JP6662137B2 - Photoelectric conversion element, image reading device, and image forming device - Google Patents

Photoelectric conversion element, image reading device, and image forming device Download PDF

Info

Publication number
JP6662137B2
JP6662137B2 JP2016058235A JP2016058235A JP6662137B2 JP 6662137 B2 JP6662137 B2 JP 6662137B2 JP 2016058235 A JP2016058235 A JP 2016058235A JP 2016058235 A JP2016058235 A JP 2016058235A JP 6662137 B2 JP6662137 B2 JP 6662137B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transistor
turned
voltage
transistors
photoelectric conversion
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
JP2016058235A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017175336A (en
Inventor
寛貴 白土
寛貴 白土
政元 中澤
政元 中澤
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.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh 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 Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2016058235A priority Critical patent/JP6662137B2/en
Publication of JP2017175336A publication Critical patent/JP2017175336A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6662137B2 publication Critical patent/JP6662137B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Image Input (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Facsimile Heads (AREA)

Description

本発明は、光電変換素子、画像読取装置及び画像形成装置に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element, an image reading device, and an image forming device.

一括露光方式の光電変換素子(撮像装置)において、各画素のリセットレベルをそれぞれ容量に一括して保持し、各画素の信号レベルをそれぞれ容量に一括して保持した後、リセットレベルと信号レベルを順番に読み出して、相関二重サンプリング(CDS)を行うことが知られている。   In a batch exposure type photoelectric conversion element (imaging device), the reset level of each pixel is collectively held in a capacitor, and the signal level of each pixel is collectively held in a capacitor. It is known to read sequentially and perform correlated double sampling (CDS).

また、特許文献1には、各画素が、光電変換部からゲートに入力される信号を増幅して出力する第1の増幅トランジスタと、第1の増幅トランジスタのゲート電圧をリセットするリセットトランジスタと、第1の増幅トランジスタから第1の信号線に出力された信号を保持する複数の容量と、複数の容量に対応してかつ第1の信号線と複数の容量との間にそれぞれ設けられ、第1の信号線と複数の容量との間の入出力制御を行う各容量当り1個からなる複数の容量スイッチと、第1の信号線からゲートに入力される信号を増幅して第2の信号線に出力する第2の増幅トランジスタと、第1の信号線に接続され、所定の第1の電圧を第1の信号線に出力する初期化トランジスタとを備えている増幅型固体撮像装置が開示されている。   Also, in Patent Document 1, each pixel amplifies and outputs a signal input to the gate from the photoelectric conversion unit, a reset transistor that resets the gate voltage of the first amplifying transistor, A plurality of capacitors for holding signals output from the first amplifying transistor to the first signal line; and a plurality of capacitors provided between the first signal line and the plurality of capacitors corresponding to the plurality of capacitors, respectively. A plurality of capacitance switches each of which performs input / output control between one signal line and a plurality of capacitances, and a second signal by amplifying a signal input to the gate from the first signal line; An amplification type solid-state imaging device including a second amplification transistor that outputs a signal to a line, and an initialization transistor that is connected to the first signal line and outputs a predetermined first voltage to the first signal line is disclosed. Have been.

しかしながら、従来の画素データの読出し制御では、各種のスイッチトランジスタがオン/オフするときに生じるスイッチングノイズの影響が、リセット電圧を読み出す場合と信号電圧を読み出す場合とで異なっているために、相関二重サンプリングを行ってもノイズを十分に除去することができないという問題があった。   However, in the conventional pixel data read control, the influence of switching noise generated when various switch transistors are turned on / off differs between the case where the reset voltage is read and the case where the signal voltage is read. There has been a problem that noise cannot be sufficiently removed even by performing double sampling.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、相関二重サンプリングによるノイズの除去を精度よく行うことができる光電変換素子、画像読取装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element, an image reading device, and an image forming device that can accurately remove noise by correlated double sampling.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、受光量に応じて光電変換を行う複数の画素部と、前記画素部のリセットレベルを示すリセット電圧を保持する複数の第1容量と、前記画素部が光電変換して出力する信号レベルを示す信号電圧を保持する複数の第2容量と、オンすることにより、前記画素部から前記第1容量へ信号線を介してリセット電圧を転送し、前記画素部から前記第2容量へ前記信号線を介して信号電圧を転送する複数の第1トランジスタと、オンすることによって前記第1容量を前記信号線に接続させる複数の第2トランジスタと、オンすることによって前記第2容量を前記信号線に接続させる複数の第3トランジスタと、前記第1容量が保持しているリセット電圧、及び、前記第2容量が保持している信号電圧を、オンすることによって前記信号線を介して順次に後段へ転送する複数の第4トランジスタと、オンすることによって前記信号線を介して転送される電位を初期化する複数の第5トランジスタと、前記第4トランジスタが転送したリセット電圧と信号電圧との差分を算出する処理を行う複数の処理部と、を有し、前記処理部は、前記第5トランジスタがオフとなるタイミングと前記第2トランジスタがオンとなるタイミングとの時間差である第1時間差に対し、前記第5トランジスタがオフとなるタイミングと前記第3トランジスタがオンとなるタイミングとの時間差である第2時間差が同じにされた後に、前記第1容量が保持したリセット電圧と前記第2容量が保持した信号電圧との差分を算出する。 In order to solve the above-described problem and achieve the object, the present invention provides a plurality of pixel units that perform photoelectric conversion according to the amount of received light, and a plurality of first units that hold a reset voltage indicating a reset level of the pixel unit. A capacitor and a plurality of second capacitors that hold a signal voltage indicating a signal level output by the pixel unit after photoelectric conversion, and a reset voltage that is turned on from the pixel unit to the first capacitor via a signal line; And a plurality of first transistors that transfer a signal voltage from the pixel portion to the second capacitor via the signal line, and a plurality of second transistors that connect the first capacitor to the signal line when turned on. A transistor; a plurality of third transistors which connect the second capacitor to the signal line when turned on; a reset voltage held by the first capacitor; and a signal held by the second capacitor. A plurality of fourth transistors for sequentially transferring a voltage to a subsequent stage via the signal line by turning on a voltage; and a plurality of fifth transistors for initializing a potential transferred via the signal line when turned on. A plurality of processing units for performing a process of calculating a difference between a reset voltage and a signal voltage transferred by the fourth transistor, wherein the processing unit determines a timing at which the fifth transistor is turned off and a timing at which the second transistor is turned off. for the first time difference is a time difference between the timing at which the transistor is turned on, the second time difference wherein the fifth transistor and the timing of the off-third transistor is a time difference between the timing of the on is the same Then, a difference between the reset voltage held by the first capacitor and the signal voltage held by the second capacitor is calculated.

本発明によれば、相関二重サンプリングによるノイズの除去を精度よく行うことができるという効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that noise can be accurately removed by correlated double sampling.

図1は、実施形態にかかる光電変換素子の構成例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a photoelectric conversion element according to an embodiment. 図2は、変換処理部内に一列に配列された複数の画素部及びその周辺を例示する図である。FIG. 2 is a diagram exemplifying a plurality of pixel units arranged in a line in the conversion processing unit and the periphery thereof. 図3は、画素部の構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a pixel unit. 図4は、比較例としての光電変換素子の動作を示すタイミングチャートである。FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the photoelectric conversion element as a comparative example. 図5は、比較例としての信号線の挙動を示すタイミングチャートである。FIG. 5 is a timing chart showing the behavior of a signal line as a comparative example. 図6は、実施形態にかかる光電変換素子の動作の第1実施例における信号線の挙動を示すタイミングチャートである。FIG. 6 is a timing chart illustrating the behavior of the signal line in the first example of the operation of the photoelectric conversion element according to the embodiment. 図7は、実施形態にかかる光電変換素子の各画素部が受光する色毎に動作する場合の信号線の挙動を示すタイミングチャートである。FIG. 7 is a timing chart illustrating the behavior of a signal line when each pixel unit of the photoelectric conversion element according to the embodiment operates for each color received. 図8は、比較例としての第5トランジスタが遅延した場合における信号線の挙動を示すタイミングチャートである。FIG. 8 is a timing chart illustrating the behavior of the signal line when the fifth transistor is delayed as a comparative example. 図9は、実施形態にかかる光電変換素子の動作の第2実施例における信号線の挙動を示すタイミングチャートである。FIG. 9 is a timing chart illustrating the behavior of the signal line in the second example of the operation of the photoelectric conversion element according to the embodiment. 図10は、光電変換素子の他の構成例における動作例を示すタイミングチャートである。FIG. 10 is a timing chart illustrating an operation example of another configuration example of the photoelectric conversion element. 図11は、比較例としての処理部が高負荷である場合の光電変換素子の動作例を示すタイミングチャートである。FIG. 11 is a timing chart illustrating an operation example of the photoelectric conversion element when the processing unit has a high load as a comparative example. 図12は、変換処理部内に一列に配列された複数の画素部及びその周辺の変形例を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a modified example of a plurality of pixel units arranged in a line in the conversion processing unit and the periphery thereof. 図13は、図12に示した変形例を備えた電変換素子の動作を例示するタイミングチャートである。FIG. 13 is a timing chart illustrating the operation of the electric conversion element having the modification shown in FIG. 図14は、光電変換素子を有する画像読取装置を備えた画像形成装置の概要を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating an outline of an image forming apparatus including an image reading device having a photoelectric conversion element.

