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JP2010178229A - Solid-state image sensor - Google Patents

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JP2010178229A
JP2010178229A JP2009020957A JP2009020957A JP2010178229A JP 2010178229 A JP2010178229 A JP 2010178229A JP 2009020957 A JP2009020957 A JP 2009020957A JP 2009020957 A JP2009020957 A JP 2009020957A JP 2010178229 A JP2010178229 A JP 2010178229A
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JP
Japan
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input terminal
capacitors
signal
solid
circuit
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Pending
Application number
JP2009020957A
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Japanese (ja)
Inventor
Yojiro Tezuka
洋二郎 手塚
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.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Abstract

【課題】読み出す画素信号を処理するに際して高いゲインを得る場合であっても、信号のサンプリングに要する時間を増大させることなく、ゲインのばらつきを抑える。
【解決手段】信号処理部16は、画素からの信号が入力される入力容量Ciと、反転入力端子に入力容量Ciが接続されるとともに非反転入力端子に所定電位Vrefが印加される演算増幅器OPと、演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間に接続された帰還回路FBとを備える。帰還回路FBは、演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間を、演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間に2つ以上の容量が直列接続された接続状態を含む複数の接続状態に切り替え得るように、複数の容量Cf11,Cf21,Cf31,Cf32及び1つ以上のスイッチSW0〜SW3で構成される。
【選択図】図2
Even when a high gain is obtained when processing a pixel signal to be read, variations in gain are suppressed without increasing the time required for signal sampling.
A signal processing unit 16 includes an input capacitor Ci to which a signal from a pixel is input, and an operational amplifier OP to which an input capacitor Ci is connected to an inverting input terminal and a predetermined potential Vref is applied to a non-inverting input terminal. And a feedback circuit FB connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP. The feedback circuit FB includes a plurality of connection states in which two or more capacitors are connected in series between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP and between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP. It is composed of a plurality of capacitors Cf11, Cf21, Cf31, Cf32 and one or more switches SW0 to SW3 so that the connection state can be switched.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、固体撮像素子に関するものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device.

下記特許文献1の図8には、画素信号読み出し回路にスイッチトキャパシタ型積分回路を用いた固体撮像素子が開示されている。このスイッチトキャパシタ型積分回路については、後述する比較例による固体撮像素子で採用されている信号処理部116(図4参照)と同様であるので、後述する比較例の説明も参照されたい。   FIG. 8 of Patent Document 1 below discloses a solid-state imaging device using a switched capacitor type integration circuit for a pixel signal readout circuit. Since this switched capacitor type integration circuit is the same as the signal processing unit 116 (see FIG. 4) employed in the solid-state imaging device according to the comparative example described later, see also the description of the comparative example described later.

この従来の固体撮像素子で採用されているスイッチトキャパシタ型積分回路では、差動増幅器(演算増幅器)の帰還回路が複数のスイッチと複数の容量で構成されている。各スイッチのオンオフ状態によって、帰還回路全体の容量値を変えることで、ゲインを変えることができるようになっている。そして、帰還回路を構成するいずれの容量も、対応するスイッチをオンしたときには、差動増幅器の反転入力端子と出力端子との間に並列接続される。したがって、高いゲインを得る場合には、容量値の小さい容量のみが差動増幅器の反転入力端子と出力端子との間に接続される。このため、より高いゲインを得ようとすればするほど、容量値の小さい容量が必要となる。   In the switched capacitor type integrating circuit employed in this conventional solid-state imaging device, a feedback circuit of a differential amplifier (operational amplifier) is composed of a plurality of switches and a plurality of capacitors. The gain can be changed by changing the capacitance value of the entire feedback circuit depending on the on / off state of each switch. Then, any capacitor constituting the feedback circuit is connected in parallel between the inverting input terminal and the output terminal of the differential amplifier when the corresponding switch is turned on. Therefore, when obtaining a high gain, only a capacitor having a small capacitance value is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the differential amplifier. For this reason, the higher the gain, the smaller the capacitance required.

ところが、容量の容量値はその容量の面積に比例し、また容量値ばらつきは容量の面積が小さいほど増加する。したがって、容量値の小さい容量は容量値ばらつきが顕著となり、結果としてゲインのばらつきを招来する。このように、特許文献1の図8に開示された固体撮像素子で採用されているスイッチトキャパシタ型積分回路では、特に高いゲインを得る場合にゲインのばらつきが増大してしまう。   However, the capacitance value of the capacitance is proportional to the area of the capacitance, and the variation in the capacitance value increases as the capacitance area decreases. Therefore, a capacitance with a small capacitance value has a significant variation in capacitance value, resulting in a variation in gain. As described above, in the switched capacitor integration circuit employed in the solid-state imaging device disclosed in FIG. 8 of Patent Document 1, the gain variation increases particularly when a high gain is obtained.

そこで、特許文献1の図1及び図2等に開示された固体撮像素子では、画素から出力される信号を、1つの画素につき複数回サンプリングしかつ当該複数回サンプリングした信号を加算して出力する読み出し回路が採用されている。この固体撮像素子によれば、高いゲインを得る場合であっても、容量値の小さい容量を用いる必要がないため、ゲインのばらつきを抑えることができる。
特開2005−269471号公報
Therefore, in the solid-state imaging device disclosed in FIG. 1 and FIG. 2 of Patent Document 1, a signal output from a pixel is sampled a plurality of times per pixel, and the signal sampled a plurality of times is added and output. A readout circuit is employed. According to this solid-state imaging device, even when a high gain is obtained, it is not necessary to use a capacitor having a small capacitance value, so that variations in gain can be suppressed.
JP 2005-269471 A

しかしながら、特許文献1の図1及び図2等に開示された固体撮像素子では、高いゲインを得る場合、画素から出力される信号を、1つの画素につき複数回サンプリングしなければならず、ゲインが大きくなるに従ってそのサンプリング回数を増やさなければならない。したがって、この従来の固体撮像素子によれば、高いゲインを得るためには多数回のサンプリングに比較的長い時間を要する結果、フレームレートが低下してしまうなどの不都合が生ずる。   However, in the solid-state imaging device disclosed in FIG. 1 and FIG. 2 of Patent Document 1, in order to obtain a high gain, a signal output from the pixel must be sampled a plurality of times per pixel, and the gain is As the size increases, the number of samplings must be increased. Therefore, according to this conventional solid-state imaging device, in order to obtain a high gain, a relatively long time is required for many times of sampling, resulting in a disadvantage that the frame rate is lowered.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、読み出す画素信号を処理するに際して高いゲインを得る場合であっても、フレームレートを低下させることなく、ゲインのばらつきを抑えることができる固体撮像素子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 even when a high gain is obtained when processing a pixel signal to be read out, a solid state that can suppress variations in gain without reducing the frame rate. An object is to provide an imaging device.

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、(i)入射光を光電変換する画素と、(ii)前記画素からの信号又はこれに応じた信号が入力される入力容量と、(iii)第1の入力端子に前記入力容量が接続されるとともに第2の入力端子に所定電位が印加される演算増幅器と、(iv)前記第1の入力端子と前記演算増幅器の出力端子との間を短絡する第1の個別回路と、前記第1の入力端子と前記出力端子との間で直列接続された複数の容量を有する第2の個別回路と、前記第1の個別回路内に設けられ、前記第1の入力端子と前記出力端子との間をオンオフする少なくとも1つのスイッチとを有する帰還回路と、を備えるものである。   The following aspects are presented as means for solving the problems. The solid-state imaging device according to the first aspect includes (i) a pixel that photoelectrically converts incident light, (ii) an input capacitor to which a signal from the pixel or a signal corresponding thereto is input, and (iii) a first An operational amplifier in which the input capacitor is connected to the input terminal and a predetermined potential is applied to the second input terminal; and (iv) a short circuit between the first input terminal and the output terminal of the operational amplifier. One individual circuit, a second individual circuit having a plurality of capacitors connected in series between the first input terminal and the output terminal, and provided in the first individual circuit. And a feedback circuit having at least one switch for turning on and off between the input terminal and the output terminal.

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、前記第2の個別回路は、前記第1の入力端子と前記出力端子との間で前記複数の容量に直列接続された少なくとも1つのスイッチを有しており、前記帰還回路は、前記第2の個別回路において直列接続された前記複数の容量によって形成される容量値よりも大きい容量値を持つ容量と、前記第1の入力端子と前記出力端子との間で前記大きい容量値を持つ容量と直列接続された少なくとも1つのスイッチとを有する第3の個別回路を備えるものである。   The solid-state imaging device according to a second aspect is the solid state imaging device according to the first aspect, wherein the second individual circuit is at least one connected in series to the plurality of capacitors between the first input terminal and the output terminal. A capacitor having a capacitance value larger than a capacitance value formed by the plurality of capacitors connected in series in the second individual circuit; and the first input terminal. And a third individual circuit having at least one switch connected in series with the capacitor having the large capacitance value between the output terminal and the output terminal.

第3の態様による固体撮像素子は、前記第1又は第2の態様において、前記第2の個別回路内で直列接続された前記複数の容量の各容量値は、略同一であるものである。   In the solid-state imaging device according to the third aspect, in the first or second aspect, the capacitance values of the plurality of capacitors connected in series in the second individual circuit are substantially the same.

第4の態様による固体撮像素子は、前記第2の態様において、前記第2の個別回路内で直列接続された前記複数の容量の各容量値と、前記第3の個別回路内の前記容量の容量値とは、略同一であるものである。   In the second aspect, the solid-state imaging device according to the fourth aspect includes the capacitance values of the plurality of capacitors connected in series in the second individual circuit and the capacitances in the third individual circuit. The capacitance value is substantially the same.

