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JP2008148082A - Solid-state imaging apparatus - Google Patents

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JP2008148082A
JP2008148082A JP2006333997A JP2006333997A JP2008148082A JP 2008148082 A JP2008148082 A JP 2008148082A JP 2006333997 A JP2006333997 A JP 2006333997A JP 2006333997 A JP2006333997 A JP 2006333997A JP 2008148082 A JP2008148082 A JP 2008148082A
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JP
Japan
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signal
solid
pixel
state imaging
transistor
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Withdrawn
Application number
JP2006333997A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuhiro Tsukimura
光宏 月村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
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Priority to US11/822,100 priority patent/US8040405B2/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging apparatus which can correct vertical stripe-like noise and horizontal shading, without requiring interception means of an image pickup device. <P>SOLUTION: A solid-state imaging apparatus has a photodiode 101, a floating diffusion range 106 for receiving a signal of the photodiode 101, a pixel portion having unit pixels two-dimensionally arranged, with a transfer transistor 103 for transferring the signal to the floating diffusion range and an amplification transistor 102; a column signal line 12 commonly connected to a column direction pixel; a noise suppression portion 30 suppressing a noise of a pixel signal outputted to the column signal line; a vertical scanning portion 21 driving and controlling a pixel; a horizontal scanning portion 22 outputting a signal, after a noise suppression to a horizontal signal line 19, and a mode setting control circuit 23 having an imaging signal read mode reading an imaging signal, and a correction signal read mode acquiring a correction signal for suppressing stripe-like noise or the like due to a noise suppression portion, and performing drive control including transfer transistor ON in the imaging signal read mode, and performing driving control, only for transistor OFF in the correction signal read mode. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、デジタルカメラ等の映像出力信号を出力する固体撮像装置、特に縦スジノイズ及び水平方向のシェーディングを補正することの可能な固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device that outputs a video output signal such as a digital camera, and more particularly to a solid-state imaging device capable of correcting vertical stripe noise and horizontal shading.

CCDイメージセンサや、MOS型イメージセンサ等の固体撮像素子は、光を電気信号に変換する装置であり、デジタルカメラ等に広く用いられている。図11は、従来のMOS型イメージセンサの構成例を示す回路構成図である。この構成例に係るMOS型イメージセンサは、光電変換部であるフォトダイオードPD1と該フォトダイオードPD1の検出信号を増幅する増幅トランジスタM1と前記フォトダイオードPD1の検出信号をリセットするリセットトランジスタM2と各行を選択するための行選択トランジスタM3と画素電源VDDとからなる単位画素2011と、該単位画素を駆動する垂直走査部2012と、列方向に配列された単位画素2011に共通に接続され、単位画素2011からの信号を出力する列信号線2013と、列信号線2013に定電流を流すバイアス用トランジスタM5と、バイアス用トランジスタの電流値を決めるバイアス電流調整電圧線VBIASと、列信号線2013に接続されたクランプ容量C11と、列信号線2013の電圧変化分を保持するホールド容量C12と、クランプ容量C11とホールド容量C12を接続するサンプルホールドトランジスタM12と、クランプ容量C11とホールド容量C12を所定の電圧にクランプするためのクランプトランジスタM11と、各列のホールド容量C12から信号を選択するため一方の端子をホールド容量C12に接続した列選択トランジスタM13と、列選択トランジスタM13の他方の端子が接続された水平信号線2015と、出力アンプ2016と、列選択トランジスタM13を駆動する水平走査部2014から構成されている。なお、クランプ容量C11とホールド容量C12とクランプトランジスタM11とサンプルホールドトランジスタM12とで、ノイズ抑圧部2017を構成している。   Solid-state imaging devices such as CCD image sensors and MOS image sensors are devices that convert light into electrical signals, and are widely used in digital cameras and the like. FIG. 11 is a circuit configuration diagram showing a configuration example of a conventional MOS image sensor. The MOS type image sensor according to this configuration example includes a photodiode PD1 that is a photoelectric conversion unit, an amplification transistor M1 that amplifies a detection signal of the photodiode PD1, a reset transistor M2 that resets the detection signal of the photodiode PD1, and each row. The unit pixel 2011 is commonly connected to the unit pixel 2011 including the row selection transistor M3 for selection and the pixel power supply VDD, the vertical scanning unit 2012 that drives the unit pixel, and the unit pixels 2011 arranged in the column direction. Are connected to the column signal line 2013 for outputting a signal from the bias transistor M5 for supplying a constant current to the column signal line 2013, the bias current adjusting voltage line VBIAS for determining the current value of the bias transistor, and the column signal line 2013. Clamp capacitor C11, hold capacitor C12 for holding the voltage change of the column signal line 2013, and clamp A sample-and-hold transistor M12 for connecting the quantity C11 and the hold capacitor C12, a clamp transistor C11 for clamping the clamp capacitor C11 and the hold capacitor C12 to a predetermined voltage, and one for selecting a signal from the hold capacitor C12 of each column. A column selection transistor M13 having a terminal connected to the hold capacitor C12, a horizontal signal line 2015 to which the other terminal of the column selection transistor M13 is connected, an output amplifier 2016, and a horizontal scanning unit 2014 for driving the column selection transistor M13. Has been. The clamp capacitor C11, the hold capacitor C12, the clamp transistor M11, and the sample hold transistor M12 form a noise suppression unit 2017.

このように構成されたイメージセンサにおいては、列毎に備えた相関二重サンプリングを行うノイズ抑圧部2017により、単位画素の増幅トランジスタM1のばらつきを抑圧することは可能であるが、ノイズ抑圧部2017自体にばらつきがあると、そのばらつきにより、得られた画素信号に縦スジ状のノイズや、水平方向のシェーディングが重畳されてしまうという問題点がある。   In the image sensor configured as described above, it is possible to suppress the variation of the amplification transistor M1 of the unit pixel by the noise suppression unit 2017 that performs correlated double sampling provided for each column. However, the noise suppression unit 2017 If there is variation in itself, there is a problem that due to the variation, vertical streak noise and horizontal shading are superimposed on the obtained pixel signal.

そこで、従来は、この縦スジノイズや水平方向のシェーディングを補正するために、以下のような手法を用いている。図12,図13は、例えば特開2000−261730号公報に示されている縦スジノイズ及び水平方向のシェーディングを補正可能なイメージセンサの概略構成を示す図、及びそのイメージセンサを搭載した固体撮像装置の構成を示すブロック構成図である。図12は、図11に示したMOS型イメージセンサの構成を簡略化して示したもので、図11に示したイメージセンサと共通の構成要素には同一の符号を付して示している。行列状に配列された複数個の単位画素によって構成される画素部の全画素領域2001a内には、表面を遮光膜で覆ったOB領域2001cと、実際の撮像に使用する有効画素領域2001bを備えており、OB領域2001cの上側を垂直OB領域2001dとする。   Therefore, conventionally, the following method is used to correct the vertical stripe noise and the horizontal shading. 12 and 13 are diagrams showing a schematic configuration of an image sensor capable of correcting vertical streak noise and horizontal shading disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-261730, and a solid-state imaging device equipped with the image sensor. It is a block block diagram which shows the structure of these. FIG. 12 shows a simplified configuration of the MOS image sensor shown in FIG. 11, and the same reference numerals are given to the same components as those of the image sensor shown in FIG. In the entire pixel area 2001a of the pixel portion constituted by a plurality of unit pixels arranged in a matrix, an OB area 2001c whose surface is covered with a light shielding film and an effective pixel area 2001b used for actual imaging are provided. The upper side of the OB area 2001c is a vertical OB area 2001d.

図13に示した固体撮像装置は、イメージセンサ3010と、イメージセンサ3010からの信号をデジタル信号に変換するA/D変換部3020と、A/D変換部3020から出力されるデジタル信号からイメージセンサ3010の垂直OB領域2001d分の信号を抜き出して、列方向に加算平均する垂直OB領域加算平均部3030と、垂直OB領域加算平均部3030からの信号を保持するラインメモリ3040と、A/D変換部3020から出力される撮像信号からラインメモリ3040に保持された信号(補正データ)を減算する減算部3050と、減算部3050からの信号を画像処理し画像信号を出力する画像処理部3060とから構成されている。   The solid-state imaging device shown in FIG. 13 includes an image sensor 3010, an A / D converter 3020 that converts a signal from the image sensor 3010 into a digital signal, and an image sensor from a digital signal output from the A / D converter 3020. A signal for 3010 vertical OB areas 2001d is extracted and added and averaged in the column direction, a vertical OB area addition averaging section 3030, a line memory 3040 for holding signals from the vertical OB area addition averaging section 3030, and A / D conversion A subtraction unit 3050 that subtracts a signal (correction data) held in the line memory 3040 from an imaging signal output from the unit 3020, and an image processing unit 3060 that performs image processing on the signal from the subtraction unit 3050 and outputs an image signal It is configured.

