JP6904119B2 - Solid-state image sensor and image sensor - Google Patents
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Description
本発明は、固体撮像素子および撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state image sensor and an image pickup device.
CMOSイメージセンサは、一般的なCMOSプロセスを用いた製造が可能であり、アナログ、デジタル回路を同一のチップ内に混在させることができる。そのため、周辺のIC(Integrated Circuit)を減らすことができるといった、大きな利点を持つ。
CMOSイメージセンサなどの固体撮像素子は、水平方向と垂直方向とに画素が配置された画素アレイを有する画素部と、画素部の複数の画素から画素信号を読み出す周辺回路とから構成される。
The CMOS image sensor can be manufactured using a general CMOS process, and analog and digital circuits can be mixed in the same chip. Therefore, it has a great advantage that the number of peripheral ICs (Integrated Circuits) can be reduced.
A solid-state image sensor such as a CMOS image sensor is composed of a pixel portion having a pixel array in which pixels are arranged in the horizontal direction and the vertical direction, and a peripheral circuit that reads a pixel signal from a plurality of pixels in the pixel portion.
イメージセンサの中でもCMOSラインセンサは、エリアセンサに比べ、垂直方向へ配置される画素が少ないため、画素部の面積が少なくなる。一方、周辺回路は、エリアセンサと同様であるため、チップに占める割合が大きくなる。これは、一般に、水平方向に配列された複数の画素は、同時に読み出されることから、それぞれの画素に対応した回路を複数用意するからである。
このような事情から、CMOSラインセンサを含むチップ面積の削減には、周辺回路の削減が望まれる。周辺回路の削減としては、水平方向に配置された複数の画素を分割し、水平方向へ位相をずらして画素信号を読み出すことにより、周辺回路を削減することが検討され得る。
Among the image sensors, the CMOS line sensor has fewer pixels arranged in the vertical direction than the area sensor, so that the area of the pixel portion is smaller. On the other hand, since the peripheral circuit is similar to the area sensor, it occupies a large proportion of the chip. This is because, in general, a plurality of pixels arranged in the horizontal direction are read out at the same time, and therefore, a plurality of circuits corresponding to each pixel are prepared.
Under these circumstances, it is desired to reduce the peripheral circuits in order to reduce the chip area including the CMOS line sensor. As a reduction of peripheral circuits, it can be considered to reduce peripheral circuits by dividing a plurality of pixels arranged in the horizontal direction and reading out pixel signals with a phase shift in the horizontal direction.
しかし、水平方向へ位相をずらして画素信号を読み出す場合には、任意の画素から画素信号を読み出す間またはその前後において、位相をずらして読み出す他の画素(例えば、任意の画素の一つ前または複数前の画素)が回路駆動および回路の動作を行うため、画素信号にノイズが混入する問題があった。
固体撮像素子では、画素の読み出しを制御する制御信号や、画素から読み出す画素信号にノイズが混入することを抑制する技術が開発されている(例えば、特許文献1、2)。
However, when reading a pixel signal with a phase shift in the horizontal direction, another pixel (for example, one before or before or after reading a pixel signal from an arbitrary pixel) with a phase shift is read. Since the multiple previous pixels) drive the circuit and operate the circuit, there is a problem that noise is mixed in the pixel signal.
In the solid-state image sensor, a technique for suppressing noise from being mixed in a control signal for controlling pixel reading and a pixel signal read from a pixel has been developed (for example,
しかしながら、従来の技術は、CMOSラインセンサにおいて位相をずらして画素信号を読み出す場合を考慮する技術ではないため、任意の画素から読み出す画素信号へ、位相をずらして読み出す他の画素からノイズが混入するという問題を解消するものではない。 However, since the conventional technique does not consider the case where the pixel signal is read out of phase in the CMOS line sensor, noise is mixed into the pixel signal read out from an arbitrary pixel from other pixels read out out of phase. It does not solve the problem.
本発明は、水平方向に配置される複数の画素について、水平方向へ位相をずらして順次画素信号に読み出すときに、ノイズを抑制することができる固体撮像素子を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a solid-state image sensor capable of suppressing noise when a plurality of pixels arranged in the horizontal direction are sequentially read out as pixel signals with their phases shifted in the horizontal direction.
上述した課題を解決するために、本発明にかかる固体撮像素子は、
複数の画素を少なくとも一行の画素行および複数の画素列の配列とし、前記配列を少なくとも一列の画素列から構成される複数の画素列群に分割した画素部と、
前記複数の画素を駆動する制御信号を、前記複数の画素列群毎に供給する複数の制御線と、
前記複数の制御線を介して、前記制御信号を印加する画素制御部と、
前記各画素から出力された画素信号を伝達する複数の信号線と、
前記複数の信号線を介して、前記画素信号を読み出す読み出し処理部と、
前記複数の画素列群へ、少なくとも隣接する画素列群から独立して電力を供給するように配線された複数の電力供給線と、を備え、
前記複数の制御線および前記複数の信号線は、各画素列群に独立して配置され、
前記画素制御部は、各画素列群に独立して配置された制御線を介して、前記複数の画素列群の間で位相をずらして前記制御信号を印加し、前記複数の画素列群毎に前記各画素を駆動させ、
前記読み出し処理部は、各画素列群に独立して配置された信号線を介して、前記複数の画素列群毎に前記画素信号を読み出す。
In order to solve the above-mentioned problems, the solid-state image sensor according to the present invention is used.
A pixel portion in which a plurality of pixels are formed into an array of at least one pixel row and a plurality of pixel columns, and the array is divided into a plurality of pixel column groups composed of at least one column of pixel strings,
A control signal for driving the plurality of pixels, a plurality of control lines to supply for each of the plurality of pixels row groups,
Through the plurality of control lines, and a pixel control unit for applying a pre-SL control signal,
A plurality of signal lines that transmit pixel signals output from each of the pixels,
Via the plurality of signal lines, and the read processing unit for reading the pixel signals,
Wherein the plurality of pixel row groups, and a plurality of power supply lines are wired specifically to provide power independently of at least an adjacent pixel row group,
The plurality of control lines and the plurality of signal lines are arranged independently in each pixel sequence group.
The pixel control unit applies the control signal with a phase shift between the plurality of pixel row groups via control lines independently arranged in each pixel row group, and applies the control signal to each of the plurality of pixel row groups. To drive each pixel
The read-out processing unit reads out the pixel signal for each of the plurality of pixel sequence groups via signal lines independently arranged in each pixel sequence group .
本発明によれば、水平方向に配置される複数の画素について、水平方向へ位相をずらして順次画素信号に読み出すときに、ノイズを抑制することが可能な固体撮像素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a solid-state image sensor capable of suppressing noise when a plurality of pixels arranged in the horizontal direction are sequentially read out as pixel signals with their phases shifted in the horizontal direction.
以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略または簡略化がなされている。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
まず、本発明の一実施形態を適用する固体撮像素子について説明した後、本発明の各実施形態について説明する。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. For the sake of clarity, the following description and drawings have been omitted or simplified as appropriate. In each drawing, components and corresponding parts having the same configuration or function are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
First, a solid-state image sensor to which one embodiment of the present invention is applied will be described, and then each embodiment of the present invention will be described.
図1は、複数の画素列群の間で互いに位相をずらして画素信号を読み出す固体撮像素子の全体構成の一例について説明する図である。
固体撮像素子は、画素部10、画素制御部20、読み出し処理部30、出力部40、複数の制御線LTX、LRT、および複数の信号線VOUTを備える。固体撮像素子の各構成要素は、例えば、半導体基板上に形成される。
以降の説明では、図中のX方向を「水平方向」、Y方向を「垂直方向」として説明する。また、水平方向を「主走査方向」または「行方向」と、垂直方向を「副走査方向」または「列方向」と称することもある。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an overall configuration of a solid-state image sensor that reads out pixel signals by shifting the phases of a plurality of pixel train groups.
The solid-state image sensor includes a
In the following description, the X direction in the figure will be described as the “horizontal direction” and the Y direction will be described as the “vertical direction”. Further, the horizontal direction may be referred to as "main scanning direction" or "row direction", and the vertical direction may be referred to as "secondary scanning direction" or "column direction".
画素部10は、入射光に応じて画素信号をそれぞれ生成する複数の画素を備える。複数の画素は、水平方向の少なくとも一行の画素行と、垂直方向の複数列の画素列との二次元で配列される画素アレイを形成する。また、画素アレイは、複数列の画素列のうち、一列または複数列の画素列から構成される複数の画素列群に分割される。複数の画素列群は、画素アレイを垂直方向(列方向)に分割した複数の画素サブアレイ(サブグループ)である。
本明細書では、複数の画素列群を、番号「N」を用いて識別する。図1において、画素アレイは、3つの画素列群(N−1、N、N+1)から構成される例を示している。
複数の画素は、画素列群の番号、行番号および各画素列群内の列番号により識別する。例えば、図中左上の画素[N−1、3、1]は、画素列群の番号「N−1」、行の番号「3」、および各画素列群における列の番号「1」を表している。なお、例えば、画素列群[N]の任意の画素を表す場合には、画素[N、*、*]と記載し、行の番号、および各画素列群における列の番号を、「*」を用いて表す。
The
In the present specification, a plurality of pixel strings are identified by using the number "N". In FIG. 1, an example in which a pixel array is composed of three pixel sequence groups (N-1, N, N + 1) is shown.
A plurality of pixels are identified by a pixel column group number, a row number, and a column number in each pixel column group. For example, the pixels [N-1, 3, 1] in the upper left of the figure represent the pixel column group number "N-1", the row number "3", and the column number "1" in each pixel column group. ing. For example, when representing an arbitrary pixel of the pixel column group [N], the pixel [N, *, *] is described, and the row number and the column number in each pixel column group are referred to as "*". Is expressed using.
各画素は、例えば、正方形形状を有し、互いに同じサイズを有する。複数の画素列群のそれぞれにおいて、複数の画素は、水平方向で例えば等間隔に配置され、垂直方向でも例えば等間隔に配置される。
異なる行の画素には、フィルタ等により、被写体からの光の異なる色成分(青、緑、赤など)が入射してもよい。
Each pixel has, for example, a square shape and has the same size as each other. In each of the plurality of pixel train groups, the plurality of pixels are arranged at, for example, even intervals in the horizontal direction, and are arranged at, for example, at equal intervals in the vertical direction.
