JP5460248B2 - Solid-state image sensor - Google Patents

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Description

本発明は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型の固体撮像素子に関する。   The present invention relates to a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type solid-state imaging device.

従来の固体撮像素子について図11を参照しながら説明する。   A conventional solid-state imaging device will be described with reference to FIG.

図11は従来の固体撮像素子における1画素の回路構成を示している。図11に示すように、画素は、スイッチング回路200とフォトダイオード210とから構成され、スイッチング回路は、トランスファ(転送)トランジスタTRt、キャパシタC、リセットトランジスタTRr、センスアンプ用トランジスタTRa及びスイッチングトランジスタTRsにより構成される。   FIG. 11 shows a circuit configuration of one pixel in a conventional solid-state imaging device. As shown in FIG. 11, the pixel includes a switching circuit 200 and a photodiode 210. The switching circuit includes a transfer (transfer) transistor TRt, a capacitor C, a reset transistor TRr, a sense amplifier transistor TRa, and a switching transistor TRs. Composed.

画素行に沿って、アドレス線A1、転送制御線T及びリセット線Rが配置されている。転送制御線T及びリセット線Rは、垂直走査回路(図示せず)と接続されている。また、画素列に沿って、信号線L1及びバイアス線Bが配置されている。   An address line A1, a transfer control line T, and a reset line R are arranged along the pixel row. The transfer control line T and the reset line R are connected to a vertical scanning circuit (not shown). A signal line L1 and a bias line B are arranged along the pixel column.

次に、従来の固体撮像素子の動作について図12を参照しながら説明する。図12に示すように、短時間露光方式のグローバルシャッタ入力モードを想定した場合に、垂直走査回路は、トリガ信号の入力に応じて全行に対して同時にリセット線RにH(ハイ)レベルの全リセット信号を一瞬の間送出する。これと同時に、垂直走査回路は、全行の転送制御線TにもHレベルの全転送信号を一瞬の間送出する。これにより、全画素のフォトダイオード210及びキャパシタCに蓄えられた画素信号がリセットトランジスタTRrを通じて放出されて、全画素のフォトダイオード210及びキャパシタCがリセットされる。   Next, the operation of the conventional solid-state imaging device will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 12, when the global shutter input mode of the short exposure method is assumed, the vertical scanning circuit simultaneously sets the H (high) level to the reset line R for all the rows according to the input of the trigger signal. Send all reset signals for a moment. At the same time, the vertical scanning circuit sends all transfer signals of H level to the transfer control lines T of all rows for a moment. As a result, the pixel signals stored in the photodiodes 210 and the capacitors C of all the pixels are emitted through the reset transistor TRr, and the photodiodes 210 and the capacitors C of all the pixels are reset.

続いて、垂直走査回路は、垂直同期信号をネゲート(無効)にする前に、Hレベルの全転送信号を一瞬の間再送出する。これにより、トランスファトランジスタTRtが短時間にわたりオフとされ、その間に全画素のフォトダイオード210が同時に露光状態とされる。全画素では、全転送信号の再送出時点でフォトダイオード210からトランスファトランジスタTRtを通じてキャパシタCに画素信号が移り、これらのキャパシタCに画素信号が一時的に蓄えられた状態となる。   Subsequently, the vertical scanning circuit retransmits all H level transfer signals for a moment before negating (invalidating) the vertical synchronization signal. As a result, the transfer transistor TRt is turned off for a short time, and the photodiodes 210 of all the pixels are simultaneously exposed in the meantime. In all pixels, the pixel signal is transferred from the photodiode 210 to the capacitor C through the transfer transistor TRt at the time when all the transfer signals are retransmitted, and the pixel signal is temporarily stored in these capacitors C.

続いて、垂直走査回路は、1行ごとにアドレス線選択信号を送出する。これにより、全画素同時露光による画素信号がセンスアンプ用トランジスタTRaに送られて増幅される。さらに、増幅された画素信号は、スイッチングトランジスタTRsを通じて信号線L1上に送出されて、画像信号を得ることができる。   Subsequently, the vertical scanning circuit transmits an address line selection signal for each row. As a result, the pixel signal obtained by simultaneous exposure of all pixels is sent to the sense amplifier transistor TRa and amplified. Further, the amplified pixel signal can be sent to the signal line L1 through the switching transistor TRs to obtain an image signal.

特開2004−159155号公報JP 2004-159155 A

しかしながら、前記従来の固体撮像素子は、フォトダイオード210とセンスアンプ用トランジスタTRaとの間に配置された容量Cは、通称FD(フローティングディフュージョン)部であって、暗電流が大きい。このため、1フレーム相当の時間に電荷を保持する画素においては、白きずが発生して、画質を低下させるという問題がある。   However, in the conventional solid-state imaging device, the capacitor C disposed between the photodiode 210 and the sense amplifier transistor TRa is a so-called FD (floating diffusion) portion and has a large dark current. For this reason, there is a problem that a pixel that retains electric charge for a time corresponding to one frame causes white defects and deteriorates image quality.

本発明は、前記従来の問題に鑑み、画質の低下を抑えたグローバル動作が可能な固体撮像素子を得られるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to obtain a solid-state imaging device capable of global operation while suppressing deterioration in image quality.

前記の目的を達成するため、本発明に係る固体撮像素子は、行列状に配置され、それぞれが受光量に応じた電気信号を出力する複数の画素と、列ごとに設けられ、対応する列の複数の画素から出力される電気信号を順次転送する複数の列信号線と、列ごとに設けられ、対応する列の列信号線を通して画素から転送された電気信号を保持する第1の保持回路と、第1の保持回路からの出力信号を保持する第2の保持回路とを備えていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention is arranged in a matrix, each provided with a plurality of pixels that output an electrical signal corresponding to the amount of received light, and for each column. A plurality of column signal lines that sequentially transfer electrical signals output from the plurality of pixels, and a first holding circuit that is provided for each column and holds the electrical signals transferred from the pixels through the column signal lines of the corresponding columns; And a second holding circuit for holding an output signal from the first holding circuit.

本発明の固体撮像素子によると、グローバル動作時において、受光量に応じた電気信号を画素回路から第1の保持回路に転送し、その後、第2の保持回路に転送して保持した後、フレームレート等の外部からの要求に見合った所定の待ち時間の経過後に、第2の保持回路から固体撮像素子の外部へ電気信号を出力することができる。このように、各画素から出力された電気信号を保持する2種類の保持回路を、回路面積の制約を受けにくい画素の外部に配置し、さらに、各保持回路には比較的に大きいキャパシタを用いる等して、長時間にわたって画素よりも低ノイズで電気信号を保持することが可能となる。   According to the solid-state imaging device of the present invention, during a global operation, an electrical signal corresponding to the amount of received light is transferred from the pixel circuit to the first holding circuit, then transferred to the second holding circuit and held, and then the frame An electrical signal can be output from the second holding circuit to the outside of the solid-state imaging device after a predetermined waiting time corresponding to an external request such as a rate has elapsed. In this way, two types of holding circuits that hold the electric signals output from each pixel are arranged outside the pixel that is not easily restricted by the circuit area, and a relatively large capacitor is used for each holding circuit. For example, it is possible to hold an electric signal with lower noise than a pixel for a long time.

本発明の固体撮像素子において、第1の保持回路は、対応する画素の初期化状態の第1の電気信号を保持する第1の容量と、対応する画素の受光後の第2の電気信号を保持する第2の容量とを有し、該固体撮像素子は、列ごとに設けられ、対応する列の第1の保持回路の第1の容量と第2の容量とに保持されている第1の電気信号と第2の電気信号との差分を取る差分回路をさらに備え、第2の保持回路は、差分回路における差分の電気信号を保持することが好ましい。   In the solid-state imaging device of the present invention, the first holding circuit receives the first capacitor that holds the first electric signal in the initialization state of the corresponding pixel, and the second electric signal after receiving light from the corresponding pixel. The solid-state imaging device is provided for each column, and is held in the first capacitor and the second capacitor of the first holding circuit in the corresponding column. It is preferable to further include a difference circuit that takes a difference between the second electric signal and the second electric signal, and the second holding circuit holds the difference electric signal in the difference circuit.

このようにすると、一の期間に対応する画素における初期化状態の複数の電気信号が出力され、その後、他の期間に対応する画素における受光後の複数の電気信号が出力される場合であっても、対応する画素の初期化信号と受光後の信号との差分を得ることができるため、画素単位1つ分の容量により構成された第2の保持回路に保持することによって各保持回路の面積を削減することができる。   In this case, a plurality of electric signals in an initialization state in a pixel corresponding to one period are output, and then a plurality of electric signals after light reception in a pixel corresponding to another period are output. In addition, since the difference between the initialization signal of the corresponding pixel and the signal after light reception can be obtained, the area of each holding circuit can be obtained by holding it in the second holding circuit constituted by the capacity of one pixel unit. Can be reduced.

本発明の固体撮像素子において、各画素は、受光量に応じた電荷を生成するフォトダイオードと、フォトダイオードの出力側と接続された転送トランジスタと、フォトダイオードにより生成され、転送トランジスタを介して転送された電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョン部と、フローティングディフュージョン部を初期化状態に設定するリセットトランジスタと、ゲートがフローティングディフュージョン部と接続され、フローティングディフュージョン部によって変換された電圧に応じた電気信号を出力する出力トランジスタとを有し、各画素は、所定の複数行ごとにグループ化されており、グループごとの画素に含まれる、リセットトランジスタ及び転送トランジスタのゲートは、グループごとに共通に接続されていてもよい。   In the solid-state imaging device of the present invention, each pixel is generated by a photodiode that generates a charge corresponding to the amount of received light, a transfer transistor connected to the output side of the photodiode, and transferred via the transfer transistor. The floating diffusion part that converts the generated charge into a voltage, the reset transistor that sets the floating diffusion part to the initialized state, and the gate is connected to the floating diffusion part, and an electric signal corresponding to the voltage converted by the floating diffusion part Each pixel is grouped into a plurality of predetermined rows, and the gates of the reset transistor and the transfer transistor included in the pixels of each group are commonly connected to each group. It may be.

このようにすると、一の期間に対応する画素における初期化状態の複数の電気信号を出力し、その後、他の期間に対応する画素における受光後の複数の電気信号を出力することができる。   In this way, it is possible to output a plurality of electrical signals in the initialized state in the pixels corresponding to one period, and then output a plurality of electrical signals after light reception in the pixels corresponding to other periods.

また、本発明の固体撮像素子において、第1の保持回路は、対応する画素の初期化状態の電気信号を保持する容量を有し、該固体撮像素子は、列ごとに設けられ、対応する列の第1の保持回路の容量に保持されている、対応する画素の初期化状態の第1の電気信号と、対応する画素の受光後の第1の電気信号との差分を取る差分回路をさらに備え、第2の保持回路は、差分回路における差分の電気信号を保持することが好ましい。   In the solid-state imaging device of the present invention, the first holding circuit has a capacity for holding an electrical signal in an initialization state of the corresponding pixel, and the solid-state imaging device is provided for each column, and the corresponding column A difference circuit for taking a difference between the first electric signal in the initialization state of the corresponding pixel held in the capacitor of the first holding circuit and the first electric signal after receiving light from the corresponding pixel; The second holding circuit preferably holds a difference electric signal in the difference circuit.

