JP7156330B2 - Imaging element and imaging device - Google Patents
Imaging element and imaging device Download PDFInfo
- Publication number
- JP7156330B2 JP7156330B2 JP2020079870A JP2020079870A JP7156330B2 JP 7156330 B2 JP7156330 B2 JP 7156330B2 JP 2020079870 A JP2020079870 A JP 2020079870A JP 2020079870 A JP2020079870 A JP 2020079870A JP 7156330 B2 JP7156330 B2 JP 7156330B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- transistor
- imaging device
- node
- diffusion
- connection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Description
本発明は、固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging device using the same.
下記特許文献1には、複数の画素であって少なくとも2つの画素がそれぞれ(a)フォトディテクタ、(b)フローティング容量部をなす電荷電圧変換領域及び(c)増幅器への入力部を含む複数の画素と、前記電荷電圧変換領域同士を選択的に接続する連結スイッチとを備えた固体撮像素子が開示されている。
前記従来の固体撮像素子において、前記連結スイッチをオンして前記電荷電圧変換領域同士を接続することによって、接続された全体の電荷電圧変換領域での飽和電子数が拡大されるため、ダイナミックレンジを拡大させることができる。 In the conventional solid-state imaging device, by turning on the connection switch to connect the charge-voltage conversion regions, the number of saturated electrons in the entire connected charge-voltage conversion regions is expanded, so that the dynamic range is increased. can be expanded.
また、前記従来の固体撮像素子において、前記連結スイッチをオフして前記電荷電圧変換領域を他の電荷電圧変換領域から切り離すことによって、電荷電圧変換容量が小さくなってその電荷電圧変換係数が大きくなるため、高感度読出し時のSN比が高くなる。 In the conventional solid-state imaging device, the charge-voltage conversion capacity is reduced and the charge-voltage conversion coefficient is increased by turning off the connection switch to separate the charge-voltage conversion region from the other charge-voltage conversion regions. Therefore, the SN ratio becomes high during high-sensitivity readout.
しかし、前記従来の固体撮像素子では、前記連結スイッチをオフにしても、高感度読み出し時のSN比をさほど高くすることはできなかった。 However, in the conventional solid-state imaging device, even if the connection switch is turned off, the SN ratio during high-sensitivity readout cannot be increased so much.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ダイナミックレンジを拡大させることができるとともに、高感度読出し時のSN比を向上させることができる固体撮像素子、及び、これを用いた撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a solid-state imaging device capable of expanding the dynamic range and improving the SN ratio during high-sensitivity readout, and imaging using the same. The purpose is to provide an apparatus.
前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第1の態様による固体撮像素子は、1つの光電変換部、ノード、及び、前記1つの光電変換部に対応して設けられ前記光電変換部から前記ノードに電荷を転送する1つの転送スイッチを有する複数の画素ブロックと、1つの前記画素ブロックの前記ノードと他の1つの前記画素ブロックの前記ノードとの間に設けられた電気的な接続部と、前記接続部中に設けられた前記画素ブロック1つ当たり複数の連結スイッチと、を備えたものである。 The following aspects are presented as means for solving the above problems. A solid-state imaging device according to a first aspect includes one photoelectric conversion unit, a node, and one transfer switch provided corresponding to the one photoelectric conversion unit and transferring charge from the photoelectric conversion unit to the node. a plurality of pixel blocks; an electrical connection provided between the node of one pixel block and the node of another pixel block; and the pixel block provided in the connection. and a plurality of connection switches each.
前記画素ブロックは、前記光電変換部を1つのみ有していて1つの画素で構成されたものでもよいし、前記光電変換部を2つ以上有していて複数の画素で構成されたものでもよい。この点は、後述する各態様についても同様である。 The pixel block may have only one photoelectric conversion unit and may be composed of one pixel, or may have two or more photoelectric conversion units and may be composed of a plurality of pixels. good. This point is the same for each aspect described later.
第2の態様による固体撮像素子は、前記第1の態様において、前記連結スイッチを制御する制御部を備え、前記制御部は、第1の動作モードにおいて、前記画素ブロックの前記ノードに対して前記接続部が電気的に切断された状態となるように、前記連結スイッチを制御し、前記制御部は、第2の動作モードにおいて、前記画素ブロックの前記ノードに対して前記接続部が電気的に接続された状態となるように、前記連結スイッチを制御するものである。 A solid-state imaging device according to a second aspect, in the first aspect, further includes a control section for controlling the connection switch, wherein the control section controls the node of the pixel block in the first operation mode. The connection switch is controlled so that the connection section is electrically disconnected, and the control section electrically connects the connection section to the node of the pixel block in the second operation mode. The connection switch is controlled so as to be in a connected state.
第3の態様による固体撮像素子は、前記第2の態様において、前記制御部は、前記第2の動作モードにおいて、前記各連結スイッチのうちの1つ以上の所定数のオン状態の連結スイッチが、前記画素ブロックの前記ノードに対して電気的に接続された状態となるように、前記連結スイッチを制御するものである。 In the solid-state imaging device according to the third aspect, in the second aspect, the control unit is configured such that, in the second operation mode, one or more predetermined number of the connection switches in the ON state among the connection switches are: , the connection switch is controlled so as to be electrically connected to the node of the pixel block.
第4の態様による固体撮像素子は、前記第1の態様において、前記複数の画素ブロックのうちの3つ以上の画素ブロックの前記ノードが、複数の前記接続部により数珠繋ぎ状に接続されたものである。 A solid-state imaging device according to a fourth aspect is the solid-state imaging device according to the first aspect, wherein the nodes of three or more pixel blocks among the plurality of pixel blocks are connected in a daisy chain by a plurality of the connection portions. be.
第5の態様による固体撮像素子は、前記第4の態様において、前記連結スイッチを制御する制御部を備え、前記制御部は、第1の動作モードにおいて、前記3つ以上の画素ブロックのうちの1つの画素ブロックの前記ノードに対して前記接続部が電気的に切断された状態となるように、前記連結スイッチを制御し、前記制御部は、第2の動作モードにおいて、前記3つ以上の画素ブロックのうちの前記1つの画素ブロックの前記ノードに対して前記接続部が電気的に接続された状態となるように、前記連結スイッチを制御するものである。 A solid-state imaging device according to a fifth aspect is, in the fourth aspect, further comprising a controller for controlling the connection switch, wherein the controller controls, in the first operation mode, one of the three or more pixel blocks The control unit controls the connection switch so that the connection unit is electrically disconnected from the node of one pixel block, and the control unit controls the three or more nodes in the second operation mode. The connection switch is controlled such that the connection portion is electrically connected to the node of the one pixel block among the pixel blocks.
第6の態様による固体撮像素子は、前記第5の態様において、前記制御部は、前記第2の動作モードにおいて、前記各連結スイッチのうちの1つ以上の所定数のオン状態の連結スイッチが、前記3つ以上の画素ブロックのうちの前記1つの画素ブロックの前記ノードに対して電気的に接続された状態となるように、前記連結スイッチを制御するものである。 In the solid-state imaging device according to the sixth aspect, in the fifth aspect, in the second operation mode, the controller controls that, in the second operation mode, one or more predetermined number of the connection switches in the ON state among the connection switches are: , the connection switch is controlled so as to be electrically connected to the node of the one pixel block among the three or more pixel blocks.
第7の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第6のいずれかの態様において、前記各画素ブロックは、前記光電変換部及び前記転送スイッチをそれぞれ複数有するものである。 A solid-state imaging device according to a seventh aspect is the solid-state imaging device according to any one of the first to sixth aspects, wherein each of the pixel blocks has a plurality of the photoelectric conversion units and the transfer switches.
第8の態様による固体撮像素子は、複数の光電変換部、ノード、及び、前記複数の光電変換部にそれぞれ対応して設けられ前記複数の光電変換部から前記ノードに電荷を転送する複数の転送スイッチを有する複数の画素ブロックと、隣接する2つの前記画素ブロックの前記ノード間に設けられた複数の連結スイッチと、を備えたものである。 A solid-state imaging device according to an eighth aspect comprises a plurality of photoelectric conversion units, a node, and a plurality of transfer devices provided corresponding to the plurality of photoelectric conversion units and transferring charges from the plurality of photoelectric conversion units to the nodes. A plurality of pixel blocks having switches, and a plurality of connecting switches provided between the nodes of two adjacent pixel blocks.
第9の態様による固体撮像素子は、前記第8の態様において、前記連結スイッチを制御する制御部を備え、前記制御部は、第1の動作モードにおいて、前記各連結スイッチのうちのオン状態の連結スイッチが、前記2つの画素ブロックのうちの1つの画素ブロックの前記ノードに対して電気的に接続された状態とならないように、前記連結スイッチを制御し、前記制御部は、第2の動作モードにおいて、前記各連結スイッチのうちの1つ以上の所定数のオン状態の連結スイッチが、前記1つの画素ブロックの前記ノードに対して電気的に接続された状態となるように、前記連結スイッチを制御するものである。 A solid-state imaging device according to a ninth aspect is, in the eighth aspect, further comprising a control section for controlling the connection switches, wherein the control section controls, in the first operation mode, whether or not the connection switches are turned on. The control unit controls the connection switch so that the connection switch is not electrically connected to the node of one of the two pixel blocks, and performing a second operation. In a mode, one or more predetermined number of ON state connection switches among the connection switches are electrically connected to the node of the one pixel block. is to control
第10の態様による固体撮像素子は、前記第8の態様において、前記複数の画素ブロックのうちの3つ以上の画素ブロックの前記ノードが、前記複数の連結スイッチの2組以上により数珠繋ぎ状に接続されたものである。 A solid-state imaging device according to a tenth aspect is the solid-state imaging device according to the eighth aspect, wherein the nodes of three or more pixel blocks among the plurality of pixel blocks are connected in a daisy chain by two or more sets of the plurality of connection switches. It is what was done.
第11の態様による固体撮像素子は、前記第10の態様において、前記連結スイッチを制御する制御部を備え、前記制御部は、第1の動作モードにおいて、前記各連結スイッチのうちのオン状態の連結スイッチが、前記3つ以上の画素ブロックのうちの1つの前記ノードに対して電気的に接続された状態とならないように、前記連結スイッチを制御し、前記制御部は、第2の動作モードにおいて、前記各連結スイッチのうちの1つ以上の所定数のオン状態の連結スイッチが、前記1つの画素ブロックの前記ノードに対して電気的に接続された状態となるように、前記連結スイッチを制御するものである。 A solid-state imaging device according to an eleventh aspect is, in the tenth aspect, further comprising a control section for controlling the connection switches, wherein the control section controls, in the first operation mode, whether or not the connection switches are turned on. controlling the connection switch so that the connection switch is not electrically connected to the node of one of the three or more pixel blocks; , the connection switches are arranged such that one or more predetermined number of connection switches in the ON state among the connection switches are electrically connected to the node of the one pixel block. control.
第12の態様による固体撮像素子は、前記第7乃至第11のいずれかの態様において、前記転送スイッチがトランジスタからなり、前記各画素ブロックにおいて、前記各転送スイッチのうちの1つの転送スイッチのソース又はドレインとなる拡散領域、及び、前記各転送スイッチのうちの他の1つの転送スイッチのソース又はドレインとなる拡散領域が、前記各光電変換部のうちの1つの光電変換部と前記各光電変換部のうちの他の1つの光電変換部との間に設けられた1つの拡散領域で兼用され、前記各画素ブロックにおいて、前記1つの転送スイッチのゲート電極は、前記1つの拡散領域の、前記1つの光電変換部の側に配置され、前記各画素ブロックにおいて、前記他の1つの転送スイッチのゲート電極は、前記1つの拡散領域の、前記他の1つの光電変換部の側に配置されたものである。 A solid-state imaging device according to a twelfth aspect is the solid-state imaging device according to any one of the seventh to eleventh aspects, wherein the transfer switch is made of a transistor, and in each pixel block, the source of one transfer switch among the transfer switches Alternatively, a diffusion region serving as a drain and a diffusion region serving as the source or drain of another transfer switch among the transfer switches are connected to one photoelectric conversion unit among the photoelectric conversion units and each photoelectric conversion unit. one diffusion region provided between one photoelectric conversion portion and another one of the photoelectric conversion portions, and in each of the pixel blocks, the gate electrode of the one transfer switch serves as the gate electrode of the one diffusion region, the arranged on the one photoelectric conversion unit side, and in each of the pixel blocks, the gate electrode of the other transfer switch is arranged on the one diffusion region on the other photoelectric conversion unit side; It is.
第13の態様による固体撮像素子は、前記第7乃至第12のいずれかの態様において、前記複数の光電変換部の数及び前記複数の転送スイッチの数が、それぞれ2つであるものである。 A solid-state imaging device according to a thirteenth aspect is the solid-state imaging device according to any one of the seventh to twelfth aspects, wherein the number of the plurality of photoelectric conversion units and the number of the plurality of transfer switches are two each.
第14の態様による固体撮像素子は、前記第13の態様において、前記複数の連結スイッチの数が2つであり、前記複数の連結スイッチのうちの1つの連結スイッチと前記複数の連結スイッチのうちの他の1つの連結スイッチとの所定方向の位置ずれ量は、前記複数の光電変換部の前記所定方向のピッチよりも大きくかつ前記ピッチの2倍よりも小さいものである。 A solid-state imaging device according to a fourteenth aspect is the solid-state imaging device according to the thirteenth aspect, wherein the number of the plurality of connection switches is two, one of the plurality of connection switches and one of the plurality of connection switches is larger than the pitch of the plurality of photoelectric conversion units in the predetermined direction and smaller than twice the pitch.
第15の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第14のいずれかの態様において、前記複数の連結スイッチの数が2つであり、前記複数の連結スイッチがオフである場合における前記複数の連結スイッチ間の接続部と基準電位との間の容量の値は、前記複数の連結スイッチがオフである場合における前記ノードと前記基準電位との間の容量の値に対して±20%の範囲内の値であるものである。 A solid-state imaging device according to a fifteenth aspect is the solid-state imaging device according to any one of the first to fourteenth aspects, wherein the number of the plurality of connection switches is two, and when the plurality of connection switches are off, the plurality of The value of the capacitance between the connection between the coupling switches and the reference potential is in the range of ±20% with respect to the value of the capacitance between the node and the reference potential when the plurality of coupling switches are off. is a value within
第16の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第15のいずれかの態様において、前記複数の連結スイッチの数が2つであり、前記複数の連結スイッチがオフである場合における前記複数の連結スイッチ間の接続部を構成する配線の少なくとも一部の幅が前記画素ブロック内の他の配線の幅よりも広いこと、前記接続部にMOS容量が接続されていること、及び、前記各連結スイッチを構成しない拡散容量が前記接続部に接続されていること、のうちのいずれか1つ以上を満たすものである。 A solid-state imaging device according to a sixteenth aspect is the solid-state imaging device according to any one of the first to fifteenth aspects, wherein the number of the plurality of connection switches is two, and when the plurality of connection switches are off, the plurality of Width of at least part of a wiring forming a connection between connection switches is wider than width of other wiring in the pixel block, a MOS capacitor is connected to the connection, and each of the connections. a diffusion capacitor that does not constitute a switch is connected to the connecting portion.
第17の態様による固体撮像素子は、1つの光電変換部、第1のノード、及び、前記1つの光電変換部に対応して設けられ前記光電変換部から前記第1のノードに電荷を転送する1つの転送スイッチを有する複数の画素ブロックと、1つの前記画素ブロックの前記第1のノード及び他の1つの前記画素ブロックの前記第1のノードにそれぞれ対応する2つの第2のノードと、前記1つの画素ブロックの前記第1のノード及び前記他の1つの画素ブロックの前記第1のノードと前記2つの第2のノードとの間を、それぞれ電気的に接続及び切断する2つの第1のスイッチ部と、前記2つの第2のノード間を電気的に接続及び切断する第2のスイッチ部と、を備えたものである。 A solid-state imaging device according to a seventeenth aspect includes one photoelectric conversion unit, a first node, and a charge transfer device provided corresponding to the one photoelectric conversion unit from the photoelectric conversion unit to the first node. a plurality of pixel blocks having one transfer switch; two second nodes respectively corresponding to the first node of one pixel block and the first node of another pixel block; two first nodes for electrically connecting and disconnecting the first node of one pixel block and the first node and the two second nodes of the other pixel block, respectively; and a second switch for electrically connecting and disconnecting the two second nodes.
第18の態様による固体撮像素子は、前記第17の態様において、前記各第1のスイッチ部及び前記第2のスイッチ部を制御する制御部を備え、前記制御部は、第1の動作モードにおいて、前記1つの画素ブロックの前記第1のノードとこれに対応する前記第2のノードとの間を電気的に接続及び切断する前記第1のスイッチ部がオフするように、前記第1のスイッチ部を制御し、前記制御部は、第2の動作モードにおいて、前記各第1のスイッチ部及び前記第2のスイッチ部のうちの1つ以上の所定数のオン状態のスイッチ部が、前記1つの画素ブロックの前記第1のノードに対して電気的に接続された状態となるように、前記各第1のスイッチ部及び前記第2のスイッチ部を制御するものである。 A solid-state imaging device according to an eighteenth aspect is, in the seventeenth aspect, further comprising a control unit for controlling each of the first switch units and the second switch units, wherein the control unit, in the first operation mode, , the first switch section for electrically connecting and disconnecting the first node of the one pixel block and the corresponding second node is turned off; wherein, in a second operation mode, a predetermined number of one or more of the first switch units and the second switch units in the ON state are in the one switch unit; The first switch section and the second switch section are controlled so as to be electrically connected to the first node of one pixel block.
第19の態様による固体撮像素子は、前記第17の態様において、前記複数の画素ブロックのうちの3つ以上の画素ブロックの前記第1のノードと、これらの3つ以上の前記第1のノードにそれぞれ対応する3つ以上の前記第2のノードとの間を、それぞれ電気的に接続及び切断する3つ以上の前記第1のスイッチ部を備え、前記3つ以上の第2のノードが、複数の前記第2のスイッチ部により数珠繋ぎ状に接続されたものである。 The solid-state imaging device according to the nineteenth aspect, in the seventeenth aspect, is characterized in that the first nodes of three or more pixel blocks among the plurality of pixel blocks, and the three or more first nodes of these pixel blocks three or more of the first switch units for electrically connecting and disconnecting with the three or more of the second nodes respectively corresponding to the three or more second nodes, It is connected in a daisy chain by a plurality of the second switch units.
第20の態様による固体撮像素子は、前記第19の態様において、前記各第1のスイッチ部及び前記各第2のスイッチ部を制御する制御部を備え、前記制御部は、第1の動作モードにおいて、前記3つ以上の画素ブロックのうちの1つの画素ブロックの前記第1のノードとこれに対応する前記第2のノードとの間を電気的に接続及び切断する前記第1のスイッチ部がオフするように、前記3つ以上の画素ブロックのうちの前記1つの画素ブロックの前記第1のスイッチ部を制御し、前記制御部は、第2の動作モードにおいて、前記各第1のスイッチ部及び前記各第2のスイッチ部のうちの1つ以上の所定数のオン状態のスイッチ部が、前記3つ以上の画素ブロックのうちの前記1つの画素ブロックの前記第1のノードに対して電気的に接続された状態となるように、前記各第1のスイッチ部及び前記各第2のスイッチ部を制御するものである。 A solid-state imaging device according to a twentieth aspect, in the nineteenth aspect, further comprises a control unit for controlling each of the first switch units and the second switch units, wherein the control unit operates in a first operation mode wherein the first switch section electrically connects and disconnects the first node of one pixel block among the three or more pixel blocks and the corresponding second node. controlling the first switch units of the one pixel block out of the three or more pixel blocks to turn off, the control unit turning off each of the first switch units in a second operation mode; and one or more predetermined number of ON-state switch portions of each of the second switch portions are electrically connected to the first node of the one pixel block of the three or more pixel blocks. Each of the first switch units and each of the second switch units are controlled so as to be in a state of being effectively connected.