Pixels in different rows may be incident with different color components (blue, green, red, etc.) of light from the subject by a filter or the like.
また、画素部10には、複数の制御線LRT、LTX、および複数の信号線VOUTを含む複数の配線が配置される。
Further, a plurality of wirings including a plurality of control lines LRT, LTX, and a plurality of signal lines VOUT are arranged in the
複数の制御線LRT、LTXは、複数の画素を駆動する制御信号を、複数の画素列群毎に供給できるように配線される。詳細には、複数の制御線LTX、LRTは、各画素列群における各画素に接続される。各制御線LTX、LRTは線状の導体である。本明細書では、例えば、画素列群[N]に接続される制御線を、LTX[N]、LRT[N]と記載する。
複数の制御線LRT、LTXと各画素との接続は、各一つの画素列群において、各画素列群における少なくとも一つの行のすべての画素が一つの制御線LTX、LRTに接続される。図1の場合、例えば、画素列群[N]において、制御線LTX[N]は、画素列群[N]におけるすべての行のすべての画素に接続される。また、画素列群[N]において、制御線LRT[N]は、画素列群[N]におけるすべての行のすべての画素に接続される。他の画素列群も同様である。
各一つの画素列群において、複数の画素は、制御線LTX、LRTそれぞれの本数以上の複数の列(図1では2列)を形成するように配列される。
The plurality of control lines LRT and LTX are wired so that control signals for driving a plurality of pixels can be supplied to each of the plurality of pixel train groups. Specifically, the plurality of control lines LTX and LRT are connected to each pixel in each pixel sequence group. Each control line LTX and LRT is a linear conductor. In the present specification, for example, the control lines connected to the pixel sequence group [N] are described as LTX [N] and LRT [N].
In the connection between the plurality of control lines LRT, LTX and each pixel, in each one pixel column group, all the pixels in at least one row in each pixel column group are connected to one control line LTX, LRT. In the case of FIG. 1, for example, in the pixel column group [N], the control line LTX [N] is connected to all the pixels in all the rows in the pixel column group [N]. Further, in the pixel column group [N], the control line LRT [N] is connected to all the pixels in all the rows in the pixel column group [N]. The same applies to the other pixel sequence groups.
In each one pixel row group, the plurality of pixels are arranged so as to form a plurality of rows (two rows in FIG. 1) equal to or larger than the number of each of the control lines LTX and LRT.
複数の信号線VOUTは、画素から出力された画素信号を読み出し処理部30へ伝達する。複数の信号線VOUTは、各一つの画素列群における各画素に個別に接続され、画素の行および列配列に対応して各列に配列された画素の画素信号を読み出す。各信号線VOUTは、線状の導体である。
本明細書では、画素列群[N]の任意の画素[N、*、*]に接続する信号線を、VOUT[N、*、*]と記載する。例えば、画素[N、3、1]に接続する信号線を、VOUT[N、3、1]と記載する。図1では、各画素と対応する構成例を示しているが、画素列群の番号との対応を表す場合に、VOUT[N]のように記載することもある。
The plurality of signal lines VOUT transmit the pixel signal output from the pixel to the
In the present specification, the signal line connected to an arbitrary pixel [N, *, *] of the pixel sequence group [N] is described as VOUT [N, *, *]. For example, the signal line connected to the pixels [N, 3, 1] is described as VOUT [N, 3, 1]. Although FIG. 1 shows a configuration example corresponding to each pixel, it may be described as VOUT [N] when indicating the correspondence with the number of the pixel string group.
画素制御部20は、複数の画素列群の間で位相をずらして、各画素から画素信号を出力するように、複数の制御線LRT、LTXを介して画素の駆動を制御する。
具体的には、画素制御部20は、複数の増幅器21および画素制御回路22を備える。画素制御回路22は、各制御線LTX、LRTを介して制御信号を複数の画素列群ごとに、各画素列群の各画素に印加する。これにより、画素制御部20は、複数の画素列群の間で互いに位相差を有するように、一つの画素列群の各画素を動作させて画素信号(アナログ信号)をそれぞれ出力させる。各制御線LTX、LRTにおいて、画素制御回路22と各画素との間に増幅器21がそれぞれ設けられる。
The
Specifically, the
読み出し処理部30は、複数の信号線VOUTを介して、複数の画素列群の間で位相をずらして各画素から出力された画素信号を、複数の画素列群毎に読み出し、アナログ増幅およびアナログ転送処理を行なう。具体的には、読み出処理部30は、複数の増幅器31および転送回路32を備える。転送回路32は、複数の画素列群の間で互いに位相差を有するように、各画素列群の各画素から各信号線VOUTを介して画素信号をそれぞれ読み出す。複数の増幅器31は、各信号線VOUTにおいて、各画素と転送回路32との間に設けられ、各画素から読み出された画素信号をアナログ的に増幅する。転送回路32は、複数の画素列群の間で互いに位相差を有するように読み出された画素信号をシリアル信号に変換するとともに、出力部40にアナログ的に転送する。
The
出力部40は、固体撮像素子の外部とのインターフェースであり、アナログ信号処理または、デジタル変換処理を行なう。図1の構成例では、出力部40は、読み出し処理部30から入力された信号を増幅する増幅器41を備える。出力部40は、増幅器41の後段に、固体撮像素子の外部とのインターフェースのために、追加のアナログ信号処理回路が設けられてもよく、または、アナログ/デジタル変換回路およびデジタル信号処理回路が設けられてもよい。
The
上述したように、図1の固体撮像素子は、各画素列群の各画素を、位相をずらしたタイミングで順に、画素制御部20によって、各制御線LRT/LTXを通して各画素を駆動制御し、読み出し処理部30によって、各画素に接続する信号線VOUTに読み出された画素信号を順次取り込み、処理を行う。
図1の場合、画素部10、画素制御部20、および読み出し処理部30は、水平方向に配列される。各制御線LTX、LRTおよび各信号線VOUTは、水平方向に沿って配置された区間(導体部分)をそれぞれ含む。
図1の固体撮像素子は、水平方向への画素の読み出しタイミングをずらすため、画素部10において、制御線LRT、LTX、および信号線VOUTを、各画素列群の垂直方向の一辺へ接続する。また、制御線LRT、LTXは、複数の画素群毎に、垂直方向に一つの垂直配線が配列され、各画素列群内では、行方向の行配列の全画素を行方向に垂直配線に接続するように配線される。
As described above, in the solid-state image sensor of FIG. 1, each pixel of each pixel row group is driven and controlled by the
In the case of FIG. 1, the
In the solid-state image sensor of FIG. 1, in order to shift the reading timing of the pixels in the horizontal direction, the control lines LRT, LTX, and the signal line VOUT are connected to one side in the vertical direction of each pixel row group in the
次に画素構成について説明する。図2は、固体撮像素子の画素の構成例について説明する図である。
画素部10の各画素は、光電変換素子PD、転送トランジスタTX、フローティングディフュージョンFD、リセットトランジスタRT、および増幅トランジスタSFを備える。
光電変換素子PDは、各画素へ入射した光を電荷へ変換して信号電荷を生成する。光電変換素子PDは、例えばフォトダイオードである。
転送トランジスタTXは、光電変換素子PDとフローティングディフュージョンFDとの間に接続される。転送トランジスタTXのゲート端子には、制御線LTXを介して、画素制御部20から制御信号(駆動信号)が印加される。転送トランジスタTXは、制御線LTXを介して印加された制御信号に応じて、光電変換素子PDからフローティングディフュージョンFDへ電荷を転送する。
Next, the pixel configuration will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of pixels of a solid-state image sensor.
Each pixel of the
The photoelectric conversion element PD converts the light incident on each pixel into an electric charge to generate a signal electric charge. The photoelectric conversion element PD is, for example, a photodiode.
The transfer transistor TX is connected between the photoelectric conversion element PD and the floating diffusion FD. A control signal (drive signal) is applied from the
フローティングディフュージョンFDは、光電変換素子PDから転送された電荷をいったん蓄積する半導体基板上の領域である。
リセットトランジスタRTは、リセット電源VDDRTとフローティングディフュージョンFDとの間に接続される。リセットトランジスタRTのゲート端子には、制御線LRTを介して、画素制御部20から制御信号(リセット用の駆動信号)が印加される。リセットトランジスタRTは、制御線LRTを介して印加された制御信号に応じて、フローティングディフュージョンFDの電位をリセット電源VDDRTの電位にリセットする。
The floating diffusion FD is a region on the semiconductor substrate that temporarily stores the electric charge transferred from the photoelectric conversion element PD.
The reset transistor RT is connected between the reset power supply VDDRT and the floating diffusion FD. A control signal (drive signal for reset) is applied from the
増幅トランジスタSFのドレインは電源VDDに接続され、増幅トランジスタSFのソースは端子VOに接続される。端子VOは信号線VOUTに接続される。増幅トランジスタSFのゲートは、フローティングディフュージョンFDに接続される。増幅トランジスタSFは、画素部10外の定電流源とともに、ソースフォロアを構成する。増幅トランジスタSFは、フローティングディフュージョンFDに蓄積された電荷に応じた電圧を増幅し、増幅された電圧を信号線VOUTに出力する。
各画素から出力された電圧は、信号線VOUTを通じて、画素の読み出し処理部30で画素信号として取り込まれ、アナログ増幅およびアナログ転送処理され、出力部40から出力される。
The drain of the amplification transistor SF is connected to the power supply VDD, and the source of the amplification transistor SF is connected to the terminal VO. The terminal VO is connected to the signal line VOUT. The gate of the amplification transistor SF is connected to the floating diffusion FD. The amplification transistor SF constitutes a source follower together with a constant current source outside the
The voltage output from each pixel is taken in as a pixel signal by the pixel read processing
図3は、図1の固体撮像素子の画素列群[N−1]、[N]、[N+1]の各画素の動作例を説明するタイミングチャートである。
図3の各動作は、図1の回路図にある各ノードに対応している。制御線LRT、LTXにおける制御信号は、ハイレベル(Hレベル)の電位VDDおよびローレベル(Lレベル)の電位GNDを有する。信号線VOUTにおける画素信号は、フローティングディフュージョンFDの電位をリセットしたときの電位を示すリセット信号VOUTdarkと、入射光に応じて電荷が発生したときの電位を示す露光信号VOUTsigとを含む。また、図3では、画素部10の画素列群[N−1]、[N]、[N+1]それぞれについて、リセット信号の読み出し時刻tDark[N−1]、[N]、[N+1]と、画素の信号レベル(露光信号)の読み出し時刻tSig[N−1]、[N]、[N+1]とを含む期間の動作を表している。
FIG. 3 is a timing chart for explaining an operation example of each pixel of the pixel sequence group [N-1], [N], and [N + 1] of the solid-state image sensor of FIG.
