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JP2012114838A - Solid state imaging device and camera system - Google Patents

Solid state imaging device and camera system Download PDF

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JP2012114838A
JP2012114838A JP2010264105A JP2010264105A JP2012114838A JP 2012114838 A JP2012114838 A JP 2012114838A JP 2010264105 A JP2010264105 A JP 2010264105A JP 2010264105 A JP2010264105 A JP 2010264105A JP 2012114838 A JP2012114838 A JP 2012114838A
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JP
Japan
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reset
unit
imaging device
state imaging
transistor
Prior art date
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Pending
Application number
JP2010264105A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigetaka Kasuga
繁孝 春日
Yutaka Hirose
裕 廣瀬
Motonori Ishii
基範 石井
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.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2010264105A priority Critical patent/JP2012114838A/en
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Abstract

【課題】シェーディングを発生させることなくランダム雑音を抑圧することが可能な固体撮像装置およびその駆動方法を提供する。
【解決手段】複数の単位画素42と、垂直信号線9と、フィードバックアンプ12と、フィードバック線16と、画素リセット信号線7と、タイミング制御回路50と、タイミング制御回路50から出力されたリセット信号36に含まれるリセットパルスの後縁の波形に傾斜を付与するようリセット信号36の波形を調整するリセット信号制御回路60とを備え、単位画素42は、増幅トランジスタ4、選択トランジスタ5、リセットトランジスタ3及び光電変換部1を有し、リセットトランジスタ3のオンオフを制御するリセットパルスの後縁の変化の開始からリセットトランジスタ3がオフになるまでのソフトリセット時間は、同じ行の単位画素42のそれぞれで揃えられている。
【選択図】図1
A solid-state imaging device capable of suppressing random noise without causing shading and a driving method thereof.
A plurality of unit pixels, a vertical signal line, a feedback amplifier, a feedback line, a pixel reset signal line, a timing control circuit, and a reset signal output from the timing control circuit. A reset signal control circuit 60 that adjusts the waveform of the reset signal 36 so as to give a slope to the waveform of the trailing edge of the reset pulse included in the unit 36, and the unit pixel 42 includes the amplification transistor 4, the selection transistor 5, and the reset transistor 3. The soft reset time from the start of the change of the trailing edge of the reset pulse that controls the on / off of the reset transistor 3 to the time when the reset transistor 3 is turned off is the same for each unit pixel 42 in the same row. It is aligned.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、固体撮像装置に関し、特に積層型の固体撮像装置およびカメラシステムに関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a stacked solid-state imaging device and a camera system.

一般的な固体撮像装置では、受光部として埋め込みフォトダイオード構造が用いられている。   In a general solid-state imaging device, an embedded photodiode structure is used as a light receiving unit.

また、特許文献1は、固体増幅装置を構成する制御電極の上に光電変換層を形成しこの上に透明電極層を設け、ここに印加した電圧の作用を、光電変換層を介して制御電極に及ぼすことにより良好なSN比で光情報を電気信号に変える装置、いわゆる、積層型の固体撮像装置を開示している。   In Patent Document 1, a photoelectric conversion layer is formed on a control electrode constituting a solid-state amplification device, a transparent electrode layer is provided thereon, and the action of the voltage applied thereto is controlled via the photoelectric conversion layer. A device that changes optical information into an electrical signal with a good S / N ratio, that is, a so-called stacked solid-state imaging device is disclosed.

特開昭55−120182号公報Japanese Patent Laid-Open No. 55-120182

積層型の固体撮像装置は、画素回路が形成された半導体基板の上に絶縁膜を介して光電変換膜が形成された構成を有している。このため、光電変換膜にアモルファスシリコン等の光吸収係数が大きい材料を用いることが可能となる。例えば、アモルファスシリコンの場合、波長550nmの緑色の光は、0.4nm程度の厚さでほとんど吸収される。   A stacked solid-state imaging device has a configuration in which a photoelectric conversion film is formed on a semiconductor substrate on which a pixel circuit is formed via an insulating film. For this reason, it is possible to use a material having a large light absorption coefficient such as amorphous silicon for the photoelectric conversion film. For example, in the case of amorphous silicon, green light having a wavelength of 550 nm is almost absorbed at a thickness of about 0.4 nm.

また埋め込みフォトダイオード構造が用いられないため、光電変換部の容量を大きくすることが可能であり、飽和電荷量を大きくできる。さらに、電荷を完全転送しないため付加容量を積極的に付加することも可能であり、微細化された単位画素においても十分な大きさの容量が実現でき、さらに、ダイナミックランダムアクセスメモリにおけるスタックセルのような構造とすることも可能である。   In addition, since the embedded photodiode structure is not used, the capacity of the photoelectric conversion unit can be increased, and the saturation charge amount can be increased. Furthermore, it is possible to add an additional capacitor positively because it does not transfer charges completely, a sufficiently large capacity can be realized even in a miniaturized unit pixel, and further, the stack cell of the dynamic random access memory can be realized. Such a structure is also possible.

しかしながら、特許文献1に示された固体撮像装置は、一般的な埋め込みフォトダイオード型の固体撮像装置よりもランダム雑音が大きいという問題を有している。   However, the solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1 has a problem that random noise is larger than that of a general embedded photodiode type solid-state imaging device.

まず、一般的な埋め込みフォトダイオード型の固体撮像装置は、電荷の転送がほぼ完全に出来るので、(信号レベル+固定パターンノイズ)−(黒レベル+固定パターンノイズ)=信号レベルというサンプリングをCDS回路で行えば、固定パターンノイズのキャンセルが可能である。従って、信号をリセットする際にリセットトランジスタの強反転動作と弱反転動作とを組み合わせることにより雑音を1/√2に抑圧する方法を用いるが、この方法を積層型の固体撮像装置に用いることは出来ない。   First, since a general embedded photodiode type solid-state imaging device can transfer charges almost completely, sampling of (signal level + fixed pattern noise) − (black level + fixed pattern noise) = signal level is performed by the CDS circuit. If this is done, it is possible to cancel the fixed pattern noise. Therefore, when resetting a signal, a method of suppressing the noise to 1 / √2 by combining a strong inversion operation and a weak inversion operation of the reset transistor is used. However, this method is used for a stacked solid-state imaging device. I can't.

また、特許文献1に示された固体撮像装置では、信号電荷をリセットするときに雑音が発生する。すなわち、リセットトランジスタを制御するリセット信号を急峻な矩形波とすると、リセット信号に含まれるリセットパルスの後縁に起因してランダムノイズが発生する。積層型の固体撮像装置では電荷の完全転送が出来ないために、雑音が発生した状態において次の信号電荷が加算され、リセット雑音が重畳された信号電荷が読み出される。このため、ランダム雑音が大きくなる。なお、リセットパルスの後縁(後ろエッジ)は、リセット信号に含まれるリセットパルスが正パルス(上向きのパルス)である場合は立ち下がりエッジであり、リセットパルスが負パルス(下向きのパルス)である場合は立ち上がりエッジである。   Moreover, in the solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1, noise is generated when signal charges are reset. That is, when the reset signal for controlling the reset transistor is a steep rectangular wave, random noise is generated due to the trailing edge of the reset pulse included in the reset signal. Since the stacked solid-state imaging device cannot transfer charges completely, the next signal charge is added in a state where noise is generated, and the signal charge on which reset noise is superimposed is read out. For this reason, random noise increases. The trailing edge (rear edge) of the reset pulse is a falling edge when the reset pulse included in the reset signal is a positive pulse (upward pulse), and the reset pulse is a negative pulse (downward pulse). The case is a rising edge.

さらに、近年はHD(High Definition)と言った1秒間に60枚のフレームレートを必要とする映像規格があり、動画像に関して、高フレームレートに関する要望もあり、ランダム雑音抑圧に時間をかけて、フレームレートを遅くするという方法を用いることは出来ない。   Furthermore, in recent years, there is a video standard that requires a frame rate of 60 frames per second called HD (High Definition), and there is a demand for a high frame rate for moving images. The method of slowing down the frame rate cannot be used.

このとき、上記ランダム雑音の問題を解決するために、端子画素内のリセットトランジスタを緩やかにオフするソフトリセットを行うことや、列毎に単位画素に対してフィードバックアンプを接続することが考えられる。しかしながら、ソフトリセットを行う場合には、行方向に配線されたリセットトランジスタを制御するリセット信号線の配線抵抗や寄生容量が配線長に依存するため、行方向に並ぶ各単位画素のリセットトランジスタに対して同一の波形のリセット信号を入力できない。また、フィードバックアンプを接続する場合には、各列に配置したフィードバックアンプについて、その出力が列方向に並ぶ各単位画素でリセットトランジスタのドレインに接続するまでの配線抵抗や寄生容量が異なるため、フィードバックアンプの出力ゲインと遅延量とをそろえることができない。その結果、ソフトリセットおよびフィードバックアンプによるランダム雑音の低減効果が行および列毎に異なり、撮像画像に行および列シェーディングが発生する。   At this time, in order to solve the problem of the random noise, it is conceivable to perform a soft reset that gently turns off the reset transistor in the terminal pixel, or to connect a feedback amplifier to the unit pixel for each column. However, when performing a soft reset, since the wiring resistance and parasitic capacitance of the reset signal line that controls the reset transistor wired in the row direction depend on the wiring length, the reset transistor of each unit pixel arranged in the row direction The reset signal with the same waveform cannot be input. Also, when connecting a feedback amplifier, the feedback amplifiers arranged in each column have different wiring resistance and parasitic capacitance until the output of each unit pixel aligned in the column direction is connected to the drain of the reset transistor. The output gain of the amplifier and the delay amount cannot be aligned. As a result, the effect of reducing random noise by the soft reset and the feedback amplifier differs for each row and column, and row and column shading occurs in the captured image.

前記課題を鑑み、本発明は、シェーディングを発生させることなくランダム雑音を抑圧することが可能な固体撮像装置およびカメラシステムを提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device and a camera system capable of suppressing random noise without causing shading.

本発明は、前記の目的を達成する一手段として、以下の構成を備える。   The present invention has the following configuration as one means for achieving the above object.

上記課題を解決するために本発明の固体撮像装置は、半導体基板で行列状に配置された複数の単位画素と、前記単位画素の列ごとに設けられた垂直信号線と、前記垂直信号線と接続された反転増幅器と、前記反転増幅器の出力信号を対応する列の前記単位画素にフィードバックするために前記単位画素の列ごとに設けられたフィードバック線と、前記単位画素の信号をリセットするために前記単位画素の行ごとに設けられたリセット信号線と、前記リセット信号線を伝達するリセット信号を生成するタイミング制御回路と、前記タイミング制御回路から出力されたリセット信号に含まれるリセットパルスの後縁の波形に傾斜を付与するよう前記リセット信号の波形を調整するリセット信号制御回路とを備え、前記単位画素は、増幅トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタ及び光電変換部を有し、前記光電変換部は、前記半導体基板の上方に形成された光電変換膜と、前記光電変換膜の前記半導体基板側の面に形成された画素電極と、前記光電変換膜の前記画素電極と反対側の面に形成された透明電極とを有し、前記増幅トランジスタは、ゲートが前記画素電極に接続され、ソースが前記垂直信号線と接続され、ドレインが電源線と接続され、前記リセットトランジスタは、ゲートが前記リセット信号線に接続され、ソースが前記画素電極と接続され、ドレインが前記フィードバック線と接続され、前記選択トランジスタは、前記増幅トランジスタのソースと前記垂直信号線との間又は前記増幅トランジスタのドレインと前記電源線との間に挿入され、前記リセットトランジスタのオンオフを制御する前記リセットパルスの後縁の変化の開始から前記リセットトランジスタがオフになるまでのソフトリセット時間は、同じ行の前記単位画素のそれぞれで揃えられていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of unit pixels arranged in a matrix on a semiconductor substrate, a vertical signal line provided for each column of the unit pixels, and the vertical signal line. In order to reset a signal of the unit pixel, a feedback line provided for each column of the unit pixels in order to feed back the output signal of the inverting amplifier to the unit pixels of the corresponding column A reset signal line provided for each row of the unit pixels, a timing control circuit that generates a reset signal that transmits the reset signal line, and a trailing edge of a reset pulse included in the reset signal output from the timing control circuit A reset signal control circuit that adjusts a waveform of the reset signal so as to give a slope to the waveform of A selection transistor, a reset transistor, and a photoelectric conversion unit, wherein the photoelectric conversion unit includes a photoelectric conversion film formed above the semiconductor substrate, and a pixel formed on a surface of the photoelectric conversion film on the semiconductor substrate side. An amplifying transistor having a gate connected to the pixel electrode and a source connected to the vertical signal line; and a transparent electrode formed on a surface opposite to the pixel electrode of the photoelectric conversion film. The drain is connected to a power supply line, the gate is connected to the reset signal line, the source is connected to the pixel electrode, the drain is connected to the feedback line, and the selection transistor is the amplification transistor The reset signal is inserted between the source of the transistor and the vertical signal line or between the drain of the amplification transistor and the power line. Wherein the start edge change after the reset pulse to control the on-off of the transistor reset transistor is soft reset time until off, characterized in that aligned with each of the unit pixels in the same row.

このような構成によって、ソフトリセット動作を行うため、単位画素内のリセットトランジスタで発生するランダム雑音を低減することができ、高画質化が可能となる。このとき、ソフトリセット時間は同じ行の各単位画素で揃えられるため、ランダム雑音の低減効果が各単位画素で揃えられ、シェーディングは抑えられる。   With such a configuration, since a soft reset operation is performed, random noise generated in the reset transistor in the unit pixel can be reduced, and high image quality can be achieved. At this time, since the soft reset time is aligned for each unit pixel in the same row, the effect of reducing random noise is aligned for each unit pixel, and shading is suppressed.

ここで、前記選択トランジスタのゲートに供給される行選択信号は、前記選択トランジスタのオンオフを制御する行選択パルスを含み、前記ソフトリセット時間は、前記行選択パルスの後縁の変化の開始から前記選択トランジスタがオフになるまでの時間の十倍以上であってもよい。   Here, the row selection signal supplied to the gate of the selection transistor includes a row selection pulse for controlling on / off of the selection transistor, and the soft reset time is from the start of the change of the trailing edge of the row selection pulse. It may be ten times or more of the time until the selection transistor is turned off.

このような構成によって、ソフトリセット時間が長くなるため、ランダム雑音を極めて大きく低減することができ、さらなる高画質化が可能になる。   With such a configuration, since the soft reset time becomes long, random noise can be greatly reduced, and further image quality can be improved.