第21の態様による固体撮像素子は、前記第17乃至第20のいずれかの態様において、前記各画素ブロックは、前記光電変換部及び前記転送スイッチをそれぞれ複数有するものである。 A solid-state imaging device according to a twenty-first aspect is the solid-state imaging device according to any one of the seventeenth to twentieth aspects, wherein each of the pixel blocks has a plurality of the photoelectric conversion units and the transfer switches.
第22の態様による固体撮像素子は、前記第21の態様において、前記転送スイッチがトランジスタからなり、前記各画素ブロックにおいて、前記各転送スイッチのうちの1つの転送スイッチのソース又はドレインとなる拡散領域、及び、前記各転送スイッチのうちの他の1つの転送スイッチのソース又はドレインとなる拡散領域が、前記各光電変換部のうちの1つの光電変換部と前記各光電変換部のうちの他の1つの光電変換部との間に設けられた1つの拡散領域で兼用され、前記各画素ブロックにおいて、前記1つの転送スイッチのゲート電極は、前記1つの拡散領域の、前記1つの光電変換部の側に配置され、前記各画素ブロックにおいて、前記他の1つの転送スイッチのゲート電極は、前記1つの拡散領域の、前記他の1つの光電変換部の側に配置されたものである。 A solid-state imaging device according to a twenty-second aspect is the solid-state imaging device according to the twenty-first aspect, wherein the transfer switches are transistors, and in each pixel block, a diffusion region serving as a source or a drain of one of the transfer switches , and a diffusion region serving as a source or a drain of another transfer switch among the transfer switches is divided between one photoelectric conversion unit and the other photoelectric conversion unit among the photoelectric conversion units. One diffusion region provided between one photoelectric conversion unit and one photoelectric conversion unit is also used. In each pixel block, the gate electrode of the other transfer switch is arranged on the other photoelectric conversion unit side of the one diffusion region.
第23の態様による固体撮像素子は、第21又は第22の態様において、前記複数の光電変換部の数及び前記複数の転送スイッチの数が、それぞれ2つであるものである。 A solid-state imaging device according to a twenty-third aspect is the solid-state imaging device according to the twenty-first or twenty-second aspect, wherein the number of the plurality of photoelectric conversion units and the number of the plurality of transfer switches are two each.
第24の態様による固体撮像素子は、前記第17乃至第23のいずれかの態様において、前記各第1のスイッチ部及び前記各第2のスイッチ部がオフ状態である場合における前記第2のノードと基準電位との間の容量の値は、前記第1のスイッチ部がオフ状態である場合における当該第1のノードと前記基準電位との間の容量の値に対して±20%の範囲内の値であるものである。 A solid-state imaging device according to a twenty-fourth aspect is the solid-state imaging device according to any one of the seventeenth to twenty-third aspects, wherein the second node when the first switch units and the second switch units are in an off state and the reference potential is within a range of ±20% of the value of the capacitance between the first node and the reference potential when the first switch section is in the OFF state. is the value of
第25の態様による固体撮像素子は、前記第17乃至第24のいずれかの態様において、前記第2のノードに接続されている配線の少なくとも一部の幅が前記画素ブロック内の他の配線の幅よりも広いこと、前記第2のノードにMOS容量が接続されていること、及び、前記第1のスイッチ部及び前記第2のスイッチ部のいずれも構成しない拡散容量が前記第2のゲートに接続されていること、のうちのいずれか1つ以上を満たすものである。 A solid-state imaging device according to a twenty-fifth aspect is the solid-state imaging device according to any one of the seventeenth to twenty-fourth aspects, wherein the width of at least part of the wiring connected to the second node is wider than that of other wirings in the pixel block. a MOS capacitor is connected to the second node; and a diffusion capacitor forming neither the first switch section nor the second switch section is connected to the second gate. being connected.
第26の態様による撮像装置は、前記第1乃至第25のいずれかの態様による固体撮像素子を備えたものである。 An imaging device according to a twenty-sixth aspect comprises the solid-state imaging device according to any one of the first to twenty-fifth aspects.
第27の態様による撮像装置は、前記第2、第3、第5、第6、第9、第11、第18及び第20のいずれかの態様による固体撮像素子と、ISO感度の設定値に応じて前記第1の動作モードと前記第2の動作モードとを切り替える制御手段と、を備えたものである。
前記課題を解決するための手段として、以下の各態様も提示する。第1の面による撮像素子は、行方向と列方向とに並んで配置される複数の画素ブロックを備える撮像素子であって、前記画素ブロックは、光を電荷に変換する複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第1拡散部を有するノードと、前記ノードと、所定電圧が供給される電源線との間の接続を制御するリセットトランジスタと、前記ノードと、前記列方向において隣に並んで配置される他の前記画素ブロックが有する前記ノードとの間の接続を制御する連結トランジスタと、を有し、前記リセットトランジスタと前記連結トランジスタとは、前記ノードと電気的に接続される第2拡散部を共有し、前記第1拡散部と前記第2拡散部とは、配線により電気的に接続されるものである。
第2の面による撮像素子は、前記第1の面において、前記リセットトランジスタは、前記第1拡散部をソースとして形成されるものである。
第3の面による撮像素子は、前記第1又は第2の面において、前記連結トランジスタは、前記第1拡散部をソースとして形成されるものである。
第4の面による撮像素子は、行方向と列方向とに並んで配置される複数の画素ブロックを備える撮像素子であって、前記画素ブロックは、光を電荷に変換する複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第1拡散部を有するノードと、前記ノードと、所定電圧が供給される電源線との間の接続を制御するリセットトランジスタと、前記ノードと、前記列方向において隣に並んで配置される他の前記画素ブロックが有する前記ノードとの間の接続を制御する連結トランジスタとを有し、前記リセットトランジスタのソースは、前記ノードと電気的に接続される第2拡散部により形成され、前記連結トランジスタのソースは、前記第2拡散部により形成され、前記第1拡散部と前記第2拡散部とは、配線により電気的に接続されるものである。
第5の面による撮像素子は、前記第1乃至第4のいずれかの面において、前記第2拡散部は、前記行方向において前記リセットトランジスタのゲートと前記連結トランジスタのゲートとの間に配置されるものである。
第6の面による撮像素子は、前記第1乃至第5のいずれかの面において、前記配線に接続されるゲートを有する増幅トランジスタを備えるものである。
第7の面による撮像素子は、前記第6の面において、前記増幅トランジスタのゲート幅は、前記リセットトランジスタのゲート幅よりも大きいものである。
第8の面による撮像素子は、前記第6又は第7の面において、前記増幅トランジスタのゲート幅は、前記連結トランジスタのゲート幅よりも大きいものである。
第9の面による撮像素子は、前記第6乃至第8のいずれかの面において、前記増幅トランジスタのドレインは、前記電源線に電気的に接続されるものである。
第10の面による撮像素子は、前記第6乃至第9のいずれかの面において、前記増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタからの信号が出力される信号線との間の接続を制御する選択トランジスタを備え、前記増幅トランジスタのソースは、前記第2拡散部とは異なる位置に配置される第3拡散部により形成され、前記選択トランジスタのドレインは、前記第3拡散部により形成されるものである。
第11の面による撮像素子は、前記第10の面において、前記第3拡散部は、前記行方向において前記増幅トランジスタのゲートと前記選択トランジスタのゲートとの間に配置されるものである。
第12の面による撮像素子は、前記第10又は第11の面において、前記増幅トランジスタのゲート幅は、前記選択トランジスタのゲート幅よりも大きいものである。
第13の面による撮像素子は、前記第1乃至第12のいずれかの面において、前記複数の光電変換部は、前記列方向に並んで配置されるものである。
第14の面による撮像素子は、行方向と列方向とに並んで配置され、光電変換された電荷が転送される第1拡散部を有する複数のノードと、前記複数のノードのうち第1ノードと、所定電圧が供給される電源線との間の接続を制御するリセットトランジスタと、前記第1ノードと、前記複数のノードのうち第2ノードとの間の接続を制御する連結トランジスタと、を備え、前記第1ノードと前記第2ノードとは、前記列方向において隣に並んで配置され、前記第1拡散部は、複数の光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送され、前記リセットトランジスタと前記連結トランジスタとは、前記第1ノードと電気的に接続される第2拡散部を共有し、前記第1拡散部と前記第2拡散部とは、配線により電気的に接続されるものである。
第15の面による撮像素子は、前記第14の面において、前記リセットトランジスタは、前記第2拡散部をソースとして形成されるものである。
第16の面による撮像素子は、前記第14又は第15の面において、前記連結トランジスタは、前記第2拡散部をソースとして形成されるものである。
第17の面による撮像素子は、行方向と列方向とに並んで配置され、光電変換された電荷が転送される第1拡散部を有する複数のノードと、前記複数のノードのうち第1ノードと、所定電圧が供給される電源線との間の接続を制御するリセットトランジスタと、前記第1ノードと、前記複数のノードのうち第2ノードとの間の接続を制御する連結トランジスタと、を備え、前記第1ノードと前記第2ノードとは、前記列方向において隣に並んで配置され、前記第1拡散部は、複数の光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送され、前記リセットトランジスタのソースは、前記ノードと電気的に接続される第2拡散部により形成され、前記連結トランジスタのソースは、前記第2拡散部により形成され、前記第1拡散部と前記第2拡散部とは、配線により電気的に接続されるものである。
第18の面による撮像素子は、前記第14乃至第17のいずれかの面において、前記第2拡散部は、前記行方向において前記リセットトランジスタのゲートと前記連結トランジスタのゲートとの間に配置されるものである。
第19の面による撮像素子は、前記第14乃至第18のいずれかの面において、前記配線に接続されるゲートを有する増幅トランジスタを備えるものである。
第20の面による撮像素子は、前記第19の面において、前記増幅トランジスタのゲート幅は、前記リセットトランジスタのゲート幅よりも大きいものである。
第21の面による撮像素子は、前記第19又は第20の面において、前記増幅トランジスタのゲート幅は、前記連結トランジスタのゲート幅よりも大きいものである。
第22の面による撮像素子は、前記第22乃至第24のいずれかの面において、前記増幅トランジスタのドレインは、前記電源線に電気的に接続されるものである。
第23の面による撮像素子は、前記第19乃至第22のいずれかの面において、前記増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタからの信号が出力される信号線との間の接続を制御する選択トランジスタを備え、前記増幅トランジスタのソースは、前記第2拡散部とは異なる位置に配置される第3拡散部により形成され、前記選択トランジスタのドレインは、前記第3拡散部により形成されるものである。
第24の面による撮像素子は、前記第23の面において、前記第3拡散部は、前記行方向において前記増幅トランジスタのゲートと前記選択トランジスタのゲートとの間に配置されるものである。
第25の面による撮像素子は、前記第23又は第24の面において、前記増幅トランジスタのゲート幅は、前記選択トランジスタのゲート幅よりも大きいものである。
第26の面による撮像素子は、前記第14乃至第25のいずれかの面において、前記複数の光電変換部は、前記列方向に並んで配置されるものである。
第27の面による撮像装置は、前記第1乃至第26のいずれかの面による撮像素子を備えるものである。
An imaging device according to a twenty-seventh aspect comprises a solid-state imaging device according to any one of the second, third, fifth, sixth, ninth, eleventh, eighteenth and twentieth aspects, and an ISO sensitivity set value and control means for switching between the first operation mode and the second operation mode accordingly.
The following aspects are also presented as means for solving the above problems. The imaging element by the first surface is an imaging element having a plurality of pixel blocks arranged side by side in a row direction and a column direction, wherein the pixel blocks include a plurality of photoelectric conversion units that convert light into electric charges. a node having a first diffusion portion to which charges converted by the plurality of photoelectric conversion portions are transferred; a reset transistor for controlling connection between the node and a power supply line to which a predetermined voltage is supplied; a connection transistor for controlling connection between the node and the node of another pixel block arranged adjacently in the column direction , wherein the reset transistor and the connection transistor are: A second diffusion portion electrically connected to the node is shared , and the first diffusion portion and the second diffusion portion are electrically connected by wiring .
In the imaging device according to the second surface, in the first surface, the reset transistor is formed using the first diffusion portion as a source.
The imaging device according to the third surface is such that, in the first or second surface, the connecting transistor is formed using the first diffusion portion as a source.
The image pickup device according to the fourth surface is an image pickup device including a plurality of pixel blocks arranged side by side in the row direction and the column direction, wherein the pixel blocks include a plurality of photoelectric conversion units that convert light into electric charges. a node having a first diffusion portion to which charges converted by the plurality of photoelectric conversion portions are transferred; a reset transistor for controlling connection between the node and a power supply line to which a predetermined voltage is supplied; a connection transistor for controlling connection between the node and the node of another pixel block arranged adjacently in the column direction, the source of the reset transistor being electrically connected to the node; the source of the connecting transistor is formed by the second diffusion portion; and the first diffusion portion and the second diffusion portion are electrically connected by a wiring. It is what is done.
A fifth aspect of the imaging device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the second diffusion portion is arranged between the gate of the reset transistor and the gate of the coupling transistor in the row direction. It is a thing.
The imaging device according to the sixth aspect includes an amplifying transistor having a gate connected to the wiring in any one of the first to fifth aspects .
In the imaging device according to the seventh aspect, in the sixth aspect, the gate width of the amplifying transistor is larger than the gate width of the reset transistor.
In the imaging device according to the eighth aspect, in the sixth or seventh aspect, the gate width of the amplifying transistor is larger than the gate width of the connecting transistor.
A ninth aspect of the imaging device according to any one of the sixth to eighth aspects is such that the drain of the amplifying transistor is electrically connected to the power supply line.
The imaging device according to the tenth aspect, in any one of the sixth to ninth aspects, further includes a selection transistor for controlling connection between the amplification transistor and a signal line through which a signal from the amplification transistor is output. The source of the amplifying transistor is formed by a third diffusion arranged at a position different from that of the second diffusion, and the drain of the selection transistor is formed by the third diffusion.
The imaging device according to the eleventh aspect is the tenth aspect, wherein the third diffusion portion is arranged between the gate of the amplification transistor and the gate of the selection transistor in the row direction.
In the imaging device according to the twelfth aspect, in the tenth or eleventh aspect, the gate width of the amplification transistor is larger than the gate width of the selection transistor.
The thirteenth surface of the imaging element is such that the plurality of photoelectric conversion units are arranged side by side in the column direction on any one of the first to twelfth surfaces .
an imaging device having a fourteenth surface, a plurality of nodes arranged side by side in a row direction and a column direction and having a first diffusion portion to which photoelectrically converted charges are transferred; and a first node among the plurality of nodes. and a power supply line to which a predetermined voltage is supplied; a connection transistor for controlling connection between the first node and a second node among the plurality of nodes; wherein the first node and the second node are arranged next to each other in the column direction, and the first diffusion portion receives charges converted by the plurality of photoelectric conversion portions and is transferred to the reset node. The transistor and the connecting transistor share a second diffusion portion electrically connected to the first node, and the first diffusion portion and the second diffusion portion are electrically connected by a wiring. is.
A fifteenth aspect of the imaging device according to the fourteenth aspect is characterized in that the reset transistor is formed using the second diffusion portion as a source.
The sixteenth aspect of the imaging device is such that, in the fourteenth or fifteenth aspect, the coupling transistor is formed with the second diffusion portion as a source.
an imaging element having a seventeenth surface, a plurality of nodes arranged side by side in a row direction and a column direction and having a first diffusion portion to which photoelectrically converted charges are transferred; and a first node among the plurality of nodes. and a power supply line to which a predetermined voltage is supplied; a connection transistor for controlling connection between the first node and a second node among the plurality of nodes; wherein the first node and the second node are arranged next to each other in the column direction, and the first diffusion portion receives charges converted by the plurality of photoelectric conversion portions and is transferred to the reset node. A source of the transistor is formed by a second diffusion electrically connected to the node, a source of the connecting transistor is formed by the second diffusion , the first diffusion and the second diffusion. are electrically connected by wiring .
The image sensor according to the eighteenth aspect is any one of the fourteenth to seventeenth aspects, wherein the second diffusion portion is arranged between the gate of the reset transistor and the gate of the connection transistor in the row direction. It is a thing.
The image pickup device according to the nineteenth aspect, in any one of the fourteenth to eighteenth aspects , includes an amplification transistor having a gate connected to the wiring.
In the imaging device according to the twentieth aspect, in the nineteenth aspect, the gate width of the amplifying transistor is larger than the gate width of the reset transistor.
A twenty -first aspect of the imaging device is, in the nineteenth or twentieth aspect, wherein the gate width of the amplifying transistor is larger than the gate width of the connecting transistor.
The imaging device according to the 22nd aspect is, in any one of the 22nd to 24th aspects, wherein the drain of the amplifying transistor is electrically connected to the power supply line.
The imaging device according to the 23rd aspect, in any one of the 19th to 22nd aspects, further includes a selection transistor for controlling connection between the amplification transistor and a signal line through which a signal from the amplification transistor is output. The source of the amplifying transistor is formed by a third diffusion arranged at a position different from that of the second diffusion, and the drain of the selection transistor is formed by the third diffusion.
The imaging device according to the twenty -fourth aspect is such that, in the twenty -third aspect, the third diffusion portion is arranged between the gate of the amplification transistor and the gate of the selection transistor in the row direction.
In the twenty -fifth aspect of the imaging device according to the twenty -third or twenty -fourth aspect, the gate width of the amplification transistor is larger than the gate width of the selection transistor.
In the imaging element of the twenty-sixth surface, the plurality of photoelectric conversion units are arranged in the column direction on any one of the fourteenth to twenty-fifth surfaces .
The image pickup device according to the twenty -seventh aspect comprises an image pickup device according to any one of the first to twenty -sixth aspects.
本発明によれば、ダイナミックレンジを拡大させることができるとともに、高感度読出し時のSN比を向上させることができる固体撮像素子、及び、これを用いた撮像装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device capable of expanding the dynamic range and improving the SN ratio during high-sensitivity readout, and an imaging apparatus using the same.