Each operation of FIG. 3 corresponds to each node in the circuit diagram of FIG. The control signals on the control lines LRT and LTX have a high level (H level) potential VDD and a low level (L level) potential GND. The pixel signal in the signal line VOUT includes a reset signal VOUTdark indicating the potential when the potential of the floating diffusion FD is reset, and an exposure signal VOUTsig indicating the potential when an electric charge is generated according to the incident light. Further, in FIG. 3, for each of the pixel sequence groups [N-1], [N], and [N + 1] of the
図3を参照して、画素信号の読み出し動作を時系列に説明する。
まず、画素列群[N]の各画素から画素信号を読み出す動作について説明する。
・リセットおよびリセット信号VOUTdarkの読み出し
時刻tRTON[N]において、画素制御部20は、制御線LRT[N]の電位をローレベルからハイレベルに遷移させることで、各画素のフローティングディフュージョンFDの電位を電源VDDRTの電位にリセットする(リセット動作)。
次いで、時刻tRTOFF[N]において、画素制御部20は、制御線LRT[N]の電位をハイレベルからローレベルに遷移させることで、各画素のフローティングディフュージョンFDを電源VDDRTから切断する。
その後、時刻tDark[N]において、読み出し処理部30は、画素列群[N]の各画素から信号線VOUTを介してリセット信号VOUTdarkを読み出す(サンプリング動作)。
The pixel signal reading operation will be described in chronological order with reference to FIG.
First, an operation of reading a pixel signal from each pixel of the pixel string group [N] will be described.
-Reset and read of reset signal VOUTdark At time tRTON [N], the
Next, at time tRTOFF [N], the
After that, at the time tDark [N], the
・電荷転送および露光信号VOUTsigの読み出し
時刻tTXON[N]において、画素制御部20は、制御線LTX[N]の電位をローレベルからハイレベルに遷移させることで、入射光に応じて光電変換素子PDに生じた電荷をフローティングディフュージョンFDへ転送する(電荷転送動作)。
次いで、時刻tTXOFF[N]において、画素制御部20は、制御線LTX[N]の電位をハイレベルからローレベルに遷移させることで、フローティングディフュージョンFDを光電変換素子PDから切断する。
その後、時刻tSig[N]において、読み出し処理部30は、画素列群[N]の各画素から信号線VOUTを介して、フローティングディフュージョンFDに蓄積された電荷に応じて変化した電圧の露光信号VOUTsigを読み出す(サンプリング動作)。
-Charge transfer and reading of exposure signal VOUTsig At time tTXON [N], the
Next, at the time tTXOFF [N], the
After that, at the time tSig [N], the
前述のように、画素制御部20は、複数の画素列群の間で互いに位相差を有するように、制御線LRT、LTXを介して、各画素列群の各画素をそれぞれ動作させて画素信号をそれぞれ発生させる。また、読み出し処理部30は、画素制御部20によって複数の画素列群の間で互いに位相差を有するように出力された画素信号を順次読み出す。
次に、図3を参照して、複数の画素列群の間で互いに位相差を有する画素信号の発生および読み出しについて説明する。
As described above, the
Next, with reference to FIG. 3, generation and reading of pixel signals having phase differences with each other among a plurality of pixel sequence groups will be described.
制御線LRT[N−1]の制御信号を、時刻tRTON[N−1]から時刻tRTOFF[N−1]の期間、ハイレベルにすることによって、画素列群[N−1]の各画素のフローティングディフュージョンFDの電位は、リセットされる。制御線LRT[N]の制御信号を、時刻tRTON[N−1]から時刻tRTOFF[N]の期間、ハイレベルにすることによって、画素列群[N]の各画素のフローティングディフュージョンFDの電位は、リセットされる。また、制御線LRT[N+1]の制御信号を、時刻tRTON[N−1]から時刻tRTOFF[N+1]の期間、ハイレベルにすることによって、画素列群[N+1]の各画素のフローティングディフュージョンFDの電位は、リセットされる。 By setting the control signal of the control line LRT [N-1] to a high level during the period from the time tRTON [N-1] to the time tRTOFF [N-1], each pixel of the pixel sequence group [N-1] is set to a high level. The potential of the floating diffusion FD is reset. By setting the control signal of the control line LRT [N] to a high level during the period from time tRTON [N-1] to time tRTOFF [N], the potential of the floating diffusion FD of each pixel of the pixel sequence group [N] is increased. , Will be reset. Further, by setting the control signal of the control line LRT [N + 1] to a high level during the period from the time tRTON [N-1] to the time tRTOFF [N + 1], the floating diffusion FD of each pixel of the pixel sequence group [N + 1] can be set. The potential is reset.
時刻tDark[N−1]において、画素列群[N−1]の各画素のリセット信号VOUTdarkが読み出される。時刻tDark[N]において、画素列群[N]の各画素のリセット信号VOUTdarkが読み出される。時刻tDark[N+1]において、画素列群[N+1]の各画素のリセット信号VOUTdarkが読み出される。 At the time tDark [N-1], the reset signal VOUTdark of each pixel of the pixel sequence group [N-1] is read out. At the time tDark [N], the reset signal VOUTdark of each pixel of the pixel sequence group [N] is read out. At the time tDark [N + 1], the reset signal VOUTdark of each pixel of the pixel sequence group [N + 1] is read out.
次に、制御線LTX[N−1]の制御信号を、時刻tTXON[N−1]から時刻tTXOFF[N−1]の期間、ハイレベルにすることによって、画素列群[N−1]の各画素の光電変換素子PDからフローティングディフュージョンFDに電荷が転送される。
制御線LTX[N]の制御信号を、時刻tTXON[N−1]から時刻tTXOFF[N]の期間、ハイレベルにすることによって、画素列群[N]の各画素の光電変換素子PDからフローティングディフュージョンFDに電荷が転送される。
制御線LTX[N+1]の制御信号を、時刻tTXON[N−1]から時刻tTXOFF[N+1]の期間、ハイレベルにすることによって、画素列群[N+1]の各画素の光電変換素子PDからフローティングディフュージョンFDに電荷が転送される。
Next, by setting the control signal of the control line LTX [N-1] to a high level during the period from the time tTXON [N-1] to the time tTXOFF [N-1], the pixel sequence group [N-1] can be set to a high level. Charges are transferred from the photoelectric conversion element PD of each pixel to the floating diffusion FD.
By setting the control signal of the control line LTX [N] to a high level during the period from the time tTXON [N-1] to the time tTXOFF [N], it floats from the photoelectric conversion element PD of each pixel of the pixel sequence group [N]. Charges are transferred to the diffusion FD.
By setting the control signal of the control line LTX [N + 1] to a high level during the period from the time tTXON [N-1] to the time tTXOFF [N + 1], it floats from the photoelectric conversion element PD of each pixel of the pixel sequence group [N + 1]. Charges are transferred to the diffusion FD.
時刻tSig[N−1]において、画素列群[N−1]の各画素の露光信号VOUTsigが読み出される。時刻tSig[N]において、画素列群[N]の各画素の露光信号VOUTsigが読み出される。時刻tSig[N+1]において、画素列群[N+1]の各画素の露光信号VOUTsigが読み出される。 At the time tSig [N-1], the exposure signal VOUTsig of each pixel of the pixel sequence group [N-1] is read out. At the time tSig [N], the exposure signal VOUTsig of each pixel of the pixel sequence group [N] is read out. At the time tSig [N + 1], the exposure signal VOUTsig of each pixel of the pixel sequence group [N + 1] is read out.
読み出し処理部30は、好ましくは、各制御線LTX[N]、LRT[N]の信号の立ち上がりおよび立ち下がりの瞬間とは異なる瞬間に、各信号線VOUTを介して複数の画素列群の各画素から画素信号をそれぞれ読み出す。言い換えると、複数の画素列群の各画素の動作のタイミングは、時刻tDark[N]およびtSig[N]が、時刻tRTON[N]、tRTOFF[N]、tTXON[N]、およびtTXOFF[N]のいずれとも異なるように決められる。これらの時刻が一致していると、互いに隣接する画素列群の制御線の電圧変動により電源および基板の電位が変動し、画素信号を読み出そうとする画素列群の信号も変動してしまい、画質が劣化するおそれがある。図3の動作によれば、このような電位の変動および画質の劣化を抑制することができる。
The read-
以上説明したように、複数の画素列群の間で位相をずらして画素信号を読み出す固体撮像素子の一態様は、入射光に応じて画素信号をそれぞれ生成する複数の画素を主走査方向および副走査方向に2次元で配列した画素アレイを備える固体撮像素子であって、以下の構成を備える。
画素アレイは、主走査方向に配列された複数の画素列群を含み、複数の画素列群のうちの各一つの画素列群は、主走査方向に沿った複数の行および副走査方向に沿った複数の列を形成するように2次元で配列された複数の画素を含む。
固体撮像素子は、複数の画素列群のうちの各一つの画素列群において、当該画素列群における少なくとも一つの行のすべての画素が一つの制御線に接続されるように、当該画素列群における各画素に接続された複数の制御線と、複数の画素列群のうちの各一つの画素列群において、当該画素列群における各画素に個別に接続された複数の信号線と、各制御線を介して制御信号を各画素列群の各画素に印加することにより、複数の画素列群の間で互いに位相差を有するように各画素列群の各画素をそれぞれ動作させて画素信号をそれぞれ発生させる画素制御回路(画素制御部)と、複数の画素列群の間で互いに位相差を有するように、各画素列群の各画素から各信号線を介して画素信号をそれぞれ読み出す読み出し回路(読み出し処理部)とを備える。
なお、図1に示す固体撮像素子は一例であり、複数の画素列群の間で位相をずらして画素列群毎に画素の読み出しができる構成であれば、これに限られるものではない。
As described above, one aspect of the solid-state image sensor that reads out the pixel signals by shifting the phase between the plurality of pixel train groups is to set a plurality of pixels that generate pixel signals according to the incident light in the main scanning direction and the sub It is a solid-state image sensor including a pixel array arranged in two dimensions in the scanning direction, and has the following configuration.