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる光電変換素子について説明する。図1は、実施形態にかかる光電変換素子10の構成例を示すブロック図である。光電変換素子10は、例えば一括露光方式のCMOSカラーリニアセンサであり、変換処理部12、タイミング制御部(Timing Generator:TG)14、パラレルシリアル変換部(PS)16及びLVDS18を有する。   Hereinafter, a photoelectric conversion element according to an embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a photoelectric conversion element 10 according to the embodiment. The photoelectric conversion element 10 is, for example, a CMOS color linear sensor of a collective exposure method, and includes a conversion processing unit 12, a timing control unit (Timing Generator: TG) 14, a parallel-serial conversion unit (PS) 16, and an LVDS 18.

変換処理部12は、受光するRGBの光の色毎に一方向(例えば原稿の主走査方向)に配列された複数の画素部120(図2、図3を用いて後述)を備え、RGBの色毎に光電変換を行い、色毎の画像データを主走査方向のデジタルデータとしてパラレルに出力する。   The conversion processing unit 12 includes a plurality of pixel units 120 (described later with reference to FIGS. 2 and 3) arranged in one direction (for example, a main scanning direction of a document) for each color of the received RGB light. Photoelectric conversion is performed for each color, and image data for each color is output in parallel as digital data in the main scanning direction.

タイミング制御部14は、変換処理部12及びパラレルシリアル変換部16の動作タイミングを制御する制御部である。パラレルシリアル変換部16は、変換処理部12がパラレルに出力したデジタルデータをシリアルデータに変換し、LVDS18に対して出力する。LVDS18は、パラレルシリアル変換部16から入力されたシリアルデータを低電圧差動シリアル信号に変換し、後段に対して出力する。   The timing control unit 14 is a control unit that controls operation timings of the conversion processing unit 12 and the parallel-serial conversion unit 16. The parallel-serial conversion unit 16 converts the digital data output in parallel by the conversion processing unit 12 into serial data, and outputs the serial data to the LVDS 18. The LVDS 18 converts the serial data input from the parallel-to-serial conversion unit 16 into a low-voltage differential serial signal, and outputs it to a subsequent stage.

図2は、変換処理部12内に一列に配列された複数の画素部120及びその周辺を例示する図である。各画素部120は、それぞれ出力が第1トランジスタ(書込みトランジスタSL)121を介して信号線(共通読み出し線)Vsig1に接続されている。第1容量(CwR)122は、画素部120のリセットレベルを示すリセット電圧を保持する。第2容量(CwS)123は、画素部120が光電変換して出力する信号レベルを示す信号電圧を保持する。第1トランジスタ121は、オンすることにより、画素部120から第1容量122へ信号線Vsig1を介してリセット電圧を転送し、画素部120から第2容量123へ信号線Vsig1を介して信号電圧を転送する。   FIG. 2 is a diagram illustrating a plurality of pixel units 120 arranged in a line in the conversion processing unit 12 and the periphery thereof. The output of each pixel unit 120 is connected to a signal line (common read line) Vsig1 via a first transistor (write transistor SL) 121. The first capacitor (CwR) 122 holds a reset voltage indicating a reset level of the pixel unit 120. The second capacitor (CwS) 123 holds a signal voltage indicating a signal level output by the pixel unit 120 after photoelectric conversion. When the first transistor 121 is turned on, the reset voltage is transferred from the pixel portion 120 to the first capacitor 122 via the signal line Vsig1 and the signal voltage is transferred from the pixel portion 120 to the second capacitor 123 via the signal line Vsig1. Forward.

第2トランジスタ(SwR)124は、オンすることによって第1容量122を信号線Vsig1に接続させる。第3トランジスタ(SwS)125は、オンすることによって第2容量123を信号線Vsig1に接続させる。   When turned on, the second transistor (SwR) 124 connects the first capacitor 122 to the signal line Vsig1. The third transistor (SwS) 125 connects the second capacitor 123 to the signal line Vsig1 when turned on.

第4トランジスタ(読み出しトランジスタSW)126は、第1容量122が保持しているリセット電圧、及び、第2容量123が保持している信号電圧を、オンすることによって信号線Vsig1を介して順次に後段へ転送する。第5トランジスタ(IT)127は、オンすることによって信号線Vsig1を介して転送される電位(信号)を電圧V0に初期化する。   The fourth transistor (read transistor SW) 126 sequentially turns on the reset voltage held by the first capacitor 122 and the signal voltage held by the second capacitor 123 via the signal line Vsig1. Transfer to the subsequent stage. The fifth transistor (IT) 127 initializes a potential (signal) transferred via the signal line Vsig1 to a voltage V0 when turned on.

増幅トランジスタ(ソースフォロワSF2)128は、信号線Vsig1を介して転送される電位(信号)を増幅させ、処理部129に対して出力する。処理部129は、第4トランジスタ126が転送したリセット電圧と信号電圧との差分を算出する処理(二重相関サンプリング:CDS)を含む所定の処理を行う。   The amplification transistor (source follower SF2) 128 amplifies the potential (signal) transferred via the signal line Vsig1, and outputs the amplified potential (signal) to the processing unit 129. The processing unit 129 performs a predetermined process including a process of calculating a difference between the reset voltage transferred by the fourth transistor 126 and the signal voltage (double correlation sampling: CDS).

より具体的には、処理部129は、第5トランジスタ127がオフとなるタイミングと第2トランジスタ124がオンとなるタイミングとの時間差である第1時間差に対し、第5トランジスタ127がオフとなるタイミングと第3トランジスタ125がオンとなるタイミングとの時間差である第2時間差が略同じにされた後に、第1容量122が保持したリセット電圧と第2容量123が保持した信号電圧との差分を算出することにより、二重相関サンプリングを実行する。   More specifically, the processing unit 129 sets the timing at which the fifth transistor 127 turns off with respect to the first time difference that is the time difference between the timing at which the fifth transistor 127 turns off and the timing at which the second transistor 124 turns on. A difference between the reset voltage held by the first capacitor 122 and the signal voltage held by the second capacitor 123 is calculated after the second time difference, which is the time difference between the second transistor 123 and the timing at which the third transistor 125 is turned on, is made substantially the same. Thus, double correlation sampling is performed.

なお、変換処理部12には、受光するRGBの光の色毎に例えば一列に複数の画素部120が配列されている。そして、変換処理部12には、RGBの色毎に第1トランジスタ121、第1容量122、第2容量123、第2トランジスタ124、第3トランジスタ125、第4トランジスタ126、第5トランジスタ127及び増幅トランジスタ128が設けられ、例えばRGBの光を受光する例えば6つの画素部120が共通の処理部129に接続されている。   In the conversion processing unit 12, a plurality of pixel units 120 are arranged in one row for each color of the received RGB light, for example. Then, the conversion processing unit 12 supplies the first transistor 121, the first capacitor 122, the second capacitor 123, the second transistor 124, the third transistor 125, the fourth transistor 126, the fifth transistor 127, and the amplification for each of the RGB colors. A transistor 128 is provided, and for example, six pixel units 120 that receive, for example, RGB light are connected to a common processing unit 129.

図3は、画素部120の構成例を示す図である。受光素子(フォトダイオード:PD)は、蓄積時間内の受光量に応じて電荷を発生させ、蓄積する。転送トランジスタTXは、PDが発生させた電荷を電荷電圧変換(電荷検出)するフローティングディフュージョン領域FDに転送する。リセットトランジスタRTは、PDから電荷が転送される前に、FDをRTのドレイン電圧である電源電圧Vddにリセットする。なお、転送トランジスタTX及びリセットトランジスタRTは、タイミング制御部14から制御信号がゲートに入力されることによって動作する。   FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the pixel unit 120. The light receiving element (photodiode: PD) generates and accumulates electric charge according to the amount of light received within the accumulation time. The transfer transistor TX transfers the charge generated by the PD to the floating diffusion region FD for charge-voltage conversion (charge detection). The reset transistor RT resets the FD to the power supply voltage Vdd, which is the drain voltage of the RT, before the charge is transferred from the PD. The transfer transistor TX and the reset transistor RT operate when a control signal is input to the gate from the timing control unit 14.

増幅トランジスタSF1は、ドレインが電源電圧Vddに接続され、ソースが第1トランジスタ121(図2)、及び第2トランジスタ124又は第3トランジスタ125を介して、第1容量122又は第2容量123に接続されている。   The amplification transistor SF1 has a drain connected to the power supply voltage Vdd, and a source connected to the first capacitor 122 or the second capacitor 123 via the first transistor 121 (FIG. 2) and the second transistor 124 or the third transistor 125. Have been.

