JP6413401B2 - Solid-state image sensor - Google Patents

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Description

本発明は、固体撮像素子に関する The present invention relates to a solid-state imaging element

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

特表2008−546313号公報Special table 2008-546313 gazette

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

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

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

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

本発明の第1の態様による固体撮像素子は、1つの光電変換部、ノード、及び、前記1つの光電変換部に対応して設けられ前記光電変換部から前記ノードに電荷を転送する1つの転送スイッチと、前記ノードの電位をリセットするリセットスイッチと、を有する複数の画素ブロックと、1つの前記画素ブロックの前記ノードと他の1つの前記画素ブロックの前記ノードとの間に設けられた電気的な接続部と、前記接続部中に設けられた前記画素ブロック1つ当たり複数の連結スイッチと、を備える。
本発明の第2の態様による固体撮像素子は、複数の光電変換部、ノード、及び、前記複数の光電変換部にそれぞれ対応して設けられ記光電変換部から前記ノードに電荷を転送する複数の転送スイッチと、前記ノードに接続され、前記ノードの電位に応じた信号を出力する増幅部と、前記増幅部に接続され、前記信号を信号線に出力する選択部と、を有する複数の画素ブロックと、前記複数の画素ブロックのうち、2つの前記画素ブロックの前記ノード間に設けられた複数の連結スイッチと、を備える
The solid-state imaging device according to the first aspect of the present invention is provided corresponding to one photoelectric conversion unit, a node, and one photoelectric conversion unit, and one transfer that transfers charges from the photoelectric conversion unit to the node. A plurality of pixel blocks each including a switch and a reset switch that resets the potential of the node; and an electrical circuit provided between the node of one pixel block and the node of the other pixel block And a plurality of connection switches per one pixel block provided in the connection portion.
A solid-state imaging device according to a second aspect of the present invention, a plurality of photoelectric conversion units, nodes, and, provided corresponding to said plurality of photoelectric conversion unit, the charge to the node from the previous SL photoelectric conversion unit transfers A plurality of transfer switches , an amplifier connected to the node and outputting a signal corresponding to the potential of the node, and a selector connected to the amplifier and outputting the signal to a signal line. And a plurality of connection switches provided between the nodes of the two pixel blocks among the plurality of pixel blocks .

本発明によれば、ダイナミックレンジを拡大させることができるとともに、高感度読出し時のSN比を向上させることができる固体撮像素子、及び、これを用いた撮像装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to expand a dynamic range, the solid-state image sensor which can improve the S / N ratio at the time of highly sensitive reading, and an imaging device using the same can be provided.

本発明の第1の実施の形態による電子カメラを模式的に示す概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram schematically showing an electronic camera according to a first embodiment of the present invention. 図1中の固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows schematic structure of the solid-state image sensor in FIG. 図2中の3つの画素ブロックの付近を拡大して示す回路図である。FIG. 3 is an enlarged circuit diagram illustrating the vicinity of three pixel blocks in FIG. 2. 図3に示す3つの画素ブロックの付近を模式的に示す概略平面図である。FIG. 4 is a schematic plan view schematically showing the vicinity of three pixel blocks shown in FIG. 3. 図4中の1つの画素ブロックの付近を拡大して示す概略平面図である。FIG. 5 is an enlarged schematic plan view showing the vicinity of one pixel block in FIG. 4. 図2に示す固体撮像素子の所定の動作モードを示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing a predetermined operation mode of the solid-state imaging device shown in FIG. 2. 図2に示す固体撮像素子の他の動作モードを示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing another operation mode of the solid-state imaging device shown in FIG. 2. 図2に示す固体撮像素子の更に他の動作モードを示すタイミングチャートである。6 is a timing chart showing still another operation mode of the solid-state imaging device shown in FIG. 2. 比較例による固体撮像素子の3つの画素ブロックの付近を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the vicinity of three pixel blocks of the solid-state image sensor by a comparative example. 図9に示す3つの画素ブロックの付近を模式的に示す概略平面図である。FIG. 10 is a schematic plan view schematically showing the vicinity of three pixel blocks shown in FIG. 9. 本発明の第2の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子の3つの画素ブロックの付近を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the vicinity of three pixel blocks of the solid-state image sensor of the electronic camera by the 2nd Embodiment of this invention. 図11に示す3つの画素ブロックの付近を模式的に示す概略平面図である。FIG. 12 is a schematic plan view schematically showing the vicinity of three pixel blocks shown in FIG. 11. 本発明の第3の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows schematic structure of the solid-state image sensor of the electronic camera by the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows schematic structure of the solid-state image sensor of the electronic camera by the 4th Embodiment of this invention. 図14中の4つの画素ブロックの付近を拡大して示す回路図である。It is a circuit diagram which expands and shows the vicinity of the four pixel blocks in FIG. 図14に示す固体撮像素子の所定の動作モードを示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the predetermined operation mode of the solid-state image sensor shown in FIG. 図14に示す固体撮像素子の他の動作モードを示すタイミングチャートである。15 is a timing chart showing another operation mode of the solid-state imaging device shown in FIG. 図14に示す固体撮像素子の更に他の動作モードを示すタイミングチャートである。15 is a timing chart showing still another operation mode of the solid-state imaging element shown in FIG. 図14に示す固体撮像素子の更に他の動作モードを示すタイミングチャートである。15 is a timing chart showing still another operation mode of the solid-state imaging element shown in FIG. 図14に示す固体撮像素子の更に他の動作モードを示すタイミングチャートである。15 is a timing chart showing still another operation mode of the solid-state imaging element shown in FIG. 本発明の第5の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows schematic structure of the solid-state image sensor of the electronic camera by the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子の3つの画素ブロックの付近を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the vicinity of three pixel blocks of the solid-state image sensor of the electronic camera by the 6th Embodiment of this invention. 図22中の4つの画素ブロックの付近を拡大して示す回路図である。It is a circuit diagram which expands and shows the vicinity of the four pixel blocks in FIG. ノードP(n)の電位をリセットする様子を例示するタイミングチャートである。It is a timing chart which illustrates a mode that the electric potential of node P (n) is reset. 本発明の第7の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子の3つの画素ブロックの付近を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the vicinity of three pixel blocks of the solid-state image sensor of the electronic camera by the 7th Embodiment of this invention. 図25に示す3つの画素ブロックBLの付近を模式的に示す概略平面図である。FIG. 26 is a schematic plan view schematically showing the vicinity of three pixel blocks BL shown in FIG. 25. 本発明の第7の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子の第1の動作モードを示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the 1st operation mode of the solid-state image sensor of the electronic camera by the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子の第2Aの動作モードを示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows 2A operation mode of the solid-state image sensor of the electronic camera by the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子の第2Bの動作モードを示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the 2B operation mode of the solid-state image sensor of the electronic camera by the 7th Embodiment of this invention. ノードP(n)の電位をリセットする様子を例示するタイミングチャートである。It is a timing chart which illustrates a mode that the electric potential of node P (n) is reset.

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

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

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

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

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

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

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

固体撮像素子4は、図2乃至図4に示すように、N行M列に2次元マトリクス状に配置されそれぞれ2つの画素PX(PXA,PXB)を有する画素ブロックBLと、画素ブロックBLの1つ当たり複数の連結スイッチとしての連結トランジスタSWa,SWbと、垂直走査回路21と、画素ブロックBLの行毎に設けられた制御線22〜27と、画素PXの列毎に(画素ブロックBLの列毎に)設けられ対応する列の画素PX(画素ブロックBL)からの信号を受け取る複数の(M本の)垂直信号線28と、各垂直信号線28に設けられた定電流源29と、各垂直信号線28に対応して設けられたカラムアンプ30、CDS回路(相関2重サンプリング回路)31及びA/D変換器32と、水平読み出し回路33とを有している。   As shown in FIGS. 2 to 4, the solid-state imaging device 4 includes a pixel block BL arranged in a two-dimensional matrix in N rows and M columns, each having two pixels PX (PXA, PXB), and one of the pixel blocks BL. The connection transistors SWa and SWb as a plurality of connection switches, the vertical scanning circuit 21, the control lines 22 to 27 provided for each row of the pixel block BL, and the column of the pixel PX (the column of the pixel block BL) A plurality of (M) vertical signal lines 28 that receive signals from the pixels PX (pixel blocks BL) in the corresponding columns provided, and constant current sources 29 provided on the vertical signal lines 28, A column amplifier 30, a CDS circuit (correlated double sampling circuit) 31, an A / D converter 32, and a horizontal readout circuit 33 provided corresponding to the vertical signal line 28 are included.

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

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

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

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

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

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

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

各画素ブロックBLのうちの列方向に互いに隣り合う各2つの画素ブロックBLについて、一方の画素ブロックBLのノードPと他方の画素ブロックBLのノードPとの間に設けられた電気的な接続路(接続部)であってその間に固有の接続路(接続部)中に、2つの連結スイッチとしての2つの連結トランジスタSWa,SWbが直列に設けられている。これによって、本実施の形態では、3つ以上の画素ブロックBLのノードPが、複数の前記接続路(接続部)により数珠繋ぎ状に接続されている。それらの2つの連結トランジスタSWa,SWbのうち、連結トランジスタSWaは、図2及び図3中の下側の画素ブロックBLのノードPの側に配置されたものであり、連結トランジスタSWbは、図2及び図3中の上側の画素ブロックBLのノードPの側に配置されたものである。   An electrical connection path provided between the node P of one pixel block BL and the node P of the other pixel block BL for each of the two pixel blocks BL adjacent to each other in the column direction among the pixel blocks BL Two connection transistors SWa and SWb as two connection switches are provided in series in a connection path (connection section) that is a connection section (connection section). Thus, in the present embodiment, the nodes P of three or more pixel blocks BL are connected in a daisy chain by the plurality of connection paths (connection portions). Of these two connection transistors SWa and SWb, the connection transistor SWa is arranged on the node P side of the lower pixel block BL in FIGS. 2 and 3, and the connection transistor SWb is the same as FIG. 3 is arranged on the node P side of the upper pixel block BL in FIG.

例えば、n行目の画素ブロックBL(n)のノードP(n)とn+1行目の画素ブロックBLのノードP(n+1)との間の電気的な接続路であってその間に固有の接続路中に、2つの連結トランジスタSWa(n),SWb(n)が直列に設けられている。図4に示すように、連結トランジスタSWa(n)は画素ブロックBL(n)の領域内に形成される一方、連結トランジスタSWb(n)は画素ブロックBL(n+1)の領域内に形成されているが、これらの連結トランジスタSWa(n),SWb(n)には、同じ固有の接続路中に直列に設けられていることを示すために、符号の末尾に同じ(n)を付している。なお、本発明では、前記各固有の接続路中に3個以上の連結スイッチを直列に設けてもよいが、構造を簡単にするために、本実施の形態のように、前記各固有の接続路中に2個の連結トランジスタSWa,SWbを直列に設けることが好ましい。   For example, an electrical connection path between a node P (n) of the pixel block BL (n) in the nth row and a node P (n + 1) of the pixel block BL in the n + 1th row, and a unique connection path therebetween Inside, two connection transistors SWa (n) and SWb (n) are provided in series. As shown in FIG. 4, the connection transistor SWa (n) is formed in the region of the pixel block BL (n), while the connection transistor SWb (n) is formed in the region of the pixel block BL (n + 1). However, to indicate that these connection transistors SWa (n) and SWb (n) are provided in series in the same unique connection path, the same (n) is appended to the end of the reference numeral. . In the present invention, three or more connection switches may be provided in series in each unique connection path. However, in order to simplify the structure, each unique connection as in the present embodiment. It is preferable to provide two connection transistors SWa and SWb in series in the path.

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

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

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

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

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

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

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

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

本実施の形態では、N型シリコン基板(図示せず)上にP型ウエル(図示せず)が設けられ、前記P型ウエル中にフォトダイオードPDなどの画素ブロックBLにおける各素子が配置されている。図5において、符号41〜49は、前述した各トランジスタの一部となっているN型不純物拡散領域である。符号61〜67は、ポリシリコンによる各トランジスタのゲート電極である。なお、拡散領域42,45は、図示しない電源線により電源電圧VDDが印加される領域である。   In the present embodiment, a P-type well (not shown) is provided on an N-type silicon substrate (not shown), and each element in the pixel block BL such as a photodiode PD is arranged in the P-type well. Yes. In FIG. 5, reference numerals 41 to 49 denote N-type impurity diffusion regions that are part of the above-described transistors. Reference numerals 61 to 67 denote gate electrodes of the respective transistors made of polysilicon. The diffusion regions 42 and 45 are regions to which the power supply voltage VDD is applied by a power supply line (not shown).

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

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

増幅トランジスタAMP(n)は、拡散領域42をドレイン、拡散領域43をソース、ゲート電極63をゲートとするnMOSトランジスタである。選択トランジスタSEL(n)は、拡散領域43をドレイン、拡散領域44をソース、ゲート電極64をゲートとするnMOSトランジスタである。拡散領域44は、垂直信号線28に接続されている。リセットトランジスタRST(n)は、拡散領域45をドレイン、拡散領域46をソース、ゲート電極65をゲートとするnMOSトランジスタである。   The amplification transistor AMP (n) is an nMOS transistor having the diffusion region 42 as a drain, the diffusion region 43 as a source, and the gate electrode 63 as a gate. The selection transistor SEL (n) is an nMOS transistor having the diffusion region 43 as a drain, the diffusion region 44 as a source, and the gate electrode 64 as a gate. The diffusion region 44 is connected to the vertical signal line 28. The reset transistor RST (n) is an nMOS transistor having the diffusion region 45 as a drain, the diffusion region 46 as a source, and the gate electrode 65 as a gate.

連結トランジスタSWa(n)は、拡散領域46をソース、拡散領域47をドレイン、ゲート電極66をゲートとするnMOSトランジスタである。連結トランジスタSWb(n−1)は、拡散領域48をドレイン、拡散領域49をソース、ゲート電極67をゲートとするnMOSトランジスタである。   The connection transistor SWa (n) is an nMOS transistor having the diffusion region 46 as a source, the diffusion region 47 as a drain, and the gate electrode 66 as a gate. The connection transistor SWb (n−1) is an nMOS transistor having the diffusion region 48 as a drain, the diffusion region 49 as a source, and the gate electrode 67 as a gate.

