WO2022118630A1 - Imaging device and electronic apparatus - Google Patents
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- H04N25/78—Readout circuits for addressed sensors, e.g. output amplifiers or A/D converters
Definitions
- This disclosure relates to an image pickup device and an electronic device.
- the image pickup device is equipped with an analog-to-digital converter that digitizes the analog pixel signal read from the pixels.
- the analog-to-digital converter mounted on the image pickup apparatus is a so-called column-parallel analog-to-digital converter, which is composed of a plurality of analog-to-digital converters arranged corresponding to a pixel row.
- the signal read operation from the pixel and the analog-digital conversion operation are pipelined (pipelined), so that the actual pixel signal read operation including the analog-digital conversion process can be performed. Since the speed can be increased, the frame rate can be improved. In order to realize the pipeline processing between the signal reading operation and the analog-digital conversion operation, it is necessary to mount a sample hold circuit in front of the analog-digital converter.
- the signal output from the pixel is a reset signal (so-called P-phase signal) which is a reset level output from the pixel at the time of reset, and a data signal (so-called so-called) which is a signal level output from the pixel at the time of photoelectric conversion. D-phase signal) is included.
- a sample hold circuit for sample-holding a pixel signal including a reset signal and a data signal there is a sample hold circuit separately provided with a path for sample-holding the reset signal and a path for sample-holding the data signal (for example, Patent Document 1). reference).
- the sample hold circuit described in Patent Document 1 is provided with a path for sample-holding the reset signal and a path for sample-holding the data signal separately. Therefore, the variation in charge injection due to the switching operation of each path causes the variation in sampling error, appears as vertical stripes on the captured image, and contributes to the deterioration of image quality.
- the image pickup apparatus for achieving the above object is A pixel array unit in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix, and a pixel array unit. It is provided corresponding to the pixel sequence of the pixel array unit, and is equipped with a plurality of sample hold circuits that sample-hold the pixel signal output from the pixel through the signal line.
- the sample hold circuit is Input terminal for inputting reset signal and data signal output from pixel, A write circuit that writes the reset signal and data signal input from the input terminal, A first capacitive element that holds the reset signal written by the write circuit, A second capacitive element that holds the data signal written by the write circuit, A reset signal held in the first capacitive element, a read circuit for reading a data signal held in the second capacitive element, and a read circuit. Equipped with an output terminal that outputs the reset signal and data signal read by the read circuit.
- the writing circuit is A first charging transistor connected between an input terminal and a first capacitive element, A second charging transistor connected between the input terminal and the second capacitive element, Sampling transistor that samples the reset signal and data signal input from the input terminal, A first write transistor connected between the sampling transistor and the first capacitive element, as well as It has a second write transistor connected between the sampling transistor and the second capacitive element.
- the image pickup apparatus for achieving the above object is A pixel array unit in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix, and a pixel array unit. It is provided corresponding to the pixel sequence of the pixel array unit, and is equipped with a plurality of sample hold circuits that sample-hold the pixel signal output from the pixel through the signal line.
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- the read circuit is A first output circuit connected between the first capacitive element and the output terminal, A second output circuit connected between the second capacitive element and the output terminal, and It has a reset transistor that resets the potential of each output node of the first output circuit and the second output circuit.
- the first output circuit and the second output circuit are a front-stage output transistor and a rear-stage output transistor connected in series between the first capacitive element and the output node and between the second capacitive element and the output node, respectively. It has an output transistor.
- the image pickup apparatus for achieving the above object is A pixel array unit in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix, and a pixel array unit. It is provided corresponding to the pixel sequence of the pixel array unit, and is equipped with a plurality of sample hold circuits that sample-hold the pixel signal output from the pixel through the signal line.
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- the writing circuit is A first charging transistor connected between an input terminal and a first capacitive element, A second charging transistor connected between the input terminal and the second capacitive element, Sampling transistor that samples the reset signal and data signal input from the input terminal, A first write transistor connected between the sampling transistor and the first capacitive element, as well as It has a second write transistor connected between the sampling transistor and the second capacitive element.
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- the first output circuit and the second output circuit are a front-stage output transistor and a rear-stage output transistor connected in series between the first capacitive element and the output node and between the second capacitive element and the output node, respectively. It has an output transistor.
- the electronic device of the present disclosure for achieving the above object has the image pickup device according to the first aspect, the image pickup device according to the second aspect, or the image pickup device according to the third aspect.
- FIG. 1 is a block diagram schematically showing an outline of a system configuration of a CMOS image sensor, which is an example of an image pickup apparatus to which the technique according to the present disclosure is applied.
- FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a pixel circuit configuration.
- FIG. 3A is a perspective view schematically showing a horizontal chip structure, and
- FIG. 3B is an exploded perspective view schematically showing a laminated semiconductor chip structure.
- FIG. 4 is a block diagram schematically showing an example of the configuration of the analog-to-digital conversion unit.
- FIG. 5A is a circuit diagram showing a configuration example of a sample hold circuit according to the prior art, and FIG. 5B is a timing chart used for explaining the circuit operation.
- FIG. 6A and 6B are diagrams illustrating a mechanism in which the variation in charge injection causes a sampling error.
- FIG. 7 is a block diagram showing a basic configuration of the sample hold circuit according to the embodiment of the present disclosure.
- FIG. 8 is a circuit diagram showing a circuit configuration example of the writing circuit according to the first embodiment.
- FIG. 9 is a timing chart provided for explaining the circuit operation of the writing circuit according to the first embodiment.
- FIG. 10 is an explanatory diagram of a sampling error at the time of signal writing in the writing circuit according to the first embodiment.
- FIG. 11 is a circuit diagram showing a circuit configuration example of the readout circuit according to the second embodiment.
- FIG. 12 is a timing chart used to explain the circuit operation of the readout circuit according to the second embodiment.
- FIG. 13A, 13B, and 13C are operation explanatory diagrams (No. 1) regarding an error of the output voltage at the time of reading out the channel charge in the reading circuit according to the second embodiment.
- 14A, 14B, and 14C are operation explanatory diagrams (No. 2) regarding the error of the output voltage at the time of reading the channel charge in the reading circuit according to the second embodiment.
- FIG. 15 is a circuit diagram showing a circuit configuration example of the sample hold circuit according to the third embodiment.
- FIG. 16 is a timing chart used to explain the circuit operation of the sample hold circuit according to the third embodiment.
- 17A, 17B, 17C, and 17D are operation explanatory diagrams showing the state of the sample / hold operation of the P phase in the sample hold circuit according to the third embodiment.
- FIG. 18 is a diagram showing an application example of the technique according to the present disclosure.
- FIG. 19 is a block diagram showing an outline of a configuration example of an imaging system which is an example of the electronic device of the present disclosure.
- FIG. 20 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a moving body control system to which the technique according to the present disclosure can be applied.
- FIG. 21 is a diagram showing an example of an installation position of an image pickup unit in a mobile control system.
- Example 1 (Example of suppressing fixed pattern noise by the action of a writing circuit) 3-1-1. Circuit configuration example 3-1-2. Circuit operation example 3-1-3. Sampling error during writing 3-2.
- Example 2 (Example of suppressing fixed pattern noise by the action of a readout circuit) 3-2-1.
- Example 3 (Example of suppressing fixed pattern noise by a write circuit and a read circuit) 3-3-1.
- Application example 6. Application example of the technique according to the present disclosure 6-1. Electronic device of the present disclosure (example of image pickup device) 6-2. Application example to moving body 7. Configuration that can be taken by this disclosure
- the first charging transistor is turned on, the first capacitive element is charged based on the reset signal, and the first charging transistor is turned off.
- the charging path of the first capacitive element is switched to the path of the sampling transistor and the first writing transistor, and then the second charging transistor is turned on and the second charging path is based on the reset signal.
- the charging path of the second capacitive element can be switched to the path of the sampling transistor and the second writing transistor.
- the reset signal is sampled by the sampling transistor in the path of the sampling transistor and the first writing transistor, and the first It is held by the first capacitive element via the write transistor, the reset signal is sampled by the sampling transistor in the path of the sampling transistor and the second write transistor, and the second capacitance is sampled via the second write transistor. It can be configured to be held by the element.
- the first output circuit and the second output circuit are in the ON state during the sample hold period of the reset signal and the data signal by the write circuit.
- the configuration may be such that the front-stage output transistor is turned off, and then the reset transistor and the rear-stage output transistor are turned on to reset the potential of the output node.
- the post-stage output transistor after resetting the potential of the output node is used in the first output circuit and the second output circuit.
- the configuration may be such that the reset signal held in the first capacitive element and the data signal held in the second capacitive element are read out in the ON state, and then the subsequent output transistor is turned off.
- the first charging transistor is turned on, the first capacitive element is charged based on the reset signal, and the first charging transistor is turned off.
- the charging path of the first capacitive element is switched to the path of the sampling transistor and the first writing transistor, and then the second charging transistor is turned on and the second charging path is based on the reset signal.
- the charging path of the second capacitive element can be switched to the path of the sampling transistor and the second writing transistor.
- the reset signal is sampled by the sampling transistor in the path of the sampling transistor and the first writing transistor, and the first It is held by the first capacitive element via the write transistor, the reset signal is sampled by the sampling transistor in the path of the sampling transistor and the second write transistor, and the second capacitance is sampled via the second write transistor. It can be configured to be held by the element.
- a sample of a reset signal and a data signal by a write circuit is used in the first output circuit and the second output circuit.
- the front-stage output transistor that is in the on-state during the hold period can be turned off, and then the reset transistor and the rear-stage output transistor can be turned on to reset the potential of the output node.
- the potential of the output node is reset and the previous stage output is performed.
- the transistor may be turned on, the reset signal held in the first capacitive element and the data signal held in the second capacitive element may be read out, and then the subsequent output transistor may be turned off. can.
- CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
- a CMOS image sensor is an image sensor made by applying or partially using a CMOS process.
- FIG. 1 is a block diagram schematically showing an outline of a system configuration of a CMOS image sensor, which is an example of an image pickup apparatus to which the technique according to the present disclosure is applied.
- the CMOS image sensor 1 has a configuration including a pixel array unit 11 and a peripheral circuit unit of the pixel array unit 11.
- the pixel array unit 11 has a configuration in which pixels (pixel circuits) 20 including a photoelectric conversion unit (photoelectric conversion element / light receiving element) are two-dimensionally arranged in a row direction and a column direction, that is, in a matrix.
- the row direction means the arrangement direction of the pixels 20 in the pixel row
- the column direction means the arrangement direction of the pixels 20 in the pixel row.
- the peripheral circuit units of the pixel array unit 11 include, for example, a row selection unit 12, a load MOS unit 13, a sample hold unit 14, an analog-to-digital conversion unit 15, a memory unit 16, a data processing unit 17, an output unit 18, and timing. It is composed of a control unit 19 and the like.
- pixel drive lines 31 (31 1 to 31 m ) are wired along the row direction for each pixel row with respect to the matrix-shaped pixel array, and vertical signal lines 32 (321 to 31 m) are wired for each pixel column. 32 n ) are wired along the column direction.
- the pixel drive line 31 transmits a drive signal for driving when reading a signal from the pixel 20.
- the pixel drive line 31 is shown as one wiring, but the wiring is not limited to one.
- One end of the pixel drive line 31 is connected to the output end corresponding to each row of the row selection unit 12.
- a unit 18 and a timing control unit 19 will be described.
- the row selection unit 12 is composed of a shift register, an address decoder, and the like, and controls the scanning of the pixel row and the address of the pixel row when selecting each pixel 20 of the pixel array unit 11. Although the specific configuration of the row selection unit 12 is not shown, it generally has two scanning systems, a read scanning system and a sweep scanning system.
- the read-out scanning system selectively scans the pixels 20 of the pixel array unit 11 row by row in order to read the pixel signal from the pixels 20.
- the pixel signal read from the pixel 20 is an analog signal.
- the sweep-out scanning system performs sweep-out scanning for the read-out row performed by the read-out scanning system in advance of the read-out scan by the time of the shutter speed.
- the photoelectric conversion unit is reset by sweeping out unnecessary charges from the photoelectric conversion unit of the pixel 20 in the read row. Then, by sweeping out (resetting) unnecessary charges by this sweep-out scanning system, a so-called electronic shutter operation is performed.
- the electronic shutter operation refers to an operation of discarding the optical charge of the photoelectric conversion unit and starting a new exposure (starting the accumulation of the optical charge).
- the signal read by the read operation by the read scan system corresponds to the amount of light received after the read operation or the electronic shutter operation immediately before that.
- the period from the read timing by the immediately preceding read operation or the sweep timing by the electronic shutter operation to the read timing by the current read operation is the exposure period of the light charge in the pixel 20.
- the load MOS unit 13 is composed of a set of current sources I composed of MOS transistors connected to each of the vertical signal lines 32 ( 321 to 32 n ) for each pixel row (see FIG. 2), and is selected by the row selection unit 12. A bias current is supplied to each pixel 20 in the scanned pixel row through each of the vertical signal lines 32.
- the sample hold unit 14 samples and holds (sample hold) the pixel signal supplied through the vertical signal line 32 ( 321 to 32 n ) .
- the technique according to the present disclosure is applied to the sample hold unit 14. Details of the sample hold unit 14 to which the technique according to the present disclosure is applied will be described later.
- the analog-to-digital (A / D) conversion unit 15 is composed of a set of a plurality of analog-to-digital converters provided corresponding to the vertical signal lines 32 ( 321 to 32 n ) , and is a pixel array from the sample hold unit 14. The analog pixel signal output each time is converted into a digital signal.
- the analog-to-digital converter can be a well-known analog-to-digital converter. Specifically, as the analog-to-digital converter, a single slope type analog-to-digital converter, a sequential comparison type analog-to-digital converter, or a delta-sigma type ( ⁇ type) analog-to-digital converter can be exemplified. can. However, the analog-to-digital converter is not limited to these.
- the memory unit 16 stores the analog-to-digital conversion result in the analog-to-digital conversion unit 15 under the processing by the data processing unit 17.
- the data processing unit 17 is a digital signal processing unit that processes a digital signal output from the analog-digital conversion unit 15, and performs write / read processing of the analog-digital conversion result to the memory unit 16 or the analog-. Various processes are performed on the digital conversion result.
- the output unit 18 outputs the signal after processing by the data processing unit 17.
- the timing control unit 19 generates various timing signals, clock signals, control signals, and the like, and based on these generated signals, the row selection unit 12, the sample hold unit 14, the analog-digital conversion unit 15, and the timing control unit 19. Drive control of the data processing unit 17 and the like is performed.
- FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the circuit configuration of the pixel 20.
- the pixel 20 has, for example, a photodiode 21 as a photoelectric conversion unit (photoelectric conversion element).
- the pixel 20 has a pixel configuration including a transfer transistor 22, a reset transistor 23, an amplification transistor 24, and a selection transistor 25 in addition to the photodiode 21.
- an N-channel MOS field effect transistor is used as the four transistors of the transfer transistor 22, the reset transistor 23, the amplification transistor 24, and the selection transistor 25.
- the combination of the conductive type of the four transistors 22 to 25 exemplified here is only an example, and is not limited to these combinations.
- a plurality of pixel drive lines are commonly wired to each pixel 20 in the same pixel row as the pixel drive line 31 (31 1 to 31 m ) described above. These plurality of pixel drive lines are connected to the output end corresponding to each pixel row of the row selection unit 12 in pixel row units.
- the row selection unit 12 appropriately outputs the transfer signal TRG, the reset signal RST, and the selection signal SEL to the plurality of pixel drive lines.
- the anode electrode is connected to a low-potential side power supply (for example, ground), and the received light is photoelectrically converted into a light charge (here, a photoelectron) having a charge amount corresponding to the light amount, and the light thereof is converted. Accumulates electric charge.
- the cathode electrode of the photodiode 21 is electrically connected to the gate electrode of the amplification transistor 24 via the transfer transistor 22.
- the region in which the gate electrode of the amplification transistor 24 is electrically connected is a floating diffusion (floating diffusion region / impurity diffusion region) FD.
- the floating diffusion FD is a charge-voltage conversion unit that converts electric charge into voltage.
- a transfer signal TRG in which a high level (for example, V DD level) is active is given to the gate electrode of the transfer transistor 22 from the row selection unit 12.
- the transfer transistor 22 becomes conductive in response to the transfer signal TRG, is photoelectrically converted by the photodiode 21, and transfers the optical charge stored in the photodiode 21 to the floating diffusion FD.
- the reset transistor 23 is connected between the node of the high potential side power supply VDD and the floating diffusion FD.
- a reset signal RST that activates a high level is given to the gate electrode of the reset transistor 23 from the row selection unit 12.
- the reset transistor 23 becomes conductive in response to the reset signal RST, and resets the floating diffusion FD by discarding the charge of the floating diffusion FD to the node of the voltage V DD .
- the gate electrode is connected to the floating diffusion FD, and the drain electrode is connected to the node of the high potential side power supply VDD .
- the amplification transistor 24 serves as an input unit for a source follower that reads out a signal obtained by photoelectric conversion in the photodiode 21. That is, in the amplification transistor 24, the source electrode is connected to the vertical signal line 32 via the selection transistor 25.
- the amplification transistor 24 and the current source I connected to one end of the vertical signal line 32 form a source follower that converts the voltage of the floating diffusion FD into the potential of the vertical signal line 32.
- the drain electrode is connected to the source electrode of the amplification transistor 24, and the source electrode is connected to the vertical signal line 32, respectively.
- a selection signal SEL in which a high level is active is given to the gate electrode of the selection transistor 25 from the row selection unit 12.
- the selection transistor 25 enters a conduction state in response to the selection signal SEL, so that the signal output from the amplification transistor 24 is transmitted to the vertical signal line 32 with the pixel 20 in the selection state.
- the pixel 20 is composed of a transfer transistor 22, a reset transistor 23, an amplification transistor 24, and a selection transistor 25, that is, a 4Tr configuration composed of four transistors (Tr) is given as an example.
- the selection transistor 25 may be omitted, and the amplification transistor 24 may have a 3Tr configuration in which the function of the selection transistor 25 is provided. If necessary, the number of transistors may be increased to a configuration of 5Tr or more. ..
- a reset signal (so-called P-phase signal) which is a reset level at the time of resetting the floating diffusion FD by the reset transistor 23, and a signal level based on photoelectric conversion in the photodiode 21.
- Data signals (so-called D-phase signals) are output in order. That is, the pixel signal output from the pixel 20 includes a reset signal at the time of reset and a data signal at the time of photoelectric conversion by the photodiode 21.
- semiconductor chip structure As the semiconductor chip structure of the CMOS image sensor 1 having the above configuration, a horizontal semiconductor chip structure and a laminated semiconductor chip structure can be exemplified. Further, regarding the pixel structure, when the substrate surface on the side where the wiring layer is formed is the front surface (front surface), a back surface irradiation type pixel structure that takes in the light emitted from the back surface side on the opposite side can also be used. However, a surface-illuminated pixel structure that captures the light emitted from the surface side can also be used.
- FIG. 3A is a perspective view schematically showing a horizontal chip structure of the CMOS image sensor 1.
- each component of the peripheral circuit unit of the pixel array unit 11 is placed on the same semiconductor substrate 41 as the pixel array unit 11 in which the pixels 20 are arranged in a matrix. It has a formed structure.
- a timing control unit 19 and the like are formed.
- Pads 42 for external connection and power supply are provided at, for example, both left and right ends of the semiconductor chip 41 of the first layer.
- FIG. 3B is an exploded perspective view schematically showing a laminated semiconductor chip structure of the CMOS image sensor 1. As shown in FIG. 3B, the laminated semiconductor chip structure has a structure in which at least two semiconductor chips of the first layer semiconductor chip 43 and the second layer semiconductor chip 44 are laminated.
- the first-layer semiconductor chip 43 is formed with a pixel array portion 11 in which pixels 20 including a photoelectric conversion element (for example, a photodiode 21) are two-dimensionally arranged in a matrix. It is a pixel chip. Pads 42 for external connection and power supply are provided at, for example, both left and right ends of the semiconductor chip 43 of the first layer.
- the second layer semiconductor chip 44 is a peripheral circuit unit of the pixel array unit 11, that is, a row selection unit 12, a load MOS unit 13, a sample hold unit 14, an analog-to-digital conversion unit 15, a memory unit 16, and a data processing unit 17. , And a circuit chip on which the timing control unit 19 and the like are formed.
- the arrangement of the row selection unit 12, the load MOS unit 13, the sample hold unit 14, the analog-to-digital conversion unit 15, the memory unit 16, the data processing unit 17, the timing control unit 19, etc. is an example. It is not limited to this arrangement example.
- the pixel array portion 11 on the first-layer semiconductor chip 43 and the peripheral circuit portion on the second-layer semiconductor chip 44 are metal-metal junctions including Cu—Cu junctions and through silicon vias (Through Silicon Via: TSV). ), Micro bumps and the like (not shown) are electrically connected.
- a process suitable for manufacturing the pixel array portion 11 can be applied to the semiconductor chip 43 of the first layer, and the semiconductor chip 44 of the second layer is suitable for manufacturing the circuit portion.
- Process can be applied. This makes it possible to optimize the process in manufacturing the CMOS image sensor 1. In particular, advanced processes can be applied to the fabrication of circuit parts.
- FIG. 4 shows an example of the configuration of the analog-to-digital conversion unit 15.
- the analog-to-digital converter 15 is composed of a set of a plurality of analog-to-digital converters provided corresponding to each pixel sequence of the pixel array unit 11.
- an analog-to-digital converter a single-slope type analog-to-digital converter is exemplified.
- the analog-to-digital converter is not limited to the single-slope type analog-to-digital converter.
- the analog-to-digital converter 150 in the nth row will be described by taking as an example a single-slope analog-to-digital converter 150.
- the analog-to-digital converter 150 has a circuit configuration including a comparator 151 and a counter 152.
- the reference signal V RAMP generated by the reference signal generation unit 160 is used.
- the reference signal generation unit 160 is composed of, for example, a digital-to-analog converter (DAC), and generates a reference signal V RAMP having a gradient waveform (so-called ramp wave) whose level (voltage) monotonically decreases with the passage of time. It is generated and given as a reference signal to the comparator 151 provided for each pixel row.
- DAC digital-to-analog converter
- the comparator 151 uses the analog pixel signal V VSL read from the pixel 20 as a comparison input and the reference signal V RAMP of the lamp wave generated by the reference signal generation unit 160 as a reference input, and compares both signals. Then, for example, when the reference signal V RAMP is larger than the pixel signal V VSL , the output of the comparator 151 is in the first state (for example, high level), and when the reference signal V RAMP is equal to or less than the pixel signal V VSL . The output is in the second state (eg, low level). As a result, the comparator 151 outputs a pulse signal having a pulse width corresponding to the signal level of the pixel signal VVSL , specifically, a pulse width corresponding to the magnitude of the signal level, as a comparison result.
- a clock signal CLK is given to the counter 152 from the timing control unit 19 at the same timing as the supply start timing of the reference signal V RAMP to the comparator 151. Then, the counter 152 measures the period of the pulse width of the output pulse of the comparator 151, that is, the period from the start of the comparison operation to the end of the comparison operation by performing the counting operation in synchronization with the clock signal CLK.
- the count result (count value) of the counter 152 is supplied to the logic circuit unit 14 as a digital value obtained by digitizing the analog pixel signal VVSL .
- an up / down counter can be used.
- a down (DOWN) count or an up (UP) count is performed in synchronization with the clock signal CLK.
- the reset signal (P-phase signal) which is the reset level at the time of resetting the floating diffusion FD
- the data signal which is the signal level based on photoelectric conversion
- the reset signal is down-counted
- the data signal is up-counted.
- the analog-to-digital conversion unit 15 performs CDS (Correlated Double Sampling) processing in addition to the analog-to-digital conversion processing.
