KR20100009508A

KR20100009508A - 고체 촬상 소자 및 카메라 시스템

Info

Publication number: KR20100009508A
Application number: KR1020090065259A
Authority: KR
Inventors: 히로키 우이
Original assignee: 소니 주식회사
Priority date: 2008-07-18
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2010-01-27
Also published as: US11196955B2; EP2146498A2; EP2146498A3; JP2010028423A; EP2146498B1; US9621834B2; KR101596507B1; CN101702753A; CN101702753B; US20100013969A1; US20130313411A1; US8525906B2; US20170150082A1; TWI412272B; JP4661912B2; US10498994B2; US20200059622A1; TW201008265A

Abstract

복수의 화소가 행렬형상으로 배열된 화소 유닛; 및 상기 화소 유닛으로부터 판독한 화소 신호를 아날로그 디지털(AD) 변환하는 AD 변환 유닛을 포함하는 화소 신호 판독 유닛을 포함하는 고체 촬상 소자가 개시된다. 상기 화소 유닛의 하나의 상기 화소는 광감도 또는 전하의 축적량이 서로 다른 영역으로 분할된 복수의 분할화소를 포함하한다. 상기 화소 신호 판독 유닛은 상기 화소의 분할화소의 분할화소 신호를 판독한다. 상기 AD 변환 유닛은 상기 판독한 분할화소 신호의 AD 변환을 수행하고 상기 분할 화소 신호를 서로 가산하여 하나의 화소의 화소 신호를 얻는다.

Description

고체 촬상 소자 및 카메라 시스템{SOLID-STATE IMAGING ELEMENT AND CAMERA SYSTEM}

본 발명은, CCD나 CMOS 이미지 센서로 대표되는 고체 촬상 소자 및 카메라 시스템에 관한 것이다.

자동차의 헤드라이트나 당구장의 조명광, 태양광 등의 역광 촬영에서도 고휘도 정보가 사라지지 않고, 또한 저휘도 부분의 피사체상이 너무 검게 바래지는 일 없이, 세부까지 촬상할 수 있는 광(廣)다이내믹 레인지의 고체 촬상 소자의 실현이 요망되고 있다.

이와 같은 상황에서, CCD 등의 고체 촬상 소자에 관해, 다이내믹 레인지를 확대하는 기술이 일본 특허2125710호, 일본 특개평03-117281호 공보, 일본 특개평09-205589호 공보, 일본 특개2004-320119호 공보, 및 일본 특개2005-278135호 공보(이하, 특허문헌1, 특허문헌2, 특허문헌3, 특허문헌4로 각각 칭함)등에 개시되어 있다.

특허문헌1에는, CCD 등의 하나의 화소 내에 감도 특성이 다른 영역(셀)을 2 개 이상, 복수개 배치하고, 입출력 특성이 단계적으로 변화한 이른바 니(knee) 특성을 지니게 하고, CCD의 다이내믹 레인지를 확대하는 예가 나타나 있다.

"니 특성"이란 노광량에 대한 출력 전류의 관계에서 나타나는 곡선이, 고입력 영역의 쪽을 저입력 영역의 그것보다 작게 하는 특성 곡선인 것을 말하고, 고휘도 신호 압축 기술로서 종종 참조된다.

감광 영역(셀)의 감광도를 바꾸는 방법으로서, 예를 들면 소자의 개구율을 바꾸는 방법, 광학 필터(ND 필터)를 설치하는 방법, 불순물 농도를 바꾸는 방법 등이 기재되어 있다.

특허문헌1에서는, CCD 이외의 XY 어드레스형의 촬상 소자에도 적용 가능하다고 하고 있지만, 상세한 기재는 없다.

특허문헌2에는, CCD의 감광 화소 셀에서 인접하는 화소 또는 광감도 특성이 다른 셀을 1조(組)로 하여, 1화소 내의 각각의 셀의 신호 전하를 가산하여 화소의 신호 전하로 하고, 전구(電球) 등의 하이라이트광이라도 사라지지 않는 광다이내믹 레인지화를 도모하는 예가 기재되어 있다.

이 경우, 광감도를 바꾸는 수단으로서는, 예를 들면, 화소 면적을 바꾼 셀을 한 조(組)로 한다.

특허문헌3에서는, 마찬가지로, CCD의 감광 화소 셀 1화소를 감도가 다른 2개의 영역으로 분할하고, 같은 화소의 감광도가 다른 영역의 신호 전하끼리를 수직 레지스터에 혼합하여 수직 전송한다. 그리고, 이 기술에서는, 감도가 다른 신호 전하를 배분 게이트에 의해 2개의 수평 전송 게이트로 배분하고, 외부의 신호 처리 회로에서 고감도측의 신호를 클립한 후, 저감도측의 신호와 가산하여 비디오 신호를 형성하도록 하고 있다.

이 경우, 입사광량에 대한 비디오 신호 출력의 특성 그래프는 꺾은선(折線)형으로 되고, 고감도측(저조도측)의 기울기는 가파르고, 저감도측(저조도측)의 기울기를 완만하다.

특허문헌4에는, 고감도의 촬상 셀과 저감도의 촬상 셀을 구비한 촬상 소자에서는, 양쪽의 데이터에 의해 RAW 화상 데이터량(raw 데이터)이 커지는 문제에 대한 개선 방법이 기재되어 있다.

구체적으로는, 촬상 화상 정보를 분석하여, 고휘도부의 화상 정보를 기록할 필요가 있는지의 여부를 자동적으로 판단한다. 「있다」라고 판단한 경우에는, 저휘도부의 정보와 함께 고휘도부의 RAW 화상 데이터를 기록한다. 「없다」라고 판단한 경우는, 고휘도부의 정보는 기록하지 않고, 저휘도부의 RAW 화상 데이터만을 기록하도록 하고 있다.

주(主)감광 화소 셀(면적이 크고 고감도 : 주로 마이크로 렌즈의 중심부를 사용하다)과 부감광 화소 셀(면적이 작고 저감도 : 마이크로 렌즈의 에지측에 배치한다)을 조합시켜서 1화소로 하고 있다.

특허문헌5에는, 열병렬(列幷列) ADC가 비교기 및 업다운 카운터에 의해 구성되고 CMOS 이미지 센서가 개시되어 있다. 이 CMOS 이미지 센서는, 가산기, 라인 메모리 장치 등의 추가 회로 없이, 복수행에 걸쳐서 화소 디지털 값의 가산 연산이 실행 가능하다.

특허문헌1 : 일본 특허2125710호

특허문헌2 : 일본 특개평03-117281호 공보

특허문헌3 : 일본 특개평09-205589호 공보

특허문헌4 : 일본 특개2004-320119호 공보

특허문헌5 : 일본 특개2005-278135호 공보

그러나, 상기 분할화소 가산의 경우는 대상 화소의 면적을 모두 합친 면적을 갖는 화소에 비하여, 분할한 경우에는, 신호 처리상, 감광에는 직접 기여하지 않는 무효 영역(데드 스페이스)이 생긴다.

이 때문에, 단순하게 4분할한 경우보다도, 분할한 개개의 셀의 면적이 작아지고, 전자의 경우보다도 포화 전자수가 감소하기 때문에 상대적으로 쇼트 노이즈가 증가하고, 개개의 분할화소의 S/N이 악화한다.

가산할 때마다 쇼트 노이즈도 가산되기 때문에, 분할 가산한 결과의 S/N도 악화하여 버린다.

또한 화소 신호의 가산 처리는 아날로그 신호 가산이고, 화소마다 감도가 다르기 때문에, 포화치가 흐트러지고, 꺾은점 위치도 흐트러져 버리는 등의 문제가 있다.

또한 디지털 가산의 경우는 센서 외부에 메모리를 구비할 필요가 있다.

즉, 하나의 화소 셀을 감도 또는 축적시간을 바꾼 2개 이상 복수의 화소 셀로 분할하고, 감도를 화소의 포화 전하량(Qs)으로서 측정하는 기존의 가산 방법에서는, 화소마다의 포화 전하량(Qs)에 편차가 있다. 이 때문에, 같은 광량에 대해, 가산 결과가 화소마다 흐트러져 버린다.

환언하면, 입사광량을 횡축, 포화 전하량(Qs)을 종축으로 하는 감도 곡선(꺾은선 그래프)은, 분할화소 셀 가산점(횡축)에서, 꺾은점 위치(종축)가 흐트러져 버 린다.

본 발명은, 입사광량에 대해, 화소의 출력 전자수의 편차가 없는 분할화소 가산을 실현할 수 있고, 낮은 입사광량일 때에 감도가 높고, 높은 입사광일 때에 감도를 낮추고, 또한 출력이 포화하는 일이 없는 넓은 다이내믹 레인지를 갖는 것이 가능한 고체 촬상 소자 및 카메라 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제 1의 관점의 고체 촬상 소자는, 복수의 화소가 행렬형상으로 배열된 화소 유닛; 및 상기 화소 유닛으로부터 판독한 화소 신호를 아날로그 디지털(AD) 변환하는 AD 변환 유닛을 포함하는 화소 신호 판독 유닛을 포함한다. 상기 화소 유닛의 하나의 상기 화소는 광감도 또는 전하의 축적량이 서로 다른 영역으로 분할된 복수의 분할화소를 포함한다. 상기 화소 신호 판독 유닛은 상기 화소의 분할화소의 분할화소 신호를 판독한다. 상기 AD 변환 유닛은 상기 판독한 분할화소 신호의 AD 변환을 수행하고 상기 분할 화소 신호를 서로 가산하여 하나의 화소의 화소 신호를 얻는다.