第5の態様による固体撮像素子は、前記第2の態様において、前記帰還回路は、前記第2の個別回路及び前記第3の個別回路を接続して、前記第2の個別回路が前記第3の個別回路とその一部を共有するようにオンオフする接続スイッチを有しており、前記接続スイッチがオンされて前記第2の個別回路及び前記第3の個別回路の一部が共有されたときに、前記帰還回路は、前記第1の入力端子と前記出力端子との間で前記複数の容量が直列接続された前記第2の個別回路を形成するものである。   The solid-state imaging device according to a fifth aspect is the solid-state imaging device according to the second aspect, wherein the feedback circuit connects the second individual circuit and the third individual circuit, and the second individual circuit is the third element. When the connection switch is turned on and the second individual circuit and a part of the third individual circuit are shared with each other circuit Further, the feedback circuit forms the second individual circuit in which the plurality of capacitors are connected in series between the first input terminal and the output terminal.

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、前記接続スイッチがオフされて、前記第2の個別回路と前記第3の個別回路とが切り離されたときに、前記帰還回路は、前記第2の個別回路において前記直列接続された複数の容量によって形成される容量値よりも大きい容量値を持つ容量が接続された前記第3の個別回路を、前記第1の入力端子と前記出力端子との間に形成するものである。   In the solid-state imaging device according to the sixth aspect, in the fifth aspect, when the connection switch is turned off and the second individual circuit and the third individual circuit are disconnected, the feedback circuit is The third individual circuit to which a capacitor having a capacitance value larger than a capacitance value formed by the plurality of capacitors connected in series in the second individual circuit is connected to the first input terminal and the It is formed between the output terminals.

第7の態様による固体撮像素子は、(i)入射光を光電変換する画素と、(ii)前記画素からの信号又はこれに応じた信号が入力される入力容量と、(iii)第1の入力端子に前記入力容量が接続されるとともに第2の入力端子に所定電位が印加される演算増幅器と、(iv)少なくとも1つのスイッチと複数の容量とを有しており、前記第1の入力端子と前記演算増幅器の出力端子との間を短絡する第1の接続状態、及び前記複数の容量のうちの所定数の容量が直列接続されて前記第1の入力端子と前記出力端子との間に所定の容量値を形成する第2の接続状態を前記少なくとも1つスイッチにより切り替える帰還回路と、を備えたものである。   A solid-state imaging device according to a seventh aspect includes (i) a pixel that photoelectrically converts incident light, (ii) an input capacitor to which a signal from the pixel or a signal corresponding thereto is input, and (iii) a first An operational amplifier having the input capacitor connected to the input terminal and a predetermined potential applied to the second input terminal; and (iv) at least one switch and a plurality of capacitors. A first connection state in which a terminal is short-circuited between the terminal and the output terminal of the operational amplifier, and a predetermined number of capacitors among the plurality of capacitors are connected in series, and between the first input terminal and the output terminal And a feedback circuit that switches a second connection state that forms a predetermined capacitance value by the at least one switch.

第8の態様による固体撮像素子は、前記第7の態様において、前記帰還回路は、前記複数の容量のうちの少なくとも1つによって、前記所定の容量値と異なる容量値が、前記第1の入力端子と前記出力端子との間に形成される第3の接続状態を備えるものである。   The solid-state imaging device according to an eighth aspect is the seventh aspect, wherein the feedback circuit has a capacitance value different from the predetermined capacitance value by the first input by at least one of the plurality of capacitors. A third connection state formed between the terminal and the output terminal is provided.

第9の態様による固体撮像素子は、前記第7又は第8の態様において、前記所定数の容量は、互いに直列接続された状態でのみ、前記帰還回路による前記第1の入力端子と前記出力端子との間の容量値の形成に寄与し得るものである。   In the seventh or eighth aspect, the solid-state imaging device according to the ninth aspect is the first input terminal and the output terminal by the feedback circuit only when the predetermined number of capacitors are connected in series to each other. Can contribute to the formation of a capacitance value between the two.

第10の態様による固体撮像素子は、前記第7又は第8の態様において、前記所定数の容量は、互いに直列接続されない状態においても、前記帰還回路による前記第1の入力端子と前記出力端子との間の容量値の形成に寄与し得るものである。   The solid-state imaging device according to a tenth aspect is the seventh or eighth aspect, wherein the predetermined number of capacitors are connected to the first input terminal and the output terminal by the feedback circuit even when they are not connected in series with each other. It can contribute to the formation of a capacitance value between.

本発明によれば、読み出す画素信号を処理するに際して高いゲインを得る場合であっても、フレームレートを低下させることなく、ゲインのばらつきを抑えることができる固体撮像素子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 suppressing gain variation without reducing the frame rate even when a high gain is obtained when processing a pixel signal to be read.

以下、本発明による固体撮像素子について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, a solid-state imaging device according to the present invention will be described 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固体撮像素子1を示す回路図である。本実施の形態による固体撮像素子1は、CMOS型固体撮像素子として構成されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a solid-state imaging device 1 according to the first embodiment of the present invention. The solid-state image sensor 1 according to the present embodiment is configured as a CMOS solid-state image sensor.

図1に示すように、本実施の形態による固体撮像素子1は、一般的なCMOS型固体撮像素子と同様に、2次元状に配置され入射光を光電変換する複数の画素11(図1では、2×2個の画素11のみを示す。)と、垂直走査回路12と、水平走査回路13と、画素11の各列に対応して設けられ対応する列の画素11の出力信号が供給される垂直信号線14と、各垂直信号線14に接続された定電流源15とを有している。なお、画素11の数が限定されるものではないことは、言うまでもない。図1において、Vddは電源電位である。   As shown in FIG. 1, a solid-state imaging device 1 according to the present embodiment has a plurality of pixels 11 (in FIG. 1) that are arranged two-dimensionally and photoelectrically convert incident light, like a general CMOS solid-state imaging device. Only the 2 × 2 pixels 11 are shown.), The vertical scanning circuit 12, the horizontal scanning circuit 13, and the output signal of the pixel 11 in the corresponding column provided corresponding to each column of the pixel 11 is supplied. Vertical signal lines 14 and constant current sources 15 connected to the vertical signal lines 14. Needless to say, the number of pixels 11 is not limited. In FIG. 1, Vdd is a power supply potential.

各画素11は、一般的なCMOS型固体撮像素子と同様に、入射光に応じた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、前記電荷を受け取って前記電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部としてのフローティングディフュージョンFDと、フローティングディフュージョンFDの電位に応じた信号を出力する増幅部としての増幅トランジスタAMPと、フォトダイオードPDからフローティングディフュージョンFDに電荷を転送する電荷転送部としての転送トランジスタTXと、フローティングディフュージョンFDの電位をリセットするリセット部としてのリセットトランジスタRESと、当該画素11を選択するための選択部としての選択トランジスタSELとを有し、図1に示すように接続されている。   Each pixel 11, like a general CMOS type solid-state imaging device, receives a photodiode PD as a photoelectric conversion unit that generates and accumulates a charge according to incident light, and converts the charge into a voltage by receiving the charge. Floating diffusion FD as a charge-voltage conversion unit, amplification transistor AMP as an amplification unit that outputs a signal corresponding to the potential of the floating diffusion FD, and transfer as a charge transfer unit that transfers charges from the photodiode PD to the floating diffusion FD A transistor TX, a reset transistor RES as a reset unit for resetting the potential of the floating diffusion FD, and a selection transistor SEL as a selection unit for selecting the pixel 11 are connected as shown in FIG. Yes.

転送トランジスタTXのゲートは行毎に共通に接続され、そこには、転送トランジスタTXを制御する制御信号φTXが垂直走査回路12から供給される。リセットトランジスタRESのゲートは行毎に共通に接続され、そこには、リセットトランジスタRESを制御する制御信号φRESが垂直走査回路12から供給される。選択トランジスタSELのゲートは行毎に共通に接続され、そこには、選択トランジスタSELを制御する制御信号φSELが垂直走査回路12から供給される。   The gates of the transfer transistors TX are commonly connected to each row, and a control signal φTX for controlling the transfer transistors TX is supplied from the vertical scanning circuit 12 to the transfer transistors TX. The gates of the reset transistors RES are commonly connected to each row, and a control signal φRES for controlling the reset transistors RES is supplied from the vertical scanning circuit 12 to the reset transistors RES. The gates of the selection transistors SEL are commonly connected to each row, and a control signal φSEL for controlling the selection transistors SEL is supplied from the vertical scanning circuit 12 to the selection transistors SEL.

フォトダイオードPDは、入射光の光量(被写体光)に応じて電荷を生成する。転送トランジスタTXは、転送パルス(制御信号)φTXのハイレベル期間にオンし、フォトダイオードPDに蓄積された電荷をフローティングディフュージョンFDに転送する。リセットトランジスタRESは、リセットパルス(制御信号)φRESのハイレベル期間にオンし、フローティングディフュージョンFDをリセットする。   The photodiode PD generates an electric charge according to the amount of incident light (subject light). The transfer transistor TX is turned on during the high level period of the transfer pulse (control signal) φTX, and transfers the charge accumulated in the photodiode PD to the floating diffusion FD. The reset transistor RES is turned on during a high level period of the reset pulse (control signal) φRES to reset the floating diffusion FD.

増幅トランジスタAMPは、そのドレインが電源電位Vddに接続され、そのゲートがフローティングディフュージョンFDに接続され、そのソースが選択トランジスタSELのドレインに接続され、定電流源15を負荷とするソースフォロア回路を構成している。増幅トランジスタAMPは、フローティングディフュージョンFDの電圧値に応じて、選択トランジスタSELを介して垂直信号線14に読み出し電流を出力する。選択トランジスタSELは、選択パルス(制御信号)φSELのハイレベル期間にオンし、増幅トランジスタAMPのソースを垂直信号線14に接続する。   The amplification transistor AMP has a drain connected to the power supply potential Vdd, a gate connected to the floating diffusion FD, a source connected to the drain of the selection transistor SEL, and a source follower circuit having the constant current source 15 as a load. is doing. The amplification transistor AMP outputs a read current to the vertical signal line 14 via the selection transistor SEL according to the voltage value of the floating diffusion FD. The selection transistor SEL is turned on during the high level period of the selection pulse (control signal) φSEL, and connects the source of the amplification transistor AMP to the vertical signal line 14.

