JP2010192989A - Solid-state imaging device and imaging apparatus - Google Patents
Solid-state imaging device and imaging apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010192989A JP2010192989A JP2009032862A JP2009032862A JP2010192989A JP 2010192989 A JP2010192989 A JP 2010192989A JP 2009032862 A JP2009032862 A JP 2009032862A JP 2009032862 A JP2009032862 A JP 2009032862A JP 2010192989 A JP2010192989 A JP 2010192989A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- potential
- signal
- reset
- signal line
- solid
- 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.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子及び撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging apparatus.
従来、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置として、CMOSAPS(CMOS Activity Pixel Sensor)からなる固体撮像素子を使用したものがある(例えば特許文献1参照)。このような撮像装置では、高精彩な画質を提供するために、固体撮像素子が持つ暗時ノイズを出力信号から取り除くことが行われる。 Conventionally, as an imaging apparatus such as a digital camera or a digital video camera, there is an apparatus using a solid-state imaging device composed of a CMOS APS (CMOS Activity Pixel Sensor) (see, for example, Patent Document 1). In such an imaging apparatus, in order to provide high-definition image quality, dark noise of a solid-state imaging device is removed from an output signal.
ここで、上記固体撮像素子について図8及び図9を参照しながら説明する。図8は従来のCMOSAPSにおける1画素及び信号読出回路の構成図である。図9(a)は図8の固体撮像素子の駆動パターンを示す図である。図9(b)は図8の垂直信号線208の電位を示す図である。
Here, the solid-state imaging device will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a configuration diagram of one pixel and a signal readout circuit in a conventional CMOS APS. FIG. 9A is a diagram showing a driving pattern of the solid-state imaging device of FIG. FIG. 9B is a diagram showing the potential of the
上記撮像素子は、、図8に示す複数の画素201が2次元アレイ状に配列されている。各画素201は、フォトダイオード(以下、PDという)202、転送スイッチ203、フローティングディフュージョン部(以下、FDという)204、リセットスイッチ207、増幅MOSアンプ205及び選択スイッチ206を含む。
In the imaging device, a plurality of
PD202は、光学系を通して入射する光量に応じた信号電荷を発生する光電変換部として機能する。PD202のアノードは接地ラインに接続され、カソードは転送スイッチ203のソースに接続される。転送スイッチ203は、そのゲート端子に入力される転送パルスφTXによって駆動され、PD202で発生した信号電荷をFD204に転送する。FD204は、信号電荷を一時的に蓄積する蓄積部として機能するとともに、蓄積した信号電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部として機能する。
The
増幅MOSアンプ205は、ソースフォロアとして機能し、そのゲートにはFD204で電荷電圧変換機能により得られた電圧信号が入力される。また、増幅MOSアンプ205のドレインには、第1電位を提供する第1電源VDD1が接続され、そのソースには選択スイッチ206のドレインが接続されている。選択スイッチ206は、そのゲートに入力される垂直選択パルスφSELによって駆動される。選択スイッチ206のソースには、垂直信号線208が接続されている。垂直選択パルスφSELがアクティブ(ハイレベル)になると、画素アレイの対応する行に属する画素の選択スイッチ206が導通状態になり、増幅MOSアンプ205のソースが垂直信号線208に接続される。
The amplification MOS amplifier 205 functions as a source follower, and a voltage signal obtained by the charge-voltage conversion function by the
リセットスイッチ207は、ドレインが第2電位(リセット電位)を提供する第2電源VDD2に接続され、ソースがFD204に接続されている。また、そのゲートに入力されるリセットパルスφRESによって駆動され、FD204に蓄積されている電荷を除去する。
The
FD204、増幅MOSアンプ205等は、垂直信号線208に定電流を供給する定電流回路209と共働して、フローティングディフュージョンアンプを構成する。選択スイッチ206で選択された行を構成する各画素201において、転送された電荷がFD204で電圧信号に変換され、フローティングディフュージョンアンプを通じて対応する信号読み出し部210に出力される。
The FD 204, the amplification MOS amplifier 205, and the like constitute a floating diffusion amplifier in cooperation with the constant
