JP5084922B2 - Solid-state imaging device, camera, and information processing device - Google Patents
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Description
本発明は、ラインセンサ又はエリアセンサ等の固体撮像装置、並びに、それを備えるカメラ及び情報処理装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device such as a line sensor or an area sensor, and a camera and an information processing device including the solid-state imaging device.
一般に、ラインセンサ又はエリアセンサ等の固体撮像装置では、それぞれ光電変換素子を含む多数のセンサセルがライン状又は2次元状に配列されている。各センサセルの出力は、ホールド容量に一旦保持され、その後、スイッチ用トランジスタを介して共通信号線上に分配され、これにより共通信号線の電位が変化する。そして、共通信号線上の電位はアンプによって増幅されて出力される。 In general, in a solid-state imaging device such as a line sensor or an area sensor, a large number of sensor cells each including a photoelectric conversion element are arranged in a line shape or a two-dimensional shape. The output of each sensor cell is temporarily held in a hold capacitor, and then distributed to the common signal line via the switching transistor, whereby the potential of the common signal line changes. The potential on the common signal line is amplified and output by an amplifier.
共通信号線には、寄生容量として配線容量が存在する他、ライン方向のセンサセルの数分のスイッチ用トランジスタのドレイン容量に相当する寄生容量が存在する。これは、共通信号線には、ライン方向のセンサセルの数分のスイッチ用トランジスタが接続されていることに起因する。 The common signal line has a wiring capacitance as a parasitic capacitance, and also has a parasitic capacitance corresponding to the drain capacitance of the switching transistor for the number of sensor cells in the line direction. This is due to the fact that switching transistors for the number of sensor cells in the line direction are connected to the common signal line.
共通信号線の寄生容量が大きくなると、ホールド容量に保持された電荷が共通信号線に分配された際の共通信号線の電位変化が小さくなる。近年は、固体撮像装置の太画素化、大判化が進んでおり、これに伴ってスイッチ用トランジスタ数の増大(合計ソース容量の増大)や配線容量の増大により共通信号線の寄生容量が大きくなる傾向にある。 When the parasitic capacitance of the common signal line increases, the potential change of the common signal line when the charge held in the hold capacitor is distributed to the common signal line is reduced. In recent years, solid-state imaging devices have become larger in size and larger in size, and along with this, the parasitic capacitance of the common signal line increases due to an increase in the number of switching transistors (an increase in total source capacitance) and an increase in wiring capacitance. There is a tendency.
このような問題の解決を試みた光電変換装置が特開平2−268063号公報に開示されている。図1は、同公報に開示された光電変換装置の構成を示す図である。この光電変換装置では、2つの光電変換素子S1、S2に対して1つのMOSトランジスタTH1が設けられている。したがって、共通の出力信号線SLに接続されるMOSトランジスタの総数は列数の1/2となっており、出力信号線SLの寄生容量の低減が図られている。光電変換素子S1、S2は、MOSトランジスタTs1、Ts2を介して信号線H1に接続されている。光電変換素子S1、S2の出力は、信号線H1に共通に接続されているコンデンサC1、C2にそれぞれ蓄積され、MOSトランジスタTH1を介して出力信号線SL上に順に分配される。 A photoelectric conversion device that attempts to solve such a problem is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-268063. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a photoelectric conversion device disclosed in the publication. In this photoelectric conversion device, one MOS transistor TH1 is provided for two photoelectric conversion elements S1 and S2. Therefore, the total number of MOS transistors connected to the common output signal line SL is ½ of the number of columns, and the parasitic capacitance of the output signal line SL is reduced. The photoelectric conversion elements S1 and S2 are connected to the signal line H1 via the MOS transistors Ts1 and Ts2. Outputs of the photoelectric conversion elements S1 and S2 are respectively stored in capacitors C1 and C2 connected in common to the signal line H1, and are sequentially distributed on the output signal line SL via the MOS transistor TH1.
しかしながら、上記公報に記載された光電変換装置では、ホールド容量としてのコンデンサC1、C2が信号線H1に共通に接続されている。そのために、出力信号線SLの寄生容量は小さくなるものの、信号線H1の寄生容量が大きくなる。このような不利益は、信号線H1に共通に接続するコンデンサの個数が小さい場合(すなわち、ブロック化の単位が小さい場合)には軽微であるが、信号線H1に共通に接続するコンデンサの個数の増加とともに顕在化しうる。これは、光電変換素子S1、S2が駆動すべき負荷が増加することを意味し、好ましいことではない。また、コンデンサC1と光電変換素子S1との位置関係と、コンデンサC2と光電変換素子S2との位置関係とを同一にすることが困難であるために、光電変換素子S1についての読み出し経路と、光電変換素子S2についての読み出し経路との同一性を確保することが困難である。 However, in the photoelectric conversion device described in the above publication, capacitors C1 and C2 as hold capacitors are commonly connected to the signal line H1. Therefore, although the parasitic capacitance of the output signal line SL is reduced, the parasitic capacitance of the signal line H1 is increased. Such a disadvantage is slight when the number of capacitors commonly connected to the signal line H1 is small (that is, when the unit of blocking is small), but the number of capacitors commonly connected to the signal line H1. It can become apparent with the increase of. This means that the load to be driven by the photoelectric conversion elements S1 and S2 increases, which is not preferable. Further, since it is difficult to make the positional relationship between the capacitor C1 and the photoelectric conversion element S1 and the positional relationship between the capacitor C2 and the photoelectric conversion element S2 difficult, the readout path for the photoelectric conversion element S1 and the photoelectric conversion element It is difficult to ensure the identity of the conversion element S2 with the read path.
本発明は、上記の背景に鑑みてなされたものであり、例えば、光電変換素子を含むセンサセルが駆動すべき負荷を増大させることなく共通信号線の寄生容量を低減すること、及び/又は、読み出し経路の同一性の確保を容易にしつつ共通信号線の寄生容量を低減することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above background. For example, the parasitic capacitance of the common signal line can be reduced and / or read without increasing the load to be driven by the sensor cell including the photoelectric conversion element. It is an object of the present invention to reduce the parasitic capacitance of a common signal line while facilitating ensuring of path identity.
本発明の第1の側面は、それぞれ光電変換素子を有する複数のセンサセルが配列された固体撮像装置に係り、該固体撮像装置は、前記複数のセンサセルからの信号をそれぞれ保持する複数のホールド容量と、前記複数のホールド容量の信号をそれぞれ転送する複数の第1スイッチと、所定数を単位として前記複数の第1スイッチの出力間を接続する複数のブロック化領域と、共通信号線と、前記複数のブロック化領域の電荷を前記共通信号線に転送する複数の第2スイッチとを備えることを特徴とする。 A first aspect of the present invention relates to a solid-state imaging device in which a plurality of sensor cells each having a photoelectric conversion element are arranged, and the solid-state imaging device includes a plurality of hold capacitors that respectively hold signals from the plurality of sensor cells. A plurality of first switches that respectively transfer the signals of the plurality of hold capacitors; a plurality of blocking regions that connect outputs of the plurality of first switches in units of a predetermined number; a common signal line; And a plurality of second switches for transferring the charges in the blocked region to the common signal line.
本発明の好適な実施の形態によれば、前記固体撮像装置は、前記共通信号線上に現れる信号を増幅する容量帰還形アンプを更に備えることが好ましい。ここで、前記容量帰還形アンプは、例えば、入力端が前記共通信号線に接続された差動アンプと、前記差動アンプの前記入力端と出力端との間に接続された帰還容量とを含む。 According to a preferred embodiment of the present invention, it is preferable that the solid-state imaging device further includes a capacitive feedback amplifier that amplifies a signal appearing on the common signal line. Here, the capacitive feedback amplifier includes, for example, a differential amplifier having an input terminal connected to the common signal line, and a feedback capacitor connected between the input terminal and the output terminal of the differential amplifier. Including.