The pixel array includes a plurality of pixel rows arranged in the main scanning direction, and each one of the plurality of pixel row groups includes a plurality of rows along the main scanning direction and a plurality of rows along the sub-scanning direction. It contains a plurality of pixels arranged in two dimensions so as to form a plurality of columns.
In the solid-state imaging device, in each one of the plurality of pixel string groups, the pixel string group is connected so that all the pixels in at least one row in the pixel column group are connected to one control line. A plurality of control lines connected to each pixel in the above, and a plurality of signal lines individually connected to each pixel in the pixel row group in each one pixel row group of the plurality of pixel row groups, and each control. By applying a control signal to each pixel of each pixel group via a line, each pixel of each pixel group is operated so as to have a phase difference between the plurality of pixel groups to generate a pixel signal. A pixel control circuit (pixel control unit) to generate each, and a readout circuit that reads out pixel signals from each pixel of each pixel group via each signal line so as to have a phase difference between a plurality of pixel groups. (Reading processing unit) is provided.
The solid-state image sensor shown in FIG. 1 is an example, and is not limited to this as long as the pixels can be read out for each pixel sequence group by shifting the phase between the plurality of pixel sequence groups.
図1乃至3を参照して説明したように、図1の固体撮像素子は、複数の画素列群の間で互いに位相差を有するように画素信号の発生および読み出しを行うため、読み出し処理部30よりも後段の回路を、複数の画素列群の間で共用することができる。例えば、読み出し処理部30以降の出力部40の出力回路やデジタル変換回路など1セットもしくは数セットで処理することが可能となる。従って、画素部10の列ごとに回路を設ける場合と比較して回路の部品点数を大幅に削減し、チップサイズを削減した固体撮像素子を可能とする。
As described with reference to FIGS. 1 to 3, the solid-state image sensor of FIG. 1 generates and reads pixel signals so as to have a phase difference between a plurality of pixel train groups, so that the
しかし、上述した複数の画素列群の間で位相をずらして画素信号を読み出す場合には、任意の画素列群(例えば、画素列群[N])の各画素から画素信号を読み出す期間またはその前後において、任意の画素列群の一つ前または複数前に読み出す画素列群の各画素は、画素駆動部20によって回路が駆動され、回路動作を行う。このような回路駆動および回路動作により、任意の画素列群の各画素から読み出す画素信号にノイズが混入することが判明した。図4乃至6を参照してノイズの混入について説明する。
However, when the pixel signal is read out by shifting the phase between the plurality of pixel train groups described above, the period for reading the pixel signal from each pixel of the arbitrary pixel train group (for example, the pixel train group [N]) or the period thereof. In the front and back, a circuit is driven by the
図4は、図1の固体撮像素子の画素部への電力供給線について説明する図である。
図4において、画素部10の各画素への電力供給は、各画素列群で共通する共通電力供給線51を用いて供給される。電力供給として、電源VDD、リセット電源VDDRT、接地GNDがあり、電力は、画素部10の周辺回路またはパッドから供給される。
なお、図4では、画素部10の各画素を、光電変換素子PDと画素回路とに分けて表している。画素回路は、転送トランジスタTX、フローティングディフュージョンFD、リセットトランジスタRT、および増幅トランジスタSFである。また、画素制御部20および読み出し処理部30をブロックで表し、出力部40を省略している。以降に参照する図7、8、14も同様である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a power supply line to the pixel portion of the solid-state image sensor of FIG.
In FIG. 4, the power supply to each pixel of the
In FIG. 4, each pixel of the
図5は、隣接する画素列群との間のノイズ経路について説明する図である。
図5では、一例として、図4に示す共通電力供給線51による電力供給における、画素列群[N]の任意の一画素と、画素列群[N+1]の任意の一画素との関係を表している。
隣接する画素列群の画素のフローティングディフュージョンFD間は、図5に示すように、電力供給線を通し、容量C1〜C4を介して接続される。
具体的には、容量C1は、電源VDD−フローティングディフュージョンFD間容量、容量C2は、リセット電源VDDRT−フローティングディフュージョンFD間容量、容量C3は、端子VO−フローティングディフュージョンFD間容量、容量C4は、接地GND−フローティングディフュージョンFD間容量である。
フローティングディフュージョンFDの電位変動は、電位のリセットおよび光電変換素子PDからの電荷の転送において、画素制御部20がリセットトランジスタRTおよび転送トランジスタTXのゲート端子へ接続する制御線LTX、LRTの電位をハイレベルからローレベルおよびローレベルからハイレベルへ遷移させることにより起こる。
FIG. 5 is a diagram illustrating a noise path between adjacent pixel sequences.
FIG. 5 shows, as an example, the relationship between an arbitrary pixel of the pixel string group [N] and an arbitrary pixel of the pixel string group [N + 1] in the power supply by the common
As shown in FIG. 5, the floating diffusion FDs of the pixels of the adjacent pixel row group are connected via the power supply lines and the capacitances C1 to C4.
Specifically, the capacity C1 is the capacity between the power supply VDD and the floating diffusion FD, the capacity C2 is the capacity between the reset power supply VDDRT and the floating diffusion FD, the capacity C3 is the capacity between the terminal VO and the floating diffusion FD, and the capacity C4 is grounded. The capacitance between GND and the floating diffusion FD.
The potential fluctuation of the floating diffusion FD raises the potentials of the control lines LTX and LRT connected to the gate terminals of the reset transistor RT and the transfer transistor TX by the
フローティングディフュージョンFDの電位変動によって、上述した容量C1〜C4を介して電源などが変動する。電源変動は、電位のリセットおよび電荷の転送を開始していない隣接の画素列群の容量C1〜C4を介してフローティングディフュージョンFDへ伝わり、ノイズとなる。ここで、電位のリセットおよび電荷の転送を開始していない隣接の画素列群とは、画素制御部20がリセットトランジスタRTおよび転送トランジスタTXのゲート端子へ接続する制御線LTX、LRTの電位をハイレベルからローレベルおよびローレベルからハイレベルへ遷移させていない隣接の画素列群である。
また、フローティングディフュージョンFDの電位が変動することによって、定電流回路で制御される増幅トランジスタSFのソースが接続される端子VOに流れるドライブ電流も変動する。この端子VOの電流変動は、電源VDDの電位変動となり、容量C1を介して隣接する画素列群のフローティングディフュージョンFDが変動することでノイズとなる。
Due to the potential fluctuation of the floating diffusion FD, the power supply and the like fluctuate via the above-mentioned capacitances C1 to C4. The power supply fluctuation is transmitted to the floating diffusion FD via the capacitances C1 to C4 of the adjacent pixel train group that have not started the potential reset and charge transfer, and becomes noise. Here, the adjacent pixel train group that has not started the potential reset and charge transfer means that the potentials of the control lines LTX and LRT connected by the
Further, as the potential of the floating diffusion FD fluctuates, the drive current flowing through the terminal VO to which the source of the amplification transistor SF controlled by the constant current circuit is connected also fluctuates. The current fluctuation of the terminal VO becomes the potential fluctuation of the power supply VDD, and the floating diffusion FD of the adjacent pixel train group fluctuates via the capacitance C1 to cause noise.
図6は、ノイズが発生するタイミングについて説明する図である。
時間軸に沿って信号線VOUTの波形を表すことによって、ノイズによる出力信号(画素信号)への影響を説明する。
図6は、画素列群[N]の任意の信号線VOUTに影響するノイズを、図3のタイミングチャートに、信号線VOUTの波形より太い実線で追記している。
図6に示すように、隣接する画素列群の画素駆動による信号線VOUTへのノイズは、例えば、画素列群[N]に注目すると、太い実線のように変化する。この変化は、画素列群[N−1]および画素列群[N+1]において、信号線LRT[N−1]、[N+1]および信号線LTX[N−1]、[N+1]を介して画素制御部20から制御信号が印加され、リセットトランジスタRTおよび転送トランジスタTXのゲート端子の電位がハイレベルからローレベルおよびローレベルからハイレベルに遷移する駆動タイミングの直後で発生する。
ノイズレスにするには、各画素の信号線VOUTの信号のサンプリングホールドの時刻(読み出し時刻tDark、tSig)でノイズの影響を受けないようにする必要がある。信号線VOUTの電位レベルは、それぞれの発生したノイズの変動後は、元に電位レベルに戻ろうとするが、このサンプリングホールド時刻を過ぎても元に戻らない信号線VOUTの変動に対しては、ノイズが残り、画質が劣化してしまう。
FIG. 6 is a diagram for explaining the timing at which noise is generated.
By representing the waveform of the signal line VOUT along the time axis, the influence of noise on the output signal (pixel signal) will be described.
In FIG. 6, noise affecting an arbitrary signal line VOUT of the pixel sequence group [N] is added to the timing chart of FIG. 3 with a solid line thicker than the waveform of the signal line VOUT.
As shown in FIG. 6, the noise to the signal line VOUT due to the pixel drive of the adjacent pixel sequence group changes like a thick solid line when paying attention to the pixel sequence group [N], for example. This change occurs in the pixel sequence group [N-1] and the pixel sequence group [N + 1] via the signal lines LRT [N-1] and [N + 1] and the signal lines LTX [N-1] and [N + 1]. A control signal is applied from the
In order to make noiseless, it is necessary to prevent the influence of noise at the sampling hold time (reading time tDark, tSig) of the signal of the signal line VOUT of each pixel. The potential level of the signal line VOUT tries to return to the original potential level after the fluctuation of each generated noise, but for the fluctuation of the signal line VOUT that does not return even after this sampling hold time, Noise remains and the image quality deteriorates.