画素ブロックBL(n)のゲート電極63及び拡散領域41,46並びに連結トランジスタSWb(n−1)の拡散領域48間が、配線71(n)によって互いに電気的に接続されて導通している。本実施の形態では、ノードP(n)は、配線71(n)及びこれに対して電気的に接続されて導通している箇所全体に相当している。   The gate electrode 63 and the diffusion regions 41 and 46 of the pixel block BL (n) and the diffusion region 48 of the connection transistor SWb (n−1) are electrically connected to each other by the wiring 71 (n) to be conductive. In this embodiment mode, the node P (n) corresponds to the wiring 71 (n) and the entire portion that is electrically connected to and conductive with the wiring 71 (n).

n行目以外の画素ブロックBLの構造も、前述したn行目の画素ブロックBL(n)の構造と同様である。連結トランジスタSWa(n)以外の連結トランジスタSWaの構造も、前述した連結トランジスタSWa(n)の構造と同様である。連結トランジスタSWb(n)以外の連結トランジスタSWbの構造も、前述した連結トランジスタSWb(n)の構造と同様である。   The structure of the pixel block BL other than the nth row is the same as the structure of the pixel block BL (n) in the nth row. The structure of the connection transistors SWa other than the connection transistor SWa (n) is the same as that of the connection transistor SWa (n) described above. The structure of the connection transistor SWb other than the connection transistor SWb (n) is the same as the structure of the connection transistor SWb (n) described above.

そして、前記各固有の接続路中に直列に設けられている2個の連結トランジスタSWa,SWbについて、連結トランジスタSWaの拡散領域47と連結トランジスタSWbの拡散領域49との間が、配線72によって接続されている。例えば、連結トランジスタSWa(n−1)の拡散領域47と連結トランジスタSWb(n−1)の拡散領域49との間が、配線72(n−1)によって電気的に接続されている。配線72(n−1)は、連結トランジスタSWa(n−1),SWb(n−1)がオフである場合における連結トランジスタSWa(n−1),SWb(n−1)間の接続部を構成している。連結トランジスタSWa(n)の拡散領域47と連結トランジスタSWb(n)の拡散領域49との間が、配線72(n)によって電気的に接続されている。配線72(n)は、連結トランジスタSWa(n),SWb(n)がオフである場合における連結トランジスタSWa(n),SWb(n)間の接続部を構成している。   And about two connection transistor SWa, SWb provided in series in each said intrinsic | native connection path, between the diffusion region 47 of connection transistor SWa and the diffusion region 49 of connection transistor SWb is connected by the wiring 72. Has been. For example, the diffusion region 47 of the connection transistor SWa (n−1) and the diffusion region 49 of the connection transistor SWb (n−1) are electrically connected by the wiring 72 (n−1). The wiring 72 (n−1) is a connection portion between the connection transistors SWa (n−1) and SWb (n−1) when the connection transistors SWa (n−1) and SWb (n−1) are off. It is composed. The diffusion region 47 of the connection transistor SWa (n) and the diffusion region 49 of the connection transistor SWb (n) are electrically connected by the wiring 72 (n). The wiring 72 (n) forms a connection portion between the connection transistors SWa (n) and SWb (n) when the connection transistors SWa (n) and SWb (n) are off.

ここで、図4に示すように、前記各固有の接続路中に直列に設けられている2個の連結トランジスタSWa,SWb間の列方向の位置ずれ量をLsとし、フォトダイオードPDの列方向のピッチをPgとする。本発明では、ピッチPgと位置ずれLsとの関係は限定されるものではないが、後述する容量CAの容量値Cfd1を小さくするためには、pg<Ls<2×Pgであることが好ましい。本実施の形態では、例えば、連結トランジスタSWb(n−1)が連結トランジスタSWa(n)の近傍に配置され、位置ずれ量Lsが2×Pgをわずかに下回るよう程度に設定されて、配線71(n)の長さが極力短くされ、後述する容量CA(n)の容量値Cfd1が極力小さくなるようになっている。   Here, as shown in FIG. 4, the amount of misalignment in the column direction between two connection transistors SWa and SWb provided in series in each of the unique connection paths is Ls, and the column direction of the photodiode PD Is Pg. In the present invention, the relationship between the pitch Pg and the positional deviation Ls is not limited. However, in order to reduce the capacitance value Cfd1 of the capacitance CA described later, it is preferable that pg <Ls <2 × Pg. In the present embodiment, for example, the connection transistor SWb (n−1) is disposed in the vicinity of the connection transistor SWa (n), and the misregistration amount Ls is set to be slightly less than 2 × Pg. The length of (n) is shortened as much as possible, and the capacity value Cfd1 of the capacity CA (n) described later is as small as possible.

図2乃至図5において、CA(n)は、連結トランジスタSWa(n),SWb(n−1)がオフしている場合の、ノードP(n)と基準電位との間の容量である。容量CA(n)の容量値をCfd1とする。CB(n)は、連結トランジスタSWa(n),SWb(n)がオフしている場合の、配線72(n)と基準電位との間の容量を示している。容量CB(n)の容量値をCfd2とする。これらの点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。   2 to 5, CA (n) is a capacitance between the node P (n) and the reference potential when the connection transistors SWa (n) and SWb (n−1) are off. The capacitance value of the capacitor CA (n) is Cfd1. CB (n) indicates a capacitance between the wiring 72 (n) and the reference potential when the connection transistors SWa (n) and SWb (n) are off. The capacitance value of the capacitor CB (n) is Cfd2. The same applies to the rows of other pixel blocks BL.

容量CA(n)は、転送トランジスタTXA(n),TXB(n)のドレイン拡散領域41の容量と、リセットトランジスタRST(n)のソース拡散領域46の容量と、連結トランジスタSWa(n)のソース拡散領域46の容量と、連結トランジスタSWb(n−1)のドレイン拡散領域48の容量と、増幅トランジスタAMP(n)のゲート電極63の容量と、配線71(n)の配線容量とから構成され、それらの容量値の合計が容量CA(n)の容量値Cfd1となる。この点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。   The capacitance CA (n) includes the capacitance of the drain diffusion region 41 of the transfer transistors TXA (n) and TXB (n), the capacitance of the source diffusion region 46 of the reset transistor RST (n), and the source of the connection transistor SWa (n). The capacitance of the diffusion region 46, the capacitance of the drain diffusion region 48 of the connection transistor SWb (n-1), the capacitance of the gate electrode 63 of the amplification transistor AMP (n), and the wiring capacitance of the wiring 71 (n). The sum of these capacitance values is the capacitance value Cfd1 of the capacitance CA (n). The same applies to the rows of other pixel blocks BL.

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

今、画素ブロックBL(n)に着目して、連結トランジスタSWa(n),SWb(n−1)が両方ともオフする(すなわち、各連結トランジスタSWa,SWbのうちのオン状態の連結トランジスタがノードP(n)に対して電気的に接続された状態とならず、連結トランジスタSWa,SWbが設けられている接続路がノードP(n)に対して電気的に接続された状態とならない)と、ノードP(n)と基準電位との間の容量(電荷電圧変換容量)は、容量CA(n)となる。よって、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1となる。この状態は、後述する第1の動作モードを示す図6中の期間T2の状態に相当している。   Now, paying attention to the pixel block BL (n), both the connection transistors SWa (n) and SWb (n−1) are turned off (that is, the on-state connection transistor of the connection transistors SWa and SWb is a node). P (n) is not electrically connected, and the connection path provided with the connecting transistors SWa and SWb is not electrically connected to the node P (n)). The capacitance (charge voltage conversion capacitance) between the node P (n) and the reference potential is a capacitance CA (n). Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor at the node P (n) is Cfd1. This state corresponds to a state of a period T2 in FIG. 6 showing a first operation mode described later.

また、画素ブロックBL(n)に着目して、連結トランジスタSWa(n)がオンすると、各連結トランジスタSWa,SWbのうち連結トランジスタSWa(n)以外のオン状態の連結トランジスタがノードP(n)に対して電気的に接続された状態とならなければ(ここでは、具体的には、連結トランジスタSWb(n−1),SWb(n)がオフであれば)、ノードP(n)と基準電位との間の容量(電荷電圧変換容量)は、容量CA(n)に対して、容量CB(n)及び連結トランジスタSWa(n)のオン時のチャネル容量を付加したものとなる。よって、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1+Cfd2+Csw≒Cfd1+Cfd2となる。この状態は、後述する第2Aの動作モードを示す図7中の期間T2の状態に相当している。   Further, focusing on the pixel block BL (n), when the connection transistor SWa (n) is turned on, an on-state connection transistor other than the connection transistor SWa (n) among the connection transistors SWa and SWb is connected to the node P (n). (In this case, specifically, when the coupling transistors SWb (n−1) and SWb (n) are off), the node P (n) and the reference The capacitance between the potential (charge-voltage conversion capacitance) is obtained by adding the capacitance CB (n) and the channel capacitance when the connection transistor SWa (n) is on to the capacitance CA (n). Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the node P (n) is Cfd1 + Cfd2 + Csw≈Cfd1 + Cfd2. This state corresponds to a state of a period T2 in FIG. 7 showing a 2A operation mode to be described later.

さらに、画素ブロックBL(n)に着目して、連結トランジスタSWa(n),SWb(n)が両方ともオンすると、各連結トランジスタSWa,SWbのうち連結トランジスタSWa(n),SWb(n)以外のオン状態の連結トランジスタがノードP(n)に対して電気的に接続された状態とならなければ(ここでは、具体的には、連結トランジスタSWb(n−1),SWa(n+1)がオフであれば)、ノードP(n)の電荷電圧変換容量は、容量CA(n)に対して、容量CB(n)、連結トランジスタSWa(n),SWb(n)のオン時のチャネル容量及び容量CA(n+1)を付加したものとなる。よって、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、2×Cfd1+Cfd2+2×Csw≒2×Cfd1+Cfd2となる。この状態は、後述する第2Bの動作モードを示す図8中の期間T2の状態に相当している。   Further, paying attention to the pixel block BL (n), when both of the connection transistors SWa (n) and SWb (n) are turned on, of the connection transistors SWa and SWb, other than the connection transistors SWa (n) and SWb (n). If the connected transistors in the ON state are not electrically connected to the node P (n) (here, specifically, the connected transistors SWb (n−1) and SWa (n + 1) are turned off) If so, the charge-voltage conversion capacity of the node P (n) is the capacity CB (n), the channel capacity when the connection transistors SWa (n) and SWb (n) are on, and the capacity CA (n) A capacitor CA (n + 1) is added. Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the node P (n) is 2 × Cfd1 + Cfd2 + 2 × Csw≈2 × Cfd1 + Cfd2. This state corresponds to a state of a period T2 in FIG. 8 showing a 2B operation mode to be described later.

このように、各連結トランジスタSWa,SWbのうちノードP(n)に対して電気的に接続されるオン状態の連結トランジスタがなければ、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値が最小となり、その電荷電圧変換容量による電荷電圧変換係数が大きくなるため、最高のSN比での読出しが可能となる。   Thus, if there is no on-state connected transistor electrically connected to the node P (n) among the connected transistors SWa and SWb, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance at the node P (n) is minimum. Thus, since the charge-voltage conversion coefficient due to the charge-voltage conversion capacity is increased, reading with the highest S / N ratio is possible.

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

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

図6は、図2に示す固体撮像素子4の第1の動作モードを示すタイミングチャートである。この第1の動作モードは、各画素ブロックBLを行毎に順次選択していき、各連結トランジスタSWa,SWbのうち選択された画素ブロックBLのノードPに対して電気的に接続されるオン状態の連結トランジスタがない状態(当該ノードPの電荷電圧変換容量が最小である状態)で、選択された画素ブロックBLの転送トランジスタTXA,TXBを順次選択的にオンさせて、選択された画素ブロックBLの各フォトダイオードPDA,PDBの信号を行毎に順次読み出す動作の例である。図6に示す例では、全画素PXA,PXBの信号を読み出すが、これに限らず、例えば、画素行を間引いて読み出す間引き読み出し等を行ってもよい。この点は、後述する図7及び図8にそれぞれ示す各例についても同様である。   FIG. 6 is a timing chart showing a first operation mode of the solid-state imaging device 4 shown in FIG. In the first operation mode, each pixel block BL is sequentially selected for each row, and is in an ON state electrically connected to the node P of the selected pixel block BL among the connection transistors SWa and SWb. The transfer transistors TXA and TXB of the selected pixel block BL are selectively turned on sequentially in a state where there is no connected transistor (a state where the charge-voltage conversion capacitance of the node P is minimum), and the selected pixel block BL This is an example of an operation of sequentially reading out the signals of the photodiodes PDA and PDB for each row. In the example illustrated in FIG. 6, signals of all the pixels PXA and PXB are read out. However, the present invention is not limited to this. For example, thinning out reading that reads out pixel rows may be performed. This also applies to each example shown in FIGS. 7 and 8 described later.

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

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

期間T2において、n行目のφSEL(n)がHにされ、n行目の画素ブロックBL(n)の選択トランジスタSEL(n)がオンにされ、n行目の画素ブロックBL(n)が選択される。   In the period T2, φSEL (n) in the nth row is set to H, the selection transistor SEL (n) in the pixel block BL (n) in the nth row is turned on, and the pixel block BL (n) in the nth row is turned on. Selected.

また、期間T2において、φSWa(n),φSWb(n−1)がLにされ、連結トランジスタSWa(n),SWb(n−1)がオフにされる。これにより、期間T2において、各連結トランジスタSWa,SWbのうち選択された画素ブロックBL(n)のノードP(n)に対して電気的に接続されるオン状態の連結トランジスタがない状態となる。したがって、前述したように、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1となり、最小となる。   In the period T2, φSWa (n) and φSWb (n−1) are set to L, and the connection transistors SWa (n) and SWb (n−1) are turned off. Accordingly, in the period T2, there is no on-state coupled transistor electrically connected to the node P (n) of the selected pixel block BL (n) among the coupled transistors SWa and SWb. Therefore, as described above, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor at the node P (n) is Cfd1, which is the minimum.

