JP5183356B2 - Solid-state imaging device and driving method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、固体撮像装置及びその駆動方法に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a driving method thereof.
下記の特許文献1には、ウエルの電位変動によるシェーディングという課題と複数のウエル電位供給部を設けるという解決手段の開示がある。CMOSセンサの固体撮像装置は、一般に画素内に増幅用トランジスタを有し、増幅信号を電圧で出力するため、増幅及び出力の際に画素のウエル電位が所望の値から変動すると画素出力電圧も変動してしまう。このウエル電位変動がCMOSセンサ出力のシェーディングを引き起こす原因となる。特許文献1では、その課題を解決するために、画素エリア内に複数のウエル電位供給部を設けてウエル電位を固定する手段が開示されている。 Patent Document 1 below discloses a problem of shading due to well potential fluctuations and a solution for providing a plurality of well potential supply units. Since a solid-state imaging device of a CMOS sensor generally has an amplifying transistor in a pixel and outputs an amplified signal as a voltage, the pixel output voltage also fluctuates when the pixel well potential fluctuates from a desired value during amplification and output. Resulting in. This well potential fluctuation causes shading of the CMOS sensor output. Patent Document 1 discloses means for fixing a well potential by providing a plurality of well potential supply portions in a pixel area in order to solve the problem.
しかしながら、画素サイズが小さい場合には適用が難しいという欠点がある。すなわち、画素サイズが小さくなると、複数のウエル電位供給部を設けるためのスペースを確保することが困難になる。 However, there is a drawback that application is difficult when the pixel size is small. That is, when the pixel size is reduced, it is difficult to secure a space for providing a plurality of well potential supply units.
本発明の目的は、画素部内のウエル電位供給部数を低減しつつ、ウエルの電位変動を低減することにより、シェーディングの発生を防止することができる固体撮像装置及びその駆動方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of preventing the occurrence of shading by reducing the potential fluctuation of the well while reducing the number of well potential supply units in the pixel portion, and a driving method thereof. .
本発明の固体撮像装置は、光を電荷に変換する光電変換素子と、電源電圧ノードから電源電位の供給を受け、前記光電変換素子により変換された電荷を増幅して画素出力線に出力する増幅用トランジスタと、を含む画素が2次元配列される画素部と、前記増幅用トランジスタの出力によって前記画素出力線の電位が変動する時に、前記電源電圧ノードの電位と前記画素出力線の電位とが互いに逆相で変動するように前記電源電圧ノードの電位を制御する第1の制御手段とを有することを特徴とする。 The solid-state imaging device according to the present invention includes a photoelectric conversion element that converts light into electric charge, and amplification that receives supply of a power supply potential from a power supply voltage node, amplifies the electric charge converted by the photoelectric conversion element, and outputs the amplified electric charge to a pixel output line A pixel portion including pixels for two-dimensionally arranged, and when the potential of the pixel output line varies depending on the output of the amplification transistor, the potential of the power supply voltage node and the potential of the pixel output line are And a first control means for controlling the potential of the power supply voltage node so as to fluctuate in opposite phases.
互いに逆相に変動する電位を画素に与えることにより、画素部内のウエル電位供給部数を低減しつつ、ウエルの電位変動を低減し、シェーディングの発生を防止することができる。 By providing the pixels with potentials that change in opposite phases, the number of well potential supply portions in the pixel portion can be reduced, the well potential variation can be reduced, and shading can be prevented.
(第1の実施形態)
図3は本発明の第1の実施形態による固体撮像装置の構成例を示すブロック図であり、図4は画素121の構成例を示す回路図である。通信部152は、通信端子に対して信号の送受信を行い、信号をタイミング生成部151に出力する。タイミング生成部151は、同期信号を入力し、タイミング信号を走査部(第1の制御手段)142、ラインメモリ部131及び水平走査部132に出力する。
(First embodiment)
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the
画素部12は、2次元配列された画素121を有する。走査部142は、制御線143を介してリセット信号φrst、選択信号φsel、転送信号φTxを各画素121に出力し、電源線144を介してリセット電圧Vrst及び電源電圧ノードVDDの電圧を各画素121に出力する。
The pixel unit 12 includes
