JP6643656B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device Download PDF

Info

Publication number
JP6643656B2
JP6643656B2 JP2018233349A JP2018233349A JP6643656B2 JP 6643656 B2 JP6643656 B2 JP 6643656B2 JP 2018233349 A JP2018233349 A JP 2018233349A JP 2018233349 A JP2018233349 A JP 2018233349A JP 6643656 B2 JP6643656 B2 JP 6643656B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
transistor
unit
pixel
drain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018233349A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019041419A (en
Inventor
雅史 村上
雅史 村上
西村 佳壽子
佳壽子 西村
阿部 豊
豊 阿部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority to JP2018233349A priority Critical patent/JP6643656B2/en
Publication of JP2019041419A publication Critical patent/JP2019041419A/en
Priority to JP2019223577A priority patent/JP6909985B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6643656B2 publication Critical patent/JP6643656B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、固体撮像装置に関し、特に非破壊読み出しが可能な固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly, to a solid-state imaging device capable of nondestructive readout.

画素セルが行列状に配置された画素アレイ部を有する固体撮像装置では、相関二重サンプリング(CDS:Correlated Double Sampling)という信号処理が行われる。具体的には、画素列に対応して配置された垂直信号線における任意の異なる二つのタイミングにおける電位差、つまりリセット動作時のリセット電位と画素信号出力時の電位との差に対応したCDS画素信号が出力信号として生成される。このCDS処理において、画素セルで生成された画素信号がリセット動作により破壊されない、いわゆる非破壊動作が必要とされる場合がある。   In a solid-state imaging device having a pixel array unit in which pixel cells are arranged in a matrix, signal processing called correlated double sampling (CDS) is performed. More specifically, a CDS pixel signal corresponding to a potential difference at any two different timings in a vertical signal line arranged corresponding to a pixel column, that is, a difference between a reset potential at the time of a reset operation and a potential at the time of pixel signal output. Is generated as an output signal. In the CDS processing, a so-called non-destructive operation in which a pixel signal generated in a pixel cell is not destroyed by a reset operation may be required.

特許文献1には、2次元画素アレイと、画素列ごとに配置され雑音抑圧回路の出力を保持する保持手段と、当該保持手段から水平ブランキング期間中に複数回読み出された信号を積分する積分手段とを備えた非破壊読み出し型の固体撮像装置が開示されている。   Patent Document 1 discloses a two-dimensional pixel array, holding means arranged for each pixel column to hold the output of a noise suppression circuit, and integrating signals read from the holding means a plurality of times during a horizontal blanking period. A non-destructive readout solid-state imaging device including an integrating means is disclosed.

特許第4116710号公報Japanese Patent No. 4116710

しかしながら、特許文献1に開示された固体撮像装置では、積分回路部が垂直信号線をリセットするが、垂直信号線は大容量を有するためリセット時の充放電に時間がかかる。さらに、積分回路部はスイッチトキャパシタを有する積分器で構成されており、垂直信号線からの入力電圧が無(暗)信号であっても当該スイッチトキャパシタのスイッチング動作により、当該入力電圧と基準(接地)電圧との差であるオフセット電圧が発生する。このオフセット電圧を有しながらのスイッチング動作により読み出し動作にかかる時間が長くなる。   However, in the solid-state imaging device disclosed in Patent Literature 1, the integration circuit unit resets the vertical signal line. However, since the vertical signal line has a large capacity, it takes time to charge and discharge at the time of reset. Further, the integration circuit section is constituted by an integrator having a switched capacitor. Even if the input voltage from the vertical signal line is a non-dark (dark) signal, the switching operation of the switched capacitor causes the input voltage and the reference (ground). ) An offset voltage which is a difference from the voltage is generated. The switching operation with the offset voltage increases the time required for the read operation.

上記課題に鑑み、本発明は、高速な非破壊読み出しが可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of high-speed nondestructive readout.

上記課題を解決するために、本発明に係る固体撮像装置の一態様は、行列状に配置された複数の画素を有する画素アレイ部と、画素列ごとに設けられた垂直信号線と、基準信号を生成する基準信号生成部と、前記複数の画素のそれぞれから出力された画素信号と、前記基準信号と、の差分信号を出力する信号処理部と、前記垂直信号線に接続され、前記複数の画素のそれぞれから前記信号処理部への前記画素信号の入力及び遮断を切り替える第1スイッチ部と、前記基準信号生成部に接続された、前記垂直信号線とは異なる基準信号線と、前記基準信号線に接続され、前記基準信号生成部から前記信号処理部への前記基準信号の入力及び遮断を切り替える第2スイッチ部とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, one embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention includes a pixel array portion having a plurality of pixels arranged in a matrix, a vertical signal line provided for each pixel column, and a reference signal. A signal processing unit that outputs a difference signal between a pixel signal output from each of the plurality of pixels and the reference signal, and a signal processing unit that is connected to the vertical signal line; A first switch unit that switches input and cutoff of the pixel signal from each of the pixels to the signal processing unit, a reference signal line connected to the reference signal generation unit, the reference signal line being different from the vertical signal line, and the reference signal A second switch unit that is connected to a line and switches between input and cutoff of the reference signal from the reference signal generation unit to the signal processing unit.

本発明に係る固体撮像装置によれば、高速な非破壊読み出しが可能となる。   According to the solid-state imaging device according to the present invention, high-speed non-destructive reading can be performed.

実施の形態1に係る固体撮像装置の全体構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating an overall configuration of the solid-state imaging device according to Embodiment 1. 実施の形態1に係る画素及び基準信号生成部の回路構成の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a pixel and a reference signal generation unit according to the first embodiment. 実施の形態1の変形例に係る画素及び基準信号生成部の回路構成の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a pixel and a reference signal generation unit according to a modification of the first embodiment. 実施の形態1に係る信号保持部及びその周辺部の回路構成の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a signal holding unit according to the first embodiment and a peripheral portion thereof; 実施の形態1に係る固体撮像装置及び従来の固体撮像装置における画素信号のCDS処理を説明する動作タイミングチャートである。6 is an operation timing chart illustrating CDS processing of a pixel signal in the solid-state imaging device according to the first embodiment and a conventional solid-state imaging device. 実施の形態1の変形例に係る固体撮像装置及び従来の固体撮像装置における画素信号のCDS処理を説明する動作タイミングチャートである。9 is an operation timing chart illustrating CDS processing of a pixel signal in the solid-state imaging device according to the modification of the first embodiment and a conventional solid-state imaging device. 実施の形態2に係る固体撮像装置の全体構成を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram illustrating an overall configuration of a solid-state imaging device according to a second embodiment; 実施の形態2に係る固体撮像装置の回路構成の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a solid-state imaging device according to a second embodiment; 実施の形態3に係る固体撮像装置の全体構成を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram illustrating an overall configuration of a solid-state imaging device according to Embodiment 3. 実施の形態3に係る固体撮像装置の回路構成の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a solid-state imaging device according to a third embodiment; 実施の形態3の変形例に係る固体撮像装置の回路構成の一例を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a solid-state imaging device according to a modification of the third embodiment. 実施の形態4に係る画素及び基準信号生成部の回路構成の一例を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a pixel and a reference signal generation unit according to Embodiment 4. 実施の形態4に係る固体撮像装置及び従来の固体撮像装置における画素信号のCDS処理を説明する動作タイミングチャートである。15 is an operation timing chart illustrating CDS processing of a pixel signal in the solid-state imaging device according to the fourth embodiment and a conventional solid-state imaging device. 実施の形態5に係る画素及び基準信号生成部の回路構成の一例を示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a pixel and a reference signal generation unit according to a fifth embodiment. 実施の形態5に係る固体撮像装置及び従来の固体撮像装置における画素信号のCDS処理を説明する動作タイミングチャートである。15 is an operation timing chart illustrating CDS processing of a pixel signal in the solid-state imaging device according to the fifth embodiment and a conventional solid-state imaging device. 実施の形態6に係る固体撮像装置の全体構成を示すブロック図である。FIG. 17 is a block diagram illustrating an overall configuration of a solid-state imaging device according to Embodiment 6. 実施の形態7に係る固体撮像装置の全体構成を示すブロック図である。FIG. 21 is a block diagram illustrating an overall configuration of a solid-state imaging device according to Embodiment 7.

以下では、本開示の固体撮像装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。   Hereinafter, the solid-state imaging device of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that each of the embodiments described below shows a preferred specific example of the present invention. Therefore, the numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangements and connection forms of the constituent elements, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and do not limit the present invention. Therefore, among the components in the following embodiments, components that are not described in the independent claims that represent the highest concept of the present invention are described as arbitrary components.

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。   In addition, each drawing is a schematic diagram, and is not necessarily strictly illustrated. In each drawing, the same components are denoted by the same reference numerals.

(実施の形態1)
まず、実施の形態1に係る固体撮像装置の全体構成を説明する。
(Embodiment 1)
First, the overall configuration of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 will be described.

[1.全体構成]
図1は、実施の形態1に係る固体撮像装置の全体構成を示すブロック図である。同図に示された固体撮像装置1は、画素アレイ部10と、駆動制御部20と、垂直走査部30と、水平走査部40と、信号保持部50と、電流源60と、基準信号生成部70と、第1スイッチ部80Aと、第2スイッチ部80Bとを備える。また、画素アレイ部10及びその周辺領域には、画素列ごとに垂直信号線210が配置され、画素行ごとに走査線220が配置されている。
[1. overall structure]
FIG. 1 is a block diagram illustrating the overall configuration of the solid-state imaging device according to Embodiment 1. The solid-state imaging device 1 shown in FIG. 1 includes a pixel array unit 10, a drive control unit 20, a vertical scanning unit 30, a horizontal scanning unit 40, a signal holding unit 50, a current source 60, a reference signal generation unit, A switching unit 70, a first switch unit 80A, and a second switch unit 80B. In the pixel array section 10 and its peripheral area, a vertical signal line 210 is arranged for each pixel column, and a scanning line 220 is arranged for each pixel row.

画素アレイ部10は、複数の画素100が行列状に配置された撮像部である。   The pixel array unit 10 is an imaging unit in which a plurality of pixels 100 are arranged in a matrix.

垂直走査部30は、行単位で画素100のリセット動作、電荷の蓄積動作、及び読み出し動作を制御する機能を有する。   The vertical scanning unit 30 has a function of controlling a reset operation, a charge accumulation operation, and a read operation of the pixel 100 on a row-by-row basis.

電流源60は、垂直信号線210に接続され、垂直信号線210に対応して配置されている。電流源60は、画素100が有する増幅トランジスタとともにソースフォロワ回路を構成し、画素100に蓄積された電荷に対応した電圧を増幅する機能を有する。   The current source 60 is connected to the vertical signal line 210, and is arranged corresponding to the vertical signal line 210. The current source 60 constitutes a source follower circuit together with the amplification transistor included in the pixel 100, and has a function of amplifying a voltage corresponding to the charge accumulated in the pixel 100.

信号保持部50は、画素100から出力された画素信号と当該画素100に対応したリセット信号との差分信号を保持し、後述する水平走査部40の指示に従い当該差分信号を出力する信号保持部である。   The signal holding unit 50 is a signal holding unit that holds a difference signal between the pixel signal output from the pixel 100 and the reset signal corresponding to the pixel 100, and outputs the difference signal in accordance with an instruction from the horizontal scanning unit 40 described later. is there.

基準信号生成部70は、画素100に対応したリセット信号を生成する。   The reference signal generation unit 70 generates a reset signal corresponding to the pixel 100.

第1スイッチ部80Aは、垂直信号線210に接続され、垂直信号線210に対応して配置されている。第1スイッチ部80Aは、画素100から信号保持部50への画素信号の入力及び遮断を切り替える。   The first switch unit 80A is connected to the vertical signal line 210, and is arranged corresponding to the vertical signal line 210. The first switch unit 80A switches between inputting and blocking of a pixel signal from the pixel 100 to the signal holding unit 50.

第2スイッチ部80Bは、基準信号生成部70に接続され、垂直信号線210に対応して配置されている。第2スイッチ部80Bは、基準信号生成部70から信号保持部50へのリセット信号の入力及び遮断を切り替える。   The second switch unit 80B is connected to the reference signal generation unit 70, and is arranged corresponding to the vertical signal line 210. The second switch unit 80B switches between input and cutoff of a reset signal from the reference signal generation unit 70 to the signal holding unit 50.

水平走査部40は、信号保持部50に保持された一行分の上記差分信号を順次選択し、信号保持部50の出力側に配置された出力回路(図示せず)へ読み出す機能を有する。   The horizontal scanning unit 40 has a function of sequentially selecting one row of the differential signals held in the signal holding unit 50 and reading out the difference signals to an output circuit (not shown) arranged on the output side of the signal holding unit 50.

駆動制御部20は、垂直走査部30、水平走査部40、信号保持部50、基準信号生成部70、第1スイッチ部80A、及び第2スイッチ部80Bに対して各種制御信号を供給することにより各部を制御する。具体的には、例えば、駆動制御部20は、まず、第2スイッチ部80Bを導通状態にして信号保持部50に上記リセット信号を保持させる。次に、駆動制御部20は、信号保持部50が上記リセット信号を保持した状態で、第1スイッチ部80Aを導通状態にして信号保持部50に垂直信号線210を介して画素信号を入力させる。これにより、信号保持部50は、画素100から信号保持部50へ出力された画素信号と、当該画素100に対応したリセット信号との差分信号を保持する。   The drive control unit 20 supplies various control signals to the vertical scanning unit 30, the horizontal scanning unit 40, the signal holding unit 50, the reference signal generation unit 70, the first switch unit 80A, and the second switch unit 80B. Control each part. Specifically, for example, first, the drive control unit 20 makes the second switch unit 80B conductive, and causes the signal holding unit 50 to hold the reset signal. Next, in a state where the signal holding unit 50 holds the reset signal, the drive control unit 20 turns on the first switch unit 80A to input a pixel signal to the signal holding unit 50 via the vertical signal line 210. . Accordingly, the signal holding unit 50 holds a difference signal between the pixel signal output from the pixel 100 to the signal holding unit 50 and the reset signal corresponding to the pixel 100.

[2.各部構成]
図2は、実施の形態1に係る画素及び基準信号生成部の回路構成の一例を示す図である。同図には、画素100、基準信号生成部70、電流源60、及び各スイッチ部の具体的な回路構成例が示されている。
[2. Configuration of Each Part]
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a pixel and a reference signal generation unit according to the first embodiment. FIG. 2 shows a specific circuit configuration example of the pixel 100, the reference signal generation unit 70, the current source 60, and each switch unit.

[2−1.画素]
画素100は、光電変換素子101と、リセットトランジスタ102と、増幅トランジスタ103と、選択トランジスタ104と、電荷蓄積部105とを備える。
[2-1. Pixel]
The pixel 100 includes a photoelectric conversion element 101, a reset transistor 102, an amplification transistor 103, a selection transistor 104, and a charge storage unit 105.

光電変換素子101は、入射光を信号電荷に光電変換する光電変換部である。具体的には、光電変換素子101は、上部電極と下部電極と両電極に挟まれた光電変換膜とで構成されており、光電変換膜は、例えば、高い光吸収能を有する有機分子を含む。また、光電変換膜の厚さは、例えば、約500nmである。また、光電変換膜は、例えば、真空蒸着法を用いて形成される。上記有機分子は波長約400nmから約700nmの可視光全域にわたって高い光吸収機能を有する。   The photoelectric conversion element 101 is a photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion of incident light into signal charges. Specifically, the photoelectric conversion element 101 includes an upper electrode, a lower electrode, and a photoelectric conversion film sandwiched between both electrodes, and the photoelectric conversion film includes, for example, organic molecules having high light absorption ability. . The thickness of the photoelectric conversion film is, for example, about 500 nm. The photoelectric conversion film is formed by using, for example, a vacuum evaporation method. The organic molecule has a high light absorbing function over the entire visible light range of wavelength from about 400 nm to about 700 nm.

なお、本実施の形態に係る画素100が備える光電変換素子は、上述した有機光電変換膜で構成されていることに限定されず、例えば、無機材料で構成されたフォトダイオードであってもよい。   Note that the photoelectric conversion element included in the pixel 100 according to the present embodiment is not limited to the above-described organic photoelectric conversion film, and may be, for example, a photodiode made of an inorganic material.

電荷蓄積部105は、光電変換素子101に接続され、信号電荷を蓄積する。   The charge storage unit 105 is connected to the photoelectric conversion element 101 and stores signal charges.

増幅トランジスタ103は、ゲートが電荷蓄積部105に接続され、ドレインに電源電圧VDDが供給され、電荷蓄積部105に蓄積された信号電荷の電荷量に応じた画素信号を出力する。 The amplification transistor 103 has a gate connected to the charge storage unit 105, a power supply voltage VDD supplied to the drain, and outputs a pixel signal corresponding to the amount of signal charge stored in the charge storage unit 105.

リセットトランジスタ102は、ドレインにリセット電圧VRSTが供給され、ソースが電荷蓄積部105に接続され、電荷蓄積部105の電位をリセットする。 The reset transistor 102 has a drain supplied with the reset voltage VRST , a source connected to the charge storage unit 105, and resets the potential of the charge storage unit 105.

選択トランジスタ104は、ドレインが増幅トランジスタ103のソースに接続され、ソースが垂直信号線210に接続され、増幅トランジスタ103から画素信号を出力するタイミングを決定する。   The selection transistor 104 has a drain connected to the source of the amplification transistor 103, a source connected to the vertical signal line 210, and determines a timing at which the amplification transistor 103 outputs a pixel signal.

[2−2.基準信号生成部]
基準信号生成部70は、トランジスタ72〜75を備える。
[2-2. Reference signal generator]
The reference signal generator 70 includes transistors 72 to 75.

トランジスタ73は、ドレインに電源電圧VDDが供給された第1トランジスタである。 The transistor 73 is a first transistor whose drain is supplied with the power supply voltage VDD .

トランジスタ74は、ドレインがトランジスタ73のソースに接続され、ソースがスイッチ部80Bのスイッチトランジスタ82に接続された第2トランジスタである。   The transistor 74 is a second transistor whose drain is connected to the source of the transistor 73 and whose source is connected to the switch transistor 82 of the switch unit 80B.

トランジスタ72は、ドレインにリセット電圧VRSTが供給され、ソースがトランジスタ73のゲートに接続された第3トランジスタである。 The transistor 72 is a third transistor whose drain is supplied with the reset voltage VRST and whose source is connected to the gate of the transistor 73.

トランジスタ75は、ドレインがトランジスタ74のソースに接続され、ソースが接地された電流源トランジスタである。   The transistor 75 is a current source transistor whose drain is connected to the source of the transistor 74 and whose source is grounded.

基準信号生成部70の上記回路構成は、光電変換素子101を除いた画素100と電流源トランジスタ61とを合わせた回路構成と同じとなっている。   The circuit configuration of the reference signal generation unit 70 is the same as the circuit configuration of the pixel 100 and the current source transistor 61 excluding the photoelectric conversion element 101.

[2−3.電流源]
電流源トランジスタ61は、ドレインが垂直信号線210に接続され、ソースが接地され、図1に示された電流源60を構成する。
[2-3. Current source]
The current source transistor 61 has a drain connected to the vertical signal line 210 and a source grounded, and forms the current source 60 shown in FIG.