以下、本発明による固体撮像素子及び撮像装置について、図面を参照して説明する。 A solid-state imaging device and an imaging device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態による電子カメラ1を模式的に示す概略ブロック図である。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic block diagram schematically showing an
本実施の形態による電子カメラ1は、例えば一眼レフのデジタルカメラとして構成されるが、本発明による撮像装置は、これに限らず、コンパクトカメラなどの他の電子カメラや、携帯電話に搭載された電子カメラや、動画を撮像するビデオカメラ等の電子カメラなどの種々の撮像装置に適用することができる。
The
電子カメラ1には、撮影レンズ2が装着される。この撮影レンズ2は、レンズ制御部3によってフォーカスや絞りが駆動される。この撮影レンズ2の像空間には、固体撮像素子4の撮像面が配置される。
A photographing
固体撮像素子4は、撮像制御部5の指令によって駆動され、デジタルの画像信号を出力する。通常の本撮影時(静止画撮影時)などでは、撮像制御部5は、例えば、全画素を同時にリセットするいわゆるグローバルリセット後に、図示しないメカニカルシャッタで露光した後に、所定の読み出し動作を行うように固体撮像素子4を制御する。また、電子ビューファインダーモード時や動画撮影時などでは、撮像制御部5は、例えばいわゆるローリング電子シャッタを行いつつ所定の読み出し動作を行うように固体撮像素子4を制御する。これらのとき、撮像制御部5は、後述するように、ISO感度の設定値に応じて、後述する各動作モードの読み出し動作を行うように、固体撮像素子4を制御する。デジタル信号処理部6は、固体撮像素子4から出力されるデジタルの画像信号に対して、デジタル増幅、色補間処理、ホワイトバランス処理などの画像処理等を行う。デジタル信号処理部6による処理後の画像信号は、メモリ7に一旦蓄積される。メモリ7は、バス8に接続されている。バス8には、レンズ制御部3、撮像制御部5、CPU9、液晶表示パネル等の表示部10、記録部11、画像圧縮部12及び画像処理部13なども接続される。CPU9には、レリーズ釦などの操作部14が接続される。操作部14によって、ISO感度を設定することができるようになっている。記録部11には記録媒体11aが着脱自在に装着される。
The solid-
電子カメラ1内のCPU9は、操作部14の操作により電子ビューファインダーモードや動画撮影や通常の本撮影(静止画撮影)などが指示されると、それに合わせて撮像制御部5を駆動する。このとき、レンズ制御部3によって、フォーカスや絞りが適宜調整される。固体撮像素子4は、撮像制御部5の指令によって駆動され、デジタルの画像信号を出力する。固体撮像素子4からのデジタルの画像信号は、デジタル信号処理部6で処理された後に、メモリ7に蓄積される。CPU9は、電子ビューファインダーモード時にはその画像信号を表示部10に画像表示させ、動画撮影時にはその画像信号を記録媒体11aに記録する。通常の本撮影時(静止画撮影時)などの場合は、CPU9は、固体撮像素子4からのデジタルの画像信号がデジタル信号処理部6で処理されてメモリ7に蓄積された後に、操作部14の指令に基づき、必要に応じて画像処理部13や画像圧縮部12にて所望の処理を行い、記録部11に処理後の信号を出力させ記録媒体11aに記録する。
The
図2は、図1中の固体撮像素子4の概略構成を示す回路図である。図3は、図2中の列方向に順次並んだ3つの画素ブロックBLの付近を拡大して示す回路図である。図4は、図3に示す3つの画素ブロックBLの付近を模式的に示す概略平面図である。図5は、図4中の1つの画素ブロックBLの付近を拡大して示す概略平面図である。本実施の形態では、固体撮像素子4は、CMOS型の固体撮像素子として構成されているが、これに限らず、例えば、他のXYアドレス型固体撮像素子として構成してもよい。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the solid-
固体撮像素子4は、図2乃至図4に示すように、N行M列に2次元マトリクス状に配置されそれぞれ2つの画素PX(PXA,PXB)を有する画素ブロックBLと、画素ブロックBLの1つ当たり複数の連結スイッチとしての連結トランジスタSWa,SWbと、垂直走査回路21と、画素ブロックBLの行毎に設けられた制御線22~27と、画素PXの列毎に(画素ブロックBLの列毎に)設けられ対応する列の画素PX(画素ブロックBL)からの信号を受け取る複数の(M本の)垂直信号線28と、各垂直信号線28に設けられた定電流源29と、各垂直信号線28に対応して設けられたカラムアンプ30、CDS回路(相関2重サンプリング回路)31及びA/D変換器32と、水平読み出し回路33とを有している。
As shown in FIGS. 2 to 4, the solid-
なお、カラムアンプ30として、アナログ増幅器を用いてもよいし、いわゆるスイッチトキャパシタアンプを用いてもよい。また、カラムアンプ30は、必ずしも設けなくてもよい。
As the
図面表記の便宜上、図2ではM=2として示しているが、列数Mは実際にはより多くの任意の数にされる。また、行数Nも限定されない。画素ブロックBLを行毎に区別する場合、j行目の画素ブロックBLは符号BL(j)で示す。この点は、他の要素や後述する制御信号についても同様である。図2及び図3には、3行に渡るn-1行目乃至n+1行目の画素ブロックBL(n-1)~BL(n+1)が示されている。 For the sake of drawing notation, M=2 is shown in FIG. 2, but the number of columns M is actually a larger arbitrary number. Also, the number of lines N is not limited. When the pixel blocks BL are distinguished row by row, the pixel block BL of the j-th row is indicated by the symbol BL(j). This point also applies to other elements and control signals to be described later. FIGS. 2 and 3 show pixel blocks BL(n−1) to BL(n+1) on the n−1th to n+1th rows over three rows.
なお、図面では、画素ブロックBLのうち図2及び図3中下側の画素の符号をPXAとし、図2及び図3中上側の画素の符号をPXBとして、両者を区別しているが、両者を区別しないで説明するときには両者に符号PXを付して説明する場合がある。また、図面では、画素PXAのフォトダイオードの符号をPDAとし、画素PXBのフォトダイオードの符号をPDBとして、両者を区別しているが、両者を区別しないで説明するときには両者に符号PDを付して説明する場合がある。同様に、画素PXAの転送トランジスタの符号をTXAとし、画素PXBの転送トランジスタの符号をTXBとして、両者を区別しているが、両者を区別しないで説明するときには両者に符号TXを付して説明する場合がある。なお、本実施の形態では、画素PXのフォトダイオードPDは、2N行M列に2次元マトリクス状に配置されている。 In the drawings, the pixels on the lower side in FIGS. 2 and 3 of the pixel block BL are denoted by PXA, and the pixels on the upper side in FIGS. 2 and 3 are denoted by PXB. When the explanation is made without distinguishing between them, the reference numeral PX may be attached to both. In the drawings, the photodiode of the pixel PXA is denoted by PDA, and the photodiode of the pixel PXB is denoted by PDB. may explain. Similarly, the transfer transistor of the pixel PXA is denoted by TXA, and the transfer transistor of the pixel PXB is denoted by TXB. Sometimes. In this embodiment, the photodiodes PD of the pixel PX are arranged in a two-dimensional matrix with 2N rows and M columns.
本実施の形態では、各画素PXは、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部としてのフォトダイオードPDと、フォトダイオードPDからノードPに電荷を転送する転送スイッチとしての転送トランジスタTXとを有している。 In the present embodiment, each pixel PX includes a photodiode PD as a photoelectric conversion unit that generates and accumulates signal charges according to incident light, and a transfer transistor as a transfer switch that transfers charges from the photodiode PD to the node P. TX.
本実施の形態では、複数の画素PXは、フォトダイオードPDが列方向に順次並んだ2個の画素PX(PXA,PXB)毎に画素ブロックBLをなしている。図2及び図3に示すように、各画素ブロックBL毎に、当該画素ブロックBLに属する2個の画素PX(PXA,PXB)が、1組のノードP、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST及び選択トランジスタSELを共有している。ノードPには基準電位との間に容量(電荷電圧変換容量)が形成され、その容量によって、ノードPに転送されてきた電荷が電圧に変換される。増幅トランジスタAMPは、ノードPの電位に応じた信号を出力する増幅部を構成している。リセットトランジスタRSTは、ノードPの電位をリセットするリセットスイッチを構成している。選択トランジスタSELは、当該画素ブロックBLを選択するための選択部を構成している。フォトダイオードPD及び転送トランジスタTXは、2個の画素PX(PXA,PXB)で共有されることなく、画素PX毎に設けられている。図2及び図3では、nは画素ブロックBLの行を示している。例えば、1行目の画素PX(PXA)と2行目の画素PX(PXB)とにより1行目の画素ブロックBLが構成され、3行目の画素PX(PXA)と4行目の画素PX(PXB)とにより2行目の画素ブロックBLが構成されている。 In the present embodiment, the plurality of pixels PX form a pixel block BL for every two pixels PX (PXA, PXB) in which the photodiodes PD are arranged sequentially in the column direction. As shown in FIGS. 2 and 3, for each pixel block BL, two pixels PX (PXA, PXB) belonging to the pixel block BL are connected to one set of nodes P, amplification transistor AMP, reset transistor RST, and selection transistor RST. They share the transistor SEL. A capacitor (charge-voltage conversion capacitor) is formed between the node P and a reference potential, and the charge transferred to the node P is converted into a voltage by the capacitor. The amplification transistor AMP constitutes an amplification section that outputs a signal corresponding to the potential of the node P. FIG. The reset transistor RST constitutes a reset switch that resets the potential of the node P. The selection transistor SEL constitutes a selection section for selecting the pixel block BL. A photodiode PD and a transfer transistor TX are provided for each pixel PX without being shared by two pixels PX (PXA, PXB). In FIGS. 2 and 3, n indicates the row of the pixel block BL. For example, the pixels PX (PXA) of the first row and the pixels PX (PXB) of the second row constitute the pixel block BL of the first row, and the pixels PX (PXA) of the third row and the pixels PX of the fourth row are formed. (PXB) constitute the pixel block BL of the second row.
なお、本発明では、例えば、フォトダイオードPDが列方向に順次並んだ3個以上の画素PX毎に画素ブロックBLを構成するようにしてもよい。 Note that, in the present invention, for example, the pixel block BL may be configured for each of three or more pixels PX in which the photodiodes PD are arranged sequentially in the column direction.
図面には示していないが、本実施の形態では、各々の画素PXのフォトダイオードPDの光入射側には、それぞれが異なる色成分の光を透過させる複数種類のカラーフィルタが、所定の色配列(例えば、ベイヤー配列)で配置されている。画素PXは、カラーフィルタでの色分解によって各色に対応する電気信号を出力する。 Although not shown in the drawings, in the present embodiment, a plurality of types of color filters that transmit light of different color components are arranged in a predetermined color arrangement on the light incident side of the photodiode PD of each pixel PX. (for example, Bayer array). The pixel PX outputs an electric signal corresponding to each color through color separation by a color filter.
各画素ブロックBLのうちの列方向に互いに隣り合う各2つの画素ブロックBLについて、一方の画素ブロックBLのノードPと他方の画素ブロックBLのノードPとの間に設けられた電気的な接続路(接続部)であってその間に固有の接続路(接続部)中に、2つの連結スイッチとしての2つの連結トランジスタSWa,SWbが直列に設けられている。これによって、本実施の形態では、3つ以上の画素ブロックBLのノードPが、複数の前記接続路(接続部)により数珠繋ぎ状に接続されている。それらの2つの連結トランジスタSWa,SWbのうち、連結トランジスタSWaは、図2及び図3中の下側の画素ブロックBLのノードPの側に配置されたものであり、連結トランジスタSWbは、図2及び図3中の上側の画素ブロックBLのノードPの側に配置されたものである。 An electrical connection path provided between a node P of one pixel block BL and a node P of the other pixel block BL for each two pixel blocks BL that are adjacent to each other in the column direction of each pixel block BL. Two connection transistors SWa, SWb as two connection switches are provided in series in a connection path (connection) which is a (connection) between them. Thus, in the present embodiment, the nodes P of three or more pixel blocks BL are connected in a daisy chain by the plurality of connection paths (connection portions). Of these two connecting transistors SWa and SWb, the connecting transistor SWa is arranged on the node P side of the pixel block BL on the lower side in FIGS. and the node P side of the upper pixel block BL in FIG.
例えば、n行目の画素ブロックBL(n)のノードP(n)とn+1行目の画素ブロックBLのノードP(n+1)との間の電気的な接続路であってその間に固有の接続路中に、2つの連結トランジスタSWa(n),SWb(n)が直列に設けられている。図4に示すように、連結トランジスタSWa(n)は画素ブロックBL(n)の領域内に形成される一方、連結トランジスタSWb(n)は画素ブロックBL(n+1)の領域内に形成されているが、これらの連結トランジスタSWa(n),SWb(n)には、同じ固有の接続路中に直列に設けられていることを示すために、符号の末尾に同じ(n)を付している。なお、本発明では、前記各固有の接続路中に3個以上の連結スイッチを直列に設けてもよいが、構造を簡単にするために、本実施の形態のように、前記各固有の接続路中に2個の連結トランジスタSWa,SWbを直列に設けることが好ましい。 For example, an electrical connection path between the node P(n) of the n-th pixel block BL(n) and the node P(n+1) of the n+1-th pixel block BL, and a unique connection path therebetween. Two connecting transistors SWa(n) and SWb(n) are provided in series therein. As shown in FIG. 4, the connection transistor SWa(n) is formed within the region of the pixel block BL(n), while the connection transistor SWb(n) is formed within the region of the pixel block BL(n+1). However, these connecting transistors SWa(n) and SWb(n) are given the same (n) at the end of their reference numerals to indicate that they are provided in series in the same unique connection path. . In the present invention, three or more connecting switches may be provided in series in each specific connection path. Preferably, two coupling transistors SWa, SWb are provided in series in the path.
図2及び図3において、VDDは電源電位である。なお、本実施の形態では、トランジスタTXA,TXB,AMP,RST,SEL,SWa,SWbは、全てnMOSトランジスタである。 2 and 3, VDD is the power supply potential. In this embodiment, the transistors TXA, TXB, AMP, RST, SEL, SWa, and SWb are all nMOS transistors.
転送トランジスタTXAのゲートは行毎に制御線26に共通に接続され、そこには、制御信号φTXAが垂直走査回路21から供給される。転送トランジスタTXBのゲートは行毎に制御線25に共通に接続され、そこには、制御信号φTXBが垂直走査回路21から供給される。リセットトランジスタRSTのゲートは行毎に制御線24に共通に接続され、そこには、制御信号φRSTが垂直走査回路21から供給される。選択トランジスタSELのゲートは行毎に制御線23に共通に接続され、そこには、制御信号φSELが垂直走査回路21から供給される。連結トランジスタSWaのゲートは行毎に制御線22に共通に接続され、そこには、制御信号φSWaが垂直走査回路21から供給される。連結トランジスタSWbのゲートは行毎に制御線27に共通に接続され、そこには、制御信号φSWbが垂直走査回路21から供給される。例えば、転送トランジスタTXA(n)のゲートには制御信号φTXA(n)が供給され、転送トランジスタTXB(n)のゲートには制御信号φTXB(n)が供給され、リセットトランジスタRST(n)のゲートには制御信号φRST(n)が供給され、選択トランジスタSEL(n)のゲートには制御信号φSEL(n)が供給され、連結トランジスタSWa(n)のゲートには制御信号φSWa(n)が供給され、連結トランジスタSWb(n)のゲートには制御信号φSWb(n)が供給される。
Gates of the transfer transistors TXA are commonly connected to the
各トランジスタTXA,TXB,RST,SEL,SWa,SWbは、対応する制御信号φTXA,φTXB,φRST,φSEL,φSWa,φSWbがハイレベル(H)のときにオンし、ローレベル(L)のときにオフする。 Each of the transistors TXA, TXB, RST, SEL, SWa, and SWb turns on when the corresponding control signals φTXA, φTXB, φRST, φSEL, φSWa, and φSWb are at high level (H), and turns on when they are at low level (L). turn off.
垂直走査回路21は、図1中の撮像制御部5による制御下で、画素ブロックBLの行毎に、制御信号φTXA,φTXB,φRST,φSEL,φSWa,φSWbをそれぞれ出力し、画素ブロックBL、連結トランジスタSWa,SWbを制御し、静止画読み出し動作や動画読み出し動作などを実現する。この制御において、例えばISO感度の設定値に応じて、後述する各動作モードの読み出し動作が行われる。この制御によって、各垂直信号線28には、それに対応する列の画素PXの信号(アナログ信号)が供給される。
The
本実施の形態では、垂直走査回路21は、後述する各動作モードを、図1中の撮像制御部5からの指令(制御信号)に応じて切り替えて行う制御部を構成している。
In the present embodiment, the
垂直信号線28に読み出された信号は、各列毎に、カラムアンプ30で増幅され更にCDS回路31にて光信号(画素PXで光電変換された光情報を含む信号)と暗信号(光信号から差し引くべきノイズ成分を含む差分用信号)との差分を得る処理が施された後に、A/D変換器32にてデジタル信号に変換され、そのデジタル信号はA/D変換器32に保持される。各A/D変換器32に保持されたデジタルの画像信号は、水平読み出し回路33によって水平走査され、必要に応じて所定の信号形式に変換されて、外部(図1中のデジタル信号処理部6)へ出力される。
A signal read out to the
なお、CDS回路31は、図1中の撮像制御部5による制御下でタイミング発生回路(図示せず)から暗信号サンプリング信号φDARKCを受け、φDARKCがハイレベル(H)の場合にカラムアンプ30の出力信号を暗信号としてサンプリングするとともに、図1中の撮像制御部5による制御下で前記タイミング発生回路から光信号サンプリング信号φSIGCを受け、φSIGCがHの場合にカラムアンプ30の出力信号を光信号としてサンプリングする。そして、CDS回路31は、前記タイミング発生回路からのクロックやパルスに基づいて、サンプリングした暗信号と光信号との差分に応じた信号を出力する。このようなCDS回路31の構成としては、公知の構成を採用することができる。
The
ここで、図4及び図5を参照して、画素ブロックBLの構造について説明する。実際には、フォトダイオードPDの上部にはカラーフィルタやマイクロレンズ等が配置されるが、図4及び図5では省略している。なお、図4及び図5において、電源線、グランド線及び制御線22~27等のレイアウトは省略している。
Here, the structure of the pixel block BL will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. In practice, a color filter, a microlens, and the like are arranged above the photodiode PD, but they are omitted in FIGS. 4 and 5, layouts of power supply lines, ground lines,
本実施の形態では、N型シリコン基板(図示せず)上にP型ウエル(図示せず)が設けられ、前記P型ウエル中にフォトダイオードPDなどの画素ブロックBLにおける各素子が配置されている。図5において、符号41~49は、前述した各トランジスタの一部となっているN型不純物拡散領域である。符号61~67は、ポリシリコンによる各トランジスタのゲート電極である。なお、拡散領域42,45は、図示しない電源線により電源電圧VDDが印加される領域である。
In this embodiment, a P-type well (not shown) is provided on an N-type silicon substrate (not shown), and each element in the pixel block BL such as the photodiode PD is arranged in the P-type well. there is In FIG. 5,
フォトダイオードPDA(n),PDB(n)は、前記P型ウエル中に設けられたN型の電荷蓄積層(図示せず)とその表面側に配置されたP型の空乏化防止層(図示せず)からなる埋め込み型フォトダイオードである。フォトダイオードPDA(n),PDB(n)は、入射する光を光電変換し、生じた電荷をその電荷蓄積層に蓄積する。 The photodiodes PDA(n) and PDB(n) are composed of an N-type charge accumulation layer (not shown) provided in the P-type well and a P-type depletion prevention layer (not shown) arranged on the surface side thereof. not shown). The photodiodes PDA(n) and PDB(n) photoelectrically convert incident light and store the generated charges in their charge storage layers.