本発明の好適な実施の形態によれば、前記複数のセンサセルの配列は、有効画素部とオプティカルブラック部とを含み、前記有効画素部と前記オプティカルブラック部とは、互いに異なるブロックに属することが好ましい。 According to a preferred embodiment of the present invention, the array of the plurality of sensor cells includes an effective pixel portion and an optical black portion, and the effective pixel portion and the optical black portion belong to different blocks. preferable.
本発明の好適な実施の形態によれば、前記所定数は、前記複数のホ−ルド容量が配列されている方向の前記オプティカルブラック部の数の公約数であることが好ましい。 According to a preferred embodiment of the present invention, the predetermined number is preferably a common divisor of the number of the optical black portions in the direction in which the plurality of hold capacitors are arranged.
本発明の好適な実施の形態によれば、前記固体撮像装置は、前記所定数を単位とするブロックごとに、前記ブロック化領域を共有する前記所定数のホ−ルド容量の信号の総和に対応する信号を前記共通信号線に転送するように、前記複数の第1スイッチを制御する制御回路を更に備えることが好ましい。 According to a preferred embodiment of the present invention, the solid-state imaging device supports the sum of signals of the predetermined number of hold capacitors sharing the block area for each block in the predetermined number. It is preferable that a control circuit for controlling the plurality of first switches is further provided so that a signal to be transmitted is transferred to the common signal line.
本発明の好適な実施の形態によれば、前記複数のセンサセルは、水平方向及び垂直方向に2次元状に配列されてもよく、この場合において、前記固体撮像装置は、前記複数のセンサセルの配列における各行について、前記所定数の列を単位とするブロックごとに、前記所定数のセンサセルからの読み出し信号の総和に相当する信号が得られるように、制御を実行する制御回路を更に備えることが好ましい。 According to a preferred embodiment of the present invention, the plurality of sensor cells may be arranged two-dimensionally in a horizontal direction and a vertical direction, and in this case, the solid-state imaging device is configured by arranging the plurality of sensor cells. It is preferable to further include a control circuit that executes control so that a signal corresponding to the sum of readout signals from the predetermined number of sensor cells is obtained for each block in the row with the predetermined number of columns as a unit. .
本発明の好適な実施の形態によれば、前記固体撮像装置は、センサセルの信号が所定の順番で読み出されるように、前記複数の第1スイッチ及び前記複数の第2スイッチを制御する走査回路を更に備えることが好ましい。 According to a preferred embodiment of the present invention, the solid-state imaging device includes a scanning circuit that controls the plurality of first switches and the plurality of second switches so that the signals of the sensor cells are read in a predetermined order. It is preferable to further provide.
本発明の好適な実施の形態によれば、前記走査回路は、共通のパルスによって、同じブロック化信号線に接続される複数の前記第1スイッチのうち最初の前記第1スイッチ及び前記第2スイッチがオン状態になり、最後の前記第1スイッチがオン状態になるタイミングに応じて、前記第2スイッチがオフ状態になるように構成されていることが好ましい。 According to a preferred embodiment of the present invention, the scanning circuit includes the first switch and the second switch among the plurality of first switches connected to the same blocked signal line by a common pulse. It is preferable that the second switch is turned off according to the timing when the first switch is turned on and the last first switch is turned on.
本発明の好適な実施の形態によれば、前記固体撮像装置は、信号の読み出し対象のセンサセルについての前記ブロック化領域に接続された前記第2スイッチを開いて当該ブロック化領域と前記共通信号線とをリセットした後に、当該センサセルについての前記第1スイッチを開いて当該センサセルの信号を読み出すように、リセット動作及び信号の読み出し動作を制御する駆動回路を更に備えることが好ましい。 According to a preferred embodiment of the present invention, the solid-state imaging device opens the second switch connected to the blocked area for a sensor cell from which a signal is to be read to open the blocked area and the common signal line. It is preferable to further include a drive circuit that controls a reset operation and a signal read operation so that the first switch for the sensor cell is opened and the signal of the sensor cell is read after the reset.
本発明の好適な実施の形態によれば、前記第1のスイッチと前記センサセルとの間に前記センサセルからの信号をクランプするクランプ回路を更に備えることが好ましい。 According to a preferred embodiment of the present invention, it is preferable that a clamp circuit for clamping a signal from the sensor cell is further provided between the first switch and the sensor cell.
本発明の好適な実施の形態によれば、前記固体撮像装置は、前記所定数を単位とするブロックごとに、前記複数の第2のスイッチをオフ状態にし、かつ、前記複数の第1のスイッチをオン状態にし、前記ブロック化領域を共有する前記所定数のホ−ルド容量間において、信号を平均化し、前記平均化されたホールド容量の信号を順次もしくはブロック単位、もしくは数ビットごとに読み出すよう、前記複数の第1スイッチおよび第2のスイッチを制御する制御回路を更に備えることが望ましい。 According to a preferred embodiment of the present invention, the solid-state imaging device turns off the plurality of second switches for each block having the predetermined number as a unit, and the plurality of first switches Is turned on, the signals are averaged between the predetermined number of hold capacitors sharing the block area, and the averaged hold capacity signal is read out sequentially or in units of blocks or every several bits. It is desirable to further comprise a control circuit for controlling the plurality of first switches and second switches.
本発明の好適な実施の形態によれば、前記固体撮像装置は、前記複数のセンサセルは、水平方向及び垂直方向に2次元状に配列されており、前記固体撮像装置は、前記複数のセンサセルの配列における各行について、前記所定数の列を単位とするブロックごとに、前記所定数のセンサセルからの読み出し信号の平均値に相当する信号が得られるように、制御を実行する制御回路を更に備えることが望ましい。 According to a preferred embodiment of the present invention, in the solid-state imaging device, the plurality of sensor cells are arranged two-dimensionally in a horizontal direction and a vertical direction, and the solid-state imaging device includes the plurality of sensor cells. For each row in the array, a control circuit that further performs control is provided so that a signal corresponding to an average value of readout signals from the predetermined number of sensor cells is obtained for each block having the predetermined number of columns as a unit. Is desirable.
本発明の第2の側面は、電子カメラ等のカメラに係り、前記固体撮像装置と、前記固体撮像装置によって撮像された画像を処理するプロセッサとを備えることを特徴とする。 A second aspect of the present invention relates to a camera such as an electronic camera, and includes the solid-state imaging device and a processor that processes an image captured by the solid-state imaging device.
本発明の第3の側面は、前記固体撮像装置と、前記固体撮像装置によって撮像された画像を処理するプロセッサとを備えることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the solid-state imaging device includes a processor that processes an image captured by the solid-state imaging device.
本発明によれば、例えば、光電変換素子を含むセンサセルが駆動すべき負荷を増大させることなく共通信号線の寄生容量を低減すること、及び/又は、読み出し経路の同一性の確保を容易にしつつ共通信号線の寄生容量を低減することができる。 According to the present invention, for example, it is possible to reduce the parasitic capacitance of the common signal line without increasing the load to be driven by the sensor cell including the photoelectric conversion element and / or to easily ensure the read path identity. The parasitic capacitance of the common signal line can be reduced.
これにより、例えば、高い読み出しゲイン或いはSN比で画像信号を読み出すことができる。 Thereby, for example, an image signal can be read with a high read gain or an SN ratio.
以下、本発明の好適な実施の形態の固体撮像装置について説明する。なお、この実施の形態は、本発明をエリアセンサに適用した例であるが、本発明は、ラインセンサにも適用することができる。 Hereinafter, a solid-state imaging device according to a preferred embodiment of the present invention will be described. Although this embodiment is an example in which the present invention is applied to an area sensor, the present invention can also be applied to a line sensor.