図4において、画素121は、フォトダイオード(光電変換素子)101、転送用トランジスタ102、リセット用トランジスタ103、選択用トランジスタ104、増幅用トランジスタ105、フローティングディフュージョン(以下FDと称する)13を有する。各画素121は、画素出力線106に接続されている。以下、電界効果トランジスタを単にトランジスタという。本実施形態ではトランジスタ102〜105は、nチャネルトランジスタである。
In FIG. 4, a
フォトダイオード101のアノードは、バックゲート電位Vwのノードに接続される。転送用トランジスタ102は、ドレインがフォトダイオード101のカソードに接続され、ゲートが転送信号φTxのノードに接続され、ソースがFD13に接続され、バックゲートが電位Vwのノードに接続される。リセット用トランジスタ103は、ドレインがリセット電圧Vrstのノードに接続され、ゲートがリセット信号φrstのノードに接続され、ソースがFD13に接続され、バックゲートが電位Vwのノードに接続される。選択用トランジスタ104は、ドレインが電源電圧ノードVDDに接続され、ゲートが選択信号φselのノードに接続され、バックゲートが電位Vwのノードに接続される。増幅用トランジスタ105は、ドレインが選択用トランジスタ104のソースに接続され、ゲートがFD13に接続され、ソースが画素出力線106に接続され、バックゲートが電位Vwのノードに接続される。
The anode of the
フォトダイオード101は、光を電荷に変換して蓄積する。FD13は、電荷を蓄積可能な領域を有する。リセット信号φrstをハイレベルにすると、リセット用トランジスタがオンし、FD13をリセットすることができる。また、転送信号φTxをハイレベルにすると、転送用トランジスタ102がオンし、フォトダイオード101で生成された電荷をFD13に転送することができる。また、選択信号φselをハイレベルにすると、行単位で画素121が選択され、その画素121内の選択トランジスタ104がオンする。すると、増幅用トランジスタ105は、アクティブ状態となり、FD13の電圧を増幅し、画素信号を画素出力線106に出力する。
The
図3において、走査部142は、行単位で選択信号φselを順次、画素部12に出力する。画素部12は、行単位で画素信号を画素出力線106に出力する。垂直信号線122は、列毎の画素出力線106に接続される。ラインメモリ部131は、垂直信号線122を介して行単位の画素信号を入力して記憶する。水平走査部132は、ラインメモリ部131内の画素信号を画素単位で順次、増幅器133に出力する。増幅器133は、画素信号を増幅して出力する。
In FIG. 3, the
図5は、電源電圧ノードVDDを電源電位Vddに固定した場合の固体撮像装置の動作例を示すタイミングチャートである。リセット信号φrstをハイレベルにすることにより、リセット用トランジスタ103がオンし、FD13の電位はリセットされる。時刻T1において、選択信号φselがハイレベルに遷移すると、選択用トランジスタ104がオンし、画素出力線106の電位が上がる。これは、増幅用トランジスタ105がソースフォロワ動作し、FD13のリセット電位に追随した電位が画素出力線106に現れるからである。次に、ノイズ信号転送信号φTnがハイレベルになると、FD13のリセット電位に基づくノイズ信号が画素出力線106を介してラインメモリ部131に記憶される。次に、時刻T2において、転送信号φTxがハイレベルになると、転送用トランジスタ102がオンし、フォトダイオード101の電荷がFD13に転送され、FD13の電位に基づく画素信号(ノイズを含む)が画素出力線106に出力される。時刻T3において、転送信号φTxがローレベルになる。フォトダイオード101に光が入射されなければ、画素出力線106の電位は時刻T2の前のノイズ信号と同じ電位になり、フォトダイオード101に光が入射されれば、電位差Sが生じ、画素出力線106の電位は下がる。次に、画素信号転送信号φTsがハイレベルになると、FD13の電位に基づく画素信号が画素出力線106を介してラインメモリ部131に記憶される。その後、増幅器133は、ラインメモリ部131に記憶されている画素信号からノイズ信号を減算した信号を出力する。ここで、時刻T2及びT3の時点では、転送用トランジスタ102のゲートとFD13との結合容量によってFD13の電位が変動し、それが画素出力線106の電位変動として現れる。
FIG. 5 is a timing chart showing an operation example of the solid-state imaging device when the power supply voltage node VDD is fixed to the power supply potential Vdd. By setting the reset signal φrst to a high level, the
増幅用トランジスタ105は、増幅信号を電圧で出力するため、増幅及び出力の際に画素121のウエル電位が所望の値から変動すると、画素出力線106の出力電圧も変動してしまう。このウエル電位変動が固体撮像装置出力のシェーディングを引き起こす原因となる。
Since the
時刻T1において、選択用スイッチ104をオンし、ノイズ信号を画素出力線106に出力する際には、増幅用トランジスタ105のソースのn+領域の電位が変動する。すると、それに伴い、ソースのn+領域とpウエルとの接合容量によって、ソースのn+拡散領域近傍でのpウエルの電位も変動してしまう。また、各画素121のpウエル電位は、各画素121のトランジスタ102〜105のバックゲート電位Vwになっているので、ウエル電位の変動は、トランジスタ102〜105の出力に影響を及ぼしてしまう。ウエル電位変動は、バックゲート電位Vwの変動だけでなく、ウエルとFD13との結合容量を通して直接FD13の電位を変動させる。
At time T1, when the
更に、画素出力線106の電位変動がウエル電位変動に大きな影響を与える。それは、画素出力線106は全画素121に渡って配されており、画素部12の全域にわたってこれらの配線とウエルとの結合容量が存在するからである。信号φrst、φsel、φTxは基本的には出力を行おうとする行の画素にのみ印加されるのであり、これらの信号のパルスが印加されるトランジスタ103、104、102のゲートとウエルとの結合容量を通したウエルの電位変動量は比較的小さい。
Further, the potential variation of the
図5より、画素121の主要なウエルの電位変動は時刻T1、T2、T3で引き起こされることがわかる。以下、ウエルの電位変動を防止するための実施形態を説明する。
From FIG. 5, it can be seen that potential fluctuations in the main well of the
図1は、本発明の第1の実施形態による固体撮像装置の駆動方法の例を示すタイミングチャートである。本実施形態では、電源電圧ノードVDDは、時刻T1からT2までの期間及び時刻T3の後の期間で、電源電位Vddにする。また、電源電圧ノードVDDは、時刻T1の前の期間及び時刻T2からT3までの期間で、電源電位Vddより低い電位Veにする。 FIG. 1 is a timing chart showing an example of a driving method of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. In the present embodiment, the power supply voltage node VDD is set to the power supply potential Vdd in the period from time T1 to T2 and in the period after time T3. The power supply voltage node VDD is set to a potential Ve lower than the power supply potential Vdd in the period before time T1 and the period from time T2 to T3.