転送トランジスタTXA(n)は、フォトダイオードPDA(n)の電荷蓄積層をソース、拡散領域41をドレイン、ゲート電極61をゲートとするnMOSトランジスタである。転送トランジスタTXB(n)は、フォトダイオードPDB(n)の電荷蓄積層をソース、拡散領域41をドレイン、ゲート電極62をゲートとするnMOSトランジスタである。拡散領域41は、フォトダイオードPDA(n)とフォトダイオードPDB(n)との間に設けられている。拡散領域41は、転送トランジスタTXA(n)のドレインとなる拡散領域及び転送トランジスタTXB(n)のドレインとなる拡散領域として、兼用されている。転送トランジスタTXA(n)のゲート電極61は、拡散領域41のフォトダイオードPDA(n)側に配置されている。転送トランジスタTXB(n)のゲート電極62は、拡散領域41のフォトダイオードPDB(n)側に配置されている。
The transfer transistor TXA(n) is an nMOS transistor having the charge storage layer of the photodiode PDA(n) as the source, the
増幅トランジスタAMP(n)は、拡散領域42をドレイン、拡散領域43をソース、ゲート電極63をゲートとするnMOSトランジスタである。選択トランジスタSEL(n)は、拡散領域43をドレイン、拡散領域44をソース、ゲート電極64をゲートとするnMOSトランジスタである。拡散領域44は、垂直信号線28に接続されている。リセットトランジスタRST(n)は、拡散領域45をドレイン、拡散領域46をソース、ゲート電極65をゲートとするnMOSトランジスタである。
The amplification transistor AMP(n) is an nMOS transistor having the
連結トランジスタSWa(n)は、拡散領域46をソース、拡散領域47をドレイン、ゲート電極66をゲートとするnMOSトランジスタである。連結トランジスタSWb(n-1)は、拡散領域48をドレイン、拡散領域49をソース、ゲート電極67をゲートとするnMOSトランジスタである。
The connection transistor SWa(n) is an nMOS transistor having the
画素ブロックBL(n)のゲート電極63及び拡散領域41,46並びに連結トランジスタSWb(n-1)の拡散領域48間が、配線71(n)によって互いに電気的に接続されて導通している。本実施の形態では、ノードP(n)は、配線71(n)及びこれに対して電気的に接続されて導通している箇所全体に相当している。
The
n行目以外の画素ブロックBLの構造も、前述したn行目の画素ブロックBL(n)の構造と同様である。連結トランジスタSWa(n)以外の連結トランジスタSWaの構造も、前述した連結トランジスタSWa(n)の構造と同様である。連結トランジスタSWb(n)以外の連結トランジスタSWbの構造も、前述した連結トランジスタSWb(n)の構造と同様である。 The structure of the pixel blocks BL other than the n-th row is also the same as the structure of the n-th pixel block BL(n) described above. The structure of the connection transistor SWa other than the connection transistor SWa(n) is also the same as the structure of the connection transistor SWa(n) described above. The structure of the connection transistor SWb other than the connection transistor SWb(n) is also the same as the structure of the connection transistor SWb(n) described above.
そして、前記各固有の接続路中に直列に設けられている2個の連結トランジスタSWa,SWbについて、連結トランジスタSWaの拡散領域47と連結トランジスタSWbの拡散領域49との間が、配線72によって接続されている。例えば、連結トランジスタSWa(n-1)の拡散領域47と連結トランジスタSWb(n-1)の拡散領域49との間が、配線72(n-1)によって電気的に接続されている。配線72(n-1)は、連結トランジスタSWa(n-1),SWb(n-1)がオフである場合における連結トランジスタSWa(n-1),SWb(n-1)間の接続部を構成している。連結トランジスタSWa(n)の拡散領域47と連結トランジスタSWb(n)の拡散領域49との間が、配線72(n)によって電気的に接続されている。配線72(n)は、連結トランジスタSWa(n),SWb(n)がオフである場合における連結トランジスタSWa(n),SWb(n)間の接続部を構成している。
For the two connection transistors SWa and SWb provided in series in each unique connection path, a
ここで、図4に示すように、前記各固有の接続路中に直列に設けられている2個の連結トランジスタSWa,SWb間の列方向の位置ずれ量をLsとし、フォトダイオードPDの列方向のピッチをPgとする。本発明では、ピッチPgと位置ずれLsとの関係は限定されるものではないが、後述する容量CAの容量値Cfd1を小さくするためには、pg<Ls<2×Pgであることが好ましい。本実施の形態では、例えば、連結トランジスタSWb(n-1)が連結トランジスタSWa(n)の近傍に配置され、位置ずれ量Lsが2×Pgをわずかに下回るよう程度に設定されて、配線71(n)の長さが極力短くされ、後述する容量CA(n)の容量値Cfd1が極力小さくなるようになっている。 Here, as shown in FIG. 4, the positional deviation amount in the column direction between the two connecting transistors SWa and SWb provided in series in each unique connection path is Ls, and the column direction of the photodiode PD is Ls. Let Pg be the pitch of . Although the relationship between the pitch Pg and the positional deviation Ls is not limited in the present invention, it is preferable that pg<Ls<2×Pg in order to reduce the capacitance value Cfd1 of the capacitor CA, which will be described later. In the present embodiment, for example, the connection transistor SWb(n−1) is arranged in the vicinity of the connection transistor SWa(n), and the positional deviation amount Ls is set to be slightly less than 2×Pg. (n) is made as short as possible, and a capacitance value Cfd1 of a capacitor CA(n), which will be described later, is made as small as possible.
図2乃至図5において、CA(n)は、連結トランジスタSWa(n),SWb(n-1)がオフしている場合の、ノードP(n)と基準電位との間の容量である。容量CA(n)の容量値をCfd1とする。CB(n)は、連結トランジスタSWa(n),SWb(n)がオフしている場合の、配線72(n)と基準電位との間の容量を示している。容量CB(n)の容量値をCfd2とする。これらの点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。 2 to 5, CA(n) is the capacitance between the node P(n) and the reference potential when the coupling transistors SWa(n) and SWb(n-1) are off. Let Cfd1 be the capacitance value of the capacitor CA(n). CB(n) represents the capacitance between the wiring 72(n) and the reference potential when the coupling transistors SWa(n) and SWb(n) are off. Let Cfd2 be the capacitance value of the capacitor CB(n). These points are the same for rows of other pixel blocks BL.
容量CA(n)は、転送トランジスタTXA(n),TXB(n)のドレイン拡散領域41の容量と、リセットトランジスタRST(n)のソース拡散領域46の容量と、連結トランジスタSWa(n)のソース拡散領域46の容量と、連結トランジスタSWb(n-1)のドレイン拡散領域48の容量と、増幅トランジスタAMP(n)のゲート電極63の容量と、配線71(n)の配線容量とから構成され、それらの容量値の合計が容量CA(n)の容量値Cfd1となる。この点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。
The capacitance CA(n) is the capacitance of the
ここで、連結トランジスタSWaのオン時のチャネル容量の値及び連結トランジスタSWbのオン時のチャネル容量の値を、両方ともCswとする。通常、容量値Cswは、容量値Cfd1,Cfd2に対して小さい値である。 Here, let Csw be both the value of the channel capacitance when the coupling transistor SWa is on and the value of the channel capacitance when the coupling transistor SWb is on. Normally, the capacitance value Csw is a value smaller than the capacitance values Cfd1 and Cfd2.
今、画素ブロックBL(n)に着目して、連結トランジスタSWa(n),SWb(n-1)が両方ともオフする(すなわち、各連結トランジスタSWa,SWbのうちのオン状態の連結トランジスタがノードP(n)に対して電気的に接続された状態とならず、連結トランジスタSWa,SWbが設けられている接続路がノードP(n)に対して電気的に接続された状態とならない)と、ノードP(n)と基準電位との間の容量(電荷電圧変換容量)は、容量CA(n)となる。よって、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1となる。この状態は、後述する第1の動作モードを示す図6中の期間T2の状態に相当している。 Now, focusing on the pixel block BL(n), both the connection transistors SWa(n) and SWb(n−1) are turned off (that is, the connection transistors SWa and SWb that are in the ON state are the nodes). P(n) is not electrically connected to the node P(n), and the connection path provided with the coupling transistors SWa and SWb is not electrically connected to the node P(n). , the capacitance (charge-voltage conversion capacitance) between the node P(n) and the reference potential is the capacitance CA(n). Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of node P(n) is Cfd1. This state corresponds to the state of period T2 in FIG. 6 showing the first operation mode described later.
また、画素ブロックBL(n)に着目して、連結トランジスタSWa(n)がオンすると、各連結トランジスタSWa,SWbのうち連結トランジスタSWa(n)以外のオン状態の連結トランジスタがノードP(n)に対して電気的に接続された状態とならなければ(ここでは、具体的には、連結トランジスタSWb(n-1),SWb(n)がオフであれば)、ノードP(n)と基準電位との間の容量(電荷電圧変換容量)は、容量CA(n)に対して、容量CB(n)及び連結トランジスタSWa(n)のオン時のチャネル容量を付加したものとなる。よって、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1+Cfd2+Csw≒Cfd1+Cfd2となる。この状態は、後述する第2Aの動作モードを示す図7中の期間T2の状態に相当している。 Focusing on the pixel block BL(n), when the connection transistor SWa(n) is turned on, the ON-state connection transistors of the connection transistors SWa and SWb other than the connection transistor SWa(n) are connected to the node P(n). (here, specifically, if coupling transistors SWb(n−1) and SWb(n) are off), node P(n) and reference The capacitance (charge-voltage conversion capacitance) between the potential and the potential is the capacitance CA(n) plus the capacitance CB(n) and the channel capacitance when the coupling transistor SWa(n) is on. Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor at node P(n) is Cfd1+Cfd2+Csw≈Cfd1+Cfd2. This state corresponds to the state of period T2 in FIG. 7 showing the 2A operation mode described later.
さらに、画素ブロックBL(n)に着目して、連結トランジスタSWa(n),SWb(n)が両方ともオンすると、各連結トランジスタSWa,SWbのうち連結トランジスタSWa(n),SWb(n)以外のオン状態の連結トランジスタがノードP(n)に対して電気的に接続された状態とならなければ(ここでは、具体的には、連結トランジスタSWb(n-1),SWa(n+1)がオフであれば)、ノードP(n)の電荷電圧変換容量は、容量CA(n)に対して、容量CB(n)、連結トランジスタSWa(n),SWb(n)のオン時のチャネル容量及び容量CA(n+1)を付加したものとなる。よって、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、2×Cfd1+Cfd2+2×Csw≒2×Cfd1+Cfd2となる。この状態は、後述する第2Bの動作モードを示す図8中の期間T2の状態に相当している。 Further, focusing on the pixel block BL(n), when both the connection transistors SWa(n) and SWb(n) are turned on, the connection transistors SWa and SWb other than the connection transistors SWa(n) and SWb(n) are turned on. are electrically connected to the node P(n) (here, specifically, the connection transistors SWb(n−1) and SWa(n+1) are turned off). ), the charge-voltage conversion capacitance of the node P(n) is the capacitance CA(n), the capacitance CB(n), the on-channel capacitances of the coupling transistors SWa(n) and SWb(n), and It is obtained by adding a capacitance CA(n+1). Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the node P(n) is 2*Cfd1+Cfd2+2*Csw≈2*Cfd1+Cfd2. This state corresponds to the state of period T2 in FIG. 8 showing the 2B operation mode described later.
このように、各連結トランジスタSWa,SWbのうちノードP(n)に対して電気的に接続されるオン状態の連結トランジスタがなければ、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値が最小となり、その電荷電圧変換容量による電荷電圧変換係数が大きくなるため、最高のSN比での読出しが可能となる。 Thus, if there is no ON-state connecting transistor electrically connected to the node P(n) among the connecting transistors SWa and SWb, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor at the node P(n) is the minimum. As a result, the charge-voltage conversion coefficient becomes large due to the charge-voltage conversion capacity, so that reading with the highest SN ratio becomes possible.
一方、各連結トランジスタSWa,SWbのうちノードP(n)に対して電気的に接続されるオン状態の連結トランジスタの数を1つ以上の所望の数に増やしていけば、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値を所望の値に大きくすることができ、大きな信号電荷量を扱うことができるため、飽和電子数を拡大することができる。これにより、ダイナミックレンジを拡大することができる。 On the other hand, if the number of ON-state connecting transistors electrically connected to the node P(n) among the connecting transistors SWa and SWb is increased to a desired number of one or more, the node P(n) Since the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor can be increased to a desired value and a large amount of signal charge can be handled, the number of saturated electrons can be increased. Thereby, the dynamic range can be expanded.
以上、画素ブロックBL(n)のノードP(n)について説明したが、他の画素ブロックBLのノードPについても同様である。 Although the node P(n) of the pixel block BL(n) has been described above, the same applies to the node P of the other pixel blocks BL.
図6は、図2に示す固体撮像素子4の第1の動作モードを示すタイミングチャートである。この第1の動作モードは、各画素ブロックBLを行毎に順次選択していき、各連結トランジスタSWa,SWbのうち選択された画素ブロックBLのノードPに対して電気的に接続されるオン状態の連結トランジスタがない状態(当該ノードPの電荷電圧変換容量が最小である状態)で、選択された画素ブロックBLの転送トランジスタTXA,TXBを順次選択的にオンさせて、選択された画素ブロックBLの各フォトダイオードPDA,PDBの信号を行毎に順次読み出す動作の例である。図6に示す例では、全画素PXA,PXBの信号を読み出すが、これに限らず、例えば、画素行を間引いて読み出す間引き読み出し等を行ってもよい。この点は、後述する図7及び図8にそれぞれ示す各例についても同様である。
FIG. 6 is a timing chart showing the first operation mode of the solid-
図6は、期間T1においてn-1行目の画素ブロックBL(n-1)が選択され、期間T2においてn行目の画素ブロックBL(n)が選択され、期間T3においてn+1行目の画素ブロックBL(n+1)が選択されていく状況を示している。いずれの行の画素ブロックBLが選択された場合の動作も同様であるので、ここでは、n行目の画素ブロックBL(n)が選択された場合の動作についてのみ説明する。 In FIG. 6, the pixel block BL(n-1) on the n-1th row is selected during the period T1, the pixel block BL(n) on the n-th row is selected during the period T2, and the pixels on the n+1th row are selected during the period T3. A situation is shown in which the block BL(n+1) is being selected. Since the operation is the same when the pixel block BL of any row is selected, only the operation when the pixel block BL(n) of the n-th row is selected will be described here.
期間T2の開始前に既に、所定の露光期間において、フォトダイオードPDA(n),PDB(n)の露光が終了している。この露光は、通常の本撮影時(静止画撮影時)などでは、全画素を同時にリセットするいわゆるグローバルリセット後にメカニカルシャッタ(図示せず)により行われ、電子ビューファインダーモード時や動画撮影時などでは、いわゆるローリング電子シャッタ動作により行われる。期間T2の開始直前には、全てのトランジスタSEL,RST,TXA,TXB,SWa,SWbはオフしている。 The exposure of the photodiodes PDA(n) and PDB(n) is already completed in the predetermined exposure period before the period T2 starts. This exposure is performed by a mechanical shutter (not shown) after a so-called global reset that simultaneously resets all pixels during normal shooting (still image shooting). , a so-called rolling electronic shutter operation. All the transistors SEL, RST, TXA, TXB, SWa, and SWb are off immediately before the start of the period T2.
期間T2において、n行目のφSEL(n)がHにされ、n行目の画素ブロックBL(n)の選択トランジスタSEL(n)がオンにされ、n行目の画素ブロックBL(n)が選択される。 In the period T2, φSEL(n) of the n-th row is set to H, the selection transistor SEL(n) of the pixel block BL(n) of the n-th row is turned on, and the pixel block BL(n) of the n-th row is turned on. selected.
また、期間T2において、φSWa(n),φSWb(n-1)がLにされ、連結トランジスタSWa(n),SWb(n-1)がオフにされる。これにより、期間T2において、各連結トランジスタSWa,SWbのうち選択された画素ブロックBL(n)のノードP(n)に対して電気的に接続されるオン状態の連結トランジスタがない状態となる。したがって、前述したように、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1となり、最小となる。 Also, in the period T2, φSWa(n) and φSWb(n−1) are set to L, and the coupling transistors SWa(n) and SWb(n−1) are turned off. As a result, in the period T2, there is no ON-state connecting transistor electrically connected to the node P(n) of the selected pixel block BL(n) among the connecting transistors SWa and SWb. Therefore, as described above, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor at node P(n) is Cfd1, which is the minimum.
期間T2の開始直後から一定期間だけ、φRST(n)がHにされてn行目のリセットトランジスタRST(n)が一旦オンにされ、ノードP(n)の電位が一旦電源電位VDDにリセットされる。 Immediately after the start of the period T2, φRST(n) is set to H for a certain period of time, the reset transistor RST(n) of the n-th row is once turned on, and the potential of the node P(n) is once reset to the power supply potential VDD. be.
期間T2中のその後の時点t1から一定期間だけ、暗信号サンプリング信号φDARKCがHにされて、ノードP(n)に現れる電位がn行目の増幅トランジスタAMP(n)で増幅された後に選択トランジスタSEL(n)及び垂直信号線28を経由し更にカラムアンプ30で増幅された信号が、暗信号として、CDS回路31によりサンプリングされる。
During the period T2, the dark signal sampling signal φDARKC is set to H for a certain period from time t1, and the potential appearing at the node P(n) is amplified by the amplification transistor AMP(n) of the n-th row, and then the selection transistor A signal amplified by the
期間T2中のその後の時点t2から一定期間だけ、φTXA(n)がHにされてn行目の転送トランジスタTXA(n)がオンにされる。これにより、n行目の画素ブロックBL(n)のフォトダイオードPDA(n)に蓄積されていた信号電荷が、ノードP(n)の電荷電圧変換容量に転送される。ノードP(n)の電位は、ノイズ成分を除くと、この信号電荷の量とノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値の逆数とに比例した値となる。 φTXA(n) is set to H and the n-th row transfer transistor TXA(n) is turned on for a certain period from time t2 after that during the period T2. As a result, the signal charge accumulated in the photodiode PDA(n) of the n-th pixel block BL(n) is transferred to the charge-voltage conversion capacitor of the node P(n). Excluding noise components, the potential of node P(n) has a value proportional to the amount of signal charge and the reciprocal of the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of node P(n).
期間T2中のその後の時点t3において、光信号サンプリング信号φSIGCがHにされて、ノードP(n)に現れる電位がn行目の増幅トランジスタAMP(n)で増幅された後に選択トランジスタSEL(n)及び垂直信号線28を経由し更にカラムアンプ30で増幅された信号が、光信号として、CDS回路31によりサンプリングされる。
At time t3 after that during the period T2, the optical signal sampling signal φSIGC is set to H, and the potential appearing at the node P(n) is amplified by the amplification transistor AMP(n) of the n-th row and then the selection transistor SEL(n). ) and the
その後にφSIGCがLになった時点の後に、CDS回路31は、時点t1からの一定期間でサンプリングした暗信号と時点t3からの一定時間でサンプリングした光信号との差分に応じた信号を出力する。A/D変換器32は、この差分に応じた信号をデジタル信号に変換して保持する。各A/D変換器32に保持されたデジタルの画像信号は、水平読み出し回路33によって水平走査され、デジタル信号画像信号として外部(図1中のデジタル信号処理部6)へ出力される。
After that, after φSIGC becomes L, the
そして、期間T2中の時点t4から一定期間だけ、φRST(n)がHにされてn行目のリセットトランジスタRST(n)が一旦オンにされ、ノードP(n)の電位が一旦電源電位VDDにリセットされる。 Then, φRST(n) is set to H for a certain period from time t4 in period T2, the reset transistor RST(n) of the n-th row is once turned on, and the potential of the node P(n) is temporarily changed to the power supply potential VDD. reset to
期間T2中のその後の時点t5から一定期間だけ、暗信号サンプリング信号φDARKCがHにされて、ノードP(n)に現れる電位がn行目の増幅トランジスタAMP(n)で増幅された後に選択トランジスタSEL(n)及び垂直信号線28を経由し更にカラムアンプ30で増幅された信号が、暗信号として、CDS回路31によりサンプリングされる。
The dark signal sampling signal φDARKC is set to H for a certain period from time t5 after that during the period T2, and the potential appearing at the node P(n) is amplified by the amplification transistor AMP(n) of the n-th row, and then the selection transistor A signal amplified by the
期間T2中のその後の時点t6から一定期間だけ、φTXB(n)がHにされてn行目の転送トランジスタTXB(n)がオンにされる。これにより、n行目の画素ブロックBL(n)のフォトダイオードPDB(n)に蓄積されていた信号電荷が、ノードP(n)の電荷電圧変換容量に転送される。ノードP(n)の電位は、ノイズ成分を除くと、この信号電荷の量とノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値の逆数とに比例した値となる。 φTXB(n) is set to H and the n-th row transfer transistor TXB(n) is turned on for a certain period from time t6 after that during the period T2. As a result, the signal charge accumulated in the photodiode PDB(n) of the n-th pixel block BL(n) is transferred to the charge-voltage conversion capacitor of the node P(n). Excluding noise components, the potential of node P(n) has a value proportional to the amount of signal charge and the reciprocal of the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of node P(n).