期間T2の開始直後から一定期間だけ、φRST(n)がHにされてn行目のリセットトランジスタRST(n)が一旦オンにされ、ノードP(n)の電位が一旦電源電位VDDにリセットされる。   For a certain period immediately after the start of the period T2, φRST (n) is set to H, the reset transistor RST (n) in the nth row is once turned on, and the potential of the node P (n) is once reset to the power supply potential VDD. The

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

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

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

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

そして、期間T2中の時点t4から一定期間だけ、φRST(n)がHにされてn行目のリセットトランジスタRST(n)が一旦オンにされ、ノードP(n)の電位が一旦電源電位VDDにリセットされる。   Then, φRST (n) is set to H for a certain period from the time point t4 in the period T2, the reset transistor RST (n) in the nth row is once turned on, and the potential of the node P (n) is once set to the power supply potential VDD. Reset to.

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

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

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

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

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

図7は、図2に示す固体撮像素子4の第2Aの動作モードを示すタイミングチャートである。第2Aの動作モードは、第2の動作モードのうちの1つの動作モードである。この第2の動作モードは、各画素ブロックBLを行毎に順次選択していき、各連結トランジスタSWa,SWbのうちの1つ以上の所定数のオン状態の連結トランジスタが、選択された画素ブロックBLのノードPに対して電気的に接続された状態で、選択された画素ブロックBLの転送トランジスタTXA,TXBを順次選択的にオンさせて、選択された画素ブロックBLの各フォトダイオードPDA,PDBの信号を行毎に順次読み出す動作の例である。前記第2Aの動作モードは、前記第2の動作モードにおいて、前記所定数を1つとした動作の例である。   FIG. 7 is a timing chart showing the 2A operation mode of the solid-state imaging device 4 shown in FIG. The second A operation mode is one of the second operation modes. In the second operation mode, each pixel block BL is sequentially selected for each row, and one or more predetermined number of on-state connected transistors among the respective connected transistors SWa and SWb are selected. In a state of being electrically connected to the node P of BL, the transfer transistors TXA and TXB of the selected pixel block BL are selectively turned on sequentially, and the photodiodes PDA and PDB of the selected pixel block BL are sequentially turned on. It is an example of the operation | movement which reads sequentially this signal for every line. The second A operation mode is an example of an operation in which the predetermined number is one in the second operation mode.

図7も、図6と同様に、期間T1においてn−1行目の画素ブロックBL(n−1)が選択され、期間T2においてn行目の画素ブロックBL(n)が選択され、期間T3においてn+1行目の画素ブロックBL(n+1)が選択されていく状況を示している。図7に示す第2Aの動作モードが図6に示す前記第1の動作モードと異なる所は、以下に説明する点である。   In FIG. 7, similarly to FIG. 6, the pixel block BL (n−1) in the n−1th row is selected in the period T1, the pixel block BL (n) in the nth row is selected in the period T2, and the period T3 FIG. 9 shows a situation where the pixel block BL (n + 1) in the (n + 1) th row is selected. The operation mode 2A shown in FIG. 7 is different from the first operation mode shown in FIG. 6 in the following point.

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

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

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

図8は、図2に示す固体撮像素子4の第2Bの動作モードを示すタイミングチャートである。第2Bの動作モードは、前記第2の動作モードのうちの他の1つの動作モードであり、前記所定数を2つとした動作例である。   FIG. 8 is a timing chart showing the 2B operation mode of the solid-state imaging device 4 shown in FIG. The second B operation mode is another operation mode of the second operation modes, and is an operation example in which the predetermined number is two.

図8も、図6及び図7と同様に、期間T1においてn−1行目の画素ブロックBL(n−1)が選択され、期間T2においてn行目の画素ブロックBL(n)が選択され、期間T3においてn+1行目の画素ブロックBL(n+1)が選択されていく状況を示している。図8に示す第2Bの動作モードが図6に示す前記第1の動作モードや図7に示す第2Aに示す動作モードと異なる所は、以下に説明する点である。   In FIG. 8, similarly to FIGS. 6 and 7, the pixel block BL (n−1) in the n−1th row is selected in the period T1, and the pixel block BL (n) in the nth row is selected in the period T2. In the period T3, the pixel block BL (n + 1) in the (n + 1) th row is selected. The operation mode 2B shown in FIG. 8 is different from the operation mode shown in FIG. 6 and the operation mode shown in FIG.

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

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

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

なお、前記第2の動作モードにおいて、前記所定数を3つ以上にしてもよい。   In the second operation mode, the predetermined number may be three or more.

ここで、本実施の形態における固体撮像素子4と比較される比較例による固体撮像素子について、説明する。図9は、この比較例による固体撮像素子の3つの画素ブロックBLの付近を示す回路図であり、図3に対応している。図10は、図9に示す3つの画素ブロックBLの付近を模式的に示す概略平面図であり、図4及び図5に対応している。図9及び図10において、図3、図4及び図5中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。なお、図10において、拡散領域やゲート電極に符号を付していないが、それらの符号は図5と同じであるので、図5を参照されたい。   Here, a solid-state image sensor according to a comparative example compared with the solid-state image sensor 4 in the present embodiment will be described. FIG. 9 is a circuit diagram showing the vicinity of the three pixel blocks BL of the solid-state imaging device according to this comparative example, and corresponds to FIG. FIG. 10 is a schematic plan view schematically showing the vicinity of the three pixel blocks BL shown in FIG. 9, and corresponds to FIG. 4 and FIG. 9 and 10, elements that are the same as or correspond to those in FIGS. 3, 4, and 5 are assigned the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted. In FIG. 10, reference numerals are not assigned to the diffusion regions and the gate electrodes. However, since these reference numerals are the same as those in FIG. 5, refer to FIG.

この比較例が本実施の形態と異なる所は、各連結トランジスタSWbが取り除かれ、配線71,72を含む配線171によって、取り除かれた各連結トランジスタSWbの箇所が短絡状態にされている点である。例えば、本実施の形態では、連結トランジスタSWb(n−1)が取り除かれ、配線71(n),72(n−1)を含む配線171(n)によって、画素ブロックBL(n)のゲート電極63及び拡散領域41,46並びに連結トランジスタSWa(n−1)の拡散領域47間が、互いに電気的に接続されて導通している。   This comparative example is different from the present embodiment in that each connection transistor SWb is removed, and the removed connection transistor SWb is short-circuited by the wiring 171 including the wirings 71 and 72. . For example, in this embodiment, the connection transistor SWb (n−1) is removed, and the gate electrode of the pixel block BL (n) is formed by the wiring 171 (n) including the wirings 71 (n) and 72 (n−1). 63, the diffusion regions 41 and 46, and the diffusion region 47 of the connection transistor SWa (n-1) are electrically connected to each other and are conductive.

図9及び図10において、CAB(n)は、連結トランジスタSWa(n),SWa(n−1)がオフしている場合の、ノードP(n)と基準電位との間の容量である。容量CAB(n)の容量値をCfdとする。これらの点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。   9 and 10, CAB (n) is a capacitance between the node P (n) and the reference potential when the connection transistors SWa (n) and SWa (n−1) are off. Let Cfd be the capacitance value of the capacitor CAB (n). The same applies to the rows of other pixel blocks BL.

容量CAB(n)は、転送トランジスタTXA(n),TXB(n)のドレイン拡散領域41の容量と、リセットトランジスタRST(n)のソース拡散領域46と、連結トランジスタSWa(n)のソース拡散領域46と、連結トランジスタSWa(n−1)のドレイン拡散領域47の容量と、増幅トランジスタAMP(n)のゲート電極63の容量と、配線171(n)の配線容量とから構成され、それらの容量値の合計が容量CAB(n)の容量値Cfdとなる。この点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。   The capacitor CAB (n) includes the capacitance of the drain diffusion region 41 of the transfer transistors TXA (n) and TXB (n), the source diffusion region 46 of the reset transistor RST (n), and the source diffusion region of the connection transistor SWa (n). 46, the capacitance of the drain diffusion region 47 of the connection transistor SWa (n-1), the capacitance of the gate electrode 63 of the amplification transistor AMP (n), and the wiring capacitance of the wiring 171 (n). The sum of the values becomes the capacitance value Cfd of the capacitor CAB (n). The same applies to the rows of other pixel blocks BL.

配線171(n)の配線容量は、配線71(n)の配線容量(浮遊容量)と配線171(n)の配線容量との和にほぼ等しい。よって、容量CAB(n)の容量値Cfdは、本実施の形態における前述した容量CA(n)の容量値Cfd1と容量CB(n)の容量値Cfd2との和にほぼ等しくなり、Cfd≒Cfd1+Cfd2となる。   The wiring capacity of the wiring 171 (n) is substantially equal to the sum of the wiring capacity (floating capacity) of the wiring 71 (n) and the wiring capacity of the wiring 171 (n). Therefore, the capacitance value Cfd of the capacitance CAB (n) is substantially equal to the sum of the capacitance value Cfd1 of the capacitance CA (n) and the capacitance value Cfd2 of the capacitance CB (n) in the present embodiment, and Cfd≈Cfd1 + Cfd2 It becomes.

この比較例では、画素ブロックBL(n)に着目して、連結トランジスタSWa(n),SWa(n−1)が両方ともオフすると、ノードP(n)の電荷電圧変換容量は、容量CAB(n)となる。よって、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfdとなって比較例における最小となり、その電荷電圧変換容量による電荷電圧変換係数が大きくなるため、比較例における最高のSN比での読出しが可能となる。   In this comparative example, paying attention to the pixel block BL (n), when both of the coupling transistors SWa (n) and SWa (n−1) are turned off, the charge-voltage conversion capacitance of the node P (n) is the capacitance CAB ( n). Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor at the node P (n) is Cfd, which is the minimum in the comparative example, and the charge-voltage conversion coefficient due to the charge-voltage conversion capacitor is large. Can be read.

この比較例では、画素ブロックBL(n)に着目して、各連結トランジスタSWaのうちの1つ以上の所定数のオン状態の連結トランジスタが、ノードP(n)に対して電気的に接続された状態にすると、そのオン状態の連結トランジスタの数に応じてノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は大きくなり、飽和電子数を拡大することができる。これにより、ダイナミックレンジを拡大することができる。   In this comparative example, paying attention to the pixel block BL (n), one or more predetermined number of connected transistors of each of the connected transistors SWa are electrically connected to the node P (n). In this state, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor at the node P (n) increases in accordance with the number of connected transistors in the on state, and the number of saturated electrons can be increased. Thereby, the dynamic range can be expanded.

ところが、この比較例では、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd≒Cfd1+Cfd2よりも小さくすることができない。したがって、この比較例によれば、電荷電圧変換係数をさほど大きくすることができず、さほど高いSN比で読み出すことができない。   However, in this comparative example, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor at the node P (n) cannot be made smaller than Cfd≈Cfd1 + Cfd2. Therefore, according to this comparative example, the charge-voltage conversion coefficient cannot be increased so much and cannot be read out with a very high SN ratio.

これに対し、本実施の形態によれば、連結トランジスタSWbが追加されているので、前述したように、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の最小の容量値をCfd1≒Cfd−Cfd2にすることができ、前記比較例に比べてより小さくすることができる。   On the other hand, according to the present embodiment, since the connection transistor SWb is added, as described above, the minimum capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the node P (n) is set to Cfd1≈Cfd−Cfd2. And can be made smaller than the comparative example.

したがって、本実施の形態によれば、ダイナミックレンジを拡大させることができるとともに、前記比較例に比べて、高感度読出し時のSN比を向上させることができる。   Therefore, according to the present embodiment, the dynamic range can be expanded, and the SN ratio at the time of high-sensitivity reading can be improved as compared with the comparative example.

本実施の形態では、列方向に順次隣り合う全ての2つのノードP間に連結トランジスタSWa,SWbを設けているが、本発明では、必ずしもこれに限らない。例えば、列方向に並ぶq個(qは2以上の整数)置きのノードPと当該ノードPに対し図中下側に隣り合うノードPとの間には、連結トランジスタSWa,SWbを設けずにその間を常に開放しておいてもよい。この場合、qの数が小さいほど、前記第2の動作モードにおける前記所定数の最大数が小さくなり、ダイナミックレンジの拡大の度合いが低下するが、前記比較例に比べて高感度読出し時のSN比を向上させることができる。   In the present embodiment, the connection transistors SWa and SWb are provided between all two nodes P that are sequentially adjacent in the column direction. However, the present invention is not limited to this. For example, the connection transistors SWa and SWb are not provided between every q nodes (q is an integer of 2 or more) arranged in the column direction and a node P adjacent to the lower side in the figure with respect to the node P. You may always leave it open. In this case, the smaller the number of q, the smaller the maximum number of the predetermined number in the second operation mode and the degree of expansion of the dynamic range decreases. However, the SN at the time of high-sensitivity reading compared to the comparative example is reduced. The ratio can be improved.

なお、図6乃至図8を参照して説明した各動作例は、各画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷を、他の画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷と混合することなく読み出す動作の例であった。しかし、本発明では、各画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷を、同色の他の画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷と混合して読み出してもよい。   Each of the operation examples described with reference to FIGS. 6 to 8 is an example of an operation of reading the signal charge of the photodiode PD of each pixel PX without mixing with the signal charge of the photodiode PD of another pixel PX. Met. However, in the present invention, the signal charge of the photodiode PD of each pixel PX may be mixed and read with the signal charge of the photodiode PD of another pixel PX of the same color.

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

[第2の実施の形態]
図11は、本発明の第2の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子の3つの画素ブロックBLの付近を示す回路図であり、図3に対応している。図12は、図9に示す3つの画素ブロックBLの付近を模式的に示す概略平面図であり、図4及び図5に対応している。図11及び図12において、図3、図4及び図5中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 11 is a circuit diagram showing the vicinity of the three pixel blocks BL of the solid-state imaging device of the electronic camera according to the second embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. FIG. 12 is a schematic plan view schematically showing the vicinity of the three pixel blocks BL shown in FIG. 9 and corresponds to FIG. 4 and FIG. 11 and 12, elements that are the same as or correspond to those in FIGS. 3, 4, and 5 are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted.