[2−4.スイッチ部]
スイッチトランジスタ81は、ドレインが垂直信号線210に接続され、ソースが信号保持部50に接地された第1スイッチ部80Aである。
[2-4. Switch section]
The switch transistor 81 is a first switch unit 80 </ b> A having a drain connected to the vertical signal line 210 and a source grounded to the signal holding unit 50.

スイッチトランジスタ82は、ドレインが基準信号線271に接続され、ソースが信号保持部50に接地された第2スイッチ部80Bである。   The switch transistor 82 is a second switch unit 80B whose drain is connected to the reference signal line 271 and whose source is grounded to the signal holding unit 50.

基準信号生成部70の上記構成により、CDS処理におけるリセット動作時の信号処理として、リセット信号を、画素100から垂直信号線210を介して信号保持部50へ出力する代わりに、基準信号生成部70から基準信号線271を介して信号保持部50へ出力する。   With the above-described configuration of the reference signal generation unit 70, instead of outputting a reset signal from the pixel 100 to the signal holding unit 50 via the vertical signal line 210 as a signal process at the time of a reset operation in the CDS process, the reference signal generation unit 70 To the signal holding unit 50 via the reference signal line 271.

これにより、画素列方向に延在し大容量を有する垂直信号線210をリセット電圧VRSTで充放電する時間をかけずとも、画素100のリセット信号に対応したリセット信号を短時間で信号保持部50に保持させることが可能となる。 Thus, the reset signal corresponding to the reset signal of the pixel 100 can be quickly stored in the signal holding unit without spending time for charging and discharging the vertical signal line 210 having a large capacity and extending in the pixel column direction with the reset voltage VRST. 50 can be held.

ここで、トランジスタ73の電気特性は、増幅トランジスタ103の電気特性と実質的に同一であることが好ましい。   Here, the electric characteristics of the transistor 73 are preferably substantially the same as the electric characteristics of the amplification transistor 103.

また、トランジスタ74の電気特性は、選択トランジスタ104の電気特性と実質的に同一であることが好ましい。   Further, it is preferable that the electrical characteristics of the transistor 74 be substantially the same as the electrical characteristics of the selection transistor 104.

また、トランジスタ72の電気特性は、リセットトランジスタ102の電気特性と実質的に同一であることが好ましい。   Further, it is preferable that the electric characteristics of the transistor 72 be substantially the same as the electric characteristics of the reset transistor 102.

また、トランジスタ75の電気特性は、電流源トランジスタ61の電気特性と実質的に同一であることが好ましい。   It is preferable that the electric characteristics of the transistor 75 be substantially the same as the electric characteristics of the current source transistor 61.

また、基準信号生成部70は、基準信号線271を駆動するために、トランジスタを並列接続する等により、複数のアレイ構成としてもよい。これにより、基準信号生成部70の出力インピーダンスを下げることができるので、駆動能力を上げ、また、ノイズレベルを下げることが可能となる。   Further, the reference signal generation unit 70 may have a plurality of array configurations by driving transistors in parallel to drive the reference signal line 271. As a result, the output impedance of the reference signal generation unit 70 can be reduced, so that the driving capability can be increased and the noise level can be reduced.

これにより、基準信号生成部70の回路構成と光電変換素子101を除いた画素100の回路構成とを略同一にすることができる。つまり、基準信号生成部70の回路構成は、画素100におけるソースフォロワ回路のレプリカとなっている。よって、基準信号生成部70から出力されるリセット信号電圧を、リセットトランジスタ102をオン状態にして画素100から出力されるリセット信号電圧と略同一にすることが可能となる。よって、画素100の電荷蓄積部105の電位をリセットすることなく、信号保持部50にてCDS処理を実行できるので、高速かつ高精度な非破壊読み出しが可能となる。   Thereby, the circuit configuration of the reference signal generation unit 70 and the circuit configuration of the pixel 100 excluding the photoelectric conversion element 101 can be made substantially the same. That is, the circuit configuration of the reference signal generation unit 70 is a replica of the source follower circuit in the pixel 100. Therefore, the reset signal voltage output from the reference signal generation unit 70 can be made substantially the same as the reset signal voltage output from the pixel 100 by turning on the reset transistor 102. Therefore, since the CDS processing can be executed in the signal holding unit 50 without resetting the potential of the charge storage unit 105 of the pixel 100, high-speed and high-precision nondestructive reading can be performed.

なお、基準信号生成部70によるリセット動作の詳細については、図5及び図6を用いて後述する。   The details of the reset operation by the reference signal generation unit 70 will be described later with reference to FIGS.

[2−5.基準信号生成部の変形例]
図3は、実施の形態1の変形例に係る画素及び基準信号生成部の回路構成の一例を示す図である。同図に示された画素及び基準信号生成部の回路構成は、図2に示された画素及び基準信号生成部の回路構成と比較して、基準信号生成部の回路構成のみが異なる。以下、図2に示された回路構成と異なる点を中心に説明する。
[2-5. Modification of Reference Signal Generating Unit]
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a pixel and a reference signal generation unit according to a modification of the first embodiment. The circuit configuration of the pixel and the reference signal generation unit illustrated in FIG. 2 differs from the circuit configuration of the pixel and the reference signal generation unit illustrated in FIG. 2 only in the circuit configuration of the reference signal generation unit. Hereinafter, the points different from the circuit configuration shown in FIG. 2 will be mainly described.

基準信号生成部71は、トランジスタ73〜75を備え、トランジスタ73のゲートにリセット電圧VRSTを供給するトランジスタ72を備えない。トランジスタ73のゲートには、バイアス電圧供給線によりバイアス電圧VBIASが供給される。 Reference signal generator 71 includes a transistor 73 to 75, without a supply transistor 72 a reset voltage V RST to the gate of the transistor 73. A bias voltage V BIAS is supplied to a gate of the transistor 73 from a bias voltage supply line.

本変形例に係る基準信号生成部71の構成によれば、基準信号生成部71の回路構成と光電変換素子101を除いた画素100の回路構成とを略同一にすることができる。よって、基準信号生成部71から出力されるリセット信号電圧を、画素100から出力されるリセット信号電圧と略同一にすることが可能となる。よって、画素100の電荷蓄積部105の電位をリセットすることなく、信号保持部50にてCDS処理を実行できるので、高速かつ高精度な非破壊読み出しが可能となる。   According to the configuration of the reference signal generation unit 71 according to the present modification, the circuit configuration of the reference signal generation unit 71 and the circuit configuration of the pixel 100 excluding the photoelectric conversion element 101 can be made substantially the same. Therefore, the reset signal voltage output from the reference signal generation unit 71 can be made substantially the same as the reset signal voltage output from the pixel 100. Therefore, the CDS process can be performed in the signal holding unit 50 without resetting the potential of the charge storage unit 105 of the pixel 100, so that high-speed and high-precision nondestructive reading can be performed.

なお、基準信号生成部71は、基準信号生成部70と比較して、トランジスタ73のゲートに一定電圧が印加されるので、より安定したリセット信号を供給することが可能である。一方、基準信号生成部70は、リセットトランジスタ102に対応したトランジスタ72を備えるので、リセットトランジスタ102がオフ状態である場合、トランジスタ74のゲートはフローティング状態となりノイズの影響を受け易くなる。しかし、リセットトランジスタ102がオフ状態である場合、容量結合によるオフセットを反映したリセット信号を再現できる点で、より高精度なCDS処理を実現できる。   Note that the reference signal generation unit 71 applies a constant voltage to the gate of the transistor 73 as compared with the reference signal generation unit 70, and thus can supply a more stable reset signal. On the other hand, since the reference signal generation unit 70 includes the transistor 72 corresponding to the reset transistor 102, when the reset transistor 102 is off, the gate of the transistor 74 is in a floating state and is easily affected by noise. However, when the reset transistor 102 is off, a more accurate CDS process can be realized because a reset signal reflecting an offset due to capacitive coupling can be reproduced.

[2−6.信号保持部]
図4は、実施の形態1に係る信号保持部及びその周辺部の回路構成の一例を示す図である。同図に示された信号保持回路50Aは、垂直信号線210に対応して配置され、スイッチトランジスタ81を介して垂直信号線210に接続され、スイッチトランジスタ82を介して基準信号線271に接続されている。垂直信号線210に対応して配置された複数の信号保持回路50Aは、信号保持部50を構成している。
[2-6. Signal holding section]
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the signal holding unit according to the first embodiment and a peripheral unit thereof. The signal holding circuit 50A shown in the figure is arranged corresponding to the vertical signal line 210, connected to the vertical signal line 210 via the switch transistor 81, and connected to the reference signal line 271 via the switch transistor 82. ing. The plurality of signal holding circuits 50 </ b> A arranged corresponding to the vertical signal lines 210 constitute a signal holding unit 50.

信号保持回路50Aは、入力容量51と、トランジスタ52〜54と、信号保持容量55とを備える。本構成により、信号保持回路50Aは、垂直信号線210を介して画素100から出力される画素信号電圧、及び、基準信号線271を介して基準信号生成部70から出力されるリセット信号電圧を信号保持容量55に保持する。そして、水平走査部40の制御によりトランジスタ54をオン状態とすることで、上記画素信号電圧と上記リセット信号電圧との差分電圧であるCDS画素信号を水平信号線254へ順次水平方向に転送し、出力回路(図示せず)に出力する。   The signal holding circuit 50A includes an input capacitor 51, transistors 52 to 54, and a signal holding capacitor 55. With this configuration, the signal holding circuit 50 </ b> A outputs a pixel signal voltage output from the pixel 100 via the vertical signal line 210 and a reset signal voltage output from the reference signal generation unit 70 via the reference signal line 271. The data is stored in the storage capacitor 55. Then, by turning on the transistor 54 under the control of the horizontal scanning unit 40, the CDS pixel signal which is a difference voltage between the pixel signal voltage and the reset signal voltage is sequentially transferred to the horizontal signal line 254 in the horizontal direction. Output to an output circuit (not shown).

なお、信号保持回路50AによるCDS動作の詳細については、図5を用いて後述する。   The details of the CDS operation by the signal holding circuit 50A will be described later with reference to FIG.

[2−7.CDS読み出し動作]
図5は、実施の形態1に係る固体撮像装置及び従来の固体撮像装置における画素信号のCDS処理を説明する動作タイミングチャートである。同図には、上から順に、選択トランジスタ104の導通状態を制御する選択信号SEL、スイッチトランジスタ81の導通状態を制御する制御信号S1、スイッチトランジスタ82の導通状態を制御する制御信号N1、信号保持回路50Aの入力端子OUT1、トランジスタ54の導通状態を制御する制御信号HSEL、トランジスタ53の導通状態を制御する制御信号NCSH、トランジスタ52の導通状態を制御する制御信号NCCL、トランジスタ53、54及び信号保持容量55の接続端子OUT2、従来方式における選択信号SEL、従来方式における選択信号RST、及び従来方式における入力端子OUT1、の電圧レベルが表されている。
[2-7. CDS read operation]
FIG. 5 is an operation timing chart illustrating CDS processing of a pixel signal in the solid-state imaging device according to Embodiment 1 and a conventional solid-state imaging device. In this figure, from the top, a selection signal SEL for controlling the conduction state of the selection transistor 104, a control signal S1 for controlling the conduction state of the switch transistor 81, a control signal N1 for controlling the conduction state of the switch transistor 82, a signal holding The input terminal OUT1 of the circuit 50A, the control signal HSEL for controlling the conduction state of the transistor 54, the control signal NCSH for controlling the conduction state of the transistor 53, the control signal NCCL for controlling the conduction state of the transistor 52, the transistors 53 and 54, and the signal holding The voltage levels of the connection terminal OUT2 of the capacitor 55, the selection signal SEL in the conventional system, the selection signal RST in the conventional system, and the input terminal OUT1 in the conventional system are shown.

[2−7−1.従来のCDS読み出し動作]
まず、従来方式の読み出し動作(破壊読み出し動作)について説明する。
[2-7-1. Conventional CDS read operation]
First, a conventional read operation (destructive read operation) will be described.

時刻T1において、垂直走査部は選択信号SELをハイレベルにして選択トランジスタ104をオン状態にする。また同時に、制御信号NCSH及びNCCLをハイレベルにしてトランジスタ53及び52をオン状態にする。これにより、入力端子OUT1の電位が画素信号電圧へと収束すると同時に、接続端子OUT2の電位は参照電圧VREFにクランプされる(収束する)。 At time T1, the vertical scanning unit sets the selection signal SEL to high level to turn on the selection transistor 104. At the same time, the control signals NCSH and NCCL are made high to turn on the transistors 53 and 52. As a result, the potential of the input terminal OUT1 converges to the pixel signal voltage, and at the same time, the potential of the connection terminal OUT2 is clamped (converges) to the reference voltage VREF .

次に、時刻T2において、制御信号NCCLをローレベルにしてトランジスタ52をオフ状態にする。これにより、入力容量51に画素信号電圧が保持される。   Next, at a time T2, the control signal NCCL is set to a low level to turn off the transistor 52. As a result, the pixel signal voltage is held in the input capacitor 51.

次に、時刻T3において、垂直走査部は制御信号RSTをハイレベルにしてリセットトランジスタ102をオン状態にする。これにより、電荷蓄積部105の電位がリセット電圧VRSTでリセットされる。 Next, at time T3, the vertical scanning unit sets the control signal RST to a high level to turn on the reset transistor 102. As a result, the potential of the charge storage unit 105 is reset by the reset voltage VRST .

次に、時刻T5において、垂直走査部は制御信号RSTをローレベルにしてリセットトランジスタ102をオフ状態にする。これにより、電荷蓄積部105のリセット電圧VRSTが、垂直信号線210を介して入力端子OUT1に伝達され、接続端子OUT2の電位は、画素信号電圧とリセット信号電圧との差分電圧へと収束する。ここで、従来方式の読み出し動作の場合、電荷蓄積部105がリセット電圧VRSTとなった時点から入力端子OUT1の電位がリセット電圧VRSTに収束するまでの期間はP2である。この期間P2は、リセット電圧VRSTを伝達する垂直信号線210の時定数に依存する。 Next, at time T5, the vertical scanning unit sets the control signal RST to low level to turn off the reset transistor 102. As a result, the reset voltage V RST of the charge storage unit 105 is transmitted to the input terminal OUT1 via the vertical signal line 210, and the potential of the connection terminal OUT2 converges to a difference voltage between the pixel signal voltage and the reset signal voltage. . Here, in the case of the conventional read operation, the period from when the charge storage unit 105 becomes the reset voltage VRST to when the potential of the input terminal OUT1 converges to the reset voltage VRST is P2. This period P2 depends on the time constant of the vertical signal line 210 transmitting the reset voltage VRST .

次に、時刻T6において、制御信号NCSHをローレベルにしてトランジスタ53をオフ状態にする。これにより、信号保持容量55に上記差分電圧であるCDS画素信号が保持される。   Next, at a time T6, the control signal NCSH is set at a low level to turn off the transistor 53. Thus, the CDS pixel signal, which is the difference voltage, is held in the signal holding capacitor 55.

次に、時刻T8において、水平走査部は、制御信号HSELをハイレベルにしてトランジスタ54をオン状態にする。これにより、上記差分電圧であるCDS画素信号が水平信号線254へ読み出される。   Next, at time T8, the horizontal scanning unit sets the control signal HSEL to high level to turn on the transistor 54. As a result, the CDS pixel signal that is the difference voltage is read out to the horizontal signal line 254.

[2−7−2.CDS非破壊読み出し動作]
ここで、本実施の形態に係る読み出し動作(非破壊読み出し動作)について説明する。
[2-7-2. CDS non-destructive read operation]
Here, a read operation (non-destructive read operation) according to the present embodiment will be described.

時刻T1において、垂直走査部30は、選択信号SELをハイレベルにして選択トランジスタ104をオン状態にする。また同時に、制御信号S1、NCSH及びNCCLをハイレベルにしてスイッチトランジスタ81、トランジスタ53及び52をオン状態にする。これにより、入力端子OUT1の電位が画素信号電圧へと収束すると同時に、接続端子OUT2の電位は参照電圧VREFにクランプされる(収束する)。 At time T1, the vertical scanning unit 30 sets the selection signal SEL to high level to turn on the selection transistor 104. At the same time, the control signals S1, NCSH and NCCL are set to the high level to turn on the switch transistor 81 and the transistors 53 and 52. As a result, the potential of the input terminal OUT1 converges to the pixel signal voltage, and at the same time, the potential of the connection terminal OUT2 is clamped (converges) to the reference voltage VREF .

次に、時刻T2において、制御信号NCCLをローレベルにしてトランジスタ52をオフ状態にする。これにより、接続端子OUT2の電位は参照電圧VREFから画素信号電圧へと収束する。 Next, at a time T2, the control signal NCCL is set to a low level to turn off the transistor 52. Accordingly, the potential of the connection terminal OUT2 converges from the reference voltage V REF to the pixel signal voltage.

次に、時刻T3において、制御信号S1をローレベルにしてスイッチトランジスタ81をオフ状態にする。   Next, at time T3, the control signal S1 is set to low level to turn off the switch transistor 81.

次に、時刻T4において、制御信号N1をハイレベルにしてスイッチトランジスタ82をオン状態にする。これにより、基準信号生成部70から出力されるリセット電圧VRSTが、基準信号線271を介して入力端子OUT1に伝達される。ここで、本実施の形態に係る読み出し動作の場合、スイッチトランジスタ82がオン状態となった時点から入力端子OUT1の電位がリセット電圧VRSTに収束するまでの期間はP1である。この期間P1は、リセット電圧VRSTを伝達する基準信号線271の時定数に依存する。 Next, at time T4, the control signal N1 is set to the high level to turn on the switch transistor 82. As a result, the reset voltage V RST output from the reference signal generator 70 is transmitted to the input terminal OUT1 via the reference signal line 271. Here, in the case of the read operation according to the present embodiment, the period from when the switch transistor 82 is turned on to when the potential of the input terminal OUT1 converges to the reset voltage VRST is P1. This period P1 depends on the time constant of the reference signal line 271 transmitting the reset voltage VRST .

次に、時刻T6において、制御信号NCSHをローレベルにしてトランジスタ53をオフ状態にする。これにより、接続端子OUT2の電位は、画素信号電圧とリセット信号電圧との差分電圧へと収束する。   Next, at a time T6, the control signal NCSH is set at a low level to turn off the transistor 53. As a result, the potential of the connection terminal OUT2 converges to a difference voltage between the pixel signal voltage and the reset signal voltage.

次に、時刻T8において、水平走査部は、制御信号HSELをハイレベルにしてトランジスタ54をオン状態にする。これにより、上記差分電圧であるCDS画素信号が水平信号線254へ読み出される。   Next, at time T8, the horizontal scanning unit sets the control signal HSEL to high level to turn on the transistor 54. As a result, the CDS pixel signal that is the difference voltage is read out to the horizontal signal line 254.

