JP6000589B2 - Solid-state imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、入射光を電気信号に変換する光電変換素子を複数備えた固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device including a plurality of photoelectric conversion elements that convert incident light into electrical signals.
従来、MOS型の固体撮像装置の画素回路として、下記特許文献1の図4に記載されている画素回路が知られている。特許文献1には画素が2次元状に配置され、垂直方向に隣接する画素のフローティングディフュージョン(以下、「FD」とも称す。)同士を連結スイッチを介して電気的に接続する手段を備えた構成が開示されている。 Conventionally, as a pixel circuit of a MOS type solid-state imaging device, a pixel circuit described in FIG. Patent Document 1 includes a configuration in which pixels are arranged two-dimensionally and means for electrically connecting floating diffusions (hereinafter also referred to as “FD”) of pixels adjacent in the vertical direction via a connection switch. Is disclosed.
特許文献1の図4に示されるような構成において、隣接する画素のFDを接続するFD接続トランジスタをオンするための条件は、(FD接続トランジスタのゲートハイ電圧)−(FDのリセット電圧)>(FD接続トランジスタの閾値)である。FD接続トランジスタの閾値が高いと、FD接続トランジスタがオンせずFDの電圧の平均化ができないため、FDのリセット電圧が接続するFD毎にずれてしまい、正しい基準電圧(ダークレベル)を読み出すことができない。その結果、光信号電圧と基準電圧との減算が正しく行うことができないために画質が悪化してしまう。 In the configuration as shown in FIG. 4 of Patent Document 1, the condition for turning on the FD connection transistor that connects the FDs of adjacent pixels is (gate high voltage of FD connection transistor) − (FD reset voltage)> ( FD connection transistor threshold). If the threshold value of the FD connection transistor is high, the FD connection transistor is not turned on and the FD voltage cannot be averaged. Therefore, the reset voltage of the FD shifts for each connected FD, and the correct reference voltage (dark level) is read out. I can't. As a result, the image quality deteriorates because the subtraction between the optical signal voltage and the reference voltage cannot be performed correctly.
本発明は、FD接続トランジスタを有する固体撮像素子にて、FD接続トランジスタをオンさせる場合に確実にFD接続トランジスタをオンできるようにすることを目的とする。 An object of the present invention is to enable a FD connection transistor to be reliably turned on when the FD connection transistor is turned on in a solid-state imaging device having the FD connection transistor.
本発明の固体撮像装置は、2次元状に配置された複数の画素を有する固体撮像装置であって、前記画素が、光電変換により電荷を生成する光電変換素子と、前記光電変換素子により生成された電荷を転送する転送トランジスタと、前記転送トランジスタにより転送された電荷を保持するフローティングディフュージョンと、前記フローティングディフュージョンの電荷に応じた信号を出力する増幅部と、前記フローティングディフュージョンの電位をリセットするリセットトランジスタとを備え、複数の前記画素の前記フローティングディフュージョン同士を接続するための接続トランジスタを有し、前記接続トランジスタの閾値は前記リセットトランジスタの閾値よりも低いことを特徴とする。 The solid-state imaging device of the present invention is a solid-state imaging device having a plurality of pixels arranged two-dimensionally, wherein the pixels are generated by a photoelectric conversion element that generates charges by photoelectric conversion and the photoelectric conversion element. A transfer transistor for transferring the charged charge, a floating diffusion for holding the charge transferred by the transfer transistor, an amplifying unit for outputting a signal corresponding to the charge of the floating diffusion, and a reset transistor for resetting the potential of the floating diffusion And a connection transistor for connecting the floating diffusions of a plurality of the pixels, wherein a threshold value of the connection transistor is lower than a threshold value of the reset transistor.