本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、各配線72に、容量値Cfd3を有する調整容量CB’が追加されている点である。容量CB(n)は、連結トランジスタSWa(n),SWb(n)がオフしている場合の、配線72(n)と基準電位との間の容量であるので、調整容量CB’(n)も容量CB(n)に含まれるものであるが、調整容量CB’は、前記第1の実施の形態における容量CB(n)の容量値Cfd2をなす構成に対して、容量値Cfd3を追加する構成要素であることを明示するために、図11及び図12において容量CB(n)とは別個に調整容量CB’を示している。前記第1の実施の形態では、容量CB(n)の容量値はCfd2であるのに対し、本実施の形態では、容量CB(n)の容量値はCfd2+Cfd3となる。これらの点は、他の容量CB、配線72、調整容量CB’についても同様である。   The present embodiment differs from the first embodiment in that an adjustment capacitor CB ′ having a capacitance value Cfd3 is added to each wiring 72. Since the capacitor CB (n) is a capacitor between the wiring 72 (n) and the reference potential when the coupling transistors SWa (n) and SWb (n) are off, the adjustment capacitor CB ′ (n) Is included in the capacitance CB (n), but the adjustment capacitance CB ′ adds a capacitance value Cfd3 to the configuration forming the capacitance value Cfd2 of the capacitance CB (n) in the first embodiment. In order to clearly indicate that it is a component, in FIG. 11 and FIG. 12, the adjustment capacitor CB ′ is shown separately from the capacitor CB (n). In the first embodiment, the capacitance value of the capacitor CB (n) is Cfd2, whereas in this embodiment, the capacitance value of the capacitor CB (n) is Cfd2 + Cfd3. The same applies to the other capacitors CB, the wiring 72, and the adjustment capacitor CB '.

本実施の形態によれば、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる他、調整容量CB’を設けることにより、容量CBの容量値を任意の所望の容量値に設定することができる。   According to the present embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained, and the capacitance value of the capacitor CB can be set to an arbitrary desired capacitance value by providing the adjustment capacitor CB ′. it can.

調整容量CB’は、具体的には、例えば、(i)配線72の配線幅の少なくとも一部の幅を画素ブロックBL内の他の配線の配線幅よりも広くすることにより、配線72の面積を前記第1の実施の形態における配線72の面積よりも広くすること、(ii)配線72にMOS容量を接続すること、(iii)連結トランジスタSWa,SWbを構成しない拡散容量を接続すること、(iv)連結トランジスタSWaのドレイン拡散領域47の面積を前記第1の実施の形態におけるドレイン拡散領域47の面積よりも広くすること、(v)連結トランジスタSWbのソース拡散領域49の面積を前記第1の実施の形態におけるソース拡散領域49の面積よりも広くすること、の1つ又は2つ以上を組み合わせることによって構成することができる。   Specifically, the adjustment capacitor CB ′ has, for example, (i) the area of the wiring 72 by making at least a part of the wiring width of the wiring 72 wider than the wiring width of the other wiring in the pixel block BL. To be larger than the area of the wiring 72 in the first embodiment, (ii) connecting a MOS capacitor to the wiring 72, (iii) connecting a diffusion capacitor that does not constitute the coupling transistors SWa and SWb, (Iv) making the area of the drain diffusion region 47 of the coupling transistor SWa larger than the area of the drain diffusion region 47 in the first embodiment, and (v) making the area of the source diffusion region 49 of the coupling transistor SWb the first. The area of the source diffusion region 49 in one embodiment may be larger than that of the source diffusion region 49, or one or more of them may be combined.

ここで、調整容量CB’の容量値Cfd3の設定の一例について説明する。ノードPの電荷電圧変換容量の容量値は、基準容量値の整数倍になることが望ましい。しかし、前述した第1の実施の形態の構造では、調整容量CB’を付加しない場合には、一般的に、容量CAの容量値Cfd1に対して、容量CBの容量値Cfd2は小さくなる。したがって、例えば、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値を基準容量値の2倍にするためには、連結トランジスタSWa(n),SWb(n)をオンにして、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値を2×Cfd1+Cfd2+2×Cswにして、2個の画素ブロックBL(n),BL(n+1)を使用することになる。   Here, an example of setting the capacitance value Cfd3 of the adjustment capacitor CB 'will be described. It is desirable that the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the node P is an integral multiple of the reference capacitance value. However, in the structure of the first embodiment described above, when the adjustment capacitor CB ′ is not added, the capacitance value Cfd2 of the capacitor CB is generally smaller than the capacitance value Cfd1 of the capacitor CA. Therefore, for example, in order to double the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the node P (n) to the reference capacitance value, the connection transistors SWa (n) and SWb (n) are turned on and the node P (n ) Is set to 2 × Cfd1 + Cfd2 + 2 × Csw, and two pixel blocks BL (n) and BL (n + 1) are used.

これに対し、本実施の形態において、調整容量CB’の容量値Cfd3がCfd1−Cfd2となるように調整容量CB’を形成すると、容量CBの容量値がcfd2+Cfd3=Cfd1となる。したがって、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値を基準容量値の2倍にするためには、連結トランジスタSWa(n)をオンするだけですみ、1個の画素ブロックBL(n)を使用するだけでよい。また、更に大きな飽和電荷量を扱う場合には、連結する画素ブロックBLの数を大幅に削減することができる。   On the other hand, in the present embodiment, when the adjustment capacitor CB ′ is formed so that the capacitance value Cfd3 of the adjustment capacitor CB ′ becomes Cfd1−Cfd2, the capacitance value of the capacitor CB becomes cfd2 + Cfd3 = Cfd1. Therefore, in order to make the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the node P (n) twice the reference capacitance value, it is only necessary to turn on the connection transistor SWa (n), and one pixel block BL (n) Just use it. Further, when handling a larger amount of saturated charge, the number of connected pixel blocks BL can be greatly reduced.

このような調整容量CB’の容量値Cfd3の設定例は、一例にすぎず、これに限らない。   Such a setting example of the capacitance value Cfd3 of the adjustment capacitor CB 'is merely an example, and is not limited thereto.

なお、ノードPの電荷電圧変換容量の容量値を基準用量値の整数倍に近づけるためには、容量CBの容量値は、容量CAの容量値に対して±20%の範囲内の値であることが好ましく、容量CAの容量値に対して±10%の範囲内の値であることがより好ましい。   In order to bring the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the node P closer to an integral multiple of the reference dose value, the capacitance value of the capacitance CB is a value within a range of ± 20% with respect to the capacitance value of the capacitance CA. Preferably, the value is within a range of ± 10% with respect to the capacity value of the capacity CA.

[第3の実施の形態]
図13は、本発明の第3の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子84の概略構成を示す回路図であり、図2に対応している。図13において、図2中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
[Third Embodiment]
FIG. 13 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the solid-state imaging device 84 of the electronic camera according to the third embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. 13, elements that are the same as or correspond to those in FIG. 2 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.

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

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

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

本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。   Also in this embodiment, the same advantages as those in the first embodiment can be obtained.

なお、本発明では、前記第1の実施の形態を変形して本実施の形態を得たのと同様の変形を、前記第2の実施の形態に対して適用してもよい。   In the present invention, a modification similar to that obtained by modifying the first embodiment may be applied to the second embodiment.

[第4の実施の形態]
図14は、本発明の第4の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子94の概略構成を示す回路図であり、図2に対応している。図15は、図14中の列方向に順次並んだ4つの画素ブロックBLの付近を拡大して示す回路図であり、図3に対応している。図14及び図15において、図2及び図3中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 14 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a solid-state image sensor 94 of an electronic camera according to the fourth embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. FIG. 15 is an enlarged circuit diagram showing the vicinity of four pixel blocks BL sequentially arranged in the column direction in FIG. 14, and corresponds to FIG. 14 and 15, elements that are the same as or correspond to those in FIGS. 2 and 3 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted. This embodiment is different from the first embodiment in the points described below.

本実施の形態では、前記第1の実施の形態において、第1の連結トランジスタSWa、第2の連結トランジスタSWb及び配線71,72が取り除かれ、その代わりに、第1のノードPaとこれに対応する第2のノードPbとの間を電気的に接続及び切断する第1のスイッチ部としての第1のトランジスタSWA、2つの第2のノードPb間を電気的に接続及び切断する第2のスイッチ部としての第2のトランジスタSWB、及び、配線97,98が設けられている。   In the present embodiment, in the first embodiment, the first connection transistor SWa, the second connection transistor SWb, and the wirings 71 and 72 are removed, and instead, the first node Pa and the corresponding one. The first switch SWA as a first switch unit that electrically connects and disconnects between the second node Pb and the second switch that electrically connects and disconnects between the two second nodes Pb A second transistor SWB as a part and wirings 97 and 98 are provided.

画素ブロックBL(n)の第1のノードPa(n)は、前記第1の実施の形態におけるノードP(n)に相当している。転送トランジスタTXA(n)は、フォトダイオードPDA(n)から第1のノードPa(n)に電荷を転送し、転送トランジスタTXB(n)はフォトダイオードPDB(n)から第1のノードPa(n)に電荷を転送する。第1のノードPa(n)には基準電位との間に容量(電荷電圧変換容量)が形成され、その容量によって、第1のノードPa(n)に転送されてきた電荷が電圧に変換される。増幅トランジスタAMP(n)は、第1のノードPa(n)の電位に応じた信号を出力する。リセットトランジスタRST(n)は、第1のノードPa(n)の電位をリセットする。これらの点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。   The first node Pa (n) of the pixel block BL (n) corresponds to the node P (n) in the first embodiment. The transfer transistor TXA (n) transfers charges from the photodiode PDA (n) to the first node Pa (n), and the transfer transistor TXB (n) transfers from the photodiode PDB (n) to the first node Pa (n). ) To transfer the charge. A capacitance (charge-voltage conversion capacitance) is formed between the first node Pa (n) and the reference potential, and the charge transferred to the first node Pa (n) is converted into a voltage by the capacitance. The The amplification transistor AMP (n) outputs a signal corresponding to the potential of the first node Pa (n). The reset transistor RST (n) resets the potential of the first node Pa (n). The same applies to the rows of other pixel blocks BL.

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

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

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

画素ブロックBL(n)の増幅トランジスタAMP(n)のゲート電極、リセットトランジスタRST(n)のソース領域、転送トランジスタTXA(n),TXB(n)のドレイン拡散領域、及び、第1のトランジスタSWA(n)のソース拡散領域の間が、配線97(n)によって互いに電気的に接続されて導通している。第1のノードPa(n)は、配線97(n)及びこれに対して電気的に接続されて導通している箇所全体に相当している。これらの点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。   The gate electrode of the amplification transistor AMP (n) of the pixel block BL (n), the source region of the reset transistor RST (n), the drain diffusion region of the transfer transistors TXA (n) and TXB (n), and the first transistor SWA The source diffusion regions (n) are electrically connected to each other by the wiring 97 (n) to be conductive. The first node Pa (n) corresponds to the wiring 97 (n) and the entire portion that is electrically connected to and conductive with the wiring 97 (n). The same applies to the rows of other pixel blocks BL.

第1のトランジスタSWA(n)のドレイン拡散領域、第2のトランジスタSWB(n)のドレイン拡散領域及び第2のトランジスタSWB(n+1)のソース拡散領域の間が、配線98(n)によって互いに電気的に接続されて導通している。第2のノードPb(n)は、配線98(n)及びこれに対して電気的に接続されて導通している箇所全体に相当している。これらの点は、他の第1のトランジスタSWA及び他の第2のトランジスタSWBについても同様である。   The wiring 98 (n) electrically connects the drain diffusion region of the first transistor SWA (n), the drain diffusion region of the second transistor SWB (n), and the source diffusion region of the second transistor SWB (n + 1). Connected and conducting. The second node Pb (n) corresponds to the wiring 98 (n) and the entire portion that is electrically connected to and conductive with the wiring 98 (n). The same applies to other first transistors SWA and other second transistors SWB.

第1のトランジスタSWAのゲートは行毎に制御線95に共通に接続され、そこには、制御信号φSWAが垂直走査回路21から供給される。第2のトランジスタSWBのゲートは行毎に制御線96に共通に接続され、そこには、制御信号φSWBが垂直走査回路21から供給される。   The gate of the first transistor SWA is commonly connected to the control line 95 for each row, and a control signal φSWA is supplied from the vertical scanning circuit 21 to the gate. The gates of the second transistors SWB are commonly connected to the control line 96 for each row, and a control signal φSWB is supplied from the vertical scanning circuit 21 there.

図14及び図15において、CC(n)は、第1のトランジスタSWA(n)がオフしている場合の、第1のノードPa(n)と基準電位との間の容量である。容量CC(n)の容量値をCfd1’とする。CD(n)は、第1のトランジスタSWA(n)及び第2のトランジスタSWB(n),SWB(n+1)がオフしている場合の、配線98(n)と基準電位との間の容量である。容量CD(n)の容量値をCfd2’とする。これらの点は、他の第1のトランジスタSWA及び他の第2のトランジスタSWBについても同様である。   14 and 15, CC (n) is a capacitance between the first node Pa (n) and the reference potential when the first transistor SWA (n) is off. Let Cfd1 'be the capacitance value of the capacitor CC (n). CD (n) is a capacitance between the wiring 98 (n) and the reference potential when the first transistor SWA (n) and the second transistors SWB (n) and SWB (n + 1) are off. is there. The capacitance value of the capacitor CD (n) is Cfd2 '. The same applies to other first transistors SWA and other second transistors SWB.

容量CC(n)は、転送トランジスタTXA(n),TXB(n)のドレイン拡散領域の容量と、リセットトランジスタRST(n)のソース拡散領域の容量と、第1のトランジスタSWA(n)のソース拡散領域の容量と、増幅トランジスタAMP(n)のゲート電極の容量と、配線97(n)の配線容量とから構成され、それらの容量値の合計が容量CC(n)の容量値Cfd1’となる。この点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。   The capacitance CC (n) includes the capacitance of the drain diffusion region of the transfer transistors TXA (n) and TXB (n), the capacitance of the source diffusion region of the reset transistor RST (n), and the source of the first transistor SWA (n). The capacitance of the diffusion region, the capacitance of the gate electrode of the amplification transistor AMP (n), and the wiring capacitance of the wiring 97 (n) are composed of the capacitance value Cfd1 ′ of the capacitance CC (n). Become. The same applies to the rows of other pixel blocks BL.

