JP2011151461A - Solid-state imaging element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、強い光が入射しても精度の高い光学的黒に相当する黒色画素信号を簡易な構成で生成可能な固体撮像素子に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device capable of generating a black pixel signal corresponding to optical black with high accuracy with a simple configuration even when strong light is incident.
固体撮像素子には、露光領域とオプティカルブラック(OB)領域とが設けられる。露光領域およびOB領域には、受光量に応じた電荷を生成する複数の画素が2次元状に配置される。OB領域の画素は遮光膜によって遮光される。 The solid-state imaging device is provided with an exposure region and an optical black (OB) region. In the exposure area and the OB area, a plurality of pixels that generate charges according to the amount of received light are two-dimensionally arranged. The pixels in the OB region are shielded from light by the light shielding film.
このような構成により、露光領域における各画素によって受光量に応じた画素信号を生成することにより露光領域に形成される光学像に相当する画像信号が生成される。また、露光領域において受光量がゼロに相当する画素信号の信号強度の基準を定めるために、黒色画素信号がOB領域における各画素によって生成される。 With such a configuration, an image signal corresponding to an optical image formed in the exposure region is generated by generating a pixel signal corresponding to the amount of received light by each pixel in the exposure region. In addition, a black pixel signal is generated by each pixel in the OB region in order to determine a reference for the signal intensity of the pixel signal corresponding to zero light reception amount in the exposure region.
黒色画素信号を用いて、露光領域における各画素信号の黒色の基準を調整することにより再現性の高い画像を作成することが可能になる。したがって、黒色の基準を調整するためには、精度の高い黒色画素信号が必要とされる。 An image with high reproducibility can be created by adjusting the black reference of each pixel signal in the exposure region using the black pixel signal. Therefore, in order to adjust the black reference, a highly accurate black pixel signal is required.
一方で、OB領域付近の露光領域に高輝度の光が入射する場合に、露光領域からの光漏れやブルーミングが発生する。このような光漏れやブルーミングが発生すると、OB領域の画素は遮光されているにも関わらず黒色画素信号の信号強度が本来の信号強度より大きくなり、精度の高い画像を作成することが困難となっていた。 On the other hand, when high-intensity light enters an exposure area near the OB area, light leakage or blooming from the exposure area occurs. When such light leakage or blooming occurs, the signal intensity of the black pixel signal becomes larger than the original signal intensity even though the pixels in the OB area are shielded from light, and it is difficult to create a highly accurate image. It was.
そこで、光漏れの量を検出し、漏れ量に応じて黒色画素信号または電気的に生成した基準信号を黒色の基準調整に用いることが提案されている(特許文献1参照)。また、光漏れの量を検出し、漏れ量に応じて黒色の基準調整に用いる黒色画素信号の数を変えることが提案されている(特許文献2参照)。 Thus, it has been proposed to detect the amount of light leakage and use a black pixel signal or an electrically generated reference signal according to the amount of leakage for black reference adjustment (see Patent Document 1). It has also been proposed to detect the amount of light leakage and change the number of black pixel signals used for black reference adjustment according to the amount of leakage (see Patent Document 2).
しかし、特許文献1においては、黒色画素信号と基準信号とを切換える回路が必要であり、製造工程の煩雑化および製造コストの増大化を招いていた。また、特許文献2においては、光の漏れ量が多くなるほど黒色の基準調整に用いる黒色画素信号の数が少なくなるため、精度の高い黒色の基準調整が困難であった。 However, in Patent Document 1, a circuit for switching between a black pixel signal and a reference signal is necessary, which causes a complicated manufacturing process and an increase in manufacturing cost. Further, in Patent Document 2, since the number of black pixel signals used for black reference adjustment decreases as the amount of light leakage increases, accurate black reference adjustment is difficult.
したがって、本発明では、簡易な構成で精度の高い黒色画素信号を出力可能な固体撮像素子の提供を目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of outputting a highly accurate black pixel signal with a simple configuration.