そして、このように構成された固体撮像装置においては、撮像信号を取得する際に、垂直OB領域2001dの信号を列方向に加算平均したものを、縦スジノイズ及び水平方向のシェーディングの補正データとしてラインメモリ3040に保持しておき、通常の撮像時に、撮像信号からラインメモリ3040に保持されている補正データを減算することで、縦スジノイズ及び水平方向のシェーディングを補正している。ここで、垂直OB領域の信号に対して列方向に加算平均を行うのは、ランダムノイズ成分の影響を受けにくくするためである。   In the solid-state imaging device configured as described above, when the imaging signal is acquired, a signal obtained by adding and averaging the signals of the vertical OB area 2001d in the column direction is used as correction data for vertical stripe noise and horizontal shading. The vertical streak noise and the horizontal shading are corrected by subtracting the correction data held in the line memory 3040 from the image pickup signal during normal image pickup. Here, the reason why the averaging of the signals in the vertical OB region is performed in the column direction is to make the signals less susceptible to random noise components.

また、特開平10−313428号公報に開示されているように、イメージセンサに光が入射しない状態を作り、その状態における出力から列方向に加算平均した補正データを取得することにより、縦スジノイズ及び水平方向のシェーディングを補正する手法も知られている。
特開2000−261730号公報 特開平10−313428号公報
Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-313428, a state in which light is not incident on the image sensor is created, and correction data obtained by averaging in the column direction is obtained from the output in that state, whereby vertical stripe noise and A method for correcting the shading in the horizontal direction is also known.
JP 2000-261730 A JP 10-313428 A

しかしながら、上記特開2000−261730号公報に開示されている手法では、遮光膜で覆われている垂直OB領域2001dにより補正データを取得するように構成されているため、実際の撮像信号を取得する有効画素領域2001bとは画素特性に差がある。また、特開平10−313428号公報に開示されている手法では、有効画素領域において補正データを取得するために、遮光手段が必要になる。   However, in the method disclosed in the above Japanese Patent Laid-Open No. 2000-261730, the correction data is acquired by the vertical OB region 2001d covered with the light shielding film, so that an actual imaging signal is acquired. There is a difference in pixel characteristics from the effective pixel region 2001b. Further, in the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-313428, a light shielding unit is necessary to obtain correction data in the effective pixel region.

このように、従来は、縦スジノイズ及び水平方向のシェーディング補正用の補正データを取得するに際して、遮光手段を用いずに遮光状態と同等の信号を得ることが課題となっていた。本発明は、固体撮像装置における上記課題を解決するためになされたもので、固体撮像素子の遮光手段を必要とせずに、縦スジノイズ及び水平方向のシェーディングを補正可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。   As described above, conventionally, when acquiring vertical stripe noise and correction data for shading correction in the horizontal direction, it has been a problem to obtain a signal equivalent to the light shielding state without using the light shielding means. The present invention has been made to solve the above problems in a solid-state imaging device, and provides a solid-state imaging device capable of correcting vertical stripe noise and horizontal shading without requiring a light-shielding means of a solid-state imaging device. With the goal.

上記の課題を解決するために、請求項1に係る発明は、光電変換手段、その入力部に供給される信号を増幅する増幅手段、前記増幅手段の入力部をリセットするリセット手段、及び前記光電変換手段にて生成された撮像信号を前記増幅手段の入力部に転送する転送手段を有する画素が複数、2次元状に配列され、且つ各列に配列された各画素の前記増幅手段の出力部が列毎に設けられた共通信号線に接続された画素部と、前記共通信号線に出力された前記画素からの信号のノイズを抑圧する列処理回路と、前記画素の増幅手段、前記リセット手段、及び前記転送手段を行単位で制御する垂直走査回路と、前記列処理回路から水平信号線へのノイズ抑圧後の信号の出力を列を単位として制御する水平走査回路と、前記撮像信号を前記水平信号線に読出す第1の読み出しモードと、前記列処理回路に起因するノイズを抑圧するための補正データを取得する第2の読み出しモードとを設定可能に有し、ここで、前記転送手段を、前記第1の読み出しモードにおいてはONを含む駆動制御とし、第2の読み出しモードにおいてはOFFのみの駆動制御とするモード設定制御回路とを具備する固体撮像素子と、前記補正データを保持するメモリと、前記メモリに保持された補正データに基づき、前記第1の読み出しモードにおいて読み出された前記撮像信号を補正する補正手段とを備えて固体撮像装置を構成するものである。   In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is directed to photoelectric conversion means, amplification means for amplifying a signal supplied to the input section, reset means for resetting the input section of the amplification means, and the photoelectric conversion means. A plurality of pixels having transfer means for transferring the imaging signal generated by the conversion means to the input section of the amplification means, the output section of the amplification means for each pixel arranged two-dimensionally and arranged in each column Are connected to a common signal line provided for each column, a column processing circuit for suppressing noise of a signal from the pixel output to the common signal line, an amplifying unit for the pixel, and a reset unit And a vertical scanning circuit that controls the transfer means in units of rows, a horizontal scanning circuit that controls output of signals after noise suppression from the column processing circuit to horizontal signal lines in units of columns, and the imaging signal Horizontal signal line A first reading mode for reading and a second reading mode for acquiring correction data for suppressing noise caused by the column processing circuit can be set. Here, the transfer means includes the first reading mode and the second reading mode. A solid-state imaging device including a mode setting control circuit configured to perform drive control including ON in the first read mode and drive control only in the second read mode; and a memory holding the correction data; A solid-state imaging device is configured including correction means for correcting the imaging signal read in the first readout mode based on correction data held in a memory.

請求項2に係る発明は、請求項1に係る固体撮像装置において、前記固体撮像素子と同一の半導体チップ上に、前記メモリ又は前記補正手段の少なくとも一方が形成されていることを特徴とするものである。   According to a second aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first aspect, at least one of the memory and the correcting unit is formed on the same semiconductor chip as the solid-state imaging element. It is.

請求項3に係る発明は、請求項1又は2に係る固体撮像装置において、前記モード設定制御回路は任意のタイミングで前記第2の読み出しモードを設定し、前記メモリは前記任意のタイミングで取得された前記補正データを格納することを特徴とするものである。   According to a third aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first or second aspect, the mode setting control circuit sets the second readout mode at an arbitrary timing, and the memory is acquired at the arbitrary timing. Further, the correction data is stored.

請求項1に係る発明によれば、第2の読み出しモードにおいては、画素の転送手段はOFFのみで駆動制御され、増幅手段への撮像信号の転送が遮断された状態とされるので、シャッタ等の遮光手段を別途設けることなく、簡易な構成にて、遮光手段により遮光された状態と同等の状態で、列処理回路に起因するノイズを抑圧するための補正データを取得することが可能な固体撮像装置を実現することができる。また請求項2に係る発明によれば、メモリ又は補正手段の少なくとも一方を固体撮像素子と同一の半導体チップ上に構成しているため、外部メモリともしくは外部補正手段が不要となり、固体撮像装置の小型化を図ることが可能となる。また請求項3に係る発明によれば、任意のタイミングでメモリに保持されている補正信号を変更することが可能となる。   According to the first aspect of the present invention, in the second readout mode, the pixel transfer unit is driven and controlled only by being OFF, and the transfer of the imaging signal to the amplification unit is cut off. In this case, it is possible to obtain correction data for suppressing noise caused by the column processing circuit in a state equivalent to the state where light is shielded by the light shielding unit with a simple configuration without separately providing the light shielding unit. An imaging device can be realized. According to the second aspect of the present invention, since at least one of the memory and the correction unit is configured on the same semiconductor chip as the solid-state imaging device, the external memory and the external correction unit are not required, and the solid-state imaging device It is possible to reduce the size. According to the invention of claim 3, it is possible to change the correction signal held in the memory at an arbitrary timing.