期間T2中のその後の時点t7において、光信号サンプリング信号φSIGCがHにされて、ノードP(n)に現れる電位がn行目の増幅トランジスタAMP(n)で増幅された後に選択トランジスタSEL(n)及び垂直信号線28を経由し更にカラムアンプ30で増幅された信号が、光信号として、CDS回路31によりサンプリングされる。
At time t7 after that during the period T2, the optical signal sampling signal φSIGC is set to H, and the potential appearing at the node P(n) is amplified by the amplification transistor AMP(n) of the n-th row and then selected by the selection transistor SEL(n). ) and the
その後にφSIGCがLになった時点の後に、CDS回路31は、時点t5からの一定期間でサンプリングした暗信号と時点t7からの一定時間でサンプリングした光信号との差分に応じた信号を出力する。A/D変換器32は、この差分に応じた信号をデジタル信号に変換して保持する。各A/D変換器32に保持されたデジタルの画像信号は、水平読み出し回路33によって水平走査され、デジタル信号画像信号として外部(図1中のデジタル信号処理部6)へ出力される。
After that, after φSIGC becomes L, the
このように、前記第1の動作モードでは、各連結トランジスタSWa,SWbのうち選択された画素ブロックBLのノードPに対して電気的に接続されるオン状態の連結トランジスタがないので、選択された画素ブロックBLのノードPの電荷電圧変換容量の容量値が最小となり、その電荷電圧変換容量による電荷電圧変換係数が大きくなるため、最高のSN比での読出しが可能となる。例えば、ISO感度の設定値が最も高い場合に、撮像制御部5によって、前記第1の動作モードを行うように指令される。 As described above, in the first operation mode, there is no ON-state connecting transistor electrically connected to the node P of the selected pixel block BL among the connecting transistors SWa and SWb. Since the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the node P of the pixel block BL is minimized and the charge-voltage conversion coefficient of the charge-voltage conversion capacitor is increased, reading with the highest SN ratio is possible. For example, when the set value of the ISO sensitivity is the highest, the imaging control section 5 instructs to perform the first operation mode.
図7は、図2に示す固体撮像素子4の第2Aの動作モードを示すタイミングチャートである。第2Aの動作モードは、第2の動作モードのうちの1つの動作モードである。この第2の動作モードは、各画素ブロックBLを行毎に順次選択していき、各連結トランジスタSWa,SWbのうちの1つ以上の所定数のオン状態の連結トランジスタが、選択された画素ブロックBLのノードPに対して電気的に接続された状態で、選択された画素ブロックBLの転送トランジスタTXA,TXBを順次選択的にオンさせて、選択された画素ブロックBLの各フォトダイオードPDA,PDBの信号を行毎に順次読み出す動作の例である。前記第2Aの動作モードは、前記第2の動作モードにおいて、前記所定数を1つとした動作の例である。
FIG. 7 is a timing chart showing the 2A operation mode of the solid-
図7も、図6と同様に、期間T1においてn-1行目の画素ブロックBL(n-1)が選択され、期間T2においてn行目の画素ブロックBL(n)が選択され、期間T3においてn+1行目の画素ブロックBL(n+1)が選択されていく状況を示している。図7に示す第2Aの動作モードが図6に示す前記第1の動作モードと異なる所は、以下に説明する点である。 In FIG. 7, similarly to FIG. 6, the pixel block BL(n-1) in the n-1 row is selected in the period T1, the pixel block BL(n) in the n-th row is selected in the period T2, and the pixel block BL(n) in the n-th row is selected in the period T3. , the pixel block BL(n+1) on the n+1-th row is being selected. The difference between the 2A operation mode shown in FIG. 7 and the first operation mode shown in FIG. 6 is described below.
図7に示す第2Aの動作モードでは、n行目の画素ブロックBL(n)が選択される期間T2において、φSWa(n)がHにされるとともにφSWb(n-1)がLにされ、連結トランジスタSWa(n)がオンにされるとともに連結トランジスタSWb(n-1)がオフにされる。これにより、期間T2において、各連結トランジスタSWa,SWbのうちの1つのオン状態の連結トランジスタ(ここでは、連結トランジスタSWa(n))が、選択された画素ブロックBL(n)のノードP(n)に対して電気的に接続された状態となる。したがって、前述したように、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1+Cfd2+Csw≒Cfd1+Cfd2となり、図6に示す前記第1の動作モードに比べていわば1段階大きくなる。 In the 2A operation mode shown in FIG. 7, φSWa(n) is set to H and φSWb(n−1) is set to L during the period T2 in which the n-th pixel block BL(n) is selected. The connection transistor SWa(n) is turned on and the connection transistor SWb(n-1) is turned off. As a result, in the period T2, one of the connection transistors SWa and SWb in the ON state (here, the connection transistor SWa(n)) is connected to the node P(n) of the selected pixel block BL(n). ) are electrically connected to each other. Therefore, as described above, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor at node P(n) is Cfd1+Cfd2+Csw≈Cfd1+Cfd2, which is one step higher than in the first operation mode shown in FIG.
ここでは、n行目の画素ブロックBL(n)が選択される期間T2について説明したが、他の画素ブロックBLが選択される期間についても同様である。 Although the period T2 in which the n-th pixel block BL(n) is selected has been described here, the same applies to the periods in which other pixel blocks BL are selected.
このように、前記第2Aの動作モードでは、各連結トランジスタSWa,SWbのうちの1つのオン状態の連結トランジスタが、選択された画素ブロックBLのノードPに対して電気的に接続されるので、選択された画素ブロックBLのノードPの電荷電圧変換容量の容量値がいわば1段階大きくなり、ノードPの電荷電圧変換容量での飽和電子数を1段階拡大することができる。これにより、ダイナミックレンジを1段階拡大することができる。例えば、ISO感度の設定値が最も高い値から1段階小さい値である場合に、撮像制御部5によって、前記第2Aの動作モードを行うように指令される。 Thus, in the 2A operation mode, one of the connecting transistors SWa and SWb, which is in the ON state, is electrically connected to the node P of the selected pixel block BL. The capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor at the node P of the selected pixel block BL is increased by one step, and the number of saturated electrons at the charge-voltage conversion capacitor at the node P can be increased by one step. As a result, the dynamic range can be expanded by one step. For example, when the set value of the ISO sensitivity is one step lower than the highest value, the imaging control section 5 instructs to perform the 2A operation mode.
図8は、図2に示す固体撮像素子4の第2Bの動作モードを示すタイミングチャートである。第2Bの動作モードは、前記第2の動作モードのうちの他の1つの動作モードであり、前記所定数を2つとした動作例である。
FIG. 8 is a timing chart showing the 2B operation mode of the solid-
図8も、図6及び図7と同様に、期間T1においてn-1行目の画素ブロックBL(n-1)が選択され、期間T2においてn行目の画素ブロックBL(n)が選択され、期間T3においてn+1行目の画素ブロックBL(n+1)が選択されていく状況を示している。図8に示す第2Bの動作モードが図6に示す前記第1の動作モードや図7に示す第2Aに示す動作モードと異なる所は、以下に説明する点である。 In FIG. 8, similarly to FIGS. 6 and 7, the pixel block BL(n-1) on the n-1th row is selected during the period T1, and the pixel block BL(n) on the n-th row is selected during the period T2. , the n+1-th row pixel block BL(n+1) is being selected in the period T3. 8 differs from the first operation mode shown in FIG. 6 and the operation mode 2A shown in FIG. 7 in the following points.
図8に示す第2Bの動作モードでは、n行目の画素ブロックBL(n)が選択される期間T2において、φSWa(n),φSWb(n)がHにされるとともにφSWb(n-1),φSWa(n+1)がLにされ、連結トランジスタSWa(n),SWb(n)がオンにされるとともに連結トランジスタSWb(n-1),SWa(n+1)がオフにされる。これにより、期間T2において、各連結トランジスタSWa,SWbのうちの2つのオン状態の連結トランジスタ(ここでは、連結トランジスタSWa(n),SWb(n))が、選択された画素ブロックBL(n)のノードP(n)に対して電気的に接続された状態となる。したがって、前述したように、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、2×Cfd1+Cfd2+2Csw≒2×Cfd1+Cfd2となり、図6に示す前記第1の動作モードに比べていわば2段階大きくなる。 In the 2B operation mode shown in FIG. 8, φSWa(n) and φSWb(n) are set to H and φSWb(n−1) is set to H during the period T2 in which the n-th pixel block BL(n) is selected. , φSWa(n+1) are set to L, the coupling transistors SWa(n) and SWb(n) are turned on, and the coupling transistors SWb(n−1) and SWa(n+1) are turned off. As a result, in the period T2, two of the connection transistors SWa and SWb in the ON state (here, the connection transistors SWa(n) and SWb(n)) are connected to the selected pixel block BL(n). are electrically connected to the node P(n) of . Therefore, as described above, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor at node P(n) is 2*Cfd1+Cfd2+2Csw≈2*Cfd1+Cfd2, which is two steps higher than in the first operation mode shown in FIG.
ここでは、n行目の画素ブロックBL(n)が選択される期間T2について説明したが、他の画素ブロックBLが選択される期間についても同様である。 Although the period T2 in which the n-th pixel block BL(n) is selected has been described here, the same applies to the periods in which other pixel blocks BL are selected.
このように、前記第2Bの動作モードでは、各連結トランジスタSWa,SWbのうちの2つのオン状態の連結トランジスタが、選択された画素ブロックBLのノードPに対して電気的に接続されるので、選択された画素ブロックBLのノードPの電荷電圧変換容量の容量値がいわば2段階大きくなり、ノードPの電荷電圧変換容量での飽和電子数を2段階拡大することができる。これにより、ダイナミックレンジを2段階拡大することができる。例えば、ISO感度の設定値が最も高い値から2段階小さい値である場合に、撮像制御部5によって、前記第2Bの動作モードを行うように指令される。 As described above, in the 2B operation mode, two of the connection transistors SWa and SWb in the ON state are electrically connected to the node P of the selected pixel block BL. The capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor at the node P of the selected pixel block BL is increased by two steps, and the number of saturated electrons at the charge-voltage conversion capacitor at the node P can be increased by two steps. Thereby, the dynamic range can be expanded by two steps. For example, when the set value of the ISO sensitivity is two steps smaller than the highest value, the imaging control unit 5 instructs to perform the second B operation mode.
なお、前記第2の動作モードにおいて、前記所定数を3つ以上にしてもよい。 In addition, in the second operation mode, the predetermined number may be three or more.
ここで、本実施の形態における固体撮像素子4と比較される比較例による固体撮像素子について、説明する。図9は、この比較例による固体撮像素子の3つの画素ブロックBLの付近を示す回路図であり、図3に対応している。図10は、図9に示す3つの画素ブロックBLの付近を模式的に示す概略平面図であり、図4及び図5に対応している。図9及び図10において、図3、図4及び図5中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。なお、図10において、拡散領域やゲート電極に符号を付していないが、それらの符号は図5と同じであるので、図5を参照されたい。
Here, a solid-state imaging device according to a comparative example to be compared with the solid-
この比較例が本実施の形態と異なる所は、各連結トランジスタSWbが取り除かれ、配線71,72を含む配線171によって、取り除かれた各連結トランジスタSWbの箇所が短絡状態にされている点である。例えば、本実施の形態では、連結トランジスタSWb(n-1)が取り除かれ、配線71(n),72(n-1)を含む配線171(n)によって、画素ブロックBL(n)のゲート電極63及び拡散領域41,46並びに連結トランジスタSWa(n-1)の拡散領域47間が、互いに電気的に接続されて導通している。
The difference between this comparative example and the present embodiment is that each connecting transistor SWb is removed, and the removed connecting transistor SWb is short-circuited by a
図9及び図10において、CAB(n)は、連結トランジスタSWa(n),SWa(n-1)がオフしている場合の、ノードP(n)と基準電位との間の容量である。容量CAB(n)の容量値をCfdとする。これらの点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。 9 and 10, CAB(n) is the capacitance between the node P(n) and the reference potential when the coupling transistors SWa(n) and SWa(n-1) are off. Let Cfd be the capacitance value of the capacitor CAB(n). These points are the same for rows of other pixel blocks BL.
容量CAB(n)は、転送トランジスタTXA(n),TXB(n)のドレイン拡散領域41の容量と、リセットトランジスタRST(n)のソース拡散領域46と、連結トランジスタSWa(n)のソース拡散領域46と、連結トランジスタSWa(n-1)のドレイン拡散領域47の容量と、増幅トランジスタAMP(n)のゲート電極63の容量と、配線171(n)の配線容量とから構成され、それらの容量値の合計が容量CAB(n)の容量値Cfdとなる。この点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。
The capacitance CAB(n) is the capacitance of the
配線171(n)の配線容量は、配線71(n)の配線容量(浮遊容量)と配線171(n)の配線容量との和にほぼ等しい。よって、容量CAB(n)の容量値Cfdは、本実施の形態における前述した容量CA(n)の容量値Cfd1と容量CB(n)の容量値Cfd2との和にほぼ等しくなり、Cfd≒Cfd1+Cfd2となる。 The wiring capacitance of the wiring 171(n) is substantially equal to the sum of the wiring capacitance (stray capacitance) of the wiring 71(n) and the wiring capacitance of the wiring 171(n). Therefore, the capacitance value Cfd of the capacitance CAB(n) is approximately equal to the sum of the capacitance value Cfd1 of the capacitance CA(n) and the capacitance value Cfd2 of the capacitance CB(n) described above in this embodiment, and Cfd≈Cfd1+Cfd2 becomes.
この比較例では、画素ブロックBL(n)に着目して、連結トランジスタSWa(n),SWa(n-1)が両方ともオフすると、ノードP(n)の電荷電圧変換容量は、容量CAB(n)となる。よって、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfdとなって比較例における最小となり、その電荷電圧変換容量による電荷電圧変換係数が大きくなるため、比較例における最高のSN比での読出しが可能となる。 In this comparative example, focusing on the pixel block BL(n), when both the connection transistors SWa(n) and SWa(n−1) are turned off, the charge-voltage conversion capacitance of the node P(n) is changed to the capacitance CAB( n). Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the node P(n) becomes Cfd, which is the minimum in the comparative example, and the charge-voltage conversion coefficient due to the charge-voltage conversion capacitance increases. can be read out.
この比較例では、画素ブロックBL(n)に着目して、各連結トランジスタSWaのうちの1つ以上の所定数のオン状態の連結トランジスタが、ノードP(n)に対して電気的に接続された状態にすると、そのオン状態の連結トランジスタの数に応じてノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は大きくなり、飽和電子数を拡大することができる。これにより、ダイナミックレンジを拡大することができる。 In this comparative example, focusing on the pixel block BL(n), one or more predetermined number of ON-state connecting transistors among the connecting transistors SWa are electrically connected to the node P(n). In this state, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the node P(n) increases according to the number of the connecting transistors in the ON state, and the number of saturated electrons can be increased. Thereby, the dynamic range can be expanded.
ところが、この比較例では、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd≒Cfd1+Cfd2よりも小さくすることができない。したがって、この比較例によれば、電荷電圧変換係数をさほど大きくすることができず、さほど高いSN比で読み出すことができない。 However, in this comparative example, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor at node P(n) cannot be made smaller than Cfd≈Cfd1+Cfd2. Therefore, according to this comparative example, the charge-to-voltage conversion coefficient cannot be increased so much, and reading with a very high SN ratio is not possible.
これに対し、本実施の形態によれば、連結トランジスタSWbが追加されているので、前述したように、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の最小の容量値をCfd1≒Cfd-Cfd2にすることができ、前記比較例に比べてより小さくすることができる。 In contrast, according to the present embodiment, since the coupling transistor SWb is added, the minimum capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the node P(n) is set to Cfd1≈Cfd−Cfd2, as described above. and can be made smaller than the comparative example.
したがって、本実施の形態によれば、ダイナミックレンジを拡大させることができるとともに、前記比較例に比べて、高感度読出し時のSN比を向上させることができる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to expand the dynamic range and improve the SN ratio during high-sensitivity readout as compared with the comparative example.
本実施の形態では、列方向に順次隣り合う全ての2つのノードP間に連結トランジスタSWa,SWbを設けているが、本発明では、必ずしもこれに限らない。例えば、列方向に並ぶq個(qは2以上の整数)置きのノードPと当該ノードPに対し図中下側に隣り合うノードPとの間には、連結トランジスタSWa,SWbを設けずにその間を常に開放しておいてもよい。この場合、qの数が小さいほど、前記第2の動作モードにおける前記所定数の最大数が小さくなり、ダイナミックレンジの拡大の度合いが低下するが、前記比較例に比べて高感度読出し時のSN比を向上させることができる。 In this embodiment, the connection transistors SWa and SWb are provided between all two nodes P that are adjacent in the column direction, but the present invention is not necessarily limited to this. For example, between every q (q is an integer equal to or greater than 2) nodes P arranged in the column direction and the node P adjacent to the node P on the lower side in the drawing, the connection transistors SWa and SWb are not provided. You may leave the space open all the time. In this case, the smaller the number of q, the smaller the maximum number of the predetermined number in the second operation mode. ratio can be improved.
なお、図6乃至図8を参照して説明した各動作例は、各画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷を、他の画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷と混合することなく読み出す動作の例であった。しかし、本発明では、各画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷を、同色の他の画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷と混合して読み出してもよい。 Note that each operation example described with reference to FIGS. 6 to 8 is an example of an operation of reading the signal charge of the photodiode PD of each pixel PX without mixing it with the signal charge of the photodiode PD of another pixel PX. Met. However, in the present invention, the signal charge of the photodiode PD of each pixel PX may be mixed with the signal charge of the photodiode PD of another pixel PX of the same color and read out.