電源電圧ノードVDDを低電位Veにし、リセット信号φrstをハイレベルにすることによりリセット用トランジスタ103がオンし、FD13の電位はリセットされる。その後、リセット信号φrstがローレベルになる。次に、時刻T1において、選択信号φselをハイレベルにすると、選択用トランジスタ104がオンし、画素出力線106の電位が下がる。その際、電源電圧ノードVDDを低電位Veから電源電位Vddに上げる。増幅用トランジスタ105は、ソースフォロワ動作し、FD13のリセット電位に追随した電位が画素出力線106に現れる。次に、ノイズ信号転送信号φTnがハイレベルになると、FD13のリセット電位に基づくノイズ信号が画素出力線106を介してラインメモリ部131に記憶される。その後、ノイズ信号転送信号φTnがローレベルになる。次に、時刻T2において、電源電圧ノードVDDを低電位Veにし、転送信号φTxをハイレベルにする。すると、転送用トランジスタ102がオンし、フォトダイオード101の電荷がFD13に転送され、FD13の電位に基づく画素信号(ノイズを含む)が画素出力線106に出力される。時刻T3において、電源電圧ノードVDDを電源電位Vddにし、転送信号φTxをローレベルにする。フォトダイオード101に光が入射されなければ、画素出力線106の電位は時刻T2の前のノイズ信号と同じ電位になり、フォトダイオード101に光が入射されれば、電位差Sが生じ、画素出力線106の電位は下がる。次に、画素信号転送信号φTsがハイレベルになると、FD13の電位に基づく画素信号が画素出力線106を介してラインメモリ部131に記憶される。その後、増幅器133は、ラインメモリ部131に記憶されている画素信号からノイズ信号を減算した信号を出力する。
When the power supply voltage node VDD is set to the low potential Ve and the reset signal φrst is set to the high level, the resetting
電源電圧ノードVDDは、画素出力線106の電位差Sが無い場合すなわち暗時の電位変動に対して、逆相になり、ウエルの電位変動を打ち消すような電位変動となっている。画素出力線106と電源電圧ノードVDDとを相殺パルスの対とする理由は、増幅用トランジスタ105のソースに画素出力線106が接続され、あるいは増幅用トランジスタ105のドレインに電源電圧ノードVDDが接続されているからである。このとき、画素出力線106とウエルとの結合容量と電源電圧ノードVDDとウエルとの位置はお互いにごく接近している。つまり、画素出力線106と電源電圧ノードVDDの電位変動振幅が等しく、変動方向が逆であればそれぞれの配線によるウエル電位変動が相殺するように生じるため、結果としてウエル電位変動を低減することができる。
The power supply voltage node VDD has a potential fluctuation that cancels the potential fluctuation of the well in a phase that is opposite to the potential fluctuation in the dark when there is no potential difference S of the
このような前提を基に、まず電源電圧ノードVDDは増幅用トランジスタ105の電源供給源としての役目を担っている。増幅用トランジスタ105が増幅動作していなければならない期間は、増幅信号がサンプリングされるノイズ信号転送信号φTn及び画素信号転送信号φTsのハイレベルパルス印加期間である。少なくともこの期間では、電源電圧ノードVDDは電源電位Vddになっている必要がある。よって、時刻T1の時点で、電源電圧ノードVDDは立ち上がる方向での遷移しか許されないことになる。時刻T1の時点での画素出力線106の電位変動が、電源電圧ノードVDDの電位変動と相殺するためには、電源電圧ノードVDDは立ち上がる方向の変動、画素出力線106の電位は立ち下がる方向の変動とすればよい。このために、画素出力線106は、時刻T1の前にはノイズ信号の電位よりも高い電位に設定し、電源電圧ノードVDDは時刻T1の前には低電位Veに設定している。例えば、画素出力線106に、画素出力線106の電位を切り替えるためのスイッチトランジスタ(第2の制御手段)を設けるような簡単な手段を用いることで、時刻T1の前に画素出力線106の電位を制御することが可能となる。
Based on such a premise, first, the power supply voltage node VDD plays a role as a power supply source of the amplifying
また、時刻T2〜T3の期間においては、暗時すなわち信号がない場合の画素出力線106の電位変動を相殺するように、電源電圧ノードVDDを低電位Veに設定する。画素信号が小さい場合でのウエル電位変動がもっとも画質に影響を与えるからである。転送信号φTxのハイレベルパルス印加時の時刻T2〜T3の期間は増幅用トランジスタ105の出力は不要期間となるので、電源電圧ノードVDDが電源電位Vddからずれても画素121の動作として不都合は生じない。
In the period from time T2 to time T3, the power supply voltage node VDD is set to the low potential Ve so as to cancel the potential fluctuation of the
時刻T2においては、電源電圧ノードVDDの立ち下がりと転送信号φTxの立ち上がりとが、お互いのウエル電位変動を相殺する。また、時刻T3においては、電源電圧ノードVDDの立ち上がりと転送信号φTxの立ち下がりとが、お互いのウエル電位変動を相殺する。 At time T2, the fall of power supply voltage node VDD and the rise of transfer signal φTx cancel each other's well potential fluctuations. At time T3, the rise of power supply voltage node VDD and the fall of transfer signal φTx cancel each other's well potential fluctuations.