図2は、本発明の好適な実施の形態の固体撮像装置の構成を示す図である。なお、ここでは、説明の簡単化のため、4行4列の2次元配列を有する固体撮像装置を説明するが、本発明は、さらに多くの画素を有する固体撮像装置にも当然に適用することができる。 FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the solid-state imaging device according to the preferred embodiment of the present invention. Here, for the sake of simplicity of explanation, a solid-state imaging device having a two-dimensional array of 4 rows and 4 columns will be described, but the present invention is naturally applicable to a solid-state imaging device having more pixels. Can do.
図2において、センサセル2(2−11、2−12、2−13、2−14、2−21、2−22、2−23、2−24、2−31、2−32、2−33、2−34、2−41、2−41、2−42、2−43、2−44)が4行4列(水平方向に4列、垂直方向に4行)に配置されている。図3に例示的に示すように、各センサセル2は、例えば、信号転送トランジスタ41、フォトダイオード(光電変換素子)42、リセットトランジスタ43で構成されうる。フォトダイオード42に入射する光によってフォトダイオード42に生じる電荷信号は、信号転送トランジスタ41を介して電圧信号として垂直信号線(第1の共通信号線)5に転送される。リセットトランジスタ43は、例えば垂直走査回路4等から供給されるリセット信号30に従ってフォトダイオード42をリセットする。
In FIG. 2, the sensor cell 2 (2-11, 2-12, 2-13, 2-14, 2-21, 2-22, 2-23, 2-24, 2-31, 2-32, 2-33 , 2-34, 2-41, 2-41, 2-42, 2-43, 2-44) are arranged in 4 rows and 4 columns (4 columns in the horizontal direction and 4 rows in the vertical direction). As exemplarily shown in FIG. 3, each
2次元配列されたセンサセル2の行は、垂直走査回路4が選択信号線3(3−1、3−2、3−3、3−4)のうち該当する選択信号線をアクティブレベル(Hレベル)にすることにより選択される。垂直走査回路4は、センサセル2からの信号の読み出し時に、制御回路14からの制御信号VCONに従って4本の選択信号線3を順番にアクティブレベルにすることにより垂直方向の走査を行う。
In the two-dimensionally arranged rows of
各行の読み出し(より詳しくは、選択信号線のアクティベーション)に先立って、MOSトランジスタ等で構成されるリセット回路1(1−1、1−2、1−3、1−4)を制御する垂直リセット信号VRSTをアクティブレベル(Hレベル)にするとともに、MOSトランジスタ等で構成される転送トランジスタ6(6−1、6−2、6−3、6−4)を制御する転送信号線TRANをアクティブレベル(Hレベル)にすることにより、垂直信号線5(5−1、5−2、5−3、5−4)及びホールド容量7(7−1,7−2、7−3、7−4)がリセットされる。 Prior to reading of each row (more specifically, activation of the selection signal line), the vertical control for controlling the reset circuit 1 (1-1, 1-2, 1-3, 1-4) including MOS transistors or the like is performed. The reset signal VRST is set to an active level (H level), and the transfer signal line TRAN for controlling the transfer transistor 6 (6-1, 6-2, 6-3, 6-4) composed of a MOS transistor or the like is activated. By setting the level (H level), the vertical signal line 5 (5-1, 5-2, 5-3, 5-4) and the hold capacitor 7 (7-1, 7-2, 7-3, 7- 4) is reset.
選択信号線(例えば、3−1)がアクティブレベルになり、転送トランジスタ41(図3参照)がオンすると、センサセル(例えば、2−11、2−12、2−13、2−14)によって垂直信号線5(5−1、5−2、5−3、5−4)が駆動され、垂直信号線5に電圧信号が転送される。
When the selection signal line (for example, 3-1) becomes an active level and the transfer transistor 41 (see FIG. 3) is turned on, the sensor cell (for example, 2-11, 2-12, 2-13, 2-14) is vertical. The signal line 5 (5-1, 5-2, 5-3, 5-4) is driven, and the voltage signal is transferred to the
垂直信号線5(5−1、5−2、5−3、5−4)上に現れる電圧信号は、転送トランジスタ6(6−1、6−2、6−3、6−4)を介して、信号線19(19−1、19−2、19−3、19−4)に一端(信号端子)が接続されたホールド容量7(7−1,7−2、7−3、7−4)に保持される。なお、各ホールド容量7の他端には、例えば接地電位が与えられる。 The voltage signal appearing on the vertical signal line 5 (5-1, 5-2, 5-3, 5-4) passes through the transfer transistor 6 (6-1, 6-2, 6-3, 6-4). Hold capacitor 7 (7-1, 7-2, 7-3, 7-) having one end (signal terminal) connected to signal line 19 (19-1, 19-2, 19-3, 19-4). 4). For example, a ground potential is applied to the other end of each hold capacitor 7.
ホールド容量7−1、7−2に保持された電荷は、MOSトランジスタ等で構成される第1スイッチ8−1、8−2を介して、ブロック化された水平信号線(ブロック化領域)9−1上に分配される。すなわち、ホールド容量7−1、7−2に保持された電荷は、ホールド容量7−1、7−2の信号端子が接続された信号線19−1、19−2上に見える容量とブロック化水平信号線9−1の寄生容量との間で分配され、これによりブロック化水平信号線9−1上にはホールド容量7−1又は7−2に保持された電荷に対応する電位が現れる。なお、ホールド容量7−1、7−2に保持された電荷を同時にブロック化水平信号線9−1に分配することはできないので、第1スイッチ8−1、8−2は、異なるタイミングでオン状態にされる。ブロック化水平信号線9−1の寄生容量には、配線容量の他、第1スイッチ8−1、8−2のソース容量や、第2スイッチ10−1のドレイン容量等が含まれる。 The charges held in the hold capacitors 7-1 and 7-2 are blocked into horizontal signal lines (blocked regions) 9 via the first switches 8-1 and 8-2 configured by MOS transistors or the like. Distributed over -1. In other words, the charges held in the hold capacitors 7-1 and 7-2 are blocked from the capacitances visible on the signal lines 19-1 and 19-2 to which the signal terminals of the hold capacitors 7-1 and 7-2 are connected. Accordingly, a potential corresponding to the electric charge held in the hold capacitor 7-1 or 7-2 appears on the blocked horizontal signal line 9-1. Since the charges held in the hold capacitors 7-1 and 7-2 cannot be simultaneously distributed to the blocked horizontal signal line 9-1, the first switches 8-1 and 8-2 are turned on at different timings. Put into a state. The parasitic capacitance of the blocked horizontal signal line 9-1 includes not only the wiring capacitance but also the source capacitance of the first switches 8-1 and 8-2, the drain capacitance of the second switch 10-1, and the like.