본 발명의 제 2의 관점의 카메라 시스템은, 고체 촬상 소자와, 상기 고체 촬상 소자에 피사체상을 결상하는 광학계를 포함한다. 상기 고체 촬상 소자는: 복수의 화소가 행렬형상으로 배열된 화소 유닛; 및 상기 화소 유닛으로부터 판독한 화소 신호를 아날로그 디지털(AD) 변환하는 AD 변환 유닛을 포함하는 화소 신호 판독 유닛을 포함한다. 상기 화소 유닛의 하나의 상기 화소는 전하의 축적량이 서로 다른 영역으로 분할된 복수의 분할화소를 포함한다. 상기 화소 신호 판독 유닛은 상 기 화소의 분할화소의 분할화소 신호를 판독한다. 상기 AD 변환 유닛은 상기 판독한 분할화소 신호의 AD 변환을 수행하고 상기 분할 화소 신호를 서로 가산하여 하나의 화소의 화소 신호를 얻는다.

본 발명의 제 3의 관점의 고체 촬상 소자는, 복수의 화소가 행렬형상으로 배열된 화소 유닛; 및 상기 화소 유닛으로부터 판독한 화소 신호를 아날로그 디지털(AD) 변환하는 AD 변환 유닛을 포함하는 화소 신호 판독 유닛을 포함한다. 상기 화소 유닛의 하나의 상기 화소는 복수의 영역으로 분할하는 것에 의해 생성되는 복수의 분할화소를 포함한다. 상기 화소 신호 판독 유닛은 상기 화소의 분할화소의 분할화소 신호를 판독한다. 상기 AD 변환 유닛은 상기 판독한 분할화소 신호의 AD 변환을 수행하고 상기 분할 화소 신호를 서로 가산하여 하나의 화소의 화소 신호를 얻는다.

본 발명에 의하면, 화소 신호 판독 유닛에 의해, 전하의 축적량이 다른 영역으로 분할된 복수의 분할화소로부터 각각 분할화소 신호가 판독된다.

화소 신호 판독 유닛에서는, 판독한 각 분할화소 신호가 AD 변환되고, 또한 가산되어 하나의 화소의 화소 신호를 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면, 입사광량에 대해, 화소의 출력 전자수의 편차가 없는 분할화소 가산을 실현할 수 있다. 그 결과, 낮은 입사광량일 때에 감도가 높고, 높은 입사광인 때에 감도를 낮추고, 또한 출력이 포화하는 일이 없는 넓은 다이내믹 레인지를 갖는 것이 가능해진다.

이하, 본 발명의 실시의 형태를 도면에 관련지어서 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 열병렬(column paralle) ADC 탑재 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 구성예를 도시하는 블록도이다.

또한, 본 발명은, CMOS 이미지 센서뿐만 아니라 CCD에도 적용 가능하지만, 여기서는, 한 예로서 CMOS 이미지 센서를 예로 설명한다.

이 고체 촬상 소자(100)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 화소 유닛(110), 수직 주사 회로(120), 수평 전송 주사 회로(130), 타이밍 제어 회로(140), 및 아날로그 디지털 변환기(ADC : Analog digital converter)군(150)을 갖는다.

고체 촬상 소자(100)는, 또한 디지털 아날로그 변환기(DAC : Digital-Analog converter)(160), 앰프 회로(S/A)(170), 신호 처리 회로(180), 및 수평 전송선(190)을 갖는다.

그리고, 수직 주사 회로(120), 수평 전송 주사 회로(130), 타이밍 제어 회로(140), ADC군(150), 및 DAC(160)에 의해 화소 신호 판독 유닛이 형성된다.

화소 유닛(110)은, 복수의 화소가 매트릭스형상(행렬형상)으로 배치되어 구성된다.

화소 유닛(110)은, 그 화소 배열로서, 예를 들면 도 2에 도시하는 바와 같은 베이어 배열(Bayer array)이 채용된다.

본 실시형태의 화소 유닛(110)은, 하나의 화소가 예를 들면 포토 다이오드에 의해 형성되는 광전변환 소자를 포함하는 복수의 분할화소 셀(DPC)로 분할되어 있 다.

구체적으로는, 열병렬 ADC 탑재의 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)(100)에서, 베이어 배열의 동일색 컬러 필터하의 1화소에 관해, 감도 또는 축적시간이 서로 상이한 복수개의 분할화소 셀(DPC)로 분할되어 있다.

그리고, 화소 신호를 AD 변환하여 열방향으로 출력할 때에, 분할화소의 출력 분할화소 신호를 가산하여 AD 변환한다. 이 때, AD 변환 유닛에의 입력 범위를 항상 각 화소의 포화 출력 전압 이하가 되도록 클립하고, 각 화소의 출력치는 항상 특정한 디지털 값이 되도록 한다.

이하의 설명에서는, 하나의 화소(DPC)가 4개의 분할화소 셀(DPC-A 내지 DPC-D)로 분할되어 있는 경우를 예로 설명한다.

도 3은, 본 발명의 실시형태에 관한 화소분할의 개념도이다.

도 3에는 베이어 배열의 경우의 분할 방법이 도시되어 있고, 같은 색 필터의 아래에 있는 1화소를 4분할한 예로서, 분할된 개개의 화소에서는 감도 또는 축적시간이 각각 다르다.

도 3에서는, G(녹)화소(PCG)를 DPC-A, DPC-B, DPC-C, DPC-D의 4개의 화소로 분할한 경우가 도시되어 있다.

이 화소 유닛(110)에서의 화소 및 분할화소의 구성이나 분할 형태 등에 관해서는 후에 상세히 기술한다.

그리고, 본 실시형태의 고체 촬상 소자(100)는, 예를 들면 화소 내에서 증폭된 분할화소 신호를 시간순으로 수직 신호선에 송출하고, 칼럼 화소 신호 판독 유 닛에 배치된 ADC군(150)의 AD 변환기(AD 변환 유닛)에서 AD 변환을 실행한다.

고체 촬상 소자(100)는, 뒤이어 제 2의 분할화소 신호의 AD 변환 조작을 행할 때에, 제 1의 AD 변환치를 가산하여 제 2의 분할화소 신호의 AD 변환 조작을 실행한다.

고체 촬상 소자(100)는, 뒤이어 제 3의 분할화소 신호의 AD 변환 조작을 행할 때에, 상기 제 2의 AD 변환치를 가산하여 제 3의 분할화소 신호의 AD 변환 조작을 실행한다.

고체 촬상 소자(100)는, 뒤이어 제 4의 분할화소 신호의 AD 변환 조작을 행할 때에, 상기 제 3의 AD 변환치를 가산하여 제 4의 분할화소 신호의 AD 변환 조작을 실행한다.

본 실시형태의 고체 촬상 소자는, 순차적으로 이와 같은 방법으로 복수개로 분할된 화소의 화소 신호를 칼럼부에 마련된 AD 변환기에서 가산하는 분할화소 가산 방법을 채용하고 있다.

고체 촬상 소자(100)에는, 화소 유닛(110)의 신호를 순차적으로 판독하기 위한 제어 회로로서, 내부 클록을 생성하는 타이밍 제어 회로(140), 행 어드레스나 행 주사를 제어하는 수직 주사 회로(120), 열 어드레스나 열 주사를 제어하는 수평 전송 주사 회로(130)가 배치된다.

ADC군(150)은, DAC(160)에 의해 생성되는 참조 전압을 계단형상으로 변화시킨 램프 파형(RAMP)인 참조 전압(Vslop)과, 행선(行線)마다 화소로부터 수직 신호선을 경유하여 얻어지는 아날로그 신호(전위(Vsl))를 비교하는 비교기(151)를 갖는 다.

ADC군(150)은, 비교 시간을 카운트한 업다운 카운터(이하, 단지 카운터라고 한다)(152)와, 카운트 결과를 보존하는 래치(153)로 이루어지는 ADC가 복수 열 배열되어 있다.

ADC군(150)은, n비트 디지털 신호 변환 기능을 가지며, 각 수직 신호선(열선(列線))마다 배치되고, 열병렬 ADC 블록이 구성된다.

각 래치(153)의 출력은, 예를 들면 2n비트폭의 수평 전송선(190)에 접속되어 있다.

그리고, 수평 전송선(190)에 대응한 2n개의 앰프 회로(170), 및 신호 처리 회로(180)가 배치된다.

ADC군(150)에서는, 수직 신호선에 판독된 아날로그 신호(전위(Vsl))는 열마다 배치된 비교기(비교기)(151)에서 참조 전압(Vslop)(어느 기울기를 갖는 선형으로 변화한 슬로프 파형)과 비교된다.

이 때, 비교기(151)와 마찬가지로 열마다 배치된 카운터(152)가 동작하고 있고, 램프 파형의 어느 전위(Vslop)와 카운터 값이 1대1 대응을 취하면서 변화함으로써 수직 신호선의 전위(아날로그 신호)(Vsl)를 디지털 신호로 변환한다.