そこで、本発明の一実施形態にかかる固体撮像素子は、水平方向に配置される複数の画素において、水平方向へ位相をずらして順次に読み出す際、読み出しが同時になされる一つないし複数の画素で構成される画素列群ごとに、画素の電源および接地の供給配線を分ける。これにより、ノイズを抑制することが可能である固体撮像素子を提供する。
詳細には、各画素列群を、水平方向へ位相をずらして順次に読み出し制御し、画素信号を順次、読み出し処理および取り込み処理できる固体撮像素子において、抑制したいノイズは、以下の特徴を有する。
Therefore, the solid-state image sensor according to the embodiment of the present invention includes one or a plurality of pixels that are simultaneously read out when the plurality of pixels arranged in the horizontal direction are sequentially read out with their phases shifted in the horizontal direction. Separate the supply wiring for the power supply and grounding of the pixels for each pixel sequence group to be configured. This provides a solid-state image sensor capable of suppressing noise.
Specifically, in a solid-state image sensor capable of sequentially reading and controlling each pixel sequence group with a phase shift in the horizontal direction and sequentially reading and capturing pixel signals, the noise to be suppressed has the following characteristics.
まず、ノイズは、画素の信号を読み出そうとする画素列群以外の画素列群から生じる。
次に、生じたノイズは、ノイズ源となる画素の信号を読み出すためのトランジスタに接続する制御線を駆動することにより発生し、画素のトランジスタの電源、接地へ伝わる。
このような事情から一実施形態では、少なくとも同時に読み出しを行う画素列群と、読み出しの位相がずれている隣接する画素列群やその他の画素列群との間で画素のトランジスタへの電源、接地の供給線を分ける。
これにより、他の画素列群の読み出しの際に生じるノイズの影響を抑制する。
以下、本発明の各実施形態について説明する。以降の説明では、画素列群の一例として、画素列群[N−1]、[N]、[N+1]を用いて説明する。
First, noise is generated from a pixel sequence group other than the pixel sequence group that tries to read the signal of the pixel.
Next, the generated noise is generated by driving the control line connected to the transistor for reading the signal of the pixel which is the noise source, and is transmitted to the power supply and the ground of the transistor of the pixel.
From such a situation, in one embodiment, the power supply and grounding of the pixel to the transistor between the pixel sequence group that reads at least at the same time and the adjacent pixel row group or other pixel row group whose reading phases are out of phase. Separate the supply line.
As a result, the influence of noise generated when reading out other pixel strings is suppressed.
Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described. In the following description, as an example of the pixel string group, the pixel sequence groups [N-1], [N], and [N + 1] will be used.
実施形態1.
図7は、実施形態1の固体撮像素子の構成例について説明する図である。図7では、本発明に係る固体撮像素子に適用される電力供給線の配線例として、電力供給線が三本以上の配線構成を示す。複数の電力供給線は、番号「M」を用いて識別する。
図7に示すように、固体撮像素子の複数の電力供給線は、任意の画素列群が隣接する画素列群およびそれ以外の画素列群と独立になるように配線される。
図7の構成では、複数の電力供給線は、電力供給線[M−1]群、電力供給線[M]群および電力供給線[M+1]群から構成され、画素列群[N]には、電力供給線[M]群が対応し、画素列群[N−1]には、電力供給線[M−1]群が対応し、画素列群[N+1]には、電力供給線[M+1]群が対応する。
電力供給線は、画素駆動による電圧変動によるノイズの影響を及ぼす画素列群に対して独立になるように、複数の本数を確保することが望ましい。詳細には、電力供給線は、任意の画素列群が、少なくとも隣接する画素列群、好ましくはさらに他の画素列群と異なる電力供給線から電力が供給されるように、複数配置することが望ましい。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the solid-state image sensor of the first embodiment. FIG. 7 shows a wiring configuration with three or more power supply lines as an example of wiring of power supply lines applied to the solid-state image sensor according to the present invention. The plurality of power supply lines are identified by using the number "M".
As shown in FIG. 7, the plurality of power supply lines of the solid-state image sensor are wired so that an arbitrary pixel sequence group is independent of the adjacent pixel sequence group and other pixel sequence groups.
In the configuration of FIG. 7, the plurality of power supply lines are composed of a power supply line [M-1] group, a power supply line [M] group, and a power supply line [M + 1] group. , The power supply line [M] group corresponds, the pixel row group [N-1] corresponds to the power supply line [M-1] group, and the pixel row group [N + 1] corresponds to the power supply line [M + 1]. ] Groups correspond.
It is desirable to secure a plurality of power supply lines so as to be independent of the pixel array group affected by noise due to voltage fluctuation due to pixel drive. Specifically, a plurality of power supply lines may be arranged so that any pixel array group is supplied with power from at least an adjacent pixel array group, preferably a power supply line different from other pixel array groups. desirable.
以降の説明において、複数の電源供給線を、電力供給元配線と供給先配線とに分けて説明することがある。電力供給元配線は、電源から電力を供給先配線へ供給する配線である。供給先配線は、電供給元配線から供給された電力を各画素列群の各画素に供給する配線である。例えば、電力供給線[M]群は、電力供給元配線52[M]と供給先配線53[M]とを含み、電力供給線[M−1]群または電力供給線[M+1]群も同様である。
また、各配線について、画素列群を区別しない場合には、電力供給線の番号部分(例えば、[M])を省略して、「電力供給元配線52」、「供給先配線53」のように記載する。
なお、電力供給元配線52および供給先配線53は、説明を容易にするために名称を分けたものであり、いずれも本明細書の複数の電力供給線に含まれる。
In the following description, a plurality of power supply lines may be described separately as a power supply source wiring and a power supply destination wiring. The power supply source wiring is wiring that supplies power from the power supply to the supply destination wiring. The supply destination wiring is wiring that supplies the power supplied from the power supply source wiring to each pixel of each pixel row group. For example, the power supply line [M] group includes the power supply source wiring 52 [M] and the power supply destination wiring 53 [M], and the same applies to the power supply line [M-1] group or the power supply line [M + 1] group. Is.
Further, when the pixel sequence group is not distinguished for each wiring, the number portion (for example, [M]) of the power supply line is omitted, such as "power
The power
図7に示す電力供給線の構成により、画素列群[N]に対して、画素駆動による電圧変動によるノイズの影響を及ぼす画素列群、例えば、画素信号の読み出しが前段である画素列群[N−1]および後段である画素列群[N+1]で発生する画素駆動および回路動作による電源変動によって発生するノイズの影響を抑制することができる。 Due to the configuration of the power supply line shown in FIG. 7, the pixel group [N] is affected by noise due to voltage fluctuation due to pixel drive, for example, the pixel group [for example, the pixel signal is read out in the previous stage [ It is possible to suppress the influence of noise generated by power supply fluctuation due to pixel drive and circuit operation generated in N-1] and the pixel sequence group [N + 1] in the subsequent stage.
図8は、実施形態1の固体撮像素子の他の構成例を説明する図である。図8を参照して、電力供給線が最小となる二本の場合の配線構成について説明する。
図8に示すように、複数の電力供給線は、任意の画素列群が、少なくとも隣接する画素列群と独立になるように配線される。例えば、二本の電力供給線を電力供給線偶数群および電力供給線奇数群とすると、奇数の番号の画素列群には、電力供給線奇数群が対応し、偶数の番号の画素列群には、電力奇数群が対応するように構成される。図8では、番号「N」が奇数であり、画素列群[N]が電力供給線奇数群から電力が供給される場合を示している。
図8の構成では、固体撮像素子の複数の電力供給線は、電力供給線[1]群および電力供給線[2]群から構成される。また、電力供給線[1]群は、電力供給元配線52[1]と供給先配線53[1]とを含み、電力供給線[2]群は、電力供給元配線52[2]と供給先配線53[2]とを含む。
図8の構成にすることにより、隣接する画素列群の間では、電力供給は独立になる。
FIG. 8 is a diagram illustrating another configuration example of the solid-state image sensor of the first embodiment. With reference to FIG. 8, a wiring configuration in the case of two lines having the minimum power supply line will be described.
As shown in FIG. 8, the plurality of power supply lines are wired so that an arbitrary pixel array group is at least independent of adjacent pixel array groups. For example, assuming that the two power supply lines are an even number group of power supply lines and an odd number group of power supply lines, the odd number group of power supply lines corresponds to the odd numbered pixel group of power supply lines, and the odd number group of power supply lines corresponds to the odd numbered pixel group. Is configured to correspond to odd power groups. FIG. 8 shows a case where the number “N” is an odd number and the pixel string group [N] is supplied with power from the odd number group of power supply lines.
In the configuration of FIG. 8, the plurality of power supply lines of the solid-state image sensor are composed of a power supply line [1] group and a power supply line [2] group. Further, the power supply line [1] group includes the power supply source wiring 52 [1] and the supply destination wiring 53 [1], and the power supply line [2] group supplies the power supply source wiring 52 [2]. Includes pre-wiring 53 [2].
With the configuration shown in FIG. 8, the power supply becomes independent between the adjacent pixel sequence groups.
図8に示す電力供給線の構成により、画素列群[N]の画素信号を読み出す場合、隣接する画素列群[N−1]および画素列群[N+1]での画素信号の読み出し動作による電源、接地などの変動によるノイズは、電力供給線奇数群に影響する。しかし、画素信号を読み出す画素列群[N]の電力供給線偶数群であり、電力供給線奇数群とは異なる電力供給線として独立に配線されており、隣接する画素列群の読み出し動作によるノイズの影響は抑制される。 When the pixel signal of the pixel string group [N] is read by the configuration of the power supply line shown in FIG. 8, the power supply by the operation of reading the pixel signal in the adjacent pixel group [N-1] and the pixel group [N + 1]. Noise due to fluctuations such as grounding affects the odd group of power supply lines. However, it is an even-numbered group of power supply lines of the pixel sequence group [N] that reads out the pixel signal, and is independently wired as a power supply line different from the odd-numbered group of power supply lines. The effect of is suppressed.