同様に、ホールド容量7−3、7−4に保持された電荷は、MOSトランジスタ等で構成される第1スイッチ8−3、8−4を介して、ブロック化された水平信号線(ブロック化領域)9−2上に分配される。すなわち、ホールド容量7−3、7−4に保持された電荷は、ホールド容量7−3、7−4の信号端子が接続された信号線19−3、19−4上に見える容量とブロック化水平信号線9−2の寄生容量との間で分配され、これによりブロック化水平信号線9−2上にはホールド容量7−3又は7−4に保持された電荷に対応する電位が現れる。なお、ホールド容量7−3、7−4に保持された電荷を同時にブロック化水平信号線9−2に分配することはできないので、第1スイッチ8−3、8−4は、異なるタイミングでオン状態にされる。ブロック化水平信号線9−2の寄生容量には、配線容量の他、第1スイッチ8−3、8−4のソース容量や、第2スイッチ10−2のドレイン容量等が含まれる。 Similarly, the charges held in the hold capacitors 7-3 and 7-4 are transferred to the blocked horizontal signal lines (blocked) via the first switches 8-3 and 8-4 configured by MOS transistors or the like. Area) 9-2. That is, the charges held in the hold capacitors 7-3 and 7-4 are blocked from the capacitances visible on the signal lines 19-3 and 19-4 to which the signal terminals of the hold capacitors 7-3 and 7-4 are connected. Accordingly, a potential corresponding to the charge held in the hold capacitor 7-3 or 7-4 appears on the blocked horizontal signal line 9-2. Since the charges held in the hold capacitors 7-3 and 7-4 cannot be simultaneously distributed to the blocked horizontal signal line 9-2, the first switches 8-3 and 8-4 are turned on at different timings. Put into a state. The parasitic capacitance of the blocked horizontal signal line 9-2 includes the source capacitance of the first switches 8-3 and 8-4, the drain capacitance of the second switch 10-2, and the like in addition to the wiring capacitance.
電荷分配によってブロック化水平信号線9−1上に現れる電荷は、第2スイッチ10−1を介して更に共通水平信号線(第2の共通信号線)11上に分配される。すなわち、ホールド容量7−1(又は7−2)に保持された電荷は、第1スイッチ8−1(又は8−2)及び第2スイッチ10−1を介して、ホールド容量7−1(又は7−2)の信号端子が接続された信号線19−1(又は19−2)上に見える容量、ブロック化水平信号線9−1の寄生容量、水平信号線11の寄生容量で分配される。これにより、ホールド容量7−1(又は7−2)に保持された電荷に対応する電位が、共通水平信号線11上に現れる。
The charges appearing on the blocked horizontal signal line 9-1 by the charge distribution are further distributed on the common horizontal signal line (second common signal line) 11 via the second switch 10-1. That is, the charge held in the hold capacitor 7-1 (or 7-2) is transferred to the hold capacitor 7-1 (or via the first switch 8-1 (or 8-2) and the second switch 10-1. 7-2) is distributed by the capacity visible on the signal line 19-1 (or 19-2) to which the signal terminal is connected, the parasitic capacity of the blocked horizontal signal line 9-1, and the parasitic capacity of the
同様に、電荷分配によってブロック化水平信号線9−2上に現れる電荷は、第2スイッチ10−2を介して更に共通水平信号線11上に分配される。すなわち、ホールド容量7−3(又は7−4)に保持された電荷は、第1スイッチ8−3(又は8−4)及び第2スイッチ10−2を介して、ホールド容量7−3(又は7−4)の信号端子が接続された信号線19−3(又は19−4)上に見える容量、ブロック化水平信号線9−2の寄生容量、水平信号線11の寄生容量で分配される。これにより、ホールド容量7−3(又は7−4)に保持された電荷に対応する電位が、共通水平信号線11上に現れる。
Similarly, the charges appearing on the blocked horizontal signal line 9-2 by the charge distribution are further distributed onto the common
すなわち、この実施の形態では、4列のセンサセル2のアレイ(或いは、第1スイッチ8)を2列単位でブロック化し、各ブロックのブロック化水平信号線9−1、9−2をそれぞれ第2スイッチ10−1、10−2を介して共通水平信号線11に接続している。したがって、共通水平信号線11上に見えるスイッチ(トランジスタ)の寄生容量は、4列の1/2である2列分のスイッチ10−1及び10−2の寄生容量となる。さらに言えば、2つのブロックへのブロック化(分割)により、共通水平信号線11上に見えるスイッチの寄生容量を1/2に低減することができる。
That is, in this embodiment, the array (or the first switch 8) of the
図2に示す例では、4列のセンサセルアレイ(或いは、第1スイッチ)を2列単位で2分割しているが、これは説明の簡単化のためであることに留意されたい。この原理を一般化すると、n列単位でセンサセルアレイ(或いは、第1スイッチ)をブロック化すると(n分割すると)、共通水平信号線11上に見えるスイッチの寄生容量は、分割しない場合の1/nになる。
In the example shown in FIG. 2, the sensor cell array (or the first switch) in four columns is divided into two in units of two columns, but it should be noted that this is for simplification of description. When this principle is generalized, when the sensor cell array (or the first switch) is blocked (divided into n) in units of n columns, the parasitic capacitance of the switch visible on the common
なお、ここでは、センサセルアレイ(或いは、第1スイッチ)をブロック化或いは分割するという表現を用いているが、別の表現を用いるなら、共通水平信号線の分割ということもできる。 Here, the expression of dividing or dividing the sensor cell array (or the first switch) is used here, but if another expression is used, it can also be referred to as division of the common horizontal signal line.
ブロック化或いは分割により、共通水平信号線11上に見える寄生容量を大幅に低減することができる。これにより、ホールド容量7に保持された電荷を共通水平信号線11に分配した際の共通水平信号線11の電位変化を大きくすることができる。これは、ホールド容量7からの読み出しゲインを大きくし、SN比を向上させることができることを意味する。
By blocking or dividing, the parasitic capacitance visible on the common
さらに、この実施の形態では、転送スイッチ6(例えば、6−1)と第1スイッチ8(例えば、8−1)との間の信号線19(例えば、19−1)の間にそれぞれ当該列のホールド容量7(例えば、7−1)のみを配置している。したがって、信号線19の配線長を短くすることができる。これにより、信号線19の寄生容量を小さくし、また、読み出し経路間(列間)の構造の同一性を容易に確保することができる。
Further, in this embodiment, each column is arranged between the signal line 19 (for example, 19-1) between the transfer switch 6 (for example, 6-1) and the first switch 8 (for example, 8-1). Only the hold capacitor 7 (for example, 7-1) is arranged. Therefore, the wiring length of the
他方、図1に示す従来の構成に基づいて、例えば、8列に対して共通の垂直方向の信号線H1を配置する場合、信号線H1に対して8個のコンデンサを配置し、さらに、該8個のコンデンサと接地線との間にトランジスタ(例えば、Tr1、Tr2)を配置するとともにそれらを制御するための信号線(例えば、φc1、φc2)等を配置する必要があるので、信号線H1の配線長が長くなり、寄生容量等の負荷が増大する。そのため、光電変換素子(例えば、S1、S2)が駆動すべき負荷が増大する。また、図1に示す従来の構成では、信号線H1に共通に接続するコンデンサの個数の増大に伴って、読み出し経路間(列間)の構造の同一性を確保することが困難である。 On the other hand, based on the conventional configuration shown in FIG. 1, for example, when the common vertical signal line H1 is arranged for eight columns, eight capacitors are arranged for the signal line H1, Since it is necessary to arrange transistors (for example, Tr1, Tr2) between the eight capacitors and the ground line, and to arrange signal lines (for example, φc1, φc2) for controlling them, the signal line H1 The wiring length becomes longer, and the load such as parasitic capacitance increases. For this reason, the load to be driven by the photoelectric conversion elements (for example, S1 and S2) increases. Further, in the conventional configuration shown in FIG. 1, it is difficult to ensure the same structure between read paths (columns) as the number of capacitors commonly connected to the signal line H1 increases.