- CDS Correlated Double Sampling
- the "CDS process” takes the difference between the data signal (D-phase signal), which is a signal level based on photoelectric conversion, and the reset signal (P-phase signal), which is the reset level at the time of resetting the floating diffusion FD. This is a process for removing fixed pattern noise peculiar to the pixel such as reset noise of the pixel 20 and threshold variation of the amplification transistor 24.
- the reference signal V RAMP of the lamp wave generated by the reference signal generation unit 160 and the vertical signal line from the pixel 20 A digital value can be obtained from the time information until the magnitude relationship with the analog pixel signal VVSL read through 32 changes.
- the analog-to-digital converter 150 is arranged as the analog-to-digital converter 15 in a one-to-one correspondence with the pixel array of the pixel array unit 11. It is also possible to configure the analog-to-digital converter 150 by arranging the pixel strings of the above as a unit.
- the sample hold unit 14 is in front of the analog-digital conversion unit 15.
- the sample hold unit 14 is composed of a set of a plurality of sample hold circuits provided corresponding to each pixel row of the pixel array unit 11.
- the actual pixel signal reading operation including the analog-digital conversion processing can be speeded up, so the frame rate should be improved. Can be done. On the contrary, if the frame rate is not improved (that is, if the frame rate is the same as the conventional one), the blanking period in which signal reading and analog-to-digital conversion are not performed can be increased, so that the CMOS image The power consumption of the sensor 1 can be reduced.
- FIG. 5A A configuration example of the sample hold circuit according to the prior art is shown in FIG. 5A, and a timing chart for explaining the circuit operation is shown in FIG. 5B.
- the sample hold circuit has a P-phase path 60p for sample-holding a reset signal ( P -phase signal), which is a reset level when the floating diffusion FD is reset, and photoelectric conversion. It has a circuit configuration having a D-phase path 60 d for sample-holding a data signal (D-phase signal) which is a signal level based on the data signal (D-phase signal).
- the P-phase path 60 p is composed of a sampling transistor 61 p for sampling the reset signal, a capacitive element 62 p for holding the reset signal sampled by the sampling transistor 61 p , and an output transistor 63 p .
- the sampling transistor 61 p samples the reset signal based on the control signal p_spl and causes the capacitive element 62 p to hold the reset signal.
- the output transistor 63 p outputs the reset signal held in the capacitive element 62 p according to the control signal p_out.
- the D-phase path 60 d is composed of a sampling transistor 61 d for sampling a data signal, a capacitive element 62 d for holding a data signal sampled by the sampling transistor 61 d , and an output transistor 63 d .
- the sampling transistor 61 d samples a data signal based on the control signal d_spl and causes the capacitive element 62 d to hold the data signal.
- the output transistor 63 d outputs the data signal held in the capacitive element 62 d according to the control signal d_out.
- the sample hold circuit has a configuration in which a P-phase path 60 p for sample-holding the reset signal and a D-phase path 60 d for sample-holding the data signal are separately provided. ing. Therefore, the channel charges of the sampling transistor 61 p and the output transistor 63 p may vary due to manufacturing variations such as the threshold voltage V th and the gate area of the transistors in each of the paths 60 p and 60 d . This variation in charge injection becomes a sampling error, that is, fixed pattern noise of the pixel sequence, and appears as vertical streaks on the captured image.
- the sampling transistor 61p when the control signal p_spl transitions from a high level (Hi) to a low level (Lo), most of the channel charge is discharged to the low impedance input node IN side. At this time, a part of the channel charge enters the node S side of the medium impedance, and this becomes a sampling error. Further, in the output transistor 63p, when the control signal p_out transitions from a low level to a high level, most of the channel charge is supplied from the medium impedance node S, and a part of the charge accumulated in the node S is consumed. , This is also a sampling error.
- the sample hold circuit according to the embodiment of the present disclosure is made in order to reduce the variation in charge injection due to the switching operation at the time of sample hold in the CMOS image sensor 1 provided with the column-parallel analog-digital conversion unit 15. Is.
- By reducing the variation in charge injection due to the switching operation during sample hold it is possible to suppress the fixed pattern noise of the pixel array, so that vertical streaks caused by the fixed pattern noise of the pixel array appear on the captured image. It is possible to improve the image quality.
- FIG. 7 shows a basic configuration of a sample hold circuit according to an embodiment of the present disclosure (hereinafter, abbreviated as “the present embodiment”).
- the sample hold circuit 50 according to the present embodiment includes an input terminal 51, a write circuit 52, a first capacitive element 53 p , a second capacitive element 53 d , a read circuit 54, and an output terminal 55.
- the input terminal 51 inputs a reset signal and a data signal output from each pixel 20 of the pixel array unit 11.
- the reset signal is a P-phase signal which is a reset level when the floating diffusion FD is reset.
- the data signal is a D-phase signal, which is a signal level based on photoelectric conversion in the photodiode 21.
- the writing circuit 52 samples and writes a reset signal and a data signal input from the input terminal 51.
- the first capacitive element 53 p is a capacitive element for the P phase and holds a reset signal written by the writing circuit 52.
- the second capacitive element 53 d is a capacitive element for the D phase and holds the data signal written by the writing circuit 52.
- the read circuit 54 reads out the reset signal held in the first capacitive element 53 p and the data signal held in the second capacitive element 53 d .
- the output terminal 55 outputs the reset signal and the data signal read by the read circuit 54.
- the action of the write circuit 52, the action of the read circuit 54, or the action of the combination of the write circuit 52 and the read circuit 54 causes the sample hold to occur. It is possible to obtain the effect of suppressing the fixed pattern noise of the pixel array caused by the charge injection accompanying the switching operation. Specific examples will be described below.
- the first embodiment is an example of suppressing the fixed pattern noise caused by the charge injection accompanying the switching operation at the time of sample holding by the action of the writing circuit 52.
- FIG. 8 shows a circuit configuration example of the writing circuit 52 according to the first embodiment.
- the writing circuit 52 includes a first charging transistor 521 p connected between the input terminal 51 and the first capacitive element 53 p , and the input terminal 51 and the second capacitive element 53 d . It has a second charging transistor 521 d connected between the two.
- the write circuit 52 further includes a sampling transistor 522 that samples a reset signal and a data signal input from the input terminal 51, and a first write transistor 523 connected between the sampling transistor 522 and the first capacitive element 53p . It has p and a second write transistor 523 d connected between the sampling transistor 522 and the second capacitive element 53 d .
- the route of is constructed.
- the second charging transistor 521 d , the sampling transistor 522, the second writing transistor 523 d , and the second capacitive element 53 d form a D-phase path for sample-holding the data signal. That is, in the writing circuit 52 according to the first embodiment, the sampling transistor 522 has a configuration in which the P-phase path and the D-phase path are shared.
- the first charging transistor 521 p is turned on in response to the control signal p_charge to charge the first capacitive element 53 p based on the reset signal input from the input terminal 51.
- the second charging transistor 521 d is turned on in response to the control signal d_charge to charge the second capacitive element 53 d based on the data signal input from the input terminal 51.
- the sampling transistor 522 samples the reset signal and the data signal based on the control signal spl.
- the first write transistor 523 p is turned on in response to the control signal p_slen, so that the reset signal sampled by the sampling transistor 522 is written to and held by the first capacitive element 53 p .
- the second write transistor 523 d is turned on in response to the control signal d_splen, so that the data signal sampled by the sampling transistor 522 is written to and held by the second capacitive element 53 d .
- the control signal p_charge transitions from the low level to the high level, so that the first charging transistor 521 p is turned on and the reset input from the input terminal 51 is performed.
- the first capacitive element 53p is charged based on the signal.
- the control signal p_charge transitions from a high level to a low level, so that the first charging transistor 521 p is turned off.
- the control signal spl and the control signal p_splen transition from the low level to the high level, so that the sampling transistor 522 and the first write transistor 523 p are turned on.
- the reset signal sampled by the sampling transistor 522 is held by the first capacitive element 53 p through the first write transistor 523 p .
- the control signal spl transitions from a high level to a low level, and the sampling transistor 522 is turned off, so that the amount of charge held by the first capacitive element 53p is determined.
- the first capacitive element 53 p is in the hold state.
- the potential level corresponding to the amount of electric charge held by the first capacitive element 53 p can be read out by the read circuit 54 in the subsequent stage.
- the same operation as that for the P-phase path is performed for the D-phase path. That is, when the control signal d_charge transitions from the low level to the high level at the time t 14 when the data signal is input from the input terminal 51, the second charging transistor 521 d is turned on and input from the input terminal 51. The second capacitive element 53 d is charged based on the data signal.
- the control signal d_charge transitions from a high level to a low level, so that the second charging transistor 521 d is turned off.
- the control signal spl and the control signal d_splen transition from the low level to the high level, so that the sampling transistor 522 and the second write transistor 523 d are turned on.
- the data signal sampled by the sampling transistor 522 is held by the second capacitive element 53 d through the second write transistor 523 d .
- the control signal spl transitions from a high level to a low level, and the sampling transistor 522 is turned off, so that the amount of charge held by the second capacitive element 53 d is determined.
- the second capacitive element 53 d is in the hold state.
- the potential level corresponding to the amount of electric charge held by the second capacitive element 53 d can be read out by the read circuit 54 in the subsequent stage.
- the writing circuit 52 in the period from time t 11 to time t 12 , under the control of the control signal p_charge, the first capacitance is passed through the first charging transistor 521 p .
- the element 53 p is charged to the signal level input from the input terminal 51.
- the path is switched to the path by the sampling transistor 522 and the first write transistor 523 p at high speed, and the sample hold voltage of the first capacitive element 53 p is determined.
- the D-phase path is the same as the P-phase path).
- the time occupied by the sampling transistor 522 commonly used by the D-phase path / P-phase path is short, so that the time overhead can be reduced.
- FIG. 10 schematically shows the channel charge of the sampling transistor 522 immediately before and immediately after the timing (time t 13 ) when the control signal spl of the sampling transistor 522 transitions from the high level to the low level.
- the path of the P phase is illustrated, but the path of the D phase is the same as that of the path of the P phase.
- a part q 1 of the channel charge of the sampling transistor 522 becomes a connection node a (see FIG. 8) between the sampling transistor 522 and the first write transistor 523 p . It flows.
- the capacitance value of the first capacitive element 53 p is C p
- the sampling error at the time of writing to the first capacitive element 53 p is q 1 / C p .
- the capacitance value of the second capacitance element 53 d is C d
- the sampling error at the time of writing to the second capacitance element 53 d is q 1 / C d .
- both are determined by the on ⁇ off state of the sampling transistor 522.
- the sampling error due to the feedthrough / charge injection of the sampling transistor 522 commonly occurs in the first capacitive element 53 p / the second capacitive element 53 d . Therefore, the sampling error commonly generated in the first capacitive element 53 p / the second capacitive element 53 d can be removed by, for example, the CDS processing executed in the column-parallel analog-digital converter 15. ..
- the second embodiment is an example of suppressing the fixed pattern noise caused by the charge injection accompanying the switching operation at the time of sample holding by the action of the read circuit 54.
- FIG. 11 shows a circuit configuration example of the readout circuit 54 according to the second embodiment.
- the first output circuit 540 p connected between the first capacitive element 53 p and the output terminal 55, and between the second capacitive element 53 d and the output terminal 55. It has a second output circuit 540 d connected to, and a reset transistor 543 that resets the potential of each output node N out of the first and second output circuits 540 p and 540 d .
- the output nodes N out of the first and second output circuits 540 p and 540 d are electrically connected to the output terminal 55.
- the first output circuit 540 p is a P-phase output path, and includes a front-stage output transistor 541 p and a rear-stage output transistor 542 p connected in series between the first capacitive element 53 p and the output node N out .
- the second output circuit 540 d is a D-phase output path, and has a front-stage output transistor 541 d and a rear-stage output transistor 542 d connected in series between the second capacitive element 53 d and the output node N out .
- the reset transistor 543 is connected between a node having a predetermined reference potential V ref and an output node N out connected to the output terminal 55.
- the front-stage output transistor 541 p performs an on / off operation according to the control signal p_out1
- the rear-stage output transistor 542 p performs an on / off operation according to the control signal p_out2.
- the front-stage output transistor 541 d performs an on / off operation according to the control signal d_out1
- the rear-stage output transistor 542 d performs an on / off operation according to the control signal d_out2.
- the reset transistor 543 performs an on / off operation according to the node reset signal rst.
- the readout circuit 54 sets the potential level according to the amount of charge held by the first capacitance element 53 p having the capacitance value C p and the second capacitance element 53 d having the capacitance value C d through the output terminal 55 in the subsequent row. It is output to the parallel type analog-to-digital conversion unit 15.
- the output node N out connected to the output terminal 55 has a parasitic capacitance c x .
- a reset transistor 543 for resetting the potential of the output node N out is provided immediately before reading from the first capacitive element 53 p or the second capacitive element 53 d .
- the potential of the output node N out is reset to a predetermined reference potential V ref .
- sampling (writing) of the P phase is performed in the path of the P phase including the first capacitance element 53 p having the capacitance value C p .
- the control signal p_out1 of the pre-stage output transistor 541 p of the first output circuit 540 p is in a high level state, and the pre-stage output transistor 541 p is in an on state.
- the potential level is read out according to the amount of charge held by the first capacitive element 53 p .
- the control signal p_out1 transitions from a high level to a low level at time t22, so that the pre-stage output transistor 541p is turned off.
- the control signal p_out2 and the node reset signal rst transition from the low level to the high level, so that the subsequent output transistor 542 p and the reset transistor 543 are both turned on.
- the potential of the output node N out of the read circuit 54 is reset to a predetermined reference potential V ref .
- the node reset signal rst transitions from the low level to the high level, and the reset transistor 543 is turned off, so that the reset operation of the output node N out is completed.
- the control signal p_out1 transitions from a low level to a high level, and the previous stage output transistor 541 p is turned on again, depending on the amount of charge held by the first capacitive element 53 p .
- the potential level is read out to the output terminal 55 through the front-stage output transistor 541 p and the rear-stage output transistor 542 p .
- the control signal p_out2 transitions from the high level to the low level, and the subsequent output transistor 542p is turned off, so that the reading operation of the P phase (reset signal) is completed.
- the same operation as that for the P-phase path is performed for the D-phase path. That is, during the period from time t 22 to time t 26 , sampling (writing) of the D phase (data signal) is performed in the path of the D phase including the second capacitance element 53 d having the capacitance value C d . During this sampling period, the control signal d_out1 of the pre-stage output transistor 541 d of the second output circuit 540 d is in a high level state, and the pre-stage output transistor 541 d is in an on state.
- the potential level is read out according to the amount of charge held by the second capacitive element 53 d .
- the control signal d_out1 transitions from a high level to a low level at time t 26 , so that the pre-stage output transistor 541 d is turned off.
- the control signal d_out2 and the node reset signal rst transition from the low level to the high level, so that the subsequent output transistor 542 d and the reset transistor 543 are both turned on.
- the potential of the output node N out of the read circuit 54 is reset to a predetermined reference potential V ref .
- the node reset signal rst transitions from the low level to the high level, and the reset transistor 543 is turned off, so that the reset of the output node N out is completed.
- the control signal d_out1 transitions from a low level to a high level, and the previous stage output transistor 541 d is turned on again, depending on the amount of charge held by the second capacitive element 53 d .
- the potential level is read out to the output terminal 55 through the front-stage output transistor 541 d and the rear-stage output transistor 542 d .
- the control signal d_out2 transitions from the high level to the low level, and the subsequent output transistor 542 d is turned off, so that the D phase (data signal) reading operation is completed.
- FIG. 13A is an operation explanatory diagram at the time of reading out the P phase between the time t 21 and the time t 22 .
- q s is the signal charge
- q c is the channel charge of the pre-stage output transistor 541 p to which the control signal p_out1 is applied. This point is the same in the operation description described later.
- FIG. 13B is an operation explanatory diagram regarding the movement of the channel charge when the P-phase front-stage output transistor 541 p switches from the on state to the off state in response to the control signal p_out1 at time t22.
- the impedance of the node b is lower than the impedance of the node c, most of the channel charge q 2 of the P-phase pre-stage output transistor 541 p flows to the node b, and a part q 2'flows to the node c. (Q 2 ⁇ q 2 ').
- 13C is an operation explanatory diagram between time t 23 and time t 24 .
- FIG. 14A is an operation explanatory diagram regarding the movement of the channel charge when the reset transistor 543 switches from the on state to the off state in response to the node reset signal rst at time t24 .
- the reset transistor 543 shifts to the off state, a part of the channel charge q 3'flows to the output node N out .
- 14B is an operation explanatory diagram between time t 25 and time t 26 .
- the P-phase pre-stage output transistor 541 p is turned on again, and its channel charge q c is supplied from the node b / node c / output node N out .
- FIG. 14C is an operation explanatory diagram regarding the movement of the channel charge when the D-phase front-stage output transistor 541 d switches from the on state to the off state in response to the control signal d_out1 at time t26.
- the impedance of the node d is lower than the impedance of the node e, most of the channel charge q 4 of the front-stage output transistor 541 d of the D phase flows to the node d, and a part q 4'flows to the node e. (Q 4 ⁇ q 4 ').
- the operation of reading out the charge of the D phase is performed in the same manner as in the case of reading out the P phase.
- the capacitance value of the second capacitance element 53 d is C d
- the third embodiment is an example of suppressing the fixed pattern noise caused by the charge injection accompanying the switching operation at the time of sample holding by the action of the write circuit 52 and the read circuit 54.
- FIG. 15 shows a circuit configuration example of the sample hold circuit 50 according to the third embodiment.
- the sample hold circuit 50 according to the third embodiment is a specific circuit configuration example of the sample hold circuit 50 shown in FIG. 7, that is, a specific circuit configuration example of the write circuit 52 shown in FIG. 8 and a read-out shown in FIG.
- the circuit configuration is composed of a combination of specific circuit configuration examples of the circuit 54.
- the control signal p_charge transitions from a low level to a high level, so that the first charging transistor 521 p of the P phase is turned on. As a result, the first capacitive element 53 p is charged based on the reset signal input from the input terminal 51. At that time, the P-phase front-stage output transistor 541 p is in the on state, and the rear-stage output transistor 542 p is in the off state.
- the first charging transistor 521 p of the P phase is turned off, and at the same time, the control signal spl and the control signal p_splen transition from low level to high level, and the sampling transistor 522 and the first write transistor are turned off.
- the charging path is switched to the path of the sampling transistor 522 and the first write transistor 523 p .
- the control signal spl transitions from a high level to a low level, so that the sampling transistor 522 is turned off.
- the amount of charge held by the first capacitive element 53 p is determined.
- the first capacitive element 53 p is in the hold state.
- the potential level corresponding to the held charge amount of the first capacitive element 53 p can be read out by the read circuit 54 in the subsequent stage.
- control signal p_out1 that had been at a high level until then transitions from a high level to a low level, so that the previous stage output transistor 541 p is turned off.
- control signal p_out2 and the node reset signal rst transition from a low level to a high level.
- both the post-stage output transistor 542 p and the reset transistor 543 are turned on, and the potential reset operation of the output node N out of the read circuit 54 is performed.
- control signal p_out1 transitions from a low level to a high level, so that the previous stage output transistor 541 p is turned on.
- the P-phase signal held by the first capacitive element 53 p is read out to the output terminal 55 through the post-stage output transistor 542 p in the ON state.
- the analog-to-digital conversion of the P-phase signal is performed in the analog-to-digital conversion unit 15 connected to the output terminal 55.
- the control signal p_slen of the first write transistor 523 p transitions from a high level to a low level, so that the first write transistor 523 p is turned off.
- the analog-to-digital conversion of the P-phase signal needs to be completed.
- the control signal p_out2 transitions from the high level to the low level, so that the subsequent output transistor 542 p is turned off.
- the D-phase sampling operation is started.
- the D-phase sampling operation is performed in the same manner as the P-phase sampling operation.
- the hold of the D phase by the second capacitive element 53 d and the output operation to the analog-digital conversion unit 15 in the subsequent stage are performed in the same manner as in the case of the P phase.
- 17A is an operation explanatory diagram at time t 33 .
- a part q 1 of the channel charge of the sampling transistor 522 flows to the connection node a between the sampling transistor 522 and the first writing transistor 523 p .
- 17B is an operation explanatory diagram at time t 34 . Since the impedance of the node c in a conductive state with the output node N out is higher than the impedance of the node b, most of the channel charge q 2 of the P-phase pre-stage output transistor 541 p escapes to the node b, and a part of it q 2 'Flows to node c (q 2 ' ⁇ q 2 ).
- 17C is an operation explanatory diagram after the time t 34 (before the time t 37 ).
- 17D is an operation explanatory diagram at time t 37 .
- the control signal p_out1 transitions from a low level to a high level, and the front-stage output transistor 541 p is turned on, so that a channel is formed again in the front-stage output transistor 541 p .
- the sample hold circuit 50 by sharing the sampling transistor 522 with the P phase and the D phase, the charge injection component of the sampling transistor 522 is removed by the subsequent CDS process. be able to. Further, by setting the state of the sampling transistor 522 and the state of the preceding output transistor 541 p / 541 d to be the same (both are on), the influence of the charge injection of the sampling transistor 522 can be suppressed to a small value.
- the charge injection of the first charging transistor 521 p / second charging transistor 521 d and the subsequent output transistor 542 p / subsequent output transistor 542 d does not give an error to the sample / hold signal and is a reset transistor.
- the charge injection of 543 can also be removed by the CDS process.
- the first capacitive element 53 p / the second capacitive element 53 d should be made to follow the voltage change of the input IN in advance through the charging path of the first charging transistor 521 p / the second charging transistor 521 d . Therefore, even if the charging path is switched from the charging path to the charging path of the sampling transistor 522 common to the P phase / D phase, the voltage fluctuation to the first capacitive element 53 p / the second capacitive element 53 d and the input IN does not have to occur. .. As a result, the control signal spl of the sampling transistor 522 can sample the P-phase or D-phase signal in a short period of high level.
- the circuit configuration is such that the first write transistor 523 p / the second write transistor 523 d are separately provided for the P phase and the D phase, the sample and hold of the P phase is controlled by a predetermined timing. It is possible to prevent signal interference between the D phase hold (sample) and the D phase hold (sample).
- the image pickup apparatus according to the present embodiment described above can be used in various devices for sensing light such as visible light, infrared light, ultraviolet light, and X-ray. Specific examples of various devices are listed below.
- Devices that take images for viewing such as digital cameras and portable devices with camera functions.
- Devices used for traffic such as in-vehicle sensors that capture images of the rear, surroundings, and interior of vehicles, surveillance cameras that monitor traveling vehicles and roads, and distance measuring sensors that measure distance between vehicles.
- Equipment used in home appliances such as TVs, refrigerators, and air conditioners to take pictures and operate the equipment according to the gestures ⁇ Endoscopes, devices that perform angiography by receiving infrared light, etc.
- Equipment used for medical and healthcare purposes ⁇ Equipment used for security such as surveillance cameras for crime prevention and cameras for person authentication ⁇ Skin measuring instruments for taking pictures of the skin and taking pictures of the scalp Equipment used for beauty such as microscopes ⁇ Equipment used for sports such as action cameras and wearable cameras for sports applications ⁇ Camera for monitoring the condition of fields and crops, etc.
- Equipment used for agriculture ⁇ Equipment used for medical and healthcare purposes
- Equipment used for security such as surveillance cameras for crime prevention and cameras for person authentication
- Skin measuring instruments for taking pictures of the skin and taking pictures of the scalp Equipment used for beauty such as microscopes
- Equipment used for sports such as action cameras and wearable cameras for sports applications
- Camera for monitoring the condition of fields and crops, etc.
- Equipment used for agriculture ⁇ Equipment used for agriculture
- FIG. 19 is a block diagram showing a configuration example of an imaging system which is an example of the electronic device of the present disclosure.