信号読み出し部210は、上記定電流回路209と、複数のスイッチ211,213,214,216、リセットレベル蓄積容量212、信号レベル蓄積容量215、差動アンプ217を含む。
The
スイッチ211は、FD204のリセット電位をリセットレベル信号として読み出すためのスイッチであり、リセットレベル読み出しパルスφTNにより駆動される。リセットレベル蓄積容量212には、電圧信号の読み出しの直前にリセットレベル信号(FD204のリセットレベルに応じた電位の信号)が蓄積される。
The
スイッチ214は、PD202で発生した信号電荷に応じた電圧信号を読み出すためのスイッチであり、信号読み出しパルスφTSにより駆動される。信号レベル蓄積容量215には、電圧信号(PD202からFD204に転送された信号電荷に応じた電位の信号)の読み出し時に、その電圧信号が蓄積される。
The
差動アンプ217は、リセットレベル蓄積容量212に蓄積された信号の電位と信号レベル蓄積容量215に蓄積された信号の電位の差分を、出力線218に出力するアンプである。
The
各スイッチ213,216は、水平信号選択パルスφHiによって駆動され、それぞれ、リセットレベル蓄積容量212、信号レベル蓄積容量215の電位を差動アンプ217に伝達する。出力線218には、PD202からFD204に転送される信号電荷に対応する電位とリセットされたFD204の電位の差分を増幅した値が、画素信号として出力される。
The
ここで、差動アンプ217の入力端子に接続された共通出力線217a,217bには、水平信号選択パルスφH1〜φH(i−1)、φH(i+1)〜φHnで駆動される他の列のスイッチ213,216も接続される(nは、画素アレイの列数を示す)。
Here,
図9(a)に示すように、期間t401では、リセットパルスφRESと転送パルスφTXが印加されてリセットスイッチ207と転送スイッチ203がオンする。そして、PD202とFD204の電位が初期電位にリセットされ、リセットの終了とともに新たな露光期間が開始される。その後、垂直選択パルスφSELが印加されて選択スイッチ206がオンし、読み出し行が選択される。読み出し行が選択されると、図9(b)に示すように、期間t407の間に垂直信号線208がFD204のリセットレベルに応じた電位に充電される。
As shown in FIG. 9A, in the period t401, the reset pulse φRES and the transfer pulse φTX are applied, and the
次いで、期間t402では、リセットレベル読み出しパルスφTNが印加されてスイッチ211がオンし、FD204のリセット電位に応じた値がリセットレベル蓄積容量212に書き込まれる。期間t402は、垂直信号線208の充電に必要な期間t407より長い必要がある。
Next, in a period t402, a reset level read pulse φTN is applied, the
次いで、期間t404では、転送パルスφTXが印加される。転送パルスφTXの印加によりスイッチ203がオンし、PD202の蓄積電荷がFD204に転送される。これとともに、図9(b)に示すように、垂直信号線208がFD204の電位に応じた電位に、期間t408の間で充電される。
Next, in a period t404, the transfer pulse φTX is applied. By applying the transfer pulse φTX, the
次いで、期間t405では、信号読み出しパルスφTSが印加される。そして、スイッチ214がオンしてFD204に応じた電位の値が信号レベル蓄積容量215に書き込まれる。期間t405は、垂直信号線208の充電に必要な期間t408より長い必要がある。
Next, in a period t405, the signal read pulse φTS is applied. Then, the
次いで、期間t406では、水平信号選択パルスφHが印加され、各スイッチ213,216がオンする。そして、信号レベル蓄積容量215に格納された信号の電位とリセットレベル蓄積容量212に格納されたリセットレベル信号の電位との差分が、差動アンプ217によって増幅されて出力線218に出力される。
Next, in a period t406, the horizontal signal selection pulse φH is applied, and the
ここで、垂直信号線208を電圧信号に応じた電位にする時間は、MOS増幅アップ205と定電流回路209が共働して構成するソースフォロアの能力で決定される。即ち、図9(b)に示す期間t407と期間t408は、ソースフォロアを構成する増幅MOSアンプ205と定電流回路209の能力で決定される。
Here, the time for which the
このように、従来の固体撮像素子においては、信号レベル蓄積容量215に格納された信号の電位とリセットレベル蓄積容量212に格納されたリセットレベル信号の電位との差分が、増幅されて出力される。これにより、固定パターンノイズの低減と、画素201のリセットスイッチ207のばらつきによるノイズの低減が図られている。
As described above, in the conventional solid-state imaging device, the difference between the potential of the signal stored in the signal
固体撮像素子の多画素化に伴い、画素からの信号を高速に読み出すことが必要になる。従って、垂直信号線208の充電時間を短くする必要がある。そのためには、特に長い充電期間が必要な信号読み出し期間t408を短くするのが効果的である。信号読み出し期間t408を短くするには、定電流回路209の定電流能力を増大すればよい。しかしながら、定電流回路209の電流量を増すことは、消費電力の増大を招くことになる。
As the number of pixels of a solid-state image sensor increases, it is necessary to read out signals from the pixels at high speed. Therefore, it is necessary to shorten the charging time of the
本発明の目的は、消費電力の増大を招くことなく、画素からの信号の読み出しを高速に行うことができる固体撮像素子、その駆動方法および撮像装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device, a driving method thereof, and an imaging apparatus capable of reading signals from pixels at high speed without causing an increase in power consumption.