共通水平信号線11上に現れる信号は、容量帰還形アンプ20によって増幅され出力される。容量帰還形アンプ20は、例えば、差動アンプ21と、その反転入力端子(−)と出力端子VOUTとの間に並列接続された帰還容量22と、帰還容量22に並列接続されたリセット用トランジスタ23とで構成される。差像アンプ21の非反転入力端子(+)には、基準電圧VREFが与えられる。
A signal appearing on the common
ここで、容量帰還形アンプ20に代えて、例えば電圧読出形アンプを採用することもできるが、容量帰還形アンプ20を採用することがより好ましい。容量帰還形アンプを採用した場合、ホールド容量7と帰還容量22のみによって読出しゲインが決定されるので、ブロック化水平信号線9−1、9−2の寄生容量のばらつきの影響を排除することができる。ここで、ホールド容量7の値をCT、帰還容量22の値をCFとすると、アンプ20の出力電圧VOUTは、次式で示される。
Here, instead of the
VOUT=(CT/CF)・VREF
これに対して、電圧読出形アンプを採用した場合、ブロック化水平信号線9−1、9−2の寄生容量のばらつきにより、共通水平信号線11上に現れる電位がブロック間でばらつき、この電位を増幅した電圧読出形アンプの出力もブロック間でばらつく可能性がある。
VOUT = (CT / CF) · VREF
On the other hand, when the voltage readout type amplifier is employed, the potential appearing on the common
次に、図4を参照しながら垂直走査回路4によって選択された行のセンサセル2の出力信号がホールド容量6に転送された後における第1スイッチ8及び第2スイッチ10の制御について説明する。
Next, control of the
この実施の形態では、共通水平信号線11及び容量帰還形アンプ20をリセットするリセット信号HRSTは制御回路14により、第1スイッチ8−1、8−2、8−3、8−4をそれぞれを制御する第1転送制御信号T1−1、T1−2、T1−3、T1−4及び第2スイッチT2−1、T2−2をそれぞれ制御する第2転送制御信号T2−1、T2−2は水平走査回路(駆動回路)13により生成される。水平走査回路13は、制御回路14が発生する制御信号HCONにより制御される。
In this embodiment, the reset signal HRST for resetting the common
まず、第2転送制御信号T2−1がアクティブレベル(Hレベル)にされ、第1ブロックのための第2スイッチ10−1がオン状態にされる。その後、所定周期のパルス信号であるリセット信号HRSTのHパルスの間、リセット用トランジスタ12がオンする。これにより、共通水平信号線11及びブロック化水平信号線9−1がリセットされるとともに、容量帰還形アンプ20がリセットされる。
First, the second transfer control signal T2-1 is set to the active level (H level), and the second switch 10-1 for the first block is turned on. Thereafter, the
次いで、第1転送信号T1−1が所定期間だけアクティブレベル(Hレベル)にされ、第1列のための第1スイッチ8−1がオン状態にされる。これにより、第1列のホールド容量7−1に保持されていた電荷がブロック化水平信号線9−1及び共通水平信号線11に分配されつつ、その電荷が容量帰還形アンプ20により電圧信号VOUTとして読み出される。
Next, the first transfer signal T1-1 is set to the active level (H level) for a predetermined period, and the first switch 8-1 for the first column is turned on. As a result, the charge held in the hold capacitor 7-1 in the first column is distributed to the blocked horizontal signal line 9-1 and the common
次いで、リセット信号HRSTのHパルスの間、リセット用トランジスタ12がオンする。これにより、共通水平信号線11及びブロック化水平信号線9−1がリセットされるとともに、容量帰還形アンプ20がリセットされる。
Next, the
次いで、第1転送信号T1−2が所定期間だけアクティブレベル(Hレベル)にされ、第2列のための第1スイッチ8−2がオン状態にされる。これにより、第2列のホールド容量7−2に保持されていた電荷がブロック化水平信号線9−1及び共通水平信号線11に分配されつつ、その電荷が容量帰還形アンプ20により電圧信号VOUTとして読み出される。
Next, the first transfer signal T1-2 is set to the active level (H level) for a predetermined period, and the first switch 8-2 for the second column is turned on. As a result, the charge held in the hold capacitor 7-2 in the second column is distributed to the blocked horizontal signal line 9-1 and the common
次いで、第2転送信号T2−1がインアクティブレベル(Lレベル)にされ、第1ブロックのための第2スイッチ10−1がオフ状態にされる。これにより、第1ブロックについての読み出し動作が終了する。 Next, the second transfer signal T2-1 is set to an inactive level (L level), and the second switch 10-1 for the first block is turned off. Thereby, the read operation for the first block is completed.
次いで、第2転送信号T2−2がアクティブレベル(Hレベル)にされ、第2ブロックのための第2スイッチ10−2がオン状態にされる。その後、リセット信号HRSTのHパルスの間、リセット用トランジスタ12がオンする。これにより、共通水平信号線11及びブロック化水平信号線9−1がリセットされるとともに、容量帰還形アンプ20がリセットされる。
Next, the second transfer signal T2-2 is set to the active level (H level), and the second switch 10-2 for the second block is turned on. Thereafter, the
次いで、第1転送信号T1−3が所定期間だけアクティブレベル(Hレベル)にされ、第3列のための第1スイッチ8−3がオン状態にされる。これにより、第3列のホールド容量7−3に保持されていた電荷がブロック化水平信号線9−2及び共通水平信号線11に分配されつつ、その電荷が容量帰還形アンプ20により電圧信号VOUTとして読み出される。
Next, the first transfer signal T1-3 is set to the active level (H level) for a predetermined period, and the first switch 8-3 for the third column is turned on. As a result, the charge held in the hold capacitor 7-3 in the third column is distributed to the blocked horizontal signal line 9-2 and the common
次いで、リセット信号HRSTのHパルスの間、リセット用トランジスタ12がオンする。これにより、共通水平信号線11及びブロック化水平信号線9−1がリセットされるとともに、容量帰還形アンプ20がリセットされる。
Next, the
次いで、第1転送信号T1−4が所定期間だけアクティブレベル(Hレベル)にされ、第4列のための第1スイッチ8−4がオン状態にされる。これにより、第4列のホールド容量7−4に保持されていた電荷がブロック化水平信号線9−2及び共通水平信号線11に分配されつつ、その電荷が容量帰還形アンプ20により電圧信号VOUTとして読み出される。
Next, the first transfer signal T1-4 is set to the active level (H level) for a predetermined period, and the first switch 8-4 for the fourth column is turned on. As a result, the charge held in the hold capacitor 7-4 in the fourth column is distributed to the blocked horizontal signal line 9-2 and the common
次いで、第2転送信号T2−2がインアクティブレベル(Lレベル)にされ、第2ブロックのための第2スイッチ10−1がオフ状態にされる。これにより、第2ブロックについての読み出し動作が終了する。 Next, the second transfer signal T2-2 is set to an inactive level (L level), and the second switch 10-1 for the second block is turned off. Thereby, the read operation for the second block is completed.
以上は、1行分の読み出し動作である。この動作の後、制御回路14がリセット信号VRST及び転送信号TRANをアクティブレベル(Hレベル)にすることにより、垂直信号線5及びホールド容量7をリセットする。その後、垂直走査回路4が次の行の選択信号線3をアクティブレベル(Hレベル)にし、当該行のセンサセル2の出力信号がホールド容量7に転送される。その後、当該行について、図4に示す手順番に従って読み出し動作が実行される。
The above is the reading operation for one row. After this operation, the
この実施の形態の固体撮像装置は、各行のセンサセル2の出力信号をブロックごとに合算した信号を出力する加算機能を有する。すなわち、この固体撮像装置は、ブロック化水平信号線9−1(又は9−2)を共有するホールド容量7−1及び7−2(又は、7−3及び7−4)に保持される電荷の総和に対応する電荷をブロック化水平信号線9−1(又は9−2)に分配し、これによりセンサセル2−x1及び2−x2(又は、2−x3及び2−x4)(xは、1〜4のいずれか)の出力信号の総和(すなわち、各ブロックにおける行方向の画素の値の総和)を出力する加算機能を有する。
The solid-state imaging device of this embodiment has an addition function for outputting a signal obtained by adding the output signals of the
図5は、加算機能を実現するための第1転送制御信号及び第2転送制御信号等のタイミングを示す図である。水平走査回路13は、制御回路14が発生する制御信号HCONによって加算動作の指令を受けると、図5に示すような第1転送制御信号T1−1、T1−2、T1−3、T1−4、第2転送制御信号T2−1、T2−2を制御することにより、加算動作を制御する。すなわち、第1転送制御信号T1−1及びT1−2(T1−3及びT1−4)を同時にアクティブレベルにして第1スイッチ8−1及び8−2(8−3及び8−4)を同時にオンにすることにより、加算動作が実現される。これにより、加算用の特別な演算器を設けることなく、しかも、高速に加算動作を行うことができる。
FIG. 5 is a diagram illustrating timings of the first transfer control signal and the second transfer control signal for realizing the addition function. When the
ここで、この総和をブロックの列数(この実施の形態では2)で割ることにより、当該ブロックにおける各行の画素値の平均値を得ることができる。このような平均値を演算する機能については、後述の応用例において更に述べる。 Here, by dividing this sum by the number of columns of the block (2 in this embodiment), the average value of the pixel values of each row in the block can be obtained. The function of calculating such an average value will be further described in an application example described later.