上述したCDS読み出し動作において、入力端子OUT1の電位がリセット信号電圧レベルに収束するまでの期間が、CDS読み出し速度を決定する。従来のCDS読み出し動作では、期間P2は垂直信号線210の時定数に依存し、本実施の形態に係る読み出し動作では、期間P1は、基準信号線271の時定数に依存する。垂直信号線210は、画素列方向に沿って画素領域にわたり延在する配線であり、また画素列数だけ配置されているため、配線厚みや幅は制限される。これに対して、基準信号線271は、少なくとも一本以上配置されていればよく、また、基準信号生成部70の配置レイアウトも自由度がある。例えば、基準信号生成部70は、基準信号線271を駆動するために、トランジスタを並列接続する等により、複数のアレイ構成としてもよい。これにより、基準信号生成部70出力インピーダンスが下がるので、駆動能力が向上し、ノイズレベルが低下する。よって、基準信号線271の時定数を、垂直信号線210の時定数よりも十分小さく設定できる。   In the above-described CDS read operation, the period until the potential of the input terminal OUT1 converges to the reset signal voltage level determines the CDS read speed. In the conventional CDS read operation, the period P2 depends on the time constant of the vertical signal line 210, and in the read operation according to the present embodiment, the period P1 depends on the time constant of the reference signal line 271. The vertical signal lines 210 are wirings extending over the pixel region along the pixel column direction, and are arranged by the number of pixel columns, so that the wiring thickness and width are limited. On the other hand, at least one or more reference signal lines 271 may be provided, and the layout of the reference signal generation unit 70 has a high degree of freedom. For example, the reference signal generation unit 70 may have a plurality of array configurations by connecting transistors in parallel to drive the reference signal line 271. As a result, the output impedance of the reference signal generation unit 70 decreases, so that the driving capability improves and the noise level decreases. Therefore, the time constant of the reference signal line 271 can be set sufficiently smaller than the time constant of the vertical signal line 210.

なお、本実施の形態に係る読み出し動作において、画素100をリセットしてもよい。   Note that in the read operation according to the present embodiment, the pixel 100 may be reset.

図6は、実施の形態1の変形例に係る固体撮像装置及び従来の固体撮像装置における画素信号のCDS処理を説明する動作タイミングチャートである。同図に示された動作タイミングチャートは、図5に示された動作タイミングチャートと比較して、リセットトランジスタ102の導通状態を制御する制御信号RSTの動作タイミング、及び、電荷蓄積部105の電圧が示されている点が異なる。以下、図5に示された動作タイミングチャートと異なる点のみ説明する。   FIG. 6 is an operation timing chart illustrating CDS processing of a pixel signal in the solid-state imaging device according to the modification of the first embodiment and a conventional solid-state imaging device. The operation timing chart shown in FIG. 9 is different from the operation timing chart shown in FIG. 5 in that the operation timing of the control signal RST for controlling the conduction state of the reset transistor 102 and the voltage of the charge storage unit 105 are different. The points shown are different. Hereinafter, only the points different from the operation timing chart shown in FIG. 5 will be described.

上記非破壊読み出し動作の後で、画素100をリセットしたい場合には、制御信号NCSHをローレベルとした後に、リセットトランジスタ102の制御信号RSTをハイレベルにしてリセットトランジスタ102をオン状態にすればよい。なお、上記制御信号RSTをハイレベルにするタイミングは、制御信号SELをローレベルにした後(図6において、時刻T7とT8との間のタイミング)が望ましい。制御信号SELがローレベルとなることにより、画素100と垂直信号線210とが電気的に切断される。これにより、図6に示すように、画素100の電荷蓄積部105を、垂直信号線210の負荷の影響を受けずに高速にリセットできる。   When the pixel 100 is to be reset after the nondestructive read operation, the control signal NCSH is set to low level, and then the control signal RST of the reset transistor 102 is set to high level to turn on the reset transistor 102. . Note that the timing when the control signal RST is set to the high level is desirably after the control signal SEL is set to the low level (the timing between times T7 and T8 in FIG. 6). When the control signal SEL becomes low level, the pixel 100 and the vertical signal line 210 are electrically disconnected. Thereby, as shown in FIG. 6, the charge storage unit 105 of the pixel 100 can be reset at high speed without being affected by the load of the vertical signal line 210.

なお、本変形例に係る読み出し動作は、非破壊読み出しを継続させる場合には実行されない。   Note that the read operation according to this modification is not executed when nondestructive read is continued.

以上より、本実施の形態に係る固体撮像装置1によれば、上記期間P1を上記期間P2よりも短くすることができるので、高速な非破壊CDS読み出しを実現することが可能となる。   As described above, according to the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment, since the period P1 can be shorter than the period P2, high-speed non-destructive CDS reading can be realized.

さらに、本実施の形態に係る固体撮像装置1では、信号保持部50にて画素信号電圧とリセット信号電圧とを切り替えて保持するにあたり、スイッチトキャパシタを有する積分器のような構成を用いず、垂直信号線210と基準信号線271とを切り替えるスイッチトランジスタという簡略化された構成を用いている。また、画素100の回路構成と基準信号生成部70の回路構成とを略同一としている。これにより、例えば、画素信号とリセット信号とを切り替えるスイッチング動作において、オフセット電圧が発生しない。よって、画素信号のダイナミックレンジの制限を伴わない、高速かつ高精度なCDS非破壊読み出しを実現することが可能となる。   Furthermore, in the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment, when switching between the pixel signal voltage and the reset signal voltage in the signal holding unit 50 and holding the same, a configuration such as an integrator having a switched capacitor is not used, and A simplified configuration of a switch transistor for switching between the signal line 210 and the reference signal line 271 is used. Further, the circuit configuration of the pixel 100 and the circuit configuration of the reference signal generation unit 70 are substantially the same. Accordingly, for example, in a switching operation for switching between a pixel signal and a reset signal, no offset voltage is generated. Therefore, it is possible to realize high-speed and high-precision CDS non-destructive readout without limiting the dynamic range of the pixel signal.

(実施の形態2)
本実施の形態では、基準信号生成部の配置レイアウトにより、読み出し動作の高速性及び読み出し精度を向上させている。
(Embodiment 2)
In this embodiment, the layout speed of the read operation and the read accuracy are improved by the layout of the reference signal generator.

図7は、実施の形態2に係る固体撮像装置の全体構成を示すブロック図である。同図に示された固体撮像装置2は、画素アレイ部10と、駆動制御部20と、垂直走査部30と、水平走査部40と、信号保持部50と、電流源60と、基準信号生成部170と、第1スイッチ部80Aと、第2スイッチ部80Bとを備える。また、画素アレイ部10及びその周辺領域には、画素列ごとに垂直信号線210が配置され、画素行ごとに走査線220が配置されている。   FIG. 7 is a block diagram showing the overall configuration of the solid-state imaging device according to the second embodiment. The solid-state imaging device 2 shown in FIG. 1 includes a pixel array unit 10, a drive control unit 20, a vertical scanning unit 30, a horizontal scanning unit 40, a signal holding unit 50, a current source 60, a reference signal generation unit, A switching unit 170, a first switch unit 80A, and a second switch unit 80B. In the pixel array section 10 and its peripheral area, a vertical signal line 210 is arranged for each pixel column, and a scanning line 220 is arranged for each pixel row.

固体撮像装置2は、実施の形態1に係る固体撮像装置1と比較して、基準信号生成部170の配置及び構成が異なる。以下、実施の形態1に係る固体撮像装置1と同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。   The solid-state imaging device 2 differs from the solid-state imaging device 1 according to Embodiment 1 in the arrangement and configuration of the reference signal generation unit 170. Hereinafter, description of the same points as those of the solid-state imaging device 1 according to Embodiment 1 will be omitted, and different points will be mainly described.

基準信号生成部170は、画素100に対応したリセット信号を生成する。   The reference signal generator 170 generates a reset signal corresponding to the pixel 100.

基準信号生成部170は、いわゆる、垂直OB(Optical Black)領域に配置されている。なお、電流源60は、本実施の形態において、垂直OB領域に配置されていないが、垂直OB領域に配置されてもよい。垂直OB領域とは、有効画素領域の列方向である上下いずれか(または両方)に、有効画素領域に隣接して配置された第1周辺領域である。有効画素領域とは、被写体から入射する光を結像させることにより2次元画像の各点に対応する画素信号を出力する複数の画素100で形成された領域である。   The reference signal generator 170 is arranged in a so-called vertical OB (Optical Black) area. Although the current source 60 is not arranged in the vertical OB region in the present embodiment, it may be arranged in the vertical OB region. The vertical OB area is a first peripheral area arranged adjacent to the effective pixel area either above or below (or both) in the column direction of the effective pixel area. The effective pixel area is an area formed by a plurality of pixels 100 that output a pixel signal corresponding to each point of a two-dimensional image by forming light incident from a subject.

垂直OB領域は、光を遮る以外は基本的に画素100と同じ構造及び回路構成を備える複数の遮光画素を、画素100と同じ平面状に並べ、画素100と同様の制御と読み出しを行うことで、画素信号の明るさレベルを決めるための黒レベル信号を出力する。   The vertical OB area is formed by arranging a plurality of light-shielded pixels having the same structure and circuit configuration as the pixel 100 except for blocking light, in the same plane as the pixel 100, and performing the same control and reading as the pixel 100. And a black level signal for determining the brightness level of the pixel signal.

基準信号生成部170は、上記複数の遮光画素が配置された垂直OB領域に配置される。   The reference signal generation section 170 is arranged in a vertical OB area in which the plurality of light-shielded pixels are arranged.

図8は、実施の形態2に係る固体撮像装置の回路構成の一例を示す図である。同図には、図7に示された固体撮像装置2の全体構成に対応した具体的回路構成が示されている。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the solid-state imaging device according to the second embodiment. FIG. 3 shows a specific circuit configuration corresponding to the entire configuration of the solid-state imaging device 2 shown in FIG.

垂直OB領域には、複数の基準信号生成回路170Aが画素列に対応して配置され、当該複数の基準信号生成回路170Aは、基準信号生成部170を構成している。基準信号生成回路170Aは、画素列ごとに配置されたスイッチトランジスタ82に接続されている。基準信号生成回路170Aの回路構成は、実施の形態1に係る基準信号生成部70の回路構成と同じであり、トランジスタ74のソース端子が、スイッチトランジスタ82のドレイン端子に接続されている。なお、基準信号生成回路170Aの回路構成は、実施の形態1の変形例に係る基準信号生成部71の回路構成と同じであってもよい。   In the vertical OB region, a plurality of reference signal generation circuits 170A are arranged corresponding to the pixel columns, and the plurality of reference signal generation circuits 170A constitute a reference signal generation unit 170. The reference signal generation circuit 170A is connected to the switch transistors 82 arranged for each pixel column. The circuit configuration of the reference signal generation circuit 170A is the same as the circuit configuration of the reference signal generation unit 70 according to the first embodiment, and the source terminal of the transistor 74 is connected to the drain terminal of the switch transistor 82. Note that the circuit configuration of reference signal generation circuit 170A may be the same as the circuit configuration of reference signal generation section 71 according to the modification of the first embodiment.

また、信号保持部50は、画素列ごとに配置された複数の信号保持回路50Aを備える。信号保持回路50Aは、画素列ごとに配置されたスイッチトランジスタ81及び82の接続点と接続されている。   The signal holding unit 50 includes a plurality of signal holding circuits 50A arranged for each pixel column. The signal holding circuit 50A is connected to a connection point between the switch transistors 81 and 82 arranged for each pixel column.

上記構成のように、基準信号生成部170を有効画素領域に隣接する垂直OB領域に配置することにより、基準信号生成回路170Aの構造を画素100の構造と酷似させることが可能となる。これにより、基準信号生成回路170Aから出力されるリセット信号を、画素100から出力されるリセット信号に高精度に合わせることが可能となり、より高精度な非破壊CDS動作が実現される。   By arranging the reference signal generation section 170 in the vertical OB area adjacent to the effective pixel area as in the above configuration, the structure of the reference signal generation circuit 170A can be made very similar to the structure of the pixel 100. Thus, the reset signal output from the reference signal generation circuit 170A can be adjusted with high accuracy to the reset signal output from the pixel 100, and a more accurate nondestructive CDS operation is realized.

また、基準信号生成回路170Aが画素列ごとに配置されているので、トランジスタ75と電流源トランジスタ61とを近接して配置することができるので、列毎に精度よくリセット信号を追従させることができる。また、電流源トランジスタから電流が流れることにより発生するグランド電圧の変動が、画素列の位置(例えば、行(水平)方向で、画素の中央と画素端)に依存しないので、列毎に精度よくリセット信号を追従させることができる。これにより、基準信号生成部170から出力されるリセット信号が、画素100に依存しない要因により変動することを抑制できるので、高精度なリセット信号を信号保持部50に供給することが可能となる。   Further, since the reference signal generation circuit 170A is arranged for each pixel column, the transistor 75 and the current source transistor 61 can be arranged close to each other, so that the reset signal can be accurately followed for each column. . Also, the fluctuation of the ground voltage caused by the flow of the current from the current source transistor does not depend on the position of the pixel column (for example, the center of the pixel and the pixel end in the row (horizontal) direction), so that the accuracy of each column is high. The reset signal can be made to follow. Accordingly, the reset signal output from the reference signal generation unit 170 can be prevented from fluctuating due to a factor that does not depend on the pixel 100, so that a highly accurate reset signal can be supplied to the signal holding unit 50.

なお、基準信号生成回路170Aが画素列ごとに配置されていることにより、画素列ごとに基準信号生成回路170Aの電流源トランジスタから電流が流れて電力が上昇することが想定される。この対策として、例えば、リセット信号を出力するなどの必要な場合のみ電流源トランジスタから電流を流す回路構成を付加することが望ましい。   Since the reference signal generation circuit 170A is arranged for each pixel column, it is assumed that a current flows from the current source transistor of the reference signal generation circuit 170A for each pixel column and the power increases. As a countermeasure, for example, it is desirable to add a circuit configuration that allows a current to flow from the current source transistor only when necessary, for example, to output a reset signal.

また、消費電力低減対策として、画素信号の出力時に必要な電流源とリセット信号の出力時に必要な電流源とを共有させてもよい。つまり、図7において、同じ画素列に配置された電流源トランジスタ61及びトランジスタ75を、共用の電流源トランジスタとする。具体的には、電流源トランジスタ61及びトランジスタ75の代わりに、スイッチトランジスタ81及び82の接続点と信号保持回路50Aの入力端子とを接続する配線上に共用の電流源トランジスタのドレインを接続する。これにより、画素信号出力時またはリセット信号出力時において排他的に電流源トランジスタから電流が流れるので、消費電力を低減することが可能となる。   Further, as a measure for reducing power consumption, a current source required for outputting a pixel signal and a current source required for outputting a reset signal may be shared. That is, in FIG. 7, the current source transistor 61 and the transistor 75 arranged in the same pixel column are shared current source transistors. Specifically, instead of the current source transistor 61 and the transistor 75, the drain of the common current source transistor is connected to a wiring connecting the connection point between the switch transistors 81 and 82 and the input terminal of the signal holding circuit 50A. This allows current to flow exclusively from the current source transistor when a pixel signal is output or a reset signal is output, so that power consumption can be reduced.

また、基準信号生成回路170Aの回路構成が基準信号生成部70の回路構成と同じである場合、基準信号生成回路170Aは遮光されていることが望ましい。リセットトランジスタとして機能するトランジスタ72が、入射光により導通状態の変動を受けることを排除するためである。   When the circuit configuration of the reference signal generation circuit 170A is the same as the circuit configuration of the reference signal generation unit 70, it is desirable that the reference signal generation circuit 170A be shielded from light. This is for preventing the transistor 72 functioning as a reset transistor from undergoing a change in conduction state due to incident light.

また、基準信号生成回路170Aからスイッチトランジスタ82を介して出力されるリセット信号は、画素列間で共通化されてもよい。この場合、1つの基準信号生成回路170Aから複数の画素列にリセット信号を出力するために、基準信号生成回路170Aを構成するトランジスタは並列接続されることが好ましい。上記並列接続によるアレイ構成により、出力インピーダンスを下げることができるので、駆動能力を上げる、及び、ノイズレベルを下げることができる。また、トランジスタ75と電流源トランジスタ61とを近接して配置することにより、電流源トランジスタから電流が流れることにより発生するグランド電圧の変動に対する影響を抑制(平均化)することができる。   The reset signal output from the reference signal generation circuit 170A via the switch transistor 82 may be shared between the pixel columns. In this case, in order to output a reset signal from one reference signal generation circuit 170A to a plurality of pixel columns, it is preferable that the transistors constituting the reference signal generation circuit 170A be connected in parallel. Since the output impedance can be reduced by the array configuration based on the parallel connection, the driving capability can be increased and the noise level can be reduced. Further, by arranging the transistor 75 and the current source transistor 61 close to each other, it is possible to suppress (average) the influence on the fluctuation of the ground voltage caused by the current flowing from the current source transistor.

(実施の形態3)
本実施の形態では、基準信号生成部の配置レイアウトにより、読み出し動作の高速性及び読み出し精度の向上に加え、消費電力の低減を実現させている。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, the arrangement layout of the reference signal generation unit realizes a reduction in power consumption in addition to an improvement in high-speed read operation and read accuracy.

図9は、実施の形態3に係る固体撮像装置の全体構成を示すブロック図である。同図に示された固体撮像装置3は、画素アレイ部10と、駆動制御部20と、垂直走査部30と、水平走査部40と、信号保持部50と、電流源60と、基準信号生成部270と、第1スイッチ部80Aと、第2スイッチ部80Bとを備える。また、画素アレイ部10及びその周辺領域には、画素列ごとに垂直信号線210が配置され、画素行ごとに走査線220が配置されている。   FIG. 9 is a block diagram showing the overall configuration of the solid-state imaging device according to the third embodiment. The solid-state imaging device 3 shown in FIG. 1 includes a pixel array unit 10, a drive control unit 20, a vertical scanning unit 30, a horizontal scanning unit 40, a signal holding unit 50, a current source 60, a reference signal generation unit, A switching unit 270, a first switch unit 80A, and a second switch unit 80B. In the pixel array section 10 and its peripheral area, a vertical signal line 210 is arranged for each pixel column, and a scanning line 220 is arranged for each pixel row.

固体撮像装置3は、実施の形態1に係る固体撮像装置1と比較して、基準信号生成部270の配置及び構成が異なる。以下、実施の形態1に係る固体撮像装置1と同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。   The solid-state imaging device 3 differs from the solid-state imaging device 1 according to Embodiment 1 in the arrangement and configuration of the reference signal generation unit 270. Hereinafter, description of the same points as those of the solid-state imaging device 1 according to Embodiment 1 will be omitted, and different points will be mainly described.

基準信号生成部270は、画素100に対応したリセット信号を生成する。   The reference signal generator 270 generates a reset signal corresponding to the pixel 100.

基準信号生成部270は、垂直OB領域及び水平OB領域の双方に隣接する第3周辺領域に配置されている。垂直OB領域とは、有効画素領域の列方向である上下いずれか(または両方)に、有効画素領域に隣接して配置された第1周辺領域である。また、水平OB領域とは、有効画素領域の行方向である左右いずれか(または両方)に、有効画素領域に隣接して配置された第2周辺領域である。有効画素領域とは、被写体から入射する光を結像させることにより2次元画像の各点に対応する画素信号を出力する複数の画素100で形成された領域である。   The reference signal generator 270 is arranged in a third peripheral area adjacent to both the vertical OB area and the horizontal OB area. The vertical OB area is a first peripheral area arranged adjacent to the effective pixel area either above or below (or both) in the column direction of the effective pixel area. Further, the horizontal OB area is a second peripheral area arranged adjacent to the effective pixel area on either the left or right (or both) in the row direction of the effective pixel area. The effective pixel area is an area formed by a plurality of pixels 100 that output a pixel signal corresponding to each point of a two-dimensional image by forming light incident from a subject.