次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described.

(実施例1)
まず、本発明に係る固体撮像装置の実施例1について説明する。図1は実施例1に係る固体撮像装置における固体撮像素子の1画素及びそれに対応する部分の構成を示す回路構成図である。この実施例に係る固体撮像素子は、光電変換部であるフォトダイオード101 と、該フォトダイオード101 に蓄積された電荷に対応した信号を受け取る浮遊拡散領域106 と、前記信号を増幅して読み出すための増幅トランジスタ102 と、前記フォトダイオード101 に蓄積された電荷を浮遊拡散領域106 へ転送する手段である転送トランジスタ103 と、増幅トランジスタ102 の入力部となる浮遊拡散領域106 をリセットするためのリセットトランジスタ104 と、各行を選択するための行選択トランジスタ105 と、画素電源VDDとからなる単位画素11を備えている。なお、図1において、107 は浮遊拡散領域106 が形成する浮遊容量であり、そして上記単位画素11は行列状に複数個配列されている。
(Example 1)
First, Embodiment 1 of the solid-state imaging device according to the present invention will be described. FIG. 1 is a circuit configuration diagram illustrating a configuration of one pixel of a solid-state imaging device and a portion corresponding thereto in the solid-state imaging device according to the first embodiment. The solid-state imaging device according to this embodiment includes a photodiode 101 that is a photoelectric conversion unit, a floating diffusion region 106 that receives a signal corresponding to the electric charge accumulated in the photodiode 101, and an amplifier that reads and amplifies the signal. An amplifying transistor 102, a transfer transistor 103 which is means for transferring the electric charge accumulated in the photodiode 101 to the floating diffusion region 106, and a reset transistor 104 for resetting the floating diffusion region 106 which is an input part of the amplifying transistor 102 A unit pixel 11 including a row selection transistor 105 for selecting each row and a pixel power supply VDD. In FIG. 1, reference numeral 107 denotes a stray capacitance formed by the floating diffusion region 106, and a plurality of the unit pixels 11 are arranged in a matrix.

また、この固体撮像素子は、列方向に配列された単位画素11に共通に接続され、単位画素11の信号を出力する列信号線12と、列信号線12に定電流を流すバイアス用トランジスタ13と、バイアス用トランジスタ13の電流値を決めるバイアス電流調整電圧線VBIASとを備え、更に、列信号線12に接続されたクランプ容量14と、列信号線12の電圧変化分を保持するホールド容量15と、クランプ容量14とホールド容量15を接続するサンプルホールドトランジスタ16と、クランプ容量14とホールド容量15を所定の電圧にクランプするためのクランプトランジスタ17とからなる、相関二重サンプリングを行い単位画素11からの信号のノイズを抑圧するノイズ抑圧部30と、各列のノイズ抑圧部30のホールド容量15から信号を読み出すため一方の端子をホールド容量15に接続した列選択トランジスタ18と、列選択トランジスタ18の他方の端子が接続された水平信号線19と、出力アンプ20と、垂直走査回路21と、水平走査回路22と、次に述べる撮像信号読み出しモードと補正信号読み出しモードとに切り換えて駆動制御するモード設定制御回路23とを備えて構成されている。モード設定制御回路23は、更にモードを設定するモード設定部23aと、設定されたモードに応じた制御を行う制御部23bとを有する。   The solid-state imaging device is commonly connected to the unit pixels 11 arranged in the column direction, and outputs a signal of the unit pixel 11 and a bias transistor 13 for supplying a constant current to the column signal line 12. And a bias current adjustment voltage line VBIAS that determines the current value of the bias transistor 13, a clamp capacitor 14 connected to the column signal line 12, and a hold capacitor 15 that holds the voltage change of the column signal line 12. A unit pixel 11 that performs correlated double sampling and a sample and hold transistor 16 that connects the clamp capacitor 14 and the hold capacitor 15 and a clamp transistor 17 that clamps the clamp capacitor 14 and the hold capacitor 15 to a predetermined voltage. The noise suppressor 30 that suppresses the noise of the signal from the signal and the hold capacitor 15 for reading the signal from the hold capacitor 15 of the noise suppressor 30 of each column The connected column selection transistor 18, the horizontal signal line 19 to which the other terminal of the column selection transistor 18 is connected, the output amplifier 20, the vertical scanning circuit 21, the horizontal scanning circuit 22, and the imaging signal readout mode described below And a mode setting control circuit 23 that controls driving by switching between the correction signal reading mode and the correction signal reading mode. The mode setting control circuit 23 further includes a mode setting unit 23a for setting a mode and a control unit 23b for performing control according to the set mode.

次に、図2に示した撮像信号読み出しモードのタイミングチャートに基づいて、図1に示した実施例1に係る固体撮像素子の撮像信号読み出しモード時の画像データ取得動作について説明する。図2におけるφROW,φRST,φTRは、画素駆動用の行選択パルス、リセット制御パルス、転送パルス信号であり、垂直走査回路21から出力されるようになっている。   Next, the image data acquisition operation in the imaging signal readout mode of the solid-state imaging device according to the first embodiment shown in FIG. 1 will be described based on the timing chart of the imaging signal readout mode shown in FIG. ΦROW, φRST, and φTR in FIG. 2 are a row selection pulse for pixel driving, a reset control pulse, and a transfer pulse signal, which are output from the vertical scanning circuit 21.

まず、水平ブランキング期間において、行選択パルスφROW=Hにすると、行選択トランジスタ105 がオン状態となり、列信号線12に浮遊拡散領域106 の信号電圧が出力されるようになる。次に、クランプ制御パルスφCL=H,及びサンプルホールド制御パルスφSH=Hとして、サンプルホールドトランジスタ16とクランプトランジスタ17をオン状態にし、クランプ容量14の一方の端子とホールド容量15を基準電位VREFに固定する。なお、クランプ制御パルスφCL及びサンプルホールド制御パルスφSHは制御部23bより出力される。   First, in the horizontal blanking period, when the row selection pulse φROW = H, the row selection transistor 105 is turned on, and the signal voltage of the floating diffusion region 106 is output to the column signal line 12. Next, with the clamp control pulse φCL = H and the sample hold control pulse φSH = H, the sample hold transistor 16 and the clamp transistor 17 are turned on, and one terminal of the clamp capacitor 14 and the hold capacitor 15 are fixed to the reference potential VREF. To do. The clamp control pulse φCL and the sample hold control pulse φSH are output from the control unit 23b.

次に、リセット制御パルスφRST=Hとしてリセットトランジスタ104 をオンとし、浮遊拡散領域106 の電圧をリセットする。その後、リセット制御パルスφRST=Lとしてリセットトランジスタ104 をオフとする。そして、クランプ制御パルスφCL=Lとしてクランプトランジスタ17をオフ状態とすることで、リセットした後の浮遊拡散領域106 のレベルをクランプ容量14にクランプする。その後、転送パルスφTR=Hとして転送トランジスタ103 をオンとし、フォトダイオード101 に蓄積された電荷を浮遊拡散領域106 に転送する。このとき、電荷量に応じた撮像信号レベルが列信号線12に現れ、クランプ容量14及びサンプルホールドトランジスタ16を介してホールド容量15に蓄積される。   Next, the reset transistor 104 is turned on with the reset control pulse φRST = H, and the voltage of the floating diffusion region 106 is reset. Thereafter, the reset control pulse φRST = L and the reset transistor 104 is turned off. Then, by setting the clamp control pulse φCL = L and turning off the clamp transistor 17, the level of the floating diffusion region 106 after the reset is clamped to the clamp capacitor 14. Thereafter, the transfer pulse φTR = H is set to turn on the transfer transistor 103, and the charges accumulated in the photodiode 101 are transferred to the floating diffusion region 106. At this time, an imaging signal level corresponding to the charge amount appears on the column signal line 12 and is accumulated in the hold capacitor 15 via the clamp capacitor 14 and the sample hold transistor 16.