図6は、図2に示す固体撮像装置100を組み込んだカメラの概略構成を示す図である。なお、このカメラは、銀塩カメラに対立する概念として、一般的に電子カメラと呼ばれ、これにはスチルカメラ、ムビーカメラ、又は、それらの機能を混載したカメラ等が含まれる。また、このカメラは、例えば、パーソナルコンピュータや携帯端末等の情報処理装置にその一部として組み込まれてもよい。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a camera in which the solid-
固定式又は交換式のレンズユニット110により被写体像が固体撮像装置100上に結ばれる。固体撮像装置100の出力は、プロセッサ(画像処理部)120に供給される。プロセッサ120に供給される信号は、アナログ信号(例えば、前述のVOUT又はそれを処理した信号)であってもよいし、そのようなアナログ信号をA/D変換したデジタル信号であってもよい。
A subject image is formed on the solid-
プロセッサ120は、固体撮像装置100から供給される信号に画像処理を施して表示装置140に供給したり、記憶メディア130に記録したりする。表示装置140は、撮影・再生に関する各種の情報を表示する情報提供部として、及び、ビューファインダーとして機能しうる。
The
なお、このカメラは、典型的には露出調整機能や焦点調節機能等を備える。これらの機能は周知の技術に基づいて設計することができるので、ここでは詳細な説明を省略する。 This camera typically has an exposure adjustment function, a focus adjustment function, and the like. Since these functions can be designed based on a well-known technique, detailed description is omitted here.
プロセッサ120は、固体撮像装置100における前述の加算機能(ブロック単位で行方向の画素の値を合算する機能)を利用して所定個数の画素の平均値を演算するための平均化処理部121を備えている。
The
このカメラは、平均化処理部121の機能を利用して低解像度モードを実現している。これを図7を参照して説明する。図7(a)は、高解像度モードで撮像される画像を概念的に示している。なお、ここでも、簡単化のため、図2に示す例に従い、固体撮像装置100が4行4列の画素(センサセル)を有するものとする。高解像度モードでは、図7(a)に示すように、4行4列の画素からなる画像が撮像される。
This camera realizes the low resolution mode by using the function of the averaging
一方、低解像度モードでは、図5を参照して説明したように、ブロック単位で行方向の画素の値が合算されるので、図7(b)に模式的に示すような画像が固体撮像装置100から出力される。ここで、図7(a)及び(b)において全く同一の被写体が全く同一の条件で撮像されたとすると、画素211は、画素201と画素202の値を合算した画素値を有し、画素212は、画素203と画素204の値を合算した画素値を有する。
On the other hand, in the low resolution mode, as described with reference to FIG. 5, since the pixel values in the row direction are added in units of blocks, an image as schematically shown in FIG. 100. Here, in FIGS. 7A and 7B, if the same subject is imaged under exactly the same conditions, the
平均化処理部121は、画素211及び画素212の画素値に基づいて、4画素(画素201〜204に相当する位置の4画素)の画素値の平均値を演算する。
The averaging
また、以上の処理の代わりに、例えば、画素211、213、215、217の値(2画素の合算値)のみを固体撮像装置100から読み出して、それらをそれぞれ2で割り、その結果を画素221、222、223、224の値とすることもできる。
In place of the above processing, for example, only the values of the
このような低解像度モードは、記憶メディア130に記録すべき画像として低解像度(低画素数)の画像を撮像するモードとして有用であるばかりでなく、例えば、表示装置140に供給すべきビューファインダー用の画像を得るためにも有用である。
Such a low resolution mode is useful not only as a mode for capturing a low resolution (low pixel count) image as an image to be recorded on the
以上のように、固体撮像装置100の加算機能を利用することにより、平均化処理或いは低解像度化処理を単純な演算で高速に実行するこができる。
As described above, by using the addition function of the solid-
更に、他の実施の形態として、平均化された信号を直接読み出す方法について述べる。前述の実施の形態は、加算された信号を信号処理ブロックの平均処理ブロックで処理する例である。 Furthermore, as another embodiment, a method for directly reading out an averaged signal will be described. The above-described embodiment is an example in which the added signal is processed by the average processing block of the signal processing block.
この実施の形態においては、前記所定数を単位とするブロックごとに、前記複数の第2のスイッチをOFF状態にし、かつ、前記複数の第1のスイッチをON状態にし、前記ブロック化信号線を共有する前記所定数のホ−ルド容量間において、信号電荷を平均化する。 In this embodiment, for each block having the predetermined number as a unit, the plurality of second switches are turned off, the plurality of first switches are turned on, and the blocked signal lines are The signal charge is averaged between the predetermined number of hold capacitors shared.
このブロック平均処理を実行した後、水平走査回路を用いて、ブロック毎に平均化された信号が保持されているホールド容量の信号を順次読み出す。この場合、1ブロックについて1ホールド容量から信号を読み出せば情報としては十分であるため、実質的には読み飛ばし走査(数列おきに読み出す)をする。 After executing this block averaging process, the horizontal scanning circuit is used to sequentially read out the signals of the hold capacitors holding the averaged signal for each block. In this case, since it is sufficient as information to read a signal from one hold capacity for one block, scanning is skipped substantially (reading every several columns).
この結果、加算同様、1フレーム当たりの信号読出し時間もブロック化した分だけ短縮することが可能である。具体的には、1ブロック当たり8列共通にすれば、1フレーム当たりの信号読出し時間を1/8に短縮できる。 As a result, like the addition, the signal readout time per frame can be shortened by the amount of blocking. Specifically, if 8 columns are shared per block, the signal readout time per frame can be shortened to 1/8.
また、センサ内で平均化することで画像処理の処理時間を軽減できるという効果がある。また、加算出力の場合、低輝度を多く含む画像においては、より信号ゲインが上がるため好適であるのに対し、高輝度を多く含む画像においては、すぐ飽和出力に達してしまいダイナミックレンジ的には不適である。 In addition, averaging within the sensor has an effect of reducing the processing time of image processing. In addition, in the case of an added output, an image including a lot of low luminance is preferable because the signal gain is increased. Unsuitable.
これに対し、平均化出力の場合は、読出しゲインは通常撮影と同様であり、ダイナミックレンジが必要とされる高輝度を多く含む画像などにおいて好適である。 On the other hand, in the case of an averaged output, the readout gain is the same as that for normal shooting, and is suitable for an image including a large amount of high luminance that requires a dynamic range.