また、前記固体撮像装置は、さらに、前記リセット信号線上に設けられた増幅器を備え、少なくとも1つの前記リセットトランジスタのゲートは、前記増幅器を介して前記リセット信号線と接続されてもよい。   The solid-state imaging device may further include an amplifier provided on the reset signal line, and a gate of at least one reset transistor may be connected to the reset signal line via the amplifier.

このような構成によって、リセット信号線にボルテージフォロアなどを挿入してリセット信号をインピーダンス変換し、信号のドライブ能力を強化することで遅延や減衰を抑えることができる。その結果、ソフトリセット時間を行方向に並ぶ単位画素で均一にすることができ、列シェーディングを抑えることができる。   With such a configuration, it is possible to suppress delay and attenuation by inserting a voltage follower or the like into the reset signal line to convert the impedance of the reset signal and strengthening the signal drive capability. As a result, the soft reset time can be made uniform for the unit pixels arranged in the row direction, and column shading can be suppressed.

また、前記固体撮像装置は、さらに、前記タイミング制御回路と前記単位画素との間に設けられ、前記リセット信号を所定行の単位画素に対応する前記リセット信号線に選択的に供給するマルチプレクサ回路を備え、前記リセット信号線では、前記マルチプレクサ回路と前記マルチプレクサ回路から近い距離の第1の単位画素とをつなぐ部分の配線抵抗は、前記マルチプレクサ回路から遠い距離の第2の単位画素と前記第1の単位画素とをつなぐ部分の配線抵抗より大きくてもよい。   The solid-state imaging device further includes a multiplexer circuit that is provided between the timing control circuit and the unit pixel and selectively supplies the reset signal to the reset signal line corresponding to the unit pixel in a predetermined row. The reset signal line has a wiring resistance in a portion connecting the multiplexer circuit and the first unit pixel at a distance close to the multiplexer circuit, and the second unit pixel at a distance far from the multiplexer circuit and the first unit pixel. It may be larger than the wiring resistance of the portion connecting the unit pixel.

このような構成によって、配線抵抗を均一にしてソフトリセット時間を行方向に並ぶ単位画素で均一にすることができ、列シェーディングを抑えることができる。   With such a configuration, the wiring resistance can be made uniform, the soft reset time can be made uniform in the unit pixels arranged in the row direction, and column shading can be suppressed.

また、前記固体撮像装置は、さらに、前記タイミング制御回路と前記単位画素との間に設けられ、前記リセット信号を所定行の単位画素に対応する前記リセット信号線に選択的に供給するマルチプレクサ回路を備え、同じ行の前記単位画素の前記リセットトランジスタのゲートサイズは、前記マルチプレクサ回路から近い距離の第1の単位画素で大きく、前記マルチプレクサ回路から遠い距離の第2の単位画素で小さくてもよい。   The solid-state imaging device further includes a multiplexer circuit that is provided between the timing control circuit and the unit pixel and selectively supplies the reset signal to the reset signal line corresponding to the unit pixel in a predetermined row. The gate size of the reset transistor of the unit pixel in the same row may be large in the first unit pixel close to the multiplexer circuit and small in the second unit pixel far from the multiplexer circuit.

行方向に並ぶ単位画素について、ゲートサイズに変化をつけることでリセットトランジスタの抵抗成分を変えて、ソフトリセット時間を均一にすることができ、列シェーディングを抑えることができる。   By changing the gate size of the unit pixels arranged in the row direction, the resistance component of the reset transistor can be changed, the soft reset time can be made uniform, and column shading can be suppressed.

また、前記固体撮像装置は、さらに、前記タイミング制御回路と前記単位画素との間に設けられ、前記リセット信号を所定行の単位画素に対応する前記リセット信号線に選択的に供給するマルチプレクサ回路を備え、同じ行の前記単位画素の前記リセットトランジスタの閾値電圧は、前記マルチプレクサ回路から近い距離の第1の単位画素で高く、前記マルチプレクサ回路から遠い距離の第2の単位画素で低くてもよい。   The solid-state imaging device further includes a multiplexer circuit that is provided between the timing control circuit and the unit pixel and selectively supplies the reset signal to the reset signal line corresponding to the unit pixel in a predetermined row. The threshold voltage of the reset transistor of the unit pixel in the same row may be high in the first unit pixel near the multiplexer circuit and low in the second unit pixel far from the multiplexer circuit.

行方向に並ぶ単位画素について、リセットトランジスタの閾値に変化をつけることでソフトリセット時間を均一にすることができ、列シェーディングを抑えることができる。   For unit pixels arranged in the row direction, the soft reset time can be made uniform by changing the threshold value of the reset transistor, and column shading can be suppressed.

また、上記課題を解決するために本発明の固体撮像装置は、半導体基板で行列状に配置された複数の単位画素と、前記単位画素の列ごとに設けられた垂直信号線と、前記垂直信号線と接続された反転増幅器と、前記反転増幅器の出力信号を対応する列の前記単位画素にフィードバックするために前記単位画素の列ごとに設けられたフィードバック線とを備え、前記単位画素は、増幅トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタ及び光電変換部を有し、前記光電変換部は、前記半導体基板の上方に形成された光電変換膜と、前記光電変換膜の前記半導体基板側の面に形成された画素電極と、前記光電変換膜の前記画素電極と反対側の面に形成された透明電極とを有し、前記増幅トランジスタは、ゲートが前記画素電極に接続され、ソースが前記垂直信号線と接続され、ドレインが電源線と接続され、前記リセットトランジスタは、ソースが前記画素電極と接続され、ドレインが前記フィードバック線と接続され、前記選択トランジスタは、前記増幅トランジスタのソースと前記垂直信号線との間又は前記増幅トランジスタのドレインと前記電源線との間に挿入され、前記反転増幅器の出力信号の前記単位画素に入力される信号の位相は、同じ列の前記単位画素のそれぞれで揃えられていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of unit pixels arranged in a matrix on a semiconductor substrate, a vertical signal line provided for each column of the unit pixels, and the vertical signal. An inverting amplifier connected to the line, and a feedback line provided for each column of the unit pixels in order to feed back an output signal of the inverting amplifier to the unit pixels of the corresponding column. A transistor, a selection transistor, a reset transistor, and a photoelectric conversion unit, wherein the photoelectric conversion unit is formed on the surface of the semiconductor substrate side of the photoelectric conversion film and the photoelectric conversion film formed above the semiconductor substrate A pixel electrode and a transparent electrode formed on a surface of the photoelectric conversion film opposite to the pixel electrode; the amplification transistor has a gate connected to the pixel electrode; The source is connected to the vertical signal line, the drain is connected to the power supply line, the reset transistor is connected to the pixel electrode, the drain is connected to the feedback line, and the selection transistor is the amplification transistor The phase of the signal input to the unit pixel of the output signal of the inverting amplifier is inserted between the source of the inverting amplifier and the drain of the amplification transistor and the power supply line. It is characterized by being aligned in each unit pixel.

このような構成によって、ソフトリセット動作を行うため、単位画素内のリセットトランジスタで発生するランダム雑音を低減することができ、高画質化が可能となる。このとき、単位画素に入力されるフィードバックアンプの出力信号の位相は同じ列の各単位画素で揃えられるため、ランダム雑音の低減効果が各単位画素で揃えられ、シェーディングは抑えられる。   With such a configuration, since a soft reset operation is performed, random noise generated in the reset transistor in the unit pixel can be reduced, and high image quality can be achieved. At this time, since the phase of the output signal of the feedback amplifier input to the unit pixel is aligned with each unit pixel in the same column, the random noise reduction effect is aligned with each unit pixel, and shading is suppressed.

また、前記固体撮像装置は、さらに、前記フィードバック線上に設けられた増幅器を備え、少なくとも1つの前記リセットトランジスタのドレインは、前記増幅器を介して前記フィードバック線と接続されてもよい。   The solid-state imaging device may further include an amplifier provided on the feedback line, and a drain of at least one reset transistor may be connected to the feedback line via the amplifier.

このような構成によって、フィードバック線にボルテージフォロアなどを挿入してフィードバックアンプの出力信号をインピーダンス変換し、信号のドライブ能力を強化することで遅延や減衰を抑えることができる。その結果、単位画素に入力されるフィードバックアンプの出力信号の位相が同じ列の各単位画素において揃えられるため、ランダム雑音の低減効果が各単位画素で揃えられ、行シェーディングを抑えることができる。   With such a configuration, it is possible to suppress delay and attenuation by inserting a voltage follower or the like into the feedback line, impedance-converting the output signal of the feedback amplifier, and enhancing the signal drive capability. As a result, the phase of the output signal of the feedback amplifier input to the unit pixel is aligned in each unit pixel in the same column, so that the random noise reduction effect is aligned in each unit pixel, and row shading can be suppressed.

また、前記フィードバック線では、前記反転増幅器の出力と前記反転増幅器の出力から近い第1の単位画素とをつなぐ部分の配線抵抗は、前記反転増幅器の出力から遠い第2の単位画素と前記第1の単位画素とをつなぐ部分の配線抵抗より大きくてもよい。   Further, in the feedback line, a wiring resistance at a portion connecting the output of the inverting amplifier and the first unit pixel close to the output of the inverting amplifier has a second unit pixel far from the output of the inverting amplifier and the first unit pixel. It may be larger than the wiring resistance of the portion connecting the unit pixels.

このような構成によって、配線抵抗を均一にして、単位画素に入力されるフィードバックアンプの出力信号の位相を均一にすることができるので、行シェーディングを抑えることができる。   With such a configuration, the wiring resistance can be made uniform, and the phase of the output signal of the feedback amplifier input to the unit pixel can be made uniform, so that row shading can be suppressed.

また、同じ列の前記単位画素の前記リセットトランジスタのドレイン拡散容量は、前記反転増幅器の出力から近い距離の第1の単位画素で大きく、前記反転増幅器の出力から遠い距離の第2の単位画素で小さくてもよい。   In addition, the drain diffusion capacitance of the reset transistor of the unit pixel in the same column is large in the first unit pixel close to the output of the inverting amplifier and in the second unit pixel far from the output of the inverting amplifier. It may be small.

この構成によれば、フィードバックアンプの出力とそれに対応する列の各単位画素のリセットドレインが1対1になるため、各単位画素のリセットトランジスタのドレイン拡散容量を調整することで、フィードバックアンプの出力ゲインと遅延量を調整できる。その結果、単位画素に入力されるフィードバックアンプの出力信号の位相を均一にして同じ列の単位画素のリセットトランジスタのドレインに返すことができるので、行シェーディングを抑えることができる。   According to this configuration, since the output of the feedback amplifier and the reset drain of each unit pixel in the column corresponding to the output are 1: 1, the output of the feedback amplifier is adjusted by adjusting the drain diffusion capacitance of the reset transistor of each unit pixel. Gain and delay can be adjusted. As a result, the phase of the output signal of the feedback amplifier input to the unit pixel can be made uniform and returned to the drain of the reset transistor of the unit pixel in the same column, so that row shading can be suppressed.

また、前記反転増幅器は、1入力型であってもよい。   The inverting amplifier may be a one-input type.

このような構成によれば、増幅器を一般的な差動増幅器よりも小型化でき、基準信号を内部発生させることができるため、ノイズ対策が必要なく、小型化、低コスト化、高性能化が同時に実現できる。   According to such a configuration, the amplifier can be made smaller than a general differential amplifier, and the reference signal can be generated internally, so that no noise countermeasure is required, and miniaturization, cost reduction, and high performance can be achieved. It can be realized at the same time.

また、上記課題を解決するために本発明のカメラシステムは、上記固体撮像装置を備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a camera system of the present invention includes the solid-state imaging device.

このような構成によれば、シェーディングを発生させることなくランダム雑音を抑えることが可能な固体撮像装置を備えるため、高画質化を実現できる。   According to such a configuration, since the solid-state imaging device capable of suppressing random noise without causing shading is provided, high image quality can be realized.

本発明によれば、単位画素で発生するランダム雑音を低減し、さらに行および列方向のシェーディングを抑えた高画質な積層型イメージセンサを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the random noise which generate | occur | produces in a unit pixel can be reduced, Furthermore, the high quality laminated | stacked image sensor which suppressed the shading of the row and column direction can be provided.