そして、次にサンプルホールド制御パルスφSH=Lとしてサンプルホールドトランジスタ16をオフ状態にすることで、ホールド容量15にフォトダイオード101 の信号成分が保持される。その後、水平映像期間に、水平走査回路22より出力される列選択パルスを“H”として列選択トランジスタ18をオンすることによって、ホールド容量15に保持された信号成分が水平信号線19に出力され、出力アンプ20からノイズが抑圧された画素信号が出力される。この動作を繰り返し各行毎に行うことで、一画面分の撮像信号が得られる。   Then, the signal component of the photodiode 101 is held in the hold capacitor 15 by setting the sample and hold transistor 16 to the OFF state by setting the sample and hold control pulse φSH = L. Thereafter, in the horizontal video period, the column selection pulse output from the horizontal scanning circuit 22 is set to “H” to turn on the column selection transistor 18, whereby the signal component held in the hold capacitor 15 is output to the horizontal signal line 19. The output amplifier 20 outputs a pixel signal in which noise is suppressed. By repeating this operation for each row, an image signal for one screen can be obtained.

次に、図3に示した補正信号読み出しモード時のタイミングチャートに基づいて、図1に示した固体撮像素子の補正用信号取得動作について説明する。図3における行選択パルスφROW、リセット制御パルスφRST、転送パルスφTRは画素駆動用の信号であり、垂直走査回路21から出力される。   Next, the correction signal acquisition operation of the solid-state imaging device shown in FIG. 1 will be described based on the timing chart in the correction signal readout mode shown in FIG. A row selection pulse φROW, a reset control pulse φRST, and a transfer pulse φTR in FIG. 3 are signals for driving pixels, and are output from the vertical scanning circuit 21.

まず、水平ブランキング期間において、行選択パルスφROW=Hにすると、行選択トランジスタ105 がオン状態となり、列信号線12に浮遊拡散領域106 の信号電圧が出力されるようになる。このとき、クランプ制御パルスφCL=H,及びサンプルホールド制御パルスφSH=Hとして、サンプルホールドトランジスタ16とクランプトランジスタ17をオン状態にし、クランプ容量14の一方の端子とホールド容量15を基準電位VREFに固定する。   First, in the horizontal blanking period, when the row selection pulse φROW = H, the row selection transistor 105 is turned on, and the signal voltage of the floating diffusion region 106 is output to the column signal line 12. At this time, the clamp control pulse φCL = H and the sample hold control pulse φSH = H are set, the sample hold transistor 16 and the clamp transistor 17 are turned on, and one terminal of the clamp capacitor 14 and the hold capacitor 15 are fixed to the reference potential VREF. To do.

次に、リセット制御パルスφRST=Hとしてリセットトランジスタ104 をオンとし、浮遊拡散領域106 の電圧をリセットする。その後、リセット制御パルスφRST=Lとしてリセットトランジスタ104 をオフとする。そして、クランプ制御パルスφCL=Lとしてクランプトランジスタ17をオフ状態とすることで、リセットした後の浮遊拡散領域106 のレベルをクランプ容量14にクランプする。その後、サンプルホールド制御パルスφSH=Lとしてサンプルホールドトランジスタ16をオフ状態にすることで、ホールド容量15に信号レベルが保持されるが、この場合、フォトダイオード101 に光による電荷が蓄積されていたとしても、転送動作を行わないので、浮遊拡散領域106 のレベルは変化しない。したがって、画素領域を遮光したときと同等の信号レベルとなっている。   Next, the reset transistor 104 is turned on with the reset control pulse φRST = H, and the voltage of the floating diffusion region 106 is reset. Thereafter, the reset control pulse φRST = L and the reset transistor 104 is turned off. Then, by setting the clamp control pulse φCL = L and turning off the clamp transistor 17, the level of the floating diffusion region 106 after the reset is clamped to the clamp capacitor 14. Thereafter, the sample hold transistor 16 is turned off by setting the sample hold control pulse φSH = L, so that the signal level is held in the hold capacitor 15. In this case, it is assumed that charges due to light are accumulated in the photodiode 101. However, since the transfer operation is not performed, the level of the floating diffusion region 106 does not change. Therefore, the signal level is the same as when the pixel area is shielded from light.

その後、水平映像期間中に、水平走査回路22より出力される列選択パルスによって、ホールド容量15に保持された信号成分が水平信号線19へ出力され、出力アンプ20からノイズが抑圧された信号が出力される。この動作を繰り返し各行毎に行うことで、画素領域を遮光状態とすることなく、遮光状態と同等の信号が得られるので、それを列毎のノイズ抑圧部30に起因するノイズを抑圧するための補正用信号として用いることが可能となる。   Thereafter, during the horizontal video period, the signal component held in the hold capacitor 15 is output to the horizontal signal line 19 by the column selection pulse output from the horizontal scanning circuit 22, and the signal from which the noise is suppressed is output from the output amplifier 20. Is output. By repeating this operation for each row, a signal equivalent to the light-shielded state can be obtained without putting the pixel region in the light-shielded state, so that it is possible to suppress noise caused by the noise suppressor 30 for each column. It can be used as a correction signal.

(実施例2)
次に、実施例2について説明する。図4は、実施例2に係る固体撮像装置における固体撮像素子の1画素とそれに対応する部分の構成を示す回路構成図である。実施例2に係る固体撮像素子の構成は、実施例1に係る固体撮像素子における相関二重サンプリングを行うノイズ抑圧部を、クランプ型から差動型に変えた構成となっている。
(Example 2)
Next, Example 2 will be described. FIG. 4 is a circuit configuration diagram illustrating a configuration of one pixel of the solid-state imaging device and a portion corresponding thereto in the solid-state imaging device according to the second embodiment. The configuration of the solid-state imaging device according to the second embodiment is a configuration in which the noise suppression unit that performs correlated double sampling in the solid-state imaging device according to the first embodiment is changed from a clamp type to a differential type.

図4に示すように、実施例2に係る固体撮像素子は、光電変換部であるフォトダイオード501 と、該フォトダイオード501 に蓄積された電荷に対応した信号を受け取る浮遊拡散領域506 と、浮遊拡散領域が形成する浮遊容量507 と、前記信号を増幅して読み出すための増幅トランジスタ502 と、前記フォトダイオード501 に蓄積された電荷を浮遊拡散領域506 へ転送する手段である転送トランジスタ503 と、増幅トランジスタ502 の入力部である浮遊拡散領域506 をリセットするためのリセットトランジスタ504 と、各行を選択するための行選択トランジスタ505 と、画素電源VDDとからなる単位画素51を備え、また列方向に配列された単位画素51に共通に接続され、単位画素51の信号を出力する列信号線52と、列信号線52に定電流を流すバイアス用トランジスタ53と、バイアス用トランジスタの電流値を決めるバイアス電流調整電圧線VBIASと、選択パルスφSにより動作する第1の選択トランジスタ54と、選択パルスφRにより動作する第2の選択トランジスタ55と、列信号線52に出力されるフォトダイオードの信号を保持する第1の容量56と、同じく列信号線52に出力されるフォトダイオードの信号を保持する第2の容量57と、第1の容量56に保持された信号を出力する第1の水平信号線58と、第2の容量57に保持された信号を出力する第2の水平信号線59と、第1の容量56と第1の水平信号線58とを接続する第1の列選択トランジスタ60と、第2の容量57と第2の水平信号線59とを接続する第2の列選択トランジスタ61と、列リセットパルスにより動作し水平信号線リセット電圧を第1の水平信号線58に接続する第1の水平信号線リセットトランジスタ62と、列リセットパルスにより動作し水平信号線リセット電圧を第2の水平信号線59に接続する第2の水平信号線リセットトランジスタ63と、第1及び第2の水平信号線58,59に接続された差動出力アンプ64と、垂直走査回路65と、水平走査回路66と、撮像信号読み出しモードと補正信号読み出しモードとに切り換えて駆動制御するモード設定制御回路67とを備えて構成されている。モード設定制御回路67は、更にモードを設定するモード設定部67aと、設定されたモードに応じた制御を行う制御部67bとを有する。   As illustrated in FIG. 4, the solid-state imaging device according to the second embodiment includes a photodiode 501 that is a photoelectric conversion unit, a floating diffusion region 506 that receives a signal corresponding to a charge accumulated in the photodiode 501, and a floating diffusion. A stray capacitance 507 formed by the region, an amplifying transistor 502 for amplifying and reading out the signal, a transfer transistor 503 as means for transferring the charge accumulated in the photodiode 501 to the floating diffusion region 506, an amplifying transistor The unit pixel 51 includes a reset transistor 504 for resetting the floating diffusion region 506, which is an input unit of 502, a row selection transistor 505 for selecting each row, and a pixel power supply VDD, and is arranged in the column direction. A column signal line 52 for outputting a signal of the unit pixel 51 and a bias transistor for supplying a constant current to the column signal line 52. 53, a bias current adjustment voltage line VBIAS that determines the current value of the bias transistor, a first selection transistor 54 that operates according to a selection pulse φS, a second selection transistor 55 that operates according to a selection pulse φR, and a column signal A first capacitor 56 that holds a photodiode signal output to the line 52, a second capacitor 57 that also holds a photodiode signal output to the column signal line 52, and a first capacitor 56 A first horizontal signal line 58 for outputting the generated signal, a second horizontal signal line 59 for outputting a signal held in the second capacitor 57, a first capacitor 56, and a first horizontal signal line 58. The first column selection transistor 60 for connecting the second capacitor 57, the second column selection transistor 61 for connecting the second capacitor 57 and the second horizontal signal line 59, and the horizontal signal line reset voltage operated by the column reset pulse. To the first horizontal signal line 58 A first horizontal signal line reset transistor 62 to be connected; a second horizontal signal line reset transistor 63 that operates by a column reset pulse to connect a horizontal signal line reset voltage to the second horizontal signal line 59; Mode setting control for switching and controlling the differential output amplifier 64 connected to the two horizontal signal lines 58 and 59, the vertical scanning circuit 65, the horizontal scanning circuit 66, and the imaging signal readout mode and the correction signal readout mode. The circuit 67 is provided. The mode setting control circuit 67 further includes a mode setting unit 67a for setting a mode and a control unit 67b for performing control according to the set mode.