本発明によれば、フローティングディフュージョン同士を接続するための接続トランジスタの閾値をリセットトランジスタの閾値よりも低くすることで、確実に接続トランジスタをオンすることが可能になる。これにより、正しい基準電圧を読み出すことを可能にし、正しい画像信号を得ることができる。 According to the present invention, the connection transistor for connecting the floating diffusions can be reliably turned on by setting the threshold value of the connection transistor lower than the threshold value of the reset transistor. This makes it possible to read out a correct reference voltage and obtain a correct image signal.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態について説明する。
図1は、第1の実施形態による固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。固体撮像装置は、画素アレイA、画素定電流源102、垂直走査回路103、信号増幅部104、信号保持部105、信号増幅部と信号保持部の制御部106、及びスイッチ107を有する。また、固体撮像装置は、水平走査回路108、出力アンプ109、水平出力線217、218、及び水平出力線217、218のリセット部111を有する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of the solid-state imaging device according to the first embodiment. The solid-state imaging device includes a pixel array A, a pixel constant
画素アレイAは、複数の画素101を有し、これら画素101が複数行及び複数列を構成するように2次元状に配列されている。なお、図1には、画素アレイAが、3行3列に配置された画素101で構成されている例を示しているが、これは説明を簡単化することを意図したものであり、画素アレイAの構成を限定することを意図したものではない。画素101は、光電変換により電荷を生成する光電変換素子を有し、光電変換素子によって得られた信号が列信号線を介して信号増幅部104に供給される。
The pixel array A has a plurality of
信号増幅部104は、画素アレイAから信号を読み出すように構成される。信号保持部105は、信号増幅部104によって読み出された信号を保持する。出力アンプ109は、信号保持部105に保持された信号をスイッチ107を介して読み出すように構成される。信号増幅部104及び信号保持部105は、1列毎に設けられていてもよいし、複数列毎に設けられていてもよい。
The
垂直走査回路103は、典型的には、シフトレジストを含んで構成され、画素アレイA中の行を選択する。水平走査回路108は、典型的には、シフトレジストを含んで構成され、画素アレイA中の列を選択する。この例では、画素アレイA中の列の選択は、信号保持部105から出力アンプ109に信号が転送されるようにスイッチ107を選択的に活性化することによってなされる。リセット部111は、水平出力線217、218を所定の電位にリセットする。
The
図2は、画素101(101a、101b)、信号増幅部104、信号保持部105、及びリセット部111の詳細な構成例を示す図である。画素部101aは、例えば、フォトダイオード(光電変換素子)201aと、転送トランジスタ202aと、増幅トランジスタ(ソースフォロアトランジスタ)203aと、リセットトランジスタ204aと、選択トランジスタ205aとを含む。画素部101bは、例えば、フォトダイオード201bと、転送トランジスタ202bと、増幅トランジスタ(ソースフォロアトランジスタ)203bと、リセットトランジスタ204bと、選択トランジスタ205bとを含む。また、画素部101aは、フローティングディフュージョン(以下、「FD」とも称す。)接続トランジスタ206aを含み、画素部101bは、FD接続トランジスタ206bを含む。
FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration example of the pixel 101 (101a, 101b), the
フォトダイオード201aは、光電変換により電荷を生成する。フォトダイオード201aにおいて光電変換によって生成された電荷は、転送トランジスタ202aによってFD207aに転送される。この電荷によってFD207aの電位が定まる。FD207aは、増幅トランジスタ203aのゲートと共通のノードであり、FD207aに転送された電荷に基づく信号が増幅トランジスタ203aによって増幅されて、選択トランジスタ205aを介して列信号線110に出力される。列信号線110は、定電流源102に接続されていて、ソースフォロア回路が構成されている。画素部101bも画素部101aと同様に構成され、列信号線110に接続されている。
The
また、FD207aは、リセットトランジスタ204aと接続されており、FD208bは、リセットトランジスタ204bと接続されている。FD207aとFD207bとの間には、FD207aとFD207bとを導通もしくは非導通とするFD接続トランジスタ206aが設けられている。FD接続トランジスタ206aをオフすれば各フォトダイオード201a、201bの信号を個別に出力することができ、FD接続トランジスタ206aをオンすれば隣接するフォトダイオード201a、201bの信号電荷をFD上で加算して出力することができる。リセットトランジスタ204a、204b及び増幅トランジスタ203a、203bは画素の電源SVDDと接続されている。