図9は、実施形態1の固体撮像素子の一つの画素列群内における各画素への配線の具体例について説明する図である。図9では、画素列群[N]を用いて説明する。
図9では、画素列群[N]を構成する複数の画素を、図7、8と同様に光電変換素子PDと画素回路とに分けて表している。複数の画素は、水平方向には、下から、R(赤)、G(緑)、B(黒)の3行、垂直方向には、各色の画素6列が配列されている。なお、図9では、各画素の識別として、行の番号にかえて、色成分(R、G、B)を用いて表し、光電変換素子PDの矩形内の右上方に示している。例えば、図中左上の画素[N、B1]について、「N」は画素列群の番号であり、「B1」は、行の番号に代わる色成分「B」と、各画素列群における列の番号「1」を組み合わせた記号である。
また、画素列群[N]内の配線に関して、水平方向の配線は、各行の各画素の画素回路が配置される領域に、光電変換素子PDに近い方から、電源線LVDD、制御線LTX、制御線LRT,およびリセット電源線LVDDRTが配置されている。垂直方向の配線は図中に示す通りである。
FIG. 9 is a diagram illustrating a specific example of wiring to each pixel in one pixel sequence group of the solid-state image sensor of the first embodiment. In FIG. 9, a pixel sequence group [N] will be used for description.
In FIG. 9, a plurality of pixels constituting the pixel sequence group [N] are divided into a photoelectric conversion element PD and a pixel circuit as in FIGS. 7 and 8. The plurality of pixels are arranged in three rows of R (red), G (green), and B (black) from the bottom in the horizontal direction, and six columns of pixels of each color in the vertical direction. In FIG. 9, each pixel is identified by using a color component (R, G, B) instead of a row number, and is shown in the upper right corner of the rectangle of the photoelectric conversion element PD. For example, for the upper left pixel [N, B1] in the figure, "N" is the number of the pixel column group, "B1" is the color component "B" instead of the row number, and the column in each pixel column group. It is a symbol in which the number "1" is combined.
Further, regarding the wiring in the pixel column group [N], the wiring in the horizontal direction includes the power supply line L VDD, the control line LTX, and the power line L VDD, the control line LTX, from the side closer to the photoelectric conversion element PD in the area where the pixel circuit of each pixel of each row is arranged. The control line LRT and the reset power supply line L VDDRT are arranged. The wiring in the vertical direction is as shown in the figure.
図9には示していないが、電源線LVDDおよびリセット電源線LVDDRTは、図7の構成例では電力供給線[M]群の電源供給元配線52[M]、図8の構成例では電力供給線奇数群の電源供給元配線52[1]から電力が供給されるように配線されている。電力供給線は、図7、8に示したように、画素列群[N]は、少なくとも隣接する画素列群[N−1]、[N+1]とは独立して配線された電力供給線群と接続される。 Although not shown in FIG. 9, the power supply line L VDD and the reset power supply line L VDDRT are the power supply source wiring 52 [M] of the power supply line [M] group in the configuration example of FIG. 7, and the power supply in the configuration example of FIG. The wires are wired so that power is supplied from the power supply source wiring 52 [1] of the odd-numbered group of wires. As shown in FIGS. 7 and 8, the power supply line group [N] is a power supply line group wired at least independently of the adjacent pixel row groups [N-1] and [N + 1]. Is connected with.
電源線LVDDは、増幅トランジスタSDを動作させる印加電圧を供給する配線であり、画素電源線とも称する。電源線LVDDは、各画素の電源VDDの端子に接続される。
リセット電源線LVDDRTは、リセットトランジスタRTによってフローティングディフュージョンFDをリセットするリセット電位を与える配線である。リセット電源線LVDDRTは、各画素のリセット電源VDDRTの端子に接続される。
The power supply line L VDD is a wiring for supplying an applied voltage for operating the amplification transistor SD, and is also referred to as a pixel power supply line. The power supply line L VDD is connected to the terminal of the power supply VDD of each pixel.
The reset power supply line L VDDRT is a wiring that gives a reset potential for resetting the floating diffusion FD by the reset transistor RT. The reset power supply line L VDDRT is connected to the terminal of the reset power supply VDDRT of each pixel.
また、各画素列群内に配線された電源線LVDDおよびリセット電源線の各供給線は、少なくとも隣接する画素列群と電力供給を独立にするため、隣接する画素列群との間において、配線が切断されたレイアウト構成になっている。より詳細には、各画素列群内の水平方向の配線は、画素列群内で切断され、隣接する画素列群の画素とは接続しない。これは、複数の画素列群の間で相互に異なる電源供給線から電力を供給するように構成されるからである。 Further, each supply line of the power supply line L VDD and the reset power supply line wired in each pixel row group is wired between the adjacent pixel row group and the adjacent pixel row group at least in order to make the power supply independent of the adjacent pixel row group. Has a disconnected layout configuration. More specifically, the horizontal wiring in each pixel row group is cut in the pixel row group and is not connected to the pixels of the adjacent pixel row group. This is because power is supplied from power supply lines that are different from each other among the plurality of pixel train groups.
なお、図示していないが、画素の各トランジスタのバックゲートを接地するグランド配線も同様に隣接する画素列群へのグランド配線と独立に配線することが好ましい。グランド配線は、転送トランジスタTX、リセットトランジスタRT、および増幅トランジスタSEとのバックバイアスを固定する配線であり、画素接地線とも称する。
また、図9では、電源線LVDDおよびリセット電源線LVDDRTは、複数の画素列群の間で独立して配線される場合を示したが、電源線LVDDとリセット電源線LVDDRTとの一方が独立した配線となる場合を排除するものではない。
Although not shown, it is preferable that the ground wiring for grounding the back gate of each transistor of the pixel is also wired independently of the ground wiring to the adjacent pixel train group. The ground wiring is wiring for fixing the back bias with the transfer transistor TX, the reset transistor RT, and the amplification transistor SE, and is also referred to as a pixel ground wire.
Further, in FIG. 9, the power supply line L VDD and the reset power supply line L VDDRT are wired independently between a plurality of pixel train groups, but one of the power supply line L VDD and the reset power supply line L VDDRT is independent. It does not exclude the case of wiring.
図9に示すように、電力供給元配線52から各画素に電源VDD、リセット電源VDDRTを供給する電源線LVDD、リセット電源線LVDDRTなどの供給先配線53は、一つの画素列群内で他の画素列群とは独立して配線される。ここで、供給先配線53は、上述した画素電源線、リセット電源線および画素接地線などの各画素列群内の配線を含む。従って、少なくとも隣接する画素列群の間では、電力供給元配線52および供給先配線53を含む電力供給線は独立になる。
As shown in FIG. 9, the
本実施形態によれば、複数の電力供給線は、少なくとも隣接する画素列群とは独立に配線されることから、隣接する画素列群からのノイズを抑制することができる。具体的には、画素信号を読み出す画素列群(例えば、画素列群[N])と、当該画素列群と隣接する画素列群(例えば、画素列群[N−1]、[N+1])とは、独立になり、隣接する画素列群からのノイズを抑制することが可能となる。 According to the present embodiment, since the plurality of power supply lines are wired at least independently of the adjacent pixel array groups, noise from the adjacent pixel array groups can be suppressed. Specifically, a pixel string group for reading a pixel signal (for example, a pixel string group [N]) and a pixel string group adjacent to the pixel string group (for example, a pixel string group [N-1], [N + 1]). It becomes independent from and, and it becomes possible to suppress the noise from the adjacent pixel sequence group.
実施形態2.
本実施形態では、固体撮像素子に適用するGNDタップの具体的について説明する。
図10は、実施形態2の固体撮像素子の構成例について説明する図である。
図10に示すように、一つの画素列群と隣接する画素列群とは独立に、複数のグランド配線が配置される。グランド配線は、コンタクト61を通してP+タップ62へ接続され、基板と接続する。図10では、画素列群[N]と、隣接する画素列群[N+1]について、それぞれの画素の一部分を表し、グランド配線GND1は画素列群[N]の各画素のウェルと接続し、グランド配線GND2は、画素列群[N+1]の各画素のウェルと接続する構成例を示している。
In this embodiment, the specifics of the GND tap applied to the solid-state image sensor will be described.
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of the solid-state image sensor of the second embodiment.
As shown in FIG. 10, a plurality of ground wires are arranged independently of one pixel array group and adjacent pixel array groups. The ground wiring is connected to the P +
固体撮像素子では、トランジスタの駆動の際、トランジスタのバックバイアスから画素を形成するウェルなどを介して隣接する画素列群のトランジスタのバックバイアスに影響を与える。
本実施形態によれば、ウェルをP+タップ62でグランド配線から電位固定することによって、バックバイアスの変動を抑制することができる。さらに、グランド配線は隣接する画素列群との間で独立して配線することによって、任意の画素列群での画素の制御駆動によってグランド配線が変動する場合、隣接する画素列群のグランド配線への変動を抑制することができる。
In the solid-state image sensor, when the transistor is driven, the back bias of the transistor affects the back bias of the transistor of the adjacent pixel array group through a well forming a pixel or the like.
According to this embodiment, the fluctuation of the back bias can be suppressed by fixing the potential of the well from the ground wiring with the P +
実施形態3.
本実施形態では、固体撮像素子が行うシャッター動作への対応として、増幅トランジスタSFのドライブ電流のオン/オフと、制御線LTXのパルス波形の訛化とについて説明する。
図11は、実施形態3の固体撮像素子のシャッター動作の一例について説明するタイミングチャートである。図12は、実施形態3の固体撮像素子の画素が備える定電流回路の一例を説明する図である。
Embodiment 3.
In this embodiment, as a response to the shutter operation performed by the solid-state image sensor, on / off of the drive current of the amplification transistor SF and the disguise of the pulse waveform of the control line LTX will be described.
FIG. 11 is a timing chart illustrating an example of the shutter operation of the solid-state image sensor according to the third embodiment. FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a constant current circuit included in the pixels of the solid-state image sensor according to the third embodiment.