- the image pickup system 100 includes an image pickup optical system 101 including a lens group and the like, an image pickup unit 102, a DSP (Digital Signal Processor) circuit 103, a frame memory 104, a display device 105, and a recording device 106. , Operation system 107, power supply system 108, and the like.
- the DSP circuit 103, the frame memory 104, the display device 105, the recording device 106, the operation system 107, and the power supply system 108 are connected to each other via the bus line 109.
- the image pickup optical system 101 captures incident light (image light) from the subject and forms an image on the image pickup surface of the image pickup unit 102.
- the image pickup unit 102 converts the amount of incident light imaged on the image pickup surface by the optical system 101 into an electric signal in pixel units and outputs it as a pixel signal.
- the DSP circuit 103 performs general camera signal processing, for example, white balance processing, demosaic processing, gamma correction processing, and the like.
- the frame memory 104 is appropriately used for storing data in the process of signal processing in the DSP circuit 103.
- the display device 105 comprises a panel-type display device such as a liquid crystal display device or an organic EL (electroluminescence) display device, and displays a moving image or a still image captured by the image pickup unit 102.
- the recording device 106 records the moving image or still image captured by the imaging unit 102 on a portable semiconductor memory, an optical disk, a recording medium such as an HDD (Hard Disk Drive), or the like.
- the operation system 107 issues operation commands for various functions of the image pickup apparatus 100 under the operation of the user.
- the power supply system 108 appropriately supplies various power sources that serve as operating power sources for the DSP circuit 103, the frame memory 104, the display device 105, the recording device 106, and the operation system 107 to these supply targets.
- an image pickup device provided with a column-parallel analog-to-digital conversion unit according to the above-described embodiment can be used.
- the image pickup apparatus it is possible to suppress the fixed pattern noise of the pixel array by reducing the variation in charge injection due to the switching operation at the time of sample holding. Therefore, vertical streaks caused by the fixed pattern noise of the pixel row do not appear on the captured image, so that a high-quality captured image can be obtained.
- the technique according to the present disclosure can be applied to various products.
- the technology according to the present disclosure is any kind of movement such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility, an airplane, a drone, a ship, a robot, a construction machine, and an agricultural machine (tractor). It may be realized as an image pickup device mounted on a body.
- FIG. 20 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile control system to which the technique according to the present disclosure can be applied.
- the vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via the communication network 12001.
- the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an outside information detection unit 12030, an in-vehicle information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
- a microcomputer 12051, an audio image output unit 12052, and an in-vehicle network I / F (interface) 12053 are shown as a functional configuration of the integrated control unit 12050.
- the drive system control unit 12010 controls the operation of the device related to the drive system of the vehicle according to various programs.
- the drive system control unit 12010 has a driving force generator for generating a driving force of a vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting the driving force to the wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism for adjusting and a braking device for generating braking force of the vehicle.
- the body system control unit 12020 controls the operation of various devices mounted on the vehicle body according to various programs.
- the body system control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as headlamps, back lamps, brake lamps, turn signals or fog lamps.
- the body system control unit 12020 may be input with radio waves transmitted from a portable device that substitutes for the key or signals of various switches.
- the body system control unit 12020 receives inputs of these radio waves or signals and controls a vehicle door lock device, a power window device, a lamp, and the like.
- the outside information detection unit 12030 detects information outside the vehicle equipped with the vehicle control system 12000.
- the image pickup unit 12031 is connected to the vehicle outside information detection unit 12030.
- the vehicle outside information detection unit 12030 causes the image pickup unit 12031 to capture an image of the outside of the vehicle and receives the captured image.
- the out-of-vehicle information detection unit 12030 may perform object detection processing or distance detection processing such as a person, a vehicle, an obstacle, a sign, or a character on the road surface based on the received image.
- the image pickup unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electric signal according to the amount of the light received.
- the image pickup unit 12031 can output an electric signal as an image or can output it as distance measurement information. Further, the light received by the image pickup unit 12031 may be visible light or invisible light such as infrared light.
- the in-vehicle information detection unit 12040 detects the in-vehicle information.
- a driver state detection unit 12041 that detects a driver's state is connected to the vehicle interior information detection unit 12040.
- the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that images the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 determines the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. It may be calculated, or it may be determined whether or not the driver has fallen asleep.
- the microcomputer 12051 calculates the control target value of the driving force generator, the steering mechanism, or the braking device based on the information inside and outside the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, and the drive system control unit.
- a control command can be output to 12010.
- the microcomputer 12051 realizes ADAS (Advanced Driver Assistance System) functions including vehicle collision avoidance or impact mitigation, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, vehicle lane deviation warning, and the like. It is possible to perform cooperative control for the purpose of.
- ADAS Advanced Driver Assistance System
- the microcomputer 12051 controls the driving force generating device, the steering mechanism, the braking device, and the like based on the information around the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040. It is possible to perform coordinated control for the purpose of automatic driving that runs autonomously without depending on the operation.
- the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on the information outside the vehicle acquired by the vehicle outside information detection unit 12030.
- the microcomputer 12051 controls the headlamps according to the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the outside information detection unit 12030, and performs cooperative control for the purpose of anti-glare such as switching the high beam to the low beam. It can be carried out.
- the audio image output unit 12052 transmits an output signal of at least one of audio and image to an output device capable of visually or audibly notifying information to the passenger or the outside of the vehicle.
- an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are exemplified as output devices.
- the display unit 12062 may include, for example, at least one of an onboard display and a head-up display.
- FIG. 21 is a diagram showing an example of the installation position of the imaging unit 12031.
- the vehicle 12100 has image pickup units 12101, 12102, 12103, 12104, 12105 as image pickup units 12031.
- the image pickup units 12101, 12102, 12103, 12104, 12105 are provided, for example, at positions such as the front nose, side mirrors, rear bumpers, back doors, and the upper part of the windshield in the vehicle interior of the vehicle 12100.
- the image pickup unit 12101 provided on the front nose and the image pickup section 12105 provided on the upper part of the windshield in the vehicle interior mainly acquire an image in front of the vehicle 12100.
- the image pickup units 12102 and 12103 provided in the side mirror mainly acquire images of the side of the vehicle 12100.
- the image pickup unit 12104 provided in the rear bumper or the back door mainly acquires an image of the rear of the vehicle 12100.
- the images in front acquired by the image pickup units 12101 and 12105 are mainly used for detecting a preceding vehicle, a pedestrian, an obstacle, a traffic light, a traffic sign, a lane, or the like.
- FIG. 21 shows an example of the shooting range of the imaging units 12101 to 12104.
- the imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided on the front nose
- the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging range of the imaging units 12102 and 12103 provided on the side mirrors, respectively
- the imaging range 12114 indicates the imaging range.
- the imaging range of the imaging unit 12104 provided on the rear bumper or the back door is shown. For example, by superimposing the image data captured by the imaging units 12101 to 12104, a bird's-eye view image of the vehicle 12100 can be obtained.
- At least one of the image pickup units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information.
- at least one of the image pickup units 12101 to 12104 may be a stereo camera including a plurality of image pickup elements, or may be an image pickup element having pixels for phase difference detection.
- the microcomputer 12051 has a distance to each three-dimensional object within the imaging range 12111 to 12114 based on the distance information obtained from the imaging unit 12101 to 12104, and a temporal change of this distance (relative speed with respect to the vehicle 12100). By obtaining can. Further, the microcomputer 12051 can set an inter-vehicle distance to be secured in advance in front of the preceding vehicle, and can perform automatic brake control (including follow-up stop control), automatic acceleration control (including follow-up start control), and the like. In this way, it is possible to perform coordinated control for the purpose of automatic driving or the like that autonomously travels without relying on the driver's operation.
- automatic brake control including follow-up stop control
- automatic acceleration control including follow-up start control
- the microcomputer 12051 converts three-dimensional object data related to a three-dimensional object into two-wheeled vehicles, ordinary vehicles, large vehicles, pedestrians, electric poles, and other three-dimensional objects based on the distance information obtained from the image pickup units 12101 to 12104. It can be classified and extracted and used for automatic avoidance of obstacles. For example, the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into obstacles that are visible to the driver of the vehicle 12100 and obstacles that are difficult to see. Then, the microcomputer 12051 determines the collision risk indicating the risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or higher than the set value and there is a possibility of collision, the microcomputer 12051 via the audio speaker 12061 or the display unit 12062. By outputting an alarm to the driver and performing forced deceleration and avoidance steering via the drive system control unit 12010, driving support for collision avoidance can be provided.
- At least one of the image pickup units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays.
- the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether or not a pedestrian is present in the captured image of the imaging unit 12101 to 12104.
- recognition of a pedestrian is, for example, a procedure for extracting feature points in an image captured by an image pickup unit 12101 to 12104 as an infrared camera, and a pattern matching process for a series of feature points showing the outline of an object to determine whether or not the pedestrian is a pedestrian. It is done by the procedure to determine.
- the audio image output unit 12052 determines the square contour line for emphasizing the recognized pedestrian.
- the display unit 12062 is controlled so as to superimpose and display. Further, the audio image output unit 12052 may control the display unit 12062 so as to display an icon or the like indicating a pedestrian at a desired position.
- the above is an example of a vehicle control system to which the technique according to the present disclosure can be applied.
- the technique according to the present disclosure can be applied to, for example, the image pickup unit 12031 among the configurations described above.
- the imaging unit 12031 or the like includes a column-parallel analog-digital conversion unit
- the technique according to the present disclosure to the column-parallel analog-digital conversion unit, charging associated with the switching operation during sample holding is performed.
- By reducing the variation in injection fixed pattern noise of the pixel array can be suppressed. Therefore, vertical streaks caused by the fixed pattern noise of the pixel row do not appear on the captured image, so that a high-quality captured image can be obtained.
- the present disclosure may also have the following configuration.
- A. Imaging device >> [A-01] A pixel array unit in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix, and a pixel array unit. It is provided corresponding to the pixel sequence of the pixel array unit, and is equipped with a plurality of sample hold circuits that sample-hold the pixel signal output from the pixel through the signal line.
- the sample hold circuit is Input terminal for inputting reset signal and data signal output from pixel, A write circuit that writes the reset signal and data signal input from the input terminal, A first capacitive element that holds the reset signal written by the write circuit, A second capacitive element that holds the data signal written by the write circuit, A reset signal held in the first capacitive element, a read circuit for reading a data signal held in the second capacitive element, and a read circuit. Equipped with an output terminal that outputs the reset signal and data signal read by the read circuit.
- the writing circuit is A first charging transistor connected between an input terminal and a first capacitive element, A second charging transistor connected between the input terminal and the second capacitive element, Sampling transistor that samples the reset signal and data signal input from the input terminal, A first write transistor connected between the sampling transistor and the first capacitive element, as well as It has a second write transistor connected between the sampling transistor and the second capacitive element.
- Imaging device [A-02] The first charging transistor is turned on, the first capacitive element is charged based on the reset signal, the first charging transistor is turned off, and then the charging path of the first capacitive element is set.
- a pixel array unit in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix, and a pixel array unit. It is provided corresponding to the pixel sequence of the pixel array unit, and is equipped with a plurality of sample hold circuits that sample-hold the pixel signal output from the pixel through the signal line.
- the sample hold circuit is Input terminal for inputting reset signal and data signal output from pixel, A write circuit that writes the reset signal and data signal input from the input terminal, A first capacitive element that holds the reset signal written by the write circuit, A second capacitive element that holds the data signal written by the write circuit, A reset signal held in the first capacitive element, a read circuit for reading a data signal held in the second capacitive element, and a read circuit. Equipped with an output terminal that outputs the reset signal and data signal read by the read circuit.
- the read circuit is A first output circuit connected between the first capacitive element and the output terminal, A second output circuit connected between the second capacitive element and the output terminal, and It has a reset transistor that resets the potential of each output node of the first output circuit and the second output circuit.
- the first output circuit and the second output circuit are a front-stage output transistor and a rear-stage output transistor connected in series between the first capacitive element and the output node and between the second capacitive element and the output node, respectively.
- a pixel array unit in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix, and a pixel array unit. It is provided corresponding to the pixel sequence of the pixel array unit, and is equipped with a plurality of sample hold circuits that sample-hold the pixel signal output from the pixel through the signal line.
- the sample hold circuit is Input terminal for inputting reset signal and data signal output from pixel, A write circuit that writes the reset signal and data signal input from the input terminal, A first capacitive element that holds the reset signal written by the write circuit, A second capacitive element that holds the data signal written by the write circuit, A reset signal held in the first capacitive element, a read circuit for reading a data signal held in the second capacitive element, and a read circuit. Equipped with an output terminal that outputs the reset signal and data signal read by the read circuit.
- the writing circuit is A first charging transistor connected between an input terminal and a first capacitive element, A second charging transistor connected between the input terminal and the second capacitive element, Sampling transistor that samples the reset signal and data signal input from the input terminal, A first write transistor connected between the sampling transistor and the first capacitive element, as well as It has a second write transistor connected between the sampling transistor and the second capacitive element.
- the read circuit is A first output circuit connected between the first capacitive element and the output terminal, A second output circuit connected between the second capacitive element and the output terminal, and It has a reset transistor that resets the potential of each output node of the first output circuit and the second output circuit.
- the first output circuit and the second output circuit are a front-stage output transistor and a rear-stage output transistor connected in series between the first capacitive element and the output node and between the second capacitive element and the output node, respectively.
- the first charging transistor is turned on, the first capacitive element is charged based on the reset signal, the first charging transistor is turned off, and then the charging path of the first capacitive element is set. , Switching to the path of the sampling transistor and the first write transistor, After that, the second charging transistor is turned on to charge the second capacitive element based on the reset signal, the second charging transistor is turned off, and then the charging path of the second capacitive element is sampled.
- a pixel array unit in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix, and a pixel array unit. It is provided corresponding to the pixel sequence of the pixel array unit, and is equipped with a plurality of sample hold circuits that sample-hold the pixel signal output from the pixel through the signal line.
- the sample hold circuit is Input terminal for inputting reset signal and data signal output from pixel, A write circuit that writes the reset signal and data signal input from the input terminal, A first capacitive element that holds the reset signal written by the write circuit, A second capacitive element that holds the data signal written by the write circuit, A reset signal held in the first capacitive element, a read circuit for reading a data signal held in the second capacitive element, and a read circuit. Equipped with an output terminal that outputs the reset signal and data signal read by the read circuit.
- the writing circuit is A first charging transistor connected between an input terminal and a first capacitive element, A second charging transistor connected between the input terminal and the second capacitive element, Sampling transistor that samples the reset signal and data signal input from the input terminal, A first write transistor connected between the sampling transistor and the first capacitive element, as well as It has a second write transistor connected between the sampling transistor and the second capacitive element.
- the read circuit is A first output circuit connected between the first capacitive element and the output terminal, A second output circuit connected between the second capacitive element and the output terminal, and It has a reset transistor that resets the potential of each output node of the first output circuit and the second output circuit.
- the first output circuit and the second output circuit are a front-stage output transistor and a rear-stage output transistor connected in series between the first capacitive element and the output node and between the second capacitive element and the output node, respectively.
- Has an output transistor The electronic device according to the above [D-01].
- CMOS image sensor imaging device
- 20 ... pixel (pixel circuit), 11 ... pixel array section, 12 ... row selection section, 13 ... load MOS section, 14 ... Sample hold unit, 15 ... analog-to-digital conversion unit, 16 ... memory unit, 17 ... data processing unit, 18 ... output unit, 19 ... timing control unit, 21 ... photodiode (Photoelectric conversion unit), 22 ... transfer transistor, 23 ... reset transistor, 24 ... amplification transistor, 25 ... selection transistor, 31 (31 1 to 31 m ) ...
Landscapes
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- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
Description
本開示は、撮像装置及び電子機器に関する。 This disclosure relates to an image pickup device and an electronic device.
撮像装置には、画素から読み出されるアナログの画素信号をデジタル化するアナログ-デジタル変換部が搭載されている。撮像装置に搭載されるアナログ-デジタル変換部は、画素列に対応して配置された複数のアナログ-デジタル変換器から成る、所謂、列並列型のアナログ-デジタル変換部である。 The image pickup device is equipped with an analog-to-digital converter that digitizes the analog pixel signal read from the pixels. The analog-to-digital converter mounted on the image pickup apparatus is a so-called column-parallel analog-to-digital converter, which is composed of a plurality of analog-to-digital converters arranged corresponding to a pixel row.
アナログ-デジタル変換処理に当たって、画素からの信号読み出し動作とアナログ-デジタル変換動作とをパイプライン処理(パイプライン化)することにより、アナログ-デジタル変換処理を含めた実質的な画素信号の読み出し動作を高速化できるため、フレームレートの向上を図ることができる。信号読み出し動作とアナログ-デジタル変換動作とのパイプライン処理を実現するためには、アナログ-デジタル変換器の前にサンプルホールド回路を搭載する必要がある。 In the analog-to-digital conversion process, the signal read operation from the pixel and the analog-digital conversion operation are pipelined (pipelined), so that the actual pixel signal read operation including the analog-digital conversion process can be performed. Since the speed can be increased, the frame rate can be improved. In order to realize the pipeline processing between the signal reading operation and the analog-digital conversion operation, it is necessary to mount a sample hold circuit in front of the analog-digital converter.
ところで、画素から出力される信号は、リセット時に画素から出力されるリセットレベルであるリセット信号(所謂、P相信号)、及び、光電変換時に画素から出力される信号レベルであるデータ信号(所謂、D相信号)を含んでいる。リセット信号及びデータ信号を含む画素信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路として、リセット信号をサンプルホールドする経路と、データ信号をサンプルホールドする経路とを別々に備えるサンプルホールド回路がある(例えば、特許文献1参照)。 By the way, the signal output from the pixel is a reset signal (so-called P-phase signal) which is a reset level output from the pixel at the time of reset, and a data signal (so-called so-called) which is a signal level output from the pixel at the time of photoelectric conversion. D-phase signal) is included. As a sample hold circuit for sample-holding a pixel signal including a reset signal and a data signal, there is a sample hold circuit separately provided with a path for sample-holding the reset signal and a path for sample-holding the data signal (for example, Patent Document 1). reference).
上述したように、特許文献1に記載のサンプルホールド回路は、リセット信号をサンプルホールドする経路と、データ信号をサンプルホールドする経路とが別々に設けられている。そのため、各経路のスイッチング動作に伴うチャージインジェクションのバラツキがサンプリング誤差のバラツキの原因となり、撮像画像上に縦筋として現れ、画質低下の一因となる。
As described above, the sample hold circuit described in
本開示は、サンプルホールド回路のサンプルホールド時のスイッチング動作に伴うチャージインジェクションのバラツキを軽減できるサンプルホールド回路を備える撮像装置、及び、当該撮像装置を有する電子機器を提供することを目的とする。 It is an object of the present disclosure to provide an image pickup device provided with a sample hold circuit capable of reducing variations in charge injection due to a switching operation during sample hold of the sample hold circuit, and an electronic device having the image pickup device.
上記の目的を達成するための本開示の第1の態様に係る撮像装置は、
光電変換部を含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイ部、及び、
画素アレイ部の画素列に対応して設けられ、信号線を通して画素から出力される画素信号をサンプルホールドする複数のサンプルホールド回路を備え、
サンプルホールド回路は、
画素から出力されるリセット信号及びデータ信号を入力する入力端子、
入力端子から入力されるリセット信号及びデータ信号を書き込む書き込み回路、
書き込み回路によって書き込まれたリセット信号を保持する第1の容量素子、
書き込み回路によって書き込まれたデータ信号を保持する第2の容量素子、
第1の容量素子に保持されたリセット信号、及び、第2の容量素子に保持されたデータ信号を読み出す読み出し回路、並びに、
読み出し回路によって読み出されたリセット信号及びデータ信号を出力する出力端子を備え、
書き込み回路は、
入力端子と第1の容量素子との間に接続された第1の充電トランジスタ、
入力端子と第2の容量素子との間に接続された第2の充電トランジスタ、
入力端子から入力されるリセット信号及びデータ信号をサンプリングするサンプリングトランジスタ、
サンプリングトランジスタと第1の容量素子との間に接続された第1の書込トランジスタ、並びに、
サンプリングトランジスタと第2の容量素子との間に接続された第2の書込トランジスタを有する。
The image pickup apparatus according to the first aspect of the present disclosure for achieving the above object is
A pixel array unit in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix, and a pixel array unit.
It is provided corresponding to the pixel sequence of the pixel array unit, and is equipped with a plurality of sample hold circuits that sample-hold the pixel signal output from the pixel through the signal line.
The sample hold circuit is
Input terminal for inputting reset signal and data signal output from pixel,
A write circuit that writes the reset signal and data signal input from the input terminal,
A first capacitive element that holds the reset signal written by the write circuit,
A second capacitive element that holds the data signal written by the write circuit,
A reset signal held in the first capacitive element, a read circuit for reading a data signal held in the second capacitive element, and a read circuit.
Equipped with an output terminal that outputs the reset signal and data signal read by the read circuit.
The writing circuit is
A first charging transistor connected between an input terminal and a first capacitive element,
A second charging transistor connected between the input terminal and the second capacitive element,
Sampling transistor that samples the reset signal and data signal input from the input terminal,
A first write transistor connected between the sampling transistor and the first capacitive element, as well as
It has a second write transistor connected between the sampling transistor and the second capacitive element.
上記の目的を達成するための本開示の第2の態様に係る撮像装置は、
光電変換部を含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイ部、及び、
画素アレイ部の画素列に対応して設けられ、信号線を通して画素から出力される画素信号をサンプルホールドする複数のサンプルホールド回路を備え、
サンプルホールド回路は、
画素から出力されるリセット信号及びデータ信号を入力する入力端子、
入力端子から入力されるリセット信号及びデータ信号を書き込む書き込み回路、
書き込み回路によって書き込まれたリセット信号を保持する第1の容量素子、
書き込み回路によって書き込まれたデータ信号を保持する第2の容量素子、
第1の容量素子に保持されたリセット信号、及び、第2の容量素子に保持されたデータ信号を読み出す読み出し回路、並びに、
読み出し回路によって読み出されたリセット信号及びデータ信号を出力する出力端子を備え、
読み出し回路は、
第1の容量素子と出力端子との間に接続された第1の出力回路、
第2の容量素子と出力端子との間に接続された第2の出力回路、並びに、
第1の出力回路及び第2の出力回路の各出力ノードの電位をリセットするリセットトランジスタを有し、
第1の出力回路及び第2の出力回路はそれぞれ、第1の容量素子と出力ノードとの間、及び、第2の容量素子と出力ノードとの間に直列に接続された前段出力トランジスタ及び後段出力トランジスタを有する。
The image pickup apparatus according to the second aspect of the present disclosure for achieving the above object is
A pixel array unit in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix, and a pixel array unit.
It is provided corresponding to the pixel sequence of the pixel array unit, and is equipped with a plurality of sample hold circuits that sample-hold the pixel signal output from the pixel through the signal line.
The sample hold circuit is
Input terminal for inputting reset signal and data signal output from pixel,
A write circuit that writes the reset signal and data signal input from the input terminal,
A first capacitive element that holds the reset signal written by the write circuit,
A second capacitive element that holds the data signal written by the write circuit,
A reset signal held in the first capacitive element, a read circuit for reading a data signal held in the second capacitive element, and a read circuit.
Equipped with an output terminal that outputs the reset signal and data signal read by the read circuit.
The read circuit is
A first output circuit connected between the first capacitive element and the output terminal,
A second output circuit connected between the second capacitive element and the output terminal, and
It has a reset transistor that resets the potential of each output node of the first output circuit and the second output circuit.
The first output circuit and the second output circuit are a front-stage output transistor and a rear-stage output transistor connected in series between the first capacitive element and the output node and between the second capacitive element and the output node, respectively. It has an output transistor.