時刻T1の前の画素出力線106の電位として、時刻T2〜T3の暗時の画素信号出力電位を選べば、電源電圧ノードVDDの時刻T1、T2、T3での電位変動分を同じに設定できるので電源電圧ノードVDDは電源電位Vdd及び低電位Veの2値ですむ。時刻T1、T2、T3での画素出力線106の電位変動量と電源電圧ノードVDDの電位変動量とを等しくすれば、ウエル電位相殺効果はもっとも大きくなる。
If the pixel signal output potential in the dark at times T2 to T3 is selected as the potential of the
また、時刻T1の前に設定する画素出力線106の電位を、時刻T1〜T2間で出力されるリセットレベルのノイズ信号出力電位と同じレベルに設定できれば、時刻T1における電源電圧ノードVDDの電位変動は0でよい。そのため、時刻T1の前から電源電圧ノードVDDを電源電位Vddに設定しておくことができる。
If the potential of the
図1の駆動を実現するには、走査部142において、電源電圧ノードVDDの電位を切り替えるためのスイッチトランジスタを有する、もしくは制御することで電源電圧ノードVDDの電位を切り替えることが可能となる。また、画素出力線106の電位を切り替えるためのスイッチトランジスタを画素出力線106に設けるようなごく簡単な手段を用いればよい。詳しい説明は省略する。
1 can be realized, the
なお、図1の時刻T1は選択信号φselのパルスの立ち上がりであるが、選択用トランジスタ104のない構成のCMOS画素121もある。その場合、画素121の選択動作はFD13のリセット信号φrstのパルスの立ち上がり又は立ち下がりとなることもある。この場合も、画素出力線106の電位変動を打ち消すような電源電圧ノードVDDの電位変動を与えることでウエル電位変動が相殺される。
1 is the rising edge of the pulse of the selection signal φsel, but there is a
以上説明したように、本実施形態によれば、電源電圧ノードVDDと画素出力線106との電位変動が逆相となるように両者の電位を制御することで、上記両者の電位変動の影響を受けるウエル電位の変動分を小さく抑制することができる。また、画素部12内に取らなければならないウエル電位供給部の数を減らして、画質を向上させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the potential fluctuations of the power supply voltage node VDD and the
(第2の実施形態)
図2は、本発明の第2の実施形態による固体撮像装置の駆動方法の例を示すタイミングチャートである。本実施形態においては、第1の実施形態に示した画素部12全域にわたるウエル電位変動を抑制するための駆動に、信号読み出しの行のみに印加されるパルスによる局所的なウエル変動要因を抑制するための駆動を追加している。トランジスタ102〜105のゲートに印加されるパルスは、ゲート容量を通してウエル電位を変動させる。この変動に対して、走査部(第3の制御手段)142は、変動源のトランジスタ102〜105のごく近傍にある別のトランジスタ102〜105のゲートに逆極性パルスを加えてウエル変動を相殺する。以下、本実施形態が第1の実施形態と異なる点を説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a timing chart showing an example of a driving method of the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, the local well fluctuation factor due to the pulse applied only to the signal readout row is suppressed in the drive for suppressing the well potential fluctuation over the entire pixel portion 12 shown in the first embodiment. Added drive for. A pulse applied to the gates of the
図2においては、リセット信号φresを3値とするが、FD13のリセット電位は通常電源電位に近い高い電位であるので、3値パルスの中間電位レベルでもリセット用トランジスタ103はオフ状態を十分に保っている。
In FIG. 2, the reset signal φres is ternary, but since the reset potential of the
リセット信号φrstは、時刻T1でハイレベルから中間レベルに立ち下がり、時刻T2で中間レベルからローレベルに立ち下がり、時刻T3でローレベルから中間レベルに立ち上がる。選択信号φselは、時刻T1でローレベルからハイレベルに立ち上がる。転送信号φTxは、時刻T2でローレベルからハイレベルに立ち上がり、時刻T3でハイレベルからローレベルに立ち下がる。 The reset signal φrst falls from the high level to the intermediate level at time T1, falls from the intermediate level to the low level at time T2, and rises from the low level to the intermediate level at time T3. The selection signal φsel rises from a low level to a high level at time T1. The transfer signal φTx rises from the low level to the high level at time T2, and falls from the high level to the low level at time T3.