次に、図5に示した撮像信号読み出しモードのタイミングチャートに基づいて、図4に示した実施例2に係る固体撮像素子の撮像信号読み出しモード時の画像データ取得動作について説明する。図5における行選択パルスφROW、リセット制御パルスφRST、転送パルスφTRは画素駆動用の信号であり、垂直走査回路65から出力されるようになっている。   Next, the image data acquisition operation in the imaging signal readout mode of the solid-state imaging device according to the second embodiment shown in FIG. 4 will be described based on the timing chart of the imaging signal readout mode shown in FIG. A row selection pulse φROW, a reset control pulse φRST, and a transfer pulse φTR in FIG. 5 are signals for driving a pixel, and are output from the vertical scanning circuit 65.

まず、水平ブランキング期間において、行選択パルスφROW=Hにすると、行選択トランジスタ505 がオン状態となり、列信号線52に浮遊拡散領域506 の信号電圧が出力されるようになる。次に、リセット制御パルスφRST=Hとしてリセットトランジスタ504 をオンにして、浮遊拡散領域506 をリセットする。その後、リセット制御パルスφRST=Lとしてリセットトランジスタ504 をオフにする。そして、次いで第2の選択パルスφR=Hとして第2の選択トランジスタ55をオンにし、浮遊拡散領域506 のリセット電位を第2の容量57に保持する。その後、第2の選択パルスφR=Lとして第2の選択トランジスタ55をオフとする。   First, in the horizontal blanking period, when the row selection pulse φROW = H, the row selection transistor 505 is turned on, and the signal voltage of the floating diffusion region 506 is output to the column signal line 52. Next, the reset transistor 504 is turned on with the reset control pulse φRST = H, and the floating diffusion region 506 is reset. After that, the reset transistor 504 is turned off with the reset control pulse φRST = L. Then, the second selection transistor 55 is turned on with the second selection pulse φR = H, and the reset potential of the floating diffusion region 506 is held in the second capacitor 57. Thereafter, the second selection pulse 55 is turned off with the second selection pulse φR = L.

次に、転送パルスφTR=Hとして転送トランジスタ503 をオンにして、フォトダイオード501 に蓄積された電荷を浮遊拡散領域506 に転送する。次いで、転送パルスφTR=Lとして転送トランジスタ503 をオフとした後、第1の選択パルスφS=Hとして第1の選択トランジスタ54をオンとし、これにより浮遊拡散領域506 の電位が第1の容量56に保持される。その後、第1の選択パルスφS=Lとして第1の選択トランジスタ54をオフとする。なお、第2,第1の選択パルスφR,φS,及び列リセットパルスは制御部67bより出力される。   Next, the transfer transistor 503 is turned on with the transfer pulse φTR = H, and the charge accumulated in the photodiode 501 is transferred to the floating diffusion region 506. Next, after the transfer transistor 503 is turned off with the transfer pulse φTR = L, the first select transistor 54 is turned on with the first selection pulse φS = H, whereby the potential of the floating diffusion region 506 is changed to the first capacitance 56. Retained. Thereafter, the first selection pulse φS = L and the first selection transistor 54 is turned off. The second and first selection pulses φR, φS and the column reset pulse are output from the control unit 67b.

その後、水平映像期間において、水平走査回路66より出力される列選択パルスを“H”として、第2の列選択トランジスタ61と第1の列選択トランジスタ60をオンとすることで、上記第2の容量57と第1の容量56に保持された信号は、第2の水平信号線59と第1の水平信号線58にそれぞれ出力され、差動出力アンプ64に入力されて光電変換信号に含まれるノイズが抑圧された画素信号が出力される。なお、列選択パルスを“H”とする前に、水平信号線リセット電圧による第1及び第2の水平信号線58,59のリセットが行われる。   Thereafter, in the horizontal video period, the column selection pulse output from the horizontal scanning circuit 66 is set to “H”, and the second column selection transistor 61 and the first column selection transistor 60 are turned on, whereby the second The signals held in the capacitor 57 and the first capacitor 56 are respectively output to the second horizontal signal line 59 and the first horizontal signal line 58, input to the differential output amplifier 64, and included in the photoelectric conversion signal. A pixel signal in which noise is suppressed is output. Note that the first and second horizontal signal lines 58 and 59 are reset by the horizontal signal line reset voltage before the column selection pulse is set to “H”.

次に、図6に示した補正信号読み出しモードのタイミングチャートに基づいて、図4に示した実施例2に係る固体撮像素子の補正信号取得動作について説明する。図6における行選択パルスφROW、リセット制御パルスφRST、転送パルスφTRは画素駆動用の信号であり、垂直走査回路65から出力される。   Next, the correction signal acquisition operation of the solid-state imaging device according to the second embodiment shown in FIG. 4 will be described based on the timing chart of the correction signal readout mode shown in FIG. A row selection pulse φROW, a reset control pulse φRST, and a transfer pulse φTR in FIG. 6 are signals for driving pixels, and are output from the vertical scanning circuit 65.

まず、水平ブランキング期間において、行選択パルスφROW=Hにして行選択トランジスタ505 をオン状態とし、次いでリセット制御パルスφRST=Hとしてリセットトランジスタ504 をオンにして、浮遊拡散領域506 をリセットする。その後、リセット制御パルスφRST=Lとしてリセットトランジスタ504 をオフにする。   First, in the horizontal blanking period, the row selection pulse φROW = H is set to turn on the row selection transistor 505, and then the reset control pulse φRST = H is set to turn on the reset transistor 504 to reset the floating diffusion region 506. After that, the reset transistor 504 is turned off with the reset control pulse φRST = L.

そして、次いで第2の選択パルスφR=Hとして第2の選択トランジスタ55をオンにし、浮遊拡散領域506 のリセット電位を第2の容量57に保持する。その後、第2の選択パルスφR=Lとして第2の選択トランジスタ55をオフとする。その後、第1の選択パルスφS=Hとして第1の選択トランジスタ54をオンとし、浮遊拡散領域506 の電位を第1の容量56に保持する。このとき、フォトダイオード501 に光による電荷が蓄積されていたとしても、転送動作を行っていないので、浮遊拡散領域506 のレベルは変化せず、画素領域の遮光時とほぼ同じ信号レベルとなっている。その後、第1の選択パルスφS=Lとして第1の選択トランジスタ54をオフとする。   Then, the second selection transistor 55 is turned on with the second selection pulse φR = H, and the reset potential of the floating diffusion region 506 is held in the second capacitor 57. Thereafter, the second selection pulse 55 is turned off with the second selection pulse φR = L. Thereafter, the first selection transistor 54 is turned on by setting the first selection pulse φS = H, and the potential of the floating diffusion region 506 is held in the first capacitor 56. At this time, even if charge due to light is accumulated in the photodiode 501, since the transfer operation is not performed, the level of the floating diffusion region 506 does not change, and the signal level is almost the same as when the pixel region is shielded from light. Yes. Thereafter, the first selection pulse φS = L and the first selection transistor 54 is turned off.