垂直走査回路12は、外部からの駆動パルス(図示せず)を受けて、画素11の行毎に、選択パルスφSEL、リセットパルスφRES及び転送パルスφTXをそれぞれ出力する。また、水平走査回路13は、外部からの駆動パルス(図示せず)を受けて、列毎に水平走査信号φHを出力する。   The vertical scanning circuit 12 receives a driving pulse (not shown) from the outside and outputs a selection pulse φSEL, a reset pulse φRES, and a transfer pulse φTX for each row of the pixels 11. The horizontal scanning circuit 13 receives a driving pulse (not shown) from the outside and outputs a horizontal scanning signal φH for each column.

また、本実施の形態による固体撮像素子1は、複数の信号処理部16を備えており、信号処理部16は各垂直信号線14に対応して設けられる。図2は、図1中の1つの信号処理部16を示す拡大回路図である。信号処理部16は、入力容量Ciと、演算増幅器OPと、帰還回路FBとを有し、演算増幅器OPの出力端子から、対応する垂直信号線14の信号に応じた信号を出力する。   Further, the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment includes a plurality of signal processing units 16, and the signal processing units 16 are provided corresponding to the respective vertical signal lines 14. FIG. 2 is an enlarged circuit diagram showing one signal processing unit 16 in FIG. The signal processing unit 16 includes an input capacitor Ci, an operational amplifier OP, and a feedback circuit FB, and outputs a signal corresponding to the signal on the corresponding vertical signal line 14 from the output terminal of the operational amplifier OP.

入力容量Ciには、垂直信号線14の信号(したがって、画素11からの信号)が入力される。必要に応じて、例えば、垂直信号線14の信号を増幅器で増幅した後に入力容量Ciに入力してもよい。入力容量Ciの垂直信号線14側とは反対側の電極が、演算増幅器OPの第1の入力端子としての反転入力端子(−入力端子)に接続されている。演算増幅器OPの第2の入力端子としての非反転入力端子(+入力端子)には、所定電位Vrefが印加されている。演算増幅器OPは、差動増幅回路等を用いて構成されている。   A signal of the vertical signal line 14 (and therefore a signal from the pixel 11) is input to the input capacitor Ci. If necessary, for example, the signal of the vertical signal line 14 may be amplified by an amplifier and then input to the input capacitor Ci. An electrode of the input capacitor Ci opposite to the vertical signal line 14 side is connected to an inverting input terminal (−input terminal) as a first input terminal of the operational amplifier OP. A predetermined potential Vref is applied to a non-inverting input terminal (+ input terminal) as a second input terminal of the operational amplifier OP. The operational amplifier OP is configured using a differential amplifier circuit or the like.

帰還回路FBは、演算増幅器OPの反転入力端子と演算増幅器OPの出力端子との間に接続されている。帰還回路FBは、演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間を、短絡された接続状態(以下、短絡接続状態)と、容量が接続された接続状態(以下、容量接続状態)とに切り替え得るように、複数の容量Cf11,Cf21,Cf31,Cf32及び1つ以上のスイッチSW0〜SW3で構成されている。容量接続状態においては、所望のゲインを得られるように、容量Cf11,Cf21,Cf31,Cf32、及び複数のスイッチSW0〜SW3が適宜切替え可能に構成される。その結果、帰還回路FBは複数の容量接続状態を取り得、必要とされるゲインに応じて容量接続状態のひとつが選択される。容量接続状態のうちの少なくとも1つは、容量Cf31,Cf32が直列接続される。本実施の形態では、帰還回路FBは、演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間において互いに並列接続された4つの個別回路で構成されている。具体的には、帰還回路FBは、スイッチSW0で構成された第1の個別回路と、スイッチSW1と容量Cf11との直列回路で構成された第2の個別回路と、スイッチSW2と容量Cf21との直列回路で構成された第3の個別回路と、スイッチSW3と2つの容量Cf31,Cf32との直列回路で構成された第4の個別回路とから構成されている。以下の説明では、各容量もその容量値も同じ符号で表すものとする。帰還回路FBの各容量の容量値は、特に限定されるものではなく適宜異なっていてもよいが、本実施の形態では、Cf11=Ci/2、Cf21=Cf31=Cf32=Ci/4に設定されているものとする。よって、前記第2の個別回路の容量値はCi/2となり、前記第3の個別回路の容量値はCi/4となり、前記第4の個別回路の容量値はCi/8となり、これらの容量値のうち前記第4の個別回路の容量値が最も小さい。ここで、個別回路の容量値とは、当該個別回路のスイッチを閉じたときの当該個別回路全体の容量値をいう。   The feedback circuit FB is connected between the inverting input terminal of the operational amplifier OP and the output terminal of the operational amplifier OP. The feedback circuit FB is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP in a short-circuited connection state (hereinafter referred to as a short-circuit connection state) and a connection state in which a capacitor is connected (hereinafter referred to as a capacitance connection state). It is composed of a plurality of capacitors Cf11, Cf21, Cf31, Cf32 and one or more switches SW0 to SW3 so that they can be switched. In the capacitor connection state, the capacitors Cf11, Cf21, Cf31, Cf32 and the plurality of switches SW0 to SW3 are configured to be appropriately switchable so as to obtain a desired gain. As a result, the feedback circuit FB can take a plurality of capacitive connection states, and one of the capacitive connection states is selected according to the required gain. In at least one of the capacitor connection states, capacitors Cf31 and Cf32 are connected in series. In the present embodiment, the feedback circuit FB includes four individual circuits connected in parallel to each other between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP. Specifically, the feedback circuit FB includes a first individual circuit configured by the switch SW0, a second individual circuit configured by a series circuit of the switch SW1 and the capacitor Cf11, and a switch SW2 and the capacitor Cf21. A third individual circuit configured by a series circuit and a fourth individual circuit configured by a series circuit of the switch SW3 and the two capacitors Cf31 and Cf32 are included. In the following description, each capacity and its capacity value are represented by the same reference numerals. The capacitance value of each capacitor of the feedback circuit FB is not particularly limited and may be appropriately different. In this embodiment, Cf11 = Ci / 2 and Cf21 = Cf31 = Cf32 = Ci / 4 are set. It shall be. Therefore, the capacitance value of the second individual circuit is Ci / 2, the capacitance value of the third individual circuit is Ci / 4, and the capacitance value of the fourth individual circuit is Ci / 8. Among the values, the capacitance value of the fourth individual circuit is the smallest. Here, the capacitance value of the individual circuit refers to the capacitance value of the entire individual circuit when the switch of the individual circuit is closed.

本実施の形態では、スイッチSW0で構成された個別回路は、演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間を短絡する個別回路となっており、当該個別回路内には、演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間をオンオフする少なくとも1つのスイッチSW0を有している。また、本実施の形態では、スイッチSW3と2つの容量Cf31,Cf32との直列回路で構成された個別回路は、演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間で直列接続された複数の容量Cf31,Cf32を有する個別回路となっている。さらに、本実施の形態では、スイッチSW1と容量Cf11との直列回路で構成された個別回路は、複数の容量Cf31,Cf32を有する前記個別回路において直列接続された前記複数の容量Cf31,Cf32によって形成される容量値よりも大きい容量値を持つ容量Cf11と、演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間でこの容量Cf11と直列接続された少なくとも1つのスイッチSW1とを有している。さらにまた、本実施の形態では、スイッチSW2と容量Cf21との直列回路で構成された個別回路は、複数の容量Cf31,Cf32を有する前記個別回路において直列接続された前記複数の容量Cf31,Cf32によって形成される容量値よりも大きい容量値を持つ容量Cf21と、演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間でこの容量Cf21と直列接続された少なくとも1つのスイッチSW2とを有している。   In the present embodiment, the individual circuit configured by the switch SW0 is an individual circuit that short-circuits between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP, and the individual circuit includes the operational amplifier OP. At least one switch SW0 that turns on and off between the inverting input terminal and the output terminal is provided. In the present embodiment, the individual circuit configured by the series circuit of the switch SW3 and the two capacitors Cf31 and Cf32 includes a plurality of capacitors connected in series between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP. It is an individual circuit having Cf31 and Cf32. Further, in the present embodiment, the individual circuit configured by the series circuit of the switch SW1 and the capacitor Cf11 is formed by the plurality of capacitors Cf31 and Cf32 connected in series in the individual circuit having the plurality of capacitors Cf31 and Cf32. The capacitor Cf11 having a capacitance value larger than the capacitance value to be generated, and at least one switch SW1 connected in series with the capacitor Cf11 between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP. Furthermore, in the present embodiment, the individual circuit configured by the series circuit of the switch SW2 and the capacitor Cf21 is constituted by the plurality of capacitors Cf31 and Cf32 connected in series in the individual circuit having the plurality of capacitors Cf31 and Cf32. The capacitor Cf21 having a capacitance value larger than the capacitance value to be formed, and at least one switch SW2 connected in series with the capacitor Cf21 between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP.