上記の目的を達成するための本開示の第3の態様に係る撮像装置は、
光電変換部を含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイ部、及び、
画素アレイ部の画素列に対応して設けられ、信号線を通して画素から出力される画素信号をサンプルホールドする複数のサンプルホールド回路を備え、
サンプルホールド回路は、
画素から出力されるリセット信号及びデータ信号を入力する入力端子、
入力端子から入力されるリセット信号及びデータ信号を書き込む書き込み回路、
書き込み回路によって書き込まれたリセット信号を保持する第1の容量素子、
書き込み回路によって書き込まれたデータ信号を保持する第2の容量素子、
第1の容量素子に保持されたリセット信号、及び、第2の容量素子に保持されたデータ信号を読み出す読み出し回路、並びに、
読み出し回路によって読み出されたリセット信号及びデータ信号を出力する出力端子を備え、
書き込み回路は、
入力端子と第1の容量素子との間に接続された第1の充電トランジスタ、
入力端子と第2の容量素子との間に接続された第2の充電トランジスタ、
入力端子から入力されるリセット信号及びデータ信号をサンプリングするサンプリングトランジスタ、
サンプリングトランジスタと第1の容量素子との間に接続された第1の書込トランジスタ、並びに、
サンプリングトランジスタと第2の容量素子との間に接続された第2の書込トランジスタを有し、
読み出し回路は、
第1の容量素子と出力端子との間に接続された第1の出力回路、
第2の容量素子と出力端子との間に接続された第2の出力回路、並びに、
第1の出力回路及び第2の出力回路の各出力ノードの電位をリセットするリセットトランジスタを有し、
第1の出力回路及び第2の出力回路はそれぞれ、第1の容量素子と出力ノードとの間、及び、第2の容量素子と出力ノードとの間に直列に接続された前段出力トランジスタ及び後段出力トランジスタを有する。
The image pickup apparatus according to the third aspect of the present disclosure for achieving the above object is
A pixel array unit in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix, and a pixel array unit.
It is provided corresponding to the pixel sequence of the pixel array unit, and is equipped with a plurality of sample hold circuits that sample-hold the pixel signal output from the pixel through the signal line.
The sample hold circuit is
Input terminal for inputting reset signal and data signal output from pixel,
A write circuit that writes the reset signal and data signal input from the input terminal,
A first capacitive element that holds the reset signal written by the write circuit,
A second capacitive element that holds the data signal written by the write circuit,
A reset signal held in the first capacitive element, a read circuit for reading a data signal held in the second capacitive element, and a read circuit.
Equipped with an output terminal that outputs the reset signal and data signal read by the read circuit.
The writing circuit is
A first charging transistor connected between an input terminal and a first capacitive element,
A second charging transistor connected between the input terminal and the second capacitive element,
Sampling transistor that samples the reset signal and data signal input from the input terminal,
A first write transistor connected between the sampling transistor and the first capacitive element, as well as
It has a second write transistor connected between the sampling transistor and the second capacitive element.
The read circuit is
A first output circuit connected between the first capacitive element and the output terminal,
A second output circuit connected between the second capacitive element and the output terminal, and
It has a reset transistor that resets the potential of each output node of the first output circuit and the second output circuit.
The first output circuit and the second output circuit are a front-stage output transistor and a rear-stage output transistor connected in series between the first capacitive element and the output node and between the second capacitive element and the output node, respectively. It has an output transistor.
上記の目的を達成するための本開示の電子機器は、上記の第1の態様に係る撮像装置、第2の態様に係る撮像装置、あるいは、第3の態様に係る撮像装置を有する。 The electronic device of the present disclosure for achieving the above object has the image pickup device according to the first aspect, the image pickup device according to the second aspect, or the image pickup device according to the third aspect.
以下、本開示に係る技術を実施するための形態(以下、「実施形態」と記述する)について図面を用いて詳細に説明する。本開示に係る技術は実施形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。尚、説明は以下の順序で行う。
1.本開示の撮像装置及び電子機器、全般に関する説明
2.本開示に係る技術が適用される撮像装置
2-1.CMOSイメージセンサの構成例
2-2.画素の回路構成例
2-3.半導体チップ構造
2-3-1.平置型の半導体チップ構造
2-3-2.積層型の半導体チップ構造
2-4.アナログ-デジタル変換部の構成例
2-5.パイプライン処理について
2-6.サンプルホールド回路の従来技術について
3.本開示の実施形態
3-1.実施例1(書き込み回路の作用により、固定パターンノイズを抑制する例)
3-1-1.回路構成例
3-1-2.回路動作例
3-1-3.書き込み時のサンプリング誤差について
3-2.実施例2(読み出し回路の作用により、固定パターンノイズを抑制する例)
3-2-1.回路構成例
3-2-2.回路動作例
3-2-3.P相読み出し時の出力電圧の誤差について
3-3.実施例3(書き込み回路及び読み出し回路により、固定パターンノイズを抑制する例)
3-3-1.回路構成例
3-3-2.回路動作例
3-3-3.P相のサンプル/ホールド動作の様子
4.変形例
5.応用例
6.本開示に係る技術の適用例
6-1.本開示の電子機器(撮像装置の例)
6-2.移動体への応用例
7.本開示がとることができる構成
Hereinafter, embodiments for carrying out the technique according to the present disclosure (hereinafter, referred to as “embodiments”) will be described in detail with reference to the drawings. The technique according to the present disclosure is not limited to the embodiment. In the following description, the same reference numerals will be used for the same elements or elements having the same function, and duplicate description will be omitted. The explanation will be given in the following order.
1. 1. Description of the image pickup device and electronic device of the present disclosure in general 2. Image pickup device to which the technique according to the present disclosure is applied 2-1. Configuration example of CMOS image sensor 2-2. Pixel circuit configuration example 2-3. Semiconductor chip structure 2-3-1. Flat semiconductor chip structure 2-3-2. Laminated semiconductor chip structure 2-4. Configuration example of analog-to-digital converter 2-5. About pipeline processing 2-6. Conventional Techniques for Sample Hold Circuits 3. Embodiments of the present disclosure 3-1. Example 1 (Example of suppressing fixed pattern noise by the action of a writing circuit)
3-1-1. Circuit configuration example 3-1-2. Circuit operation example 3-1-3. Sampling error during writing 3-2. Example 2 (Example of suppressing fixed pattern noise by the action of a readout circuit)
3-2-1. Circuit configuration example 3-2-2. Circuit operation example 3-2-3. About the error of the output voltage at the time of reading out the P phase 3-3. Example 3 (Example of suppressing fixed pattern noise by a write circuit and a read circuit)
3-3-1. Circuit configuration example 3-3-2. Circuit operation example 3-3-3. P-phase sample / hold operation 4. Modification example 5. Application example 6. Application example of the technique according to the present disclosure 6-1. Electronic device of the present disclosure (example of image pickup device)
6-2. Application example to moving body 7. Configuration that can be taken by this disclosure
<本開示の撮像装置及び電子機器、全般に関する説明>
本開示の第1の態様に係る撮像装置及び電子機器にあっては、第1の充電トランジスタをオン状態にしてリセット信号に基づいて第1の容量素子を充電し、第1の充電トランジスタをオフ状態にした後、第1の容量素子の充電経路を、サンプリングトランジスタ及び第1の書込トランジスタの経路に切り替え、しかる後、第2の充電トランジスタをオン状態にしてリセット信号に基づいて第2の容量素子を充電し、第2の充電トランジスタをオフ状態にした後、第2の容量素子の充電経路を、サンプリングトランジスタ及び第2の書込トランジスタの経路に切り替える構成とすることができる。
<Explanation of the image pickup device and electronic device of the present disclosure, in general>
In the image pickup apparatus and the electronic device according to the first aspect of the present disclosure, the first charging transistor is turned on, the first capacitive element is charged based on the reset signal, and the first charging transistor is turned off. After the state is set, the charging path of the first capacitive element is switched to the path of the sampling transistor and the first writing transistor, and then the second charging transistor is turned on and the second charging path is based on the reset signal. After charging the capacitive element and turning off the second charging transistor, the charging path of the second capacitive element can be switched to the path of the sampling transistor and the second writing transistor.
上述した好ましい構成を含む本開示の第1の態様に係る撮像装置及び電子機器にあっては、サンプリングトランジスタ及び第1の書込トランジスタの経路において、サンプリングトランジスタによってリセット信号をサンプリングし、第1の書込トランジスタを介して第1の容量素子にホールドし、サンプリングトランジスタ及び第2の書込トランジスタの経路において、サンプリングトランジスタによってリセット信号をサンプリングし、第2の書込トランジスタを介して第2の容量素子にホールドする構成とすることができる。 In the image pickup apparatus and the electronic device according to the first aspect of the present disclosure including the above-mentioned preferable configuration, the reset signal is sampled by the sampling transistor in the path of the sampling transistor and the first writing transistor, and the first It is held by the first capacitive element via the write transistor, the reset signal is sampled by the sampling transistor in the path of the sampling transistor and the second write transistor, and the second capacitance is sampled via the second write transistor. It can be configured to be held by the element.
本開示の第2の態様に係る撮像装置及び電子機器にあっては、第1の出力回路及び第2の出力回路において、書き込み回路によるリセット信号及びデータ信号のサンプルホールド期間中にオン状態にある前段出力トランジスタをオフ状態にし、しかる後、リセットトランジスタ及び後段出力トランジスタをオン状態にし、出力ノードの電位をリセットする構成とすることができる。 In the image pickup apparatus and the electronic apparatus according to the second aspect of the present disclosure, the first output circuit and the second output circuit are in the ON state during the sample hold period of the reset signal and the data signal by the write circuit. The configuration may be such that the front-stage output transistor is turned off, and then the reset transistor and the rear-stage output transistor are turned on to reset the potential of the output node.
上述した好ましい構成を含む本開示の第2の態様に係る撮像装置及び電子機器にあっては、第1の出力回路及び第2の出力回路において、出力ノードの電位をリセットした後前段出力トランジスタをオン状態にし、第1の容量素子に保持されたリセット信号、及び、第2の容量素子に保持されたデータ信号を読み出し、しかる後、後段出力トランジスタをオフ状態にする構成とすることができる。 In the image pickup apparatus and the electronic device according to the second aspect of the present disclosure including the above-mentioned preferable configuration, in the first output circuit and the second output circuit, the post-stage output transistor after resetting the potential of the output node is used. The configuration may be such that the reset signal held in the first capacitive element and the data signal held in the second capacitive element are read out in the ON state, and then the subsequent output transistor is turned off.
本開示の第3の態様に係る撮像装置及び電子機器にあっては、第1の充電トランジスタをオン状態にしてリセット信号に基づいて第1の容量素子を充電し、第1の充電トランジスタをオフ状態にした後、第1の容量素子の充電経路を、サンプリングトランジスタ及び第1の書込トランジスタの経路に切り替え、しかる後、第2の充電トランジスタをオン状態にしてリセット信号に基づいて第2の容量素子を充電し、第2の充電トランジスタをオフ状態にした後、第2の容量素子の充電経路を、サンプリングトランジスタ及び第2の書込トランジスタの経路に切り替える構成とすることができる。 In the image pickup apparatus and the electronic device according to the third aspect of the present disclosure, the first charging transistor is turned on, the first capacitive element is charged based on the reset signal, and the first charging transistor is turned off. After the state is set, the charging path of the first capacitive element is switched to the path of the sampling transistor and the first writing transistor, and then the second charging transistor is turned on and the second charging path is based on the reset signal. After charging the capacitive element and turning off the second charging transistor, the charging path of the second capacitive element can be switched to the path of the sampling transistor and the second writing transistor.
上述した好ましい構成を含む本開示の第3の態様に係る撮像装置及び電子機器にあっては、サンプリングトランジスタ及び第1の書込トランジスタの経路において、サンプリングトランジスタによってリセット信号をサンプリングし、第1の書込トランジスタを介して第1の容量素子にホールドし、サンプリングトランジスタ及び第2の書込トランジスタの経路において、サンプリングトランジスタによってリセット信号をサンプリングし、第2の書込トランジスタを介して第2の容量素子にホールドする構成とすることができる。 In the image pickup apparatus and the electronic device according to the third aspect of the present disclosure including the above-mentioned preferable configuration, the reset signal is sampled by the sampling transistor in the path of the sampling transistor and the first writing transistor, and the first It is held by the first capacitive element via the write transistor, the reset signal is sampled by the sampling transistor in the path of the sampling transistor and the second write transistor, and the second capacitance is sampled via the second write transistor. It can be configured to be held by the element.
また、上述した好ましい構成を含む本開示の第3の態様に係る撮像装置及び電子機器にあっては、第1の出力回路及び第2の出力回路において、書き込み回路によるリセット信号及びデータ信号のサンプルホールド期間中にオン状態にある前段出力トランジスタをオフ状態にし、しかる後、リセットトランジスタ及び後段出力トランジスタをオン状態にし、出力ノードの電位をリセットする構成とすることができる。 Further, in the image pickup apparatus and the electronic device according to the third aspect of the present disclosure including the above-mentioned preferable configuration, in the first output circuit and the second output circuit, a sample of a reset signal and a data signal by a write circuit is used. The front-stage output transistor that is in the on-state during the hold period can be turned off, and then the reset transistor and the rear-stage output transistor can be turned on to reset the potential of the output node.
また、上述した好ましい構成を含む本開示の第3の態様に係る撮像装置及び電子機器にあっては、第1の出力回路及び第2の出力回路において、出力ノードの電位をリセットした後前段出力トランジスタをオン状態にし、第1の容量素子に保持されたリセット信号、及び、第2の容量素子に保持されたデータ信号を読み出し、しかる後、後段出力トランジスタをオフ状態にする構成とすることができる。 Further, in the image pickup apparatus and the electronic device according to the third aspect of the present disclosure including the above-mentioned preferable configuration, in the first output circuit and the second output circuit, the potential of the output node is reset and the previous stage output is performed. The transistor may be turned on, the reset signal held in the first capacitive element and the data signal held in the second capacitive element may be read out, and then the subsequent output transistor may be turned off. can.
<本開示に係る技術が適用される撮像装置>
本開示に係る技術が適用される撮像装置として、X-Yアドレス方式の撮像装置の一種であるCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサを例に挙げて説明する。CMOSイメージセンサは、CMOSプロセスを応用して、又は、部分的に使用して作製されたイメージセンサである。
<Image pickup device to which the technique according to the present disclosure is applied>
As an image pickup device to which the technique according to the present disclosure is applied, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor, which is a kind of XY address type image pickup device, will be described as an example. A CMOS image sensor is an image sensor made by applying or partially using a CMOS process.
[CMOSイメージセンサの構成例]
図1は、本開示に係る技術が適用される撮像装置の一例であるCMOSイメージセンサのシステム構成の概略を模式的に示すブロック図である。
[Configuration example of CMOS image sensor]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing an outline of a system configuration of a CMOS image sensor, which is an example of an image pickup apparatus to which the technique according to the present disclosure is applied.
本適用例に係るCMOSイメージセンサ1は、画素アレイ部11及び当該画素アレイ部11の周辺回路部を有する構成となっている。画素アレイ部11は、光電変換部(光電変換素子/受光素子)を含む画素(画素回路)20が行方向及び列方向に、即ち、行列状に2次元配置された構成となっている。ここで、行方向とは、画素行の画素20の配列方向を言い、列方向とは、画素列の画素20の配列方向を言う。画素20は、光電変換を行うことにより、受光した光量に応じた光電荷を生成し、蓄積する。
The
画素アレイ部11の周辺回路部は、例えば、行選択部12、負荷MOS部13、サンプルホールド部14、アナログ-デジタル変換部15、メモリ部16、データ処理部17、出力部18、及び、タイミング制御部19等によって構成されている。
The peripheral circuit units of the
画素アレイ部11において、行列状の画素配列に対し、画素行毎に画素駆動線31(311~31m)が行方向に沿って配線され、画素列毎に垂直信号線32(321~32n)が列方向に沿って配線されている。画素駆動線31は、画素20から信号を読み出す際の駆動を行うための駆動信号を伝送する。図1では、画素駆動線31について1本の配線として図示しているが、1本に限られるものではない。画素駆動線31の一端は、行選択部12の各行に対応した出力端に接続されている。
In the
以下に、画素アレイ部11の周辺回路部の各回路部、即ち、行選択部12、負荷MOS部13、サンプルホールド部14、アナログ-デジタル変換部15、メモリ部16、データ処理部17、出力部18、及び、タイミング制御部19について説明する。
Below, each circuit unit of the peripheral circuit unit of the
行選択部12は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素アレイ部11の各画素20の選択に際して、画素行の走査や画素行のアドレスを制御する。この行選択部12は、その具体的な構成については図示を省略するが、一般的に、読み出し走査系と掃き出し走査系の2つの走査系を有する構成となっている。
The
読み出し走査系は、画素20から画素信号を読み出すために、画素アレイ部11の画素20を行単位で順に選択走査する。画素20から読み出される画素信号はアナログ信号である。掃き出し走査系は、読み出し走査系によって読み出し走査が行われる読み出し行に対して、その読み出し走査よりもシャッタスピードの時間分だけ先行して掃き出し走査を行う。
The read-out scanning system selectively scans the
この掃き出し走査系による掃き出し走査により、読み出し行の画素20の光電変換部から不要な電荷が掃き出されることによって当該光電変換部がリセットされる。そして、この掃き出し走査系による不要電荷の掃き出す(リセットする)ことにより、所謂、電子シャッタ動作が行われる。ここで、電子シャッタ動作とは、光電変換部の光電荷を捨てて、新たに露光を開始する(光電荷の蓄積を開始する)動作のことを言う。
By the sweep scan by this sweep scan system, the photoelectric conversion unit is reset by sweeping out unnecessary charges from the photoelectric conversion unit of the
読み出し走査系による読み出し動作によって読み出される信号は、その直前の読み出し動作又は電子シャッタ動作以降に受光した光量に対応するものである。そして、直前の読み出し動作による読み出しタイミング又は電子シャッタ動作による掃き出しタイミングから、今回の読み出し動作による読み出しタイミングまでの期間が、画素20における光電荷の露光期間となる。
The signal read by the read operation by the read scan system corresponds to the amount of light received after the read operation or the electronic shutter operation immediately before that. The period from the read timing by the immediately preceding read operation or the sweep timing by the electronic shutter operation to the read timing by the current read operation is the exposure period of the light charge in the
負荷MOS部13は、画素列毎に垂直信号線32(321~32n)の各々に接続されたMOSトランジスタから成る電流源Iの集合から成り(図2参照)、行選択部12によって選択走査された画素行の各画素20に対し、垂直信号線32の各々を通してバイアス電流を供給する。
The
サンプルホールド部14は、垂直信号線32(321~32n)を通して供給される画素信号をサンプリングし、保持(サンプルホールド)する。このサンプルホールド部14に対して本開示に係る技術が適用される。本開示に係る技術が適用されるサンプルホールド部14の詳細については後述する。
The
アナログ-デジタル(A/D)変換部15は、垂直信号線32(321~32n)に対応して設けられた複数のアナログ-デジタル変換器の集合から成り、サンプルホールド部14から画素列毎に出力されるアナログの画素信号をデジタル信号に変換する。アナログ-デジタル変換器は、周知のアナログ-デジタル変換器とすることができる。具体的には、アナログ-デジタル変換器として、シングルスロープ型アナログ-デジタル変換器、逐次比較型アナログ-デジタル変換器、又は、デルタ-シグマ型(ΔΣ型)アナログ-デジタル変換器を例示することができる。但し、アナログ-デジタル変換器は、これらに限定されるものではない。
The analog-to-digital (A / D)
メモリ部16は、データ処理部17による処理の下に、アナログ-デジタル変換部15でのアナログ-デジタル変換結果を記憶する。
The
データ処理部17は、アナログ-デジタル変換部15から出力されるデジタル信号を処理するデジタル信号処理部であり、アナログ-デジタル変換結果をメモリ部16に対する書き込み/読み出しの処理を行ったり、当該アナログ-デジタル変換結果に対して種々の処理を行ったりする。
The
出力部18は、データ処理部17での処理後の信号を出力する。タイミング制御部19は、各種のタイミング信号、クロック信号、及び、制御信号等を生成し、これら生成した信号を基に、行選択部12、サンプルホールド部14、アナログ-デジタル変換部15、及び、データ処理部17等の駆動制御を行う。
The
[画素の回路構成例]
図2は、画素20の回路構成の一例を示す回路図である。画素20は、光電変換部(光電変換素子)として、例えば、フォトダイオード21を有している。画素20は、フォトダイオード21の他に、転送トランジスタ22、リセットトランジスタ23、増幅トランジスタ24、及び、選択トランジスタ25を有する画素構成となっている。
[Pixel circuit configuration example]
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the circuit configuration of the
尚、ここでは、転送トランジスタ22、リセットトランジスタ23、増幅トランジスタ24、及び、選択トランジスタ25の4つのトランジスタとしては、例えばNチャネルのMOS型電界効果トランジスタを用いている。但し、ここで例示した4つのトランジスタ22~25の導電型の組み合わせは一例に過ぎず、これらの組み合わせに限られるものではない。
Here, for example, an N-channel MOS field effect transistor is used as the four transistors of the
この画素20に対して、先述した画素駆動線31(311~31m)として、複数の画素駆動線が同一画素行の各画素20に対して共通に配線されている。これら複数の画素駆動線は、行選択部12の各画素行に対応した出力端に画素行単位で接続されている。行選択部12は、複数の画素駆動線に対して転送信号TRG、リセット信号RST、及び、選択信号SELを適宜出力する。
With respect to the
フォトダイオード21は、アノード電極が低電位側電源(例えば、グランド)に接続されており、受光した光をその光量に応じた電荷量の光電荷(ここでは、光電子)に光電変換してその光電荷を蓄積する。フォトダイオード21のカソード電極は、転送トランジスタ22を介して増幅トランジスタ24のゲート電極と電気的に接続されている。ここで、増幅トランジスタ24のゲート電極が電気的に繋がった領域は、フローティングディフュージョン(浮遊拡散領域/不純物拡散領域)FDである。フローティングディフュージョンFDは、電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部である。
In the
転送トランジスタ22のゲート電極には、高レベル(例えば、VDDレベル)がアクティブとなる転送信号TRGが行選択部12から与えられる。転送トランジスタ22は、転送信号TRGに応答して導通状態となることで、フォトダイオード21で光電変換され、当該フォトダイオード21に蓄積された光電荷をフローティングディフュージョンFDに転送する。
A transfer signal TRG in which a high level (for example, V DD level) is active is given to the gate electrode of the
リセットトランジスタ23は、高電位側電源VDDのノードとフローティングディフュージョンFDとの間に接続されている。リセットトランジスタ23のゲート電極には、高レベルがアクティブとなるリセット信号RSTが行選択部12から与えられる。リセットトランジスタ23は、リセット信号RSTに応答して導通状態となり、フローティングディフュージョンFDの電荷を電圧VDDのノードに捨てること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。
The
増幅トランジスタ24は、ゲート電極がフローティングディフュージョンFDに、ドレイン電極が高電位側電源VDDのノードにそれぞれ接続されている。増幅トランジスタ24は、フォトダイオード21での光電変換によって得られる信号を読み出すソースフォロワの入力部となる。すなわち、増幅トランジスタ24は、ソース電極が選択トランジスタ25を介して垂直信号線32に接続される。そして、増幅トランジスタ24と、垂直信号線32の一端に接続される電流源Iとは、フローティングディフュージョンFDの電圧を垂直信号線32の電位に変換するソースフォロワを構成している。
In the
選択トランジスタ25は、例えば、ドレイン電極が増幅トランジスタ24のソース電極に、ソース電極が垂直信号線32にそれぞれ接続されている。選択トランジスタ25のゲート電極には、高レベルがアクティブとなる選択信号SELが行選択部12から与えられる。選択トランジスタ25は、選択信号SELに応答して導通状態となることで、画素20を選択状態として増幅トランジスタ24から出力される信号を垂直信号線32に伝達する。
In the
尚、上記の回路例では、画素20として、転送トランジスタ22、リセットトランジスタ23、増幅トランジスタ24、及び、選択トランジスタ25から成る、即ち、4つのトランジスタ(Tr)から成る4Tr構成を例に挙げたが、これに限られるものではない。例えば、選択トランジスタ25を省略し、増幅トランジスタ24に選択トランジスタ25の機能を持たせる3Tr構成とすることもできるし、必要に応じて、トランジスタの数を増やした5Tr以上の構成とすることもできる。
In the above circuit example, the
上記の回路構成例の画素20からは、リセットトランジスタ23によるフローティングディフュージョンFDのリセット時のリセットレベルであるリセット信号(所謂、P相信号)と、フォトダイオード21での光電変換に基づく信号レベルであるデータ信号(所謂、D相信号)とが順に出力される。すなわち、画素20から出力される画素信号は、リセット時のリセット信号、及び、フォトダイオード21での光電変換時のデータ信号を含んでいる。
From the
[半導体チップ構造]
上記の構成のCMOSイメージセンサ1の半導体チップ構造としては、平置型の半導体チップ構造及び積層型の半導体チップ構造を例示することができる。また、画素構造については、配線層が形成される側の基板面を表面(正面)とするとき、その反対側の裏面側から照射される光を取り込む裏面照射型の画素構造とすることもできるし、表面側から照射される光を取り込む表面照射型の画素構造とすることもできる。
[Semiconductor chip structure]
As the semiconductor chip structure of the
以下に、平置型の半導体チップ構造及び積層型の半導体チップ構造の概略について説明する。 The outline of the horizontal semiconductor chip structure and the laminated semiconductor chip structure will be described below.