本発明は、上記目的を達成するため、入射光量に応じた信号電荷を発生する光電変換部及び前記信号電荷を蓄積する蓄積部を含む画素を有し、前記蓄積部の電位をリセット電位にリセットした後に、前記光電変換部が発生した前記信号電荷を前記蓄積部に蓄積する固体撮像素子であって、前記蓄積部に蓄積されている信号電荷に応じた電位を信号線に読み出す信号読み出し手段と、前記信号線の電位を前記リセット電位と異なる所定電位に変更する信号線電位変更手段とを備え、前記信号読み出し手段は、リセット期間において、前記リセット電位にリセットされた前記蓄積部の電位を前記信号線に読み出し、信号読み出し期間において、前記蓄積部に蓄積された信号電荷に応じた電位を前記信号線に読み出し、前記信号線電位変更手段は、前記リセット期間と前記信号読み出し期間との間の信号線電位変更期間において、前記信号線の電位を所定電位に変更することを特徴とする固体撮像素子を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention includes a pixel including a photoelectric conversion unit that generates a signal charge corresponding to the amount of incident light and a storage unit that stores the signal charge, and resets the potential of the storage unit to a reset potential. And a signal reading unit for reading the potential corresponding to the signal charge stored in the storage unit to a signal line, wherein the signal charge generated by the photoelectric conversion unit is stored in the storage unit. A signal line potential changing unit that changes the potential of the signal line to a predetermined potential different from the reset potential, and the signal reading unit is configured to set the potential of the storage unit reset to the reset potential in the reset period. Read out to the signal line, and in the signal readout period, read out the potential according to the signal charge stored in the storage unit to the signal line, the signal line potential changing means, In the signal line potential change period between the serial reset period and the signal reading period, to provide a solid-state imaging device characterized by changing the potential of the signal line to a predetermined potential.
また、上記固体撮像素子を含む撮像装置であって、前記固体撮像素子が撮像した画像に基づいて明るさを測定する測光手段と、前記測光手段により測定された明るさに基づいて前記所定電位を決定する決定手段とを備えることを特徴とする撮像装置を提供する。 Further, in the imaging apparatus including the solid-state imaging device, a photometric unit that measures brightness based on an image captured by the solid-state imaging device, and the predetermined potential based on the brightness measured by the photometric unit. There is provided an imaging apparatus comprising a determining means for determining.
本発明によれば、消費電力の増大を招くことなく、画素からの信号の読み出しを高速に行うことができる。 According to the present invention, it is possible to read a signal from a pixel at high speed without causing an increase in power consumption.
以下、本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
図1は本発明の一実施の形態に係る固体撮像素子の全体構成概略図である。図2は図1の固体撮像素子100における1画素及び信号読み出し部の構成図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of the overall configuration of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of one pixel and a signal readout unit in the solid-
固体撮像素子100は、図1に示すように、画素アレイ101、垂直選択回路102、水平選択回路104、及び読み出し回路103を備える。画素アレイ101は、2次元アレイ状に配列されている複数の画素を有する。垂直選択回路102は、画素アレイ101における複数の行を順に選択する回路である。水平選択回路104は、垂直選択回路102によって選択されている行を構成する複数の画素を順に選択するように、画素アレイの複数の列を順に選択する回路である。読み出し回路103は、画素アレイ101中の画素のうち、垂直選択回路102及び水平選択回路104によって選択される画素の信号を読み出す回路である。
As shown in FIG. 1, the solid-
固体撮像素子100には、上述した回路の他に、垂直選択回路102、水平選択回路104、信号読み出し回路103等にタイミングを提供するタイミングジェネレータ又は制御回路等(図示せず)が含まれるが、ここでは省略する。
The solid-
上記画素アレイ101は、図2に示す複数の画素201が2次元アレイ状に配列されている。各画素201は、フォトダイオード(以下、PDという)202、転送スイッチ203、フローティングディフュージョン部(以下、FDという)204、リセットスイッチ207、増幅MOSアンプ205及び選択スイッチ206を含む。