참조 전압(Vslop)의 변화는 전압의 변화를 시간의 변화로 변환하는 것이고, ADC는, 그 시간을 어느 주기(클록)로 셈함으로써 디지털 값로 변환하는 것이다.

그리고 아날로그 전기 신호(Vsl)와 참조 전압(Vslop)이 교차한 때, 비교기(151)의 출력이 반전하고, 카운터(152)의 입력 클록을 정지하고, 또는, 입력을 정지하여 있던 클록을 카운터(152)에 입력하고, 1AD 변환을 완료시킨다.

예를 들면, 이 카운터의 업 및 다운 카운트 처리를, 카운터의 리셋을 행하는 일 없게 분할화소 신호의 수만큼 연속적으로 행함에 의해, 상술한 바와 같은 AD 변환기로 가산한 분할화소 가산이 실현된다.

도 4는, 도 1의 열병렬 ADC 탑재 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)에서 가산 처리를 행하는 장소를 도시하는 도면이다.

도 4중, 파선으로 둘러싸인 곳은 실제로 가산 처리가 행하여지는 장소이다. 가는 파선은 기존의 장소, 굵은 파선은 본 발명의 실시형태에 관한 영역이다.

지금까지 알려져 있는 분할화소의 가산 신호 처리의 방법은, DSP 등의 신호 처리부에서 행하고 있다.

이에 대해, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, AD 변환시에 카운터(152)에서, 4분할화소 신호의 AD 변환을 행하면서 순차적으로 가산 처리를 행한다.

즉, 화소 내에서 증폭된 분할화소 신호를 시간순으로 수직 신호선에 송출하고, 칼럼 화소 신호 판독 유닛에 배치된 ADC군(150)의 AD 변환기(AD 변환 유닛)에서 AD 변환을 실행한다.

ADC군(150)의 각 ADC에서는, 뒤이어 제 2의 분할화소 신호의 AD 변환 조작을 행할 때에, 제 1의 AD 변환치를 가산하여 제 2의 분할화소 신호의 AD 변환 조작을 실행한다.

ADC군(150)의 ADC에서는, 뒤이어 제 3의 분할화소 신호의 AD 변환 조작을 행할 때에, 상기 제 2의 AD 변환치를 가산하여 제 3의 분할화소 신호의 AD 변환 조작 을 실행한다.

ADC군(150)의 ADC에서는, 뒤이어 제 4의 분할화소 신호의 AD 변환 조작을 행할 때에, 상기 제 3의 AD 변환치를 가산하여 제 4의 분할화소 신호의 AD 변환 조작을 실행한다.

이상의 AD 변환 기간 종료 후, 수평 전송 주사 회로(130)에 의해, 래치(153)에 보존된 데이터가, 수평 전송선(190)에 전송되고, 앰프(170)를 경유하여 신호 처리 회로(180)에 입력되고, 소정의 신호 처리에 의해 2차원 화상이 생성된다.

이상, 본 발명의 실시형태에서의 기본적인 구성 및 기능에 관해 설명하였다.

이하, 본 실시형태가 특징적인 구성인 화소 및 분할화소의 구성이나 분할 형태나 분할화소 가산 처리 등에 관해 보다 상세히 설명한다.

우선, 이해를 용이하게 하기 위해, CMOS 이미지 센서의 기본적인 분할화소의 구성의 한 예에 관해 설명한다.

도 5는, 본 실시형태에 관한 4개의 트랜지스터로 구성된 CMOS 이미지 센서의 분할화소의 한 예를 도시하는 도면이다.

이 분할화소(DPC1)는, 예를 들면 포토 다이오드에 의해 형성되는 광전변환 소자(111)를 갖는다.

도 4의 분할화소(DPC)는, 이 1개의 광전변환 소자(111)에 대해, 전송 트랜지스터(112), 리셋 트랜지스터(113), 증폭기로서의 증폭 트랜지스터(114), 및 선택 트랜지스터(115)의 4개의 트랜지스터를 능동 소자로서 갖는다.

광전변환 소자(111)는, 입사광을 그 광량에 따른 양의 전하(여기서는 전자) 로 광전변환한다.

전송 트랜지스터(112)는, 광전변환 소자(111)와 플로팅 디퓨전부(FD) 사이에 접속되고, 전송 제어선(LTx)을 통하여 그 게이트(전송 게이트)에 제어 신호(Tx)가 주어진다.

이로써, 광전변환 소자(111)에서 광전변환된 전자를 플로팅 디퓨전부(FD)에 전송한다.

리셋 트랜지스터(113)는, 전원 라인(LVDD)과 플로팅 디퓨전부(FD) 사이에 접속되고, 리셋 제어선(LRST)을 통하여 그 게이트에 제어 신호(RST)가 주어진다.

이로써, 플로팅 디퓨전부(FD)의 전위를 전원 라인(LVDD)의 전위로 리셋한다.

플로팅 디퓨전부(FD)에는, 증폭 트랜지스터(114)의 게이트가 접속되어 있다. 증폭 트랜지스터(114)는, 선택 트랜지스터(115)를 통하여 수직 신호선(116)에 접속되고, 화소 유닛 외의 정전류원과 소스 폴로워를 구성하고 있다.

그리고, 선택 제어선(LSEL)을 통하여 제어 신호(어드레스 신호 또는 셀렉트 신호)(SEL)가 선택 트랜지스터(115)의 게이트에 주어져서, 선택 트랜지스터(115)가 온 한다.

선택 트랜지스터(115)가 온 하면, 증폭 트랜지스터(114)는 플로팅 디퓨전부(FD)의 전위를 증폭하여 그 전위에 따른 전압을 수직 신호선(116)에 출력한다. 수직 신호선(116)을 통하여, 각 화소로부터 출력된 전압은, 화소 신호 판독 회로로서의 ADC군(150)에 출력된다.

이들의 동작은, 예를 들면 전송 트랜지스터(112), 리셋 트랜지스터(113), 및 선택 트랜지스터(115)의 각 게이트가 행 단위로 접속되어 있기 때문에, 1행분의 각 분할화소(DPC)에 관해 동시에 행하여진다.

화소 유닛(110)에 배선되어 있는 리셋 제어선(LRST), 전송 제어선(LTx), 및 선택 제어선(LSEL)이 1조(組)로서 화소 배열의 각 행 단위로 배선되어 있다.

이들의 리셋 제어선(LRST), 전송 제어선(LTx), 및 선택 제어선(LSEL)은, 화소 구동 회로(102)에 의해 구동된다.

이상의 구성을 본 실시형태에 관한 분할화소 셀에 그대로 적용하는 것도 가능하다.

또한, 각 분할화소 셀에 광전변환 소자, 전송 트랜지스터를 포함하는 구성으로 하여, 플로팅 디퓨전부(FD)를 분할화소 셀에서 공유하는 구성도 채용하는 것도 가능하다.

이 경우, 증폭기로서의 증폭 트랜지스터, 선택 트랜지스터, 리셋 트랜지스터를 공유하도록 형성하는 것도 가능하다.

도 6은, 복수의 분할화소에서 플로팅 디퓨전부, 증폭 트랜지스터, 선택 트랜지스터, 리셋 트랜지스터를 공유하는 화소의 예를 도시하는 회로도이다.

도 6의 복수의 분할화소(DPC-A 내지 DPC-D)를 포함하는 화소(PC)는, 분할화소(DPC-A 내지 DPC-D)마다 광전변환 소자(111-A 내지 111-D) 및 전송 트랜지스터(112-A 내지 112-D)가 배치되어 있다.

그리고, 전송 트랜지스터(112-A 내지 112-D)의 일단(예를 들면 드레인)이 공통 플로팅 디퓨전부(SFD)에 접속되어 있다.

전송 트랜지스터(112-A)의 게이트가 전송 제어선(LTxA)에 접속되고, 전송 트랜지스터(112-B)의 게이트가 전송 제어선(LTxB)에 접속되어 있다. 마찬가지로, 전송 트랜지스터(112-C)의 게이트가 전송 제어선(LTxC)에 접속되고, 전송 트랜지스터(112-D)의 게이트가 전송 제어선(LTxD)에 접속되어 있다.

전원 전위(VDD)와 공통 플로팅 디퓨전부(SFD) 사이에 리셋 트랜지스터(113)가 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(113)의 게이트가 리셋 제어선(LRST)에 접속되어 있다.

전원 전위(VDD)와 수직 신호선(116) 사이에 증폭 트랜지스터(114)와 선택 트랜지스터(115)가 직렬로 접속되어 있다. 그리고, 증폭 트랜지스터(114)의 게이트가 공통 플로팅 디퓨전부(SFD)에 접속되고, 선택 트랜지스터(115)의 게이트가 선택 제어선(LSEL)에 접속되어 있다.

이와 같은 구성에 있어서, 각 분할화소(DPC-A 내지 DPC-D)의 광전변환 소자(111-A 내지 111-D)에서 광전변환된 분할화소 신호는, 공통 플로팅 디퓨전부(SFD)를 통하여 증폭기인 증폭 트랜지스터(114)에 전송된다. 그리고, 분할화소 신호는 증폭되고, 이 증폭된 분할화소 신호가 시간순으로 수직 신호선(116)에 송출된다.