(平置型の半導体チップ構造)
図3Aは、CMOSイメージセンサ1の平置型のチップ構造を模式的に示す斜視図である。図3Aに示すように、平置型の半導体チップ構造は、画素20が行列状に配置されて成る画素アレイ部11と同じ半導体基板41上に、画素アレイ部11の周辺回路部の各構成要素を形成した構造となっている。具体的には、画素アレイ部11と同じ半導体基板41上に、行選択部12、負荷MOS部13、サンプルホールド部14、アナログ-デジタル変換部15、メモリ部16、データ処理部17、及び、タイミング制御部19等が形成されている。1層目の半導体チップ41の例えば左右両端部には、外部接続用や電源用のパッド42が設けられている。
(Flat type semiconductor chip structure)
FIG. 3A is a perspective view schematically showing a horizontal chip structure of the
(積層型の半導体チップ構造)
図3Bは、CMOSイメージセンサ1の積層型の半導体チップ構造を模式的に示す分解斜視図である。図3Bに示すように、積層型の半導体チップ構造は、1層目の半導体チップ43及び2層目の半導体チップ44の少なくとも2つの半導体チップが積層された構造となっている。
(Laminated semiconductor chip structure)
FIG. 3B is an exploded perspective view schematically showing a laminated semiconductor chip structure of the
この積層型の半導体チップ構造において、1層目の半導体チップ43は、光電変換素子(例えば、フォトダイオード21)を含む画素20が行列状に2次元配置されて成る画素アレイ部11が形成された画素チップである。1層目の半導体チップ43の例えば左右両端部には、外部接続用や電源用のパッド42が設けられている。
In this laminated semiconductor chip structure, the first-
2層目の半導体チップ44は、画素アレイ部11の周辺回路部、即ち、行選択部12、負荷MOS部13、サンプルホールド部14、アナログ-デジタル変換部15、メモリ部16、データ処理部17、及び、タイミング制御部19等が形成された回路チップである。尚、行選択部12、負荷MOS部13、サンプルホールド部14、アナログ-デジタル変換部15、メモリ部16、データ処理部17、及び、タイミング制御部19等の配置については、一例であって、この配置例に限られるものではない。
The second
1層目の半導体チップ43上の画素アレイ部11と、2層目の半導体チップ44上の周辺回路部とは、Cu-Cu接合を含む金属-金属接合、シリコン貫通電極(Through Silicon Via:TSV)、マイクロバンプ等から成る接合部(図示を省略)を介して電気的に接続される。
The
上述した積層型の半導体チップ構造によれば、1層目の半導体チップ43には画素アレイ部11の作製に適したプロセスを適用でき、2層目の半導体チップ44には回路部分の作製に適したプロセスを適用できる。これにより、CMOSイメージセンサ1の製造に当たって、プロセスの最適化を図ることができる。特に、回路部分の作製に当たっては、先端プロセスの適用が可能になる。
According to the laminated semiconductor chip structure described above, a process suitable for manufacturing the
[アナログ-デジタル変換部の構成例]
続いて、アナログ-デジタル変換部15の構成の一例について説明する。アナログ-デジタル変換部15の構成の一例を図4に示す。
[Analog-to-digital conversion unit configuration example]
Subsequently, an example of the configuration of the analog-to-
CMOSイメージセンサ1において、アナログ-デジタル変換部15は、画素アレイ部11の各画素列に対応して設けられた複数のアナログ-デジタル変換器の集合から成る。ここでは、アナログ-デジタル変換器として、シングルスロープ型のアナログ-デジタル変換器を例示する。但し、アナログ-デジタル変換器としては、シングルスロープ型のアナログ-デジタル変換器に限られるものではない。
In the
n列目のシングルスロープ型のアナログ-デジタル変換器150を例に挙げて説明するに、アナログ-デジタル変換器150は、比較器151及びカウンタ152を有する回路構成となっている。シングルスロープ型のアナログ-デジタル変換器150では、参照信号生成部160で生成される参照信号VRAMPが用いられる。参照信号生成部160は、例えば、デジタル-アナログ変換器(DAC)によって構成され、時間の経過に応じてレベル(電圧)が単調減少する傾斜状波形(所謂、ランプ波)の参照信号VRAMPを生成し、画素列毎に設けられた比較器151に基準信号として与える。
The analog-to-
比較器151は、画素20から読み出されるアナログの画素信号VVSLを比較入力とし、参照信号生成部160で生成されるランプ波の参照信号VRAMPを基準入力とし、両信号を比較する。そして、比較器151は、例えば、参照信号VRAMPが画素信号VVSLよりも大きいときに出力が第1の状態(例えば、高レベル)になり、参照信号VRAMPが画素信号VVSL以下のときに出力が第2の状態(例えば、低レベル)になる。これにより、比較器151は、画素信号VVSLの信号レベルに応じたパルス幅、具体的には、信号レベルの大きさに対応したパルス幅を持つパルス信号を比較結果として出力する。
The
カウンタ152には、比較器151に対する参照信号VRAMPの供給開始タイミングと同じタイミングで、タイミング制御部19からクロック信号CLKが与えられる。そして、カウンタ152は、クロック信号CLKに同期してカウント動作を行うことによって、比較器151の出力パルスのパルス幅の期間、即ち、比較動作の開始から比較動作の終了までの期間を計測する。カウンタ152のカウント結果(カウント値)は、アナログの画素信号VVSLをデジタル化したデジタル値として、ロジック回路部14へ供給される。
A clock signal CLK is given to the counter 152 from the
カウンタ152としては、例えば、アップ/ダウンカウンタを用いることができる。アップ/ダウンカウンタから成るカウンタ152では、クロック信号CLKに同期してダウン(DOWN)カウント、又は、アップ(UP)カウントが行われる。具体的には、画素20から出力される、フローティングディフュージョンFDのリセット時のリセットレベルであるリセット信号(P相信号)、及び、光電変換に基づく信号レベルであるデータ信号(D相信号)について、例えば、リセット信号に対してはダウンカウントを行い、データ信号に対してはアップカウントを行う。
As the counter 152, for example, an up / down counter can be used. In the counter 152 including the up / down counters, a down (DOWN) count or an up (UP) count is performed in synchronization with the clock signal CLK. Specifically, the reset signal (P-phase signal), which is the reset level at the time of resetting the floating diffusion FD, and the data signal (D-phase signal), which is the signal level based on photoelectric conversion, are output from the
このダウンカウント/アップカウントの動作により、データ信号とリセット信号との差分をとることができる。その結果、アナログ-デジタル変換部15では、アナログ-デジタル変換処理に加えてCDS(Correlated Double Sampling:相関二重サンプリング)処理が行われる。ここで、「CDS処理」とは、光電変換に基づく信号レベルであるデータ信号(D相信号)と、フローティングディフュージョンFDのリセット時のリセットレベルであるリセット信号(P相信号)との差分をとることにより、画素20のリセットノイズや増幅トランジスタ24の閾値ばらつき等の画素固有の固定パターンノイズを除去する処理である。
By this down count / up count operation, the difference between the data signal and the reset signal can be taken. As a result, the analog-to-
上述したシングルスロープ型のアナログ-デジタル変換器150の集合から成るアナログ-デジタル変換部15によれば、参照信号生成部160で生成されるランプ波の参照信号VRAMPと、画素20から垂直信号線32を通して読み出されるアナログの画素信号VVSLとの大小関係が変化するまでの時間情報からデジタル値を得ることができる。
According to the analog-
尚、上記の例では、アナログ-デジタル変換部15として、画素アレイ部11の画素列に対して1対1の対応関係でアナログ-デジタル変換器150が配置されて成る構成を例示したが、複数の画素列を単位としてアナログ-デジタル変換器150が配置されて成る構成とすることも可能である。
In the above example, the analog-to-
[パイプライン処理について]
以上説明した本開示に係る技術が適用されるCMOSイメージセンサ1、即ち、列並列型のアナログ-デジタル変換部15を搭載したCMOSイメージセンサ1では、アナログ-デジタル変換部15の前段にサンプルホールド部14を備えることで、画素20からの信号読み出し動作とアナログ-デジタル変換動作とのパイプライン処理を実現できる。サンプルホールド部14は、画素アレイ部11の各画素列に対応して設けられた複数のサンプルホールド回路の集合から成る。
[Pipeline processing]
In the
信号読み出し動作とアナログ-デジタル変換動作とのパイプライン処理(パイプライン化)により、アナログ-デジタル変換処理を含めた実質的な画素信号の読み出し動作を高速化できるため、フレームレートの向上を図ることができる。逆に、フレームレートの向上を図らない場合(即ち、フレームレートを従来と同じとした場合)には、信号読み出し及びアナログ-デジタル変換を行わないブランキング期間を増やすことがてきるため、CMOSイメージセンサ1の消費電力の低減を図ることができる。
By pipeline processing (pipelined) between the signal reading operation and the analog-digital conversion operation, the actual pixel signal reading operation including the analog-digital conversion processing can be speeded up, so the frame rate should be improved. Can be done. On the contrary, if the frame rate is not improved (that is, if the frame rate is the same as the conventional one), the blanking period in which signal reading and analog-to-digital conversion are not performed can be increased, so that the CMOS image The power consumption of the
[サンプルホールド回路の従来技術について]
ここで、信号読み出し動作とアナログ-デジタル変換動作とのパイプライン処理を実現するために必要なサンプルホールド回路の従来技術について説明する。従来技術に係るサンプルホールド回路の構成例を図5Aに示し、回路動作の説明に供するタイミングチャートを図5Bに示す。
[Conventional technology of sample hold circuit]
Here, the conventional technique of the sample hold circuit necessary for realizing the pipeline processing between the signal reading operation and the analog-to-digital conversion operation will be described. A configuration example of the sample hold circuit according to the prior art is shown in FIG. 5A, and a timing chart for explaining the circuit operation is shown in FIG. 5B.
図5Aに示すように、従来技術に係るサンプルホールド回路は、フローティングディフュージョンFDをリセットしたときのリセットレベルであるリセット信号(P相信号)をサンプルホールドするP相の経路60pと、光電変換に基づく信号レベルであるデータ信号(D相信号)をサンプルホールドするD相の経路60dとを有する回路構成となっている。
As shown in FIG. 5A, the sample hold circuit according to the prior art has a P-
P相の経路60pは、リセット信号をサンプリングするサンプリングトランジスタ61p、サンプリングトランジスタ61pによってサンプリングされたリセット信号をホールドする容量素子62p、及び、出力トランジスタ63pから構成されている。サンプリングトランジスタ61pは、制御信号p_splに基づいて、リセット信号をサンプリングし、容量素子62pに保持させる。出力トランジスタ63pは、容量素子62pに保持されているリセット信号を、制御信号p_outに応じて出力する。 The P-phase path 60 p is composed of a sampling transistor 61 p for sampling the reset signal, a capacitive element 62 p for holding the reset signal sampled by the sampling transistor 61 p , and an output transistor 63 p . The sampling transistor 61 p samples the reset signal based on the control signal p_spl and causes the capacitive element 62 p to hold the reset signal. The output transistor 63 p outputs the reset signal held in the capacitive element 62 p according to the control signal p_out.
D相の経路60dは、データ信号をサンプリングするサンプリングトランジスタ61d、サンプリングトランジスタ61dによってサンプリングされたデータ信号をホールドする容量素子62d、及び、出力トランジスタ63dから構成されている。サンプリングトランジスタ61dは、制御信号d_splに基づいて、データ信号をサンプリングし、容量素子62dに保持させる。出力トランジスタ63dは、容量素子62dに保持されているデータ信号を、制御信号d_outに応じて出力する。 The D-phase path 60 d is composed of a sampling transistor 61 d for sampling a data signal, a capacitive element 62 d for holding a data signal sampled by the sampling transistor 61 d , and an output transistor 63 d . The sampling transistor 61 d samples a data signal based on the control signal d_spl and causes the capacitive element 62 d to hold the data signal. The output transistor 63 d outputs the data signal held in the capacitive element 62 d according to the control signal d_out.
上述したように、従来技術に係るサンプルホールド回路は、リセット信号をサンプルホールドするP相の経路60pと、データ信号をサンプルホールドするD相の経路60dとが別々に設けられた構成となっている。そのため、各経路60p,60dにおけるトランジスタの閾値電圧Vthやゲート面積等の製造バラツキにより、サンプリングトランジスタ61p及び出力トランジスタ63pのチャネル電荷がばらつくことがある。このチャージインジェクションのバラツキがサンプリング誤差、即ち、画素列の固定パターンノイズとなり、撮像画像上に縦筋として現れることになる。 As described above, the sample hold circuit according to the prior art has a configuration in which a P-phase path 60 p for sample-holding the reset signal and a D-phase path 60 d for sample-holding the data signal are separately provided. ing. Therefore, the channel charges of the sampling transistor 61 p and the output transistor 63 p may vary due to manufacturing variations such as the threshold voltage V th and the gate area of the transistors in each of the paths 60 p and 60 d . This variation in charge injection becomes a sampling error, that is, fixed pattern noise of the pixel sequence, and appears as vertical streaks on the captured image.
上記のチャージインジェクションのバラツキがサンプリング誤差となるメカニズムについて、図6A及び図6Bを用いて説明する。図6Aには、説明の都合上、図5AにおけるP相の経路60pを取り出して図示しているが、D相の経路60dについても、P相の経路60pと同様のことが起きる。
The mechanism by which the above-mentioned charge injection variation causes a sampling error will be described with reference to FIGS. 6A and 6B. Although the P -
P相の経路60pにおいて、容量素子62pの容量値をCpとし、出力トランジスタ63pの出力側につく寄生容量の容量値cxとするとき、一般的に、Cp≫cxである。従って、ノードSのインピーダンス(∝1/Cp)がノードOUTのインピーダンス(∝1/cx)よりも低い。 In the P-phase path 60 p , when the capacitance value of the capacitance element 62 p is C p and the capacitance value of the parasitic capacitance attached to the output side of the output transistor 63 p is c x , generally, C p >> c x . be. Therefore, the impedance of the node S (∝1 / C p ) is lower than the impedance of the node OUT (∝1 / c x ).
図6Bに示すように、サンプリングトランジスタ61pにおいて、制御信号p_splが高レベル(Hi)から低レベル(Lo)に遷移するとき、チャネル電荷の大部分が低インピーダンスの入力ノードIN側に吐き出される。このとき、一部のチャネル電荷が中インピーダンスのノードS側に入り、これがサンプリング誤差となる。また、出力トランジスタ63pにおいて、制御信号p_outが低レベルから高レベルに遷移するとき、チャネル電荷の大部分が中インピーダンスのノードSから供給され、ノードSに溜まっている電荷の一部が消費され、これもサンプリング誤差となる。
As shown in FIG. 6B, in the
<本開示の実施形態>
本開示の実施形態に係るサンプルホールド回路は、列並列型のアナログ-デジタル変換部15を備えるCMOSイメージセンサ1において、サンプルホールド時のスイッチング動作に伴うチャージインジェクションのバラツキを軽減するためになされたものである。サンプルホールド時のスイッチング動作に伴うチャージインジェクションのバラツキを軽減することで、画素列の固定パターンノイズを抑制することができるため、画素列の固定パターンノイズに起因する縦筋が撮像画像上に現れることがなく、画質の向上を図ることができる。
<Embodiment of the present disclosure>
The sample hold circuit according to the embodiment of the present disclosure is made in order to reduce the variation in charge injection due to the switching operation at the time of sample hold in the
本開示の実施形態(以下、「本実施形態」と略記する)に係るサンプルホールド回路の基本的な構成を図7に示す。本実施形態に係るサンプルホールド回路50は、入力端子51、書き込み回路52、第1の容量素子53p、第2の容量素子53d、読み出し回路54、及び、出力端子55を備えている。
FIG. 7 shows a basic configuration of a sample hold circuit according to an embodiment of the present disclosure (hereinafter, abbreviated as “the present embodiment”). The
入力端子51は、画素アレイ部11の各画素20から出力されるリセット信号及びデータ信号を入力する。リセット信号は、フローティングディフュージョンFDをリセットしたときのリセットレベルであるP相信号である。データ信号は、フォトダイオード21での光電変換に基づく信号レベルであるD相信号である。
The
書き込み回路52は、入力端子51から入力されるリセット信号及びデータ信号をサンプリングし、書き込む。第1の容量素子53pは、P相用の容量素子であり、書き込み回路52によって書き込まれたリセット信号を保持する。第2の容量素子53dは、D相用の容量素子であり、書き込み回路52によって書き込まれたデータ信号を保持する。読み出し回路54は、第1の容量素子53pに保持されたリセット信号、及び、第2の容量素子53dに保持されたデータ信号を読み出す。出力端子55は、読み出し回路54によって読み出されたリセット信号及びデータ信号を出力する。
The
上記の基本的な構成を有する本実施形態に係るサンプルホールド回路50において、書き込み回路52の作用、読み出し回路54の作用、あるいは、書き込み回路52及び読み出し回路54の組み合わせよる作用によって、サンプルホールド時のスイッチング動作に伴うチャージインジェクションに起因する画素列の固定パターンノイズを抑制する効果を得ることができる。以下に、具体的な実施例について説明する。
In the
[実施例1]
実施例1は、書き込み回路52の作用により、サンプルホールド時のスイッチング動作に伴うチャージインジェクションに起因する固定パターンノイズを抑制する例である。実施例1に係る書き込み回路52の回路構成例を図8に示す。
[Example 1]
The first embodiment is an example of suppressing the fixed pattern noise caused by the charge injection accompanying the switching operation at the time of sample holding by the action of the
(回路構成例)
実施例1に係る書き込み回路52は、入力端子51と第1の容量素子53pとの間に接続された第1の充電トランジスタ521p、及び、入力端子51と第2の容量素子53dとの間に接続された第2の充電トランジスタ521dを有している。書き込み回路52は更に、入力端子51から入力されるリセット信号及びデータ信号をサンプリングするサンプリングトランジスタ522、サンプリングトランジスタ522と第1の容量素子53pとの間に接続された第1の書込トランジスタ523p、及び、サンプリングトランジスタ522と第2の容量素子53dとの間に接続された第2の書込トランジスタ523dを有している。
(Circuit configuration example)
The
上記の回路構成の書き込み回路52において、第1の充電トランジスタ521p、サンプリングトランジスタ522、第1の書込トランジスタ523p、及び、第1の容量素子53pによって、リセット信号をサンプルホールドするP相の経路が構成されている。また、第2の充電トランジスタ521d、サンプリングトランジスタ522、第2の書込トランジスタ523d、及び、第2の容量素子53dによって、データ信号をサンプルホールドするD相の経路が構成されている。すなわち、実施例1に係る書き込み回路52では、サンプリングトランジスタ522が、P相の経路とD相の経路とで共通化された構成となっている。
In the
第1の充電トランジスタ521pは、制御信号p_chargeに応答してオン状態になることで、入力端子51から入力されるリセット信号に基づいて第1の容量素子53pを充電する。第2の充電トランジスタ521dは、制御信号d_chargeに応答してオン状態になることで、入力端子51から入力されるデータ信号に基づいて第2の容量素子53dを充電する。サンプリングトランジスタ522は、制御信号splに基づいて、リセット信号及びデータ信号をサンプリングする。第1の書込トランジスタ523pは、制御信号p_splenに応答してオン状態になることで、サンプリングトランジスタ522によってサンプリングされたリセット信号を第1の容量素子53pに書き込み、保持させる。第2の書込トランジスタ523dは、制御信号d_splenに応答してオン状態になることで、サンプリングトランジスタ522によってサンプリングされたデータ信号を第2の容量素子53dに書き込み、保持させる。
The first charging transistor 521 p is turned on in response to the control signal p_charge to charge the
(回路動作例)
続いて、実施例1に係る書き込み回路52の回路動作について、図9のタイミングチャートを用いて説明する。
(Circuit operation example)
Subsequently, the circuit operation of the
入力端子51からリセット信号が入力される時刻t11で、制御信号p_chargeが低レベルから高レベルに遷移することで、第1の充電トランジスタ521pがオン状態となり、入力端子51から入力されるリセット信号に基づいて第1の容量素子53pを充電させる。
At the time t 11 when the reset signal is input from the
次に、時刻t12で、制御信号p_chargeが高レベルから低レベルに遷移することで、第1の充電トランジスタ521pがオフ状態となる。同時に、制御信号spl及び制御信号p_splenが低レベルから高レベルに遷移することで、サンプリングトランジスタ522及び第1の書込トランジスタ523pがオン状態となる。これにより、サンプリングトランジスタ522によってサンプリングされたリセット信号が、第1の書込トランジスタ523pを通して第1の容量素子53pにホールドされる。
Next, at time t12, the control signal p_charge transitions from a high level to a low level, so that the first charging transistor 521 p is turned off. At the same time, the control signal spl and the control signal p_splen transition from the low level to the high level, so that the
次に、時刻t13で、制御信号splが高レベルから低レベルに遷移し、サンプリングトランジスタ522がオフ状態となることで、第1の容量素子53pにホールドされる電荷量が確定される。時刻t13から時刻t15までは、第1の容量素子53pは、ホールド状態にある。この時刻t13~時刻t15の期間に、第1の容量素子53pにホールドされた電荷量に応じた電位レベルを、後段の読み出し回路54によって読み出すことができる。
Next, at time t13 , the control signal spl transitions from a high level to a low level, and the
D相の経路についても、P相の経路と同様の動作が行われる。すなわち、入力端子51からデータ信号が入力される時刻t14で制御信号d_chargeが低レベルから高レベルに遷移することで、第2の充電トランジスタ521dがオン状態となり、入力端子51から入力されるデータ信号に基づいて第2の容量素子53dを充電させる。
The same operation as that for the P-phase path is performed for the D-phase path. That is, when the control signal d_charge transitions from the low level to the high level at the time t 14 when the data signal is input from the
次に、時刻t16で、制御信号d_chargeが高レベルから低レベルに遷移することで、第2の充電トランジスタ521dがオフ状態となる。同時に、制御信号spl及び制御信号d_splenが低レベルから高レベルに遷移することで、サンプリングトランジスタ522及び第2の書込トランジスタ523dがオン状態となる。これにより、サンプリングトランジスタ522によってサンプリングされたデータ信号が、第2の書込トランジスタ523dを通して第2の容量素子53dにホールドされる。
Next, at time t 16 , the control signal d_charge transitions from a high level to a low level, so that the second charging transistor 521 d is turned off. At the same time, the control signal spl and the control signal d_splen transition from the low level to the high level, so that the
次に、時刻t17で、制御信号splが高レベルから低レベルに遷移し、サンプリングトランジスタ522がオフ状態となることで、第2の容量素子53dにホールドされる電荷量が確定される。時刻t17から時刻t18までは、第2の容量素子53dは、ホールド状態にある。この時刻t17~時刻t18の期間に、第2の容量素子53dにホールドされた電荷量に応じた電位レベルを、後段の読み出し回路54によって読み出すことができる。
Next, at time t 17 , the control signal spl transitions from a high level to a low level, and the
上述したように、実施例1に係る書き込み回路52では、時刻t11~時刻t12の期間において、制御信号p_chargeによる制御の下に、第1の充電トランジスタ521pを介して、第1の容量素子53pを入力端子51から入力される信号レベルに充電させておく。これにより、時刻t12~時刻t13の短い期間で、サンプリングトランジスタ522及び第1の書込トランジスタ523pによる経路に高速に切り替えて、第1の容量素子53pのサンプルホールド電圧を確定することができる(D相の経路についても、P相の経路と同じである)。その結果、D相の経路/P相の経路が共通に使うサンプリングトランジスタ522によるサンプリング期間の占有する時間が短いため、時間のオーバーヘッドが少なくて済むことになる。
As described above, in the
(信号書き込み時のサンプリング誤差について)