In the
PD202は、光学系を通して入射する光量に応じた信号電荷を発生する光電変換部として機能する。PD202のアノードは接地ラインに接続され、カソードが転送スイッチ203のソースに接続される。転送スイッチ203は、そのゲート端子に入力される転送パルスφTXによって駆動され、PD202で発生した信号電荷をFD204に転送する。FD204は、信号電荷を一時的に蓄積する蓄積部として機能するとともに、蓄積した信号電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部として機能する。
The
増幅MOSアンプ205は、ソースフォロアとして機能し、そのゲートにはFD204で電荷電圧変換機能により変換された電圧信号が入力される。また、増幅MOSアンプ205のドレインには、第1電位を提供する第1電源VDD1が接続され、そのソースには選択スイッチ206のドレインが接続されている。
The
選択スイッチ206は、そのゲートに入力される垂直選択パルスφSELによって駆動される。選択スイッチ206のソースには垂直信号線208が接続されている。垂直選択パルスφSELがアクティブ(ハイレベル)になると、画素アレイ101の対応する行に属する画素の選択スイッチ206が導通状態になり、増幅MOSアンプ205のソースが垂直信号線208に接続される。
The
リセットスイッチ207は、ドレインが第2電位(リセット電位)を提供する第2電源VDD2に接続され、ソースがFD204に接続されている。また、そのゲートに入力されるリセットパルスφRESによって駆動され、FD204に蓄積されている信号電荷を除去する。これにより、FD204の電位は、リセット電位にリセットされる。
The
FD204、増幅MOSアンプ205等は、垂直信号線208に定電流を供給する定電流回路309と共働して、フローティングディフュージョンアンプを構成する。選択スイッチ206で選択された行を構成する各画素201において、転送された電荷がFD204において電圧信号に変換され、フローティングディフュージョンアンプを通じて対応する信号読み出し部310に出力される。この信号読み出し部310は、読み出し回路103に含まれる。
The
信号読み出し部310は、複数のスイッチ211,213,214,216,219、リセットレベル蓄積容量212、信号レベル蓄積容量215、及び差動アンプ217を含む。
The
スイッチ211は、FD204のリセット電位をリセットレベル信号として読み出すためのスイッチであり、リセットレベル読み出しパルスφTNにより駆動される。リセットレベル蓄積容量212には、電圧信号の読み出しの直前に、リセットレベル信号(FD204のリセットレベルに応じた電位の信号)が蓄積される。
The
スイッチ214は、PD202で発生した信号電荷に応じた電圧信号を読み出すためのスイッチであり、信号読み出しパルスφTSにより駆動される。信号レベル蓄積容量215には、電圧信号の読み出し時に、その電圧信号(PD202からFD204に転送された信号電荷に応じた電位の信号)が蓄積される。
The
差動アンプ217は、リセットレベル蓄積容量212に蓄積された信号の電位と信号レベル蓄積容量215に蓄積された信号の電位との差分を、出力線218に出力するアンプである。具体的には、差動アンプ217の各入力端子には、それぞれ、スイッチ213,216により、共通出力線217a,217bを介して、リセットレベル蓄積容量212及び信号レベル蓄積容量215の電位が入力される。差動アンプ217は、PD202からFD204に転送された信号電荷に対応する電位とリセット状態のFD204の電位との差分を増幅し、増幅した値を画素信号として出力線218に出力する。
The
各スイッチ213,216は、それぞれ、水平信号選択パルスφHiによって駆動される。また、差動アンプ217の入力端子に接続された共通出力線217a,217bには、水平信号選択パルスφH1〜φH(i−1)、φH(i+1)〜φHnで駆動される他の列のスイッチ213,216も接続される。ここで、nは、画素アレイ101の列数を表す。スイッチ219は、垂直信号線208の電位を強制的に第3電源VDD3の電位(所定電位)に変更するスイッチであり、パルスφFSにより駆動される。
Each of the
次に、定電流回路309の構成について図3を参照しながら説明する。図3は図2の定電流回路309の構成を示す図である。
Next, the configuration of the constant
定電流回路309は、図3に示すように、MOSトランジスタからなる定電流トランジスタ301を含み、当該定電流トランジスタ301を飽和特性領域で使用することにより、定電流特性を得るための回路である。定電流トランジスタ301のドレインには、定電流回路遮断スイッチ302を介して垂直信号線208が接続され、ソースはGND電位(グランド電位)に接続される。また、定電流トランジスタ301のゲートには、電圧Viが印加されており、電圧Viに応じたドレイン電流が定電流として使用される。
As shown in FIG. 3, the constant
定電流回路遮断スイッチ302は、パルスφPSにより駆動される。定電流回路遮断スイッチ302は、パルスφPSがアクティブ(ハイレベル)のときには、定電流トランジスタ301を垂直信号線208に接続し、非アクティブのときには、定電流トランジスタ301を垂直信号線208から切り離す。
The constant current
次に、固体撮像素子100における画素201の駆動について図4を参照しながら説明する。図4は図2の画素201の駆動パターンを示す図である。
Next, driving of the
期間t401において、リセットパルスφRESと転送パルスφTXが印加され、リセットスイッチ207と転送スイッチ203がオンする。これにより、PD202とFD204の電位が初期電位にリセットされ、リセットの終了とともに新たな露光期間が開始される。その後、垂直選択パルスφSELが印加され、選択スイッチ206がオンする。これにより読み出し行が選択され、リセット電位にリセットされたFD204の電位が垂直信号線208に読み出される(リセット期間)。
In a period t401, the reset pulse φRES and the transfer pulse φTX are applied, and the
次いで、期間t402において、リセットレベル読み出しパルスφTNが印加され、スイッチ211がオンする。これにより、垂直信号線208の電位がリセットレベル蓄積容量212に書き込まれる。
Next, in a period t402, a reset level read pulse φTN is applied, and the
次いで、期間t403(信号線電位変更期間)において、選択パルスφSELとパルスφPSが非アクティブになり、スイッチ206及び定電流回路遮断スイッチ302がオフする。また、ソースフォロアとして機能する増幅MOSアンプ205の動作が停止されるとともにパルスφFSがアクティブにされ、スイッチ219を介して、垂直信号線208の電位は、第3電源VDD3に応じた電位に変化する。その後、垂直選択パルスφSELとパルスφPSがアクティブに、かつパルスφFSが非アクティブにされ、画素201からの信号の読み出しが再開される。
Next, in a period t403 (signal line potential change period), the selection pulse φSEL and the pulse φPS become inactive, and the
次いで、期間t404(信号読み出し期間)において、転送パルスφTXが印加される。転送パルスφTXの印加により、スイッチ203がオンし、PD202に蓄積されている信号電荷がFD204に転送される。これとともに、垂直信号線208は、期間t405の間に、FD204の電圧信号に応じた電位に充電される。期間t405においては、信号読み出しパルスφTSが印加されることでスイッチ214がオンし、FD204の電圧信号に応じた電位が信号レベル蓄積容量215に書き込まれる。
Next, in a period t404 (signal reading period), the transfer pulse φTX is applied. By applying the transfer pulse φTX, the
次いで、期間t406において、垂直信号選択パルスφHiが印加される。これにより、スイッチ213,216がオンし、信号レベル蓄積容量215の電位とリセットレベル蓄積容量212の電位との差分が、差動アンプ217によって増幅されて画素信号として出力線218に出力される。
Next, in a period t406, the vertical signal selection pulse φHi is applied. As a result, the
ここで、定電流トランジスタ301をnMOSトランジスタから構成する場合、第3電源VDD3の電位は、期間t402におけるリセット後のFD204に応じた垂直信号線208の電位以下にすればよい。これにより、期間t404即ち信号読み出し期間を短くすることが可能である。
Here, in the case where the constant
次に、垂直信号線208の電位の変化について図5を参照しながら説明する。図5は図2の垂直信号線208の電位が変化する状態を示す図である。
Next, a change in the potential of the
上記期間t402においては、上述したように、垂直信号線208の電位が、リセット電位にリセットされたFD204の電位となる。一般に、リセット後のFD204は、リセットノイズ等を含む。このリセットノイズの影響が軽微であるとすると、図5に示すように、リセット後のFD204の電位は、ほぼ第2電源VDD2の電位(リセット電位VDD2と記す)と等価である。リセット後の垂直信号線208には、リセット電位VDD2からトランジスタ205のスレッショルド電圧Vth分を差し引いた電位が書き込まれる。ここでは、便宜上、スレッショルド電圧Vthは極端に小さいものとして、リセット状態のFD204に応じた垂直信号線208の電位は、リセット電位VDD2とする。
In the period t402, as described above, the potential of the
次に、期間t403において、垂直信号線208の電位は、第3電源VDD3の電位(電位VDD3と記す)となり、期間t405において、PD202から信号電荷転送後のFD204の電位に応じた電位となる。
Next, in the period t403, the potential of the
ここで、期間t405における垂直信号線208の電位が電位VDDa,VDDb,VDDcのいずれかになる場合について考える。
Here, a case where the potential of the
電位VDDcは、PD202からFD204に転送される信号電荷量が最大であるときの垂直信号線208の電位とし、電位VDD3は、便宜上電位VDDaと電位VDDbの間にあるものとする。また、垂直信号線208を充放電する量に関しては、信号電荷で説明するのが正しいが、ここでは、便宜上電位で説明する。
The potential VDDc is the potential of the
まず、垂直信号線208の電位が電位VDDb又はVDDcである場合について考える。この場合、垂直信号線208の放電に必要な電位の移動量は、VDD3−VDDb又はVDD3−VDDcに相当する量である。この場合の放電量は、期間t403で垂直信号線208の電位を電位VDD3にしない場合の放電量と比べて少ない。そのため、放電期間が短くなり、期間t405を短くすることができる。
First, a case where the potential of the
次に、垂直信号線208の電位がVDDaの場合について考える。ここでは、電位VDDaは、電位VDD3と電位VDD2の中間の電位とする。電位VDDaに対して電位VDD3は低電位であるので、垂直信号線208は、ソースフォロアとして機能する増幅MOSアンプ205を介して充電され、その充電量は、VDD3−VDDaとなる。
Next, consider a case where the potential of the
これに対し、期間t403で垂直信号線208の電位を電位VDD3にしない場合、垂直信号線208は、定電流回路309を介して放電され、その放電量は、VDD2−VDDaとなる。ここで、垂直信号線208の充放電能力に関しては、定電流回路309が消費電力を抑えるために電流量を少なく設定すると、定電流回路309による放電能力より、増幅MOSアンプ205による充電能力が大きくなる。従って、充電量(VDD3−VDDa)の充電が、放電量(VDD2−VDDa)の放電より短い時間で収束することになる。
On the other hand, when the potential of the
以上のように、電位VDD3をリセット電位VDD2より低くすることにより、垂直信号線208の充放電時間を短くすることができるので、期間t404(信号読み出し期間)を短縮することが可能となる。また、期間t405に関しては、PD202で発生した信号電荷量の多さに応じた十分な時間を確保することが必要である。そのため、垂直信号線208の充電に掛かる時間が放電に掛かる時間より短いことを考えると、電位VDD3はPD202で発生して保持する最大の信号電荷量に応じた電位にすることが望ましい。即ち、FD204に転送される信号電荷量が最も多いときの垂直信号線208の電位VDDcに対し、電位VDD3をさらに低い電位にすれば、垂直信号線208の充放電に最も時間が掛かる条件下において、垂直信号線208の充放電時間を短くすることができる。
As described above, by making the potential VDD3 lower than the reset potential VDD2, the charge / discharge time of the
また、固体撮像素子100の露光量を撮影前に測光して決定する際に、測光量に応じて電位VDD3を決定することも可能である。これについては後述する。
Further, when the exposure amount of the solid-
また、電位VDD3(第3電源VDD3)がGND電位でよいときには、定電流トランジスタ301のソースがGND電位に接続されているので、定電流回路309を利用して、垂直信号線208の電位を期間t403の間にGND電位にすることが可能である。その際には、スイッチ219と第3電源VDD3を接続する配線が不要となり、チップ面積を削減することができる。