時刻T1においては、リセット信号φrstの立ち下がりと選択信号φselの立ち上がりとが、お互いのウエル電位変動を相殺する。次に、時刻T2及びT3においては、転送信号φTxとリセット信号φrstとが互いに逆極性となってウエルの電位変動を相殺している。 At time T1, the fall of the reset signal φrst and the rise of the selection signal φsel cancel each other's well potential fluctuations. Next, at times T2 and T3, the transfer signal φTx and the reset signal φrst have opposite polarities to cancel the potential fluctuation of the well.
画素出力線106の電位変動のように全画素部12の電位を一度に揺るがすものに比べて、上記のような基本的には1行分にのみ印加される信号のパルスがウエルに及ぼす電位変動振幅は比較的小さい。しかし、画素出力線106による電位変動が第1の実施形態のような方法で抑制されると、上記信号のパルスによる局所的なウエル電位変動が目立ってくる。これに対し、本実施形態によれば、図2で示すように、これらの信号のパルスによるウエル電位変動も抑制することができる。よって、本実施形態は、第1の実施形態と比べて、さらにウエル供給部の数を低減し、画質を向上させることができる。
Compared to the case where the potentials of all the pixel portions 12 are fluctuated at a time like the potential variation of the
なお、第2の実施形態におけるお互いの電位変動を相殺する信号のパルスが印加されるトランジスタの組み合わせとしては、トランジスタ同士がごく近傍にあることが望ましい。2つの互いに逆極性の信号のパルスが印加される位置が近いほど、ウエル電位を相殺することが可能となる。また、相殺のために加えられる信号のパルスは、本来の信号読み出し動作に支障がないように供給される。 Note that, in the second embodiment, as a combination of transistors to which a pulse of a signal that cancels each other's potential variation is applied, it is desirable that the transistors are very close to each other. The closer the position where two pulses of signals having opposite polarities are applied, the more the well potential can be canceled. Further, the pulse of the signal applied for cancellation is supplied so as not to hinder the original signal reading operation.
本実施形態において示したトランジスタの組み合わせ以外であっても、電位変動を相殺する信号のパルスが印加されるトランジスタの組み合わせはどんなものでもよい。隣接する行の転送用トランジスタ102同士を組み合わせとし、信号読み出し行に加える転送信号φTxのパルスと同時にその隣接行の転送用トランジスタ102に逆極性パルスが加えられてもよい。この場合、前記隣接行では信号読み出しは既に終了していて、逆極性パルスによる必要信号への影響はない。信号読み出し行に印加されるリセット信号φrstのパルスに対する打ち消しパルスとして、隣接行のリセット用トランジスタ103に逆極性パルスを加えてもよい。
Other than the combinations of transistors shown in this embodiment, any combination of transistors to which a pulse of a signal that cancels a potential variation is applied may be used. The
以上のように、第1及び第2の実施形態では、画素信号の増幅及び出力動作の前に行われるウエル電位の変動原因となる動作時に、ウエル電位変動を相殺するようなパルスを画素に与える。これによって、ウエルの変動電位振幅を小さい値に抑制し、画素部12内のウエル電位供給部をなくす、または少なくとも画素部12内に設けなければならないウエル電位供給部の数を低減することができる。よって、画素欠陥の増加を引き起こさないか、少なくとも増加を抑制しつつ、シェーディングを低減することができる。これにより、高画質の固体撮像装置を提供することができる。 As described above, in the first and second embodiments, a pulse that cancels the well potential fluctuation is applied to the pixel during the operation that causes the well potential fluctuation performed before the amplification and output operation of the pixel signal. . As a result, the fluctuation potential amplitude of the well can be suppressed to a small value, the well potential supply section in the pixel section 12 can be eliminated, or at least the number of well potential supply sections that must be provided in the pixel section 12 can be reduced. . Therefore, shading can be reduced while causing no increase in pixel defects or at least suppressing the increase. Thereby, a high-quality solid-state imaging device can be provided.