なお、第2のトランジスタSWB(n)のソース拡散領域の容量は容量CC(n)の構成要素とならないので、その分、容量CC(n)の容量値Cfd1’は小さくなる。この点、前記第1の実施の形態では、連結トランジスタSWa(n)のソース拡散領域46の容量のみならず連結トランジスタSWb(n−1)のドレイン拡散領域48の容量も容量CBの構成要素となっているので、その分、容量CBの容量値Cfd1は大きくなる。すなわち、本実施の形態における容量値Cfd1’は、前記第1の実施の形態における容量値Cfd1よりも、トランジスタ拡散容量1個分だけ小さくなる。   Note that the capacitance of the source diffusion region of the second transistor SWB (n) does not become a component of the capacitor CC (n), and accordingly, the capacitance value Cfd1 'of the capacitor CC (n) is reduced. In this regard, in the first embodiment, not only the capacitance of the source diffusion region 46 of the coupling transistor SWa (n) but also the capacitance of the drain diffusion region 48 of the coupling transistor SWb (n−1) is a component of the capacitance CB. Therefore, the capacitance value Cfd1 of the capacitor CB increases accordingly. That is, the capacitance value Cfd1 'in this embodiment is smaller than the capacitance value Cfd1 in the first embodiment by one transistor diffusion capacitor.

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

今、画素ブロックBL(n)に着目して、第1のトランジスタSWA(n)がオフする(すなわち、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうちのオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態とならない)と、第1のノードPa(n)と基準電位との間の容量(電荷電圧変換容量)は、容量CC(n)となる。よって、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1’となる。この状態は、後述する第1の動作モードを示す図16中の期間T2の状態に相当している。   Now, paying attention to the pixel block BL (n), the first transistor SWA (n) is turned off (that is, the on-state transistor among the first transistors SWA and the second transistors SWB is the first one). And a capacitance (charge-voltage conversion capacitance) between the first node Pa (n) and the reference potential is a capacitance CC (n). It becomes. Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa (n) is Cfd1 ′. This state corresponds to a state of a period T2 in FIG. 16 showing a first operation mode described later.

また、画素ブロックBL(n)に着目して、第1のトランジスタSWA(n)がオンすると、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち、第1のトランジスタSWA(n)以外のオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態とならなければ(ここでは、具体的には、第2のトランジスタSWB(n),SWB(n+1)がオフであれば)、第1のノードPa(n)と基準電位との間の容量(電荷電圧変換容量)は、容量CC(n)に対して、容量CD(n)及び第1のトランジスタSWA(n)のオン時のチャネル容量を付加したものとなる。よって、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1’+Cfd2’+Csw≒Cfd1’+Cfd2’となる。この状態は、後述する第2Aの動作モードを示す図17中の期間T2の状態に相当している。   When the first transistor SWA (n) is turned on by focusing on the pixel block BL (n), the first transistor SWA and the second transistor SWB other than the first transistor SWA (n) are turned on. Are not electrically connected to the first node Pa (n) (here, specifically, the second transistors SWB (n), SWB (n + 1) Is off), the capacitance (charge-voltage conversion capacitance) between the first node Pa (n) and the reference potential is the capacitance CD (n) and the first transistor with respect to the capacitance CC (n). The channel capacity when SWA (n) is turned on is added. Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa (n) is Cfd1 ′ + Cfd2 ′ + Csw≈Cfd1 ′ + Cfd2 ′. This state corresponds to a state of a period T2 in FIG. 17 showing a 2A operation mode to be described later.

さらに、画素ブロックBL(n)に着目して、第1のトランジスタSWA(n)及び第2のトランジスタSWB(n+1)がオンすると、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち、トランジスタSWA(n),SWB(n+1)以外のオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態とならなければ(ここでは、具体的には、トランジスタSWB(n),SWA(n+1),SWB(n+2)がオフであれば)、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量は、容量CC(n)に対して、容量CD(n)、容量CD(n+1)及びトランジスタSWA(n),SWB(n+1)のオン時のチャネル容量を付加したものとなる。よって、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1’+2×Cfd2’+2×Csw≒Cfd1’+2×Cfd2’となる。この状態は、後述する第2Bの動作モードを示す図18中の期間T2の状態に相当している。   Further, paying attention to the pixel block BL (n), when the first transistor SWA (n) and the second transistor SWB (n + 1) are turned on, among the first transistors SWA and the second transistors SWB, If the transistors other than the transistors SWA (n) and SWB (n + 1) are not electrically connected to the first node Pa (n) (here, specifically, the transistor SWB). (If (n), SWA (n + 1), SWB (n + 2) are off), the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa (n) is the capacitance CD (n), The capacitance CD (n + 1) and the channel capacitance when the transistors SWA (n) and SWB (n + 1) are turned on are added. Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa (n) is Cfd1 ′ + 2 × Cfd2 ′ + 2 × Csw≈Cfd1 ′ + 2 × Cfd2 ′. This state corresponds to a state of a period T2 in FIG. 18 showing a second B operation mode described later.

さらにまた、画素ブロックBL(n)に着目して、第1のトランジスタSWA(n),SWA(n+1)及び第2のトランジスタSWB(n+1)がオンすると、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち、トランジスタSWA(n),SWA(n+1),SWB(n+1)以外のオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態とならなければ(ここでは、具体的には、トランジスタSWB(n),SWB(n+2)がオフであれば)、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量は、容量CC(n)に対して、容量CD(n)、容量CD(n+1)、容量CC(n+1)及びトランジスタSWA(n),SWA(n+1),SWB(n+1)のオン時のチャネル容量を付加したものとなる。よって、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、2×Cfd1’+2×Cfd2’+3×Csw≒2×Cfd1’+2×Cfd2’となる。この状態は、後述する第2Cの動作モードを示す図19中の期間T2の状態に相当している。   Furthermore, paying attention to the pixel block BL (n), when the first transistors SWA (n), SWA (n + 1) and the second transistor SWB (n + 1) are turned on, the first transistors SWA and the second transistors SWA (n + 1) are turned on. Of the transistors SWB, transistors other than the transistors SWA (n), SWA (n + 1), and SWB (n + 1) must be in an electrically connected state with respect to the first node Pa (n). Here, specifically, if the transistors SWB (n) and SWB (n + 2) are off), the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa (n) is relative to the capacitance CC (n). Capacitance CD (n), capacitance CD (n + 1), capacitance CC (n + 1) and channel capacitance when the transistors SWA (n), SWA (n + 1) and SWB (n + 1) are turned on are added. The things. Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa (n) is 2 × Cfd1 ′ + 2 × Cfd2 ′ + 3 × Csw≈2 × Cfd1 ′ + 2 × Cfd2 ′. This state corresponds to a state of a period T2 in FIG. 19 showing a 2C operation mode described later.

また、画素ブロックBL(n)に着目して、第1のトランジスタSWA(n)及び第2のトランジスタSWB(n+1),SWB(n+2)がオンすると、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち、トランジスタSWA(n),SWB(n+1),SWB(n+2)以外のオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態とならなければ(ここでは、具体的には、トランジスタSWA(n+1),SWA(n+2),SWB(n),SWB(n+3)がオフであれば)、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量は、容量CC(n)に対して、容量CD(n)、容量CD(n+1)、容量CD(n+2)及びトランジスタSWA(n),SWB(n+1),SWB(n+2)のオン時のチャネル容量を付加したものとなる。よって、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1’+3×Cfd2’+3×Csw≒Cfd1’+3×Cfd2’となる。この状態は、後述する第2Cの動作モードを示す図20中の期間T2の状態に相当している。   Further, focusing on the pixel block BL (n), when the first transistor SWA (n) and the second transistors SWB (n + 1) and SWB (n + 2) are turned on, the first transistors SWA and the second transistors SWB (n + 1) and SWB (n + 2) are turned on. Of the transistors SWB, transistors in the on state other than the transistors SWA (n), SWB (n + 1), and SWB (n + 2) are not electrically connected to the first node Pa (n) ( Here, specifically, if the transistors SWA (n + 1), SWA (n + 2), SWB (n), and SWB (n + 3) are off), the charge-voltage conversion capacity of the first node Pa (n) is For the capacitor CC (n), the capacitor CD (n), the capacitor CD (n + 1), the capacitor CD (n + 2), and the transistors SWA (n), SWB (n + 1), SWB (n + 2) The obtained by adding the channel capacity when on. Accordingly, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa (n) is Cfd1 ′ + 3 × Cfd2 ′ + 3 × Csw≈Cfd1 ′ + 3 × Cfd2 ′. This state corresponds to a state of a period T2 in FIG. 20 showing a 2C operation mode to be described later.

このように、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち第1のノードPa(n)に対して電気的に接続されるオン状態のトランジスタがなければ、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値が最小の容量値Cfd1’となり、その電荷電圧変換容量による電荷電圧変換係数が大きくなるため、最高のSN比での読出しが可能となる。そして、前述したように、容量値Cfd1’が前記第1の実施の形態における最小の容量値Cfd1よりもトランジスタ拡散容量1個分だけ小さくなるので、本実施の形態によれば、前記第1の実施の形態と比べても、電荷電圧変換係数が一層大きくなり、より一層高いSN比での読み出しが可能となる。   As described above, if there is no on-state transistor electrically connected to the first node Pa (n) among the first transistors SWA and the second transistors SWB, the first node Pa ( The capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor in (n) becomes the minimum capacitance value Cfd1 ′, and the charge-voltage conversion coefficient by the charge-voltage conversion capacitor increases, so that reading with the highest SN ratio becomes possible. As described above, since the capacitance value Cfd1 ′ is smaller than the minimum capacitance value Cfd1 in the first embodiment by one transistor diffusion capacitor, according to this embodiment, the first value Compared to the embodiment, the charge-voltage conversion coefficient is further increased, and reading at a higher SN ratio is possible.

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

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

図16は、図14に示す固体撮像素子94の第1の動作モードを示すタイミングチャートである。この第1の動作モードは、各画素ブロックBLを行毎に順次選択していき、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち選択された画素ブロックBLの第1のノードPaに対して電気的に接続されるオン状態のトランジスタがない状態(当該第1のノードPaの電荷電圧変換容量が最小である状態)で、選択された画素ブロックBLの転送トランジスタTXA,TXBを順次選択的にオンさせて、選択された画素ブロックBLの各フォトダイオードPDA,PDBの信号を行毎に順次読み出す動作の例である。図16に示す例では、全画素PXA,PXBの信号を読み出すが、これに限らず、例えば、画素行を間引いて読み出す間引き読み出し等を行ってもよい。この点は、後述する図17乃至図20にそれぞれ示す各例についても同様である。   FIG. 16 is a timing chart showing a first operation mode of the solid-state imaging element 94 shown in FIG. In the first operation mode, each pixel block BL is sequentially selected for each row, and the first node Pa of the selected pixel block BL among the first transistors SWA and the second transistors SWB is applied to the first node Pa. The transfer transistors TXA and TXB of the selected pixel block BL are sequentially selected in a state where there is no on-state transistor electrically connected to the transistor (a state where the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa is minimum). This is an example of an operation in which the signals of the photodiodes PDA and PDB of the selected pixel block BL are sequentially read for each row. In the example illustrated in FIG. 16, signals of all the pixels PXA and PXB are read out. However, the present invention is not limited to this. For example, thinning out reading that reads out pixel rows may be performed. This also applies to each example shown in FIGS. 17 to 20 described later.

これまでの説明から図16に示す第1の動作モードの動作は明らかであるので、その詳細な説明は省略する。   Since the operation in the first operation mode shown in FIG. 16 is clear from the above description, the detailed description thereof is omitted.

図17は、図14に示す固体撮像素子94の第2Aの動作モードを示すタイミングチャートである。第2Aの動作モードは、第2の動作モードのうちの1つの動作モードである。この第2の動作モードは、各画素ブロックBLを行毎に順次選択していき、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうちの1つ以上の所定数のオン状態のトランジスタが、選択された画素ブロックBLの第1のノードPaに対して電気的に接続された状態で、選択された画素ブロックBLの転送トランジスタTXA,TXBを順次選択的にオンさせて、選択された画素ブロックBLの各フォトダイオードPDA,PDBの信号を行毎に順次読み出す動作の例である。前記第2Aの動作モードは、前記第2の動作モードにおいて、前記所定数を1つ(第1のトランジスタSWAの1つ)とした動作の例である。   FIG. 17 is a timing chart showing the 2A operation mode of the solid-state imaging device 94 shown in FIG. The second A operation mode is one of the second operation modes. In the second operation mode, each pixel block BL is sequentially selected for each row, and one or more predetermined numbers of ON transistors among the first transistors SWA and the second transistors SWB are provided. The transfer transistors TXA and TXB of the selected pixel block BL are selectively turned on in order while being electrically connected to the first node Pa of the selected pixel block BL. This is an example of the operation of sequentially reading out the signals of the photodiodes PDA and PDB of the block BL for each row. The second A operation mode is an example of an operation in which the predetermined number is one (one of the first transistors SWA) in the second operation mode.

これまでの説明から図17に示す第2Aの動作モードの動作は明らかであるので、その詳細な説明は省略する。   Since the operation in the operation mode 2A shown in FIG. 17 is clear from the above description, the detailed description thereof is omitted.

図18は、図14に示す固体撮像素子94の第2Bの動作モードを示すタイミングチャートである。第2Bの動作モードは、前記第2の動作モードのうちの他の1つの動作モードであり、前記所定数を2つ(第1のトランジスタSWAの1つと第2のトランジスタSWBの1つ)とした動作例である。これまでの説明から図18に示す第2Bの動作モードの動作は明らかであるので、その詳細な説明は省略する。   FIG. 18 is a timing chart showing the 2B operation mode of the solid-state imaging element 94 shown in FIG. The second B operation mode is another operation mode of the second operation mode, and the predetermined number is two (one first transistor SWA and one second transistor SWB). This is an example of operation. Since the operation in the operation mode 2B shown in FIG. 18 is clear from the above description, the detailed description thereof is omitted.

図19は、図14に示す固体撮像素子94の第2Cの動作モードを示すタイミングチャートである。第2Cの動作モードは、前記第2の動作モードのうちの更に他の1つの動作モードであり、前記所定数を3つ(第1のトランジスタSWAの2つと第2のトランジスタSWBの1つ)とした動作例である。これまでの説明から図19に示す第2Cの動作モードの動作は明らかであるので、その詳細な説明は省略する。   FIG. 19 is a timing chart showing the 2C operation mode of the solid-state imaging device 94 shown in FIG. The second C operation mode is another one of the second operation modes, and the predetermined number is three (two of the first transistors SWA and one of the second transistors SWB). This is an example of operation. Since the operation in the operation mode 2C shown in FIG. 19 is apparent from the above description, the detailed description thereof is omitted.