The FD 207a is connected to the
また、画素部101aにおいて、転送トランジスタ202aのゲート電極には駆動線PTX_aが接続されている。リセットトランジスタ204aのゲート電極には駆動線PRES_aが接続されている。選択トランジスタ205aのゲート電極には駆動線PSEL_aが接続されている。FD接続トランジスタ206aのゲート電極には駆動線PADD_aが接続されている。画素部101bも同様である。
In the
信号増幅部104は、例えば、クランプ容量230、反転アンプ208、フィードバック容量209、クランプスイッチ210等を含む。列信号線110は、信号増幅部104のクランプ容量230の一端に接続されている。フィードバック容量209及びクランプスイッチ210は、反転アンプ208の入力端と出力端との間に並列に接続されている。
The
信号増幅部104の出力端は、信号保持部105に接続されている。信号保持部105は、例えば、スイッチ211、212、保持容量213、214を含む。保持容量213、214は、互いに同一の容量値をもつことが好ましい。信号増幅部104の出力端は、スイッチ211、212を介して保持容量213、214にそれぞれ接続されている。クランプスイッチ210、及びスイッチ211、212の制御を行うのが制御部106である。
The output terminal of the
保持容量213、214に保持された信号は、水平走査回路108から提供されるPHパルスにしたがって列選択スイッチ215、216がオンすることによって水平出力線(ノイズ成分)217と水平出力線(光信号成分)218に出力される。保持容量213、214には、それぞれN(ノイズ)出力、S(光信号)出力が保持され、出力アンプ109によって、N出力とS出力との差分が増幅され、出力される。
The signals held in the holding
リセット部111は、例えばスイッチ219、220を含む。水平出力線(ノイズ成分)217がスイッチ219を介して電圧VCHRに接続され、水平出力線(光信号成分)218がスイッチ220を介して電圧VCHRに接続されている。スイッチ219、220を駆動パルスPCHRのタイミングでオンさせることによって、水平出力線(ノイズ成分)217と水平出力線(光信号成分)218とのリセットが行われる。
The
図3は、図1及び図2に示す固体撮像装置の動作例を示すタイミング図である。図3を参照しながら固体撮像装置の動作を説明する。
時刻t0の初期状態において、リセット信号PRES_a、PRES_bはハイレベル(オン状態)となっており、FD207a、FD207bは、リセットトランジスタ204a、204bを介してリセット電圧SVDDによってリセットされている。また、信号PADD_aがハイレベルになっており、FD接続トランジスタ206aを介してFD207aとFD207bとが電気的に接続されている。また、信号PCHRはハイレベルになっており、水平出力線217、218は電圧VCHRにリセットされている。
FIG. 3 is a timing diagram illustrating an operation example of the solid-state imaging device illustrated in FIGS. 1 and 2. The operation of the solid-state imaging device will be described with reference to FIG.
In the initial state at time t0, the reset signals PRES_a and PRES_b are at a high level (ON state), and the
時刻t1に、選択トランジスタ205a、205bのゲートに入力される選択信号PSEL_a、PSEL_bがハイレベルになる。これにより、選択トランジスタ205a、205bがオンして、増幅トランジスタ203a、203bが活性化される。この状態では、リセットトランジスタ204a、204bがオンしているので、FD207a、FD207bはリセット電圧SVDDによってリセットされている。時刻t2に、クランプパルスPC0Rがハイレベルになり、クランプスイッチ210がオンして、反転アンプ208がユニティゲインバッファ状態になり、VC0Rの電圧が出力される。
At time t1, the selection signals PSEL_a and PSEL_b input to the gates of the
時刻t3に、リセットトランジスタ204a、204bのゲートに入力されるリセット信号PRES_a、PRES_bがローレベルになり、リセットトランジスタ204a、204bがオフし、FD207a、FD207bの電位が黒信号レベルに固定される。FD接続トランジスタ206aがオンしているため、FD207a、FD207bは同電位となり、列信号線110の基準電位VNが定まる。時刻t4に、クランプパルスPC0Rがローレベルになり、クランプスイッチ210がオフし、列信号線110の基準電位VNがクランプされる。
At time t3, the reset signals PRES_a and PRES_b input to the gates of the
時刻t5に、PTNパルスがハイレベルになって信号保持部105のスイッチ211がオンして、保持容量213に、VC0Rの電圧と反転アンプ208のオフセット電圧が加算された値の書き込みが始まる。時刻t6に、PTNパルスがローレベルになり、この書き込みが終了する。