こごて、実施例1に係る書き込み回路52における信号書き込み時のサンプリング誤差について、図10を用いて説明する。図10には、サンプリングトランジスタ522の制御信号splが高レベルから低レベルに遷移するタイミング(時刻t13)の直前及び直後のサンプリングトランジスタ522のチャネル電荷について模式的に示している。ここでは、P相の経路について図示しているが、D相の経路についても、P相の経路の場合と同じである。
(Sampling error when writing a signal)
The sampling error at the time of signal writing in the
サンプリングトランジスタ522がオン状態からオフ状態に切り替わる際に、サンプリングトランジスタ522のチャネル電荷の一部q1が、サンプリングトランジスタ522と第1の書込トランジスタ523pとの接続ノードa(図8参照)に流れる。ここで、第1の容量素子53pの容量値をCpとすると、第1の容量素子53pへの書き込みの際のサンプリング誤差は、q1/Cpとなる。また、第2の容量素子53dの容量値をCdとすると、第2の容量素子53dへの書き込みの際のサンプリング誤差は、q1/Cdとなる。そして、Cp=Cdと仮定すると、相関二重サンプリング(CDS)処理後の書き込み誤差はほぼ0となる。
When the
このように、第1の容量素子53p/第2の容量素子53dのサンプリング確定動作後は、いずれもサンプリングトランジスタ522のオン⇒オフ状態で決まる。そして、サンプリングトランジスタ522のフィードスルー/チャージインジェクションによるサンプリング誤差は、第1の容量素子53p/第2の容量素子53dに共通に発生する。従って、第1の容量素子53p/第2の容量素子53dに共通に発生するサンプリング誤差を、例えば、列並列型のアナログ-デジタル変換部15において実行されるCDS処理で除去することができる。
As described above, after the sampling confirmation operation of the
[実施例2]
実施例2は、読み出し回路54の作用により、サンプルホールド時のスイッチング動作に伴うチャージインジェクションに起因する固定パターンノイズを抑制する例である。実施例2に係る読み出し回路54の回路構成例を図11に示す。
[Example 2]
The second embodiment is an example of suppressing the fixed pattern noise caused by the charge injection accompanying the switching operation at the time of sample holding by the action of the read
(回路構成例)
実施例2に係る読み出し回路54は、第1の容量素子53pと出力端子55との間に接続された第1の出力回路540p、第2の容量素子53dと出力端子55との間に接続された第2の出力回路540d、及び、第1,第2の出力回路540p,540dの各出力ノードNoutの電位をリセットするリセットトランジスタ543を有している。第1,第2の出力回路540p,540dの各出力ノードNoutは、出力端子55に電気的に接続されている。
(Circuit configuration example)
In the
第1の出力回路540pは、P相の出力経路であり、第1の容量素子53pと出力ノードNoutとの間に直列に接続された前段出力トランジスタ541p及び後段出力トランジスタ542pを有している。第2の出力回路540dは、D相の出力経路であり、第2の容量素子53dと出力ノードNoutとの間に直列に接続された前段出力トランジスタ541d及び後段出力トランジスタ542dを有している。リセットトランジスタ543は、所定の基準電位Vrefのノードと、出力端子55に繋がる出力ノードNoutとの間に接続されている。
The first output circuit 540 p is a P-phase output path, and includes a front-stage output transistor 541 p and a rear-stage output transistor 542 p connected in series between the
第1の出力回路540pにおいて、前段出力トランジスタ541pは、制御信号p_out1に応じてオン/オフ動作を行い、後段出力トランジスタ542pは、制御信号p_out2に応じてオン/オフ動作を行う。第2の出力回路540dにおいて、前段出力トランジスタ541dは、制御信号d_out1に応じてオン/オフ動作を行い、後段出力トランジスタ542dは、制御信号d_out2に応じてオン/オフ動作を行う。リセットトランジスタ543は、ノードリセット信号rstに応じてオン/オフ動作を行う。
In the first output circuit 540 p , the front-stage output transistor 541 p performs an on / off operation according to the control signal p_out1, and the rear-stage output transistor 542 p performs an on / off operation according to the control signal p_out2. In the second output circuit 540 d , the front-stage output transistor 541 d performs an on / off operation according to the control signal d_out1, and the rear-stage output transistor 542 d performs an on / off operation according to the control signal d_out2. The
読み出し回路54は、容量値Cpの第1の容量素子53pや容量値Cdの第2の容量素子53dにホールドされた電荷量に応じた電位レベルを、出力端子55を通して後段の列並列型のアナログ-デジタル変換部15に出力させる。出力端子55に繋がる出力ノードNoutには、寄生容量cxが存在する。この寄生容量cxに、以前の読み出しの電位履歴が残る状態で、第1の容量素子53pや第2の容量素子53dからの読み出しを行うと、その読み出す履歴に依存する読み出し誤差が発生してしまう、という不具合が生ずる。
The
そこで、実施例2に係る読み出し回路54では、出力ノードNoutの電位をリセットするリセットトランジスタ543を設けて、第1の容量素子53pや第2の容量素子53dからの読み出しを行う直前に、出力ノードNoutの電位を所定の基準電位Vrefにリセットさせる構成をとっている。この構成をとることにより、上記の不具合を未然に防止することができる。
Therefore, in the
(回路動作例)
続いて、実施例2に係る読み出し回路54の回路動作について、図12のタイミングチャートを用いて説明する。
(Circuit operation example)
Subsequently, the circuit operation of the
時刻t21~時刻t22の期間において、容量値Cpの第1の容量素子53pを含むP相の経路において、P相(リセット信号)のサンプリング(書き込み)が行われる。このサンプリング期間中に、第1の出力回路540pの前段出力トランジスタ541pの制御信号p_out1が高レベルの状態にあり、前段出力トランジスタ541pはオン状態となる。
During the period from time t 21 to time t 22 , sampling (writing) of the P phase (reset signal) is performed in the path of the P phase including the
次に、時刻t22~時刻t26の期間において、第1の容量素子53pにホールドされた電荷量に応じた電位レベルの読み出しが行われる。具体的には、先ず、時刻t22で制御信号p_out1が高レベルから低レベルに遷移することで、前段出力トランジスタ541pはオフ状態となる。
Next, in the period from time t 22 to time t 26 , the potential level is read out according to the amount of charge held by the
次に、時刻t23で、制御信号p_out2及びノードリセット信号rstが低レベルから高レベルに遷移することで、後段出力トランジスタ542p及びリセットトランジスタ543が共にオン状態となる。これにより、読み出し回路54の出力ノードNoutの電位が所定の基準電位Vrefにリセットされる。そして、時刻t24で、ノードリセット信号rstが低レベルから高レベルに遷移し、リセットトランジスタ543がオフ状態となることで、出力ノードNoutのリセット動作が完了する。
Next, at time t 23 , the control signal p_out2 and the node reset signal rst transition from the low level to the high level, so that the subsequent output transistor 542 p and the
次に、時刻t25で、制御信号p_out1が低レベルから高レベルに遷移し、前段出力トランジスタ541pが再びオン状態になることで、第1の容量素子53pにホールドされた電荷量に応じた電位レベルが、前段出力トランジスタ541p及び後段出力トランジスタ542pを通して出力端子55に読み出される。そして、制御信号p_out2が高レベルから低レベルに遷移し、後段出力トランジスタ542pがオフ状態になることで、P相(リセット信号)の読み出し動作が完了する。
Next, at time t 25 , the control signal p_out1 transitions from a low level to a high level, and the previous stage output transistor 541 p is turned on again, depending on the amount of charge held by the
D相の経路についても、P相の経路と同様の動作が行われる。すなわち、時刻t22~時刻t26の期間において、容量値Cdの第2の容量素子53dを含むD相の経路において、D相(データ信号)のサンプリング(書き込み)が行われる。このサンプリング期間中に、第2の出力回路540dの前段出力トランジスタ541dの制御信号d_out1が高レベルの状態にあり、前段出力トランジスタ541dはオン状態となる。
The same operation as that for the P-phase path is performed for the D-phase path. That is, during the period from time t 22 to time t 26 , sampling (writing) of the D phase (data signal) is performed in the path of the D phase including the
次に、時刻t26~時刻t30の期間において、第2の容量素子53dにホールドされた電荷量に応じた電位レベルの読み出しが行われる。具体的には、先ず、時刻t26で制御信号d_out1が高レベルから低レベルに遷移することで、前段出力トランジスタ541dはオフ状態となる。
Next, in the period from time t 26 to time t 30 , the potential level is read out according to the amount of charge held by the
次に、時刻t27で、制御信号d_out2及びノードリセット信号rstが低レベルから高レベルに遷移することで、後段出力トランジスタ542d及びリセットトランジスタ543が共にオン状態となる。これにより、読み出し回路54の出力ノードNoutの電位が所定の基準電位Vrefにリセットされる。そして、時刻t28で、ノードリセット信号rstが低レベルから高レベルに遷移し、リセットトランジスタ543がオフ状態となることで、出力ノードNoutのリセットが完了する。
Next, at time t 27 , the control signal d_out2 and the node reset signal rst transition from the low level to the high level, so that the subsequent output transistor 542 d and the
次に、時刻t29で、制御信号d_out1が低レベルから高レベルに遷移し、前段出力トランジスタ541dが再びオン状態になることで、第2の容量素子53dにホールドされた電荷量に応じた電位レベルが、前段出力トランジスタ541d及び後段出力トランジスタ542dを通して出力端子55に読み出される。そして、制御信号d_out2が高レベルから低レベルに遷移し、後段出力トランジスタ542dがオフ状態になることで、D相(データ信号)の読み出し動作が完了する。
Next, at time t 29 , the control signal d_out1 transitions from a low level to a high level, and the previous stage output transistor 541 d is turned on again, depending on the amount of charge held by the
(チャネル電荷読み出し時の出力電圧の誤差について)
こごて、実施例2に係る読み出し回路54におけるチャネル読み出し時の出力電圧の誤差について、図12のタイミングチャートに基づいて、図13及び図14の動作説明図を用いて説明する。
(About the error of the output voltage when reading the channel charge)
An error in the output voltage at the time of channel reading in the
・図13Aは、時刻t21~時刻t22間のP相読み出し時の動作説明図である。図13Aにおいて、qsは、信号電荷であり、qcは、制御信号p_out1が印加される前段出力トランジスタ541pのチャネル電荷である。この点については、後述する動作説明においても同様である。 FIG. 13A is an operation explanatory diagram at the time of reading out the P phase between the time t 21 and the time t 22 . In FIG. 13A, q s is the signal charge, and q c is the channel charge of the pre-stage output transistor 541 p to which the control signal p_out1 is applied. This point is the same in the operation description described later.
・図13Bは、時刻t22で、制御信号p_out1に応じてP相の前段出力トランジスタ541pがオン状態からオフ状態に切り替わる際のチャネル電荷の移動についての動作説明図である。図11において、ノードbのインピーダンスがノードcのインピーダンスよりも低いため、P相の前段出力トランジスタ541pのチャネル電荷q2のほとんどがノードbに流れ、その一部q2’がノードcに流れる(q2≫q2’)。 FIG. 13B is an operation explanatory diagram regarding the movement of the channel charge when the P-phase front-stage output transistor 541 p switches from the on state to the off state in response to the control signal p_out1 at time t22. In FIG. 11, since the impedance of the node b is lower than the impedance of the node c, most of the channel charge q 2 of the P-phase pre-stage output transistor 541 p flows to the node b, and a part q 2'flows to the node c. (Q 2 ≫ q 2 ').
・図13Cは、時刻t23~時刻t24間の動作説明図である。 13C is an operation explanatory diagram between time t 23 and time t 24 .
・図14Aは、時刻t24でノードリセット信号rstに応じてリセットトランジスタ543がオン状態からオフ状態に切り替わる際のチャネル電荷の移動についての動作説明図である。リセットトランジスタ543がオフ状態に移行する際、そのチャネル電荷の一部q3’が出力ノードNoutに流れる。
FIG. 14A is an operation explanatory diagram regarding the movement of the channel charge when the
・図14Bは、時刻t25~時刻t26間の動作説明図である。制御信号p_out1に応じてP相の前段出力トランジスタ541pが再びオン状態になり、そのチャネル電荷qcがノードb/ノードc/出力ノードNoutから供給される。 14B is an operation explanatory diagram between time t 25 and time t 26 . In response to the control signal p_out1, the P-phase pre-stage output transistor 541 p is turned on again, and its channel charge q c is supplied from the node b / node c / output node N out .
上述したP相読み出し時の動作において、第1の容量素子53pの容量値をCpとするとき、P相読み出し時の出力電圧の誤差ΔVpは、
ΔVp=(q3’-q2’)/Cp
となる。
In the above-mentioned operation during P-phase readout, when the capacitance value of the
ΔV p = (q 3' -q 2 ') / C p
Will be.
・図14Cは、時刻t26で、制御信号d_out1に応じてD相の前段出力トランジスタ541dがオン状態からオフ状態に切り替わる際のチャネル電荷の移動についての動作説明図である。図11において、ノードdのインピーダンスがノードeのインピーダンスよりも低いため、D相の前段出力トランジスタ541dのチャネル電荷q4のほとんどがノードdに流れ、その一部q4’がノードeに流れる(q4≫q4’)。 FIG. 14C is an operation explanatory diagram regarding the movement of the channel charge when the D-phase front-stage output transistor 541 d switches from the on state to the off state in response to the control signal d_out1 at time t26. In FIG. 11, since the impedance of the node d is lower than the impedance of the node e, most of the channel charge q 4 of the front-stage output transistor 541 d of the D phase flows to the node d, and a part q 4'flows to the node e. (Q 4 ≫ q 4 ').
以下、P相読み出し時と同様にして、D相の電荷の読み出し動作が行われる。第2の容量素子53dの容量値をCdとするとき、D相読み出し時の出力電圧の誤差ΔVは、
ΔVd=(q3’-q4’)/Cd
となる。
Hereinafter, the operation of reading out the charge of the D phase is performed in the same manner as in the case of reading out the P phase. When the capacitance value of the
ΔV d = (q 3' -q 4 ') / C d
Will be.
そして、Cp=Cd=Cと仮定すると、相関二重サンプリング(CDS)処理後の出力電圧の誤差ΔVは、
ΔV=(q2’-q4’)/C
となる。すなわち、CDS処理でq3’が除去される。q2’,q4’については、前段出力トランジスタ541p,541dのチャネル全電荷に対して小さい割合であるため、そのバラツキの絶対量は小さい。従って、CDS処理後の出力電圧誤差のバラツキを抑制することができる。
Then, assuming C p = C d = C, the error ΔV of the output voltage after the correlated double sampling (CDS) processing is
ΔV = (q 2'-q 4 ' ) / C
Will be. That is, q 3'is removed by the CDS process. As for q 2'and q 4 ' , the absolute amount of variation is small because it is a small ratio to the total channel charge of the preceding output transistors 541 p and 541 d . Therefore, it is possible to suppress variations in the output voltage error after the CDS processing.
[実施例3]
実施例3は、書き込み回路52及び読み出し回路54の作用により、サンプルホールド時のスイッチング動作に伴うチャージインジェクションに起因する固定パターンノイズを抑制する例である。実施例3に係るサンプルホールド回路50の回路構成例を図15に示す。
[Example 3]
The third embodiment is an example of suppressing the fixed pattern noise caused by the charge injection accompanying the switching operation at the time of sample holding by the action of the
(回路構成例)
実施例3に係るサンプルホールド回路50は、図7に示すサンプルホールド回路50の具体的な回路構成例、即ち、図8に示す書き込み回路52の具体的な回路構成例と、図11に示す読み出し回路54の具体的な回路構成例の組み合わせから成る回路構成となっている。
(Circuit configuration example)
The
(回路動作例)
続いて、実施例3に係るサンプルホールド回路50の回路動作について、図16のタイミングチャートを用いて説明する。
(Circuit operation example)
Subsequently, the circuit operation of the
・P相のサンプリング動作
時刻t31で制御信号p_chargeが低レベルから高レベルに遷移することで、P相の第1の充電トランジスタ521pがオン状態になる。これにより、入力端子51から入力されるリセット信号に基づいて第1の容量素子53pが充電される。その際、P相の前段出力トランジスタ541pがオン状態にあり、後段出力トランジスタ542pがオフ状態にある。
-P-phase sampling operation At time t 31 , the control signal p_charge transitions from a low level to a high level, so that the first charging transistor 521 p of the P phase is turned on. As a result, the
時刻t32で、P相の第1の充電トランジスタ521pがオフ状態になり、同時に、制御信号spl及び制御信号p_splenが低レベルから高レベルに遷移し、サンプリングトランジスタ522及び第1の書込トランジスタ523pがオン状態となることで、充電経路がサンプリングトランジスタ522及び第1の書込トランジスタ523pの経路に切り替えられる。
At time t 32 , the first charging transistor 521 p of the P phase is turned off, and at the same time, the control signal spl and the control signal p_splen transition from low level to high level, and the
次に、時刻t33で、制御信号splが高レベルから低レベルに遷移することで、サンプリングトランジスタ522がオフ状態となる。これにより、第1の容量素子53pにホールドされる電荷量が確定される。時刻t13から時刻t15までは、第1の容量素子53pは、ホールド状態にある。この時刻t13~時刻t15の期間に、第1の容量素子53pのホールドされた電荷量に応じた電位レベルを、後段の読み出し回路54によって読み出すことができる。
Next, at time t 33 , the control signal spl transitions from a high level to a low level, so that the
そして、時刻t33から、P相の第1の容量素子53pでのホールド、及び、後段のアナログ-デジタル変換部15への出力動作が行われる。
Then, from time t 33 , the P-phase is held by the
時刻t34では、それまで高レベルにあった制御信号p_out1が高レベルから低レベルに遷移することで、前段出力トランジスタ541pはオフ状態となる。 At time t 34 , the control signal p_out1 that had been at a high level until then transitions from a high level to a low level, so that the previous stage output transistor 541 p is turned off.
次に、時刻t35では、制御信号p_out2及びノードリセット信号rstが低レベルから高レベルに遷移する。これにより、後段出力トランジスタ542p及びリセットトランジスタ543が共にオン状態となり、読み出し回路54の出力ノードNoutの電位のリセット動作が行われる。
Next, at time t 35 , the control signal p_out2 and the node reset signal rst transition from a low level to a high level. As a result, both the post-stage output transistor 542 p and the
このリセット動作により、前のデータの履歴が消去される。そして、時刻t36で、ノードリセット信号rstが低レベルから高レベルに遷移し、リセットトランジスタ543がオフ状態となることで、出力ノードNoutのリセット動作が完了する。
This reset operation clears the history of the previous data. Then, at time t 36 , the node reset signal rst transitions from the low level to the high level, and the
次に、時刻t37では、制御信号p_out1が低レベルから高レベルに遷移することで、前段出力トランジスタ541pはオン状態となる。これにより、第1の容量素子53pにホールドされたP相の信号が、オン状態にある後段出力トランジスタ542pを通して出力端子55に読み出される。
Next, at time t 37 , the control signal p_out1 transitions from a low level to a high level, so that the previous stage output transistor 541 p is turned on. As a result, the P-phase signal held by the
以降、出力端子55に接続されるアナログ-デジタル変換部15において、P相の信号のアナログ-デジタル変換が行われる
After that, the analog-to-digital conversion of the P-phase signal is performed in the analog-to-
時刻t38で、第1の書込トランジスタ523pの制御信号p_splenが高レベルから低レベルに遷移することで、第1の書込トランジスタ523pがオフ状態となる。この時点でP相の信号のアナログ-デジタル変換は完了する必要がある。そして、時刻t39で、制御信号p_out2が高レベルから低レベルに遷移することで、後段出力トランジスタ542pがオフ状態となる。 At time t 38 , the control signal p_slen of the first write transistor 523 p transitions from a high level to a low level, so that the first write transistor 523 p is turned off. At this point, the analog-to-digital conversion of the P-phase signal needs to be completed. Then, at time t 39 , the control signal p_out2 transitions from the high level to the low level, so that the subsequent output transistor 542 p is turned off.
・D相のサンプリング動作
時刻t34から、D相のサンプリング動作が開始される。D相のサンプリング動作は、P相のサンプリング動作と同様にして行われる。そして、時刻t40から、D相の第2の容量素子53dでのホールド、及び、後段のアナログ-デジタル変換部15への出力動作が、P相の場合と同様にして行われる。
-D-phase sampling operation From time t 34 , the D-phase sampling operation is started. The D-phase sampling operation is performed in the same manner as the P-phase sampling operation. Then, from time t 40 , the hold of the D phase by the
(P相のサンプル/ホールド動作の様子)
続いて、実施例3に係るサンプルホールド回路50におけるP相のサンプル/ホールド動作の様子について、図17の動作説明図を用いて説明する。
(P-phase sample / hold operation)
Subsequently, the state of the sample / hold operation of the P phase in the
・図17Aは、時刻t33の動作説明図である。サンプリングトランジスタ522がオン状態からオフ状態に切り替わる際に、サンプリングトランジスタ522のチャネル電荷の一部q1が、サンプリングトランジスタ522と第1の書込トランジスタ523pとの接続ノードaに流れる。
17A is an operation explanatory diagram at time t 33 . When the
・図17Bは、時刻t34の動作説明図である。出力ノードNoutと導通状態にあるノードcのインピーダンスは、ノードbのインピーダンスよりも高いため、P相の前段出力トランジスタ541pのチャネル電荷q2のほとんどがノードbに逃げ、その一部q2’がノードcに流れる(q2’≪q2)。 17B is an operation explanatory diagram at time t 34 . Since the impedance of the node c in a conductive state with the output node N out is higher than the impedance of the node b, most of the channel charge q 2 of the P-phase pre-stage output transistor 541 p escapes to the node b, and a part of it q 2 'Flows to node c (q 2 '<< q 2 ).
・図17Cは、時刻t34の後(時刻t37の前)の動作説明図である。 17C is an operation explanatory diagram after the time t 34 (before the time t 37 ).