ここで、まず比較例としての光電変換素子10の動作について説明する。図4は、比較例としての光電変換素子10の動作を示すタイミングチャートである。タイミング制御部14は、時間t1において、各PDから信号電荷が転送される前に、各RTによって、各RTのドレイン電圧である電源電圧Vddにリセットを行う。各FDは、各RTのソース電圧にリセットされるように構成されてもよい。   Here, the operation of the photoelectric conversion element 10 as a comparative example will be described first. FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the photoelectric conversion element 10 as a comparative example. At time t1, before the signal charge is transferred from each PD at time t1, each timing resets the power supply voltage Vdd, which is the drain voltage of each RT, by each RT. Each FD may be configured to be reset to the source voltage of each RT.

その後、タイミング制御部14は、時間t2において、各第2トランジスタ124をオンにする。これにより、全ての画素部120に対する各第1容量122は、リセット時のFDのリセット電圧を一斉に保持する。   Thereafter, the timing control unit 14 turns on each second transistor 124 at time t2. As a result, the first capacitors 122 for all the pixel units 120 simultaneously hold the reset voltage of the FD at the time of reset.

時間t3において、タイミング制御部14は、各第2トランジスタ124を一斉にオフにすると共に、各転送トランジスタTXをオンにする。これにより、各PDからの信号電荷が、リセット電荷転送後のFDにそれぞれ転送される。   At time t3, the timing control unit 14 simultaneously turns off the second transistors 124 and turns on the transfer transistors TX. Thereby, the signal charges from each PD are respectively transferred to the FDs after the reset charge transfer.

時間t4において、タイミング制御部14は、各TXをオフにすると共に、各第3トランジスタ125を一斉にオンにし、第2容量123に信号電圧を保持させる。次に、タイミング制御部14は、各第3トランジスタ125及び各第1トランジスタ121を一斉にオフにして、各第1容量122及び各第2容量123への一括書き込みを終了する。   At time t4, the timing control unit 14 turns off each TX and simultaneously turns on each third transistor 125 to cause the second capacitor 123 to hold the signal voltage. Next, the timing control unit 14 turns off the third transistors 125 and the first transistors 121 all at once, and ends the batch writing to the first capacitors 122 and the second capacitors 123.

時間t5において、タイミング制御部14は、各第1容量122及び各第2容量123の電圧を読み出す前に、第5トランジスタ127をオンにし、信号線Vsig1の初期化を行う。   At time t5, the timing control unit 14 turns on the fifth transistor 127 and initializes the signal line Vsig1 before reading the voltages of the first capacitors 122 and the second capacitors 123.

時間t6において、タイミング制御部14は、第4トランジスタ126をオンにすると同時に、第2トランジスタ124をオンにする。これにより、第1容量122に保持されているリセット電圧が、Vsig1に転送される。   At time t6, the timing control unit 14 turns on the fourth transistor 126 and simultaneously turns on the second transistor 124. As a result, the reset voltage held in the first capacitor 122 is transferred to Vsig1.

時間t7において、タイミング制御部14は、第5トランジスタ127をオンにし、第1容量122の電圧を電圧V0に初期化する。タイミング制御部14は、容量初期化後、時間t8において、第2トランジスタ124及び第5トランジスタ127をオフにし、同様に今度は、第3トランジスタ125をオンにして、第2容量123が保持している信号電圧を信号線Vsig1に転送する。   At time t7, the timing control unit 14 turns on the fifth transistor 127, and initializes the voltage of the first capacitor 122 to the voltage V0. After the capacitance initialization, the timing control unit 14 turns off the second transistor 124 and the fifth transistor 127 at time t8, and similarly turns on the third transistor 125, and the second capacitor 123 holds the same. The current signal voltage is transferred to the signal line Vsig1.

時間t9において、タイミング制御部14は、第5トランジスタ127をオンにし、第2容量123の電圧を電圧V0に初期化する。タイミング制御部14は、容量初期化後、時間t10において、第3トランジスタ125及び第5トランジスタ127をオフにして、読み出し処理を終了する。   At time t9, the timing control unit 14 turns on the fifth transistor 127, and initializes the voltage of the second capacitor 123 to the voltage V0. After the capacitance initialization, the timing control unit 14 turns off the third transistor 125 and the fifth transistor 127 at time t10, and ends the reading process.

なお、光電変換素子10は、読出し処理(t6〜t9)についてはRGBの色毎に同期して順次に処理する。   Note that the photoelectric conversion element 10 sequentially performs the read processing (t6 to t9) in synchronization with each of the RGB colors.

なお、第2トランジスタ124、第3トランジスタ125、第4トランジスタ126及び第5トランジスタ127などのスイッチトランジスタは、例えばnMOSなどの半導体であるため、オン/オフ時には様々な要因によってノイズを発生させる。   Note that the switch transistors such as the second transistor 124, the third transistor 125, the fourth transistor 126, and the fifth transistor 127 are semiconductors such as nMOSs, and generate noise due to various factors at the time of on / off.

例えば、チャージインジェクションは、トランジスタ(スイッチング素子)がオンの時にチャネルを形成していた電荷(電子又は正孔)が、トランジスタがオフすることによってそのトランジスタのソース又はドレインに移動する現象である。つまり、オフ後に信号線の電圧にオフセット変動が発生する。また、トランジスタがオンするときにもチャネル形成のために信号線上の電荷が充電されるため、オフ時とは逆の極性で信号線の電圧にオフセット変動が発生する。   For example, charge injection is a phenomenon in which charge (electrons or holes) forming a channel when a transistor (switching element) is on moves to the source or drain of the transistor when the transistor is turned off. That is, an offset variation occurs in the voltage of the signal line after turning off. Further, even when the transistor is turned on, the charge on the signal line is charged to form a channel, so that the voltage of the signal line has an offset variation with a polarity opposite to that when the transistor is turned off.

また、クロックフィードスルーは、ゲート電位がオン(オフ)からオフ(オン)に変化することに伴って、ゲート−ドレイン間又はゲート−ソース間の寄生容量に起因した静電効果により電位に影響を及ぼす現象である。よって、これらのスイッチングノイズは、トランジスタがオンするときには電圧上昇の方向に、トランジスタがオフするときには電圧減少の方向に発生する(オフセット変動)。   In addition, the clock feedthrough affects the potential due to an electrostatic effect caused by a parasitic capacitance between the gate and the drain or between the gate and the source as the gate potential changes from on (off) to off (on). The effect is Therefore, these switching noises occur in the direction of voltage rise when the transistor is turned on, and in the direction of voltage decrease when the transistor is turned off (offset fluctuation).

これらのノイズを考慮して、各タイミングにおける信号線Vsig1の挙動を説明する。図5は、比較例としての信号線Vsig1の挙動を示すタイミングチャートである。まず、t5では、第5トランジスタ127がオンすることによって電圧が上昇する方向にスイッチングノイズが発生する。しかし、第5トランジスタ127がオンすると、信号線Vsig1の電位は、V0に接続されているので、V0に収束していく。   Considering these noises, the behavior of the signal line Vsig1 at each timing will be described. FIG. 5 is a timing chart showing the behavior of the signal line Vsig1 as a comparative example. First, at time t5, the switching noise is generated in the direction in which the voltage is increased by turning on the fifth transistor 127. However, when the fifth transistor 127 is turned on, the potential of the signal line Vsig1 converges to V0 because it is connected to V0.

t6では、第5トランジスタ127がオフするのと同時に第2トランジスタ124及び第4トランジスタ126がオンするため、電圧が上がる方向のオフセット変動の方が大きく、リセット電圧読み出し開始時にはΔVrだけ初期電圧のずれが発生する。   At t6, since the second transistor 124 and the fourth transistor 126 are turned on at the same time as the fifth transistor 127 is turned off, the offset fluctuation in the direction of increasing voltage is larger, and the initial voltage shift by ΔVr at the start of reset voltage reading. Occurs.