At time t5, the PTN pulse becomes high level, the
時刻t7に、転送トランジスタ202a、202bのゲートに入力される転送パルスPTX_a、PTX_bがハイレベルになる。これにより、転送トランジスタ202a、202bがオンして、フォトダイオード201a、201bの信号電荷がFD207a、FD207bに転送される。時刻t8に、転送パルスPTX_a、PTX_bがローレベルになり、信号電荷の転送が完了する。ここで、FD接続トランジスタ206aがオンしているため、フォトダイオード201a、201bの信号電荷がFD207a、FD207b上で加算され、同電位となる。その後、時刻t9に、PTSパルスがハイレベルになって信号保持部105のスイッチ212がオンして、保持容量214に信号が書き込まれる。
At time t7, the transfer pulses PTX_a and PTX_b that are input to the gates of the
転送パルスPTX_a、PTX_bがハイレベルになることにより、列信号線110の電位はVNからVSに変化する。信号電荷が電子である場合には、VS<VNの関係となる。この電圧の変化量(VS−VN)がクランプ容量230の容量値C0とフィードバック容量209の容量値との比率(C0/Cf)で反転された電圧と、VC0Rの電圧と反転アンプ208のオフセット電圧とが加算される。加算された電圧は、信号保持部105のスイッチ212を介して保持容量214に書き込まれる。時刻t10に、PTSパルスをローレベルにし、スイッチ212をオフして、この書き込みが終了する。
As the transfer pulses PTX_a and PTX_b become high level, the potential of the
その後、時刻t11に、リセット信号PRES_a、PRES_bがハイレベルになり、リセットトランジスタ204a、204bがオンして、FD207a、FD207bがリセットされる。これと同時に、選択信号PSEL_a、PSEL_bがローレベルにされて選択トランジスタ205a、205bがオフする。これにより、行の選択が解除される。その後、時刻t12に、水平走査回路108から提供されるPHパルスによって列選択スイッチ215、216がオンし、出力アンプ109でN出力とS出力との差を演算して画像信号が出力される。これが時刻t13に終了し、以降は、PCHRによる水平出力線217、218のリセットとPHパルスによる列選択を交互に行うことにより、順次各列の信号が出力される。
Thereafter, at time t11, the reset signals PRES_a and PRES_b become high level, the
ここで、時刻t1から時刻t2までの期間における各トランジスタのバイアス条件について説明する。電圧SVDDが5.0V、リセットトランジスタ204a、204bのゲートハイ電圧が5.0V、リセットトランジスタの閾値(Vth)が0.3Vとすると、FD207a、207bの電圧は4.7Vとなる。そのとき、FD接続トランジスタ206aのゲートハイ電圧が5.0VでFD接続トランジスタ206aの閾値が0.4Vになってしまったとする。この場合には、(FD接続トランジスタのゲートハイ電圧)−(FDのリセット電圧)>(FD接続トランジスタの閾値)という式が満たせなくなり、FD接続トランジスタ206aがオンできない。その後、時刻t7において、転送トランジスタ202a、202bのゲートに入力される転送パルスPTX_a、PTX_bがハイレベルになり、フォトダイオード201a、201bの信号電荷がFD207a、207bに転送されることでFDの電位は低下する。それにより、FD207a、207bの電位が4.0Vになったと仮定する。この状態では(FD接続トランジスタのゲートハイ電圧)−(FDのリセット電圧)>(FD接続トランジスタの閾値)の式を満たせるようになり、FD接続トランジスタ206aがオンする。FD接続トランジスタ206aがオンするとチャネル容量が見えてくるため、基準電圧VN出力時と信号電圧VS出力時でFD207a、207bにおける容量が異なり、出力リニアリティが悪化する。このような不都合を防止するため、本実施形態ではFD接続トランジスタ206の閾値を、リセットトランジスタ204等の他のトランジスタよりも低くする。例えば、FD接続トランジスタ206の閾値を0.1Vにすることで、電源変動や閾値の製造ばらつきの影響によらず、確実にFD接続トランジスタ206aがオンするようにする。これにより、FD207a、207bにおける容量を一定とする状態で、基準電圧VNの読み出しと、信号電荷の加算信号電圧VSの読み出しとが可能となり、(S−N)により正しい画像信号を得ることができる。
Here, bias conditions of each transistor in the period from time t1 to time t2 will be described. When the voltage SVDD is 5.0V, the gate high voltage of the
また、前述した動作例では、選択トランジスタ205a、205bの2つをオンして、増幅トランジスタ203a、203bにより信号を出力している。しかし、これに限定されず、例えば選択信号PSEL_bをローレベルに固定して選択トランジスタ205bをオフし、増幅トランジスタ203aだけで信号を出力するようにしても良い。ただ、増幅トランジスタ203a、203bの2つを使用したほうが、増幅トランジスタの実行面積が2倍に増えるので、増幅トランジスタに起因する1/fノイズが低減できる。さらに、増幅トランジスタ203a、203bの2つを使用することで、実効的に増幅トランジスタのチャネル幅2倍となるため、オーバードライブ電圧を小さくすることができるため列信号線110のダイナミックレンジを拡大することが可能になる。