ここまでは、説明の簡単化のため、固体撮像装置100の全ての画素を有効画素として利用されるものとして説明したが、以下では、より現実的な応用例としてセンサセルが配列された領域(センサセルアレイ領域)の一部をオプティカルブラック部として使用する例を説明する。
So far, for simplification of description, it has been described that all the pixels of the solid-
図8に示す例では、固体撮像装置のセンサセルアレイ領域は、オプティカルブラックレベルを検出するためのオプティカルブラック部(OB)部210と、有効画素領域220とを含んでいる。ここで、OB部210の列数N1の公約数をブロック単位(すなわち、各ブロックの列数)とすることが好ましい。また、有効画素部220の列数N2は、OB部210の列数の倍数(この場合、有効画素部220の列数N2の公約数がブロック単位に一致する)とすることが好ましい。
In the example shown in FIG. 8, the sensor cell array region of the solid-state imaging device includes an optical black portion (OB)
このように構成すれば、ブロックの中にOB部210と有効画素部220との境界が位置しないので、ブロック単位での画像処理が容易になり、例えばプロセッサ120における処理が簡略化される。
With this configuration, since the boundary between the
次に、水平走査回路13の具体的な構成例を例示的に説明する。図9は、水平走査回路13の具体的な構成例を示す図である。なお、ここでは、より実際的な例を説明するために1ブロックが8列で構成される場合について説明する。
Next, a specific configuration example of the
この構成例では、水平走査回路13は、1ブロック(センサセル2のアレイの1ブロック)について1個のシフトレジスタ301を直列に接続して構成されている。初段のシフトレジスタ301には、所定のパルス信号PSが入力され、これに応じてシフト動作を開始し、OUT端子から所定のパルス信号を出力し次段のシフトレジスタ301に入力する。各シフトレジスタ301は、該当するブロックを選択するためのBxSEL(xは、1、2、3・・・)を出力する。BxSELは、図2では、第2スイッチ(10−1、10−2)を選択するための転送制御信号(T2−1、T2−2)に相当する。また、各シフトレジスタ301は、該当するブロック内における列を選択するためのCxSEL<1:8>(xは、1、2、3・・・)を出力する。CxSEL<1:8>は、図2では、第1スイッチ(例えば、8−1、8−2を選択するための転送制御信号(例えば、T1−1、T1−2)に相当する。
In this configuration example, the
図10は、各シフトレジスタ301の構成例を示す図である。各シフトレジスタ301は、4組の2ビットシフトレジスタ401を直列接続して構成される。これらの4つの2ビットシフトレジスタ401により、CxSEL<1:8>に相当するC_SEL1〜C_SEL8が出力される。また、各シフトレジスタ301は、該当するブロック(該当する第2スイッチ)を選択するための転送制御信号BxSELに相当するB_SELを発生するブロック制御回路402を有する。
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of each
ブロック制御回路402は、初段の2ビットシフトレジスタ401に対する入力信号の活性化に同期してB_SELをHレベルに活性化し、最終段の2ビットシフトレジスタ401の出力信号に同期してB_SELをLレベルに非活性化する。図11は、各2ビットシフトレジスタ401の構成例を示す図である。
The
図12は、図9〜図11に示す水平走査回路13の動作を示すタイミングチャートである。
FIG. 12 is a timing chart showing the operation of the
上記の固体撮像装置100は、第2スイッチ10−1、10−2を介してブロック化水平信号線9−1、9−2を共通水平信号線11に接続する例である。これを1段階のブロック化と考えることができる。そして、本発明は、2段階以上のブロック化にも適用することができる。
The solid-
図13は、本発明を2段階のブロック化に適用した固体撮像装置の構成を示す図である。なお、図13では、作図の関係上、光電変換素子2、垂直走査回路4、水平走査回路13、アンプ20、制御回路14等は省略されている。
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a solid-state imaging device in which the present invention is applied to two-stage blocking. In FIG. 13, the
図13では、第1ブロック化水平信号線9−1、9−2・・・及び第1スイッチ8−1、8−2・・・によって所定数(ここでは4)の列を単位として第1段階のブロック化を行い、更に、第2ブロック化水平信号線31−1、31−2及び第2スイッチ10−1、10−2によって所定数(ここでは2)の第1ブロック化水平信号線9−1、9−2・・・を単位として第2段階のブロック化を行い、更に、第3スイッチ30−1、30−2・・・を介して第2ブロック化水平信号線31−1、31−2・・・が共通水平信号線11に接続されている。
In FIG. 13, the first block horizontal signal lines 9-1, 9-2... And the first switches 8-1, 8-2. The blocks are divided into stages, and a predetermined number (two in this case) of the first blocked horizontal signal lines by the second blocked horizontal signal lines 31-1, 31-2 and the second switches 10-1, 10-2. .., 9-2... Are formed in a second block, and the second blocked horizontal signal line 31-1 is further passed through the third switches 30-1, 30-2. , 31-2... Are connected to the common
更に、このような技術的思想に従って3段階以上のブロック化を行ってもよい。 Further, the block may be divided into three or more stages according to such a technical idea.
このように多段階でブロック化を行うことにより、共通水平信号線11上に見える寄生容量の低減効果を更に高めることができる。
By making the blocks in multiple stages in this way, the effect of reducing the parasitic capacitance visible on the common
本発明は、図2のような固体撮像装置に限らず、例えば、図14のような構成の固体撮像装置にも適用されうる。 The present invention can be applied not only to the solid-state imaging device as shown in FIG. 2, but also to a solid-state imaging device having a configuration as shown in FIG.
図14の固体撮像装置は、図2の固体撮像装置の転送トランジスタ6の前段にクランプ回路(垂直信号線5に直列に接続された容量61と、容量61と転送トランジスタ6との間に並列に接続された一方の端子が所定の電位に接続されているスイッチトランジスタ62)を配置した構成である。また、1画素の構成は、図15のような構成である。
The solid-state imaging device of FIG. 14 has a clamp circuit (
図15において、51は光電変換部であるフォトダイオ−ド、52はゲ−トの電荷を増幅して垂直信号線5に出力する増幅手段である増幅トランジスタ、53はフォトダイオ−ドで発生した電荷を増幅トランジスタのゲ−トに転送するための転送手段である転送トランジスタ、54は増幅トランジスタのゲ−トをリセットするためのリセット手段であるリセットトランジスタ、55は、信号を出力する画素を選択するための選択手段である選択トランジスタである。
また、図14の65は、図15で説明した増幅トランジスタ52とソースフォロワ回路を構成する負荷手段である負荷トランジスタである。
In FIG. 15, 51 is a photodiode which is a photoelectric conversion unit, 52 is an amplifying transistor which is an amplifying means for amplifying the gate charge and outputting it to the
次に、図14の固体撮像装置の動作について説明する。まず、増幅トランジスタのゲ−トをリセットすることにより生じるリセット信号をクランプ回路でクランプし、その後、転送トランジスタ53をオン状態にすることにより、フォトダイオ−ドの電荷を増幅トランジスタのゲ−トへ転送し、増幅トランジスタから出力された光電変換信号をクランプ回路へ出力する。
Next, the operation of the solid-state imaging device of FIG. 14 will be described. First, a reset signal generated by resetting the gate of the amplifying transistor is clamped by a clamp circuit, and then the
上記の動作により、クランプ回路からは画素毎に生じる固定パタ−ンノイズ、ランダムノイズが除去された信号が容量7へ保持される。 By the above operation, the signal from which the fixed pattern noise and random noise generated for each pixel is removed from the clamp circuit is held in the capacitor 7.
上記の構成、動作以外については、図2の固体撮像装置と同じである。 Other than the above configuration and operation, the solid-state imaging device of FIG. 2 is the same.
このクランプ回路を配置することにより、画素毎に生じる固定パタ−ンノイズ、ランダムノイズを抑制することが可能となる。 By disposing the clamp circuit, it is possible to suppress fixed pattern noise and random noise generated for each pixel.
さらにまた、本発明は、例えば図16のような回路構成にも適用されうる。図16は、垂直方向の1列毎に異なる水平信号線へ出力する構成となっている。ここで、点線で囲んだ部分70は、同一の構成である。また、動作は、図14の固体撮像装置と同じである。
Furthermore, the present invention can be applied to a circuit configuration as shown in FIG. FIG. 16 is configured to output to different horizontal signal lines for each column in the vertical direction. Here, the
図16のような回路構成にすることにより、画素数が多い場合であっても、読み出しスピードを遅くせずにすむ。 With the circuit configuration as shown in FIG. 16, even when the number of pixels is large, it is not necessary to slow down the readout speed.
Claims (14)
前記複数のセンサセルからの信号が出力される複数の第1の共通信号線と、
前記複数の第1の共通信号線からの信号をそれぞれ保持する複数のホールド容量と、
前記複数の第1の共通信号線に現れる信号を前記複数のホールド容量に転送する複数の転送スイッチと、
前記複数の転送スイッチがオンすることによって前記複数の第1の共通信号線からの信号がそれぞれ前記複数のホールド容量に保持された後、前記複数の転送スイッチがオフした状態で前記複数のホールド容量の信号をそれぞれ転送する複数の第1スイッチと、
特定の数を単位として前記複数の第1スイッチの出力の間を接続する複数のブロック化領域と、
第2の共通信号線と、
前記複数のブロック化領域の信号を前記第2の共通信号線に転送する複数の第2スイッチと、を備え、
前記複数の第1スイッチにおける各第1スイッチは、前記複数のブロック化領域のうち当該第1スイッチが接続されているブロック化領域が前記複数の第2スイッチのうち当該ブロック化領域に対応する第2スイッチによって前記第2の共有信号線に接続されない期間はオンしない、
ことを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device in which a plurality of sensor cells each having a photoelectric conversion element are arranged,
A plurality of first common signal lines from which signals from the plurality of sensor cells are output;
A plurality of hold capacitors respectively holding signals from the plurality of first common signal lines;
A plurality of transfer switches for transferring signals appearing on the plurality of first common signal lines to the plurality of hold capacitors;
After the plurality of transfer switches are turned on, the signals from the plurality of first common signal lines are held in the plurality of hold capacitors, respectively, and then the plurality of hold capacitors are turned off. A plurality of first switches for respectively transferring the signals of
A plurality of blocking regions connecting between the outputs of the plurality of first switches in a specific number unit;
A second common signal line;
A plurality of second switches for transferring the signals of the plurality of blocked regions to the second common signal line ;
Each of the first switches in the plurality of first switches has a block area in which the first switch is connected among the plurality of block areas corresponding to the block area in the plurality of second switches. A period not connected to the second shared signal line by two switches is not turned on,
A solid-state imaging device.
入力端が前記第2の共通信号線に接続された差動アンプと、
前記差動アンプの前記入力端と出力端との間に接続された帰還容量と、
を含むことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。 The capacitive feedback amplifier is
A differential amplifier having an input terminal connected to the second common signal line;
A feedback capacitor connected between the input terminal and the output terminal of the differential amplifier;
The solid-state imaging device according to claim 2, comprising:
前記複数のセンサセルの配列における奇数列のセンサセルの信号を出力する第1の部分と、前記複数のセンサセルの配列における偶数列のセンサセルの信号を出力する第2の部分とを備え、前記第1の部分は、前記複数のセンサセルの配列の一方の側に配置され、前記第2の部分は、前記複数のセンサセルの配列の他方の側に配置され、
前記第1の部分および前記第2の部分は、それぞれ、
前記複数のセンサセルからの信号が出力される複数の第1の共通信号線と、
前記複数の第1の共通信号線からの信号をそれぞれ保持する複数のホールド容量と、
前記複数の第1の共通信号線に現れる信号を前記複数のホールド容量に転送する複数の転送スイッチと、
前記複数の転送スイッチがオンすることによって前記複数の第1の共通信号線からの信号がそれぞれ前記複数のホールド容量に保持された後、前記複数の転送スイッチがオフした状態で前記複数のホールド容量の信号をそれぞれ転送する複数の第1スイッチと、
特定の数を単位として前記複数の第1スイッチの出力の間を接続する複数のブロック化領域と、
第2の共通信号線と、
前記複数のブロック化領域の信号を前記第2の共通信号線に転送する複数の第2スイッチと、を備え、
前記複数の第1スイッチにおける各第1スイッチは、前記複数のブロック化領域のうち当該第1スイッチが接続されているブロック化領域が前記複数の第2スイッチのうち当該ブロック化領域に対応する第2スイッチによって前記第2の共有信号線に接続されない期間はオンしない、
ことを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device in which a plurality of sensor cells each having a photoelectric conversion element are arranged two-dimensionally in a horizontal direction and a vertical direction,
A first portion that outputs signals of odd-numbered sensor cells in the array of sensor cells; and a second portion that outputs signals of even-numbered sensor cells in the array of sensor cells, and The portion is disposed on one side of the array of the plurality of sensor cells, and the second portion is disposed on the other side of the array of the plurality of sensor cells.
The first part and the second part are respectively
A plurality of first common signal lines from which signals from the plurality of sensor cells are output;
A plurality of hold capacitors respectively holding signals from the plurality of first common signal lines;
A plurality of transfer switches for transferring signals appearing on the plurality of first common signal lines to the plurality of hold capacitors;
After the plurality of transfer switches are turned on, the signals from the plurality of first common signal lines are held in the plurality of hold capacitors, respectively, and then the plurality of hold capacitors are turned off. A plurality of first switches for respectively transferring the signals of
A plurality of blocking regions connecting between the outputs of the plurality of first switches in a specific number unit;
A second common signal line;
A plurality of second switches for transferring the signals of the plurality of blocked regions to the second common signal line ;
Each of the first switches in the plurality of first switches has a block area in which the first switch is connected among the plurality of block areas corresponding to the block area in the plurality of second switches. A period not connected to the second shared signal line by two switches is not turned on,
A solid-state imaging device.
ことを特徴とする請求項7に記載の固体撮像装置。The solid-state imaging device according to claim 7.
入力端が前記第2の共通信号線に接続された差動アンプと、A differential amplifier having an input terminal connected to the second common signal line;
前記差動アンプの前記入力端と出力端との間に接続された帰還容量と、A feedback capacitor connected between the input terminal and the output terminal of the differential amplifier;
を含むことを特徴とする請求項8に記載の固体撮像装置。The solid-state imaging device according to claim 8, comprising:
前記第2の部分は、前記偶数列のセンサセルの信号が特定の順番で読み出されるように、前記第2の部分における前記複数の第1スイッチ及び前記複数の第2スイッチを制御する走査回路を更に備える、The second portion further includes a scanning circuit that controls the plurality of first switches and the plurality of second switches in the second portion so that signals of the sensor cells in the even-numbered columns are read in a specific order. Prepare
ことを特徴とする請求項7乃至請求項9のいずれか1項に記載の固体撮像装置。The solid-state imaging device according to claim 7, wherein the solid-state imaging device is provided.
ことを特徴とする請求項7乃至請求項10のいずれか1項に記載の固体撮像装置。The solid-state imaging device according to claim 7, wherein the solid-state imaging device is provided.
前記固体撮像装置によって撮像された画像を処理するプロセッサと、
を備えることを特徴とするカメラ。 A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 12 ,
A processor for processing an image captured by the solid-state imaging device;
A camera comprising:
前記固体撮像装置によって撮像された画像を処理するプロセッサと、
を備えることを特徴とする情報処理装置。 A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 12 ,
A processor for processing an image captured by the solid-state imaging device;
An information processing apparatus comprising:
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