その後、水平映像期間において、水平走査回路66より出力される列選択パルスを“H”として、第2の列選択トランジスタ61と第1の列選択トランジスタ60をオンとすることで、上記第2の容量57と第1の容量56に保持された信号は、第2の水平信号線59と第1の水平信号線58にそれぞれ読み出され、差動アンプ64に入力されて第2の容量57と第1の容量56の差分信号が出力され、ノイズが抑圧された信号が得られる。この差分信号は入射光量にはよらないので、遮光状態と同等の信号となる。このように、ノイズ抑圧部に差動型のものを用いた場合でも、画素領域を遮光することなく補正用信号を取得することが可能となる。   Thereafter, in the horizontal video period, the column selection pulse output from the horizontal scanning circuit 66 is set to “H”, and the second column selection transistor 61 and the first column selection transistor 60 are turned on, whereby the second The signals held in the capacitor 57 and the first capacitor 56 are read out to the second horizontal signal line 59 and the first horizontal signal line 58, respectively, and input to the differential amplifier 64 to be connected to the second capacitor 57. A differential signal of the first capacitor 56 is output, and a signal in which noise is suppressed is obtained. Since this difference signal does not depend on the amount of incident light, it becomes a signal equivalent to the light shielding state. Thus, even when a differential type noise suppression unit is used, a correction signal can be acquired without shading the pixel region.

(実施例3)
次に実施例3について説明する。図7は、実施例3に係る固体撮像装置における固体撮像素子の1画素及びそれに対応する部分の構成を示す回路構成図である。実施例3に係る固体撮像素子の構成は、実施例1に係る固体撮像素子の単位画素の構成に、第2の転送トランジスタ708 と光電荷に対応した信号を保持するメモリ領域709 とを加えた構成となっている点で相違するのみで、他の構成は実施例1と同じである。なお、図7において、710 はメモリ領域に形成される浮遊容量である。
(Example 3)
Next, Example 3 will be described. FIG. 7 is a circuit configuration diagram illustrating a configuration of one pixel of a solid-state imaging device and a portion corresponding thereto in the solid-state imaging device according to the third embodiment. In the configuration of the solid-state imaging device according to the third embodiment, the second transfer transistor 708 and the memory region 709 that holds a signal corresponding to the photocharge are added to the configuration of the unit pixel of the solid-state imaging device according to the first embodiment. The other configuration is the same as that of the first embodiment except that the configuration is different. In FIG. 7, reference numeral 710 denotes a stray capacitance formed in the memory area.

次に、図7に示した構成の固体撮像素子の動作について説明する。画素部においては、まず、全画素同時にリセット制御パルスφRST=H、及び第1転送パルスφTR1=Hとして、浮遊拡散領域706 及びメモリ領域709 を一括リセットし、任意の時間後に全画素同時に第2の転送パルスφTR2=Hとし、各画素のフォトダイオード701 に蓄積された電荷をメモリ領域709 に一括転送する。このとき、一括リセットから一括転送までの時間がフォトダイオード701 の電荷蓄積時間となる。以降引き続き行われる画素信号の読出しについては、メモリ領域709 を図1に示した実施例1のフォトダイオード101 とみなすことにより同じ動作で行うことができる。   Next, the operation of the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 7 will be described. In the pixel portion, first, the floating diffusion region 706 and the memory region 709 are collectively reset by setting the reset control pulse φRST = H and the first transfer pulse φTR1 = H at the same time for all pixels, and the second time at the same time for all pixels after an arbitrary time. The transfer pulse φTR2 = H is set, and the charges accumulated in the photodiode 701 of each pixel are collectively transferred to the memory region 709. At this time, the time from batch reset to batch transfer is the charge accumulation time of the photodiode 701. Subsequent pixel signal readout can be performed in the same operation by regarding the memory region 709 as the photodiode 101 of the first embodiment shown in FIG.

このように、単位画素内にメモリ領域を有する場合においては、全画素の電荷蓄積期間を同一にすることができ、実施例1と同様に、撮像信号読み出しモードと補正信号読み出しモードの動作が行え、補正信号読出しモードにおいては、画素領域を遮光することなく、遮光状態と同等の信号が得られるので、それを補正用信号として用いることが可能となる。   As described above, when the memory area is provided in the unit pixel, the charge accumulation period of all the pixels can be made the same, and the operation of the imaging signal readout mode and the correction signal readout mode can be performed as in the first embodiment. In the correction signal reading mode, a signal equivalent to the light shielding state can be obtained without shading the pixel region, so that it can be used as a correction signal.

また、この実施例3ではノイズ抑圧部をクランプ型としたものを示しているが、実施例2に示したような差動型のものを用いてもよいことはいうまでもない。また、実施例1〜3では、列処理回路として相関二重サンプリングを行うノイズ抑圧部のみを示しているが、列毎に増幅を行う回路や、A/D変換を行う回路を付加してもよいことはいうまでもない。   In the third embodiment, the noise suppression unit is a clamp type. Needless to say, a differential type as shown in the second embodiment may be used. In the first to third embodiments, only the noise suppression unit that performs correlated double sampling is shown as the column processing circuit, but a circuit that performs amplification for each column or a circuit that performs A / D conversion may be added. Needless to say, it is good.

(実施例4)
次に、上記の実施例1〜3に示した固体撮像素子を搭載した固体撮像装置の構成例を、実施例4として説明する。図8の(A)に固体撮像素子1010の簡略図を示し、図8の(B)に固体撮像装置のブロック構成図を示す。図8の(A)に示す固体撮像素子は、行列状に配列された複数個の単位画素によって構成される画素部を備え、該画素部の全画素領域1001a内には、表面を遮光膜で覆ったOB領域1001cと、実際の撮像に使用する有効画素領域1001bとを備えており、OB領域1001cの上側を垂直OB領域1001dとし、有効画素領域1001bの一部を選択画素領域1001eとしている。ここで、選択画素領域1001eは、補正信号読み出しモード時に選択される画素領域であり、有効画素を含む任意の複数行領域からなり、モード設定制御部1018により補正データを取得するために最適な領域に設定されるようになっている。
Example 4
Next, a configuration example of a solid-state imaging device equipped with the solid-state imaging device shown in the first to third embodiments will be described as a fourth embodiment. FIG. 8A shows a simplified diagram of the solid-state imaging device 1010, and FIG. 8B shows a block configuration diagram of the solid-state imaging device. The solid-state imaging device shown in FIG. 8A includes a pixel portion composed of a plurality of unit pixels arranged in a matrix, and the entire pixel region 1001a of the pixel portion is covered with a light shielding film. A covered OB area 1001c and an effective pixel area 1001b used for actual imaging are provided. The upper side of the OB area 1001c is a vertical OB area 1001d, and a part of the effective pixel area 1001b is a selected pixel area 1001e. Here, the selected pixel region 1001e is a pixel region that is selected in the correction signal readout mode, and includes an arbitrary plurality of row regions including effective pixels, and is an optimal region for acquiring correction data by the mode setting control unit 1018. Is set to.

また、固体撮像素子には、画素部を駆動する垂直走査部1013と、各列毎に設けられたノイズ抑圧部1017と、列選択トランジスタM13と、列選択トランジスタM13を駆動する水平走査部1014と、水平信号線1015と、出力アンプ1016と、撮像信号読み出しモードと補正信号読み出しモードとに切り換えて駆動制御するモード設定制御部1018とを備えている。   The solid-state imaging device includes a vertical scanning unit 1013 that drives the pixel unit, a noise suppression unit 1017 provided for each column, a column selection transistor M13, and a horizontal scanning unit 1014 that drives the column selection transistor M13. , A horizontal signal line 1015, an output amplifier 1016, and a mode setting control unit 1018 that performs drive control by switching between an imaging signal readout mode and a correction signal readout mode.