このようにすると、対応する画素における初期化状態の電気信号と対応する画素における受光後の電気信号とを交互に出力する場合であっても、対応する画素の初期化信号と受光後の信号との差分を得ることができるため、画素単位1つ分の容量により構成された第2の保持回路に保持することによって各保持回路の面積を削減することができる。   In this case, even when the electrical signal in the initialization state in the corresponding pixel and the electrical signal after light reception in the corresponding pixel are alternately output, the initialization signal of the corresponding pixel and the signal after light reception are Therefore, the area of each holding circuit can be reduced by holding in the second holding circuit configured by the capacity of one pixel unit.

本発明の固体撮像素子において、各画素は、受光量に応じた電荷を生成するフォトダイオードと、フォトダイオードの出力側と接続された転送トランジスタと、フォトダイオードにより生成され、転送トランジスタを介して転送された電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョン部と、フローティングディフュージョン部を初期化状態に設定するリセットトランジスタと、ゲートがフローティングディフュージョン部と接続され、フローティングディフュージョン部によって変換された電圧に応じた電気信号を出力する出力トランジスタとを有し、各画素は、複数行のリセットトランジスタのゲートに印加する信号が時間的に重なりを有すると共に、複数行の転送トランジスタのゲートに印加する信号が時間的に重なりを有していてもよい。   In the solid-state imaging device of the present invention, each pixel is generated by a photodiode that generates a charge corresponding to the amount of received light, a transfer transistor connected to the output side of the photodiode, and transferred via the transfer transistor. The floating diffusion part that converts the generated charge into a voltage, the reset transistor that sets the floating diffusion part to the initialized state, and the gate is connected to the floating diffusion part, and an electric signal corresponding to the voltage converted by the floating diffusion part Each pixel has a temporally overlapping signal applied to the gates of the reset transistors in a plurality of rows, and a temporally overlapping signal applied to the gates of the transfer transistors in the plurality of rows. Have It may be.

このようにすると、対応する画素における初期化状態の電気信号と、それと対応する画素における受光後の電気信号とを交互に出力することができる。   By doing this, it is possible to alternately output the electrical signal in the initialized state in the corresponding pixel and the electrical signal after light reception in the corresponding pixel.

本発明の固体撮像素子において、第1の保持回路及び第2の保持回路は、電気信号をアナログ値で保持してもよい。   In the solid-state imaging device of the present invention, the first holding circuit and the second holding circuit may hold the electrical signal as an analog value.

このようにすると、小さい容量で階調を保った信号を保持できる。   In this way, it is possible to hold a signal that maintains a gradation with a small capacity.

本発明の固体撮像素子において、第1の保持回路の容量値は、第2の保持回路の容量値よりも大きくてもよい。   In the solid-state imaging device of the present invention, the capacitance value of the first holding circuit may be larger than the capacitance value of the second holding circuit.

このようにすると、第1の保持回路に生じるノイズを第2の保持回路に生じるノイズよりも小さくすることができる。   In this way, noise generated in the first holding circuit can be made smaller than noise generated in the second holding circuit.

本発明に係る固体撮像素子によると、画質の低下を抑えたグローバル動作が可能な固体撮像素子を得ることができる。   According to the solid-state imaging device according to the present invention, it is possible to obtain a solid-state imaging device capable of global operation while suppressing deterioration in image quality.

本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the solid-state image sensor which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る固体撮像素子における画素の1列2行分の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example for 1 column 2 rows of the pixel in the solid-state image sensor which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の第1実施例に係る固体撮像素子における主要な信号の時間変化を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the time change of the main signal in the solid-state image sensing device concerning the 1st example of one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の第2実施例に係る固体撮像素子における主要な信号の時間変化を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the time change of the main signal in the solid-state image sensing device concerning the 2nd example of one embodiment of the present invention. (a)は本発明の一実施形態の第1実施例に係る固体撮像素子の出力形態を示すタイミングチャートである。(b)は本発明の一実施形態の第2実施例に係る固体撮像素子の出力形態を示すタイミングチャートである。(A) is a timing chart which shows the output form of the solid-state image sensor which concerns on 1st Example of one Embodiment of this invention. (B) is a timing chart which shows the output form of the solid-state image sensor which concerns on 2nd Example of 1 embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の第3実施例であって、第1実施例に係る固体撮像素子の保持回路を示す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram illustrating a holding circuit of the solid-state imaging device according to the first example of the first embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の第3実施例に係る保持回路及び差分回路の駆動タイミングチャートである。It is a drive timing chart of the holding circuit and difference circuit which concern on 3rd Example of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の第3実施例に係る保持回路及び差分回路の駆動タイミングチャートである。It is a drive timing chart of the holding circuit and difference circuit which concern on 3rd Example of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の第4実施例であって、第2実施例に係る固体撮像素子の保持回路を示す回路図である。FIG. 14 is a circuit diagram illustrating a holding circuit of the solid-state imaging device according to the second example, which is a fourth example of the embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の第4実施例に係る保持回路の駆動タイミングチャートである。It is a drive timing chart of the holding circuit which concerns on 4th Example of one Embodiment of this invention. 従来の固体撮像素子における1画素の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of 1 pixel in the conventional solid-state image sensor. 従来の固体撮像素子の動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining operation | movement of the conventional solid-state image sensor.

(一実施形態)
本発明の一実施形態について図1を参照しながら説明する。図1は本実施形態に係る固体撮像素子のブロック構成を示している。
(One embodiment)
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a block configuration of a solid-state imaging device according to the present embodiment.

図1に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子は、例えば、複数の画素が行列状に配置された画素回路1と、第1の保持回路2と、第1の差分回路3と、第2の保持回路4と、第2の差分回路5と、出力線6と、水平走査回路7と、垂直走査回路8とを備えている。   As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device according to this embodiment includes, for example, a pixel circuit 1 in which a plurality of pixels are arranged in a matrix, a first holding circuit 2, a first difference circuit 3, A second holding circuit 4, a second difference circuit 5, an output line 6, a horizontal scanning circuit 7, and a vertical scanning circuit 8 are provided.

画素回路1からは、基準出力と信号出力とが出力される。第1の保持回路2は、基準出力と信号出力、又は基準出力のみを保持する。第1の差分回路3は、第1の保持回路2に保持されている基準出力と信号出力との差分出力、又は第1の保持回路2に保持されている基準出力と画素回路1から出力される信号出力との差分出力を出力する。第2の保持回路4は、第1の差分回路3から出力される差分出力を保持する。第2の差分回路5は、第2の保持回路4に保持されている差分出力と基準電圧とを差分し、この差分信号は水平走査回路7の出力に同期して出力線6に出力される。垂直走査回路8は、画素回路1、第1の保持回路2及び第2の保持回路4にパルス信号を出力する。   A reference output and a signal output are output from the pixel circuit 1. The first holding circuit 2 holds the reference output and the signal output or only the reference output. The first difference circuit 3 is output from the difference output between the reference output and the signal output held in the first holding circuit 2 or the reference output and the pixel circuit 1 held in the first holding circuit 2. The difference output with the signal output is output. The second holding circuit 4 holds the difference output output from the first difference circuit 3. The second difference circuit 5 makes a difference between the difference output held in the second holding circuit 4 and the reference voltage, and this difference signal is output to the output line 6 in synchronization with the output of the horizontal scanning circuit 7. . The vertical scanning circuit 8 outputs a pulse signal to the pixel circuit 1, the first holding circuit 2, and the second holding circuit 4.

図2に画素回路1における1列2行分の画素の具体例を示す。図2において、符号1−1及び1−2はそれぞれ画素単位を示し、画素単位1−1は、フォトダイオード10と、転送トランジスタ11と、リセットトランジスタ12と、出力トランジスタ13とから構成される。画素単位1−2は、画素単位1−1と同様に、フォトダイオード15と、転送トランジスタ16と、リセットトランジスタ17と、出力トランジスタ18とから構成される。   FIG. 2 shows a specific example of pixels for one column and two rows in the pixel circuit 1. In FIG. 2, reference numerals 1-1 and 1-2 each indicate a pixel unit, and the pixel unit 1-1 includes a photodiode 10, a transfer transistor 11, a reset transistor 12, and an output transistor 13. Similarly to the pixel unit 1-1, the pixel unit 1-2 includes a photodiode 15, a transfer transistor 16, a reset transistor 17, and an output transistor 18.

画素単位1−1において、フォトダイオード10は、アノードが接地され、カソードが転送トランジスタ11のドレインと接続される。転送トランジスタ11は、ソースがリセットトランジスタ12のソース及び出力トランジスタ13のゲートと接続され、ゲートが端子23と接続される。転送トランジスタ11のソース、リセットトランジスタ12のソース及び出力トランジスタ13のゲートを含む領域は、フローティングディフュージョン部(以後、FD部と呼ぶ。)と呼ばれる拡散容量を形成する。リセットトランジスタ12は、ドレインが電源と接続され、ゲートが端子22と接続される。出力トランジスタ13は、ドレインが電源と接続され、ソースが行選択トランジスタ14のドレインと接続される。電流源20は列信号線21と接続される。行選択トランジスタ14は、ゲートが端子24と接続され、導通している際には、出力トランジスタ13と電流源20とによってソースフォロアを形成する。   In the pixel unit 1-1, the photodiode 10 has an anode grounded and a cathode connected to the drain of the transfer transistor 11. The transfer transistor 11 has a source connected to the source of the reset transistor 12 and the gate of the output transistor 13, and a gate connected to the terminal 23. A region including the source of the transfer transistor 11, the source of the reset transistor 12, and the gate of the output transistor 13 forms a diffusion capacitance called a floating diffusion portion (hereinafter referred to as an FD portion). The reset transistor 12 has a drain connected to the power supply and a gate connected to the terminal 22. The output transistor 13 has a drain connected to the power supply and a source connected to the drain of the row selection transistor 14. The current source 20 is connected to the column signal line 21. The row selection transistor 14 forms a source follower by the output transistor 13 and the current source 20 when the gate is connected to the terminal 24 and is conductive.

画素単位1−2においても、フォトダイオード15は、アノードが接地され、カソードが転送トランジスタ16のドレインと接続される。転送トランジスタ16は、ソースがリセットトランジスタ17のソース及び出力トランジスタ18のゲートと接続され、ゲートが端子26と接続される。転送トランジスタ16のソース、リセットトランジスタ17のソース及び出力トランジスタ18のゲートを含む領域は、FD部と呼ばれる拡散容量を形成する。リセットトランジスタ17は、ドレインが電源と接続され、ゲートが端子25と接続される。出力トランジスタ18は、ドレインが電源と接続され、ソースが行選択トランジスタ19のドレインと接続される。行選択トランジスタ19は、ゲートが端子27と接続され、導通している際には、出力トランジスタ18と電流源20とによってソースフォロアを形成する。   Also in the pixel unit 1-2, the photodiode 15 has an anode grounded and a cathode connected to the drain of the transfer transistor 16. The transfer transistor 16 has a source connected to the source of the reset transistor 17 and the gate of the output transistor 18, and a gate connected to the terminal 26. A region including the source of the transfer transistor 16, the source of the reset transistor 17, and the gate of the output transistor 18 forms a diffusion capacitance called an FD portion. The reset transistor 17 has a drain connected to the power supply and a gate connected to the terminal 25. The output transistor 18 has a drain connected to the power supply and a source connected to the drain of the row selection transistor 19. The row selection transistor 19 forms a source follower by the output transistor 18 and the current source 20 when the gate is connected to the terminal 27 and is conductive.