例えば、連結トランジスタSWa(n-1),SWb(n-1),SWa(n),SWb(n)をオンにしてノードP(n-1),P(n),P(n+1)を互いに連結し、TXA(n-1),TXA(n),TXA(n+1)を同時にオンにすると、ベイヤー配列等を前提とした場合における同色の3つの画素PXA(n-1),PXA(n),PXA(n-1)のフォトダイオードPDA(n-1),PDA(n),PDA(n-1)の信号電荷が互いに連結されたノードP(n-1),P(n),P(n+1)で平均化され、同色3画素混合読出しの機能を実現することができる。このとき、連結トランジスタSWb(n-2),SWa(n+1)をオフにし、ノードP(n-1),P(n),P(n+1)に対して電気的に接続されるオン状態の連結トランジスタの数を最小限にすることによって、連結されたノードP(n-1),P(n),P(n+1)における電荷電圧変換容量値が最小となり、最高のSN比で同色3画素混合読出しを行うことができる。一方、連結トランジスタSWa(n-1),SWb(n-1),SWa(n),SWb(n)の他に、1個以上のオン状態の連結トランジスタがノードP(n-1),P(n),P(n+1)に対して電気的に接続されるようにすれば、その数に応じて、連結されたノードP(n-1),P(n),P(n+1)における電荷電圧変換容量値が大きくなり、同色3画素混合読出しのダイナミックレンジを拡大することができる。 For example, connecting transistors SWa(n-1), SWb(n-1), SWa(n), SWb(n) are turned on to connect nodes P(n-1), P(n), P(n+1) to each other. When connected and TXA(n−1), TXA(n), TXA(n+1) are turned on at the same time, three pixels PXA(n−1), PXA(n) of the same color assuming a Bayer array, etc. , PXA(n-1) of photodiodes PDA(n-1), PDA(n), PDA(n-1) are connected to nodes P(n-1), P(n), P It is averaged by (n+1), and the same-color 3-pixel mixed readout function can be realized. At this time, the connection transistors SWb(n-2) and SWa(n+1) are turned off, and the on-state connection electrically connected to the nodes P(n-1), P(n) and P(n+1). By minimizing the number of transistors, the charge-to-voltage conversion capacitance value at the connected nodes P(n-1), P(n), P(n+1) is minimized, and the same-color 3-pixel mixture is achieved with the highest signal-to-noise ratio. Reads can be performed. On the other hand, in addition to the connection transistors SWa(n−1), SWb(n−1), SWa(n), and SWb(n), one or more ON-state connection transistors are connected to the nodes P(n−1), P (n), P(n+1), the charge at the connected nodes P(n-1), P(n), P(n+1) The voltage conversion capacitance value is increased, and the dynamic range of same-color three-pixel mixed readout can be expanded.
[第2の実施の形態]
図11は、本発明の第2の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子の3つの画素ブロックBLの付近を示す回路図であり、図3に対応している。図12は、図9に示す3つの画素ブロックBLの付近を模式的に示す概略平面図であり、図4及び図5に対応している。図11及び図12において、図3、図4及び図5中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
[Second embodiment]
FIG. 11 is a circuit diagram showing the vicinity of three pixel blocks BL of the solid-state imaging device of the electronic camera according to the second embodiment of the invention, and corresponds to FIG. 12 is a schematic plan view schematically showing the vicinity of the three pixel blocks BL shown in FIG. 9, and corresponds to FIGS. 4 and 5. FIG. 11 and 12, elements that are the same as or correspond to elements in FIGS. 3, 4 and 5 are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.
本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、各配線72に、容量値Cfd3を有する調整容量CB’が追加されている点である。容量CB(n)は、連結トランジスタSWa(n),SWb(n)がオフしている場合の、配線72(n)と基準電位との間の容量であるので、調整容量CB’(n)も容量CB(n)に含まれるものであるが、調整容量CB’は、前記第1の実施の形態における容量CB(n)の容量値Cfd2をなす構成に対して、容量値Cfd3を追加する構成要素であることを明示するために、図11及び図12において容量CB(n)とは別個に調整容量CB’を示している。前記第1の実施の形態では、容量CB(n)の容量値はCfd2であるのに対し、本実施の形態では、容量CB(n)の容量値はCfd2+Cfd3となる。これらの点は、他の容量CB、配線72、調整容量CB’についても同様である。
This embodiment differs from the first embodiment in that each
本実施の形態によれば、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる他、調整容量CB’を設けることにより、容量CBの容量値を任意の所望の容量値に設定することができる。 According to the present embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained. In addition, by providing the adjustment capacitor CB′, the capacitance value of the capacitor CB can be set to any desired capacitance value. can.
調整容量CB’は、具体的には、例えば、(i)配線72の配線幅の少なくとも一部の幅を画素ブロックBL内の他の配線の配線幅よりも広くすることにより、配線72の面積を前記第1の実施の形態における配線72の面積よりも広くすること、(ii)配線72にMOS容量を接続すること、(iii)連結トランジスタSWa,SWbを構成しない拡散容量を接続すること、(iv)連結トランジスタSWaのドレイン拡散領域47の面積を前記第1の実施の形態におけるドレイン拡散領域47の面積よりも広くすること、(v)連結トランジスタSWbのソース拡散領域49の面積を前記第1の実施の形態におけるソース拡散領域49の面積よりも広くすること、の1つ又は2つ以上を組み合わせることによって構成することができる。
Specifically, for example, (i) the width of at least a part of the wiring width of the
ここで、調整容量CB’の容量値Cfd3の設定の一例について説明する。ノードPの電荷電圧変換容量の容量値は、基準容量値の整数倍になることが望ましい。しかし、前述した第1の実施の形態の構造では、調整容量CB’を付加しない場合には、一般的に、容量CAの容量値Cfd1に対して、容量CBの容量値Cfd2は小さくなる。したがって、例えば、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値を基準容量値の2倍にするためには、連結トランジスタSWa(n),SWb(n)をオンにして、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値を2×Cfd1+Cfd2+2×Cswにして、2個の画素ブロックBL(n),BL(n+1)を使用することになる。 An example of setting the capacitance value Cfd3 of the adjustment capacitor CB' will now be described. It is desirable that the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor at node P be an integral multiple of the reference capacitance value. However, in the structure of the first embodiment described above, when the adjustment capacitor CB' is not added, the capacitance value Cfd2 of the capacitor CB is generally smaller than the capacitance value Cfd1 of the capacitor CA. Therefore, for example, in order to make the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the node P(n) twice the reference capacitance value, the connection transistors SWa(n) and SWb(n) are turned on to turn on the node P(n). ) is set to 2*Cfd1+Cfd2+2*Csw, and two pixel blocks BL(n) and BL(n+1) are used.
これに対し、本実施の形態において、調整容量CB’の容量値Cfd3がCfd1-Cfd2となるように調整容量CB’を形成すると、容量CBの容量値がcfd2+Cfd3=Cfd1となる。したがって、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値を基準容量値の2倍にするためには、連結トランジスタSWa(n)をオンするだけですみ、1個の画素ブロックBL(n)を使用するだけでよい。また、更に大きな飽和電荷量を扱う場合には、連結する画素ブロックBLの数を大幅に削減することができる。 On the other hand, in the present embodiment, if the adjustment capacitor CB' is formed so that the capacitance value Cfd3 of the adjustment capacitor CB' is Cfd1-Cfd2, the capacitance value of the capacitor CB is cfd2+Cfd3=Cfd1. Therefore, in order to make the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the node P(n) twice the reference capacitance value, it is enough to turn on the connection transistor SWa(n), and one pixel block BL(n) just use . Also, when dealing with a larger saturated charge amount, the number of connected pixel blocks BL can be greatly reduced.
このような調整容量CB’の容量値Cfd3の設定例は、一例にすぎず、これに限らない。 This setting example of the capacitance value Cfd3 of the adjustment capacitor CB' is merely an example, and is not limited to this.
なお、ノードPの電荷電圧変換容量の容量値を基準用量値の整数倍に近づけるためには、容量CBの容量値は、容量CAの容量値に対して±20%の範囲内の値であることが好ましく、容量CAの容量値に対して±10%の範囲内の値であることがより好ましい。 In order to bring the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor at the node P closer to an integral multiple of the reference dose value, the capacitance value of the capacitance CB should be within a range of ±20% of the capacitance value of the capacitance CA. is preferable, and a value within a range of ±10% with respect to the capacitance value of the capacitor CA is more preferable.
[第3の実施の形態]
図13は、本発明の第3の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子84の概略構成を示す回路図であり、図2に対応している。図13において、図2中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
[Third embodiment]
FIG. 13 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a solid-
本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、本実施の形態では、前記第1の実施の形態において、各画素ブロックBLにおいて、フォトダイオードPDB及び転送トランジスタTXBが取り除かれ、各画素ブロックBLが画素PXAになっている点である。ただし、本実施の形態では、フォトダイオードPDAの列方向の密度は、前記第1の実施の形態におけるフォトダイオードPDAの列方向の密度の2倍にされ、前記第1の実施の形態におけるフォトダイオードPDA,PDB全体の列方向の密度と同一になっている。本実施の形態では、nは、画素ブロックBLの行を示すと同時に、画素PXAの行を示すことになる。 This embodiment differs from the first embodiment in that the photodiode PDB and the transfer transistor TXB are removed from each pixel block BL in the first embodiment. The point is that the pixel block BL is the pixel PXA. However, in this embodiment, the density in the column direction of the photodiodes PDA is double the density in the column direction of the photodiodes PDA in the first embodiment. The density in the column direction of the entire PDA and PDB is the same. In this embodiment, n indicates the row of the pixel block BL and the row of the pixel PXA.
換言すれば、前記第1の実施の形態では、各画素ブロックBLは2個の画素PX(PXA,PXB)で構成されているのに対し、本実施の形態では、各画素ブロックBLは1個の画素PX(PXA)で構成されている。そして、前記第1の実施の形態では、画素ブロックBLに属する2個の画素PX(PXA,PXB)が、1組のノードP、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST及び選択トランジスタSELを共有しているに対し、本実施の形態では、各画素PX(本実施の形態では、PXAのみ)が、それぞれ1組のノードP、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST及び選択トランジスタSELを有している。 In other words, each pixel block BL is composed of two pixels PX (PXA, PXB) in the first embodiment, whereas each pixel block BL is composed of one pixel block BL in the present embodiment. of pixels PX (PXA). In the first embodiment, two pixels PX (PXA, PXB) belonging to the pixel block BL share a set of nodes P, amplification transistor AMP, reset transistor RST, and selection transistor SEL. In contrast, in the present embodiment, each pixel PX (only PXA in the present embodiment) has a set of nodes P, amplification transistor AMP, reset transistor RST, and selection transistor SEL.
基本的に、前記第1の実施の形態の説明は、画素ブロックBLを画素PXAに置き換えることで、本実施の形態の説明として適合する。よって、ここでは、本実施の形態の詳細な説明は省略する。 Basically, the description of the first embodiment is compatible with the description of the present embodiment by replacing the pixel block BL with the pixel PXA. Therefore, detailed description of this embodiment is omitted here.
本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。 This embodiment also provides advantages similar to those of the first embodiment.
なお、本発明では、前記第1の実施の形態を変形して本実施の形態を得たのと同様の変形を、前記第2の実施の形態に対して適用してもよい。 In addition, in the present invention, the same modification as the present embodiment obtained by modifying the first embodiment may be applied to the second embodiment.
[第4の実施の形態]
図14は、本発明の第4の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子94の概略構成を示す回路図であり、図2に対応している。図15は、図14中の列方向に順次並んだ4つの画素ブロックBLの付近を拡大して示す回路図であり、図3に対応している。図14及び図15において、図2及び図3中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点である。
[Fourth embodiment]
FIG. 14 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a solid-
本実施の形態では、前記第1の実施の形態において、第1の連結トランジスタSWa、第2の連結トランジスタSWb及び配線71,72が取り除かれ、その代わりに、第1のノードPaとこれに対応する第2のノードPbとの間を電気的に接続及び切断する第1のスイッチ部としての第1のトランジスタSWA、2つの第2のノードPb間を電気的に接続及び切断する第2のスイッチ部としての第2のトランジスタSWB、及び、配線97,98が設けられている。
In this embodiment, the first connection transistor SWa, the second connection transistor SWb, and the
画素ブロックBL(n)の第1のノードPa(n)は、前記第1の実施の形態におけるノードP(n)に相当している。転送トランジスタTXA(n)は、フォトダイオードPDA(n)から第1のノードPa(n)に電荷を転送し、転送トランジスタTXB(n)はフォトダイオードPDB(n)から第1のノードPa(n)に電荷を転送する。第1のノードPa(n)には基準電位との間に容量(電荷電圧変換容量)が形成され、その容量によって、第1のノードPa(n)に転送されてきた電荷が電圧に変換される。増幅トランジスタAMP(n)は、第1のノードPa(n)の電位に応じた信号を出力する。リセットトランジスタRST(n)は、第1のノードPa(n)の電位をリセットする。これらの点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。 The first node Pa(n) of the pixel block BL(n) corresponds to the node P(n) in the first embodiment. Transfer transistor TXA(n) transfers charge from photodiode PDA(n) to first node Pa(n), and transfer transistor TXB(n) transfers charge from photodiode PDB(n) to first node Pa(n). ). A capacitance (charge-voltage conversion capacitance) is formed between the first node Pa(n) and a reference potential, and the capacitance converts the charge transferred to the first node Pa(n) into a voltage. be. The amplification transistor AMP(n) outputs a signal corresponding to the potential of the first node Pa(n). The reset transistor RST(n) resets the potential of the first node Pa(n). These points are the same for rows of other pixel blocks BL.
第1のトランジスタSWA(n)は、第1のノードPa(n)とこれに対応する第2のノードPb(n)との間を電気的に接続及び切断する第1のスイッチ部を構成している。このような第1のスイッチ部は、複数のトランジスタ等のスイッチを組み合わせて構成することも可能であるが、構造を簡単にするため、本実施の形態のように単一の第1のトランジスタSWA(n)で構成することが好ましい。これらの点は、他の第1のトランジスタSWAについても同様である。 The first transistor SWA(n) constitutes a first switch section that electrically connects and disconnects the first node Pa(n) and the corresponding second node Pb(n). ing. Such a first switch section can be configured by combining switches such as a plurality of transistors. (n) is preferable. These points are the same for other first transistors SWA.
各第2のトランジスタSWBは、各画素ブロックBLのうちの列方向に互いに隣り合う各2つの画素ブロックBLについて、一方の画素ブロックBLの第1のノードPaに対応する第2のノードPbと他方の画素ブロックBLの第1のノードPaに対応する第2のノードPbとの間を電気的に接続及び切断するように設けられた第2のスイッチ部を構成している。これによって、本実施の形態では、3つ以上の画素ブロックBLの第1のノードPaが、複数の前記第2のスイッチ部により数珠繋ぎ状に接続されている。前述したような第2のスイッチ部は、複数のトランジスタ等のスイッチを組み合わせて構成することも可能であるが、構造を簡単にするため、本実施の形態のように単一の第2のトランジスタSWBで構成することが好ましい。 Each second transistor SWB connects a second node Pb corresponding to the first node Pa of one pixel block BL and the other pixel block BL for each two pixel blocks BL adjacent to each other in the column direction. A second switch section is provided to electrically connect and disconnect the second node Pb corresponding to the first node Pa of the pixel block BL. Thus, in the present embodiment, the first nodes Pa of three or more pixel blocks BL are connected in a daisy chain by the plurality of second switch units. The second switch section as described above can be configured by combining switches such as a plurality of transistors. It is preferable to configure with SWB.
例えば、第2のトランジスタSWB(n)は、n行目の画素ブロックBL(n)の第1のノードPa(n)に対応する第2のノードPb(n)とn-1行目の画素ブロックBL(n-1)の第1のノードPa(n-1)に対応する第2のノードPb(n-1)との間を電気的に接続及び切断するように、設けられている。この点は、他の第2のトランジスタSWBについても同様である。 For example, the second transistor SWB(n) connects the second node Pb(n) corresponding to the first node Pa(n) of the n-th pixel block BL(n) and the n-1-th pixel block BL(n). It is provided to electrically connect and disconnect the second node Pb(n-1) corresponding to the first node Pa(n-1) of the block BL(n-1). This point is the same for the other second transistor SWB.
画素ブロックBL(n)の増幅トランジスタAMP(n)のゲート電極、リセットトランジスタRST(n)のソース領域、転送トランジスタTXA(n),TXB(n)のドレイン拡散領域、及び、第1のトランジスタSWA(n)のソース拡散領域の間が、配線97(n)によって互いに電気的に接続されて導通している。第1のノードPa(n)は、配線97(n)及びこれに対して電気的に接続されて導通している箇所全体に相当している。これらの点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。 The gate electrode of the amplification transistor AMP(n) of the pixel block BL(n), the source region of the reset transistor RST(n), the drain diffusion regions of the transfer transistors TXA(n) and TXB(n), and the first transistor SWA The source diffusion regions of (n) are electrically connected to each other by a wiring 97(n) for conduction. The first node Pa(n) corresponds to the wiring 97(n) and the entire portion electrically connected to it and conducting. These points are the same for rows of other pixel blocks BL.
第1のトランジスタSWA(n)のドレイン拡散領域、第2のトランジスタSWB(n)のドレイン拡散領域及び第2のトランジスタSWB(n+1)のソース拡散領域の間が、配線98(n)によって互いに電気的に接続されて導通している。第2のノードPb(n)は、配線98(n)及びこれに対して電気的に接続されて導通している箇所全体に相当している。これらの点は、他の第1のトランジスタSWA及び他の第2のトランジスタSWBについても同様である。 A wiring 98(n) electrically connects the drain diffusion region of the first transistor SWA(n), the drain diffusion region of the second transistor SWB(n), and the source diffusion region of the second transistor SWB(n+1). are connected and conducting. The second node Pb(n) corresponds to the wiring 98(n) and the entire portion electrically connected to it and conducting. These points are the same for the other first transistor SWA and the other second transistor SWB.
第1のトランジスタSWAのゲートは行毎に制御線95に共通に接続され、そこには、制御信号φSWAが垂直走査回路21から供給される。第2のトランジスタSWBのゲートは行毎に制御線96に共通に接続され、そこには、制御信号φSWBが垂直走査回路21から供給される。
Gates of the first transistors SWA are commonly connected to the
図14及び図15において、CC(n)は、第1のトランジスタSWA(n)がオフしている場合の、第1のノードPa(n)と基準電位との間の容量である。容量CC(n)の容量値をCfd1’とする。CD(n)は、第1のトランジスタSWA(n)及び第2のトランジスタSWB(n),SWB(n+1)がオフしている場合の、配線98(n)と基準電位との間の容量である。容量CD(n)の容量値をCfd2’とする。これらの点は、他の第1のトランジスタSWA及び他の第2のトランジスタSWBについても同様である。 14 and 15, CC(n) is the capacitance between the first node Pa(n) and the reference potential when the first transistor SWA(n) is off. Let Cfd1' be the capacitance value of the capacitor CC(n). CD(n) is the capacitance between the wiring 98(n) and the reference potential when the first transistor SWA(n) and the second transistors SWB(n) and SWB(n+1) are off. be. Let Cfd2' be the capacitance value of the capacitance CD(n). These points are the same for the other first transistor SWA and the other second transistor SWB.
容量CC(n)は、転送トランジスタTXA(n),TXB(n)のドレイン拡散領域の容量と、リセットトランジスタRST(n)のソース拡散領域の容量と、第1のトランジスタSWA(n)のソース拡散領域の容量と、増幅トランジスタAMP(n)のゲート電極の容量と、配線97(n)の配線容量とから構成され、それらの容量値の合計が容量CC(n)の容量値Cfd1’となる。この点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。 The capacitance CC(n) is the capacitance of the drain diffusion regions of the transfer transistors TXA(n) and TXB(n), the capacitance of the source diffusion region of the reset transistor RST(n), and the source of the first transistor SWA(n). It is composed of the capacitance of the diffusion region, the capacitance of the gate electrode of the amplification transistor AMP(n), and the wiring capacitance of the wiring 97(n). Become. This point is the same for the rows of other pixel blocks BL.