本発明の固体撮像素子は、受光量に応じて電荷を生成し電荷に基づく画素信号を出力する第1の画素が2次元状に配置される露光領域と、第1の画素と同じ構造を有し受光面が遮光され画素信号の黒色の基準となる黒色画素信号を出力する第2の画素が配置される黒色領域と、露光領域と黒色領域の間に配置され第1の画素において生成され露光領域から漏出する前記電荷を露光領域への露光期間における所定の割合を超える排出期間に排出する排出領域とを備えることを特徴としている。 The solid-state imaging device of the present invention has the same structure as the first pixel, and an exposure region in which first pixels that generate charges according to the amount of received light and output pixel signals based on the charges are two-dimensionally arranged. And a black region in which a second pixel that outputs a black pixel signal that serves as a black reference for the pixel signal and whose light-receiving surface is shielded is disposed, and is generated and exposed in the first pixel that is disposed between the exposure region and the black region. A discharge region for discharging the charge leaking from the region in a discharge period exceeding a predetermined ratio in the exposure period to the exposure region.
なお、第1の画素は受光量に応じた電荷を生成する第1の光電変換素子を有し、排出領域には第1の画素から漏出する電荷を蓄積する第3のキャパシタを有する第3の画素が配置され第3のキャパシタに蓄積された電荷が排出期間に排出されることが好ましい。 Note that the first pixel has a first photoelectric conversion element that generates electric charge according to the amount of received light, and a third capacitor that stores electric charge leaking from the first pixel in the discharge region. It is preferable that the charge stored in the third capacitor in which the pixel is arranged is discharged during the discharge period.
また、第3の画素は第3のキャパシタに接続されONのときに第3のキャパシタに蓄積された電荷を排出する第3のリセットトランジスタを有し、第3のリセットトランジスタを排出期間にONに維持することにより電荷が排出期間に排出されることが好ましい。 The third pixel is connected to the third capacitor and has a third reset transistor that discharges the electric charge accumulated in the third capacitor when the third pixel is turned on. The third reset transistor is turned on during the discharge period. It is preferred that the charge be discharged during the discharge period by maintaining.
あるいは、第3のキャパシタを基準電位源に直接接続することにより第3のキャパシタに蓄積された電荷が排出期間に排出されることが好ましい。 Alternatively, it is preferable that the charge accumulated in the third capacitor is discharged during the discharge period by directly connecting the third capacitor to the reference potential source.
また、第1の画素は第1の光電変換素子から転送され蓄積される電荷に応じて電位の変わる第1のキャパシタと第1のキャパシタの電位に基づいた画素信号を生成する第1の増幅トランジスタと第1のキャパシタに接続されONのときに第1のキャパシタに蓄積された電荷を排出する第1のリセットトランジスタとを有し、第2の画素は受光面が遮光され受光量に応じた電荷を生成する第2の光電変換素子と第2の光電変換素子から転送され蓄積される電荷に応じて電位の変わる第2のキャパシタと第2のキャパシタの電位に基づいた黒色画素信号を生成する第2の増幅トランジスタと第2のキャパシタに接続されONのときに第2のキャパシタに蓄積された電荷を排出する第2のリセットトランジスタとを有し、第3の画素は受光量に応じた電荷を生成する第3の光電変換素子と第3のキャパシタの電位に基づいた排出信号を生成する第3の増幅トランジスタとを有し第3のキャパシタは第3の光電変換素子から転送され蓄積される電荷に応じて電位が変わることが好ましい。 The first pixel has a first capacitor whose potential changes according to the charge transferred and accumulated from the first photoelectric conversion element, and a first amplification transistor that generates a pixel signal based on the potential of the first capacitor. And a first reset transistor that is connected to the first capacitor and discharges the electric charge accumulated in the first capacitor when turned on, and the second pixel has a light-receiving surface shielded and charges corresponding to the amount of light received Generating a black pixel signal based on the potential of the second capacitor and the second capacitor whose potential changes according to the charge transferred and accumulated from the second photoelectric conversion element And a second reset transistor that is connected to the second capacitor and discharges the electric charge accumulated in the second capacitor when turned on, and the third pixel corresponds to the amount of received light A third photoelectric conversion element for generating electric charge and a third amplification transistor for generating a discharge signal based on the potential of the third capacitor; the third capacitor is transferred from the third photoelectric conversion element and stored; It is preferable that the electric potential changes depending on the electric charge.
また、第1の画素から漏出する電荷は第3の光電変換素子にも蓄積され、第3の光電変換素子に蓄積された電荷が排出期間に第3のキャパシタに転送されることが好ましい。 In addition, it is preferable that the electric charge leaking from the first pixel is also accumulated in the third photoelectric conversion element, and the electric charge accumulated in the third photoelectric conversion element is transferred to the third capacitor during the discharging period.