リセット電圧読み出し後、t7では、t5同様に第5トランジスタ127がオンすることによって電圧が上昇する方向にスイッチングノイズが発生する。しかし、第5トランジスタ127がオンしているため、信号線Vsig1の電位はV0に収束していく。   After reading the reset voltage, at t7, as in t5, the fifth transistor 127 is turned on, so that switching noise occurs in the direction in which the voltage increases. However, since the fifth transistor 127 is on, the potential of the signal line Vsig1 converges to V0.

t7aでは、第2トランジスタ124、第5トランジスタ127が同時にオフするため、2つ分のスイッチングノイズが発生し、電圧が下がる方向にオフセット変動が発生する。t7aでは、第5トランジスタ127がオフのため、V0には収束せずオフセット変動は維持される。   At t7a, the second transistor 124 and the fifth transistor 127 are turned off at the same time, so that two switching noises occur, and an offset fluctuation occurs in a direction in which the voltage decreases. At t7a, since the fifth transistor 127 is off, it does not converge to V0 and the offset fluctuation is maintained.

t8では、信号線Vsig1は、第3トランジスタ125がオンすることによって電圧が上がる方向にオフセット変動が発生するが、1つ分のスイッチングノイズのため、V0には戻りきらず、ΔVsとしてΔVrとは異なる初期電圧のずれが発生する。よって、図5に示した例では、リセット電圧と信号電圧の読み出しにおいて、転送開始時の初期電圧が異なるため、後段で処理部129がCDSを実施しても|Vr−Vs|が得られず、|(Vr+ΔVr)−(Vs−ΔVs)|が出力されるため、ΔVr+ΔVsが誤差として残ってしまう。   At t8, when the third transistor 125 is turned on, the signal line Vsig1 causes an offset fluctuation in a direction in which the voltage increases, but cannot return to V0 due to one switching noise, and ΔVs is different from ΔVr as ΔVs. An initial voltage shift occurs. Therefore, in the example shown in FIG. 5, since the initial voltage at the start of the transfer is different in reading the reset voltage and the signal voltage, | Vr−Vs | cannot be obtained even if the processing unit 129 performs the CDS in the subsequent stage. , | (Vr + ΔVr) − (Vs−ΔVs) |, ΔVr + ΔVs remains as an error.

光電変換素子10は、リセット電圧の読み出し時には、第2トランジスタ124がオンとなり、第5トランジスタ127がオフとなることにより、オフセット変動はキャンセルされる。図5に示した例においては、光電変換素子10は、信号電圧の読み出し時には、t7aに示したように、オフセット変動が発生し、初期電圧のずれが発生する。   When reading the reset voltage, the photoelectric conversion element 10 turns off the second transistor 124 and turns off the fifth transistor 127, thereby canceling the offset fluctuation. In the example shown in FIG. 5, when the signal voltage is read from the photoelectric conversion element 10, the offset fluctuation occurs as shown at t7a, and the initial voltage shift occurs.

また、図5に示した例においては、光電変換素子10は、t6〜t9aの処理を色毎に順次に実行するため、例えばR→G→Bの順で読み出しを行う場合、RとGとでリセット電圧読み出し前の初期電圧が異なってしまう(図5のt5とt9a)。この場合、RGB均一な光を光電変換しても、RGB出力に偏りが出てしまい、色再現性が悪化してしまう。   In addition, in the example shown in FIG. 5, the photoelectric conversion element 10 sequentially executes the processing from t6 to t9a for each color. Therefore, for example, when reading is performed in the order of R → G → B, R and G Thus, the initial voltage before reset voltage reading is different (t5 and t9a in FIG. 5). In this case, even if the RGB uniform light is photoelectrically converted, the RGB output is biased and the color reproducibility is deteriorated.

次に、光電変換素子10の動作の実施例について説明する。図6は、実施形態にかかる光電変換素子10の動作の第1実施例における信号線Vsig1の挙動を示すタイミングチャートである。光電変換素子10は、スイッチングノイズによるオフセット変動をリセット電圧読み出し時と信号電圧読み出し時とで揃えるために、第5トランジスタ127のオフタイミングを図6のように第2トランジスタ124(第3トランジスタ125)のオフタイミングよりも後にずらす(t7a、t9a)。   Next, an example of the operation of the photoelectric conversion element 10 will be described. FIG. 6 is a timing chart illustrating the behavior of the signal line Vsig1 in the first example of the operation of the photoelectric conversion element 10 according to the embodiment. The photoelectric conversion element 10 sets the off timing of the fifth transistor 127 to the second transistor 124 (third transistor 125) as shown in FIG. 6 in order to make the offset fluctuation due to the switching noise uniform between the time of reading the reset voltage and the time of reading the signal voltage. (T7a, t9a).

タイミング制御部14がずらす時間は、スイッチングノイズ発生からV0に収束するまでに必要な時間が確保できていればよい。また、タイミング制御部14は、第4トランジスタ126のオンタイミングを第5トランジスタ127のオンタイミングと同じにする(t5)。まず、t5では、第5トランジスタ127、第4トランジスタ126がオンすることにより、電圧が上昇する方向に2つ分のスイッチングノイズが発生する。しかし、第5トランジスタ127がオンしているため、信号線Vsig1の電位は、V0に収束していく。   The time to be shifted by the timing control unit 14 may be any time required to secure the time required from the occurrence of the switching noise to the convergence to V0. Further, the timing control unit 14 sets the on-timing of the fourth transistor 126 to be the same as the on-timing of the fifth transistor 127 (t5). First, at t5, when the fifth transistor 127 and the fourth transistor 126 are turned on, two switching noises are generated in the direction in which the voltage increases. However, since the fifth transistor 127 is on, the potential of the signal line Vsig1 converges to V0.

t6では、第5トランジスタ127がオフすると同時に第2トランジスタ124のみがオンするため、オフした第5トランジスタ127から放出された電荷が、オンした第2トランジスタ124にチャネルチャージとして充電されるため、オフセット変動がキャンセルされ、リセット電圧読み出し開始時には初期電圧のずれがなく、V0として開始される。リセット電圧読み出し後、t7では、図5と同様に第5トランジスタ127がオンすることによって電圧が上昇する方向にスイッチングノイズが発生する。しかし、第5トランジスタ127がオンしているため、信号線Vsig1の電位はV0に収束していく。   At t6, since only the second transistor 124 is turned on at the same time as the fifth transistor 127 is turned off, the charge released from the turned off fifth transistor 127 is charged to the turned on second transistor 124 as a channel charge. The fluctuation is canceled, and there is no shift in the initial voltage at the start of the reset voltage reading, and the operation is started as V0. After reading the reset voltage, at t7, the switching noise is generated in the direction in which the voltage increases by turning on the fifth transistor 127 as in FIG. However, since the fifth transistor 127 is on, the potential of the signal line Vsig1 converges to V0.

t7aでは、第2トランジスタ124がオフするが、第5トランジスタ127がオンであるため、信号線Vsig1の電位はV0に収束していく。そして、t8では、第5トランジスタ127がオフすると同時に第3トランジスタ125のみがオンするため、オフした第5トランジスタ127から放出された電荷が、オンした第3トランジスタ125にチャネルチャージとして充電されるため、オフセット変動がキャンセルされ、信号電圧読み出し開始時も初期電圧のずれがなく、V0として開始される。   At t7a, the second transistor 124 is turned off, but since the fifth transistor 127 is on, the potential of the signal line Vsig1 converges to V0. At t8, only the third transistor 125 is turned on at the same time as the fifth transistor 127 is turned off, so that the charge released from the turned off fifth transistor 127 is charged as channel charge to the turned on third transistor 125. , The offset fluctuation is canceled, and even when the signal voltage reading is started, there is no deviation of the initial voltage, and the signal voltage is started as V0.

よって、図6に示した例では、リセット電圧と信号電圧の読み出しにおいて、転送開始時の初期電圧がいずれも初期化電圧V0であるため、後段で処理部129がCDSを実施すれば、|Vr−Vs|を得ることができる。このように、光電変換素子10の動作の第1実施例では、スイッチングノイズの影響を除去でき、良好な信号出力を得ることができる。   Therefore, in the example shown in FIG. 6, in the reading of the reset voltage and the signal voltage, both of the initial voltages at the start of the transfer are the initialization voltage V0. Therefore, if the processing unit 129 performs the CDS in the subsequent stage, | Vr −Vs | can be obtained. As described above, in the first embodiment of the operation of the photoelectric conversion element 10, the influence of the switching noise can be removed, and a good signal output can be obtained.

図7は、実施形態にかかる光電変換素子10の各画素部120が受光する色毎に動作する場合の信号線Vsig1の挙動を示すタイミングチャートである。光電変換素子10は、上述したように複数の画素部120が受光する光の色毎に信号の読出しを行う。ここで、各色毎の読み出し回路のスイッチトランジスタをそれぞれ、SW_*、SwR_*、SwS_*(*:R,G,B)として区別する。また、蓄積容量をCwR_*、CwS_*(*:R,G,B)として区別する。   FIG. 7 is a timing chart illustrating the behavior of the signal line Vsig1 when each pixel unit 120 of the photoelectric conversion element 10 according to the embodiment operates for each color received. As described above, the photoelectric conversion element 10 reads out a signal for each color of light received by the plurality of pixel units 120. Here, the switch transistors of the readout circuit for each color are distinguished as SW_ *, SwR_ *, and SwS_ * (*: R, G, B), respectively. Further, the storage capacities are distinguished as CwR_ * and CwS_ * (*: R, G, B).