第1及び第2の実施形態の固体撮像装置において、画素部12は、2次元配列される画素121を含む。画素121は、光電変換素子(フォトダイオード101)、転送用トランジスタ102、リセット用トランジスタ103、選択用トランジスタ104及び増幅用トランジスタ105を有する。ここで、画素121の構成は実施形態に記載の構成に限定されない。例えば、増幅用トランジスタ105のドレインが電源電圧ノードVDDに接続され、増幅用トランジスタ105のソースと選択用トランジスタ104のドレインとが接続され、選択用トランジスタ104のソースが画素出力線と接続されていてもよい。また、画素121が隣接する画素とリセット用トランジスタ103、増幅用トランジスタ105、選択用トランジスタ104とを共有するような構成であってもよい。なお、選択用トランジスタ104は、必須ではない。
In the solid-state imaging devices of the first and second embodiments, the pixel unit 12 includes
光電変換素子101は、光を電荷に変換する。増幅用トランジスタ105は、電源電圧ノードVDDから電源電位の供給を受け、光電変換素子101により変換された電荷を増幅して画素出力線106に出力する。リセット用トランジスタ103は、リセット信号φrstに応じて増幅用トランジスタ105のゲート(FD13)をリセットする。選択用トランジスタ104は、選択信号φselに応じて増幅用トランジスタ105と電源電圧ノードVDDとを接続する。転送用トランジスタ102は、転送信号φTxに応じて光電変換素子101により変換された電荷を増幅用トランジスタ105のゲート(FD13)に転送する。
The
第1の実施形態では、走査部(第1の制御手段)142は、電源電圧ノードVDDの電位と画素出力線106の電位とが互いに逆相で変動するように電源電圧ノードVDDの電位を制御する。
In the first embodiment, the scanning unit (first control unit) 142 controls the potential of the power supply voltage node VDD so that the potential of the power supply voltage node VDD and the potential of the
具体的には、走査部142は、リセット信号φrst、選択信号φsel及び転送信号φTxのうちの少なくともいずれかの信号の変動時に、電源電圧ノードVDDの電位を変動させる。
Specifically, the
スイッチトランジスタなどの第2の制御手段は、リセット用トランジスタ103のリセット後において選択用トランジスタ104の接続前(時刻T1の前)の画素出力線106の電位を、選択用トランジスタ104の接続後(時刻T1の後)の画素出力線106の電位以上に制御する。走査部142は、選択用トランジスタ104の接続前(時刻T1の前)の電源電圧ノードVDDの電位を電源電位Vdd以下に制御し、選択用トランジスタ104の接続後(時刻T1の後)の電源電圧ノードVDDの電位を電源電位Vddに制御する。ここで、電源電圧ノードVDDの電位を変動させる手段は、走査部142のほかにタイミング発生器などから供給されるパルスによって制御されるスイッチトランジスタであってもよい。
The second control means such as a switch transistor sets the potential of the
また、走査部142は、選択用トランジスタ104の接続時(時刻T1)に電源電圧ノードVDDの電位が上がるように電源電圧ノードVDDの電位を制御する。ラインメモリ部131は、選択用トランジスタ104の接続時(時刻T1)に画素出力線106の電位が下がるように選択用トランジスタ104の接続前(時刻T1の前)の画素出力線106の電位を制御する。
Further, the
第2の実施形態では、走査部(第3の制御手段)142は、画素部12に設けられる第1及び第2のトランジスタのゲート電位が互いに逆相で変動するように制御する。 In the second embodiment, the scanning unit (third control unit) 142 performs control so that the gate potentials of the first and second transistors provided in the pixel unit 12 fluctuate in opposite phases.
例えば、前記第1及び第2のトランジスタは、同一の前記画素に設けられる。前記第1及び第2のトランジスタは、リセット用トランジスタ103、選択用トランジスタ104、又は転送用トランジスタ102である。
For example, the first and second transistors are provided in the same pixel. The first and second transistors are a
また、前記第1のトランジスタは、一の画素に設けられる。前記第2のトランジスタは、前記一の画素の行に隣接する行の画素に設けられる。前記第1及び第2のトランジスタは、共に、リセット用トランジスタ103又は転送用トランジスタ102である。
第1及び第2の実施形態によれば、互いに逆相に変動する電位を画素に与えることにより、画素部内のウエル電位供給部数を低減しつつ、ウエルの電位変動を低減し、シェーディングの発生を防止することができる。
The first transistor is provided in one pixel. The second transistor is provided in a pixel in a row adjacent to the row of the one pixel. The first and second transistors are both the
According to the first and second embodiments, by applying potentials that change in opposite phases to the pixel, the number of well potential supply units in the pixel unit is reduced, the potential variation of the well is reduced, and shading is generated. Can be prevented.