帰還回路FBは、スイッチSW0をオンすることで、前記反転入力端子と前記出力端子との間が短絡された接続状態となる。また、帰還回路FBは、スイッチSW0をオフした状態で、スイッチSW1〜SW3のうちのいずれの1つ以上をオンするかで、合計7通りの接続状態となる。これらの7通りの接続状態に応じて、帰還回路FBにより形成される演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間の容量値(以下、「帰還容量値」と呼ぶ。)CFは、7種類の異なる値となる。本実施の形態では、スイッチSW0〜SW3は、それぞれMOSトランジスタで構成されている。スイッチSW0〜SW3のゲートには、それぞれ制御信号φSW0〜φSW3が外部から供給される。これらの制御信号φSW0〜φSW3が、信号処理部16のゲインを設定するゲイン設定信号となる。本実施の形態では、スイッチSW0〜SW3はそれぞれ、対応する制御信号φSW0〜φSW3がハイレベルの場合にオンし、対応する制御信号φSW0〜φSW3がローレベルの場合にオフする。   The feedback circuit FB is in a connection state in which the inverting input terminal and the output terminal are short-circuited by turning on the switch SW0. Further, the feedback circuit FB has a total of seven connection states depending on which one or more of the switches SW1 to SW3 are turned on while the switch SW0 is turned off. In accordance with these seven connection states, the capacitance value CF (hereinafter referred to as “feedback capacitance value”) CF between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP formed by the feedback circuit FB is 7. Different types of values. In the present embodiment, the switches SW0 to SW3 are each composed of a MOS transistor. Control signals φSW0 to φSW3 are supplied from the outside to the gates of the switches SW0 to SW3, respectively. These control signals φSW0 to φSW3 serve as gain setting signals for setting the gain of the signal processing unit 16. In the present embodiment, the switches SW0 to SW3 are turned on when the corresponding control signals φSW0 to φSW3 are at the high level, and are turned off when the corresponding control signals φSW0 to φSW3 are at the low level.

本実施の形態では、スイッチSW0をオフした状態で、スイッチSW3がオンすると、帰還回路FBの接続状態は、2つの容量Cf31,Cf32が演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間で直列に接続された状態となり、容量Cf31,Cf32は帰還容量値CFの形成に寄与する。一方、スイッチSW3がオフすると、2つの容量Cf31,Cf32のいずれも、演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間から切り離され、帰還容量値CFの形成に寄与しない。   In the present embodiment, when the switch SW3 is turned on with the switch SW0 turned off, the connection state of the feedback circuit FB is such that the two capacitors Cf31 and Cf32 are connected in series between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP. The capacitors Cf31 and Cf32 contribute to the formation of the feedback capacitance value CF. On the other hand, when the switch SW3 is turned off, the two capacitors Cf31 and Cf32 are both disconnected from the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP and do not contribute to the formation of the feedback capacitance value CF.

この信号処理部16によれば、信号φSW0がハイレベルになると、スイッチSW0がオンして演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間が短絡し、演算増幅器OPの出力端子が所定電位Vrefにクランプされる。その後、信号φSW0がローレベルにされてスイッチSW0がオフし、スイッチSW1〜SW3のうちのいずれか1つ以上がオンしている状態で、垂直信号線14の電圧がΔVだけ変化すると、演算増幅器OPの出力端子の信号は、{Vref−(Ci/CF)×ΔV}となる。このように、スイッチSW0がオフすると、信号処理部16のゲインとして、入力容量Ciの容量値と帰還容量値CFの比で反転ゲイン(−Ci/CF)が得られる。本実施の形態では、前述したようにCf11=Ci/2、Cf21=Cf31=Cf32=Ci/4であるので、この反転ゲインは、例えば、スイッチSW1のみオンしていれば−2倍、スイッチSW2のみオンしていれば−4倍、スイッチSW3のみオンしていれば−8倍となる。   According to the signal processing unit 16, when the signal φSW0 becomes high level, the switch SW0 is turned on, the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP are short-circuited, and the output terminal of the operational amplifier OP is set to the predetermined potential Vref. To be clamped. Thereafter, when the voltage of the vertical signal line 14 changes by ΔV in a state where the signal φSW0 is set to the low level, the switch SW0 is turned off, and one or more of the switches SW1 to SW3 is turned on, the operational amplifier The signal at the output terminal of OP is {Vref− (Ci / CF) × ΔV}. As described above, when the switch SW0 is turned off, an inversion gain (−Ci / CF) is obtained as the gain of the signal processing unit 16 by the ratio of the capacitance value of the input capacitance Ci and the feedback capacitance value CF. In this embodiment, since Cf11 = Ci / 2 and Cf21 = Cf31 = Cf32 = Ci / 4 as described above, this inversion gain is, for example, -2 when only the switch SW1 is on, and the switch SW2. When only the switch SW3 is on, the magnification is -4 times.

また、本実施の形態による固体撮像素子1は、各垂直信号線14に対応して設けられたサンプルホールド部17を備えている。各サンプルホールド部17は、各垂直信号線14の信号に応じた信号(本実施の形態では、信号処理部16の各演算増幅器OPの出力端子の信号)をサンプリング制御信号φTVN,φTVSに従ってサンプリングして保持するとともに、当該保持された信号を水平走査信号φHに従って水平信号線18N,18Sへ供給する。   Further, the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment includes a sample hold unit 17 provided corresponding to each vertical signal line 14. Each sample and hold unit 17 samples a signal corresponding to the signal of each vertical signal line 14 (in this embodiment, a signal at the output terminal of each operational amplifier OP of the signal processing unit 16) according to the sampling control signals φTVN and φTVS. The held signal is supplied to the horizontal signal lines 18N and 18S according to the horizontal scanning signal φH.

本実施の形態では、サンプルホールド部17は、各垂直信号線14に対応して設けられた光信号用蓄積容量CS及びリセット信号用蓄積容量CNと、画素11で光電変換された光情報を含む光信号を光信号用サンプリング制御信号φTVSに従って光信号用蓄積容量CSに蓄積させる光信号用サンプリングスイッチTVSと、前記光信号から差し引くべきノイズ成分を含むリセット信号をリセット信号用サンプリング制御信号φTVNに従ってリセット信号用蓄積容量CNに蓄積させるリセット信号用サンプリングスイッチTVNと、光信号用蓄積容量CSに蓄積された光信号を水平走査信号φHに従って光信号用水平信号線18Sに供給する光信号用水平転送スイッチTHSと、リセット信号用蓄積容量CNに蓄積されたリセット信号を水平走査信号φHに従ってリセット信号用水平信号線18Nに供給するリセット信号用水平転送スイッチTHNとを有している。本実施の形態では、水平信号線18N,18Sをそれぞれ所定タイミングで所定電位Vrefにリセットするための各トランジスタRTHN,RTHSが設けられている。トランジスタRTHN,RTHSは、外部からの制御信号φRTHを受けて、制御信号φRTHがハイレベルの場合にオンするとともに、制御信号φRTHがローレベルの場合にオフする。水平信号線18N,18Sには、出力アンプAPN,APSがそれぞれ接続されている。本実施の形態では、スイッチTVS,TVN,THS,THN,RTHN,RTHSは、MOSトランジスタである。   In the present embodiment, the sample hold unit 17 includes optical signal storage capacitors CS and reset signal storage capacitors CN provided corresponding to the respective vertical signal lines 14, and optical information photoelectrically converted by the pixels 11. An optical signal sampling switch TVS for storing the optical signal in the optical signal storage capacitor CS according to the optical signal sampling control signal φTVS, and a reset signal including a noise component to be subtracted from the optical signal is reset according to the reset signal sampling control signal φTVN. A reset signal sampling switch TVN for storing in the signal storage capacitor CN, and an optical signal horizontal transfer switch for supplying the optical signal stored in the optical signal storage capacitor CS to the optical signal horizontal signal line 18S in accordance with the horizontal scanning signal φH. THS and reset signal stored in reset signal storage capacitor CN are horizontal And a horizontal transfer switch THN reset signal supplied to the horizontal signal line 18N reset signal in accordance with scanning signal No. .phi.H. In the present embodiment, transistors RTHN and RTHS are provided for resetting the horizontal signal lines 18N and 18S to a predetermined potential Vref at a predetermined timing, respectively. The transistors RTHN and RTHS receive an external control signal φRTH and turn on when the control signal φRTH is at a high level, and turn off when the control signal φRTH is at a low level. Output amplifiers APN and APS are connected to the horizontal signal lines 18N and 18S, respectively. In the present embodiment, the switches TVS, TVN, THS, THN, RTHN, and RTHS are MOS transistors.

図1に示すように、各垂直信号線14に対応して、演算増幅器OPの出力端子が、サンプルホールド部17の光信号用サンプリングスイッチTVSの一端及びリセット信号用サンプリングスイッチTVNの一端に接続されている。これにより、各垂直信号線14の信号に応じた各演算増幅器OPの出力端子の信号が、サンプリングスイッチTVN,TVSにそれらがオンオフすべき信号として供給される。   As shown in FIG. 1, corresponding to each vertical signal line 14, the output terminal of the operational amplifier OP is connected to one end of the optical signal sampling switch TVS and one end of the reset signal sampling switch TVN of the sample hold unit 17. ing. As a result, the signal at the output terminal of each operational amplifier OP corresponding to the signal on each vertical signal line 14 is supplied to the sampling switches TVN and TVS as signals to be turned on / off.

各垂直信号線14に対応して設けられるリセット信号用サンプリングスイッチTVNの各々のゲートは共通に接続され、そこにはリセット信号用サンプリング制御信号φTVNが外部から供給される。リセット信号用サンプリングスイッチTVNは、リセット信号用サンプリング制御信号φTVNがハイレベルの場合にオンする一方、リセット信号用サンプリング制御信号φTVNがローレベルの場合にオフする。リセット信号用サンプリング制御信号φTVNに応じてリセット信号用サンプリングスイッチTVNがオンすると、演算増幅器OPの出力端子のリセット信号が、対応するリセット信号用蓄積容量CNに蓄積される。   The gates of the reset signal sampling switches TVN provided corresponding to the vertical signal lines 14 are connected in common, and a reset signal sampling control signal φTVN is supplied from the outside to the gates. The reset signal sampling switch TVN is turned on when the reset signal sampling control signal φTVN is at a high level, and turned off when the reset signal sampling control signal φTVN is at a low level. When the reset signal sampling switch TVN is turned on in response to the reset signal sampling control signal φTVN, the reset signal at the output terminal of the operational amplifier OP is stored in the corresponding reset signal storage capacitor CN.