光電変換素子10は、R→G→Bの順番で読み出しを行う場合、RのCwR_RとCwS_Rからそれぞれリセット電圧及び信号電圧を読み出し、初期化した後(t9)、第5トランジスタ127がオンのまま、SW_Rをオフし、Rの読み出しを終了する。次に、光電変換素子10は、t10において、SW_Gをオンにし、Gの読み出しを開始する。よって、t10〜t14(t15〜t19)には、t6〜t9と同じ動作となり、色間で誤差が生じず、スイッチングノイズの影響を除去した良好な信号出力を得ることができる。   When reading is performed in the order of R → G → B, the photoelectric conversion element 10 reads a reset voltage and a signal voltage from CwR_R and CwS_R of R, respectively, and after initialization (t9), the fifth transistor 127 remains on. , SW_R are turned off, and the reading of R ends. Next, at time t10, the photoelectric conversion element 10 turns on SW_G and starts reading G. Therefore, at t10 to t14 (t15 to t19), the operation is the same as that at t6 to t9, no error occurs between colors, and a good signal output excluding the influence of switching noise can be obtained.

図8は、比較例としての第5トランジスタ127が遅延した場合における信号線Vsig1の挙動を示すタイミングチャートである。光電変換素子10は、回路の構成上、タイミング制御部14から変換処理部12までには回路遅延が発生し、回路遅延がばらつくことにより、各トランジスタのオン/オフタイミングがずれることがある。図8においては、第5トランジスタ127のオフタイミングがばらつき、第2トランジスタ124と第3トランジスタ125のオンタイミングからそれぞれ異なった時間で遅れた場合が示されている。   FIG. 8 is a timing chart showing the behavior of the signal line Vsig1 when the fifth transistor 127 as a comparative example is delayed. Due to the circuit configuration of the photoelectric conversion element 10, a circuit delay occurs from the timing control unit 14 to the conversion processing unit 12, and the on / off timing of each transistor may be shifted due to the variation in the circuit delay. FIG. 8 illustrates a case where the off-timing of the fifth transistor 127 varies and is delayed by different times from the on-timings of the second transistor 124 and the third transistor 125, respectively.

第2トランジスタ124(第3トランジスタ125)のオン時には、信号線Vsig1は、初期化電位V0に接続されているため、一度スイッチングノイズによるオフセット変動が発生しても初期化電位V0に収束しようとする。その後、第5トランジスタ127がオフするため、電圧を下げる方向にスイッチングノイズが発生する。この場合、第2トランジスタ124(第3トランジスタ125)のオン時のオフセット変動はV0に収束しようとした分、絶対値としては第5トランジスタ127のオフ時のオフセット変動より小さい。   When the second transistor 124 (third transistor 125) is turned on, the signal line Vsig1 is connected to the initialization potential V0, and thus tends to converge on the initialization potential V0 even if an offset variation occurs once due to switching noise. . After that, since the fifth transistor 127 is turned off, switching noise is generated in the direction of decreasing the voltage. In this case, the offset fluctuation when the second transistor 124 (the third transistor 125) is turned on converges to V0 and is smaller in absolute value than the offset fluctuation when the fifth transistor 127 is turned off.

よって、リセット電圧と信号電圧の読み出しにおいて、各々のスイッチトランジスタのスイッチングノイズによるオフセット変動はキャンセルされず、リセット電圧読み出し時と信号電圧読み出し時とで第5トランジスタ127のオフタイミングのずれ(t5a、t7b)が異なると、第2トランジスタ124(第3トランジスタ125)がオンであり、第5トランジスタ127がオンの期間の収束しようとして変動した電圧にも差が生じてしまう。結果として、ΔVrとΔVsとに差異が生じてしまい、CDS出力が|(Vr−ΔVr)−(Vs−ΔVs)|となり、ΔVs−ΔVrがオフセット誤差として残ってしまう。   Therefore, in the reading of the reset voltage and the signal voltage, the offset fluctuation due to the switching noise of each switch transistor is not canceled, and the off-timing of the fifth transistor 127 between the reset voltage reading and the signal voltage reading (t5a, t7b). ), The second transistor 124 (the third transistor 125) is on, and the voltage that fluctuates while trying to converge during the period in which the fifth transistor 127 is on also causes a difference. As a result, a difference occurs between ΔVr and ΔVs, the CDS output becomes | (Vr−ΔVr) − (Vs−ΔVs) |, and ΔVs−ΔVr remains as an offset error.

図9は、実施形態にかかる光電変換素子10の動作の第2実施例における信号線Vsig1の挙動を示すタイミングチャートである。図9に示すように、光電変換素子10は、動作の第2実施例では、第2トランジスタ124(第3トランジスタ125)のオンタイミングに対して、第5トランジスタ127のオフタイミングがばらついても後にならないように、第5トランジスタ127がオフとなった後に、第2トランジスタ124(第3トランジスタ125)がオンとなるように、t5a、t7bの間隔が設けられている。   FIG. 9 is a timing chart illustrating the behavior of the signal line Vsig1 in the second example of the operation of the photoelectric conversion element 10 according to the embodiment. As shown in FIG. 9, in the second embodiment of the operation, the photoelectric conversion element 10 performs the operation even after the off-timing of the fifth transistor 127 is different from the on-timing of the second transistor 124 (the third transistor 125). To prevent this, the interval between t5a and t7b is provided so that the second transistor 124 (the third transistor 125) is turned on after the fifth transistor 127 is turned off.

第5トランジスタ127がオフとなるタイミングが、第2トランジスタ124(第3トランジスタ125)がオンとなるタイミングよりも先になる場合、第5トランジスタ127のオフによるオフセット変動が発生した後、第2トランジスタ124(第3トランジスタ125)のオンによるオフセット変動が発生する。よって、図8に示したような回路遅延が生じても、初期電圧がV0となり、リセット電圧と信号電圧との初期状態が揃えられる。   When the timing at which the fifth transistor 127 is turned off is earlier than the timing at which the second transistor 124 (the third transistor 125) is turned on, after the offset variation due to the turning off of the fifth transistor 127 occurs, the second transistor 127 is turned off. An offset fluctuation occurs due to the turning on of 124 (third transistor 125). Therefore, even if a circuit delay as shown in FIG. 8 occurs, the initial voltage becomes V0, and the initial states of the reset voltage and the signal voltage are aligned.

図10は、光電変換素子10の他の構成例における動作例を示すタイミングチャートである。一般に、クロックフィードスルー等のスイッチングノイズVnoize(誤差電圧)は、下式1のようにトランジスタサイズやゲート電圧に依存する。   FIG. 10 is a timing chart illustrating an operation example of another configuration example of the photoelectric conversion element 10. Generally, switching noise Vnoise (error voltage) such as clock feedthrough depends on the transistor size and the gate voltage as in the following equation 1.

Figure 0006662137
Figure 0006662137

ここで、△Vgはゲート電圧の変化を示し、Covトランジスタのゲート・ソース間(又はゲート・ドレイン間)の寄生容量を示し、Wはトランジスタのゲート幅を示し、Csig1は信号線Vsig1の配線容量を示している。   Here, ΔVg indicates a change in the gate voltage, indicates a parasitic capacitance between the gate and the source (or between the gate and the drain) of the Cov transistor, W indicates a gate width of the transistor, and Csig1 indicates a wiring capacitance of the signal line Vsig1. Is shown.

よって、光電変換素子10は、t8において最終的にΔVsがΔVrと同じ大きさになるように第3トランジスタ125のトランジスタサイズ(ゲート幅)やゲート電圧が設定されることにより、後段の処理部129がCDSによって精度よく誤差電圧を除去することができる。すなわち、第3トランジスタ125(又は第2トランジスタ124)は、第2トランジスタ124(又は第3トランジスタ125)が動作して発生させる誤差電圧を相殺させる大きさの誤差電圧を発生させるようにトランジスタサイズが設定されている。   Therefore, the photoelectric conversion element 10 sets the transistor size (gate width) and the gate voltage of the third transistor 125 so that ΔVs finally becomes the same value as ΔVr at t8, so that the subsequent processing unit 129 is set. However, the error voltage can be accurately removed by the CDS. That is, the transistor size of the third transistor 125 (or the second transistor 124) is set to generate an error voltage large enough to offset the error voltage generated by the operation of the second transistor 124 (or the third transistor 125). Is set.

具体的には、3倍のスイッチングノイズとなる第3トランジスタ125のゲート幅Wsは、下式2によって示される。   Specifically, the gate width Ws of the third transistor 125 that causes the switching noise to be tripled is expressed by the following equation (2).

Figure 0006662137
Figure 0006662137

なお、T9aでは逆にオフ時のスイッチングノイズによるオフセット変動が膨大になるが、次の第5トランジスタ127のオンによってV0に収束していくため、問題とならない。   In T9a, on the contrary, the offset fluctuation due to the switching noise at the time of OFF becomes enormous, but since it converges to V0 by the next ON of the fifth transistor 127, there is no problem.