또한, 각 분할화소 셀에 광전변환 소자, 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터를 포함하고, 플로팅 디퓨전부(FD)도 분할화소 셀에서 개별적으로 갖는 구성도 채용하는 것도 가능하다.

이 경우, 증폭기로서의 증폭 트랜지스터를 공유하도록 형성하는 것도 가능하 다.

도 7은, 복수의 분할화소에서 플로팅 디퓨전부를 개별적으로 가지며, 증폭 트랜지스터를 공유하는 화소의 예를 도시하는 회로도이다.

도 7의 복수의 분할화소(DPC-A 내지 D)를 포함하는 화소(PC)는, 분할화소(DPC-A 내지 DPC-D)마다 광전변환 소자(111-A 내지 111-D), 전송 트랜지스터(112-A 내지 112-D)가 배치되어 있다. 또한, 분할화소(DPC-A 내지 DPC-D)에는, 플로팅 디퓨전부(FD-A 내지 FD-D), 리셋 트랜지스터(113-A 내지 113-D)가 배치되어 있다.

플로팅 디퓨전부(FD-A)와 노드(ND1) 사이에 선택 트랜지스터(115-A)가 접속되고, 플로팅 디퓨전부(FD-B)와 노드(ND1) 사이에 선택 트랜지스터(115-B)가 접속되어 있다.

마찬가지로, 플로팅 디퓨전부(FD-C)와 노드(ND1) 사이에 선택 트랜지스터(115-C)가 접속되고, 플로팅 디퓨전부(FD-D)와 노드(ND1) 사이에 선택 트랜지스터(115-D)가 접속되어 있다.

리셋 트랜지스터(113-A)의 게이트가 리셋 제어선(LRSTA)에 접속되고, 리셋 트랜지스터(113-B)의 게이트가 리셋 제어선(LRSTB)에 접속되어 있다. 마찬가지로, 리셋 트랜지스터(113-C)의 게이트가 리셋 제어선(LRSTC)에 접속되고, 리셋 트랜지스터(113-D)의 게이트가 리셋 제어선(LRSTD)에 접속되어 있다.

선택 트랜지스터(115-A)의 게이트가 선택 제어선(LSELA)에 접속되고, 선택 트랜지스터(115-B)의 게이트가 선택 제어선(LSELB)에 접속되어 있다. 마찬가지로, 선택 트랜지스터(115-C)의 게이트가 선택 제어선(LSELC)에 접속되고, 선택 트랜지스터(115-D)의 게이트가 선택 제어선(LSELD)에 접속되어 있다.

전원 전위(VDD)와 수직 신호선(116) 사이에 증폭 트랜지스터(114)가 접속되어 있다. 그리고, 증폭 트랜지스터(114)의 게이트가 노드(ND1)에 접속되어 있다.

이와 같은 구성에 있어서, 각 분할화소(DPC-A 내지 DPC-D)의 광전변환 소자(111-A 내지 111-D)에서 광전변환된 분할화소 신호는, 플로팅 디퓨전부(FD-A 내지 FD-D)에 전송된다. 분할화소 신호는, 플로팅 디퓨전부(FD-A 내지 FD-D)를 통하여, 또한 선택 트랜지스터(115-A 내지 115-D)를 통하여 증폭기인 증폭 트랜지스터(114)에 전송된다. 그리고, 분할화소 신호는 증폭되고, 이 증폭된 분할화소 신호가 시간순으로 수직 신호선(116)에 송출된다.

또한, 하나의 화소를 형성하는 복수의 분할화소를 복수의 그룹으로 분할하고, 분할 그룹마다 플로팅 디퓨전부(FD)를 공유하도록 구성하는 것도 가능하다.

이 경우, 분할 그룹마다 리셋 트랜지스터, 선택 트랜지스터를 공유하고, 증폭 트랜지스터를 전체에서 공유하도록 형성하는 것도 가능하다.

도 8은, 복수의 분할화소를 그룹화하여, 각 그룹에서 플로팅 디퓨전부를 공유하고, 증폭 트랜지스터를 전체에서 공유하는 화소의 예를 도시하는 회로도이다.

이 예에서는, 4개의 분할화소(DPC-A, DPC-B, DPC-C, DPC-D)를 2개의 그룹으로 구분한다.

구체적으로는, 분할화소(DPC-A)와 분할화소(DPC-B)를 제 1 그룹(GRP1)으로 구분하고, 분할화소(DPC-C)와 분할화소(DPC-D)를 제 2 그룹(GRP2)으로 구분한다.

도 8의 제 1 그룹(GRP1)의 분할화소(DPC-A, DPC-B)는, 각각 광전변환 소자(111-A, 111-B) 및 전송 트랜지스터(112-A, 112-B)가 배치되어 있다.

그리고, 전송 트랜지스터(112-A, 112-B)의 일단(예를 들면 드레인)이 공통 플로팅 디퓨전부(SFD1)에 접속되어 있다.

전송 트랜지스터(112-A)의 게이트가 전송 제어선(LTxA)에 접속되고, 전송 트랜지스터(112-B)의 게이트가 전송 제어선(LTxB)에 접속되어 있다.

도 8의 제 2 그룹(GRP2)의 분할화소(DPC-C, DPC-D)는, 각각 광전변환 소자(111-C, 111-D) 및 전송 트랜지스터(112-C, 112-D)가 배치되어 있다.

그리고, 전송 트랜지스터(112-C, 112-D)의 일단(예를 들면 드레인)이 공통 플로팅 디퓨전부(SFD2)에 접속되어 있다.

전송 트랜지스터(112-C)의 게이트가 전송 제어선(LTxC)에 접속되고, 전송 트랜지스터(112-D)의 게이트가 전송 제어선(LTxD)에 접속되어 있다.

전원 전위(VDD)와 공통 플로팅 디퓨전부(SFD1) 사이에 리셋 트랜지스터(113-1)가 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(113-1)의 게이트가 리셋 제어선(LRST1)에 접속되어 있다.

전원 전위(VDD)와 공통 플로팅 디퓨전부(SFD2) 사이에 리셋 트랜지스터(113- 2)가 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(113-2)의 게이트가 리셋 제어선(LRST2)에 접속되어 있다.

공통 플로팅 디퓨전부(SFD1)와 노드(ND2) 사이에 선택 트랜지스터(115-1)가 접속되고, 공통 플로팅 디퓨전부(SFD2)와 노드(ND2) 사이에 선택 트랜지스터(115-2)가 접속되어 있다.

선택 트랜지스터(115-1)의 게이트가 선택 제어선(LSEL1)에 접속되고, 선택 트랜지스터(115-2)의 게이트가 선택 제어선(LSEL2)에 접속되어 있다.

전원 전위(VDD)와 수직 신호선(116) 사이에 증폭 트랜지스터(114)가 접속되어 있다. 그리고, 증폭 트랜지스터(114)의 게이트가 노드(ND2)에 접속되어 있다.

이와 같은 구성에 있어서, 각 분할화소(DPC-A 내지 DPC-D)의 광전변환 소자(111-A 내지 111-D)에서 광전변환된 분할화소 신호는, 공통 플로팅 디퓨전부(SFD1, SFD2)에 전송된다. 분할화소 신호는, 플로팅 디퓨전부(SFD1, SFD2)를 통하여, 또한 선택 트랜지스터(115-1, 115-2)를 통하여 증폭기인 증폭 트랜지스터(114)에 전송된다. 그리고, 분할화소 신호는 증폭되고, 이 증폭된 분할화소 신호가 시간순으로 수직 신호선(116)에 송출된다.

이상과 같이, 1화소의 면 내에서 복수개의 영역으로 분할하는 방식은 다양하고, 대별하면, 공통 플로팅 디퓨전(4화소 공유) 방식(이후, 공통 FD 방식이라고 칭한다)과, 개별 플로팅 디퓨전 방식(이후, 개별 FD 방식이라고 칭한다)이 있다.

도 9의 A 내지 D는, 1화소의 면 내에서 복수개의 영역으로 분할하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 9의 A는 공통 FD 방식에서 사각형 형상으로 4분할한 예를 도시하고, 도 9의 B는 개별 FD 방식에서 사각형 형상으로 4분할한 예를 도시하고, 도 9의 C는 공통 FD 방식에서 꼬리표형상으로 4분할한 예를 도시하고, 도 9의 D는 개별 FD 방식에서 꼬리표형상으로 4분할한 예를 도시하고 있다.

또한, 여기서는 상세한 설명은 생략하지만, 면(面)과 수직 방향으로 감도(感度)가 다른 감광층이나 반도체층(PN접합)을 적층시키는 것도 넓은 의미에서 화소분할이라고 말할 수 있다.

분할화소의 감도를 바꾸는데는 소자의 개구율을 바꾸는, 감광 영역상의 절연막에 광학적인 필터 특성을 갖게 하는, 기판의 불순물 농도를 바꾸는 등의 방법에 의해 실현할 수 있다.

도 9의 A 내지 D에는, 구체적으로 하나의 화소를 4분할한 예가 도시되어 있고, 분할된 감광 영역(PA, PB, PC, PD) 외에 감광에는 직접 기여하지 않는 무효 영역(데드 스페이스)(IVL)이 존재한다.