本発明の第1の実施形態に係る積層型の固体撮像装置のチップ構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a chip configuration of a stacked solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. 同実施形態に係る画素部およびその周辺回路の構成の詳細を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating details of a configuration of a pixel unit and its peripheral circuits according to the same embodiment. 同実施形態に係る単位画素の断面図である。It is sectional drawing of the unit pixel which concerns on the same embodiment. 同実施の形態に係る固体撮像装置の動作を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating operation | movement of the solid-state imaging device concerning the embodiment. 同実施形態に係るリセット信号制御回路の回路例を示す図である。3 is a diagram illustrating a circuit example of a reset signal control circuit according to the same embodiment. FIG. 同実施形態に係るリセット信号制御回路の回路例を示す図である。3 is a diagram illustrating a circuit example of a reset signal control circuit according to the same embodiment. FIG. 同実施形態に係るリセット信号制御回路の回路例を示す図である。3 is a diagram illustrating a circuit example of a reset signal control circuit according to the same embodiment. FIG. 同実施形態に係るリセット信号制御回路の回路例を示す図である。3 is a diagram illustrating a circuit example of a reset signal control circuit according to the same embodiment. FIG. 同実施形態に係るリセット信号制御回路の回路例を示す図である。3 is a diagram illustrating a circuit example of a reset signal control circuit according to the same embodiment. FIG. 同実施の形態に係る固体撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。6 is a timing chart for explaining the operation of the solid-state imaging device according to the embodiment. 比較例としての固体撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating operation | movement of the solid-state imaging device as a comparative example. 比較例としての固体撮像装置および同実施の形態に係る固体撮像装置におけるリセット信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the reset signal in the solid-state imaging device as a comparative example, and the solid-state imaging device concerning the embodiment. 同実施の形態に係る固体撮像装置の単位画素の構成および行方向に並ぶ単位画素でのリセット信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the structure of the unit pixel of the solid-state imaging device concerning the embodiment, and the waveform of the reset signal in the unit pixel arranged in a row direction. 本発明の第2の実施形態に係る積層型の固体撮像装置の単位画素の構成および行方向に並ぶ単位画素でのリセット信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the structure of the unit pixel of the laminated | stacked solid-state imaging device concerning the 2nd Embodiment of this invention, and the waveform of the reset signal in the unit pixel arranged in a line direction. 本発明の第3の実施形態に係る積層型の固体撮像装置の単位画素の構成および行方向に並ぶ単位画素でのリセット信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the structure of the unit pixel of the laminated | stacked solid-state imaging device concerning the 3rd Embodiment of this invention, and the waveform of the reset signal in the unit pixel arranged in a line direction. 本発明の第4の実施形態に係る積層型の固体撮像装置のチップ構成を示す図である。It is a figure which shows the chip | tip structure of the laminated | stacked solid-state imaging device which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 同実施形態に係る画素部およびその周辺回路の構成の詳細を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating details of a configuration of a pixel unit and its peripheral circuits according to the same embodiment. 本発明の第5の実施形態に係る積層型の固体撮像装置のチップ構成を示す図である。It is a figure which shows the chip | tip structure of the laminated | stacked solid-state imaging device concerning the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に係る積層型の固体撮像装置の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of a stacked solid-state imaging device according to a sixth embodiment of the present invention. 同実施の形態に係る固体撮像装置における列方向に並ぶ単位画素でのフィードバック信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the feedback signal in the unit pixel arranged in the column direction in the solid-state imaging device concerning the embodiment. 本発明の第7の実施形態に係る積層型の固体撮像装置の単位画素の構成および行方向に並ぶ単位画素42でのリセット信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the structure of the unit pixel of the laminated | stacked solid-state imaging device concerning the 7th Embodiment of this invention, and the waveform of the reset signal in the unit pixel arranged in a line direction. 本発明の第8の実施形態に係る積層型の固体撮像装置のチップ構成を示す図である。It is a figure which shows the chip | tip structure of the laminated | stacked solid-state imaging device which concerns on the 8th Embodiment of this invention. 同実施形態に係る画素部およびその周辺回路の構成の詳細を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating details of a configuration of a pixel unit and its peripheral circuits according to the same embodiment. 本発明の第9の実施形態に係る積層型の固体撮像装置のチップ構成を示す図である。It is a figure which shows the chip | tip structure of the laminated | stacked solid-state imaging device which concerns on the 9th Embodiment of this invention. 本発明の第10の実施形態に係る積層型の固体撮像装置の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of a stacked solid-state imaging device according to a tenth embodiment of the present invention. 本発明の第11の実施形態に係るカメラシステムのブロック図である。It is a block diagram of the camera system which concerns on the 11th Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態における固体撮像装置およびカメラシステムについて、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a solid-state imaging device and a camera system according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

なお、図面において、実質的に同一の構成、動作、および効果を表す要素については、同一の符号を付す。また、以下において記述される数値は、すべて本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数値に制限されない。さらに、構成要素間の接続関係は、本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明の機能を実現する接続関係はこれに限定されない。さらにまた、FETのソース電極およびドレイン電極は同一の構造および機能である場合が殆どであり、明確に区別されないことも多いが、以下の説明では便宜上、信号が入力される電極をソース電極、出力される電極をドレイン電極と表記する。   In the drawings, elements that represent substantially the same configuration, operation, and effect are denoted by the same reference numerals. In addition, the numerical values described below are all exemplified for specifically explaining the present invention, and the present invention is not limited to the illustrated numerical values. Furthermore, the connection relationship between the components is exemplified for specifically explaining the present invention, and the connection relationship for realizing the function of the present invention is not limited to this. Furthermore, the source electrode and the drain electrode of an FET are almost the same in structure and function, and are often not clearly distinguished. However, in the following description, for convenience, an electrode to which a signal is input is referred to as a source electrode and an output. This electrode is referred to as a drain electrode.

(第1の実施形態)
図1は本実施形態に係る積層型の固体撮像装置のチップ構成を示している。図2Aは画素部43およびその周辺回路の構成の詳細を示している。図2Bは単位画素42の断面図を示している。図3は、本実施の形態に係る固体撮像装置の回路図である。なお、図2Aにおいて、単位画素42は「2行2列」分だけ記載されているが、単位画素42の行数及び列数は任意に設定されてよい。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a chip configuration of a stacked solid-state imaging device according to this embodiment. FIG. 2A shows details of the configuration of the pixel portion 43 and its peripheral circuits. FIG. 2B shows a cross-sectional view of the unit pixel 42. FIG. 3 is a circuit diagram of the solid-state imaging device according to the present embodiment. In FIG. 2A, the unit pixels 42 are described for “2 rows and 2 columns”, but the number of rows and the number of columns of the unit pixels 42 may be arbitrarily set.

図1に示すように、固体撮像装置つまりセンサチップ52は、画素リセット信号線7、画素アドレス信号線8、垂直信号線9、フィードバック線16、列選択トランジスタ27、列走査回路(水平走査部)29、水平信号線30、出力アンプ31、行走査回路(垂直走査部)33、マルチプレクサ回路(MUX)41、VOUT端子32、画素部43、フィードバック回路44、CDS(Correlated Double Sampling)回路45、タイミング制御回路50、基準電圧発生回路51およびリセット信号制御回路60を備える。   As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device, that is, the sensor chip 52 includes a pixel reset signal line 7, a pixel address signal line 8, a vertical signal line 9, a feedback line 16, a column selection transistor 27, a column scanning circuit (horizontal scanning unit). 29, horizontal signal line 30, output amplifier 31, row scanning circuit (vertical scanning unit) 33, multiplexer circuit (MUX) 41, VOUT terminal 32, pixel unit 43, feedback circuit 44, CDS (Correlated Double Sampling) circuit 45, timing A control circuit 50, a reference voltage generation circuit 51, and a reset signal control circuit 60 are provided.

画素部43では、複数の単位画素42が半導体基板で行列状に配置され、単位画素42の列毎に垂直信号線9が設けられている。センサチップ52内において、画素部43の単位画素42は行走査回路33とマルチプレクサ回路41とによって選択される。   In the pixel unit 43, a plurality of unit pixels 42 are arranged in a matrix on a semiconductor substrate, and the vertical signal line 9 is provided for each column of the unit pixels 42. In the sensor chip 52, the unit pixel 42 of the pixel unit 43 is selected by the row scanning circuit 33 and the multiplexer circuit 41.

図2Aに示すように、各単位画素42は、光電変換部1と、一端が光電変換部1と接続された蓄積部2と、ソースが垂直信号線9と接続され、ドレインが電源線6と接続され、ゲートが蓄積部2と接続された増幅トランジスタ4と、ゲートが画素リセット信号線7に接続され、ドレインがフィードバック線16と接続されたリセットトランジスタ3と、増幅トランジスタ4と直列に接続された選択トランジスタ5とを有している。なお、選択トランジスタ5は、増幅トランジスタ4のソースと垂直信号線9との間に挿入されているが、増幅トランジスタ4のドレインと電源線6との間に挿入されてもよい。   As shown in FIG. 2A, each unit pixel 42 includes a photoelectric conversion unit 1, a storage unit 2 having one end connected to the photoelectric conversion unit 1, a source connected to the vertical signal line 9, and a drain connected to the power supply line 6. The amplifying transistor 4 is connected in series, the gate is connected to the storage unit 2, the gate is connected to the pixel reset signal line 7, the drain is connected to the feedback line 16, and the amplifying transistor 4 is connected in series. And a selection transistor 5. The selection transistor 5 is inserted between the source of the amplification transistor 4 and the vertical signal line 9, but may be inserted between the drain of the amplification transistor 4 and the power supply line 6.

図2Bに示すように、シリコンからなる半導体基板71に増幅トランジスタ4、選択トランジスタ5及びリセットトランジスタ3が形成されている。増幅トランジスタ4は、ゲート電極72と、ドレインである拡散層73及びソースである拡散層74とを有している。選択トランジスタ5はゲート電極75と、ドレインである拡散層74及びソースである拡散層76とを有している。増幅トランジスタ4のソースと選択トランジスタ5のドレインとは、共通の拡散層74である。リセットトランジスタ3は、ゲート電極77と、ドレインである拡散層78及びソースである拡散層79とを有している。拡散層73と拡散層78とは素子分離領域80により分離されている。   As shown in FIG. 2B, an amplification transistor 4, a selection transistor 5, and a reset transistor 3 are formed on a semiconductor substrate 71 made of silicon. The amplification transistor 4 includes a gate electrode 72, a diffusion layer 73 that is a drain, and a diffusion layer 74 that is a source. The selection transistor 5 includes a gate electrode 75, a diffusion layer 74 that is a drain, and a diffusion layer 76 that is a source. The source of the amplification transistor 4 and the drain of the selection transistor 5 are a common diffusion layer 74. The reset transistor 3 includes a gate electrode 77, a diffusion layer 78 that is a drain, and a diffusion layer 79 that is a source. The diffusion layer 73 and the diffusion layer 78 are separated by the element isolation region 80.

半導体基板71の上には、各トランジスタを覆うように絶縁膜84が形成されている。絶縁膜84の上には光電変換部1が形成されている。光電変換部1は、半導体基板の上方に形成されたアモルファスシリコン等からなる光電変換する光電変換膜81と、光電変換膜81の半導体基板71側の面に形成された画素電極82と、光電変換膜81の画素電極82と反対側の面に形成された透明電極83とを有する。画素電極82は、コンタクト85を介して増幅トランジスタ4のゲート電極72及びリセットトランジスタ3のソースである拡散層78と接続されている。画素電極82と接続された拡散層78は蓄積ダイオード(蓄積部2)として機能する。   An insulating film 84 is formed on the semiconductor substrate 71 so as to cover each transistor. The photoelectric conversion unit 1 is formed on the insulating film 84. The photoelectric conversion unit 1 includes a photoelectric conversion film 81 made of amorphous silicon or the like formed above a semiconductor substrate, a pixel electrode 82 formed on the surface of the photoelectric conversion film 81 on the semiconductor substrate 71 side, and photoelectric conversion. A transparent electrode 83 formed on the surface of the film 81 opposite to the pixel electrode 82; The pixel electrode 82 is connected to the gate electrode 72 of the amplification transistor 4 and the diffusion layer 78 that is the source of the reset transistor 3 through a contact 85. The diffusion layer 78 connected to the pixel electrode 82 functions as a storage diode (storage unit 2).

行走査回路33は、画素リセット信号線7および画素アドレス信号線8等を介して画素部43に種々のタイミング信号を供給する。列走査回路29は、列選択トランジスタ27に列選択信号28を供給することにより、画素部43の信号を順次水平信号線30へ読み出させる。出力アンプ31は、水平信号線30を介して伝達された信号を増幅してVOUT端子32に出力する。   The row scanning circuit 33 supplies various timing signals to the pixel unit 43 via the pixel reset signal line 7, the pixel address signal line 8, and the like. The column scanning circuit 29 supplies the column selection signal 28 to the column selection transistor 27 to sequentially read out the signal of the pixel unit 43 to the horizontal signal line 30. The output amplifier 31 amplifies the signal transmitted through the horizontal signal line 30 and outputs the amplified signal to the VOUT terminal 32.

画素リセット信号線7は、リセット信号が伝達する信号線であり、対応する行の単位画素42の信号をリセットするために単位画素42の行ごとに設けられている。   The pixel reset signal line 7 is a signal line through which a reset signal is transmitted, and is provided for each row of the unit pixels 42 in order to reset the signal of the unit pixel 42 in the corresponding row.

フィードバック回路44は、反転増幅器から構成され、入力が垂直信号線9と接続され、出力がフィードバック線16に接続されている。フィードバック線16は、フィードバック回路44(フィードバックアンプ12)の出力信号(フィードバック信号)を対応する列の単位画素42にフィードバックするために垂直信号線9毎に設けられている。   The feedback circuit 44 includes an inverting amplifier, and has an input connected to the vertical signal line 9 and an output connected to the feedback line 16. The feedback line 16 is provided for each vertical signal line 9 in order to feed back the output signal (feedback signal) of the feedback circuit 44 (feedback amplifier 12) to the unit pixel 42 of the corresponding column.

フィードバック回路44は、垂直信号線9と接続された反転増幅器であるフィードバックアンプ12と、垂直信号線リセットトランジスタ制御信号15によりゲートが制御される垂直信号線リセットトランジスタ14と、フィードバック線リセットトランジスタ制御信号18によりゲートが制御されるフィードバック線リセットトランジスタ17とを有する。フィードバックアンプ12の出力はリセットトランジスタ3のドレインに接続されており、選択トランジスタ5とリセットトランジスタ3が導通状態にある時、選択トランジスタ5の出力を受け取り、増幅トランジスタ4のゲート電位が一定になるようにフィードバック動作する。このとき、フィードバックアンプ12の出力は、0Vもしくは0V近傍の正電圧となる。   The feedback circuit 44 includes a feedback amplifier 12 which is an inverting amplifier connected to the vertical signal line 9, a vertical signal line reset transistor 14 whose gate is controlled by a vertical signal line reset transistor control signal 15, and a feedback line reset transistor control signal. And a feedback line reset transistor 17 whose gate is controlled by 18. The output of the feedback amplifier 12 is connected to the drain of the reset transistor 3, and when the selection transistor 5 and the reset transistor 3 are in a conductive state, the output of the selection transistor 5 is received so that the gate potential of the amplification transistor 4 becomes constant. To feedback operation. At this time, the output of the feedback amplifier 12 becomes 0V or a positive voltage near 0V.

CDS回路45は、垂直信号線9毎に設けられ、対応する垂直信号線9における任意の異なる二つのタイミングにおける電位差、つまりリセット動作時の電位(リセットトランジスタ3がオンしている時の垂直信号線9の電位)と信号出力動作時の電位(リセットトランジスタ3がオフしている時の垂直信号線9の電位)との差に応じた信号をCDS出力ノード26から出力する。   The CDS circuit 45 is provided for each vertical signal line 9, and a potential difference at any two different timings in the corresponding vertical signal line 9, that is, a potential during a reset operation (a vertical signal line when the reset transistor 3 is on). 9 is output from the CDS output node 26 in accordance with the difference between the potential at the time of signal output and the potential at the time of signal output (the potential of the vertical signal line 9 when the reset transistor 3 is off).

CDS回路45は、コンデンサ19および25と、サンプルトランジスタ制御信号21でオンオフが制御されるサンプルトランジスタ20と、クランプトランジスタ制御信号23でオンオフが制御され、クランプ信号線24と接続されたクランプトランジスタ22とを有する。   The CDS circuit 45 includes capacitors 19 and 25, a sample transistor 20 whose on / off is controlled by a sample transistor control signal 21, and a clamp transistor 22 whose on / off is controlled by a clamp transistor control signal 23 and connected to the clamp signal line 24. Have

垂直信号線9には、画素負荷トランジスタ制御線11でオンオフが制御される画素負荷トランジスタ10が接続されている。   The vertical signal line 9 is connected to a pixel load transistor 10 whose on / off is controlled by a pixel load transistor control line 11.