また、第3の画素はONのときに第3の光電変換素子から電荷を第3のキャパシタに転送する第3の転送トランジスタを有し、第3の転送トランジスタを排出期間にONに維持することにより電荷が排出期間に転送されることが好ましい。 In addition, the third pixel has a third transfer transistor that transfers the charge from the third photoelectric conversion element to the third capacitor when the third pixel is ON, and the third transfer transistor is maintained ON during the discharge period. The charge is preferably transferred during the discharge period.
あるいは、第3の光電変換素子を第3のキャパシタに直接接続することにより第3の光電変換素子に蓄積された電荷が第3のキャパシタに排出期間に転送されることが好ましい。 Alternatively, it is preferable that the charge accumulated in the third photoelectric conversion element is transferred to the third capacitor during the discharge period by directly connecting the third photoelectric conversion element to the third capacitor.
また、第1の画素はONのときに前記第1の光電変換素子から前記電荷を第1のキャパシタに転送する第1の転送トランジスタを有し、第2の画素はONのときに第2の光電変換素子から電荷を前記第2のキャパシタに転送する第2の転送トランジスタを有することが好ましい。 The first pixel has a first transfer transistor that transfers the electric charge from the first photoelectric conversion element to the first capacitor when the first pixel is ON, and the second pixel has a second transfer transistor when the second pixel is ON. It is preferable to have a second transfer transistor that transfers charges from the photoelectric conversion element to the second capacitor.
また、第3の光電変換素子は遮光されることが好ましい。 The third photoelectric conversion element is preferably shielded from light.
また、排出期間は固体撮像素子の作動中の全期間であって、露光領域から漏出する電荷は常に排出領域から排出されることが好ましい。 The discharge period is the entire period during which the solid-state image sensor is in operation, and it is preferable that the charge leaking from the exposure area is always discharged from the discharge area.
本発明によれば、簡易な構成で露出領域から漏出する電荷を、黒色領域まで漏出することを防ぐことが可能になり、黒色画素信号の精度を高く維持することが可能である。 According to the present invention, it is possible to prevent electric charges leaking from the exposed region to leak to the black region with a simple configuration, and it is possible to maintain high accuracy of the black pixel signal.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態を適用したCMOS撮像素子の全体構成を模式的に示す構成図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing the overall configuration of a CMOS image sensor to which an embodiment of the present invention is applied.
CMOS撮像素子10は、受光部11、垂直シフトレジスタ12、相関二重サンプリング/サンプルホールド(CDS/SH)回路13、水平シフトレジスタ14、水平出力線15によって構成される。受光部11と垂直シフトレジスタ12は直接接続され、水平出力線15はCDS/SH回路13を介して受光部11に接続される。
The
受光部11の撮像面には複数の画素20がマトリックス状に配列される。個々の画素20において信号電荷が生成される。被写体像全体の画像信号は撮像面の一部の画素20の信号電荷に相当する画素信号の集合により構成される。生成した画素信号の読出しは画素20毎に行われる。読出しを行う画素20は垂直シフトレジスタ12及び水平シフトレジスタ14により直接的あるいは間接的に選択される。
A plurality of
垂直シフトレジスタ12により画素20の行が選択される。選択された画素20から出力される画素信号が、垂直出力線(図1において図示せず)を介してCDS/SH回路13により相関二重サンプリングされる。
A row of
さらにCDS/SH回路13に保持される画素信号は水平シフトレジスタ14により選択され、水平出力線15に出力される。水平出力線15に出力された画素信号は、例えば、信号処理を行う信号処理回路(図示せず)に送られ、黒色の基準調整などの所定の処理が行われて被写体像全体の画像信号が生成される。
Further, the pixel signal held in the CDS /