이 영역(IVL)은 분할 셀에 축적되는 화소 전하가 누출하여 서로 간섭하는 일이 없도록, 전기적으로 분리하기 위한 스페이스(채널 스톱)이고, 필요에 따라 신호 처리를 위한 배선이 설치된다.

화소분할에 관해 더욱 상세히 기술한다.

도 10은, 본 발명의 실시형태에 관한 공통 FD 방식을 적용한 사각형 화소분할의 구체예를 도시하는 도면이다.

도 11의 A 및 B는 도 10의 단면도이고, 도 11의 A는 도10의 A1-A2에 있어서 단면도이고, 도 11의 B는 도10의 B1-B2의 단면도이다.

도 10의 화소(PC)는, 상술한 바와 같이, 베이어 배열 CMOS 이미지 센서의 1베이어 패턴 단위 내의 1화소에 관해 화소분할을 행한 경우의 평면도이고, 도 9의 A에 도시한 공통 FD 사각형 분할의 적용 예이다.

도 10에 도시한 공통 FD 방식에서는, 플로팅 디퓨전부(FD)에서 신호 혼합(실질적으로는 전송과 가산(加算))을 행하는 것도 가능하다.

본 실시형태에서는, 개개의 분할화소(PDC-A 내지 PDC-D)의 신호 판독의 타이밍을 바꾸어서, 시간순으로 공통 플로팅 디퓨전부(SFD)에 신호를 판독하고, AD 변환시에 신호 가산을 행한다.

도 10 및 도 11에서, 소스를 둘러싸도록 광감도가 다른 4개의 광전변환·전하 축적 영역, 즉 분할화소(DPC-A, DPC-B, DPC-C, DPC-D)가 배치되어 있다.

각각의 화소 영역의 위에는 동일색의 절연층(ISL)이나 전극 배선층을 통하여 컬러 필터(CLF)가 배치되어 있다.

또한, 컬러 필터(CLF)의 위에 광감도나 차광도가 다른 광감쇠막(光減衰膜)(OATT-A, OATT-B, OATT-C, OATT-D)이 배치되어 있다. 예를 들면, 광감도를 바꾸기 위해 각각의 분할화소(DPC-A), 분할화소(DPC-B), 분할화소(DPC-C), 분할화소(DPC-D) 영역상에는 투과율이 다른 차광막이 배치되고, 또한 광감도가 DPC-A>DPC-B>DPC-C>DPC-D가 되도록 설정된다. 단, 광감도가 가장 높은 분할화소(DPC-A)에는 광감쇠막(예를 들면 차광막)을 설치하지 않아도 좋다.

또한, 도 10 및 도 11의 A 및 B에 도시하는 바와 같이, 개개의 분할화소 영 역은 채널 스톱(이 예에서 P형)(CHSTP)에 의해 분리되어 있고, 각각의 셀 내에서 전하가 축적되도록 되어 있다.

실리콘 기판상에는 절연층을 통하여 같은 색의 컬러 필터(CFL)가 배치되고, 또한 그 위에 광투과도가 다른 차광막이 각각의 화소 영역의 위에 배치되어 있다.

도 11의 A에서는 광감쇠막의 특성에 따라, 실리콘 단결정 셀 내에 광전변환에 의해 생긴 전하의 양상이 모식적으로 도시되어 있다. 이 예에서는, 좌단의 셀이 가장 전하량이 크고, 우단의 셀이 가장 작다.

도 11의 B에는, 판독 게이트 전극(RGT)에 신호 전압이 인가된 때, 셀 내에서 생긴 전하가 공통 플로팅 디퓨전부(SFD)에 판독된 양상이 도시되어 있다.

또한, 도 10 및 도 11의 A 및 B에서, FDEL은 공통 플로팅 디퓨전부(SFD)의 FD 전극을, RGT-A 내지 RGT-D는 판독 게이트 전극을, CHSTP는 채널 스톱을 각각 나타내고 있다.

개개의 분할 영역의 반도체 셀 내에서는, 입사광량에 따른 광전변환이 행하여지고, 생성한 전하량에 따른 전기 신호가, 게이트 판독 신호에 의해, 도면에서는 한가운데에 배치되어 있는 FD 영역을 통하여, 화소 밖으로 판독된다.

신호량의 크기는, 이 예에서는, 차광 특성에 따라 분할화소(DPC-A), 분할화소(DPC-B), 분할화소(DPC-C), 분할화소(DPC-D)의 순서로 작아진다.

도 12는, 본 발명의 실시형태에 관한 공통 FD 꼬리표형상 화소분할을 적용한 사각형 화소분할의 구체예를 도시하는 도면이다.

또한, 도 12에서, 도 10 및 도 11의 A 및 B와 같은 구성, 기능 부분은, 이해 를 용이하게 하기 위해 동일 부호로 나타내고 있다.

도 12는, 도 10의 경우와 마찬가지로, 베이어 배열 CMOS 이미지 센서의 1베이어 패턴 단위 내의 1화소에 관해 화소분할을 행한 경우의 평면도이고, 공통 FD 방식을 취하지만, 분할화소 영역이 꼬리표형상으로 배치되어 있다.

각 화소 영역상에는 투과율이 다른 광감쇠막(OATT-A, OATT-B, OATT-C, OATT-D)이 배치되어 있다. 분할화소(DPC-A)상에는 광감쇠막(OATT-A), 분할화소(DPC-B)상에는 광감쇠막(OATT-B), 분할화소(DPC-C)상에는 광감쇠막(OATT-C), 분할화소(DPC-D)상에는 광감쇠막(OATT-D)이 각각은 위치되어 있다. 그리고, 광감도가 DPC-A>DPC-B>DPC-C>DPC-D가 되도록 설정된다.

광전변환에 의해, 각각의 분할화소 영역에서 생긴 포토캐리어는, 각각의 화소 영역에 배치된 판독 게이트 전극(RGT-A, RGT-B, RGT-C, RGT-D)의 작용에 의해, 공통 플로팅 디퓨전부(SFD)에 판독된다.

여기서, 예를 들면, 공통 플로팅 디퓨전부(SFD)에 배치하는 FD 전극(FDEL)의 장소를 바꾸어서, 도면과 같이 좌단의 분할화소(DPC-A)의 바로 아래의 공통 플로팅 디퓨전부(SFD) 내에 배치하도록 하여 둔다. 이와 같이 형성함에 의해, 신호 취출의 장소는 분할화소(DPC-A)가 가장 가깝고, 분할화소(DPC-D)가 가장 멀게 된다.

공통 플로팅 디퓨전부(SFD)의 확산 영역의 전기 저항을 이용하면, 화소 영역으로부터의 거리에 따라 전기 신호의 크기가 변화하기 때문에, 광학적인 광감쇠 작용에 전기적인 감쇠 효과(감쇠기(attenuator))가 더해진다.

즉, 감도 특성의 경사를 바꾸는 자유도가 증가한다.

도 13은, 본 발명의 실시형태에 관한 개별 FD 꼬리표형상 화소분할을 적용한 사각형 화소분할의 구체예를 도시하는 도면이다.

도 13의 예는, 광감도에 관해서는, 구조적으로는 도 12와 거의 마찬가지이지만, 다음의 점에서 다르다.

즉, 도 13에 예에서는, 분할화소(DPC-A)에 대해 플로팅 디퓨전부(FDa), 분할화소(DPC-B)에 대해 FDb, 분할화소(DPC-C)에 대해 FDc, 분할화소(DPC-D)에 대해 FDd가 각각 배치되어 있는 점이 도 12와 다르다.

본 실시형태는, 열병렬 ADC 탑재의 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)(100)에서, 베이어 배열의 동일색 컬러 필터하의 1화소에 관해, 감도 또는 축적시간을 바꾸어서 2개 이상 복수개의 분할화소 셀(DPC)로 분할되어 있다.

그리고, 화소 신호를 AD 변환하고 열방향으로 출력할 때에, 분할화소의 출력분할화소 신호를 가산하여 AD 변환한다. 이 때, AD 변환 유닛에의 입력 범위를 항상 각 화소의 포화 출력 전압 이하가 되도록 클립하고, 각 화소의 출력치는 항상 특정한 디지털 값이 되도록 한다.

여기까지, 화소분할의 구체예에 관해 설명하였다.

이하에서는, 본 실시형태에 관한 AD 변환 유닛에서의 분할화소 신호의 가산 처리에 관해 설명한다.

도 14의 A 및 B는, 분할화소 신호의 가산을 본 발명의 실시형태에 관한 방식과 기존 방식을 특성 비교하여 도시하는 도면이다.

도 14의 A는 기존 방식에 의한 분할화소의 신호 가산한 결과를 도시하는 도 면이다.

도 14의 A는, 도 10이나 도 12에 도시하는 바와 같은 구조를 이용하여 구동하고, 감도가 다른 분할화소 신호를 공통 플로팅 디퓨전부(SFD)에 판독하고, 공통 플로팅 디퓨전부(SFD) 내에서 신호 가산하고 나서 신호선에 출력한 경우에 상당한다.

이 경우, 화소에의 입사광량에 대해, 분할화소의 포화 전하량을 검출하여 그래프화 한 결과가 도시되어 있고, 이 가산 방법에서는 니(knee) 특성은 달성된다.