なお、第2のトランジスタSWB(n)のソース拡散領域の容量は容量CC(n)の構成要素とならないので、その分、容量CC(n)の容量値Cfd1’は小さくなる。この点、前記第1の実施の形態では、連結トランジスタSWa(n)のソース拡散領域46の容量のみならず連結トランジスタSWb(n-1)のドレイン拡散領域48の容量も容量CBの構成要素となっているので、その分、容量CBの容量値Cfd1は大きくなる。すなわち、本実施の形態における容量値Cfd1’は、前記第1の実施の形態における容量値Cfd1よりも、トランジスタ拡散容量1個分だけ小さくなる。
Since the capacitance of the source diffusion region of the second transistor SWB(n) is not a component of the capacitance CC(n), the capacitance value Cfd1' of the capacitance CC(n) is reduced accordingly. In this regard, in the first embodiment, not only the capacitance of the
ここで、第1のトランジスタSWAのオン時のチャネル容量の値及び第2のトランジスタSWBのオン時のチャネル容量の値を、両方ともCswとする。通常、容量値Cswは、容量値Cfd1’,Cfd2’に対して小さい値である。 Here, the value of the channel capacitance when the first transistor SWA is on and the value of the channel capacitance when the second transistor SWB is on are both Csw. Normally, the capacitance value Csw is a value smaller than the capacitance values Cfd1' and Cfd2'.
今、画素ブロックBL(n)に着目して、第1のトランジスタSWA(n)がオフする(すなわち、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうちのオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態とならない)と、第1のノードPa(n)と基準電位との間の容量(電荷電圧変換容量)は、容量CC(n)となる。よって、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1’となる。この状態は、後述する第1の動作モードを示す図16中の期間T2の状態に相当している。 Now, focusing on the pixel block BL(n), the first transistor SWA(n) is turned off (that is, the on-state transistor of each of the first transistors SWA and each of the second transistors SWB is the first transistor). is not electrically connected to the node Pa(n) of the first node Pa(n), and the capacitance (charge-voltage conversion capacitance) between the first node Pa(n) and the reference potential is the capacitance CC(n) becomes. Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa(n) is Cfd1'. This state corresponds to the state of period T2 in FIG. 16 showing the first operation mode described later.
また、画素ブロックBL(n)に着目して、第1のトランジスタSWA(n)がオンすると、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち、第1のトランジスタSWA(n)以外のオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態とならなければ(ここでは、具体的には、第2のトランジスタSWB(n),SWB(n+1)がオフであれば)、第1のノードPa(n)と基準電位との間の容量(電荷電圧変換容量)は、容量CC(n)に対して、容量CD(n)及び第1のトランジスタSWA(n)のオン時のチャネル容量を付加したものとなる。よって、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1’+Cfd2’+Csw≒Cfd1’+Cfd2’となる。この状態は、後述する第2Aの動作モードを示す図17中の期間T2の状態に相当している。 Focusing on the pixel block BL(n), when the first transistor SWA(n) is turned on, the first transistor SWA and the second transistor SWB other than the first transistor SWA(n) are turned on. are electrically connected to the first node Pa(n) (here, specifically, the second transistors SWB(n) and SWB(n+1) is off), the capacitance (charge-voltage conversion capacitance) between the first node Pa(n) and the reference potential is the capacitance CD(n) and the first transistor It is obtained by adding the channel capacity when SWA(n) is on. Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa(n) is Cfd1'+Cfd2'+Csw≈Cfd1'+Cfd2'. This state corresponds to the state of period T2 in FIG. 17 showing the 2A operation mode described later.
さらに、画素ブロックBL(n)に着目して、第1のトランジスタSWA(n)及び第2のトランジスタSWB(n+1)がオンすると、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち、トランジスタSWA(n),SWB(n+1)以外のオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態とならなければ(ここでは、具体的には、トランジスタSWB(n),SWA(n+1),SWB(n+2)がオフであれば)、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量は、容量CC(n)に対して、容量CD(n)、容量CD(n+1)及びトランジスタSWA(n),SWB(n+1)のオン時のチャネル容量を付加したものとなる。よって、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1’+2×Cfd2’+2×Csw≒Cfd1’+2×Cfd2’となる。この状態は、後述する第2Bの動作モードを示す図18中の期間T2の状態に相当している。
Further, focusing on the pixel block BL(n), when the first transistor SWA(n) and the second transistor SWB(n+1) are turned on, among the first transistor SWA and the second transistor SWB, Unless the transistors in the ON state other than the transistors SWA(n) and SWB(n+1) are electrically connected to the first node Pa(n) (here, specifically, the transistor SWB (n), SWA(n+1), and SWB(n+2) are off), the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa(n) is the capacitance CD(n), It is obtained by adding the capacitance CD(n+1) and the channel capacitance when the transistors SWA(n) and SWB(n+1) are on. Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa(n) is
さらにまた、画素ブロックBL(n)に着目して、第1のトランジスタSWA(n),SWA(n+1)及び第2のトランジスタSWB(n+1)がオンすると、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち、トランジスタSWA(n),SWA(n+1),SWB(n+1)以外のオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態とならなければ(ここでは、具体的には、トランジスタSWB(n),SWB(n+2)がオフであれば)、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量は、容量CC(n)に対して、容量CD(n)、容量CD(n+1)、容量CC(n+1)及びトランジスタSWA(n),SWA(n+1),SWB(n+1)のオン時のチャネル容量を付加したものとなる。よって、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、2×Cfd1’+2×Cfd2’+3×Csw≒2×Cfd1’+2×Cfd2’となる。この状態は、後述する第2Cの動作モードを示す図19中の期間T2の状態に相当している。
Furthermore, focusing on the pixel block BL(n), when the first transistors SWA(n) and SWA(n+1) and the second transistor SWB(n+1) are turned on, each first transistor SWA and each second transistor SWA(n+1) turn on. of the transistors SWB, the transistors other than the transistors SWA(n), SWA(n+1), and SWB(n+1) must be electrically connected to the first node Pa(n). (Here, specifically, if the transistors SWB(n) and SWB(n+2) are off), the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa(n) is, with respect to the capacitance CC(n), It is obtained by adding the capacitance CD(n), the capacitance CD(n+1), the capacitance CC(n+1), and the channel capacitances of the transistors SWA(n), SWA(n+1), and SWB(n+1) when they are on. Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa(n) is 2*
また、画素ブロックBL(n)に着目して、第1のトランジスタSWA(n)及び第2のトランジスタSWB(n+1),SWB(n+2)がオンすると、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち、トランジスタSWA(n),SWB(n+1),SWB(n+2)以外のオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態とならなければ(ここでは、具体的には、トランジスタSWA(n+1),SWA(n+2),SWB(n),SWB(n+3)がオフであれば)、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量は、容量CC(n)に対して、容量CD(n)、容量CD(n+1)、容量CD(n+2)及びトランジスタSWA(n),SWB(n+1),SWB(n+2)のオン時のチャネル容量を付加したものとなる。よって、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1’+3×Cfd2’+3×Csw≒Cfd1’+3×Cfd2’となる。この状態は、後述する第2Cの動作モードを示す図20中の期間T2の状態に相当している。
Focusing on the pixel block BL(n), when the first transistor SWA(n) and the second transistors SWB(n+1) and SWB(n+2) are turned on, each first transistor SWA and each second transistor SWA are turned on. Of the transistors SWB, if the transistors other than the transistors SWA(n), SWB(n+1), and SWB(n+2) in the ON state are electrically connected to the first node Pa(n) ( Here, specifically, if the transistors SWA(n+1), SWA(n+2), SWB(n), and SWB(n+3) are off), the charge-voltage conversion capacity of the first node Pa(n) is Add the capacitance CD(n), the capacitance CD(n+1), the capacitance CD(n+2), and the channel capacitances of the transistors SWA(n), SWB(n+1), and SWB(n+2) when they are on to the capacitance CC(n). It will be Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa(n) is
このように、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち第1のノードPa(n)に対して電気的に接続されるオン状態のトランジスタがなければ、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値が最小の容量値Cfd1’となり、その電荷電圧変換容量による電荷電圧変換係数が大きくなるため、最高のSN比での読出しが可能となる。そして、前述したように、容量値Cfd1’が前記第1の実施の形態における最小の容量値Cfd1よりもトランジスタ拡散容量1個分だけ小さくなるので、本実施の形態によれば、前記第1の実施の形態と比べても、電荷電圧変換係数が一層大きくなり、より一層高いSN比での読み出しが可能となる。 In this way, if there is no ON-state transistor electrically connected to the first node Pa(n) among the first transistors SWA and the second transistors SWB, the first node Pa(n) The capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor n) becomes the minimum capacitance value Cfd1′, and the charge-voltage conversion coefficient of the charge-voltage conversion capacitor becomes large, so that reading with the highest SN ratio is possible. As described above, the capacitance value Cfd1′ is smaller than the minimum capacitance value Cfd1 in the first embodiment by one transistor diffusion capacitance. Compared to the embodiment, the charge-to-voltage conversion coefficient is further increased, enabling readout with a higher SN ratio.
一方、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち第1のノードPa(n)に対して電気的に接続されるオン状態のトランジスタの数を1つ以上の所望の数に増やしていけば、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値を所望の値に大きくすることができ、大きな信号電荷量を扱うことができるため、飽和電子数を拡大することができる。これにより、ダイナミックレンジを拡大することができる。 On the other hand, among each of the first transistors SWA and each of the second transistors SWB, the number of ON-state transistors electrically connected to the first node Pa(n) is increased to a desired number of one or more. As a result, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of the first node Pa(n) can be increased to a desired value, and a large amount of signal charge can be handled, so that the number of saturated electrons can be increased. can. Thereby, the dynamic range can be expanded.
以上、画素ブロックBL(n)の第1のノードPa(n)について説明したが、他の画素ブロックBLの第1のノードPaについても同様である。 Although the first node Pa(n) of the pixel block BL(n) has been described above, the same applies to the first nodes Pa of the other pixel blocks BL.
図16は、図14に示す固体撮像素子94の第1の動作モードを示すタイミングチャートである。この第1の動作モードは、各画素ブロックBLを行毎に順次選択していき、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち選択された画素ブロックBLの第1のノードPaに対して電気的に接続されるオン状態のトランジスタがない状態(当該第1のノードPaの電荷電圧変換容量が最小である状態)で、選択された画素ブロックBLの転送トランジスタTXA,TXBを順次選択的にオンさせて、選択された画素ブロックBLの各フォトダイオードPDA,PDBの信号を行毎に順次読み出す動作の例である。図16に示す例では、全画素PXA,PXBの信号を読み出すが、これに限らず、例えば、画素行を間引いて読み出す間引き読み出し等を行ってもよい。この点は、後述する図17乃至図20にそれぞれ示す各例についても同様である。
FIG. 16 is a timing chart showing the first operation mode of solid-
これまでの説明から図16に示す第1の動作モードの動作は明らかであるので、その詳細な説明は省略する。 Since the operation in the first operation mode shown in FIG. 16 is clear from the above description, detailed description thereof will be omitted.
図17は、図14に示す固体撮像素子94の第2Aの動作モードを示すタイミングチャートである。第2Aの動作モードは、第2の動作モードのうちの1つの動作モードである。この第2の動作モードは、各画素ブロックBLを行毎に順次選択していき、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうちの1つ以上の所定数のオン状態のトランジスタが、選択された画素ブロックBLの第1のノードPaに対して電気的に接続された状態で、選択された画素ブロックBLの転送トランジスタTXA,TXBを順次選択的にオンさせて、選択された画素ブロックBLの各フォトダイオードPDA,PDBの信号を行毎に順次読み出す動作の例である。前記第2Aの動作モードは、前記第2の動作モードにおいて、前記所定数を1つ(第1のトランジスタSWAの1つ)とした動作の例である。
FIG. 17 is a timing chart showing the 2A operation mode of the solid-
これまでの説明から図17に示す第2Aの動作モードの動作は明らかであるので、その詳細な説明は省略する。 Since the operation of the 2A operation mode shown in FIG. 17 is clear from the explanation so far, the detailed explanation thereof is omitted.
図18は、図14に示す固体撮像素子94の第2Bの動作モードを示すタイミングチャートである。第2Bの動作モードは、前記第2の動作モードのうちの他の1つの動作モードであり、前記所定数を2つ(第1のトランジスタSWAの1つと第2のトランジスタSWBの1つ)とした動作例である。これまでの説明から図18に示す第2Bの動作モードの動作は明らかであるので、その詳細な説明は省略する。
FIG. 18 is a timing chart showing the 2B operation mode of the solid-
図19は、図14に示す固体撮像素子94の第2Cの動作モードを示すタイミングチャートである。第2Cの動作モードは、前記第2の動作モードのうちの更に他の1つの動作モードであり、前記所定数を3つ(第1のトランジスタSWAの2つと第2のトランジスタSWBの1つ)とした動作例である。これまでの説明から図19に示す第2Cの動作モードの動作は明らかであるので、その詳細な説明は省略する。
FIG. 19 is a timing chart showing the 2C operation mode of the solid-
図20は、図14に示す固体撮像素子94の第2Dの動作モードを示すタイミングチャートである。第2Dの動作モードは、前記第2の動作モードのうちの更に他の1つの動作モードであり、前記所定数を3つ(第1のトランジスタSWAの1つと第2のトランジスタSWBの2つ)とした動作例である。これまでの説明から図20に示す第2Dの動作モードの動作は明らかであるので、その詳細な説明は省略する。
FIG. 20 is a timing chart showing the 2D operation mode of the solid-
本実施の形態によれば、前記第1の実施の形態と同様に、ダイナミックレンジを拡大させることができるとともに、前記比較例に比べて、高感度読出し時のSN比を向上させることができる。また、本実施の形態によれば、前記第1の実施の形態と比べても、電荷電圧変換係数が一層大きくなり、より一層高いSN比での高感度読み出しが可能となる。 According to the present embodiment, as in the first embodiment, the dynamic range can be expanded, and the SN ratio during high-sensitivity readout can be improved as compared with the comparative example. Moreover, according to the present embodiment, the charge-voltage conversion coefficient is even greater than in the first embodiment, and high-sensitivity readout at a higher SN ratio is possible.
本実施の形態では、列方向に順次隣り合う全ての2つの第2のノードPb間に第2のトランジスタSWBを設けているが、本発明では、必ずしもこれに限らない。例えば、列方向に並ぶr個(rは2以上の整数)置きの第2のノードPbと当該第2のノードPbに対し図中下側に隣り合う第2のノードPbとの間には、第2のトランジスタSWBを設けずにその間を常に開放しておいてもよい。この場合、rの数が小さいほど、前記第2の動作モードにおける前記所定数の最大数が小さくなり、ダイナミックレンジの拡大の度合いが低下するが、前記比較例に比べて高感度読出し時のSN比を向上させることができる。また、例えば、列方向に並ぶs個(sは1以上の整数)置きの第2のノードPbと当該第2のノードPbに対し図中下側に隣り合う第2のノードPbとの間には、第2のトランジスタSWBを設けずにその間を電気的に短絡させておいてもよい。さらに、例えば、列方向に並ぶu個(uは1以上の整数)置きの第2のノードPbと当該第2のノードPbに対し図中下側に隣り合う第2のノードPbとの間にのみ第2のトランジスタSWBを設ける一方で、列方向に並ぶu個置き以外の第2のノードPbと当該第2のノードPbに対し図中下側に隣り合う第2のノードPbとの間を電気的に短絡させてもよい。 In the present embodiment, the second transistor SWB is provided between every two second nodes Pb that are sequentially adjacent in the column direction, but the present invention is not necessarily limited to this. For example, between every second node Pb (r is an integer equal to or greater than 2) arranged in the column direction and the second node Pb adjacent to the second node Pb on the lower side in the figure, The gap between them may always be left open without providing the second transistor SWB. In this case, the smaller the number of r, the smaller the maximum number of the predetermined number in the second operation mode. ratio can be improved. Further, for example, between every s (s is an integer equal to or greater than 1) second nodes Pb arranged in the column direction and the second node Pb adjacent to the second node Pb on the lower side in the figure may be electrically shorted without providing the second transistor SWB. Further, for example, between every second node Pb (u is an integer equal to or greater than 1) arranged in the column direction and the second node Pb adjacent to the second node Pb on the lower side in the figure While only the second transistor SWB is provided, between the second nodes Pb other than the second nodes Pb arranged in the column direction and the second nodes Pb adjacent to the second nodes Pb on the lower side in the drawing, It may be electrically shorted.
なお、前記第2の実施の形態と同様に、本実施の形態において、配線98に調整容量を設けてもよい。また、本実施の形態においても、容量CDの容量値を、容量CCの容量値に対して±20%の範囲内の値にしてもよいし、容量CCの容量値に対して±10%の範囲内の値にしてもよい。これらの点は、後述する第5の実施の形態についても同様である。
As in the second embodiment, the
なお、図16乃至図20に示す各動作例は、各画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷を、他の画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷と混合することなく読み出す動作の例であった。しかし、本発明では、各画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷を、同色の他の画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷と混合して読み出してもよい。 Note that each operation example shown in FIGS. 16 to 20 is an example of an operation of reading the signal charge of the photodiode PD of each pixel PX without mixing it with the signal charge of the photodiode PD of another pixel PX. However, in the present invention, the signal charge of the photodiode PD of each pixel PX may be mixed with the signal charge of the photodiode PD of another pixel PX of the same color and read out.
例えば、第1のトランジスタSWA(n-1),SWA(n),SWA(n+1)及び第2のトランジスタSWB(n),SWB(n+1)をオンにして第1のノードPa(n-1),Pa(n),Pa(n+1)を互いに連結し、TXA(n-1),TXA(n),TXA(n+1)を同時にオンにすると、ベイヤー配列等を前提とした場合における同色の3つの画素PXA(n-1),PXA(n),PXA(n-1)のフォトダイオードPDA(n-1),PDA(n),PDA(n-1)の信号電荷が互いに連結された第1のノードPa(n-1),Pa(n),Pa(n+1)で平均化され、同色3画素混合読出しの機能を実現することができる。このとき、第2のトランジスタSWB(n-2),SWB(n+2)をオフにし、第1のノードPa(n-1),Pa(n),Pa(n+1)に対して電気的に接続されるオン状態の第1又は第2のトランジスタの数を最小限にすることによって、連結された第1のノードPa(n-1),Pa(n),Pa(n+1)における電荷電圧変換容量値が最小となり、最高のSN比で同色3画素混合読出しを行うことができる。一方、第1のトランジスタSWA(n-1),SWA(n),SWA(n+1)及び第2のトランジスタSWB(n),SWB(n+1)の他に、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうちの1個以上のオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n-1),Pa(n),Pa(n+1)に対して電気的に接続されるようにすれば、その数に応じて、連結された第1のノードPa(n-1),Pa(n),Pa(n+1)における電荷電圧変換容量値が大きくなり、同色3画素混合読出しのダイナミックレンジを拡大することができる。 For example, by turning on the first transistors SWA(n-1), SWA(n), SWA(n+1) and the second transistors SWB(n), SWB(n+1), the first node Pa(n-1) , Pa(n), and Pa(n+1) are connected to each other, and TXA(n-1), TXA(n), and TXA(n+1) are turned on at the same time. Signal charges of photodiodes PDA(n-1), PDA(n), PDA(n-1) of pixels PXA(n-1), PXA(n), PXA(n-1) are connected to each other. are averaged at the nodes Pa(n−1), Pa(n), and Pa(n+1) of , and the function of same-color three-pixel mixed readout can be realized. At this time, the second transistors SWB(n−2) and SWB(n+2) are turned off and electrically connected to the first nodes Pa(n−1), Pa(n) and Pa(n+1). By minimizing the number of first or second transistors in the ON state, the charge-to-voltage conversion capacitance value at the coupled first node Pa(n-1), Pa(n), Pa(n+1) is minimized, and same-color three-pixel mixed readout can be performed with the highest SN ratio. On the other hand, in addition to the first transistors SWA(n−1), SWA(n), SWA(n+1) and the second transistors SWB(n), SWB(n+1), each first transistor SWA and each second transistor If one or more of the transistors SWB in the ON state are electrically connected to the first nodes Pa(n−1), Pa(n), Pa(n+1), then the According to the number, the charge-to-voltage conversion capacitance value at the connected first nodes Pa(n-1), Pa(n), Pa(n+1) increases, and the dynamic range of same-color three-pixel mixed readout is expanded. can be done.