図20は、図14に示す固体撮像素子94の第2Dの動作モードを示すタイミングチャートである。第2Dの動作モードは、前記第2の動作モードのうちの更に他の1つの動作モードであり、前記所定数を3つ(第1のトランジスタSWAの1つと第2のトランジスタSWBの2つ)とした動作例である。これまでの説明から図20に示す第2Dの動作モードの動作は明らかであるので、その詳細な説明は省略する。   FIG. 20 is a timing chart showing a 2D operation mode of the solid-state imaging device 94 shown in FIG. The second D operation mode is another one of the second operation modes, and the predetermined number is three (one of the first transistor SWA and two of the second transistors SWB). This is an example of operation. Since the operation in the 2D operation mode shown in FIG. 20 is apparent from the above description, the detailed description thereof is omitted.

本実施の形態によれば、前記第1の実施の形態と同様に、ダイナミックレンジを拡大させることができるとともに、前記比較例に比べて、高感度読出し時のSN比を向上させることができる。また、本実施の形態によれば、前記第1の実施の形態と比べても、電荷電圧変換係数が一層大きくなり、より一層高いSN比での高感度読み出しが可能となる。   According to the present embodiment, the dynamic range can be expanded as in the first embodiment, and the SN ratio at the time of high-sensitivity reading can be improved as compared with the comparative example. In addition, according to the present embodiment, the charge-voltage conversion coefficient is further increased as compared with the first embodiment, and high-sensitivity readout with an even higher SN ratio is possible.

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

なお、前記第2の実施の形態と同様に、本実施の形態において、配線98に調整容量を設けてもよい。また、本実施の形態においても、容量CDの容量値を、容量CCの容量値に対して±20%の範囲内の値にしてもよいし、容量CCの容量値に対して±10%の範囲内の値にしてもよい。これらの点は、後述する第5の実施の形態についても同様である。   As in the second embodiment, an adjustment capacitor may be provided for the wiring 98 in this embodiment. Also in the present embodiment, the capacitance value of the capacitor CD may be a value within a range of ± 20% with respect to the capacitance value of the capacitor CC, or ± 10% with respect to the capacitance value of the capacitor CC. It may be a value within the range. These points are the same in the fifth embodiment described later.

なお、図16乃至図20に示す各動作例は、各画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷を、他の画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷と混合することなく読み出す動作の例であった。しかし、本発明では、各画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷を、同色の他の画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷と混合して読み出してもよい。   Each of the operation examples illustrated in FIGS. 16 to 20 is an example of an operation of reading the signal charge of the photodiode PD of each pixel PX without mixing with the signal charge of the photodiode PD of the other pixel PX. However, in the present invention, the signal charge of the photodiode PD of each pixel PX may be mixed and read with the signal charge of the photodiode PD of another pixel PX of the same color.

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

[第5の実施の形態]
図21は、本発明の第5の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子104の概略構成を示す回路図であり、図14に対応している。図21において、図14中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
[Fifth Embodiment]
FIG. 21 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the solid-state imaging device 104 of the electronic camera according to the fifth embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. In FIG. 21, elements that are the same as or correspond to elements in FIG. 14 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.

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

換言すれば、前記第4の実施の形態では、各画素ブロックBLは2個の画素PX(PXA,PXB)で構成されているのに対し、本実施の形態では、各画素ブロックBLは1個の画素PX(PXA)で構成されている。そして、前記第4の実施の形態では、画素ブロックBLに属する2個の画素PX(PXA,PXB)が、1組の第1のノードPa、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST及び選択トランジスタSELを共有しているに対し、本実施の形態では、各画素PX(本実施の形態では、PXAのみ)が、それぞれ1組の第1のノードPa、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST及び選択トランジスタSELを有している。   In other words, in the fourth embodiment, each pixel block BL is composed of two pixels PX (PXA, PXB), whereas in this embodiment, each pixel block BL is one. Pixel PX (PXA). In the fourth embodiment, two pixels PX (PXA, PXB) belonging to the pixel block BL share one set of the first node Pa, the amplification transistor AMP, the reset transistor RST, and the selection transistor SEL. On the other hand, in the present embodiment, each pixel PX (in this embodiment, only PXA) has a set of first node Pa, amplification transistor AMP, reset transistor RST, and selection transistor SEL. doing.

基本的に、前記第4の実施の形態の説明は、画素ブロックBLを画素PXAに置き換えることで、本実施の形態の説明として適合する。よって、ここでは、本実施の形態の詳細な説明は省略する。   Basically, the description of the fourth embodiment is applicable as the description of the present embodiment by replacing the pixel block BL with the pixel PXA. Therefore, detailed description of this embodiment is omitted here.

本実施の形態によっても、前記第4の実施の形態と同様の利点が得られる。   Also in this embodiment, the same advantages as in the fourth embodiment can be obtained.

[第6の実施の形態]
図22は、本発明の第6の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子の3つの画素ブロックBLの付近を示す回路図であり、図3に対応している。図23は、図22に示す3つの画素ブロックBLの付近を模式的に示す概略平面図であり、図4及び図5に対応している。図22及び図23において、図3、図4及び図5中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
[Sixth Embodiment]
FIG. 22 is a circuit diagram showing the vicinity of the three pixel blocks BL of the solid-state imaging device of the electronic camera according to the sixth embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. FIG. 23 is a schematic plan view schematically showing the vicinity of the three pixel blocks BL shown in FIG. 22, and corresponds to FIG. 4 and FIG. 22 and 23, elements that are the same as or correspond to those in FIGS. 3, 4, and 5 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.

なお、図23では、図4および図5において図示を省略していた制御線24(n)を明記しているが、制御線24(n)は本実施の形態で新たに追加したものではない。つまり、他の実施の形態においても制御線24(n)は存在しているが、図示を省略していた。   In FIG. 23, the control line 24 (n) not shown in FIGS. 4 and 5 is clearly shown, but the control line 24 (n) is not newly added in the present embodiment. . In other words, although the control line 24 (n) exists in other embodiments, the illustration is omitted.

制御線24(n)は、前記第1の実施の形態において、図3を参照して説明したように、制御信号φRST(n)が伝送される制御線である。リセットトランジスタRST(n)のゲートは行毎に制御線24(n)に共通に接続され、そこには、制御信号φRST(n)が垂直走査回路21から供給される。図23に示すように、制御線24(n)はノードP(n)に対して略平行になるように配置されており、制御線24(n)とノードP(n)との間には結合容量CRSTA(n)が形成される。以下の説明において、結合容量CRSTA(n)の容量値をCraとする。   As described with reference to FIG. 3 in the first embodiment, the control line 24 (n) is a control line through which the control signal φRST (n) is transmitted. The gates of the reset transistors RST (n) are commonly connected to the control line 24 (n) for each row, and a control signal φRST (n) is supplied from the vertical scanning circuit 21 thereto. As shown in FIG. 23, the control line 24 (n) is arranged so as to be substantially parallel to the node P (n), and between the control line 24 (n) and the node P (n). A coupling capacitor CRSTA (n) is formed. In the following description, the capacitance value of the coupling capacitor CRSTA (n) is Cra.

本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点である。本実施の形態では、各画素ブロックBL(n)において、配線72(n)と略平行にダミー配線DP(n)を配置している。ダミー配線DP(n)は、制御線24(n)の一部を延在させた配線パターンである。つまりダミー配線DP(n)は、一端が制御線24(n)に接続されているが、画素ブロックBLの間に延在する他端はどこにも接続されておらず、回路の制御には特に意味を持たないダミーの配線パターンであるといえる。配線72(n)と略平行にダミー配線DP(n)を配置したことにより、配線72(n)とダミー配線DP(n)との間には、図22および図23に示すように、結合容量CRSTB(n)が形成される。以下の説明において、結合容量CRSTB(n)の容量値をCrbとする。前記第1の実施の形態においては、制御線24(n)と配線72(n)とはほとんど結合しておらず、Crbは極めて小さいものであった。本実施の形態では、ダミー配線DP(n)を設けたので、Crbは前記第1の実施の形態に比べて大きな値をとる。   This embodiment is different from the first embodiment in the points described below. In the present embodiment, the dummy wiring DP (n) is arranged substantially parallel to the wiring 72 (n) in each pixel block BL (n). The dummy wiring DP (n) is a wiring pattern in which a part of the control line 24 (n) is extended. That is, one end of the dummy wiring DP (n) is connected to the control line 24 (n), but the other end extending between the pixel blocks BL is not connected anywhere, and is particularly useful for circuit control. It can be said that this is a dummy wiring pattern having no meaning. Since the dummy wiring DP (n) is arranged substantially parallel to the wiring 72 (n), the coupling between the wiring 72 (n) and the dummy wiring DP (n) is performed as shown in FIGS. A capacitor CRSTB (n) is formed. In the following description, the capacitance value of the coupling capacitor CRSTB (n) is Crb. In the first embodiment, the control line 24 (n) and the wiring 72 (n) are hardly coupled, and Crb is extremely small. In this embodiment, since the dummy wiring DP (n) is provided, Crb takes a larger value than that in the first embodiment.

なお、ダミー配線DP(n)の形状は、上述したものと異なっていてもよい。例えば、配線72(n)と平行な部分のみとし、画素ブロックBLの間に延在している部分は省略してもよい。また、結合容量CRSTB(n)を大きくするため、ダミー配線DP(n)のパターンはできるだけ太くすることが望ましい。更に、ダミー配線DP(n)を設けるものとは異なる方法で、制御線24(n)と配線72(n)との結合容量を大きくしてもよい。   The shape of the dummy wiring DP (n) may be different from that described above. For example, only a portion parallel to the wiring 72 (n) may be provided, and a portion extending between the pixel blocks BL may be omitted. In order to increase the coupling capacitance CRSTB (n), it is desirable that the pattern of the dummy wiring DP (n) be as thick as possible. Further, the coupling capacitance between the control line 24 (n) and the wiring 72 (n) may be increased by a method different from that provided with the dummy wiring DP (n).

図24は、ノードP(n)の電位をリセットする様子を例示するタイミングチャートである。時刻t0において、制御信号φRST(n)がHにされてn行目のリセットトランジスタRST(n)が一旦オンにされ、ノードP(n)の電位が一旦電源電位VDDにリセットされる。その後、制御信号φRST(n)がLにされると、リセットトランジスタRST(n)がオフにされる。このとき、ノードP(n)の電位は、電源電位VDDからフィードスルー量ΔVだけ低下し、電位VDARKになる。   FIG. 24 is a timing chart illustrating how the potential of the node P (n) is reset. At time t0, the control signal φRST (n) is set to H, the reset transistor RST (n) in the n-th row is once turned on, and the potential of the node P (n) is once reset to the power supply potential VDD. Thereafter, when the control signal φRST (n) is set to L, the reset transistor RST (n) is turned off. At this time, the potential of the node P (n) decreases from the power supply potential VDD by the feedthrough amount ΔV and becomes the potential VDARK.

連結トランジスタSWa(n),SWb(n),SWb(n−1)がオフしている場合、フィードスルー量ΔVは、(Cra/Cfd1)×Vrstとなる。ここで、Vrstは制御信号φRST(n)の振幅である。なお、前述の通り、Cfd1は容量CA(n)の容量値であり、Craは結合容量CRSTA(n)の容量値である。   When the connection transistors SWa (n), SWb (n), and SWb (n−1) are off, the feedthrough amount ΔV is (Cra / Cfd1) × Vrst. Here, Vrst is the amplitude of the control signal φRST (n). As described above, Cfd1 is the capacitance value of the capacitor CA (n), and Cra is the capacitance value of the coupling capacitor CRSTA (n).

これに対して、連結トランジスタSWa(n)がオンしている場合、フィードスルー量ΔVは、((Cra+Crb)/(Cfd1+Cfd2))×Vrstとなる。なお、前述の通り、Cfd2は容量CB(n)の容量値であり、Crbは結合容量CRSTB(n)の容量値である。   On the other hand, when the connection transistor SWa (n) is on, the feedthrough amount ΔV is ((Cra + Crb) / (Cfd1 + Cfd2)) × Vrst. As described above, Cfd2 is the capacitance value of the capacitor CB (n), and Crb is the capacitance value of the coupling capacitor CRSTB (n).

前記第1の実施の形態では、Crbは極めて小さい。仮にCrbを0とすると、連結トランジスタSWa(n)がオンしている場合のフィードスルー量ΔVは、(Cra/(Cfd1+Cfd2))となる。ここで、容量値Craは、連結トランジスタSWa(n)のオンオフにかかわらず一定である。従って、前記第1の実施の形態において、フィードスルー量ΔVは、連結トランジスタSWa(n)をオンすると小さくなる。そのため、電位VDARKは連結トランジスタSWa(n)がオフしている場合に比べて高くなる。   In the first embodiment, Crb is extremely small. If Crb is 0, the feedthrough amount ΔV when the connection transistor SWa (n) is on is (Cra / (Cfd1 + Cfd2)). Here, the capacitance value Cra is constant regardless of whether the connection transistor SWa (n) is on or off. Therefore, in the first embodiment, the feedthrough amount ΔV decreases when the connection transistor SWa (n) is turned on. Therefore, the potential VDARK is higher than that when the connection transistor SWa (n) is off.

一方、本実施の形態では、Crbが前記第1の実施の形態よりも大きい。従って、フィードスルー量ΔVは前記第1の実施の形態に比べて大きくなり、電位VDARKを低くすることができる。   On the other hand, in the present embodiment, Crb is larger than that in the first embodiment. Therefore, the feedthrough amount ΔV becomes larger than that in the first embodiment, and the potential VDARK can be lowered.

増幅トランジスタAMP(n)からの出力のリニアリティを良好に保つためには、増幅トランジスタAMP(n)を飽和領域で動作させる必要がある。つまり、ドレイン・ソース間電圧Vdsを飽和電圧Vdsatよりも大きくする必要がある。ドレイン・ソース間電圧Vdsは、ドレイン電圧Vdとソース電圧Vsとの差であり、Vd−Vsと表記される。ここで、図22より、ドレイン電圧Vdは電源電圧Vddである。また、ソース電圧VsはVg―Vth―√(2×Id/β)である。なお、Vgはゲート電圧、Vthは増幅トランジスタAMP(n)のしきい値、Idはドレイン電流、βは素子パラメータである。   In order to keep the linearity of the output from the amplification transistor AMP (n) good, it is necessary to operate the amplification transistor AMP (n) in the saturation region. That is, it is necessary to make the drain-source voltage Vds larger than the saturation voltage Vdsat. The drain-source voltage Vds is a difference between the drain voltage Vd and the source voltage Vs and is expressed as Vd−Vs. Here, from FIG. 22, the drain voltage Vd is the power supply voltage Vdd. The source voltage Vs is Vg−Vth−√ (2 × Id / β). Vg is a gate voltage, Vth is a threshold value of the amplification transistor AMP (n), Id is a drain current, and β is an element parameter.

ここから、ゲート電圧Vgが高くなるとソース電圧Vsが上昇する、つまりドレイン・ソース間電圧Vdsが小さくなることがわかる。このとき、増幅トランジスタAMP(n)が飽和領域で動作できなくなる可能性がある。従って、ノードP(n)のリセット後の電位VDARKを低く保つ必要がある。また、ノイズ低減のため増幅トランジスタAMP(n)を埋め込みチャネル型にする技術があるが、このような技術を適用するとしきい値Vthは低下するので、ソース電圧Vsは更に上昇することになる。そのため、電位VDARKを低く抑えることはより重要になる。   From this, it can be seen that as the gate voltage Vg increases, the source voltage Vs increases, that is, the drain-source voltage Vds decreases. At this time, the amplification transistor AMP (n) may not be able to operate in the saturation region. Therefore, it is necessary to keep the potential VDARK after resetting the node P (n) low. In addition, there is a technique of making the amplification transistor AMP (n) a buried channel type in order to reduce noise. However, when such a technique is applied, the threshold voltage Vth decreases, and the source voltage Vs further increases. Therefore, it is more important to keep the potential VDARK low.

本実施の形態では、連結トランジスタSWa(n)がオンしている場合にも、フィードスルー量ΔVを大きくすることができ、増幅トランジスタAMP(n)を確実に飽和領域で動作させることができるので、前記第1の実施の形態に比べ、増幅トランジスタAMP(n)の出力のリニアリティが向上する。   In this embodiment, even when the connection transistor SWa (n) is on, the feedthrough amount ΔV can be increased, and the amplification transistor AMP (n) can be reliably operated in the saturation region. Compared with the first embodiment, the linearity of the output of the amplification transistor AMP (n) is improved.

また、Cfd2,Crbの容量値は調整可能であり、適宜調整することにより、連結トランジスタSWa(n)のオンオフによらず、フィードスルー量ΔVを略同一にすることもできる。このようにすれば、連結トランジスタSWa(n)のオンオフによらず、ノードP(n)のリセット後の電位VDARKを略同一にして動作させることができる。   Further, the capacitance values of Cfd2 and Crb can be adjusted, and the feedthrough amount ΔV can be made substantially the same regardless of whether the coupling transistor SWa (n) is turned on or off by appropriately adjusting the capacitance values. In this way, the operation can be performed with the potential VDARK after the reset of the node P (n) being substantially the same regardless of whether the connection transistor SWa (n) is turned on or off.

[第7の実施の形態]
図25は、本発明の第6の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子の3つの画素ブロックBLの付近を示す回路図であり、図3に対応している。図26は、図25に示す3つの画素ブロックBLの付近を模式的に示す概略平面図であり、図4及び図5に対応している。図25及び図26において、図3、図4及び図5中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
[Seventh Embodiment]
FIG. 25 is a circuit diagram showing the vicinity of the three pixel blocks BL of the solid-state imaging device of the electronic camera according to the sixth embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. FIG. 26 is a schematic plan view schematically showing the vicinity of the three pixel blocks BL shown in FIG. 25, and corresponds to FIG. 4 and FIG. 25 and 26, the same or corresponding elements as those in FIGS. 3, 4 and 5 are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.

なお、図26では、図4および図5において図示を省略していた3つの制御線22(n),24(n),27(n)を明記しているが、これら3つの制御線22(n),24(n),27(n)は本実施の形態で新たに追加したものではない。つまり、他の実施の形態においてもこれら3つの制御線22(n),24(n),27(n)は存在しているが、図示を省略していた。   26 clearly shows three control lines 22 (n), 24 (n), and 27 (n) that are not shown in FIGS. 4 and 5, these three control lines 22 ( n), 24 (n), and 27 (n) are not newly added in the present embodiment. That is, in the other embodiments, these three control lines 22 (n), 24 (n), and 27 (n) exist, but are not shown.

制御線22(n)は、前記第1の実施の形態において、図3を参照して説明したように、制御信号φSWa(n)が伝送される制御線である。連結トランジスタSWa(n)のゲートは行毎に制御線22(n)に共通に接続され、そこには、制御信号φSWa(n)が垂直走査回路21から供給される。   As described with reference to FIG. 3 in the first embodiment, the control line 22 (n) is a control line through which the control signal φSWa (n) is transmitted. The gates of the connection transistors SWa (n) are commonly connected to the control line 22 (n) for each row, and a control signal φSWa (n) is supplied from the vertical scanning circuit 21 thereto.

制御線24(n)は、前記第1の実施の形態において、図3を参照して説明したように、制御信号φRST(n)が伝送される制御線である。リセットトランジスタRST(n)のゲートは行毎に制御線24(n)に共通に接続され、そこには、制御信号φRST(n)が垂直走査回路21から供給される。   As described with reference to FIG. 3 in the first embodiment, the control line 24 (n) is a control line through which the control signal φRST (n) is transmitted. The gates of the reset transistors RST (n) are commonly connected to the control line 24 (n) for each row, and a control signal φRST (n) is supplied from the vertical scanning circuit 21 thereto.

制御線27(n)は、前記第1の実施の形態において、図3を参照して説明したように、制御信号φSWb(n)が伝送される制御線である。連結トランジスタSWb(n)のゲートは行毎に制御線27(n)に共通に接続され、そこには、制御信号φSWb(n)が垂直走査回路21から供給される。   As described with reference to FIG. 3 in the first embodiment, the control line 27 (n) is a control line through which the control signal φSWb (n) is transmitted. The gates of the connection transistors SWb (n) are commonly connected to the control line 27 (n) for each row, and a control signal φSWb (n) is supplied from the vertical scanning circuit 21 thereto.

図25および図26に示すように、ノードP(n)と制御線24(n)との間には、結合容量CRSTA(n)が形成される。同様に、配線72(n)と制御線22(n)との間には、結合容量CSWa(n)が形成され、配線72(n)と制御線27(n)との間には、結合容量CSWb(n)が形成される。   As shown in FIGS. 25 and 26, a coupling capacitor CRSTA (n) is formed between the node P (n) and the control line 24 (n). Similarly, a coupling capacitance CSWa (n) is formed between the wiring 72 (n) and the control line 22 (n), and a coupling is formed between the wiring 72 (n) and the control line 27 (n). A capacitor CSWb (n) is formed.

本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点である。本実施の形態において、固体撮像素子の回路構成は前記第1の実施の形態と同一である。本実施の形態では、各動作モードにおける連結トランジスタSWa(n),SWb(n)の動作が、前記第1の実施の形態と異なる。以下、画素ブロックBL(n)に注目して、各動作モードにおける連結トランジスタSWa(n),SWb(n)の動作を説明する。   This embodiment is different from the first embodiment in the points described below. In the present embodiment, the circuit configuration of the solid-state imaging device is the same as that of the first embodiment. In the present embodiment, the operations of the connection transistors SWa (n) and SWb (n) in each operation mode are different from those in the first embodiment. Hereinafter, focusing on the pixel block BL (n), the operation of the connection transistors SWa (n) and SWb (n) in each operation mode will be described.

図27は、本発明の第7の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子の第1の動作モードを示すタイミングチャートであり、図6に対応している。前記第1の実施の形態との違いは、制御信号φRST(n)をHにしてリセットトランジスタRST(n)をオンにする際、略同時に制御信号φSWa(n)をHにして連結トランジスタSWa(n)をオンにしている点である(時刻t1直前)。垂直走査回路21は、その後に、まず制御信号φRST(n)をLにしてリセットトランジスタRST(n)をオフにし、続いて制御信号φSWa(n)をLにして連結トランジスタSWa(n)をオフにする。その他の点については前記第1の実施の形態と同一であるので説明を省略する。   FIG. 27 is a timing chart showing a first operation mode of the solid-state imaging device of the electronic camera according to the seventh embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. The difference from the first embodiment is that when the control signal φRST (n) is set to H and the reset transistor RST (n) is turned on, the control signal φSWa (n) is set to H and the connection transistor SWa ( n) is turned on (immediately before time t1). Thereafter, the vertical scanning circuit 21 first sets the control signal φRST (n) to L to turn off the reset transistor RST (n), and then sets the control signal φSWa (n) to L to turn off the connection transistor SWa (n). To. Since other points are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.

図28は、本発明の第7の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子の第2Aの動作モードを示すタイミングチャートであり、図7に対応している。前記第1の実施の形態との違いは、制御信号φRST(n)をHにしてリセットトランジスタRST(n)をオンにする際、略同時に、制御信号φSWb(n)をHにして連結トランジスタSWb(n)をオンにしている点である(時刻t1直前)。垂直走査回路21は、その後に、まず制御信号φRST(n)をLにしてリセットトランジスタRST(n)をオフにし、続いて制御信号φSWb(n)をLにして連結トランジスタSWb(n)をオフにする。その他の点については前記第1の実施の形態と同一であるので説明を省略する。   FIG. 28 is a timing chart showing a 2A operation mode of the solid-state imaging device of the electronic camera according to the seventh embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. The difference from the first embodiment is that when the control signal φRST (n) is set to H and the reset transistor RST (n) is turned on, the control signal φSWb (n) is set to H and the connection transistor SWb is substantially at the same time. (N) is turned on (immediately before time t1). Thereafter, the vertical scanning circuit 21 first sets the control signal φRST (n) to L to turn off the reset transistor RST (n), and then sets the control signal φSWb (n) to L to turn off the connection transistor SWb (n). To. Since other points are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.

図29は、本発明の第7の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子の第2Bの動作モードを示すタイミングチャートであり、図8に対応している。前記第1の実施の形態との違いは、制御信号φRST(n)をHにしてリセットトランジスタRST(n)をオンにする際、略同時に制御信号φSWa(n+1)をHにして連結トランジスタSWa(n+1)をオンにしている点である(時刻t1直前)。垂直走査回路21は、その後に、まず制御信号φRST(n)をLにしてリセットトランジスタRST(n)をオフにし、続いて制御信号φSWa(n+1)をLにして連結トランジスタSWa(n+1)をオフにする。その他の点については前記第1の実施の形態と同一であるので説明を省略する。   FIG. 29 is a timing chart showing the 2B operation mode of the solid-state imaging device of the electronic camera according to the seventh embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. The difference from the first embodiment is that when the control signal φRST (n) is set to H and the reset transistor RST (n) is turned on, the control signal φSWa (n + 1) is set to H and the connection transistor SWa ( n + 1) is turned on (immediately before time t1). Thereafter, the vertical scanning circuit 21 first sets the control signal φRST (n) to L to turn off the reset transistor RST (n), and then sets the control signal φSWa (n + 1) to L to turn off the connection transistor SWa (n + 1). To. Since other points are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.

以上のように、本実施の形態では、ノードP(n)のリセットの際に、略同時に最外端の連結トランジスタを(一時的に)オンしている。ここで最外端の連結トランジスタとは、連結する画素ブロックBLの最外端に位置する連結トランジスタである。例えば画素ブロックBL(n)を連結しない場合、最外端の連結トランジスタとは、連結トランジスタSWa(n),SWb(n−1)のいずれか一方である。また、画素ブロックBL(n)と画素ブロックBL(n+1)とを連結する場合、最外端の連結トランジスタとは、連結トランジスタSWa(n+1),SWb(n−1)のいずれか一方である。   As described above, in the present embodiment, when the node P (n) is reset, the outermost connected transistor is turned on substantially temporarily. Here, the outermost connected transistor is a connected transistor located at the outermost end of the pixel block BL to be connected. For example, when the pixel block BL (n) is not connected, the outermost connected transistor is one of the connected transistors SWa (n) and SWb (n−1). Further, when the pixel block BL (n) and the pixel block BL (n + 1) are connected, the outermost connected transistor is one of the connected transistors SWa (n + 1) and SWb (n−1).

図30は、ノードP(n)の電位をリセットする様子を例示するタイミングチャートである。なお図30において、制御信号φSWは、最外端の連結トランジスタのゲートに供給される制御信号である。例えば、最外端の連結トランジスタが連結トランジスタSWb(n−1)である場合、制御信号φSWとは制御信号φSWb(n−1)のことである。   FIG. 30 is a timing chart illustrating how the potential of the node P (n) is reset. In FIG. 30, the control signal φSW is a control signal supplied to the gate of the outermost connected transistor. For example, when the outermost connection transistor is the connection transistor SWb (n−1), the control signal φSW is the control signal φSWb (n−1).

時刻t0において、最外端の連結トランジスタのゲートに供給される制御信号φSWと制御信号φRST(n)とが略同時にHにされる。これにより、n行目のリセットトランジスタRST(n)が一旦オンにされると共に、画素ブロックBLが一旦連結される。このとき、ノードP(n)の電位は、一旦電源電位VDDにリセットされる。その後、制御信号φRST(n)がLにされると、リセットトランジスタRST(n)がオフにされる。このとき、ノードP(n)の電位は、電源電位VDDから、制御線24(n)による結合容量に従ったフィードスルー量ΔV1だけ低下する。続いて、制御信号φSWがLにされると、最外端の連結トランジスタがオフにされる。このとき、ノードP(n)の電位は、更にフィードスルー量ΔV2だけ低下し、電位VDARKになる。   At time t0, the control signal φSW and the control signal φRST (n) supplied to the gates of the outermost coupled transistors are set to H substantially simultaneously. As a result, the reset transistor RST (n) in the n-th row is once turned on and the pixel block BL is once connected. At this time, the potential of the node P (n) is once reset to the power supply potential VDD. Thereafter, when the control signal φRST (n) is set to L, the reset transistor RST (n) is turned off. At this time, the potential of the node P (n) decreases from the power supply potential VDD by the feedthrough amount ΔV1 according to the coupling capacitance by the control line 24 (n). Subsequently, when the control signal φSW is set to L, the outermost connected transistor is turned off. At this time, the potential of the node P (n) is further lowered by the feedthrough amount ΔV2 and becomes the potential VDARK.