同様に、トランジスタサイズが同じであっても、第3トランジスタ125のみのゲート電圧が3倍に設定されることにより、スイッチングノイズが3倍になる。この場合にも、ΔVs=ΔVrとなり、後段の処理部129がCDSによって精度よく誤差電圧を除去することができる。例えば、第3トランジスタ125(又は第2トランジスタ124)は、第2トランジスタ124(又は第3トランジスタ125)が動作して発生させる誤差電圧を相殺させる大きさの誤差電圧を発生させるようにゲート電圧が設定される。   Similarly, even if the transistor size is the same, the switching noise is tripled by setting the gate voltage of only the third transistor 125 to triple. Also in this case, ΔVs = ΔVr, and the processing unit 129 at the subsequent stage can accurately remove the error voltage by the CDS. For example, the third transistor 125 (or the second transistor 124) has a gate voltage that generates an error voltage that is large enough to offset the error voltage generated by the operation of the second transistor 124 (or the third transistor 125). Is set.

具体的には、3倍のスイッチングノイズとなる第3トランジスタ125のゲート電圧ΔVgsは、下式3によって示される。   Specifically, the gate voltage ΔVgs of the third transistor 125, which becomes the triple switching noise, is expressed by the following equation (3).

Figure 0006662137
Figure 0006662137

なお、T9aでは逆にオフ時のスイッチングノイズによるオフセット変動が増加になるが、次の第5トランジスタ127のオンによってV0に収束していくため、問題とならない。また、受光する光の色が異なる画素部120は、色の読み出し順番等に応じて第3トランジスタ125(又は第2トランジスタ124)のトランジスタサイズやゲート電圧が設定されることにより、色間のオフセット変動の差が除去される。   At T9a, on the contrary, the offset fluctuation due to the switching noise at the time of OFF increases, but it does not pose a problem because it converges to V0 by the next ON of the fifth transistor 127. Further, in the pixel portion 120 having different colors of light to be received, the offset between colors is set by setting the transistor size and the gate voltage of the third transistor 125 (or the second transistor 124) according to the order of reading colors and the like. Variation differences are removed.

図11は、比較例としての処理部129が高負荷である場合の光電変換素子10の動作例を示すタイミングチャートである。ここでは、高負荷である処理部129への入力CDSINの応答性が示されている。処理部129が高負荷である場合、入力CDSINは、信号線Vsig1に比べて応答が遅くなる。   FIG. 11 is a timing chart showing an operation example of the photoelectric conversion element 10 when the processing unit 129 as a comparative example has a high load. Here, the responsiveness of the input CDSIN to the processing unit 129 having a high load is shown. When the processing unit 129 has a high load, the response of the input CDSIN is slower than that of the signal line Vsig1.

まず、t5では、第5トランジスタ127及び第4トランジスタ126がオンすることにより、電圧が上昇する方向に2つ分のスイッチングノイズが発生する。ここで、第5トランジスタ127がオンしているため、信号線Vsig1の電位はV0に収束していく。しかし、入力CDSINの電圧は、応答が遅く、処理部129の基準電圧V0に完全には収束していない。   First, at t5, when the fifth transistor 127 and the fourth transistor 126 are turned on, two switching noises are generated in the direction in which the voltage increases. Here, since the fifth transistor 127 is on, the potential of the signal line Vsig1 converges to V0. However, the voltage of the input CDSIN has a slow response and does not completely converge on the reference voltage V0 of the processing unit 129.

t5aでは、第5トランジスタ127がオフし、電圧が下がる方向のスイッチングノイズが発生するが、これも入力CDSINではその変化が遅い。このとき、図11内に点線で丸く囲んで示したように、オフセット変動後、SF2のゲート信号となる信号線Vsig1は、ハイインピーダンス状態であるため、SF2の寄生容量を介して、入力CDSINとの電位差を吸収するように電位が一度上昇してしまう。CDSINも、信号線Vsig1の上昇に遅れて追従するため、電位が上昇する。   At t5a, the fifth transistor 127 is turned off, and switching noise in a direction in which the voltage decreases is generated, but the change is also slow at the input CDSIN. At this time, since the signal line Vsig1 serving as the gate signal of SF2 after the offset variation is in a high impedance state as shown by the circled dotted line in FIG. 11, the input CDSIN is connected to the input CDSIN via the parasitic capacitance of SF2. The potential once rises to absorb the potential difference. CDSIN also follows the rise of the signal line Vsig1 with a delay, so that the potential increases.

t6では、第2トランジスタ124のスイッチングノイズによるオフセット変動もあり、信号線Vsig1ではΔVr、CDSINではΔVrcの初期電圧のずれとなる。   At t6, there is also an offset fluctuation due to the switching noise of the second transistor 124, and the initial voltage shifts by ΔVr for the signal line Vsig1 and ΔVrc for the CDSIN.

リセット電圧読み出し後、t7では、t5同様に第5トランジスタ127がオンすることによって電圧が上昇する方向にスイッチングノイズが発生する。ここで、第5トランジスタ127がオンしているため、信号線Vsig1の電位はV0に収束していく。しかし、入力CDSINの電圧は、応答が遅く、処理部129の基準電圧V0に完全には収束していない。   After reading the reset voltage, at t7, as in t5, the fifth transistor 127 is turned on, so that switching noise occurs in the direction in which the voltage increases. Here, since the fifth transistor 127 is on, the potential of the signal line Vsig1 converges to V0. However, the voltage of the input CDSIN has a slow response and does not completely converge on the reference voltage V0 of the processing unit 129.

t7aでは、第2トランジスタ124がオフするが、第5トランジスタ127がオンのため、信号線Vsig1の電位はV0に収束していく。しかし、入力CDSINの電圧は応答が遅く、処理部129の基準電圧V0に完全には収束していない。   At t7a, the second transistor 124 turns off, but since the fifth transistor 127 turns on, the potential of the signal line Vsig1 converges to V0. However, the voltage of the input CDSIN has a slow response and does not completely converge on the reference voltage V0 of the processing unit 129.

t7bでは、第5トランジスタ127がオフし、電圧が下がる方向のスイッチングノイズが発生するが、これも入力CDSINではその変化が遅い。また、点線で丸く囲んで示したように、このオフセット変動後、t5aと同様の原理で信号線Vsig1の電位が一度上昇する。CDSINも、信号線Vsig1の上昇に遅れて追従するため、電位が上昇する。   At t7b, the fifth transistor 127 is turned off, and switching noise in the direction in which the voltage decreases is generated, but the change is slow at the input CDSIN. Further, as indicated by the dotted line in a circle, after this offset fluctuation, the potential of the signal line Vsig1 once rises according to the same principle as t5a. CDSIN also follows the rise of the signal line Vsig1 with a delay, so that the potential increases.

ただし、t7bの開始電圧は、t7がリセット電圧からの収束であるため、t5aに比べて電位差が大きい。よって、その電位差を吸収するために、t5aよりも上昇電圧が高い。そして、t8では、第3トランジスタ125がオンするため、第3トランジスタ125のスイッチングノイズによるオフセット変動もあり、信号線Vsig1ではΔVs、入力CDSINではΔVscの初期電圧のずれとなる。   However, the start voltage at t7b has a larger potential difference than t5a because t7 is a convergence from the reset voltage. Therefore, in order to absorb the potential difference, the rising voltage is higher than t5a. At t8, since the third transistor 125 is turned on, there is also an offset variation due to switching noise of the third transistor 125, and the initial voltage shifts by ΔVs on the signal line Vsig1 and ΔVsc on the input CDSIN.

よって、上述した電圧の変化により、ΔVr≠ΔVs、ΔVrc≠ΔVscとなり、処理部129がCDSを実行しても除去できない誤差電圧ΔVsc−ΔVrcが生じてしまう。なお、入力CDSINでも電圧変動が収束するように各セトリング時間を長くされてもよいが、動作速度に支障が出てしまう。特に、カラーリニアセンサでは、1ラインの読取を行う間に、さらに色毎の信号を順番に読み出していくため、その影響は色のチャンネル数分大きくなる。   Therefore, due to the above-described voltage change, ΔVr ≠ ΔVs, ΔVrc ≠ ΔVsc, and an error voltage ΔVsc−ΔVrc that cannot be removed even when the processing unit 129 executes the CDS occurs. Note that each settling time may be lengthened so that the voltage fluctuation converges even at the input CDSIN, but the operation speed is hindered. In particular, in the case of a color linear sensor, signals for each color are sequentially read while reading one line, and the effect is increased by the number of color channels.

図12は、変換処理部12内に一列に配列された複数の画素部120及びその周辺の変形例を示す図である。図12に示した変形例においては、図2に示した構成に対し、増幅トランジスタ128と処理部129との間に第6トランジスタ(接続トランジスタPXO)130が追加されている。   FIG. 12 is a diagram illustrating a modification example of a plurality of pixel units 120 arranged in a line in the conversion processing unit 12 and the periphery thereof. In the modification shown in FIG. 12, a sixth transistor (connection transistor PXO) 130 is added between the amplifying transistor 128 and the processing unit 129 in the configuration shown in FIG.