図2に示すように、矩形の受光面11には、露光領域11e、オプティカルブラック(OB)領域11b、および電荷排出領域11dが形成される。露光領域11eは受光面11の大部分を占めており、OB領域11bは受光面の上辺および左辺に形成される。また電荷排出領域11dは露光領域11eとOB領域11bの間に挟まれるように、形成される。
As shown in FIG. 2, an
露光領域11e、OB領域11b、および電荷排出領域11dには、露光画素(図2において図示せず)、OB画素(図2において図示せず)、および電荷排出画素(図2において図示せず)が設けられる。
An exposure pixel (not shown in FIG. 2), an OB pixel (not shown in FIG. 2), and a charge discharge pixel (not shown in FIG. 2) are included in the
露光画素の構成についてさらに詳細に説明する。図3は露光画素20e(第1の画素)の構成を示す回路図である。露光画素20eには、フォトダイオード(PD)21e(第1の光電変換素子)、フローティングディフュージョン(FD)22e(第1のキャパシタ)、転送トランジスタ23e(第1の転送トランジスタ)、リセットトランジスタ24e(第1の転送トランジスタ)、増幅トランジスタ25e(第1の増幅トランジスタ)、および行選択トランジスタ26eが設けられる。
The configuration of the exposure pixel will be described in more detail. FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the
PD21eは、転送トランジスタ23eを介してFD22eに接続される。また、FD22eは、増幅トランジスタ25eのゲートに接続される。増幅トランジスタ25eのソースは、行選択トランジスタ26eを介して垂直出力線27に接続される。
The
PD21eでは露光画素20e毎の受光量に応じて電荷が発生し、発生した電荷が蓄積される。転送トランジスタ23eがONになるときに、PD21eに蓄積された信号電荷がFD22eに転送される。
In the
なお、FD22eの電位は蓄積する電荷に応じて変わる。増幅トランジスタ25eによって、FD22eの電位に応じた信号電位が画素信号として出力可能となる。行選択トランジスタ26eがONになるときに、増幅トランジスタ25eによって出力可能となった画素信号が、垂直出力線27に出力される。
Note that the potential of the
転送トランジスタ23eおよび行選択トランジスタ26eのゲートは、それぞれ転送制御線(図示せず)および行選択制御線(図示せず)に接続される。転送制御線および行選択制御線それぞれには、垂直シフトレジスタ12からHIGH、LOWが切替わる転送信号Φtおよび行選択信号Φslが流される。
The gates of
なお、転送制御線および行選択制御線は、露光画素20eが並ぶ行毎にそれぞれ設けられる。同じ行に配置される露光画素20eの転送トランジスタ23eおよび行選択トランジスタ26eのゲートは、それぞれ同じ転送制御線および行選択制御線に接続され、同じタイミングでON/OFFが切替えられる。
A transfer control line and a row selection control line are provided for each row in which the
FD22eは、リセットトランジスタ24eを介して電圧源Vdd(基準電位源)に接続される。リセットトランジスタ24eがONになるときに、FD22eに蓄積された電荷は電圧源Vddに掃出されてリセットされる。FD22eがリセットされることにより、FD22eの電位は電圧源Vddの電位からリセットトランジスタ25の閾値電圧を引いた電位にリセットされる。
The
リセットトランジスタ24eのゲートは、リセット制御線(図示せず)に接続される。リセット制御線には、HIGH、LOWの切替わるリセット信号Φrが垂直シフトレジスタ12から流される。
The gate of the
リセット制御線は、露光画素20eが並ぶ行毎に設けられる。同じ行に配置される露光画素20eのリセットトランジスタ24eのゲートは、同じリセット制御線に接続され、同じタイミングでON/OFFが切替えられる。
The reset control line is provided for each row where the
垂直出力線27は、受光部11を垂直に延びる線であり、同じ列の複数の露光画素20eの行選択トランジスタ26eに接続される。垂直出力線27は、受光面の上方において電流源Issに接続される。各列の垂直出力線27は、受光部11の下方において別々にCDS/SH回路13に接続される。
The
CDS/SH回路13には、リセット時の画素信号であるリセット画素信号と信号電荷蓄積時の画素信号である混入画素信号を保持する別々のキャパシタ(図示せず)が設けられる。
The CDS /
CDS/SH回路13に入力されるプレホールド信号ΦshpがHIGHであるときに、リセット画素信号を保持するキャパシタ(図示せず)に垂直出力線27の電位に相当する画素信号が保持される。CDS/SH回路13に入力されるデータホールド信号ΦshdがHIGHであるときに、混入画素信号を保持するキャパシタ(図示せず)に垂直出力線28の電位に相当する画素信号が保持される。なお、プレホールド信号Φshpおよびデータホールド信号Φshdは垂直シフトレジスタ12から出力される。
When the prehold signal Φshp input to the CDS /
CDS/SH回路13の出力端子からは、混入画素信号からリセット画素信号を減じたデータ画素信号が出力される。CDS/SH回路13の出力端子は、列選択トランジスタ16を介して水平出力線15に接続される。したがって、列選択トランジスタ16をONにすることにより、データ画素信号が水平出力線15を介してCMOS撮像素子10から出力される。
A data pixel signal obtained by subtracting the reset pixel signal from the mixed pixel signal is output from the output terminal of the CDS /
なお、列選択トランジスタ16のゲートは、列選択信号線(図示せず)に接続される。列選択信号線にはHIGH、LOWが切替わる列選択信号Φscが接続される。各列選択トランジスタ16には、水平シフトレジスタ14から定められたタイミングで列選択信号Φscが流される。
The gate of the
次にOB画素の構成についてさらに詳細に説明する。図4はOB画素(第2の画素)20bの構成を示す回路図である。OB画素20bにはPD21b(第2の光電変換素子)、FD22b(第2のキャパシタ)、転送トランジスタ23b(第2の転送トランジスタ)、リセットトランジスタ24b(第2のリセットトランジスタ)、増幅トランジスタ25b(第2の増幅トランジスタ)、および行選択トランジスタ26bが設けられる。
Next, the configuration of the OB pixel will be described in more detail. FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of the OB pixel (second pixel) 20b. The
PD21bが遮光されていることを除いて、OB画素20b内部の回路構成は露光画素20eと同じである。
The circuit configuration inside the
なお、OB画素20bの転送トランジスタ23bのゲートは、同じ行に配置される露光画素20eの転送トランジスタ23eに接続される転送制御線に接続され、同じタイミングでON/OFFが切替えられる。
Note that the gate of the
また、OB画素20bの行選択トランジスタ26bのゲートは、同じ行に配置される露光画素20eの転送トランジスタ26eに接続される転送制御線に接続され、同じタイミングでON/OFFが切替えられる。
Further, the gate of the
また、OB画素20bのリセットトランジスタ24bのゲートは、同じ行に配置される露光画素20eのリセットトランジスタ24eに接続されるリセット制御線に接続され、同じタイミングでON/OFFが切替えられる。
Further, the gate of the
OB画素20bを上述のように形成し、露光画素20eと同様にCDS/SH回路13において上述のように相関二重サンプリング処理を施すことにより、リセット時の画素信号成分を除去した黒色画素信号がCMOS撮像素子10から出力される。なお、前述のようにOB画素20bのPD21bは遮光されているので、黒色画素信号の信号強度は露光画素20e上に形成される光学的黒に相当する。
By forming the
次に電荷排出画素20dの構成についてさらに詳細に説明する。図5はで電荷排出画素20d(第3の画素)の構成を示す回路図である。電荷排出画素20dには、PD21d(第3の光電変換素子)、FD22d(第3のキャパシタ)、転送トランジスタ23d(第3の転送トランジスタ)、リセットトランジスタ24d(第3の転送トランジスタ)、増幅トランジスタ25d(第3の増幅トランジスタ)、および行選択トランジスタ26dが設けられる。
Next, the configuration of the
転送トランジスタ23dおよびリセットトランジスタ24dのゲートが、露光画素20eおよびOB画素20bと接続される転送制御線およびリセット制御線に接続されないことを除いて、電荷排出画素20d内部の回路構成はOB画素20bと同じである。
The circuit configuration inside the
電荷排出画素20dの転送トランジスタ23dおよびリセットトランジスタ24dのゲートは共通の排出制御線(図示せず)に接続される。排出制御線には、HIGHの状態に保たれる共通信号Φcが流される。
The gates of the
したがって、転送トランジスタ23dおよびリセットトランジスタ24dは常にONに維持され、PD21dに蓄積される電荷は常にFD23dに転送され、FD23dに蓄積される電荷は常に電圧源Vddに掃出される。
Therefore, the
なお、排出画素20dにおいてFD23dの電位に基づく画素信号を生成可能であるが、CMOS撮像素子10から出力されず、受光した光学像の作成に用いられない。
Although a pixel signal based on the potential of the
以上のように第1の実施形態のCMOS撮像素子10によれば、以下に説明するように高輝度の被写体像が入射する場合でも合っても精度の高い黒色画素信号を生成可能である。したがって、再現性の高い画像を作成することが可能である。
As described above, according to the
前述のように、露光領域11eに高輝度の光が入射すると、露光画素20eにおいて生成される電荷が近隣の画素に漏出する。
As described above, when high-luminance light is incident on the
従来のCMOS撮像素子のように電荷排出領域を設けないCMOS撮像素子に対して高輝度の光が露光領域に入射した場合には、図6に示すように、露光領域の近くに配置されたOB画素の黒色画素信号の信号強度は、電荷の漏出が無く本来出力されるべき黒色画素信号の信号強度、すなわち光学的黒に相当する信号の信号強度より大きくなる。したがって、このように電荷の漏出したOB画素の黒色画素信号を用いると黒色基準の調整精度は悪化する。 When high-intensity light is incident on an exposure region with respect to a CMOS image sensor that does not have a charge discharge region as in a conventional CMOS image sensor, an OB arranged near the exposure region as shown in FIG. The signal intensity of the black pixel signal of the pixel is greater than the signal intensity of the black pixel signal that should be output without charge leakage, that is, the signal intensity of the signal corresponding to optical black. Therefore, when the black pixel signal of the OB pixel from which charge is leaked is used, the black reference adjustment accuracy is deteriorated.
一方で、本実施形態のCMOS撮像素子10によれば、図7に示すように露光領域11eから漏出する電荷は、OB領域11bにまで到達する前に電荷排出領域11dの電荷排出画素20dにより排出される。したがって、OB領域11bのOB画素20bからは、光学的黒に相当する信号強度の黒色画素信号を出力させることが可能である。
On the other hand, according to the
なお、本実施形態では、排出画素20dにリセットトランジスタ24dが設けられる構成であるが、リセットトランジスタ24dを設けずにFD22dと電圧源Vddとが直接接続される構成であってもよい。または、FD23dに蓄積される電荷が常に電圧源Vddに排出されるいかなる構成であってもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、排出画素20dに転送トランジスタ23dが設けられる構成であるが、転送トランジスタ23dを設けずにPD21dとFD22dとを直接接続される構成であってもよい。または、PD21dに蓄積される電荷が常に電圧源Vddに排出されるいかなる構成であってもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、排出画素20dのPD21dは遮光される構成であるが、遮光されなくてもよい。ただし、遮光されていない場合にはPD21dにおいても電荷が生成されるためFD22dで十分に排出出来ず、OB領域11bに電荷が漏出する可能性がある。よって、本実施形態のように、排出画素20dのPD21dも遮光されることが好ましい。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、排出画素20dの転送トランジスタ23dが常にONとなる構成であるが、転送トランジスタ23dは常にONでなくてもよい。リセットトランジスタ24dが常にONであれば、排出画素20dに漏出する電荷を電圧源Vddに排出可能である。ただし、単一の排出画素20d内でPD21dの占める領域は大きく、露光領域11eから漏出する電荷の多くはPD21dに蓄積される。それゆえ、転送トランジスタ23dがOFFの間にPD21dからOB領域11bに電荷が漏出する可能性がある。よって、本実施形態のように、転送トランジスタ23dも常にONに維持され、PD21dに蓄積された電荷も常にFD22dを介して排出される構成が好ましい。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、排出画素20dの転送トランジスタ23dおよびリセットトランジスタ24dは常にONに維持される構成であるが、常にONに維持されなくてもよい。単一のフレームの画像信号の生成のために露光領域11eに露光させる露光期間に対して所定の割合を超える排出期間中にONに維持され、PD21dおよびFD22dから電荷が排出される構成であってもよい。なお、排出期間は、排出期間以外の露光期間中に電荷が排出出来なくてもOB領域11bへの電荷の漏出が生じないように定めればよい。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、排出画素20dにPD21d、FD22d、増幅トランジスタ25d、および行選択トランジスタ26dが設けられる構成であるが、設けられなくてもよい。露光領域11eから漏出する電荷を排出可能であれば、PD21d、FD22d、増幅トランジスタ25d、および行選択トランジスタ26dを省いてもよい。ただし、排出画素20dを、露光画素20eおよびOB画素20bと同様の回路構成となるように形成することにより、製造の簡易化および製造コストの低減化が可能である。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、固体撮像素子はCMOS撮像素子であるが、他のXYアドレス型撮像素子でも、CCD撮像素子などの電荷転送型の撮像素子であってもよい。 In the present embodiment, the solid-state imaging device is a CMOS imaging device, but may be another XY address type imaging device or a charge transfer type imaging device such as a CCD imaging device.