また、各垂直信号線14に対応して設けられる光信号用サンプリングスイッチTVSの各々のゲートは共通に接続され、そこには光信号用サンプリング制御信号φTVSが外部から供給される。光信号用サンプリングスイッチTVSは、光信号用サンプリング制御信号φTVSがハイレベルの場合にオンする一方、光信号用サンプリング制御信号φTVSがローレベルの場合にオフする。光信号用サンプリング制御信号φTVSに応じて光信号用サンプリングスイッチTVSがオンすると、演算増幅器OPの出力端子の光信号が、対応する光信号用蓄積容量CSに蓄積される。   The gates of the optical signal sampling switches TVS provided corresponding to the vertical signal lines 14 are connected in common, and an optical signal sampling control signal φTVS is supplied to the gate from the outside. The optical signal sampling switch TVS is turned on when the optical signal sampling control signal φTVS is at a high level, and is turned off when the optical signal sampling control signal φTVS is at a low level. When the optical signal sampling switch TVS is turned on in response to the optical signal sampling control signal φTVS, the optical signal at the output terminal of the operational amplifier OP is stored in the corresponding optical signal storage capacitor CS.

各列毎に、光信号用水平転送スイッチTHS及びリセット信号用水平転送スイッチTHNのゲートが共通に接続され、そこには水平走査回路13から対応する列の水平走査信号φHが供給される。各列の水平走査信号φHに応じて、各列の水平転送スイッチTHS,THNがオンすると、対応する列の光信号用蓄積容量CS及びリセット信号用蓄積容量CNにそれぞれ蓄積されていた光信号及びリセット信号が、光信号用水平信号線18S及びリセット信号用水平信号線18Nにそれぞれ出力され、それぞれ出力アンプAPS,APNを介して、外部信号処理部(図示せず)へ出力される。図面には示していないが、この外部信号処理部は、出力アンプAPS,APNの出力間の差分を、差動アンプ等によって得る。これにより相関2重サンプリングが実現され、この外部信号処理部から、画像信号として、固定パターンノイズ等が除去された光情報信号が得られる。なお、このような差分を得る差動アンプ等を固体撮像素子1に搭載してもよい。   For each column, the gates of the horizontal transfer switch for optical signal THS and the horizontal transfer switch for reset signal THN are connected in common, and the horizontal scanning signal φH of the corresponding column is supplied from the horizontal scanning circuit 13 thereto. When the horizontal transfer switches THS, THN of each column are turned on in accordance with the horizontal scanning signal φH of each column, the optical signals stored in the optical signal storage capacitor CS and the reset signal storage capacitor CN of the corresponding column, The reset signal is output to the optical signal horizontal signal line 18S and the reset signal horizontal signal line 18N, respectively, and is output to an external signal processing unit (not shown) via the output amplifiers APS and APN, respectively. Although not shown in the drawing, the external signal processing unit obtains a difference between outputs of the output amplifiers APS and APN by a differential amplifier or the like. Thus, correlated double sampling is realized, and an optical information signal from which fixed pattern noise and the like are removed is obtained as an image signal from the external signal processing unit. A differential amplifier or the like that obtains such a difference may be mounted on the solid-state imaging device 1.

図3は、本実施の形態による固体撮像素子1の読み出し動作の一例を示すタイミングチャートである。   FIG. 3 is a timing chart showing an example of the reading operation of the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment.

本実施の形態では、メカニカルシャッタ(図示せず)が所定の露光期間だけ開かれて各画素11のフォトダイオードPDの電荷蓄積層に電荷が蓄積された後、1行ずつ順次選択され、各1行について順次同じ動作が行われていく。図3は、主として、n行目の画素11が選択され、引き続いてn+1行目の画素11が選択された場合の動作を示している。   In the present embodiment, a mechanical shutter (not shown) is opened for a predetermined exposure period, and charges are accumulated in the charge accumulation layer of the photodiode PD of each pixel 11. The same operation is sequentially performed on the rows. FIG. 3 mainly shows the operation when the pixel 11 in the nth row is selected and the pixel 11 in the (n + 1) th row is subsequently selected.

期間T1は、n−1行目の画素11の出力の水平走査期間であり、後述する期間T3に対応している。期間T1後の期間T2は、n行目の画素11の出力の水平ブランキング期間である。   The period T1 is a horizontal scanning period of the output of the pixels 11 in the (n-1) th row and corresponds to a period T3 described later. A period T2 after the period T1 is a horizontal blanking period of the output of the pixels 11 in the n-th row.

期間T2において、垂直走査回路12によりn行目の画素11が選択され、n行目のリセットパルスφRES(n)がローレベルに変化し、n行目のリセットトランジスタRESがオフする。また、期間T2において、n行目の選択パルスφSEL(n)がハイレベルに変化し、n行目の選択トランジスタSELがオンする。n行目の選択トランジスタSELのオンにより、n行目の増幅トランジスタAMPのソースは垂直信号線14に接続される。そして、n行目の増幅トランジスタAMPは、定電流源15によってソースフォロア回路として動作する。   In the period T2, the vertical scanning circuit 12 selects the pixel 11 in the n-th row, the n-th row reset pulse φRES (n) changes to the low level, and the n-th row reset transistor RES is turned off. Further, in the period T2, the selection pulse φSEL (n) in the nth row changes to a high level, and the selection transistor SEL in the nth row is turned on. When the selection transistor SEL in the nth row is turned on, the source of the amplification transistor AMP in the nth row is connected to the vertical signal line 14. The amplification transistor AMP in the n-th row operates as a source follower circuit by the constant current source 15.

期間T2が開始した後、期間T12が開始するまでの期間においては、n行目の選択トランジスタSELがオンし、同時にn行目のリセットトランジスタRESがオフすることで、n行目の画素11の増幅トランジスタAMPのゲート電圧が、フローティング状態となり、n行目の画素11のリセットレベルが垂直信号線14に現われる。このとき、期間T2が開始した後の期間T10では、制御信号φSW0がハイレベルとなってスイッチSW0がオンすることにより、信号処理部16は、垂直信号線14のリセットレベルを入力の基準とした状態で、演算増幅器OPの出力端子のレベルを所定電位Vrefにクランプする。そして、期間T2中の期間T11において、リセット信号用サンプリングパルス(制御信号)φTVNがハイレベルに変化し、リセット信号用サンプリングスイッチTVNがオンする。これにより、n行目の画素11のリセット信号が、リセット信号用蓄積容量CNに蓄積される。この動作は、n行目の各列の画素に対して同時並列に実行される。   In the period from the start of the period T2 to the start of the period T12, the n-th row selection transistor SEL is turned on, and at the same time, the n-th row reset transistor RES is turned off. The gate voltage of the amplification transistor AMP becomes a floating state, and the reset level of the pixel 11 in the n-th row appears on the vertical signal line 14. At this time, in the period T10 after the period T2 is started, the control signal φSW0 becomes a high level and the switch SW0 is turned on, so that the signal processing unit 16 uses the reset level of the vertical signal line 14 as an input reference. In this state, the level of the output terminal of the operational amplifier OP is clamped to the predetermined potential Vref. In the period T11 in the period T2, the reset signal sampling pulse (control signal) φTVN changes to the high level, and the reset signal sampling switch TVN is turned on. Thereby, the reset signal of the pixels 11 in the n-th row is accumulated in the reset signal storage capacitor CN. This operation is performed simultaneously in parallel on the pixels in each column of the nth row.

次に、期間T2中の期間T12において、n行目の転送パルスφTX(n)がハイレベルに変化し、n行目の転送トランジスタTXがオンする。n行目の転送トランジスタTXのオンにより、n行目の画素11のフォトダイオードPDで光電変換され蓄積されていた信号電荷が、対応するフローティングディフュージョンFDに転送される。これによって、フローティングディフュージョンFDの電圧は転送されてきた電荷量に応じた電圧となり、この電圧が増幅トランジスタAMPのゲート電極に印加される。その結果、n行目の画素11の光情報を含んだレベルが、垂直信号線14に現れる。このとき、演算増幅器OPの出力端子にはVrefを基準として光信号による変化分がゲイン(−Ci/CF)で反転増幅された電圧として現れる。先に説明したように、このゲイン(−Ci/CF)は、制御信号φSW1〜φSW3によって設定される。期間T12の後の期間T13において、光信号用サンプリングパルス(制御信号)φTVSがハイレベルに変化し、光信号用サンプリングスイッチTVSがオンする。これにより、n行目の画素の光信号が、光信号用蓄積容量CSに蓄積される。この動作は、n行目の各列の画素に対して同時並列に実行される。   Next, in the period T12 in the period T2, the transfer pulse φTX (n) in the nth row changes to a high level, and the transfer transistor TX in the nth row is turned on. When the transfer transistor TX in the n-th row is turned on, the signal charge photoelectrically converted and accumulated by the photodiode PD of the pixel 11 in the n-th row is transferred to the corresponding floating diffusion FD. As a result, the voltage of the floating diffusion FD becomes a voltage corresponding to the transferred charge amount, and this voltage is applied to the gate electrode of the amplification transistor AMP. As a result, a level including optical information of the pixels 11 in the nth row appears on the vertical signal line 14. At this time, the change due to the optical signal appears at the output terminal of the operational amplifier OP as a voltage inverted and amplified by the gain (−Ci / CF) with reference to Vref. As described above, the gain (−Ci / CF) is set by the control signals φSW1 to φSW3. In a period T13 after the period T12, the optical signal sampling pulse (control signal) φTVS changes to a high level, and the optical signal sampling switch TVS is turned on. As a result, the optical signal of the pixel in the n-th row is accumulated in the optical signal storage capacitor CS. This operation is performed simultaneously in parallel on the pixels in each column of the nth row.