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
101 フォトダイオード
102 転送用トランジスタ
13 フローティングディフュージョン
103 リセット用トランジスタ
104 選択用トランジスタ
105 増幅用トランジスタ
106 画素出力線
101
Claims (16)
電源電圧ノードから電源電位の供給を受け、前記光電変換素子により変換された電荷を増幅して画素出力線に出力する増幅用トランジスタと、を含む画素が2次元配列される画素部と、
前記増幅用トランジスタの出力によって前記画素出力線の電位が変動する時に、前記電源電圧ノードの電位と前記画素出力線の電位とが互いに逆相で変動するように前記電源電圧ノードの電位を制御する第1の制御手段と
を有することを特徴とする固体撮像装置。 A photoelectric conversion element that converts light into electric charge;
A pixel portion in which pixels are two-dimensionally arranged, including an amplifying transistor that receives supply of a power supply potential from a power supply voltage node and amplifies the charge converted by the photoelectric conversion element and outputs the amplified transistor to a pixel output line;
When the potential of the pixel output line varies due to the output of the amplifying transistor, the potential of the power supply voltage node is controlled such that the potential of the power supply voltage node and the potential of the pixel output line vary in opposite phases to each other. A solid-state imaging device comprising: a first control unit.
リセット信号に応じて前記増幅用トランジスタのゲートをリセットするリセット用トランジスタと、
転送信号に応じて前記光電変換素子により変換された電荷を前記増幅用トランジスタのゲートに転送する転送用トランジスタとを有し、
前記第1の制御手段は、前記リセット信号又は前記転送信号の変動時に、前記電源電圧ノードの電位を変動させることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 The pixel is
A resetting transistor that resets the gate of the amplification transistor in response to a reset signal;
A transfer transistor that transfers the charge converted by the photoelectric conversion element in response to a transfer signal to the gate of the amplification transistor;
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first control unit varies the potential of the power supply voltage node when the reset signal or the transfer signal varies.
選択信号に応じて前記増幅用トランジスタと前記電源電圧ノード、あるいは前記増幅用トランジスタと画素出力線とを接続する選択用トランジスタと、
転送信号に応じて前記光電変換素子により変換された電荷を前記増幅用トランジスタのゲートに転送する転送用トランジスタとを有し、
前記第1の制御手段は、前記リセット信号、前記選択信号及び前記転送信号のうちの少なくともいずれかの信号の変動時に、前記電源電圧ノードの電位を変動させることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 The pixel includes a reset transistor that resets a gate of the amplification transistor in response to a reset signal;
A selection transistor for connecting the amplification transistor and the power supply voltage node or the amplification transistor and a pixel output line in accordance with a selection signal;
A transfer transistor that transfers the charge converted by the photoelectric conversion element in response to a transfer signal to the gate of the amplification transistor;
The said 1st control means changes the electric potential of the said power supply voltage node at the time of the fluctuation | variation of at least any one of the said reset signal, the said selection signal, and the said transfer signal. Solid-state imaging device.
選択信号に応じて前記増幅用トランジスタと前記電源電圧ノードとを接続する選択用トランジスタとを有し、
さらに、前記リセット用トランジスタのリセット後において前記選択用トランジスタの接続前の前記画素出力線の電位を、前記選択用トランジスタの接続後の前記画素出力線の電位以上の電位に制御する第2の制御手段を有し、
前記第1の制御手段は、前記選択用トランジスタの前記接続前の前記電源電圧ノードの電位を電源電位以下に制御し、前記選択用トランジスタの前記接続後の前記電源電圧ノードの電位を前記電源電位に制御することを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 The pixel includes a reset transistor that resets a gate of the amplification transistor in response to a reset signal;
A selection transistor that connects the amplification transistor and the power supply voltage node according to a selection signal;
Further, a second control for controlling the potential of the pixel output line after the reset transistor is reset and before the selection transistor is connected to a potential equal to or higher than the potential of the pixel output line after the selection transistor is connected. Having means,
The first control means controls the potential of the power supply voltage node before the connection of the selection transistor to a power supply potential or less, and sets the potential of the power supply voltage node after the connection of the selection transistor to the power supply potential. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein
前記第2の制御手段は、前記選択用トランジスタの前記接続時に前記画素出力線の電位が下がるように前記選択用トランジスタの前記接続前の前記画素出力線の電位を制御することを特徴とする請求項4記載の固体撮像装置。 The first control means controls the potential of the power supply voltage node so that the potential of the power supply voltage node is increased when the selection transistor is connected,
The second control means controls the potential of the pixel output line before the connection of the selection transistor so that the potential of the pixel output line is lowered at the time of the connection of the selection transistor. Item 5. The solid-state imaging device according to Item 4.
さらに、前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタのゲート電位が互いに逆相で同時に変動するように制御する第3の制御手段を有することを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 The pixel includes a first transistor and a second transistor,
2. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising third control means for controlling the gate potentials of the first transistor and the second transistor to simultaneously change in opposite phases.