・図17Dは、時刻t37の動作説明図である。時刻t37で制御信号p_out1が低レベルから高レベルに遷移し、前段出力トランジスタ541pはオン状態となることで、再び前段出力トランジスタ541pにチャネルが形成される。 17D is an operation explanatory diagram at time t 37 . At time t 37 , the control signal p_out1 transitions from a low level to a high level, and the front-stage output transistor 541 p is turned on, so that a channel is formed again in the front-stage output transistor 541 p .
上述したサンプル/ホールド動作において、第1の容量素子53pの容量値をCpとするとき、P相の出力電圧の誤差ΔVpは、
ΔVp=(q1-q2’)/Cp
となる。同様に、D相の出力電圧の誤差ΔVdは、
ΔVd=(q1-q4’)/Cp
となる。ここで、q4’は、D相の前段出力トランジスタ541dがオフ状態のときに出力ノードNout側に逃げる電荷量である。
In the sample / hold operation described above, when the capacitance value of the
ΔV p = (q 1 −q 2 ′) / C p
Will be. Similarly, the error ΔV d of the output voltage of the D phase is
ΔV d = (q 1 −q 4 ′) / C p
Will be. Here, q 4'is the amount of charge that escapes to the output node N out side when the D-phase front-stage output transistor 541 d is in the off state.
そして、Cp=Cd=Cと仮定すると、相関二重サンプリング(CDS)処理後の出力電圧の誤差ΔVは、
ΔV=(q2’-q4’)/C
となる。すなわち、CDS処理でq3’が除去される。q2’,q4’については、前段出力トランジスタ541p,541dのチャネル全電荷に対して小さい割合であるため、チャネル電荷がばらついても、CDS処理後の出力電圧誤差を小さく抑えることができる。
Then, assuming C p = C d = C, the error ΔV of the output voltage after the correlated double sampling (CDS) processing is
ΔV = (q 2'-q 4 ' ) / C
Will be. That is, q 3'is removed by the CDS process. Since q 2'and q 4'are small in proportion to the total channel charge of the pre-stage output transistors 541 p and 541 d , the output voltage error after CDS processing can be kept small even if the channel charge varies. can.
上述したように、実施例3に係るサンプルホールド回路50によれば、サンプリングトランジスタ522をP相とD相で共通化したことにより、当該サンプリングトランジスタ522のチャージインジェクション成分を後段のCDS処理で除去することができる。また、サンプリングトランジスタ522のサンプリング時と、前段出力トランジスタ541p/541dの状態を同じ(共にオン状態)にすることで、当該サンプリングトランジスタ522のチャージインジェクションの影響を小さく抑えることができる。
As described above, according to the
また、第1の充電トランジスタ521p/第2の充電トランジスタ521d、及び、後段出力トランジスタ542p/後段出力トランジスタ542dのチャージインジェクションは、サンプル/ホールド信号に対して誤差を与えないし、リセットトランジスタ543のチャージインジェクションについてもCDS処理で除去することができる。 Further, the charge injection of the first charging transistor 521 p / second charging transistor 521 d and the subsequent output transistor 542 p / subsequent output transistor 542 d does not give an error to the sample / hold signal and is a reset transistor. The charge injection of 543 can also be removed by the CDS process.
更に、第1の充電トランジスタ521p/第2の充電トランジスタ521dの充電経路を通してあらかじめ、第1の容量素子53p/第2の容量素子53dを入力INの電圧変化に追従させておくことにより、当該充電経路からP相/D相共通のサンプリングトランジスタ522の充電経路に切り替えても、第1の容量素子53p/第2の容量素子53dや入力INへの電圧変動を引き起こさず済む。これにより、サンプリングトランジスタ522の制御信号splが高レベルの短い期間でP相もしくはD相の信号をサンプリングできる。
Further, the
更に、P相とD相で、第1の書込トランジスタ523p/第2の書込トランジスタ523dを別々設けた回路構成となっているため、所定のタイミング制御によって、P相のサンプル&ホールドとD相のホールド(サンプル)との間での信号干渉を防止することができる。 Further, since the circuit configuration is such that the first write transistor 523 p / the second write transistor 523 d are separately provided for the P phase and the D phase, the sample and hold of the P phase is controlled by a predetermined timing. It is possible to prevent signal interference between the D phase hold (sample) and the D phase hold (sample).
<変形例>
以上、本開示に係る技術について、好ましい実施形態に基づき説明したが、本開示に係る技術は当該実施形態に限定されるものではない。上記の実施形態において説明した撮像装置の構成、構造は例示であり、適宜、変更することができる。
<Modification example>
Although the technique according to the present disclosure has been described above based on the preferred embodiment, the technique according to the present disclosure is not limited to the embodiment. The configuration and structure of the image pickup apparatus described in the above embodiment are examples, and can be changed as appropriate.
<応用例>
以上説明した本実施形態に係る撮像装置は、例えば図18に示すように、可視光、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々な装置に使用することができる。様々な装置の具体例について以下に列挙する。
<Application example>
As shown in FIG. 18, for example, the image pickup apparatus according to the present embodiment described above can be used in various devices for sensing light such as visible light, infrared light, ultraviolet light, and X-ray. Specific examples of various devices are listed below.
・デジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供され装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
・ Devices that take images for viewing, such as digital cameras and portable devices with camera functions. ・ For safe driving such as automatic stop and recognition of the driver's condition, in front of the car Devices used for traffic, such as in-vehicle sensors that capture images of the rear, surroundings, and interior of vehicles, surveillance cameras that monitor traveling vehicles and roads, and distance measuring sensors that measure distance between vehicles. Equipment used in home appliances such as TVs, refrigerators, and air conditioners to take pictures and operate the equipment according to the gestures ・ Endoscopes, devices that perform angiography by receiving infrared light, etc. Equipment used for medical and healthcare purposes ・ Equipment used for security such as surveillance cameras for crime prevention and cameras for person authentication ・ Skin measuring instruments for taking pictures of the skin and taking pictures of the scalp Equipment used for beauty such as microscopes ・ Equipment used for sports such as action cameras and wearable cameras for sports applications ・ Camera for monitoring the condition of fields and crops, etc. Equipment used for agriculture
<本開示に係る技術の適用例>
本開示に係る技術は、様々な製品に適用することができる。以下に、より具体的な適用例について説明する。
<Application example of the technique according to the present disclosure>
The techniques according to the present disclosure can be applied to various products. A more specific application example will be described below.
[本開示の電子機器]
ここでは、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像システムや、携帯電話機などの撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に撮像装置を用いる複写機などの電子機器に適用する場合について説明する。
[Electronic device of the present disclosure]
Here, a case where it is applied to an image pickup system such as a digital still camera or a video camera, a portable terminal device having an image pickup function such as a mobile phone, and an electronic device such as a copying machine using an image pickup device for an image reading unit will be described.
(撮像システムの例)
図19は、本開示の電子機器の一例である撮像システムの構成例を示すブロック図である。
(Example of imaging system)
FIG. 19 is a block diagram showing a configuration example of an imaging system which is an example of the electronic device of the present disclosure.
図19に示すように、本例に係る撮像システム100は、レンズ群等を含む撮像光学系101、撮像部102、DSP(Digital Signal Processor)回路103、フレームメモリ104、表示装置105、記録装置106、操作系107、及び、電源系108等を有している。そして、DSP回路103、フレームメモリ104、表示装置105、記録装置106、操作系107、及び、電源系108がバスライン109を介して相互に接続された構成となっている。
As shown in FIG. 19, the
撮像光学系101は、被写体からの入射光(像光)を取り込んで撮像部102の撮像面上に結像する。撮像部102は、光学系101によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。DSP回路103は、一般的なカメラ信号処理、例えば、ホワイトバランス処理、デモザイク処理、ガンマ補正処理などを行う。
The image pickup
フレームメモリ104は、DSP回路103での信号処理の過程で適宜データの格納に用いられる。表示装置105は、液晶表示装置や有機EL(electro luminescence)表示装置等のパネル型表示装置から成り、撮像部102で撮像された動画または静止画を表示する。記録装置106は、撮像部102で撮像された動画または静止画を、可搬型の半導体メモリや、光ディスク、HDD(Hard Disk Drive)等の記録媒体に記録する。
The
操作系107は、ユーザによる操作の下に、本撮像装置100が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源系108は、DSP回路103、フレームメモリ104、表示装置105、記録装置106、及び、操作系107の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
The
上記の構成の撮像システム100において、撮像部102として、先述した実施形態に係る列並列型アナログ-デジタル変換部を備える撮像装置を用いることができる。当該撮像装置によれば、サンプルホールド時のスイッチング動作に伴うチャージインジェクションのバラツキを軽減することで、画素列の固定パターンノイズを抑制することができる。従って、画素列の固定パターンノイズに起因する縦筋が撮像画像上に現れることがないため、高画質の撮像画像を得ることができる。
In the
[移動体への応用例]
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械(トラクター)などのいずれかの種類の移動体に搭載される撮像装置として実現されてもよい。
[Application example to moving objects]
The technique according to the present disclosure (the present technique) can be applied to various products. For example, the technology according to the present disclosure is any kind of movement such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility, an airplane, a drone, a ship, a robot, a construction machine, and an agricultural machine (tractor). It may be realized as an image pickup device mounted on a body.
図20は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。 FIG. 20 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile control system to which the technique according to the present disclosure can be applied.
車両制御システム12000は、通信ネットワーク12001を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図20に示した例では、車両制御システム12000は、駆動系制御ユニット12010、ボディ系制御ユニット12020、車外情報検出ユニット12030、車内情報検出ユニット12040、及び統合制御ユニット12050を備える。また、統合制御ユニット12050の機能構成として、マイクロコンピュータ12051、音声画像出力部12052、及び車載ネットワークI/F(interface)12053が図示されている。
The
駆動系制御ユニット12010は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット12010は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
The drive
ボディ系制御ユニット12020は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット12020は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット12020には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット12020は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
The body
車外情報検出ユニット12030は、車両制御システム12000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット12030には、撮像部12031が接続される。車外情報検出ユニット12030は、撮像部12031に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット12030は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
The outside
撮像部12031は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部12031は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部12031が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
The
車内情報検出ユニット12040は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット12040には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部12041が接続される。運転者状態検出部12041は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット12040は、運転者状態検出部12041から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
The in-vehicle
マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット12010に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
The
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
Further, the
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット12020に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
Further, the
音声画像出力部12052は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図20の例では、出力装置として、オーディオスピーカ12061、表示部12062及びインストルメントパネル12063が例示されている。表示部12062は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
The audio
図21は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。
FIG. 21 is a diagram showing an example of the installation position of the
図21では、車両12100は、撮像部12031として、撮像部12101,12102,12103,12104,12105を有する。
In FIG. 21, the
撮像部12101,12102,12103,12104,12105は、例えば、車両12100のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部12101及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として車両12100の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部12102,12103は、主として車両12100の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部12104は、主として車両12100の後方の画像を取得する。撮像部12101及び12105で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
The
なお、図21には、撮像部12101ないし12104の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲12111は、フロントノーズに設けられた撮像部12101の撮像範囲を示し、撮像範囲12112,12113は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部12102,12103の撮像範囲を示し、撮像範囲12114は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部12104の撮像範囲を示す。例えば、撮像部12101ないし12104で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両12100を上方から見た俯瞰画像が得られる。
Note that FIG. 21 shows an example of the shooting range of the
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
At least one of the
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を基に、撮像範囲12111ないし12114内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両12100に対する相対速度)を求めることにより、特に車両12100の進行路上にある最も近い立体物で、車両12100と略同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ12051は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
For example, the
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両12100の周辺の障害物を、車両12100のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ12051は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ12061や表示部12062を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット12010を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
For example, the
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部12101ないし12104の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。
At least one of the
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部12031等に適用され得る。そして、撮像部12031等が列並列型アナログ-デジタル変換部を備える場合に、当該列並列型アナログ-デジタル変換部に本開示に係る技術を適用することにより、サンプルホールド時のスイッチング動作に伴うチャージインジェクションのバラツキを軽減することで、画素列の固定パターンノイズを抑制することができる。従って、画素列の固定パターンノイズに起因する縦筋が撮像画像上に現れることがないため、高画質の撮像画像を得ることができる。
The above is an example of a vehicle control system to which the technique according to the present disclosure can be applied. The technique according to the present disclosure can be applied to, for example, the
<本開示がとることができる構成>
尚、本開示は、以下のような構成をとることもできる。
<Structure that can be taken by this disclosure>
The present disclosure may also have the following configuration.
≪A.第1の態様に係る撮像装置≫
[A-01]光電変換部を含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイ部、及び、
画素アレイ部の画素列に対応して設けられ、信号線を通して画素から出力される画素信号をサンプルホールドする複数のサンプルホールド回路を備え、
サンプルホールド回路は、
画素から出力されるリセット信号及びデータ信号を入力する入力端子、
入力端子から入力されるリセット信号及びデータ信号を書き込む書き込み回路、
書き込み回路によって書き込まれたリセット信号を保持する第1の容量素子、
書き込み回路によって書き込まれたデータ信号を保持する第2の容量素子、
第1の容量素子に保持されたリセット信号、及び、第2の容量素子に保持されたデータ信号を読み出す読み出し回路、並びに、
読み出し回路によって読み出されたリセット信号及びデータ信号を出力する出力端子を備え、
書き込み回路は、
入力端子と第1の容量素子との間に接続された第1の充電トランジスタ、
入力端子と第2の容量素子との間に接続された第2の充電トランジスタ、
入力端子から入力されるリセット信号及びデータ信号をサンプリングするサンプリングトランジスタ、
サンプリングトランジスタと第1の容量素子との間に接続された第1の書込トランジスタ、並びに、
サンプリングトランジスタと第2の容量素子との間に接続された第2の書込トランジスタを有する、
撮像装置。
[A-02]第1の充電トランジスタをオン状態にしてリセット信号に基づいて第1の容量素子を充電し、第1の充電トランジスタをオフ状態にした後、第1の容量素子の充電経路を、サンプリングトランジスタ及び第1の書込トランジスタの経路に切り替え、
しかる後、第2の充電トランジスタをオン状態にしてリセット信号に基づいて第2の容量素子を充電し、第2の充電トランジスタをオフ状態にした後、第2の容量素子の充電経路を、サンプリングトランジスタ及び第2の書込トランジスタの経路に切り替える、
上記[A-01]に記載の撮像装置。
[A-03]サンプリングトランジスタ及び第1の書込トランジスタの経路において、サンプリングトランジスタによってリセット信号をサンプリングし、第1の書込トランジスタを介して第1の容量素子にホールドし、
サンプリングトランジスタ及び第2の書込トランジスタの経路において、サンプリングトランジスタによってリセット信号をサンプリングし、第2の書込トランジスタを介して第2の容量素子にホールドする、
上記[A-02]に記載の撮像装置。
<< A. Imaging device according to the first aspect >>
[A-01] A pixel array unit in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix, and a pixel array unit.
It is provided corresponding to the pixel sequence of the pixel array unit, and is equipped with a plurality of sample hold circuits that sample-hold the pixel signal output from the pixel through the signal line.
The sample hold circuit is
Input terminal for inputting reset signal and data signal output from pixel,
A write circuit that writes the reset signal and data signal input from the input terminal,
A first capacitive element that holds the reset signal written by the write circuit,
A second capacitive element that holds the data signal written by the write circuit,
A reset signal held in the first capacitive element, a read circuit for reading a data signal held in the second capacitive element, and a read circuit.
Equipped with an output terminal that outputs the reset signal and data signal read by the read circuit.
The writing circuit is
A first charging transistor connected between an input terminal and a first capacitive element,
A second charging transistor connected between the input terminal and the second capacitive element,
Sampling transistor that samples the reset signal and data signal input from the input terminal,
A first write transistor connected between the sampling transistor and the first capacitive element, as well as
It has a second write transistor connected between the sampling transistor and the second capacitive element.
Imaging device.
[A-02] The first charging transistor is turned on, the first capacitive element is charged based on the reset signal, the first charging transistor is turned off, and then the charging path of the first capacitive element is set. , Switching to the path of the sampling transistor and the first write transistor,
After that, the second charging transistor is turned on to charge the second capacitive element based on the reset signal, the second charging transistor is turned off, and then the charging path of the second capacitive element is sampled. Switch to the transistor and second write transistor path,
The image pickup apparatus according to the above [A-01].
[A-03] In the path of the sampling transistor and the first write transistor, the reset signal is sampled by the sampling transistor and held by the first capacitive element via the first write transistor.
In the path of the sampling transistor and the second write transistor, the reset signal is sampled by the sampling transistor and held by the second capacitive element via the second write transistor.
The image pickup apparatus according to the above [A-02].
≪B.第2の態様に係る撮像装置≫
[B-01]光電変換部を含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイ部、及び、
画素アレイ部の画素列に対応して設けられ、信号線を通して画素から出力される画素信号をサンプルホールドする複数のサンプルホールド回路を備え、
サンプルホールド回路は、
画素から出力されるリセット信号及びデータ信号を入力する入力端子、
入力端子から入力されるリセット信号及びデータ信号を書き込む書き込み回路、
書き込み回路によって書き込まれたリセット信号を保持する第1の容量素子、
書き込み回路によって書き込まれたデータ信号を保持する第2の容量素子、
第1の容量素子に保持されたリセット信号、及び、第2の容量素子に保持されたデータ信号を読み出す読み出し回路、並びに、
読み出し回路によって読み出されたリセット信号及びデータ信号を出力する出力端子を備え、
読み出し回路は、
第1の容量素子と出力端子との間に接続された第1の出力回路、
第2の容量素子と出力端子との間に接続された第2の出力回路、並びに、
第1の出力回路及び第2の出力回路の各出力ノードの電位をリセットするリセットトランジスタを有し、
第1の出力回路及び第2の出力回路はそれぞれ、第1の容量素子と出力ノードとの間、及び、第2の容量素子と出力ノードとの間に直列に接続された前段出力トランジスタ及び後段出力トランジスタを有する、
撮像装置。
[B-02]第1の出力回路及び第2の出力回路において、
書き込み回路によるリセット信号及びデータ信号のサンプルホールド期間中にオン状態にある前段出力トランジスタをオフ状態にし、
しかる後、リセットトランジスタ及び後段出力トランジスタをオン状態にし、出力ノードの電位をリセットする、
上記[B-01]に記載の撮像装置。
[B-03]第1の出力回路及び第2の出力回路において、
出力ノードの電位をリセットした後前段出力トランジスタをオン状態にし、第1の容量素子に保持されたリセット信号、及び、第2の容量素子に保持されたデータ信号を読み出し、しかる後、後段出力トランジスタをオフ状態にする、
上記[B-02]に記載の撮像装置。
<< B. Imaging device according to the second aspect >>
[B-01] A pixel array unit in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix, and a pixel array unit.
It is provided corresponding to the pixel sequence of the pixel array unit, and is equipped with a plurality of sample hold circuits that sample-hold the pixel signal output from the pixel through the signal line.
The sample hold circuit is
Input terminal for inputting reset signal and data signal output from pixel,
A write circuit that writes the reset signal and data signal input from the input terminal,
A first capacitive element that holds the reset signal written by the write circuit,
A second capacitive element that holds the data signal written by the write circuit,
A reset signal held in the first capacitive element, a read circuit for reading a data signal held in the second capacitive element, and a read circuit.
Equipped with an output terminal that outputs the reset signal and data signal read by the read circuit.
The read circuit is
A first output circuit connected between the first capacitive element and the output terminal,
A second output circuit connected between the second capacitive element and the output terminal, and
It has a reset transistor that resets the potential of each output node of the first output circuit and the second output circuit.
The first output circuit and the second output circuit are a front-stage output transistor and a rear-stage output transistor connected in series between the first capacitive element and the output node and between the second capacitive element and the output node, respectively. Has an output transistor,
Imaging device.
[B-02] In the first output circuit and the second output circuit,
During the sample hold period of the reset signal and data signal by the write circuit, the pre-stage output transistor that is in the on state is turned off.
After that, the reset transistor and the subsequent output transistor are turned on to reset the potential of the output node.
The image pickup apparatus according to the above [B-01].
[B-03] In the first output circuit and the second output circuit,
After resetting the potential of the output node, the pre-stage output transistor is turned on, the reset signal held in the first capacitive element and the data signal held in the second capacitive element are read out, and then the post-stage output transistor is read. To turn off,
The image pickup apparatus according to the above [B-02].
≪C.第3の態様に係る撮像装置≫
[C-01]光電変換部を含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイ部、及び、
画素アレイ部の画素列に対応して設けられ、信号線を通して画素から出力される画素信号をサンプルホールドする複数のサンプルホールド回路を備え、
サンプルホールド回路は、
画素から出力されるリセット信号及びデータ信号を入力する入力端子、
入力端子から入力されるリセット信号及びデータ信号を書き込む書き込み回路、
書き込み回路によって書き込まれたリセット信号を保持する第1の容量素子、
書き込み回路によって書き込まれたデータ信号を保持する第2の容量素子、
第1の容量素子に保持されたリセット信号、及び、第2の容量素子に保持されたデータ信号を読み出す読み出し回路、並びに、
読み出し回路によって読み出されたリセット信号及びデータ信号を出力する出力端子を備え、
書き込み回路は、
入力端子と第1の容量素子との間に接続された第1の充電トランジスタ、
入力端子と第2の容量素子との間に接続された第2の充電トランジスタ、
入力端子から入力されるリセット信号及びデータ信号をサンプリングするサンプリングトランジスタ、
サンプリングトランジスタと第1の容量素子との間に接続された第1の書込トランジスタ、並びに、
サンプリングトランジスタと第2の容量素子との間に接続された第2の書込トランジスタを有し、
読み出し回路は、
第1の容量素子と出力端子との間に接続された第1の出力回路、
第2の容量素子と出力端子との間に接続された第2の出力回路、並びに、
第1の出力回路及び第2の出力回路の各出力ノードの電位をリセットするリセットトランジスタを有し、
第1の出力回路及び第2の出力回路はそれぞれ、第1の容量素子と出力ノードとの間、及び、第2の容量素子と出力ノードとの間に直列に接続された前段出力トランジスタ及び後段出力トランジスタを有する、
撮像装置。
[C-02]第1の充電トランジスタをオン状態にしてリセット信号に基づいて第1の容量素子を充電し、第1の充電トランジスタをオフ状態にした後、第1の容量素子の充電経路を、サンプリングトランジスタ及び第1の書込トランジスタの経路に切り替え、
しかる後、第2の充電トランジスタをオン状態にしてリセット信号に基づいて第2の容量素子を充電し、第2の充電トランジスタをオフ状態にした後、第2の容量素子の充電経路を、サンプリングトランジスタ及び第2の書込トランジスタの経路に切り替える、
上記[C-01]に記載の撮像装置。
[C-03]サンプリングトランジスタ及び第1の書込トランジスタの経路において、サンプリングトランジスタによってリセット信号をサンプリングし、第1の書込トランジスタを介して第1の容量素子にホールドし、
サンプリングトランジスタ及び第2の書込トランジスタの経路において、サンプリングトランジスタによってリセット信号をサンプリングし、第2の書込トランジスタを介して第2の容量素子にホールドする、
上記[C-02]に記載の撮像装置。
[C-04]第1の出力回路及び第2の出力回路において、
書き込み回路によるリセット信号及びデータ信号のサンプルホールド期間中にオン状態にある前段出力トランジスタをオフ状態にし、
しかる後、リセットトランジスタ及び後段出力トランジスタをオン状態にし、出力ノードの電位をリセットする、
上記[C-01]に記載の撮像装置。
[C-05]第1の出力回路及び第2の出力回路において、
出力ノードの電位をリセットした後前段出力トランジスタをオン状態にし、第1の容量素子に保持されたリセット信号、及び、第2の容量素子に保持されたデータ信号を読み出し、しかる後、後段出力トランジスタをオフ状態にする、
上記[C-04]に記載の撮像装置。
<< C. Imaging device according to the third aspect >>
[C-01] A pixel array unit in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix, and a pixel array unit.