図8の(B)に示すように固体撮像装置は、上記構成の固体撮像素子1010と、固体撮像素子1010からの信号をデジタル信号に変換するA/D変換部1020と、補正信号読み出しモード時のA/D変換部1020からの信号を列方向に加算平均する選択画素垂直加算平均部1030と、選択画素垂直加算平均部1030からの信号を保持するラインメモリ1040と、撮像信号読み出しモード時にA/D変換部1020から出力される撮像信号からラインメモリ1040に保持された信号(補正データ)を減算する減算部1050と、減算部1050からの信号を画像処理し画像信号を出力する画像処理部1060とから構成されている。なお、固体撮像素子にA/D変換回路が搭載されている場合は、A/D変換部1020が不要となる。   As shown in FIG. 8B, the solid-state imaging device includes a solid-state imaging device 1010 having the above configuration, an A / D conversion unit 1020 that converts a signal from the solid-state imaging device 1010 into a digital signal, and a correction signal readout mode. Selected pixel vertical addition averaging unit 1030 for averaging the signals from the A / D conversion unit 1020 in the column direction, line memory 1040 for holding signals from the selected pixel vertical addition averaging unit 1030, and A in the imaging signal readout mode A subtracting unit 1050 that subtracts a signal (correction data) held in the line memory 1040 from an imaging signal output from the / D conversion unit 1020, and an image processing unit that performs image processing on the signal from the subtracting unit 1050 and outputs an image signal It consists of 1060. When an A / D conversion circuit is mounted on the solid-state imaging device, the A / D conversion unit 1020 is not necessary.

次に、このように構成されている固体撮像装置の動作について説明する。図9は、縦スジノイズ及び水平方向のシェーディングを補正するための、補正信号読み出しモード時の動作を示すフローチャートである。以下、このフローチャートを参照しながら、補正信号読み出しモードの動作について説明する。まず、モード設定制御部1018から補正データ取得命令が出されると、任意の複数行領域を選択するために、垂直走査部1013が制御されて、選択画素領域1001eが走査され、選択画素領域1001e内の各画素の補正信号が水平走査部1014により水平信号線1015に読み出され、出力アンプ1016から出力される。   Next, the operation of the solid-state imaging device configured as described above will be described. FIG. 9 is a flowchart showing an operation in the correction signal readout mode for correcting vertical stripe noise and horizontal shading. Hereinafter, the operation in the correction signal readout mode will be described with reference to this flowchart. First, when a correction data acquisition command is issued from the mode setting control unit 1018, the vertical scanning unit 1013 is controlled to select an arbitrary plurality of row regions, the selected pixel region 1001e is scanned, and the selected pixel region 1001e is scanned. The correction signal of each pixel is read out to the horizontal signal line 1015 by the horizontal scanning unit 1014 and output from the output amplifier 1016.

このとき選択画素領域1001e内の各画素の補正信号は、実施例1〜3で示した手法で取得できる。垂直走査部1013は、選択画素領域1001eの走査を終えると、そこで走査を終了し、固体撮像素子1010からは選択画素領域1001e分のみの補正信号が出力される。A/D変換部1020で、この選択画素領域1001eの補正信号がデジタル信号に変換される。そして、選択画素垂直加算平均部1030で選択画素領域1001eの補正デジタル信号が列方向に加算平均されたものが、補正データとしてラインメモリ1040に保持される。   At this time, the correction signal of each pixel in the selected pixel region 1001e can be acquired by the method described in the first to third embodiments. When the vertical scanning unit 1013 finishes scanning the selected pixel region 1001e, the vertical scanning unit 1013 ends the scanning, and the solid-state image sensor 1010 outputs a correction signal for only the selected pixel region 1001e. In the A / D converter 1020, the correction signal of the selected pixel region 1001e is converted into a digital signal. Then, the corrected average signal of the selected pixel area 1001e added and averaged in the column direction by the selected pixel vertical addition averaging unit 1030 is held in the line memory 1040 as correction data.

図10は、縦スジノイズ及び水平方向のシェーディングを補正するための、撮像信号読み出しモード時の動作を示すフローチャートである。以下、このフローチャートを参照しながら、撮像信号読み出しモード時の動作を説明する。固体撮像素子1010からは、実施例1〜3で示した手法により全画素領域1001aの撮像信号が行毎に出力される。この撮像信号はA/D変換部1020でデジタル信号に変換される。そのデジタル信号からラインメモリ1040に保持されている補正データが減算部1050で減算され、縦スジノイズ及び水平方向のシェーディングが補正された信号が画像処理部1060に入力される。以上の処理を毎行の撮像信号について行う。そして、画像処理部1060で補正後の撮像信号を画像処理し画像信号が出力される。   FIG. 10 is a flowchart showing an operation in the imaging signal readout mode for correcting vertical stripe noise and horizontal shading. Hereinafter, the operation in the imaging signal readout mode will be described with reference to this flowchart. From the solid-state imaging device 1010, imaging signals of all the pixel regions 1001a are output for each row by the method described in the first to third embodiments. This imaging signal is converted into a digital signal by the A / D conversion unit 1020. The correction data held in the line memory 1040 is subtracted from the digital signal by the subtracting unit 1050, and a signal in which vertical stripe noise and horizontal shading are corrected is input to the image processing unit 1060. The above processing is performed for the imaging signals in each row. Then, the image processing unit 1060 performs image processing on the corrected imaging signal and outputs an image signal.

このように本実施例に示した固体撮像装置においては、固体撮像素子を遮光状態とすることなく、縦スジノイズ及び水平方向のシェーディングが補正された撮像信号が得られる。なお、画素部の有効画素領域1001b中の選択画素領域1001eの行数は、1〜有効画素領域の行数の間で任意に設定可能であり、例えば行数が多いほどランダムノイズの低減が可能となり、行数が少ないほど補正データの取得時間を短縮することができるので、適宜設定すればよい。   As described above, in the solid-state imaging device shown in the present embodiment, an imaging signal in which vertical stripe noise and horizontal shading are corrected can be obtained without putting the solid-state imaging device in a light-shielding state. Note that the number of rows of the selected pixel region 1001e in the effective pixel region 1001b of the pixel portion can be arbitrarily set between 1 and the number of rows of the effective pixel region. For example, as the number of rows increases, random noise can be reduced. Accordingly, the correction data acquisition time can be shortened as the number of rows is reduced, and may be set as appropriate.

また、補正データの取得は、システムの安定性や固体撮像素子の環境に対する特性に応じて、適宜実施し、補正データの変更を行えば、温度変化などによる、縦スジや水平方向のシェーディングの変化に対応した補正が可能となる。更に、補正データの取得を、毎撮像時に行えば、常に最適な縦スジや水平方向のシェーディングの補正が可能となる。そして、図8の(B)に示す固体撮像装置の固体撮像素子を除く各構成要素の少なくとも1つを固体撮像素子と同一の半導体チップ上に構成すれば、固体撮像装置の小型化を図ることが可能となる。   In addition, acquisition of correction data is performed as appropriate according to the stability of the system and the characteristics of the solid-state imaging device, and if correction data is changed, changes in vertical stripes and horizontal shading due to temperature changes, etc. It is possible to make corrections corresponding to. Furthermore, if the correction data is acquired at the time of every imaging, it is possible to always correct the optimum vertical stripes and horizontal shading. If at least one of the components other than the solid-state imaging device of the solid-state imaging device shown in FIG. 8B is configured on the same semiconductor chip as the solid-state imaging device, the solid-state imaging device can be reduced in size. Is possible.

本発明に係る固体撮像装置の実施例1における固体撮像素子の1画素及びそれに対応する部分の構成を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the structure of 1 pixel of the solid-state image sensor in Example 1 of the solid-state imaging device which concerns on this invention, and the part corresponding to it. 図1に示した実施例1における撮像信号読み出しモード時の動作を説明するためのタイミングチャートである。3 is a timing chart for explaining an operation in an imaging signal readout mode in the embodiment 1 shown in FIG. 図1に示した実施例1における補正信号読み出しモード時の動作を説明するためのタイミングチャートである。3 is a timing chart for explaining an operation in a correction signal reading mode in the embodiment 1 shown in FIG. 本発明の実施例2における固体撮像素子の1画素及びそれに対応する部分の構成を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the structure of 1 pixel of the solid-state image sensor in Example 2 of this invention, and the part corresponding to it. 図4に示した実施例2における撮像信号読み出しモード時の動作を説明するためのタイミングチャートである。6 is a timing chart for explaining an operation in an imaging signal readout mode in the second embodiment shown in FIG. 4. 図4に示した実施例2における補正信号読み出しモード時の動作を説明するためのタイミングチャートである。6 is a timing chart for explaining an operation in a correction signal read mode in the embodiment 2 shown in FIG. 4. 本発明の実施例3における固体撮像素子の1画素及びそれに対応する部分の構成を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the structure of 1 pixel of the solid-state image sensor in Example 3 of this invention, and the part corresponding to it. 本発明に係る固体撮像装置の構成例における固体撮像素子の構成、及び全体の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the solid-state image sensor in the structural example of the solid-state imaging device concerning this invention, and the whole structure. 図8に示した固体撮像装置における補正信号読み出しモード時の動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating operation | movement at the time of the correction signal read-out mode in the solid-state imaging device shown in FIG. 図8に示した固体撮像装置における撮像信号読み出しモード時の動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating operation | movement at the time of the imaging signal read-out mode in the solid-state imaging device shown in FIG. 従来のMOS型イメージセンサの構成例を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the structural example of the conventional MOS type image sensor. 図11に示したMOS型イメージセンサを簡略化して示す図である。FIG. 12 is a diagram schematically showing the MOS image sensor shown in FIG. 図12に示したMOS型イメージセンサを搭載した固体撮像装置の構成を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a solid-state imaging device on which the MOS type image sensor shown in FIG. 12 is mounted.

符号の説明Explanation of symbols

11,51,71 単位画素
12,52,72 列信号線
13,53,73 バイアス用トランジスタ
14,74 クランプ容量
15 75 ホールド容量
16,76 サンプルホールドトランジスタ
17,77 クランプトランジスタ
18,78 列選択トランジスタ
19,79 水平信号線
20,80 出力アンプ
21,65,81 垂直走査回路
22,66,82 水平走査回路
23,67,83 モード設定制御回路
23a,67a,83a モード設定部
23b,67b,83b 制御部
30,90 ノイズ抑圧部
54 第1の選択トランジスタ
55 第2の選択トランジスタ
56 第1の容量
57 第2の容量
58 第1の水平信号線
59 第2の水平信号線
60 第1の列選択トランジスタ
61 第2の列選択トランジスタ
62 第1の水平信号線リセットトランジスタ
63 第2の水平信号線リセットトランジスタ
64 差動出力アンプ
101,501,701 フォトダイオード
102,502,702 増幅トランジスタ
103,503 転送トランジスタ
104,504,704 リセットトランジスタ
105,505,705 行選択トランジスタ
106,506,706 浮遊拡散領域
107,507,707 浮遊容量
703 第1の転送トランジスタ
708 第2の転送トランジスタ
709 メモリ領域
710 浮遊容量
1001a 全画素領域
1001b 有効画素領域
1001c OB領域
1001d 垂直OB領域
1001e 選択画素領域
1010 固体撮像素子
1013 垂直走査部
1014 水平走査部
1015 水平信号線
1016 出力アンプ
1017 ノイズ抑圧部
1018 モード設定制御部
1020 A/D変換部
1030 選択画素垂直加算平均部
1040 ラインメモリ
1050 減算部
1060 画像処理部
11, 51, 71 unit pixel
12, 52, 72 signal lines
13, 53, 73 Bias transistor
14, 74 Clamp capacity
15 75 Hold capacity
16,76 Sample hold transistor
17, 77 Clamp transistor
18, 78 column select transistor
19, 79 Horizontal signal line
20, 80 output amplifier
21, 65, 81 Vertical scanning circuit
22, 66, 82 Horizontal scanning circuit
23, 67, 83 Mode setting control circuit
23a, 67a, 83a Mode setting section
23b, 67b, 83b Control unit
30, 90 Noise suppressor
54 First selection transistor
55 Second selection transistor
56 First capacity
57 Second capacity
58 First horizontal signal line
59 Second horizontal signal line
60 First column select transistor
61 Second column select transistor
62 First horizontal signal line reset transistor
63 Second horizontal signal line reset transistor
64 differential output amplifier
101,501,701 Photodiode
102,502,702 amplification transistor
103,503 Transfer transistor
104,504,704 Reset transistor
105,505,705 Row selection transistor
106,506,706 Floating diffusion region
107,507,707 stray capacitance
703 first transfer transistor
708 Second transfer transistor
709 memory area
710 stray capacitance
1001a All pixel area
1001b Effective pixel area
1001c OB area
1001d Vertical OB area
1001e Selected pixel area
1010 Solid-state image sensor
1013 Vertical scanning section
1014 Horizontal scanning section
1015 Horizontal signal line
1016 Output amplifier
1017 Noise suppressor
1018 Mode setting controller
1020 A / D converter
1030 Selected pixel vertical addition average part
1040 line memory
1050 Subtraction unit
1060 Image processing unit

Claims (3)

光電変換手段、その入力部に供給される信号を増幅する増幅手段、前記増幅手段の入力部をリセットするリセット手段、及び前記光電変換手段にて生成された撮像信号を前記増幅手段の入力部に転送する転送手段を有する画素が複数、2次元状に配列され、且つ各列に配列された各画素の前記増幅手段の出力部が列毎に設けられた共通信号線に接続された画素部と、前記共通信号線に出力された前記画素からの信号のノイズを抑圧する列処理回路と、前記画素の増幅手段、前記リセット手段、及び前記転送手段を行単位で制御する垂直走査回路と、前記列処理回路から水平信号線へのノイズ抑圧後の信号の出力を列を単位として制御する水平走査回路と、前記撮像信号を前記水平信号線に読み出す第1の読み出しモードと、前記列処理回路に起因するノイズを抑圧するための補正データを取得する第2の読み出しモードとを設定可能に有し、ここで、前記転送手段を、前記第1の読み出しモードにおいてはONを含む駆動制御とし、第2の読み出しモードにおいてはOFFのみの駆動制御とするモード設定制御回路とを具備する固体撮像素子と、
前記補正データを保持するメモリと、
前記メモリに保持された補正データに基づき、前記第1の読み出しモードにおいて読み出された前記撮像信号を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする固体撮像装置。
Photoelectric conversion means, amplification means for amplifying a signal supplied to the input section, reset means for resetting the input section of the amplification means, and an imaging signal generated by the photoelectric conversion means to the input section of the amplification means A plurality of pixels having transfer means for transferring, a pixel portion connected in a two-dimensional manner, and an output portion of the amplifying means of each pixel arranged in each column connected to a common signal line provided for each column; A column processing circuit for suppressing noise of a signal from the pixel output to the common signal line, a vertical scanning circuit for controlling the pixel amplifying unit, the reset unit, and the transfer unit in units of rows, A horizontal scanning circuit that controls the output of a signal after noise suppression from the column processing circuit to the horizontal signal line in units of columns, a first readout mode for reading the imaging signal to the horizontal signal line, and the column processing circuit A second read mode for acquiring correction data for suppressing the noise caused by the noise can be set, wherein the transfer means is a drive control including ON in the first read mode, A solid-state imaging device comprising a mode setting control circuit for driving control only for OFF in the readout mode of 2;
A memory for holding the correction data;
A solid-state imaging apparatus comprising: correction means for correcting the imaging signal read in the first readout mode based on correction data held in the memory.
前記固体撮像素子と同一の半導体チップ上に、前記メモリ又は前記補正手段の少なくとも一方が形成されていることを特徴とする請求項1に係る固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein at least one of the memory and the correction unit is formed on the same semiconductor chip as the solid-state imaging element. 前記モード設定制御回路は任意のタイミングで前記第2の読み出しモードを設定し、前記メモリは前記任意のタイミングで取得された前記補正データを格納することを特徴とする請求項1又は2に係る固体撮像装置。   3. The solid state according to claim 1, wherein the mode setting control circuit sets the second reading mode at an arbitrary timing, and the memory stores the correction data acquired at the arbitrary timing. Imaging device.
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