画素単位1−1及び1−2の各出力信号は、それぞれ行選択トランジスタ14、行選択トランジスタ19を介して列信号線21に出力される。列信号線21は、図1に示す第1の保持回路2に入力される。   The output signals of the pixel units 1-1 and 1-2 are output to the column signal line 21 via the row selection transistor 14 and the row selection transistor 19, respectively. The column signal line 21 is input to the first holding circuit 2 shown in FIG.

(一実施形態の第1実施例)
図3は本実施形態の第1実施例に係る固体撮像素子における主要な信号の時間変化を示すタイミングチャートである。
(First example of one embodiment)
FIG. 3 is a timing chart showing temporal changes of main signals in the solid-state imaging device according to the first example of the present embodiment.

図3には、図2に示した各端子に印加される制御信号が示されている。各制御信号は、印加される端子の符号にSを付した符号で表される。   FIG. 3 shows control signals applied to the terminals shown in FIG. Each control signal is represented by a symbol with S added to the symbol of an applied terminal.

図3に示す、信号S22は、端子22に印加されてリセットトランジスタ12のゲートに入力される。信号S23は、端子23に印加されて転送トランジスタ11のゲートに入力される。信号S24は、端子24に印加されて行選択トランジスタ14のゲートに入力される。信号S25は、端子25に印加されてリセットトランジスタ17のゲートに入力される。信号S26は、端子26に印加されて転送トランジスタ16のゲートに入力される。信号S27は、端子27に印加されて行選択トランジスタ19のゲートに入力される。信号SVは、列信号線21に出力される。   A signal S22 shown in FIG. 3 is applied to the terminal 22 and input to the gate of the reset transistor 12. The signal S23 is applied to the terminal 23 and input to the gate of the transfer transistor 11. The signal S24 is applied to the terminal 24 and input to the gate of the row selection transistor 14. The signal S25 is applied to the terminal 25 and input to the gate of the reset transistor 17. The signal S26 is applied to the terminal 26 and input to the gate of the transfer transistor 16. The signal S27 is applied to the terminal 27 and input to the gate of the row selection transistor 19. The signal SV is output to the column signal line 21.

以下に、第1実施例に係る固体撮像素子の第1の駆動方法について、図2及び図3を参照しながら説明する。   Below, the 1st drive method of the solid-state image sensor which concerns on 1st Example is demonstrated, referring FIG.2 and FIG.3.

図3に示すように、まず、期間t1において、信号S22、S24及びS25が“HIGH(ハイ)”となり、各画素単位のリセットトランジスタ12、17のゲートを“HIGH”にして導通させ、各画素単位のFD部を同時に電源と接続して初期状態とする。また、行選択トランジスタ14のゲートも“HIGH”にして導通させる。これにより、画素単位1−1の初期状態のFD部の電位が、出力トランジスタ13及び電流源20で構成されるソースフォロアを介して列信号線21に出力される(図3の信号SVの期間t1におけるVref値)。   As shown in FIG. 3, first, in a period t1, the signals S22, S24, and S25 are set to “HIGH (high)”, and the gates of the reset transistors 12 and 17 of each pixel unit are set to “HIGH” to be turned on. The unit's FD section is simultaneously connected to the power source to be in the initial state. Further, the gate of the row selection transistor 14 is also set to “HIGH” to make it conductive. As a result, the potential of the FD portion in the initial state of the pixel unit 1-1 is output to the column signal line 21 via the source follower including the output transistor 13 and the current source 20 (period of signal SV in FIG. 3). Vref value at t1).

次に、期間t2において、信号S22、S25及びS27が“HIGH”となり、各画素単位のリセットトランジスタ12、17のゲートを“HIGH”にして導通させ、各画素単位のFD部を同時に電源と接続して初期状態を維持する。また、行選択トランジスタ19のゲートが“HIGH”となって導通し、画素単位1−2の初期状態のFD部の電位が出力トランジスタ18及び電流源20で構成されるソースフォロアを介して列信号線21に出力される(図3の信号SVの期間t2のVref値)。   Next, in a period t2, the signals S22, S25, and S27 are set to “HIGH”, the gates of the reset transistors 12 and 17 for each pixel unit are set to “HIGH”, and the FD unit for each pixel unit is simultaneously connected to the power source. To maintain the initial state. Further, the gate of the row selection transistor 19 becomes “HIGH” and becomes conductive, and the potential of the FD portion in the initial state of the pixel unit 1-2 is a column signal via the source follower including the output transistor 18 and the current source 20. It is output to the line 21 (Vref value in the period t2 of the signal SV in FIG. 3).

次に、期間t3において、信号S22、S25が“HIGH”を維持し、信号S24、S27は“LOW(ロウ)”となる。なお、図2においては、2行分の画素を例としており、実際には、3行以上の画素単位を有する場合、期間t3においても、信号SVにはVref値が出力されることはいうまでもない。   Next, in a period t3, the signals S22 and S25 maintain “HIGH”, and the signals S24 and S27 become “LOW”. Note that in FIG. 2, pixels for two rows are taken as an example, and in fact, when the pixel unit has three or more rows, the Vref value is output to the signal SV even in the period t3. Nor.

次に、期間t4においては、すべての信号が“LOW”となる。   Next, in the period t4, all signals are “LOW”.

次に、期間t5においては、信号S23、S24及びS26が“HIGH”となり、各画素単位の転送トランジスタ11、16のゲートを“HIGH”にして導通させ、各画素単位のフォトダイオード10、15に蓄積された電荷をFD部に転送する。転送された電荷とFD部の容量とによって、出力トランジスタ13、18の各ゲートに電圧が発生する。また、行選択トランジスタ14のゲートも“HIGH”にして導通させ、画素単位1−1のFD部の電位が出力トランジスタ13及び電流源20で構成されるソースフォロアを介して列信号線21に出力される(図3の信号SVの期間t5のV1値)。   Next, in the period t5, the signals S23, S24, and S26 become “HIGH”, the gates of the transfer transistors 11 and 16 for each pixel unit are set to “HIGH”, and the transistors 10 and 15 for each pixel unit are turned on. The accumulated charge is transferred to the FD unit. A voltage is generated at each gate of the output transistors 13 and 18 by the transferred charge and the capacitance of the FD portion. In addition, the gate of the row selection transistor 14 is also set to “HIGH” to conduct, and the potential of the FD portion of the pixel unit 1-1 is output to the column signal line 21 via the source follower constituted by the output transistor 13 and the current source 20. (V1 value during the period t5 of the signal SV in FIG. 3).

次に、期間t6においては、信号S23、S26は“HIGH”を維持し、転送された電荷とFD部の容量とによって、出力トランジスタ13、18の各ゲートに電圧が発生し続ける。また、信号S27の“HIGH”によって、行選択トランジスタ19が導通し、画素単位1−2のFD部の電位が、出力トランジスタ18及び電流源20で構成されるソースフォロアを介して列信号線21に出力される(図3の信号SVの期間t6のV2値)。   Next, in the period t6, the signals S23 and S26 maintain “HIGH”, and voltage continues to be generated at the gates of the output transistors 13 and 18 due to the transferred charges and the capacitance of the FD portion. In addition, the row selection transistor 19 is turned on by “HIGH” of the signal S27, and the potential of the FD portion of the pixel unit 1-2 is changed to the column signal line 21 via the source follower including the output transistor 18 and the current source 20. (V2 value in period t6 of signal SV in FIG. 3).

以上、各画素単位1−1、1−2のリセットトランジスタ12、17を同時に導通させて、FD部の初期状態に対応した信号出力(Vref)をそれぞれ出力する期間T1と、各画素単位1−1、1−2の転送トランジスタ11、16を同時に導通させて、フォトダイオード10、15に蓄積した電荷に対応した信号出力(V1、V2)を出力する期間T2とを有する画素回路1の第1の駆動方法を説明した。   As described above, the period T1 during which the reset transistors 12 and 17 of the pixel units 1-1 and 1-2 are simultaneously turned on to output the signal output (Vref) corresponding to the initial state of the FD unit, and the pixel unit 1- The first and second transfer transistors 11 and 16 are simultaneously turned on, and a first period of the pixel circuit 1 having a period T2 in which signal outputs (V1 and V2) corresponding to the charges accumulated in the photodiodes 10 and 15 are output. The driving method has been described.

(一実施形態の第2実施例)
図4は本実施形態の第2実施例に係る固体撮像素子における主要な信号の時間変化を示すタイミングチャートである。
(Second example of one embodiment)
FIG. 4 is a timing chart showing temporal changes of main signals in the solid-state imaging device according to the second example of the present embodiment.

図4には、図2に示した各端子に印加される制御信号が示されている。各制御信号は、印加される端子の符号にSを付した符号で表される。図4に示す、各信号S22〜S27及びSVは、図3に示した信号と同一であり、ここでは説明を省略する。   FIG. 4 shows control signals applied to the terminals shown in FIG. Each control signal is represented by a symbol with S added to the symbol of an applied terminal. The signals S22 to S27 and SV shown in FIG. 4 are the same as the signals shown in FIG.

以下に、第2実施例に係る固体撮像素子の第2の駆動方法について、図2及び図4を参照しながら説明する。   Hereinafter, a second driving method of the solid-state imaging device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.

図4に示す、信号S22は端子22に印加される信号であって、画素単位1−1のリセットトランジスタ12のゲートに印加されて、該リセットトランジスタ12を期間t1、t2及びt3の間導通させる。信号S23は端子23に印加される信号であって、画素単位1−1の転送トランジスタ11のゲートに印加されて、該転送トランジスタ11を期間t7、t8の間導通させる。信号S24は端子24に印加する信号であって、画素単位1−1の行選択トランジスタ14のゲートに印加されて、該行選択トランジスタ14を期間t3、t9の間導通させる。信号S25は端子25に印加される信号であって、画素単位1−2のリセットトランジスタ17のゲートに印加されて、該リセットトランジスタ17を期間t2、t3、t4及びt5の間導通させる。信号S26は端子26に印加される信号であって、画素単位1−2の転送トランジスタ16のゲートに印加されて、該転送トランジスタ16を期間t8、t9及びt10の間導通させる。信号S27は端子27に印加される信号であって、画素単位1−2の行選択トランジスタ19のゲートに印加されて、該行選択トランジスタ19を期間t5、t11の間導通させる。画素単位1−1のリセットトランジスタ12と画素単位1−2のリセットトランジスタ17とに印加される信号S22及びS25は、同時に“HIGH”となる期間が期間t2及びt3であり、期間t1と期間t4+t5との時間幅が同一であれば、信号S25は信号S22と同一の“HIGH”期間を持ち、従って、期間t1だけ遅れた信号となる。同様に、画素単位1−1の転送トランジスタ11と画素単位1−2の転送トランジスタ15に印加される信号S23及びS26は、同時に“HIGH”となる期間は期間t8であり、期間t7と期間t9+t10との時間幅が同一であれば、信号S26は信号S23と同一の“HIGH”期間を持ち、従って、期間t7だけ遅れた信号となる。   A signal S22 shown in FIG. 4 is a signal applied to the terminal 22, and is applied to the gate of the reset transistor 12 of the pixel unit 1-1 to make the reset transistor 12 conductive during the periods t1, t2, and t3. . The signal S23 is a signal applied to the terminal 23, and is applied to the gate of the transfer transistor 11 of the pixel unit 1-1 to make the transfer transistor 11 conductive during the periods t7 and t8. The signal S24 is a signal applied to the terminal 24, and is applied to the gate of the row selection transistor 14 of the pixel unit 1-1 to make the row selection transistor 14 conductive during the periods t3 and t9. The signal S25 is applied to the terminal 25 and is applied to the gate of the reset transistor 17 of the pixel unit 1-2 to make the reset transistor 17 conductive during the periods t2, t3, t4, and t5. The signal S26 is a signal applied to the terminal 26, and is applied to the gate of the transfer transistor 16 of the pixel unit 1-2 to make the transfer transistor 16 conductive during the periods t8, t9, and t10. The signal S27 is a signal applied to the terminal 27, and is applied to the gate of the row selection transistor 19 of the pixel unit 1-2 to make the row selection transistor 19 conductive during the periods t5 and t11. The signals S22 and S25 applied to the reset transistor 12 in the pixel unit 1-1 and the reset transistor 17 in the pixel unit 1-2 are simultaneously “HIGH” during the periods t2 and t3. The periods t1 and t4 + t5 , The signal S25 has the same “HIGH” period as the signal S22, and is therefore a signal delayed by the period t1. Similarly, the signals S23 and S26 applied to the transfer transistor 11 of the pixel unit 1-1 and the transfer transistor 15 of the pixel unit 1-2 are “HIGH” at the same time, the period t8, and the periods t7 and t9 + t10. , The signal S26 has the same “HIGH” period as the signal S23, and is therefore a signal delayed by the period t7.