前記一の画素の行に隣接する行の画素に設けられる第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタのゲート電位が互いに逆相で同時に変動するように制御する第3の制御手段とを有することを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 A first transistor provided in one pixel;
A second transistor provided in a pixel in a row adjacent to the row of one pixel;
2. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising third control means for controlling the gate potentials of the first transistor and the second transistor to simultaneously change in opposite phases.
電源電圧ノードから電源電位の供給を受け、前記光電変換素子により変換された電荷を増幅して画素出力線に出力する増幅用トランジスタと、を含む画素が2次元配列される画素部と、
前記画素部に設けられる第1及び第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタのゲート電位が互いに逆相で同時に変動するように制御する第3の制御手段と
を有し、
前記第1のトランジスタは、転送信号に応じて前記光電変換素子により変換された電荷を前記増幅用トランジスタのゲートに転送する転送用トランジスタであることを特徴とする固体撮像装置。 A photoelectric conversion element that converts light into electric charge;
A pixel portion in which pixels are two-dimensionally arranged, including an amplifying transistor that receives supply of a power supply potential from a power supply voltage node and amplifies the charge converted by the photoelectric conversion element and outputs the amplified transistor to a pixel output line;
First and second transistors provided in the pixel portion;
Have a third control means for controlling so that the gate potential of the first transistor and the second transistor are simultaneously varied in opposite phase to each other,
The solid-state imaging device, wherein the first transistor is a transfer transistor that transfers a charge converted by the photoelectric conversion element in accordance with a transfer signal to a gate of the amplification transistor .
電源電圧ノードから電源電位の供給を受け、前記光電変換素子により変換された電荷を増幅して画素出力線に出力する増幅用トランジスタと、を含む画素が2次元配列される画素部と、
前記画素部に設けられる第1及び第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタのゲート電位が互いに逆相で同時に変動するように制御する第3の制御手段と、を有し、
前記第1のトランジスタは、一の画素に設けられ、
前記第2のトランジスタは、前記一の画素の行に隣接する行の画素に設けられることを特徴とする固体撮像装置。 A photoelectric conversion element that converts light into electric charge;
A pixel portion in which pixels are two-dimensionally arranged, including an amplifying transistor that receives supply of a power supply potential from a power supply voltage node and amplifies the charge converted by the photoelectric conversion element and outputs the amplified transistor to a pixel output line;
First and second transistors provided in the pixel portion;
And third control means for controlling the gate potentials of the first transistor and the second transistor to simultaneously change in opposite phases.
The first transistor is provided in one pixel;
The second transistor, the solid-state image sensor you characterized in that provided in the pixel rows adjacent to the row of the one pixel.
電源電圧ノードから電源電位の供給を受け、前記光電変換素子により変換された電荷を増幅して画素出力線に出力する増幅用トランジスタと、を含む画素が2次元配列される画素部と、を有する固体撮像装置の駆動方法であって、
前記増幅用トランジスタの出力によって前記画素出力線の電位が変動する時に、前記電源電圧ノードの電位と前記画素出力線の電位とが互いに逆相で変動するように前記電源電圧ノードの電位を制御する第1の制御ステップを有することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 A photoelectric conversion element that converts light into electric charge;
An amplifying transistor that receives supply of a power supply potential from a power supply voltage node, amplifies the charge converted by the photoelectric conversion element, and outputs the amplified charge to a pixel output line; A method for driving a solid-state imaging device,
When the potential of the pixel output line varies due to the output of the amplifying transistor, the potential of the power supply voltage node is controlled such that the potential of the power supply voltage node and the potential of the pixel output line vary in opposite phases to each other. A method for driving a solid-state imaging device, comprising a first control step.
電源電圧ノードから電源電位の供給を受け、前記光電変換素子により変換された電荷を増幅して画素出力線に出力する増幅用トランジスタと、を含む画素が2次元配列される画素部と、前記画素部に設けられる第1及び第2のトランジスタと、を有し、前記第1のトランジスタは、転送信号に応じて前記光電変換素子により変換された電荷を前記増幅用トランジスタのゲートに転送する転送用トランジスタである固体撮像装置の駆動方法であって、
前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタのゲート電位が互いに逆相で同時に変動するように制御する第3の制御ステップを有することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 A photoelectric conversion element that converts light into electric charge;
A pixel portion in which a pixel including a two-dimensional array including an amplifying transistor that receives supply of a power supply potential from a power supply voltage node and amplifies the charge converted by the photoelectric conversion element and outputs the amplified charge to a pixel output line; possess first and second transistors provided in parts, the said first transistor, for transferring to transfer the electric charge converted by the photoelectric conversion element according to the transfer signal to the gate of the amplifying transistor A driving method of a solid-state imaging device which is a transistor ,
A solid-state imaging device driving method comprising: a third control step of controlling the gate potentials of the first transistor and the second transistor so as to simultaneously change in opposite phases.
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