固体撮像素子では、露光期間の設定を変更するために、シャッター動作を用いる。シャッター動作は、画素の光電変換素子PDの信号電荷の読み出し前に信号線LTXのパルス動作を行い、画素の光電変換素子PDに蓄積された電荷を排出し、その直後から、新たに光電変換素子PDに電荷を蓄積させ、読み出し時に光電変換素子PDに蓄積した電荷を読み出す動作である。
図11に示すように、リセット動作前に信号線LTXのパルス動作を行い、このパルス動作により光電変換素子PDに蓄積した電荷を一旦排出する。その後、電荷は光電変換素子PDに蓄積され、次の制御線LTXのパルス動作では、光電変換素子PDに蓄積された電荷を読み出す。信号線LTXによる、リセット動作前のパルス動作と次のバルス動作との2回のパルスの期間で露光期間が決まる。図11に、各画素列群について信号線LTXと信号線VOUTとの間に、点線の矢印で露光期間を示す。
In the solid-state image sensor, a shutter operation is used to change the setting of the exposure period. In the shutter operation, the signal line LTX is pulsed before the signal charge of the pixel photoelectric conversion element PD is read out, the charge accumulated in the pixel photoelectric conversion element PD is discharged, and immediately after that, a new photoelectric conversion element is newly operated. This is an operation of accumulating an electric charge in the PD and reading out the electric charge accumulated in the photoelectric conversion element PD at the time of reading.
As shown in FIG. 11, a pulse operation of the signal line LTX is performed before the reset operation, and the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD is temporarily discharged by this pulse operation. After that, the electric charge is accumulated in the photoelectric conversion element PD, and in the next pulse operation of the control line LTX, the electric charge accumulated in the photoelectric conversion element PD is read out. The exposure period is determined by the period of two pulses, the pulse operation before the reset operation and the next bals operation, by the signal line LTX. In FIG. 11, the exposure period is indicated by a dotted arrow between the signal line LTX and the signal line VOUT for each pixel sequence group.
図11にノードの一つとして示すトランジスタCSLは、増幅トランジスタSFのドライブ電流のオン/オフを行うように構成される。
トランジスタCSLは、増幅トランジスタに定電流を流す定電流回路の一例としてのトランジスタであり、例えば、図12に示す回路図のように、画素の増幅トランジスタSFをソースフォロア回路とし、増幅トランジスタSFをドライブするための定電流を流す定電流動作を担う。図12に示す画素の構成例は、図2の構成にトランジスタCSLを追加したものである。
図11に示すトランジスタCSLの動作タイミングチャートにおいて、電圧VCSLは、増幅トランジスタSFをドライブするため、トランジスタCSLが定電流を流す定電流動作のための印加電圧であり、GNDは、定電流をオフにさせる動作のための印加電圧である。
The transistor CSL shown as one of the nodes in FIG. 11 is configured to turn on / off the drive current of the amplification transistor SF.
The transistor CSL is a transistor as an example of a constant current circuit in which a constant current is passed through the amplification transistor. For example, as shown in the circuit diagram of FIG. 12, the amplification transistor SF of the pixel is used as a source follower circuit, and the amplification transistor SF is driven. It is responsible for the constant current operation that allows a constant current to flow. The pixel configuration example shown in FIG. 12 is obtained by adding a transistor CSL to the configuration of FIG.
In the operation timing chart of the transistor CSL shown in FIG. 11, the voltage VCSL is the applied voltage for the constant current operation in which the transistor CSL flows a constant current to drive the amplification transistor SF, and the GND turns off the constant current. It is an applied voltage for the operation of causing.
トランジスタCSLは、画素のリセットや読み出し動作を行うときは、電圧VCSLが印加され、増幅トランジスタSFをドライブさせる定電流状態で動作する。一方、シャッター動作時は、トランジスタCSLは、電圧をGNDにすることによって増幅トランジスタSFに流れる電流をオフになるように動作する。
画素制御部20は、複数の画素列群の間で位相をずらして、増幅トランジスタSFを定電流回路から切断するように、上述したトランジスタCSLの動作を制御する。
When performing a pixel reset or read operation, the transistor CSL operates in a constant current state in which a voltage VCSL is applied to drive the amplification transistor SF. On the other hand, during the shutter operation, the transistor CSL operates so as to turn off the current flowing through the amplification transistor SF by setting the voltage to GND.
The
このように、固体撮像素子の画素に定電流回路としてのトランジスタCSLを備えることにより、シャッター時の制御線LTXのパルス動作によるノイズを抑制することが可能となる。
詳細には、シャッター動作中とはいえ、増幅トランジスタSFをドライブ動作にして、制御線LTXにパルス動作をさせると、容量としてのフローティングディフュージョンFDの電位が変動し、信号線VOUTも追従して、電位が変動する。このような電位の変位は、増幅トランジスタSFのドレインである電源VDDや、増幅トランジスタSFのバックゲートであるGNDへも電位変動の影響を与えることになる。他の画素列群は、画素信号の読み出し動作時に、上述した電位変動の影響を受けるとノイズとなる。
As described above, by providing the pixel of the solid-state image sensor with the transistor CSL as a constant current circuit, it is possible to suppress noise due to the pulse operation of the control line LTX at the time of shuttering.
Specifically, even during the shutter operation, when the amplification transistor SF is driven and the control line LTX is pulsed, the potential of the floating diffusion FD as a capacitance fluctuates, and the signal line VOUT also follows. The potential fluctuates. Such potential displacement also affects the power supply VDD, which is the drain of the amplification transistor SF, and GND, which is the back gate of the amplification transistor SF. The other pixel sequence group becomes noise when affected by the above-mentioned potential fluctuation during the pixel signal reading operation.
そこで、本実施形態では、少なくともシャッター動作としての信号線LTXのパルス動作中では、増幅トランジスタSFのドライブ電流をオフにするため、定電流回路としてのトランジスタCSLを設け、トランジスタCSLの印加電圧をGNDにする。
これにより、シャッター動作時の信号線LTXのバルス動作によるフローティングディフュージョンFDの電位変動による増幅トランジスタSFの電流変動はなくなり、増幅トランジスタSFの電源VDDおよびバックゲートのGNDの電圧変動が抑制され、ノイズが抑制される。
Therefore, in the present embodiment, in order to turn off the drive current of the amplification transistor SF, at least during the pulse operation of the signal line LTX as the shutter operation, a transistor CSL as a constant current circuit is provided, and the applied voltage of the transistor CSL is set to GND. To.
As a result, the current fluctuation of the amplification transistor SF due to the potential fluctuation of the floating diffusion FD due to the bals operation of the signal line LTX during the shutter operation is eliminated, the voltage fluctuation of the power supply VDD of the amplification transistor SF and the GND of the back gate is suppressed, and noise is generated. It is suppressed.
次に、図13を参照して、制御線LTXのパルス波形の訛化について説明する。
図13は、実施形態3の固体撮像素子の画素が備える訛化回路の一例を説明する図である。なお、図13に示す画素制御部20aは本実施形態に関連する部分のみを表し、他の構成を省略している。
画素制御部20aは、信号線LTXに接続する訛化回路として、容量C5と抵抗R1とを有する直列回路、および直列回路への接続切り替えるスイッチSW1を備える。訛化回路は、複数の信号線を介して、転送トランジスタTXのゲート端子に制御信号を印加するときに、制御信号の電圧変化を遅くする、言い換えると、時間的に穏やかな傾斜の電圧変化にする駆動回路として働く。
スイッチSW1の動作タイミングは、図11に図示していないが、シャッター動作時は、スイッチSW1をオンにして、容量C5と抵抗R1の直列回路に接続し、画素のリセットや読み出し動作時は、スイッチSW1をオフにし、容量C5、抵抗R1の直列回路から切断させる。図11のトランジスタCSLと動作タイミングで、逆位相に動作させる。
画素制御部20は、スイッチSW1のオン/オフを制御する。
Next, with reference to FIG. 13, the disguise of the pulse waveform of the control line LTX will be described.
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a stigma circuit included in the pixels of the solid-state image sensor of the third embodiment. The
The
Although the operation timing of the switch SW1 is not shown in FIG. 11, the switch SW1 is turned on during the shutter operation and connected to the series circuit of the capacitance C5 and the resistor R1. SW1 is turned off, and the series circuit of the capacitance C5 and the resistor R1 is disconnected. It is operated in opposite phase with the transistor CSL of FIG. 11 at the operation timing.
The
このように、画素制御部20aが有する訛化回路によって、制御線LTXを介して転送トランジスタTXを制御するときの駆動波形は、画素のリセットや読み出し動作時は、スイッチSW1をオフ状態とするため、直列回路の影響を受けない。一方、シャッター動作時は、スイッチSW1をオン状態にするため、制御線LTXの電位がローレベルからハイレベルへ変化するとき、および、その逆の変化において、急な電圧変化がなくなり、波形としていわゆる“なまり”が発生する。これにより、容量としてのフローティングディフュージョンFDの電位変動も“なまり”により時間的に緩やかになり、トランジスタSFの電源VDD、バックゲートのGNDの変動が抑制され、他の画素列群の読み出し時のノイズの影響を抑制することができる。
なお、本実施形態では、固体撮像素子は、図13に示すように、各画素の定電流回路(トランジスタCSL)と、画素制御部20の駆動回路(訛化回路)とを備える構成例を示したが、定電流回路と駆動回路とのいずれかを備える場合であっても、ノイズ抑制の効果を奏することができる。
In this way, the drive waveform when the transfer transistor TX is controlled via the control line LTX by the sham circuit included in the
In this embodiment, as shown in FIG. 13, the solid-state image sensor shows a configuration example including a constant current circuit (transistor CSL) for each pixel and a drive circuit (smarting circuit) for the
実施形態4.
本実施形態では、固体撮像素子へ電力供給線の切り離し回路を追加する態様について説明する。
図14は、実施形態4の固体撮像素子の構成例を説明する図である。図15は、実施形態4の固体撮像素子に適用する電力供給線の切り離し回路の構成例を説明する図である。
図14に示すように、切り離し回路70は、電源供給線のうち、電力供給元配線52と供給先配線53との間に配置される。
Embodiment 4.
In this embodiment, an embodiment in which a power supply line disconnection circuit is added to the solid-state image sensor will be described.
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration example of the solid-state image sensor of the fourth embodiment. FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration example of a power supply line disconnection circuit applied to the solid-state image sensor of the fourth embodiment.