このようにして、期間T2において、n行目の画素11の出力信号のサンプリングが行われ、各列毎に、リセット信号用蓄積容量CNにはn行目の画素11のリセット信号が蓄積され、光信号用蓄積容量CSにはn行目の画素11の光信号が蓄積される。   In this manner, in the period T2, the output signal of the pixel 11 in the n-th row is sampled, and the reset signal for the pixel 11 in the n-th row is accumulated in the reset signal storage capacitor CN for each column. The optical signal storage capacitor CS stores the optical signal of the pixel 11 in the n-th row.

期間T2後の期間T3は、n行目の画素11の出力の水平走査期間である。期間T3において、水平走査回路13からの水平走査信号φHによる水平走査によってリセット信号用水平転送スイッチTHN及び光信号用水平転送スイッチTHSが各垂直信号線14に対応するもの毎に順次オンされ、蓄積容量CN,CSにそれぞれ蓄積されていたリセット信号及び光信号が各垂直信号線14に対応するもの毎に順次リセット信号用水平信号線18N及び光信号用水平信号線18Sにそれぞれ読み出され、出力アンプAPN,APSをそれぞれ介して外部信号処理部(図示せず)へ出力される。この外部信号処理部の差動アンプ等で出力アンプAPS,APNの出力間の差分を取ることにより、固定パターンノイズ等が除去された画像出力が得られる。   A period T3 after the period T2 is a horizontal scanning period of the output of the pixels 11 in the n-th row. In the period T3, the horizontal transfer switch THN for reset signal and the horizontal transfer switch THS for optical signal are sequentially turned on and stored for each corresponding to each vertical signal line 14 by horizontal scanning by the horizontal scanning signal φH from the horizontal scanning circuit 13. The reset signal and the optical signal respectively stored in the capacitors CN and CS are sequentially read out to the reset signal horizontal signal line 18N and the optical signal horizontal signal line 18S for each corresponding to each vertical signal line 14, and output. The signals are output to an external signal processing unit (not shown) via the amplifiers APN and APS, respectively. By taking the difference between the outputs of the output amplifiers APS and APN with the differential amplifier or the like of this external signal processing unit, an image output from which fixed pattern noise or the like is removed can be obtained.

次に、期間T4,T5において、n行目に関して期間T2,T3で行われたのと同様の動作が、n+1行目について行われ、それ以降においても同様の動作を繰り返す。   Next, in the periods T4 and T5, the same operation as that performed in the periods T2 and T3 for the nth row is performed for the (n + 1) th row, and the same operation is repeated thereafter.

ここで、本実施の形態による固体撮像素子1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4は、この比較例による固体撮像素子で用いられている1つの信号処理部116を示す拡大回路図であり、図2に対応している。図4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。   Here, a solid-state image sensor according to a comparative example compared with the solid-state image sensor 1 according to the present embodiment will be described. FIG. 4 is an enlarged circuit diagram showing one signal processing unit 116 used in the solid-state imaging device according to this comparative example, and corresponds to FIG. 4, elements that are the same as or correspond to those in FIG. 2 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.

この比較例による固体撮像素子が本実施の形態による固体撮像素子1と異なる所は、各信号処理部16に代えて信号処理部116が設けられている点のみである。信号処理部116が信号処理部16と異なる所は、2つの容量Cf31,Cf32の直列接続部分に代えて、1つの容量Cf33が設けられている点のみである。この比較例において採用されている信号処理部116は、前述した特許文献1の図8に開示された固体撮像素子で採用されているスイッチトキャパシタ型積分回路と同様の構成を有している。   The solid-state imaging device according to this comparative example differs from the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment only in that a signal processing unit 116 is provided in place of each signal processing unit 16. The signal processing unit 116 is different from the signal processing unit 16 only in that one capacitor Cf33 is provided instead of the serial connection portion of the two capacitors Cf31 and Cf32. The signal processing unit 116 employed in this comparative example has the same configuration as the switched capacitor type integration circuit employed in the solid-state imaging device disclosed in FIG.

信号処理部16でも信号処理部116でもCf11=Ci/2、Cf21=Ci/4であるが、信号処理部16ではCf31=Cf32=Ci/4であるのに対し、Cf33=Ci/8である。しかし、2つの容量Cf31,Cf32の直列接続部分の合成容量値はCi/8であるので、信号処理部16におけるスイッチSW3と容量Cf31と容量Cf32との直列回路で構成された個別回路の容量値も、信号処理部116におけるスイッチSW3と容量Cf33との直列回路で構成された個別回路の容量値も、同じくCi/8である。したがって、スイッチSW3のみをオンした場合には、信号処理部16でも信号処理部116でも同じく−8倍の高ゲインが得られる。   In both the signal processing unit 16 and the signal processing unit 116, Cf11 = Ci / 2 and Cf21 = Ci / 4. In the signal processing unit 16, Cf31 = Cf32 = Ci / 4, whereas Cf33 = Ci / 8. . However, since the combined capacitance value of the serially connected portion of the two capacitors Cf31 and Cf32 is Ci / 8, the capacitance value of the individual circuit configured by the series circuit of the switch SW3, the capacitor Cf31, and the capacitor Cf32 in the signal processing unit 16. In addition, the capacitance value of the individual circuit configured by the series circuit of the switch SW3 and the capacitor Cf33 in the signal processing unit 116 is also Ci / 8. Therefore, when only the switch SW3 is turned on, the signal processing unit 16 and the signal processing unit 116 can obtain a high gain of −8 times.

しかし、この比較例の信号処理部116では、−8倍の高ゲインを得るために、Ci/8という小さい容量値の容量Cf33が用いられている。これに対し、本実施の形態の信号処理部16では、−8倍の高ゲインを得るために、容量Cf33の2倍の容量値Ci/4の2つの容量Cf31,Cf32が用いられている。1つの容量の容量値を小さくすると、その容量値ばらつきが増加することになる。したがって、容量Cf33のばらつきは大きいのに対し、各容量Cf31,Cf32のばらつきは小さくなって容量Cf31,Cf32の直列接続部分の合成容量のばらつきも小さくなる。よって、高いゲインを得る場合に、この比較例の信号処理部116では得られるゲインのばらつきが増大するのに対し、本実施の形態の信号処理部16では得られるゲインのばらつきが抑えられる。   However, in the signal processing unit 116 of this comparative example, in order to obtain a high gain of -8 times, the capacitance Cf33 having a capacitance value as small as Ci / 8 is used. On the other hand, in the signal processing unit 16 of the present embodiment, two capacitors Cf31 and Cf32 having a capacitance value Ci / 4 that is twice that of the capacitor Cf33 are used in order to obtain a gain of -8 times. When the capacitance value of one capacitor is reduced, the variation in the capacitance value increases. Therefore, while the variation of the capacitance Cf33 is large, the variation of the capacitances Cf31 and Cf32 is small and the variation of the combined capacitance of the serially connected portions of the capacitors Cf31 and Cf32 is also small. Therefore, when obtaining a high gain, the gain variation obtained by the signal processing unit 116 of this comparative example increases, whereas the gain variation obtained by the signal processing unit 16 of the present embodiment is suppressed.

そして、本実施の形態の信号処理部16では、比較例による信号処理部116や、前述した特許文献1の図8に開示された固体撮像素子で採用されているスイッチトキャパシタ型積分回路と同じく、前述した特許文献1の図1及び図2等に開示された固体撮像素子で採用されている読み出し回路と異なり、画素の1つにつき複数回サンプリングしかつ当該複数回サンプリングした信号を加算して出力するものではないため、高いゲインを得るために何回もサンプリングしていない。したがって、本実施の形態の信号処理部16では、比較例による信号処理部116と同じく、高いゲインを得る場合であっても、信号のサンプリングに要する時間を増大させずにすむ。   In the signal processing unit 16 of the present embodiment, the signal processing unit 116 according to the comparative example and the switched capacitor type integration circuit employed in the solid-state imaging device disclosed in FIG. Unlike the readout circuit employed in the solid-state imaging device disclosed in FIG. 1 and FIG. 2 of Patent Document 1 described above, one pixel is sampled a plurality of times, and the signal sampled a plurality of times is added and output. Because it does not do, it has not sampled many times to obtain a high gain. Therefore, in the signal processing unit 16 of the present embodiment, as in the case of the signal processing unit 116 according to the comparative example, even when a high gain is obtained, it is not necessary to increase the time required for signal sampling.

このように、本実施の形態によれば、読み出す画素信号を処理するに際して高いゲインを得る場合であっても、信号のサンプリングに要する時間を増大させることなく、ゲインのばらつきを抑えることができる。   As described above, according to the present embodiment, even when a high gain is obtained when processing a pixel signal to be read, variation in gain can be suppressed without increasing the time required for signal sampling.

[第2の実施の形態]
図5は、本発明の第2の実施の形態による固体撮像素子で用いられている1つの信号処理部26を示す拡大回路図であり、図2に対応している。図5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。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is an enlarged circuit diagram showing one signal processing unit 26 used in the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. 5, elements that are the same as or correspond to those in FIG. 2 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.

本実施の形態による固体撮像素子が前記第1の実施の形態による固体撮像素子1と異なる所は、各信号処理部16に代えて信号処理部26が設けられている点のみである。   The solid-state imaging device according to the present embodiment is different from the solid-state imaging device 1 according to the first embodiment only in that a signal processing unit 26 is provided in place of each signal processing unit 16.

本実施の形態の信号処理部26が第1の実施の形態の信号処理部16と異なる所は、2つの容量Cf31,Cf32の直列接続部分に代えて1つの容量Cf34が設けられている点と、容量Cf21のスイッチSW2側とは反対側の電極と演算増幅器OPの出力端子との間にスイッチSW5が接続されている点と、容量Cf21とスイッチSW5との接続中点とスイッチSW3と容量Cf34との接続中点との間にスイッチSW4が接続されている点のみである。スイッチSW4,SW5もMOSトランジスタで構成され、スイッチSW4,SW5のゲートには、それぞれ制御信号φSW4,φSW5が外部から供給される。本実施の形態では、スイッチSW4,SW5はそれぞれ、対応する制御信号φSW4,φSW5がハイレベルの場合にオンし、対応する制御信号φSW4,φSW5がローレベルの場合にオフする。本実施の形態では、制御信号φSW4,φSW5は、制御信号φSW0〜φSW3と共に、ゲイン設定信号となる。   The signal processing unit 26 of the present embodiment is different from the signal processing unit 16 of the first embodiment in that one capacitor Cf34 is provided instead of the serial connection portion of the two capacitors Cf31 and Cf32. The switch SW5 is connected between the electrode on the opposite side of the switch SW2 of the capacitor Cf21 and the output terminal of the operational amplifier OP, the connection midpoint between the capacitor Cf21 and the switch SW5, the switch SW3 and the capacitor Cf34. This is only the point where the switch SW4 is connected to the midpoint of connection. The switches SW4 and SW5 are also composed of MOS transistors, and control signals φSW4 and φSW5 are supplied from the outside to the gates of the switches SW4 and SW5, respectively. In the present embodiment, the switches SW4 and SW5 are turned on when the corresponding control signals φSW4 and φSW5 are at a high level, and are turned off when the corresponding control signals φSW4 and φSW5 are at a low level. In the present embodiment, the control signals φSW4 and φSW5 are gain setting signals together with the control signals φSW0 to φSW3.

本実施の形態の信号処理部26でも第1の実施の形態の信号処理部16でもCf11=Ci/2、Cf21=Ci/4であるが、信号処理部16ではCf31=Cf32=Ci/4であるのに対し、信号処理部26では、Cf34=Ci/4である。第1の実施の形態の信号処理部16において得られていた−2倍、−4倍及び−8倍の各ゲインは、本実施の形態の信号処理部26において、スイッチSW1のみをオンすることによって、スイッチSW3のみ(あるいは、スイッチSW2,SW5のみ)をオンすることによって、及び、スイッチSW2,SW4のみをオンすることによって、それぞれ得ることができる。   In the signal processing unit 26 of the present embodiment and the signal processing unit 16 of the first embodiment, Cf11 = Ci / 2 and Cf21 = Ci / 4, but in the signal processing unit 16, Cf31 = Cf32 = Ci / 4. On the other hand, in the signal processing unit 26, Cf34 = Ci / 4. The gains of −2 times, −4 times, and −8 times obtained in the signal processing unit 16 of the first embodiment turn on only the switch SW1 in the signal processing unit 26 of the present embodiment. Can be obtained by turning on only the switch SW3 (or only the switches SW2 and SW5) and turning on only the switches SW2 and SW4, respectively.

本実施の形態の信号処理部26において、スイッチSW2,SW4のみをオンすることで、2つの容量Cf21,Cf34が演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間に直列に接続された状態となり、これらの容量Cf21,Cf34は帰還容量値CFの形成に寄与する。また、信号処理部26において、スイッチSW3のみをオンすることで、Cf34のみが帰還容量値CFの形成に寄与する。また、信号処理部26において、スイッチSW2,SW5のみをオンすることで、Cf21のみが帰還容量値CFの形成に寄与する。   In the signal processing unit 26 of the present embodiment, by turning on only the switches SW2 and SW4, the two capacitors Cf21 and Cf34 are connected in series between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP. These capacitors Cf21 and Cf34 contribute to the formation of the feedback capacitance value CF. Further, by turning on only the switch SW3 in the signal processing unit 26, only Cf34 contributes to the formation of the feedback capacitance value CF. Further, by turning on only the switches SW2 and SW5 in the signal processing unit 26, only Cf21 contributes to the formation of the feedback capacitance value CF.

本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様に、読み出す画素信号を処理するに際して高いゲインを得る場合であっても、信号のサンプリングに要する時間を増大させることなく、ゲインのばらつきを抑えることができる。   Also in the present embodiment, as in the first embodiment, even when a high gain is obtained when processing a pixel signal to be read out, gain variation without increasing the time required for signal sampling. Can be suppressed.

そして、本実施の形態の信号処理部26では、第1の実施の形態の信号処理部16に比べて、2個のスイッチSW3,SW4が増えているものの、容量値Ci/4の1個の容量が減っている。容量値Ci/4が比較的大きければ、2個のスイッチSW3,SW4が占める面積よりも、容量値Ci/4の1個の容量が占める面積の方が大きい。よって、本実施の形態の信号処理部26では、第1の実施の形態による信号処理部16に比べて、占有面積を抑えることができる。   In the signal processing unit 26 according to the present embodiment, two switches SW3 and SW4 are increased as compared with the signal processing unit 16 according to the first embodiment, but one capacitance value Ci / 4 is provided. Capacity is decreasing. If the capacitance value Ci / 4 is relatively large, the area occupied by one capacitance of the capacitance value Ci / 4 is larger than the area occupied by the two switches SW3 and SW4. Therefore, in the signal processing unit 26 according to the present embodiment, the occupied area can be suppressed as compared with the signal processing unit 16 according to the first embodiment.

なお、本実施の形態では、スイッチSW2、容量C21、スイッチS4及び容量Cf34が、演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間で直列接続された複数の容量Cf21,Cf34を有する個別回路を構成している。また、本実施の形態では、スイッチSW1と容量Cf11が、複数の容量Cf21,Cf34を有する前記個別回路において直列接続された前記複数の容量Cf21,Cf34によって形成される容量値よりも大きい容量値を持つ容量Cf11と、演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間でこの容量Cf11と直列接続された少なくとも1つのスイッチSW1とを有する個別回路を構成している。さらに、本実施の形態では、スイッチSW2、容量Cf21及びスイッチSW5が、複数の容量Cf21,Cf34を有する前記個別回路において直列接続された前記複数の容量Cf21,Cf34によって形成される容量値よりも大きい容量値を持つ容量Cf21と、演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間でこの容量Cf21と直列接続された少なくとも1つのスイッチSW2,SW5とを有する個別回路を構成している。さらにまた、本実施の形態では、スイッチSW3と容量Cf34が、複数の容量Cf21,Cf34を有する前記個別回路において直列接続された前記複数の容量Cf21,Cf34によって形成される容量値よりも大きい容量値を持つ容量Cf34と、演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間でこの容量Cf34と直列接続された少なくとも1つのスイッチSW3とを有する個別回路を構成している。   In the present embodiment, an individual circuit having a plurality of capacitors Cf21 and Cf34 in which the switch SW2, the capacitor C21, the switch S4, and the capacitor Cf34 are connected in series between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP. It is composed. In the present embodiment, the switch SW1 and the capacitor Cf11 have a capacitance value larger than the capacitance value formed by the plurality of capacitors Cf21 and Cf34 connected in series in the individual circuit having the plurality of capacitors Cf21 and Cf34. An individual circuit having a capacitor Cf11 and at least one switch SW1 connected in series with the capacitor Cf11 is formed between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP. Further, in the present embodiment, the switch SW2, the capacitor Cf21, and the switch SW5 are larger than the capacitance value formed by the plurality of capacitors Cf21 and Cf34 connected in series in the individual circuit having the plurality of capacitors Cf21 and Cf34. An individual circuit having a capacitance Cf21 having a capacitance value and at least one switch SW2, SW5 connected in series with the capacitance Cf21 between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP is configured. Furthermore, in the present embodiment, the switch SW3 and the capacitor Cf34 are larger in capacitance value than the capacitance value formed by the plurality of capacitors Cf21 and Cf34 connected in series in the individual circuit having the plurality of capacitors Cf21 and Cf34. And an at least one switch SW3 connected in series with the capacitor Cf34 between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP.

[第3の実施の形態]
図6は、本発明の第3の実施の形態による固体撮像素子で用いられている1つの信号処理部36を示す拡大回路図であり、図2に対応している。図6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. 6 is an enlarged circuit diagram showing one signal processing unit 36 used in the solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. 6, elements that are the same as or correspond to those in FIG. 2 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.

本実施の形態による固体撮像素子が前記第1の実施の形態による固体撮像素子1と異なる所は、各信号処理部16に代えて信号処理部36が設けられている点のみである。   The solid-state imaging device according to the present embodiment is different from the solid-state imaging device 1 according to the first embodiment only in that a signal processing unit 36 is provided in place of each signal processing unit 16.

本実施の形態の信号処理部36が第1の実施の形態の信号処理部16と異なる所は、スイッチSW1〜SW3及び容量Cf11,Cf21,Cf31,Cf32に代えて、容量Cf41と容量Cf42との直列回路が、演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間に接続されている点のみである。   The signal processing unit 36 of the present embodiment is different from the signal processing unit 16 of the first embodiment in that a capacitor Cf41 and a capacitor Cf42 are used instead of the switches SW1 to SW3 and the capacitors Cf11, Cf21, Cf31, and Cf32. The only difference is that the series circuit is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP.

したがって、前記第1の実施の形態の信号処理部16では可変ゲインが得られるのに対し、本実施の形態の信号処理部36では固定ゲインが得られる。   Therefore, the signal processing unit 16 of the first embodiment can obtain a variable gain, whereas the signal processing unit 36 of the present embodiment can obtain a fixed gain.