まず、画素単位1−1について説明する。   First, the pixel unit 1-1 will be described.

図4に示すように、期間t1、t2及びt3において、信号S22が“HIGH”となり、リセットトランジスタ12のゲートが“HIGH”となって導通し、FD部を電源と接続して初期状態とする。期間t3において、信号S24が“HIGH”となるため、行選択トランジスタ14のゲートが“HIGH”となって導通する。これにより、初期状態のFD部の電位が、出力トランジスタ13及び電流源20で構成されるソースフォロアを介して列信号線21に出力される(図4の信号SVの期間t3のVref値)。   As shown in FIG. 4, in the periods t1, t2 and t3, the signal S22 becomes “HIGH”, the gate of the reset transistor 12 becomes “HIGH” and becomes conductive, and the FD portion is connected to the power source to be in the initial state. . In the period t3, since the signal S24 becomes “HIGH”, the gate of the row selection transistor 14 becomes “HIGH” and becomes conductive. As a result, the potential of the FD portion in the initial state is output to the column signal line 21 via the source follower constituted by the output transistor 13 and the current source 20 (Vref value in the period t3 of the signal SV in FIG. 4).

続いて、期間t7、t8において、信号S23が“HIGH”となり、転送トランジスタ11のゲートを“HIGH”にして導通させる。これにより、画素単位1−1のフォトダイオード10に蓄積された電荷がFD部に転送される。転送された電荷とFD部の容量とによって出力トランジスタ13のゲートに電圧が発生する。期間t9において、信号24が再び“HIGH”となるため、行選択トランジスタ14のゲートは“HIGH”となって導通する。FD部の電位が出力トランジスタ13及び電流源20で構成されるソースフォロアを介して列信号線21に出力される(図4の信号SVの期間t9のV1値)。   Subsequently, in the periods t7 and t8, the signal S23 becomes “HIGH”, and the gate of the transfer transistor 11 is set to “HIGH” to be conducted. Thereby, the electric charge accumulated in the photodiode 10 of the pixel unit 1-1 is transferred to the FD portion. A voltage is generated at the gate of the output transistor 13 by the transferred charge and the capacitance of the FD portion. In the period t9, since the signal 24 becomes “HIGH” again, the gate of the row selection transistor 14 becomes “HIGH” and becomes conductive. The potential of the FD portion is output to the column signal line 21 via the source follower including the output transistor 13 and the current source 20 (V1 value in the period t9 of the signal SV in FIG. 4).

次に、画素単位1−2について説明する。   Next, the pixel unit 1-2 will be described.

期間t2、t3、t4及びt5において、信号S25が“HIGH”となり、リセットトランジスタ17のゲートが“HIGH”となって導通し、FD部を電源と接続して初期状態とする。期間t5において、信号27が“HIGH”となるため、行選択トランジスタ19のゲートが“HIGH”となって導通する。これにより、初期状態のFD部の電位が、出力トランジスタ18及び電流源20で構成されるソースフォロアを介して列信号線21に出力される(図4の信号SVの期間t5のVref値)。   In periods t2, t3, t4, and t5, the signal S25 becomes “HIGH”, the gate of the reset transistor 17 becomes “HIGH”, and the FD portion is connected to the power source to be in an initial state. In the period t5, since the signal 27 becomes “HIGH”, the gate of the row selection transistor 19 becomes “HIGH” and becomes conductive. As a result, the potential of the FD portion in the initial state is output to the column signal line 21 via the source follower constituted by the output transistor 18 and the current source 20 (Vref value in the period t5 of the signal SV in FIG. 4).

続いて、期間t8、t9及びt10において、信号S26が“HIGH”となり、転送トランジスタ16のゲートを“HIGH”にして導通させる。これにより、画素1−2のフォトダイオード15に蓄積された電荷がFD部に転送される。転送された電荷とFD部の容量とのよって出力トランジスタ18のゲートに電圧が発生する。期間t11において、信号S27が再び“HIGH”となるため、行選択トランジスタ19のゲートは“HIGH”となって導通する。FD部の電位が出力トランジスタ18及び電流源20で構成されるソースフォロアを介して列信号線21に出力される(図4の信号SVの期間t11のV2値)。   Subsequently, in the periods t8, t9, and t10, the signal S26 becomes “HIGH”, and the gate of the transfer transistor 16 is set to “HIGH” to be conducted. Thereby, the electric charge accumulated in the photodiode 15 of the pixel 1-2 is transferred to the FD portion. A voltage is generated at the gate of the output transistor 18 due to the transferred charge and the capacitance of the FD portion. In the period t11, since the signal S27 becomes “HIGH” again, the gate of the row selection transistor 19 becomes “HIGH” and becomes conductive. The potential of the FD portion is output to the column signal line 21 via the source follower including the output transistor 18 and the current source 20 (V2 value in the period t11 of the signal SV in FIG. 4).

ここで、期間t1、t4+t5、t7及びt9+t10の時間幅が同一(この時間幅をtとする)とすると、画素単位1−1から列信号線21に出力される出力信号SVは、期間t3のVref及び期間t9のV1となり、画素単位1−2から列信号線21に出力される出力信号SVは、期間t5のVref及び期間t11のV2となる。従って、画素単位1−2の出力は、画素単位1−1の出力よりも時間幅tだけ遅れた出力形式となる。   Here, if the time widths of the periods t1, t4 + t5, t7, and t9 + t10 are the same (this time width is assumed to be t), the output signal SV output from the pixel unit 1-1 to the column signal line 21 is in the period t3. Vref and V1 in the period t9, and the output signal SV output from the pixel unit 1-2 to the column signal line 21 becomes Vref in the period t5 and V2 in the period t11. Accordingly, the output of the pixel unit 1-2 has an output format delayed by the time width t from the output of the pixel unit 1-1.

以上、行が異なる画素単位におけるリセットトランジスタ12、17、及び転送トランジスタ11、16に印加する信号が、同一の時間幅tだけ遅れて印加される画素回路1の第2の駆動方法を説明した。   As described above, the second driving method of the pixel circuit 1 in which the signals applied to the reset transistors 12 and 17 and the transfer transistors 11 and 16 in the pixel units in different rows are applied with a delay by the same time width t has been described.

図5(a)及び図5(b)に行方向に画素単位が3行以上に配置された場合の列信号線21に出力される出力波形を示す。   5A and 5B show output waveforms output to the column signal line 21 when the pixel unit is arranged in three or more rows in the row direction.

図5(a)は、図3に示した第1の駆動方法と対応しており、複数行の画素単位のリセットトランジスタを同時に導通させ、その後、転送トランジスタを同時に導通させる場合の出力波形である。FD部の初期状態に対応した複数の信号出力Vrefが出力された後、フォトダイオードに蓄積した電荷に対応した各信号出力V1、V2、V3、V4及びV5が出力される。   FIG. 5A corresponds to the first driving method shown in FIG. 3, and shows an output waveform when the reset transistors of the pixel units in a plurality of rows are simultaneously turned on and then the transfer transistors are turned on simultaneously. . After a plurality of signal outputs Vref corresponding to the initial state of the FD section are output, signal outputs V1, V2, V3, V4 and V5 corresponding to the charges accumulated in the photodiode are output.

図5(b)は、図4に示した第2の駆動方法と対応しており、画素単位のリセットトランジスタ及び転送トランジスタに印加する信号が同一の時間幅だけ遅れて印加される場合の出力波形である。FD部の初期状態に対応した信号出力Vrefが1画素分出力された後、フォトダイオードに蓄積された電荷に対応した1画素分の信号出力V1が出力される。その後、Vref、V2、Vref、V3、Vref、V4、Vref及びV5とFD部の初期状態に対応した信号出力とフォトダイオードに蓄積された電荷に対応した1画素分の信号出力とが交互に出力される。   FIG. 5B corresponds to the second driving method shown in FIG. 4, and an output waveform when signals applied to the reset transistor and the transfer transistor in units of pixels are applied with a delay of the same time width. It is. After the signal output Vref corresponding to the initial state of the FD portion is output for one pixel, the signal output V1 for one pixel corresponding to the charge accumulated in the photodiode is output. After that, Vref, V2, Vref, V3, Vref, V4, Vref and V5, and a signal output corresponding to the initial state of the FD section and a signal output for one pixel corresponding to the charge accumulated in the photodiode are alternately output. Is done.

(一実施形態の第3実施例)
図6に、第1実施例と対応する第3実施例として、列信号線21に図5(a)に示すFD部の初期状態と対応した複数の信号出力Vrefが出力された後、フォトダイオードに蓄積された電荷と対応した信号出力V1、V2、V3、V4及びV5が出力される場合の、第1の保持回路と差分回路と第2の保持回路との1列2行分を示す。
(Third example of one embodiment)
FIG. 6 shows a third embodiment corresponding to the first embodiment, in which a plurality of signal outputs Vref corresponding to the initial state of the FD section shown in FIG. 2 shows one column and two rows of the first holding circuit, the difference circuit, and the second holding circuit when the signal outputs V1, V2, V3, V4, and V5 corresponding to the charges accumulated in are output.

図6に示すように、トランジスタ30、31、32、33、36、40、41、42、43、46、48、51、52、54、801、802、803、804、816及び815の各ゲートは、端子61、64、62、63、60、66、69、67、68、65、70、71、73、74、822、821、824、823、825及び826とそれぞれ接続されている。   As shown in FIG. 6, the gates of the transistors 30, 31, 32, 33, 36, 40, 41, 42, 43, 46, 48, 51, 52, 54, 801, 802, 803, 804, 816 and 815 Are connected to terminals 61, 64, 62, 63, 60, 66, 69, 67, 68, 65, 70, 71, 73, 74, 822, 821, 824, 823, 825 and 826, respectively.