垂直OB領域及び水平OB領域は、光を遮る以外は基本的に画素100と同じ構造及び回路構成を備える複数の遮光画素を、画素100と同じ平面状に並べ、画素100と同様の制御と読み出しを行うことで、画素信号の明るさレベルを決めるための黒レベル信号を出力する。   In the vertical OB region and the horizontal OB region, a plurality of light-shielded pixels having basically the same structure and circuit configuration as the pixel 100 except for blocking light are arranged in the same plane as the pixel 100, and the same control and reading as the pixel 100 are performed. , A black level signal for determining the brightness level of the pixel signal is output.

電流源60は、画素列に対応して配置され、第1スイッチ部80A及び第2スイッチ部80Bの接続点と信号保持部50との間に配置されている。   The current source 60 is arranged corresponding to the pixel column, and is arranged between a connection point of the first switch unit 80A and the second switch unit 80B and the signal holding unit 50.

図10は、実施の形態3に係る固体撮像装置の回路構成の一例を示す図である。同図には、図9に示された固体撮像装置3の全体構成に対応した具体的回路構成が示されている。   FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the solid-state imaging device according to the third embodiment. FIG. 2 shows a specific circuit configuration corresponding to the entire configuration of the solid-state imaging device 3 shown in FIG.

垂直OB領域及び水平OB領域の双方に隣接する第3周辺領域には、基準信号生成部270が配置されている。基準信号生成部270は、トランジスタ72〜74を備え、トランジスタ74のソース端子が基準信号線271を介して、画素列ごとに配置されたスイッチトランジスタ82に接続されている。基準信号生成部270は、実施の形態1に係る基準信号生成部70と比較して、トランジスタ75を備えない点のみが異なる。   In a third peripheral area adjacent to both the vertical OB area and the horizontal OB area, a reference signal generator 270 is arranged. The reference signal generation unit 270 includes transistors 72 to 74, and a source terminal of the transistor 74 is connected to a switch transistor 82 arranged for each pixel column via a reference signal line 271. Reference signal generation section 270 is different from reference signal generation section 70 according to the first embodiment only in that transistor 75 is not provided.

電流源トランジスタ62は、ドレイン端子が垂直信号線210に接続されている。これにより、電流源トランジスタ62は、スイッチトランジスタ81が導通状態の場合には、画素100の画素信号を出力する際の電流源として機能し、スイッチトランジスタ82が導通状態の場合には、基準信号生成部270のリセット信号を出力する際の電流源として機能する。   The drain terminal of the current source transistor 62 is connected to the vertical signal line 210. As a result, the current source transistor 62 functions as a current source for outputting a pixel signal of the pixel 100 when the switch transistor 81 is conductive, and generates a reference signal when the switch transistor 82 is conductive. The unit 270 functions as a current source when outputting a reset signal.

第3周辺領域は、垂直OB領域及び水平OB領域と比べて面積が小さいため、実施の形態2に係る基準信号生成部170のように、画素列ごとに基準信号生成回路170Aを配置させることは困難である。この観点から、電流源トランジスタ62が、基準信号生成部270の電流源と画素100の電流源とを兼用することにより、基準信号生成部270内の電流源トランジスタが削減できるので、領域面積が狭い第3周辺領域に基準信号生成部を配置することが容易となる。   Since the third peripheral region has a smaller area than the vertical OB region and the horizontal OB region, it is not possible to arrange the reference signal generation circuit 170A for each pixel column as in the reference signal generation unit 170 according to the second embodiment. Have difficulty. From this viewpoint, by using the current source transistor 62 as the current source of the reference signal generation unit 270 and the current source of the pixel 100, the number of current source transistors in the reference signal generation unit 270 can be reduced. It becomes easy to arrange the reference signal generation unit in the third peripheral area.

なお、図10に示された基準信号生成部270では、1組のトランジスタ72〜74が配置されているが、第3周辺領域の面積に応じて、また、画素列数に応じてトランジスタ72〜74で構成される基準信号生成回路を複数配置してもよい。これにより、各画素列に供給されるリセット信号に対して基準信号生成部270の負荷が低減され、安定したリセット信号を出力することが可能となる。   In the reference signal generation unit 270 shown in FIG. 10, one set of transistors 72 to 74 is arranged, but the transistors 72 to 74 are set according to the area of the third peripheral region and the number of pixel columns. A plurality of reference signal generation circuits constituted by 74 may be arranged. Thus, the load on the reference signal generation unit 270 for the reset signal supplied to each pixel column is reduced, and a stable reset signal can be output.

なお、基準信号生成部270の回路構成は、実施の形態1の変形例に係る基準信号生成部71の回路構成と同じであってもよい。   Note that the circuit configuration of reference signal generation section 270 may be the same as the circuit configuration of reference signal generation section 71 according to the modification of the first embodiment.

上記構成のように、基準信号生成部270を水平OB領域及び垂直OB領域に隣接する第3周辺領域に配置することにより、基準信号生成部270の構造を画素100の構造と酷似させることが可能となる。これにより、基準信号生成部270から出力されるリセット信号を、画素100から出力されるリセット信号に高精度に合わせることが可能となり、より高精度な非破壊CDS動作が実現される。   By arranging the reference signal generation section 270 in the third peripheral area adjacent to the horizontal OB area and the vertical OB area as in the above configuration, the structure of the reference signal generation section 270 can be made very similar to the structure of the pixel 100. Becomes Accordingly, the reset signal output from the reference signal generation unit 270 can be adjusted with high accuracy to the reset signal output from the pixel 100, and a more accurate nondestructive CDS operation is realized.

[変形例]
なお、第3周辺領域の面積の制約により、基準信号生成回路の配置数には制限がある。よって、大面積及び多画素化に伴い、基準信号生成部の負荷変動が大きくなるとともに基準信号線271の電位変動が大きくなることが想定される。本変形例に係る固体撮像装置は、実施の形態3に係る固体撮像装置3に対して、基準信号線271の電位変動を抑制する構成が付加されている。
[Modification]
Note that there is a limit on the number of reference signal generation circuits to be arranged due to the restriction on the area of the third peripheral region. Therefore, it is assumed that as the area and the number of pixels increase, the load variation of the reference signal generation unit increases and the potential variation of the reference signal line 271 increases. The solid-state imaging device according to the present modification is different from the solid-state imaging device 3 according to the third embodiment in that a configuration for suppressing a potential change of the reference signal line 271 is added.

図11は、実施の形態3の変形例に係る固体撮像装置の回路構成の一例を示す図である。同図に示された固体撮像装置3Aは、実施の形態3に係る固体撮像装置3と比較して、基準信号生成部及び電流源の構成が異なる。以下、実施の形態3に係る固体撮像装置3と同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。   FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a solid-state imaging device according to a modification of the third embodiment. The solid-state imaging device 3 </ b> A illustrated in FIG. 10 differs from the solid-state imaging device 3 according to Embodiment 3 in the configurations of the reference signal generation unit and the current source. Hereinafter, description of the same points as those of the solid-state imaging device 3 according to Embodiment 3 will be omitted, and different points will be mainly described.

基準信号生成部270Aは、トランジスタ72〜75と、バッファアンプ91とを備える。トランジスタ72〜75の接続構成は、基準信号生成部70におけるトランジスタ72〜75の接続構成と同じである。バッファアンプは、負入力端子と出力端子とが短絡されたボルテージフォロワ型のバッファ回路を構成している。   The reference signal generation unit 270A includes transistors 72 to 75 and a buffer amplifier 91. The connection configuration of transistors 72 to 75 is the same as the connection configuration of transistors 72 to 75 in reference signal generation unit 70. The buffer amplifier constitutes a voltage follower type buffer circuit in which a negative input terminal and an output terminal are short-circuited.

電流源トランジスタ61は、画素列ごとに配置され、垂直信号線210に接続されている。   The current source transistor 61 is arranged for each pixel column, and is connected to the vertical signal line 210.

これにより、バッファアンプ91の入力側のリセット信号電圧は、負荷変動があっても、出力側である基準信号線271へ安定して伝達される。よって、基準信号生成部270Aを構成する基準信号生成回路が少数であっても、リセット信号を駆動する能力が高まるので、負荷変動に影響されない高精度なリセット信号を信号保持部50に供給することが可能となる。   Thus, the reset signal voltage on the input side of the buffer amplifier 91 is stably transmitted to the reference signal line 271 on the output side even if there is a load change. Therefore, even if the number of reference signal generation circuits constituting the reference signal generation unit 270A is small, the ability to drive the reset signal is increased, so that a high-precision reset signal that is not affected by a load change is supplied to the signal holding unit 50. Becomes possible.

本変形例では、リセット信号の駆動能力を高める回路構成として、負入力端子と出力端子とが短絡されたボルテージフォロワ型のバッファ回路を挙げたが、リセット信号の駆動能力を高める回路構成は、これに限定されない。回路の出力インピーダンスを下げ、当該回路の入力電圧に、出力電圧が追従する構成であればどのような回路構成であってもよい。   In the present modified example, a voltage follower type buffer circuit in which the negative input terminal and the output terminal are short-circuited is cited as a circuit configuration for increasing the drive capability of the reset signal. It is not limited to. Any circuit configuration may be used as long as the output impedance of the circuit is reduced and the output voltage follows the input voltage of the circuit.

(実施の形態4)
実施の形態1〜3では、画素100から垂直信号線210を介して信号保持部50へ出力されるリセット信号の代わりに、基準信号生成部で生成されたリセット信号を信号保持部50へ出力することにより非破壊CDS読み出しを実現する。これに対して、本実施の形態では、垂直信号線を基準電圧でリセットした上で、画素信号を、当該垂直信号線を介して信号保持部50へ出力する。これにより、非破壊CDS読み出しを実現する。
(Embodiment 4)
In the first to third embodiments, the reset signal generated by the reference signal generating unit is output to the signal holding unit 50 instead of the reset signal output from the pixel 100 to the signal holding unit 50 via the vertical signal line 210. This realizes non-destructive CDS reading. On the other hand, in the present embodiment, after resetting the vertical signal line with the reference voltage, the pixel signal is output to the signal holding unit 50 via the vertical signal line. Thereby, non-destructive CDS reading is realized.

図12は、実施の形態4に係る画素及び基準信号生成部の回路構成の一例を示す図である。同図には、画素110、電流源トランジスタ61、基準信号生成部370、スイッチトランジスタ81及び82、垂直走査部30、ならびに信号保持部50が示されている。なお、本実施の形態に係る固体撮像装置は、図12に示された構成要素を備えるのに加えて、実施の形態1〜3と同様に駆動制御部20及び水平走査部40を備える。   FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a pixel and a reference signal generation unit according to the fourth embodiment. FIG. 2 shows a pixel 110, a current source transistor 61, a reference signal generation unit 370, switch transistors 81 and 82, a vertical scanning unit 30, and a signal holding unit 50. The solid-state imaging device according to the present embodiment includes the drive control unit 20 and the horizontal scanning unit 40 in addition to the components illustrated in FIG.

画素110の回路構成は、画素100と比較して、リセットトランジスタ102のドレインがリセット電源に接続されず、基準信号生成部370に接続されている点のみが異なる。   The circuit configuration of the pixel 110 is different from the pixel 100 only in that the drain of the reset transistor 102 is not connected to the reset power supply and is connected to the reference signal generation unit 370.

基準信号生成部370は、実施の形態1に係る基準信号生成部70の各構成要素に加え、反転増幅器95を備える。反転増幅器95は、第2入力端子である正入力端子がリセット電圧V1を供給する基準信号線295に接続され、第1入力端子である負入力端子が垂直信号線210に接続され、出力端子はリセットトランジスタ102のドレイン端子に接続されてたバッファアンプである。   Reference signal generating section 370 includes an inverting amplifier 95 in addition to the components of reference signal generating section 70 according to the first embodiment. The inverting amplifier 95 has a positive input terminal as a second input terminal connected to a reference signal line 295 for supplying a reset voltage V1, a negative input terminal as a first input terminal connected to a vertical signal line 210, and an output terminal. This is a buffer amplifier connected to the drain terminal of the reset transistor 102.

スイッチトランジスタ81は、ドレインが垂直信号線210に接続され、ソースが信号保持部50に接続され、ゲートが制御信号S1を供給する制御線に接続された第1スイッチ部である。   The switch transistor 81 is a first switch unit having a drain connected to the vertical signal line 210, a source connected to the signal holding unit 50, and a gate connected to a control line for supplying the control signal S1.

スイッチトランジスタ82は、ドレインが基準信号線295に接続され、ソースが信号保持部50に接続され、ゲートが制御信号N1を供給する制御線に接続された第2スイッチ部である。   The switch transistor 82 is a second switch unit having a drain connected to the reference signal line 295, a source connected to the signal holding unit 50, and a gate connected to a control line for supplying the control signal N1.

ここで、上記構成におけるCDS非破壊読み出し動作について説明する。   Here, the CDS non-destructive read operation in the above configuration will be described.

図13は、実施の形態4に係る固体撮像装置及び従来の固体撮像装置における画素信号のCDS処理を説明する動作タイミングチャートである。以下、図13を参照して、本実施の形態に係るCDS非破壊読み出し動作を説明する。   FIG. 13 is an operation timing chart illustrating CDS processing of a pixel signal in the solid-state imaging device according to Embodiment 4 and a conventional solid-state imaging device. Hereinafter, the CDS nondestructive read operation according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

まず、時刻T1において、垂直走査部30は、選択信号SELをハイレベルにして選択トランジスタ104をオン状態にする。また同時に、制御信号S1、信号保持部50に供給される制御信号NCSH及びNCCL(図4に図示)をハイレベルにしてスイッチトランジスタ81、信号保持部50のトランジスタ53及び52(図4に図示)をオン状態にする。これにより、入力端子OUT1の電位が画素信号電圧へと収束すると同時に、信号保持部50の接続端子OUT2(図4に図示)の電位は参照電圧VREF(図4に図示)にクランプされる(収束する)。 First, at time T1, the vertical scanning unit 30 sets the selection signal SEL to high level to turn on the selection transistor 104. At the same time, the control signal S1 and the control signals NCSH and NCCL (shown in FIG. 4) supplied to the signal holding unit 50 are set to a high level to set the switch transistor 81 and the transistors 53 and 52 (shown in FIG. 4) of the signal holding unit 50. Is turned on. Accordingly, the potential of the input terminal OUT1 converges to the pixel signal voltage, and at the same time, the potential of the connection terminal OUT2 (shown in FIG. 4) of the signal holding unit 50 is clamped to the reference voltage V REF (shown in FIG. 4) ( Converge).

次に、時刻T2において、制御信号NCCLをローレベルにしてトランジスタ52をオフ状態にする。これにより、接続端子OUT2の電位は参照電圧VREFから画素信号電圧へと収束する。 Next, at a time T2, the control signal NCCL is set to a low level to turn off the transistor 52. Accordingly, the potential of the connection terminal OUT2 converges from the reference voltage V REF to the pixel signal voltage.

次に、時刻T3において、制御信号S1をローレベルにしてスイッチトランジスタ81をオフ状態にする。   Next, at time T3, the control signal S1 is set to low level to turn off the switch transistor 81.

次に、時刻T4において、制御信号N1をハイレベルにしてスイッチトランジスタ82をオン状態にする。これにより、基準信号生成部370から出力されるリセット電圧V1が、基準信号線295を介して入力端子OUT1に伝達される。ここで、本実施の形態に係る読み出し動作の場合、スイッチトランジスタ82がオン状態となった時点から入力端子OUT1の電位がリセット電圧V1に収束するまでの期間はP1である。この期間P1は、リセット電圧V1を伝達する基準信号線295の時定数に依存する。   Next, at time T4, the control signal N1 is set to the high level to turn on the switch transistor 82. As a result, the reset voltage V1 output from the reference signal generator 370 is transmitted to the input terminal OUT1 via the reference signal line 295. Here, in the case of the read operation according to the present embodiment, the period from when the switch transistor 82 is turned on to when the potential of the input terminal OUT1 converges to the reset voltage V1 is P1. This period P1 depends on the time constant of the reference signal line 295 transmitting the reset voltage V1.

これにより、画素110の電荷蓄積部105の電位をリセットすることなく、信号保持部50にてCDS処理を実行できるので、高速かつ高精度な非破壊読み出しが可能となる。   Thus, the CDS processing can be performed in the signal holding unit 50 without resetting the potential of the charge storage unit 105 of the pixel 110, so that high-speed and high-precision nondestructive reading can be performed.

次に、時刻T6において、制御信号NCSHをローレベルにしてトランジスタ53をオフ状態にする。これにより、接続端子OUT2の電位は、画素信号電圧とリセット信号電圧との差分電圧へと収束する。   Next, at a time T6, the control signal NCSH is set at a low level to turn off the transistor 53. As a result, the potential of the connection terminal OUT2 converges to a difference voltage between the pixel signal voltage and the reset signal voltage.

次に、時刻T8において、水平走査部は、制御信号HSELをハイレベルにしてトランジスタ54をオン状態にする。これにより、上記差分電圧であるCDS画素信号が水平信号線254へ読み出される。   Next, at time T8, the horizontal scanning unit sets the control signal HSEL to high level to turn on the transistor 54. Thus, the CDS pixel signal, which is the difference voltage, is read out to the horizontal signal line 254.

ここで、画素110をリセットする際に、垂直信号線210を基準信号生成部370のリセット信号V1に設定する動作について説明する。時刻T7以降の時刻T7’において、リセット信号RSTをハイレベルにしてリセットトランジスタ102をオン状態にする。このとき、反転増幅器95の作用により、垂直信号線210に接続される負入力端子の電圧は、基準信号線295に接続される正入力端子のリセット電圧V1と同じ電圧になるよう収束する。   Here, an operation of setting the vertical signal line 210 to the reset signal V1 of the reference signal generation unit 370 when resetting the pixel 110 will be described. At time T7 'after time T7, the reset signal RST is set to high level to turn on the reset transistor 102. At this time, the voltage of the negative input terminal connected to the vertical signal line 210 converges to the same voltage as the reset voltage V1 of the positive input terminal connected to the reference signal line 295 by the operation of the inverting amplifier 95.

これにより、画素110をリセットする際に、垂直信号線210を基準信号生成部370のリセット信号V1に設定することができる。本実施の形態の特徴及び効果として、反転増幅器95の作用により、画素部のトランジスタのばらつきや、電流源のばらつきに依存することなく、垂直信号線210に接続される負入力端子の電圧は、基準信号線295に接続される正入力端子のリセット電圧V1と同じ電圧になるよう精度よく収束させることができる。つまり、垂直信号線からの入力電圧が無(暗)信号の場合に、基準電圧V1との差は発生しないため、ダイナミックレンジを損なうことなく、高速な非破壊読み出しが可能な固体撮像装置を提供することができる。   Accordingly, when resetting the pixel 110, the vertical signal line 210 can be set to the reset signal V1 of the reference signal generation unit 370. As a feature and effect of the present embodiment, the voltage of the negative input terminal connected to the vertical signal line 210 can be controlled by the operation of the inverting amplifier 95 without depending on the variation of the transistor in the pixel portion or the variation of the current source. The voltage can be accurately converged so as to be the same voltage as the reset voltage V1 of the positive input terminal connected to the reference signal line 295. That is, when the input voltage from the vertical signal line is a non-dark (dark) signal, a difference from the reference voltage V1 does not occur. can do.