In the operation example described above, two of the
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
図4は、第2の実施形態による固体撮像装置の画素回路図である。図4に示す固体撮像装置の画素は、FD207aに、フォトダイオード201a1が転送トランジスタ202a1を介して接続されているとともに、フォトダイオード201a2が転送トランジスタ202a2を介して接続されている。また、FD207aには、フォトダイオード201b1が転送トランジスタ202b1を介して接続されているとともに、フォトダイオード201b2が転送トランジスタ202b2を介して接続されている。すなわち、図4に示したものは、2つのフォトダイオードに対し共通のFDを持つ画素が2ペアあり、FD207aとFD207bがFD接続トランジスタ206aにより接続された構造となっている。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4 is a pixel circuit diagram of the solid-state imaging device according to the second embodiment. In the pixel of the solid-state imaging device illustrated in FIG. 4, a photodiode 201a1 is connected to the
第1のフォトダイオード201a1において光電変換によって生成された電荷は、転送トランジスタ202a1によってFD207aに転送される。また、第2のフォトダイオード201a2において光電変換によって生成された電荷は、転送トランジスタ202a2によってFD207aに転送される。同様に、第3のフォトダイオード201b1において光電変換によって生成された電荷は、転送トランジスタ202b1によってFD207bに転送される。また、第4のフォトダイオード201b2において光電変換によって生成された電荷は、転送トランジスタ202b2によってFD207bに転送される。
The charge generated by photoelectric conversion in the first photodiode 201a1 is transferred to the
この場合、ベイヤ配列のカラーフィルタの場合、第1のフォトダイオードPD201a1と第3のフォトダイオードPD201b1は同色、第2のフォトダイオードPD201a2と第4のフォトダイオード201b2も同色となるため、同色の加算が可能である。 In this case, in the case of a Bayer color filter, the first photodiode PD201a1 and the third photodiode PD201b1 have the same color, and the second photodiode PD201a2 and the fourth photodiode 201b2 have the same color. Is possible.
なお、読み出しのタイミングは図3で示したものに加え、転送パルスPTXなどが増えるが、基本的に同じである。各トランジスタのバイアス条件も基本的に第1の実施形態と同じである。FD接続トランジスタ206aの閾値をリセットトランジスタ204aの閾値より低くすることで、電源変動や閾値の製造ばらつきの影響によらず、確実にFD接続トランジスタ206aをオンさせることが可能になる。これにより、FD207a、207bにおける容量を一定とした状態で、基準電圧VNの読み出しと、信号電荷の加算信号電圧VSの読み出しとが可能となり、正しい画像信号を得ることができる。
Note that the read timing is basically the same although the transfer pulse PTX and the like increase in addition to those shown in FIG. The bias conditions of each transistor are basically the same as those in the first embodiment. By making the threshold value of the
本実施形態では2つのフォトダイオードに対し共通の1個のFDをもつ画素構造について示したが、これに限定されるものではない。図5に一例を示すように3つのフォトダイオードに対して共通の1個のFDをもつ画素構造など、複数個のフォトダイオードに対し共通の1個のFDを持つ画素構造についても同様な効果がある。 In the present embodiment, a pixel structure having one common FD for two photodiodes is shown, but the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 5, for example, a pixel structure having one FD common to a plurality of photodiodes, such as a pixel structure having one FD common to three photodiodes, has the same effect. is there.
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
図6は、第3の実施形態による固体撮像装置の画素レイアウトを示す図である。図中の符号は、図2に示した回路図と対応している。画素部101aは、フォトダイオード201a、転送トランジスタ202a、増幅トランジスタ203a、リセットトランジスタ204a、選択トランジスタ205a、FD接続トランジスタ206a、FD207a、及びウェルコンタクト601を含む。ウェルコンタクト601は、画素部のウェルを基準電位(0V)に固定するためのものであり、画素の基準電位SGNDに接続されている。また、画素部101aにおいて、転送トランジスタ202aのゲート電極には駆動線PTX_aが接続されている。リセットトランジスタ204aのゲート電極には駆動線PRES_aが接続されている。選択トランジスタ205aのゲート電極には駆動線PSEL_aが接続されている。FD接続トランジスタ206aのゲート電極には駆動線PADD_aが接続されている。画素部101bも同様である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 is a diagram illustrating a pixel layout of the solid-state imaging device according to the third embodiment. The reference numerals in the figure correspond to the circuit diagram shown in FIG. The
第3の実施形態では、FD接続トランジスタ206a、206bの閾値を下げるためのイオン注入が図6中の点線枠内に対して行われている。すなわち、FD接続トランジスタ206a、206bのチャネル領域に対する不純物のドープ量を、リセットトランジスタ204a等の他のトランジスタのチャネル領域に対する不純物のドープ量と異ならせている。これにより、他のトランジスタに比べてFD接続トランジスタ206a、206bの閾値を下げることができる。FD接続トランジスタ206a、206bがNMOSトランジスタの場合にはN型の不純物をイオン注入し、PMOSトランジスタの場合にはP型の不純物をイオン注入する。
In the third embodiment, ion implantation for lowering the threshold values of the
第3の実施形態によれば、電源変動や閾値の製造ばらつきの影響によらず、確実にFD接続トランジスタ206a、206bをオンさせることが可能になる。したがって、FD207a、207bにおける容量を一定とした状態での、基準電圧VNの読み出しと信号電荷の加算信号電圧VSの読み出しとが可能となり、正しい画像信号を得ることができる。
According to the third embodiment, the
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。
図7は、第4の実施形態による固体撮像装置の画素レイアウトを示す図である。図中の符号は、図6に示したものと同様である。第4の実施形態では、FD接続トランジスタ206a、206bの閾値を下げるために、リセットトランジスタ204a、204b等の他のトランジスタに比べてFD接続トランジスタ206a、206bのチャネル長Lを短くしている。これにより、短チャネル効果によってFD接続トランジスタ206a、206bの閾値を下げることができ、電源変動や閾値の製造ばらつきの影響によらず、確実にFD接続トランジスタ206a、206bをオンさせることが可能になる。したがって、FD207a、207bにおける容量を一定とした状態での、基準電圧VNの読み出しと信号電荷の加算信号電圧VSの読み出しとが可能となり、正しい画像信号を得ることができる。ここで、FD接続トランジスタ206a、206bはオン固定、又はオフ固定のスイッチとして動作させるため、パンチスルーが起きない程度であれば短チャネル効果の副作用は出力に表れない。第4の実施形態では、第3の実施形態に比べて、イオン注入工程が削減できるというメリットがある。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 is a diagram illustrating a pixel layout of the solid-state imaging device according to the fourth embodiment. The reference numerals in the figure are the same as those shown in FIG. In the fourth embodiment, in order to lower the threshold values of the
(第5の実施形態)
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。
図8及び図9は、第5の実施形態による固体撮像装置の画素回路図である。前述した実施形態では、垂直方向(列方向)のフローティングディフュージョン同士を導通もしくは非導通とするFD接続トランジスタ206を設けた例を示した。これに限定されず、水平方向(行方向)のフローティングディフュージョン同士、又は垂直方向(列方向)及び水平方向(行方向)のフローティングディフュージョン同士を導通もしくは非導通とするようにしても良い。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
8 and 9 are pixel circuit diagrams of the solid-state imaging device according to the fifth embodiment. In the above-described embodiment, the example in which the
図8には、水平方向(行方向)のフローティングディフュージョン同士、すなわち同じ行に配置された画素のFDを導通もしくは非導通とするFD接続トランジスタ206を設けた例を示している。図8に示した例では、水平方向の同色加算が可能となる効果がある。また、図9には、垂直方法(列方向)及び水平方向(行方向)のフローティングディフュージョン同士、すなわち同じ列に配置された画素のFD、同じ行に配置された画素のFDを導通もしくは非導通とするFD接続トランジスタ206を設けた例を示している。図9に示した例では、垂直方向、水平方向の同色加算が可能となる効果がある。なお、駆動方法としては第1の実施形態で述べた方法と基本的に同じ方法で駆動すれば良い。
FIG. 8 shows an example in which an