When the potential VDD3 (the third power supply VDD3) may be the GND potential, the constant
この場合は、図4の期間t403において、垂直選択パルスφSELを非アクティブ状態にし、パルスφPSをアクティブ状態にする駆動方法が用いられる。これによれば、垂直信号線208には定電流回路209のみが接続されていることになり、定電流トランジスタ301は、定電流トランジスタとしては動作しなくなる。即ち、垂直信号線208が定電流トランジスタ301を介してGND電位に接続されていることになる。
In this case, a driving method is used in which the vertical selection pulse φSEL is deactivated and the pulse φPS is activated in the period t403 in FIG. According to this, only the constant
本実施の形態においては、ソースフォロアを構成する増幅MOSトランジスタ205として、n型のものを使用しているが、これに代えてp型の増幅MOSトランジスタを使用することも可能である。
In the present embodiment, an n-type
この場合の構成について図6を参照しながら説明する。図6は図2の画素201における増幅MOSトランジスタとしてp型のものを用いた回路構成を示す図である。
The configuration in this case will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram showing a circuit configuration using a p-type amplifying MOS transistor in the
図6に示すように、画素201において、n型の増幅MOSアンプ205及び選択スイッチ206に代えて、p型の増幅MOSアンプ805及び選択スイッチ806が設けられている。また、信号読み出し部310においては、p型のトランジスタから構成される定電流回路809が設けられている。
As shown in FIG. 6, the
図6の構成は、図2の構成に対して、充電と放電の関係が逆になる構成である。このような構成においては、電位VDD3をリセット電位VDD2より高くすることにより、垂直信号線208の充放電に最も時間が掛かる条件下において、垂直信号線208の充放電時間を短くすることができる。
The configuration of FIG. 6 is a configuration in which the relationship between charging and discharging is reversed with respect to the configuration of FIG. In such a configuration, by setting the potential VDD3 higher than the reset potential VDD2, the charge / discharge time of the
このように、本実施の形態によれば、定電流回路309,809の定電流量を増大させることなく定電流回路309,809によって、過渡応答時間が決定される信号読み出し期間の時間を短くすることができる。即ち、消費電力の増大を招くことなく、画素201からの信号の読み出しを高速に行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the constant
次に、上記固体撮像素子が用いられている撮像装置について図7を参照しながら説明する。図7は図1の固体撮像素子が用いられている撮像装置の構成ブロック図である。 Next, an imaging apparatus using the solid-state imaging device will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of an image pickup apparatus using the solid-state image pickup device shown in FIG.
撮像装置は、光学系1、シャッタ2、固体撮像素子100及び駆動回路7を備える。光学系1は、レンズ及び絞り(不図示)を含む。シャッタ2は、フォーカルプレーン式のメカニカルシャッタからなる。固体撮像素子100は、上述した構成を有し、光学系1を介して結像された被写体の光像を電気信号に変換して出力する。駆動回路7は、タイミング信号発生回路6が発生するタイミング信号に基づいて、光学系1のレンズ及び絞り、シャッタ2、固体撮像素子100をそれぞれ駆動するための駆動信号(駆動パルス)を発生する。
The imaging apparatus includes an optical system 1, a
固体撮像素子100から出力された電気信号は、CDS(Correlated Double Sampling)回路4に入力される。CDS回路4は、タイミング信号発生回路6が発生するサンプリング信号に基づいて、入力された電気信号に対してアンプ雑音等を除去するための相関二重サンプリング処理を行い、アナログ信号を出力する。上記アナログ信号は、A/D変換回路5に入力される。
The electrical signal output from the solid-
A/D変換回路5は、タイミング信号発生回路6が発生したサンプリグ信号に基づき、入力されたアナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換する。このデジタル信号は、画像信号として信号処理回路8に入力される。
The A /
タイミング信号発生回路105は、基準クロックに従い、駆動回路7に対するタイミング信号を発生するとともに、CDS回路4及びA/D変換回路5に対するサンプリング信号を発生する。
The timing signal generation circuit 105 generates a timing signal for the
信号処理回路8は、入力された画像信号に対して、色変換、ホワイトバランス、ガンマ補正等を含む画像処理、解像度変換処理、圧縮伸長処理等の各種処理を行う。信号処理回路8により処理された画像信号は、画像メモリ9に記憶される。また、画像メモリ9には、上記信号処理回路8に入力された画像信号が一時記憶される。画像メモリ9に記憶された画像信号(処理後の画像信号)は、信号処理回路8を介して、記録回路11又は表示回路13に入力される。
The
また、信号処理回路8は、入力された画像信号から得られる輝度信号に基づいて、明るさを測定する測光回路(図示せず)を含み、当該測光回路により測定された明るさを示す測光量をシステム制御部14に出力する。
Further, the
記録回路11は、入力された画像データを必要に応じて圧縮して、着脱可能な記録媒体10に記録する。また、記録回路11は、記録媒体10に記録されている画像データを読み出す。この記録媒体10から読み出された画像データは、信号処理回路8において伸長された後に表示回路11に入力される。表示回路11は、入力された画像データをLCD(液晶表示パネル)12に表示するための表示制御を行う。