10 CMOS撮像素子
11b オプティカルブラック(OB)領域
11d 電荷排出領域
11e 露光領域
20b オプティカルブラック(OB)画素
20d 電荷排出画素
20e 露光画素
20b、20d、20e フォトダイオード(PD)
21b、21d、21e フローティングディフュージョン(FD)
22b、22d、22e 転送トランジスタ
24b、24d、24e リセットトランジスタ
25b、25d、25e 増幅トランジスタ
26b、26d、26e 行選択トランジスタ
DESCRIPTION OF
21b, 21d, 21e Floating diffusion (FD)
22b, 22d,
Claims (11)
前記第1の画素と同じ構造を有し受光面が遮光され前記画素信号の黒色の基準となる黒色画素信号を出力する第2の画素が配置される黒色領域と、
前記露光領域と前記黒色領域の間に配置され、前記第1の画素において生成され前記露光領域から漏出する前記電荷を、前記露光領域への露光期間における所定の割合を超える排出期間に排出する排出領域とを備える
ことを特徴とする固体撮像素子。 An exposure region in which first pixels that generate charges according to the amount of received light and output pixel signals based on the charges are two-dimensionally arranged;
A black region having the same structure as the first pixel, in which a light receiving surface is shielded and a second pixel that outputs a black pixel signal serving as a black reference of the pixel signal is disposed;
Discharge that is arranged between the exposure area and the black area, and that discharges the charge generated in the first pixel and leaking from the exposure area in a discharge period that exceeds a predetermined ratio in the exposure period to the exposure area A solid-state imaging device.
前記排出領域には、前記第1の画素から漏出する前記電荷を蓄積する第3のキャパシタを有する第3の画素が配置され、前記第3のキャパシタに蓄積された前記電荷が前記排出期間に排出される
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。 The first pixel includes a first photoelectric conversion element that generates an electric charge according to an amount of received light,
A third pixel having a third capacitor for storing the charge leaking from the first pixel is disposed in the discharge region, and the charge stored in the third capacitor is discharged during the discharge period. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein:
前記第2の画素は、受光面が遮光され受光量に応じた電荷を生成する第2の光電変換素子と、前記第2の光電変換素子から転送され蓄積される前記電荷に応じて電位の変わる第2のキャパシタと、前記第2のキャパシタの電位に基づいた前記黒色画素信号を生成する第2の増幅トランジスタと、前記第2のキャパシタに接続されONのときに前記第2のキャパシタに蓄積された前記電荷を排出する第2のリセットトランジスタとを有し、
前記第3の画素は受光量に応じた電荷を生成する第3の光電変換素子と前記第3のキャパシタの電位に基づいた排出信号を生成する第3の増幅トランジスタとを有し、前記第3のキャパシタは前記第3の光電変換素子から転送され蓄積される前記電荷に応じて電位が変わる
ことを特徴とする請求項2〜請求項4のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The first pixel generates a first capacitor whose potential changes according to the electric charge transferred and accumulated from the first photoelectric conversion element, and the pixel signal based on the potential of the first capacitor. A first amplification transistor; and a first reset transistor that is connected to the first capacitor and discharges the electric charge accumulated in the first capacitor when turned on.
The second pixel has a second photoelectric conversion element that generates a charge corresponding to an amount of received light with a light-receiving surface shielded, and a potential that changes according to the charge transferred and accumulated from the second photoelectric conversion element. A second capacitor; a second amplifying transistor that generates the black pixel signal based on the potential of the second capacitor; and the second capacitor that is connected to the second capacitor and is ON, and is stored in the second capacitor. And a second reset transistor for discharging the charge,
The third pixel includes a third photoelectric conversion element that generates a charge corresponding to the amount of received light, and a third amplification transistor that generates a discharge signal based on the potential of the third capacitor. 5. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein a potential of the capacitor changes according to the charge transferred and accumulated from the third photoelectric conversion device. 6.
前記第2の画素は、ONのときに前記第2の光電変換素子から前記電荷を前記第2のキャパシタに転送する第2の転送トランジスタを有する
ことを特徴とする請求項5〜請求項8のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The first pixel includes a first transfer transistor that transfers the charge from the first photoelectric conversion element to the first capacitor when the first pixel is ON;
9. The second pixel according to claim 5, wherein the second pixel includes a second transfer transistor that transfers the electric charge from the second photoelectric conversion element to the second capacitor when the second pixel is ON. The solid-state image sensor of any one of Claims.
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