그러나, 공통 플로팅 디퓨전부(SFD) 내에서 신호 가산하고 AD 변환 유닛에의 입력 범위를 항상 각 화소의 포화 출력 전압 이하가 되도록 클립하여야 하기 때문에, 제조 프로세스에 기인한 화소마다의 포화 전하량(Qs)에 편차가 있다.

이 때문에, 가산 결과도 이상(理想) 곡선인 파선과 실제의 특성을 나타내는 실선과 같이 흐트러져 버리는 결점이 있다.

도 14의 B는, 본 발명의 실시형태에 관한 방식에 의한 가산 결과를 도시하는 도면이다.

본 방식에서는, 포화 전하량(Qs)이 아니라, 칼럼 AD 변환기의 출력 코드로 검출한 경우의 결과가 도시되어 있다.

도면에 도시하는 바와 같이, 각 분할화소의 포화시의 칼럼 AD 변환기의 출력 전자수에 대해, 어느 분할화소의 포화보다도 전(前)의 전자수로 클립점을 적절히 설정하도록 한다.

그러면, 각각의 분할화소에 대해 출력 전자수가 동등하게 설정된다.

이 때문에, 도 14의 B에 도시되는 바와 같이 편차가 없는 가산 결과가 반영된다.

환언하면, 화소에 포화 전하량의 편차가 있어도, 새로운 가산 방식을 사용하면 항상 편차가 없는 감도 특성을 얻을 수 있게 된다.

다음에, AD 변환의 비트 정밀도에 관해 설명한다.

도 15는, 분할화소를 각각 다른 비트 정밀도로 A/D 변환하는 경우의 예를 도시하는 도면이다.

도 15는, 동일색 컬러 필터하의 1화소를 4분할하고, 각 분할화소마다 광감도 또는 축적시간을 바꾸어서, 분할화소마다 각각 다른 비트 정밀도로 A/D 변환하는 경우의 예를 도시하고 있다.

예를 들면, 저광량측을 고분해능, 고광량측을 저분해능으로 하고 싶은 경우, 저광량측으로부터 고광량측을 향하여, 각각 4비트, 3비트, 3비트, 2비트로 설정하는 경우가 도시되어 있다.

도 16은, 분할화소를 다른 비트 정밀도로 A/D 변환하는 경우에, 각 화소의 최저분해능을 1비트로 가정한 경우, 개개의 분할화소에 설정 가능한 bit수를 도시하는 도면이다.

도 16의 우단은 분할화소 4개의 합계의 클록 수로, 최종행으로 도시되는 바와 같이, 개개의 분해능을 4비트, 3비트, 3비트, 2비트와 같이 정한 경우, 전(全) 클록수가 36이 되고, 가장 적게 되는 것을 알 수 있다.

도 17의 A 및 B는, 전자, 전압 변환 효율을 고려하여, 분할화소 가산의 경우 와 통상 화소의 S/N을 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면이다.

도 17의 B는, 소(小)신호량인 때의 양상을 확대하여 도시하는 도면이다.

도 17의 A 및 B에서, 포화 신호량을 100으로 하여 신호량을 횡축에, S/N을 종축에 취하면, 화소 가산의 경우는 굵은 실선(A)으로 도시하는 특성 곡선이 되고, 통상 화소의 경우는 파선 및 쇄선(B)으로 도시하는 곡선과 같이 된다.

소(小)부터 중(中) 정도의 광량까지는, 화소 가산의 쪽이 분할을 하지 않는 통상 화소보다도 S/N은 뒤떨어지지만, 중 정도 이상에서는, 화소 가산의 그래프가 급격히 상승하는 점이 3개소 있고, S/N이 좋게 되어 있는 것을 알 수 있다.

그 이유는, AD 가산의 경우는 개개의 분할화소가 포화한 시점(클립점)에서 각각 AD 변환을 멈추어 버린다. 이 때문에, 2번째의 화소 가산이 실행되는 시점에서는, 1번째의 화소의 쇼트 노이즈(회로에 기인한 노이즈)는 2번째에는 반영되지 않는다.

마찬가지로, 2번째의 화소의 쇼트 노이즈는 3번째의 가산에는 이월되지 않고, 마찬가지로 3번째의 화소의 쇼트 노이즈는 4번째의 가산시에는 반영되지 않기 때문에, 가산 시점에서 S/N 값이 점프하고, 갑자기 좋아진다는 신규 사실에 기인하고 있다.

AD 변환시의 가산 방법은, 각 분할화소의 신호가 클립점에서 AD 변환을 멈춘 후에 항상 가산한 방법이 채택되기 때문에, 도 6과 같은 시간순차적인 구동 방법 이외에도, 도 18에 도시하는 바와 같은 패럴렐 구동법에도 적용할 수 있다.

패럴렐 구동의 경우도 각 화소의 신호를 증폭 후, 클립점에서 칼럼 AD 변환 을 멈추어 버리기 때문에, 가산시에는 각각의 화소의 쇼트 노이즈가 다음에 가산에는 이월되지 않고, 도 17의 A의 굵은 실선(A)으로 도시하는 바와 같은 S/N 특성 곡선을 얻을 수 있다.

도 18은, 본 발명의 실시형태에 관한 패럴렐 구동 방법을 적용한 화소분할 가산 등가 회로의 구성예를 도시하는 도면이다.

도 18은, 도 13에서 도시한 베이어 배열 CMOS 이미지 센서의 감광 화소 유닛의 등가 회로도이다.

이 경우는 플로팅 디퓨전부(FD)에서 검출한 신호를 화소 유닛에서는 증폭하지 않고, 칼럼 화소 판독부에서 증폭시키는 방식을 취하고 있다.

감광 특성이 다른 4개의 화소 영역에서 검출된 신호를, 각각의 플로팅 디퓨전부(FD)를 통하여, 4개의 신호선(116-1 내지 116-4)에 병렬로 출력시키고, 앰프(AMP1 내지 AMP4)로 병렬로 증폭하고, ADC1 내지 ADC-4에서 병렬로 AD 변환시키고 있다.

감광 특성이 다른 복수의 화소 영역으로부터의 신호는, ADC 내에서 가산 처리되고 나서 출력된다.

또한, 이상의 설명에서는, 분할화소 가산 신호 처리에 관해, 열병렬 ADC 탑재 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)를 예로 설명했다.

이른바 칼럼 AD 변환형 CMOS 이미지 센서의 분할화소 가산 신호 처리로서는, 예를 들면 다음의 2가지의 방법도 채용하는 것이 가능하다.

도 19의 A는, 분할화소 가산에 관한 칼럼 AD 변환형 CMOS 이미지 센서 회로 의 구성예를 모식적으로 도시하는 도면이다.

도 19의 A에서는, 동일색 컬러 필터하의 1화소를 4분할하고, 각 분할화소마다 광감도 또는 축적시간을 바꾸어서, 공통 플로팅 디퓨전 FD를 통하여 같은 신호선에 순차적으로 화소 신호를 판독한다. 그리고, 칼럼마다 마련된 CDS 회로(200)에서 노이즈 처리를 행하고, 칼럼 밖에서 1행씩 A/D 변환기를 행하는 예이다.

도 19의 B는, 분할화소 가산에 관한 칼럼 AD 변환형 CMOS 이미지 센서 회로의 다른 구성예를 모식적으로 도시하는 도면이다.

도 19의 B에서는, 동일색 컬러 필터하의 1화소를 4분할하고, 각 분할화소마다 광감도 또는 축적시간을 바꾸어서, 공통 FD를 통하여 같은 신호선에 순차적으로 화소 신호를 판독하고, 칼럼마다 마련된 CDS 회로(210)에서 1회째의 노이즈 처리를 행한다.

그 후, 마찬가지로 칼럼마다 마련된 A/D 변환기(220)에서 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 또한 칼럼마다 마련된 CDS 회로(230)에서 2회째의 노이즈 처리를 행하여, A/D 변환시에 생긴 디지털 노이즈를 제거하는 예이다.

또한, 이상의 설명에서는, 본 발명을 CMOS 이미지 센서에 적용한 경우를 예로 설명하였지만, 본 발명은, CCD 센서에도 적용하는 것이 가능하다.

도 20은, 본 발명의 실시형태에 관한 CCD 센서에 대응한 고체 촬상 소자의 구성예를 도시하는 도면이다.

도 20의 고체 촬상 소자(300)는, 행(수직)방향 및 열(수평)방향에 매트릭스형상으로 배열되고, 입사광을 그 광량에 따른 전하량의 신호 전하로 변환하여 축적 하는 복수의 센서부(광전변환 소자)(311)를 갖는다.

고체 촬상 소자(300)는, 이들 센서부(311)의 수직렬마다 배치되고, 각 센서부(311)로부터 판독 게이트부(도시 생략)를 통하여 판독된 신호 전하를 수직 전송하는 복수개의 수직 전송 레지스터(312)를 갖는다. 센서부와 수직 전송 레지스터(312)에 의해 촬상 에어리어(313)가 구성되어 있다.

센서부(311)는, 베이어 배열이 채용되고, 각 화소는 감도가 다른 복수(예를 들면 4)의 영역인 분할화소(DPC)로 분할되어 있다.

수직 전송 레지스터(312)는, 예를 들면 3 또는 4상(相)의 수직 전송 펄스에 의해 전송 구동되고, 각 센서부(311)로부터 판독된 분할화소 신호로서의 신호 전하를 수평 블랭킹 기간의 일부에서 1주사선(1라인)에 상당하는 부분씩 차례로 수직 방향으로 전송한다.