タイミング制御部14は、第6トランジスタ130のオン/オフタイミングを制御することにより、不要な信号線Vsig1の変化を処理部129に伝えないようにする。つまり、図12に示した変形例では、処理部129が高負荷であっても、図11に示した影響を防止することができる。   The timing control unit 14 controls the on / off timing of the sixth transistor 130 so as to prevent unnecessary change of the signal line Vsig1 from being transmitted to the processing unit 129. That is, in the modification shown in FIG. 12, even if the processing unit 129 has a high load, the influence shown in FIG. 11 can be prevented.

図13は、図12に示した変形例を備えた光電変換素子10の動作を例示するタイミングチャートである。まず、タイミング制御部14は、t5において第6トランジスタ130をオフにし、増幅トランジスタ128と処理部129との接続を切断する。処理部129は、第6トランジスタ130がオフにされて無入力となる場合には、基準電圧のV0に接続されることによって入力がV0に収束する。   FIG. 13 is a timing chart illustrating the operation of the photoelectric conversion element 10 having the modification shown in FIG. First, the timing control unit 14 turns off the sixth transistor 130 at t5, and disconnects the connection between the amplification transistor 128 and the processing unit 129. When the sixth transistor 130 is turned off and there is no input, the processing unit 129 is connected to the reference voltage V0 so that the input converges to V0.

なお、t5〜t5aまでの信号線Vsig1の変化は、第6トランジスタ130がオフであるため、入力CDSINには伝わらない。よって、信号線Vsig1と入力CDSINの電位差吸収による急な電圧変動もなく、t6では初期電圧ΔVr、ΔVrcでリセット電圧の読み出しを開始できる。   Note that the change of the signal line Vsig1 from t5 to t5a is not transmitted to the input CDSIN because the sixth transistor 130 is off. Therefore, there is no sudden voltage fluctuation due to the potential difference absorption between the signal line Vsig1 and the input CDSIN, and the reading of the reset voltage can be started at the initial voltages ΔVr and ΔVrc at t6.

リセット電圧読み出し後のt7〜t7bも、t5〜t5aと同様に、信号線Vsig1の変化はPXO:オフのため、CDSINには伝わらず、V0cに収束する。t8では初期電圧ΔVs、ΔVscで信号電圧読み出しが開始される。つまり、リセット電圧読み出し時と信号電圧読み出し時とで、信号線Vsig1及び入力CDSINがともに同じ初期電圧であるため、処理部129がCDSを実行した後の出力は|Vr−Vs|となる。   At times t7 to t7b after reading the reset voltage, the change of the signal line Vsig1 converges to V0c without transmitting to the CDSIN because the change of the signal line Vsig1 is PXO: OFF, similarly to the times t5 to t5a. At t8, signal voltage reading is started with the initial voltages ΔVs and ΔVsc. That is, both the signal line Vsig1 and the input CDSIN have the same initial voltage when reading the reset voltage and when reading the signal voltage, so that the output after the processing unit 129 executes the CDS is | Vr-Vs |.

このように、光電変換素子10は、第6トランジスタ130が設けられることにより、処理部129が高負荷であっても、誤差のない出力を得ることができる。   As described above, the provision of the sixth transistor 130 enables the photoelectric conversion element 10 to obtain an error-free output even when the processing unit 129 has a high load.

次に、実施形態にかかる画像読取装置を備えた画像形成装置について説明する。図14は、光電変換素子10を有する画像読取装置60を備えた画像形成装置50の概要を示す図である。画像形成装置50は、画像読取装置60と画像形成部70とを有する例えば複写機やMFP(Multifunction Peripheral)などである。   Next, an image forming apparatus including the image reading device according to the embodiment will be described. FIG. 14 is a diagram schematically illustrating an image forming apparatus 50 including an image reading device 60 having the photoelectric conversion element 10. The image forming apparatus 50 is, for example, a copying machine or an MFP (Multifunction Peripheral) having the image reading device 60 and the image forming unit 70.

画像読取装置60は、例えば光電変換素子10、LEDドライバ(LED_DRV)600及びLED602を有する。LEDドライバ600は、タイミング制御部(TG)14が出力するライン同期信号などに同期して、LED602を駆動する。LED602は、原稿に対して光を照射する。光電変換素子10は、ライン同期信号などに同期して、原稿からの反射光を受光して複数のPDが電荷を発生させて蓄積を開始する。そして、光電変換素子10は、パラレルシリアル変換等を行った後に、画像データを画像形成部70に対して出力する。   The image reading device 60 includes, for example, the photoelectric conversion element 10, an LED driver (LED_DRV) 600, and an LED 602. The LED driver 600 drives the LED 602 in synchronization with a line synchronization signal or the like output from the timing control unit (TG) 14. The LED 602 irradiates the document with light. The photoelectric conversion element 10 receives reflected light from the document in synchronization with a line synchronization signal or the like, and a plurality of PDs generate electric charges to start accumulation. Then, the photoelectric conversion element 10 outputs image data to the image forming unit 70 after performing parallel-serial conversion or the like.

画像形成部70は、装置処理部80とプリンタエンジン82とを有し、装置処理部80とプリンタエンジン82とがインターフェイス(I/F)84を介して接続されている。   The image forming unit 70 has a device processing unit 80 and a printer engine 82, and the device processing unit 80 and the printer engine 82 are connected via an interface (I / F) 84.

装置処理部80は、LVDS800、画像処理部802及びCPU804を有する。CPU804は、光電変換素子10などの画像形成装置50を構成する各部を制御する。また、CPU804(又はタイミング制御部14)は、各PDが受光量に応じて電荷を発生させることを略同時に開始するよう制御する。   The device processing unit 80 includes an LVDS 800, an image processing unit 802, and a CPU 804. The CPU 804 controls each unit configuring the image forming apparatus 50 such as the photoelectric conversion element 10. Further, the CPU 804 (or the timing control unit 14) controls each PD to start generating electric charges in accordance with the amount of received light substantially simultaneously.

光電変換素子10は、LVDS800に対して例えば画像読取装置60が読取った画像の画像データ、ライン同期信号及び伝送クロックなどを出力する。LVDS800は、受入れた画像データ、ライン同期信号及び伝送クロックなどをパラレル10ビットデータに変換する。画像処理部802は、変換された10ビットデータを用いて画像処理を行い、画像データなどをプリンタエンジン82に対して出力する。プリンタエンジン82は、受入れた画像データを用いて印刷を行う。   The photoelectric conversion element 10 outputs to the LVDS 800, for example, image data of an image read by the image reading device 60, a line synchronization signal, a transmission clock, and the like. The LVDS 800 converts received image data, a line synchronization signal, a transmission clock, and the like into parallel 10-bit data. The image processing unit 802 performs image processing using the converted 10-bit data, and outputs image data and the like to the printer engine 82. The printer engine 82 performs printing using the received image data.

10 光電変換素子
12 変換処理部
14 タイミング制御部(制御部)
16 パラレルシリアル変換部
50 画像形成装置
60 画像読取装置
70 画像形成部
120 画素部
121 第1トランジスタ
122 第1容量
123 第2容量
124 第2トランジスタ
125 第3トランジスタ
126 第4トランジスタ
127 第5トランジスタ
128 増幅トランジスタ
129 処理部
130 第6トランジスタ
Reference Signs List 10 photoelectric conversion element 12 conversion processing unit 14 timing control unit (control unit)
16 Parallel-serial conversion unit 50 Image forming device 60 Image reading device 70 Image forming unit 120 Pixel unit 121 First transistor 122 First capacitor 123 Second capacitor 124 Second transistor 125 Third transistor 126 Fourth transistor 127 Fifth transistor 128 Amplification Transistor 129 Processing unit 130 Sixth transistor

特許第4846076号公報Japanese Patent No. 4846076

Claims (11)