容量34はトランジスタ30、32と接続され、容量35はトランジスタ31、33と接続され、容量44はトランジスタ40、42と接続され、容量45はトランジスタ41、43と接続され、容量49、50は出力線56と接続され、容量53はトランジスタ52と接続され、容量55はトランジスタ54と接続されている。容量813、814は出力線805と接続されている。   The capacitor 34 is connected to the transistors 30 and 32, the capacitor 35 is connected to the transistors 31 and 33, the capacitor 44 is connected to the transistors 40 and 42, the capacitor 45 is connected to the transistors 41 and 43, and the capacitors 49 and 50 are output. Connected to the line 56, the capacitor 53 is connected to the transistor 52, and the capacitor 55 is connected to the transistor 54. The capacitors 813 and 814 are connected to the output line 805.

トランジスタ37、47は、それぞれトランジスタ36、46が導通した際に、電流源38と共にソースフォロアを形成する。   The transistors 37 and 47 form a source follower together with the current source 38 when the transistors 36 and 46 are turned on, respectively.

ここで、符号75が第1の保持回路を示し、符号76が第1の差分回路を示し、符号77が第2の保持回路を示し、符号820が第2の差分回路を示す。   Here, reference numeral 75 indicates a first holding circuit, reference numeral 76 indicates a first difference circuit, reference numeral 77 indicates a second holding circuit, and reference numeral 820 indicates a second difference circuit.

図7は、第3実施例に係る固体撮像素子の第1の保持回路と第1の差分回路と第2の保持回路とにおける主要な信号の時間変化を示すタイミングチャートである。また、図8は第2の保持回路と第2の差分回路との時間変化を示すタイミングチャートである。   FIG. 7 is a timing chart showing temporal changes of main signals in the first holding circuit, the first difference circuit, and the second holding circuit of the solid-state imaging device according to the third embodiment. FIG. 8 is a timing chart showing temporal changes between the second holding circuit and the second difference circuit.

図7には、図6に示した各端子に印加される制御信号が示されている。各制御信号は、印加される端子の符号にSを付した符号で表される。   FIG. 7 shows control signals applied to the terminals shown in FIG. Each control signal is represented by a symbol with S added to the symbol of an applied terminal.

図7に示す、信号S21は、列信号線21に出力される出力信号を示す。信号S60は、端子60に印加されてトランジスタ36のゲートに入力される。信号S61は、端子61に印加されてトランジスタ30のゲートに入力される。信号S64は、端子64に印加されてトランジスタ31のゲートに入力される。信号S62は、端子62に印加されてトランジスタ32のゲートに入力される。信号S63は、端子63に印加されてトランジスタ33のゲートに入力される。信号S65は、端子65に印加されてトランジスタ46のゲートに入力される。信号S66は、端子66に印加されてトランジスタ40のゲートに入力される。信号S69は、端子69に印加されてトランジスタ41のゲートに入力される。信号S67は、端子67に印加されてトランジスタ42のゲートに入力される。信号S68は、端子68に印加されてトランジスタ43のゲートに入力される。信号S70は、端子70に印加されてトランジスタ48のゲートに入力される。信号S71は、端子71に印加されてトランジスタ51のゲートに入力される。信号S73は、端子73に印加されてトランジスタ52のゲートに入力される。信号S74は、端子74に印加されてトランジスタ54のゲートに入力される。   A signal S21 illustrated in FIG. 7 indicates an output signal output to the column signal line 21. The signal S60 is applied to the terminal 60 and input to the gate of the transistor 36. The signal S61 is applied to the terminal 61 and input to the gate of the transistor 30. The signal S64 is applied to the terminal 64 and input to the gate of the transistor 31. The signal S62 is applied to the terminal 62 and input to the gate of the transistor 32. The signal S63 is applied to the terminal 63 and input to the gate of the transistor 33. The signal S65 is applied to the terminal 65 and input to the gate of the transistor 46. The signal S66 is applied to the terminal 66 and input to the gate of the transistor 40. The signal S69 is applied to the terminal 69 and input to the gate of the transistor 41. The signal S67 is applied to the terminal 67 and input to the gate of the transistor 42. The signal S68 is applied to the terminal 68 and input to the gate of the transistor 43. The signal S70 is applied to the terminal 70 and input to the gate of the transistor 48. The signal S71 is applied to the terminal 71 and input to the gate of the transistor 51. The signal S73 is applied to the terminal 73 and input to the gate of the transistor 52. The signal S74 is applied to the terminal 74 and input to the gate of the transistor 54.

以下に、第3実施例に係る固体撮像素子の第1の駆動方法について、図6及び図7を参照しながら説明する。   Below, the 1st drive method of the solid-state image sensor which concerns on 3rd Example is demonstrated, referring FIG.6 and FIG.7.

図7において、信号S21は列信号線21に出力される信号であり、FD部の初期状態と対応した複数の信号出力Vrefが出力された後、フォトダイオードに蓄積された電荷に対応した信号出力V1、V2、V3、V4及びV5が順次出力される。   In FIG. 7, a signal S21 is a signal output to the column signal line 21, and after a plurality of signal outputs Vref corresponding to the initial state of the FD section are output, a signal output corresponding to the charge accumulated in the photodiode is output. V1, V2, V3, V4 and V5 are sequentially output.

まず、期間t1において、信号S61が“HIGH”となって、トランジスタ30が導通する。列信号線21には1行目の画素単位のVref信号が出力されているため、Vref値が容量34に保持される。   First, in a period t1, the signal S61 becomes “HIGH” and the transistor 30 is turned on. Since the Vref signal for each pixel in the first row is output to the column signal line 21, the Vref value is held in the capacitor 34.

期間t2において、信号S66が“HIGH”となって、トランジスタ40が導通する。列信号線21には2行目の画素単位のVref信号が出力されているため、Vref値が容量44に保持される。   In the period t2, the signal S66 becomes “HIGH” and the transistor 40 is turned on. Since the Vref signal for each pixel in the second row is output to the column signal line 21, the Vref value is held in the capacitor 44.

期間t3において、列信号線21には3行目、4行目及び5行目の各画素単位のVref信号が順に出力されているため、Vref値が対応する容量(図示せず)に保持される。   In the period t3, the Vref signal for each pixel of the third row, the fourth row, and the fifth row is sequentially output to the column signal line 21, so that the Vref value is held in a corresponding capacitor (not shown). The

期間t4の後の期間t5において、信号S64が“HIGH”となって、トランジスタ31が導通する。列信号線21には1行目の画素単位の信号出力V1が出力されているため、V1値が容量35に保持される。   In a period t5 after the period t4, the signal S64 becomes “HIGH” and the transistor 31 is turned on. Since the column signal line 21 outputs the signal output V1 of the pixel unit in the first row, the V1 value is held in the capacitor 35.

期間t6、t7において、信号69が“HIGH”となって、トランジスタ41が導通する。列信号線21には2行目の画素単位の信号出力V2が出力されているため、V2値が容量45に保持される。   In the periods t6 and t7, the signal 69 becomes “HIGH” and the transistor 41 is turned on. Since the column signal line 21 outputs the signal output V2 of the pixel unit in the second row, the V2 value is held in the capacitor 45.

一方、期間t6、t7の前半の期間t6においては、信号S60、S62、S70及びS71が“HIGH”となって、各トランジスタ36、32、48及び51が導通する。トランジスタ32、36及び48が導通することにより、容量34に保持されていた1行目の単位画素のVref値が、トランジスタ37及び電流源38で形成されるソースフォロアを介して、容量49の上部電極に導かれる。端子72にはバイアス電圧Vbが印加されており、トランジスタ51が導通することにより、バイアス電圧Vbが容量49の下部電極に導かれる。従って、容量49の電極間には電圧((Vref−Vt)−Vb)が保持される。ここで、Vtはトランジスタ37の閾値電圧である。これにより、容量50にはVb値が保持されると共に、第1の差分回路76の出力線56にもVb値が出力される。   On the other hand, in the period t6 in the first half of the periods t6 and t7, the signals S60, S62, S70, and S71 are “HIGH”, and the transistors 36, 32, 48, and 51 are turned on. When the transistors 32, 36, and 48 are turned on, the Vref value of the unit pixel in the first row held in the capacitor 34 is transferred to the upper portion of the capacitor 49 via the source follower formed by the transistor 37 and the current source 38. Guided to the electrode. A bias voltage Vb is applied to the terminal 72, and the bias voltage Vb is guided to the lower electrode of the capacitor 49 when the transistor 51 is turned on. Accordingly, a voltage ((Vref−Vt) −Vb) is held between the electrodes of the capacitor 49. Here, Vt is a threshold voltage of the transistor 37. As a result, the Vb value is held in the capacitor 50 and the Vb value is also output to the output line 56 of the first difference circuit 76.

続く期間t7においては、信号S60、S63、S70及びS73が“HIGH”となって、トランジスタ36、33、48及び52が導通する。トランジスタ33、36及び48が導通することにより、容量35に保持されていた1行目の単位画素のV1値が、トランジスタ37及び電流源38で形成されるソースフォロアを介して、容量49の上部電極に電圧(V1−Vt)値として導かれる。容量49の上部電極は、期間t6における(Vref−Vt)値に対し、期間t7においては(V1−Vt)となり、その電圧変化は(Vref−V1)となる。また、第1の差分回路76の出力線56には、この電圧変化を容量49(容量値C49)と容量50(容量値C50)との分圧値{(Vref-V1)×(C50/(C49+C50))}がVb値から変化する。トランジスタ52が導通しているため、容量53には電圧値[Vb-{(Vref-V1)×(C50/(C49+C50))}]が保持される。   In the subsequent period t7, the signals S60, S63, S70, and S73 are “HIGH”, and the transistors 36, 33, 48, and 52 are turned on. When the transistors 33, 36, and 48 are turned on, the V1 value of the unit pixel in the first row held in the capacitor 35 is passed through the source follower formed by the transistor 37 and the current source 38 to the upper portion of the capacitor 49. A voltage (V1-Vt) value is introduced to the electrodes. The upper electrode of the capacitor 49 becomes (V1-Vt) in the period t7 with respect to the (Vref-Vt) value in the period t6, and the voltage change becomes (Vref-V1). Further, this voltage change is applied to the output line 56 of the first difference circuit 76 by dividing the voltage 49 (capacitance value C49) and the capacitance 50 (capacitance value C50) by the divided voltage value {(Vref−V1) × (C50 / ( C49 + C50))} changes from the Vb value. Since the transistor 52 is conductive, the capacitor 53 holds the voltage value [Vb − {(Vref−V1) × (C50 / (C49 + C50))}].