The
駆動回路7、タイミング信号発生回路7、信号処理回路8、画像メモリ9、記録回路11、表示回13は、システム制御部14により制御される。システム制御部14は、CPU15、ROM16、RAM17等から構成される。CPU15は、ROM16に格納されているプログラム及びパラメータに従い、装置全体の制御を行うとともに個別制御を行う。RAM17は、CPU15の作業領域を提供する。
The
このような構成の撮像装置において、固体撮像素子100に対する駆動方法は、上述した通りであり、固体撮像素子100の駆動は、駆動回路7を介して行われる。
In the imaging apparatus having such a configuration, the driving method for the solid-
また、CPU15が行う個別制御には、固体撮像素子100の露光量を撮影前に測光して決定する際に、上記測光回路により得られた測光量に応じて、電源VDD3の電位(電位VDD3)を決定する制御が含まれる。この制御により適正な電源VDD3の電位を決定し、設定することができる。
Further, in the individual control performed by the
201 画素
202 フォトダイオード(PD)
203 転送スイッチ
204 フローティングディフュージョン部(FD)
205,805 増幅MOSアンプ
206,806 選択スイッチ
207 リセットスイッチ
208 垂直信号線
309,809 定電流回路
310 信号読み出し部
201
203
205, 805
Claims (6)
前記蓄積部に蓄積されている信号電荷に応じた電位を信号線に読み出す信号読み出し手段と、
前記信号線の電位を前記リセット電位と異なる所定電位に変更する信号線電位変更手段とを備え、
前記信号読み出し手段は、リセット期間において、前記リセット電位にリセットされた前記蓄積部の電位を前記信号線に読み出し、信号読み出し期間において、前記蓄積部に蓄積された信号電荷に応じた電位を前記信号線に読み出し、
前記信号線電位変更手段は、前記リセット期間と前記信号読み出し期間との間の信号線電位変更期間において、前記信号線の電位を所定電位に変更することを特徴とする固体撮像素子。 A pixel including a photoelectric conversion unit that generates a signal charge corresponding to the amount of incident light and a storage unit that stores the signal charge, and the photoelectric conversion unit generated after the potential of the storage unit is reset to a reset potential A solid-state imaging device that accumulates signal charges in the accumulation unit,
A signal readout means for reading out a potential corresponding to the signal charge stored in the storage unit to a signal line;
Signal line potential changing means for changing the potential of the signal line to a predetermined potential different from the reset potential;
The signal readout means reads out the potential of the storage unit reset to the reset potential in the reset period to the signal line, and outputs a potential corresponding to the signal charge stored in the storage unit in the signal readout period. Read out on the line,
The signal line potential changing unit changes the potential of the signal line to a predetermined potential in a signal line potential changing period between the reset period and the signal readout period.
前記所定電位は、前記蓄積部に蓄積される最大の信号電荷量に応じた電位から前記増幅MOSトランジスタのスレッショルド電圧を差し引いた電位より低いことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。 The signal reading means comprises source follower means including an amplification MOS transistor and a constant current circuit,
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the predetermined potential is lower than a potential obtained by subtracting a threshold voltage of the amplification MOS transistor from a potential corresponding to a maximum signal charge amount accumulated in the accumulation unit.
前記所定電位は、前記蓄積部に蓄積される最大の信号電荷量に応じた電位から前記増幅MOSトランジスタのスレッショルド電圧を差し引いた電位より高いことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。 The signal reading means comprises source follower means including an amplification MOS transistor and a constant current circuit,
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the predetermined potential is higher than a potential obtained by subtracting a threshold voltage of the amplification MOS transistor from a potential corresponding to a maximum signal charge amount accumulated in the accumulation unit.