It is provided corresponding to the pixel sequence of the pixel array unit, and is equipped with a plurality of sample hold circuits that sample-hold the pixel signal output from the pixel through the signal line.
The sample hold circuit is
Input terminal for inputting reset signal and data signal output from pixel,
A write circuit that writes the reset signal and data signal input from the input terminal,
A first capacitive element that holds the reset signal written by the write circuit,
A second capacitive element that holds the data signal written by the write circuit,
A reset signal held in the first capacitive element, a read circuit for reading a data signal held in the second capacitive element, and a read circuit.
Equipped with an output terminal that outputs the reset signal and data signal read by the read circuit.
The writing circuit is
A first charging transistor connected between an input terminal and a first capacitive element,
A second charging transistor connected between the input terminal and the second capacitive element,
Sampling transistor that samples the reset signal and data signal input from the input terminal,
A first write transistor connected between the sampling transistor and the first capacitive element, as well as
It has a second write transistor connected between the sampling transistor and the second capacitive element.
The read circuit is
A first output circuit connected between the first capacitive element and the output terminal,
A second output circuit connected between the second capacitive element and the output terminal, and
It has a reset transistor that resets the potential of each output node of the first output circuit and the second output circuit.
The first output circuit and the second output circuit are a front-stage output transistor and a rear-stage output transistor connected in series between the first capacitive element and the output node and between the second capacitive element and the output node, respectively. Has an output transistor,
Imaging device.
[C-02] The first charging transistor is turned on, the first capacitive element is charged based on the reset signal, the first charging transistor is turned off, and then the charging path of the first capacitive element is set. , Switching to the path of the sampling transistor and the first write transistor,
After that, the second charging transistor is turned on to charge the second capacitive element based on the reset signal, the second charging transistor is turned off, and then the charging path of the second capacitive element is sampled. Switch to the transistor and second write transistor path,
The image pickup apparatus according to the above [C-01].
[C-03] In the path of the sampling transistor and the first write transistor, the reset signal is sampled by the sampling transistor and held by the first capacitive element via the first write transistor.
In the path of the sampling transistor and the second write transistor, the reset signal is sampled by the sampling transistor and held by the second capacitive element via the second write transistor.
The image pickup apparatus according to the above [C-02].
[C-04] In the first output circuit and the second output circuit,
During the sample hold period of the reset signal and data signal by the write circuit, the pre-stage output transistor that is in the on state is turned off.
After that, the reset transistor and the subsequent output transistor are turned on to reset the potential of the output node.
The image pickup apparatus according to the above [C-01].
[C-05] In the first output circuit and the second output circuit,
After resetting the potential of the output node, the pre-stage output transistor is turned on, the reset signal held in the first capacitive element and the data signal held in the second capacitive element are read out, and then the post-stage output transistor is read. To turn off,
The image pickup apparatus according to the above [C-04].
≪D.電子機器≫
[D-01]光電変換部を含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイ部、及び、
画素アレイ部の画素列に対応して設けられ、信号線を通して画素から出力される画素信号をサンプルホールドする複数のサンプルホールド回路を備え、
サンプルホールド回路は、
画素から出力されるリセット信号及びデータ信号を入力する入力端子、
入力端子から入力されるリセット信号及びデータ信号を書き込む書き込み回路、
書き込み回路によって書き込まれたリセット信号を保持する第1の容量素子、
書き込み回路によって書き込まれたデータ信号を保持する第2の容量素子、
第1の容量素子に保持されたリセット信号、及び、第2の容量素子に保持されたデータ信号を読み出す読み出し回路、並びに、
読み出し回路によって読み出されたリセット信号及びデータ信号を出力する出力端子を備え、
書き込み回路は、
入力端子と第1の容量素子との間に接続された第1の充電トランジスタ、
入力端子と第2の容量素子との間に接続された第2の充電トランジスタ、
入力端子から入力されるリセット信号及びデータ信号をサンプリングするサンプリングトランジスタ、
サンプリングトランジスタと第1の容量素子との間に接続された第1の書込トランジスタ、並びに、
サンプリングトランジスタと第2の容量素子との間に接続された第2の書込トランジスタを有する、
撮像装置を備える電子機器。
[D-02]読み出し回路は、
第1の容量素子と出力端子との間に接続された第1の出力回路、
第2の容量素子と出力端子との間に接続された第2の出力回路、並びに、
第1の出力回路及び第2の出力回路の各出力ノードの電位をリセットするリセットトランジスタを有し、
第1の出力回路及び第2の出力回路はそれぞれ、第1の容量素子と出力ノードとの間、及び、第2の容量素子と出力ノードとの間に直列に接続された前段出力トランジスタ及び後段出力トランジスタを有する、
上記[D-01]に記載の電子機器。
<< D. Electronic equipment ≫
[D-01] A pixel array unit in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix, and a pixel array unit.
It is provided corresponding to the pixel sequence of the pixel array unit, and is equipped with a plurality of sample hold circuits that sample-hold the pixel signal output from the pixel through the signal line.
The sample hold circuit is
Input terminal for inputting reset signal and data signal output from pixel,
A write circuit that writes the reset signal and data signal input from the input terminal,
A first capacitive element that holds the reset signal written by the write circuit,
A second capacitive element that holds the data signal written by the write circuit,
A reset signal held in the first capacitive element, a read circuit for reading a data signal held in the second capacitive element, and a read circuit.
Equipped with an output terminal that outputs the reset signal and data signal read by the read circuit.
The writing circuit is
A first charging transistor connected between an input terminal and a first capacitive element,
A second charging transistor connected between the input terminal and the second capacitive element,
Sampling transistor that samples the reset signal and data signal input from the input terminal,
A first write transistor connected between the sampling transistor and the first capacitive element, as well as
It has a second write transistor connected between the sampling transistor and the second capacitive element.
An electronic device equipped with an image pickup device.
[D-02] The read circuit is
A first output circuit connected between the first capacitive element and the output terminal,
A second output circuit connected between the second capacitive element and the output terminal, and
It has a reset transistor that resets the potential of each output node of the first output circuit and the second output circuit.
The first output circuit and the second output circuit are a front-stage output transistor and a rear-stage output transistor connected in series between the first capacitive element and the output node and between the second capacitive element and the output node, respectively. Has an output transistor,
The electronic device according to the above [D-01].
1・・・CMOSイメージセンサ(撮像装置)、20・・・画素(画素回路)、11・・・画素アレイ部、12・・・行選択部、13・・・負荷MOS部、14・・・サンプルホールド部、15・・・アナログ-デジタル変換部、16・・・メモリ部、17・・・データ処理部、18・・・出力部、19・・・タイミング制御部、21・・・フォトダイオード(光電変換部)、22・・・転送トランジスタ、23・・・リセットトランジスタ、24・・・増幅トランジスタ、25・・・選択トランジスタ、31(311~31m)・・・画素駆動線、32(321~32n)・・・垂直信号線、50・・・サンプルホールド回路、51・・・入力端子、52・・・書き込み回路、53p・・・第1の容量素子、53d・・・第2の容量素子、54・・・読み出し回路、55・・・出力端子 1 ... CMOS image sensor (imaging device), 20 ... pixel (pixel circuit), 11 ... pixel array section, 12 ... row selection section, 13 ... load MOS section, 14 ... Sample hold unit, 15 ... analog-to-digital conversion unit, 16 ... memory unit, 17 ... data processing unit, 18 ... output unit, 19 ... timing control unit, 21 ... photodiode (Photoelectric conversion unit), 22 ... transfer transistor, 23 ... reset transistor, 24 ... amplification transistor, 25 ... selection transistor, 31 (31 1 to 31 m ) ... pixel drive line, 32 (32 1 to 32 n ) ・ ・ ・ Vertical signal line, 50 ・ ・ ・ Sample hold circuit, 51 ・ ・ ・ Input terminal, 52 ・ ・ ・ Write circuit, 53 p・ ・ ・ First capacitive element, 53 d・・ ・ Second capacitive element, 54 ・ ・ ・ read circuit, 55 ・ ・ ・ output terminal
Claims (13)
画素アレイ部の画素列に対応して設けられ、信号線を通して画素から出力される画素信号をサンプルホールドする複数のサンプルホールド回路を備え、
サンプルホールド回路は、
画素から出力されるリセット信号及びデータ信号を入力する入力端子、
入力端子から入力されるリセット信号及びデータ信号を書き込む書き込み回路、
書き込み回路によって書き込まれたリセット信号を保持する第1の容量素子、
書き込み回路によって書き込まれたデータ信号を保持する第2の容量素子、
第1の容量素子に保持されたリセット信号、及び、第2の容量素子に保持されたデータ信号を読み出す読み出し回路、並びに、
読み出し回路によって読み出されたリセット信号及びデータ信号を出力する出力端子を備え、
書き込み回路は、
入力端子と第1の容量素子との間に接続された第1の充電トランジスタ、
入力端子と第2の容量素子との間に接続された第2の充電トランジスタ、
入力端子から入力されるリセット信号及びデータ信号をサンプリングするサンプリングトランジスタ、
サンプリングトランジスタと第1の容量素子との間に接続された第1の書込トランジスタ、並びに、
サンプリングトランジスタと第2の容量素子との間に接続された第2の書込トランジスタを有する、
撮像装置。 A pixel array unit in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix, and a pixel array unit.
It is provided corresponding to the pixel sequence of the pixel array unit, and is equipped with a plurality of sample hold circuits that sample-hold the pixel signal output from the pixel through the signal line.
The sample hold circuit is
Input terminal for inputting reset signal and data signal output from pixel,
A write circuit that writes the reset signal and data signal input from the input terminal,
A first capacitive element that holds the reset signal written by the write circuit,
A second capacitive element that holds the data signal written by the write circuit,
A reset signal held in the first capacitive element, a read circuit for reading a data signal held in the second capacitive element, and a read circuit.
Equipped with an output terminal that outputs the reset signal and data signal read by the read circuit.
The writing circuit is
A first charging transistor connected between an input terminal and a first capacitive element,
A second charging transistor connected between the input terminal and the second capacitive element,
Sampling transistor that samples the reset signal and data signal input from the input terminal,
A first write transistor connected between the sampling transistor and the first capacitive element, as well as
It has a second write transistor connected between the sampling transistor and the second capacitive element.
Imaging device.
しかる後、第2の充電トランジスタをオン状態にしてリセット信号に基づいて第2の容量素子を充電し、第2の充電トランジスタをオフ状態にした後、第2の容量素子の充電経路を、サンプリングトランジスタ及び第2の書込トランジスタの経路に切り替える、
請求項1に記載の撮像装置。 After turning on the first charging transistor to charge the first capacitive element based on the reset signal and turning off the first charging transistor, the charging path of the first capacitive element is set to the sampling transistor and the first capacitive element. Switch to the path of 1 write transistor,
After that, the second charging transistor is turned on to charge the second capacitive element based on the reset signal, the second charging transistor is turned off, and then the charging path of the second capacitive element is sampled. Switch to the transistor and second write transistor path,
The imaging device according to claim 1.
サンプリングトランジスタ及び第2の書込トランジスタの経路において、サンプリングトランジスタによってリセット信号をサンプリングし、第2の書込トランジスタを介して第2の容量素子にホールドする、
請求項2に記載の撮像装置。 In the path of the sampling transistor and the first write transistor, the reset signal is sampled by the sampling transistor and held by the first capacitive element via the first write transistor.
In the path of the sampling transistor and the second write transistor, the reset signal is sampled by the sampling transistor and held by the second capacitive element via the second write transistor.
The imaging device according to claim 2.
画素アレイ部の画素列に対応して設けられ、信号線を通して画素から出力される画素信号をサンプルホールドする複数のサンプルホールド回路を備え、
サンプルホールド回路は、
画素から出力されるリセット信号及びデータ信号を入力する入力端子、
入力端子から入力されるリセット信号及びデータ信号を書き込む書き込み回路、
書き込み回路によって書き込まれたリセット信号を保持する第1の容量素子、
書き込み回路によって書き込まれたデータ信号を保持する第2の容量素子、
第1の容量素子に保持されたリセット信号、及び、第2の容量素子に保持されたデータ信号を読み出す読み出し回路、並びに、
読み出し回路によって読み出されたリセット信号及びデータ信号を出力する出力端子を備え、
読み出し回路は、
第1の容量素子と出力端子との間に接続された第1の出力回路、
第2の容量素子と出力端子との間に接続された第2の出力回路、並びに、
第1の出力回路及び第2の出力回路の各出力ノードの電位をリセットするリセットトランジスタを有し、
第1の出力回路及び第2の出力回路はそれぞれ、第1の容量素子と出力ノードとの間、及び、第2の容量素子と出力ノードとの間に直列に接続された前段出力トランジスタ及び後段出力トランジスタを有する、
撮像装置。 A pixel array unit in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix, and a pixel array unit.
It is provided corresponding to the pixel sequence of the pixel array unit, and is equipped with a plurality of sample hold circuits that sample-hold the pixel signal output from the pixel through the signal line.
The sample hold circuit is
Input terminal for inputting reset signal and data signal output from pixel,
A write circuit that writes the reset signal and data signal input from the input terminal,
A first capacitive element that holds the reset signal written by the write circuit,
A second capacitive element that holds the data signal written by the write circuit,
A reset signal held in the first capacitive element, a read circuit for reading a data signal held in the second capacitive element, and a read circuit.
Equipped with an output terminal that outputs the reset signal and data signal read by the read circuit.
The read circuit is
A first output circuit connected between the first capacitive element and the output terminal,
A second output circuit connected between the second capacitive element and the output terminal, and
It has a reset transistor that resets the potential of each output node of the first output circuit and the second output circuit.
The first output circuit and the second output circuit are a front-stage output transistor and a rear-stage output transistor connected in series between the first capacitive element and the output node and between the second capacitive element and the output node, respectively. Has an output transistor,
Imaging device.
書き込み回路によるリセット信号及びデータ信号のサンプルホールド期間中にオン状態にある前段出力トランジスタをオフ状態にし、
しかる後、リセットトランジスタ及び後段出力トランジスタをオン状態にし、出力ノードの電位をリセットする、
請求項4に記載の撮像装置。 In the first output circuit and the second output circuit,
During the sample hold period of the reset signal and data signal by the write circuit, the pre-stage output transistor that is in the on state is turned off.
After that, the reset transistor and the subsequent output transistor are turned on to reset the potential of the output node.
The imaging device according to claim 4.
出力ノードの電位をリセットした後前段出力トランジスタをオン状態にし、第1の容量素子に保持されたリセット信号、及び、第2の容量素子に保持されたデータ信号を読み出し、しかる後、後段出力トランジスタをオフ状態にする、
請求項5に記載の撮像装置。 In the first output circuit and the second output circuit,
After resetting the potential of the output node, the pre-stage output transistor is turned on, the reset signal held in the first capacitive element and the data signal held in the second capacitive element are read out, and then the post-stage output transistor is read. To turn off,
The imaging device according to claim 5.
画素アレイ部の画素列に対応して設けられ、信号線を通して画素から出力される画素信号をサンプルホールドする複数のサンプルホールド回路を備え、
サンプルホールド回路は、
画素から出力されるリセット信号及びデータ信号を入力する入力端子、
入力端子から入力されるリセット信号及びデータ信号を書き込む書き込み回路、
書き込み回路によって書き込まれたリセット信号を保持する第1の容量素子、
書き込み回路によって書き込まれたデータ信号を保持する第2の容量素子、
第1の容量素子に保持されたリセット信号、及び、第2の容量素子に保持されたデータ信号を読み出す読み出し回路、並びに、
読み出し回路によって読み出されたリセット信号及びデータ信号を出力する出力端子を備え、
書き込み回路は、
入力端子と第1の容量素子との間に接続された第1の充電トランジスタ、
入力端子と第2の容量素子との間に接続された第2の充電トランジスタ、
入力端子から入力されるリセット信号及びデータ信号をサンプリングするサンプリングトランジスタ、
サンプリングトランジスタと第1の容量素子との間に接続された第1の書込トランジスタ、並びに、
サンプリングトランジスタと第2の容量素子との間に接続された第2の書込トランジスタを有し、
読み出し回路は、
第1の容量素子と出力端子との間に接続された第1の出力回路、
第2の容量素子と出力端子との間に接続された第2の出力回路、並びに、
第1の出力回路及び第2の出力回路の各出力ノードの電位をリセットするリセットトランジスタを有し、
第1の出力回路及び第2の出力回路はそれぞれ、第1の容量素子と出力ノードとの間、及び、第2の容量素子と出力ノードとの間に直列に接続された前段出力トランジスタ及び後段出力トランジスタを有する、
撮像装置。 A pixel array unit in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix, and a pixel array unit.
It is provided corresponding to the pixel array of the pixel array unit, and is equipped with a plurality of sample hold circuits that sample-hold the pixel signal output from the pixel through the signal line.
The sample hold circuit is
Input terminal for inputting reset signal and data signal output from pixel,
A write circuit that writes the reset signal and data signal input from the input terminal,
A first capacitive element that holds the reset signal written by the write circuit,
A second capacitive element that holds the data signal written by the write circuit,
A reset signal held in the first capacitive element, a read circuit for reading a data signal held in the second capacitive element, and a read circuit.
Equipped with an output terminal that outputs the reset signal and data signal read by the read circuit.
The writing circuit is
A first charging transistor connected between an input terminal and a first capacitive element,
A second charging transistor connected between the input terminal and the second capacitive element,
Sampling transistor that samples the reset signal and data signal input from the input terminal,
A first write transistor connected between the sampling transistor and the first capacitive element, as well as
It has a second write transistor connected between the sampling transistor and the second capacitive element.
The read circuit is
A first output circuit connected between the first capacitive element and the output terminal,
A second output circuit connected between the second capacitive element and the output terminal, and
It has a reset transistor that resets the potential of each output node of the first output circuit and the second output circuit.
The first output circuit and the second output circuit are a front-stage output transistor and a rear-stage output transistor connected in series between the first capacitive element and the output node and between the second capacitive element and the output node, respectively. Has an output transistor,
Imaging device.
しかる後、第2の充電トランジスタをオン状態にしてリセット信号に基づいて第2の容量素子を充電し、第2の充電トランジスタをオフ状態にした後、第2の容量素子の充電経路を、サンプリングトランジスタ及び第2の書込トランジスタの経路に切り替える、
請求項7に記載の撮像装置。 After turning on the first charging transistor to charge the first capacitive element based on the reset signal and turning off the first charging transistor, the charging path of the first capacitive element is set to the sampling transistor and the first capacitive element. Switch to the path of 1 write transistor,
After that, the second charging transistor is turned on to charge the second capacitive element based on the reset signal, the second charging transistor is turned off, and then the charging path of the second capacitive element is sampled. Switch to the transistor and second write transistor path,
The imaging device according to claim 7.
サンプリングトランジスタ及び第2の書込トランジスタの経路において、サンプリングトランジスタによってリセット信号をサンプリングし、第2の書込トランジスタを介して第2の容量素子にホールドする、
請求項8に記載の撮像装置。 In the path of the sampling transistor and the first write transistor, the reset signal is sampled by the sampling transistor and held by the first capacitive element via the first write transistor.
In the path of the sampling transistor and the second write transistor, the reset signal is sampled by the sampling transistor and held by the second capacitive element via the second write transistor.
The imaging device according to claim 8.
書き込み回路によるリセット信号及びデータ信号のサンプルホールド期間中にオン状態にある前段出力トランジスタをオフ状態にし、
しかる後、リセットトランジスタ及び後段出力トランジスタをオン状態にし、出力ノードの電位をリセットする、
請求項7に記載の撮像装置。 In the first output circuit and the second output circuit,
During the sample hold period of the reset signal and data signal by the write circuit, the pre-stage output transistor that is in the on state is turned off.
After that, the reset transistor and the subsequent output transistor are turned on to reset the potential of the output node.
The imaging device according to claim 7.
出力ノードの電位をリセットした後前段出力トランジスタをオン状態にし、第1の容量素子に保持されたリセット信号、及び、第2の容量素子に保持されたデータ信号を読み出し、しかる後、後段出力トランジスタをオフ状態にする、
請求項10に記載の撮像装置。 In the first output circuit and the second output circuit,
After resetting the potential of the output node, the pre-stage output transistor is turned on, the reset signal held in the first capacitive element and the data signal held in the second capacitive element are read out, and then the post-stage output transistor is read. To turn off,
The imaging device according to claim 10.
画素アレイ部の画素列に対応して設けられ、信号線を通して画素から出力される画素信号をサンプルホールドする複数のサンプルホールド回路を備え、
サンプルホールド回路は、
画素から出力されるリセット信号及びデータ信号を入力する入力端子、
入力端子から入力されるリセット信号及びデータ信号を書き込む書き込み回路、
書き込み回路によって書き込まれたリセット信号を保持する第1の容量素子、
書き込み回路によって書き込まれたデータ信号を保持する第2の容量素子、
第1の容量素子に保持されたリセット信号、及び、第2の容量素子に保持されたデータ信号を読み出す読み出し回路、並びに、
読み出し回路によって読み出されたリセット信号及びデータ信号を出力する出力端子を備え、
書き込み回路は、
入力端子と第1の容量素子との間に接続された第1の充電トランジスタ、
入力端子と第2の容量素子との間に接続された第2の充電トランジスタ、
入力端子から入力されるリセット信号及びデータ信号をサンプリングするサンプリングトランジスタ、
サンプリングトランジスタと第1の容量素子との間に接続された第1の書込トランジスタ、並びに、
サンプリングトランジスタと第2の容量素子との間に接続された第2の書込トランジスタを有する、
撮像装置を備える電子機器。 A pixel array unit in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix, and a pixel array unit.
It is provided corresponding to the pixel sequence of the pixel array unit, and is equipped with a plurality of sample hold circuits that sample-hold the pixel signal output from the pixel through the signal line.
The sample hold circuit is
Input terminal for inputting reset signal and data signal output from pixel,
A write circuit that writes the reset signal and data signal input from the input terminal,
A first capacitive element that holds the reset signal written by the write circuit,
A second capacitive element that holds the data signal written by the write circuit,
A reset signal held in the first capacitive element, a read circuit for reading a data signal held in the second capacitive element, and a read circuit.
Equipped with an output terminal that outputs the reset signal and data signal read by the read circuit.
The writing circuit is
A first charging transistor connected between an input terminal and a first capacitive element,
A second charging transistor connected between the input terminal and the second capacitive element,
Sampling transistor that samples the reset signal and data signal input from the input terminal,
A first write transistor connected between the sampling transistor and the first capacitive element, as well as
It has a second write transistor connected between the sampling transistor and the second capacitive element.
An electronic device equipped with an image pickup device.
第1の容量素子と出力端子との間に接続された第1の出力回路、
第2の容量素子と出力端子との間に接続された第2の出力回路、並びに、
第1の出力回路及び第2の出力回路の各出力ノードの電位をリセットするリセットトランジスタを有し、
第1の出力回路及び第2の出力回路はそれぞれ、第1の容量素子と出力ノードとの間、及び、第2の容量素子と出力ノードとの間に直列に接続された前段出力トランジスタ及び後段出力トランジスタを有する、
請求項12に記載の電子機器。 The read circuit is
A first output circuit connected between the first capacitive element and the output terminal,
A second output circuit connected between the second capacitive element and the output terminal, and
It has a reset transistor that resets the potential of each output node of the first output circuit and the second output circuit.
The first output circuit and the second output circuit are a front-stage output transistor and a rear-stage output transistor connected in series between the first capacitive element and the output node and between the second capacitive element and the output node, respectively. Has an output transistor,
The electronic device according to claim 12.
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