次に、期間t8、t9においては、期間t6、t7と同様に、まず期間t8において、信号S65、S67、S70及びS71が“HIGH”となって、トランジスタ46、42、48及び51が導通する。トランジスタ42、46及び48が導通することにより、容量44に保持されていた2行目の単位画素のVref値が、トランジスタ47及び電流源38で形成されるソースフォロアを介して、容量49の上部電極に導かれる。端子72にはバイアス電圧Vbが印加されており、トランジスタ51が導通することにより、バイアス電圧Vb値が容量49の下部電極に導かれる。従って、容量49の電極間には電圧((Vref−Vt)−Vb)が保持され、容量50にはVb値が保持されると共に、第1の差分回路76の出力線56にもVb値が出力される。   Next, in the periods t8 and t9, as in the periods t6 and t7, first, in the period t8, the signals S65, S67, S70, and S71 are “HIGH”, and the transistors 46, 42, 48, and 51 are turned on. . When the transistors 42, 46, and 48 are turned on, the Vref value of the unit pixel in the second row held in the capacitor 44 is transferred to the upper portion of the capacitor 49 via the source follower formed by the transistor 47 and the current source 38. Guided to the electrode. A bias voltage Vb is applied to the terminal 72. When the transistor 51 is turned on, the bias voltage Vb value is guided to the lower electrode of the capacitor 49. Therefore, the voltage ((Vref−Vt) −Vb) is held between the electrodes of the capacitor 49, the Vb value is held in the capacitor 50, and the Vb value is also in the output line 56 of the first difference circuit 76. Is output.

続く期間t9においては、信号S65、S68、S70及びS74が“HIGH”となって、トランジスタ46、43、48、54が導通する。トランジスタ43、46及び48が導通することにより、容量45に保持されていた2行目の単位画素のV2値が、トランジスタ47及び電流源38で形成されるソースフォロアを介して、容量49の上部電極に電圧(V2−Vt)値として導かれる。容量49の上部電極は、期間t8の(Vref−Vt)値に対し、期間t9においては(V2−Vt)となり、その電圧変化は(Vref−V2)となる。また、第1の差分回路76の出力線56には、この電圧変化を容量49(容量値C49)と容量50(容量値C50)との分圧値{(Vref−V2)×(C50/(C49+C50))}がVb値から変化して出力される。さらに、トランジスタ54が導通しているため、容量55には電圧値[Vb−{(Vref−V2)×(C50/(C49+C50))}]が保持される。すなわち、容量34、35、44及び45と複数のトランジスタとから構成される第1の保持回路75において、FD部の初期状態と対応した信号出力Vrefと、フォトダイオードに蓄積された電荷に対応した信号出力V1、V2、V3、V4及びV5とに、単位画素当たり2個の容量を用いているのに対し、第1の差分回路76によりそれらの差分信号を出力して、単位画素当たり1個の容量を用いる第2の保持回路77に保持したことになる。 In the subsequent period t9, the signals S65, S68, S70, and S74 are “HIGH”, and the transistors 46, 43, 48, and 54 are turned on. When the transistors 43, 46, and 48 are turned on, the V2 value of the unit pixel in the second row held in the capacitor 45 passes through the source follower formed by the transistor 47 and the current source 38 to the upper part of the capacitor 49. It is guided to the electrode as a voltage (V2-Vt) value. The upper electrode of the capacitor 49 becomes (V2−Vt) in the period t9 with respect to the (Vref−Vt) value in the period t8, and the voltage change becomes (Vref−V2). In addition, this voltage change is applied to the output line 56 of the first difference circuit 76 by dividing the divided value {(Vref−V2) × (C50 / (C50) (capacitance value C49) and capacitance 50 (capacitance value C50). C49 + C50))} changes from the Vb value and is output. Further, since the transistor 54 is conductive, the capacitor 55 holds the voltage value [Vb − {(Vref−V2) × (C50 / (C49 + C50))}]. That is, in the first holding circuit 75 including the capacitors 34, 35, 44, and 45 and a plurality of transistors, the signal output Vref corresponding to the initial state of the FD portion and the charge accumulated in the photodiode are supported. While two capacitors per unit pixel are used for the signal outputs V1, V2, V3, V4, and V5, the first difference circuit 76 outputs those difference signals, and one capacitor per unit pixel. It is held in the second holding circuit 77 using the capacity of.

次に、期間t10以降の説明を図8に基づいて説明する。   Next, the description after the period t10 will be described with reference to FIG.

図8に示すように、期間t11及び期間t12において、第2の保持回路77の容量53に蓄積された信号を読み出す。まず、期間t11において、信号S821、信号S825及び信号S826が“HIGH”となって、トランジスタ802、トランジスタ816及びトランジスタ815が導通状態となる。これにより、容量53に蓄積された信号がトランジスタ802、トランジスタ806及びトランジスタ816を通じて容量813の上部電極に伝わる。これと同時に、端子827に設定された電圧がトランジスタ815を通じて容量813の下部電極に伝わる。   As shown in FIG. 8, the signal accumulated in the capacitor 53 of the second holding circuit 77 is read in the period t11 and the period t12. First, in the period t11, the signal S821, the signal S825, and the signal S826 are set to “HIGH”, and the transistor 802, the transistor 816, and the transistor 815 are turned on. Accordingly, the signal accumulated in the capacitor 53 is transmitted to the upper electrode of the capacitor 813 through the transistor 802, the transistor 806, and the transistor 816. At the same time, the voltage set at the terminal 827 is transmitted to the lower electrode of the capacitor 813 through the transistor 815.

続く期間t12において、信号S822が“HIGHとなり、信号S826が”LOW“となるため、トランジスタ801を通じて電圧値Vref2が容量813の上部電極に伝わる。この後は、上述した第1の差分回路76の説明と同様に、容量813と容量814との分圧値が信号線805に出力される。   In the subsequent period t12, since the signal S822 becomes “HIGH” and the signal S826 becomes “LOW”, the voltage value Vref2 is transmitted to the upper electrode of the capacitor 813 through the transistor 801. Thereafter, the first difference circuit 76 of the first difference circuit 76 described above. Similarly to the description, the divided values of the capacitors 813 and 814 are output to the signal line 805.

続く期間t13及び期間t14においては、容量55の信号における容量813と容量814との分圧値が信号線805に出力される。この第2の差分回路820を動作させることにより、トランジスタ806、トランジスタ807の閾値電圧値のばらつきを補償できる。   In the subsequent period t13 and period t14, the divided value of the capacitor 813 and the capacitor 814 in the signal of the capacitor 55 is output to the signal line 805. By operating the second difference circuit 820, variations in threshold voltage values of the transistors 806 and 807 can be compensated.

なお、第1の保持回路75を構成する容量の容量値は、第2の保持回路77を構成する容量の容量値よりも大きくしている。これは第1の保持回路75の容量の数が第2の保持回路77の容量の数よりも少なく、また、容量値が大きい方がkTCノイズ(熱ノイズ)が小さくなるためである。   Note that the capacitance value of the capacitor constituting the first holding circuit 75 is larger than the capacitance value of the capacitor constituting the second holding circuit 77. This is because the number of capacitors of the first holding circuit 75 is smaller than the number of capacitors of the second holding circuit 77, and the kTC noise (thermal noise) becomes smaller as the capacitance value is larger.

(一実施形態の第4実施例)
図9に、第2実施例と対応する第4実施例として、列信号線21に図5(b)に示すFD部の初期状態と対応した信号出力Vrefが1画素分出力された後、フォトダイオードに蓄積された電荷と対応した1画素分の信号出力V1が出力され、その後、信号出力Vref、V2、Vref、V3、Vref、V4、Vref及びV5等のように、FD部の初期状態と対応した信号出力とフォトダイオードに蓄積された電荷と対応した1画素分の信号出力とが交互に出力される場合の、第1の保持回路と第1の差分回路と第2の保持回路との1列2行分を示す。
(Fourth example of one embodiment)
FIG. 9 shows a fourth embodiment corresponding to the second embodiment, in which a signal output Vref corresponding to the initial state of the FD section shown in FIG. A signal output V1 for one pixel corresponding to the electric charge accumulated in the diode is output, and then the initial state of the FD section, such as signal outputs Vref, V2, Vref, V3, Vref, V4, Vref and V5, etc. When the corresponding signal output and the signal output for one pixel corresponding to the charge accumulated in the photodiode are alternately output, the first holding circuit, the first difference circuit, and the second holding circuit One column and two rows are shown.

図9に示すように、トランジスタ80、81、82、83、84、89、90、91、48、51、52及び54はトランジスタの各ゲートは、端子100、101、102、104、103、105、107、106、108、109、111及び112とそれぞれ接続されている。   As shown in FIG. 9, transistors 80, 81, 82, 83, 84, 89, 90, 91, 48, 51, 52, and 54 have their gates connected to terminals 100, 101, 102, 104, 103, and 105, respectively. , 107, 106, 108, 109, 111 and 112, respectively.

容量85はトランジスタ83、84と接続され、容量92はトランジスタ90、91と接続され、容量49、50は出力線56と接続され、容量53はトランジスタ52と接続され、容量55はトランジスタ54と接続されている。   The capacitor 85 is connected to the transistors 83 and 84, the capacitor 92 is connected to the transistors 90 and 91, the capacitors 49 and 50 are connected to the output line 56, the capacitor 53 is connected to the transistor 52, and the capacitor 55 is connected to the transistor 54. Has been.

トランジスタ86、93は、それぞれトランジスタ86、93が導通した際に、電流源87と共にソースフォロアを形成する。   The transistors 86 and 93 form a source follower together with the current source 87 when the transistors 86 and 93 are turned on.

ここで、符号95が第1の保持回路を示し、符号96が第1の差分回路を示し、符号97が第2の保持回路を示す。なお、第2の保持回路97の後段には、第3実施例と同様の第2の差分回路が接続されているが、動作は第3実施例と同様であるため、その回路構成及び回路動作は省略する。   Here, reference numeral 95 denotes a first holding circuit, reference numeral 96 denotes a first difference circuit, and reference numeral 97 denotes a second holding circuit. The second differential circuit similar to that of the third embodiment is connected to the subsequent stage of the second holding circuit 97. However, since the operation is the same as that of the third embodiment, the circuit configuration and circuit operation thereof are the same. Is omitted.

また、第1の保持回路95において、列信号線21は、第1の信号線21Aと第2の信号線21Bとに分岐しており、トランジスタ80、84及び91は第1の信号線21Aと接続され、トランジスタ81、82及び89は第2の信号線21Bと接続されている。   In the first holding circuit 95, the column signal line 21 is branched into a first signal line 21A and a second signal line 21B, and the transistors 80, 84, and 91 are connected to the first signal line 21A. The transistors 81, 82, and 89 are connected to the second signal line 21B.

図10は、第4実施例に係る固体撮像素子の第1の保持回路と第1の差分回路と第2の保持回路とにおける主要な信号の時間変化を示すタイミングチャートである。   FIG. 10 is a timing chart illustrating temporal changes of main signals in the first holding circuit, the first difference circuit, and the second holding circuit of the solid-state imaging device according to the fourth embodiment.

図10には、図9に示した各端子に印加される制御信号が示されている。各制御信号は、印加される端子の符号にSを付した符号で表される。   FIG. 10 shows control signals applied to the terminals shown in FIG. Each control signal is represented by a symbol with S added to the symbol of an applied terminal.