また、画素110をリセットする際に、画素のリセットにはP2に相当する期間が必要となるが、例えば水平転送期間と同一期間に動作させることで、高速性(フレームレート)を損なうことなく、駆動させることができる。   When resetting the pixel 110, a period corresponding to P2 is required for resetting the pixel. For example, by operating the pixel 110 in the same period as the horizontal transfer period, the high-speed operation (frame rate) is not impaired. It can be driven.

(実施の形態5)
実施の形態1〜3では、画素100から垂直信号線210を介して信号保持部50へ出力されるリセット信号の代わりに、基準信号生成部で生成されたリセット信号を信号保持部50へ出力することにより、非破壊CDS読み出しを実現する。これに対して、本実施の形態では、垂直信号線を基準電圧でリセットした上で、画素信号を、当該垂直信号線を介して信号保持部50へ出力する。これにより、非破壊CDS読み出しを実現する。
(Embodiment 5)
In the first to third embodiments, the reset signal generated by the reference signal generating unit is output to the signal holding unit 50 instead of the reset signal output from the pixel 100 to the signal holding unit 50 via the vertical signal line 210. This realizes non-destructive CDS reading. On the other hand, in the present embodiment, after resetting the vertical signal line with the reference voltage, the pixel signal is output to the signal holding unit 50 via the vertical signal line. Thereby, non-destructive CDS reading is realized.

図14は、実施の形態5に係る画素及び基準信号生成部の回路構成の一例を示す図である。同図には、画素110、電流源トランジスタ61、基準信号生成部470、スイッチトランジスタ81及び82、垂直走査部30、ならびに信号保持部50が示されている。なお、本実施の形態に係る固体撮像装置は、図14に示された構成要素を備えるのに加えて、実施の形態1〜3と同様に駆動制御部20及び水平走査部40を備える。   FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a pixel and a reference signal generation unit according to the fifth embodiment. FIG. 1 shows a pixel 110, a current source transistor 61, a reference signal generation unit 470, switch transistors 81 and 82, a vertical scanning unit 30, and a signal holding unit 50. The solid-state imaging device according to the present embodiment includes a drive control unit 20 and a horizontal scanning unit 40 in addition to the components illustrated in FIG.

画素110の回路構成は、画素100と比較して、リセットトランジスタ102のドレインがリセット電源に接続されず、スイッチトランジスタ81を介して基準信号生成部470に接続されている点のみが異なる。   The circuit configuration of the pixel 110 is different from the pixel 100 only in that the drain of the reset transistor 102 is not connected to the reset power supply and is connected to the reference signal generation unit 470 via the switch transistor 81.

基準信号生成部470は、実施の形態1に係る基準信号生成部70の各構成要素に加え、反転増幅器96を備える。反転増幅器96は、第2入力端子である正入力端子がリセット電圧V1を供給する基準信号線296に接続され、第1入力端子である負入力端子がスイッチトランジスタ82を介して垂直信号線210に接続され、出力端子がスイッチトランジスタ81を介してリセットトランジスタ102のドレインに接続されたバッファアンプである。さらに、反転増幅器96の負入力端子と出力端子とは、スイッチトランジスタ83を介して接続されている。   Reference signal generating section 470 includes an inverting amplifier 96 in addition to the components of reference signal generating section 70 according to the first embodiment. The inverting amplifier 96 has a positive input terminal as a second input terminal connected to a reference signal line 296 for supplying a reset voltage V1, and a negative input terminal as a first input terminal connected to a vertical signal line 210 via a switch transistor 82. The buffer amplifier is connected and has an output terminal connected to the drain of the reset transistor 102 via the switch transistor 81. Further, the negative input terminal and the output terminal of the inverting amplifier 96 are connected via the switch transistor 83.

スイッチトランジスタ81は、ドレインがリセットトランジスタ102のドレインに接続され、ソースが反転増幅器96の負入力端子に接続され、ゲートが制御信号S1を供給する制御線に接続された第4スイッチトランジスタである。   The switch transistor 81 is a fourth switch transistor whose drain is connected to the drain of the reset transistor 102, whose source is connected to the negative input terminal of the inverting amplifier 96, and whose gate is connected to a control line that supplies the control signal S1.

スイッチトランジスタ82は、ドレインが垂直信号線210に接続され、ソースが反転増幅器96の負入力端子及びスイッチトランジスタ83の一端に接続され、ゲートが制御信号S1を供給する制御線に接続された第5スイッチトランジスタである。   The switch transistor 82 has a drain connected to the vertical signal line 210, a source connected to the negative input terminal of the inverting amplifier 96 and one end of the switch transistor 83, and a gate connected to a control line for supplying the control signal S1. It is a switch transistor.

スイッチトランジスタ81及び82は、第1スイッチ部を構成する。   The switch transistors 81 and 82 form a first switch unit.

スイッチトランジスタ83は、ソース及びドレインの一端が反転増幅器96の負入力端子及びスイッチトランジスタ82のソースに接続され、ソース及びドレインの他端が反転増幅器96の出力端子及びスイッチトランジスタ81のソースに接続された第2スイッチ部である。   The switch transistor 83 has one end connected to the negative input terminal of the inverting amplifier 96 and the source of the switch transistor 82, and the other end connected to the output terminal of the inverting amplifier 96 and the source of the switch transistor 81. A second switch unit.

ここで、上記構成におけるCDS非破壊読み出し動作について説明する。   Here, the CDS non-destructive read operation in the above configuration will be described.

図15は、実施の形態5に係る固体撮像装置及び従来の固体撮像装置における画素信号のCDS処理を説明する動作タイミングチャートである。以下、図15を参照して、本実施の形態に係るCDS非破壊読み出し動作を説明する。   FIG. 15 is an operation timing chart illustrating CDS processing of pixel signals in the solid-state imaging device according to Embodiment 5 and a conventional solid-state imaging device. Hereinafter, the CDS non-destructive read operation according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

まず、時刻T1において、垂直走査部30は、選択信号SELをハイレベルにして選択トランジスタ104をオン状態にする。また同時に、制御信号S1、信号保持部50に供給される制御信号NCSH及びNCCL(図4に図示)をハイレベルにしてスイッチトランジスタ81、スイッチトランジスタ82、トランジスタ53及び52(図4に図示)をオン状態にする。これにより、入力端子OUT1の電位が画素信号電圧へと収束すると同時に、信号保持部50の接続端子OUT2(図4に図示)の電位は参照電圧VREF(図4に図示)にクランプされる(収束する)。 First, at time T1, the vertical scanning unit 30 sets the selection signal SEL to high level to turn on the selection transistor 104. At the same time, the control signal S1 and the control signals NCSH and NCCL (shown in FIG. 4) supplied to the signal holding unit 50 are set to a high level to switch the switch transistor 81, the switch transistor 82, and the transistors 53 and 52 (shown in FIG. 4). Turn on. Accordingly, the potential of the input terminal OUT1 converges to the pixel signal voltage, and at the same time, the potential of the connection terminal OUT2 (shown in FIG. 4) of the signal holding unit 50 is clamped to the reference voltage V REF (shown in FIG. 4) ( Converge).

次に、時刻T2において、制御信号NCCLをローレベルにしてトランジスタ52をオフ状態にする。これにより、接続端子OUT2の電位は参照電圧VREFから画素信号電圧へと収束する。 Next, at a time T2, the control signal NCCL is set to a low level to turn off the transistor 52. Accordingly, the potential of the connection terminal OUT2 converges from the reference voltage V REF to the pixel signal voltage.

次に、時刻T3において、制御信号S1をローレベルにしてスイッチトランジスタ81及びスイッチトランジスタ82をオフ状態にする。   Next, at time T3, the control signal S1 is set to low level to turn off the switch transistors 81 and 82.

次に、時刻T4において、制御信号N1をハイレベルにしてスイッチトランジスタ83をオン状態にする。これにより、反転増幅器96の負入力端子と出力端子が接続され、反転増幅器96はボルテージフォロア回路として動作することができる。そのため、基準信号生成部470から出力されるリセット電圧V1が、基準信号線296を介して反転増幅器96の正入力端子に伝達され、反転増幅器96を介して、リセット電圧V1が入力端子OUT1に伝達される。ここで、本実施の形態に係る読み出し動作の場合、スイッチトランジスタ82がオン状態となった時点から入力端子OUT1の電位がリセット電圧V1に収束するまでの期間はP1である。この期間P1は、リセット電圧V1を伝達する基準信号線295の時定数に依存する。   Next, at time T4, the control signal N1 is set to the high level to turn on the switch transistor 83. Thereby, the negative input terminal and the output terminal of the inverting amplifier 96 are connected, and the inverting amplifier 96 can operate as a voltage follower circuit. Therefore, the reset voltage V1 output from the reference signal generator 470 is transmitted to the positive input terminal of the inverting amplifier 96 via the reference signal line 296, and the reset voltage V1 is transmitted to the input terminal OUT1 via the inverting amplifier 96. Is done. Here, in the case of the read operation according to the present embodiment, the period from when the switch transistor 82 is turned on to when the potential of the input terminal OUT1 converges to the reset voltage V1 is P1. This period P1 depends on the time constant of the reference signal line 295 transmitting the reset voltage V1.

これにより、画素110の電荷蓄積部105の電位をリセットすることなく、信号保持部50にてCDS処理を実行できるので、高速かつ高精度な非破壊読み出しが可能となる。   Thus, the CDS processing can be performed in the signal holding unit 50 without resetting the potential of the charge storage unit 105 of the pixel 110, so that high-speed and high-precision nondestructive reading can be performed.

次に、時刻T6において、制御信号NCSHをローレベルにしてトランジスタ53をオフ状態にする。これにより、接続端子OUT2の電位は、画素信号電圧とリセット信号電圧との差分電圧へと収束する。   Next, at a time T6, the control signal NCSH is set at a low level to turn off the transistor 53. As a result, the potential of the connection terminal OUT2 converges to a difference voltage between the pixel signal voltage and the reset signal voltage.

次に、時刻T8において、水平走査部は、制御信号HSELをハイレベルにしてトランジスタ54をオン状態にする。これにより、上記差分電圧であるCDS画素信号が水平信号線254へ読み出される。   Next, at time T8, the horizontal scanning unit sets the control signal HSEL to high level to turn on the transistor 54. Thus, the CDS pixel signal, which is the difference voltage, is read out to the horizontal signal line 254.

ここで、画素110をリセットする際に、垂直信号線210を基準信号生成部470のリセット信号V1に設定する動作について説明する。時刻T7以降の時刻T7’において、リセット信号RSTをハイレベルにしてリセットトランジスタ102をオン状態にする。また、制御信号S1をハイレベルにしてスイッチトランジスタ81及び82をオン状態にし、制御信号N1をローレベルにしてスイッチトランジスタ83をオフ状態にする。反転増幅器96の作用により、垂直信号線210に接続される負入力端子の電圧は、基準信号線296に接続される正入力端子のリセット電圧V1と同じ電圧になるよう収束する。   Here, an operation of setting the vertical signal line 210 to the reset signal V1 of the reference signal generation unit 470 when resetting the pixel 110 will be described. At time T7 'after time T7, the reset signal RST is set to high level to turn on the reset transistor 102. Further, the control signal S1 is set to a high level to turn on the switch transistors 81 and 82, and the control signal N1 is set to a low level to turn off the switch transistor 83. By the operation of the inverting amplifier 96, the voltage of the negative input terminal connected to the vertical signal line 210 converges to be the same as the reset voltage V1 of the positive input terminal connected to the reference signal line 296.

これにより、画素110をリセットする際に、垂直信号線210を基準信号生成部470のリセット信号V1に設定することができる。本実施の形態の特徴及び効果として、反転増幅器96の作用により、画素110のトランジスタのばらつきや、電流源のばらつきに依存することなく、垂直信号線210に接続される負入力端子の電圧は、基準信号線296に接続される正入力端子のリセット電圧V1と同じ電圧になるよう精度よく収束させることができる。本実施の形態では、時刻T5からT6の間のリセット時のリセット信号V1設定時も、時刻T7’で画素部をリセットする際のリセット信号V1設定時も、共に反転増幅器96の負入力端子でリセット信号V1を設定することができるため、リセット信号V1のオフセット差をなくすことができる。つまり、垂直信号線からの入力電圧が無(暗)信号の場合に、基準電圧V1との差は発生しないため、ダイナミックレンジを損なうことなく、高速な非破壊読み出しが可能な固体撮像装置を提供することができる。   Thus, when resetting the pixel 110, the vertical signal line 210 can be set to the reset signal V1 of the reference signal generation unit 470. As a feature and an effect of the present embodiment, the voltage of the negative input terminal connected to the vertical signal line 210 can be controlled by the operation of the inverting amplifier 96 without depending on the variation of the transistor of the pixel 110 or the variation of the current source. The voltage can be accurately converged so as to be the same as the reset voltage V1 of the positive input terminal connected to the reference signal line 296. In the present embodiment, the reset signal V1 at the time of reset between time T5 and T6 and the reset signal V1 at the time of resetting the pixel portion at time T7 'are both set at the negative input terminal of the inverting amplifier 96. Since the reset signal V1 can be set, the offset difference of the reset signal V1 can be eliminated. That is, when the input voltage from the vertical signal line is a non-dark (dark) signal, a difference from the reference voltage V1 does not occur. can do.

また、画素110をリセットする際に、画素のリセットにはP2に相当する期間が必要となるが、例えば水平転送期間と同一期間に動作させることで、高速性(フレームレート)を損なうことなく、駆動させることができる。   When resetting the pixel 110, a period corresponding to P2 is required for resetting the pixel. For example, by operating the pixel 110 in the same period as the horizontal transfer period, the high-speed operation (frame rate) is not impaired. It can be driven.

(実施の形態6)
実施の形態1〜5に係る固体撮像装置は、デジタル出力型のイメージセンサに適用することが可能である。
(Embodiment 6)
The solid-state imaging devices according to Embodiments 1 to 5 can be applied to a digital output type image sensor.

図16は、実施の形態6に係る固体撮像装置の全体構成を示すブロック図である。同図に記載された固体撮像装置4は、デジタル出力型のイメージセンサであり、画素アレイ部510と、垂直走査部530と、タイミング制御回路520と、AD変換(アナログ/デジタルコンバータ)回路540と、電流源560と、基準信号生成部570と、第1スイッチ部581と、第2スイッチ部582と、参照信号生成部590と、出力I/F546とを備える。   FIG. 16 is a block diagram illustrating an overall configuration of a solid-state imaging device according to Embodiment 6. The solid-state imaging device 4 illustrated in the figure is a digital output type image sensor, and includes a pixel array unit 510, a vertical scanning unit 530, a timing control circuit 520, an AD conversion (analog / digital converter) circuit 540, , A current source 560, a reference signal generator 570, a first switch 581, a second switch 582, a reference signal generator 590, and an output I / F 546.

画素アレイ部510は、実施の形態1に係る画素100と同様の構成を有する。各画素は、垂直走査部530で制御される走査線と、画素信号をAD変換回路540に伝達する垂直信号線610とに接続される。   Pixel array section 510 has the same configuration as pixel 100 according to the first embodiment. Each pixel is connected to a scanning line controlled by the vertical scanning unit 530 and a vertical signal line 610 that transmits a pixel signal to the AD conversion circuit 540.

タイミング制御回路520は、外部端子を介して入力されたマスタークロックCLK0およびデータDATAを受け取り、種々の内部クロックを生成し、垂直走査部530、基準信号生成部570、参照信号生成部590、第1スイッチ部581、及び第2スイッチ部582を制御する。   The timing control circuit 520 receives the master clock CLK0 and the data DATA input via the external terminals, generates various internal clocks, and generates the vertical scanning unit 530, the reference signal generation unit 570, the reference signal generation unit 590, the first The switch unit 581 and the second switch unit 582 are controlled.

参照信号生成部590は、AD変換回路540のカラムAD回路541にAD変換用の参照電圧RAMPを供給する。   The reference signal generation unit 590 supplies a reference voltage RAMP for AD conversion to the column AD circuit 541 of the AD conversion circuit 540.

AD変換回路540は、画素列に対応して設けられたカラムAD回路541を複数有する。カラムAD回路541は、参照信号生成部590で生成される参照電圧RAMPを用いて、画素100から出力された画素信号及び基準信号生成部570から出力されたリセット信号であるアナログの電圧信号をデジタル信号に変換する。   The AD conversion circuit 540 has a plurality of column AD circuits 541 provided corresponding to the pixel columns. The column AD circuit 541 uses the reference voltage RAMP generated by the reference signal generation unit 590 to digitally convert the pixel signal output from the pixel 100 and the analog voltage signal that is the reset signal output from the reference signal generation unit 570 into a digital signal. Convert to a signal.

カラムAD回路541は、電圧比較部542、カウンタ部543、スイッチ544及びメモリ545から構成される。電圧比較部542は、画素100から垂直信号線610を経由して得られるアナログの画素信号を参照電圧RAMPと比較する。また、電圧比較部542は、基準信号生成部570から基準信号線571を経由して得られるアナログのリセット信号を参照電圧RAMPと比較する。メモリ545は、電圧比較部542が比較処理を完了するまでの時間とカウンタ部543を利用してカウントした結果とを保持する。   The column AD circuit 541 includes a voltage comparison unit 542, a counter unit 543, a switch 544, and a memory 545. The voltage comparison unit 542 compares an analog pixel signal obtained from the pixel 100 via the vertical signal line 610 with the reference voltage RAMP. Further, the voltage comparison unit 542 compares an analog reset signal obtained from the reference signal generation unit 570 via the reference signal line 571 with the reference voltage RAMP. The memory 545 holds the time until the voltage comparison unit 542 completes the comparison processing and the result of counting using the counter unit 543.

電圧比較部542の一方の入力端子には、他の電圧比較部542の入力端子と共通に、参照信号生成部590で生成される階段状の参照電圧RAMPが入力され、他方の入力端子には、画素100からの画素信号または基準信号生成部570からのリセット信号が入力される。電圧比較部542の出力信号はカウンタ部543に供給される。   The step-like reference voltage RAMP generated by the reference signal generation unit 590 is input to one input terminal of the voltage comparison unit 542 in common with the input terminal of the other voltage comparison unit 542, and the other input terminal , The pixel signal from the pixel 100 or the reset signal from the reference signal generation unit 570 is input. The output signal of the voltage comparison unit 542 is supplied to the counter unit 543.

カラムAD回路541は、電圧比較部542に参照電圧RAMPが供給されると同時にクロック信号でのカウント(計数)を開始し、入力されたアナログの電圧信号を参照電圧RAMPと比較することによってパルス信号が得られるまでカウントすることでAD変換を行う。   The column AD circuit 541 starts counting with a clock signal at the same time when the reference voltage RAMP is supplied to the voltage comparison unit 542, and compares the input analog voltage signal with the reference voltage RAMP to generate a pulse signal. A / D conversion is performed by counting until is obtained.