受光量に応じて光電変換を行う複数の画素部と、
前記画素部のリセットレベルを示すリセット電圧を保持する複数の第1容量と、
前記画素部が光電変換して出力する信号レベルを示す信号電圧を保持する複数の第2容量と、
オンすることにより、前記画素部から前記第1容量へ信号線を介してリセット電圧を転送し、前記画素部から前記第2容量へ前記信号線を介して信号電圧を転送する複数の第1トランジスタと、
オンすることによって前記第1容量を前記信号線に接続させる複数の第2トランジスタと、
オンすることによって前記第2容量を前記信号線に接続させる複数の第3トランジスタと、
前記第1容量が保持しているリセット電圧、及び、前記第2容量が保持している信号電圧を、オンすることによって前記信号線を介して順次に後段へ転送する複数の第4トランジスタと、
オンすることによって前記信号線を介して転送される電位を初期化する複数の第5トランジスタと、
前記第4トランジスタが転送したリセット電圧と信号電圧との差分を算出する処理を行う複数の処理部と、
を有し、
前記処理部は、
前記第5トランジスタがオフとなるタイミングと前記第2トランジスタがオンとなるタイミングとの時間差である第1時間差に対し、前記第5トランジスタがオフとなるタイミングと前記第3トランジスタがオンとなるタイミングとの時間差である第2時間差が同じにされた後に、前記第1容量が保持したリセット電圧と前記第2容量が保持した信号電圧との差分を算出すること
を特徴とする光電変換素子。
A plurality of pixel units that perform photoelectric conversion according to the amount of received light,
A plurality of first capacitors for holding a reset voltage indicating a reset level of the pixel unit;
A plurality of second capacitors that hold a signal voltage indicating a signal level output by the pixel unit after photoelectric conversion;
A plurality of first transistors that transfer a reset voltage from the pixel unit to the first capacitor via a signal line and transfer a signal voltage from the pixel unit to the second capacitor via the signal line when turned on; When,
A plurality of second transistors that connect the first capacitor to the signal line when turned on;
A plurality of third transistors that connect the second capacitor to the signal line when turned on;
A plurality of fourth transistors that sequentially transfer a reset voltage held by the first capacitor and a signal voltage held by the second capacitor to a subsequent stage via the signal line by turning on;
A plurality of fifth transistors that, when turned on, initialize a potential transferred through the signal line;
A plurality of processing units for calculating a difference between the reset voltage and the signal voltage transferred by the fourth transistor;
Has,
The processing unit includes:
For a first time difference, which is a time difference between the timing at which the fifth transistor is turned off and the timing at which the second transistor is turned on, the timing at which the fifth transistor is turned off and the timing at which the third transistor is turned on of after the second time difference is the same as the time difference, the photoelectric conversion elements and calculates the difference between the signal voltage the reset voltage and the first capacitor is held second capacity is retained.
複数の前記画素部は、
受光する光の色毎に一方向に配列されており、
複数の前記第1トランジスタ、複数の前記第2トランジスタ、複数の前記第3トランジスタ、複数の前記第4トランジスタ、及び複数の前記第5トランジスタは、
複数の前記画素部が受光する光の色毎に同期して動作すること
を特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
The plurality of pixel units include:
It is arranged in one direction for each color of light received,
The plurality of first transistors, the plurality of second transistors, the plurality of third transistors, the plurality of fourth transistors, and the plurality of fifth transistors are:
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the plurality of pixel units operate in synchronization with each other for each color of light received.
複数の前記第1容量は、
異なる色の光をそれぞれ受光する複数の前記画素部のリセット電圧を順次に保持し、
複数の前記第2容量は、
異なる色の光をそれぞれ受光する複数の前記画素部の信号電圧を順次に保持し、
前記第5トランジスタは、
前記第2トランジスタがオフになるとき、及び前記第3トランジスタがオフになるときには、オンしていること
を特徴とする請求項2に記載の光電変換素子。
The plurality of first capacities are:
Sequentially holding reset voltages of the plurality of pixel units that respectively receive light of different colors,
The plurality of second capacities are:
Sequentially holding signal voltages of the plurality of pixel units that respectively receive light of different colors,
The fifth transistor includes:
The photoelectric conversion element according to claim 2, wherein the transistor is on when the second transistor is turned off and when the third transistor is turned off.
前記第1時間差及び前記第2時間差は、
それぞれ零であること
を特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光電変換素子。
The first time difference and the second time difference are
The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it respectively is zero.
前記第5トランジスタは、
前記第2トランジスタがオンとなる前にオフとなり、且つ、前記第3トランジスタがオンとなる前にオフとなること
を特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光電変換素子。
The fifth transistor includes:
4. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the transistor is turned off before the second transistor is turned on, and is turned off before the third transistor is turned on. 5.
前記第3トランジスタは、
前記第2トランジスタが動作して発生させる誤差電圧を相殺させる大きさの誤差電圧を発生させるようにトランジスタサイズが設定されていること
を特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光電変換素子。
The third transistor includes:
The transistor size is set so as to generate an error voltage large enough to cancel an error voltage generated by the operation of the second transistor. Photoelectric conversion element.
前記第3トランジスタは、
前記第2トランジスタが動作して発生させる誤差電圧を相殺させる大きさの誤差電圧を発生させるようにゲート電圧が設定されていること
を特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光電変換素子。
The third transistor includes:
The gate voltage is set so as to generate an error voltage having a magnitude that cancels out an error voltage generated by the operation of the second transistor. The method according to claim 1, wherein: Photoelectric conversion element.
オンすることによって前記信号線と前記処理部とをそれぞれ接続する複数の第6トランジスタをさらに有し、
複数の前記第6トランジスタは、
複数の前記第5トランジスタがオンする期間には、オフしていることによって前記信号線と前記処理部とをそれぞれ遮断していること
を特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光電変換素子。
A plurality of sixth transistors that respectively connect the signal line and the processing unit by being turned on,
The plurality of sixth transistors include:
8. The signal line and the processing unit are cut off by turning off the plurality of fifth transistors during a period in which the plurality of fifth transistors are turned on, 8. Photoelectric conversion element.
少なくとも複数の前記第1トランジスタ、複数の前記第2トランジスタ、複数の前記第3トランジスタ、複数の前記第4トランジスタ、及び複数の前記第5トランジスタがオン又はオフするタイミングを制御する制御部をさらに有すること
を特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光電変換素子。
There is further provided a control unit that controls a timing at which at least a plurality of the first transistors, a plurality of the second transistors, a plurality of the third transistors, a plurality of the fourth transistors, and a plurality of the fifth transistors are turned on or off. The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 8, wherein:
請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光電変換素子
を有することを特徴とする画像読取装置。
An image reading apparatus comprising the photoelectric conversion element according to claim 1.
請求項10に記載の画像読取装置と、
前記画像読取装置の出力に基づいて画像を形成する画像形成部と
を有することを特徴とする画像形成装置。
An image reading device according to claim 10,
An image forming unit that forms an image based on an output of the image reading device.
JP2016058235A 2016-03-23 2016-03-23 Photoelectric conversion element, image reading device, and image forming device Active JP6662137B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016058235A JP6662137B2 (en) 2016-03-23 2016-03-23 Photoelectric conversion element, image reading device, and image forming device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016058235A JP6662137B2 (en) 2016-03-23 2016-03-23 Photoelectric conversion element, image reading device, and image forming device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017175336A JP2017175336A (en) 2017-09-28
JP6662137B2 true JP6662137B2 (en) 2020-03-11

Family

ID=59973278

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016058235A Active JP6662137B2 (en) 2016-03-23 2016-03-23 Photoelectric conversion element, image reading device, and image forming device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6662137B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017175336A (en) 2017-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9596426B2 (en) Imaging device, imaging system, and method for driving imaging device
US7554591B2 (en) Photoelectric conversion apparatus and image sensing system using the same
US9318519B2 (en) Imaging apparatus and imaging system
JP6555890B2 (en) Imaging apparatus, imaging system, and driving method of imaging apparatus
US9438830B2 (en) Analog-to-digital converter and CMOS image sensor including the same
KR101452496B1 (en) Data transfer circuit, solid-state imaging device and camera system
JP2016201649A (en) Imaging apparatus, imaging system, and driving method for imaging apparatus
US20060061675A1 (en) Read-out circuit of image sensor
US10447957B2 (en) Unit pixel and operating method thereof and CMOS image sensor using the same
CN108124110B (en) Image sensor with a plurality of pixels
JP6238558B2 (en) Imaging device and imaging system.
EP3799422A1 (en) Image sensor and operation method thereof
US20150281610A1 (en) Solid-state imaging apparatus and imaging system
US9118858B2 (en) Image pickup apparatus, image pickup system and driving method of image pickup apparatus
CN109906605B (en) Imaging device and electronic apparatus
WO2016185839A1 (en) Solid-state image pickup device and solid-state image pickup device driving method
US9807329B2 (en) Imaging device and imaging system
JP2008072324A (en) Image sensor, module and electronic equipment
JP6662137B2 (en) Photoelectric conversion element, image reading device, and image forming device
JP6642176B2 (en) Photoelectric conversion element, image reading device, and image forming device
KR102476722B1 (en) Unit Pixel Apparatus and Operation Method Thereof, and CMOS Image Sensor Using That
JP6365040B2 (en) Imaging apparatus, image reading apparatus, and image forming apparatus
JP6432185B2 (en) Imaging apparatus, image reading apparatus, and image forming apparatus
JP2018019335A (en) Image pick-up device and imaging apparatus
US9906750B2 (en) Image pickup device driving method, image pickup device, and image pickup system using reset cancellation

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190122

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20191031

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191112

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191224

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: 20200114

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200127

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6662137

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151