図10に示す、信号S21は、列信号線21に出力される出力信号をを示す。信号S100は、端子100に印加されてトランジスタ80のゲートに入力される。信号S101は、端子101に印加されてトランジスタ81のゲートに入力される。信号S102は、端子102に印加されてトランジスタ82のゲートに入力される。信号S103は、端子103に印加されてトランジスタ84のゲートに入力される。信号S104は、端子104に印加されてトランジスタ83のゲートに入力される。信号S105は、端子105に印加されてトランジスタ89のゲートに入力される。信号S106は、端子106に印加されてトランジスタ91のゲートに入力される。信号S107は、端子107に印加されてトランジスタ90のゲートに入力される。信号S108は、端子108に印加されてトランジスタ48のゲートに入力される。信号S109は、端子109に印加されてトランジスタ51のゲートに入力される。信号S111は、端子111に印加されてトランジスタ52のゲートに入力される。信号S112は、端子112に印加されてトランジスタ54のゲートに入力される。   A signal S21 illustrated in FIG. 10 indicates an output signal output to the column signal line 21. The signal S100 is applied to the terminal 100 and input to the gate of the transistor 80. The signal S101 is applied to the terminal 101 and input to the gate of the transistor 81. The signal S102 is applied to the terminal 102 and input to the gate of the transistor 82. The signal S103 is applied to the terminal 103 and input to the gate of the transistor 84. The signal S104 is applied to the terminal 104 and input to the gate of the transistor 83. The signal S105 is applied to the terminal 105 and input to the gate of the transistor 89. The signal S106 is applied to the terminal 106 and input to the gate of the transistor 91. The signal S107 is applied to the terminal 107 and input to the gate of the transistor 90. The signal S108 is applied to the terminal 108 and input to the gate of the transistor 48. The signal S109 is applied to the terminal 109 and input to the gate of the transistor 51. The signal S111 is applied to the terminal 111 and input to the gate of the transistor 52. The signal S112 is applied to the terminal 112 and input to the gate of the transistor 54.

以下に、第4実施例に係る固体撮像素子の第2の駆動方法について、図9及び図10を参照しながら説明する。   Hereinafter, a second driving method of the solid-state imaging device according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10.

図10において、信号S21は列信号線21に出力される信号であり、FD部の初期状態と対応した複数の信号出力Vrefと、フォトダイオードに蓄積された電荷に対応した信号出力V1、V2、V3、V4及びV5が交互に出力される。   In FIG. 10, a signal S21 is a signal output to the column signal line 21, and a plurality of signal outputs Vref corresponding to the initial state of the FD section, and signal outputs V1, V2, corresponding to charges accumulated in the photodiodes, V3, V4 and V5 are output alternately.

まず、1行目の単位画素のVref信号が期間t1に出力され、そのV1信号が期間t4に出力される。また、2行目の単位画素のVref信号が期間t3に出力され、そのV2信号が期間t6に出力しされるとし、以下順に3行目以降の単位画素の信号が同様に出力されるとして説明する。   First, the Vref signal of the unit pixel in the first row is output in the period t1, and the V1 signal is output in the period t4. Further, it is assumed that the Vref signal of the unit pixel in the second row is output in the period t3, the V2 signal is output in the period t6, and the signals of the unit pixels in the third row and thereafter are similarly output in the following order. To do.

まず、期間t1において、信号S100、S103が“HIGH”となって、トランジスタ80、84が導通する。トランジスタ80が導通すると、列信号線21から、1行目の画素単位のVref信号が第1の信号線21Aに伝わり、トランジスタ84が導通しているため、Vref値が容量85に保持される。   First, in a period t1, the signals S100 and S103 are “HIGH” and the transistors 80 and 84 are turned on. When the transistor 80 is turned on, the Vref signal of the pixel unit in the first row is transmitted from the column signal line 21 to the first signal line 21A, and the transistor 84 is turned on, so that the Vref value is held in the capacitor 85.

次に、期間t2において、信号S101が“HIGH”となって、トランジスタ81が導通すると、列信号線21の信号が第2の信号線21Bに伝わる。   Next, in the period t2, when the signal S101 becomes “HIGH” and the transistor 81 is turned on, the signal of the column signal line 21 is transmitted to the second signal line 21B.

次に、期間t3において、信号S100、S104、S106、S108及びS109が“HIGH”となって、トランジスタ80、83、91、48及び51が導通する。トランジスタ80、91が導通することにより、列信号線21の2行目の画素単位のVref値が容量92に保持される。一方、トランジスタ83、48及び51が導通することにより、容量85に保持されていた1行目の画素単位のVref信号がトランジスタ86及び電流源87で構成されるソースフォロアを介して、容量49の上部電極に導かれる。端子110にはバイアス電圧Vbが印加されており、トランジスタ51が導通することにより、バイアス電圧Vbが容量49の下部電極に導かれる。従って、容量49の電極間には、電圧((Vref−Vt)−Vb)が保持される。ここで、Vtはトランジスタ86の閾値電圧である。これにより、容量50にはVb値が保持されると共に、第1の差分回路96の出力線56にもVb値が出力される。   Next, in the period t <b> 3, the signals S <b> 100, S <b> 104, S <b> 106, S <b> 108, and S <b> 109 are “HIGH”, and the transistors 80, 83, 91, 48, and 51 are turned on. When the transistors 80 and 91 are turned on, the Vref value of the pixel unit in the second row of the column signal line 21 is held in the capacitor 92. On the other hand, when the transistors 83, 48, and 51 are turned on, the Vref signal of the pixel unit in the first row held in the capacitor 85 passes through the source follower including the transistor 86 and the current source 87. Guided to the upper electrode. A bias voltage Vb is applied to the terminal 110, and the transistor 51 is turned on, whereby the bias voltage Vb is guided to the lower electrode of the capacitor 49. Therefore, a voltage ((Vref−Vt) −Vb) is held between the electrodes of the capacitor 49. Here, Vt is a threshold voltage of the transistor 86. As a result, the Vb value is held in the capacitor 50 and the Vb value is also output to the output line 56 of the first difference circuit 96.

次に、期間t4において、信号S101、S102、S108及びS111が“HIGH”となって、トランジスタ81、82及び52が導通する。トランジスタ81、82が導通することにより、列信号線21から、1行目の単位画素のV1値が第2の信号線21Bに導かれ、トランジスタ86及び電流源87で形成されるソースフォロアを介して、容量49の上部電極に電圧(V1−Vt)値が導かれる。容量49の上部電極は、期間t3の(Vref−Vt)値に対し、期間t4においては(V1−Vt)となり、その電圧変化は(Vref−V1)となる。また、第1の差分回路96の出力線56には、この電圧変化を容量49(容量値C49)と容量50(容量値C50)との分圧値{(Vref-V1)×(C50/(C49+C50))}がVb値から変化して出力される。さらに、トランジスタ52が導通しているため、容量53には電圧値[Vb-{(Vref-V1)×(C50/(C49+C50))}]が保持される。すなわち、1行目の画素単位のVref値とV1値との差分に応じた値が容量53に保持される。   Next, in a period t <b> 4, the signals S <b> 101, S <b> 102, S <b> 108, and S <b> 111 are “HIGH” and the transistors 81, 82, and 52 are turned on. When the transistors 81 and 82 are turned on, the V1 value of the unit pixel in the first row is led from the column signal line 21 to the second signal line 21B, and the source follower formed by the transistor 86 and the current source 87 is used. Thus, a voltage (V1-Vt) value is introduced to the upper electrode of the capacitor 49. The upper electrode of the capacitor 49 becomes (V1-Vt) in the period t4 with respect to the (Vref-Vt) value in the period t3, and the voltage change becomes (Vref-V1). Further, this voltage change is applied to the output line 56 of the first difference circuit 96 by dividing the divided value {(Vref−V1) × (C50 / (capacitance value C49) and the capacitance 50 (capacitance value C50). C49 + C50))} changes from the Vb value and is output. Further, since the transistor 52 is conductive, the capacitor 53 holds the voltage value [Vb − {(Vref−V1) × (C50 / (C49 + C50))}]. That is, the capacitor 53 holds a value corresponding to the difference between the Vref value and the V1 value for each pixel in the first row.

以下、期間t5においては、3行目の単位画素のVref値が図示しない容量に保持されると共に、容量92で保持されていた2行目の画素単位のVrefが容量49の上部電極に導かれる。   Hereinafter, in the period t5, the Vref value of the unit pixel in the third row is held in a capacitor (not shown), and the Vref of the pixel unit in the second row held in the capacitor 92 is guided to the upper electrode of the capacitor 49. .

また、期間t6においては、期間t4と同様な動作により、列信号線21のV2値が容量49の上部電極に導かれ、容量55には電圧値[Vb-{(Vref-V2)×(C50/(C49+C50))}]が保持される。すなわち、2行目の画素単位のVref値とV2値との差分に応じた値が容量55に保持される。   In the period t6, the V2 value of the column signal line 21 is led to the upper electrode of the capacitor 49 by the same operation as in the period t4, and the voltage value [Vb − {(Vref−V2) × (C50 / (C49 + C50))}] is held. That is, the capacitor 55 holds a value corresponding to the difference between the Vref value and the V2 value for each pixel in the second row.

このように、第4実施例によると、第3実施例と同様に、FD部の初期状態と対応した信号出力のVrefと、フォトダイオードに蓄積された電荷に対応した信号出力V1、V2、V3、V4及びV5とを第1の差分回路96により各差分信号を出力して、単位画素当たり1個の容量を用いる第2の保持回路97に保持したことになる。   Thus, according to the fourth embodiment, similarly to the third embodiment, the signal output Vref corresponding to the initial state of the FD portion and the signal outputs V1, V2, V3 corresponding to the charges accumulated in the photodiodes. , V4 and V5 are output by the first difference circuit 96, and are held in the second holding circuit 97 using one capacitor per unit pixel.

以上のように、第3実施例の図6に説明した容量34、35、44、45、49、53及び55と、第4実施例の図9に説明した容量85、92、49、53及び55とには、アナログ値で信号電圧を保持している。   As described above, the capacitors 34, 35, 44, 45, 49, 53 and 55 described in FIG. 6 of the third embodiment, and the capacitors 85, 92, 49, 53 and described in FIG. 9 of the fourth embodiment. In 55, the signal voltage is held as an analog value.

なお、図9に示した本実施形態に係る第1の保持回路95を構成する容量の容量値は、第2の保持回路97を構成する容量の容量値よりも大きくしている。これは第1の保持回路95の容量の数が第2の保持回路97の容量の数よりも少なく、また、容量値が大きい方がkTCノイズ(熱ノイズ)が小さくなるためである。   Note that the capacitance value of the capacitor constituting the first holding circuit 95 according to this embodiment shown in FIG. 9 is larger than the capacitance value of the capacitor constituting the second holding circuit 97. This is because the number of capacitors of the first holding circuit 95 is smaller than the number of capacitors of the second holding circuit 97, and the kTC noise (thermal noise) becomes smaller as the capacitance value is larger.

以上説明したように、本実施形態によると、各画素から出力された電気信号を保持する保持回路を、回路面積の制約を受けにくい画素回路の外部に配置するため、保持回路は、比較的に大きい容量(キャパシタ)を用いる等して、長時間にわたって画素回路よりも低ノイズで電気信号を保持することができる。その上、保持回路を第1の保持回路と第2の保持回路とに分け、さらに、第1の保持回路と第2の保持回路との間に第1の差分回路を設け、第1の保持回路と第1の差分回路とによって、対応する画素の初期化状態の電気信号と対応する画素の受光後の電気信号との差分電気信号を得られ、その差分電気信号を第2の保持回路に保持することにより、保持回路の面積を削減することができる。   As described above, according to the present embodiment, since the holding circuit that holds the electric signal output from each pixel is arranged outside the pixel circuit that is not easily restricted by the circuit area, the holding circuit is relatively By using a large capacity (capacitor), an electric signal can be held for a long time with lower noise than the pixel circuit. In addition, the holding circuit is divided into a first holding circuit and a second holding circuit, and further, a first difference circuit is provided between the first holding circuit and the second holding circuit, and the first holding circuit is provided. The circuit and the first difference circuit can obtain a difference electric signal between the electric signal in the initialization state of the corresponding pixel and the electric signal after the light reception of the corresponding pixel, and the difference electric signal is supplied to the second holding circuit. By holding, the area of the holding circuit can be reduced.