この際、カラムAD回路541は、AD変換とともに、リセット信号レベル(ノイズレベル)と画素信号レベルとの差分をとる処理を行う。これにより、ノイズ信号成分を電圧信号から取り除くことができる。   At this time, the column AD circuit 541 performs a process of obtaining a difference between the reset signal level (noise level) and the pixel signal level together with the AD conversion. Thus, the noise signal component can be removed from the voltage signal.

なお、カラムAD回路541は、リセット信号レベルをダウンカウントし、画素信号レベルをアップカウントすることで真の信号レベルのみを取り出す構成であり、このカラムAD回路541でデジタル化された信号は、水平信号線547を介して出力I/F546に入力される。   The column AD circuit 541 has a configuration in which only the true signal level is extracted by counting down the reset signal level and counting up the pixel signal level. The signal digitized by the column AD circuit 541 is a horizontal signal. The signal is input to the output I / F 546 via the signal line 547.

上記構成において、固体撮像装置4は、第1スイッチ部581を導通状態にして画素信号をAD変換回路540へ出力し、その後、第2スイッチ部582を導通状態にして基準信号生成部570からのリセット信号をAD変換回路540へ出力する。   In the above configuration, the solid-state imaging device 4 outputs the pixel signal to the AD conversion circuit 540 by setting the first switch unit 581 to the conductive state, and then sets the conductive state to the second switch unit 582 to output the pixel signal from the reference signal generation unit 570. A reset signal is output to AD conversion circuit 540.

これにより、画素列方向に延在し大容量を有する垂直信号線610をリセット電圧VRSTで充放電する時間をかけずとも、画素のリセット信号に対応したリセット信号を短時間でAD変換回路540に保持させることが可能となる。 Thereby, without taking time for charging and discharging the vertical signal line 610 having a large extend to the pixel column direction reset voltage V RST, short time AD converter reset signal corresponding to the reset signal of the pixel 540 Can be held.

また、基準信号生成部570の回路構成と光電変換素子を除いた画素の回路構成とを略同一にすることにより、基準信号生成部570から出力されるリセット信号電圧を、リセットトランジスタ102をオン状態にして画素から出力されるリセット信号電圧と略同一にすることが可能となる。よって、画素をリセットすることなく、AD変換回路540にてCDS処理を実行できるので、高速かつ高精度なデジタル出力信号の非破壊読み出しが可能となる。   Further, by making the circuit configuration of the reference signal generation unit 570 substantially the same as the circuit configuration of the pixel excluding the photoelectric conversion element, the reset signal voltage output from the reference signal generation unit 570 is turned on and the reset transistor 102 is turned on. Thus, the reset signal voltage output from the pixel can be made substantially the same as the reset signal voltage. Therefore, since the CDS processing can be executed by the AD conversion circuit 540 without resetting the pixel, high-speed and high-precision non-destructive reading of the digital output signal becomes possible.

(実施の形態7)
実施の形態1〜6に係る固体撮像装置では、非破壊CDS処理を実行するための構成、つまり、基準信号生成部、電流源、スイッチ部、及び信号保持部は、画素100が配置される有効画素領域の周辺に配置される。上記構成が付加されることにより、固体撮像装置のチップサイズは大きくなり、また、多画素化に伴う画素間の狭ピッチ化が制約されることになる。
(Embodiment 7)
In the solid-state imaging devices according to Embodiments 1 to 6, the configuration for executing the non-destructive CDS processing, that is, the reference signal generation unit, the current source, the switch unit, and the signal holding unit are effective in that the pixel 100 is arranged. It is arranged around the pixel area. With the addition of the above configuration, the chip size of the solid-state imaging device increases, and the narrowing of the pitch between pixels due to the increase in the number of pixels is restricted.

本実施の形態に係る固体撮像装置は、非破壊CDS処理を実行するための上記構成を小型化するものである。   The solid-state imaging device according to the present embodiment reduces the size of the above-described configuration for executing non-destructive CDS processing.

図17は、実施の形態7に係る固体撮像装置の全体構成を示すブロック図である。同図に示された固体撮像装置5は、画素アレイ部10と、駆動制御部20と、垂直走査部30と、水平走査部40と、信号保持部50と、電流源60と、基準信号生成部70と、第1スイッチ部80Aと、第2スイッチ部80Bと、マルチプレクサ150とを備える。また、画素アレイ部10及びその周辺領域には、画素列ごとに垂直信号線210が配置され、画素行ごとに走査線220が配置されている。   FIG. 17 is a block diagram showing the overall configuration of the solid-state imaging device according to the seventh embodiment. The solid-state imaging device 5 shown in FIG. 1 includes a pixel array unit 10, a drive control unit 20, a vertical scanning unit 30, a horizontal scanning unit 40, a signal holding unit 50, a current source 60, a reference signal generation unit, The switch 70 includes a unit 70, a first switch unit 80A, a second switch unit 80B, and a multiplexer 150. In the pixel array section 10 and its peripheral area, a vertical signal line 210 is arranged for each pixel column, and a scanning line 220 is arranged for each pixel row.

本実施の形態に係る固体撮像装置5は、実施の形態1に係る固体撮像装置1と比較して、マルチプレクサ150を備える点が構成として異なる。以下、実施の形態1に係る固体撮像装置1と同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。   The solid-state imaging device 5 according to the present embodiment differs from the solid-state imaging device 1 according to Embodiment 1 in that a multiplexer 150 is provided. Hereinafter, description of the same points as those of the solid-state imaging device 1 according to Embodiment 1 will be omitted, and different points will be mainly described.

マルチプレクサ150は、2つの入力端子と1つの出力端子とを有し、隣接する2つの画素列ごとに配置されている。上記2つの入力端子のそれぞれは、隣接する2本の垂直信号線210のそれぞれに接続されており、上記出力端子は、上記隣接する2つの画素列ごとに配置された電流源60及び第1スイッチ部80Aに接続されている。   The multiplexer 150 has two input terminals and one output terminal, and is arranged for every two adjacent pixel columns. Each of the two input terminals is connected to each of two adjacent vertical signal lines 210, and each of the output terminals is connected to the current source 60 and the first switch arranged for each of the two adjacent pixel columns. Unit 80A.

基準信号生成部70は、上記隣接する2つの画素列ごとに配置された第2スイッチ部80Bに接続されている。   The reference signal generation unit 70 is connected to the second switch unit 80B arranged for each of the two adjacent pixel columns.

信号保持部50は、上記隣接する2つの画素列ごとに配置された信号保持回路50Aを備える。信号保持回路50Aの入力端子は、第1スイッチ部80A及び第2スイッチ部80Bの接続点に接続されている。   The signal holding unit 50 includes a signal holding circuit 50A arranged for each of the two adjacent pixel columns. An input terminal of the signal holding circuit 50A is connected to a connection point between the first switch unit 80A and the second switch unit 80B.

上記構成において、固体撮像装置5は、例えば、以下の動作を行う。   In the above configuration, the solid-state imaging device 5 performs, for example, the following operation.

まず、マルチプレクサ150に対して、奇数列目の垂直信号線210との接続を選択させる。   First, the multiplexer 150 selects the connection with the odd-numbered column vertical signal line 210.

次に、第1スイッチ部80Aを導通させて奇数列の画素100から画素信号を信号保持回路50Aへ出力させる。   Next, the first switch unit 80A is turned on to output pixel signals from the pixels 100 in the odd columns to the signal holding circuit 50A.

次に、第2スイッチ部80Bを導通させて基準信号生成部70からリセット信号を信号保持回路50Aへ出力させる。   Next, the second switch unit 80B is turned on to output a reset signal from the reference signal generation unit 70 to the signal holding circuit 50A.

次に、信号保持回路50Aは、上記画素信号及びリセット信号から奇数画素列のCDS画素信号を生成し、保持する。   Next, the signal holding circuit 50A generates and holds a CDS pixel signal of an odd pixel column from the pixel signal and the reset signal.

次に、マルチプレクサ150に対して、偶数列目の垂直信号線210との接続を選択させる。   Next, the multiplexer 150 is caused to select the connection with the vertical signal line 210 in the even-numbered column.

次に、第1スイッチ部80Aを導通させて偶数列の画素100から画素信号を信号保持回路50Aへ出力させる。   Next, the first switch unit 80A is turned on to output pixel signals from the pixels 100 in the even-numbered columns to the signal holding circuit 50A.

次に、第2スイッチ部80Bを導通させて基準信号生成部70からリセット信号を信号保持回路50Aへ出力させる。   Next, the second switch unit 80B is turned on to output a reset signal from the reference signal generation unit 70 to the signal holding circuit 50A.

次に、信号保持回路50Aは、上記画素信号及びリセット信号から偶数画素列のCDS画素信号を生成し、保持する。   Next, the signal holding circuit 50A generates and holds a CDS pixel signal of an even pixel column from the pixel signal and the reset signal.

水平走査部により、奇数画素列のCDS画素信号及び偶数画素列のCDS画素信号が信号保持部50から読み出される。   The horizontal scanning unit reads the CDS pixel signals of the odd-numbered pixel columns and the CDS pixel signals of the even-numbered pixel columns from the signal holding unit 50.

上記構成によれば、非破壊CDS読み出し動作を実行するにあたり、電流源60、第1スイッチ部80A、第2スイッチ部80B、及び信号保持回路50Aを画素列ごとに配置する必要がなく、2画素列ごとに配置すればよい。よって、画素アレイ部10の周辺に配置される回路面積を縮小することが可能となり、固体撮像装置を小型化することが可能となる。   According to the above configuration, in executing the nondestructive CDS read operation, it is not necessary to arrange the current source 60, the first switch unit 80A, the second switch unit 80B, and the signal holding circuit 50A for each pixel column, and two pixels What is necessary is just to arrange for every column. Therefore, it is possible to reduce the area of a circuit arranged around the pixel array section 10, and to downsize the solid-state imaging device.

なお、実施の形態2に係る固体撮像装置2のように、基準信号生成回路170Aが画素列ごとに配置されるような構成において、本実施の形態に係るマルチプレクサ150を、垂直信号線210上に配置することにより、基準信号生成回路170Aの配置数を半減させることができる。この場合においても、画素アレイ部10の周辺に配置される回路面積を縮小することが可能となり、固体撮像装置を小型化することが可能となる。   In a configuration in which the reference signal generation circuit 170A is arranged for each pixel column as in the solid-state imaging device 2 according to the second embodiment, the multiplexer 150 according to the present embodiment is arranged on the vertical signal line 210. By arranging, the number of arranged reference signal generation circuits 170A can be reduced by half. Also in this case, the circuit area arranged around the pixel array unit 10 can be reduced, and the solid-state imaging device can be downsized.

また、1つのマルチプレクサ150により選択可能な画素列数は2に限られず、信号保持回路50Aの信号保持能力に応じて3以上の画素列を接続してもよい。   The number of pixel columns that can be selected by one multiplexer 150 is not limited to two, and three or more pixel columns may be connected according to the signal holding capability of the signal holding circuit 50A.

(効果など)
以上のように、上記実施の形態に係る固体撮像装置は、行列状に配置された複数の画素100を有する画素アレイ部10と、画素列ごとに設けられた垂直信号線210と、複数の画素100から出力された画素信号と画素100に対応したリセット信号との差分信号を出力する信号保持部50と、垂直信号線210に接続され画素100から信号保持部50への画素信号の入力及び遮断を切り替える第1スイッチ部80Aと、リセット信号を生成する基準信号生成部70と、基準信号生成部70に接続され基準信号生成部70から信号保持部50へのリセット信号の入力及び遮断を切り替える第2スイッチ部80Bとを備える。
(Effects, etc.)
As described above, the solid-state imaging device according to the embodiment includes the pixel array unit 10 including the plurality of pixels 100 arranged in a matrix, the vertical signal line 210 provided for each pixel column, and the plurality of pixels. A signal holding unit 50 that outputs a difference signal between a pixel signal output from the pixel 100 and a reset signal corresponding to the pixel 100, and input and cutoff of a pixel signal from the pixel 100 to the signal holding unit 50 connected to the vertical signal line 210 Switch 80A, a reference signal generator 70 that generates a reset signal, and a second switch that is connected to the reference signal generator 70 and switches between input and cutoff of a reset signal from the reference signal generator 70 to the signal holding unit 50. 2 switch unit 80B.

これにより、画素列方向に延在し大容量を有する垂直信号線210をリセット電圧で充放電する時間をかけずとも、画素100のリセット信号に対応したリセット信号を短時間で信号保持部50に保持させることができる。よって、高速な非破壊読み出しが可能となる。   Accordingly, the reset signal corresponding to the reset signal of the pixel 100 is quickly transmitted to the signal holding unit 50 without spending time for charging and discharging the vertical signal line 210 having a large capacity and extending in the pixel column direction with the reset voltage. Can be retained. Therefore, high-speed non-destructive reading becomes possible.

また、さらに、第1スイッチ部80Aを導通状態かつ第2スイッチ部80Bを非導通状態にして信号保持部50に画素信号を保持させ、信号保持部50が画素信号を保持した状態で第1スイッチ部80Aを非導通状態かつ第2スイッチ部80Bを導通状態にして信号保持部50にリセット信号を入力させることにより、信号保持部50に差分信号を保持させる駆動制御部20を備えてもよい。   Further, the first switch unit 80A is turned on and the second switch unit 80B is turned off to cause the signal holding unit 50 to hold the pixel signal, and the first switch is held in a state where the signal holding unit 50 holds the pixel signal. The drive control unit 20 that causes the signal holding unit 50 to hold the differential signal by setting the unit 80A to the non-conductive state and the second switch unit 80B to the conductive state to input the reset signal to the signal holding unit 50 may be provided.

これにより、画素100の電荷蓄積部105の電位をリセットすることなく、信号保持部50にてCDS処理を実行でき、高速な非破壊読み出しが可能となる。   Accordingly, the CDS processing can be performed in the signal holding unit 50 without resetting the potential of the charge storage unit 105 of the pixel 100, and high-speed nondestructive reading can be performed.

また、画素100は、入射光を信号電荷に光電変換する光電変換素子101と、光電変換素子101に接続され信号電荷を蓄積する電荷蓄積部105と、ゲートが電荷蓄積部105に接続されドレインに電源電圧が供給され信号電荷の電荷量に応じた画素信号を出力する増幅トランジスタ103と、ドレインにリセット電圧が供給されソースが電荷蓄積部105に接続され電荷蓄積部105の電位をリセットするリセットトランジスタ102と、ドレインが増幅トランジスタ103のソースに接続されソースが垂直信号線210に接続され増幅トランジスタから画素信号を出力するタイミングを決定する選択トランジスタ104とを備え、基準信号生成部70は、ドレインに電源電圧が供給されたトランジスタ73と、ドレインがトランジスタ73のソースに接続されソースが第2スイッチ部80Bに接続されたトランジスタ74とを備えてもよい。   The pixel 100 includes a photoelectric conversion element 101 that photoelectrically converts incident light into a signal charge, a charge storage unit 105 that is connected to the photoelectric conversion element 101 and stores a signal charge, and a drain that has a gate connected to the charge storage unit 105 and a drain. An amplifying transistor 103 that is supplied with a power supply voltage and outputs a pixel signal according to the amount of signal charge; and a reset transistor that is supplied with a reset voltage to the drain and has a source connected to the charge storage unit 105 to reset the potential of the charge storage unit 105 102, a selection transistor 104 having a drain connected to the source of the amplification transistor 103, a source connected to the vertical signal line 210, and determining a timing at which a pixel signal is output from the amplification transistor. The reference signal generation unit 70 The transistor 73 to which the power supply voltage is supplied and the drain Source is connected to the 73 sources of A, and a transistor 74 connected to the second switch unit 80B.

また、トランジスタ73は、増幅トランジスタ103と実質的に同一の電気特性を有し、トランジスタ74は、選択トランジスタ104と実質的に同一の電気特性を有してもよい。   Further, the transistor 73 may have substantially the same electrical characteristics as the amplification transistor 103, and the transistor 74 may have substantially the same electrical characteristics as the selection transistor 104.

また、基準信号生成部70は、さらに、ドレインにリセット電圧が供給され、ソースがトランジスタ73のゲートに接続されたトランジスタ72を備えてもよい。   In addition, the reference signal generation unit 70 may further include a transistor 72 whose drain is supplied with a reset voltage and whose source is connected to the gate of the transistor 73.

また、トランジスタ72は、リセットトランジスタ102と実質的に同一の電気特性を有してもよい。   Further, the transistor 72 may have substantially the same electrical characteristics as the reset transistor 102.

これらによれば、基準信号生成部70の回路構成と光電変換素子101を除いた画素100の回路構成とを略同一にすることができる。つまり、基準信号生成部70の回路構成は、画素100におけるソースフォロワ回路のレプリカとなっている。よって、基準信号生成部70から出力されるリセット信号電圧を、リセットトランジスタ102をオン状態にして画素100から出力されるリセット信号電圧と略同一にすることが可能となる。よって、画素100の電荷蓄積部105の電位をリセットすることなく、信号保持部50にてCDS処理を実行できるので、高速かつ高精度な非破壊読み出しが可能となる。   According to these, the circuit configuration of the reference signal generation unit 70 and the circuit configuration of the pixel 100 excluding the photoelectric conversion element 101 can be made substantially the same. That is, the circuit configuration of the reference signal generation unit 70 is a replica of the source follower circuit in the pixel 100. Therefore, the reset signal voltage output from the reference signal generation unit 70 can be made substantially the same as the reset signal voltage output from the pixel 100 by turning on the reset transistor 102. Therefore, the CDS process can be performed in the signal holding unit 50 without resetting the potential of the charge storage unit 105 of the pixel 100, so that high-speed and high-precision nondestructive reading can be performed.

また、第1スイッチ部80Aの一方の端子は、垂直信号線210に接続され、第2スイッチ部80Bの一方の端子は、トランジスタ74のソースに接続され、さらに、ドレインが第1スイッチ部80Aの他方の端子及び第2スイッチ部80Bの他方の端子に接続され、ソースが接地された電流源トランジスタ62を備えてもよい。   One terminal of the first switch unit 80A is connected to the vertical signal line 210, one terminal of the second switch unit 80B is connected to the source of the transistor 74, and the drain is connected to the first switch unit 80A. A current source transistor 62 connected to the other terminal and the other terminal of the second switch unit 80B and having a source grounded may be provided.

これにより、電流源トランジスタ62は、第1スイッチ部80Aが導通状態の場合には、画素100の画素信号を出力する際の電流源として機能し、第2スイッチ部80Bが導通状態の場合には、基準信号生成部のリセット信号を出力する際の電流源として機能する。よって、基準信号生成部内の電流源トランジスタが削減できるので、基準信号生成部を省面積化することが容易となる。   Thus, the current source transistor 62 functions as a current source when outputting the pixel signal of the pixel 100 when the first switch unit 80A is in the conductive state, and when the second switch unit 80B is in the conductive state. , Function as a current source when outputting the reset signal of the reference signal generation unit. Therefore, the number of current source transistors in the reference signal generation unit can be reduced, so that the area of the reference signal generation unit can be easily reduced.