図8及び図9に示した例においても、FD接続トランジスタ206の閾値をリセットトランジスタ204の閾値より低くすることで、電源変動や閾値の製造ばらつきの影響によらず、確実にFD接続トランジスタ206をオンさせることが可能になる。これにより、FDにおける容量を一定とした状態で、基準電圧VNの読み出しと、信号電荷の加算信号電圧VSの読み出しとが可能となり、正しい画像信号を得ることができる。
Also in the examples shown in FIGS. 8 and 9, by making the threshold of the
(第6の実施形態)
図10は、第6の実施形態による撮像システム(スチルビデオカメラ)の構成例を示す図である。撮像システムは、前述した任意の実施形態の固体撮像装置を用いたシステムである。撮像システムの構成を説明する。バリア1は、レンズ2のプロテクトとメインスイッチを兼ねる。レンズ2は、被写体の光学像を固体撮像素子4に結像させる。絞り3は、レンズ2を通った光量を可変する。固体撮像素子4は、前述した実施形態の固体撮像装置に相当し、レンズ2により結像された被写体を画像信号として取り込む。撮像信号処理回路5は、固体撮像素子4から出力される画像信号に各種の補正、クランプ等の処理を行う。A/D変換器6は、撮像信号処理回路5より出力される画像信号のアナログ−ディジタル変換を行う。信号処理部7は、A/D変換器6より出力された画像データに各種の補正を行ったりデータを圧縮したりする。タイミング発生部8は、固体撮像素子4及び撮像信号処理回路5及びA/D変換器6及び信号処理部7に各種タイミング信号を出力する。なお、5〜8の各回路は固体撮像素子4と同一チップ上に形成しても良い。また、全体制御・演算部9は、各種演算と撮像システム全体を制御する。メモリ部10は、画像データを一時的に記憶する。記録媒体制御インターフェース部11は、記録媒体12に対して記録又は読み出しを行う。記録媒体12は、画像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な媒体である。外部インターフェース(I/F)部13は、外部コンピュータ等と通信する。
(Sixth embodiment)
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging system (still video camera) according to the sixth embodiment. The imaging system is a system using the solid-state imaging device according to any embodiment described above. The configuration of the imaging system will be described. The barrier 1 serves as a protection for the
次に、図10の動作について説明する。バリア1がオープンされるとメイン電源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンし、さらに、A/D変換器6等の撮像系回路の電源がオンされる。それから、露光量を制御するために、全体制御・演算部9は絞り3を開放にし、固体撮像素子4から出力された信号は、撮像信号処理回路5をスルーしてA/D変換器6へ出力される。A/D変換器6は、その信号をA/D変換して、信号処理部7に出力する。信号処理部7は、そのデータを基に露出の演算を全体制御・演算部9で行う。
Next, the operation of FIG. 10 will be described. When the barrier 1 is opened, the main power supply is turned on, the control system power supply is turned on, and the power supply of the imaging system circuit such as the A /
この測光を行った結果により明るさを判断し、その結果に応じて全体制御・演算部9は絞り3を制御する。次に、固体撮像素子4から出力された信号を基に、高周波成分を取り出し被写体までの距離の演算を全体制御・演算部9で行う。その後、レンズ2を駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断したときは、再びレンズ2を駆動し測距を行う。
The brightness is determined based on the result of the photometry, and the overall control /
そして、合焦が確認された後に本露光が始まる。露光が終了すると、固体撮像素子4から出力された画像信号は、撮像信号処理回路5において補正等がされ、さらにA/D変換器6でA/D変換され、信号処理部7を通り全体制御・演算部9によりメモリ部10に蓄積される。その後、メモリ部10に蓄積されたデータは、全体制御・演算部9の制御により記録媒体制御I/F部11を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体12に記録される。また外部I/F部13を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。
Then, after the in-focus state is confirmed, the main exposure starts. When the exposure is completed, the image signal output from the solid-state imaging device 4 is corrected in the imaging signal processing circuit 5, further A / D converted by the A /
なお、前記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
101 画素、110 列信号線、201 フォトダイオード、202 転送トランジスタ、203 増幅トランジスタ、204 リセットトランジスタ、205 選択トランジスタ、206 FD接続トランジスタ、207 フローティングディフュージョン(FD) 101 pixels, 110 column signal lines, 201 photodiodes, 202 transfer transistors, 203 amplification transistors, 204 reset transistors, 205 selection transistors, 206 FD connection transistors, 207 floating diffusion (FD)
Claims (8)
前記画素が、