As shown in FIG. 14, the
切り離し回路70は、図15のようにスイッチSW2で電力供給元配線52を切断し、また、切断した際に供給先配線53側に負荷容量C6を追加した構成としている。
固体撮像素子は、画素制御部20が複数の切り離し回路70のスイッチSW2のオン/オフを制御することによって、複数の電力供給線毎に、電源へ接続する接続状態と、電源から切り離される切断状態とを切り替えるように構成される。
なお、図14では、図7の構成に切り離し回路70を追加した例を示しているが、図8の構成に追加することも可能である。
As shown in FIG. 15, the
In the solid-state image sensor, the
Although FIG. 14 shows an example in which the
複数の電力供給線は、隣接する画素列群の間などでは、独立に配線されるが、画素列群を複数配置する画素部10以外の回路などと介して、または、配線同士が直接接続されることで共通化される。このような場合、電力供給元配線間も電圧変動を受ける可能があり、画素のリセットや読み出しの際は、画素信号を読み出そうとする画素列群に対応する電力供給元配線とスイッチSW2をオンにして接続状態にすることで、他の画素列群の画素の読み出し動作によるノイズの影響を抑制する。
本実施形態の固体撮像素子に適用する切り離し回路は、電力供給線の配線本数が多いときに効果的であり、図12のCSLのパルスと同じ動作タイミングで接続動作を行い、読み出し動作中の画素列群から離れた画素列群の駆動動作によるノイズの影響を抑制できる。
A plurality of power supply lines are independently wired between adjacent pixel train groups, but the wires are directly connected to each other via a circuit other than the
The disconnection circuit applied to the solid-state image sensor of the present embodiment is effective when the number of wirings of the power supply line is large, and the connection operation is performed at the same operation timing as the CSL pulse of FIG. The influence of noise due to the driving operation of the pixel row group separated from the row group can be suppressed.
実施形態5.
本実施形態では、一実施形態に係る固体撮像素子を適用する撮像装置の一例として、カメラシステムの構成例について説明する。
図16は、実施形態5の撮像装置の構成例を説明する図である。
カメラシステムは、レン1ズ、撮像デバイス2、駆動部3および信号処理部4を備える。
撮像デバイス2は、上述した各実施形態の固体撮像素子を適用可能なデバイスである。
レンズ1は、撮像デバイス2の画素領域にて入射光を撮像面に結像させる。レンズ1は、固体撮像素子の光電変換素子PDに入射光を導く光学系の一例である。
駆動部3は、撮像デバイス2を駆動する駆動回路であり、撮像デバイス2内の回路を駆動するタイミングジェネレータを備える。タイミングジェネレータは、駆動タイミング信号を生成し、所定のタイミング信号で撮像デバイス2を駆動する。撮像デバイス2は、駆動タイミング信号に応じて、画素の駆動を制御する。
信号処理部4は、撮像デバイス2から出力された出力信号(画素信号)を処理する信号処理回路であり、撮像デバイス2の出力信号に所定の信号処理を施した画像信号を出力する。
Embodiment 5.
In this embodiment, a configuration example of a camera system will be described as an example of an image pickup apparatus to which the solid-state image pickup device according to the embodiment is applied.
FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration example of the imaging device according to the fifth embodiment.
The camera system includes a
The
The
The drive unit 3 is a drive circuit that drives the
The signal processing unit 4 is a signal processing circuit that processes an output signal (pixel signal) output from the
信号処理部から出力された画像信号は、メモリなどの記録媒体に記録することができる。画像信号は、アナログ出力であれば、アナログ・デジタル変換回路(AFE)を通し、また、デジタル出力であればデジタル信号処理(DFE)を通し、記録媒体に記録される。記録媒体に記録された画像情報は、プリンタなどによってハードコピーすることができる。
また、信号処理部から出力された画像信号は、液晶ディスプレイなどのモニタに動画として映し出すことができる。
The image signal output from the signal processing unit can be recorded in a recording medium such as a memory. The image signal is recorded on the recording medium through an analog-to-digital conversion circuit (AFE) for analog output and through digital signal processing (DFE) for digital output. The image information recorded on the recording medium can be hard-copied by a printer or the like.
Further, the image signal output from the signal processing unit can be displayed as a moving image on a monitor such as a liquid crystal display.
このように、撮像装置において、撮像デバイスとして、上記各実施形態の固体撮像素子を搭載することにより、高精度な撮像装置(例えば、カメラ)を実現することができる。また、一実施形態の固体撮像素子は、チップ面積を削減することが可能であり、撮像装置の小型化にも寄与することができる。 As described above, by mounting the solid-state image sensor of each of the above-described embodiments as the image pickup device in the image pickup device, a highly accurate image pickup device (for example, a camera) can be realized. Further, the solid-state image sensor of one embodiment can reduce the chip area and can contribute to the miniaturization of the image pickup device.
以上説明したように、上述した各実施形態の固体撮像素子によれば、水平方向に配置される複数の画素において水平方向へ位相をずらして順次に読み出す際、読み出しが同時になされる一つないし複数の画素で構成される画素列群毎に、画素の電源および接地の供給配線を分けることにより、ノイズを抑制することができる。 As described above, according to the solid-state image sensor of each of the above-described embodiments, when a plurality of pixels arranged in the horizontal direction are sequentially read out with their phases shifted in the horizontal direction, one or a plurality of pixels are read out at the same time. Noise can be suppressed by separating the power supply wiring and the grounding supply wiring of the pixels for each pixel array group composed of the pixels.
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。また、上記各実施形態の一つまたは複数を組み合わせて固体撮像素子を構成することも可能である。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described above based on the embodiment, it is said that the present invention is not limited to the above embodiment and can be variously modified without departing from the gist thereof. Not to mention. It is also possible to configure a solid-state image sensor by combining one or a plurality of the above embodiments.
10 画素部
20、20a 画素制御部
30 読み出し処理部
40 出力部
51 共通電力供給線
52 電力供給元配線
53 供給先配線
61 コンタクト
62 P+タップ
70 切り離し回路
FD フローティングディフュージョン、
LTX、LRT 制御線、
PD 光電変換素子、
RT リセットトランジスタ、
SF 増幅トランジスタ、
TX 転送トランジスタ、
VOUT 信号線、
10
LTX, LRT control line,
PD photoelectric conversion element,
RT reset transistor,
SF amplification transistor,
TX transfer transistor,
VOUT signal line,
Claims (8)
前記複数の画素を駆動する制御信号を、前記複数の画素列群毎に供給する複数の制御線と、
前記複数の制御線を介して、前記制御信号を印加する画素制御部と、
前記各画素から出力された画素信号を伝達する複数の信号線と、
前記複数の信号線を介して、前記画素信号を読み出す読み出し処理部と、
前記複数の画素列群へ、少なくとも隣接する画素列群から独立して電力を供給するように配線された複数の電力供給線と、を備え、
前記複数の制御線および前記複数の信号線は、各画素列群に独立して配置され、
前記画素制御部は、各画素列群に独立して配置された制御線を介して、前記複数の画素列群の間で位相をずらして前記制御信号を印加し、前記複数の画素列群毎に前記各画素を駆動させ、
前記読み出し処理部は、各画素列群に独立して配置された信号線を介して、前記複数の画素列群毎に前記画素信号を読み出す固体撮像素子。 A pixel portion in which a plurality of pixels are formed into an array of at least one pixel row and a plurality of pixel columns, and the array is divided into a plurality of pixel column groups composed of at least one column of pixel strings,
A control signal for driving the plurality of pixels, a plurality of control lines to supply for each of the plurality of pixels row groups,
Through the plurality of control lines, and a pixel control unit for applying a pre-SL control signal,
A plurality of signal lines that transmit pixel signals output from each of the pixels,
Via the plurality of signal lines, and the read processing unit for reading the pixel signals,
Wherein the plurality of pixel row groups, and a plurality of power supply lines are wired specifically to provide power independently of at least an adjacent pixel row group,
The plurality of control lines and the plurality of signal lines are arranged independently in each pixel sequence group.
The pixel control unit applies the control signal with a phase shift between the plurality of pixel row groups via control lines independently arranged in each pixel row group, and applies the control signal to each of the plurality of pixel row groups. To drive each pixel
The read-out processing unit is a solid-state image sensor that reads out the pixel signal for each of the plurality of pixel row groups via signal lines independently arranged in each pixel row group.
入射した光から信号電荷を生成する光電変換素子と
フローティングディフュージョンと、
前記信号電荷を前記フローティングディフュージョンへ転送する転送トランジスタと、
前記フローティングディフュージョンをリセット電位へリセットするリセットトランジスタと、
前記フローティングディフュージョンの電荷に応じた画素信号を出力する増幅トランジスタと、を有し、
前記複数の電力供給線は、前記増幅トランジスタを駆動させる印加電圧を供給する複数の画素電源線と、前記リセットトランジスタに接続され、前記リセット電位を与える複数のリセット電源線との、少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。 Each pixel is
A photoelectric conversion element that generates a signal charge from incident light, a floating diffusion, and
A transfer transistor that transfers the signal charge to the floating diffusion,
A reset transistor that resets the floating diffusion to the reset potential,
It has an amplification transistor that outputs a pixel signal corresponding to the charge of the floating diffusion.
The plurality of power supply lines include at least one of a plurality of pixel power supply lines for supplying an applied voltage for driving the amplification transistor and a plurality of reset power supply lines connected to the reset transistor and giving the reset potential. The solid-state imaging device according to claim 1.
前記画素制御部は、前記複数の画素列群の間で位相をずらして、前記増幅トランジスタを前記定電流回路から切断するように制御することを特徴とする請求項2乃至4のいずれか一項に記載の固体撮像素子。 Each pixel further includes a constant current circuit that allows a constant current to flow through the amplification transistor.
Any one of claims 2 to 4, wherein the pixel control unit controls the amplification transistor so as to disconnect the amplification transistor from the constant current circuit by shifting the phase between the plurality of pixel train groups. The solid-state image sensor according to the above.
前記固体撮像素子の各画素に入射光を導く光学系と、
前記固体撮像素子から出力される信号を処理する信号処理部と、
前記固体撮像素子を駆動する駆動部と、を備える撮像装置。 The solid-state image sensor according to any one of claims 1 to 7.
An optical system that guides incident light to each pixel of the solid-state image sensor,
A signal processing unit that processes the signal output from the solid-state image sensor, and
An image pickup device including a drive unit for driving the solid-state image pickup device.
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