また、画素100は、画素アレイ部10において、被写体からの入射光を受光することにより画素信号を生成する有効画素領域を形成し、基準信号生成部170は、有効画素領域の列方向に隣接する第1周辺領域に配置されている。   Further, the pixel 100 forms an effective pixel region in the pixel array unit 10 that generates a pixel signal by receiving incident light from a subject, and the reference signal generation unit 170 is adjacent to the effective pixel region in the column direction. It is arranged in the first peripheral area.

これにより、基準信号生成部170を有効画素領域に隣接する第1周辺領域に配置することにより、基準信号生成回路170Aの構造を画素100の構造と酷似させることが可能となる。これにより、基準信号生成回路170Aから出力されるリセット信号を、画素100から出力されるリセット信号に高精度に合わせることが可能となり、より高精度な非破壊CDS動作が実現される。   Thus, by arranging the reference signal generation unit 170 in the first peripheral area adjacent to the effective pixel area, it is possible to make the structure of the reference signal generation circuit 170A very similar to the structure of the pixel 100. Thus, the reset signal output from the reference signal generation circuit 170A can be adjusted with high accuracy to the reset signal output from the pixel 100, and a more accurate nondestructive CDS operation is realized.

また、基準信号生成回路170Aを画素列ごとに配置することが可能となるので、基準信号生成部170と第2スイッチ部80Bとの距離を短くでき、また、基準信号生成部170の電力負荷を複数の基準信号生成回路170Aで分散できる。これにより、基準信号生成部170から出力されるリセット信号が、画素100に依存しない要因により変動することを抑制できるので、高精度なリセット信号を信号保持部50に供給することが可能となる。   Further, since the reference signal generation circuit 170A can be arranged for each pixel column, the distance between the reference signal generation unit 170 and the second switch unit 80B can be shortened, and the power load of the reference signal generation unit 170 can be reduced. The distribution can be performed by a plurality of reference signal generation circuits 170A. Accordingly, the reset signal output from the reference signal generation unit 170 can be prevented from fluctuating due to a factor that does not depend on the pixel 100, so that a highly accurate reset signal can be supplied to the signal holding unit 50.

また、基準信号生成部270は、有効画素領域の列方向に隣接する第1周辺領域と、有効画素領域の行方向に隣接する第2周辺領域との双方に隣接する第3周辺領域に配置されてもよい。   In addition, the reference signal generation unit 270 is arranged in a third peripheral area adjacent to both a first peripheral area adjacent to the effective pixel area in the column direction and a second peripheral area adjacent to the effective pixel area in the row direction. You may.

これにより、基準信号生成部270の構造を画素100の構造と酷似させることが可能となる。これにより、基準信号生成部270から出力されるリセット信号を、画素100から出力されるリセット信号に高精度に合わせることが可能となり、より高精度な非破壊CDS動作が実現される。   This makes it possible to make the structure of the reference signal generation unit 270 very similar to the structure of the pixel 100. Accordingly, the reset signal output from the reference signal generation unit 270 can be adjusted with high accuracy to the reset signal output from the pixel 100, and a more accurate nondestructive CDS operation is realized.

また、基準信号生成部270Aは、リセット信号の出力端子と第2スイッチ部80Bとの間に、バッファアンプ91が挿入されてもよい。   In the reference signal generation unit 270A, a buffer amplifier 91 may be inserted between the output terminal of the reset signal and the second switch unit 80B.

これにより、バッファアンプ91の入力側のリセット信号電圧は、負荷変動があっても、出力側である基準信号線271へ安定して伝達される。よって、基準信号生成部270Aを構成する基準信号生成回路が少数であっても、リセット信号を駆動する能力が高まるので、負荷変動に影響されない高精度なリセット信号を信号保持部50に供給することが可能となる。   Thus, the reset signal voltage on the input side of the buffer amplifier 91 is stably transmitted to the reference signal line 271 on the output side even if there is a load change. Therefore, even if the number of reference signal generation circuits constituting the reference signal generation unit 270A is small, the ability to drive the reset signal is increased, so that a high-precision reset signal that is not affected by a load change is supplied to the signal holding unit 50. Becomes possible.

また、画素110は、入射光を信号電荷に光電変換する光電変換素子101と、光電変換素子101に接続され信号電荷を蓄積する電荷蓄積部105と、ゲートが電荷蓄積部105に接続されドレインに電源電圧が供給され、信号電荷の電荷量に応じた画素信号を出力する増幅トランジスタ103と、ソースが電荷蓄積部105に接続され電荷蓄積部105の電位をリセットするリセットトランジスタ102と、ドレインが増幅トランジスタ103のソースに接続されソースが垂直信号線210に接続され増幅トランジスタ103から画素信号を出力するタイミングを決定する選択トランジスタ104とを備え、基準信号生成部370は、ドレインに電源電圧が供給されたトランジスタ73と、ドレインがトランジスタ73のソースに接続されソースが第2スイッチ部80Bに接続されたトランジスタ74と、第1入力端子、第2入力端子及び出力端子を有する反転増幅器95とを備え、第1入力端子は垂直信号線210及び第1スイッチ部80Aに接続され、第2入力端子は第2スイッチ部80Bと接続されるとともに第2入力端子にはリセット信号であるリセット電圧V1が入力され、出力端子はリセットトランジスタ102のドレインに接続されている。   The pixel 110 has a photoelectric conversion element 101 that photoelectrically converts incident light into a signal charge, a charge storage unit 105 that is connected to the photoelectric conversion element 101 and stores a signal charge, and a gate that is connected to the charge storage unit 105 and has a drain. An amplifying transistor 103 to which a power supply voltage is supplied and outputs a pixel signal according to the amount of signal charge, a reset transistor 102 having a source connected to the charge storage unit 105 to reset the potential of the charge storage unit 105, and a drain to amplify A selection transistor 104 that is connected to the source of the transistor 103 and whose source is connected to the vertical signal line 210 and determines the timing at which a pixel signal is output from the amplification transistor 103; the reference signal generation unit 370 has a drain supplied with a power supply voltage; Transistor 73 and the drain is connected to the source of transistor 73. A transistor 74 having a source connected to the second switch unit 80B and an inverting amplifier 95 having a first input terminal, a second input terminal, and an output terminal are provided. The first input terminal is connected to the vertical signal line 210 and the first switch unit. 80A, a second input terminal is connected to the second switch unit 80B, a reset voltage V1 as a reset signal is input to the second input terminal, and an output terminal is connected to a drain of the reset transistor 102. .

これにより、画素110の電荷蓄積部105の電位をリセットすることなく、信号保持部50にてCDS処理を実行できるので、高速かつ高精度な非破壊読み出しが可能となる。また、画素110をリセットする際に、垂直信号線210を基準信号生成部370のリセット信号V1に設定することができる。反転増幅器95の作用により、画素110が有する各トランジスタのばらつきや、電流源のばらつきに依存することなく、垂直信号線210に接続される負入力端子の電圧は、基準信号線295に接続される正入力端子のリセット電圧V1と同じ電圧になるよう精度よく収束させることができる。つまり、垂直信号線210からの入力電圧が無(暗)信号の場合に、基準電圧V1との差は発生しないため、ダイナミックレンジを損なうことなく、高速な非破壊読み出しが可能な固体撮像装置を提供することができる。   Thus, the CDS processing can be performed in the signal holding unit 50 without resetting the potential of the charge storage unit 105 of the pixel 110, so that high-speed and high-precision nondestructive reading can be performed. In resetting the pixel 110, the vertical signal line 210 can be set to the reset signal V1 of the reference signal generation unit 370. By the operation of the inverting amplifier 95, the voltage of the negative input terminal connected to the vertical signal line 210 is connected to the reference signal line 295 without depending on the variation of each transistor included in the pixel 110 or the variation of the current source. It is possible to accurately converge the voltage to be the same as the reset voltage V1 of the positive input terminal. That is, when the input voltage from the vertical signal line 210 is a non-dark (dark) signal, a difference from the reference voltage V1 does not occur. Therefore, a solid-state imaging device capable of high-speed nondestructive reading without deteriorating the dynamic range. Can be provided.

また、画素110は、入射光を信号電荷に光電変換する光電変換素子101と、光電変換素子101に接続され信号電荷を蓄積する電荷蓄積部105と、ゲートが電荷蓄積部105に接続されドレインに電源電圧が供給され、信号電荷の電荷量に応じた画素信号を出力する増幅トランジスタ103と、ソースが電荷蓄積部105に接続され電荷蓄積部105の電位をリセットするリセットトランジスタ102と、ドレインが増幅トランジスタ103のソースに接続されソースが垂直信号線210に接続され増幅トランジスタ103から画素信号を出力するタイミングを決定する選択トランジスタ104とを備え、第1スイッチ部80Aは、スイッチトランジスタ81及びスイッチトランジスタ82を有し、基準信号生成部470は、ドレインに電源電圧が供給されたトランジスタ73と、ドレインがトランジスタ73のソースに接続されたトランジスタ74と、第1入力端子、第2入力端子及び出力端子を有する反転増幅器96とを備え、スイッチトランジスタ81のドレインはリセットトランジスタ102のドレインに接続され、スイッチトランジスタ82のドレインは垂直信号線210に接続され、第2入力端子はスイッチトランジスタ82のソース及び第2スイッチ部80Bの一端に接続され、第1入力端子にはリセット信号であるリセット電圧が入力され、出力端子はスイッチトランジスタ81のソース及び第2スイッチ部80Bの他端に接続されている。   The pixel 110 has a photoelectric conversion element 101 that photoelectrically converts incident light into a signal charge, a charge storage unit 105 that is connected to the photoelectric conversion element 101 and stores a signal charge, and a gate that is connected to the charge storage unit 105 and has a drain. An amplifying transistor 103 to which a power supply voltage is supplied and outputs a pixel signal according to the amount of signal charge, a reset transistor 102 having a source connected to the charge storage unit 105 to reset the potential of the charge storage unit 105, and a drain to amplify A selection transistor 104 that is connected to the source of the transistor 103 and whose source is connected to the vertical signal line 210 and that determines the timing of outputting a pixel signal from the amplification transistor 103; the first switch unit 80A includes a switch transistor 81 and a switch transistor 82 And the reference signal generator 470 includes a drain A transistor 73 supplied with a power supply voltage; a transistor 74 having a drain connected to the source of the transistor 73; and an inverting amplifier 96 having a first input terminal, a second input terminal, and an output terminal. Is connected to the drain of the reset transistor 102, the drain of the switch transistor 82 is connected to the vertical signal line 210, the second input terminal is connected to the source of the switch transistor 82 and one end of the second switch unit 80B, and the first input terminal Is connected to a source of the switch transistor 81 and the other end of the second switch section 80B.

これにより、画素110の電荷蓄積部105の電位をリセットすることなく、信号保持部50にてCDS処理を実行できるので、高速かつ高精度な非破壊読み出しが可能となる。また、画素110をリセットする際に、垂直信号線210を基準信号生成部470のリセット信号V1に設定することができる。反転増幅器96の作用により、画素110が有する各トランジスタのばらつきや、電流源のばらつきに依存することなく、垂直信号線210に接続される負入力端子の電圧は、基準信号線296に接続される正入力端子のリセット電圧V1と同じ電圧になるよう精度よく収束させることができる。また、リセット信号V1のオフセット差をなくすことができる。つまり、垂直信号線210からの入力電圧が無(暗)信号の場合に、基準電圧V1との差は発生しないため、ダイナミックレンジを損なうことなく、高速な非破壊読み出しが可能な固体撮像装置を提供することができる。   Thus, the CDS processing can be performed in the signal holding unit 50 without resetting the potential of the charge storage unit 105 of the pixel 110, so that high-speed and high-precision nondestructive reading can be performed. In resetting the pixel 110, the vertical signal line 210 can be set to the reset signal V1 of the reference signal generation unit 470. By the operation of the inverting amplifier 96, the voltage of the negative input terminal connected to the vertical signal line 210 is connected to the reference signal line 296 without depending on the variation of each transistor included in the pixel 110 or the variation of the current source. It is possible to accurately converge the voltage to be the same as the reset voltage V1 of the positive input terminal. Further, the offset difference of the reset signal V1 can be eliminated. That is, when the input voltage from the vertical signal line 210 is a non-dark (dark) signal, a difference from the reference voltage V1 does not occur. Can be provided.

また、さらに、複数の垂直信号線210と第1スイッチ部80Aとに間に配置され、複数の垂直信号線210のうちの一の垂直信号線210と第1スイッチ部80Aとの接続を選択的に切り替えるマルチプレクサ150を備え、第1スイッチ部80A及び第2スイッチ部80Bは、それぞれ、マルチプレクサ150に対応して配置されてもよい。   Further, the first switch unit 80A is selectively disposed between the plurality of vertical signal lines 210 and the first switch unit 80A, and selectively connects one of the plurality of vertical signal lines 210 to the first switch unit 80A. The first switch unit 80A and the second switch unit 80B may be arranged corresponding to the multiplexer 150, respectively.

これにより、非破壊CDS読み出し動作を実行するにあたり、電流源60、第1スイッチ部80A、第2スイッチ部80B、及び信号保持回路50Aを画素列ごとに配置する必要がなく、複数の画素列ごとに配置すればよい。よって、画素アレイ部10の周辺に配置される回路面積を縮小することが可能となり、固体撮像装置を小型化することが可能となる。   This eliminates the need for arranging the current source 60, the first switch unit 80A, the second switch unit 80B, and the signal holding circuit 50A for each pixel column when performing the non-destructive CDS read operation. Should be placed at Therefore, it is possible to reduce the area of a circuit arranged around the pixel array unit 10, and to reduce the size of the solid-state imaging device.

(その他の実施の形態)
以上、本開示の固体撮像装置について、実施の形態1〜7に基づいて説明したが、本発明は実施の形態1〜7に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、複数の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
(Other embodiments)
As described above, the solid-state imaging device according to the present disclosure has been described based on Embodiments 1 to 7, but the present invention is not limited to Embodiments 1 to 7. Various modifications conceived by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention are also included in the scope of the present invention. In addition, the components of the embodiments may be arbitrarily combined without departing from the spirit of the invention.

また、上記実施の形態に係る固体撮像装置は典型的には集積回路であるLSIとして実現される。これらは個別に1チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように1チップ化されてもよい。   The solid-state imaging device according to the above-described embodiment is typically realized as an LSI that is an integrated circuit. These may be individually formed into one chip, or may be formed into one chip so as to include some or all of them.

また、集積回路化はLSIに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後にプログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)、又はLSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。   Further, the integrated circuit is not limited to the LSI, and may be realized by a dedicated circuit or a general-purpose processor. An FPGA (Field Programmable Gate Array) that can be programmed after manufacturing the LSI, or a reconfigurable processor that can reconfigure the connection and setting of circuit cells inside the LSI may be used.

また、上記実施形態に係る固体撮像装置の機能のうち少なくとも一部を組み合わせてもよい。   Further, at least a part of the functions of the solid-state imaging device according to the above embodiment may be combined.

また、上記で用いた数字は、全て本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。   In addition, the numbers used above are merely examples for specifically describing the present invention, and the present invention is not limited to the illustrated numbers.

また、上記実施の形態では、選択トランジスタ104及びトランジスタ74を有する例を示したが、増幅トランジスタ103及びトランジスタ73の電源をパルス駆動するなどにより、選択トランジスタ104及びトランジスタ74を有しない画素構成を用いてもよい。   In the above embodiment, an example in which the selection transistor 104 and the transistor 74 are provided is described; however, a pixel structure without the selection transistor 104 and the transistor 74 is used by, for example, driving the power of the amplification transistor 103 and the transistor 73 with a pulse. You may.

また、上記実施の形態では、NchタイプのMOSトランジスタを用いた例を示したが、Pchタイプのトランジスタを用いてもよい。   Further, in the above embodiment, an example in which an Nch type MOS transistor is used has been described, but a Pch type transistor may be used.

また、上記説明では、MOSトランジスタを用いた例を示したが、他のトランジスタを用いてもよい。   In the above description, an example using a MOS transistor is shown, but another transistor may be used.

また、上記実施の形態では、信号保持部50のリセット動作として、画素信号を保持した後にリセットする動作を例に示したが、信号保持部50をリセットした後に、画素信号を保持するなど、発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。   Further, in the above-described embodiment, the reset operation of the signal holding unit 50 is described as an example of the operation of resetting after holding the pixel signal. However, the present invention is applicable to the case of resetting the signal holding unit 50 and holding the pixel signal. Various modifications conceived by those skilled in the art without departing from the spirit of the invention are also included in the scope of the present invention.

更に、本発明の主旨を逸脱しない限り、本実施形態に対して当業者が思いつく範囲内の変更を施した各種変形例も本発明に含まれる。   Further, various modifications in which the present embodiment is modified within a range conceivable by those skilled in the art are also included in the present invention unless departing from the gist of the present invention.

本発明に係る固体撮像装置は、高速な非破壊読み出しが可能であり、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、車載カメラ、監視カメラ、医療用カメラ等に有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The solid-state imaging device according to the present invention is capable of high-speed nondestructive readout, and is useful for digital still cameras, video cameras, vehicle-mounted cameras, surveillance cameras, medical cameras, and the like.

1、2、3、3A、4、5 固体撮像装置
10、510 画素アレイ部
20 駆動制御部
30、530 垂直走査部
40 水平走査部
50 信号保持部
50A 信号保持回路
51 入力容量
52、53、54、72、73、74、75 トランジスタ
55 信号保持容量
60、560 電流源
61、62 電流源トランジスタ
70、71、170、270、270A、370、470、570 基準信号生成部
80A、581 第1スイッチ部
80B、582 第2スイッチ部
81、82、83 スイッチトランジスタ
91 バッファアンプ
95、96 反転増幅器
100、110 画素
101 光電変換素子
102 リセットトランジスタ
103 増幅トランジスタ
104 選択トランジスタ
105 電荷蓄積部
150 マルチプレクサ
170A 基準信号生成回路
210、610 垂直信号線
220 走査線
254、547 水平信号線
271、295、296、571 基準信号線
520 タイミング制御回路
540 AD変換(アナログ/デジタルコンバータ)回路
541 カラムAD回路
542 電圧比較部
543 カウンタ部
544 スイッチ
545 メモリ
546 出力I/F
590 参照信号生成部
1, 2, 3, 3A, 4, 5 Solid-state imaging device 10, 510 Pixel array unit 20 Drive control unit 30, 530 Vertical scanning unit 40 Horizontal scanning unit 50 Signal holding unit 50A Signal holding circuit 51 Input capacitance 52, 53, 54 , 72, 73, 74, 75 Transistor 55 Signal holding capacitor 60, 560 Current source 61, 62 Current source transistor 70, 71, 170, 270, 270A, 370, 470, 570 Reference signal generator 80A, 581 First switch 80B, 582 Second switch section 81, 82, 83 Switch transistor 91 Buffer amplifier 95, 96 Inverting amplifier 100, 110 Pixel 101 Photoelectric conversion element 102 Reset transistor 103 Amplification transistor 104 Selection transistor 105 Charge storage section 150 Multiplexer 170A Reference signal generation Circuit 210, 610 Vertical signal line 220 Scanning line 254, 547 Horizontal signal line 271, 295, 296, 571 Reference signal line 520 Timing control circuit 540 AD conversion (analog / digital converter) circuit 541 Column AD circuit 542 Voltage comparison unit 543 Counter Section 544 Switch 545 Memory 546 Output I / F
590 Reference signal generator

Claims (14)

行列状に配置された複数の画素を有する画素アレイ部と、
画素列ごとに設けられた垂直信号線と、
基準信号を生成する基準信号生成部と、
前記複数の画素のそれぞれから出力された画素信号と、前記基準信号と、の差分信号を出力する信号処理部と、
前記垂直信号線に接続され、前記複数の画素のそれぞれから前記信号処理部への前記画素信号の入力及び遮断を切り替える第1スイッチ部と、
前記基準信号生成部に接続された、前記垂直信号線とは異なる基準信号線と、
前記基準信号線に接続され、前記基準信号生成部から前記信号処理部への前記基準信号の入力及び遮断を切り替える第2スイッチ部と、を備える
固体撮像装置。
A pixel array portion having a plurality of pixels arranged in a matrix,
A vertical signal line provided for each pixel column;
A reference signal generation unit that generates a reference signal,
A signal processing unit that outputs a difference signal between the pixel signal output from each of the plurality of pixels and the reference signal,
A first switch unit that is connected to the vertical signal line and that switches input and cutoff of the pixel signal from each of the plurality of pixels to the signal processing unit;
A reference signal line different from the vertical signal line, connected to the reference signal generation unit,
A second switch unit connected to the reference signal line and configured to switch between input and cutoff of the reference signal from the reference signal generation unit to the signal processing unit.
駆動制御部を備え、
前記駆動制御部は、前記第1スイッチ部を導通状態かつ前記第2スイッチ部を非導通状態にして前記信号処理部に前記画素信号を保持させ、前記信号処理部が前記画素信号を保持した状態で前記第1スイッチ部を非導通状態かつ前記第2スイッチ部を導通状態にして前記信号処理部に前記基準信号を入力させることにより、前記信号処理部に前記差分信号を保持させる
請求項1に記載の固体撮像装置。
Equipped with a drive control unit,
A state in which the drive control unit sets the first switch unit to a conductive state and sets the second switch unit to a non-conductive state to cause the signal processing unit to hold the pixel signal, and the signal processing unit to hold the pixel signal And causing the signal processing unit to hold the difference signal by setting the first switch unit to a non-conductive state and the second switch unit to a conductive state to input the reference signal to the signal processing unit. The solid-state imaging device according to claim 1.
前記複数の画素のそれぞれは、
入射光を信号電荷に光電変換する光電変換部と、
前記光電変換部に接続され、前記信号電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
ゲートが前記電荷蓄積部に接続され、ソース及びドレインの一方に電源電圧が供給され、前記信号電荷の電荷量に応じた画素信号を出力する増幅トランジスタと、
ソース及びドレインの一方にリセット電圧が供給され、ソース及びドレインの他方が前記電荷蓄積部に接続され、前記電荷蓄積部の電位をリセットするリセットトランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記増幅トランジスタのソース及びドレインの他方に接続され、ソース及びドレインの他方が前記垂直信号線に接続され、前記増幅トランジスタから前記画素信号を出力するタイミングを決定する選択トランジスタと、を備え、
前記基準信号生成部は、
ソース及びドレインの一方に前記電源電圧が供給された第1トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記第1トランジスタのソース及びドレインの他方に接続され、ソース及びドレインの他方が前記第2スイッチ部に接続された第2トランジスタとを備える
請求項1または2に記載の固体撮像装置。
Each of the plurality of pixels includes:
A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light into signal charges,
A charge storage unit connected to the photoelectric conversion unit and storing the signal charge;
An amplifying transistor having a gate connected to the charge storage unit, a power supply voltage supplied to one of a source and a drain, and outputting a pixel signal according to the amount of the signal charge;
A reset transistor for supplying a reset voltage to one of a source and a drain, the other of the source and the drain being connected to the charge storage unit, and resetting a potential of the charge storage unit;
One of a source and a drain is connected to the other of the source and the drain of the amplification transistor, the other of the source and the drain is connected to the vertical signal line, and a selection transistor that determines a timing of outputting the pixel signal from the amplification transistor. ,
The reference signal generator,
A first transistor having one of a source and a drain supplied with the power supply voltage,
The solid according to claim 1, further comprising: a second transistor having one of a source and a drain connected to the other of the source and the drain of the first transistor, and a second transistor having the other of the source and the drain connected to the second switch unit. Imaging device.
前記第1トランジスタは、前記増幅トランジスタと実質的に同一の電気特性を有し、
前記第2トランジスタは、前記選択トランジスタと実質的に同一の電気特性を有する
請求項3に記載の固体撮像装置。
The first transistor has substantially the same electrical characteristics as the amplification transistor;
The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the second transistor has substantially the same electrical characteristics as the selection transistor.
前記基準信号生成部は、さらに、
ソース及びドレインの一方に前記リセット電圧が供給され、ソース及びドレインの他方が前記第1トランジスタのゲートに接続された第3トランジスタを備える
請求項3または4に記載の固体撮像装置。
The reference signal generator further includes:
The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the reset voltage is supplied to one of a source and a drain, and the other of the source and the drain includes a third transistor connected to a gate of the first transistor.
前記第3トランジスタは、前記リセットトランジスタと実質的に同一の電気特性を有する
請求項5に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the third transistor has substantially the same electrical characteristics as the reset transistor.
前記第1スイッチ部の一方の端子は、前記垂直信号線に接続され、
前記第2スイッチ部の一方の端子は、前記第2トランジスタの前記ソース及びドレインの他方に接続され、
前記固体撮像装置は、さらに、
ソース及びドレインの一方が前記第1スイッチ部の他方の端子及び前記第2スイッチ部の他方の端子に接続され、ソース及びドレインの他方が接地された電流源トランジスタを備える
請求項3〜6のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
One terminal of the first switch unit is connected to the vertical signal line,
One terminal of the second switch unit is connected to the other of the source and the drain of the second transistor,
The solid-state imaging device further includes:
7. A current source transistor, wherein one of a source and a drain is connected to the other terminal of the first switch unit and the other terminal of the second switch unit, and the other of the source and the drain is grounded. 2. The solid-state imaging device according to claim 1.
前記複数の画素は、前記画素アレイ部において、被写体からの入射光を受光することにより画素信号を生成する有効画素領域を形成し、
前記基準信号生成部は、前記有効画素領域の列方向に隣接する第1周辺領域に配置されている
請求項1〜7のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
The plurality of pixels form an effective pixel area that generates a pixel signal by receiving incident light from a subject in the pixel array unit,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the reference signal generation unit is arranged in a first peripheral area adjacent to the effective pixel area in a column direction.
前記複数の画素は、前記画素アレイ部において、被写体からの入射光を受光することにより画素信号を生成する有効画素領域を形成し、
前記基準信号生成部は、前記有効画素領域の列方向に隣接する第1周辺領域および前記有効画素領域の行方向に隣接する第2周辺領域の双方に隣接する第3周辺領域に配置されている
請求項1〜7のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
The plurality of pixels form an effective pixel area that generates a pixel signal by receiving incident light from a subject in the pixel array unit,
The reference signal generation unit is arranged in a third peripheral area adjacent to both a first peripheral area adjacent to the effective pixel area in a column direction and a second peripheral area adjacent to the effective pixel area in a row direction. The solid-state imaging device according to claim 1.
前記基準信号生成部は、前記基準信号の出力端子と前記第2スイッチ部との間に、バッファ回路が挿入されている
請求項9に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 9, wherein the reference signal generation unit includes a buffer circuit inserted between an output terminal of the reference signal and the second switch unit.
前記複数の画素のそれぞれは、
入射光を信号電荷に光電変換する光電変換部と、
前記光電変換部に接続され、前記信号電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
ゲートが前記電荷蓄積部に接続され、ソース及びドレインの一方に電源電圧が供給され、前記信号電荷の電荷量に応じた画素信号を出力する増幅トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記電荷蓄積部に接続され、前記電荷蓄積部の電位をリセットするリセットトランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記増幅トランジスタのソース及びドレインの他方に接続され、ソース及びドレインの他方が前記垂直信号線に接続され、前記増幅トランジスタから前記画素信号を出力するタイミングを決定する選択トランジスタと、を備え、
前記基準信号生成部は、
ソース及びドレインの一方に前記電源電圧が供給された第1トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記第1トランジスタのソース及びドレインの他方に接続され、ソース及びドレインの他方が前記第2スイッチ部に接続された第2トランジスタと、
第1入力端子、第2入力端子及び出力端子を有するバッファアンプと、を備え、
前記第1入力端子は前記垂直信号線及び前記第1スイッチ部に接続され、前記第2入力端子は前記第2スイッチ部と接続されるとともに前記第2入力端子には前記基準信号が入力され、前記出力端子は前記リセットトランジスタのソース及びドレインの他方に接続されている
請求項1に記載の固体撮像装置。
Each of the plurality of pixels includes:
A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light into signal charges,
A charge storage unit connected to the photoelectric conversion unit and storing the signal charge;
An amplifying transistor having a gate connected to the charge storage unit, a power supply voltage supplied to one of a source and a drain, and outputting a pixel signal according to the amount of the signal charge;
One of a source and a drain is connected to the charge storage unit, and a reset transistor that resets a potential of the charge storage unit;
One of a source and a drain is connected to the other of the source and the drain of the amplification transistor, the other of the source and the drain is connected to the vertical signal line, and a selection transistor that determines a timing of outputting the pixel signal from the amplification transistor. ,
The reference signal generator,
A first transistor having one of a source and a drain supplied with the power supply voltage,
A second transistor having one of a source and a drain connected to the other of the source and the drain of the first transistor, and the other of the source and the drain connected to the second switch unit;
A buffer amplifier having a first input terminal, a second input terminal, and an output terminal;
The first input terminal is connected to the vertical signal line and the first switch unit, the second input terminal is connected to the second switch unit, and the reference signal is input to the second input terminal, The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the output terminal is connected to the other of the source and the drain of the reset transistor.
前記複数の画素のそれぞれは、
入射光を信号電荷に光電変換する光電変換部と、
前記光電変換部に接続され、前記信号電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
ゲートが前記電荷蓄積部に接続され、ソース及びドレインの一方に電源電圧が供給され、前記信号電荷の電荷量に応じた画素信号を出力する増幅トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記電荷蓄積部に接続され、前記電荷蓄積部の電位をリセットするリセットトランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記増幅トランジスタのソース及びドレインの他方に接続され、ソース及びドレインの他方が前記垂直信号線に接続され、前記増幅トランジスタから前記画素信号を出力するタイミングを決定する選択トランジスタと、を備え、
前記第1スイッチ部は、第4スイッチトランジスタ及び第5スイッチトランジスタを有し、
前記基準信号生成部は、
ソース及びドレインの一方に前記電源電圧が供給された第1トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記第1トランジスタのソース及びドレインの他方に接続された第2トランジスタと、
第1入力端子、第2入力端子及び出力端子を有するバッファアンプとを備え、
前記第4スイッチトランジスタのソース及びドレインの一方は前記リセットトランジスタのソース及びドレインの他方に接続され、
前記第5スイッチトランジスタのソース及びドレインの一方は前記垂直信号線に接続され、
前記第1入力端子は前記第5スイッチトランジスタのソース及びドレインの他方及び前記第2スイッチ部の一端に接続され、前記第2入力端子には前記基準信号が入力され、前記出力端子は前記第4スイッチトランジスタのソース及びドレインの他方及び前記第2スイッチ部の他端に接続されている
請求項1に記載の固体撮像装置。
Each of the plurality of pixels includes:
A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light into signal charges,
A charge storage unit connected to the photoelectric conversion unit and storing the signal charge;
An amplifying transistor having a gate connected to the charge storage unit, a power supply voltage supplied to one of a source and a drain, and outputting a pixel signal corresponding to the amount of the signal charge;
One of a source and a drain is connected to the charge storage unit, and a reset transistor that resets a potential of the charge storage unit;
One of a source and a drain is connected to the other of the source and the drain of the amplification transistor, the other of the source and the drain is connected to the vertical signal line, and a selection transistor that determines a timing of outputting the pixel signal from the amplification transistor. ,
The first switch unit has a fourth switch transistor and a fifth switch transistor,
The reference signal generator,
A first transistor having one of a source and a drain supplied with the power supply voltage,
A second transistor having one of a source and a drain connected to the other of the source and the drain of the first transistor;
A buffer amplifier having a first input terminal, a second input terminal, and an output terminal;
One of the source and the drain of the fourth switch transistor is connected to the other of the source and the drain of the reset transistor,
One of a source and a drain of the fifth switch transistor is connected to the vertical signal line,
The first input terminal is connected to the other of the source and the drain of the fifth switch transistor and one end of the second switch unit, the reference signal is input to the second input terminal, and the output terminal is connected to the fourth switch transistor. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is connected to the other of the source and the drain of the switch transistor and the other end of the second switch unit.
さらに、
複数の前記垂直信号線と前記第1スイッチ部とに間に配置され、前記複数の垂直信号線のうちの一の垂直信号線と前記第1スイッチ部との接続を選択的に切り替えるマルチプレクサを備え、
前記第1スイッチ部及び前記第2スイッチ部は、それぞれ、前記マルチプレクサに対応して配置されている
請求項1〜12のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
further,
A multiplexer disposed between the plurality of vertical signal lines and the first switch unit, the multiplexer selectively switching connection between one of the plurality of vertical signal lines and the first switch unit; ,
The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 12, wherein the first switch unit and the second switch unit are respectively arranged corresponding to the multiplexers.
行列状に配置された複数の画素を有する固体撮像装置の駆動方法であって、
前記固体撮像装置は、
画素列ごとに設けられた垂直信号線と、
基準信号を生成する基準信号生成部と、
前記複数の画素のそれぞれから出力された画素信号と、前記基準信号と、の差分信号を出力する信号処理部と、
前記垂直信号線に接続され、前記複数の画素のそれぞれから前記信号処理部への前記画素信号の入力及び遮断を切り替える第1スイッチ部と、
前記基準信号生成部に接続された、前記垂直信号線とは異なる基準信号線と、
前記基準信号線に接続され、前記基準信号生成部から前記信号処理部への前記基準信号の入力及び遮断を切り替える第2スイッチ部とを備え、
前記第1スイッチ部を導通状態かつ前記第2スイッチ部を非導通状態にして前記信号処理部に前記画素信号を保持させ、
前記信号処理部が前記画素信号を保持した状態で前記第1スイッチ部を非導通状態かつ前記第2スイッチ部を導通状態にして前記信号処理部に前記基準信号を入力させることにより、前記信号処理部に前記差分信号を保持させる
固体撮像装置の駆動方法。
A driving method of a solid-state imaging device having a plurality of pixels arranged in a matrix,
The solid-state imaging device,
A vertical signal line provided for each pixel column;
A reference signal generation unit that generates a reference signal,
A signal processing unit that outputs a difference signal between the pixel signal output from each of the plurality of pixels and the reference signal,
A first switch unit that is connected to the vertical signal line and that switches input and cutoff of the pixel signal from each of the plurality of pixels to the signal processing unit;
A reference signal line different from the vertical signal line, connected to the reference signal generation unit,
A second switch unit that is connected to the reference signal line and that switches input and cutoff of the reference signal from the reference signal generation unit to the signal processing unit;
Making the first switch unit conductive and the second switch unit non-conductive to cause the signal processing unit to hold the pixel signal;
The signal processing unit performs the signal processing by inputting the reference signal to the signal processing unit by setting the first switch unit to a non-conductive state and the second switch unit to a conductive state in a state where the signal processing unit holds the pixel signal. A method for driving a solid-state imaging device, wherein the driving unit holds the difference signal.
JP2018233349A 2018-12-13 2018-12-13 Solid-state imaging device Active JP6643656B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018233349A JP6643656B2 (en) 2018-12-13 2018-12-13 Solid-state imaging device
JP2019223577A JP6909985B2 (en) 2018-12-13 2019-12-11 Solid-state image sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018233349A JP6643656B2 (en) 2018-12-13 2018-12-13 Solid-state imaging device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014139740A Division JP6459025B2 (en) 2014-07-07 2014-07-07 Solid-state imaging device

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019223577A Division JP6909985B2 (en) 2018-12-13 2019-12-11 Solid-state image sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019041419A JP2019041419A (en) 2019-03-14
JP6643656B2 true JP6643656B2 (en) 2020-02-12

Family

ID=65726729

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018233349A Active JP6643656B2 (en) 2018-12-13 2018-12-13 Solid-state imaging device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6643656B2 (en)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4132850B2 (en) * 2002-02-06 2008-08-13 富士通株式会社 CMOS image sensor and control method thereof
JP4935486B2 (en) * 2007-04-23 2012-05-23 ソニー株式会社 Solid-state imaging device, driving method for solid-state imaging device, signal processing method for solid-state imaging device, and imaging device
JP2009278149A (en) * 2008-05-12 2009-11-26 Omron Corp Solid-state imaging device
JP2010147948A (en) * 2008-12-19 2010-07-01 Canon Inc Image capturing apparatus and system
JP5852324B2 (en) * 2011-04-26 2016-02-03 キヤノン株式会社 Imaging apparatus, control method therefor, and program
JP6150457B2 (en) * 2011-05-12 2017-06-21 キヤノン株式会社 Solid-state imaging device, driving method for solid-state imaging device, and solid-state imaging system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019041419A (en) 2019-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6459025B2 (en) Solid-state imaging device
KR101705491B1 (en) Solid-state image pickup apparatus, signal processing method for a solid-state image pickup apparatus, and electronic apparatus
JP5959829B2 (en) Solid-state imaging device
US10659714B2 (en) Image sensor and electronic device with active reset circuit, and method of operating the same
US6903771B2 (en) Image pickup apparatus
US20100079648A1 (en) Driving method of solid-state imaging apparatus
US9030582B2 (en) Solid state image sensor and method for driving the same
US9549138B2 (en) Imaging device, imaging system, and driving method of imaging device using comparator in analog-to-digital converter
JP5257134B2 (en) Solid-state imaging device and imaging apparatus including the same
JPWO2009150828A1 (en) Solid-state image sensor
JP2015005879A (en) Solid state image pickup device
JP2015198315A (en) Solid state imaging device and imaging system
US11658200B2 (en) Imaging device
JP4661212B2 (en) Physical information acquisition method, physical information acquisition device, and semiconductor device
JP6595793B2 (en) Photoelectric conversion device, driving method thereof, focus detection sensor, and imaging system
JP6245856B2 (en) Photoelectric conversion device, photoelectric conversion system
JP6532224B2 (en) Imaging device, imaging system, and driving method of imaging device
JP6643656B2 (en) Solid-state imaging device
JP5177198B2 (en) Physical information acquisition method and physical information acquisition device
JP6909985B2 (en) Solid-state image sensor
JP2017188842A (en) Solid state image pickup device, and image pickup system
JP2011151461A (en) Solid-state imaging element
JP2021150846A (en) Solid-state imaging apparatus
JP2001197378A (en) Solid-state image pickup element
WO2023171133A1 (en) Solid-state imaging element and electronic device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181213

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20191029

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191112

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191211

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6643656

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151