촬상 에어리어(313)의 도면상의 하측에는, 수평 전송 레지스터(314)가 배치되어 있다. 수평 전송 레지스터(314)에는, 복수개의 수직 전송 레지스터(312)의 각각으로부터 1라인에 상당하는 분할화소 신호로서의 신호 전하가 순차적으로 전송된다.

수평 전송 레지스터(314)는, 예를 들면 3상 또는 4상의 수평 전송 펄스에 의해 전송 구동되고, 복수개의 수직 전송 레지스터(12)로부터 옮겨진 1라인분의 신호 전하를, 수평 블랭킹 기간 후의 수평 주사 기간에서 순차적으로 수평 방향으로 전송한다.

수평 전송 레지스터(314)의 전송처측의 단부에는, 예를 들면 플로팅 디퓨전 앰프 구성의 전하 검출부(315)가 배치되어 있다.

이 전하 검출부(315)는, 수평 전송 레지스터(314)로부터 수평 출력 게이트부를 통하여 공급되는 신호 전하를 축적하는 플로팅 디퓨전부(FD)를 갖는다. 전하 검출부(315)는, 도시하지 않지만, 신호 전하를 배출하는 리셋 드레인(RD)과, 플로팅 디퓨전부(FD)와 리셋 드레인의 사이에 배치된 리셋 게이트(RG)를 포함한다.

이 전하 검출부(315)에서, 리셋 드레인에는 소정의 리셋 드레인 전압이 인가되고, 리셋 게이트에는 신호 전하의 검출 주기로 리셋 펄스가 인가된다.

그리고, 플로팅 디퓨전부(FD)에 축적된 신호 전하는 신호 전압으로 변환되고, 출력 회로(316)를 통하여 CCD 출력 신호(CCDout)로서, CSD 회로(320)에 도출된다. 그리고, ADC(330)에서, AD 변환 및 각 분할화소 신호의 가산 처리를 행한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 하나의 화소 내에 광감도 특성이 다른 영역(분할화소), 또는 축적시간이 다른 영역(분할화소)을 2개소 이상 복수개 배치하고, 이들의 화소 신호를 수직 신호선에 송출하고, 칼럼부에 마련된 AD 변환 유닛에서 가산한다.

그 때, 각 화소 신호의 AD 변환기에의 입력 범위가, 항상 개개의 분할화소의 각 화소의 포화 출력 전압 이하가 되도록 정한다.

따라서, 본 실시형태에 의하면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

다이내믹 레인지가 넓고, 저광량시에 감도가 높고, 고휘도 정보 압축 특성을 구비한 고체 촬상 소자의 화소를 실현할 수 있다.

또한, 기존의 디지털 가산과 비교하여, 외부 메모리가 불필요하게 된다.

아날로그 가산과 같은 가산 대상의 어느 하나의 화소가 포화하는 점인 꺾은점의 편차도 없어진다.

꺾은점(가산 대상의 어느 하나의 화소가 포화하는 점)에서 S/N이 향상하고, 중휘도영역 이상에서는 비(非)분할화소과 같은 정도 이상의 S/N을 달성할 수 있다.

또한, 그다지 프로세스 수를 늘리는 일 없이, 분할화소 구조를 실현할 수 있다.

또한, 사양에 따라 각 분할화소를 독립으로 판독하여, 해상도가 높은 화상을 얻는 판독으로 전환할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다.

이와 같은 효과를 갖는 고체 촬상 소자는, 디지털 카메라나 비디오 카메라의 촬상 디바이스로서 적용할 수 있다.

도 21은, 본 발명의 실시형태에 관한 고체 촬상 소자가 적용되는 카메라 시스템의 구성의 한 예를 도시하는 도면이다.

본 카메라 시스템(400)은, 도 21에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에 관한 CMOS 이미지 센서(고체 촬상 소자)(100, 300)가 적용 가능한 촬상 디바이스(410)와, 이 촬상 디바이스(410)의 화소 영역에 입사광을 유도하는(피사체상을 결상하는) 광학계, 예를 들면 입사광(상광(像光))을 촬상면상에 결상시키는 렌즈(420)와, 촬상 디바이스(410)를 구동하는 구동 회로(DRV)(430)와, 촬상 디바이스(410)의 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로(PRC)(440)를 갖는다.

구동 회로(430)는, 촬상 디바이스(410) 내의 회로를 구동하는 스타트 펄스나 클록 펄스를 포함하는 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터(도시 생 략)를 가지며, 소정의 타이밍 신호로 촬상 디바이스(410)를 구동한다.

또한, 신호 처리 회로(440)는, 촬상 디바이스(410)의 출력 신호에 대해 CDS 등의 신호 처리를 시행한다.

신호 처리 회로(440)에서 처리된 화상 신호는, 예를 들면 메모리 등의 기록 매체에 기록된다. 기록 매체에 기록된 화상 정보는, 프린터 등에 의해 하드 카피된다. 또한, 신호 처리 회로(440)에서 처리된 화상 신호를 액정 디스플레이 등으로 이루어지는 모니터에 동화상으로서 투영된다.

상술한 바와 같이, 디지털 카메라 등의 촬상 장치에 있어서, 촬상 디바이스(410)로서, 선술한 촬상 소자(100)를 탑재함으로써, 저소비 전력이며, 고정밀한 카메라를 실현할 수 있다.

본 발명은 2008년 7월 18일자로 일본특허청에 특허출원된 일본특허원 제2008-187026호를 우선권으로 주장한다.

당업자라면, 첨부된 특허청구범위 또는 그 등가의 범위 내에서, 설계상의 필요 또는 다른 요인에 따라, 상기 실시예에 대한 여러가지 수정예, 조합예, 부분조합예 및 변경예를 실시할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 CMOS 이미지 센서(고체 촬상 소자)의 구성예를 도시하는 도면.

도 2는 화소 배열예로서 베이어 배열을 도시하는 도면.

도 3은 본 실시형태에 관한 화소분할의 개념도.

도 4는 도 1의 열병렬 ADC 탑재 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)에서 가산 처리를 행하는 장소를 도시하는 도면.

도 5는 본 실시형태에 관한 4개의 트랜지스터로 구성되는 CMOS 이미지 센서의 분할화소의 한 예를 도시하는 도면.

도 6은 복수의 분할화소로 플로팅 디퓨전부, 증폭 트랜지스터, 선택 트랜지스터, 리셋 트랜지스터를 공유하는 화소의 예를 도시하는 회로도.

도 7은 복수의 분할화소로 플로팅 디퓨전부를 개별적으로 가지며, 증폭 트랜지스터를 공유하는 화소의 예를 도시하는 회로도.

도 8은 복수의 분할화소를 그룹화하여, 각 그룹에서 플로팅 디퓨전부를 공유하고, 증폭 트랜지스터를 전체에서 공유하는 화소의 예를 도시하는 회로도.

도 9의 A 내지 D는 1화소의 면 내에서 복수개의 영역으로 분할하는 방법을 설명하기 위한 도면.

도 10은 본 발명의 실시형태에 관한 공통 FD 방식을 적용한 사각형 화소분할의 구체예를 도시하는 도면.

도 11의 A 및 B는 도 10의 단면도.

도 12는 본 발명의 실시형태에 관한 공통 FD 꼬리표형상 화소분할을 적용한 사각형 화소분할의 구체예를 도시하는 도면.

도 13은 본 발명의 실시형태에 관한 개별 FD 꼬리표형상 화소분할을 적용한 사각형 화소분할의 구체예를 도시하는 도면.

도 14의 A 및 B는 분할화소 신호의 가산을 본 발명의 실시형태에 관한 방식과 기존 방식을 특성 비교하여 도시하는 도면.

도 15는 동일색 컬러 필터하의 1화소를 4분할하고, 각 분할화소마다 광감도 또는 축적시간을 바꾸고, 분할화소마다 각각 다른 비트 정밀도로 A/D 변환하는 경우의 예를 도시하는 도면.

도 16은 분할화소를 다른 비트 정밀도로 A/D 변환하는 경우에, 각 화소의 최저분해능을 1bit로 가정한 경우, 개개의 분할화소에 설정 가능한 bit수를 도시하는 도면.

도 17의 A 및 B는 전자, 전압 변환 효율을 고려하고, 분할화소 가산의 경우와 통상 화소의 S/N을 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.

도 18은 본 발명의 실시형태에 관한 패럴렐 구동 방법을 적용한 화소분할 가산 등가 회로의 구성예를 도시하는 도면.

도 19의 A 및 B는 분할화소 가산에 관한 칼럼 AD 변환형 CMOS 이미지 센서 회로의 구성예를 모식적으로 도시하는 도면.

도 20은 본 발명의 실시형태에 관한 CCD 센서에 대응한 고체 촬상 소자의 구성예를 도시하는 도면.

도 21은 본 발명의 실시형태에 관한 고체 촬상 소자가 적용된 카메라 시스템의 구성의 한 예를 도시하는 도면.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

100 : 고체 촬상 소자 120 : 화소 유닛

130 : 수직 주사 회로 130 : 수평 전송 주사 회로

140 : 타이밍 제어 회로 150 : ADC군

151 : 비교기 152 : 카운터

153 : 래치 160 : DAC

170 : 앰프 회로 180 : 신호 처리 회로

190 : 수평 전송선 DPC-A 내지 DPC-D : 분할화소

400 : 카메라 시스템 410 : 촬상 디바이스

420 : 렌즈 430 : 구동 회로

440 : 신호 처리 회로

Claims

복수의 화소가 행렬형상으로 배열된 화소 유닛; 및

상기 화소 유닛으로부터 판독한 화소 신호를 아날로그 디지털(AD) 변환하는 AD 변환 유닛을 포함하는 화소 신호 판독 유닛을 포함하며,

상기 화소 유닛의 하나의 상기 화소는 광감도 또는 전하의 축적량이 서로 다른 영역으로 분할된 복수의 분할화소를 포함하고,

상기 화소 신호 판독 유닛은 상기 화소의 분할화소의 분할화소 신호를 판독하고,

상기 AD 변환 유닛은 상기 판독한 분할화소 신호의 AD 변환을 수행하고 상기 분할 화소 신호를 서로 가산하여 하나의 화소의 화소 신호를 얻는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제 1항에 있어서,

상기 화소 신호 판독 유닛은 상기 분할화소의 분할화소 신호를 시간순으로 신호선에 판독하고,

상기 AD 변환 유닛은 상기 신호선을 통하여 입력한 분할화소 신호의 AD 변환을 수행하고, 다음 분할화소 신호의 AD 변환시에, 이전의 AD 변환치를 가산하여 상기 다음 분할화소 신호의 AD 변환을 수행하는 처리를 순차적으로 행하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제 2항에 있어서,

상기 복수의 분할화소를 포함하는 상기 화소는: 상기 분할화소마다 배치된 복수의 광전변환 소자와; 상기 각 분할화소에 공통으로 형성된 공통 플로팅 디퓨전부; 및 상기 각 분할화소에 공통으로 형성된 증폭기를 포함하고,

상기 화소 신호 판독 유닛은 상기 분할화소의 광전변환 소자에서 광전변환된 분할화소 신호를 상기 공통 플로팅 디퓨전부를 통하여 상기 증폭기에 전송하여 증폭하고, 상기 증폭된 분할화소 신호를 시간순으로 상기 신호선에 송출하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제 2항에 있어서,

상기 복수의 분할화소를 포함하는 상기 화소는: 상기 분할화소마다 배치된 복수의 광전변환 소자와; 상기 분할화소마다 배치된 복수의 플로팅 디퓨전부; 및 상기 분할화소에 공통으로 형성된 증폭기를 포함하고,

상기 화소 신호 판독 유닛은 상기 분할화소의 광전변환 소자에서 광전변환된 분할화소 신호를 상기 플로팅 디퓨전부를 통하여 상기 증폭기에 전송하여 증폭하고, 상기 증폭된 분할화소 신호를 시간순으로 상기 신호선에 송출하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제 2항에 있어서,

상기 복수의 분할화소를 포함하는 상기 화소는 복수의 그룹으로 구분되고,

상기 복수의 분할화소를 포함하는 상기 화소는: 상기 분할화소마다 배치된 복수의 광전변환 소자와; 상기 각 그룹의 분할화소에 공통으로 형성된 복수의 공통 플로팅 디퓨전부; 및 상기 그룹에 공통으로 형성된 증폭기를 포함하고,

상기 화소 신호 판독 유닛은 상기 분할화소의 광전변환 소자에서 광전변환된 분할화소 신호를 상기 그룹에 대응하는 공통 플로팅 디퓨전부를 통하여 상기 증폭기에 전송하여 증폭하고, 상기 증폭된 분할화소 신호를 시간순으로 상기 신호선에 송출하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제 2항에 있어서,

상기 복수의 분할화소를 포함하는 상기 화소는: 상기 분할화소마다 배치된 복수의 광전변환 소자와; 상기 분할화소마다 배치된 복수의 플로팅 디퓨전부; 및 상기 분할화소마다 배치된 증폭기를 포함하고,

상기 화소 신호 판독 유닛은 상기 분할화소의 광전변환 소자에서 광전변환된 분할화소 신호를 상기 플로팅 디퓨전부를 통하여 상기 증폭기에 전송하여 증폭하고, 상기 증폭된 분할화소 신호를 시간순으로 상기 신호선에 송출하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제 2항에 있어서,

상기 복수의 분할화소를 포함하는 상기 화소는: 상기 분할화소마다 배치된 복수의 광전변환 소자와; 상기 분할화소마다 배치된 복수의 플로팅 디퓨전부를 포함하고,

상기 화소 신호 판독 유닛은 증폭기를 포함하고, 상기 분할화소의 광전변환 소자에서 광전변환된 분할화소 신호를 상기 플로팅 디퓨전부를 통하여 각각 다른 신호선에 병렬로 송출하고,

상기 AD 변환 유닛은 상기 증폭기에서 증폭된 복수의 분할화소 신호를 병렬로 AD 변환하고, AD 변환한 값을 순차적으로 복수회 가산하여 전체의 화소 신호를 얻는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제 7항에 있어서,

상기 AD 변환 유닛은 상기 복수의 분할화소 신호가 각각 포화한 시점에서 AD 변환 처리를 정지하여, AD 변환한 값을 순차적으로 복수회 가산하여 전체의 화소 신호를 얻는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제 2항에 있어서,

상기 복수의 분할화소를 포함하는 상기 화소는 상기 분할화소마다 배치된 복수의 광전변환 소자를 포함하고,

상기 화소 신호 판독 유닛은: 분할화소 신호를 열방향으로 전송하는 제 1 전송 레지스터와; 상기 제 1 전송 레지스터의 전송 방향과 직교하는 방향으로 분할화소 신호를 전송하는 제 2 전송 레지스터; 및 상기 제 2 전송 레지스터로부터 전송 된 상기 분할화소 신호가 공급되는 플로팅 디퓨전부를 포함하고,

상기 화소 신호 판독 유닛은 상기 분할화소의 광전변환 소자에서 광전변환된 분할화소 신호를 시간순으로 상기 제 1 전송 레지스터 및 상기 제 2 전송 레지스터에 송출하고, 상기 플로팅 디퓨전부를 통하여 상기 신호를 증폭하고, 상관 2중 샘플링 처리를 행하고, 상기 AD 변환 유닛에서 상기 AD 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제 1항에 있어서,

상기 화소의 상기 분할화소로서 형성된 복수의 영역은 광감도 특성이 서로 다른 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제 1항에 있어서,

상기 화소의 상기 분할화소로서 형성된 복수의 영역은 독립한 축적시간 제어가 가능한 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제 1항에 있어서,

상기 화소 신호 판독 유닛은, 상기 분할화소 신호 가산시에 AD 변환의 입력 범위가 상기 화소의 포화 출력 전압보다도 작아지도록 설정되고, 각 화소의 출력치가 항상 특정한 디지털 값이 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제 1항에 있어서,

분할화소 가산 후의 전체의 입사광에 대한 감도 곡선이, 광량이 낮은 때에 감도가 높고, 광량이 높은 때에 감도가 낮아지는 특성을 유지하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제 1항에 있어서,

상기 AD 변환 유닛은 상기 분할화소 신호의 적어도 2개의 영역을 다른 비트 정밀도로 AD 변환 가능한 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제 1항에 있어서,

상기 복수의 분할화소가 동일색의 컬러 필터하에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제 1항에 있어서,

상기 화소 신호 판독 유닛은 상기 분할화소를 독립으로 판독하여, 해상도가 높은 화상을 얻는 판독으로 전환하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
고체 촬상 소자와,

상기 고체 촬상 소자에 피사체상을 결상하는 광학계를 포함하며,

상기 고체 촬상 소자는:

복수의 화소가 행렬형상으로 배열된 화소 유닛; 및

상기 화소 유닛으로부터 판독한 화소 신호를 아날로그 디지털(AD) 변환하는 AD 변환 유닛을 포함하는 화소 신호 판독 유닛을 포함하며,

상기 화소 유닛의 하나의 상기 화소는 전하의 축적량이 서로 다른 영역으로 분할된 복수의 분할화소를 포함하고,

상기 화소 신호 판독 유닛은 상기 화소의 분할화소의 분할화소 신호를 판독하고,

상기 AD 변환 유닛은 상기 판독한 분할화소 신호의 AD 변환을 수행하고 상기 분할 화소 신호를 서로 가산하여 하나의 화소의 화소 신호를 얻는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템.
복수의 화소가 행렬형상으로 배열된 화소 유닛; 및

상기 화소 유닛으로부터 판독한 화소 신호를 아날로그 디지털(AD) 변환하는 AD 변환 유닛을 포함하는 화소 신호 판독 유닛을 포함하며,

상기 화소 유닛의 하나의 상기 화소는 복수의 영역으로 분할하는 것에 의해 생성되는 복수의 분할화소를 포함하고,

상기 화소 신호 판독 유닛은 상기 화소의 분할화소의 분할화소 신호를 판독하고,

상기 AD 변환 유닛은 상기 판독한 분할화소 신호의 AD 변환을 수행하고 상기 분할 화소 신호를 서로 가산하여 하나의 화소의 화소 신호를 얻는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.