しかしながら、本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様に、帰還回路FBは、演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間を、前記反転入力端子と前記出力端子との間が短絡された接続状態及び前記反転入力端子と前記出力端子との間に2つ以上の容量Cf41,Cf42が直列接続された接続状態を含む複数の接続状態に切り替え得るように、複数の容量Cf41,Cf42及び1つ以上のスイッチSW0で構成されている。   However, also in the present embodiment, as in the first embodiment, the feedback circuit FB is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP. A plurality of capacitors so that the connection state can be switched to a plurality of connection states including a connection state in which a short circuit is established and a connection state in which two or more capacitors Cf41 and Cf42 are connected in series between the inverting input terminal and the output terminal. Cf41, Cf42 and one or more switches SW0.

よって、本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様に、読み出す画素信号を処理するに際して高いゲインを得る場合であっても、信号のサンプリングに要する時間を増大させることなく、ゲインのばらつきを抑えることができる。   Therefore, also in the present embodiment, as in the first embodiment, even when a high gain is obtained when processing a pixel signal to be read out, the gain is not increased without increasing the time required for signal sampling. The variation of can be suppressed.

なお、本実施の形態では、2つの容量Cf41,Cf42の直列回路で構成された個別回路は、演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間で直列接続された複数の容量Cf41,Cf42を有する個別回路となっている。   In the present embodiment, the individual circuit configured by the series circuit of the two capacitors Cf41 and Cf42 includes a plurality of capacitors Cf41 and Cf42 connected in series between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP. It has an individual circuit.

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.

本発明の第1の実施の形態による固体撮像素子を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. 図1中の1つの信号処理部を示す拡大回路図である。It is an enlarged circuit diagram which shows one signal processing part in FIG. 図1に示す固体撮像素子の読み出し動作の一例を示すタイミングチャートである。2 is a timing chart illustrating an example of a reading operation of the solid-state imaging device illustrated in FIG. 1. 比較例による固体撮像素子で用いられている1つの信号処理部を示す拡大回路図である。It is an enlarged circuit diagram which shows one signal processing part used with the solid-state image sensor by a comparative example. 本発明の第2の実施の形態による固体撮像素子で用いられている1つの信号処理部を示す拡大回路図である。It is an enlarged circuit diagram which shows one signal processing part used with the solid-state image sensor by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態による固体撮像素子で用いられている1つの信号処理部を示す拡大回路図である。It is an enlarged circuit diagram which shows one signal processing part used with the solid-state image sensor by the 3rd Embodiment of this invention.

1 固体撮像素子
11 画素
14 垂直信号線
16,26,36 信号処理部
Ci 入力容量
OP 演算増幅器
FB 帰還回路
Cf11,Cf21,Cf31,Cf32,Cf34,Cf41,Cf42 容量
SW0〜SW3 スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid-state image sensor 11 Pixel 14 Vertical signal line 16, 26, 36 Signal processing part Ci Input capacity OP Operational amplifier FB Feedback circuit Cf11, Cf21, Cf31, Cf32, Cf34, Cf41, Cf42 Capacity SW0-SW3 switch

Claims (10)

入射光を光電変換する画素と、
前記画素からの信号又はこれに応じた信号が入力される入力容量と、
第1の入力端子に前記入力容量が接続されるとともに第2の入力端子に所定電位が印加される演算増幅器と、
前記第1の入力端子と前記演算増幅器の出力端子との間を短絡する第1の個別回路と、前記第1の入力端子と前記出力端子との間で直列接続された複数の容量を有する第2の個別回路と、前記第1の個別回路内に設けられ、前記第1の入力端子と前記出力端子との間をオンオフする少なくとも1つのスイッチとを有する帰還回路と、を備えることを特徴とする固体撮像素子。
A pixel that photoelectrically converts incident light;
An input capacitance to which a signal from the pixel or a signal corresponding thereto is input;
An operational amplifier having the input capacitor connected to the first input terminal and a predetermined potential applied to the second input terminal;
A first individual circuit that short-circuits between the first input terminal and the output terminal of the operational amplifier; and a plurality of capacitors connected in series between the first input terminal and the output terminal. And a feedback circuit having at least one switch provided in the first individual circuit and configured to turn on and off between the first input terminal and the output terminal. A solid-state imaging device.
前記第2の個別回路は、前記第1の入力端子と前記出力端子との間で前記複数の容量に直列接続された少なくとも1つのスイッチを有しており、
前記帰還回路は、前記第2の個別回路において直列接続された前記複数の容量によって形成される容量値よりも大きい容量値を持つ容量と、前記第1の入力端子と前記出力端子との間で前記大きい容量値を持つ容量と直列接続された少なくとも1つのスイッチとを有する第3の個別回路を備えることを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。
The second individual circuit has at least one switch connected in series to the plurality of capacitors between the first input terminal and the output terminal,
The feedback circuit includes a capacitor having a capacitance value larger than a capacitance value formed by the plurality of capacitors connected in series in the second individual circuit, and between the first input terminal and the output terminal. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a third individual circuit including at least one switch connected in series with the capacitor having the large capacitance value.
前記第2の個別回路内で直列接続された前記複数の容量の各容量値は、略同一であることを特徴とする請求項1又は2記載の固体撮像素子。   3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the capacitance values of the plurality of capacitors connected in series in the second individual circuit are substantially the same. 前記第2の個別回路内で直列接続された前記複数の容量の各容量値と、前記第3の個別回路内の前記容量の容量値とは、略同一であることを特徴とする請求項2記載の固体撮像素子。   3. The capacitance values of the plurality of capacitors connected in series in the second individual circuit and the capacitance values of the capacitors in the third individual circuit are substantially the same. The solid-state imaging device described. 前記帰還回路は、前記第2の個別回路及び前記第3の個別回路を接続して、前記第2の個別回路が前記第3の個別回路とその一部を共有するようにオンオフする接続スイッチを有しており、
前記接続スイッチがオンされて前記第2の個別回路及び前記第3の個別回路の一部が共有されたときに、前記帰還回路は、前記第1の入力端子と前記出力端子との間で前記複数の容量が直列接続された前記第2の個別回路を形成することを特徴とする請求項2記載の固体撮像素子。
The feedback circuit includes a connection switch that connects the second individual circuit and the third individual circuit, and that is turned on and off so that the second individual circuit shares a part of the third individual circuit. Have
When the connection switch is turned on and a part of the second individual circuit and the third individual circuit is shared, the feedback circuit is connected between the first input terminal and the output terminal. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the second individual circuit in which a plurality of capacitors are connected in series is formed.
前記接続スイッチがオフされて、前記第2の個別回路と前記第3の個別回路とが切り離されたときに、前記帰還回路は、
前記第2の個別回路において前記直列接続された複数の容量によって形成される容量値よりも大きい容量値を持つ容量が接続された前記第3の個別回路を、前記第1の入力端子と前記出力端子との間に形成することを特徴とする請求項5記載の固体撮像素子。
When the connection switch is turned off and the second individual circuit and the third individual circuit are disconnected, the feedback circuit is:
In the second individual circuit, the third individual circuit to which a capacitor having a capacitance value larger than a capacitance value formed by the plurality of capacitors connected in series is connected to the first input terminal and the output. The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the solid-state imaging device is formed between the terminals.
入射光を光電変換する画素と、
前記画素からの信号又はこれに応じた信号が入力される入力容量と、
第1の入力端子に前記入力容量が接続されるとともに第2の入力端子に所定電位が印加される演算増幅器と、
少なくとも1つのスイッチと複数の容量とを有しており、前記第1の入力端子と前記演算増幅器の出力端子との間を短絡する第1の接続状態、及び前記複数の容量のうちの所定数の容量が直列接続されて前記第1の入力端子と前記出力端子との間に所定の容量値を形成する第2の接続状態を前記少なくとも1つスイッチにより切り替える帰還回路と、
を備えたことを特徴とする固体撮像素子。
A pixel that photoelectrically converts incident light;
An input capacitance to which a signal from the pixel or a signal corresponding thereto is input;
An operational amplifier having the input capacitor connected to the first input terminal and a predetermined potential applied to the second input terminal;
A first connection state having at least one switch and a plurality of capacitors, and short-circuiting between the first input terminal and the output terminal of the operational amplifier; and a predetermined number of the plurality of capacitors A feedback circuit that switches a second connection state in which a predetermined capacitance value is formed between the first input terminal and the output terminal by the at least one switch.
A solid-state imaging device comprising:
前記帰還回路は、前記複数の容量のうちの少なくとも1つによって、前記所定の容量値と異なる容量値が、前記第1の入力端子と前記出力端子との間に形成される第3の接続状態を備えることを特徴とする請求項7記載の固体撮像素子。   The feedback circuit has a third connection state in which a capacitance value different from the predetermined capacitance value is formed between the first input terminal and the output terminal by at least one of the plurality of capacitors. The solid-state imaging device according to claim 7, comprising: 前記所定数の容量は、互いに直列接続された状態でのみ、前記帰還回路による前記第1の入力端子と前記出力端子との間の容量値の形成に寄与し得ることを特徴とする請求項7又は8記載の固体撮像素子。   8. The predetermined number of capacitors can contribute to the formation of a capacitance value between the first input terminal and the output terminal by the feedback circuit only in a state where they are connected in series with each other. Or the solid-state image sensor of 8. 前記所定数の容量は、互いに直列接続されない状態においても、前記帰還回路による前記第1の入力端子と前記出力端子との間の容量値の形成に寄与し得ることを特徴とする請求項7又は8記載の固体撮像素子。   The predetermined number of capacitors can contribute to the formation of a capacitance value between the first input terminal and the output terminal by the feedback circuit even when they are not connected in series with each other. 8. The solid-state image sensor according to 8.
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