タイミング制御回路50は、行走査回路33に垂直走査信号40を供給し、マルチプレクサ回路41に行選択信号35およびリセット信号36を供給し、列走査回路29に水平走査信号39を供給する。タイミング制御回路50は、行選択信号35およびリセット信号36を生成する。   The timing control circuit 50 supplies a vertical scanning signal 40 to the row scanning circuit 33, supplies a row selection signal 35 and a reset signal 36 to the multiplexer circuit 41, and supplies a horizontal scanning signal 39 to the column scanning circuit 29. The timing control circuit 50 generates a row selection signal 35 and a reset signal 36.

マルチプレクサ回路41は、画素リセット信号スイッチ37および画素アドレス信号スイッチ38から構成され、行選択信号34に基づいて行選択信号35およびリセット信号36の画素部43への出力を制御する。マルチプレクサ回路41は、タイミング制御回路50と単位画素42との間に設けられ、リセット信号36を所定行の単位画素42に対応する画素リセット信号線7に選択的に供給する。   The multiplexer circuit 41 includes a pixel reset signal switch 37 and a pixel address signal switch 38, and controls the output of the row selection signal 35 and the reset signal 36 to the pixel unit 43 based on the row selection signal 34. The multiplexer circuit 41 is provided between the timing control circuit 50 and the unit pixel 42 and selectively supplies a reset signal 36 to the pixel reset signal line 7 corresponding to the unit pixels 42 in a predetermined row.

基準電圧発生回路51は、フィードバック回路44にフィードバックAMP基準信号13を供給する。   The reference voltage generation circuit 51 supplies the feedback AMP reference signal 13 to the feedback circuit 44.

リセット信号制御回路60は、リセットトランジスタ3のゲートに印加すべきリセット信号36の波形を調整する波形調整部である。リセット信号制御回路60は、タイミング制御回路50から出力されたリセット信号36に含まれるリセットパルス(リセットトランジスタ3のオンオフを制御するパルス)の後縁の波形に傾斜を付与する、言い換えると立ち下がりエッジに傾斜を付与するようリセット信号36の波形を調整し、リセットトランジスタ3のゲートに供給する。   The reset signal control circuit 60 is a waveform adjustment unit that adjusts the waveform of the reset signal 36 to be applied to the gate of the reset transistor 3. The reset signal control circuit 60 gives a slope to the waveform of the trailing edge of the reset pulse (pulse for controlling on / off of the reset transistor 3) included in the reset signal 36 output from the timing control circuit 50, in other words, a falling edge. The waveform of the reset signal 36 is adjusted so as to give a slope to the gate of the reset transistor 3 and supplied to the gate of the reset transistor 3.

リセット信号制御回路60の回路例を図4A〜図4Eに示す。   Circuit examples of the reset signal control circuit 60 are shown in FIGS. 4A to 4E.

リセット信号制御回路60は、図4Aの様に抵抗値Rの抵抗素子1001で構成されても、図4Bの様に抵抗素子1002およびコンデンサ1003を有するRCのフィルタ回路で構成されても良い。なお、図4Bには、RCのフィルタ回路を記したが、フィルタ回路構成は、タイミング制御回路50から出力されるリセット信号36に含まれるリセットパルスの後縁の立ち下がり波形を調整出来れば、これに限定しない。また、図4Bのリセット信号制御回路60は、図4Cの様に抵抗素子1002およびコンデンサ1003の値を回路的に変更可能な構成にして複数のフィルタ係数に変更可能な構成とされてもよい。   The reset signal control circuit 60 may be configured by a resistance element 1001 having a resistance value R as shown in FIG. 4A or an RC filter circuit having a resistance element 1002 and a capacitor 1003 as shown in FIG. 4B. 4B shows the RC filter circuit, the filter circuit configuration can be adjusted if the falling waveform of the trailing edge of the reset pulse included in the reset signal 36 output from the timing control circuit 50 can be adjusted. It is not limited to. Further, the reset signal control circuit 60 in FIG. 4B may be configured to be able to change the values of the resistance element 1002 and the capacitor 1003 to a plurality of filter coefficients by changing the values of the resistance element 1002 and the capacitor 1003 as shown in FIG. 4C.

リセット信号制御回路60は、図4Dの様に、複数の抵抗素子つまり抵抗値R1の抵抗素子1004、抵抗値R2の抵抗素子1005および抵抗値R3の抵抗素子1006とセレクタ1008とを有し、抵抗値を選択可能な回路で構成されてもよい。リセット信号制御回路60内の抵抗値はR3>R2>R1になっており、抵抗値選択信号1007によって、セレクタ1008で選択した抵抗値を通過してリセット信号36がリセットトランジスタ3のゲートへ入力される。図4Dのリセット信号制御回路60では、R3はR1に比べて抵抗値が大きいので、リセット信号が鈍り、リセットに必要な時間が長くなる。なお、図4Dでは、抵抗値を3種類選択可能な場合を記載したが、選択可能な抵抗値数は限定しない。   As shown in FIG. 4D, the reset signal control circuit 60 includes a plurality of resistance elements, that is, a resistance element 1004 having a resistance value R1, a resistance element 1005 having a resistance value R2, a resistance element 1006 having a resistance value R3, and a selector 1008. A circuit that can select a value may be used. The resistance value in the reset signal control circuit 60 is R3> R2> R1, and the resistance value selection signal 1007 passes the resistance value selected by the selector 1008 and the reset signal 36 is input to the gate of the reset transistor 3. The In the reset signal control circuit 60 of FIG. 4D, since the resistance value of R3 is larger than that of R1, the reset signal becomes dull and the time required for resetting becomes longer. In FIG. 4D, the case where three types of resistance values can be selected is described, but the number of selectable resistance values is not limited.

リセット信号制御回路60は、図4Eの様に、テーパード回路で構成されてもよい。この場合には、各単位画素42のアナログ出力のデジタル変換に用いられるDAC回路(D/Aコンバーター回路)をリセット信号制御回路60と兼用してもよい。具体的には、DAC回路で生成したアナログ/デジタル変換に用いている波形をテーパードリセット信号として用いても構わないし、アナログ/デジタル変換にDAC回路を使用していない時に、DAC回路を用いてテーパードリセット信号を生成しても構わない。この場合、タイミング制御回路50からテーパードリセット信号を選択する信号を出力するようにして、リセット信号制御回路60で選択し、該当した場合はリセットトランジスタ3のゲートにテーパードリセット信号を印加する。   The reset signal control circuit 60 may be configured by a tapered circuit as shown in FIG. 4E. In this case, a DAC circuit (D / A converter circuit) used for digital conversion of the analog output of each unit pixel 42 may also be used as the reset signal control circuit 60. Specifically, the waveform used for the analog / digital conversion generated by the DAC circuit may be used as the tapered reset signal. When the DAC circuit is not used for the analog / digital conversion, the DAC circuit is used to taper the signal. A reset signal may be generated. In this case, a signal for selecting a tapered reset signal is output from the timing control circuit 50 and is selected by the reset signal control circuit 60. If applicable, the tapered reset signal is applied to the gate of the reset transistor 3.

なお、リセット信号制御回路60は、タイミング制御回路50内に設けられてもよい。   The reset signal control circuit 60 may be provided in the timing control circuit 50.

次に、本実施の形態に係る固体撮像装置の動作を説明する。   Next, the operation of the solid-state imaging device according to this embodiment will be described.

図5は、本実施の形態に係る固体撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図6は、比較例としての固体撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図7(a)は比較例としての固体撮像装置におけるリセット信号の波形を示す図であり、図7(b)は本実施の形態に係る固体撮像装置におけるリセット信号の波形を示す図である。   FIG. 5 is a timing chart for explaining the operation of the solid-state imaging device according to the present embodiment. FIG. 6 is a timing chart for explaining the operation of a solid-state imaging device as a comparative example. FIG. 7A is a diagram illustrating a waveform of a reset signal in a solid-state imaging device as a comparative example, and FIG. 7B is a diagram illustrating a waveform of the reset signal in the solid-state imaging device according to the present embodiment.

本実施の形態に係る固体撮像装置において、積層膜である光電変換部1により光が電気信号Sに変換されて、電気信号Sは蓄積部2で蓄えられる。ここで選択トランジスタ5をオンにすると、この電気信号Sは、増幅トランジスタ4と画素負荷トランジスタ10とにより形成されるソースフォロア回路でインピーダンス変換され、垂直信号線9を介して、CDS回路45に入力される。そして、CDS回路45で電気信号Sは一旦サンプルホールドされる。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, light is converted into an electric signal S by the photoelectric conversion unit 1 that is a laminated film, and the electric signal S is stored in the storage unit 2. When the selection transistor 5 is turned on, the electrical signal S is impedance-converted by the source follower circuit formed by the amplification transistor 4 and the pixel load transistor 10 and input to the CDS circuit 45 via the vertical signal line 9. Is done. The electrical signal S is once sampled and held by the CDS circuit 45.

次に、単位画素42内に画素リセット信号線7を介してリセットトランジスタ3のゲートを制御するリセット信号36が入れられて、リセットトランジスタ3がオンすると、先ほど蓄積部2で蓄えられた電気信号Sがリセット(初期化)される。   Next, when a reset signal 36 for controlling the gate of the reset transistor 3 is input into the unit pixel 42 via the pixel reset signal line 7 and the reset transistor 3 is turned on, the electrical signal S stored in the storage unit 2 is stored. Is reset (initialized).

このとき、リセット時の蓄積部2の電気信号をNとすると、フィードバック線16に一定電圧ではなく、ランダムノイズを含んだ画素信号Nをフィードバック回路44で反転増幅した信号にして入力することで、蓄積部2の熱ノイズを打ち消させることができる。   At this time, assuming that the electrical signal of the storage unit 2 at the time of reset is N, the pixel signal N including random noise is input to the feedback line 16 as a signal inverted and amplified by the feedback circuit 44 instead of a constant voltage. The thermal noise of the storage unit 2 can be canceled out.

しかしながら、リセット信号36を図7(a)に示されるような急峻な矩形波で印加すると、図6に示されるように、蓄積部2に熱ノイズが発生する。すなわち蓄積部2は、リセット信号36によってフィードバック線16の信号レベルでリセットされるべきところが、さらに熱ノイズが重畳した状態となり、これがランダムノイズの原因となる。このときの電気信号Nはランダムノイズが載ったままの状態で、先の電気信号Sと同じ経路でCDS回路45に入力されて、CDS回路45でサンプルホールドされる。   However, when the reset signal 36 is applied as a steep rectangular wave as shown in FIG. 7A, thermal noise is generated in the storage unit 2 as shown in FIG. That is, the storage unit 2 is to be reset at the signal level of the feedback line 16 by the reset signal 36, but is further in a state where thermal noise is superimposed, which causes random noise. At this time, the electric signal N is input to the CDS circuit 45 through the same path as the previous electric signal S in a state where random noise is placed, and is sampled and held by the CDS circuit 45.

これに対し、画素リセット信号線7に印加するリセット信号36を急峻な矩形波ではなく、図7(b)に示されるようなリセットパルスの後縁に緩やかな傾きをもった波形とし、この波形のリセット信号36でリセットを行うソフトリセット動作をさせることで、図5に示されるように、熱ノイズ自身の発生量を低減することができる。これにより、電気信号Nのランダムノイズを大幅に少なくすることができる。さらに、ソフトリセット動作におけるリセットパルスの後縁を、図7(b)に示されるように、熱ノイズの発生を十分に抑えることが可能な時間、例えば数百nsecから数十μsecの期間をかけて立ち下げるいわゆるテーパー波形にすることで、熱ノイズを極めて大きく低減することができ、高画質化が確実に可能になる。   On the other hand, the reset signal 36 applied to the pixel reset signal line 7 is not a steep rectangular wave but a waveform having a gentle slope at the trailing edge of the reset pulse as shown in FIG. By performing the soft reset operation for resetting with the reset signal 36, the amount of generation of thermal noise itself can be reduced as shown in FIG. Thereby, the random noise of the electric signal N can be greatly reduced. Furthermore, as shown in FIG. 7B, the trailing edge of the reset pulse in the soft reset operation takes a time during which the generation of thermal noise can be sufficiently suppressed, for example, a period of several hundred nsec to several tens of μsec. By using a so-called tapered waveform that falls, the thermal noise can be greatly reduced, and high image quality can be reliably achieved.

例えば、リセットパルスの後縁の変化(立ち下がり)の開始からリセットトランジスタ3がオフになるまでのテーパー波形の時間、つまりリセットトランジスタ3のソフトリセット時間は、選択トランジスタ5のゲートに供給される行選択信号35に含まれる行選択パルス(選択トランジスタ5のオンオフを制御するパルス)の後縁の変化(立ち下がり)の開始から選択トランジスタ5がオフになるまでの時間、例えば数十nsecに対して十倍以上、例えば100倍長い。   For example, the time of the taper waveform from the start of the change (falling) of the trailing edge of the reset pulse until the reset transistor 3 is turned off, that is, the soft reset time of the reset transistor 3 is the row supplied to the gate of the selection transistor 5. With respect to the time from the start of the change (falling) of the trailing edge of the row selection pulse (pulse for controlling on / off of the selection transistor 5) included in the selection signal 35 until the selection transistor 5 is turned off, for example, several tens of nsec Ten times or more, for example, 100 times longer.

次に、CDS回路45で電気信号Sと電気信号Nとが差分されて、差分がCDS出力ノード26に出力され、画素信号Pとして扱われる。このとき、図6では画素信号Pには先のランダムノイズ成分の影響が残ってしまう。   Next, the electric signal S and the electric signal N are differentiated by the CDS circuit 45, and the difference is output to the CDS output node 26 and treated as the pixel signal P. At this time, in FIG. 6, the influence of the previous random noise component remains in the pixel signal P.

最後に、列走査回路29からの列選択信号28により列選択トランジスタ27がオンすることで、先の画素信号Pは水平信号線30に読み出されて、出力アンプ31で増幅後にVOUT端子32から外部出力される。   Finally, when the column selection transistor 27 is turned on by the column selection signal 28 from the column scanning circuit 29, the previous pixel signal P is read out to the horizontal signal line 30 and amplified by the output amplifier 31 from the VOUT terminal 32. Output externally.