以上、本実施形態に係る固体撮像素子について、実施例に基づいて説明したが、本発明は、本実施形態及び各実施例に限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が想到する各種変形を本実施形態及び各実施例に施したものも本発明の範囲内に含まれる。   As described above, the solid-state imaging device according to the present embodiment has been described based on examples. However, the present invention is not limited to the present embodiment and each example. Unless it deviates from the meaning of the present invention, those in which various modifications conceived by those skilled in the art are applied to the present embodiment and each example are also included in the scope of the present invention.

本発明に係る固体撮像素子によると、画質の低下を抑えたグローバル動作が可能な固体撮像素子を得ることができ、C型の固体撮像素子等に有用である。   According to the solid-state imaging device according to the present invention, a solid-state imaging device capable of global operation with suppressed deterioration in image quality can be obtained, which is useful for a C-type solid-state imaging device and the like.

1 画素回路
1−1 画素単位
1−2 画素単位
2 第1の保持回路
3 第1の差分回路
4 第2の保持回路
5 第2の差分回路
6 出力線
7 水平走査回路
8 垂直走査回路
10 フォトダイオード
11 転送トランジスタ
12 リセットトランジスタ
13 出力トランジスタ
14 行選択トランジスタ
15 フォトダイオード
16 転送トランジスタ
17 リセットトランジスタ
18 出力トランジスタ
19 行選択トランジスタ
20 電流源
21 列信号線
21A 第1の信号線
21B 第2の信号線
22、23、24、25、26、27 端子
30、31、32、33、36、37 トランジスタ
34、35 容量
38 電流源
40、41、42、43、46、47、48 トランジスタ
44、45、49、50、53、55 容量
51、52、54 トランジスタ
56 出力線
60〜74 端子
75 第1の保持回路
76 第1の差分回路
77 第2の保持回路
80、81、82、83、84、86 トランジスタ
85、92 容量
87 電流源
89、90、91、93 トランジスタ
95 第1の保持回路
96 第1の差分回路
97 第2の保持回路
100〜112 端子
801、802、803、804、815、816 トランジスタ
805 出力線
813、814 容量
820 第2の差分回路
821〜827 端子
1 pixel circuit 1-1 pixel unit 1-2 pixel unit 2 first holding circuit 3 first difference circuit 4 second holding circuit 5 second difference circuit 6 output line 7 horizontal scanning circuit 8 vertical scanning circuit 10 photo Diode 11 Transfer transistor 12 Reset transistor 13 Output transistor 14 Row selection transistor 15 Photodiode 16 Transfer transistor 17 Reset transistor 18 Output transistor 19 Row selection transistor 20 Current source 21 Column signal line 21A First signal line 21B Second signal line 22 , 23, 24, 25, 26, 27 Terminals 30, 31, 32, 33, 36, 37 Transistors 34, 35 Capacity 38 Current sources 40, 41, 42, 43, 46, 47, 48 Transistors 44, 45, 49, 50, 53, 55 Capacitance 51, 52, 54 Transistor 56 Output line 0 to 74 Terminal 75 First holding circuit 76 First difference circuit 77 Second holding circuit 80, 81, 82, 83, 84, 86 Transistor 85, 92 Capacity 87 Current source 89, 90, 91, 93 Transistor 95 First holding circuit 96 First difference circuit 97 Second holding circuit 100 to 112 Terminals 801, 802, 803, 804, 815, 816 Transistor 805 Output line 813, 814 Capacitance 820 Second difference circuit 821 to 827 terminal

Claims (7)

行列状に配置され、それぞれが受光量に応じた電気信号を出力する複数の画素と、
列ごとに設けられ、対応する列の複数の前記画素から出力される電気信号を順次転送する複数の列信号線と、
列ごとに設けられ、対応する前記画素の初期化状態の第1の電気信号を保持する第1の容量と、対応する前記画素の受光後の第2の電気信号を保持する第2の容量とを有し、対応する列の前記列信号線を通して前記画素から転送された前記第1及び第2の電気信号を保持する第1の保持回路と、
列ごとに設けられ、対応する列の前記第1の保持回路の前記第1の容量に保持されている前記第1の電気信号と前記第2の容量に保持されている前記第2の電気信号との差分を取る第1の差分回路と、
前記第1の差分回路から出される差分の電気信号を保持する第2の保持回路と
前記第2の保持回路に保持される前記差分の電気信号と基準電圧との差分をとる第2の差分回路とを備えていることを特徴とする固体撮像素子。
A plurality of pixels arranged in a matrix and each outputting an electrical signal corresponding to the amount of received light;
A plurality of column signal lines provided for each column and sequentially transferring electrical signals output from the plurality of pixels in the corresponding column;
A first capacitor which is provided for each column and holds a first electric signal in an initialization state of the corresponding pixel; and a second capacitor which holds a second electric signal after light reception of the corresponding pixel. A first holding circuit that holds the first and second electric signals transferred from the pixel through the column signal line of the corresponding column;
The first electric signal provided in each column and held in the first capacitor of the first holding circuit in the corresponding column and the second electric signal held in the second capacitor A first difference circuit that takes the difference between
A second holding circuit for holding an electric signal of the first differential circuit or RaIzuru force is the difference,
A solid-state imaging device, comprising: a second difference circuit that obtains a difference between the difference electric signal held in the second holding circuit and a reference voltage .
前記各画素は、受光量に応じた電荷を生成するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの出力側と接続された転送トランジスタと、
前記フォトダイオードにより生成され、前記転送トランジスタを介して転送された電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョン部と、
前記フローティングディフュージョン部を初期化状態に設定するリセットトランジスタと、
ゲートが前記フローティングディフュージョン部と接続され、前記フローティングディフュージョン部によって変換された電圧に応じた電気信号を出力する出力トランジスタとを有し、
前記各画素は、所定の複数行ごとにグループ化されており、グループごとの画素に含まれる、前記リセットトランジスタ及び転送トランジスタのゲートは、前記グループごとに共通に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
Each of the pixels includes a photodiode that generates a charge according to the amount of light received;
A transfer transistor connected to the output side of the photodiode;
A floating diffusion section that converts the charge generated by the photodiode and transferred through the transfer transistor into a voltage;
A reset transistor for setting the floating diffusion portion to an initialized state;
A gate connected to the floating diffusion portion, and an output transistor that outputs an electrical signal corresponding to a voltage converted by the floating diffusion portion,
The pixels are grouped into a plurality of predetermined rows, and the gates of the reset transistor and the transfer transistor included in the pixels of each group are connected in common to the groups. The solid-state imaging device according to claim 1 .
行列状に配置され、それぞれが受光量に応じた電気信号を出力する複数の画素と、
列ごとに設けられ、対応する列の複数の前記画素から出力される電気信号を順次転送する複数の列信号線と、
列ごとに設けられ、対応する画素の初期化状態の第1の電気信号を保持する容量を有し、対応する列の前記列信号線を通して前記画素から転送された前記第1の電気信号を保持する第1の保持回路と、
列ごとに設けられ、対応する列の前記第1の保持回路の前記容量に保持されている、対応する前記画素の初期化状態の前記第1の電気信号と、対応する前記画素の受光後の第の電気信号との差分を取る第1の差分回路
前記第1の差分回路から出力される差分の電気信号を保持する第2の保持回路と、
前記第2の保持回路に保持される前記差分の電気信号と基準電圧との差分をとる第2の差分回路とを備えていることを特徴とする固体撮像素子。
A plurality of pixels arranged in a matrix and each outputting an electrical signal corresponding to the amount of received light;
A plurality of column signal lines provided for each column and sequentially transferring electrical signals output from the plurality of pixels in the corresponding column;
Provided for each column , having a capacity for holding the first electric signal in the initialization state of the corresponding pixel, and holding the first electric signal transferred from the pixel through the column signal line of the corresponding column A first holding circuit that
Provided for each column, is held in the capacitor of the first holding circuit in the corresponding column has a first electrical signal in the initial state of the corresponding pixel, after reception of the corresponding pixels a first differential circuit which takes the difference between the second electrical signal,
A second holding circuit for holding a differential electric signal output from the first difference circuit;
A solid-state imaging device, comprising: a second difference circuit that obtains a difference between the difference electric signal held in the second holding circuit and a reference voltage .
前記各画素は、受光量に応じた電荷を生成するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの出力側と接続された転送トランジスタと、
前記フォトダイオードにより生成され、前記転送トランジスタを介して転送された電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョン部と、
前記フローティングディフュージョン部を初期化状態に設定するリセットトランジスタと、
ゲートが前記フローティングディフュージョン部と接続され、前記フローティングディフュージョン部によって変換された電圧に応じた電気信号を出力する出力トランジスタとを有し、
前記各画素は、複数行の前記リセットトランジスタのゲートに印加する信号が時間的に重なりを有すると共に、複数行の前記転送トランジスタのゲートに印加する信号が時間的に重なりを有していることを特徴とする請求項に記載の固体撮像素子。
Each of the pixels includes a photodiode that generates a charge according to the amount of light received;
A transfer transistor connected to the output side of the photodiode;
A floating diffusion section that converts the charge generated by the photodiode and transferred through the transfer transistor into a voltage;
A reset transistor for setting the floating diffusion portion to an initialized state;
A gate connected to the floating diffusion portion, and an output transistor that outputs an electrical signal corresponding to a voltage converted by the floating diffusion portion,
In each of the pixels, signals applied to the gates of the reset transistors in a plurality of rows have temporal overlap, and signals applied to the gates of the transfer transistors in a plurality of rows have temporal overlap. The solid-state imaging device according to claim 3 , wherein
前記第1の保持回路及び第2の保持回路は、前記電気信号をアナログ値で保持することを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 It said first holding circuit and a second holding circuit, solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that for holding the electrical signal in an analog value. 前記第1の保持回路の容量値は、前記第2の保持回路の容量値よりも大きいことを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The capacitance value of the first holding circuit, solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 5, wherein greater than the capacitance value of the second hold circuit. 前記第2の保持回路は前記画素に対して1個の容量を備えていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体撮像素子。  The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second holding circuit has one capacitor for the pixel.
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JP3347625B2 (en) * 1996-12-24 2002-11-20 キヤノン株式会社 Photoelectric conversion device
JP4489850B2 (en) * 1997-05-28 2010-06-23 浜松ホトニクス株式会社 Solid-state imaging device
JP3846572B2 (en) * 2001-09-20 2006-11-15 ソニー株式会社 Solid-state imaging device
JP2005277709A (en) * 2004-03-24 2005-10-06 Renesas Technology Corp Solid-state image pickup device
JP4724400B2 (en) * 2004-09-24 2011-07-13 キヤノン株式会社 Imaging device
JP2007143067A (en) * 2005-11-22 2007-06-07 Canon Inc Image sensing device and image sensing system
JP4442669B2 (en) * 2007-09-18 2010-03-31 ソニー株式会社 Solid-state imaging device and camera system

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