光電変換により電荷を生成する光電変換素子と、
前記光電変換素子により生成された電荷を転送する転送トランジスタと、
前記転送トランジスタにより転送された電荷を保持するフローティングディフュージョンと、
前記フローティングディフュージョンの電荷に応じた信号を出力する増幅部と、
前記フローティングディフュージョンの電位をリセットするリセットトランジスタとを備え、
複数の前記画素の前記フローティングディフュージョン同士を接続するための接続トランジスタを有し、
前記接続トランジスタの閾値は前記リセットトランジスタの閾値よりも低いことを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device having a plurality of pixels arranged two-dimensionally,
The pixel is
A photoelectric conversion element that generates charges by photoelectric conversion; and
A transfer transistor for transferring the charge generated by the photoelectric conversion element;
A floating diffusion holding the charge transferred by the transfer transistor;
An amplifier that outputs a signal corresponding to the charge of the floating diffusion;
A reset transistor for resetting the potential of the floating diffusion,
A connection transistor for connecting the floating diffusions of the plurality of pixels;
A solid-state imaging device, wherein a threshold value of the connection transistor is lower than a threshold value of the reset transistor.
前記画素が、
光電変換により電荷を生成する光電変換素子と、
前記光電変換素子により生成された電荷を転送する転送トランジスタと、
前記転送トランジスタにより転送された電荷を保持するフローティングディフュージョンと、
前記フローティングディフュージョンの電荷に応じた信号を出力する増幅部と、
前記フローティングディフュージョンの電位をリセットするリセットトランジスタとを備え、
複数の前記画素の前記フローティングディフュージョン同士を接続するための接続トランジスタを有し、
前記接続トランジスタのチャネル長が前記リセットトランジスタのチャネル長よりも短いことを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device having a plurality of pixels arranged two-dimensionally,
The pixel is
A photoelectric conversion element that generates charges by photoelectric conversion; and
A transfer transistor for transferring the charge generated by the photoelectric conversion element;
A floating diffusion holding the charge transferred by the transfer transistor;
An amplifier that outputs a signal corresponding to the charge of the floating diffusion;
A reset transistor for resetting the potential of the floating diffusion,
A connection transistor for connecting the floating diffusions of the plurality of pixels;
A solid-state imaging device, wherein a channel length of the connection transistor is shorter than a channel length of the reset transistor.
前記接続トランジスタがオンの時に、前記接続トランジスタによって前記フローティングディフュージョンを接続される複数の前記画素の前記選択トランジスタが同期して動作することを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の固体撮像装置。7. The selection transistor according to claim 1, wherein when the connection transistor is on, the selection transistors of a plurality of the pixels connected to the floating diffusion by the connection transistor operate in synchronization. Solid-state imaging device.
前記接続トランジスタがオンの時に、前記接続トランジスタによって前記フローティングディフュージョンを接続される複数の前記画素の前記選択トランジスタが並行してオンであることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の固体撮像装置。7. The device according to claim 1, wherein when the connection transistor is turned on, the selection transistors of the plurality of pixels to which the floating diffusion is connected by the connection transistor are turned on in parallel. The solid-state imaging device described.
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