ここで、本実施の形態に係る固体撮像装置において、リセットトランジスタ3のゲート長は、マルチプレクサ回路41に近い単位画素42(第1の単位画素)のリセットトランジスタ3ほど大きく、マルチプレクサ回路41から遠い(距離の近い単位画素42との比較でマルチプレクサ回路41から遠い)単位画素42(第2の単位画素)のリセットトランジスタ3ほど小さい。   Here, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, the gate length of the reset transistor 3 is larger as the reset transistor 3 of the unit pixel 42 (first unit pixel) closer to the multiplexer circuit 41 and is farther from the multiplexer circuit 41 ( The reset transistor 3 of the unit pixel 42 (second unit pixel) which is far from the multiplexer circuit 41 in comparison with the unit pixel 42 having a short distance is smaller.

図8は、本実施の形態に係る固体撮像装置の単位画素42の構成および行方向に並ぶ単位画素42でのリセット信号との関係を示す図である。   FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of the unit pixel 42 of the solid-state imaging device according to the present embodiment and a relationship with a reset signal in the unit pixel 42 arranged in the row direction.

単位画素42内の画素リセット信号線7には抵抗と寄生容量があるため、CR時定数の影響を無視できない。特に画素数の多いセンサチップ52になると、リセット信号36の発生源から距離が遠い単位画素42には、電圧が印加しにくいため、理想的なソフトリセットを全単位画素42に均一に行うことが難しい。しかしながら、本実施の形態に係る固体撮像装置では、同じ行の単位画素42のリセットトランジスタ3のゲートサイズ(ゲート長)は、マルチプレクサ回路41から近い距離の単位画素42ほど大きく、マルチプレクサ回路41から遠い距離の単位画素42ほど小さい。言い換えると、マルチプレクサ回路41から遠い単位画素42のリセットトランジスタ3ほどオン抵抗の成分が小さい。従って、均一な波形のリセット信号36を全単位画素42に印加することができ、リセットトランジスタ3のソフトリセット時間を行方向に並ぶ同じ行の各単位画素42で揃えて均一にすることができる。その結果、行方向の各単位画素42で同じソフトリセットを掛けることが可能となり、全単位画素42で同程度のランダムノイズが低減できるので、列シェーディングを抑えることができる。   Since the pixel reset signal line 7 in the unit pixel 42 has resistance and parasitic capacitance, the influence of the CR time constant cannot be ignored. In particular, in the case of the sensor chip 52 having a large number of pixels, it is difficult to apply a voltage to the unit pixels 42 that are far from the source of the reset signal 36, so that an ideal soft reset can be uniformly performed on all the unit pixels 42. difficult. However, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, the gate size (gate length) of the reset transistor 3 of the unit pixel 42 in the same row is larger as the unit pixel 42 is closer to the multiplexer circuit 41 and is farther from the multiplexer circuit 41. The distance unit pixel 42 is smaller. In other words, the reset transistor 3 of the unit pixel 42 farther from the multiplexer circuit 41 has a smaller on-resistance component. Therefore, the reset signal 36 having a uniform waveform can be applied to all the unit pixels 42, and the soft reset time of the reset transistor 3 can be made uniform in the unit pixels 42 in the same row aligned in the row direction. As a result, the same soft reset can be applied to each unit pixel 42 in the row direction, and the same level of random noise can be reduced in all the unit pixels 42, so that column shading can be suppressed.

以上のように本実施の形態に係る固体撮像装置によれば、ソフトリセット動作を行うため、単位画素42内のリセットトランジスタ3で発生する熱ノイズを低減することができ、高画質化が可能となる。このとき、行方向に並ぶ同じ行の各単位画素42のリセットトランジスタ3に対して同一波形のリセット信号を入力できるため、ランダム雑音の低減効果が各単位画素42で揃えられ、シェーディングは抑えられる。   As described above, according to the solid-state imaging device according to the present embodiment, since the soft reset operation is performed, the thermal noise generated in the reset transistor 3 in the unit pixel 42 can be reduced, and the image quality can be improved. Become. At this time, since reset signals having the same waveform can be input to the reset transistors 3 of the unit pixels 42 in the same row aligned in the row direction, the effect of reducing random noise is aligned in each unit pixel 42 and shading is suppressed.

なお、本実施の形態に係る固体撮像装置において、マルチプレクサ回路41からの配線距離でなく、タイミング制御回路50からの配線距離に応じてリセットトランジスタ3のゲートサイズを変化させてもよい。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the gate size of the reset transistor 3 may be changed according to the wiring distance from the timing control circuit 50 instead of the wiring distance from the multiplexer circuit 41.

(第2の実施形態)
本実施の形態に係る固体撮像装置は、マルチプレクサ回路41と異なる距離の単位画素42でリセットトランジスタ3のゲート長を変化させるのではなく、リセットトランジスタ3の閾値電圧Vtを変化させるという点で第1の実施形態の固体撮像装置と異なる。
(Second Embodiment)
The solid-state imaging device according to the present embodiment is the first in that the threshold voltage Vt of the reset transistor 3 is changed instead of changing the gate length of the reset transistor 3 by the unit pixel 42 at a different distance from the multiplexer circuit 41. This is different from the solid-state imaging device of the embodiment.

図9は、本実施の形態に係る積層型の固体撮像装置の単位画素42の構成および行方向に並ぶ単位画素42でのリセット信号の波形を示す図である。   FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of the unit pixel 42 of the stacked solid-state imaging device according to the present embodiment and a waveform of a reset signal in the unit pixel 42 arranged in the row direction.

本実施形態に係る固体撮像装置において、同じ行の単位画素42のリセットトランジスタ3の閾値電圧Vtは、マルチプレクサ回路41から近い距離の単位画素42で高く、この距離の近い単位画素42との比較でマルチプレクサ回路41から遠い距離の単位画素42で低い。これにより、ソフトリセット時間を行方向に並ぶ同じ行の単位画素42で揃えて均一にして同程度のランダムノイズ低減効果を施し、列シェーディングを抑えることができる。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the threshold voltage Vt of the reset transistors 3 of the unit pixels 42 in the same row is high in the unit pixels 42 at a short distance from the multiplexer circuit 41, and compared with the unit pixels 42 at a short distance. The unit pixel 42 at a distance far from the multiplexer circuit 41 is low. As a result, the soft reset times can be made uniform and uniform for the unit pixels 42 in the same row in the row direction, the same random noise reduction effect can be applied, and column shading can be suppressed.

以上のように本実施の形態に係る固体撮像装置によれば、シェーディングを発生させることなくランダム雑音を抑圧することができる。   As described above, the solid-state imaging device according to the present embodiment can suppress random noise without causing shading.

なお、本実施の形態に係る固体撮像装置において、マルチプレクサ回路41からの配線距離でなく、タイミング制御回路50からの配線距離に応じてリセットトランジスタ3の閾値電圧Vtを変化させてもよい。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the threshold voltage Vt of the reset transistor 3 may be changed according to the wiring distance from the timing control circuit 50 instead of the wiring distance from the multiplexer circuit 41.

(第3の実施形態)
本実施の形態に係る固体撮像装置は、マルチプレクサ回路41と異なる距離の単位画素42でリセットトランジスタ3のゲート長を変化させるのではなく、画素リセット信号線7の単位長さあたりの配線抵抗を変化させるという点で第1の実施形態の固体撮像装置と異なる。
(Third embodiment)
In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the gate resistance of the reset transistor 3 is not changed by the unit pixel 42 at a different distance from the multiplexer circuit 41, but the wiring resistance per unit length of the pixel reset signal line 7 is changed. This is different from the solid-state imaging device of the first embodiment in that

図10は、本実施の形態に係る積層型の固体撮像装置の単位画素42の構成および行方向に並ぶ単位画素42でのリセット信号の波形を示す図である。   FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of the unit pixel 42 of the stacked solid-state imaging device according to the present embodiment and a waveform of a reset signal in the unit pixel 42 arranged in the row direction.

本実施形態に係る固体撮像装置において、マルチプレクサ回路41とマルチプレクサ回路41に近い単位画素42とをつなぐ画素リセット信号線7の単位長さあたりの配線抵抗は、そのマルチプレクサ回路41に近い単位画素42とマルチプレクサ回路41より遠い単位画素42とをつなぐ画素リセット信号線7の単位長さあたりの配線抵抗より大きい。つまり、マルチプレクサ回路41とリセットトランジスタ3のゲートとの間の距離が遠くなるにつれて、画素リセット信号線7の単位あたりの抵抗が小さくなっている。これにより、画素リセット信号線7で、マルチプレクサ回路41とマルチプレクサ回路41から近い距離の単位画素42とをつなぐ部分の配線抵抗と、マルチプレクサ回路41とマルチプレクサ回路41から遠い距離の単位画素42とをつなぐ部分の配線抵抗との差が小さくなる。その結果、配線抵抗によるCR時定数の影響を極力なくすことができ、ソフトリセット時間を行方向に並ぶ同じ行の各単位画素42で揃えて均一にして同程度のランダムノイズ低減効果を施し、列シェーディングを抑えることができる。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the wiring resistance per unit length of the pixel reset signal line 7 connecting the multiplexer circuit 41 and the unit pixel 42 close to the multiplexer circuit 41 is the same as that of the unit pixel 42 close to the multiplexer circuit 41. It is larger than the wiring resistance per unit length of the pixel reset signal line 7 that connects the unit pixel 42 far from the multiplexer circuit 41. That is, as the distance between the multiplexer circuit 41 and the gate of the reset transistor 3 increases, the resistance per unit of the pixel reset signal line 7 decreases. As a result, the pixel reset signal line 7 connects the wiring resistance at the portion connecting the multiplexer circuit 41 and the unit pixel 42 at a distance close to the multiplexer circuit 41 to the multiplexer circuit 41 and the unit pixel 42 at a distance far from the multiplexer circuit 41. The difference with the wiring resistance of the part becomes small. As a result, the influence of the CR time constant due to the wiring resistance can be eliminated as much as possible, and the soft reset time is made uniform by aligning the unit pixels 42 in the same row in the row direction, thereby providing the same random noise reduction effect. Shading can be suppressed.

例えば、マルチプレクサ回路41とマルチプレクサ回路41に近い単位画素42とをつなぐ画素リセット信号線7と、そのマルチプレクサ回路41に近い単位画素42とマルチプレクサ回路41より遠い単位画素42とをつなぐ画素リセット信号線7とで異なる配線構造とされる。具体的には、マルチプレクサ回路41からマルチプレクサ回路41に近い単位画素42までの画素リセット信号線7がポリシリコン配線のみで構成される。そして、その距離の近い単位画素42からマルチプレクサ回路41より少し遠い単位画素42までの画素リセット信号線7がポリシリコン配線をアルミニウム配線および銅配線等の単層のメタル配線で裏打ち配線したもので構成される。さらに、その距離の少し遠い単位画素42からマルチプレクサ回路41よりかなり遠い単位画素42までの画素リセット信号線7がポリシリコン配線をアルミニウム配線および銅配線等の複数層のメタル配線で裏打ち配線したもので構成される。   For example, the pixel reset signal line 7 that connects the multiplexer circuit 41 and the unit pixel 42 close to the multiplexer circuit 41, and the pixel reset signal line 7 that connects the unit pixel 42 close to the multiplexer circuit 41 and the unit pixel 42 far from the multiplexer circuit 41. And a different wiring structure. Specifically, the pixel reset signal line 7 from the multiplexer circuit 41 to the unit pixel 42 close to the multiplexer circuit 41 is composed of only polysilicon wiring. The pixel reset signal line 7 from the unit pixel 42 with a short distance to the unit pixel 42 slightly far from the multiplexer circuit 41 is configured by a polysilicon wiring lined with a single-layer metal wiring such as an aluminum wiring and a copper wiring. Is done. Furthermore, the pixel reset signal line 7 from the unit pixel 42 that is a little far from the unit pixel 42 to the unit pixel 42 that is considerably far from the multiplexer circuit 41 is formed by lining the polysilicon wiring with a plurality of layers of metal wiring such as aluminum wiring and copper wiring. Composed.

以上のように本実施の形態に係る固体撮像装置によれば、シェーディングを発生させることなくランダム雑音を抑圧することができる。   As described above, the solid-state imaging device according to the present embodiment can suppress random noise without causing shading.

なお、本実施の形態に係る固体撮像装置において、マルチプレクサ回路41からの配線距離でなく、タイミング制御回路50からの配線距離に応じて画素リセット信号線7の単位あたりの抵抗を変化させてもよい。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the resistance per unit of the pixel reset signal line 7 may be changed according to the wiring distance from the timing control circuit 50 instead of the wiring distance from the multiplexer circuit 41. .

なお、本実施の形態に係る固体撮像装置において、ポリシリコン配線の配線層数を変えることで画素リセット信号線7の単位長さあたりの配線抵抗を変更してもよい。また、配線の太さを変えることで画素リセット信号線7の単位長さあたりの配線抵抗を変更してもよい。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the wiring resistance per unit length of the pixel reset signal line 7 may be changed by changing the number of wiring layers of the polysilicon wiring. Further, the wiring resistance per unit length of the pixel reset signal line 7 may be changed by changing the thickness of the wiring.

(第4の実施形態)
図11は本実施形態に係る積層型の固体撮像装置のチップ構成を示している。図12は画素部43およびその周辺回路の構成の詳細を示している。なお、図12において、単位画素42は「2行2列」分だけ記載されているが、単位画素42の行数及び列数は任意に設定されてよい。
(Fourth embodiment)
FIG. 11 shows a chip configuration of the stacked solid-state imaging device according to the present embodiment. FIG. 12 shows details of the configuration of the pixel unit 43 and its peripheral circuits. In FIG. 12, the unit pixels 42 are described for “2 rows and 2 columns”, but the number of rows and the number of columns of the unit pixels 42 may be arbitrarily set.

本実施形態に係る固体撮像装置は、マルチプレクサ回路41と異なる距離の単位画素42でリセットトランジスタ3のゲート長を変化させるのではなく、画素リセット信号線7上に一定の間隔でゲイン1のボルテージフォロア等の増幅器61を配置しているという点で第1の実施形態の固体撮像装置と異なる。   The solid-state imaging device according to the present embodiment does not change the gate length of the reset transistor 3 in the unit pixel 42 having a different distance from the multiplexer circuit 41, but instead has a voltage follower with a gain of 1 on the pixel reset signal line 7 at a constant interval. This is different from the solid-state imaging device of the first embodiment in that an amplifier 61 such as the above is arranged.

少なくとも1つのリセットトランジスタ3のゲートは、増幅器61を介して画素リセット信号線7と接続される。   The gate of at least one reset transistor 3 is connected to the pixel reset signal line 7 via the amplifier 61.