[第5の実施の形態]
図21は、本発明の第5の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子104の概略構成を示す回路図であり、図14に対応している。図21において、図14中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
[Fifth embodiment]
FIG. 21 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a solid-
本実施の形態が前記第4の実施の形態と異なる所は、本実施の形態では、前記第4の実施の形態において、各画素ブロックBLにおいて、フォトダイオードPDB及び転送トランジスタTXBが取り除かれ、各画素ブロックBLが画素PXAになっている点である。ただし、本実施の形態では、フォトダイオードPDAの列方向の密度は、前記第4の実施の形態におけるフォトダイオードPDAの列方向の密度の2倍にされ、前記第4の実施の形態におけるフォトダイオードPDA,PDB全体の列方向の密度と同一になっている。本実施の形態では、nは、画素ブロックBLの行を示すと同時に、画素PXAの行を示すことになる。 This embodiment differs from the fourth embodiment in that the photodiode PDB and the transfer transistor TXB are removed from each pixel block BL in the fourth embodiment. The point is that the pixel block BL is the pixel PXA. However, in this embodiment, the density in the column direction of the photodiodes PDA is double the density in the column direction of the photodiodes PDA in the fourth embodiment. The density in the column direction of the entire PDA and PDB is the same. In this embodiment, n indicates the row of the pixel block BL and the row of the pixel PXA.
換言すれば、前記第4の実施の形態では、各画素ブロックBLは2個の画素PX(PXA,PXB)で構成されているのに対し、本実施の形態では、各画素ブロックBLは1個の画素PX(PXA)で構成されている。そして、前記第4の実施の形態では、画素ブロックBLに属する2個の画素PX(PXA,PXB)が、1組の第1のノードPa、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST及び選択トランジスタSELを共有しているに対し、本実施の形態では、各画素PX(本実施の形態では、PXAのみ)が、それぞれ1組の第1のノードPa、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST及び選択トランジスタSELを有している。 In other words, each pixel block BL is composed of two pixels PX (PXA, PXB) in the fourth embodiment, whereas each pixel block BL is composed of one pixel block BL in the present embodiment. of pixels PX (PXA). In the fourth embodiment, two pixels PX (PXA, PXB) belonging to the pixel block BL share a set of first node Pa, amplification transistor AMP, reset transistor RST, and selection transistor SEL. In contrast, in the present embodiment, each pixel PX (only PXA in the present embodiment) has a set of first node Pa, amplification transistor AMP, reset transistor RST, and selection transistor SEL. is doing.
基本的に、前記第4の実施の形態の説明は、画素ブロックBLを画素PXAに置き換えることで、本実施の形態の説明として適合する。よって、ここでは、本実施の形態の詳細な説明は省略する。 Basically, the description of the fourth embodiment is compatible with the description of the present embodiment by replacing the pixel block BL with the pixel PXA. Therefore, detailed description of this embodiment is omitted here.
本実施の形態によっても、前記第4の実施の形態と同様の利点が得られる。 This embodiment also provides advantages similar to those of the fourth embodiment.
以上、本発明の各実施の形態及び変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Although the embodiments and modifications of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these.
4 固体撮像素子
BL 画素ブロック
PX 画素
PD フォトダイオード
TXA,TXB 転送トランジスタ
P ノード
AMP 増幅トランジスタ
SWa,SWb 連結トランジスタ
4 solid-state imaging device BL pixel block PX pixel PD photodiode TXA, TXB transfer transistor P node AMP amplification transistor SWa, SWb connection transistor
Claims (27)
前記画素ブロックは、
光を電荷に変換する複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第1拡散部を有するノードと、
前記ノードと、所定電圧が供給される電源線との間の接続を制御するリセットトランジスタと、
前記ノードと、前記列方向において隣に並んで配置される他の前記画素ブロックが有する前記ノードとの間の接続を制御する連結トランジスタと、を有し、
前記リセットトランジスタと前記連結トランジスタとは、前記ノードと電気的に接続される第2拡散部を共有し、
前記第1拡散部と前記第2拡散部とは、配線により電気的に接続される撮像素子。 An imaging device comprising a plurality of pixel blocks arranged side by side in a row direction and a column direction,
The pixel block is
a plurality of photoelectric conversion units that convert light into electric charges;
a node having a first diffusion portion to which charges converted by the plurality of photoelectric conversion portions are transferred;
a reset transistor for controlling connection between the node and a power supply line to which a predetermined voltage is supplied;
a connection transistor for controlling connection between the node and the node of another pixel block arranged adjacently in the column direction ;
the reset transistor and the connection transistor share a second diffusion electrically connected to the node ;
The first diffusion section and the second diffusion section are electrically connected to each other by wiring .
前記リセットトランジスタは、前記第1拡散部をソースとして形成される撮像素子。 In the imaging device according to claim 1,
The reset transistor is an imaging device formed with the first diffusion portion as a source.
前記連結トランジスタは、前記第1拡散部をソースとして形成される撮像素子。 In the imaging device according to claim 1 or claim 2,
The connection transistor is an imaging device having the first diffusion portion as a source.
前記画素ブロックは、
光を電荷に変換する複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第1拡散部を有するノードと、
前記ノードと、所定電圧が供給される電源線との間の接続を制御するリセットトランジスタと、
前記ノードと、前記列方向において隣に並んで配置される他の前記画素ブロックが有する前記ノードとの間の接続を制御する連結トランジスタとを有し、
前記リセットトランジスタのソースは、前記ノードと電気的に接続される第2拡散部により形成され、
前記連結トランジスタのソースは、前記第2拡散部により形成され、
前記第1拡散部と前記第2拡散部とは、配線により電気的に接続される撮像素子。 An imaging device comprising a plurality of pixel blocks arranged side by side in a row direction and a column direction,
The pixel block is
a plurality of photoelectric conversion units that convert light into electric charges;
a node having a first diffusion portion to which charges converted by the plurality of photoelectric conversion portions are transferred;
a reset transistor for controlling connection between the node and a power supply line to which a predetermined voltage is supplied;
a connection transistor for controlling connection between the node and the node of another pixel block arranged adjacently in the column direction ;
the source of the reset transistor is formed by a second diffusion electrically connected to the node;
a source of the coupling transistor is formed by the second diffusion ;
The first diffusion section and the second diffusion section are electrically connected to each other by wiring .
前記第2拡散部は、前記行方向において前記リセットトランジスタのゲートと前記連結トランジスタのゲートとの間に配置される撮像素子。 In the imaging device according to any one of claims 1 to 4,
The second diffusion portion is arranged between the gate of the reset transistor and the gate of the connection transistor in the row direction.
前記配線に接続されるゲートを有する増幅トランジスタを備える撮像素子。 In the imaging device according to any one of claims 1 to 5 ,
An imaging device comprising an amplification transistor having a gate connected to the wiring.
前記増幅トランジスタのゲート幅は、前記リセットトランジスタのゲート幅よりも大きい撮像素子。 In the imaging device according to claim 6 ,
The imaging device, wherein the gate width of the amplification transistor is larger than the gate width of the reset transistor.
前記増幅トランジスタのゲート幅は、前記連結トランジスタのゲート幅よりも大きい撮像素子。 In the imaging device according to claim 6 or claim 7 ,
The imaging device, wherein the gate width of the amplification transistor is larger than the gate width of the connection transistor.
前記増幅トランジスタのドレインは、前記電源線に電気的に接続される撮像素子。 In the imaging device according to any one of claims 6 to 8 ,
The imaging device, wherein the drain of the amplification transistor is electrically connected to the power supply line.
前記増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタからの信号が出力される信号線との間の接続を制御する選択トランジスタを備え、
前記増幅トランジスタのソースは、前記第2拡散部とは異なる位置に配置される第3拡散部により形成され、
前記選択トランジスタのドレインは、前記第3拡散部により形成される撮像素子。 In the imaging device according to any one of claims 6 to 9 ,
a selection transistor for controlling connection between the amplification transistor and a signal line through which a signal from the amplification transistor is output;
the source of the amplifying transistor is formed by a third diffusion located at a position different from that of the second diffusion;
The imaging device, wherein the drain of the selection transistor is formed by the third diffusion portion.
前記第3拡散部は、前記行方向において前記増幅トランジスタのゲートと前記選択トランジスタのゲートとの間に配置される撮像素子。 In the imaging device according to claim 10 ,
The imaging element, wherein the third diffusion portion is arranged between the gate of the amplification transistor and the gate of the selection transistor in the row direction.
前記増幅トランジスタのゲート幅は、前記選択トランジスタのゲート幅よりも大きい撮像素子。 In the imaging device according to claim 10 or claim 11 ,
The imaging device, wherein the gate width of the amplification transistor is larger than the gate width of the selection transistor.
前記複数の光電変換部は、前記列方向に並んで配置される撮像素子。 In the imaging device according to any one of claims 1 to 12 ,
The plurality of photoelectric conversion units are imaging elements arranged side by side in the column direction.
前記複数のノードのうち第1ノードと、所定電圧が供給される電源線との間の接続を制御するリセットトランジスタと、
前記第1ノードと、前記複数のノードのうち第2ノードとの間の接続を制御する連結トランジスタと、を備え、
前記第1ノードと前記第2ノードとは、前記列方向において隣に並んで配置され、
前記第1拡散部は、複数の光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送され、
前記リセットトランジスタと前記連結トランジスタとは、前記第1ノードと電気的に接続される第2拡散部を共有し、
前記第1拡散部と前記第2拡散部とは、配線により電気的に接続される撮像素子。 a plurality of nodes arranged side by side in a row direction and a column direction and having first diffusion portions to which photoelectrically converted charges are transferred;
a reset transistor for controlling connection between a first node among the plurality of nodes and a power supply line to which a predetermined voltage is supplied;
a connection transistor that controls connection between the first node and a second node among the plurality of nodes;
the first node and the second node are arranged next to each other in the column direction;
the first diffusion portion transfers charges converted by the plurality of photoelectric conversion portions, and
the reset transistor and the connection transistor share a second diffusion electrically connected to the first node ;
The first diffusion section and the second diffusion section are electrically connected to each other by wiring .
前記リセットトランジスタは、前記第2拡散部をソースとして形成される撮像素子。 In the imaging device according to claim 14 ,
The reset transistor is an imaging device formed with the second diffusion portion as a source.
前記連結トランジスタは、前記第2拡散部をソースとして形成される撮像素子。 In the imaging device according to claim 14 or 15 ,
The connection transistor is an imaging device having the second diffusion portion as a source.
前記複数のノードのうち第1ノードと、所定電圧が供給される電源線との間の接続を制御するリセットトランジスタと、
前記第1ノードと、前記複数のノードのうち第2ノードとの間の接続を制御する連結トランジスタと、を備え、
前記第1ノードと前記第2ノードとは、前記列方向において隣に並んで配置され、
前記第1拡散部は、複数の光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送され、
前記リセットトランジスタのソースは、前記ノードと電気的に接続される第2拡散部により形成され、
前記連結トランジスタのソースは、前記第2拡散部により形成され、
前記第1拡散部と前記第2拡散部とは、配線により電気的に接続される撮像素子。 a plurality of nodes arranged side by side in a row direction and a column direction and having first diffusion portions to which photoelectrically converted charges are transferred;
a reset transistor for controlling connection between a first node among the plurality of nodes and a power supply line to which a predetermined voltage is supplied;
a connection transistor that controls connection between the first node and a second node among the plurality of nodes;
the first node and the second node are arranged next to each other in the column direction;
the first diffusion portion transfers charges converted by the plurality of photoelectric conversion portions, and
the source of the reset transistor is formed by a second diffusion electrically connected to the node;
a source of the coupling transistor is formed by the second diffusion ;
The first diffusion section and the second diffusion section are electrically connected to each other by wiring .
前記第2拡散部は、前記行方向において前記リセットトランジスタのゲートと前記連結トランジスタのゲートとの間に配置される撮像素子。 In the imaging device according to any one of claims 14 to 17 ,
The second diffusion portion is arranged between the gate of the reset transistor and the gate of the connection transistor in the row direction.
前記配線に接続されるゲートを有する増幅トランジスタを備える撮像素子。 In the imaging device according to any one of claims 14 to 18 ,
An imaging device comprising an amplification transistor having a gate connected to the wiring.
前記増幅トランジスタのゲート幅は、前記リセットトランジスタのゲート幅よりも大きい撮像素子。 In the imaging device according to claim 19 ,
The imaging device, wherein the gate width of the amplification transistor is larger than the gate width of the reset transistor.
前記増幅トランジスタのゲート幅は、前記連結トランジスタのゲート幅よりも大きい撮像素子。 In the imaging device according to claim 19 or claim 20 ,
The imaging device, wherein the gate width of the amplification transistor is larger than the gate width of the connection transistor.
前記増幅トランジスタのドレインは、前記電源線に電気的に接続される撮像素子。 In the imaging device according to any one of claims 19 to 21 ,
The imaging device, wherein the drain of the amplification transistor is electrically connected to the power supply line.
前記増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタからの信号が出力される信号線との間の接続を制御する選択トランジスタを備え、
前記増幅トランジスタのソースは、前記第2拡散部とは異なる位置に配置される第3拡散部により形成され、
前記選択トランジスタのドレインは、前記第3拡散部により形成される撮像素子。 In the imaging device according to any one of claims 19 to 22 ,
a selection transistor for controlling connection between the amplification transistor and a signal line through which a signal from the amplification transistor is output;
the source of the amplifying transistor is formed by a third diffusion located at a position different from that of the second diffusion;
The imaging device, wherein the drain of the selection transistor is formed by the third diffusion portion.
前記第3拡散部は、前記行方向において前記増幅トランジスタのゲートと前記選択トランジスタのゲートとの間に配置される撮像素子。 24. The imaging device according to claim 23 ,
The imaging element, wherein the third diffusion portion is arranged between the gate of the amplification transistor and the gate of the selection transistor in the row direction.
前記増幅トランジスタのゲート幅は、前記選択トランジスタのゲート幅よりも大きい撮像素子。 In the imaging device according to claim 23 or 24 ,
The imaging device, wherein the gate width of the amplification transistor is larger than the gate width of the selection transistor.
前記複数の光電変換部は、前記列方向に並んで配置される撮像素子。 In the imaging device according to any one of claims 14 to 25 ,
The plurality of photoelectric conversion units are imaging elements arranged side by side in the column direction.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020079870A JP7156330B2 (en) | 2020-04-29 | 2020-04-29 | Imaging element and imaging device |
JP2022161189A JP7468594B2 (en) | 2020-04-29 | 2022-10-05 | Image pickup element and image pickup device |
JP2024052539A JP2024074850A (en) | 2020-04-29 | 2024-03-27 | Imaging element and imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020079870A JP7156330B2 (en) | 2020-04-29 | 2020-04-29 | Imaging element and imaging device |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018139722A Division JP6702371B2 (en) | 2018-07-25 | 2018-07-25 | Imaging device and imaging device |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022161189A Division JP7468594B2 (en) | 2020-04-29 | 2022-10-05 | Image pickup element and image pickup device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020145699A JP2020145699A (en) | 2020-09-10 |
JP7156330B2 true JP7156330B2 (en) | 2022-10-19 |
Family
ID=72355572
Family Applications (3)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020079870A Active JP7156330B2 (en) | 2020-04-29 | 2020-04-29 | Imaging element and imaging device |
JP2022161189A Active JP7468594B2 (en) | 2020-04-29 | 2022-10-05 | Image pickup element and image pickup device |
JP2024052539A Pending JP2024074850A (en) | 2020-04-29 | 2024-03-27 | Imaging element and imaging device |
Family Applications After (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022161189A Active JP7468594B2 (en) | 2020-04-29 | 2022-10-05 | Image pickup element and image pickup device |
JP2024052539A Pending JP2024074850A (en) | 2020-04-29 | 2024-03-27 | Imaging element and imaging device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (3) | JP7156330B2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011259075A (en) | 2010-06-07 | 2011-12-22 | Nikon Corp | Solid-state image sensor |
JP2012257028A (en) | 2011-06-08 | 2012-12-27 | Canon Inc | Image pickup apparatus |
JP2013042479A (en) | 2011-07-21 | 2013-02-28 | Canon Inc | Imaging device capable of changing operation conditions of imaging element and control method thereof |
JP6702371B2 (en) | 2018-07-25 | 2020-06-03 | 株式会社ニコン | Imaging device and imaging device |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5267867B2 (en) * | 2009-03-06 | 2013-08-21 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Imaging device |
JP6003291B2 (en) * | 2011-08-22 | 2016-10-05 | ソニー株式会社 | Solid-state imaging device and electronic apparatus |
-
2020
- 2020-04-29 JP JP2020079870A patent/JP7156330B2/en active Active
-
2022
- 2022-10-05 JP JP2022161189A patent/JP7468594B2/en active Active
-
2024
- 2024-03-27 JP JP2024052539A patent/JP2024074850A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011259075A (en) | 2010-06-07 | 2011-12-22 | Nikon Corp | Solid-state image sensor |
JP2012257028A (en) | 2011-06-08 | 2012-12-27 | Canon Inc | Image pickup apparatus |
JP2013042479A (en) | 2011-07-21 | 2013-02-28 | Canon Inc | Imaging device capable of changing operation conditions of imaging element and control method thereof |
JP6702371B2 (en) | 2018-07-25 | 2020-06-03 | 株式会社ニコン | Imaging device and imaging device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2022174347A (en) | 2022-11-22 |
JP7468594B2 (en) | 2024-04-16 |
JP2020145699A (en) | 2020-09-10 |
JP2024074850A (en) | 2024-05-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9961262B2 (en) | Solid-state imaging device having a switchable conversion gain in the floating diffusion, method for driving solid-state imaging device, and electronic apparatus | |
KR102146231B1 (en) | Solid-state imaging element, and imaging device | |
JP6413401B2 (en) | Solid-state image sensor | |
US11671730B2 (en) | Solid-state imaging device, method for driving solid-state imaging device, and electronic apparatus | |
JP6702371B2 (en) | Imaging device and imaging device | |
JP6825675B2 (en) | Image sensor and image sensor | |
JP6217338B2 (en) | Solid-state imaging device and imaging apparatus | |
JP7156330B2 (en) | Imaging element and imaging device | |
JP6256054B2 (en) | Solid-state imaging device and imaging apparatus | |
JP6375613B2 (en) | Solid-state imaging device and imaging apparatus | |
JP7160129B2 (en) | Imaging element and imaging device | |
JP7439772B2 (en) | Imaging device and imaging device | |
JP7136168B2 (en) | Imaging element and imaging device | |
JP6760907B2 (en) | Image sensor and image sensor | |
JP6798532B2 (en) | Image sensor and image sensor | |
JP6375614B2 (en) | Solid-state imaging device and imaging apparatus | |
JP2018038091A (en) | Solid-state imaging element and imaging device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200429 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210713 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20210909 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211027 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220322 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20220519 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220714 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220906 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220919 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7156330 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |