JP6579186B2 - Imaging device and imaging apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging apparatus using the same.
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
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.
前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第1の態様による固体撮像素子は、所定方向に並んだ2つの光電変換部、ノード、前記2つの光電変換部に対応して設けられ前記2つの光電変換部から前記ノードに電荷をそれぞれ転送する2つの転送トランジスタ、前記ノードの電位をリセットするリセットトランジスタ、及び、連結トランジスタを有する複数の画素ブロックを備え、前記各画素ブロックにおいて、前記2つの転送トランジスタ、前記リセットトランジスタ及び前記連結トランジスタの各一方のソース/ドレイン拡散領域が、1つの拡散領域で兼用され、2つ以上の前記画素ブロックの前記連結トランジスタの他方のソース/ドレイン拡散領域が、互いに電気的に接続されたものである。 The following aspects are presented as means for solving the problems. The solid-state imaging device according to the first aspect is provided corresponding to two photoelectric conversion units, nodes, and the two photoelectric conversion units arranged in a predetermined direction, and transfers electric charges from the two photoelectric conversion units to the node, respectively. A plurality of pixel blocks each having two transfer transistors, a reset transistor for resetting the potential of the node, and a connection transistor, and each one of the two transfer transistors, the reset transistor, and the connection transistor in each pixel block Source / drain diffusion regions are shared by one diffusion region, and the other source / drain diffusion regions of the coupling transistors of two or more pixel blocks are electrically connected to each other.
第2の態様による固体撮像素子は、前記第1の態様において、前記各画素ブロックにおいて、前記2つの転送トランジスタの各ゲート電極は、前記1つの拡散領域の前記所定方向の一方側及び他方側に配置され、前記各画素ブロックにおいて、前記リセットトランジスタ及び前記連結トランジスタの各ゲート電極は、前記1つの拡散領域の前記所定方向と交差する方向の一方側及び他方側に配置されたものである。 In the solid-state imaging device according to the second aspect, in the first aspect, in each pixel block, the gate electrodes of the two transfer transistors are on one side and the other side in the predetermined direction of the one diffusion region. In each of the pixel blocks, the gate electrodes of the reset transistor and the connection transistor are arranged on one side and the other side in a direction intersecting the predetermined direction of the one diffusion region.
第3の態様による固体撮像素子は、前記第1又は第2の態様において、前記複数の画素ブロックの前記2つの光電変換部の各々は、全体として格子状に配置され、前記複数の画素ブロックの前記2つの光電変換部の対は、前記所定方向と交差する方向に隣り合って前記所定方向へ並んだ前記対の2列が、互いに対して前記光電変換部の1ピッチ分だけ前記所定方向へずれるように、千鳥状に配置されたものである。 In the solid-state imaging device according to the third aspect, in the first or second aspect, each of the two photoelectric conversion units of the plurality of pixel blocks is arranged in a lattice shape as a whole, and The two pairs of the photoelectric conversion units are adjacent to each other in a direction crossing the predetermined direction, and the two rows of the pair arranged in the predetermined direction are in the predetermined direction by one pitch of the photoelectric conversion unit with respect to each other. They are arranged in a staggered pattern so as to be displaced.
第4の態様による固体撮像素子は、前記第3の態様において、前記2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2つの光電変換部の前記所定方向の位置と前記2つ以上の画素ブロックのうちの他の1つの画素ブロックの前記2つの光電変換部の前記所定方向の位置とは、それぞれ同じであり、前記2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2つの光電変換部の前記交差する方向の位置と前記2つ以上の画素ブロックのうちの前記他の1つの画素ブロックの前記2つの光電変換部の前記交差する方向の位置とは、前記光電変換部の2ピッチ分だけずれたものである。 The solid-state imaging device according to a fourth aspect is the solid state imaging device according to the third aspect, wherein the position of the two photoelectric conversion units in one pixel block of the two or more pixel blocks in the predetermined direction and the two or more The position of the two photoelectric conversion units in the other one of the pixel blocks in the predetermined direction is the same, and the two of the two or more pixel blocks are the 2 of the one pixel block. The position in the intersecting direction of two photoelectric conversion units and the position in the intersecting direction of the two photoelectric conversion units in the other one pixel block of the two or more pixel blocks are the photoelectric conversion unit Is shifted by two pitches.
第5の態様による固体撮像素子は、前記第3又は第4の態様において、前記複数の画素ブロックのうち前記対の前記所定方向の位置を同じくする画素ブロックのグループに対応して設けられ対応するグループの画素ブロックの出力信号を受け取る信号線を、備えたものである。 A solid-state imaging device according to a fifth aspect is provided corresponding to a group of pixel blocks having the same position in the predetermined direction of the pair of the plurality of pixel blocks in the third or fourth aspect. A signal line for receiving the output signal of the pixel block of the group is provided.
第6の態様による固体撮像素子は、前記第3乃至第5のいずれかの態様において、前記対が前記2列をなす前記各画素ブロックの前記2つの転送トランジスタのうちの一方の転送トランジスタのゲート電極は、電気的に共通に接続され、前記対が前記2列をなす前記各画素ブロックの前記2つの転送トランジスタのうちの他方の転送トランジスタのゲート電極は、電気的に共通に接続されたものである。 The solid-state imaging device according to a sixth aspect is the gate of one transfer transistor of the two transfer transistors of each pixel block in which the pair forms the two columns in any of the third to fifth aspects. The electrode is electrically connected in common, and the gate electrode of the other transfer transistor of the two transfer transistors of each pixel block in which the pair forms the two columns is electrically connected in common It is.
第7の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第6のいずれかの態様において、前記各画素ブロックは、前記ノードの電位に応じた信号を出力する増幅トランジスタと、前記1つの拡散領域と前記増幅トランジスタのゲート電極との間を電気的に接続し、最下層の配線層で構成された配線とを有するものである。 A solid-state imaging device according to a seventh aspect is the solid-state imaging device according to any one of the first to sixth aspects, wherein each of the pixel blocks includes an amplification transistor that outputs a signal according to the potential of the node, the one diffusion region, The gate electrode of the amplification transistor is electrically connected to each other and has a wiring composed of a lowermost wiring layer.
第8の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第7のいずれかの態様において、前記画素ブロックの出力信号を受け取る信号線を備え、前記各画素ブロックは、前記ノードの電位に応じた信号を出力する増幅トランジスタと、前記1つの拡散領域と前記増幅トランジスタのゲート電極との間を電気的に接続し、当該画素ブロックの出力信号を受け取る前記信号線と隣接した配線とを有するものである。 A solid-state imaging device according to an eighth aspect includes, in any one of the first to seventh aspects, a signal line that receives an output signal of the pixel block, and each pixel block has a signal corresponding to the potential of the node. And a wiring line adjacent to the signal line that electrically connects the one diffusion region and the gate electrode of the amplification transistor and receives an output signal of the pixel block. .
第9の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第8のいずれかの態様において、第1の動作モードにおいて、前記2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連結トランジスタがオフにされた状態で、前記1つの画素ブロックの前記2つの転送トランジスタの少なくとも1つがオンにされ、第2の動作モードにおいて、前記1つの画素ブロックの前記連結トランジスタがオンにされた状態で、前記1つの画素ブロックの前記2つの転送トランジスタの少なくとも1つがオンにされるものである。 In a solid-state imaging device according to a ninth aspect, in any one of the first to eighth aspects, in the first operation mode, the connection transistor of one pixel block of the two or more pixel blocks is off. In the second operation mode, at least one of the two transfer transistors of the one pixel block is turned on, and the connection transistor of the one pixel block is turned on in the second operation mode. At least one of the two transfer transistors of one pixel block is turned on.
第10の態様による撮像装置は、前記第1乃至第9のいずれかの態様による固体撮像素子を備えたものである。 An imaging apparatus according to a tenth aspect includes the solid-state imaging element according to any one of the first to ninth aspects.
第11の態様による撮像装置は、前記第9の態様による固体撮像素子を備え、ISO感度の設定値に応じて前記各動作モードを切り替えるものである。 An image pickup apparatus according to an eleventh aspect includes the solid-state image pickup element according to the ninth aspect, and switches the operation modes according to a set value of ISO sensitivity.
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.
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] [First Embodiment]
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。
FIG. 1 is a schematic block diagram schematically showing the
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
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
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-
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
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る。図4は、図2に示す固体撮像素子4の画素ブロックBLとフォトダイオードPDとの関係を模式的に示す図である。図5は、図3に示す4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6は、一部の配線23〜27を省略して図5中の2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-
固体撮像素子4は、図2乃至図6に示すように、それぞれ2つの画素PX(PXA,PXB)を有する複数の画素ブロックBLと、垂直走査回路21と、画素ブロックBLの2行毎に設けられた制御線23〜27と、画素ブロックBLの列毎に設けられ対応する列の画素ブロックのBLからの出力信号を受け取る複数の垂直信号線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。各画素PX(PXA,PXB)は、1つの光電変換部としてのフォトダイオードPD(PDA,PDB)を有している。
As shown in FIGS. 2 to 6, the solid-
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
複数の画素ブロックBLの2つの画素PXのフォトダイオードPDの各々は、図4乃至図6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、格子状に配置されている。図4は、n−2行目からn+3行目までかつm−2列目からm+3行目までの6×6個のフォトダイオードPDと、画素ブロックBLとの関係を示している。行数N及び列数Mは、限定されるものではない。 As shown in FIGS. 4 to 6, each of the photodiodes PD of the two pixels PX of the plurality of pixel blocks BL is arranged in a two-dimensional matrix in N rows and M columns and in a grid. FIG. 4 shows the relationship between the pixel block BL and 6 × 6 photodiodes PD from the (n−2) th row to the (n + 3) th row and from the (m−2) th column to the (m + 3) th row. The number of rows N and the number of columns M are not limited.
各画素ブロックBLは、行方向(図4乃至図6中の左右方向)に順次並んだ2つのフォトダイオードPDを有している。図面では、画素ブロックBLのうち図4乃至図6中の左側のフォトダイオードの符号をPDAとし、図4乃至図6中の右側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。また、図2及び図3において、フォトダイオードPDAを有する画素の符号をPXAとし、フォトダイオードPDBを有する画素の符号を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。同様に、図2乃至図6において、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。 Each pixel block BL has two photodiodes PD that are sequentially arranged in the row direction (left-right direction in FIGS. 4 to 6). In the drawing, the left photodiode in FIG. 4 to FIG. 6 in the pixel block BL is identified as PDA, and the right photodiode in FIG. 4 to 6 is identified as PDB. When the description is made without distinguishing between them, there is a case where both are described with the reference sign PD. 2 and 3, the pixel having the photodiode PDA is denoted by PXA, and the pixel having the photodiode PDB is denoted by PXB. The two are distinguished from each other. A description may be given with the reference numeral PX. Similarly, in FIGS. 2 to 6, 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. In some cases, TX is used for explanation.
画素ブロックBLを行及び列で区別する場合、j行目かつk列目の画素ブロックBLは符号BL(j,k)で示す。ここで、画素ブロックBLの行列は、当該画素ブロックBLが有する左側のフォトダイオードPDAの行列で定義し、j行目かつk列目のフォトダイオードPDAを有する画素ブロックBLを、符号BL(j,k)で示す。画素ブロックBLについて、列については特に区別せずに行毎に区別する場合には、j行目の画素ブロックBLは符号BL(j)で示す。この点は、画素ブロックBLのフォトダイオードPDA,PDBなどの構成要素や後述する制御信号についても同様である。なお、垂直信号線28を区別する場合には、画素ブロックBL(j)に対応して設けられ画素ブロックBL(j)からの出力信号を受け取る垂直信号線を、符号28(j)で示す。
When the pixel block BL is distinguished by a row and a column, the pixel block BL in the j-th row and the k-th column is indicated by a symbol BL (j, k). Here, the matrix of the pixel block BL is defined by the matrix of the left photodiode PDA included in the pixel block BL, and the pixel block BL including the photodiode PDA in the j-th row and the k-th column is denoted by a symbol BL (j, k). When the pixel block BL is distinguished for each row without particularly distinguishing the column, the pixel block BL in the j-th row is indicated by a symbol BL (j). This also applies to components such as the photodiodes PDA and PDB of the pixel block BL and control signals described later. When distinguishing the
複数の画素ブロックBLの2つのフォトダイオードPD(PDA,PDB)の対は、行方向と交差する方向である列方向(図4乃至図6中の上下方向)に隣り合って行方向へ並んだ前記対の2列(ここでは、2行)が、互いに対してフォトダイオードPDの1ピッチ分だけ行方向へずれるように、千鳥配置されている。例えば、n行目の画素ブロックBLの行とn+1行目の画素ブロックBLの行とは、互いに対してフォトダイオードPDの1ピッチ分だけ行方向へずれている。 A pair of two photodiodes PD (PDA, PDB) of a plurality of pixel blocks BL are arranged in the row direction adjacent to each other in the column direction (vertical direction in FIGS. 4 to 6) that intersects the row direction. The two columns of the pair (here, two rows) are staggered so as to be shifted in the row direction by one pitch of the photodiode PD with respect to each other. For example, the row of the nth pixel block BL and the row of the (n + 1) th pixel block BL are shifted in the row direction by one pitch of the photodiode PD with respect to each other.
