット手段により設定されたリセットレベルを前記垂直出力線に読み出すときに、前記垂直出力線の電圧が前記設定された電圧よりも低い場合には、前記垂直出力線の電圧を前記第1の電圧に安定させるように動作することを特徴とする請求項に記載の光電変換装置。
The operational amplifier is
When the reset level set by the reset means is read to the vertical output line, if the voltage of the vertical output line is lower than the set voltage, the voltage of the vertical output line is set to the first voltage. The photoelectric conversion device according to claim 2 , wherein the photoelectric conversion device operates so as to stabilize.
前記垂直出力線には電流源負荷が接続されていることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a current source load is connected to the vertical output line. 請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置に配置された複数の前記画素を順次選択する垂直走査回路と、
前記垂直走査回路で選択された画素からの信号を、前記垂直出力線を順次選択して読み出す水平走査回路と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 4 ,
A vertical scanning circuit for sequentially selecting the plurality of pixels arranged in the photoelectric conversion device;
A horizontal scanning circuit that reads out signals from pixels selected by the vertical scanning circuit by sequentially selecting the vertical output lines;
An imaging apparatus comprising:
撮像光学系と、
前記撮像光学系からの被写体像を光電変換し画像情報を生成する請求項に記載の撮像装置と、
を備えることを特徴とする撮像システム。
An imaging optical system;
The imaging apparatus according to claim 5 , wherein the subject image from the imaging optical system is photoelectrically converted to generate image information;
An imaging system comprising:
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