以上のように、本実施の形態では、ノードP(n)の電位のリセット時に最外端の連結スイッチをオンオフすることで、これによるフィードスルー量ΔV2だけノードP(n)の電位を更に低下させている。これにより、電位VDARKを、前記第1の実施の形態に比べ、更に低く抑えることができる。従って、前記第6の実施の形態で説明したものと同様の効果を得ることができる。   As described above, in this embodiment, when the potential of the node P (n) is reset, the connection switch at the outermost end is turned on / off, thereby further reducing the potential of the node P (n) by the feedthrough amount ΔV2. I am letting. As a result, the potential VDARK can be further reduced as compared with the first embodiment. Therefore, the same effects as those described in the sixth embodiment can be obtained.

以上、本発明の各実施の形態及び変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。   As mentioned above, although each embodiment and modification of this invention were demonstrated, this invention is not limited to these.

4 固体撮像素子
BL 画素ブロック
PX 画素
PD フォトダイオード
TXA,TXB 転送トランジスタ
P ノード
AMP 増幅トランジスタ
SWa,SWb 連結トランジスタ
4 Solid-state imaging device BL Pixel block PX Pixel PD Photodiode TXA, TXB Transfer transistor P node AMP Amplification transistor SWa, SWb Linked transistor

Claims (18)

1つの光電変換部、ノード、及び、前記1つの光電変換部に対応して設けられ前記光電変換部から前記ノードに電荷を転送する1つの転送スイッチと、前記ノードの電位をリセットするリセットスイッチと、を有する複数の画素ブロックと、
1つの前記画素ブロックの前記ノードと他の1つの前記画素ブロックの前記ノードとの間に設けられた電気的な接続部と、
前記接続部中に設けられた前記画素ブロック1つ当たり複数の連結スイッチと、
を備えたことを特徴とする固体撮像素子。
One photoelectric conversion unit, a node, one transfer switch provided corresponding to the one photoelectric conversion unit, and transferring a charge from the photoelectric conversion unit to the node; and a reset switch for resetting the potential of the node; a plurality of pixel blocks having,
An electrical connection provided between the node of one of the pixel blocks and the node of another one of the pixel blocks;
A plurality of connection switches per one pixel block provided in the connection portion;
A solid-state imaging device comprising:
請求項1に記載の固体撮像素子において、
前記接続部を構成する配線に対して略平行に配置され、一端が前記リセットスイッチと電気的に接続された配線を備える固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1,
A solid-state imaging device including a wiring that is arranged substantially parallel to the wiring configuring the connection portion and has one end electrically connected to the reset switch .
請求項1または2に記載の固体撮像素子において
前記リセットスイッチがオンとなると、前記ノードに電気的に接続されている1つの前記連結スイッチはオンとなる固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1 or 2 ,
Wherein the reset switch is turned on, one of the connecting switch that is electrically connected to the node solid-state image pickup device is turned on.
請求項1に記載の固体撮像素子において、
前記連結スイッチを制御する制御部を備え、
前記制御部は、第1の動作モードにおいて、前記画素ブロックの前記ノードに対して前記接続部が電気的に切断された状態となるように、前記連結スイッチを制御し、
前記制御部は、第2の動作モードにおいて、前記画素ブロックの前記ノードに対して前記接続部が電気的に接続された状態となるように、前記連結スイッチを制御する、固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1,
A control unit for controlling the connection switch;
The control unit controls the connection switch so that the connection unit is electrically disconnected from the node of the pixel block in the first operation mode;
In the second operation mode, the control unit controls the connection switch so that the connection unit is electrically connected to the node of the pixel block.
請求項に記載の固体撮像素子において、
前記制御部は、前記第2の動作モードにおいて、前記各連結スイッチのうちの1つ以上の所定数のオン状態の連結スイッチが、前記画素ブロックの前記ノードに対して電気的に接続された状態となるように、前記連結スイッチを制御する、固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 4 ,
In the second operation mode, the control unit is in a state in which one or more of the connection switches of the connection switches are electrically connected to the node of the pixel block. A solid-state imaging device that controls the connection switch so that
請求項1に記載の固体撮像素子において、
前記複数の画素ブロックのうちの3つ以上の画素ブロックの前記ノードが、複数の前記接続部により数珠繋ぎ状に接続された、固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1,
A solid-state imaging device in which the nodes of three or more pixel blocks of the plurality of pixel blocks are connected in a daisy chain by a plurality of the connection portions.
請求項に記載の固体撮像素子において、
前記連結スイッチを制御する制御部を備え、
前記制御部は、第1の動作モードにおいて、前記3つ以上の画素ブロックのうちの1つの画素ブロックの前記ノードに対して前記接続部が電気的に切断された状態となるように、前記連結スイッチを制御し、
前記制御部は、第2の動作モードにおいて、前記3つ以上の画素ブロックのうちの前記1つの画素ブロックの前記ノードに対して前記接続部が電気的に接続された状態となるよ
うに、前記連結スイッチを制御する、固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 6 ,
A control unit for controlling the connection switch;
In the first operation mode, the control unit is configured to connect the connection unit so that the connection unit is electrically disconnected from the node of one pixel block of the three or more pixel blocks. Control the switch,
In the second operation mode, the control unit is configured so that the connection unit is electrically connected to the node of the one pixel block among the three or more pixel blocks. A solid-state image sensor that controls a connection switch.
請求項に記載の固体撮像素子において、
前記制御部は、前記第2の動作モードにおいて、前記各連結スイッチのうちの1つ以上の所定数のオン状態の連結スイッチが、前記3つ以上の画素ブロックのうちの前記1つの画素ブロックの前記ノードに対して電気的に接続された状態となるように、前記連結スイッチを制御する、固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 7 ,
In the second operation mode, the control unit is configured such that one or more of the connection switches in the predetermined number of on-state connection switches are connected to the one pixel block of the three or more pixel blocks. A solid-state imaging device that controls the connection switch so as to be electrically connected to the node.
請求項1〜のいずれか一項に記載の固体撮像素子において、
前記各画素ブロックは、前記光電変換部及び前記転送スイッチをそれぞれ複数有する、固体撮像素子。
In the solid-state image sensing device according to any one of claims 1 to 8 ,
Each of the pixel blocks has a plurality of the photoelectric conversion units and the transfer switches, respectively.
複数の光電変換部、ノード、及び、前記複数の光電変換部にそれぞれ対応して設けられ記光電変換部から前記ノードに電荷を転送する複数の転送スイッチと、前記ノードに接続され、前記ノードの電位に応じた信号を出力する増幅部と、前記増幅部に接続され、前記信号を信号線に出力する選択部と、を有する複数の画素ブロックと
前記複数の画素ブロックのうち、2つの前記画素ブロックの前記ノード間に設けられた複数の連結スイッチと、
を備える固体撮像素子。
A plurality of photoelectric conversion units, nodes, and said plurality of respectively provided corresponding to the photoelectric conversion unit, and a plurality of transfer switches for transferring charges to said node before Symbol photoelectric conversion unit, connected to said node, A plurality of pixel blocks including: an amplification unit that outputs a signal corresponding to the potential of the node; and a selection unit that is connected to the amplification unit and outputs the signal to a signal line ;
Among the plurality of pixel blocks, a plurality of connection switches provided between the nodes of the two pixel blocks;
A solid-state imaging device.
請求項10に記載の固体撮像素子において、
前記連結スイッチを制御する制御部を備え、
前記制御部は、第1の動作モードにおいて、前記各連結スイッチのうちのオン状態の連結スイッチが、前記2つの画素ブロックのうちの1つの画素ブロックの前記ノードに対し
て電気的に接続された状態とならないように、前記連結スイッチを制御し、
前記制御部は、第2の動作モードにおいて、前記各連結スイッチのうちの1つ以上の所定数のオン状態の連結スイッチが、前記1つの画素ブロックの前記ノードに対して電気的に接続された状態となるように、前記連結スイッチを制御する、固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 10 ,
A control unit for controlling the connection switch;
In the first operation mode, the control unit is configured such that an on-state connection switch of the connection switches is electrically connected to the node of one pixel block of the two pixel blocks. Control the connection switch so that it does not become a state,
In the second operation mode, the control unit is configured such that one or more of the connection switches of the connection switches are electrically connected to the node of the one pixel block. A solid-state imaging device that controls the connection switch so as to be in a state.
請求項10に記載の固体撮像素子において、
前記複数の画素ブロックのうちの3つ以上の画素ブロックの前記ノードが、前記複数の連結スイッチの2組以上により数珠繋ぎ状に接続された、固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 10 ,
A solid-state imaging device in which the nodes of three or more pixel blocks of the plurality of pixel blocks are connected in a daisy chain by two or more sets of the plurality of connection switches.
請求項12に記載の固体撮像素子において、
前記連結スイッチを制御する制御部を備え、
前記制御部は、第1の動作モードにおいて、前記各連結スイッチのうちのオン状態の連結スイッチが、前記3つ以上の画素ブロックのうちの1つの前記ノードに対して電気的に接続された状態とならないように、前記連結スイッチを制御し、
前記制御部は、第2の動作モードにおいて、前記各連結スイッチのうちの1つ以上の所定数のオン状態の連結スイッチが、前記1つの画素ブロックの前記ノードに対して電気的に接続された状態となるように、前記連結スイッチを制御する、固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 12 ,
A control unit for controlling the connection switch;
In the first operation mode, the controller is configured such that an on-state coupling switch among the coupling switches is electrically connected to one of the three or more pixel blocks. The connection switch is controlled so that
In the second operation mode, the control unit is configured such that one or more of the connection switches of the connection switches are electrically connected to the node of the one pixel block. A solid-state imaging device that controls the connection switch so as to be in a state.
請求項9〜13のいずれか一項に記載の固体撮像素子において、
前記転送スイッチがトランジスタからなり、
前記各画素ブロックにおいて、前記各転送スイッチのうちの1つの転送スイッチのソース又はドレインとなる拡散領域、及び、前記各転送スイッチのうちの他の1つの転送スイッチのソース又はドレインとなる拡散領域が、前記各光電変換部のうちの1つの光電変換部と前記各光電変換部のうちの他の1つの光電変換部との間に設けられた1つの拡散領域で兼用され、
前記各画素ブロックにおいて、前記1つの転送スイッチのゲート電極は、前記1つの拡散領域の、前記1つの光電変換部の側に配置され、
前記各画素ブロックにおいて、前記他の1つの転送スイッチのゲート電極は、前記1つの拡散領域の、前記他の1つの光電変換部の側に配置された、固体撮像素子。
In the solid-state image sensing device according to any one of claims 9 to 13 ,
The transfer switch comprises a transistor;
In each of the pixel blocks, a diffusion region that becomes a source or drain of one transfer switch of the transfer switches, and a diffusion region that becomes a source or drain of another transfer switch of the transfer switches , One diffusion region provided between one photoelectric conversion unit of each photoelectric conversion unit and the other one photoelectric conversion unit of each photoelectric conversion unit,
In each pixel block, the gate electrode of the one transfer switch is disposed on the one photoelectric conversion unit side of the one diffusion region,
In each of the pixel blocks, the gate electrode of the other one transfer switch is a solid-state imaging device arranged on the one other photoelectric conversion unit side of the one diffusion region.
請求項9〜14のいずれか一項に記載の固体撮像素子において、
前記複数の光電変換部の数及び前記複数の転送スイッチの数が、それぞれ2つである、固体撮像素子。
In the solid-state image sensing device according to any one of claims 9 to 14 ,
The solid-state imaging device in which the number of the plurality of photoelectric conversion units and the number of the plurality of transfer switches are two, respectively.
請求項15に記載の固体撮像素子において、
前記複数の連結スイッチの数が2つであり、
前記複数の連結スイッチのうちの1つの連結スイッチと前記複数の連結スイッチのうちの他の1つの連結スイッチとの所定方向の位置ずれ量は、前記複数の光電変換部の前記所定方向のピッチよりも大きくかつ前記ピッチの2倍よりも小さい、固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 15 ,
The number of the plurality of connection switches is two;
A positional deviation amount in a predetermined direction between one connection switch of the plurality of connection switches and another connection switch of the plurality of connection switches is determined by a pitch in the predetermined direction of the plurality of photoelectric conversion units. A solid-state imaging device which is larger and smaller than twice the pitch.
請求項9〜16のいずれか一項に記載の固体撮像素子において、
前記複数の連結スイッチの数が2つであり、
前記複数の連結スイッチがオフである場合における前記複数の連結スイッチ間の接続部と基準電位との間の容量の値は、前記複数の連結スイッチがオフである場合における前記ノードと前記基準電位との間の容量の値に対して±20%の範囲内の値である、固体撮像素子。
In the solid-state image sensing device according to any one of claims 9 to 16 ,
The number of the plurality of connection switches is two;
The value of the capacitance between the connection between the plurality of connection switches and the reference potential when the plurality of connection switches are off is the value of the node and the reference potential when the plurality of connection switches are off. A solid-state imaging device having a value within a range of ± 20% with respect to a capacitance value between.
請求項1〜17のいずれか一項に記載の固体撮像素子において、
前記複数の連結スイッチの数が2つであり、
前記複数の連結スイッチがオフである場合における前記複数の連結スイッチ間の接続部を構成する配線の少なくとも一部の幅が前記画素ブロック内の他の配線の幅よりも広いこと、前記接続部にMOS容量が接続されていること、及び、前記各連結スイッチを構成しない拡散容量が前記接続部に接続されていること、のうちのいずれか1つ以上を満たす、固体撮像素子。
In the solid-state image sensing device according to any one of claims 1 to 17 ,
The number of the plurality of connection switches is two;
A width of at least a part of a wiring configuring a connection portion between the plurality of connection switches when the plurality of connection switches are off, is wider than a width of another wiring in the pixel block; A solid-state imaging device satisfying any one or more of a MOS capacitor being connected and a diffusion capacitor that does not constitute each of the connection switches being connected to the connection part.
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