増幅器61は、画素部43で2000個の単位画素42が行方向に並んでいる場合、例えば500個の単位画素42に対して1つ設けられる。増幅器61は、リセット信号36をインピーダンス変換し、リセット信号36のドライブ能力を強化することで遅延や減衰を抑えている。これにより、ソフトリセット時間を行方向に並ぶ同じ行の各単位画素42で揃えて均一にして同程度のランダムノイズ低減効果を施し、列シェーディングを抑えることができる。   In the case where 2000 unit pixels 42 are arranged in the row direction in the pixel unit 43, one amplifier 61 is provided for, for example, 500 unit pixels 42. The amplifier 61 impedance-converts the reset signal 36 and strengthens the drive capability of the reset signal 36 to suppress delay and attenuation. As a result, the soft reset times are made uniform for the unit pixels 42 in the same row aligned in the row direction, and the same random noise reduction effect can be applied to suppress column shading.

以上のように本実施の形態に係る固体撮像装置によれば、シェーディングを発生させることなくランダム雑音を抑圧することができる。   As described above, the solid-state imaging device according to the present embodiment can suppress random noise without causing shading.

(第5の実施形態)
図13は本実施形態に係る積層型の固体撮像装置のチップ構成を示している。
(Fifth embodiment)
FIG. 13 shows a chip configuration of the stacked solid-state imaging device according to this embodiment.

本実施形態に係る固体撮像装置は、画素リセット信号線7上に1つだけ増幅器61を配置しているという点で第4の実施形態の固体撮像装置と異なる。   The solid-state imaging device according to this embodiment is different from the solid-state imaging device of the fourth embodiment in that only one amplifier 61 is arranged on the pixel reset signal line 7.

同じ行の全てのリセットトランジスタ3のゲートは、増幅器61を介して画素リセット信号線7と接続される。   The gates of all reset transistors 3 in the same row are connected to the pixel reset signal line 7 via the amplifier 61.

増幅器61は、リセット信号36をインピーダンス変換し、リセット信号36のドライブ能力を強化することで遅延や減衰を抑えている。これにより、ソフトリセット時間を行方向に並ぶ同じ行の各単位画素42で揃えて均一にして同程度のランダムノイズ低減効果を施し、列シェーディングを抑えることができる。   The amplifier 61 impedance-converts the reset signal 36 and strengthens the drive capability of the reset signal 36 to suppress delay and attenuation. As a result, the soft reset times are made uniform for the unit pixels 42 in the same row aligned in the row direction, and the same random noise reduction effect can be applied to suppress column shading.

1個の増幅器61ではドライブ能力を確保するために増幅器61の回路規模が大きくなるため、画素ピッチが微細化されている場合には、図11のように小さなサイズの増幅器61を一定間隔で刻んで挿入することが好ましい。しかし、画素数が少なくドライブする画素リセット信号線7自体の寄生容量や抵抗が少ないか、あるいは一眼レフのように画素ピッチが大きい場合には、増幅器61の回路規模が大きくなってもよいため、1個の増幅器61が適用される。   Since the circuit scale of the amplifier 61 is increased in order to secure the drive capability in one amplifier 61, when the pixel pitch is reduced, the small-sized amplifier 61 is ticked at regular intervals as shown in FIG. Is preferably inserted. However, if the pixel reset signal line 7 to be driven has a small number of pixels, the parasitic capacitance or resistance of the pixel reset signal line 7 is small, or the pixel pitch is large like a single-lens reflex camera, the circuit scale of the amplifier 61 may be increased. One amplifier 61 is applied.

以上のように本実施の形態に係る固体撮像装置によれば、シェーディングを発生させることなくランダム雑音を抑圧することができる。   As described above, the solid-state imaging device according to the present embodiment can suppress random noise without causing shading.

(第6の実施形態)
本実施形態に係る積層型の固体撮像装置は、マルチプレクサ回路41と異なる距離の単位画素42でリセットトランジスタ3のゲート長を変化させるのではなく、フィードバックアンプ12の出力と異なる距離の単位画素42でリセットトランジスタ3のドレインを構成する拡散領域の容量を変化させているという点で第1の実施形態の固体撮像装置と異なる。
(Sixth embodiment)
In the stacked solid-state imaging device according to the present embodiment, the gate length of the reset transistor 3 is not changed by the unit pixel 42 having a different distance from the multiplexer circuit 41, but the unit pixel 42 having a different distance from the output of the feedback amplifier 12 is used. This is different from the solid-state imaging device of the first embodiment in that the capacitance of the diffusion region constituting the drain of the reset transistor 3 is changed.

図14は本実施形態に係る固体撮像装置の回路図である。   FIG. 14 is a circuit diagram of the solid-state imaging device according to the present embodiment.

本実施形態に係る固体撮像装置において、各単位画素42でフィードバックアンプ12の出力とリセットトランジスタ3のドレインとの間にフィードバック選択トランジスタ46が挿入されている。そして、同じフィードバックアンプ12と接続された同じ列の単位画素42のリセットトランジスタ3のドレインの拡散容量(例えば、ドレインの面積および不純物濃度)が、フィードバックアンプ12の出力から近い距離の単位画素42(第1の単位画素)で大きく、フィードバックアンプ12の出力から遠い距離の単位画素42(第2の単位画素)で小さい。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, a feedback selection transistor 46 is inserted between the output of the feedback amplifier 12 and the drain of the reset transistor 3 in each unit pixel 42. Then, the unit pixel 42 (for example, the drain capacitance (for example, drain area and impurity concentration) of the drain of the reset transistor 3 of the unit pixel 42 in the same column connected to the same feedback amplifier 12 is close to the output of the feedback amplifier 12. It is large at the first unit pixel) and small at the unit pixel 42 (second unit pixel) at a distance far from the output of the feedback amplifier 12.

図15は、本実施の形態に係る固体撮像装置における列方向に並ぶ単位画素42でのフィードバック信号の波形を示す図である。なお、図15において、「対策未フィードバック信号」とはドレインの拡散容量が各単位画素42で同じ場合の単位画素42でのフィードバック信号を示し、「対策後フィードバック信号」とは本実施形態に係る各単位画素42でのフィードバック信号を示している。   FIG. 15 is a diagram illustrating a waveform of a feedback signal in the unit pixels 42 arranged in the column direction in the solid-state imaging device according to the present embodiment. In FIG. 15, “countermeasure non-feedback signal” indicates a feedback signal in the unit pixel 42 when the diffusion capacitance of the drain is the same in each unit pixel 42, and “post-measurement feedback signal” relates to the present embodiment. A feedback signal in each unit pixel 42 is shown.

フィードバック線16には抵抗と寄生容量があるため、CR時定数の影響を無視できない。また、リセットの時間は数μsecと短いため、フィードバック信号が安定する前にソフトリセット動作が終了する。フィードバック信号の発生源(フィードバックアンプ12)から距離が遠い単位画素42では、信号の遅延量が大きくなるため、同じ位相のフィードバック信号を列方向に並ぶ単位画素42に供給することが難しい。しかしながら、本実施の形態に係る固体撮像装置では、リセット時にフィードバックアンプ12の出力と各単位画素42のリセットトランジスタ3のドレインとが1対1になるため、各単位画素42のリセットトランジスタ3のドレイン拡散容量を調整することで、フィードバック信号の遅延量を列方向の単位画素42で合わせることができる。従って、配線遅延を均一化することで単位画素42に入力されるフィードバック信号の位相を列方向に並ぶ同じ列の単位画素42のそれぞれで揃え、つまりフィードバック信号の列方向に並ぶ同じ列の単位画素42での位相差を抑え、均一なフィードバック信号をリセットトランジスタ3のドレインに返すことができる。その結果、列方向に並ぶ同じ列の各単位画素42で同程度のランダムノイズ低減効果を施し、行シェーディングを抑えることができる。   Since the feedback line 16 has resistance and parasitic capacitance, the influence of the CR time constant cannot be ignored. Further, since the reset time is as short as several μsec, the soft reset operation is finished before the feedback signal is stabilized. In the unit pixel 42 that is far from the feedback signal generation source (feedback amplifier 12), the delay amount of the signal is large, and it is difficult to supply the feedback signal having the same phase to the unit pixels 42 arranged in the column direction. However, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, since the output of the feedback amplifier 12 and the drain of the reset transistor 3 of each unit pixel 42 are one-to-one at the time of reset, the drain of the reset transistor 3 of each unit pixel 42 By adjusting the diffusion capacitance, the delay amount of the feedback signal can be adjusted by the unit pixel 42 in the column direction. Therefore, by equalizing the wiring delay, the phases of the feedback signals input to the unit pixels 42 are aligned with the unit pixels 42 in the same column aligned in the column direction, that is, the unit pixels in the same column aligned in the column direction of the feedback signal. The phase difference at 42 can be suppressed, and a uniform feedback signal can be returned to the drain of the reset transistor 3. As a result, each unit pixel 42 in the same column aligned in the column direction can achieve the same degree of random noise reduction effect and suppress row shading.

以上のように本実施の形態に係る固体撮像装置によれば、シェーディングを発生させることなくランダム雑音を抑圧することができる。   As described above, the solid-state imaging device according to the present embodiment can suppress random noise without causing shading.

(第7の実施形態)
本実施の形態に係る固体撮像装置は、フィードバックアンプ12の出力と異なる距離の単位画素42でリセットトランジスタ3のドレイン拡散容量を変化させるのではなく、フィードバック線16の単位長さあたりの配線抵抗を変化させるという点で第6の実施形態の固体撮像装置と異なる。
(Seventh embodiment)
The solid-state imaging device according to the present embodiment does not change the drain diffusion capacitance of the reset transistor 3 by the unit pixel 42 at a distance different from the output of the feedback amplifier 12 but changes the wiring resistance per unit length of the feedback line 16. It differs from the solid-state imaging device of the sixth embodiment in that it is changed.

図16は、本実施の形態に係る積層型の固体撮像装置の単位画素42の構成および行方向に並ぶ単位画素42でのリセット信号の波形を示す図である。なお、図16において、「対策未フィードバック信号」とはフィードバック線16の単位長さあたりの配線抵抗が各単位画素42で同じ場合の単位画素42でのフィードバック信号を示し、「対策後フィードバック信号」とは本実施形態に係る各単位画素42でのフィードバック信号を示している。   FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of the unit pixel 42 of the stacked solid-state imaging device according to the present embodiment and a waveform of a reset signal in the unit pixel 42 arranged in the row direction. In FIG. 16, “countermeasure non-feedback signal” indicates a feedback signal in the unit pixel 42 when the wiring resistance per unit length of the feedback line 16 is the same in each unit pixel 42. Indicates a feedback signal in each unit pixel 42 according to the present embodiment.

本実施形態に係る固体撮像装置において、フィードバックアンプ12の出力からフィードバックアンプ12の出力に近い単位画素42までのフィードバック線16の単位長さあたりの配線抵抗は、フィードバックアンプ12の出力に近い単位画素42からフィードバックアンプ12の出力より遠い単位画素42(第2の単位画素)までのフィードバック線16の単位長さあたりの配線抵抗より大きい。つまり、フィードバックアンプ12の出力とリセットトランジスタ3のドレインとの間の距離が遠くなるにつれて、フィードバック線16の単位あたりの抵抗が小さくなっている。これにより、フィードバック線16で、フィードバックアンプ12の出力とフィードバックアンプ12の出力から近い単位画素42とをつなぐ部分の配線抵抗が、そのフィードバックアンプ12の出力から近い単位画素42とフィードバックアンプ12の出力より遠い単位画素42とをつなぐ部分の配線抵抗より大きくなる。その結果、配線抵抗によるCR時定数の影響を極力なくして配線遅延を均一化することで単位画素42に入力されるフィードバック信号の列方向に並ぶ同じ列の単位画素42での位相差を抑え、均一なフィードバック信号をリセットトランジスタ3のドレインに返すことができる。その結果、列方向に並ぶ同じ列の各単位画素42で同程度のランダムノイズ低減効果を施し、行シェーディングを抑えることができる。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the wiring resistance per unit length of the feedback line 16 from the output of the feedback amplifier 12 to the unit pixel 42 close to the output of the feedback amplifier 12 is a unit pixel close to the output of the feedback amplifier 12. It is larger than the wiring resistance per unit length of the feedback line 16 from the unit 42 to the unit pixel 42 (second unit pixel) far from the output of the feedback amplifier 12. That is, as the distance between the output of the feedback amplifier 12 and the drain of the reset transistor 3 increases, the resistance per unit of the feedback line 16 decreases. As a result, the wiring resistance of the part connecting the output of the feedback amplifier 12 and the unit pixel 42 close to the output of the feedback amplifier 12 by the feedback line 16 is the output of the unit pixel 42 and the feedback amplifier 12 close to the output of the feedback amplifier 12. This is larger than the wiring resistance of the portion connecting the farther unit pixel 42. As a result, the influence of the CR time constant due to the wiring resistance is minimized, and the wiring delay is made uniform, thereby suppressing the phase difference in the unit pixels 42 in the same column aligned in the column direction of the feedback signal input to the unit pixels 42, A uniform feedback signal can be returned to the drain of the reset transistor 3. As a result, each unit pixel 42 in the same column aligned in the column direction can achieve the same degree of random noise reduction effect and suppress row shading.

例えば、フィードバックアンプ12の出力とフィードバックアンプ12の出力に近い単位画素42とをつなぐフィードバック線16と、そのフィードバックアンプ12の出力に近い単位画素42とフィードバックアンプ12の出力より遠い単位画素42とをつなぐフィードバック線16とで異なる配線構造とされる。具体的に、フィードバックアンプ12の出力からフィードバックアンプ12の出力に近い単位画素42までのフィードバック線16が1層のポリシリコン配線で構成される。そして、そのフィードバックアンプ12の出力に近い単位画素42からフィードバックアンプ12の出力より少し遠い単位画素42までのフィードバック線16が2層のポリシリコン配線で構成される。さらに、そのフィードバックアンプ12の出力より少し遠い単位画素42からフィードバックアンプ12の出力よりかなり遠い単位画素42までのフィードバック線16が3層のポリシリコン配線で構成される。   For example, the feedback line 16 that connects the output of the feedback amplifier 12 and the unit pixel 42 close to the output of the feedback amplifier 12, the unit pixel 42 close to the output of the feedback amplifier 12, and the unit pixel 42 far from the output of the feedback amplifier 12 A different wiring structure is used for the feedback line 16 to be connected. Specifically, the feedback line 16 from the output of the feedback amplifier 12 to the unit pixel 42 close to the output of the feedback amplifier 12 is composed of one layer of polysilicon wiring. The feedback line 16 from the unit pixel 42 close to the output of the feedback amplifier 12 to the unit pixel 42 a little farther than the output of the feedback amplifier 12 is constituted by two layers of polysilicon wiring. Further, the feedback line 16 from the unit pixel 42 slightly far from the output of the feedback amplifier 12 to the unit pixel 42 far from the output of the feedback amplifier 12 is constituted by three layers of polysilicon wiring.

以上のように本実施の形態に係る固体撮像装置によれば、シェーディングを発生させることなくランダム雑音を抑圧することができる。   As described above, the solid-state imaging device according to the present embodiment can suppress random noise without causing shading.

なお、本実施の形態に係る固体撮像装置において、第3の実施形態のようにフィードバック線16の配線材料を変えることで単位長さあたりの配線抵抗を変更してもよい。また、配線の太さを変えることでフィードバック線16の単位長さあたりの配線抵抗を変更してもよい。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the wiring resistance per unit length may be changed by changing the wiring material of the feedback line 16 as in the third embodiment. Further, the wiring resistance per unit length of the feedback line 16 may be changed by changing the thickness of the wiring.

(第8の実施形態)
図17は本実施形態に係る積層型の固体撮像装置のチップ構成を示している。図18は画素部43およびその周辺回路の構成の詳細を示している。なお、図18において、単位画素42は「2行2列」分だけ記載されているが、単位画素42の行数及び列数は任意に設定されてよい。
(Eighth embodiment)
FIG. 17 shows a chip configuration of the stacked solid-state imaging device according to this embodiment. FIG. 18 shows details of the configuration of the pixel unit 43 and its peripheral circuits. In FIG. 18, the unit pixels 42 are described for “2 rows and 2 columns”, but the number of rows and the number of columns of the unit pixels 42 may be arbitrarily set.

本実施形態に係る固体撮像装置は、フィードバックアンプ12の出力と異なる距離の単位画素42でリセットトランジスタ3のドレイン拡散容量を変化させるのではなく、フィードバック線16上に一定の間隔でゲイン1のボルテージフォロア等の増幅器61を配置しているという点で第1の実施形態の固体撮像装置と異なる。   The solid-state imaging device according to the present embodiment does not change the drain diffusion capacitance of the reset transistor 3 by the unit pixel 42 at a distance different from the output of the feedback amplifier 12, but gains a voltage of gain 1 at a constant interval on the feedback line 16. It differs from the solid-state imaging device of the first embodiment in that an amplifier 61 such as a follower is arranged.

少なくとも1つのリセットトランジスタ3のドレインは、増幅器61を介してフィードバック線16と接続される。   The drain of at least one reset transistor 3 is connected to the feedback line 16 via the amplifier 61.

増幅器61は、画素部43で2000個の単位画素42が列方向に並んでいる場合、例えば500個の単位画素42に対して1つ設けられる。増幅器61は、フィードバック信号をインピーダンス変換し、フィードバック信号のドライブ能力を強化することで遅延や減衰を抑えている。これにより、単位画素42に入力されるフィードバック信号の位相を列方向に並ぶ同じ列の単位画素42のそれぞれで揃え、位相の揃った均一なフィードバック信号をリセットトランジスタ3のドレインに返すことができる。その結果、列方向に並ぶ同じ列の各単位画素42で同程度のランダムノイズ低減効果を施し、行シェーディングを抑えることができる。   In the case where 2000 unit pixels 42 are arranged in the column direction in the pixel unit 43, one amplifier 61 is provided, for example, for 500 unit pixels 42. The amplifier 61 impedance-converts the feedback signal, and suppresses delay and attenuation by enhancing the drive capability of the feedback signal. As a result, the phases of the feedback signals input to the unit pixels 42 are aligned in the unit pixels 42 in the same column aligned in the column direction, and a uniform feedback signal having the same phase can be returned to the drain of the reset transistor 3. As a result, each unit pixel 42 in the same column aligned in the column direction can achieve the same degree of random noise reduction effect and suppress row shading.

以上のように本実施の形態に係る固体撮像装置によれば、シェーディングを発生させることなくランダム雑音を抑圧することができる。   As described above, the solid-state imaging device according to the present embodiment can suppress random noise without causing shading.

また、本実施の形態に係る固体撮像装置によれば、フィードバックアンプ12の出力とフィードバック線16の配線容量との間に増幅器61が挿入される。従って、フィードバック線16の配線容量がフィードバックアンプ12の入出力容量にのってゲインが列方向に並ぶ同じ列の各単位画素42でばらつくのを抑えることができ、同程度のランダムノイズ低減効果を施して行シェーディングを抑えることができる。   Further, according to the solid-state imaging device according to the present embodiment, the amplifier 61 is inserted between the output of the feedback amplifier 12 and the wiring capacitance of the feedback line 16. Accordingly, it is possible to prevent the wiring capacitance of the feedback line 16 from varying between the unit pixels 42 in the same column aligned in the column direction due to the input / output capacitance of the feedback amplifier 12, and the same random noise reduction effect can be achieved. Can be used to suppress row shading.

(第9の実施形態)
図19は本実施形態に係る積層型の固体撮像装置のチップ構成を示している。
(Ninth embodiment)
FIG. 19 shows a chip configuration of the stacked solid-state imaging device according to this embodiment.

本実施形態に係る固体撮像装置は、フィードバック線16上に1つだけ増幅器61を配置しているという点で第8の実施形態の固体撮像装置と異なる。   The solid-state imaging device according to the present embodiment is different from the solid-state imaging device of the eighth embodiment in that only one amplifier 61 is arranged on the feedback line 16.

同じ列の全てのリセットトランジスタ3のドレインは、増幅器61を介してフィードバック線16と接続される。   The drains of all reset transistors 3 in the same column are connected to the feedback line 16 via the amplifier 61.

増幅器61は、フィードバック信号をインピーダンス変換し、フィードバック信号のドライブ能力を強化することで遅延や減衰を抑えている。これにより、位相の揃った均一なフィードバック信号をリセットトランジスタ3のドレインに返すことができる。その結果、列方向に並ぶ同じ列の各単位画素42で同程度のランダムノイズ低減効果を施し、行シェーディングを抑えることができる。   The amplifier 61 impedance-converts the feedback signal, and suppresses delay and attenuation by enhancing the drive capability of the feedback signal. Thereby, a uniform feedback signal having a uniform phase can be returned to the drain of the reset transistor 3. As a result, each unit pixel 42 in the same column aligned in the column direction can achieve the same degree of random noise reduction effect and suppress row shading.

1個の増幅器61ではドライブ能力を確保するために増幅器61の回路規模が大きくなるため、画素ピッチが微細化されている場合には、図17のように小さなサイズの増幅器61を一定間隔で刻んで挿入することが好ましい。しかし、画素数が少なくドライブするフィードバック線16自体の寄生容量や抵抗が少ないか、あるいは一眼レフのように画素ピッチが大きい場合には、増幅器61の回路規模が大きくなってもよいため、1個の増幅器61が適用される。   Since the circuit scale of the amplifier 61 is increased in order to secure drive capability with one amplifier 61, when the pixel pitch is reduced, the small-sized amplifier 61 is ticked at regular intervals as shown in FIG. Is preferably inserted. However, when the number of pixels is small, the parasitic capacitance and resistance of the feedback line 16 to be driven are small, or when the pixel pitch is large as in the case of a single lens reflex, the circuit scale of the amplifier 61 may be increased. The amplifier 61 is applied.

以上のように本実施の形態に係る固体撮像装置によれば、シェーディングを発生させることなくランダム雑音を抑圧することができる。   As described above, the solid-state imaging device according to the present embodiment can suppress random noise without causing shading.

また、本実施の形態に係る固体撮像装置によれば、フィードバックアンプ12の出力とフィードバック線16の配線容量との間に増幅器61が挿入される。従って、フィードバック線16の配線容量がフィードバックアンプ12の入出力容量にのってゲインが列方向に並ぶ同じ列の各単位画素42でばらつくのを抑えることができ、同程度のランダムノイズ低減効果を施して行シェーディングを抑えることができる。   Further, according to the solid-state imaging device according to the present embodiment, the amplifier 61 is inserted between the output of the feedback amplifier 12 and the wiring capacitance of the feedback line 16. Accordingly, it is possible to prevent the wiring capacitance of the feedback line 16 from varying between the unit pixels 42 in the same column aligned in the column direction due to the input / output capacitance of the feedback amplifier 12, and the same random noise reduction effect can be achieved. Can be used to suppress row shading.

(第10の実施形態)
図20は、本実施の形態に係る積層型の固体撮像装置の回路図である。
(Tenth embodiment)
FIG. 20 is a circuit diagram of the stacked solid-state imaging device according to the present embodiment.

本実施形態に係る固体撮像装置は、反転増幅器が差動増幅型でなく1入力型(例えばインバータ)であるという点で第1〜9の実施形態の固体撮像装置と異なる。この構成によれば、一般的な差動増幅器よりも反転増幅器を小型化でき、基準信号が内部発生できるため、ノイズ対策が必要なく、小型化、低コスト化および高性能化が同時に実現できる。   The solid-state imaging device according to this embodiment is different from the solid-state imaging devices of the first to ninth embodiments in that the inverting amplifier is not a differential amplification type but a one-input type (for example, an inverter). According to this configuration, the inverting amplifier can be made smaller than a general differential amplifier, and the reference signal can be generated internally. Therefore, noise countermeasures are not required, and miniaturization, cost reduction, and high performance can be realized at the same time.

以上のように本実施の形態に係る固体撮像装置によれば、シェーディングを発生させることなくランダム雑音を抑圧することができる。   As described above, the solid-state imaging device according to the present embodiment can suppress random noise without causing shading.

(第11の実施形態)
図21は、本実施の形態に係るカメラシステムのブロック図である。
(Eleventh embodiment)
FIG. 21 is a block diagram of the camera system according to the present embodiment.

このカメラシステムは、レンズ600と、第1〜10の実施形態の固体撮像装置601と、駆動回路602と、外部インターフェイス部604とを備える。   This camera system includes a lens 600, the solid-state imaging device 601 of the first to tenth embodiments, a drive circuit 602, and an external interface unit 604.

上記構成を有するカメラにおいて、外部に信号が出力されるまでの処理は以下のような順序に沿っておこなわれる。
(1)レンズ600を光が通過し、固体撮像装置601に入る。
(2)信号処理部603は、駆動回路602を通して固体撮像装置601を駆動し、固体撮像装置601からの出力信号を取り込む。
(3)信号処理部603で処理した信号を、外部インターフェイス部604を通して外部に出力する。
In the camera having the above configuration, processing until a signal is output to the outside is performed in the following order.
(1) Light passes through the lens 600 and enters the solid-state imaging device 601.
(2) The signal processing unit 603 drives the solid-state imaging device 601 through the drive circuit 602 and takes in an output signal from the solid-state imaging device 601.
(3) The signal processed by the signal processing unit 603 is output to the outside through the external interface unit 604.

以上説明したように、本実施形態に係るカメラシステムは、シェーディングを発生させることなくランダム雑音を抑圧することが可能な固体撮像装置601を備えるため、高画質化を実現できる。   As described above, since the camera system according to the present embodiment includes the solid-state imaging device 601 that can suppress random noise without causing shading, high image quality can be realized.

以上、本発明の固体撮像装置およびカメラシステムについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、複数の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。   As described above, the solid-state imaging device and the camera system of the present invention have been described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to this embodiment. The present invention includes various modifications made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Moreover, you may combine each component in several embodiment arbitrarily in the range which does not deviate from the meaning of invention.

例えば、上記実施形態では、リセットトランジスタ3および選択トランジスタ5がn型MOSトランジスタであり、そのゲートに入力されるリセット信号および行選択信号に含まれるリセットパルスおよび行選択パルスが正パルス(上向きのパルス)であり、リセットパルスおよび行選択パルスの後縁が立ち下がりエッジである例について説明した。しかし、リセットトランジスタ3および選択トランジスタ5がp型MOSトランジスタである場合には、そのゲートに入力されるリセット信号および行選択信号に含まれるリセットパルスおよび行選択パルスが負パルス(下向きのパルス)であり、リセットパルスおよび行選択パルスの後縁が立ち上がりエッジとなる。   For example, in the above embodiment, the reset transistor 3 and the selection transistor 5 are n-type MOS transistors, and the reset pulse and the row selection pulse included in the reset signal and the row selection signal input to the gates thereof are positive pulses (upward pulses). In the above example, the trailing edge of the reset pulse and the row selection pulse is a falling edge. However, when the reset transistor 3 and the selection transistor 5 are p-type MOS transistors, the reset pulse and the row selection pulse included in the reset signal and the row selection signal input to the gates thereof are negative pulses (downward pulses). Yes, the trailing edge of the reset pulse and row selection pulse is the rising edge.

また、上記実施形態のそれぞれを組み合わせてもよく、列シェーディング及び行シェーディングを共に抑えるために、例えば第1〜5の実施形態の固体撮像装置の構成に第6〜9の実施形態の固体撮像装置の構成を付加してもよい。この場合には、例えばマルチプレクサ回路41と異なる距離の単位画素42でリセットトランジスタ3のゲート長が変化されると共に、フィードバックアンプ12の出力と異なる距離の単位画素42でリセットトランジスタ3のドレインを構成する拡散領域の容量が変化される。   Each of the above embodiments may be combined. In order to suppress both column shading and row shading, for example, the solid-state imaging devices of the sixth to ninth embodiments are added to the configuration of the solid-state imaging devices of the first to fifth embodiments. The configuration may be added. In this case, for example, the gate length of the reset transistor 3 is changed by the unit pixel 42 having a different distance from the multiplexer circuit 41, and the drain of the reset transistor 3 is formed by the unit pixel 42 having a different distance from the output of the feedback amplifier 12. The capacity of the diffusion region is changed.

本発明は、固体撮像装置およびカメラシステムに応用でき、特にランダムノイズが少なくかつ行列間のシェーディング補正が可能であり、高画質なデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯端末用カメラ、車載用カメラ、街頭カメラ、防犯用カメラおよび医療用カメラなどに応用できる。   The present invention can be applied to a solid-state imaging device and a camera system. Particularly, the random noise is low and shading correction between matrices is possible, and a high-quality digital still camera, digital video camera, mobile terminal camera, vehicle-mounted camera, It can be applied to street cameras, security cameras and medical cameras.

1 光電変換部
2 蓄積部
3 リセットトランジスタ
4 増幅トランジスタ
5 選択トランジスタ
6 電源線
7 画素リセット信号線
8 画素アドレス信号線
9 垂直信号線
10 画素負荷トランジスタ
11 画素負荷トランジスタ制御線
12 フィードバックアンプ
13 フィードバックAMP基準信号
14 垂直信号線リセットトランジスタ
15 垂直信号線リセットトランジスタ制御信号
16 フィードバック線
17 フィードバック線リセットトランジスタ
18 フィードバック線リセットトランジスタ制御信号
19、25、1003 コンデンサ
20 サンプルトランジスタ
21 サンプルトランジスタ制御信号
22 クランプトランジスタ
23 クランプトランジスタ制御信号
24 クランプ信号線
26 CDS出力ノード
27 列選択トランジスタ
28 列選択信号
29 列走査回路
30 水平信号線
31 出力アンプ
32 VOUT端子
33 行走査回路
34、35 行選択信号
36 リセット信号
37 画素リセット信号スイッチ
38 画素アドレス信号スイッチ
39 水平走査信号
40 垂直走査信号
41 マルチプレクサ回路
42 単位画素
43 画素部
44 フィードバック回路
45 CDS回路
46 フィードバック選択トランジスタ
50 タイミング制御回路
51 基準電圧発生回路
52 センサチップ
60 リセット信号制御回路
61 増幅器
71 半導体基板
72、75、77 ゲート電極
73、74、76、78、79 拡散層
80 素子分離領域
81 光電変換膜
82 画素電極
83 透明電極
84 絶縁膜
85 コンタクト
600 レンズ
601 固体撮像装置
602 駆動回路
603 信号処理部
604 外部インターフェイス部
1001、1002、1004、1005、1006 抵抗素子
1007 抵抗値選択信号
1008 セレクタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photoelectric conversion part 2 Accumulation part 3 Reset transistor 4 Amplification transistor 5 Selection transistor 6 Power supply line 7 Pixel reset signal line 8 Pixel address signal line 9 Vertical signal line 10 Pixel load transistor 11 Pixel load transistor control line 12 Feedback amplifier 13 Feedback AMP reference | standard Signal 14 Vertical signal line reset transistor 15 Vertical signal line reset transistor control signal 16 Feedback line 17 Feedback line reset transistor 18 Feedback line reset transistor control signal 19, 25, 1003 Capacitor 20 Sample transistor 21 Sample transistor control signal 22 Clamp transistor 23 Clamp transistor 23 Control signal 24 Clamp signal line 26 CDS output node 27 Column selection transistor 28 column selection signal 29 column scanning circuit 30 horizontal signal line 31 output amplifier 32 VOUT terminal 33 row scanning circuit 34, 35 row selection signal 36 reset signal 37 pixel reset signal switch 38 pixel address signal switch 39 horizontal scanning signal 40 vertical scanning signal 41 Multiplexer circuit 42 Unit pixel 43 Pixel unit 44 Feedback circuit 45 CDS circuit 46 Feedback selection transistor 50 Timing control circuit 51 Reference voltage generation circuit 52 Sensor chip 60 Reset signal control circuit 61 Amplifier 71 Semiconductor substrate 72, 75, 77 Gate electrodes 73, 74 , 76, 78, 79 Diffusion layer 80 Element isolation region 81 Photoelectric conversion film 82 Pixel electrode 83 Transparent electrode 84 Insulating film 85 Contact 600 Lens 601 Solid-state imaging device 602 Drive circuit 603 Signal processing unit 604 External interface unit 1001, 1002, 1004, 1005, 1006 Resistance element 1007 Resistance value selection signal 1008 Selector

Claims (12)

半導体基板で行列状に配置された複数の単位画素と、
前記単位画素の列ごとに設けられた垂直信号線と、
前記垂直信号線と接続された反転増幅器と、
前記反転増幅器の出力信号を対応する列の前記単位画素にフィードバックするために前記単位画素の列ごとに設けられたフィードバック線と、
前記単位画素の信号をリセットするために前記単位画素の行ごとに設けられたリセット信号線と、
前記リセット信号線を伝達するリセット信号を生成するタイミング制御回路と、
前記タイミング制御回路から出力されたリセット信号に含まれるリセットパルスの後縁の波形に傾斜を付与するよう前記リセット信号の波形を調整するリセット信号制御回路とを備え、
前記単位画素は、増幅トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタ及び光電変換部を有し、
前記光電変換部は、前記半導体基板の上方に形成された光電変換膜と、前記光電変換膜の前記半導体基板側の面に形成された画素電極と、前記光電変換膜の前記画素電極と反対側の面に形成された透明電極とを有し、
前記増幅トランジスタは、ゲートが前記画素電極に接続され、ソースが前記垂直信号線と接続され、ドレインが電源線と接続され、
前記リセットトランジスタは、ゲートが前記リセット信号線に接続され、ソースが前記画素電極と接続され、ドレインが前記フィードバック線と接続され、
前記選択トランジスタは、前記増幅トランジスタのソースと前記垂直信号線との間又は前記増幅トランジスタのドレインと前記電源線との間に挿入され、
前記リセットトランジスタのオンオフを制御する前記リセットパルスの後縁の変化の開始から前記リセットトランジスタがオフになるまでのソフトリセット時間は、同じ行の前記単位画素のそれぞれで揃えられている
固体撮像装置。
A plurality of unit pixels arranged in a matrix on a semiconductor substrate;
A vertical signal line provided for each column of the unit pixels;
An inverting amplifier connected to the vertical signal line;
A feedback line provided for each column of the unit pixels in order to feed back the output signal of the inverting amplifier to the unit pixels of the corresponding column;
A reset signal line provided for each row of the unit pixels in order to reset the signal of the unit pixels;
A timing control circuit for generating a reset signal for transmitting the reset signal line;
A reset signal control circuit that adjusts the waveform of the reset signal so as to give a slope to the waveform of the trailing edge of the reset pulse included in the reset signal output from the timing control circuit,
The unit pixel includes an amplification transistor, a selection transistor, a reset transistor, and a photoelectric conversion unit,
The photoelectric conversion unit includes a photoelectric conversion film formed above the semiconductor substrate, a pixel electrode formed on a surface of the photoelectric conversion film on the semiconductor substrate side, and a side opposite to the pixel electrode of the photoelectric conversion film. A transparent electrode formed on the surface of
The amplification transistor has a gate connected to the pixel electrode, a source connected to the vertical signal line, a drain connected to a power supply line,
The reset transistor has a gate connected to the reset signal line, a source connected to the pixel electrode, a drain connected to the feedback line,
The selection transistor is inserted between the source of the amplification transistor and the vertical signal line or between the drain of the amplification transistor and the power line.
The soft reset time from the start of the change of the trailing edge of the reset pulse for controlling on / off of the reset transistor to the time when the reset transistor is turned off is aligned in each of the unit pixels in the same row.
前記選択トランジスタのゲートに供給される行選択信号は、前記選択トランジスタのオンオフを制御する行選択パルスを含み、
前記ソフトリセット時間は、前記行選択パルスの後縁の変化の開始から前記選択トランジスタがオフになるまでの時間の十倍以上である
請求項1に記載の固体撮像装置。
The row selection signal supplied to the gate of the selection transistor includes a row selection pulse for controlling on / off of the selection transistor,
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the soft reset time is ten times or more of a time from the start of a change in the trailing edge of the row selection pulse to when the selection transistor is turned off.
前記固体撮像装置は、さらに、前記リセット信号線上に設けられた増幅器を備え、
少なくとも1つの前記リセットトランジスタのゲートは、前記増幅器を介して前記リセット信号線と接続される
請求項1又は2に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device further includes an amplifier provided on the reset signal line,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a gate of at least one of the reset transistors is connected to the reset signal line via the amplifier.
前記固体撮像装置は、さらに、前記タイミング制御回路と前記単位画素との間に設けられ、前記リセット信号を所定行の単位画素に対応する前記リセット信号線に選択的に供給するマルチプレクサ回路を備え、
前記リセット信号線では、前記マルチプレクサ回路と前記マルチプレクサ回路から近い距離の第1の単位画素とをつなぐ部分の配線抵抗は、前記マルチプレクサ回路から遠い距離の第2の単位画素と前記第1の単位画素とをつなぐ部分の配線抵抗より大きい
請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device further includes a multiplexer circuit that is provided between the timing control circuit and the unit pixel and selectively supplies the reset signal to the reset signal line corresponding to the unit pixel of a predetermined row,
In the reset signal line, the wiring resistance of the portion connecting the multiplexer circuit and the first unit pixel at a distance close to the multiplexer circuit is the second unit pixel and the first unit pixel at a distance far from the multiplexer circuit. The solid-state imaging device of any one of Claims 1-3.
前記固体撮像装置は、さらに、前記タイミング制御回路と前記単位画素との間に設けられ、前記リセット信号を所定行の単位画素に対応する前記リセット信号線に選択的に供給するマルチプレクサ回路を備え、
同じ行の前記単位画素の前記リセットトランジスタのゲートサイズは、前記マルチプレクサ回路から近い距離の第1の単位画素で大きく、前記マルチプレクサ回路から遠い距離の第2の単位画素で小さい
請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device further includes a multiplexer circuit that is provided between the timing control circuit and the unit pixel and selectively supplies the reset signal to the reset signal line corresponding to the unit pixel of a predetermined row,
The gate size of the reset transistor of the unit pixel in the same row is large in the first unit pixel close to the multiplexer circuit and small in the second unit pixel far from the multiplexer circuit. The solid-state imaging device according to any one of the above.
前記固体撮像装置は、さらに、前記タイミング制御回路と前記単位画素との間に設けられ、前記リセット信号を所定行の単位画素に対応する前記リセット信号線に選択的に供給するマルチプレクサ回路を備え、
同じ行の前記単位画素の前記リセットトランジスタの閾値電圧は、前記マルチプレクサ回路から近い距離の第1の単位画素で高く、前記マルチプレクサ回路から遠い距離の第2の単位画素で低い
請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device further includes a multiplexer circuit that is provided between the timing control circuit and the unit pixel and selectively supplies the reset signal to the reset signal line corresponding to the unit pixel of a predetermined row,
The threshold voltage of the reset transistor of the unit pixel in the same row is high in the first unit pixel close to the multiplexer circuit and low in the second unit pixel far from the multiplexer circuit. The solid-state imaging device according to any one of the above.
半導体基板で行列状に配置された複数の単位画素と、
前記単位画素の列ごとに設けられた垂直信号線と、
前記垂直信号線と接続された反転増幅器と、
前記反転増幅器の出力信号を対応する列の前記単位画素にフィードバックするために前記単位画素の列ごとに設けられたフィードバック線とを備え、
前記単位画素は、増幅トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタ及び光電変換部を有し、
前記光電変換部は、前記半導体基板の上方に形成された光電変換膜と、前記光電変換膜の前記半導体基板側の面に形成された画素電極と、前記光電変換膜の前記画素電極と反対側の面に形成された透明電極とを有し、
前記増幅トランジスタは、ゲートが前記画素電極に接続され、ソースが前記垂直信号線と接続され、ドレインが電源線と接続され、
前記リセットトランジスタは、ソースが前記画素電極と接続され、ドレインが前記フィードバック線と接続され、
前記選択トランジスタは、前記増幅トランジスタのソースと前記垂直信号線との間又は前記増幅トランジスタのドレインと前記電源線との間に挿入され、
前記反転増幅器の出力信号の前記単位画素に入力される信号の位相は、同じ列の前記単位画素のそれぞれで揃えられている
固体撮像装置。
A plurality of unit pixels arranged in a matrix on a semiconductor substrate;
A vertical signal line provided for each column of the unit pixels;
An inverting amplifier connected to the vertical signal line;
A feedback line provided for each column of the unit pixels in order to feed back the output signal of the inverting amplifier to the unit pixels of the corresponding column;
The unit pixel includes an amplification transistor, a selection transistor, a reset transistor, and a photoelectric conversion unit,
The photoelectric conversion unit includes a photoelectric conversion film formed above the semiconductor substrate, a pixel electrode formed on a surface of the photoelectric conversion film on the semiconductor substrate side, and a side opposite to the pixel electrode of the photoelectric conversion film. A transparent electrode formed on the surface of
The amplification transistor has a gate connected to the pixel electrode, a source connected to the vertical signal line, a drain connected to a power supply line,
The reset transistor has a source connected to the pixel electrode, a drain connected to the feedback line,
The selection transistor is inserted between the source of the amplification transistor and the vertical signal line or between the drain of the amplification transistor and the power line.
The phase of the signal input to the unit pixel of the output signal of the inverting amplifier is aligned in each of the unit pixels in the same column.
前記固体撮像装置は、さらに、前記フィードバック線上に設けられた増幅器を備え、
少なくとも1つの前記リセットトランジスタのドレインは、前記増幅器を介して前記フィードバック線と接続される
請求項7に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device further includes an amplifier provided on the feedback line,
The solid-state imaging device according to claim 7, wherein a drain of at least one reset transistor is connected to the feedback line via the amplifier.
前記フィードバック線では、前記反転増幅器の出力と前記反転増幅器の出力から近い第1の単位画素とをつなぐ部分の配線抵抗は、前記反転増幅器の出力から遠い第2の単位画素と前記第1の単位画素とをつなぐ部分の配線抵抗より大きい
請求項7又は8に記載の固体撮像装置。
In the feedback line, the wiring resistance of the portion connecting the output of the inverting amplifier and the first unit pixel close to the output of the inverting amplifier is the second unit pixel far from the output of the inverting amplifier and the first unit. The solid-state imaging device according to claim 7 or 8, wherein the solid-state imaging device is larger than a wiring resistance of a portion connecting the pixel.
同じ列の前記単位画素の前記リセットトランジスタのドレイン拡散容量は、前記反転増幅器の出力から近い距離の第1の単位画素で大きく、前記反転増幅器の出力から遠い距離の第2の単位画素で小さい
請求項7又は8に記載の固体撮像装置。
The drain diffusion capacitance of the reset transistor of the unit pixel in the same column is large in the first unit pixel close to the output of the inverting amplifier and small in the second unit pixel far from the output of the inverting amplifier. Item 9. The solid-state imaging device according to Item 7 or 8.
前記反転増幅器は、1入力型である
請求項1〜10のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the inverting amplifier is a one-input type.
請求項1〜11のいずれか1項に記載の固体撮像装置を備える
カメラシステム。
A camera system comprising the solid-state imaging device according to claim 1.
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