JP2008148082A - Solid-state imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
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
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
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
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
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
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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-
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
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-
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
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
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-
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
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.
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)
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.
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