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に対応して設けられフォトダイオードPDからノードPに電荷を転送する転送トランジスタTXとを有している。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、選択トランジスタSEL及び連結トランジスタSW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。増幅トランジスタAMPは、そのドレインが電源電圧VDDに接続され、そのゲートがノードPに接続され、そのソースが選択トランジスタSELのドレインに接続され、定電流源29を負荷とするソースフォロア回路を構成している。リセットトランジスタRSTは、ノードPの電位を所定電位(本実施の形態では、電源電圧VDD)にリセットするリセット部を構成している。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。連結トランジスタSWのソースは、ノードPに電気的に接続されている。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。
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 charges from the photodiode PD to the node P provided corresponding to the photodiode PD. And a transfer transistor TX. As shown in FIGS. 2 and 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 and the connection transistor SW are 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 amplification transistor AMP has a drain connected to the power supply voltage VDD, a gate connected to the node P, a source connected to the drain of the selection transistor SEL, and a source follower circuit having the constant
例えば、画素ブロックBL(n,m)の転送トランジスタTXA(n)は、フォトダイオードPDA(n)からノードP(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)からノードP(n)に電荷を転送する。ノードP(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、ノードP(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、ノードP(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、ノードP(n)の電位を電源電圧VDDにリセットする。連結トランジスタSW(n)の一方のソース/ドレイン(本実施の形態では、ソース)は、ノードP(n)に電気的に接続されている。これらの点は、他の画素ブロックBLについても同様である。 For example, the transfer transistor TXA (n) of the pixel block BL (n, m) transfers charge from the photodiode PDA (n) to the node P (n), and the transfer transistor TXB (n) is the photodiode PDB (n). The charge is transferred from node to node P (n). A capacitance (charge-voltage conversion capacitance) is formed between the node P (n) and the reference potential, and the electric charge transferred to the node P (n) is converted into a voltage by the capacitance. The amplification transistor AMP (n) outputs a signal corresponding to the potential of the node P (n). The reset transistor RST (n) resets the potential of the node P (n) to the power supply voltage VDD. One source / drain (source in the present embodiment) of the connection transistor SW (n) is electrically connected to the node P (n). The same applies to the other pixel blocks BL.
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.
本実施の形態では、各2つの画素ブロックBLについて、当該2つの画素ブロックBLの連結トランジスタSWの他方のソース/ドレイン(本実施の形態では、ドレイン)が互いに電気的に接続されている。より具体的には、本実施の形態では、列を同じくする(すなわち、行方向の位置を同じくする)とともに行が2行異なる(すなわち、列方向の位置がフォトダイオードPDの2ピッチ分だけずれた)各2つの画素ブロックBLについて、当該2つの画素ブロックBLの連結トランジスタSWのドレインが互いに電気的に接続されている。ここで、画素ブロックBLの位置は、当該画素ブロックBLが有するフォトダイオードPDAの位置で定義されるものとする。 In the present embodiment, for each of the two pixel blocks BL, the other source / drain (drain in this embodiment) of the connection transistor SW of the two pixel blocks BL is electrically connected to each other. More specifically, in this embodiment, the columns are the same (that is, the positions in the row direction are the same) and the rows are different by two rows (that is, the positions in the column direction are shifted by two pitches of the photodiode PD). For each of the two pixel blocks BL, the drains of the connection transistors SW of the two pixel blocks BL are electrically connected to each other. Here, the position of the pixel block BL is defined by the position of the photodiode PDA included in the pixel block BL.
例えば、画素ブロックBL(n,m)の連結トランジスタSW(n)のドレインと画素ブロックBL(n+2,m)の連結トランジスタSW(n+2)のドレインとが、電気的に接続されている。画素ブロックBL(n−1,m+1)の連結トランジスタSW(n−1)のドレインと画素ブロックBL(n+1,m+1)の連結トランジスタSW(n+1)のドレインとが、電気的に接続されている。これらの点は、他の画素ブロックBLについても同様である。 For example, the drain of the connection transistor SW (n) of the pixel block BL (n, m) and the drain of the connection transistor SW (n + 2) of the pixel block BL (n + 2, m) are electrically connected. The drain of the connection transistor SW (n−1) of the pixel block BL (n−1, m + 1) and the drain of the connection transistor SW (n + 1) of the pixel block BL (n + 1, m + 1) are electrically connected. The same applies to the other pixel blocks BL.
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,SW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, SW are all nMOS transistors.
転送トランジスタTXAのゲートは2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。例えば、転送トランジスタTXA(n),TXA(n−1)のゲートは制御線26に共通に接続され、そこには、互いに同じ制御信号φTXA(n),φTXA(n−1)が垂直走査回路21から供給される。
The gates of the transfer transistors TXA are commonly connected to the
転送トランジスタTXBのゲートは2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。例えば、転送トランジスタTXB(n),TXB(n−1)のゲートは制御線25に共通に接続され、そこには、互いに同じ制御信号φTXB(n),φTXB(n−1)が垂直走査回路21から供給される。
The gates of the transfer transistors TXB are commonly connected to the
リセットトランジスタRSTのゲートは2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。例えば、リセットトランジスタRST(n),RST(n−1)のゲートは制御線24に共通に接続され、そこには、互いに同じ制御信号φRST(n),φRST(n−1)が垂直走査回路21から供給される。
The gates of the reset transistors RST are commonly connected to the
選択トランジスタSELのゲートは2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。例えば、選択トランジスタSEL(n),SEL(n−1)のゲートは制御線23に共通に接続され、そこには、互いに同じ制御信号φSEL(n),φSEL(n−1)が垂直走査回路21から供給される。
The gates of the selection transistors SEL are commonly connected to the
連結トランジスタSWのゲートは2行毎に制御線27に共通に接続され、そこには、制御信号φSWが垂直走査回路21から供給される。例えば、連結トランジスタSW(n),SW(n+1)のゲートは制御線27に共通に接続され、そこには、互いに同じ制御信号φSW(n),φSW(n+1)が垂直走査回路21から供給される。
The gates of the connecting transistors SW are commonly connected to the
各トランジスタTXA,TXB,RST,SEL,SWは、対応する制御信号φTXA,φTXB,φRST,φSEL,φSW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, SW is turned on when the corresponding control signal φTXA, φTXB, φRST, φSEL, φSW is at a high level (H), and is turned off when it is at a low level (L).
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2行毎に、制御信号φTXA,φTXB,φRST,φSEL,φSWをそれぞれ出力し、画素ブロックBL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ブロックBLの出力信号(アナログ信号)が供給される。
The
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
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
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
ここで、図5及び図6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5及び図6では省略している。なお、図5及び図6において、電源線及びグランド線等のレイアウトは省略している。また、図6においては、図5中の制御線23〜27のレイアウトも省略している。図5及び図6において、太い実線はアルミニウム等の金属からなる1層目(最も基板に近い最下層)の配線層を示している。図6において、破線はアルミニウム等の金属からなる2層目の配線層を示している。図5及び図6において、白丸は1層目の配線層とゲート電極又は拡散領域との間の接続部を示している。図6において、グレーの丸は1層目の配線層と2層目の配線層との間の接続部を示している。
Here, the structure of the pixel block BL will be described with reference to FIGS. 5 and 6. In practice, a color filter, a microlens, and the like are disposed above the photodiode PD, but are omitted in FIGS. In FIGS. 5 and 6, the layout of power supply lines, ground lines, and the like is omitted. In FIG. 6, the layout of the
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6において、符号41〜45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61〜65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. 6,
画素ブロックBL(n,m)のフォトダイオード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) of the pixel block BL (n, m) are arranged on the surface side of an N-type charge storage layer (not shown) provided in the P-type well. This is a buried photodiode composed of a P-type depletion prevention layer (not shown). The photodiodes PDA (n) and PDB (n) photoelectrically convert incident light and store the generated charges in the charge storage layer.
画素ブロックBL(n,m)の転送トランジスタ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。画素ブロックBL(n,m)の転送トランジスタ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。
The transfer transistor TXA (n) of the pixel block BL (n, m) is an nMOS transistor having the charge storage layer of the photodiode PDA (n) as a source, the
画素ブロックBL(n,m)の増幅トランジスタ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64をゲートとするnMOSトランジスタである。ゲート電極64と拡散領域4との間が、最下層の配線層からなる配線71によって電気的に接続されている。画素ブロックBL(n,m)のリセットトランジスタRST(n)は、拡散領域41をソース、拡散領域42をドレイン、ゲート電極63をゲートとするnMOSトランジスタである。画素ブロックBL(n,m)の選択トランジスタ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65をゲートとするnMOSトランジスタである。この拡散領域44は、垂直信号線28(m)に接続されている。画素ブロックBL(n,m)の連結トランジスタSW(n)は、拡散領域41をソース、拡散領域45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。画素ブロックBL(n,m)の連結トランジスタSW(n)のドレインとなる拡散領域45は、配線72によって、画素ブロックBL(n+2,m)の連結トランジスタSW(n+2)のドレインとなる拡散領域45に接続されている。
The amplification transistor AMP (n) of the pixel block BL (n, m) is an nMOS transistor having the
先の説明からわかるように、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、転送トランジスタTXB(n)のドレインとなる拡散領域、リセットトランジスタRST(n)ソースとなる拡散領域及び連結トランジスタSW(n)のソース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及び転送トランジスタTXB(n)のゲート電極62は、拡散領域41の行方向の一方側及び他方側に配置されている。リセットトランジスタRST(n)のゲート電極63及び連結トランジスタSW(n)のゲート電極66は、拡散領域41の列方向の一方側及び他方側に配置されている。
As can be seen from the above description, the
本実施の形態では、画素ブロックBL(n,m)のノードP(n)は、画素ブロックBL(n,m)の配線71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。
In the present embodiment, the node P (n) of the pixel block BL (n, m) is connected to the
n行目かつm列目以外の画素ブロックBLの構造も、前述したn行目かつm列目の画素ブロックBL(n,m)の構造と同様である。 The structure of the pixel block BL other than the n-th row and the m-th column is the same as the structure of the pixel block BL (n, m) in the n-th row and the m-th column.
なお、前述した2行毎の制御線23〜27はそれぞれ、図5に示すように、破線で示す2層目の配線層と太い実線で示す最下層の配線層との組み合わせにより構成されている。
As shown in FIG. 5, each of the
図2及び図3において、FC(n)は、連結トランジスタSW(n)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FC(n)の容量値をCfd1とする。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。 2 and 3, FC (n) is a capacitance between the node P (n) and the reference potential when the connection transistor SW (n) is off. The capacity value of the capacity FC (n) is Cfd1. The same applies to the rows of other pixel blocks BL.
容量FC(n)は、転送トランジスタTXA(n),TXB(n)、リセットトランジスタRST(n)及び連結トランジスタSW(n)の拡散領域41の容量と、増幅トランジスタAMP(n)のゲート電極64の容量と、配線71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FC(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 FC (n) includes the capacitance of the
ここで、連結トランジスタSWのオン時のチャネル容量の値をCswとする。通常、容量値Cswは、容量値Cfd1に対して小さい値である。また、連結トランジスタSWの拡散領域45の容量の容量値をCfd2とし、配線72の配線容量の容量値をCfd3とする。
Here, the value of the channel capacitance when the connection transistor SW is on is Csw. Usually, the capacitance value Csw is smaller than the capacitance value Cfd1. The capacitance value of the capacitance of the
今、画素ブロックBL(n)に着目して、連結トランジスタSW(n)がオフすると、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FC(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7中の期間T2及びその他の期間の状態に相当している。 Now, paying attention to the pixel block BL (n), when the connection transistor SW (n) is turned off, the capacitance (charge-voltage conversion capacitance) between the node P (n) and the reference potential is the capacitance FC (n). Become. Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor at the node P (n) is Cfd1. This state corresponds to the state of the period T2 in FIG. 7 showing a first operation mode to be described later and other periods.
また、画素ブロックBL(n)に着目して、連結トランジスタSW(n),SW(n+2)がオンすると、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、2×Cfd1+2×Csw+2×Cfd2+Cfd3となる。この状態は、後述する第2の動作モードを示す図8中の期間T2及びその他の期間の状態に相当している。 Further, paying attention to the pixel block BL (n), when the connection transistors SW (n) and SW (n + 2) are turned on, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the node P (n) is 2 × Cfd1 + 2 × Csw + 2 × Cfd2 + Cfd3. It becomes. This state corresponds to a state of a period T2 in FIG. 8 showing a second operation mode described later and other periods.
このように、連結トランジスタSW(n)がオフすると、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。 As described above, when the connection transistor SW (n) is turned off, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor at the node P (n) is minimized, and the charge-voltage conversion coefficient due to the charge-voltage conversion capacitor is increased. Can be read.
一方、連結トランジスタSW(n),SW(n+2)がオンすると、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値が大きくなり、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, when the connection transistors SW (n) and SW (n + 2) are turned on, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the node P (n) increases, and a large signal charge amount can be handled, so the number of saturated electrons is increased. can do. 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7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2行毎に順次選択していき、選択された2行の画素ブロックBLの連結トランジスタSWがオフにされた状態(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2行の画素ブロック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2行の画素ブロックBLの各フォトダイオードPDA,PDBの信号を2行毎に順次読み出す動作の例である。図7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8に示す例についても同様である。
FIG. 7 is a timing chart showing a first operation mode of the solid-
図7に示す例では、この第1の動作モードでは、全期間に渡って、全行のφSWがLにされて、全行の連結トランジスタSWはオフにされる。 In the example shown in FIG. 7, in this first operation mode, φSW of all rows is set to L over the entire period, and the connection transistors SW of all rows are turned off.
図7は、期間T1においてn−2行目及びn−3行目の画素ブロックBL(n−2),BL(n−3)が選択され、期間T2においてn行目及びn−1行目の画素ブロックBL(n),BL(n−1)が選択され、期間T3においてn+2行目及びn+1行目の画素ブロックBL(n+2),BL(n+1)が選択されていく状況を示している。いずれの2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行目及びn−1行目の画素ブロックBL(n),BL(n−1)が選択された場合の動作についてのみ説明する。 FIG. 7 shows that pixel blocks BL (n−2) and BL (n−3) in the n−2 and n−3th rows are selected in the period T1, and the nth and n−1th rows are selected in the period T2. Pixel blocks BL (n) and BL (n−1) are selected, and the pixel blocks BL (n + 2) and BL (n + 1) in the n + 2 and n + 1 rows are selected in the period T3. . Since the operation when any two rows of pixel blocks BL are selected is the same, the pixel blocks BL (n) and BL (n-1) of the nth row and the (n-1) th row are selected here. Only the operation in the case of failure will be described.
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),PDA(n−1),PDB(n−1)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、全行のトランジスタSEL,RST,TXA,TXBはオフしている。 The exposure of the photodiodes PDA (n), PDB (n), PDA (n−1), and PDB (n−1) has already been completed in a 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, the transistors SEL, RST, TXA, and TXB in all rows are turned off.
期間T2において、n行目及びn−1行目のφSEL(n),φSEL(n−1)がHにされ、n行目及びn−1行目の画素ブロックBL(n),BL(n−1)の選択トランジスタSEL(n),SEL(n−1)がオンにされ、n行目及びn−1行目の画素ブロックBL(n),BL(n−1)が選択される。 In the period T2, φSEL (n) and φSEL (n−1) in the nth and n−1th rows are set to H, and the pixel blocks BL (n) and BL (n (n) in the nth and n−1th rows are set. -1) selection transistors SEL (n) and SEL (n-1) are turned on, and pixel blocks BL (n) and BL (n-1) in the nth and n-1th rows are selected.
期間T2において、φSW(n),φSW(n−1)がLにされてn行目及びn−1行目の連結トランジスタSW(n),SW(n−1)がオフにされているので、前述したように、ノードP(n),P(n−1)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1となり、最小となる。 In period T2, φSW (n) and φSW (n−1) are set to L, and the n-th and n−1-th row connecting transistors SW (n) and SW (n−1) are turned off. As described above, the capacitance values of the charge-voltage conversion capacitors at the nodes P (n) and P (n−1) are Cfd1, which is the minimum.
期間T2の開始直後から一定期間だけ、φRST(n),φRST(n−1)がHにされてn行目及びn−1行目のリセットトランジスタRST(n),RST(n−1)が一旦オンにされ、ノードP(n),P(n−1)の電位が一旦電源電位VDDにリセットされる。 ΦRST (n) and φRST (n−1) are set to H only for a certain period immediately after the start of the period T2, and the reset transistors RST (n) and RST (n−1) in the nth and n−1th rows are set. Once turned on, the potentials of the nodes P (n) and P (n−1) are once reset to the power supply potential VDD.
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(m)等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。同時に、ノードP(n−1)に現れる電位がn−1行目の増幅トランジスタAMP(n−1)で増幅された後に選択トランジスタSEL(n−1)及び垂直信号線28(m+1)等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 A signal amplified by the
期間T2中のその後の時点t2から一定期間だけ、φTXA(n),φTXA(n−1)がHにされてn行目及びn−1行目の転送トランジスタTXA(n),TXA(n−1)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。同時に、n−1行目の画素ブロックBL(n−1)のフォトダイオードPDA(n−1)に蓄積されていた信号電荷が、ノードP(n−1)の電荷電圧変換容量に転送される。ノードP(n−1)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−1)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) and φTXA (n−1) are set to H for a certain period from the subsequent time t2 in the period T2, and the transfer transistors TXA (n) and TXA (n−) in the nth and n−1th rows are set to H. 1) is turned on. 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). At the same time, the signal charge accumulated in the photodiode PDA (n−1) of the pixel block BL (n−1) in the n−1th row is transferred to the charge-voltage conversion capacitor of the node P (n−1). . The potential of the node P (n−1) is a value proportional to the amount of this signal charge and the reciprocal of the capacitance value of the charge voltage conversion capacitor of the node P (n−1), excluding the noise component.
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(m)等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。同時に、ノードP(n−1)に現れる電位がn−1行目の増幅トランジスタAMP(n−1)で増幅された後に選択トランジスタSEL(n−1)及び垂直信号線28(m+1)等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 vertical signal line 28 (m) and the like, and the signal further amplified by the
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
そして、期間T2中の時点t4から一定期間だけ、φRST(n),φRST(n−1)がHにされてn行目及びn−1行目のリセットトランジスタRST(n),RST(n−1)が一旦オンにされ、ノードP(n),P(n−1)の電位が一旦電源電位VDDにリセットされる。 Then, φRST (n) and φRST (n−1) are set to H for a certain period from the time point t4 in the period T2, and the reset transistors RST (n) and RST (n− in the n-th and n−1-th rows are set. 1) is once turned on, and the potentials of the nodes P (n) and P (n−1) are once reset to the power supply potential VDD.
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(m)等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。同時に、ノードP(n−1)に現れる電位がn−1行目の増幅トランジスタAMP(n−1)で増幅された後に選択トランジスタSEL(n−1)及び垂直信号線28(m+1)等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 A signal amplified by the
期間T2中のその後の時点t6から一定期間だけ、φTXB(n),φTXB(n−1)がHにされてn行目及びn−1行目の転送トランジスタTXB(n),TXB(n−1)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。同時に、n−1行目の画素ブロックBL(n−1)のフォトダイオードPDB(n−1)に蓄積されていた信号電荷が、ノードP(n−1)の電荷電圧変換容量に転送される。ノードP(n−1)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−1)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) and φTXB (n−1) are set to H for a certain period from the subsequent time point t6 in the period T2, and the transfer transistors TXB (n) and TXB (n−) in the nth and n−1th rows are set to H. 1) is turned on. 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). At the same time, the signal charge accumulated in the photodiode PDB (n−1) of the pixel block BL (n−1) in the n−1th row is transferred to the charge-voltage conversion capacitor of the node P (n−1). . The potential of the node P (n−1) is a value proportional to the amount of this signal charge and the reciprocal of the capacitance value of the charge voltage conversion capacitor of the node P (n−1), excluding the noise component.