前記固体撮像素子が撮像した画像に基づいて明るさを測定する測光手段と、
前記測光手段により測定された明るさに基づいて前記所定電位を決定する決定手段と
を備えることを特徴とする撮像装置。 An imaging apparatus including the solid-state imaging device according to claim 1,
Photometric means for measuring brightness based on an image captured by the solid-state imaging device;
An image pickup apparatus comprising: a determination unit that determines the predetermined potential based on brightness measured by the photometry unit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009032862A JP5335465B2 (en) | 2009-02-16 | 2009-02-16 | Solid-state imaging device and imaging apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009032862A JP5335465B2 (en) | 2009-02-16 | 2009-02-16 | Solid-state imaging device and imaging apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010192989A true JP2010192989A (en) | 2010-09-02 |
JP5335465B2 JP5335465B2 (en) | 2013-11-06 |
Family
ID=42818596
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009032862A Expired - Fee Related JP5335465B2 (en) | 2009-02-16 | 2009-02-16 | Solid-state imaging device and imaging apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5335465B2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012060538A (en) * | 2010-09-10 | 2012-03-22 | Toshiba Corp | Solid state image pickup device |
KR101241487B1 (en) * | 2011-04-11 | 2013-03-11 | 엘지이노텍 주식회사 | Pixel, pixel array, image sensor including the same and method for operating the image sensor |
JP2015207973A (en) * | 2014-04-23 | 2015-11-19 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device |
JP7474123B2 (en) | 2020-06-15 | 2024-04-24 | キヤノン株式会社 | Photoelectric conversion device, photoelectric conversion system and mobile body |
WO2025004802A1 (en) * | 2023-06-28 | 2025-01-02 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Imaging device |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11308531A (en) * | 1998-04-24 | 1999-11-05 | Canon Inc | Solid-state image pickup device and driving method therefor |
JP2000004399A (en) * | 1998-06-17 | 2000-01-07 | Canon Inc | Solid-state image-pickup device and its drive method |
JP2001045375A (en) * | 1999-08-03 | 2001-02-16 | Canon Inc | Image pickup device and its reading method |
JP2006253903A (en) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Sony Corp | Imaging device |
JP2007043324A (en) * | 2005-08-01 | 2007-02-15 | Canon Inc | Imaging device, its control method, program, and storage medium |
JP2010011224A (en) * | 2008-06-27 | 2010-01-14 | Panasonic Corp | Solid-state imaging apparatus |
-
2009
- 2009-02-16 JP JP2009032862A patent/JP5335465B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11308531A (en) * | 1998-04-24 | 1999-11-05 | Canon Inc | Solid-state image pickup device and driving method therefor |
JP2000004399A (en) * | 1998-06-17 | 2000-01-07 | Canon Inc | Solid-state image-pickup device and its drive method |
JP2001045375A (en) * | 1999-08-03 | 2001-02-16 | Canon Inc | Image pickup device and its reading method |
JP2006253903A (en) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Sony Corp | Imaging device |
JP2007043324A (en) * | 2005-08-01 | 2007-02-15 | Canon Inc | Imaging device, its control method, program, and storage medium |
JP2010011224A (en) * | 2008-06-27 | 2010-01-14 | Panasonic Corp | Solid-state imaging apparatus |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012060538A (en) * | 2010-09-10 | 2012-03-22 | Toshiba Corp | Solid state image pickup device |
KR101241487B1 (en) * | 2011-04-11 | 2013-03-11 | 엘지이노텍 주식회사 | Pixel, pixel array, image sensor including the same and method for operating the image sensor |
JP2015207973A (en) * | 2014-04-23 | 2015-11-19 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device |
JP7474123B2 (en) | 2020-06-15 | 2024-04-24 | キヤノン株式会社 | Photoelectric conversion device, photoelectric conversion system and mobile body |
WO2025004802A1 (en) * | 2023-06-28 | 2025-01-02 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Imaging device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5335465B2 (en) | 2013-11-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10771718B2 (en) | Imaging device and imaging system | |
JP5614993B2 (en) | Imaging apparatus and solid-state imaging device driving method | |
EP2285098B1 (en) | Solid-state image pickup device and driving method thereof, and electronic apparatus | |
CN102843527B (en) | Solid state image pickup device, the method and electronic system for driving solid state image pickup device | |
JP5601001B2 (en) | Solid-state imaging device, driving method, and electronic apparatus | |
JP2019087853A (en) | Solid-state imaging device, driving method of solid-state imaging device, and electronic apparatus | |
KR101939402B1 (en) | Solid-state imaging device and driving method thereof, and electronic apparatus using the same | |
CN101909167A (en) | Solid-state imaging device, driving method thereof, and electronic system including same | |
US10785423B2 (en) | Image sensor, image capturing apparatus, and image capturing method | |
JP2012129799A (en) | Solid state image sensor, driving method and electronic apparatus | |
US20130258145A1 (en) | Imaging apparatus, imaging method, and program | |
WO2011083541A1 (en) | Solid-state image capture device and image capture device | |
JP5335465B2 (en) | Solid-state imaging device and imaging apparatus | |
US9094626B2 (en) | Solid-state imaging device, method for controlling solid-state imaging device, and imaging device | |
JP2009206709A (en) | Solid-state imaging apparatus, driving method of solid-state imaging apparatus and electronic apparatus | |
JP5180713B2 (en) | Photoelectric conversion device, driving method thereof, and imaging device | |
JP2014107739A (en) | Imaging device and control method therefor | |
JP2012244379A (en) | Solid state image pickup device | |
KR101895982B1 (en) | Driving method of pixel and CMOS image sensor using the same | |
JP2008072512A (en) | Photographing apparatus and its control method, and photographing system | |
JP2013187233A (en) | Solid-state imaging device, driving method thereof and electronic apparatus | |
US20240267645A1 (en) | Image pickup apparatus in which global shutter driving of image pickup device is performed | |
JP5376966B2 (en) | Imaging device and imaging apparatus | |
JP5072466B2 (en) | Imaging device | |
JP4734847B2 (en) | Solid-state imaging device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120213 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130104 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130108 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130311 |
|
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: 20130702 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130731 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5335465 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |