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JP4642552B2 - Imaging device - Google Patents

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JP4642552B2 JP2005151951A JP2005151951A JP4642552B2 JP 4642552 B2 JP4642552 B2 JP 4642552B2 JP 2005151951 A JP2005151951 A JP 2005151951A JP 2005151951 A JP2005151951 A JP 2005151951A JP 4642552 B2 JP4642552 B2 JP 4642552B2
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Description

本発明は、光電変換により得られた撮像信号の利得を制御してからデジタル信号に変換する撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus that converts a gain of an imaging signal obtained by photoelectric conversion into a digital signal.

近年撮像素子の高画素化が進む一方、フレームレートを確保するため撮像素子の読出しレートの高速化が進んでいる。また、撮像素子からの撮像信号を画像圧縮しながら大容量のメモリへの格納や液晶モニタへの映像出力など、多機能化しつつ小型化も進んでいる。さらには、電源投入から撮影開始までの時間を短くし使い勝手の向上も求められている。このように、撮像装置では処理速度の高速化と小型化が進んでおり、撮像素子で得られるアナログ信号をデジタル信号に変換する過程で混入するノイズを低減することが求められている。   In recent years, while the number of pixels of the image sensor has increased, the readout rate of the image sensor has been increased to ensure the frame rate. Further, miniaturization is progressing while becoming multifunctional, such as storing in a large-capacity memory and outputting video to a liquid crystal monitor while compressing an image pickup signal from the image pickup device. Furthermore, there is a demand for improved usability by shortening the time from power-on to the start of shooting. As described above, in the imaging apparatus, the processing speed is increased and the size is reduced, and it is required to reduce noise mixed in the process of converting an analog signal obtained by the imaging element into a digital signal.

これに対し、撮像素子を有する撮像装置から、基準信号をクランプさせた画像信号と、基準信号とをそれぞれ同一の特性を有する第1、第2ドライバにより信号処理部側に出力させ、信号処理部側で減算処理を行う撮像装置が提案されている(特許文献1)。   On the other hand, an image signal obtained by clamping the reference signal from the image pickup apparatus having the image pickup element and the reference signal are output to the signal processing unit side by the first and second drivers having the same characteristics. An imaging apparatus that performs subtraction processing on the side has been proposed (Patent Document 1).

特許文献1の撮像装置は、増幅回路等の信号処理回路が撮像素子と離れた信号処理部側に設け、撮像素子及び撮像素子基板の小型化を実現するものであり、基準信号にクランプさせた画像信号と基準信号とをそれぞれ第1、第2ドライバから出力させ、信号処理部側で減算することにより伝送中の画像信号に混入するノイズの低減が図られている。   The image pickup apparatus of Patent Document 1 has a signal processing circuit such as an amplifier circuit provided on the signal processing unit side away from the image pickup device, and realizes downsizing of the image pickup device and the image pickup device substrate, and is clamped to a reference signal. The image signal and the reference signal are output from the first and second drivers, respectively, and subtracted on the signal processing unit side, thereby reducing noise mixed in the image signal being transmitted.

しかし、撮像素子からの画像信号を基準信号にクランプさせるためにクランプ回路を用いるため、クランプ回路において発生するノイズが画像信号に混入されることが問題であった。また、クランプ回路が安定するまでに要する過渡応答時間に関しては考慮されていなかった。
特開2001−86414号公報
However, since a clamp circuit is used to clamp the image signal from the image sensor to the reference signal, noise generated in the clamp circuit is mixed into the image signal. Further, the transient response time required until the clamp circuit is stabilized has not been considered.
JP 2001-86414 A

従って、本発明では、従来の問題点に鑑み、高画素の信号を高速で処理する撮像装置の提供を目的とする。   Therefore, in view of the conventional problems, an object of the present invention is to provide an imaging apparatus that processes a high-pixel signal at high speed.

本発明の撮像装置は、受光量に応じた電荷を発生させる光電変換手段から発生した電荷を受取り受取った電荷に応じた第1信号を生成する第1信号生成手段と、第1信号生成手段に受取られた電荷をリセットしリセットされた状態におけるリセット信号を第1信号生成手段に生成させる第1リセット手段と、第1信号とリセット信号とに基づいて画像信号を生成する画像信号生成手段と、画像信号を出力するための第1出力手段と、リセット信号と略同一である第2信号を生成する第2信号生成手段と第1出力手段と同一の特性を有し第2信号を出力するための第2出力手段とを備えることを特徴としている。   The imaging apparatus according to the present invention includes a first signal generation unit that generates a first signal corresponding to the received charge received from the photoelectric conversion unit that generates a charge corresponding to the amount of received light, and a first signal generation unit. First reset means for resetting the received charge and causing the first signal generating means to generate a reset signal in a reset state; and an image signal generating means for generating an image signal based on the first signal and the reset signal; To output a second signal having the same characteristics as the first output means for outputting an image signal, the second signal generating means for generating a second signal substantially the same as the reset signal, and the first output means. The second output means is provided.

なお、第2信号生成手段が第1信号生成手段と同一の特性を有する第2信号生成部と第1リセット手段と同一の特性を有する第2リセット手段とを有することが好ましく、さらに、第1リセット手段は前記電荷をリセットするために用いるリセット電圧の第1信号生成手段への印加のON・OFFの切替を行い、ONであるときにリセット電圧に応じてリセット信号を第1信号生成手段に生成させ、第2リセット手段はリセット電圧を第2信号生成部に印加し、第2信号生成部はリセット電圧に応じて第2信号を生成することが好ましい。   The second signal generating means preferably includes a second signal generating unit having the same characteristics as the first signal generating means and a second reset means having the same characteristics as the first reset means. The reset means switches ON / OFF the application of the reset voltage used for resetting the charge to the first signal generation means, and when it is ON, the reset signal is sent to the first signal generation means according to the reset voltage. Preferably, the second reset unit applies a reset voltage to the second signal generation unit, and the second signal generation unit generates the second signal according to the reset voltage.

また、画像信号生成手段には、入力端に接続されるリセット信号保持手段と、リセット信号保持手段の出力端と第2信号生成手段の出力端との導通のON/OFFを切替える第1スイッチと、リセット信号保持手段の出力端と画像信号生成手段の出力端との導通のON/OFFを切替える第2スイッチと、画像信号生成手段の出力端と前記第2スイッチとの間に設けられ画像信号を保持するための画像信号保持手段とが設けられることが好ましい。   The image signal generating means includes a reset signal holding means connected to the input terminal, a first switch for switching ON / OFF of conduction between the output terminal of the reset signal holding means and the output terminal of the second signal generating means. A second switch for switching ON / OFF of conduction between the output terminal of the reset signal holding means and the output terminal of the image signal generating means, and an image signal provided between the output terminal of the image signal generating means and the second switch. Preferably, image signal holding means for holding the image signal is provided.

また、光電変換手段を備えることが好ましい。さらに、光電変換手段、第1、第2信号生成手段、第1リセット手段、及び画像信号生成手段が単一のチップに集積されることが好ましい。   Moreover, it is preferable to provide a photoelectric conversion means. Further, it is preferable that the photoelectric conversion means, the first and second signal generation means, the first reset means, and the image signal generation means are integrated on a single chip.

また、第1信号生成手段と同一の特性を有しリセット信号と略同一である第3信号を生成する第3信号生成手段と、画像信号生成手段には画像信号生成手段の入力端に接続されるリセット信号保持手段と、リセット信号保持手段の出力端と第3信号生成手段の出力端との導通のON/OFFを切替える第1スイッチと、リセット信号保持手段の出力端と画像信号生成手段の出力端との導通のON/OFFを切替える第2スイッチと、画像信号生成手段の出力端と第2スイッチとの間に設けられ画像信号を保持するための画像信号保持手段とが設けられることが好ましい。   The third signal generating means for generating a third signal having the same characteristics as the first signal generating means and substantially the same as the reset signal, and the image signal generating means are connected to the input terminal of the image signal generating means. Reset signal holding means, a first switch for switching ON / OFF between the output terminal of the reset signal holding means and the output terminal of the third signal generating means, the output terminal of the reset signal holding means, and the image signal generating means There may be provided a second switch for switching ON / OFF of conduction with the output end, and an image signal holding means for holding an image signal provided between the output end of the image signal generating means and the second switch. preferable.

また、第3信号生成手段が第1信号生成手段と同一の特性を有する第3信号生成部と第1リセット手段と同一の特性を有する第3リセット手段とを有することが好ましく、さらに、第1リセット手段は電荷をリセットするために用いるリセット電圧の第1信号生成手段への印加のON・OFFの切替を行い、ONであるときにリセット電圧に応じてリセット信号を前記第1信号生成手段に生成させ、第3リセット手段はリセット電圧を第3信号生成部に印加し、第3信号生成部はリセット電圧に応じて第3信号を生成することがこのましい。   The third signal generating means preferably includes a third signal generating unit having the same characteristics as the first signal generating means, and a third reset means having the same characteristics as the first reset means. The reset means switches ON / OFF the application of the reset voltage used for resetting the charge to the first signal generation means, and when it is ON, a reset signal is sent to the first signal generation means according to the reset voltage. Preferably, the third reset means applies a reset voltage to the third signal generator, and the third signal generator generates the third signal according to the reset voltage.

また、光電変換手段、第1〜第3信号生成手段、第1リセット手段、及び画像信号生成手段が単一のチップに集積されることが好ましい。   The photoelectric conversion means, the first to third signal generation means, the first reset means, and the image signal generation means are preferably integrated on a single chip.

本発明によれば、高画素の信号を高速で処理した場合でも高精度の画像信号を得ることが可能となる。また、本発明によれば、クランプ回路を必要としないのでノイズが増加することなく、また、起動時の速度を早くすることが可能となる。また、画像信号の黒レベルと略等しい基準電位を作成できるので、後段で用いる増幅器の増幅率を幅広く設定することが出来るので高感度の設定が可能となる。   According to the present invention, it is possible to obtain a highly accurate image signal even when a high-pixel signal is processed at high speed. In addition, according to the present invention, since a clamp circuit is not required, noise does not increase and the speed at the time of startup can be increased. In addition, since a reference potential that is substantially equal to the black level of the image signal can be created, a wide range of amplification factors can be set for the amplifier used in the subsequent stage, so that high sensitivity can be set.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態を適用した撮像装置と撮像装置に接続される信号処理部の内部構成を概略的に示すブロック図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram schematically showing an internal configuration of an image pickup apparatus to which the first embodiment of the present invention is applied and a signal processing unit connected to the image pickup apparatus.

撮像装置10と信号処理部50とは、第1、第2線路L1、L2を介して接続される。撮像装置10に受光された被写体像は画像信号として、第1、第2線路L1、L2を通じて信号処理部50に出力される。信号処理部50において、出力された画像信号に所定の信号処理が行われる。   The imaging device 10 and the signal processing unit 50 are connected via the first and second lines L1 and L2. The subject image received by the imaging device 10 is output as an image signal to the signal processing unit 50 through the first and second lines L1 and L2. In the signal processing unit 50, predetermined signal processing is performed on the output image signal.

撮像装置10は、画像信号生成ユニット11、タイミングジェネレータ(TG)12、第1出力部13(第1出力手段)、及び第2出力部14(第2出力手段)によって構成される。画像信号生成ユニット11は、第1出力部13と、第2出力部14とに並列に接続される。   The imaging device 10 includes an image signal generation unit 11, a timing generator (TG) 12, a first output unit 13 (first output unit), and a second output unit 14 (second output unit). The image signal generation unit 11 is connected in parallel to the first output unit 13 and the second output unit 14.

画像信号生成ユニット11によって、被写体像に相当する被写体画像信号及び基準となる黒色に相当する黒色画像信号が生成される。両画像信号は、第1出力部13を介して撮像装置10から出力される。また、撮像装置10から信号処理部50に画像信号を伝送する際に混入されるノイズを除去するための基準信号(第2信号)が、画像信号生成ユニット11によって生成される。基準信号は、第2出力部14を介して撮像装置10から出力される。   The image signal generation unit 11 generates a subject image signal corresponding to the subject image and a black image signal corresponding to black as a reference. Both image signals are output from the imaging device 10 via the first output unit 13. In addition, the image signal generation unit 11 generates a reference signal (second signal) for removing noise mixed when the image signal is transmitted from the imaging device 10 to the signal processing unit 50. The reference signal is output from the imaging device 10 via the second output unit 14.

信号処理部50には、差分出力回路51、増幅回路52、及びクランプ回路53が設けられる。撮像装置10の第1、第2出力部13、14は、それぞれ第1、第2線路L1、L2を介して差分出力回路51に接続される。差分出力回路51において、第1出力部13から伝送される画像信号から第2出力部14から伝送される基準信号が減算される。   The signal processing unit 50 is provided with a differential output circuit 51, an amplifier circuit 52, and a clamp circuit 53. The first and second output units 13 and 14 of the imaging device 10 are connected to the differential output circuit 51 via the first and second lines L1 and L2, respectively. In the difference output circuit 51, the reference signal transmitted from the second output unit 14 is subtracted from the image signal transmitted from the first output unit 13.

第1出力部13と第2出力部14は特性が同じものであり、撮像装置10から信号処理部50への画像信号の伝送中にノイズが発生した場合であっても、第1、第2出力部13、14から伝送されるそれぞれの画像信号及び基準信号には同じノイズ成分が混入する。従って、差分出力回路51における減算により、ノイズ成分の除去された被写体画像信号及び黒色画像信号が得られる。   The first output unit 13 and the second output unit 14 have the same characteristics, and even if noise occurs during transmission of an image signal from the imaging device 10 to the signal processing unit 50, the first and second output units 13 and 14 are the same. The same noise component is mixed in each image signal and reference signal transmitted from the output units 13 and 14. Accordingly, the subject image signal and the black image signal from which the noise component has been removed are obtained by subtraction in the difference output circuit 51.

ノイズ成分の除去された被写体画像信号及び黒色画像信号が、増幅回路52によって増幅される。増幅回路52の出力端にはクランプ回路53が設けられ、増幅回路52から出力される信号にクランプ処理が行われる。クランプ処理が行われた信号は信号処理回路(図示せず)に出力され、AD変換、色補完処理等の所定の信号処理が行われた後に、LCD(図示せず)に送られ、画像が表示される。   The subject image signal and the black image signal from which the noise component has been removed are amplified by the amplification circuit 52. A clamp circuit 53 is provided at the output terminal of the amplifier circuit 52, and a clamp process is performed on the signal output from the amplifier circuit 52. The clamped signal is output to a signal processing circuit (not shown), subjected to predetermined signal processing such as AD conversion and color complementation processing, and then sent to an LCD (not shown). Is displayed.

次に図2を用いて、画像信号生成ユニット11の構成について説明する。図2は撮像装置10の概略構成を示す図である。画像信号生成ユニット11はCMOS撮像素子であり、撮像部20と相関2重サンプリング・サンプルホールド(CDS/SH)回路40(画像信号生成手段)が設けられる。撮像部20は2次元状に配列された画素によって構成される。   Next, the configuration of the image signal generation unit 11 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of the imaging apparatus 10. The image signal generation unit 11 is a CMOS image pickup device, and is provided with an image pickup unit 20 and a correlated double sampling / sample hold (CDS / SH) circuit 40 (image signal generation means). The imaging unit 20 is configured by pixels arranged in a two-dimensional manner.

撮像部20は、撮像領域PA、黒色検出領域BA、及び基準領域SAを有する。撮像領域PAを構成する撮像画素21Pから受光量に応じて信号電荷が発生する。一方、黒色検出領域BAを構成する黒色画素21Bの撮像面は遮光膜(図示せず)によって遮光されており、黒色画素21Bからは黒色に相当する信号電荷が発生する。基準領域SAを構成する基準画素21S(第2信号生成手段)からは、基準信号が発生する。   The imaging unit 20 includes an imaging area PA, a black detection area BA, and a reference area SA. Signal charges are generated according to the amount of received light from the imaging pixels 21P constituting the imaging area PA. On the other hand, the imaging surface of the black pixel 21B constituting the black detection area BA is shielded from light by a light shielding film (not shown), and signal charges corresponding to black are generated from the black pixel 21B. A reference signal is generated from the reference pixel 21S (second signal generating means) constituting the reference area SA.

なお、撮像画素21Pにおいて発生する信号電荷に基づいて、被写体画像信号が生成される。黒色21Bにおいて発生する信号電荷に基づいて、黒色画像信号が生成される。   A subject image signal is generated based on the signal charge generated in the imaging pixel 21P. A black image signal is generated based on the signal charge generated in the black color 21B.

図3、図4を用いて、撮像画素、黒色画素、及び基準画素の構成について説明する。図3は撮像画素21PとCDS/SH回路40の構成を示す図である。任意の撮像画素21Pの構成について説明するが、他の撮像画素21Pの構成も同様である。   The configuration of the imaging pixel, the black pixel, and the reference pixel will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the imaging pixel 21P and the CDS / SH circuit 40. As shown in FIG. The configuration of the arbitrary imaging pixel 21P will be described, but the configuration of the other imaging pixels 21P is the same.

撮像画素21Pには、フォトダイオード(PD)22(光電変換手段)、フローティングディフュージョン(FD)23、転送トランジスタ24、リセットトランジスタ25(第1リセット手段)、増幅トランジスタ26、及び選択トランジスタ27が設けられる。   The imaging pixel 21P is provided with a photodiode (PD) 22 (photoelectric conversion means), a floating diffusion (FD) 23, a transfer transistor 24, a reset transistor 25 (first reset means), an amplification transistor 26, and a selection transistor 27. .

PD22において、撮像画素21Pにおける受光量に応じた電荷が発生し、発生した電荷が蓄積される。PD22は、転送トランジスタ24を介してFD23に接続される。転送トランジスタ24にON信号が入力されるとき、PD22に蓄積された電荷はFD23に転送される。FD23の電位は、転送された電荷に応じた電位に変わる。   In the PD 22, charges corresponding to the amount of light received by the imaging pixel 21P are generated, and the generated charges are accumulated. The PD 22 is connected to the FD 23 via the transfer transistor 24. When an ON signal is input to the transfer transistor 24, the charge accumulated in the PD 22 is transferred to the FD 23. The potential of the FD 23 changes to a potential corresponding to the transferred charge.

FD23は、リセットトランジスタ25を介して所定の電位(リセット電圧)に維持された電源線VDDに接続される。リセットトランジスタ25にON信号が入力されるとき、FD23に転送された電荷は電源線VDDに掃出されてリセットされる。またFD23の電位は、電源線VDDの電位にリセットされる。 The FD 23 is connected via a reset transistor 25 to a power supply line V DD maintained at a predetermined potential (reset voltage). When an ON signal is input to the reset transistor 25, the charge transferred to the FD 23 is swept out to the power supply line V DD and reset. Further, the potential of the FD 23 is reset to the potential of the power supply line V DD .

また、FD23は増幅トランジスタ26の副電極に接続される。FD23の電位に応じた信号電位が、画素信号として撮像画素21Pから出力可能になる。従って、FD23と増幅トランジスタ26とが、PD22から受取った電荷に応じた画素信号を生成する信号生成ユニット(第1信号生成手段)として機能する。   The FD 23 is connected to the sub electrode of the amplification transistor 26. A signal potential corresponding to the potential of the FD 23 can be output from the imaging pixel 21P as a pixel signal. Accordingly, the FD 23 and the amplification transistor 26 function as a signal generation unit (first signal generation unit) that generates a pixel signal corresponding to the charge received from the PD 22.

増幅トランジスタ26の主電極は、選択トランジスタ27を介して垂直読出し線28に接続される。選択トランジスタ27にON信号が出力されるとき、画素信号は垂直読出し線28に出力される。   The main electrode of the amplification transistor 26 is connected to the vertical read line 28 via the selection transistor 27. When the ON signal is output to the selection transistor 27, the pixel signal is output to the vertical readout line 28.

なお、転送トランジスタ24、リセットトランジスタ25、及び選択トランジスタ27にはパルス状のON/OFF信号であるΦT、ΦR、ΦSLが交互に出力される。トランジスタ24、25、27それぞれに出力されるON/OFF信号のタイミングは、TG12により制御される。 Note that Φ T , Φ R , and Φ SL that are pulsed ON / OFF signals are alternately output to the transfer transistor 24, the reset transistor 25, and the selection transistor 27. The timing of the ON / OFF signal output to each of the transistors 24, 25, and 27 is controlled by the TG 12.

後述するタイミングで転送トランジスタ24、リセットトランジスタ25、及び選択トランジスタ27のON/OFFの切替を行うことにより、PD22から電荷が転送されたときの画素信号である第1画素信号(第1信号)、或いはFD23の電位が所定の電位にリセットされたときの画素信号であるリセット信号が垂直読出し線28に出力される。   A first pixel signal (first signal) which is a pixel signal when charge is transferred from the PD 22 by switching ON / OFF of the transfer transistor 24, the reset transistor 25, and the selection transistor 27 at a timing described later. Alternatively, a reset signal which is a pixel signal when the potential of the FD 23 is reset to a predetermined potential is output to the vertical readout line 28.

なお、黒色画素21Bの構成は、前述のように遮光膜(図示せず)によって遮光されるPD(第2光電変換手段)である以外の構成は、撮像画素21Pの構成と同じである。撮像部20の製造プロセスにおいて撮像画素21Pと黒色画素21Bとは同時に一体的に形成され、撮像画素21P及び黒色画素21Bを構成するPD22、FD23、転送トランジスタ24、リセットトランジスタ25、増幅トランジスタ26、及び選択トランジスタ27の特性は同じになる。   The configuration of the black pixel 21B is the same as the configuration of the imaging pixel 21P except that it is a PD (second photoelectric conversion means) shielded by a light shielding film (not shown) as described above. In the manufacturing process of the imaging unit 20, the imaging pixel 21P and the black pixel 21B are integrally formed at the same time, and the PD 22, FD 23, transfer transistor 24, reset transistor 25, amplification transistor 26, and the like constituting the imaging pixel 21P and the black pixel 21B, and The characteristics of the selection transistor 27 are the same.

垂直読出し線28の一端は、CDS/SH回路40に接続される。他端は電流源Issに接続される。CDS/SH回路40は、クランプキャパシタ41(リセット信号保持手段)、サンプルホールド(SH)キャパシタ42(画像信号保持手段)、クランプトランジスタ43(第1スイッチ)、サンプルホールド(SH)トランジスタ44(第2スイッチ)によって構成される。   One end of the vertical read line 28 is connected to the CDS / SH circuit 40. The other end is connected to the current source Iss. The CDS / SH circuit 40 includes a clamp capacitor 41 (reset signal holding means), a sample hold (SH) capacitor 42 (image signal holding means), a clamp transistor 43 (first switch), and a sample hold (SH) transistor 44 (second second). Switch).

クランプキャパシタ41の一端は、CDS/SH回路40の入力端として垂直読出し線28に接続される。クランプキャパシタ41の他端は、クランプトランジスタ43とSHトランジスタ44とに並列に接続される。クランプトランジスタ43にON信号が出力されるとき、リセット信号がクランプキャパシタ41によって保持される。   One end of the clamp capacitor 41 is connected to the vertical read line 28 as an input end of the CDS / SH circuit 40. The other end of the clamp capacitor 41 is connected in parallel to the clamp transistor 43 and the SH transistor 44. When the ON signal is output to the clamp transistor 43, the reset signal is held by the clamp capacitor 41.

SHトランジスタ44の出力端は、SHキャパシタ42とCDS/SH回路40の出力端とに並列に接続される。すなわち、SHキャパシタ42は、SHトランジスタ44の出力側とCDS/SH回路40との間に設けられる。SHトランジスタ44にON信号が出力されるとき、第1画素信号からリセット信号が減算された画像信号がSHキャパシタ42にサンプルホールドされる。したがって、CDS/SH回路40において、画像信号が生成される。   The output terminal of the SH transistor 44 is connected in parallel with the SH capacitor 42 and the output terminal of the CDS / SH circuit 40. That is, the SH capacitor 42 is provided between the output side of the SH transistor 44 and the CDS / SH circuit 40. When the ON signal is output to the SH transistor 44, the image signal obtained by subtracting the reset signal from the first pixel signal is sampled and held in the SH capacitor. Therefore, the CDS / SH circuit 40 generates an image signal.

CDS/SH回路40の出力端は列選択トランジスタ29を介して、水平信号線30に接続される。列選択トランジスタ29にON信号が出力されるとき、SHキャパシタ42にサンプルホールドされた画像信号が画像信号生成ユニット11から出力される。   The output terminal of the CDS / SH circuit 40 is connected to the horizontal signal line 30 via the column selection transistor 29. When the ON signal is output to the column selection transistor 29, the image signal sampled and held in the SH capacitor 42 is output from the image signal generation unit 11.

なお、撮像画素21Pから出力される第1画素信号とリセット信号に基づいて生成される画像信号が、被写体画像信号として後段の回路において処理される。また黒色画素21Bから出力される第1画素信号とリセット信号とに基づいて生成される画像信号が、黒色画像信号として後段の回路において処理される。   Note that an image signal generated based on the first pixel signal output from the imaging pixel 21P and the reset signal is processed as a subject image signal in a subsequent circuit. Further, an image signal generated based on the first pixel signal and the reset signal output from the black pixel 21B is processed as a black image signal in a subsequent circuit.

なお、クランプトランジスタ43、SHトランジスタ44、及び列選択トランジスタ29にはパルス状のON/OFF信号であるΦCL、ΦSH、ΦSが交互に出力される。トランジスタ43、44、29それぞれに出力されるON/OFF信号のタイミングは、TG12により制御される。 It should be noted that Φ CL , Φ SH , and Φ S that are pulsed ON / OFF signals are alternately output to the clamp transistor 43, the SH transistor 44, and the column selection transistor 29. The timing of the ON / OFF signal output to each of the transistors 43, 44, and 29 is controlled by the TG 12.

図4は、基準画素の構成を示す図である。基準画素21Sは、FD23S、リセットトランジスタ25S(第2リセット手段)、増幅トランジスタ26S、選択トランジスタ27S、電流源Issによって構成される。   FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of the reference pixel. The reference pixel 21S includes an FD 23S, a reset transistor 25S (second reset means), an amplification transistor 26S, a selection transistor 27S, and a current source Iss.

増幅トランジスタ26Sの主電極は、電源線VDDと第2出力部14とに接続される。増幅トランジスタ26Sと第2出力部14との間が、選択トランジスタ27S、電流源Issを介して接地される。リセットトランジスタ25Sの主電極は、FD23Sに接続され、FD23Sは増幅トランジスタ26Sの副電極に接続される。 The main electrode of the amplification transistor 26S is connected to the power supply line V DD and the second output unit 14. The amplification transistor 26S and the second output unit 14 are grounded via the selection transistor 27S and the current source Iss. The main electrode of the reset transistor 25S is connected to the FD 23S, and the FD 23S is connected to the sub electrode of the amplification transistor 26S.

FD23Sの電位は、リセットトランジスタ25Sを介した電源線VDDの電位となる。増幅トランジスタ26Sにおいて、FD23Sの電位に応じた信号電位が、基準信号として出力される。すなわち、FD23Sと増幅トランジスタ26Sとが基準信号を生成する信号生成ユニット(第2信号生成部)として機能する。 The potential of the FD 23S becomes the potential of the power supply line V DD via the reset transistor 25S. In the amplification transistor 26S, a signal potential corresponding to the potential of the FD 23S is output as a reference signal. That is, the FD 23S and the amplification transistor 26S function as a signal generation unit (second signal generation unit) that generates a reference signal.

リセットトランジスタ25Sの副電極と選択トランジスタ27Sの副電極とが、電源線VDDに接続される。すなわち、基準画素21Sは、PDと転送トランジスタが省かれ、リセットトランジスタ25Sの副電極と選択トランジスタの副電極とが電源線VDDに接続される点で撮像画素21Pと異なっている。 The sub electrode of the reset transistor 25S and the sub electrode of the selection transistor 27S are connected to the power supply line V DD . That is, the reference pixel 21S is different from the imaging pixel 21P in that the PD and the transfer transistor are omitted, and the sub-electrode of the reset transistor 25S and the sub-electrode of the selection transistor are connected to the power supply line V DD .

なお、撮像部20の製造プロセスにおいて撮像画素21P、黒色画素21B、基準画素21Sは同時に形成される。基準画素21Sを構成するFD23S、リセットトランジスタ25S、増幅トランジスタ26S、及び選択トランジスタ27Sの特性は、撮像画素21P或いは黒色画素21Bを構成するFD23、リセットトランジスタ25、増幅トランジスタ26、及び選択トランジスタ27の特性と同じである。   In the manufacturing process of the imaging unit 20, the imaging pixel 21P, the black pixel 21B, and the reference pixel 21S are formed at the same time. The characteristics of the FD 23S, the reset transistor 25S, the amplification transistor 26S, and the selection transistor 27S that constitute the reference pixel 21S are the characteristics of the FD 23, the reset transistor 25, the amplification transistor 26, and the selection transistor 27 that constitute the imaging pixel 21P or the black pixel 21B. Is the same.

以上のような構成の基準画素21Sから、リセットトランジスタ25Sと増幅トランジスタ26Sとを介した電源線VDDの電位である基準電位が基準信号として、第2出力部14に出力される。 From the reference pixel 21S configured as described above, the reference potential that is the potential of the power supply line V DD via the reset transistor 25S and the amplification transistor 26S is output to the second output unit 14 as a reference signal.

基準電位は、撮像画素21Pまたは黒色画素21Bから出力されるリセット信号に相当するリセット電位と略等しく、リセット電位からリセットトランジスタ25をOFFにしたときに生じるリセットノイズを除去した電位と同じ電位である。また、黒色画像信号に相当する電位も基準電位と略等しくなる。   The reference potential is substantially equal to the reset potential corresponding to the reset signal output from the imaging pixel 21P or the black pixel 21B, and is the same potential as the potential obtained by removing the reset noise generated when the reset transistor 25 is turned off from the reset potential. . The potential corresponding to the black image signal is also substantially equal to the reference potential.

次に、上述のような構成である撮像装置10の動作について図5のタイミングチャートを用いて説明する。n行j〜j+m列の画素の動作について説明するが、他の画素の動作も同様である。なお、j+m列の画素は、黒色画素21Bである。   Next, the operation of the imaging apparatus 10 having the above-described configuration will be described using the timing chart of FIG. The operation of the pixels in n rows j to j + m columns will be described, but the operations of the other pixels are the same. The pixels in the j + m column are black pixels 21B.

まず、t0のタイミングにおいてn行のすべての画素の選択トランジスタ27にON信号が出力され、n行の画素が選択される。すなわち、n行の画素からj〜j+m列垂直信号線28j〜28j+mに画素信号が出力可能になる。   First, an ON signal is output to the selection transistors 27 of all the pixels in the n rows at the timing t0, and the pixels in the n rows are selected. That is, a pixel signal can be output from the pixels in n rows to the j to j + m column vertical signal lines 28j to 28j + m.

次に、t1のタイミングでは、転送トランジスタ24とリセットトランジスタ25とにON信号が出力されることによりPD22とFD23とがリセットされ、j〜j+m列垂直信号線28j〜28j+mにリセット信号が出力される。t2のタイミングでは、クランプトランジスタ43にON信号が出力され、j〜j+m列のCDS/SH回路40において、リセット信号がクランプキャパシタ41によってクランプされる。   Next, at the timing t1, the ON signal is output to the transfer transistor 24 and the reset transistor 25, whereby the PD 22 and the FD 23 are reset, and the reset signal is output to the j to j + m column vertical signal lines 28j to 28j + m. . At the timing t2, an ON signal is output to the clamp transistor 43, and the reset signal is clamped by the clamp capacitor 41 in the CDS / SH circuit 40 in the j to j + m columns.

t3のタイミングで、転送トランジスタ24にON信号が出力され、PD22に蓄積された電荷がFD23に転送され、j〜j+m列垂直信号線28j〜28j+mに第1画素信号が出力される。t4のタイミングで、SHトランジスタ44にON信号が出力される。SHトランジスタ44がONになると、第1画素信号からリセット信号が減算されることによりリセットノイズが除去された画像信号がSHキャパシタ42にサンプルホールドされる。   At the timing t3, an ON signal is output to the transfer transistor 24, the electric charge accumulated in the PD 22 is transferred to the FD 23, and the first pixel signal is output to the j to j + m column vertical signal lines 28j to 28j + m. At timing t4, an ON signal is output to the SH transistor 44. When the SH transistor 44 is turned ON, the image signal from which the reset noise is removed by subtracting the reset signal from the first pixel signal is sampled and held in the SH capacitor 42.

t5のタイミングで、j列選択トランジスタ29にON信号が出力される。j列選択トランジスタ29がONになることにより、j列のSHキャパシタ42にサンプルホールドされた画像信号が水平信号線30を介して画像信号生成ユニット11から出力される。   At timing t5, an ON signal is output to the j column selection transistor 29. When the j column selection transistor 29 is turned on, the image signal sampled and held by the SH capacitor 42 in the j column is output from the image signal generation unit 11 via the horizontal signal line 30.

t6のタイミングで、j+1列選択トランジスタ29にON信号が出力される。j+1列選択トランジスタ29がONになることにより、j+1列のSHキャパシタ42にサンプルホールドされた画像信号が画像信号生成ユニット11から出力される。同様にして、j+2列〜j+m−1列のSHキャパシタ42にサンプルホールドされた画像信号が出力される。   At timing t6, an ON signal is output to the j + 1 column selection transistor 29. When the j + 1 column selection transistor 29 is turned on, the image signal sampled and held in the SH capacitor 42 in the j + 1 column is output from the image signal generation unit 11. Similarly, image signals sampled and held in the SH capacitors 42 in the j + 2 column to the j + m−1 column are output.

t7のタイミングでは、j+m列選択トランジスタ29にON信号が出力され、黒色画像信号が出力される。t5〜t7のタイミングで画像信号生成ユニット11から出力される画像信号は、第1出力部13を介して撮像装置10から出力される。   At the timing t7, an ON signal is output to the j + m column selection transistor 29, and a black image signal is output. The image signal output from the image signal generation unit 11 at timings t5 to t7 is output from the imaging device 10 via the first output unit 13.

次にt8のタイミングでは、n行の選択トランジスタ27にOFF信号が出力され、n行の画素の選択が解除される。また、t8のタイミングでは、n+1行のすべての画素の選択トランジスタ27にON信号が出力され、n+1行の画素が選択される。以後、n+1行の画素において、t1〜t8のタイミングの処理が行われる。さらに全行の画素について同様の動作が行われ、全画素の画像信号が撮像装置10から出力される。   Next, at the timing of t8, an OFF signal is output to the n rows of selection transistors 27, and the selection of the pixels of the n rows is cancelled. At the timing t8, the ON signal is output to the selection transistors 27 of all the pixels in the (n + 1) th row, and the pixels in the (n + 1) th row are selected. Thereafter, processing at timings t1 to t8 is performed on pixels in the (n + 1) th row. Further, the same operation is performed for pixels in all rows, and image signals for all pixels are output from the imaging device 10.

また、t0〜t8のタイミングを通して、基準信号が画像信号生成ユニット11から第2出力部14を介して撮像装置10から出力される。   Further, the reference signal is output from the imaging device 10 via the second output unit 14 from the image signal generation unit 11 through timings t0 to t8.

以上のような構成である本実施形態を適用した撮像装置によれば、画像信号の伝送中に発生するノイズ成分を除去するための基準信号に混入されるノイズ成分を、クランプ回路を用いて生成する場合に比べて低減させることが可能になる。撮像素子とは別に回路を設けることなく、基準信号を生成することが可能になるからである。   According to the imaging apparatus to which the present embodiment having the above-described configuration is applied, the noise component mixed in the reference signal for removing the noise component generated during the transmission of the image signal is generated using the clamp circuit. It becomes possible to reduce compared with the case where it does. This is because the reference signal can be generated without providing a circuit separately from the image sensor.

また、本実施形態によれば、撮像装置の製造誤差或いは撮像装置の温度変化に対して画像信号の精度を向上させることが可能になる。撮像画像信号の精度を向上させるためには黒色画像信号の精度が高いことが求められる。また、黒色画像信号の精度を向上させるためには、基準信号の電位と黒色画像信号の電位との差が低いことが好ましい。   Further, according to the present embodiment, it is possible to improve the accuracy of the image signal with respect to a manufacturing error of the imaging device or a temperature change of the imaging device. In order to improve the accuracy of the captured image signal, the accuracy of the black image signal is required to be high. In order to improve the accuracy of the black image signal, it is preferable that the difference between the potential of the reference signal and the potential of the black image signal is low.

黒色画像信号の電位は、撮像装置ごと或いは撮像装置の温度によって変化するため、一定の電位である信号を基準信号とすると黒色画像信号の精度が低減する。一方、本実施形態の撮像装置10によれば、撮像画素21P、黒色画素21Bと同じ撮像部20に設けられる基準画素21Sから出力される基準信号の電位は、上述のように黒色画像信号の電位と略等しく、製造誤差により生じる画像信号の精度低下を軽減させることが可能である。また、基準画素21Sは黒色画素21Bと同様の温度特性を有するため、撮像装置10の温度変化に対する画像信号の精度低下を軽減させることが可能になる。   Since the potential of the black image signal varies depending on the imaging device or the temperature of the imaging device, the accuracy of the black image signal is reduced when a signal having a constant potential is used as a reference signal. On the other hand, according to the imaging device 10 of the present embodiment, the potential of the reference signal output from the reference pixel 21S provided in the same imaging unit 20 as the imaging pixel 21P and the black pixel 21B is the potential of the black image signal as described above. It is possible to reduce the decrease in the accuracy of the image signal caused by manufacturing errors. In addition, since the reference pixel 21S has the same temperature characteristics as the black pixel 21B, it is possible to reduce a decrease in accuracy of the image signal with respect to a temperature change of the imaging device 10.

次に本発明の第2の実施形態について図6を用いて説明する。図6は、本実施形態を適用した撮像装置100の概略構成を示す図である。本実施形態においては、CDS/SH回路のクランプキャパシタの基準となる電位が第1の実施形態と異なる。なお、第1の実施形態と同じ機能を有する部位は同じ符号をつけている。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of the imaging apparatus 100 to which the present embodiment is applied. In the present embodiment, the reference potential of the clamp capacitor of the CDS / SH circuit is different from that of the first embodiment. In addition, the part which has the same function as 1st Embodiment attaches | subjects the same code | symbol.

撮像装置100が、画像信号生成ユニット110、TG12、及び第1、第2出力部13、14を有することは第1の実施形態と同じである。また、画像信号生成ユニット110に撮像部200とCDS/SH回路400とが設けられることは第1の実施形態と同じである。   The imaging apparatus 100 includes the image signal generation unit 110, the TG 12, and the first and second output units 13 and 14, as in the first embodiment. Further, the image signal generation unit 110 is provided with the imaging unit 200 and the CDS / SH circuit 400 as in the first embodiment.

撮像部200の内部の構成及び機能も第1の実施形態と同じである。従って、撮像画素21Pからは受光量に応じた信号電荷が、黒色画素21Bからは黒色に相当する信号電荷が、基準画素210Sからは基準信号が発生する。   The internal configuration and functions of the imaging unit 200 are also the same as those in the first embodiment. Accordingly, a signal charge corresponding to the amount of received light is generated from the imaging pixel 21P, a signal charge corresponding to black is generated from the black pixel 21B, and a reference signal is generated from the reference pixel 210S.

基準画素210Sの内部の構成及び機能は第1の実施形態と同じである。基準画素210SはCDS/SH回路400と第2出力部14とに接続される。すなわち、基準画素210Sが、CDS/SH回路400にも接続されている点が第1の実施形態と異なる。基準画素210S及びCDS/SH回路400の構成について、図7を用いて説明する。   The internal configuration and function of the reference pixel 210S are the same as those in the first embodiment. The reference pixel 210S is connected to the CDS / SH circuit 400 and the second output unit 14. That is, the difference from the first embodiment is that the reference pixel 210S is also connected to the CDS / SH circuit 400. The configurations of the reference pixel 210S and the CDS / SH circuit 400 will be described with reference to FIG.

CDS/SH回路400内部の構成及び機能は、第1の実施形態と同じである。増幅トランジスタ26Sと第2出力部14とを接続する基準信号線31は、クランプトランジスタ43を介してクランプキャパシタ41の一端に接続される。従って、クランプトランジスタ43をONにしたときのクランプキャパシタ41の基準となる電位は基準電位となる。   The internal configuration and functions of the CDS / SH circuit 400 are the same as those in the first embodiment. The reference signal line 31 connecting the amplification transistor 26S and the second output unit 14 is connected to one end of the clamp capacitor 41 via the clamp transistor 43. Therefore, the reference potential of the clamp capacitor 41 when the clamp transistor 43 is turned on is the reference potential.

以上のような構成である本実施形態の撮像装置によれば、第1の実施形態の撮像装置と同じ効果が得られる。また、クランプキャパシタ41の基準となる電位が基準電位となるため、クランプキャパシタ41によってリセット信号がクランプされるときにクランプキャパシタ41の両端の電位差が小さく、動作開始時の過渡電流を低減させることが可能になる。   According to the imaging device of the present embodiment having the above-described configuration, the same effect as that of the imaging device of the first embodiment can be obtained. In addition, since the reference potential of the clamp capacitor 41 is the reference potential, the potential difference between both ends of the clamp capacitor 41 is small when the reset signal is clamped by the clamp capacitor 41, and the transient current at the start of operation can be reduced. It becomes possible.

次に本発明の第3の実施形態について図8を用いて説明する。図8は、本実施形態を適用した撮像装置101の概略構成を示す図である。なお、第1或いは第2の実施形態と同じ機能を有する部位は同じ符号をつけている。   Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration of the imaging apparatus 101 to which the present embodiment is applied. In addition, the part which has the same function as 1st or 2nd embodiment attaches | subjects the same code | symbol.

なお、第2の実施形態において単一の基準画素を用いて第2出力部14への基準信号の出力及びクランプキャパシタ41の基準となる電位の生成が行われているが、本実施形態においては異なる基準画素から別々に基準信号の出力及び電位の生成が行われる。   In the second embodiment, a single reference pixel is used to output a reference signal to the second output unit 14 and generate a reference potential for the clamp capacitor 41. In the present embodiment, A reference signal is output and a potential is generated separately from different reference pixels.

撮像装置101が、画像信号生成ユニット111、TG12、及び第1、第2出力部13、14を有することは第1、第2の実施形態と同じである。また、画像信号生成ユニット11に撮像部201とCDS/SH回路400とが設けられることも第1、第2の実施形態と同じである。   The imaging apparatus 101 includes the image signal generation unit 111, the TG 12, and the first and second output units 13 and 14, as in the first and second embodiments. In addition, the image signal generation unit 11 is provided with the imaging unit 201 and the CDS / SH circuit 400 as in the first and second embodiments.

撮像部201の撮像面に設けられる基準領域SAには、第2出力部14と接続される基準画素21Sと、CDS/SH回路40と接続される基準画素211Sとが設けられる。基準画素21Sの構成及び機能は第1の実施形態と同じである。   In the reference area SA provided on the imaging surface of the imaging unit 201, a reference pixel 21S connected to the second output unit 14 and a reference pixel 211S connected to the CDS / SH circuit 40 are provided. The configuration and function of the reference pixel 21S are the same as those in the first embodiment.

基準画素211Sには、基準画素21Sが有するFD、リセットトランジスタ、及び増幅トランジスタ(図示せず)と同一の特性を有するFD、リセットトランジスタ(第3リセット手段)、及び増幅トランジスタ(図せず)が設けられる。第2の実施形態と同様に、基準画素211Sに設けられるFDと増幅トランジスタとが基準信号を生成する信号生成ユニット(第3信号生成手段)として機能する。   The reference pixel 211S includes an FD having the same characteristics as the FD, reset transistor, and amplification transistor (not shown) included in the reference pixel 21S, a reset transistor (third reset means), and an amplification transistor (not shown). Provided. Similar to the second embodiment, the FD and the amplification transistor provided in the reference pixel 211S function as a signal generation unit (third signal generation unit) that generates a reference signal.

以上のような構成である撮像装置101のように異なる基準画素から基準信号の出力と、基準電位の生成を行っても第2の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。   Even if the output of the reference signal from the different reference pixels and the generation of the reference potential are performed as in the imaging apparatus 101 having the above-described configuration, the same effect as in the second embodiment can be obtained.

なお、第1〜第3の実施形態において画像信号生成ユニットがCMOS撮像素子、すなわちCMOS/LSI製造プロセスを元に製造された撮像素子であるが、TGも一体的に集積させたCMOS撮像素子として製造することも可能である。このように一体的に単一のチップに集積させた撮像素子によれば、画像信号生成ユニット及びTGに混入するノイズ成分を低減させることが可能であり、更に撮像装置全体の小型化を可能にする。   In the first to third embodiments, the image signal generation unit is a CMOS image sensor, that is, an image sensor manufactured based on a CMOS / LSI manufacturing process. However, as a CMOS image sensor in which TG is also integrated. It is also possible to manufacture. According to the imaging device integrated on a single chip in this way, it is possible to reduce the noise component mixed in the image signal generation unit and the TG, and further reduce the size of the entire imaging device. To do.

次に、第1の実施形態の変形例について説明する。第1の実施形態においては画像信号生成ユニットをCMOS撮像素子としたが、本変形例では画像信号生成ユニットにCCDが用いられる点で異なっている。   Next, a modification of the first embodiment will be described. In the first embodiment, the image signal generation unit is a CMOS image sensor, but this modification is different in that a CCD is used for the image signal generation unit.

図9は、本変形例における撮像装置102を示す図である。画像信号生成ユニット112は、撮像部202、CDS/SH回路402によって構成される。撮像部202はCCDイメージセンサである。なお、第1の実施形態と同じ機能を有する部位は同じ符号をつけている。   FIG. 9 is a diagram illustrating the imaging device 102 according to this modification. The image signal generation unit 112 includes an imaging unit 202 and a CDS / SH circuit 402. The imaging unit 202 is a CCD image sensor. In addition, the part which has the same function as 1st Embodiment attaches | subjects the same code | symbol.

撮像部202の受光面には、撮像画素21Pと黒色画素21Bとがマトリックス状に配列される。画素が並ぶ列毎に垂直CCD32が設けられる。各垂直CCD32は、下端において水平CCD33に接続される。水平CCD33の出力端はFD232に接続される。   On the light receiving surface of the imaging unit 202, imaging pixels 21P and black pixels 21B are arranged in a matrix. A vertical CCD 32 is provided for each column of pixels. Each vertical CCD 32 is connected to the horizontal CCD 33 at the lower end. The output end of the horizontal CCD 33 is connected to the FD 232.

撮像画素21PにはPD(図示せず)が設けられ、受光量に応じた電荷が発生し、発生した電荷が蓄積される。黒色画素21Bには撮像画素21PのPDと同じ特性を持ち、受光面が遮光されたPDが設けられる。撮像画素21PのPD及び黒色画素21BのPDで蓄積された電荷は、垂直CCD32及び水平CCD33を介してFD232に出力される。垂直CCD32及び水平CCD33はTG122から発せられる駆動パルスによって各画素から電荷をFD232まで転送するように駆動される。   The imaging pixel 21P is provided with a PD (not shown), and charges corresponding to the amount of received light are generated and the generated charges are accumulated. The black pixel 21B is provided with a PD that has the same characteristics as the PD of the imaging pixel 21P and whose light receiving surface is shielded from light. The charges accumulated in the PD of the imaging pixel 21P and the PD of the black pixel 21B are output to the FD 232 via the vertical CCD 32 and the horizontal CCD 33. The vertical CCD 32 and the horizontal CCD 33 are driven so as to transfer electric charges from each pixel to the FD 232 by a driving pulse emitted from the TG 122.

FD232は、リセットトランジスタ252を介して電源線VDDに接続される。リセットトランジスタ252にON信号が入力されるとき、FD232に転送された電荷は電源線VDDに掃出されてリセットされる。またFD232の電位は、電源線VDDの電位にリセットされる。 The FD 232 is connected to the power supply line V DD via the reset transistor 252. When an ON signal is input to the reset transistor 252, the charge transferred to the FD 232 is swept out to the power supply line V DD and reset. Further, the potential of the FD 232 is reset to the potential of the power supply line V DD .

また、FD232は、増幅トランジスタ262の副電極に接続される。FD232の電位に応じた信号電圧が、画素信号としてCDS/SH回路402に出力される。FD232に電荷が転送されたときの画素信号である第1画素信号、或いはFD232がリセットされたときの画素信号であるリセット信号がCDS/SH回路402に出力される。   The FD 232 is connected to the sub electrode of the amplification transistor 262. A signal voltage corresponding to the potential of the FD 232 is output to the CDS / SH circuit 402 as a pixel signal. A first pixel signal that is a pixel signal when charge is transferred to the FD 232 or a reset signal that is a pixel signal when the FD 232 is reset is output to the CDS / SH circuit 402.

また、撮像部202には、基準画素212Sが設けられる。基準画素212Sは、FD232S、リセットトランジスタ252S、及び増幅トランジスタ262Sによって構成される。増幅トランジスタ262Sの主電極は、電源線VDDと第2出力部14とに接続される。リセットトランジスタ252Sの主電極は、電源線VDDとFD232Sに接続され、FD232Sは増幅トランジスタ262Sの副電極とに接続される。 The imaging unit 202 is provided with a reference pixel 212S. The reference pixel 212S includes an FD 232S, a reset transistor 252S, and an amplification transistor 262S. The main electrode of the amplification transistor 262S is connected to the power supply line V DD and the second output unit 14. The main electrode of the reset transistor 252S is connected to the power supply line V DD and the FD 232S, and the FD 232S is connected to the sub electrode of the amplification transistor 262S.

FD232Sの電位は、リセットトランジスタ252Sを介した電源線VDDの電位となる。増幅トランジスタ262Sにおいて、FD232Sの電位に応じた信号電位が、基準信号として出力される。 The potential of the FD 232S becomes the potential of the power supply line V DD through the reset transistor 252S. In the amplification transistor 262S, a signal potential corresponding to the potential of the FD232S is output as a reference signal.

なお、撮像部202の製造プロセスにおいて、リセットトランジスタ252、FD232、増幅トランジスタ262、は基準画素212Sと同時に一体的に形成される。基準画素212Sを構成するFD232S、リセットトランジスタ252S及び増幅トランジスタ262Sの特性はそれぞれ、水平CCD33に接続されるFD232、FD232に接続されるリセットトランジスタ252、及び撮像部202の出力端に接続される増幅トランジスタ262の特性と同じである。   In the manufacturing process of the imaging unit 202, the reset transistor 252, the FD 232, and the amplification transistor 262 are integrally formed simultaneously with the reference pixel 212S. The characteristics of the FD 232S, the reset transistor 252S, and the amplification transistor 262S constituting the reference pixel 212S are FD 232 connected to the horizontal CCD 33, the reset transistor 252 connected to the FD 232, and the amplification transistor connected to the output terminal of the imaging unit 202, respectively. It is the same as the characteristic of H.262.

本変形例の撮像装置によって、第1の実施形態と同様に第1画素信号とリセット信号とに基づいて画像信号が生成され、出力される。第1、第2出力部13、14の構成及び機能は第1の実施形態と同じである。以上のように第1の実施形態においてCCDを用いることも可能であり、同じ効果を得ることが可能である。   The image pickup apparatus according to the present modification generates and outputs an image signal based on the first pixel signal and the reset signal as in the first embodiment. The configurations and functions of the first and second output units 13 and 14 are the same as those in the first embodiment. As described above, the CCD can be used in the first embodiment, and the same effect can be obtained.

また、第2の実施形態も第1の実施形態の変形例と同様に変形させることが可能である。すなわち、基準画素を用いて第2出力部への基準信号の出力及びクランプキャパシタの基準となる電位の生成を行なわせる構成にすれば、第1の実施形態と同じ効果を得ることが可能になる。   Also, the second embodiment can be modified in the same manner as the modification of the first embodiment. That is, if a configuration is adopted in which a reference signal is output to the second output unit and a potential serving as a reference for the clamp capacitor is generated using the reference pixel, the same effect as in the first embodiment can be obtained. .

また、第3の実施形態も第1の実施形態の変形例と同様に変形させることが可能である。すなわち、2以上の基準画素を設け、一方の基準画素とクランプトランジスタとを接続し、他方の基準画素と第2出力部を接続する構成にすれば、第1の実施形態と同じ効果を得ることが可能になる。   Further, the third embodiment can be modified in the same manner as the modification of the first embodiment. That is, if two or more reference pixels are provided, one reference pixel and the clamp transistor are connected, and the other reference pixel and the second output unit are connected, the same effect as the first embodiment can be obtained. Is possible.

なお、第1、第2の実施形態においてCMOS撮像素子、変形例においてCCDを用いたがどのような撮像素子でもよく、被写体像を受光するための光電変換手段、光電変換手段から出力される電荷を信号として出力する出力手段、出力される電荷をリセットしてリセットした状態における信号を出力手段に出力させるリセット手段を備える撮像素子であれば、これらの実施形態或いは変形例と同じ効果が得られる。   Although the CMOS image sensor in the first and second embodiments and the CCD in the modification are used, any image sensor may be used. The photoelectric conversion means for receiving a subject image, the charge output from the photoelectric conversion means As long as the image pickup device includes an output unit that outputs the signal as a signal and a reset unit that resets the output electric charge and outputs the signal in the reset state, the same effects as those of the embodiment or the modification can be obtained. .

また、第1〜第3の実施形態、及び変形例では、行毎に黒色画素を設ける構成であるが、単一の黒色画素を設け、黒色画像信号を出力させる構成であってもよい。   In the first to third embodiments and the modification, the black pixel is provided for each row. However, a single black pixel may be provided to output a black image signal.

また、第1、第2の実施形態において、撮像面における画素の配列はマトリックス状であるが、2次元状のいかなる配列であってもよい。   In the first and second embodiments, the pixel arrangement on the imaging surface is a matrix, but may be any two-dimensional arrangement.

また、変形例のCCDのように、PDとFDから後段の回路、すなわちFD、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、CDS/SH回路、第1、第2出力部、及び基準画素によって構成される回路とを別々に形成することも可能であり、FDから後段の回路によって構成される回路のFDに、受光量に応じた信号電荷を転送する構成であれば、本変形例と同じ効果が得られる。   Further, like the modified CCD, a circuit subsequent to PD and FD, that is, a circuit constituted by FD, reset transistor, amplification transistor, CDS / SH circuit, first and second output units, and reference pixel is provided. It can be formed separately, and the same effect as this modification can be obtained as long as the signal charge corresponding to the amount of received light is transferred from the FD to the FD of the circuit constituted by the subsequent circuit.

本発明の本発明の第1の実施形態を適用した撮像装置と撮像装置に接続される信号処理部の内部構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the internal structure of the signal processing part connected to the imaging device and imaging device to which the 1st Embodiment of this invention is applied. 第1の実施形態を適用した撮像装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the imaging device to which 1st Embodiment is applied. 撮像画素とCDS/SH回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an imaging pixel and a CDS / SH circuit. 基準画素の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a reference | standard pixel. 撮像装置における動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation in an imaging device. 第2の実施形態を適用した撮像装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the imaging device to which 2nd Embodiment is applied. 基準画素及びCDS/SH回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a reference | standard pixel and a CDS / SH circuit. 第3の実施形態を適用した撮像装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the imaging device to which 3rd Embodiment is applied. 第1の実施形態の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of 1st Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10、100、101、102 撮像装置
11、110、111、112 画像信号生成ユニット
12、122 タイミングジェネレータ(TG)
13 第1出力部
14 第2出力部
21P 撮像画素
21B 黒色画素
21S、210S、211S、212S 基準画素
22 フォトダイオード(PD)
23、232、232S フローティングディフュージョン(FD)
25、252、252S リセットトランジスタ
26、262、262S 増幅トランジスタ
40、400、402 相関2重サンプリング・サンプルホールド(CDS/SH)回路
41 クランプキャパシタ
42 サンプルホールド(SH)キャパシタ
43 クランプトランジスタ
44 サンプルホールド(SH)トランジスタ
50 信号処理部
51 差分出力回路
L1、L2 第1、第2線路
BA 黒色検出領域
SA 基準領域
PA 撮像領域
10, 100, 101, 102 Imaging device 11, 110, 111, 112 Image signal generation unit 12, 122 Timing generator (TG)
13 First output unit 14 Second output unit 21P Imaging pixel 21B Black pixel 21S, 210S, 211S, 212S Reference pixel 22 Photodiode (PD)
23, 232, 232S Floating diffusion (FD)
25, 252, 252S Reset transistor 26, 262, 262S Amplification transistor 40, 400, 402 Correlated double sampling / sample and hold (CDS / SH) circuit 41 Clamp capacitor 42 Sample and hold (SH) capacitor 43 Clamp transistor 44 Sample and hold (SH) ) Transistor 50 Signal processor 51 Difference output circuit L1, L2 First and second lines BA Black detection area SA Reference area PA Imaging area

Claims (5)

受光量に応じた電荷を発生させる光電変換手段と、前記光電変換手段において発生した前記電荷を蓄積可能で前記電荷に応じた第1信号を生成する第1信号生成手段と、前記第1信号生成手段へのリセット電圧の印加をONからOFFに切替えることにより前記リセット電圧に応じた第1リセット信号を前記第1信号生成手段に生成させる第1リセット手段とを有する撮像画素と
前記第1信号生成手段と同一の特性を有する第2信号生成手段と、前記第1リセット手段と同一の特性を有し前記リセット電圧を前記第2信号生成手段に印加することにより前記リセット電圧に応じた第2信号を前記第2信号生成手段に生成させる第2リセット手段とを有する基準画素と、
前記第1信号と前記リセット信号との差分である画像信号を生成する画像信号生成手段と、
前記画像信号を差分出力回路の非反転入力端子に出力するための第1出力手段と
前記第1出力手段と同一の特性を有し、前記第2信号を前記画像信号と同時に前記差分出力回路の反転入力端子に出力するための第2出力手段とを備える
ことを特徴とする撮像装置。
Photoelectric conversion means for generating a charge according to the amount of light received, a first signal generating means for generating a first signal corresponding to the accumulated possible the charges generated electric charge in the photoelectric conversion means, before Symbol first signal An imaging pixel having first reset means for causing the first signal generation means to generate a first reset signal corresponding to the reset voltage by switching application of the reset voltage to the generation means from ON to OFF ;
The second signal generating means having the same characteristics as the first signal generating means, and the reset voltage having the same characteristics as the first reset means by applying the reset voltage to the second signal generating means. A reference pixel having second reset means for causing the second signal generation means to generate a second signal in response,
Image signal generating means for generating an image signal that is a difference between the first signal and the reset signal;
First output means for outputting the image signal to a non-inverting input terminal of a differential output circuit ;
An imaging apparatus comprising: second output means having the same characteristics as the first output means, and outputting the second signal to the inverting input terminal of the differential output circuit simultaneously with the image signal. .
前記画像信号生成手段には、
前記画像信号生成手段の入力端に接続されるリセット信号保持手段と、
前記リセット信号保持手段の出力端と、前記第2信号生成手段の出力端との導通のON/OFFを切替える第1スイッチと、
前記リセット信号保持手段の出力端と、前記画像信号生成手段の出力端との導通のON/OFFを切替える第2スイッチと、
前記画像信号生成手段の出力端と前記第2スイッチとの間に設けられ、前記画像信号を保持するための画像信号保持手段とが設けられる
ことを特徴とする請求項に記載の撮像装置。
The image signal generating means includes
A reset signal holding means connected to an input terminal of the image signal generating means;
A first switch for switching ON / OFF of conduction between the output terminal of the reset signal holding unit and the output terminal of the second signal generation unit;
A second switch for switching ON / OFF of conduction between the output terminal of the reset signal holding unit and the output terminal of the image signal generation unit;
Wherein provided between the output end of the image signal generation means and said second switch, the imaging apparatus according to claim 1 in which the image signal holding means for holding the image signal is characterized in that it is provided.
前記撮像画素、前記基準画素、及び前記画像信号生成手段が単一のチップに集積されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の撮像装置。 The imaging pixel, the reference pixel, and an image pickup apparatus according to claim 1 or claim 2 wherein the image signal generating means, characterized in that it is integrated on a single chip. 前記第1信号生成手段と同一の特性を有する第3信号生成手段と、前記第1リセット手段と同一の特性を有し前記リセット電圧を前記第3信号生成手段に印加することにより前記リセット電圧に応じた第3信号を前記第3信号生成手段に生成させる第3リセット手段とを有する第2基準画素を備え、
前記画像信号生成手段には、
前記画像信号生成手段の入力端に接続されるリセット信号保持手段と、
前記リセット信号保持手段の出力端と前記第3信号生成手段の出力端との導通のON/OFFを切替える第1スイッチと、
前記リセット信号保持手段の出力端と前記画像信号生成手段の出力端との導通のON/OFFを切替える第2スイッチと、
前記画像信号生成手段の出力端と前記第2スイッチとの間に設けられ、前記画像信号を保持するための画像信号保持手段とが設けられる
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The third signal generating means having the same characteristics as the first signal generating means, and the reset voltage having the same characteristics as the first reset means by applying the reset voltage to the third signal generating means. A second reference pixel having a third reset means for causing the third signal generation means to generate a corresponding third signal.
The image signal generating means includes
A reset signal holding means connected to an input terminal of the image signal generating means;
A first switch for switching ON / OFF of conduction between the output terminal of the reset signal holding unit and the output terminal of the third signal generating unit;
A second switch for switching ON / OFF of conduction between the output terminal of the reset signal holding unit and the output terminal of the image signal generating unit;
The imaging apparatus according to claim 1, further comprising an image signal holding unit that is provided between an output terminal of the image signal generation unit and the second switch and holds the image signal.
前記撮像画素、前記基準画素、前記第2基準画素、及び前記画像信号生成手段が単一のチップに集積されることを特徴とする請求項に記載の撮像装置。 5. The imaging apparatus according to claim 4 , wherein the imaging pixel , the reference pixel , the second reference pixel , and the image signal generation unit are integrated on a single chip.
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