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(m)等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。同時に、ノードP(n−1)に現れる電位がn−1行目の増幅トランジスタAMP(n−1)で増幅された後に選択トランジスタSEL(n−1)及び垂直信号線28(m+1)等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 vertical signal line 28 (m) and the like, and the signal further amplified by the
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
このように、前記第1の動作モードでは、連結トランジスタSW(n),SW(n−1)がオフにされているので、選択された2行の画素ブロック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。
In this way, in the first operation mode, since the connection transistors SW (n) and SW (n−1) are turned off, the charge-voltage conversion capacitors at the nodes P of the selected two rows of pixel blocks BL. , And the charge-voltage conversion coefficient due to the charge-voltage conversion capacitor becomes large, so that reading with the highest SN ratio becomes possible. For example, when the ISO sensitivity setting value is high, the
図8は、図2に示す固体撮像素子4の第2の動作モードを示すタイミングチャートである。この第2の動作モードは、各画素ブロックBLを2行毎に順次選択していき、選択された2行の画素ブロックBLの連結トランジスタSW及びこれらに配線71で接続されているそれぞれ接続されている連結トランジスタSWがオンにされた状態(当該ノードPの電荷電圧変換容量が大きい状態)で、選択された2行の画素ブロック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2行の画素ブロックBLの各フォトダイオードPDA,PDBの信号を2行毎に順次読み出す動作の例である。
FIG. 8 is a timing chart showing a second operation mode of the solid-
図8も、図7と同様に、期間T1においてn−2行目及びn−3行目の画素ブロックBL(n−2),BL(n−3)が選択され、期間T2においてn行目及びn−1行目の画素ブロックBL(n),BL(n−1)が選択され、期間T3においてn+2行目及びn+1行目の画素ブロックBL(n+2),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2の動作モードが図7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. 8, similarly to FIG. 7, the pixel blocks BL (n−2) and BL (n−3) in the n−2 and n−3th rows are selected in the period T1, and the n th row is selected in the period T2. The pixel blocks BL (n) and BL (n−1) in the (n−1) th row are selected, and the pixel blocks BL (n + 2) and BL (n + 1) in the (n + 2) th row and the (n + 1) th row are selected in the period T3. Shows the situation. The second operation mode shown in FIG. 8 is different from the first operation mode shown in FIG. 7 in the following points.
図8に示す例では、この第2の動作モードでは、全期間に渡って、全行のφSWがHにされて、全行の連結トランジスタSWはオンにされる。これにより、期間T2において、φSW(n),φSW(n−1),φSW(n+2),φSW(n+1)がHにされてn行目、n−1行目、n+2行目及びn+1行目の連結トランジスタSW(n),SW(n−1),SW(n+2),SW(n+1)がオンにされる。したがって、前述したように、ノードP(n),P(n−1)の電荷電圧変換容量の容量値は、2×Cfd1+2×Csw+2×Cfd2+Cfd3となり、図7に示す前記第1の動作モードに比べて大きくなる。 In the example shown in FIG. 8, in this second operation mode, φSW of all rows is set to H and all the connecting transistors SW of all rows are turned on over the entire period. Thereby, in the period T2, φSW (n), φSW (n−1), φSW (n + 2), and φSW (n + 1) are set to H, and the nth, n−1th, n + 2th, and n + 1th rows. The connected transistors SW (n), SW (n−1), SW (n + 2), and SW (n + 1) are turned on. Therefore, as described above, the capacitance values of the charge-voltage conversion capacitors of the nodes P (n) and P (n−1) are 2 × Cfd1 + 2 × Csw + 2 × Cfd2 + Cfd3, which is compared with the first operation mode shown in FIG. Become bigger.
ここでは、n行目及びn−1行目の画素ブロックBL(n),BL(n−1)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 blocks BL (n) and BL (n-1) in the n-th row and the (n-1) -th row are selected has been described, but the same applies to the period in which other pixel blocks BL are selected. It is.
このように、前記第2の動作モードでは、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。例えば、ISO感度の設定値が小さい場合に、撮像制御部5によって、前記第2の動作モードを行うように指令される。
As described above, in the second operation mode, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor at the node P of the selected pixel block BL is increased, and the number of saturated electrons in the charge-voltage conversion capacitor at the node P can be increased. it can. Thereby, the dynamic range can be expanded. For example, when the ISO sensitivity setting value is small, the
なお、例えば、制御信号φSWを行毎に独立して供給し得るように構成し、期間T2において、φSW(n),φSW(n+1)をHにする一方で、φSW(n+2),φSW(n−1)をLにし、n行目及びn+1行目の連結トランジスタSW(n),SW(n+1)をオンにする一方で、n+2行目及びn−1行目の連結トランジスタSW(n+2),SW(n−1)をオフにし、他の期間についても同様にしてもよい。この場合、ノードP(n),P(n−1)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1+Csw+2×Cfd2+Cfd3となり、図8に示す前記第1の動作モードに比べて大きくかつ図7に示す前記第2の動作モードに比べて小さくなる。 For example, the control signal φSW is configured to be supplied independently for each row, and φSW (n) and φSW (n + 1) are set to H in the period T2, while φSW (n + 2) and φSW (n -1) is set to L, and the connection transistors SW (n) and SW (n + 1) in the nth and n + 1th rows are turned on, while the connection transistors SW (n + 2) in the n + 2th and n−1th rows are turned on. SW (n-1) may be turned off and the same may be done for other periods. In this case, the capacitance values of the charge-voltage conversion capacitors of the nodes P (n) and P (n−1) are Cfd1 + Csw + 2 × Cfd2 + Cfd3, which is larger than that in the first operation mode shown in FIG. 8 and shown in FIG. It becomes smaller than the second operation mode.
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94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10は、図9に示す固体撮像素子94の画素ブロックBLとフォトダイオードPDとの関係を模式的に示す図であり、図4に対応している。図11は、図10中の4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5に対応している。図9乃至図11において、図2、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。この比較例が本実施の形態と異なる所は、主に、以下に説明する点である。
Here, a solid-
この比較例では、各画素ブロックBLは、列方向に順次並んだ2つのフォトダイオードPD(PDA,PDB)を有しており、2次元マトリクス状に配置されている。この比較例では、画素ブロックBLの行列は、そのまま画素ブロックBL自体の行列で定義され、フォトダイオードPDの2行が画素ブロックBLの1行に相当しており、nは画素ブロックBLの行を示し、mは画素ブロックBLの列を示している。 In this comparative example, each pixel block BL has two photodiodes PD (PDA, PDB) sequentially arranged in the column direction, and is arranged in a two-dimensional matrix. In this comparative example, the matrix of the pixel block BL is defined as it is as the matrix of the pixel block BL itself, and two rows of the photodiodes PD correspond to one row of the pixel block BL, and n is a row of the pixel block BL. M represents a column of the pixel block BL.
この比較例では、各画素ブロックBLの連結トランジスタSWのドレインは、列方向の一方側に隣接する画素ブロックBLのノードPと電気的に接続されている。 In this comparative example, the drain of the connection transistor SW of each pixel block BL is electrically connected to the node P of the pixel block BL adjacent on one side in the column direction.
この比較例では、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SW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φSWが垂直走査回路21から供給される。
In this comparative example, the gate of the transfer transistor TXA is commonly connected to the
この比較例においても、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11において、符号101〜108は、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111〜116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105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。
Also in this comparative example, 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 the photodiode PD is arranged in the P-type well. Yes. In FIG. 11,
この比較例では、画素ブロックBL(n,m)の転送トランジスタ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101をドレイン、ゲート電極111をゲートとするnMOSトランジスタである。画素ブロックBL(n,m)の転送トランジスタ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102をドレイン、ゲート電極112をゲートとするnMOSトランジスタである。
In this comparative example, the transfer transistor TXA (n) of the pixel block BL (n, m) is an nMOS transistor having the charge storage layer of the photodiode PDA (n) as the source, the
この比較例では、画素ブロックBL(n,m)の増幅トランジスタAMP(n)は、拡散領域105をドレイン、拡散領域104をソース、ゲート電極114をゲートとするnMOSトランジスタである。画素ブロックBL(n,m)のリセットトランジスタRST(n)は、拡散領域106をソース、拡散領域105をドレイン、ゲート電極115をゲートとするnMOSトランジスタである。画素ブロックBL(n,m)の選択トランジスタSEL(n)は、拡散領域104をドレイン、拡散領域103をソース、ゲート電極113をゲートとするnMOSトランジスタである。この拡散領域103は、垂直信号線28(m)に接続されている。画素ブロックBL(n,m)の連結トランジスタSW(n)は、拡散領域107をソース、拡散領域108をドレイン、ゲート電極116をゲートとするnMOSトランジスタである。画素ブロックBL(n,m)の拡散領域101,102,106,107及びゲート電極114並びに画素ブロックBL(n−1,m)の拡散領域108間が、配線121によって互いに電気的に接続されている。画素ブロックBL(n,m)の拡散領域108は、配線121によって、画素ブロックBL(n+1,m)の拡散領域101,102,106,107及びゲート電極114と電気的に接続されている。
In this comparative example, the amplification transistor AMP (n) of the pixel block BL (n, m) is an nMOS transistor having the
この比較例では、n行目かつm列目以外の画素ブロックBLの構造も、前述したn行目かつm列目の画素ブロックBL(n,m)の構造と同様である。 In this comparative example, the structure of the pixel block BL other than the n-th row and the m-th column is the same as the structure of the pixel block BL (n, m) in the n-th row and the m-th column.
図9において、FC(n)は、連結トランジスタSW(n),SW(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FC(n)の容量値をCfd1’とする。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。 In FIG. 9, FC (n) is a capacitance between the node P (n) and the reference potential when the connection transistors SW (n) and SW (n−1) are off. Let Cfd1 'be the capacitance value of the capacitor FC (n). The same applies to the rows of other pixel blocks BL.
この比較例における容量FC(n)は、転送トランジスタTXA(n)の拡散領域101の容量と、転送トランジスタTXB(n)の拡散領域102の容量と、リセットトランジスタRST(n)の拡散領域106の容量と、連結トランジスタSW(n)の拡散領域107の容量と、連結トランジスタSW(n−1)の拡散領域108の容量と、増幅トランジスタAMP(n)のゲート電極114の容量と、配線121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FC(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。図11中の配線121の長さは、図5中の配線71の長さに比べてかなり長くならざるを得ないため、配線121の配線容量は、配線71の配線容量よりもかなり大きくなる。
The capacitance FC (n) in this comparative example is the capacitance of the
これに対し、本実施の形態における容量FC(n)は、前述したように、転送トランジスタTXA(n),TXB(n)、リセットトランジスタRST(n)及び連結トランジスタSW(n)の拡散領域41の容量と、増幅トランジスタAMP(n)のゲート電極64の容量と、配線71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FC(n)の容量値Cfd1となっている。
On the other hand, the capacitance FC (n) in the present embodiment is the
したがって、本実施の形態における容量FC(n)の容量値Cfd1は、この比較例における容量FC(n)の容量値Cfd1’よりも、拡散領域4個分の容量の容量の分、及び、配線121の配線容量から配線71の配線容量を差し引いた分、小さくなる。
Accordingly, the capacitance value Cfd1 of the capacitance FC (n) in the present embodiment is equivalent to the capacitance of the capacitance corresponding to four diffusion regions and the wiring than the capacitance value Cfd1 ′ of the capacitance FC (n) in this comparative example. It becomes smaller by subtracting the wiring capacity of the
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SW(n),SW(n−1)が両方ともオフすると、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FC(n)となり、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値が最小の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。また、この比較例では、連結トランジスタSW(n),SW(n−1)の両方又はいずれか一方をオンすると、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値が大きくなり、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。 In this comparative example, paying attention to the pixel block BL (n), when both of the connection transistors SW (n) and SW (n−1) are turned off, the capacitance (charge) between the node P (n) and the reference potential. The voltage conversion capacity) is the capacity FC (n), the capacitance value of the charge voltage conversion capacity of the node P (n) is the minimum Cfd1 ′, and the charge voltage conversion coefficient by the charge voltage conversion capacity is increased, so that the highest SN The ratio can be read out. Further, in this comparative example, when one or both of the connection transistors SW (n) and SW (n−1) are turned on, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance at the node P (n) increases, and a large signal charge is generated. Since the quantity can be handled, the number of saturated electrons can be increased. Thereby, the dynamic range can be expanded.
前述したように、本実施の形態におけるノードP(n)の電荷電圧変換容量の最小の容量値Cfd1は、この比較例におけるノードP(n)の電荷電圧変換容量の最小の容量値Cfd1’よりも、トランジスタ拡散容量4個分、及び、配線121の配線容量から配線71の配線容量を差し引いた分、小さくなる。したがって、本実施の形態によれば、この比較例と比べても、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, the minimum capacitance value Cfd1 of the charge-voltage conversion capacitance of the node P (n) in this embodiment is smaller than the minimum capacitance value Cfd1 ′ of the charge-voltage conversion capacitance of the node P (n) in this comparative example. Also, the size is reduced by the amount corresponding to the four transistor diffusion capacitors and the wiring capacity of the
また、本実施の形態では、配線71が最下層の配線層で構成されているので、配線が2層以上の配線層で構成される場合に比べて、配線71の配線容量が小さくなる。したがって、本実施の形態によれば、この点からも、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。
Further, in the present embodiment, since the
さらに、本実施の形態では、図5及び図6に示すように、配線71が垂直信号線28と隣接している。配線71とその周辺の配線との間に寄生容量が発生し、配線71の配線容量はおおよそ次の式で表される。
Furthermore, in the present embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, the
[配線71の配線容量=制御信号φTXAを供給する配線との寄生容量+制御信号φTXBを供給する配線との寄生容量+制御信号φRSTを供給する配線との寄生容量+制御信号φSWを供給する配線との寄生容量+電源線との寄生容量+グランド線との寄生容量+(1−G)×垂直信号線28との寄生容量]
[Wiring capacitance of
本実施の形態における容量FCの容量値Cfd1は、増幅トランジスタAMPが構成するソースフォロア回路の利得Gにより見かけ上小さく見える。よって、本実施の形態によれば、この点からも、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。 The capacitance value Cfd1 of the capacitor FC in the present embodiment appears to be small due to the gain G of the source follower circuit formed by the amplification transistor AMP. Therefore, according to the present embodiment, from this point as well, the charge-voltage conversion coefficient is further increased, and reading at a higher SN ratio is possible.
なお、図7及び図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。この場合、電荷混合時に、2つ以上の転送トランジスタTXが同時にオンにされる。 Each operation example described with reference to FIGS. 7 and 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 the other 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. In this case, two or more transfer transistors TX are simultaneously turned on during charge mixing.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this embodiment.
例えば、前記実施の形態では、前述したように、各2つの画素ブロックBLについて、当該2つの画素ブロックBLの連結トランジスタSWの他方のソース/ドレイン(本実施の形態では、ドレイン)が互いに電気的に接続されている。しかしながら、本発明では、各3つ以上の画素ブロックBLについて、当該3つ以上の画素ブロックBLの連結トランジスタSWの他方のソース/ドレインを互いに電気的に接続してもよい。この場合、例えば、画素ブロックBL(n,m)の連結トランジスタSW(n)のドレイン、画素ブロックBL(n+2,m)の連結トランジスタSW(n+2)のドレイン及び画素ブロックBL(n+4,m)の連結トランジスタSW(n+4)のドレインを互いに電気的に接続し、画素ブロックBL(n−1,m+1)の連結トランジスタSW(n−1)のドレイン、画素ブロックBL(n+1,m+1)の連結トランジスタSW(n+1)のドレイン及び画素ブロックBL(n+3,m+1)の連結トランジスタSW(n+1)のドレインを互いに電気的に接続してもよい。 For example, in the embodiment, as described above, for each of the two pixel blocks BL, the other source / drain (drain in this embodiment) of the connection transistor SW of the two pixel blocks BL is electrically connected to each other. It is connected to the. However, in the present invention, for each of the three or more pixel blocks BL, the other source / drain of the connection transistor SW of the three or more pixel blocks BL may be electrically connected to each other. In this case, for example, the drain of the connection transistor SW (n) of the pixel block BL (n, m), the drain of the connection transistor SW (n + 2) of the pixel block BL (n + 2, m), and the pixel block BL (n + 4, m). The drains of the connection transistor SW (n + 4) are electrically connected to each other, the drain of the connection transistor SW (n−1) of the pixel block BL (n−1, m + 1), and the connection transistor SW of the pixel block BL (n + 1, m + 1). The drain of (n + 1) and the drain of the connection transistor SW (n + 1) of the pixel block BL (n + 3, m + 1) may be electrically connected to each other.
4 固体撮像素子
BL 画素ブロック
PXA,PXB 画素
PDA,PDB 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
SW 連結トランジスタ
RST リセットトランジスタ
4 Solid-state imaging device BL Pixel block PXA, PXB Pixel PDA, PDB Photodiode TXA, TXB Transfer transistor P node AMP Amplification transistor SW Link transistor RST Reset transistor
Claims (9)
前記第1光電変換部で生成された電荷が転送される第1ノードと、
前記第2光電変換部で生成された電荷が転送される第2ノードと、
前記第1光電変換部で生成された電荷を前記第1ノードに転送する第1転送トランジスタと、
前記第1ノードと前記第2ノードとを連結可能な第1連結トランジスタと、
前記第1ノードと前記第2ノードとを連結可能な第2連結トランジスタと、を備え、
前記第1転送トランジスタのドレインと前記第1連結トランジスタのソースとが共有され、
前記第1ノードと前記第2ノードとは、前記第1連結トランジスタと前記第2連結トランジスタとを介して連結される撮像素子。 A first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit that generate charge by converting light into a charge;
A first node to which charges generated by the first photoelectric conversion unit are transferred;
A second node to which the charge generated by the second photoelectric conversion unit is transferred;
A first transfer transistor that transfers the charge generated by the first photoelectric conversion unit to the first node;
A first connection transistor capable of connecting the first node and the second node;
A second connection transistor capable of connecting the first node and the second node ;
A drain of the first transfer transistor and a source of the first connection transistor are shared ;
Before Symbol The first node and the second node, the first connection transistor and the second coupling transistor and the imaging device that will be connected through.
光を電荷変換して電荷を生成する第3光電変換部と、
前記第3光電変換部で生成された電荷を前記第1ノードに転送する第3転送トランジスタと、を備え、
前記第3転送トランジスタのドレインと前記第1連結トランジスタのソースとが共有される撮像素子。 The imaging device according to claim 1,
A third photoelectric conversion unit for generating charge by converting light into charge;
A third transfer transistor that transfers the charge generated by the third photoelectric conversion unit to the first node;
An image sensor in which a drain of the third transfer transistor and a source of the first connection transistor are shared.
前記第1ノードの電位を所定の電位にリセットするリセットトランジスタを備え、
前記第1転送トランジスタのドレインと前記リセットトランジスタのソースとが共有される撮像素子。 The image sensor according to claim 1 or 2,
A reset transistor for resetting the potential of the first node to a predetermined potential;
An imaging device in which a drain of the first transfer transistor and a source of the reset transistor are shared.
前記第2光電変換部で生成された電荷を前記第2ノードに転送する第2転送トランジスタを備え、
前記第2転送トランジスタのドレインと前記第2連結トランジスタのソースとが共有される撮像素子。 The imaging device according to any one of claims 1 to 3 ,
A second transfer transistor configured to transfer the charge generated by the second photoelectric conversion unit to the second node;
An imaging device in which a drain of the second transfer transistor and a source of the second connection transistor are shared.
前記第1光電変換部と前記第2光電変換部とは第1方向に配置され、
前記第1転送トランジスタと前記第1連結トランジスタとは前記第1方向に配置される撮像素子。 The imaging device according to any one of claims 1 to 4 ,
The first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit are arranged in a first direction,
The first transfer transistor and the first connection transistor are image sensors arranged in the first direction.
前記第1光電変換部と前記第3光電変換部とは第1方向に配置され、
前記第1転送トランジスタと前記第1連結トランジスタとは前記第1方向と交差する第2方向に配置される撮像素子。 The imaging device according to claim 2,
The first photoelectric conversion unit and the third photoelectric conversion unit are arranged in a first direction,
The imaging device, wherein the first transfer transistor and the first connection transistor are arranged in a second direction intersecting the first direction.
前記第1光電変換部と前記第2光電変換部とは第1方向に配置され、
前記第1転送トランジスタと前記リセットトランジスタとは前記第1方向に配置される撮像素子。 The imaging device according to claim 3,
The first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit are arranged in a first direction,
The imaging device in which the first transfer transistor and the reset transistor are arranged in the first direction.
前記第1連結トランジスタと、前記第1転送トランジスタと、前記リセットトランジスタとは前記第1方向に順に配置される撮像素子。 The image pickup device according to claim 7 ,
The imaging device in which the first connection transistor, the first transfer transistor, and the reset transistor are sequentially arranged in the first direction.
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