JP7726320B2 - Image pickup element and image pickup device - Google Patents
Image pickup element and image pickup deviceInfo
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Description
本発明は、固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging device using the same.
下記特許文献1には、複数の画素であって少なくとも2つの画素がそれぞれ(a)フォトディテクタ、(b)フローティング容量部をなす電荷電圧変換領域及び(c)増幅器への入力部を含む複数の画素と、前記電荷電圧変換領域同士を選択的に接続する連結スイッチとを備えた固体撮像素子が開示されている。 Patent Document 1 below discloses a solid-state imaging device that includes a plurality of pixels, at least two of which each include (a) a photodetector, (b) a charge-voltage conversion region forming a floating capacitance portion, and (c) an input portion to an amplifier, and a connecting switch that selectively connects the charge-voltage conversion regions together.
前記従来の固体撮像素子において、前記連結スイッチをオンして前記電荷電圧変換領域同士を接続することによって、接続された全体の電荷電圧変換領域での飽和電子数が拡大されるため、ダイナミックレンジを拡大させることができる。 In the conventional solid-state imaging device, by turning on the connection switch and connecting the charge-voltage conversion regions, the number of saturated electrons in all connected charge-voltage conversion regions is increased, thereby expanding the dynamic range.
また、前記従来の固体撮像素子において、前記連結スイッチをオフして前記電荷電圧変換領域を他の電荷電圧変換領域から切り離すことによって、電荷電圧変換容量が小さくなってその電荷電圧変換係数が大きくなるため、高感度読出し時のSN比が高くなる。 Furthermore, in the conventional solid-state imaging device, by turning off the connection switch and isolating the charge-voltage conversion region from other charge-voltage conversion regions, the charge-voltage conversion capacity decreases and the charge-voltage conversion coefficient increases, thereby increasing the signal-to-noise ratio during high-sensitivity readout.
しかし、前記従来の固体撮像素子では、前記連結スイッチをオフにしても、高感度読み出し時のSN比をさほど高くすることはできなかった。 However, with the conventional solid-state imaging device, even if the connection switch was turned off, the signal-to-noise ratio during high-sensitivity readout could not be significantly increased.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ダイナミックレンジを拡大させることができるとともに、高感度読出し時のSN比を向上させることができる固体撮像素子、及び、これを用いた撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide a solid-state imaging element that can expand the dynamic range and improve the signal-to-noise ratio during high-sensitivity readout, as well as an imaging device using the same.
前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第1の態様による固体撮像素子は、1つの光電変換部、ノード、及び、前記1つの光電変換部に対応して設けられ前記光電変換部から前記ノードに電荷を転送する1つの転送スイッチを有する複数の画素ブロックと、1つの前記画素ブロックの前記ノードと他の1つの前記画素ブロックの前記ノードとの間に設けられた電気的な接続部と、前記接続部中に設けられた前記画素ブロック1つ当たり複数の連結スイッチと、を備えたものである。 The following aspects are presented as means for solving the above problem. A solid-state imaging device according to the first aspect includes a plurality of pixel blocks each having one photoelectric conversion unit, a node, and a transfer switch corresponding to the one photoelectric conversion unit for transferring charge from the photoelectric conversion unit to the node; an electrical connection unit provided between the node of one of the pixel blocks and the node of another of the pixel blocks; and a plurality of link switches provided in the connection unit, one for each of the pixel blocks.
前記画素ブロックは、前記光電変換部を1つのみ有していて1つの画素で構成されたものでもよいし、前記光電変換部を2つ以上有していて複数の画素で構成されたものでもよい。この点は、後述する各態様についても同様である。 The pixel block may have only one photoelectric conversion unit and be composed of one pixel, or may have two or more photoelectric conversion units and be composed of multiple pixels. This also applies to the various aspects described below.
第2の態様による固体撮像素子は、前記第1の態様において、前記連結スイッチを制御する制御部を備え、前記制御部は、第1の動作モードにおいて、前記画素ブロックの前記ノードに対して前記接続部が電気的に切断された状態となるように、前記連結スイッチを制御し、前記制御部は、第2の動作モードにおいて、前記画素ブロックの前記ノードに対して前記接続部が電気的に接続された状態となるように、前記連結スイッチを制御するものである。 A solid-state imaging device according to a second aspect is similar to the first aspect in that it includes a control unit that controls the connection switch, and the control unit controls the connection switch so that the connection unit is electrically disconnected from the node of the pixel block in a first operating mode, and the control unit controls the connection switch so that the connection unit is electrically connected to the node of the pixel block in a second operating mode.
第3の態様による固体撮像素子は、前記第2の態様において、前記制御部は、前記第2の動作モードにおいて、前記各連結スイッチのうちの1つ以上の所定数のオン状態の連結スイッチが、前記画素ブロックの前記ノードに対して電気的に接続された状態となるように、前記連結スイッチを制御するものである。 In the solid-state imaging device according to the third aspect, in the second aspect, the control unit controls the connecting switches in the second operating mode so that one or more predetermined number of the connecting switches that are in an on state are electrically connected to the node of the pixel block.
第4の態様による固体撮像素子は、前記第1の態様において、前記複数の画素ブロックのうちの3つ以上の画素ブロックの前記ノードが、複数の前記接続部により数珠繋ぎ状に接続されたものである。 The solid-state imaging device according to the fourth aspect is the first aspect, wherein the nodes of three or more of the plurality of pixel blocks are connected in a daisy chain fashion by a plurality of the connection portions.
第5の態様による固体撮像素子は、前記第4の態様において、前記連結スイッチを制御する制御部を備え、前記制御部は、第1の動作モードにおいて、前記3つ以上の画素ブロックのうちの1つの画素ブロックの前記ノードに対して前記接続部が電気的に切断された状態となるように、前記連結スイッチを制御し、前記制御部は、第2の動作モードにおいて、前記3つ以上の画素ブロックのうちの前記1つの画素ブロックの前記ノードに対して前記接続部が電気的に接続された状態となるように、前記連結スイッチを制御するものである。 A solid-state imaging device according to a fifth aspect is the same as that of the fourth aspect, but includes a control unit that controls the connection switch, and in a first operating mode, the control unit controls the connection switch so that the connection portion is electrically disconnected from the node of one of the three or more pixel blocks, and in a second operating mode, the control unit controls the connection switch so that the connection portion is electrically connected to the node of the one of the three or more pixel blocks.
第6の態様による固体撮像素子は、前記第5の態様において、前記制御部は、前記第2の動作モードにおいて、前記各連結スイッチのうちの1つ以上の所定数のオン状態の連結スイッチが、前記3つ以上の画素ブロックのうちの前記1つの画素ブロックの前記ノードに対して電気的に接続された状態となるように、前記連結スイッチを制御するものである。 A solid-state imaging device according to a sixth aspect is the fifth aspect, wherein the control unit controls the connecting switches in the second operating mode so that a predetermined number of one or more of the connecting switches that are in an on state are electrically connected to the node of one of the three or more pixel blocks.
第7の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第6のいずれかの態様において、前記各画素ブロックは、前記光電変換部及び前記転送スイッチをそれぞれ複数有するものである。 The solid-state imaging device according to the seventh aspect is any one of the first to sixth aspects, wherein each pixel block has a plurality of photoelectric conversion units and a plurality of transfer switches.
第8の態様による固体撮像素子は、複数の光電変換部、ノード、及び、前記複数の光電変換部にそれぞれ対応して設けられ前記複数の光電変換部から前記ノードに電荷を転送する複数の転送スイッチを有する複数の画素ブロックと、隣接する2つの前記画素ブロックの前記ノード間に設けられた複数の連結スイッチと、を備えたものである。 The solid-state imaging device according to the eighth aspect comprises a plurality of pixel blocks each having a plurality of photoelectric conversion units, a node, and a plurality of transfer switches respectively corresponding to the plurality of photoelectric conversion units and transferring electric charges from the plurality of photoelectric conversion units to the node, and a plurality of connecting switches provided between the nodes of two adjacent pixel blocks.
第9の態様による固体撮像素子は、前記第8の態様において、前記連結スイッチを制御する制御部を備え、前記制御部は、第1の動作モードにおいて、前記各連結スイッチのうちのオン状態の連結スイッチが、前記2つの画素ブロックのうちの1つの画素ブロックの前記ノードに対して電気的に接続された状態とならないように、前記連結スイッチを制御し、前記制御部は、第2の動作モードにおいて、前記各連結スイッチのうちの1つ以上の所定数のオン状態の連結スイッチが、前記1つの画素ブロックの前記ノードに対して電気的に接続された状態となるように、前記連結スイッチを制御するものである。 A solid-state imaging device according to a ninth aspect is the same as that of the eighth aspect, and further includes a control unit that controls the connecting switches, wherein the control unit controls the connecting switches in a first operating mode so that none of the connecting switches that are in an on state are electrically connected to the node of one of the two pixel blocks, and the control unit controls the connecting switches in a second operating mode so that one or more predetermined number of the connecting switches that are in an on state are electrically connected to the node of the one pixel block.
第10の態様による固体撮像素子は、前記第8の態様において、前記複数の画素ブロックのうちの3つ以上の画素ブロックの前記ノードが、前記複数の連結スイッチの2組以上により数珠繋ぎ状に接続されたものである。 The solid-state imaging device according to the tenth aspect is the eighth aspect, wherein the nodes of three or more of the plurality of pixel blocks are connected in a daisy chain fashion by two or more sets of the plurality of connecting switches.
第11の態様による固体撮像素子は、前記第10の態様において、前記連結スイッチを制御する制御部を備え、前記制御部は、第1の動作モードにおいて、前記各連結スイッチのうちのオン状態の連結スイッチが、前記3つ以上の画素ブロックのうちの1つの前記ノードに対して電気的に接続された状態とならないように、前記連結スイッチを制御し、前記制御部は、第2の動作モードにおいて、前記各連結スイッチのうちの1つ以上の所定数のオン状態の連結スイッチが、前記1つの画素ブロックの前記ノードに対して電気的に接続された状態となるように、前記連結スイッチを制御するものである。 The solid-state imaging device according to an eleventh aspect is the same as the tenth aspect, but includes a control unit that controls the connecting switches, and in a first operating mode, the control unit controls the connecting switches so that none of the connecting switches that are in an on state are electrically connected to the node of one of the three or more pixel blocks, and in a second operating mode, the control unit controls the connecting switches so that one or more predetermined number of the connecting switches that are in an on state are electrically connected to the node of the one pixel block.
第12の態様による固体撮像素子は、前記第7乃至第11のいずれかの態様において、前記転送スイッチがトランジスタからなり、前記各画素ブロックにおいて、前記各転送スイッチのうちの1つの転送スイッチのソース又はドレインとなる拡散領域、及び、前記各転送スイッチのうちの他の1つの転送スイッチのソース又はドレインとなる拡散領域が、前記各光電変換部のうちの1つの光電変換部と前記各光電変換部のうちの他の1つの光電変換部との間に設けられた1つの拡散領域で兼用され、前記各画素ブロックにおいて、前記1つの転送スイッチのゲート電極は、前記1つの拡散領域の、前記1つの光電変換部の側に配置され、前記各画素ブロックにおいて、前記他の1つの転送スイッチのゲート電極は、前記1つの拡散領域の、前記他の1つの光電変換部の側に配置されたものである。 A solid-state imaging device according to a twelfth aspect is any one of the seventh to eleventh aspects, wherein the transfer switches are transistors, and in each pixel block, a diffusion region serving as the source or drain of one of the transfer switches and a diffusion region serving as the source or drain of another of the transfer switches are shared by a single diffusion region provided between one of the photoelectric conversion units and another of the photoelectric conversion units, and in each pixel block, the gate electrode of the one transfer switch is arranged on the photoelectric conversion unit side of the one diffusion region, and in each pixel block, the gate electrode of the other transfer switch is arranged on the other photoelectric conversion unit side of the one diffusion region.
第13の態様による固体撮像素子は、前記第7乃至第12のいずれかの態様において、前記複数の光電変換部の数及び前記複数の転送スイッチの数が、それぞれ2つであるものである。 A solid-state imaging device according to a thirteenth aspect is any one of the seventh to twelfth aspects, wherein the number of the plurality of photoelectric conversion units and the number of the plurality of transfer switches are each two.
第14の態様による固体撮像素子は、前記第13の態様において、前記複数の連結スイッチの数が2つであり、前記複数の連結スイッチのうちの1つの連結スイッチと前記複数の連結スイッチのうちの他の1つの連結スイッチとの所定方向の位置ずれ量は、前記複数の光電変換部の前記所定方向のピッチよりも大きくかつ前記ピッチの2倍よりも小さいものである。 A solid-state imaging device according to a fourteenth aspect is the thirteenth aspect, wherein the number of the plurality of linking switches is two, and the amount of positional deviation in a predetermined direction between one of the plurality of linking switches and another of the plurality of linking switches is greater than the pitch in the predetermined direction of the plurality of photoelectric conversion units but less than twice the pitch.
第15の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第14のいずれかの態様において、前記複数の連結スイッチの数が2つであり、前記複数の連結スイッチがオフである場合における前記複数の連結スイッチ間の接続部と基準電位との間の容量の値は、前記複数の連結スイッチがオフである場合における前記ノードと前記基準電位との間の容量の値に対して±20%の範囲内の値であるものである。 A solid-state imaging device according to a fifteenth aspect is any one of the first to fourteenth aspects, wherein the number of the plurality of linking switches is two, and the value of the capacitance between the connection between the plurality of linking switches and the reference potential when the plurality of linking switches are off is within a range of ±20% of the value of the capacitance between the node and the reference potential when the plurality of linking switches are off.
第16の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第15のいずれかの態様において、前記複数の連結スイッチの数が2つであり、前記複数の連結スイッチがオフである場合における前記複数の連結スイッチ間の接続部を構成する配線の少なくとも一部の幅が前記画素ブロック内の他の配線の幅よりも広いこと、前記接続部にMOS容量が接続されていること、及び、前記各連結スイッチを構成しない拡散容量が前記接続部に接続されていること、のうちのいずれか1つ以上を満たすものである。 A solid-state imaging device according to a sixteenth aspect is any one of the first to fifteenth aspects, in which the number of the plurality of linking switches is two, the width of at least a portion of the wiring constituting the connection between the plurality of linking switches when the plurality of linking switches are off is wider than the width of the other wiring within the pixel block, a MOS capacitor is connected to the connection, and a diffusion capacitor that is not part of each of the linking switches is connected to the connection.
第17の態様による固体撮像素子は、1つの光電変換部、第1のノード、及び、前記1つの光電変換部に対応して設けられ前記光電変換部から前記第1のノードに電荷を転送する1つの転送スイッチを有する複数の画素ブロックと、1つの前記画素ブロックの前記第1のノード及び他の1つの前記画素ブロックの前記第1のノードにそれぞれ対応する2つの第2のノードと、前記1つの画素ブロックの前記第1のノード及び前記他の1つの画素ブロックの前記第1のノードと前記2つの第2のノードとの間を、それぞれ電気的に接続及び切断する2つの第1のスイッチ部と、前記2つの第2のノード間を電気的に接続及び切断する第2のスイッチ部と、を備えたものである。 A solid-state imaging device according to a seventeenth aspect includes a plurality of pixel blocks each having one photoelectric conversion unit, a first node, and one transfer switch corresponding to the one photoelectric conversion unit for transferring charge from the photoelectric conversion unit to the first node; two second nodes corresponding to the first node of one of the pixel blocks and the first node of another of the pixel blocks, respectively; two first switch units electrically connecting and disconnecting the first node of one of the pixel blocks and the first node of the other of the pixel blocks to the two second nodes, respectively; and a second switch unit electrically connecting and disconnecting the two second nodes.
第18の態様による固体撮像素子は、前記第17の態様において、前記各第1のスイッチ部及び前記第2のスイッチ部を制御する制御部を備え、前記制御部は、第1の動作モードにおいて、前記1つの画素ブロックの前記第1のノードとこれに対応する前記第2のノードとの間を電気的に接続及び切断する前記第1のスイッチ部がオフするように、前記第1のスイッチ部を制御し、前記制御部は、第2の動作モードにおいて、前記各第1のスイッチ部及び前記第2のスイッチ部のうちの1つ以上の所定数のオン状態のスイッチ部が、前記1つの画素ブロックの前記第1のノードに対して電気的に接続された状態となるように、前記各第1のスイッチ部及び前記第2のスイッチ部を制御するものである。 The solid-state imaging device according to the eighteenth aspect is the seventeenth aspect, and further includes a control unit that controls the first switch units and the second switch units. In a first operating mode, the control unit controls the first switch units so that the first switch units that electrically connect and disconnect the first node of the one pixel block and the corresponding second node are turned off. In a second operating mode, the control unit controls the first switch units and the second switch units so that one or more predetermined number of the first switch units and the second switch units that are in the on state are electrically connected to the first node of the one pixel block.
第19の態様による固体撮像素子は、前記第17の態様において、前記複数の画素ブロックのうちの3つ以上の画素ブロックの前記第1のノードと、これらの3つ以上の前記第1のノードにそれぞれ対応する3つ以上の前記第2のノードとの間を、それぞれ電気的に接続及び切断する3つ以上の前記第1のスイッチ部を備え、前記3つ以上の第2のノードが、複数の前記第2のスイッチ部により数珠繋ぎ状に接続されたものである。 A solid-state imaging device according to a 19th aspect is the 17th aspect, and further includes three or more first switch units that electrically connect and disconnect the first nodes of three or more pixel blocks among the plurality of pixel blocks to three or more second nodes corresponding to these three or more first nodes, and the three or more second nodes are connected in a daisy chain manner by a plurality of second switch units.
第20の態様による固体撮像素子は、前記第19の態様において、前記各第1のスイッチ部及び前記各第2のスイッチ部を制御する制御部を備え、前記制御部は、第1の動作モードにおいて、前記3つ以上の画素ブロックのうちの1つの画素ブロックの前記第1のノードとこれに対応する前記第2のノードとの間を電気的に接続及び切断する前記第1のスイッチ部がオフするように、前記3つ以上の画素ブロックのうちの前記1つの画素ブロックの前記第1のスイッチ部を制御し、前記制御部は、第2の動作モードにおいて、前記各第1のスイッチ部及び前記各第2のスイッチ部のうちの1つ以上の所定数のオン状態のスイッチ部が、前記3つ以上の画素ブロックのうちの前記1つの画素ブロックの前記第1のノードに対して電気的に接続された状態となるように、前記各第1のスイッチ部及び前記各第2のスイッチ部を制御するものである。 A solid-state imaging device according to a twentieth aspect is the same as that of the nineteenth aspect, and further includes a control unit that controls the first switch units and the second switch units. In a first operating mode, the control unit controls the first switch unit of one of the three or more pixel blocks so that the first switch unit that electrically connects and disconnects the first node of one of the three or more pixel blocks to the corresponding second node is turned off. In a second operating mode, the control unit controls the first switch unit and the second switch unit so that one or more predetermined number of the first switch units and the second switch units that are in the on state are electrically connected to the first node of the one of the three or more pixel blocks.
第21の態様による固体撮像素子は、前記第17乃至第20のいずれかの態様において、前記各画素ブロックは、前記光電変換部及び前記転送スイッチをそれぞれ複数有するものである。 The solid-state imaging device according to the 21st aspect is any one of the 17th to 20th aspects, wherein each pixel block has a plurality of photoelectric conversion units and a plurality of transfer switches.
第22の態様による固体撮像素子は、前記第21の態様において、前記転送スイッチがトランジスタからなり、前記各画素ブロックにおいて、前記各転送スイッチのうちの1つの転送スイッチのソース又はドレインとなる拡散領域、及び、前記各転送スイッチのうちの他の1つの転送スイッチのソース又はドレインとなる拡散領域が、前記各光電変換部のうちの1つの光電変換部と前記各光電変換部のうちの他の1つの光電変換部との間に設けられた1つの拡散領域で兼用され、前記各画素ブロックにおいて、前記1つの転送スイッチのゲート電極は、前記1つの拡散領域の、前記1つの光電変換部の側に配置され、前記各画素ブロックにおいて、前記他の1つの転送スイッチのゲート電極は、前記1つの拡散領域の、前記他の1つの光電変換部の側に配置されたものである。 A solid-state imaging device according to a 22nd aspect is the 21st aspect, wherein the transfer switches are transistors, and in each pixel block, a diffusion region serving as the source or drain of one of the transfer switches and a diffusion region serving as the source or drain of another of the transfer switches are shared by a single diffusion region provided between one of the photoelectric conversion units and another of the photoelectric conversion units, and in each pixel block, the gate electrode of the one transfer switch is arranged on the photoelectric conversion unit side of the one diffusion region, and in each pixel block, the gate electrode of the other transfer switch is arranged on the other photoelectric conversion unit side of the one diffusion region.
第23の態様による固体撮像素子は、第21又は第22の態様において、前記複数の光電変換部の数及び前記複数の転送スイッチの数が、それぞれ2つであるものである。 The solid-state imaging device according to the 23rd aspect is the 21st or 22nd aspect, wherein the number of the plurality of photoelectric conversion units and the number of the plurality of transfer switches are each two.
第24の態様による固体撮像素子は、前記第17乃至第23のいずれかの態様において、前記各第1のスイッチ部及び前記各第2のスイッチ部がオフ状態である場合における前記第2のノードと基準電位との間の容量の値は、前記第1のスイッチ部がオフ状態である場合における当該第1のノードと前記基準電位との間の容量の値に対して±20%の範囲内の値であるものである。 A solid-state imaging device according to the 24th aspect is any one of the 17th to 23rd aspects, wherein the value of the capacitance between the second node and the reference potential when each of the first switch units and each of the second switch units is in the off state is within a range of ±20% of the value of the capacitance between the first node and the reference potential when the first switch unit is in the off state.
第25の態様による固体撮像素子は、前記第17乃至第24のいずれかの態様において、前記第2のノードに接続されている配線の少なくとも一部の幅が前記画素ブロック内の他の配線の幅よりも広いこと、前記第2のノードにMOS容量が接続されていること、及び、前記第1のスイッチ部及び前記第2のスイッチ部のいずれも構成しない拡散容量が前記第2のゲートに接続されていること、のうちのいずれか1つ以上を満たすものである。 A solid-state imaging device according to the 25th aspect is any one of the 17th to 24th aspects, and satisfies one or more of the following: the width of at least a portion of the wiring connected to the second node is wider than the width of other wiring within the pixel block; a MOS capacitor is connected to the second node; and a diffusion capacitor that is not part of either the first switch unit or the second switch unit is connected to the second gate.
第26の態様による撮像装置は、前記第1乃至第25のいずれかの態様による固体撮像素子を備えたものである。 The imaging device according to the 26th aspect is equipped with a solid-state imaging element according to any one of the first to 25th aspects.
第27の態様による撮像装置は、前記第2、第3、第5、第6、第9、第11、第18及び第20のいずれかの態様による固体撮像素子と、ISO感度の設定値に応じて前記第1の動作モードと前記第2の動作モードとを切り替える制御手段と、を備えたものである。
前記課題を解決するための手段として、以下の各態様も提示する。第1の面による撮像素子は、光を電荷に変換する第1光電変換部と、光を電荷に変換する光電変換部であって、列方向において前記第1光電変換部の隣に配置される第2光電変換部と、前記第1光電変換部で変換された電荷が転送される第1拡散部と、前記第2光電変換部で変換された電荷が転送される第2拡散部と、第1配線を介して前記第1拡散部と電気的に接続される第1トランジスタと、第2配線を介して前記第2拡散部と電気的に接続される第2トランジスタとを備え、前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとは、前記第1拡散部と前記第2拡散部とを電気的に接続する接続経路において直列に接続されるものである。
第2の面による撮像素子は、前記第1の面による撮像素子において、前記第1拡散部と、所定電圧が供給される供給部とを電気的に接続するための第1リセットトランジスタと、前記第2拡散部と、前記供給部とを電気的に接続するための第2リセットトランジスタとを備えるものである。
第3の面による撮像素子は、前記第1の面による撮像素子において、前記第1拡散部の電圧をリセットするための第1リセットトランジスタと、前記第2拡散部の電圧をリセットするための第2リセットトランジスタとを備えるものである。
第4の面による撮像素子は、前記第2または第3の面による撮像素子において、前記第1トランジスタは、前記第1リセットトランジスタを形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成され、前記第2トランジスタは、前記第2リセットトランジスタを形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成されるものである。
第5の面による撮像素子は、前記第2乃至第4のいずれかの面による撮像素子において、前記第1トランジスタのドレインと前記第1トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第1リセットトランジスタのドレインと前記第1リセットトランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成され、前記第2トランジスタのドレインと前記第2トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第2リセットトランジスタのドレインと前記第2リセットトランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成されるものである。
第6の面による撮像素子は、前記第2乃至第5のいずれかの面による撮像素子において、前記第1トランジスタのドレインと前記第1トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第1リセットトランジスタのドレインと前記第1リセットトランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成し、前記第2トランジスタのドレインと前記第2トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第2リセットトランジスタのドレインと前記第2リセットトランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成するものである。
第7の面による撮像素子は、前記第2乃至第6のいずれかの面による撮像素子において、前記第1拡散部から前記第1トランジスタのゲートまでの距離は、前記第1拡散部から前記第1リセットトランジスタのゲートまでの距離よりも長く、前記第2拡散部から前記第2トランジスタのゲートまでの距離は、前記第1拡散部から前記第2リセットトランジスタのゲートまでの距離よりも長いものである。
第8の面による撮像素子は、前記第2乃至第7のいずれかの面による撮像素子において、前記第1トランジスタのゲートは、前記第1リセットトランジスタのゲートよりも前記第1拡散部から離れた位置に配置され、前記第2トランジスタのゲートは、前記第2リセットトランジスタのゲートよりも前記第2拡散部から離れた位置に配置されるものである。
第9の面による撮像素子は、前記第2乃至第8のいずれかの面による撮像素子において、前記第1拡散部と電気的に接続されるゲートを有する第1増幅トランジスタと、前記第2拡散部と電気的に接続されるゲートを有する第2増幅トランジスタとを備えるものである。
第10の面による撮像素子は、前記第9の面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタのゲートは、前記第1トランジスタのゲートよりも大きく、前記第2増幅トランジスタのゲートは、前記第2トランジスタのゲートよりも大きいものである。
第11の面による撮像素子は、前記第9または第10の面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタのゲート幅は、前記第1トランジスタのゲート幅よりも大きく、前記第2増幅トランジスタのゲート幅は、前記第2トランジスタのゲート幅よりも大きいものである。
第12の面による撮像素子は、前記第9乃至第11のいずれかの面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタのゲート長は、前記第1トランジスタのゲート長よりも大きく、前記第2増幅トランジスタのゲート長は、前記第2トランジスタのゲート長よりも大きいものである。
第13の面による撮像素子は、前記第9乃至第12のいずれかの面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタのゲートは、前記第1リセットトランジスタのゲートよりも大きく、前記第2増幅トランジスタのゲートは、前記第2リセットトランジスタのゲートよりも大きいものである。
第14の面による撮像素子は、前記第9乃至第13のいずれかの面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタのゲート幅は、前記第1リセットトランジスタのゲート幅よりも大きく、前記第2増幅トランジスタのゲート幅は、前記第2リセットトランジスタのゲート幅よりも大きいものである。
第15の面による撮像素子は、前記第9乃至第14のいずれかの面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタのゲート長は、前記第1リセットトランジスタのゲート長よりも大きく、前記第2増幅トランジスタのゲート長は、前記第2リセットトランジスタのゲート長よりも大きいものである。
第16の面による撮像素子は、前記第9乃至第15のいずれかの面による撮像素子において、前記第1リセットトランジスタのゲートから前記第1トランジスタのゲートまでの距離は、前記第1増幅トランジスタのゲートから前記第1トランジスタのゲートまでの距離よりも短く、前記第2リセットトランジスタのゲートから前記第2トランジスタのゲートまでの距離は、前記第2増幅トランジスタのゲートから前記第2トランジスタのゲートまでの距離よりも短いものである。
第17の面による撮像素子は、前記第9乃至第16のいずれかの面による撮像素子において、前記第1トランジスタのゲートは、前記第1リセットトランジスタのゲートよりも前記第1増幅トランジスタのゲートから離れた位置に配置され、前記第2トランジスタのゲートは、前記第2リセットトランジスタのゲートよりも前記第2増幅トランジスタのゲートから離れた位置に配置されるものである。
第18の面による撮像素子は、前記第9乃至第17のいずれかの面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタと電気的に接続される第1選択トランジスタと、前記第2増幅トランジスタと電気的に接続される第2選択トランジスタとを備えるものである。
第19の面による撮像素子は、前記第18の面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタのゲートは、前記第1選択トランジスタのゲートよりも大きく、前記第2増幅トランジスタのゲートは、前記第2選択トランジスタのゲートよりも大きいものである。
第20の面による撮像素子は、前記第18または第19の面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタのゲート幅は、前記第1選択トランジスタのゲート幅よりも大きく、前記第2増幅トランジスタのゲート幅は、前記第2選択トランジスタのゲート幅よりも大きいものである。
第21の面による撮像素子は、前記第18乃至第20のいずれかの面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタのゲート長は、前記第1選択トランジスタのゲート長よりも大きく、前記第2増幅トランジスタのゲート長は、前記第2選択トランジスタのゲート長よりも大きいものである。
第22の面による撮像素子は、前記第18乃至第21のいずれかの面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタは、前記第1選択トランジスタを形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成され、前記第2増幅トランジスタは、前記第2選択トランジスタを形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成されるものである。
第23の面による撮像素子は、前記第18乃至第22のいずれかの面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタと前記第1選択トランジスタとは、1つの拡散部の少なくとも一部を共有して形成され、前記第2増幅トランジスタと前記第2選択トランジスタとは、1つの拡散部の少なくとも一部を共有して形成されるものである。
第24の面による撮像素子は、前記第18または第23の面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタのドレインと前記第1増幅トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第1選択トランジスタのドレインと前記第1選択トランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成され、前記第2増幅トランジスタのドレインと前記第2増幅トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第2選択トランジスタのドレインと前記第2選択トランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成されるものである。
第25の面による撮像素子は、前記第18乃至第24のいずれかの面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタのドレインと前記第1増幅トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第1選択トランジスタのドレインと前記第1選択トランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成し、前記第2増幅トランジスタのドレインと前記第2増幅トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第2選択トランジスタのドレインと前記第2選択トランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成するものである。
第26の面による撮像素子は、前記第18乃至第25のいずれかの面による撮像素子において、前記第1リセットトランジスタのゲートから前記第1トランジスタのゲートまでの距離は、前記第1選択トランジスタのゲートから前記第1トランジスタのゲートまでの距離よりも短く、前記第2リセットトランジスタのゲートから前記第2トランジスタのゲートまでの距離は、前記第2選択トランジスタのゲートから前記第2トランジスタのゲートまでの距離よりも短いものである。
第27の面による撮像素子は、前記第18乃至第26のいずれかの面による撮像素子において、前記第1トランジスタのゲートは、前記第1リセットトランジスタのゲートよりも前記第1選択トランジスタのゲートから離れた位置に配置され、前記第2トランジスタのゲートは、前記第2リセットトランジスタのゲートよりも前記第2選択トランジスタのゲートから離れた位置に配置されるものである。
第28の面による撮像素子は、前記第1の面による撮像素子において、前記第1拡散部と電気的に接続されるゲートを有する第1増幅トランジスタと、前記第2拡散部と電気的に接続されるゲートを有する第2増幅トランジスタとを備えるものである。
第29の面による撮像素子は、前記第28の面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタのゲートは、前記第1トランジスタのゲートよりも大きく、前記第2増幅トランジスタのゲートは、前記第2トランジスタのゲートよりも大きいものである。
第30の面による撮像素子は、前記第28または第29の面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタのゲート幅は、前記第1トランジスタのゲート幅よりも大きく、前記第2増幅トランジスタのゲート幅は、前記第2トランジスタのゲート幅よりも大きいものである。
第31の面による撮像素子は、前記第28乃至第30のいずれかの面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタのゲート長は、前記第1トランジスタのゲート長よりも大きく、前記第2増幅トランジスタのゲート長は、前記第2トランジスタのゲート長よりも大きいものである。
第32の面による撮像素子は、前記第28乃至第31のいずれかの面による撮像素子において、前記第1拡散部から前記第1トランジスタのゲートまでの距離は、前記第1拡散部から前記第1増幅トランジスタのゲートまでの距離よりも長く、前記第2拡散部から前記第2トランジスタのゲートまでの距離は、前記第1拡散部から前記第2増幅トランジスタのゲートまでの距離よりも長いものである。
第33の面による撮像素子は、前記第28乃至第32のいずれかの面による撮像素子において、前記第1トランジスタのゲートは、前記第1増幅トランジスタのゲートよりも前記第1拡散部から離れた位置に配置され、前記第2トランジスタのゲートは、前記第2増幅トランジスタのゲートよりも前記第2拡散部から離れた位置に配置されるものである。
第34の面による撮像素子は、前記第28乃至第33のいずれかの面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタと電気的に接続される第1選択トランジスタと、前記第2増幅トランジスタと電気的に接続される第2選択トランジスタとを備えるものである。
第35の面による撮像素子は、前記第34の面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタのゲートは、前記第1選択トランジスタのゲートよりも大きく、前記第2増幅トランジスタのゲートは、前記第2選択トランジスタのゲートよりも大きいものである。
第36の面による撮像素子は、前記第34または第35の面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタのゲート幅は、前記第1選択トランジスタのゲート幅よりも大きく、前記第2増幅トランジスタのゲート幅は、前記第2選択トランジスタのゲート幅よりも大きいものである。
第37の面による撮像素子は、前記第34乃至第36のいずれかの面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタのゲート長は、前記第1選択トランジスタのゲート長よりも大きく、前記第2増幅トランジスタのゲート長は、前記第2選択トランジスタのゲート長よりも大きいものである。
第38の面による撮像素子は、前記第34乃至第37のいずれかの面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタは、前記第1選択トランジスタを形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成され、前記第2増幅トランジスタは、前記第2選択トランジスタを形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成されるものである。
第39の面による撮像素子は、前記第34または第38の面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタのドレインと前記第1増幅トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第1選択トランジスタのドレインと前記第1選択トランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成され、前記第2増幅トランジスタのドレインと前記第2増幅トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第2選択トランジスタのドレインと前記第2選択トランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成されるものである。
第40の面による撮像素子は、前記第34乃至第39のいずれかの面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタのドレインと前記第1増幅トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第1選択トランジスタのドレインと前記第1選択トランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成し、前記第2増幅トランジスタのドレインと前記第2増幅トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第2選択トランジスタのドレインと前記第2選択トランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成するものである。
第41の面による撮像素子は、前記第34乃至第40のいずれかの面による撮像素子において、前記第1増幅トランジスタのゲートから前記第1トランジスタのゲートまでの距離は、前記第1選択トランジスタのゲートから前記第1トランジスタのゲートまでの距離よりも短く、前記第2増幅トランジスタのゲートから前記第2トランジスタのゲートまでの距離は、前記第2選択トランジスタのゲートから前記第2トランジスタのゲートまでの距離よりも短いものである。
第42の面による撮像素子は、前記第34乃至第41のいずれかの面による撮像素子において、前記第1トランジスタのゲートは、前記第1増幅トランジスタのゲートよりも前記第1選択トランジスタのゲートから離れた位置に配置され、前記第2トランジスタのゲートは、前記第2増幅トランジスタのゲートよりも前記第2選択トランジスタのゲートから離れた位置に配置されるものである。
第43の面による撮像素子は、前記第1乃至第42のいずれかの面による撮像素子において、前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとは、前記接続経路において、第3トランジスタを介して電気的に接続されるものである。
第44の面による撮像素子は、前記第43の面による撮像素子において、前記第1トランジスタ、前記第2トランジスタおよび前記第3トランジスタは、前記接続経路において直列に接続されるものである。
第45の面による撮像素子は、前記第1乃至第42のいずれかの面による撮像素子において、前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとは、前記接続経路において直列に接続された複数のトランジスタを介して電気的に接続されるものである。
第46の面による撮像素子は、前記第1乃至第45のいずれかの面による撮像素子において、光を電荷に変換する光電変換部であって、前記第1光電変換部の隣に配置される第3光電変換部と、光を電荷に変換する光電変換部であって、前記第2光電変換部の隣に配置される第4光電変換部とを備え、前記第1拡散部は、前記第3光電変換部で変換された電荷が転送され、前記第2拡散部は、前記第4光電変換部で変換された電荷が転送されるものである。
第47の面による撮像素子は、前記第46の面による撮像素子において、前記第3光電変換部は、前記列方向において前記第1光電変換部の隣に配置され、前記第4光電変換部は、前記列方向において前記第2光電変換部の隣に配置されるものである。
第48の面による撮像素子は、前記第46または第47の面による撮像素子において、前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1転送トランジスタと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2転送トランジスタと、前記第3光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第3転送トランジスタと、前記第4光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第4転送トランジスタとを備えるものである。
第49の面による撮像素子は、前記第48の面による撮像素子において、前記第1転送トランジスタと前記第3転送トランジスタとは、前記第1光電変換部から前記第1拡散部に前記第1光電変換部で変換された電荷を転送する方向と、前記第3光電変換部から前記第1拡散部に前記第3光電変換部で変換された電荷を転送する方向とが異なる方向になるように配置され、前記第2転送トランジスタと前記第4転送トランジスタとは、前記第2光電変換部から前記第2拡散部に前記第2光電変換部で変換された電荷を転送する方向と、前記第4光電変換部から前記第2拡散部に前記第4光電変換部で変換された電荷を転送する方向とが異なる方向になるように配置されるものである。
第50の面による撮像素子は、前記第1乃至第49のいずれかの面による撮像素子において、前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1タイミングと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2タイミングとが異なるタイミングになるように制御する制御部を備え、前記制御部は、前記第1タイミングにおいて前記第1トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて前記第2トランジスタがオフになるように制御するものである。
第51の面による撮像素子は、前記第1乃至第49のいずれかの面による撮像素子において、前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1タイミングと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2タイミングとが異なるタイミングになるように制御する制御部を備え、前記制御部は、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御するものである。
第52の面による撮像素子は、前記第1乃至第49のいずれかの面による撮像素子において、前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1タイミングと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2タイミングとが異なるタイミングになるように制御する制御部を備え、前記制御部は、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御するものである。
第53の面による撮像素子は、前記第1乃至第49のいずれかの面による撮像素子において、前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1タイミングと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2タイミングとが異なるタイミングになるように制御する制御部を備え、前記制御部は、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御するものである。
第54の面による撮像素子は、前記第1乃至第49のいずれかの面による撮像素子において、前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1タイミングと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2タイミングとが異なるタイミングになるように制御する制御部を備え、前記制御部は、前記第1タイミングにおいて前記第1トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて前記第2トランジスタがオフになるように制御する第1モードと、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御する第2モードとのうちいずれか一方のモードを実行するものである。
第55の面による撮像素子は、前記第1乃至第49のいずれかの面による撮像素子において、前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1タイミングと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2タイミングとが異なるタイミングになるように制御する制御部を備え、前記制御部は、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御する第1モードと、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御する第2モードとのうちいずれか一方のモードを実行するものである。
第56の面による撮像素子は、前記第1乃至第49のいずれかの面による撮像素子において、前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1タイミングと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2タイミングとが異なるタイミングになるように制御する制御部を備え、前記制御部は、前記第1タイミングにおいて前記第1トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて前記第2トランジスタがオフになるように制御する第1モードと、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御する第2モードとのうちいずれか一方のモードを実行するものである。
第57の面による撮像素子は、前記第1乃至第49のいずれかの面による撮像素子において、前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1タイミングと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2タイミングとが異なるタイミングになるように制御する制御部を備え、前記制御部は、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御する第1モードと、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御する第2モードとのうちいずれか一方のモードを実行するものである。
第58の面による撮像素子は、前記第1乃至第49のいずれかの面による撮像素子において、前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1タイミングと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2タイミングとが異なるタイミングになるように制御する制御部を備え、前記制御部は、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御する第1モードと、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御する第2モードとのうちいずれか一方のモードを実行するものである。
第59の面による撮像素子は、前記第1乃至第49のいずれかの面による撮像素子において、前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1タイミングと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2タイミングとが異なるタイミングになるように制御する制御部を備え、前記制御部は、前記第1タイミングにおいて前記第1トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて前記第2トランジスタがオフになるように制御する第1モードと、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御する第2モードと、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御する第3モードとのうちいずれか一方のモードを実行するものである。
第60の面による撮像素子は、前記第1乃至第49のいずれかの面による撮像素子において、前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1タイミングと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2タイミングとが異なるタイミングになるように制御する制御部を備え、前記制御部は、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御する第1モードと、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御する第2モードと、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御する第3モードとのうちいずれか一方のモードを実行するものである。
第61の面による撮像装置は、前記第1乃至第60のいずれかの面による撮像素子を備えるものである。
第62の面による撮像装置は、前記第61の面による撮像装置において、前記撮像素子を制御する撮像制御部を備えるものである。
第63の面による撮像装置は、前記第62の面による撮像装置において、前記撮像制御部は、前記第1トランジスタの動作と前記第2トランジスタの動作とを制御するものである。
第64の面による撮像装置は、前記第63の面による撮像装置において、前記撮像制御部は、設定されたISO感度に基づいて前記第1トランジスタの動作と前記第2トランジスタの動作とを制御するものである。
第65の面による撮像装置は、前記第61乃至第64のいずれかの面による撮像装置において、前記撮像素子に光を射出する撮影レンズを駆動するための駆動部を備えるものである。
第66の面による撮像装置は、前記第65の面による撮像装置において、前記撮影レンズを備えるものである。
An imaging device according to a 27th aspect includes a solid-state imaging element according to any one of the second, third, fifth, sixth, ninth, eleventh, eighteenth and twentieth aspects, and a control means for switching between the first operating mode and the second operating mode depending on the set value of ISO sensitivity.
As means for solving the above problems, the following aspects are also presented: An imaging element according to a first surface includes a first photoelectric conversion unit that converts light into electric charges, a second photoelectric conversion unit that converts light into electric charges and that is arranged adjacent to the first photoelectric conversion unit in the column direction, a first diffusion unit to which the electric charges converted by the first photoelectric conversion unit are transferred, a second diffusion unit to which the electric charges converted by the second photoelectric conversion unit are transferred, a first transistor electrically connected to the first diffusion unit via a first wiring, and a second transistor electrically connected to the second diffusion unit via a second wiring, wherein the first transistor and the second transistor are connected in series in a connection path that electrically connects the first diffusion unit and the second diffusion unit.
The second surface imaging element is the imaging element of the first surface, and includes a first reset transistor for electrically connecting the first diffusion portion to a supply portion to which a predetermined voltage is supplied, and a second reset transistor for electrically connecting the second diffusion portion to the supply portion.
The imaging element according to the third surface is the imaging element according to the first surface, further comprising a first reset transistor for resetting the voltage of the first diffusion portion and a second reset transistor for resetting the voltage of the second diffusion portion.
The fourth surface imaging element is an imaging element of the second or third surface, in which the first transistor is formed using at least a part of the diffusion portion that forms the first reset transistor, and the second transistor is formed using at least a part of the diffusion portion that forms the second reset transistor.
An imaging element according to a fifth aspect is an imaging element according to any one of the second to fourth aspects, wherein either the drain of the first transistor or the source of the first transistor is formed using at least a part of a diffusion portion that forms either the drain of the first reset transistor or the source of the first reset transistor, and either the drain of the second transistor or the source of the second transistor is formed using at least a part of a diffusion portion that forms either the drain of the second reset transistor or the source of the second reset transistor.
An imaging element according to a sixth aspect is an imaging element according to any one of the second to fifth aspects, wherein either the drain of the first transistor or the source of the first transistor forms either the drain of the first reset transistor or the source of the first reset transistor, and either the drain of the second transistor or the source of the second transistor forms either the drain of the second reset transistor or the source of the second reset transistor.
The imaging element having the seventh surface is an imaging element having any one of the second to sixth surfaces, in which the distance from the first diffusion portion to the gate of the first transistor is longer than the distance from the first diffusion portion to the gate of the first reset transistor, and the distance from the second diffusion portion to the gate of the second transistor is longer than the distance from the first diffusion portion to the gate of the second reset transistor.
An imaging element having an eighth surface is an imaging element having any one of the second to seventh surfaces, in which the gate of the first transistor is positioned farther from the first diffusion portion than the gate of the first reset transistor, and the gate of the second transistor is positioned farther from the second diffusion portion than the gate of the second reset transistor.
The imaging element according to the ninth aspect is an imaging element according to any one of the second to eighth aspects, which comprises a first amplifying transistor having a gate electrically connected to the first diffusion portion, and a second amplifying transistor having a gate electrically connected to the second diffusion portion.
The imaging element according to the tenth aspect is the imaging element according to the ninth aspect, wherein the gate of the first amplifying transistor is larger than the gate of the first transistor, and the gate of the second amplifying transistor is larger than the gate of the second transistor.
An imaging element according to an eleventh aspect is an imaging element according to the ninth or tenth aspect, wherein the gate width of the first amplifying transistor is larger than the gate width of the first transistor, and the gate width of the second amplifying transistor is larger than the gate width of the second transistor.
The imaging element according to the twelfth aspect is an imaging element according to any one of the ninth to eleventh aspects, wherein the gate length of the first amplifying transistor is greater than the gate length of the first transistor, and the gate length of the second amplifying transistor is greater than the gate length of the second transistor.
An imaging element according to the thirteenth aspect is an imaging element according to any one of the ninth to twelfth aspects, in which the gate of the first amplifying transistor is larger than the gate of the first reset transistor, and the gate of the second amplifying transistor is larger than the gate of the second reset transistor.
An imaging element according to the fourteenth surface is an imaging element according to any one of the ninth to thirteenth surfaces, in which the gate width of the first amplifying transistor is larger than the gate width of the first reset transistor, and the gate width of the second amplifying transistor is larger than the gate width of the second reset transistor.
The imaging element according to the fifteenth aspect is an imaging element according to any one of the ninth to fourteenth aspects, wherein the gate length of the first amplifying transistor is greater than the gate length of the first reset transistor, and the gate length of the second amplifying transistor is greater than the gate length of the second reset transistor.
The imaging element according to the 16th surface is an imaging element according to any one of the 9th to 15th surfaces, wherein the distance from the gate of the first reset transistor to the gate of the first transistor is shorter than the distance from the gate of the first amplifying transistor to the gate of the first transistor, and the distance from the gate of the second reset transistor to the gate of the second transistor is shorter than the distance from the gate of the second amplifying transistor to the gate of the second transistor.
The imaging element according to the seventeenth aspect is an imaging element according to any one of the ninth to sixteenth aspects, in which the gate of the first transistor is positioned farther from the gate of the first amplifying transistor than the gate of the first reset transistor, and the gate of the second transistor is positioned farther from the gate of the second amplifying transistor than the gate of the second reset transistor.
The imaging element according to the 18th surface is an imaging element according to any one of the 9th to 17th surfaces, which comprises a first selection transistor electrically connected to the first amplification transistor and a second selection transistor electrically connected to the second amplification transistor.
The imaging element according to the 19th surface is the imaging element according to the 18th surface, in which the gate of the first amplifying transistor is larger than the gate of the first selection transistor, and the gate of the second amplifying transistor is larger than the gate of the second selection transistor.
The imaging element according to the 20th surface is an imaging element according to the 18th or 19th surface, in which the gate width of the first amplifying transistor is larger than the gate width of the first selection transistor, and the gate width of the second amplifying transistor is larger than the gate width of the second selection transistor.
The imaging element according to the 21st surface is an imaging element according to any one of the 18th to 20th surfaces, in which the gate length of the first amplifying transistor is greater than the gate length of the first selection transistor, and the gate length of the second amplifying transistor is greater than the gate length of the second selection transistor.
The imaging element having the 22nd surface is an imaging element having any of the 18th to 21st surfaces, in which the first amplifying transistor is formed using at least a part of the diffusion portion that forms the first selection transistor, and the second amplifying transistor is formed using at least a part of the diffusion portion that forms the second selection transistor.
The imaging element according to the 23rd surface is an imaging element according to any one of the 18th to 22nd surfaces, in which the first amplifying transistor and the first selecting transistor are formed so as to share at least a portion of one diffusion region, and the second amplifying transistor and the second selecting transistor are formed so as to share at least a portion of one diffusion region.
The imaging element according to the 24th surface is an imaging element according to the 18th or 23rd surface, wherein either the drain of the first amplifying transistor or the source of the first amplifying transistor is formed using at least a part of the diffusion portion that forms either the drain of the first selection transistor or the source of the first selection transistor, and either the drain of the second amplifying transistor or the source of the second amplifying transistor is formed using at least a part of the diffusion portion that forms either the drain of the second selection transistor or the source of the second selection transistor.
An imaging element according to the 25th surface is an imaging element according to any one of the 18th to 24th surfaces, wherein either the drain of the first amplifying transistor or the source of the first amplifying transistor forms either the drain of the first selection transistor or the source of the first selection transistor, and either the drain of the second amplifying transistor or the source of the second amplifying transistor forms either the drain of the second selection transistor or the source of the second selection transistor.
The imaging element according to the 26th surface is an imaging element according to any one of the 18th to 25th surfaces, wherein the distance from the gate of the first reset transistor to the gate of the first transistor is shorter than the distance from the gate of the first selection transistor to the gate of the first transistor, and the distance from the gate of the second reset transistor to the gate of the second transistor is shorter than the distance from the gate of the second selection transistor to the gate of the second transistor.
An imaging element according to the 27th surface is an imaging element according to any one of the 18th to 26th surfaces, in which the gate of the first transistor is positioned farther from the gate of the first selection transistor than the gate of the first reset transistor, and the gate of the second transistor is positioned farther from the gate of the second selection transistor than the gate of the second reset transistor.
The imaging element according to the 28th surface is an imaging element according to the first surface, which includes a first amplifying transistor having a gate electrically connected to the first diffusion portion, and a second amplifying transistor having a gate electrically connected to the second diffusion portion.
The imaging element according to the 29th aspect is the imaging element according to the 28th aspect, wherein the gate of the first amplifying transistor is larger than the gate of the first transistor, and the gate of the second amplifying transistor is larger than the gate of the second transistor.
The imaging element according to the 30th aspect is an imaging element according to the 28th or 29th aspect, wherein the gate width of the first amplifying transistor is larger than the gate width of the first transistor, and the gate width of the second amplifying transistor is larger than the gate width of the second transistor.
The imaging element according to the 31st aspect is an imaging element according to any one of the 28th to 30th aspects, in which the gate length of the first amplifying transistor is greater than the gate length of the first transistor, and the gate length of the second amplifying transistor is greater than the gate length of the second transistor.
The imaging element having the 32nd surface is an imaging element having any one of the 28th to 31st surfaces, in which the distance from the first diffusion portion to the gate of the first transistor is longer than the distance from the first diffusion portion to the gate of the first amplifying transistor, and the distance from the second diffusion portion to the gate of the second transistor is longer than the distance from the first diffusion portion to the gate of the second amplifying transistor.
An imaging element with a 33rd surface is an imaging element with any one of the 28th to 32nd surfaces, in which the gate of the first transistor is positioned farther from the first diffusion portion than the gate of the first amplifying transistor, and the gate of the second transistor is positioned farther from the second diffusion portion than the gate of the second amplifying transistor.
The imaging element according to the 34th surface is an imaging element according to any one of the 28th to 33rd surfaces, which comprises a first selection transistor electrically connected to the first amplification transistor and a second selection transistor electrically connected to the second amplification transistor.
The imaging element according to the 35th surface is the imaging element according to the 34th surface, in which the gate of the first amplifying transistor is larger than the gate of the first selection transistor, and the gate of the second amplifying transistor is larger than the gate of the second selection transistor.
The imaging element according to the 36th surface is an imaging element according to the 34th or 35th surface, in which the gate width of the first amplifying transistor is larger than the gate width of the first selection transistor, and the gate width of the second amplifying transistor is larger than the gate width of the second selection transistor.
The imaging element according to the 37th surface is an imaging element according to any one of the 34th to 36th surfaces, in which the gate length of the first amplifying transistor is greater than the gate length of the first selection transistor, and the gate length of the second amplifying transistor is greater than the gate length of the second selection transistor.
The imaging element according to the 38th surface is an imaging element according to any one of the 34th to 37th surfaces, wherein the first amplifying transistor is formed using at least a part of the diffusion portion that forms the first selection transistor, and the second amplifying transistor is formed using at least a part of the diffusion portion that forms the second selection transistor.
The imaging element according to the 39th surface is an imaging element according to the 34th or 38th surface, wherein either the drain of the first amplifying transistor or the source of the first amplifying transistor is formed using at least a part of the diffusion portion that forms either the drain of the first selection transistor or the source of the first selection transistor, and either the drain of the second amplifying transistor or the source of the second amplifying transistor is formed using at least a part of the diffusion portion that forms either the drain of the second selection transistor or the source of the second selection transistor.
An imaging element according to the 40th surface is an imaging element according to any one of the 34th to 39th surfaces, wherein either the drain of the first amplifying transistor or the source of the first amplifying transistor forms either the drain of the first selection transistor or the source of the first selection transistor, and either the drain of the second amplifying transistor or the source of the second amplifying transistor forms either the drain of the second selection transistor or the source of the second selection transistor.
The imaging element according to the 41st surface is an imaging element according to any one of the 34th to 40th surfaces, wherein the distance from the gate of the first amplifying transistor to the gate of the first transistor is shorter than the distance from the gate of the first selection transistor to the gate of the first transistor, and the distance from the gate of the second amplifying transistor to the gate of the second transistor is shorter than the distance from the gate of the second selection transistor to the gate of the second transistor.
The imaging element having the 42nd surface is an imaging element having any one of the 34th to 41st surfaces, in which the gate of the first transistor is positioned farther from the gate of the first selection transistor than the gate of the first amplification transistor, and the gate of the second transistor is positioned farther from the gate of the second selection transistor than the gate of the second amplification transistor.
The imaging element according to the 43rd surface is an imaging element according to any one of the 1st to 42nd surfaces, in which the first transistor and the second transistor are electrically connected in the connection path via a third transistor.
The 44th image sensor is the image sensor according to the 43rd surface, wherein the first transistor, the second transistor, and the third transistor are connected in series in the connection path.
The imaging element according to the 45th surface is an imaging element according to any one of the 1st to 42nd surfaces, in which the first transistor and the second transistor are electrically connected via a plurality of transistors connected in series in the connection path.
The imaging element with the 46th surface is an imaging element with any one of the 1st to 45th surfaces, and includes a photoelectric conversion unit that converts light into electric charges, a third photoelectric conversion unit that is arranged next to the first photoelectric conversion unit, and a fourth photoelectric conversion unit that converts light into electric charges, that is arranged next to the second photoelectric conversion unit, and the first diffusion unit transfers the electric charges converted by the third photoelectric conversion unit, and the second diffusion unit transfers the electric charges converted by the fourth photoelectric conversion unit.
The 47th surface imaging element is an imaging element having the 46th surface, in which the third photoelectric conversion unit is arranged next to the first photoelectric conversion unit in the column direction, and the fourth photoelectric conversion unit is arranged next to the second photoelectric conversion unit in the column direction.
The imaging element with the 48th surface is an imaging element with the 46th or 47th surface, which is provided with a first transfer transistor that transfers the charges converted in the first photoelectric conversion unit to the first diffusion unit, a second transfer transistor that transfers the charges converted in the second photoelectric conversion unit to the second diffusion unit, a third transfer transistor that transfers the charges converted in the third photoelectric conversion unit to the first diffusion unit, and a fourth transfer transistor that transfers the charges converted in the fourth photoelectric conversion unit to the second diffusion unit.
The imaging element with the 49th surface is an imaging element with the 48th surface, wherein the first transfer transistor and the third transfer transistor are arranged so that the direction in which the charges converted by the first photoelectric conversion unit are transferred from the first photoelectric conversion unit to the first diffusion unit is different from the direction in which the charges converted by the third photoelectric conversion unit are transferred from the third photoelectric conversion unit to the first diffusion unit, and the second transfer transistor and the fourth transfer transistor are arranged so that the direction in which the charges converted by the second photoelectric conversion unit are transferred from the second photoelectric conversion unit to the second diffusion unit is different from the direction in which the charges converted by the fourth photoelectric conversion unit are transferred from the fourth photoelectric conversion unit to the second diffusion unit.
The imaging element according to the 50th surface is an imaging element according to any one of the 1st to 49th surfaces, and is provided with a control unit that controls so that a first timing at which the charges converted by the first photoelectric conversion unit are transferred to the first diffusion unit and a second timing at which the charges converted by the second photoelectric conversion unit are transferred to the second diffusion unit are different timings, and the control unit controls so that the first transistor is turned off at the first timing and so that the second transistor is turned off at the second timing.
The imaging element according to the 51st surface is an imaging element according to any one of the 1st to 49th surfaces, and is provided with a control unit that controls so that a first timing at which the charges converted by the first photoelectric conversion unit are transferred to the first diffusion unit and a second timing at which the charges converted by the second photoelectric conversion unit are transferred to the second diffusion unit are different timings, and the control unit controls so that the first transistor is off and the second transistor is off at the first timing, and so that the first transistor is off and the second transistor is off at the second timing.
The imaging element according to the 52nd surface is an imaging element according to any one of the 1st to 49th surfaces, and is provided with a control unit that controls so that a first timing at which the charges converted by the first photoelectric conversion unit are transferred to the first diffusion unit and a second timing at which the charges converted by the second photoelectric conversion unit are transferred to the second diffusion unit are different timings, and the control unit controls so that at the first timing, the first transistor is on and the second transistor is off, and at the second timing, the control unit controls so that the first transistor is off and the second transistor is on.
The imaging element according to the 53rd surface is an imaging element according to any one of the 1st to 49th surfaces, and is provided with a control unit that controls so that a first timing at which the charges converted in the first photoelectric conversion unit are transferred to the first diffusion unit and a second timing at which the charges converted in the second photoelectric conversion unit are transferred to the second diffusion unit are different timings, and the control unit controls so that the first transistor is on and the second transistor is on at the first timing, and so that the first transistor is on and the second transistor is on at the second timing.
An imaging element according to a 54th surface is an imaging element according to any one of the 1st to 49th surfaces, and is provided with a control unit that controls so that a first timing at which the charges converted by the first photoelectric conversion unit are transferred to the first diffusion unit and a second timing at which the charges converted by the second photoelectric conversion unit are transferred to the second diffusion unit are different timings, and the control unit executes either one of a first mode in which the control unit controls so that the first transistor is off at the first timing and so that the second transistor is off at the second timing, and a second mode in which the control unit controls so that the first transistor is on and the second transistor is off at the first timing and so that the first transistor is off and the second transistor is on at the second timing.
An imaging element according to a 55th surface is an imaging element according to any one of the 1st to 49th surfaces, and is provided with a control unit that controls so that a first timing at which the charges converted in the first photoelectric conversion unit are transferred to the first diffusion unit and a second timing at which the charges converted in the second photoelectric conversion unit are transferred to the second diffusion unit are different timings, and the control unit executes either one of a first mode in which, at the first timing, the first transistor is controlled to be off and the second transistor is controlled to be off, and at the second timing, the first transistor is controlled to be off and the second transistor is controlled to be off, and a second mode in which, at the first timing, the first transistor is controlled to be on and the second transistor is controlled to be off, and at the second timing, the first transistor is controlled to be off and the second transistor is controlled to be on.
An imaging element according to a 56th surface is an imaging element according to any one of the 1st to 49th surfaces, and is provided with a control unit that controls so that a first timing at which the charges converted in the first photoelectric conversion unit are transferred to the first diffusion unit and a second timing at which the charges converted in the second photoelectric conversion unit are transferred to the second diffusion unit are different timings, and the control unit executes either one of a first mode in which the control unit controls so that the first transistor is off at the first timing and so that the second transistor is off at the second timing, and a second mode in which the control unit controls so that the first transistor is on and the second transistor is on at the first timing and so that the first transistor is on and the second transistor is on at the second timing.
An imaging element according to a 57th surface is an imaging element according to any one of the 1st to 49th surfaces, and is provided with a control unit that controls so that a first timing at which charges converted by the first photoelectric conversion unit are transferred to the first diffusion unit and a second timing at which charges converted by the second photoelectric conversion unit are transferred to the second diffusion unit are different timings, and the control unit executes either a first mode in which, at the first timing, the first transistor is controlled to be off and the second transistor is controlled to be off, and at the second timing, the first transistor is controlled to be off and the second transistor is controlled to be off, or a second mode in which, at the first timing, the first transistor is controlled to be on and the second transistor is controlled to be on, and at the second timing, the first transistor is controlled to be on and the second transistor is controlled to be on.
An imaging element according to a 58th surface is an imaging element according to any one of the 1st to 49th surfaces, and is provided with a control unit that controls so that a first timing at which the charges converted in the first photoelectric conversion unit are transferred to the first diffusion unit and a second timing at which the charges converted in the second photoelectric conversion unit are transferred to the second diffusion unit are different timings, and the control unit executes either a first mode in which, at the first timing, the first transistor is controlled to be on and the second transistor is controlled to be off, and at the second timing, the first transistor is controlled to be off and the second transistor is controlled to be on, or a second mode in which, at the first timing, the first transistor is controlled to be on and the second transistor is controlled to be on, and at the second timing, the first transistor is controlled to be on and the second transistor is controlled to be on.
An imaging element according to a 59th aspect is an imaging element according to any one of the 1st to 49th aspects, and includes a control unit that controls so that a first timing at which charges converted by the first photoelectric conversion unit are transferred to the first diffusion unit and a second timing at which charges converted by the second photoelectric conversion unit are transferred to the second diffusion unit are different timings, and the control unit executes one of a first mode in which the control unit controls so that the first transistor is off at the first timing and so that the second transistor is off at the second timing, a second mode in which the control unit controls so that the first transistor is on and the second transistor is off at the first timing and so that the first transistor is off and the second transistor is on at the second timing, and a third mode in which the control unit controls so that the first transistor is on and the second transistor is on at the first timing and so that the first transistor is on and the second transistor is on at the second timing.
An imaging element according to a 60th aspect is an imaging element according to any one of the 1st to 49th aspects, which includes a control unit that controls so that a first timing at which charges converted in the first photoelectric conversion unit are transferred to the first diffusion unit and a second timing at which charges converted in the second photoelectric conversion unit are transferred to the second diffusion unit are different timings, and the control unit executes one of a first mode in which the control unit controls so that the first transistor is off and the second transistor is off at the first timing, and so that the first transistor is off and the second transistor is off at the second timing; a second mode in which the control unit controls so that the first transistor is on and the second transistor is off at the first timing, and so that the first transistor is off and the second transistor is on at the second timing; and a third mode in which the control unit controls so that the first transistor is on and the second transistor is on at the first timing, and so that the first transistor is on and the second transistor is on at the second timing.
An imaging device according to a sixty-first aspect includes an imaging element according to any one of the first to sixtieth aspects.
An imaging device according to a sixty-second aspect is the imaging device according to the sixty-first aspect, further comprising an imaging control unit that controls the imaging element.
An imaging device according to a sixty-third aspect is the imaging device according to the sixty-second aspect, wherein the imaging control unit controls an operation of the first transistor and an operation of the second transistor.
An imaging device according to a 64th aspect is the imaging device according to the 63rd aspect, wherein the imaging control unit controls the operation of the first transistor and the operation of the second transistor based on a set ISO sensitivity.
An imaging device according to a sixty-fifth aspect is the imaging device according to any one of the sixty-first to sixty-fourth aspects, further comprising a drive unit for driving a photographing lens that emits light to the imaging element.
An imaging device according to a sixty-sixth aspect is the imaging device according to the sixty-fifth aspect, further comprising the photographing lens.
本発明によれば、ダイナミックレンジを拡大させることができるとともに、高感度読出し時のSN比を向上させることができる固体撮像素子、及び、これを用いた撮像装置を提供することができる。 The present invention provides a solid-state imaging element that can expand the dynamic range and improve the signal-to-noise ratio during high-sensitivity readout, as well as an imaging device using the same.
以下、本発明による固体撮像素子及び撮像装置について、図面を参照して説明する。 The solid-state imaging element and imaging device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態による電子カメラ1を模式的に示す概略ブロック図である。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an electronic camera 1 according to a first embodiment of the present invention.
本実施の形態による電子カメラ1は、例えば一眼レフのデジタルカメラとして構成されるが、本発明による撮像装置は、これに限らず、コンパクトカメラなどの他の電子カメラや、携帯電話に搭載された電子カメラや、動画を撮像するビデオカメラ等の電子カメラなどの種々の撮像装置に適用することができる。 The electronic camera 1 according to this embodiment is configured as, for example, a single-lens reflex digital camera, but the imaging device according to the present invention is not limited to this and can be applied to various imaging devices, such as other electronic cameras such as compact cameras, electronic cameras mounted on mobile phones, and electronic cameras such as video cameras that capture moving images.
電子カメラ1には、撮影レンズ2が装着される。この撮影レンズ2は、レンズ制御部3によってフォーカスや絞りが駆動される。この撮影レンズ2の像空間には、固体撮像素子4の撮像面が配置される。 A photographing lens 2 is attached to the electronic camera 1. The focus and aperture of this photographing lens 2 are driven by a lens control unit 3. The imaging surface of a solid-state image sensor 4 is located in the image space of this photographing lens 2.
固体撮像素子4は、撮像制御部5の指令によって駆動され、デジタルの画像信号を出力する。通常の本撮影時(静止画撮影時)などでは、撮像制御部5は、例えば、全画素を同時にリセットするいわゆるグローバルリセット後に、図示しないメカニカルシャッタで露光した後に、所定の読み出し動作を行うように固体撮像素子4を制御する。また、電子ビューファインダーモード時や動画撮影時などでは、撮像制御部5は、例えばいわゆるローリング電子シャッタを行いつつ所定の読み出し動作を行うように固体撮像素子4を制御する。これらのとき、撮像制御部5は、後述するように、ISO感度の設定値に応じて、後述する各動作モードの読み出し動作を行うように、固体撮像素子4を制御する。デジタル信号処理部6は、固体撮像素子4から出力されるデジタルの画像信号に対して、デジタル増幅、色補間処理、ホワイトバランス処理などの画像処理等を行う。デジタル信号処理部6による処理後の画像信号は、メモリ7に一旦蓄積される。メモリ7は、バス8に接続されている。バス8には、レンズ制御部3、撮像制御部5、CPU9、液晶表示パネル等の表示部10、記録部11、画像圧縮部12及び画像処理部13なども接続される。CPU9には、レリーズ釦などの操作部14が接続される。操作部14によって、ISO感度を設定することができるようになっている。記録部11には記録媒体11aが着脱自在に装着される。 The solid-state image sensor 4 is driven by commands from the image capture control unit 5 and outputs a digital image signal. During normal actual shooting (still image shooting), the image capture control unit 5 controls the solid-state image sensor 4 to perform a predetermined readout operation after, for example, performing a so-called global reset in which all pixels are reset simultaneously, followed by exposure using a mechanical shutter (not shown). In electronic viewfinder mode or video shooting, the image capture control unit 5 controls the solid-state image sensor 4 to perform a predetermined readout operation while using, for example, a so-called rolling electronic shutter. In these cases, the image capture control unit 5 controls the solid-state image sensor 4 to perform a readout operation in each operating mode, as described below, depending on the ISO sensitivity setting. The digital signal processing unit 6 performs image processing, such as digital amplification, color interpolation, and white balance adjustment, on the digital image signal output from the solid-state image sensor 4. The image signal processed by the digital signal processing unit 6 is temporarily stored in memory 7. Memory 7 is connected to bus 8. The bus 8 is also connected to the lens control unit 3, imaging control unit 5, CPU 9, display unit 10 such as an LCD panel, recording unit 11, image compression unit 12, and image processing unit 13. An operation unit 14 such as a release button is connected to the CPU 9. The ISO sensitivity can be set using the operation unit 14. A recording medium 11a is detachably attached to the recording unit 11.
電子カメラ1内のCPU9は、操作部14の操作により電子ビューファインダーモードや動画撮影や通常の本撮影(静止画撮影)などが指示されると、それに合わせて撮像制御部5を駆動する。このとき、レンズ制御部3によって、フォーカスや絞りが適宜調整される。固体撮像素子4は、撮像制御部5の指令によって駆動され、デジタルの画像信号を出力する。固体撮像素子4からのデジタルの画像信号は、デジタル信号処理部6で処理された後に、メモリ7に蓄積される。CPU9は、電子ビューファインダーモード時にはその画像信号を表示部10に画像表示させ、動画撮影時にはその画像信号を記録媒体11aに記録する。通常の本撮影時(静止画撮影時)などの場合は、CPU9は、固体撮像素子4からのデジタルの画像信号がデジタル信号処理部6で処理されてメモリ7に蓄積された後に、操作部14の指令に基づき、必要に応じて画像処理部13や画像圧縮部12にて所望の処理を行い、記録部11に処理後の信号を出力させ記録媒体11aに記録する。 When an instruction to select electronic viewfinder mode, video recording, or normal main shooting (still image recording) is issued via the operation unit 14, the CPU 9 within the electronic camera 1 drives the imaging control unit 5 accordingly. At this time, the lens control unit 3 adjusts the focus and aperture as appropriate. The solid-state image sensor 4 is driven by commands from the imaging control unit 5 to output a digital image signal. The digital image signal from the solid-state image sensor 4 is processed by the digital signal processing unit 6 and then stored in memory 7. In electronic viewfinder mode, the CPU 9 displays the image signal on the display unit 10, and during video recording, the CPU 9 records the image signal on the recording medium 11a. During normal main shooting (still image recording), the CPU 9 processes the digital image signal from the solid-state image sensor 4 in the digital signal processing unit 6 and stores it in memory 7. Based on commands from the operation unit 14, the CPU 9 then performs the desired processing as necessary via the image processing unit 13 or image compression unit 12, and then outputs the processed signal to the recording unit 11, which records the signal on the recording medium 11a.
図2は、図1中の固体撮像素子4の概略構成を示す回路図である。図3は、図2中の列方向に順次並んだ3つの画素ブロックBLの付近を拡大して示す回路図である。図4は、図3に示す3つの画素ブロックBLの付近を模式的に示す概略平面図である。図5は、図4中の1つの画素ブロックBLの付近を拡大して示す概略平面図である。本実施の形態では、固体撮像素子4は、CMOS型の固体撮像素子として構成されているが、これに限らず、例えば、他のXYアドレス型固体撮像素子として構成してもよい。 Figure 2 is a circuit diagram showing the general configuration of the solid-state imaging element 4 in Figure 1. Figure 3 is a circuit diagram showing an enlarged view of the vicinity of three pixel blocks BL arranged in succession in the column direction in Figure 2. Figure 4 is a schematic plan view showing the vicinity of the three pixel blocks BL shown in Figure 3. Figure 5 is a schematic plan view showing an enlarged view of the vicinity of one pixel block BL in Figure 4. In this embodiment, the solid-state imaging element 4 is configured as a CMOS-type solid-state imaging element, but is not limited to this and may be configured as, for example, another XY-address type solid-state imaging element.
固体撮像素子4は、図2乃至図4に示すように、N行M列に2次元マトリクス状に配置されそれぞれ2つの画素PX(PXA,PXB)を有する画素ブロックBLと、画素ブロックBLの1つ当たり複数の連結スイッチとしての連結トランジスタSWa,SWbと、垂直走査回路21と、画素ブロックBLの行毎に設けられた制御線22~27と、画素PXの列毎に(画素ブロックBLの列毎に)設けられ対応する列の画素PX(画素ブロックBL)からの信号を受け取る複数の(M本の)垂直信号線28と、各垂直信号線28に設けられた定電流源29と、各垂直信号線28に対応して設けられたカラムアンプ30、CDS回路(相関2重サンプリング回路)31及びA/D変換器32と、水平読み出し回路33とを有している。 As shown in Figures 2 to 4, the solid-state imaging device 4 includes pixel blocks BL arranged in a two-dimensional matrix of N rows and M columns, each having two pixels PX (PXA, PXB); multiple connecting transistors SWa and SWb serving as connecting switches per pixel block BL; a vertical scanning circuit 21; control lines 22 to 27 provided for each row of pixel blocks BL; multiple (M) vertical signal lines 28 provided for each column of pixels PX (for each column of pixel blocks BL) and receiving signals from the pixels PX (pixel blocks BL) in the corresponding column; a constant current source 29 provided for each vertical signal line 28; a column amplifier 30, a CDS circuit (correlated double sampling circuit) 31, an A/D converter 32, and a horizontal readout circuit 33, all of which are provided corresponding to each vertical signal line 28.
なお、カラムアンプ30として、アナログ増幅器を用いてもよいし、いわゆるスイッチトキャパシタアンプを用いてもよい。また、カラムアンプ30は、必ずしも設けなくてもよい。 The column amplifier 30 may be an analog amplifier or a so-called switched capacitor amplifier. Also, the column amplifier 30 does not necessarily have to be provided.
図面表記の便宜上、図2ではM=2として示しているが、列数Mは実際にはより多くの任意の数にされる。また、行数Nも限定されない。画素ブロックBLを行毎に区別する場合、j行目の画素ブロックBLは符号BL(j)で示す。この点は、他の要素や後述する制御信号についても同様である。図2及び図3には、3行に渡るn-1行目乃至n+1行目の画素ブロックBL(n-1)~BL(n+1)が示されている。 For convenience of illustration, Figure 2 shows M = 2, but in reality the number of columns M can be any larger number. The number of rows N is also not limited. When distinguishing pixel blocks BL by row, the pixel block BL in the jth row is indicated by the symbol BL(j). This also applies to other elements and the control signals described below. Figures 2 and 3 show three rows, pixel blocks BL(n-1) to BL(n+1), in rows n-1 to n+1.
なお、図面では、画素ブロックBLのうち図2及び図3中下側の画素の符号をPXAとし、図2及び図3中上側の画素の符号をPXBとして、両者を区別しているが、両者を区別しないで説明するときには両者に符号PXを付して説明する場合がある。また、図面では、画素PXAのフォトダイオードの符号をPDAとし、画素PXBのフォトダイオードの符号をPDBとして、両者を区別しているが、両者を区別しないで説明するときには両者に符号PDを付して説明する場合がある。同様に、画素PXAの転送トランジスタの符号をTXAとし、画素PXBの転送トランジスタの符号をTXBとして、両者を区別しているが、両者を区別しないで説明するときには両者に符号TXを付して説明する場合がある。なお、本実施の形態では、画素PXのフォトダイオードPDは、2N行M列に2次元マトリクス状に配置されている。 In the drawings, the pixel in the pixel block BL at the bottom in Figures 2 and 3 is designated PXA, and the pixel in the top in Figures 2 and 3 is designated PXB, to distinguish between them. However, when describing them without distinguishing between them, the symbol PX may be used to refer to both. In the drawings, the photodiode in pixel PXA is designated PDA, and the photodiode in pixel PXB is designated PDB, to distinguish between them. However, when describing them without distinguishing between them, the symbol PD may be used to refer to both. Similarly, the transfer transistor in pixel PXA is designated TXA, and the transfer transistor in pixel PXB is designated TXB, to distinguish between them. However, when describing them without distinguishing between them, the symbol TX may be used to refer to both. In this embodiment, the photodiodes PD of pixel PX are arranged in a two-dimensional matrix of 2N rows and M columns.
本実施の形態では、各画素PXは、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部としてのフォトダイオードPDと、フォトダイオードPDからノードPに電荷を転送する転送スイッチとしての転送トランジスタTXとを有している。 In this embodiment, each pixel PX has a photodiode PD as a photoelectric conversion unit that generates and accumulates signal charge in response to incident light, and a transfer transistor TX as a transfer switch that transfers charge from the photodiode PD to a node P.
本実施の形態では、複数の画素PXは、フォトダイオードPDが列方向に順次並んだ2個の画素PX(PXA,PXB)毎に画素ブロックBLをなしている。図2及び図3に示すように、各画素ブロックBL毎に、当該画素ブロックBLに属する2個の画素PX(PXA,PXB)が、1組のノードP、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST及び選択トランジスタSELを共有している。ノードPには基準電位との間に容量(電荷電圧変換容量)が形成され、その容量によって、ノードPに転送されてきた電荷が電圧に変換される。増幅トランジスタAMPは、ノードPの電位に応じた信号を出力する増幅部を構成している。リセットトランジスタRSTは、ノードPの電位をリセットするリセットスイッチを構成している。選択トランジスタSELは、当該画素ブロックBLを選択するための選択部を構成している。フォトダイオードPD及び転送トランジスタTXは、2個の画素PX(PXA,PXB)で共有されることなく、画素PX毎に設けられている。図2及び図3では、nは画素ブロックBLの行を示している。例えば、1行目の画素PX(PXA)と2行目の画素PX(PXB)とにより1行目の画素ブロックBLが構成され、3行目の画素PX(PXA)と4行目の画素PX(PXB)とにより2行目の画素ブロックBLが構成されている。 In this embodiment, multiple pixels PX form a pixel block BL, with each pair of pixels PX (PXA, PXB) having photodiodes PD aligned in the column direction. As shown in Figures 2 and 3, for each pixel block BL, the two pixels PX (PXA, PXB) belonging to that pixel block BL share a set of node P, amplifier transistor AMP, reset transistor RST, and select transistor SEL. A capacitance (charge-voltage conversion capacitance) is formed between node P and a reference potential, and this capacitance converts the charge transferred to node P into a voltage. The amplifier transistor AMP constitutes an amplifier unit that outputs a signal corresponding to the potential of node P. The reset transistor RST constitutes a reset switch that resets the potential of node P. The select transistor SEL constitutes a selector unit for selecting the pixel block BL. The photodiode PD and transfer transistor TX are not shared by two pixels PX (PXA, PXB) but are provided for each pixel PX. In Figures 2 and 3, n indicates the row of the pixel block BL. For example, the pixel PX (PXA) on the first row and the pixel PX (PXB) on the second row form the pixel block BL on the first row, and the pixel PX (PXA) on the third row and the pixel PX (PXB) on the fourth row form the pixel block BL on the second row.
なお、本発明では、例えば、フォトダイオードPDが列方向に順次並んだ3個以上の画素PX毎に画素ブロックBLを構成するようにしてもよい。 In the present invention, a pixel block BL may be configured, for example, for every three or more pixels PX in which photodiodes PD are arranged sequentially in the column direction.
図面には示していないが、本実施の形態では、各々の画素PXのフォトダイオードPDの光入射側には、それぞれが異なる色成分の光を透過させる複数種類のカラーフィルタが、所定の色配列(例えば、ベイヤー配列)で配置されている。画素PXは、カラーフィルタでの色分解によって各色に対応する電気信号を出力する。 Although not shown in the drawings, in this embodiment, multiple types of color filters, each of which transmits light of a different color component, are arranged in a predetermined color array (e.g., Bayer array) on the light incident side of the photodiode PD of each pixel PX. The pixel PX outputs an electrical signal corresponding to each color through color separation by the color filters.
各画素ブロックBLのうちの列方向に互いに隣り合う各2つの画素ブロックBLについて、一方の画素ブロックBLのノードPと他方の画素ブロックBLのノードPとの間に設けられた電気的な接続路(接続部)であってその間に固有の接続路(接続部)中に、2つの連結スイッチとしての2つの連結トランジスタSWa,SWbが直列に設けられている。これによって、本実施の形態では、3つ以上の画素ブロックBLのノードPが、複数の前記接続路(接続部)により数珠繋ぎ状に接続されている。それらの2つの連結トランジスタSWa,SWbのうち、連結トランジスタSWaは、図2及び図3中の下側の画素ブロックBLのノードPの側に配置されたものであり、連結トランジスタSWbは、図2及び図3中の上側の画素ブロックBLのノードPの側に配置されたものである。 For each pair of pixel blocks BL adjacent to each other in the column direction, two linking transistors SWa and SWb are arranged in series as two linking switches in an electrical connection path (connection section) provided between node P of one pixel block BL and node P of the other pixel block BL, the connection path (connection section) being unique between the two. As a result, in this embodiment, the nodes P of three or more pixel blocks BL are connected in a daisy-chain fashion by multiple connection paths (connection sections). Of the two linking transistors SWa and SWb, linking transistor SWa is arranged on the side of node P of the lower pixel block BL in Figures 2 and 3, and linking transistor SWb is arranged on the side of node P of the upper pixel block BL in Figures 2 and 3.
例えば、n行目の画素ブロックBL(n)のノードP(n)とn+1行目の画素ブロックBLのノードP(n+1)との間の電気的な接続路であってその間に固有の接続路中に、2つの連結トランジスタSWa(n),SWb(n)が直列に設けられている。図4に示すように、連結トランジスタSWa(n)は画素ブロックBL(n)の領域内に形成される一方、連結トランジスタSWb(n)は画素ブロックBL(n+1)の領域内に形成されているが、これらの連結トランジスタSWa(n),SWb(n)には、同じ固有の接続路中に直列に設けられていることを示すために、符号の末尾に同じ(n)を付している。なお、本発明では、前記各固有の接続路中に3個以上の連結スイッチを直列に設けてもよいが、構造を簡単にするために、本実施の形態のように、前記各固有の接続路中に2個の連結トランジスタSWa,SWbを直列に設けることが好ましい。 For example, two coupling transistors SWa(n) and SWb(n) are arranged in series in a unique electrical connection path between node P(n) of pixel block BL(n) in the nth row and node P(n+1) of pixel block BL in the n+1th row. As shown in FIG. 4, coupling transistor SWa(n) is formed within the pixel block BL(n), while coupling transistor SWb(n) is formed within the pixel block BL(n+1). However, the same (n) is added to the end of the reference numerals of these coupling transistors SWa(n) and SWb(n) to indicate that they are arranged in series in the same unique connection path. Note that, although three or more coupling switches may be arranged in series in each unique connection path in the present invention, it is preferable to arrange two coupling transistors SWa and SWb in series in each unique connection path, as in this embodiment, for structural simplicity.
図2及び図3において、VDDは電源電位である。なお、本実施の形態では、トランジスタTXA,TXB,AMP,RST,SEL,SWa,SWbは、全てnMOSトランジスタである。 In Figures 2 and 3, VDD is the power supply potential. In this embodiment, transistors TXA, TXB, AMP, RST, SEL, SWa, and SWb are all nMOS transistors.
転送トランジスタTXAのゲートは行毎に制御線26に共通に接続され、そこには、制御信号φTXAが垂直走査回路21から供給される。転送トランジスタTXBのゲートは行毎に制御線25に共通に接続され、そこには、制御信号φTXBが垂直走査回路21から供給される。リセットトランジスタRSTのゲートは行毎に制御線24に共通に接続され、そこには、制御信号φRSTが垂直走査回路21から供給される。選択トランジスタSELのゲートは行毎に制御線23に共通に接続され、そこには、制御信号φSELが垂直走査回路21から供給される。連結トランジスタSWaのゲートは行毎に制御線22に共通に接続され、そこには、制御信号φSWaが垂直走査回路21から供給される。連結トランジスタSWbのゲートは行毎に制御線27に共通に接続され、そこには、制御信号φSWbが垂直走査回路21から供給される。例えば、転送トランジスタTXA(n)のゲートには制御信号φTXA(n)が供給され、転送トランジスタTXB(n)のゲートには制御信号φTXB(n)が供給され、リセットトランジスタRST(n)のゲートには制御信号φRST(n)が供給され、選択トランジスタSEL(n)のゲートには制御信号φSEL(n)が供給され、連結トランジスタSWa(n)のゲートには制御信号φSWa(n)が供給され、連結トランジスタSWb(n)のゲートには制御信号φSWb(n)が供給される。 The gates of the transfer transistors TXA for each row are connected in common to a control line 26, to which a control signal φTXA is supplied from the vertical scanning circuit 21. The gates of the transfer transistors TXB for each row are connected in common to a control line 25, to which a control signal φTXB is supplied from the vertical scanning circuit 21. The gates of the reset transistors RST for each row are connected in common to a control line 24, to which a control signal φRST is supplied from the vertical scanning circuit 21. The gates of the select transistors SEL for each row are connected in common to a control line 23, to which a control signal φSEL is supplied from the vertical scanning circuit 21. The gates of the connecting transistors SWa for each row are connected in common to a control line 22, to which a control signal φSWa is supplied from the vertical scanning circuit 21. The gates of the connecting transistors SWb for each row are connected in common to a control line 27, to which a control signal φSWb is supplied from the vertical scanning circuit 21. For example, a control signal φTXA(n) is supplied to the gate of the transfer transistor TXA(n), a control signal φTXB(n) is supplied to the gate of the transfer transistor TXB(n), a control signal φRST(n) is supplied to the gate of the reset transistor RST(n), a control signal φSEL(n) is supplied to the gate of the selection transistor SEL(n), a control signal φSWa(n) is supplied to the gate of the linking transistor SWa(n), and a control signal φSWb(n) is supplied to the gate of the linking transistor SWb(n).
各トランジスタTXA,TXB,RST,SEL,SWa,SWbは、対応する制御信号φTXA,φTXB,φRST,φSEL,φSWa,φSWbがハイレベル(H)のときにオンし、ローレベル(L)のときにオフする。 Each transistor TXA, TXB, RST, SEL, SWa, and SWb is turned on when the corresponding control signal φTXA, φTXB, φRST, φSEL, φSWa, or φSWb is high level (H), and turned off when the corresponding control signal is low level (L).
垂直走査回路21は、図1中の撮像制御部5による制御下で、画素ブロックBLの行毎に、制御信号φTXA,φTXB,φRST,φSEL,φSWa,φSWbをそれぞれ出力し、画素ブロックBL、連結トランジスタSWa,SWbを制御し、静止画読み出し動作や動画読み出し動作などを実現する。この制御において、例えばISO感度の設定値に応じて、後述する各動作モードの読み出し動作が行われる。この制御によって、各垂直信号線28には、それに対応する列の画素PXの信号(アナログ信号)が供給される。 Under the control of the imaging control unit 5 in FIG. 1, the vertical scanning circuit 21 outputs control signals φTXA, φTXB, φRST, φSEL, φSWa, and φSWb for each row of the pixel block BL, controlling the pixel block BL and the connecting transistors SWa and SWb to perform still image readout operations, video readout operations, and the like. This control performs readout operations in various operation modes, described below, depending on, for example, the ISO sensitivity setting. Through this control, each vertical signal line 28 is supplied with a signal (analog signal) from the pixel PX of the corresponding column.
本実施の形態では、垂直走査回路21は、後述する各動作モードを、図1中の撮像制御部5からの指令(制御信号)に応じて切り替えて行う制御部を構成している。 In this embodiment, the vertical scanning circuit 21 constitutes a control unit that switches between the various operation modes described below in response to commands (control signals) from the imaging control unit 5 in Figure 1.
垂直信号線28に読み出された信号は、各列毎に、カラムアンプ30で増幅され更にCDS回路31にて光信号(画素PXで光電変換された光情報を含む信号)と暗信号(光信号から差し引くべきノイズ成分を含む差分用信号)との差分を得る処理が施された後に、A/D変換器32にてデジタル信号に変換され、そのデジタル信号はA/D変換器32に保持される。各A/D変換器32に保持されたデジタルの画像信号は、水平読み出し回路33によって水平走査され、必要に応じて所定の信号形式に変換されて、外部(図1中のデジタル信号処理部6)へ出力される。 The signals read out to the vertical signal lines 28 are amplified by the column amplifiers 30 for each column, and then processed by the CDS circuit 31 to obtain the difference between the optical signal (a signal containing optical information photoelectrically converted by the pixel PX) and the dark signal (a differential signal containing a noise component to be subtracted from the optical signal), before being converted into a digital signal by the A/D converter 32, which then stores the digital signal. The digital image signals stored in each A/D converter 32 are horizontally scanned by the horizontal readout circuit 33, converted into a predetermined signal format as necessary, and output to the outside (digital signal processing unit 6 in Figure 1).
なお、CDS回路31は、図1中の撮像制御部5による制御下でタイミング発生回路(図示せず)から暗信号サンプリング信号φDARKCを受け、φDARKCがハイレベル(H)の場合にカラムアンプ30の出力信号を暗信号としてサンプリングするとともに、図1中の撮像制御部5による制御下で前記タイミング発生回路から光信号サンプリング信号φSIGCを受け、φSIGCがHの場合にカラムアンプ30の出力信号を光信号としてサンプリングする。そして、CDS回路31は、前記タイミング発生回路からのクロックやパルスに基づいて、サンプリングした暗信号と光信号との差分に応じた信号を出力する。このようなCDS回路31の構成としては、公知の構成を採用することができる。 The CDS circuit 31 receives a dark signal sampling signal φDARKC from a timing generation circuit (not shown) under the control of the imaging control unit 5 in FIG. 1, and samples the output signal of the column amplifier 30 as a dark signal when φDARKC is high (H). It also receives a light signal sampling signal φSIGC from the timing generation circuit under the control of the imaging control unit 5 in FIG. 1, and samples the output signal of the column amplifier 30 as an optical signal when φSIGC is H. The CDS circuit 31 then outputs a signal corresponding to the difference between the sampled dark signal and optical signal, based on the clock and pulses from the timing generation circuit. A known configuration can be used for this CDS circuit 31.
ここで、図4及び図5を参照して、画素ブロックBLの構造について説明する。実際には、フォトダイオードPDの上部にはカラーフィルタやマイクロレンズ等が配置されるが、図4及び図5では省略している。なお、図4及び図5において、電源線、グランド線及び制御線22~27等のレイアウトは省略している。 The structure of the pixel block BL will now be described with reference to Figures 4 and 5. In reality, color filters, microlenses, etc. are arranged above the photodiode PD, but these are omitted in Figures 4 and 5. Note that the layout of power lines, ground lines, control lines 22 to 27, etc. is omitted in Figures 4 and 5.
本実施の形態では、N型シリコン基板(図示せず)上にP型ウエル(図示せず)が設けられ、前記P型ウエル中にフォトダイオードPDなどの画素ブロックBLにおける各素子が配置されている。図5において、符号41~49は、前述した各トランジスタの一部となっているN型不純物拡散領域である。符号61~67は、ポリシリコンによる各トランジスタのゲート電極である。なお、拡散領域42,45は、図示しない電源線により電源電圧VDDが印加される領域である。 In this embodiment, a P-type well (not shown) is provided on an N-type silicon substrate (not shown), and elements in pixel block BL, such as photodiode PD, are disposed in the P-type well. In Figure 5, reference numerals 41 to 49 indicate N-type impurity diffusion regions that form part of each of the aforementioned transistors. Reference numerals 61 to 67 indicate gate electrodes of each transistor made of polysilicon. Diffusion regions 42 and 45 are regions to which power supply voltage VDD is applied via a power supply line (not shown).
フォトダイオードPDA(n),PDB(n)は、前記P型ウエル中に設けられたN型の電荷蓄積層(図示せず)とその表面側に配置されたP型の空乏化防止層(図示せず)からなる埋め込み型フォトダイオードである。フォトダイオードPDA(n),PDB(n)は、入射する光を光電変換し、生じた電荷をその電荷蓄積層に蓄積する。 The photodiodes PDA(n) and PDB(n) are buried photodiodes consisting of an N-type charge storage layer (not shown) provided in the P-type well and a P-type depletion prevention layer (not shown) located on the surface side of the N-type charge storage layer. The photodiodes PDA(n) and PDB(n) photoelectrically convert incident light and store the resulting charge in the charge storage layer.
転送トランジスタTXA(n)は、フォトダイオードPDA(n)の電荷蓄積層をソース、拡散領域41をドレイン、ゲート電極61をゲートとするnMOSトランジスタである。転送トランジスタTXB(n)は、フォトダイオードPDB(n)の電荷蓄積層をソース、拡散領域41をドレイン、ゲート電極62をゲートとするnMOSトランジスタである。拡散領域41は、フォトダイオードPDA(n)とフォトダイオードPDB(n)との間に設けられている。拡散領域41は、転送トランジスタTXA(n)のドレインとなる拡散領域及び転送トランジスタTXB(n)のドレインとなる拡散領域として、兼用されている。転送トランジスタTXA(n)のゲート電極61は、拡散領域41のフォトダイオードPDA(n)側に配置されている。転送トランジスタTXB(n)のゲート電極62は、拡散領域41のフォトダイオードPDB(n)側に配置されている。 The transfer transistor TXA(n) is an nMOS transistor with the charge storage layer of the photodiode PDA(n) as its source, the diffusion region 41 as its drain, and the gate electrode 61 as its gate. The transfer transistor TXB(n) is an nMOS transistor with the charge storage layer of the photodiode PDB(n) as its source, the diffusion region 41 as its drain, and the gate electrode 62 as its gate. The diffusion region 41 is provided between the photodiode PDA(n) and the photodiode PDB(n). The diffusion region 41 serves as both the diffusion region that serves as the drain of the transfer transistor TXA(n) and the diffusion region that serves as the drain of the transfer transistor TXB(n). The gate electrode 61 of the transfer transistor TXA(n) is located on the photodiode PDA(n) side of the diffusion region 41. The gate electrode 62 of the transfer transistor TXB(n) is located on the photodiode PDB(n) side of the diffusion region 41.
増幅トランジスタAMP(n)は、拡散領域42をドレイン、拡散領域43をソース、ゲート電極63をゲートとするnMOSトランジスタである。選択トランジスタSEL(n)は、拡散領域43をドレイン、拡散領域44をソース、ゲート電極64をゲートとするnMOSトランジスタである。拡散領域44は、垂直信号線28に接続されている。リセットトランジスタRST(n)は、拡散領域45をドレイン、拡散領域46をソース、ゲート電極65をゲートとするnMOSトランジスタである。 The amplification transistor AMP(n) is an nMOS transistor with diffusion region 42 as its drain, diffusion region 43 as its source, and gate electrode 63 as its gate. The selection transistor SEL(n) is an nMOS transistor with diffusion region 43 as its drain, diffusion region 44 as its source, and gate electrode 64 as its gate. Diffusion region 44 is connected to vertical signal line 28. The reset transistor RST(n) is an nMOS transistor with diffusion region 45 as its drain, diffusion region 46 as its source, and gate electrode 65 as its gate.
連結トランジスタSWa(n)は、拡散領域46をソース、拡散領域47をドレイン、ゲート電極66をゲートとするnMOSトランジスタである。連結トランジスタSWb(n-1)は、拡散領域48をドレイン、拡散領域49をソース、ゲート電極67をゲートとするnMOSトランジスタである。 Linking transistor SWa(n) is an nMOS transistor with diffusion region 46 as its source, diffusion region 47 as its drain, and gate electrode 66 as its gate. Linking transistor SWb(n-1) is an nMOS transistor with diffusion region 48 as its drain, diffusion region 49 as its source, and gate electrode 67 as its gate.
画素ブロックBL(n)のゲート電極63及び拡散領域41,46並びに連結トランジスタSWb(n-1)の拡散領域48間が、配線71(n)によって互いに電気的に接続されて導通している。本実施の形態では、ノードP(n)は、配線71(n)及びこれに対して電気的に接続されて導通している箇所全体に相当している。 The gate electrode 63 and diffusion regions 41 and 46 of pixel block BL(n) and the diffusion region 48 of linking transistor SWb(n-1) are electrically connected to each other and conductively via wiring 71(n). In this embodiment, node P(n) corresponds to wiring 71(n) and all of the locations electrically connected to and conductive with it.
n行目以外の画素ブロックBLの構造も、前述したn行目の画素ブロックBL(n)の構造と同様である。連結トランジスタSWa(n)以外の連結トランジスタSWaの構造も、前述した連結トランジスタSWa(n)の構造と同様である。連結トランジスタSWb(n)以外の連結トランジスタSWbの構造も、前述した連結トランジスタSWb(n)の構造と同様である。 The structure of pixel blocks BL other than those in the nth row is the same as the structure of the pixel block BL(n) in the nth row described above. The structure of connecting transistors SWa other than connecting transistor SWa(n) is the same as the structure of connecting transistor SWa(n) described above. The structure of connecting transistors SWb other than connecting transistor SWb(n) is the same as the structure of connecting transistor SWb(n) described above.
そして、前記各固有の接続路中に直列に設けられている2個の連結トランジスタSWa,SWbについて、連結トランジスタSWaの拡散領域47と連結トランジスタSWbの拡散領域49との間が、配線72によって接続されている。例えば、連結トランジスタSWa(n-1)の拡散領域47と連結トランジスタSWb(n-1)の拡散領域49との間が、配線72(n-1)によって電気的に接続されている。配線72(n-1)は、連結トランジスタSWa(n-1),SWb(n-1)がオフである場合における連結トランジスタSWa(n-1),SWb(n-1)間の接続部を構成している。連結トランジスタSWa(n)の拡散領域47と連結トランジスタSWb(n)の拡散領域49との間が、配線72(n)によって電気的に接続されている。配線72(n)は、連結トランジスタSWa(n),SWb(n)がオフである場合における連結トランジスタSWa(n),SWb(n)間の接続部を構成している。 For the two linking transistors SWa and SWb arranged in series in each unique connection path, the diffusion region 47 of the linking transistor SWa and the diffusion region 49 of the linking transistor SWb are connected by wiring 72. For example, the diffusion region 47 of the linking transistor SWa(n-1) and the diffusion region 49 of the linking transistor SWb(n-1) are electrically connected by wiring 72(n-1). Wiring 72(n-1) forms the connection between the linking transistors SWa(n-1) and SWb(n-1) when the linking transistors SWa(n-1) and SWb(n-1) are off. The diffusion region 47 of the linking transistor SWa(n) and the diffusion region 49 of the linking transistor SWb(n) are electrically connected by wiring 72(n). Wiring 72(n) forms a connection between the linking transistors SWa(n) and SWb(n) when the linking transistors SWa(n) and SWb(n) are off.
ここで、図4に示すように、前記各固有の接続路中に直列に設けられている2個の連結トランジスタSWa,SWb間の列方向の位置ずれ量をLsとし、フォトダイオードPDの列方向のピッチをPgとする。本発明では、ピッチPgと位置ずれLsとの関係は限定されるものではないが、後述する容量CAの容量値Cfd1を小さくするためには、pg<Ls<2×Pgであることが好ましい。本実施の形態では、例えば、連結トランジスタSWb(n-1)が連結トランジスタSWa(n)の近傍に配置され、位置ずれ量Lsが2×Pgをわずかに下回るよう程度に設定されて、配線71(n)の長さが極力短くされ、後述する容量CA(n)の容量値Cfd1が極力小さくなるようになっている。 As shown in FIG. 4, the column-direction misalignment between the two linking transistors SWa and SWb arranged in series in each unique connection path is denoted by Ls, and the column-direction pitch of the photodiodes PD is denoted by Pg. In the present invention, the relationship between the pitch Pg and the misalignment Ls is not limited, but to reduce the capacitance value Cfd1 of the capacitance CA described below, it is preferable that pg<Ls<2×Pg. In this embodiment, for example, the linking transistor SWb(n-1) is disposed near the linking transistor SWa(n), and the misalignment Ls is set to be slightly less than 2×Pg, thereby minimizing the length of the wiring 71(n) and minimizing the capacitance value Cfd1 of the capacitance CA(n) described below.
図2乃至図5において、CA(n)は、連結トランジスタSWa(n),SWb(n-1)がオフしている場合の、ノードP(n)と基準電位との間の容量である。容量CA(n)の容量値をCfd1とする。CB(n)は、連結トランジスタSWa(n),SWb(n)がオフしている場合の、配線72(n)と基準電位との間の容量を示している。容量CB(n)の容量値をCfd2とする。これらの点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。 In Figures 2 to 5, CA(n) is the capacitance between node P(n) and the reference potential when the linking transistors SWa(n) and SWb(n-1) are off. The capacitance value of capacitance CA(n) is Cfd1. CB(n) is the capacitance between wiring 72(n) and the reference potential when the linking transistors SWa(n) and SWb(n) are off. The capacitance value of capacitance CB(n) is Cfd2. These points also apply to the other rows of pixel block BL.
容量CA(n)は、転送トランジスタTXA(n),TXB(n)のドレイン拡散領域41の容量と、リセットトランジスタRST(n)のソース拡散領域46の容量と、連結トランジスタSWa(n)のソース拡散領域46の容量と、連結トランジスタSWb(n-1)のドレイン拡散領域48の容量と、増幅トランジスタAMP(n)のゲート電極63の容量と、配線71(n)の配線容量とから構成され、それらの容量値の合計が容量CA(n)の容量値Cfd1となる。この点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。 Capacitance CA(n) is composed of the capacitance of the drain diffusion regions 41 of the transfer transistors TXA(n) and TXB(n), the capacitance of the source diffusion region 46 of the reset transistor RST(n), the capacitance of the source diffusion region 46 of the linking transistor SWa(n), the capacitance of the drain diffusion region 48 of the linking transistor SWb(n-1), the capacitance of the gate electrode 63 of the amplification transistor AMP(n), and the wiring capacitance of the wiring 71(n), and the sum of these capacitance values is the capacitance value Cfd1 of capacitance CA(n). This is also true for the other rows of the pixel block BL.
ここで、連結トランジスタSWaのオン時のチャネル容量の値及び連結トランジスタSWbのオン時のチャネル容量の値を、両方ともCswとする。通常、容量値Cswは、容量値Cfd1,Cfd2に対して小さい値である。 Here, the channel capacitance value of the linking transistor SWa when it is on and the channel capacitance value of the linking transistor SWb when it is on are both Csw. Typically, the capacitance value Csw is smaller than the capacitance values Cfd1 and Cfd2.
今、画素ブロックBL(n)に着目して、連結トランジスタSWa(n),SWb(n-1)が両方ともオフする(すなわち、各連結トランジスタSWa,SWbのうちのオン状態の連結トランジスタがノードP(n)に対して電気的に接続された状態とならず、連結トランジスタSWa,SWbが設けられている接続路がノードP(n)に対して電気的に接続された状態とならない)と、ノードP(n)と基準電位との間の容量(電荷電圧変換容量)は、容量CA(n)となる。よって、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1となる。この状態は、後述する第1の動作モードを示す図6中の期間T2の状態に相当している。 Now, focusing on pixel block BL(n), if both linking transistors SWa(n) and SWb(n-1) are turned off (i.e., the on-state linking transistors SWa and SWb are not electrically connected to node P(n), and the connection path through which linking transistors SWa and SWb are provided is not electrically connected to node P(n)), the capacitance (charge-voltage conversion capacitance) between node P(n) and the reference potential becomes capacitance CA(n). Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of node P(n) becomes Cfd1. This state corresponds to the state during period T2 in Figure 6, which shows the first operating mode described below.
また、画素ブロックBL(n)に着目して、連結トランジスタSWa(n)がオンすると、各連結トランジスタSWa,SWbのうち連結トランジスタSWa(n)以外のオン状態の連結トランジスタがノードP(n)に対して電気的に接続された状態とならなければ(ここでは、具体的には、連結トランジスタSWb(n-1),SWb(n)がオフであれば)、ノードP(n)と基準電位との間の容量(電荷電圧変換容量)は、容量CA(n)に対して、容量CB(n)及び連結トランジスタSWa(n)のオン時のチャネル容量を付加したものとなる。よって、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1+Cfd2+Csw≒Cfd1+Cfd2となる。この状態は、後述する第2Aの動作モードを示す図7中の期間T2の状態に相当している。 Furthermore, focusing on pixel block BL(n), when linking transistor SWa(n) is turned on, if none of the linking transistors SWa and SWb that are on except for linking transistor SWa(n) are electrically connected to node P(n) (specifically, if linking transistors SWb(n-1) and SWb(n) are off), the capacitance (charge-voltage conversion capacitance) between node P(n) and the reference potential is the sum of capacitance CA(n) plus capacitance CB(n) and the channel capacitance of linking transistor SWa(n) when it is on. Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of node P(n) is Cfd1 + Cfd2 + Csw ≈ Cfd1 + Cfd2. This state corresponds to the state during period T2 in Figure 7, which shows the second A operating mode, described below.
さらに、画素ブロックBL(n)に着目して、連結トランジスタSWa(n),SWb(n)が両方ともオンすると、各連結トランジスタSWa,SWbのうち連結トランジスタSWa(n),SWb(n)以外のオン状態の連結トランジスタがノードP(n)に対して電気的に接続された状態とならなければ(ここでは、具体的には、連結トランジスタSWb(n-1),SWa(n+1)がオフであれば)、ノードP(n)の電荷電圧変換容量は、容量CA(n)に対して、容量CB(n)、連結トランジスタSWa(n),SWb(n)のオン時のチャネル容量及び容量CA(n+1)を付加したものとなる。よって、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、2×Cfd1+Cfd2+2×Csw≒2×Cfd1+Cfd2となる。この状態は、後述する第2Bの動作モードを示す図8中の期間T2の状態に相当している。 Furthermore, focusing on pixel block BL(n), when both linking transistors SWa(n) and SWb(n) are turned on, if none of the linking transistors SWa and SWb that are on are electrically connected to node P(n) (specifically, if linking transistors SWb(n-1) and SWa(n+1) are off), the charge-voltage conversion capacitance of node P(n) is the sum of capacitance CA(n), capacitance CB(n), the channel capacitance of linking transistors SWa(n) and SWb(n) when they are on, and capacitance CA(n+1). Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of node P(n) is 2×Cfd1+Cfd2+2×Csw≈2×Cfd1+Cfd2. This state corresponds to the state during period T2 in Figure 8, which shows the second B operating mode described below.
このように、各連結トランジスタSWa,SWbのうちノードP(n)に対して電気的に接続されるオン状態の連結トランジスタがなければ、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値が最小となり、その電荷電圧変換容量による電荷電圧変換係数が大きくなるため、最高のSN比での読出しが可能となる。 In this way, if none of the linking transistors SWa and SWb are in the on state and electrically connected to node P(n), the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of node P(n) will be minimized, and the charge-voltage conversion coefficient due to that charge-voltage conversion capacitance will be large, enabling readout with the highest S/N ratio.
一方、各連結トランジスタSWa,SWbのうちノードP(n)に対して電気的に接続されるオン状態の連結トランジスタの数を1つ以上の所望の数に増やしていけば、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値を所望の値に大きくすることができ、大きな信号電荷量を扱うことができるため、飽和電子数を拡大することができる。これにより、ダイナミックレンジを拡大することができる。 On the other hand, by increasing the number of on-state linking transistors electrically connected to node P(n) among the linking transistors SWa and SWb to a desired number greater than or equal to one, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of node P(n) can be increased to a desired value, allowing a larger amount of signal charge to be handled, thereby increasing the number of saturation electrons. This allows the dynamic range to be expanded.
以上、画素ブロックBL(n)のノードP(n)について説明したが、他の画素ブロックBLのノードPについても同様である。 The above describes node P(n) of pixel block BL(n), but the same applies to nodes P of other pixel blocks BL.
図6は、図2に示す固体撮像素子4の第1の動作モードを示すタイミングチャートである。この第1の動作モードは、各画素ブロックBLを行毎に順次選択していき、各連結トランジスタSWa,SWbのうち選択された画素ブロックBLのノードPに対して電気的に接続されるオン状態の連結トランジスタがない状態(当該ノードPの電荷電圧変換容量が最小である状態)で、選択された画素ブロックBLの転送トランジスタTXA,TXBを順次選択的にオンさせて、選択された画素ブロックBLの各フォトダイオードPDA,PDBの信号を行毎に順次読み出す動作の例である。図6に示す例では、全画素PXA,PXBの信号を読み出すが、これに限らず、例えば、画素行を間引いて読み出す間引き読み出し等を行ってもよい。この点は、後述する図7及び図8にそれぞれ示す各例についても同様である。 Figure 6 is a timing chart illustrating the first operating mode of the solid-state imaging device 4 shown in Figure 2. This first operating mode is an example of an operation in which each pixel block BL is selected row by row. When none of the connecting transistors SWa and SWb are electrically connected to the node P of the selected pixel block BL in the on-state (when the charge-voltage conversion capacity of the node P is at its minimum), the transfer transistors TXA and TXB of the selected pixel block BL are selectively turned on in sequence, thereby sequentially reading out the signals of each photodiode PDA and PDB of the selected pixel block BL row by row. In the example shown in Figure 6, signals from all pixels PXA and PXB are read out. However, this is not limiting; for example, thinning-out readout, in which pixel rows are thinned out and readout, may also be performed. This also applies to the examples shown in Figures 7 and 8, described below.
図6は、期間T1においてn-1行目の画素ブロックBL(n-1)が選択され、期間T2においてn行目の画素ブロックBL(n)が選択され、期間T3においてn+1行目の画素ブロックBL(n+1)が選択されていく状況を示している。いずれの行の画素ブロックBLが選択された場合の動作も同様であるので、ここでは、n行目の画素ブロックBL(n)が選択された場合の動作についてのみ説明する。 Figure 6 shows a situation in which pixel block BL(n-1) in the n-1th row is selected in period T1, pixel block BL(n) in the nth row is selected in period T2, and pixel block BL(n+1) in the n+1th row is selected in period T3. The operation is the same when pixel block BL in any row is selected, so here we will only explain the operation when pixel block BL(n) in the nth row is selected.
期間T2の開始前に既に、所定の露光期間において、フォトダイオードPDA(n),PDB(n)の露光が終了している。この露光は、通常の本撮影時(静止画撮影時)などでは、全画素を同時にリセットするいわゆるグローバルリセット後にメカニカルシャッタ(図示せず)により行われ、電子ビューファインダーモード時や動画撮影時などでは、いわゆるローリング電子シャッタ動作により行われる。期間T2の開始直前には、全てのトランジスタSEL,RST,TXA,TXB,SWa,SWbはオフしている。 Before period T2 begins, exposure of photodiodes PDA(n) and PDB(n) has already been completed during a specified exposure period. During normal actual shooting (still image shooting), this exposure is performed by a mechanical shutter (not shown) after a so-called global reset, which resets all pixels simultaneously. In electronic viewfinder mode or when shooting video, the exposure is performed by a so-called rolling electronic shutter operation. Immediately before period T2 begins, all transistors SEL, RST, TXA, TXB, SWa, and SWb are off.
期間T2において、n行目のφSEL(n)がHにされ、n行目の画素ブロックBL(n)の選択トランジスタSEL(n)がオンにされ、n行目の画素ブロックBL(n)が選択される。 During period T2, φSEL(n) on the nth row is set to H, turning on the select transistor SEL(n) in the nth row pixel block BL(n), and selecting the nth row pixel block BL(n).
また、期間T2において、φSWa(n),φSWb(n-1)がLにされ、連結トランジスタSWa(n),SWb(n-1)がオフにされる。これにより、期間T2において、各連結トランジスタSWa,SWbのうち選択された画素ブロックBL(n)のノードP(n)に対して電気的に接続されるオン状態の連結トランジスタがない状態となる。したがって、前述したように、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1となり、最小となる。 Furthermore, during period T2, φSWa(n) and φSWb(n-1) are set to L, turning off the linking transistors SWa(n) and SWb(n-1). As a result, during period T2, none of the linking transistors SWa and SWb are in the on state and electrically connected to node P(n) of the selected pixel block BL(n). Therefore, as described above, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of node P(n) becomes Cfd1, which is the minimum.
期間T2の開始直後から一定期間だけ、φRST(n)がHにされてn行目のリセットトランジスタRST(n)が一旦オンにされ、ノードP(n)の電位が一旦電源電位VDDにリセットされる。 For a fixed period of time immediately after the start of period T2, φRST(n) is set to H, the reset transistor RST(n) in the nth row is temporarily turned on, and the potential of node P(n) is temporarily reset to the power supply potential VDD.
期間T2中のその後の時点t1から一定期間だけ、暗信号サンプリング信号φDARKCがHにされて、ノードP(n)に現れる電位がn行目の増幅トランジスタAMP(n)で増幅された後に選択トランジスタSEL(n)及び垂直信号線28を経由し更にカラムアンプ30で増幅された信号が、暗信号として、CDS回路31によりサンプリングされる。 For a fixed period of time from time t1 onward during period T2, the dark signal sampling signal φDARKC is set to H, and the potential appearing at node P(n) is amplified by the amplifier transistor AMP(n) on the nth row, passes through the select transistor SEL(n) and vertical signal line 28, and is further amplified by the column amplifier 30. The signal is then sampled as a dark signal by the CDS circuit 31.
期間T2中のその後の時点t2から一定期間だけ、φTXA(n)がHにされてn行目の転送トランジスタTXA(n)がオンにされる。これにより、n行目の画素ブロックBL(n)のフォトダイオードPDA(n)に蓄積されていた信号電荷が、ノードP(n)の電荷電圧変換容量に転送される。ノードP(n)の電位は、ノイズ成分を除くと、この信号電荷の量とノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値の逆数とに比例した値となる。 For a fixed period of time from time t2 onwards during period T2, φTXA(n) is set to H, turning on the transfer transistor TXA(n) in the nth row. This causes the signal charge accumulated in the photodiode PDA(n) in the pixel block BL(n) in the nth row to be transferred to the charge-voltage conversion capacitance of node P(n). The potential of node P(n), excluding noise components, is proportional to the amount of this signal charge and the reciprocal of the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of node P(n).
期間T2中のその後の時点t3において、光信号サンプリング信号φSIGCがHにされて、ノードP(n)に現れる電位がn行目の増幅トランジスタAMP(n)で増幅された後に選択トランジスタSEL(n)及び垂直信号線28を経由し更にカラムアンプ30で増幅された信号が、光信号として、CDS回路31によりサンプリングされる。 At a later time t3 during period T2, the optical signal sampling signal φSIGC is set to H, and the potential appearing at node P(n) is amplified by the amplifier transistor AMP(n) on the nth row, passes through the select transistor SEL(n) and vertical signal line 28, and is further amplified by the column amplifier 30. The signal is then sampled as an optical signal by the CDS circuit 31.
その後にφSIGCがLになった時点の後に、CDS回路31は、時点t1からの一定期間でサンプリングした暗信号と時点t3からの一定時間でサンプリングした光信号との差分に応じた信号を出力する。A/D変換器32は、この差分に応じた信号をデジタル信号に変換して保持する。各A/D変換器32に保持されたデジタルの画像信号は、水平読み出し回路33によって水平走査され、デジタル信号画像信号として外部(図1中のデジタル信号処理部6)へ出力される。 After φSIGC goes low, the CDS circuit 31 outputs a signal corresponding to the difference between the dark signal sampled over a fixed period from time t1 and the optical signal sampled over a fixed period from time t3. The A/D converter 32 converts the signal corresponding to this difference into a digital signal and stores it. The digital image signal stored in each A/D converter 32 is horizontally scanned by the horizontal readout circuit 33 and output to the outside (digital signal processing unit 6 in Figure 1) as a digital image signal.
そして、期間T2中の時点t4から一定期間だけ、φRST(n)がHにされてn行目のリセットトランジスタRST(n)が一旦オンにされ、ノードP(n)の電位が一旦電源電位VDDにリセットされる。 Then, from time t4 during period T2, for a fixed period of time, φRST(n) is set to H, the reset transistor RST(n) in the nth row is temporarily turned on, and the potential of node P(n) is temporarily reset to the power supply potential VDD.
期間T2中のその後の時点t5から一定期間だけ、暗信号サンプリング信号φDARKCがHにされて、ノードP(n)に現れる電位がn行目の増幅トランジスタAMP(n)で増幅された後に選択トランジスタSEL(n)及び垂直信号線28を経由し更にカラムアンプ30で増幅された信号が、暗信号として、CDS回路31によりサンプリングされる。 For a fixed period of time from time t5 onwards during period T2, the dark signal sampling signal φDARKC is set to H, and the potential appearing at node P(n) is amplified by the amplifier transistor AMP(n) on the nth row, passes through the select transistor SEL(n) and vertical signal line 28, and is further amplified by the column amplifier 30. The signal is then sampled as a dark signal by the CDS circuit 31.
期間T2中のその後の時点t6から一定期間だけ、φTXB(n)がHにされてn行目の転送トランジスタTXB(n)がオンにされる。これにより、n行目の画素ブロックBL(n)のフォトダイオードPDB(n)に蓄積されていた信号電荷が、ノードP(n)の電荷電圧変換容量に転送される。ノードP(n)の電位は、ノイズ成分を除くと、この信号電荷の量とノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値の逆数とに比例した値となる。 From time t6 onwards during period T2, φTXB(n) is set to H and the transfer transistor TXB(n) in the nth row is turned on for a fixed period of time. This causes the signal charge accumulated in the photodiode PDB(n) in the pixel block BL(n) in the nth row to be transferred to the charge-voltage conversion capacitance of node P(n). The potential of node P(n), excluding noise components, is proportional to the amount of this signal charge and the reciprocal of the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of node P(n).
期間T2中のその後の時点t7において、光信号サンプリング信号φSIGCがHにされて、ノードP(n)に現れる電位がn行目の増幅トランジスタAMP(n)で増幅された後に選択トランジスタSEL(n)及び垂直信号線28を経由し更にカラムアンプ30で増幅された信号が、光信号として、CDS回路31によりサンプリングされる。 At a later time t7 during period T2, the optical signal sampling signal φSIGC is set to H, and the potential appearing at node P(n) is amplified by the amplifier transistor AMP(n) on the nth row, passes through the select transistor SEL(n) and vertical signal line 28, and is further amplified by the column amplifier 30. The signal is then sampled as an optical signal by the CDS circuit 31.
その後にφSIGCがLになった時点の後に、CDS回路31は、時点t5からの一定期間でサンプリングした暗信号と時点t7からの一定時間でサンプリングした光信号との差分に応じた信号を出力する。A/D変換器32は、この差分に応じた信号をデジタル信号に変換して保持する。各A/D変換器32に保持されたデジタルの画像信号は、水平読み出し回路33によって水平走査され、デジタル信号画像信号として外部(図1中のデジタル信号処理部6)へ出力される。 After that, after φSIGC goes low, the CDS circuit 31 outputs a signal corresponding to the difference between the dark signal sampled over a fixed period from time t5 and the light signal sampled over a fixed period from time t7. The A/D converter 32 converts the signal corresponding to this difference into a digital signal and holds it. The digital image signal held in each A/D converter 32 is horizontally scanned by the horizontal readout circuit 33 and output as a digital image signal to the outside (digital signal processing unit 6 in Figure 1).
このように、前記第1の動作モードでは、各連結トランジスタSWa,SWbのうち選択された画素ブロックBLのノードPに対して電気的に接続されるオン状態の連結トランジスタがないので、選択された画素ブロックBLのノードPの電荷電圧変換容量の容量値が最小となり、その電荷電圧変換容量による電荷電圧変換係数が大きくなるため、最高のSN比での読出しが可能となる。例えば、ISO感度の設定値が最も高い場合に、撮像制御部5によって、前記第1の動作モードを行うように指令される。 In this way, in the first operating mode, none of the connecting transistors SWa, SWb are on and electrically connected to node P of the selected pixel block BL, so the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of node P of the selected pixel block BL is minimized, and the charge-voltage conversion coefficient due to this charge-voltage conversion capacitance is large, enabling readout with the highest S/N ratio. For example, when the ISO sensitivity setting is highest, the imaging control unit 5 issues a command to perform the first operating mode.
図7は、図2に示す固体撮像素子4の第2Aの動作モードを示すタイミングチャートである。第2Aの動作モードは、第2の動作モードのうちの1つの動作モードである。この第2の動作モードは、各画素ブロックBLを行毎に順次選択していき、各連結トランジスタSWa,SWbのうちの1つ以上の所定数のオン状態の連結トランジスタが、選択された画素ブロックBLのノードPに対して電気的に接続された状態で、選択された画素ブロックBLの転送トランジスタTXA,TXBを順次選択的にオンさせて、選択された画素ブロックBLの各フォトダイオードPDA,PDBの信号を行毎に順次読み出す動作の例である。前記第2Aの動作モードは、前記第2の動作モードにおいて、前記所定数を1つとした動作の例である。 Figure 7 is a timing chart showing the 2A operation mode of the solid-state imaging device 4 shown in Figure 2. The 2A operation mode is one of the second operation modes. This second operation mode is an example of an operation in which each pixel block BL is selected row by row, and while a predetermined number of at least one of the linking transistors SWa and SWb that are in the on state are electrically connected to the node P of the selected pixel block BL, the transfer transistors TXA and TXB of the selected pixel block BL are selectively turned on in sequence, thereby sequentially reading out the signals of each photodiode PDA and PDB of the selected pixel block BL row by row. The 2A operation mode is an example of an operation in the second operation mode in which the predetermined number is one.
図7も、図6と同様に、期間T1においてn-1行目の画素ブロックBL(n-1)が選択され、期間T2においてn行目の画素ブロックBL(n)が選択され、期間T3においてn+1行目の画素ブロックBL(n+1)が選択されていく状況を示している。図7に示す第2Aの動作モードが図6に示す前記第1の動作モードと異なる所は、以下に説明する点である。 As with Figure 6, Figure 7 also shows a situation in which pixel block BL(n-1) on the n-1th row is selected during period T1, pixel block BL(n) on the nth row is selected during period T2, and pixel block BL(n+1) on the n+1th row is selected during period T3. The differences between the second A operating mode shown in Figure 7 and the first operating mode shown in Figure 6 are explained below.
図7に示す第2Aの動作モードでは、n行目の画素ブロックBL(n)が選択される期間T2において、φSWa(n)がHにされるとともにφSWb(n-1)がLにされ、連結トランジスタSWa(n)がオンにされるとともに連結トランジスタSWb(n-1)がオフにされる。これにより、期間T2において、各連結トランジスタSWa,SWbのうちの1つのオン状態の連結トランジスタ(ここでは、連結トランジスタSWa(n))が、選択された画素ブロックBL(n)のノードP(n)に対して電気的に接続された状態となる。したがって、前述したように、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1+Cfd2+Csw≒Cfd1+Cfd2となり、図6に示す前記第1の動作モードに比べていわば1段階大きくなる。 In the second A operating mode shown in FIG. 7, during period T2 when the nth row pixel block BL(n) is selected, φSWa(n) is set to H and φSWb(n-1) is set to L, turning on the connecting transistor SWa(n) and turning off the connecting transistor SWb(n-1). As a result, during period T2, one of the connecting transistors SWa and SWb that is in the on state (here, the connecting transistor SWa(n)) is electrically connected to node P(n) of the selected pixel block BL(n). Therefore, as described above, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of node P(n) is Cfd1 + Cfd2 + Csw ≈ Cfd1 + Cfd2, which is one level larger than the first operating mode shown in FIG. 6.
ここでは、n行目の画素ブロックBL(n)が選択される期間T2について説明したが、他の画素ブロックBLが選択される期間についても同様である。 Here, we have explained the period T2 in which the pixel block BL(n) in the nth row is selected, but the same applies to the periods in which other pixel blocks BL are selected.
このように、前記第2Aの動作モードでは、各連結トランジスタSWa,SWbのうちの1つのオン状態の連結トランジスタが、選択された画素ブロックBLのノードPに対して電気的に接続されるので、選択された画素ブロックBLのノードPの電荷電圧変換容量の容量値がいわば1段階大きくなり、ノードPの電荷電圧変換容量での飽和電子数を1段階拡大することができる。これにより、ダイナミックレンジを1段階拡大することができる。例えば、ISO感度の設定値が最も高い値から1段階小さい値である場合に、撮像制御部5によって、前記第2Aの動作モードを行うように指令される。 In this way, in the second A operating mode, one of the linking transistors SWa, SWb that is in the on state is electrically connected to node P of the selected pixel block BL, so that the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of node P of the selected pixel block BL increases by one step, so to speak, and the number of saturated electrons in the charge-voltage conversion capacitance of node P can be increased by one step. This makes it possible to expand the dynamic range by one step. For example, when the ISO sensitivity setting is one step lower than the highest value, the imaging control unit 5 issues a command to perform the second A operating mode.
図8は、図2に示す固体撮像素子4の第2Bの動作モードを示すタイミングチャートである。第2Bの動作モードは、前記第2の動作モードのうちの他の1つの動作モードであり、前記所定数を2つとした動作例である。 Figure 8 is a timing chart showing the second B operating mode of the solid-state imaging device 4 shown in Figure 2. The second B operating mode is another operating mode of the second operating modes, and is an example of an operation in which the predetermined number is two.
図8も、図6及び図7と同様に、期間T1においてn-1行目の画素ブロックBL(n-1)が選択され、期間T2においてn行目の画素ブロックBL(n)が選択され、期間T3においてn+1行目の画素ブロックBL(n+1)が選択されていく状況を示している。図8に示す第2Bの動作モードが図6に示す前記第1の動作モードや図7に示す第2Aに示す動作モードと異なる所は、以下に説明する点である。 As with Figures 6 and 7, Figure 8 also shows a situation in which pixel block BL(n-1) on the n-1th row is selected during period T1, pixel block BL(n) on the nth row is selected during period T2, and pixel block BL(n+1) on the n+1th row is selected during period T3. The differences between operation mode 2B shown in Figure 8 and the first operation mode shown in Figure 6 and operation mode 2A shown in Figure 7 are explained below.
図8に示す第2Bの動作モードでは、n行目の画素ブロックBL(n)が選択される期間T2において、φSWa(n),φSWb(n)がHにされるとともにφSWb(n-1),φSWa(n+1)がLにされ、連結トランジスタSWa(n),SWb(n)がオンにされるとともに連結トランジスタSWb(n-1),SWa(n+1)がオフにされる。これにより、期間T2において、各連結トランジスタSWa,SWbのうちの2つのオン状態の連結トランジスタ(ここでは、連結トランジスタSWa(n),SWb(n))が、選択された画素ブロックBL(n)のノードP(n)に対して電気的に接続された状態となる。したがって、前述したように、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、2×Cfd1+Cfd2+2Csw≒2×Cfd1+Cfd2となり、図6に示す前記第1の動作モードに比べていわば2段階大きくなる。 In the second B operating mode shown in FIG. 8, during period T2 when the nth row pixel block BL(n) is selected, φSWa(n) and φSWb(n) are set to H and φSWb(n-1) and φSWa(n+1) are set to L, turning on the connecting transistors SWa(n) and SWb(n) and turning off the connecting transistors SWb(n-1) and SWa(n+1). As a result, during period T2, two of the connecting transistors SWa and SWb that are in the on state (here, connecting transistors SWa(n) and SWb(n)) are electrically connected to node P(n) of the selected pixel block BL(n). Therefore, as mentioned above, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of node P(n) is 2 x Cfd1 + Cfd2 + 2Csw ≈ 2 x Cfd1 + Cfd2, which is two stages larger than the first operating mode shown in Figure 6.
ここでは、n行目の画素ブロックBL(n)が選択される期間T2について説明したが、他の画素ブロックBLが選択される期間についても同様である。 Here, we have explained the period T2 in which the pixel block BL(n) in the nth row is selected, but the same applies to the periods in which other pixel blocks BL are selected.
このように、前記第2Bの動作モードでは、各連結トランジスタSWa,SWbのうちの2つのオン状態の連結トランジスタが、選択された画素ブロックBLのノードPに対して電気的に接続されるので、選択された画素ブロックBLのノードPの電荷電圧変換容量の容量値がいわば2段階大きくなり、ノードPの電荷電圧変換容量での飽和電子数を2段階拡大することができる。これにより、ダイナミックレンジを2段階拡大することができる。例えば、ISO感度の設定値が最も高い値から2段階小さい値である場合に、撮像制御部5によって、前記第2Bの動作モードを行うように指令される。 In this way, in the second B operating mode, two of the connecting transistors SWa and SWb that are on are electrically connected to node P of the selected pixel block BL, so the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of node P of the selected pixel block BL increases by two steps, and the number of saturated electrons in the charge-voltage conversion capacitance of node P can be increased by two steps. This allows the dynamic range to be expanded by two steps. For example, when the ISO sensitivity setting is two steps lower than the highest value, the imaging control unit 5 issues a command to execute the second B operating mode.
なお、前記第2の動作モードにおいて、前記所定数を3つ以上にしてもよい。 In addition, in the second operating mode, the predetermined number may be three or more.
ここで、本実施の形態における固体撮像素子4と比較される比較例による固体撮像素子について、説明する。図9は、この比較例による固体撮像素子の3つの画素ブロックBLの付近を示す回路図であり、図3に対応している。図10は、図9に示す3つの画素ブロックBLの付近を模式的に示す概略平面図であり、図4及び図5に対応している。図9及び図10において、図3、図4及び図5中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。なお、図10において、拡散領域やゲート電極に符号を付していないが、それらの符号は図5と同じであるので、図5を参照されたい。 Here, we will explain a solid-state imaging device according to a comparative example that is compared with the solid-state imaging device 4 of this embodiment. Figure 9 is a circuit diagram showing the vicinity of three pixel blocks BL of this solid-state imaging device according to this comparative example, and corresponds to Figure 3. Figure 10 is a schematic plan view showing the vicinity of the three pixel blocks BL shown in Figure 9, and corresponds to Figures 4 and 5. In Figures 9 and 10, elements that are the same as or correspond to elements in Figures 3, 4, and 5 are given the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted. Note that although reference numerals are not given to diffusion regions and gate electrodes in Figure 10, these reference numerals are the same as those in Figure 5, so please refer to Figure 5.
この比較例が本実施の形態と異なる所は、各連結トランジスタSWbが取り除かれ、配線71,72を含む配線171によって、取り除かれた各連結トランジスタSWbの箇所が短絡状態にされている点である。例えば、本実施の形態では、連結トランジスタSWb(n-1)が取り除かれ、配線71(n),72(n-1)を含む配線171(n)によって、画素ブロックBL(n)のゲート電極63及び拡散領域41,46並びに連結トランジスタSWa(n-1)の拡散領域47間が、互いに電気的に接続されて導通している。 This comparative example differs from the present embodiment in that each linking transistor SWb has been removed, and the removed linking transistor SWb is short-circuited by wiring 171, which includes wiring 71 and 72. For example, in the present embodiment, linking transistor SWb(n-1) has been removed, and wiring 171(n), which includes wiring 71(n) and 72(n-1), electrically connects and provides conduction between the gate electrode 63 and diffusion regions 41 and 46 of pixel block BL(n) and the diffusion region 47 of linking transistor SWa(n-1).
図9及び図10において、CAB(n)は、連結トランジスタSWa(n),SWa(n-1)がオフしている場合の、ノードP(n)と基準電位との間の容量である。容量CAB(n)の容量値をCfdとする。これらの点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。 In Figures 9 and 10, CAB(n) is the capacitance between node P(n) and the reference potential when the linking transistors SWa(n) and SWa(n-1) are off. The capacitance value of capacitance CAB(n) is Cfd. These points also apply to the other rows of pixel block BL.
容量CAB(n)は、転送トランジスタTXA(n),TXB(n)のドレイン拡散領域41の容量と、リセットトランジスタRST(n)のソース拡散領域46と、連結トランジスタSWa(n)のソース拡散領域46と、連結トランジスタSWa(n-1)のドレイン拡散領域47の容量と、増幅トランジスタAMP(n)のゲート電極63の容量と、配線171(n)の配線容量とから構成され、それらの容量値の合計が容量CAB(n)の容量値Cfdとなる。この点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。 Capacitance CAB(n) is composed of the capacitance of the drain diffusion regions 41 of the transfer transistors TXA(n) and TXB(n), the source diffusion region 46 of the reset transistor RST(n), the source diffusion region 46 of the linking transistor SWa(n), the drain diffusion region 47 of the linking transistor SWa(n-1), the capacitance of the gate electrode 63 of the amplification transistor AMP(n), and the wiring capacitance of the wiring 171(n), and the sum of these capacitance values is the capacitance value Cfd of capacitance CAB(n). This is also true for the other rows of the pixel block BL.
配線171(n)の配線容量は、配線71(n)の配線容量(浮遊容量)と配線171(n)の配線容量との和にほぼ等しい。よって、容量CAB(n)の容量値Cfdは、本実施の形態における前述した容量CA(n)の容量値Cfd1と容量CB(n)の容量値Cfd2との和にほぼ等しくなり、Cfd≒Cfd1+Cfd2となる。 The wiring capacitance of wiring 171(n) is approximately equal to the sum of the wiring capacitance (stray capacitance) of wiring 71(n) and the wiring capacitance of wiring 171(n). Therefore, the capacitance value Cfd of capacitance CAB(n) is approximately equal to the sum of the capacitance value Cfd1 of capacitance CA(n) and the capacitance value Cfd2 of capacitance CB(n) described above in this embodiment, so Cfd ≒ Cfd1 + Cfd2.
この比較例では、画素ブロックBL(n)に着目して、連結トランジスタSWa(n),SWa(n-1)が両方ともオフすると、ノードP(n)の電荷電圧変換容量は、容量CAB(n)となる。よって、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfdとなって比較例における最小となり、その電荷電圧変換容量による電荷電圧変換係数が大きくなるため、比較例における最高のSN比での読出しが可能となる。 In this comparative example, focusing on pixel block BL(n), when both linking transistors SWa(n) and SWa(n-1) are turned off, the charge-voltage conversion capacitance of node P(n) becomes capacitance CAB(n). Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of node P(n) becomes Cfd, the smallest in the comparative example, and the charge-voltage conversion coefficient due to this charge-voltage conversion capacitance becomes large, enabling readout with the highest S/N ratio in the comparative example.
この比較例では、画素ブロックBL(n)に着目して、各連結トランジスタSWaのうちの1つ以上の所定数のオン状態の連結トランジスタが、ノードP(n)に対して電気的に接続された状態にすると、そのオン状態の連結トランジスタの数に応じてノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は大きくなり、飽和電子数を拡大することができる。これにより、ダイナミックレンジを拡大することができる。 In this comparative example, focusing on pixel block BL(n), when a predetermined number of one or more of the linking transistors SWa that are in the on state are electrically connected to node P(n), the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of node P(n) increases in accordance with the number of linking transistors that are in the on state, thereby increasing the number of saturation electrons. This allows for an expansion of the dynamic range.
ところが、この比較例では、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd≒Cfd1+Cfd2よりも小さくすることができない。したがって、この比較例によれば、電荷電圧変換係数をさほど大きくすることができず、さほど高いSN比で読み出すことができない。 However, in this comparative example, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of node P(n) cannot be made smaller than Cfd ≒ Cfd1 + Cfd2. Therefore, according to this comparative example, the charge-voltage conversion coefficient cannot be made very large, and reading cannot be performed with a very high S/N ratio.
これに対し、本実施の形態によれば、連結トランジスタSWbが追加されているので、前述したように、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の最小の容量値をCfd1≒Cfd-Cfd2にすることができ、前記比較例に比べてより小さくすることができる。 In contrast, in this embodiment, the linking transistor SWb is added, so as described above, the minimum capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of node P(n) can be set to Cfd1 ≒ Cfd - Cfd2, making it smaller than the comparative example.
したがって、本実施の形態によれば、ダイナミックレンジを拡大させることができるとともに、前記比較例に比べて、高感度読出し時のSN比を向上させることができる。 Therefore, according to this embodiment, it is possible to expand the dynamic range and improve the S/N ratio during high-sensitivity readout compared to the comparative example.
本実施の形態では、列方向に順次隣り合う全ての2つのノードP間に連結トランジスタSWa,SWbを設けているが、本発明では、必ずしもこれに限らない。例えば、列方向に並ぶq個(qは2以上の整数)置きのノードPと当該ノードPに対し図中下側に隣り合うノードPとの間には、連結トランジスタSWa,SWbを設けずにその間を常に開放しておいてもよい。この場合、qの数が小さいほど、前記第2の動作モードにおける前記所定数の最大数が小さくなり、ダイナミックレンジの拡大の度合いが低下するが、前記比較例に比べて高感度読出し時のSN比を向上させることができる。 In this embodiment, linking transistors SWa and SWb are provided between every two adjacent nodes P in the column direction, but the present invention is not necessarily limited to this. For example, between every qth (q is an integer of 2 or greater) node P in the column direction and the adjacent node P below that node P in the figure, linking transistors SWa and SWb may not be provided, and the gap between them may always be open. In this case, the smaller the number q, the smaller the maximum number of the predetermined number in the second operating mode, and the degree of expansion of the dynamic range decreases, but the signal-to-noise ratio during high-sensitivity readout can be improved compared to the comparative example.
なお、図6乃至図8を参照して説明した各動作例は、各画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷を、他の画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷と混合することなく読み出す動作の例であった。しかし、本発明では、各画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷を、同色の他の画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷と混合して読み出してもよい。 Note that the operational examples described with reference to Figures 6 to 8 are examples of operations in which the signal charge of the photodiode PD of each pixel PX is read out without being mixed with the signal charge of the photodiode PD of other pixels PX. However, in the present invention, the signal charge of the photodiode PD of each pixel PX may be read out by mixing it with the signal charge of the photodiode PD of other pixels PX of the same color.
例えば、連結トランジスタSWa(n-1),SWb(n-1),SWa(n),SWb(n)をオンにしてノードP(n-1),P(n),P(n+1)を互いに連結し、TXA(n-1),TXA(n),TXA(n+1)を同時にオンにすると、ベイヤー配列等を前提とした場合における同色の3つの画素PXA(n-1),PXA(n),PXA(n-1)のフォトダイオードPDA(n-1),PDA(n),PDA(n-1)の信号電荷が互いに連結されたノードP(n-1),P(n),P(n+1)で平均化され、同色3画素混合読出しの機能を実現することができる。このとき、連結トランジスタSWb(n-2),SWa(n+1)をオフにし、ノードP(n-1),P(n),P(n+1)に対して電気的に接続されるオン状態の連結トランジスタの数を最小限にすることによって、連結されたノードP(n-1),P(n),P(n+1)における電荷電圧変換容量値が最小となり、最高のSN比で同色3画素混合読出しを行うことができる。一方、連結トランジスタSWa(n-1),SWb(n-1),SWa(n),SWb(n)の他に、1個以上のオン状態の連結トランジスタがノードP(n-1),P(n),P(n+1)に対して電気的に接続されるようにすれば、その数に応じて、連結されたノードP(n-1),P(n),P(n+1)における電荷電圧変換容量値が大きくなり、同色3画素混合読出しのダイナミックレンジを拡大することができる。 For example, if the coupling transistors SWa(n-1), SWb(n-1), SWa(n), and SWb(n) are turned on to connect nodes P(n-1), P(n), and P(n+1) to each other, and TXA(n-1), TXA(n), and TXA(n+1) are turned on simultaneously, the signal charges of the photodiodes PDA(n-1), PDA(n), and PDA(n-1) of the three same-color pixels PXA(n-1), PXA(n), and PXA(n-1) in a Bayer array or the like are averaged at the mutually connected nodes P(n-1), P(n), and P(n+1), thereby realizing the same-color three-pixel mixed readout function. In this case, by turning off the connecting transistors SWb(n-2) and SWa(n+1) and minimizing the number of on-state connecting transistors electrically connected to nodes P(n-1), P(n), and P(n+1), the charge-voltage conversion capacitance value at the connected nodes P(n-1), P(n), and P(n+1) is minimized, enabling same-color three-pixel mixed readout with the highest S/N ratio. On the other hand, if one or more on-state connecting transistors in addition to the connecting transistors SWa(n-1), SWb(n-1), SWa(n), and SWb(n) are electrically connected to nodes P(n-1), P(n), and P(n+1), the charge-voltage conversion capacitance value at the connected nodes P(n-1), P(n), and P(n+1) increases accordingly, thereby expanding the dynamic range of same-color three-pixel mixed readout.
[第2の実施の形態]
図11は、本発明の第2の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子の3つの画素ブロックBLの付近を示す回路図であり、図3に対応している。図12は、図9に示す3つの画素ブロックBLの付近を模式的に示す概略平面図であり、図4及び図5に対応している。図11及び図12において、図3、図4及び図5中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
Second Embodiment
Fig. 11 is a circuit diagram showing the vicinity of three pixel blocks BL of a solid-state imaging device of an electronic camera according to a second embodiment of the present invention, and corresponds to Fig. 3. Fig. 12 is a schematic plan view showing the vicinity of the three pixel blocks BL shown in Fig. 9, and corresponds to Figs. 4 and 5. In Figs. 11 and 12, elements that are the same as or correspond to elements in Figs. 3, 4 and 5 are given the same reference numerals, and duplicated explanations will be omitted.
本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、各配線72に、容量値Cfd3を有する調整容量CB’が追加されている点である。容量CB(n)は、連結トランジスタSWa(n),SWb(n)がオフしている場合の、配線72(n)と基準電位との間の容量であるので、調整容量CB’(n)も容量CB(n)に含まれるものであるが、調整容量CB’は、前記第1の実施の形態における容量CB(n)の容量値Cfd2をなす構成に対して、容量値Cfd3を追加する構成要素であることを明示するために、図11及び図12において容量CB(n)とは別個に調整容量CB’を示している。前記第1の実施の形態では、容量CB(n)の容量値はCfd2であるのに対し、本実施の形態では、容量CB(n)の容量値はCfd2+Cfd3となる。これらの点は、他の容量CB、配線72、調整容量CB’についても同様である。 This embodiment differs from the first embodiment in that a regulating capacitance CB' having a capacitance value Cfd3 is added to each wiring 72. Because capacitance CB(n) is the capacitance between wiring 72(n) and the reference potential when the linking transistors SWa(n) and SWb(n) are off, regulating capacitance CB'(n) is also included in capacitance CB(n). However, to clearly indicate that regulating capacitance CB' is a component that adds capacitance value Cfd3 to the capacitance CB(n) having capacitance value Cfd2 in the first embodiment, regulating capacitance CB' is shown separately from capacitance CB(n) in FIGS. 11 and 12. In the first embodiment, capacitance value CB(n) is Cfd2, whereas in this embodiment, capacitance value CB(n) is Cfd2 + Cfd3. These points also apply to other capacitances CB, wiring 72, and regulating capacitances CB'.
本実施の形態によれば、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる他、調整容量CB’を設けることにより、容量CBの容量値を任意の所望の容量値に設定することができる。 This embodiment provides the same advantages as the first embodiment, and by providing an adjustment capacitor CB', the capacitance value of capacitor CB can be set to any desired capacitance value.
調整容量CB’は、具体的には、例えば、(i)配線72の配線幅の少なくとも一部の幅を画素ブロックBL内の他の配線の配線幅よりも広くすることにより、配線72の面積を前記第1の実施の形態における配線72の面積よりも広くすること、(ii)配線72にMOS容量を接続すること、(iii)連結トランジスタSWa,SWbを構成しない拡散容量を接続すること、(iv)連結トランジスタSWaのドレイン拡散領域47の面積を前記第1の実施の形態におけるドレイン拡散領域47の面積よりも広くすること、(v)連結トランジスタSWbのソース拡散領域49の面積を前記第1の実施の形態におけるソース拡散領域49の面積よりも広くすること、の1つ又は2つ以上を組み合わせることによって構成することができる。 Specifically, the adjustment capacitance CB' can be configured by one or a combination of two or more of the following: (i) making the width of at least a portion of the wiring 72 wider than the wiring width of the other wirings in the pixel block BL, thereby making the area of the wiring 72 wider than the area of the wiring 72 in the first embodiment; (ii) connecting a MOS capacitance to the wiring 72; (iii) connecting a diffusion capacitance that is not part of the linking transistors SWa and SWb; (iv) making the area of the drain diffusion region 47 of the linking transistor SWa wider than the area of the drain diffusion region 47 in the first embodiment; and (v) making the area of the source diffusion region 49 of the linking transistor SWb wider than the area of the source diffusion region 49 in the first embodiment.
ここで、調整容量CB’の容量値Cfd3の設定の一例について説明する。ノードPの電荷電圧変換容量の容量値は、基準容量値の整数倍になることが望ましい。しかし、前述した第1の実施の形態の構造では、調整容量CB’を付加しない場合には、一般的に、容量CAの容量値Cfd1に対して、容量CBの容量値Cfd2は小さくなる。したがって、例えば、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値を基準容量値の2倍にするためには、連結トランジスタSWa(n),SWb(n)をオンにして、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値を2×Cfd1+Cfd2+2×Cswにして、2個の画素ブロックBL(n),BL(n+1)を使用することになる。 Here, an example of setting the capacitance value Cfd3 of the adjustment capacitance CB' will be described. It is desirable for the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of node P to be an integer multiple of the reference capacitance value. However, in the structure of the first embodiment described above, if the adjustment capacitance CB' is not added, the capacitance value Cfd2 of capacitance CB will generally be smaller than the capacitance value Cfd1 of capacitance CA. Therefore, for example, to make the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of node P(n) twice the reference capacitance value, the linking transistors SWa(n) and SWb(n) are turned on, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of node P(n) is set to 2×Cfd1+Cfd2+2×Csw, and two pixel blocks BL(n) and BL(n+1) are used.
これに対し、本実施の形態において、調整容量CB’の容量値Cfd3がCfd1-Cfd2となるように調整容量CB’を形成すると、容量CBの容量値がcfd2+Cfd3=Cfd1となる。したがって、ノードP(n)の電荷電圧変換容量の容量値を基準容量値の2倍にするためには、連結トランジスタSWa(n)をオンするだけですみ、1個の画素ブロックBL(n)を使用するだけでよい。また、更に大きな飽和電荷量を扱う場合には、連結する画素ブロックBLの数を大幅に削減することができる。 In contrast, in this embodiment, if the adjustment capacitor CB' is formed so that its capacitance value Cfd3 is Cfd1 - Cfd2, the capacitance value of capacitor CB' becomes cfd2 + Cfd3 = Cfd1. Therefore, to make the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitor of node P(n) twice the reference capacitance value, it is sufficient to turn on the linking transistor SWa(n), and use only one pixel block BL(n). Furthermore, when handling even larger amounts of saturated charge, the number of linked pixel blocks BL can be significantly reduced.
このような調整容量CB’の容量値Cfd3の設定例は、一例にすぎず、これに限らない。 This setting example of the capacitance value Cfd3 of the adjustment capacitor CB' is merely an example and is not limited to this.
なお、ノードPの電荷電圧変換容量の容量値を基準用量値の整数倍に近づけるためには、容量CBの容量値は、容量CAの容量値に対して±20%の範囲内の値であることが好ましく、容量CAの容量値に対して±10%の範囲内の値であることがより好ましい。 In order to bring the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of node P close to an integer multiple of the reference capacitance value, it is preferable that the capacitance value of capacitance CB be within a range of ±20% of the capacitance value of capacitance CA, and more preferably within a range of ±10% of the capacitance value of capacitance CA.
[第3の実施の形態]
図13は、本発明の第3の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子84の概略構成を示す回路図であり、図2に対応している。図13において、図2中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
[Third embodiment]
Fig. 13 is a circuit diagram showing the schematic configuration of a solid-state image sensor 84 of an electronic camera according to a third embodiment of the present invention, and corresponds to Fig. 2. In Fig. 13, elements that are the same as or correspond to elements in Fig. 2 are given the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted.
本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、本実施の形態では、前記第1の実施の形態において、各画素ブロックBLにおいて、フォトダイオードPDB及び転送トランジスタTXBが取り除かれ、各画素ブロックBLが画素PXAになっている点である。ただし、本実施の形態では、フォトダイオードPDAの列方向の密度は、前記第1の実施の形態におけるフォトダイオードPDAの列方向の密度の2倍にされ、前記第1の実施の形態におけるフォトダイオードPDA,PDB全体の列方向の密度と同一になっている。本実施の形態では、nは、画素ブロックBLの行を示すと同時に、画素PXAの行を示すことになる。 This embodiment differs from the first embodiment in that, in the first embodiment, the photodiodes PDB and transfer transistors TXB are removed from each pixel block BL, and each pixel block BL is replaced by a pixel PXA. However, in this embodiment, the column density of the photodiodes PDA is double the column density of the photodiodes PDA in the first embodiment, and is the same as the column density of the photodiodes PDA and PDB as a whole in the first embodiment. In this embodiment, n indicates the row of the pixel block BL as well as the row of the pixel PXA.
換言すれば、前記第1の実施の形態では、各画素ブロックBLは2個の画素PX(PXA,PXB)で構成されているのに対し、本実施の形態では、各画素ブロックBLは1個の画素PX(PXA)で構成されている。そして、前記第1の実施の形態では、画素ブロックBLに属する2個の画素PX(PXA,PXB)が、1組のノードP、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST及び選択トランジスタSELを共有しているに対し、本実施の形態では、各画素PX(本実施の形態では、PXAのみ)が、それぞれ1組のノードP、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST及び選択トランジスタSELを有している。 In other words, in the first embodiment, each pixel block BL is composed of two pixels PX (PXA, PXB), whereas in the present embodiment, each pixel block BL is composed of one pixel PX (PXA). Furthermore, in the first embodiment, the two pixels PX (PXA, PXB) belonging to a pixel block BL share a set of node P, amplification transistor AMP, reset transistor RST, and selection transistor SEL, whereas in the present embodiment, each pixel PX (in this embodiment, only PXA) has its own set of node P, amplification transistor AMP, reset transistor RST, and selection transistor SEL.
基本的に、前記第1の実施の形態の説明は、画素ブロックBLを画素PXAに置き換えることで、本実施の形態の説明として適合する。よって、ここでは、本実施の形態の詳細な説明は省略する。 Essentially, the description of the first embodiment applies to this embodiment by replacing pixel block BL with pixel PXA. Therefore, a detailed description of this embodiment will be omitted here.
本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。 This embodiment also offers the same advantages as the first embodiment.
なお、本発明では、前記第1の実施の形態を変形して本実施の形態を得たのと同様の変形を、前記第2の実施の形態に対して適用してもよい。 In addition, in the present invention, modifications similar to those made to the first embodiment to obtain this present embodiment may also be applied to the second embodiment.
[第4の実施の形態]
図14は、本発明の第4の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子94の概略構成を示す回路図であり、図2に対応している。図15は、図14中の列方向に順次並んだ4つの画素ブロックBLの付近を拡大して示す回路図であり、図3に対応している。図14及び図15において、図2及び図3中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点である。
[Fourth embodiment]
Fig. 14 is a circuit diagram showing the schematic configuration of a solid-state image sensor 94 of an electronic camera according to a fourth embodiment of the present invention, and corresponds to Fig. 2. Fig. 15 is a circuit diagram showing an enlarged view of the vicinity of four pixel blocks BL arranged in succession in the column direction in Fig. 14, and corresponds to Fig. 3. In Figs. 14 and 15, elements that are the same as or correspond to elements in Figs. 2 and 3 are given the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted. This embodiment differs from the first embodiment in the points described below.
本実施の形態では、前記第1の実施の形態において、第1の連結トランジスタSWa、第2の連結トランジスタSWb及び配線71,72が取り除かれ、その代わりに、第1のノードPaとこれに対応する第2のノードPbとの間を電気的に接続及び切断する第1のスイッチ部としての第1のトランジスタSWA、2つの第2のノードPb間を電気的に接続及び切断する第2のスイッチ部としての第2のトランジスタSWB、及び、配線97,98が設けられている。 In this embodiment, the first coupling transistor SWa, second coupling transistor SWb, and wiring 71 and 72 of the first embodiment are removed, and instead a first transistor SWA serving as a first switch unit that electrically connects and disconnects a first node Pa and a corresponding second node Pb, a second transistor SWB serving as a second switch unit that electrically connects and disconnects two second nodes Pb, and wiring 97 and 98 are provided.
画素ブロックBL(n)の第1のノードPa(n)は、前記第1の実施の形態におけるノードP(n)に相当している。転送トランジスタTXA(n)は、フォトダイオードPDA(n)から第1のノードPa(n)に電荷を転送し、転送トランジスタTXB(n)はフォトダイオードPDB(n)から第1のノードPa(n)に電荷を転送する。第1のノードPa(n)には基準電位との間に容量(電荷電圧変換容量)が形成され、その容量によって、第1のノードPa(n)に転送されてきた電荷が電圧に変換される。増幅トランジスタAMP(n)は、第1のノードPa(n)の電位に応じた信号を出力する。リセットトランジスタRST(n)は、第1のノードPa(n)の電位をリセットする。これらの点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。 The first node Pa(n) of the pixel block BL(n) corresponds to the node P(n) in the first embodiment. The transfer transistor TXA(n) transfers charges from the photodiode PDA(n) to the first node Pa(n), and the transfer transistor TXB(n) transfers charges from the photodiode PDB(n) to the first node Pa(n). A capacitance (charge-voltage conversion capacitance) is formed between the first node Pa(n) and a reference potential, and this capacitance converts the charges transferred to the first node Pa(n) into a voltage. The amplification transistor AMP(n) outputs a signal corresponding to the potential of the first node Pa(n). The reset transistor RST(n) resets the potential of the first node Pa(n). These points are similar for the other rows of the pixel block BL.
第1のトランジスタSWA(n)は、第1のノードPa(n)とこれに対応する第2のノードPb(n)との間を電気的に接続及び切断する第1のスイッチ部を構成している。このような第1のスイッチ部は、複数のトランジスタ等のスイッチを組み合わせて構成することも可能であるが、構造を簡単にするため、本実施の形態のように単一の第1のトランジスタSWA(n)で構成することが好ましい。これらの点は、他の第1のトランジスタSWAについても同様である。 The first transistor SWA(n) constitutes a first switch unit that electrically connects and disconnects the first node Pa(n) and the corresponding second node Pb(n). Such a first switch unit can be configured by combining switches such as multiple transistors, but to simplify the structure, it is preferable to configure it with a single first transistor SWA(n), as in this embodiment. These points also apply to the other first transistors SWA.
各第2のトランジスタSWBは、各画素ブロックBLのうちの列方向に互いに隣り合う各2つの画素ブロックBLについて、一方の画素ブロックBLの第1のノードPaに対応する第2のノードPbと他方の画素ブロックBLの第1のノードPaに対応する第2のノードPbとの間を電気的に接続及び切断するように設けられた第2のスイッチ部を構成している。これによって、本実施の形態では、3つ以上の画素ブロックBLの第1のノードPaが、複数の前記第2のスイッチ部により数珠繋ぎ状に接続されている。前述したような第2のスイッチ部は、複数のトランジスタ等のスイッチを組み合わせて構成することも可能であるが、構造を簡単にするため、本実施の形態のように単一の第2のトランジスタSWBで構成することが好ましい。 Each second transistor SWB constitutes a second switch unit that electrically connects and disconnects the second node Pb corresponding to the first node Pa of one pixel block BL to the second node Pb corresponding to the first node Pa of the other pixel block BL for each two pixel blocks BL that are adjacent to each other in the column direction. In this embodiment, the first nodes Pa of three or more pixel blocks BL are connected in a daisy-chain fashion by multiple second switch units. While the second switch unit described above can be constructed by combining multiple switches such as transistors, it is preferable to construct it with a single second transistor SWB, as in this embodiment, to simplify the structure.
例えば、第2のトランジスタSWB(n)は、n行目の画素ブロックBL(n)の第1のノードPa(n)に対応する第2のノードPb(n)とn-1行目の画素ブロックBL(n-1)の第1のノードPa(n-1)に対応する第2のノードPb(n-1)との間を電気的に接続及び切断するように、設けられている。この点は、他の第2のトランジスタSWBについても同様である。 For example, the second transistor SWB(n) is configured to electrically connect and disconnect the second node Pb(n) corresponding to the first node Pa(n) of the pixel block BL(n) in the nth row and the second node Pb(n-1) corresponding to the first node Pa(n-1) of the pixel block BL(n-1) in the n-1th row. This also applies to the other second transistors SWB.
画素ブロックBL(n)の増幅トランジスタAMP(n)のゲート電極、リセットトランジスタRST(n)のソース領域、転送トランジスタTXA(n),TXB(n)のドレイン拡散領域、及び、第1のトランジスタSWA(n)のソース拡散領域の間が、配線97(n)によって互いに電気的に接続されて導通している。第1のノードPa(n)は、配線97(n)及びこれに対して電気的に接続されて導通している箇所全体に相当している。これらの点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。 The gate electrode of the amplification transistor AMP(n), the source region of the reset transistor RST(n), the drain diffusion regions of the transfer transistors TXA(n) and TXB(n), and the source diffusion region of the first transistor SWA(n) of the pixel block BL(n) are electrically connected to one another and conductively via wiring 97(n). The first node Pa(n) corresponds to wiring 97(n) and the entire area electrically connected to and conductive with it. This also applies to the other rows of the pixel block BL.
第1のトランジスタSWA(n)のドレイン拡散領域、第2のトランジスタSWB(n)のドレイン拡散領域及び第2のトランジスタSWB(n+1)のソース拡散領域の間が、配線98(n)によって互いに電気的に接続されて導通している。第2のノードPb(n)は、配線98(n)及びこれに対して電気的に接続されて導通している箇所全体に相当している。これらの点は、他の第1のトランジスタSWA及び他の第2のトランジスタSWBについても同様である。 The drain diffusion region of the first transistor SWA(n), the drain diffusion region of the second transistor SWB(n), and the source diffusion region of the second transistor SWB(n+1) are electrically connected to each other and conductively via wiring 98(n). The second node Pb(n) corresponds to wiring 98(n) and the entire area electrically connected to and conductive with it. This also applies to the other first transistors SWA and other second transistors SWB.
第1のトランジスタSWAのゲートは行毎に制御線95に共通に接続され、そこには、制御信号φSWAが垂直走査回路21から供給される。第2のトランジスタSWBのゲートは行毎に制御線96に共通に接続され、そこには、制御信号φSWBが垂直走査回路21から供給される。 The gates of the first transistors SWA are connected in common to a control line 95 for each row, to which a control signal φSWA is supplied from the vertical scanning circuit 21. The gates of the second transistors SWB are connected in common to a control line 96 for each row, to which a control signal φSWB is supplied from the vertical scanning circuit 21.
図14及び図15において、CC(n)は、第1のトランジスタSWA(n)がオフしている場合の、第1のノードPa(n)と基準電位との間の容量である。容量CC(n)の容量値をCfd1’とする。CD(n)は、第1のトランジスタSWA(n)及び第2のトランジスタSWB(n),SWB(n+1)がオフしている場合の、配線98(n)と基準電位との間の容量である。容量CD(n)の容量値をCfd2’とする。これらの点は、他の第1のトランジスタSWA及び他の第2のトランジスタSWBについても同様である。 In Figures 14 and 15, CC(n) is the capacitance between the first node Pa(n) and the reference potential when the first transistor SWA(n) is off. The capacitance value of capacitance CC(n) is Cfd1'. CD(n) is the capacitance between wiring 98(n) and the reference potential when the first transistor SWA(n) and second transistors SWB(n) and SWB(n+1) are off. The capacitance value of capacitance CD(n) is Cfd2'. These points also apply to the other first transistors SWA and other second transistors SWB.
容量CC(n)は、転送トランジスタTXA(n),TXB(n)のドレイン拡散領域の容量と、リセットトランジスタRST(n)のソース拡散領域の容量と、第1のトランジスタSWA(n)のソース拡散領域の容量と、増幅トランジスタAMP(n)のゲート電極の容量と、配線97(n)の配線容量とから構成され、それらの容量値の合計が容量CC(n)の容量値Cfd1’となる。この点は、他の画素ブロックBLの行についても同様である。 Capacitance CC(n) is composed of the capacitance of the drain diffusion regions of transfer transistors TXA(n) and TXB(n), the capacitance of the source diffusion region of reset transistor RST(n), the capacitance of the source diffusion region of first transistor SWA(n), the capacitance of the gate electrode of amplifier transistor AMP(n), and the wiring capacitance of wiring 97(n), and the sum of these capacitance values is capacitance value Cfd1' of capacitance CC(n). This is also true for the other rows of pixel block BL.
なお、第2のトランジスタSWB(n)のソース拡散領域の容量は容量CC(n)の構成要素とならないので、その分、容量CC(n)の容量値Cfd1’は小さくなる。この点、前記第1の実施の形態では、連結トランジスタSWa(n)のソース拡散領域46の容量のみならず連結トランジスタSWb(n-1)のドレイン拡散領域48の容量も容量CBの構成要素となっているので、その分、容量CBの容量値Cfd1は大きくなる。すなわち、本実施の形態における容量値Cfd1’は、前記第1の実施の形態における容量値Cfd1よりも、トランジスタ拡散容量1個分だけ小さくなる。 Note that the capacitance of the source diffusion region of the second transistor SWB(n) is not a component of the capacitance CC(n), so the capacitance value Cfd1' of the capacitance CC(n) is smaller by that amount. In contrast, in the first embodiment, not only the capacitance of the source diffusion region 46 of the linking transistor SWa(n) but also the capacitance of the drain diffusion region 48 of the linking transistor SWb(n-1) are components of the capacitance CB, so the capacitance value Cfd1 of the capacitance CB is larger by that amount. In other words, the capacitance value Cfd1' in this embodiment is smaller than the capacitance value Cfd1 in the first embodiment by one transistor diffusion capacitance.
ここで、第1のトランジスタSWAのオン時のチャネル容量の値及び第2のトランジスタSWBのオン時のチャネル容量の値を、両方ともCswとする。通常、容量値Cswは、容量値Cfd1’,Cfd2’に対して小さい値である。 Here, the channel capacitance value of the first transistor SWA when it is on and the channel capacitance value of the second transistor SWB when it is on are both denoted as Csw. Typically, the capacitance value Csw is smaller than the capacitance values Cfd1' and Cfd2'.
今、画素ブロックBL(n)に着目して、第1のトランジスタSWA(n)がオフする(すなわち、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうちのオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態とならない)と、第1のノードPa(n)と基準電位との間の容量(電荷電圧変換容量)は、容量CC(n)となる。よって、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1’となる。この状態は、後述する第1の動作モードを示す図16中の期間T2の状態に相当している。 Now, focusing on pixel block BL(n), when the first transistor SWA(n) is turned off (i.e., none of the first transistors SWA and second transistors SWB that are on are electrically connected to the first node Pa(n)), the capacitance (charge-voltage conversion capacitance) between the first node Pa(n) and the reference potential becomes capacitance CC(n). Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa(n) becomes Cfd1'. This state corresponds to the state of period T2 in Figure 16, which shows the first operating mode described below.
また、画素ブロックBL(n)に着目して、第1のトランジスタSWA(n)がオンすると、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち、第1のトランジスタSWA(n)以外のオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態とならなければ(ここでは、具体的には、第2のトランジスタSWB(n),SWB(n+1)がオフであれば)、第1のノードPa(n)と基準電位との間の容量(電荷電圧変換容量)は、容量CC(n)に対して、容量CD(n)及び第1のトランジスタSWA(n)のオン時のチャネル容量を付加したものとなる。よって、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1’+Cfd2’+Csw≒Cfd1’+Cfd2’となる。この状態は、後述する第2Aの動作モードを示す図17中の期間T2の状態に相当している。 Furthermore, focusing on pixel block BL(n), when the first transistor SWA(n) is turned on, if none of the first transistors SWA and second transistors SWB that are turned on except for the first transistor SWA(n) are electrically connected to the first node Pa(n) (specifically, if the second transistors SWB(n) and SWB(n+1) are turned off), the capacitance (charge-voltage conversion capacitance) between the first node Pa(n) and the reference potential is the sum of capacitance CC(n) and capacitance CD(n) and the channel capacitance of the first transistor SWA(n) when it is turned on. Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa(n) is Cfd1' + Cfd2' + Csw ≈ Cfd1' + Cfd2'. This state corresponds to the state during period T2 in Figure 17, which shows the second A operating mode, described below.
さらに、画素ブロックBL(n)に着目して、第1のトランジスタSWA(n)及び第2のトランジスタSWB(n+1)がオンすると、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち、トランジスタSWA(n),SWB(n+1)以外のオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態とならなければ(ここでは、具体的には、トランジスタSWB(n),SWA(n+1),SWB(n+2)がオフであれば)、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量は、容量CC(n)に対して、容量CD(n)、容量CD(n+1)及びトランジスタSWA(n),SWB(n+1)のオン時のチャネル容量を付加したものとなる。よって、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1’+2×Cfd2’+2×Csw≒Cfd1’+2×Cfd2’となる。この状態は、後述する第2Bの動作モードを示す図18中の期間T2の状態に相当している。 Furthermore, focusing on pixel block BL(n), when the first transistor SWA(n) and the second transistor SWB(n+1) are turned on, if none of the first transistors SWA and second transistors SWB that are on other than transistors SWA(n) and SWB(n+1) are electrically connected to the first node Pa(n) (specifically, if transistors SWB(n), SWA(n+1), and SWB(n+2) are off), the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa(n) is the capacitance CC(n) plus capacitance CD(n), capacitance CD(n+1), and the channel capacitance of transistors SWA(n) and SWB(n+1) when they are on. Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa(n) is Cfd1' + 2 x Cfd2' + 2 x Csw ≈ Cfd1' + 2 x Cfd2'. This state corresponds to the state of period T2 in Figure 18, which shows the second B operating mode described below.
さらにまた、画素ブロックBL(n)に着目して、第1のトランジスタSWA(n),SWA(n+1)及び第2のトランジスタSWB(n+1)がオンすると、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち、トランジスタSWA(n),SWA(n+1),SWB(n+1)以外のオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態とならなければ(ここでは、具体的には、トランジスタSWB(n),SWB(n+2)がオフであれば)、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量は、容量CC(n)に対して、容量CD(n)、容量CD(n+1)、容量CC(n+1)及びトランジスタSWA(n),SWA(n+1),SWB(n+1)のオン時のチャネル容量を付加したものとなる。よって、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、2×Cfd1’+2×Cfd2’+3×Csw≒2×Cfd1’+2×Cfd2’となる。この状態は、後述する第2Cの動作モードを示す図19中の期間T2の状態に相当している。 Furthermore, focusing on pixel block BL(n), when the first transistors SWA(n), SWA(n+1) and the second transistor SWB(n+1) are turned on, if none of the first transistors SWA and second transistors SWB that are on other than transistors SWA(n), SWA(n+1), and SWB(n+1) are electrically connected to the first node Pa(n) (specifically, if transistors SWB(n) and SWB(n+2) are off), the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa(n) is calculated by adding capacitance CD(n), capacitance CD(n+1), capacitance CC(n+1) and the channel capacitance of transistors SWA(n), SWA(n+1), and SWB(n+1) when they are on to capacitance CC(n). Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa(n) is 2 x Cfd1' + 2 x Cfd2' + 3 x Csw ≈ 2 x Cfd1' + 2 x Cfd2'. This state corresponds to the state of period T2 in Figure 19, which shows the second C operating mode described below.
また、画素ブロックBL(n)に着目して、第1のトランジスタSWA(n)及び第2のトランジスタSWB(n+1),SWB(n+2)がオンすると、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち、トランジスタSWA(n),SWB(n+1),SWB(n+2)以外のオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n)に対して電気的に接続された状態とならなければ(ここでは、具体的には、トランジスタSWA(n+1),SWA(n+2),SWB(n),SWB(n+3)がオフであれば)、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量は、容量CC(n)に対して、容量CD(n)、容量CD(n+1)、容量CD(n+2)及びトランジスタSWA(n),SWB(n+1),SWB(n+2)のオン時のチャネル容量を付加したものとなる。よって、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値は、Cfd1’+3×Cfd2’+3×Csw≒Cfd1’+3×Cfd2’となる。この状態は、後述する第2Cの動作モードを示す図20中の期間T2の状態に相当している。 Furthermore, focusing on pixel block BL(n), when the first transistor SWA(n) and the second transistors SWB(n+1), SWB(n+2) are turned on, if none of the first transistors SWA and second transistors SWB that are on are electrically connected to the first node Pa(n) (specifically, if transistors SWA(n+1), SWA(n+2), SWB(n), SWB(n+3) are off), the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa(n) is calculated by adding capacitance CD(n), capacitance CD(n+1), capacitance CD(n+2) and the channel capacitance of transistors SWA(n), SWB(n+1), SWB(n+2) when they are on to capacitance CC(n). Therefore, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa(n) is Cfd1' + 3 x Cfd2' + 3 x Csw ≈ Cfd1' + 3 x Cfd2'. This state corresponds to the state of period T2 in Figure 20, which shows the second C operating mode described below.
このように、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち第1のノードPa(n)に対して電気的に接続されるオン状態のトランジスタがなければ、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値が最小の容量値Cfd1’となり、その電荷電圧変換容量による電荷電圧変換係数が大きくなるため、最高のSN比での読出しが可能となる。そして、前述したように、容量値Cfd1’が前記第1の実施の形態における最小の容量値Cfd1よりもトランジスタ拡散容量1個分だけ小さくなるので、本実施の形態によれば、前記第1の実施の形態と比べても、電荷電圧変換係数が一層大きくなり、より一層高いSN比での読み出しが可能となる。 In this way, if none of the first transistors SWA and second transistors SWB are electrically connected to the first node Pa(n) in an on-state, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa(n) becomes the minimum capacitance value Cfd1', and the charge-voltage conversion coefficient due to this charge-voltage conversion capacitance becomes large, enabling readout with the highest S/N ratio. As mentioned above, since the capacitance value Cfd1' is smaller than the minimum capacitance value Cfd1 in the first embodiment by one transistor diffusion capacitance, this embodiment achieves an even larger charge-voltage conversion coefficient than the first embodiment, enabling readout with an even higher S/N ratio.
一方、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち第1のノードPa(n)に対して電気的に接続されるオン状態のトランジスタの数を1つ以上の所望の数に増やしていけば、第1のノードPa(n)の電荷電圧変換容量の容量値を所望の値に大きくすることができ、大きな信号電荷量を扱うことができるため、飽和電子数を拡大することができる。これにより、ダイナミックレンジを拡大することができる。 On the other hand, by increasing the number of on-state transistors electrically connected to the first node Pa(n) among the first transistors SWA and second transistors SWB to a desired number greater than one, the capacitance value of the charge-voltage conversion capacitance of the first node Pa(n) can be increased to a desired value, allowing a larger amount of signal charge to be handled, thereby increasing the number of saturation electrons. This allows the dynamic range to be expanded.
以上、画素ブロックBL(n)の第1のノードPa(n)について説明したが、他の画素ブロックBLの第1のノードPaについても同様である。 The above describes the first node Pa(n) of pixel block BL(n), but the same applies to the first nodes Pa of other pixel blocks BL.
図16は、図14に示す固体撮像素子94の第1の動作モードを示すタイミングチャートである。この第1の動作モードは、各画素ブロックBLを行毎に順次選択していき、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうち選択された画素ブロックBLの第1のノードPaに対して電気的に接続されるオン状態のトランジスタがない状態(当該第1のノードPaの電荷電圧変換容量が最小である状態)で、選択された画素ブロックBLの転送トランジスタTXA,TXBを順次選択的にオンさせて、選択された画素ブロックBLの各フォトダイオードPDA,PDBの信号を行毎に順次読み出す動作の例である。図16に示す例では、全画素PXA,PXBの信号を読み出すが、これに限らず、例えば、画素行を間引いて読み出す間引き読み出し等を行ってもよい。この点は、後述する図17乃至図20にそれぞれ示す各例についても同様である。 Figure 16 is a timing chart illustrating the first operating mode of the solid-state imaging device 94 shown in Figure 14. This first operating mode is an example of an operation in which each pixel block BL is selected row by row. When none of the first transistors SWA and second transistors SWB are electrically connected to the first node Pa of the selected pixel block BL (i.e., when the charge-voltage conversion capacity of the first node Pa is at its minimum), the transfer transistors TXA and TXB of the selected pixel block BL are selectively turned on. The signals of each photodiode PDA and PDB of the selected pixel block BL are read out row by row. In the example shown in Figure 16, signals from all pixels PXA and PXB are read out. However, this is not limiting; for example, thinning-out readout, in which pixel rows are thinned out and readout, may also be performed. This also applies to the examples shown in Figures 17 to 20, which will be described later.
これまでの説明から図16に示す第1の動作モードの動作は明らかであるので、その詳細な説明は省略する。 The operation of the first operating mode shown in Figure 16 is clear from the explanation so a detailed explanation will be omitted.
図17は、図14に示す固体撮像素子94の第2Aの動作モードを示すタイミングチャートである。第2Aの動作モードは、第2の動作モードのうちの1つの動作モードである。この第2の動作モードは、各画素ブロックBLを行毎に順次選択していき、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうちの1つ以上の所定数のオン状態のトランジスタが、選択された画素ブロックBLの第1のノードPaに対して電気的に接続された状態で、選択された画素ブロックBLの転送トランジスタTXA,TXBを順次選択的にオンさせて、選択された画素ブロックBLの各フォトダイオードPDA,PDBの信号を行毎に順次読み出す動作の例である。前記第2Aの動作モードは、前記第2の動作モードにおいて、前記所定数を1つ(第1のトランジスタSWAの1つ)とした動作の例である。 Figure 17 is a timing chart showing the 2A operation mode of the solid-state imaging device 94 shown in Figure 14. The 2A operation mode is one of the second operation modes. This second operation mode is an example of an operation in which each pixel block BL is selected row by row, and a predetermined number of at least one on-state transistors among each first transistor SWA and each second transistor SWB is electrically connected to the first node Pa of the selected pixel block BL. The transfer transistors TXA and TXB of the selected pixel block BL are selectively turned on in sequence, thereby sequentially reading out signals from each photodiode PDA and PDB of the selected pixel block BL row by row. The 2A operation mode is an example of an operation in the second operation mode in which the predetermined number is one (one of the first transistors SWA).
これまでの説明から図17に示す第2Aの動作モードの動作は明らかであるので、その詳細な説明は省略する。 The operation of the second A operating mode shown in Figure 17 is clear from the explanation so a detailed explanation will be omitted.
図18は、図14に示す固体撮像素子94の第2Bの動作モードを示すタイミングチャートである。第2Bの動作モードは、前記第2の動作モードのうちの他の1つの動作モードであり、前記所定数を2つ(第1のトランジスタSWAの1つと第2のトランジスタSWBの1つ)とした動作例である。これまでの説明から図18に示す第2Bの動作モードの動作は明らかであるので、その詳細な説明は省略する。 Figure 18 is a timing chart showing the second B operating mode of the solid-state imaging device 94 shown in Figure 14. The second B operating mode is another of the second operating modes, and is an example of an operation in which the predetermined number is two (one for the first transistor SWA and one for the second transistor SWB). The operation of the second B operating mode shown in Figure 18 is clear from the explanation so far, so a detailed explanation will be omitted.
図19は、図14に示す固体撮像素子94の第2Cの動作モードを示すタイミングチャートである。第2Cの動作モードは、前記第2の動作モードのうちの更に他の1つの動作モードであり、前記所定数を3つ(第1のトランジスタSWAの2つと第2のトランジスタSWBの1つ)とした動作例である。これまでの説明から図19に示す第2Cの動作モードの動作は明らかであるので、その詳細な説明は省略する。 Figure 19 is a timing chart showing the second C operating mode of the solid-state imaging device 94 shown in Figure 14. The second C operating mode is yet another of the second operating modes, and is an example of operation in which the predetermined number is three (two first transistors SWA and one second transistor SWB). The operation of the second C operating mode shown in Figure 19 is clear from the explanation so far, so a detailed explanation will be omitted.
図20は、図14に示す固体撮像素子94の第2Dの動作モードを示すタイミングチャートである。第2Dの動作モードは、前記第2の動作モードのうちの更に他の1つの動作モードであり、前記所定数を3つ(第1のトランジスタSWAの1つと第2のトランジスタSWBの2つ)とした動作例である。これまでの説明から図20に示す第2Dの動作モードの動作は明らかであるので、その詳細な説明は省略する。 Figure 20 is a timing chart showing the second D operation mode of the solid-state imaging device 94 shown in Figure 14. The second D operation mode is yet another of the second operation modes, and is an example of operation in which the predetermined number is three (one for the first transistor SWA and two for the second transistor SWB). The operation of the second D operation mode shown in Figure 20 is clear from the explanation so far, so a detailed explanation will be omitted.
本実施の形態によれば、前記第1の実施の形態と同様に、ダイナミックレンジを拡大させることができるとともに、前記比較例に比べて、高感度読出し時のSN比を向上させることができる。また、本実施の形態によれば、前記第1の実施の形態と比べても、電荷電圧変換係数が一層大きくなり、より一層高いSN比での高感度読み出しが可能となる。 According to this embodiment, like the first embodiment, the dynamic range can be expanded and the S/N ratio during high-sensitivity readout can be improved compared to the comparative example. Furthermore, according to this embodiment, the charge-voltage conversion coefficient is even larger than in the first embodiment, enabling high-sensitivity readout with an even higher S/N ratio.
本実施の形態では、列方向に順次隣り合う全ての2つの第2のノードPb間に第2のトランジスタSWBを設けているが、本発明では、必ずしもこれに限らない。例えば、列方向に並ぶr個(rは2以上の整数)置きの第2のノードPbと当該第2のノードPbに対し図中下側に隣り合う第2のノードPbとの間には、第2のトランジスタSWBを設けずにその間を常に開放しておいてもよい。この場合、rの数が小さいほど、前記第2の動作モードにおける前記所定数の最大数が小さくなり、ダイナミックレンジの拡大の度合いが低下するが、前記比較例に比べて高感度読出し時のSN比を向上させることができる。また、例えば、列方向に並ぶs個(sは1以上の整数)置きの第2のノードPbと当該第2のノードPbに対し図中下側に隣り合う第2のノードPbとの間には、第2のトランジスタSWBを設けずにその間を電気的に短絡させておいてもよい。さらに、例えば、列方向に並ぶu個(uは1以上の整数)置きの第2のノードPbと当該第2のノードPbに対し図中下側に隣り合う第2のノードPbとの間にのみ第2のトランジスタSWBを設ける一方で、列方向に並ぶu個置き以外の第2のノードPbと当該第2のノードPbに対し図中下側に隣り合う第2のノードPbとの間を電気的に短絡させてもよい。 In this embodiment, a second transistor SWB is provided between every two adjacent second nodes Pb in the column direction. However, this is not necessarily limited to this. For example, a second transistor SWB may not be provided between a second node Pb every r (where r is an integer greater than or equal to 2) rows in the column direction and a second node Pb adjacent to the second node Pb below the second node Pb in the figure, leaving the gap open. In this case, the smaller the value of r, the smaller the maximum predetermined number in the second operating mode, reducing the degree of dynamic range expansion. However, the signal-to-noise ratio during high-sensitivity readout can be improved compared to the comparative example. Furthermore, a second transistor SWB may not be provided between a second node Pb every s (where s is an integer greater than or equal to 1) rows in the column direction and a second node Pb adjacent to the second node Pb below the second node Pb in the figure, leaving the gap electrically shorted. Furthermore, for example, second transistors SWB may be provided only between every u second nodes Pb (where u is an integer greater than or equal to 1) arranged in the column direction and the second node Pb adjacent to the second node Pb on the lower side in the figure, while second nodes Pb other than every u second nodes arranged in the column direction may be electrically short-circuited to the second node Pb adjacent to the second node Pb on the lower side in the figure.
なお、前記第2の実施の形態と同様に、本実施の形態において、配線98に調整容量を設けてもよい。また、本実施の形態においても、容量CDの容量値を、容量CCの容量値に対して±20%の範囲内の値にしてもよいし、容量CCの容量値に対して±10%の範囲内の値にしてもよい。これらの点は、後述する第5の実施の形態についても同様である。 As with the second embodiment, in this embodiment, an adjustment capacitor may be provided on the wiring 98. Also, in this embodiment, the capacitance value of the capacitor CD may be set to a value within a range of ±20% of the capacitance value of the capacitor CC, or may be set to a value within a range of ±10% of the capacitance value of the capacitor CC. These points also apply to the fifth embodiment described below.
なお、図16乃至図20に示す各動作例は、各画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷を、他の画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷と混合することなく読み出す動作の例であった。しかし、本発明では、各画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷を、同色の他の画素PXのフォトダイオードPDの信号電荷と混合して読み出してもよい。 Note that the operation examples shown in Figures 16 to 20 are examples of operations in which the signal charge of the photodiode PD of each pixel PX is read out without being mixed with the signal charge of the photodiode PD of other pixels PX. However, in the present invention, the signal charge of the photodiode PD of each pixel PX may be read out by mixing it with the signal charge of the photodiode PD of other pixels PX of the same color.
例えば、第1のトランジスタSWA(n-1),SWA(n),SWA(n+1)及び第2のトランジスタSWB(n),SWB(n+1)をオンにして第1のノードPa(n-1),Pa(n),Pa(n+1)を互いに連結し、TXA(n-1),TXA(n),TXA(n+1)を同時にオンにすると、ベイヤー配列等を前提とした場合における同色の3つの画素PXA(n-1),PXA(n),PXA(n-1)のフォトダイオードPDA(n-1),PDA(n),PDA(n-1)の信号電荷が互いに連結された第1のノードPa(n-1),Pa(n),Pa(n+1)で平均化され、同色3画素混合読出しの機能を実現することができる。このとき、第2のトランジスタSWB(n-2),SWB(n+2)をオフにし、第1のノードPa(n-1),Pa(n),Pa(n+1)に対して電気的に接続されるオン状態の第1又は第2のトランジスタの数を最小限にすることによって、連結された第1のノードPa(n-1),Pa(n),Pa(n+1)における電荷電圧変換容量値が最小となり、最高のSN比で同色3画素混合読出しを行うことができる。一方、第1のトランジスタSWA(n-1),SWA(n),SWA(n+1)及び第2のトランジスタSWB(n),SWB(n+1)の他に、各第1のトランジスタSWA及び各第2のトランジスタSWBのうちの1個以上のオン状態のトランジスタが第1のノードPa(n-1),Pa(n),Pa(n+1)に対して電気的に接続されるようにすれば、その数に応じて、連結された第1のノードPa(n-1),Pa(n),Pa(n+1)における電荷電圧変換容量値が大きくなり、同色3画素混合読出しのダイナミックレンジを拡大することができる。 For example, when the first transistors SWA(n-1), SWA(n), SWA(n+1) and the second transistors SWB(n), SWB(n+1) are turned on to connect the first nodes Pa(n-1), Pa(n), Pa(n+1) to each other, and TXA(n-1), TXA(n), TXA(n+1) are turned on simultaneously, the signal charges of the photodiodes PDA(n-1), PDA(n), PDA(n-1) of the three same-color pixels PXA(n-1), PXA(n), PXA(n-1) in a Bayer array or the like are averaged at the connected first nodes Pa(n-1), Pa(n), Pa(n+1), thereby realizing the same-color three-pixel mixed readout function. At this time, by turning off the second transistors SWB(n-2), SWB(n+2) and minimizing the number of first or second transistors in the on state that are electrically connected to the first nodes Pa(n-1), Pa(n), Pa(n+1), the charge-voltage conversion capacitance value at the connected first nodes Pa(n-1), Pa(n), Pa(n+1) is minimized, and same-color three-pixel mixed readout can be performed with the highest S/N ratio. On the other hand, if one or more on-state transistors among the first transistors SWA(n-1), SWA(n), SWA(n+1) and second transistors SWB(n), SWB(n+1) are electrically connected to the first nodes Pa(n-1), Pa(n), Pa(n+1), in addition to the first transistors SWA(n-1), SWA(n), SWA(n+1), the charge-voltage conversion capacitance value at the connected first nodes Pa(n-1), Pa(n), Pa(n+1) increases in accordance with the number of on-state transistors, thereby expanding the dynamic range of same-color three-pixel mixed readout.
[第5の実施の形態]
図21は、本発明の第5の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子104の概略構成を示す回路図であり、図14に対応している。図21において、図14中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
Fifth Embodiment
Fig. 21 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a solid-state image sensor 104 of an electronic camera according to a fifth embodiment of the present invention, and corresponds to Fig. 14. In Fig. 21, elements that are the same as or correspond to elements in Fig. 14 are given the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted.
本実施の形態が前記第4の実施の形態と異なる所は、本実施の形態では、前記第4の実施の形態において、各画素ブロックBLにおいて、フォトダイオードPDB及び転送トランジスタTXBが取り除かれ、各画素ブロックBLが画素PXAになっている点である。ただし、本実施の形態では、フォトダイオードPDAの列方向の密度は、前記第4の実施の形態におけるフォトダイオードPDAの列方向の密度の2倍にされ、前記第4の実施の形態におけるフォトダイオードPDA,PDB全体の列方向の密度と同一になっている。本実施の形態では、nは、画素ブロックBLの行を示すと同時に、画素PXAの行を示すことになる。 This embodiment differs from the fourth embodiment in that, in the fourth embodiment, the photodiodes PDB and transfer transistors TXB are removed from each pixel block BL, and each pixel block BL is replaced by a pixel PXA. However, in this embodiment, the column density of the photodiodes PDA is twice the column density of the photodiodes PDA in the fourth embodiment, and is the same as the column density of the photodiodes PDA and PDB as a whole in the fourth embodiment. In this embodiment, n indicates the row of the pixel block BL as well as the row of the pixel PXA.
換言すれば、前記第4の実施の形態では、各画素ブロックBLは2個の画素PX(PXA,PXB)で構成されているのに対し、本実施の形態では、各画素ブロックBLは1個の画素PX(PXA)で構成されている。そして、前記第4の実施の形態では、画素ブロックBLに属する2個の画素PX(PXA,PXB)が、1組の第1のノードPa、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST及び選択トランジスタSELを共有しているに対し、本実施の形態では、各画素PX(本実施の形態では、PXAのみ)が、それぞれ1組の第1のノードPa、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST及び選択トランジスタSELを有している。 In other words, in the fourth embodiment, each pixel block BL is composed of two pixels PX (PXA, PXB), whereas in the present embodiment, each pixel block BL is composed of one pixel PX (PXA). Furthermore, in the fourth embodiment, the two pixels PX (PXA, PXB) belonging to a pixel block BL share a set of a first node Pa, an amplification transistor AMP, a reset transistor RST, and a selection transistor SEL, whereas in the present embodiment, each pixel PX (in this embodiment, only PXA) has a set of a first node Pa, an amplification transistor AMP, a reset transistor RST, and a selection transistor SEL.
基本的に、前記第4の実施の形態の説明は、画素ブロックBLを画素PXAに置き換えることで、本実施の形態の説明として適合する。よって、ここでは、本実施の形態の詳細な説明は省略する。 Essentially, the description of the fourth embodiment applies to this embodiment by replacing pixel block BL with pixel PXA. Therefore, a detailed description of this embodiment will be omitted here.
本実施の形態によっても、前記第4の実施の形態と同様の利点が得られる。 This embodiment also offers the same advantages as the fourth embodiment.
以上、本発明の各実施の形態及び変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。 The above describes various embodiments and variations of the present invention, but the present invention is not limited to these.
4 固体撮像素子
BL 画素ブロック
PX 画素
PD フォトダイオード
TXA,TXB 転送トランジスタ
P ノード
AMP 増幅トランジスタ
SWa,SWb 連結トランジスタ
4 Solid-state imaging element BL Pixel block PX Pixel PD Photodiode TXA, TXB Transfer transistor P Node AMP Amplification transistor SWa, SWb Connecting transistor
Claims (66)
光を電荷に変換する光電変換部であって、列方向において前記第1光電変換部の隣に配置される第2光電変換部と、
前記第1光電変換部で変換された電荷が転送される第1拡散部と、
前記第2光電変換部で変換された電荷が転送される第2拡散部と、
第1配線を介して前記第1拡散部と電気的に接続される第1トランジスタと、
第2配線を介して前記第2拡散部と電気的に接続される第2トランジスタと
を備え、
前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとは、前記第1拡散部と前記第2拡散部とを電気的に接続する接続経路において直列に接続される、
撮像素子。 a first photoelectric conversion unit that converts light into electric charges;
a second photoelectric conversion unit that converts light into electric charges and is disposed adjacent to the first photoelectric conversion unit in the column direction;
a first diffusion section to which the charges converted by the first photoelectric conversion section are transferred;
a second diffusion section to which the charges converted by the second photoelectric conversion section are transferred;
a first transistor electrically connected to the first diffusion region via a first wiring ;
a second transistor electrically connected to the second diffusion region via a second wiring ;
the first transistor and the second transistor are connected in series in a connection path that electrically connects the first diffusion portion and the second diffusion portion;
Image sensor.
前記第1拡散部と、所定電圧が供給される供給部とを電気的に接続するための第1リセットトランジスタと、a first reset transistor for electrically connecting the first diffusion portion and a supply portion to which a predetermined voltage is supplied;
前記第2拡散部と、前記供給部とを電気的に接続するための第2リセットトランジスタとa second reset transistor for electrically connecting the second diffusion portion and the supply portion;
を備える撮像素子。An imaging element comprising:
前記第1拡散部の電圧をリセットするための第1リセットトランジスタと、a first reset transistor for resetting a voltage of the first diffusion portion;
前記第2拡散部の電圧をリセットするための第2リセットトランジスタとa second reset transistor for resetting the voltage of the second diffusion region;
を備える撮像素子。An imaging element comprising:
前記第1トランジスタは、前記第1リセットトランジスタを形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成され、the first transistor is formed using at least a portion of a diffusion portion forming the first reset transistor;
前記第2トランジスタは、前記第2リセットトランジスタを形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成される、the second transistor is formed using at least a portion of a diffusion portion forming the second reset transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1トランジスタのドレインと前記第1トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第1リセットトランジスタのドレインと前記第1リセットトランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成され、one of the drain of the first transistor and the source of the first transistor is formed using at least a part of a diffusion portion forming one of the drain of the first reset transistor and the source of the first reset transistor;
前記第2トランジスタのドレインと前記第2トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第2リセットトランジスタのドレインと前記第2リセットトランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成される、one of the drain of the second transistor and the source of the second transistor is formed using at least a part of a diffusion portion forming one of the drain of the second reset transistor and the source of the second reset transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1トランジスタのドレインと前記第1トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第1リセットトランジスタのドレインと前記第1リセットトランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成し、one of the drain of the first transistor and the source of the first transistor forms one of the drain of the first reset transistor and the source of the first reset transistor;
前記第2トランジスタのドレインと前記第2トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第2リセットトランジスタのドレインと前記第2リセットトランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成する、one of the drain of the second transistor and the source of the second transistor forms one of the drain of the second reset transistor and the source of the second reset transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1拡散部から前記第1トランジスタのゲートまでの距離は、前記第1拡散部から前記第1リセットトランジスタのゲートまでの距離よりも長く、a distance from the first diffusion portion to the gate of the first transistor is longer than a distance from the first diffusion portion to the gate of the first reset transistor;
前記第2拡散部から前記第2トランジスタのゲートまでの距離は、前記第1拡散部から前記第2リセットトランジスタのゲートまでの距離よりも長い、a distance from the second diffusion region to the gate of the second transistor is longer than a distance from the first diffusion region to the gate of the second reset transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1トランジスタのゲートは、前記第1リセットトランジスタのゲートよりも前記第1拡散部から離れた位置に配置され、a gate of the first transistor is disposed at a position farther from the first diffusion portion than a gate of the first reset transistor;
前記第2トランジスタのゲートは、前記第2リセットトランジスタのゲートよりも前記第2拡散部から離れた位置に配置される、a gate of the second transistor is disposed at a position farther from the second diffusion region than a gate of the second reset transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1拡散部と電気的に接続されるゲートを有する第1増幅トランジスタと、a first amplification transistor having a gate electrically connected to the first diffusion portion;
前記第2拡散部と電気的に接続されるゲートを有する第2増幅トランジスタとa second amplification transistor having a gate electrically connected to the second diffusion region;
を備える撮像素子。An imaging element comprising:
前記第1増幅トランジスタのゲートは、前記第1トランジスタのゲートよりも大きく、the gate of the first amplifying transistor is larger than the gate of the first transistor;
前記第2増幅トランジスタのゲートは、前記第2トランジスタのゲートよりも大きい、The gate of the second amplifying transistor is larger than the gate of the second transistor.
撮像素子。Image sensor.
前記第1増幅トランジスタのゲート幅は、前記第1トランジスタのゲート幅よりも大きく、a gate width of the first amplification transistor is larger than a gate width of the first transistor;
前記第2増幅トランジスタのゲート幅は、前記第2トランジスタのゲート幅よりも大きい、a gate width of the second amplification transistor is larger than a gate width of the second transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1増幅トランジスタのゲート長は、前記第1トランジスタのゲート長よりも大きく、a gate length of the first amplifying transistor is greater than a gate length of the first transistor;
前記第2増幅トランジスタのゲート長は、前記第2トランジスタのゲート長よりも大きい、The gate length of the second amplification transistor is greater than the gate length of the second transistor.
撮像素子。Image sensor.
前記第1増幅トランジスタのゲートは、前記第1リセットトランジスタのゲートよりも大きく、the gate of the first amplifying transistor is larger than the gate of the first reset transistor;
前記第2増幅トランジスタのゲートは、前記第2リセットトランジスタのゲートよりも大きい、The gate of the second amplifying transistor is larger than the gate of the second reset transistor.
撮像素子。Image sensor.
前記第1増幅トランジスタのゲート幅は、前記第1リセットトランジスタのゲート幅よりも大きく、a gate width of the first amplification transistor is larger than a gate width of the first reset transistor;
前記第2増幅トランジスタのゲート幅は、前記第2リセットトランジスタのゲート幅よりも大きい、a gate width of the second amplification transistor is larger than a gate width of the second reset transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1増幅トランジスタのゲート長は、前記第1リセットトランジスタのゲート長よりも大きく、a gate length of the first amplifying transistor is greater than a gate length of the first reset transistor;
前記第2増幅トランジスタのゲート長は、前記第2リセットトランジスタのゲート長よりも大きい、The gate length of the second amplifying transistor is greater than the gate length of the second reset transistor.
撮像素子。Image sensor.
前記第1リセットトランジスタのゲートから前記第1トランジスタのゲートまでの距離は、前記第1増幅トランジスタのゲートから前記第1トランジスタのゲートまでの距離よりも短く、a distance from a gate of the first reset transistor to a gate of the first transistor is shorter than a distance from a gate of the first amplification transistor to a gate of the first transistor;
前記第2リセットトランジスタのゲートから前記第2トランジスタのゲートまでの距離は、前記第2増幅トランジスタのゲートから前記第2トランジスタのゲートまでの距離よりも短い、a distance from a gate of the second reset transistor to a gate of the second transistor is shorter than a distance from a gate of the second amplification transistor to a gate of the second transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1トランジスタのゲートは、前記第1リセットトランジスタのゲートよりも前記第1増幅トランジスタのゲートから離れた位置に配置され、a gate of the first transistor is disposed at a position farther from the gate of the first amplification transistor than a gate of the first reset transistor;
前記第2トランジスタのゲートは、前記第2リセットトランジスタのゲートよりも前記第2増幅トランジスタのゲートから離れた位置に配置される、a gate of the second transistor is disposed at a position farther from the gate of the second amplifier transistor than a gate of the second reset transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1増幅トランジスタと電気的に接続される第1選択トランジスタと、a first selection transistor electrically connected to the first amplification transistor;
前記第2増幅トランジスタと電気的に接続される第2選択トランジスタとa second selection transistor electrically connected to the second amplification transistor;
を備える撮像素子。An imaging element comprising:
前記第1増幅トランジスタのゲートは、前記第1選択トランジスタのゲートよりも大きく、the gate of the first amplification transistor is larger than the gate of the first selection transistor;
前記第2増幅トランジスタのゲートは、前記第2選択トランジスタのゲートよりも大きい、The gate of the second amplification transistor is larger than the gate of the second selection transistor.
撮像素子。Image sensor.
前記第1増幅トランジスタのゲート幅は、前記第1選択トランジスタのゲート幅よりも大きく、a gate width of the first amplification transistor is larger than a gate width of the first selection transistor;
前記第2増幅トランジスタのゲート幅は、前記第2選択トランジスタのゲート幅よりも大きい、a gate width of the second amplification transistor is larger than a gate width of the second selection transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1増幅トランジスタのゲート長は、前記第1選択トランジスタのゲート長よりも大きく、a gate length of the first amplification transistor is greater than a gate length of the first selection transistor;
前記第2増幅トランジスタのゲート長は、前記第2選択トランジスタのゲート長よりも大きい、The gate length of the second amplification transistor is greater than the gate length of the second selection transistor.
撮像素子。Image sensor.
前記第1増幅トランジスタは、前記第1選択トランジスタを形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成され、the first amplification transistor is formed using at least a part of a diffusion portion forming the first selection transistor;
前記第2増幅トランジスタは、前記第2選択トランジスタを形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成される、the second amplification transistor is formed using at least a part of a diffusion portion forming the second selection transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1増幅トランジスタと前記第1選択トランジスタとは、1つの拡散部の少なくとも一部を共有して形成され、the first amplification transistor and the first selection transistor are formed by sharing at least a part of one diffusion region;
前記第2増幅トランジスタと前記第2選択トランジスタとは、1つの拡散部の少なくとも一部を共有して形成される、the second amplification transistor and the second selection transistor are formed by sharing at least a part of one diffusion region;
撮像素子。Image sensor.
前記第1増幅トランジスタのドレインと前記第1増幅トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第1選択トランジスタのドレインと前記第1選択トランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成され、one of the drain of the first amplification transistor and the source of the first amplification transistor is formed using at least a part of a diffusion portion forming one of the drain of the first selection transistor and the source of the first selection transistor;
前記第2増幅トランジスタのドレインと前記第2増幅トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第2選択トランジスタのドレインと前記第2選択トランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成される、one of the drain of the second amplification transistor and the source of the second amplification transistor is formed using at least a part of a diffusion portion forming one of the drain of the second selection transistor and the source of the second selection transistor.
撮像素子。Image sensor.
前記第1増幅トランジスタのドレインと前記第1増幅トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第1選択トランジスタのドレインと前記第1選択トランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成し、one of the drain of the first amplification transistor and the source of the first amplification transistor forms one of the drain of the first selection transistor and the source of the first selection transistor;
前記第2増幅トランジスタのドレインと前記第2増幅トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第2選択トランジスタのドレインと前記第2選択トランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成する、one of the drain of the second amplification transistor and the source of the second amplification transistor forms one of the drain of the second selection transistor and the source of the second selection transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1リセットトランジスタのゲートから前記第1トランジスタのゲートまでの距離は、前記第1選択トランジスタのゲートから前記第1トランジスタのゲートまでの距離よりも短く、a distance from a gate of the first reset transistor to a gate of the first transistor is shorter than a distance from a gate of the first selection transistor to a gate of the first transistor;
前記第2リセットトランジスタのゲートから前記第2トランジスタのゲートまでの距離は、前記第2選択トランジスタのゲートから前記第2トランジスタのゲートまでの距離よりも短い、a distance from a gate of the second reset transistor to a gate of the second transistor is shorter than a distance from a gate of the second selection transistor to a gate of the second transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1トランジスタのゲートは、前記第1リセットトランジスタのゲートよりも前記第1選択トランジスタのゲートから離れた位置に配置され、a gate of the first transistor is disposed at a position farther from the gate of the first selection transistor than a gate of the first reset transistor;
前記第2トランジスタのゲートは、前記第2リセットトランジスタのゲートよりも前記第2選択トランジスタのゲートから離れた位置に配置される、a gate of the second transistor is disposed at a position farther from the gate of the second selection transistor than a gate of the second reset transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1拡散部と電気的に接続されるゲートを有する第1増幅トランジスタと、a first amplification transistor having a gate electrically connected to the first diffusion portion;
前記第2拡散部と電気的に接続されるゲートを有する第2増幅トランジスタとa second amplification transistor having a gate electrically connected to the second diffusion region;
を備える撮像素子。An imaging element comprising:
前記第1増幅トランジスタのゲートは、前記第1トランジスタのゲートよりも大きく、the gate of the first amplifying transistor is larger than the gate of the first transistor;
前記第2増幅トランジスタのゲートは、前記第2トランジスタのゲートよりも大きい、The gate of the second amplifying transistor is larger than the gate of the second transistor.
撮像素子。Image sensor.
前記第1増幅トランジスタのゲート幅は、前記第1トランジスタのゲート幅よりも大きく、a gate width of the first amplification transistor is larger than a gate width of the first transistor;
前記第2増幅トランジスタのゲート幅は、前記第2トランジスタのゲート幅よりも大きい、a gate width of the second amplification transistor is larger than a gate width of the second transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1増幅トランジスタのゲート長は、前記第1トランジスタのゲート長よりも大きく、a gate length of the first amplifying transistor is greater than a gate length of the first transistor;
前記第2増幅トランジスタのゲート長は、前記第2トランジスタのゲート長よりも大きい、The gate length of the second amplification transistor is greater than the gate length of the second transistor.
撮像素子。Image sensor.
前記第1拡散部から前記第1トランジスタのゲートまでの距離は、前記第1拡散部から前記第1増幅トランジスタのゲートまでの距離よりも長く、a distance from the first diffusion portion to the gate of the first transistor is longer than a distance from the first diffusion portion to the gate of the first amplification transistor;
前記第2拡散部から前記第2トランジスタのゲートまでの距離は、前記第1拡散部から前記第2増幅トランジスタのゲートまでの距離よりも長い、a distance from the second diffusion region to the gate of the second transistor is longer than a distance from the first diffusion region to the gate of the second amplification transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1トランジスタのゲートは、前記第1増幅トランジスタのゲートよりも前記第1拡散部から離れた位置に配置され、a gate of the first transistor is disposed at a position farther from the first diffusion region than a gate of the first amplification transistor;
前記第2トランジスタのゲートは、前記第2増幅トランジスタのゲートよりも前記第2拡散部から離れた位置に配置される、a gate of the second transistor is disposed at a position farther from the second diffusion region than a gate of the second amplification transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1増幅トランジスタと電気的に接続される第1選択トランジスタと、a first selection transistor electrically connected to the first amplification transistor;
前記第2増幅トランジスタと電気的に接続される第2選択トランジスタとa second selection transistor electrically connected to the second amplification transistor;
を備える撮像素子。An imaging element comprising:
前記第1増幅トランジスタのゲートは、前記第1選択トランジスタのゲートよりも大きく、the gate of the first amplification transistor is larger than the gate of the first selection transistor;
前記第2増幅トランジスタのゲートは、前記第2選択トランジスタのゲートよりも大きい、The gate of the second amplification transistor is larger than the gate of the second selection transistor.
撮像素子。Image sensor.
前記第1増幅トランジスタのゲート幅は、前記第1選択トランジスタのゲート幅よりも大きく、a gate width of the first amplification transistor is larger than a gate width of the first selection transistor;
前記第2増幅トランジスタのゲート幅は、前記第2選択トランジスタのゲート幅よりも大きい、a gate width of the second amplification transistor is larger than a gate width of the second selection transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1増幅トランジスタのゲート長は、前記第1選択トランジスタのゲート長よりも大きく、a gate length of the first amplification transistor is greater than a gate length of the first selection transistor;
前記第2増幅トランジスタのゲート長は、前記第2選択トランジスタのゲート長よりも大きい、The gate length of the second amplification transistor is greater than the gate length of the second selection transistor.
撮像素子。Image sensor.
前記第1増幅トランジスタは、前記第1選択トランジスタを形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成され、the first amplification transistor is formed using at least a part of a diffusion portion forming the first selection transistor;
前記第2増幅トランジスタは、前記第2選択トランジスタを形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成される、the second amplification transistor is formed using at least a part of a diffusion portion forming the second selection transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1増幅トランジスタのドレインと前記第1増幅トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第1選択トランジスタのドレインと前記第1選択トランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成され、one of the drain of the first amplification transistor and the source of the first amplification transistor is formed using at least a part of a diffusion portion forming one of the drain of the first selection transistor and the source of the first selection transistor;
前記第2増幅トランジスタのドレインと前記第2増幅トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第2選択トランジスタのドレインと前記第2選択トランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成する拡散部の少なくとも一部を用いて形成される、one of the drain of the second amplification transistor and the source of the second amplification transistor is formed using at least a part of a diffusion portion forming one of the drain of the second selection transistor and the source of the second selection transistor.
撮像素子。Image sensor.
前記第1増幅トランジスタのドレインと前記第1増幅トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第1選択トランジスタのドレインと前記第1選択トランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成し、one of the drain of the first amplification transistor and the source of the first amplification transistor forms one of the drain of the first selection transistor and the source of the first selection transistor;
前記第2増幅トランジスタのドレインと前記第2増幅トランジスタのソースとのうちいずれか一方は、前記第2選択トランジスタのドレインと前記第2選択トランジスタのソースとのうちいずれか一方を形成する、one of the drain of the second amplification transistor and the source of the second amplification transistor forms one of the drain of the second selection transistor and the source of the second selection transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1増幅トランジスタのゲートから前記第1トランジスタのゲートまでの距離は、前記第1選択トランジスタのゲートから前記第1トランジスタのゲートまでの距離よりも短く、a distance from a gate of the first amplification transistor to a gate of the first transistor is shorter than a distance from a gate of the first selection transistor to a gate of the first transistor;
前記第2増幅トランジスタのゲートから前記第2トランジスタのゲートまでの距離は、前記第2選択トランジスタのゲートから前記第2トランジスタのゲートまでの距離よりも短い、a distance from a gate of the second amplification transistor to a gate of the second transistor is shorter than a distance from a gate of the second selection transistor to a gate of the second transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1トランジスタのゲートは、前記第1増幅トランジスタのゲートよりも前記第1選択トランジスタのゲートから離れた位置に配置され、a gate of the first transistor is disposed at a position farther from the gate of the first selection transistor than a gate of the first amplification transistor;
前記第2トランジスタのゲートは、前記第2増幅トランジスタのゲートよりも前記第2選択トランジスタのゲートから離れた位置に配置される、a gate of the second transistor is disposed at a position farther from the gate of the second selection transistor than a gate of the second amplification transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとは、前記接続経路において、第3トランジスタを介して電気的に接続される、the first transistor and the second transistor are electrically connected to each other in the connection path via a third transistor;
撮像素子。Image sensor.
前記第1トランジスタ、前記第2トランジスタおよび前記第3トランジスタは、前記接続経路において直列に接続される、the first transistor, the second transistor, and the third transistor are connected in series in the connection path;
撮像素子。Image sensor.
前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとは、前記接続経路において直列に接続された複数のトランジスタを介して電気的に接続される、the first transistor and the second transistor are electrically connected via a plurality of transistors connected in series in the connection path;
撮像素子。Image sensor.
光を電荷に変換する光電変換部であって、前記第1光電変換部の隣に配置される第3光電変換部と、a third photoelectric conversion unit that converts light into electric charges and is disposed adjacent to the first photoelectric conversion unit;
光を電荷に変換する光電変換部であって、前記第2光電変換部の隣に配置される第4光電変換部とa fourth photoelectric conversion unit that converts light into electric charges and is disposed adjacent to the second photoelectric conversion unit;
を備え、Equipped with
前記第1拡散部は、前記第3光電変換部で変換された電荷が転送され、the first diffusion unit receives the charges converted by the third photoelectric conversion unit,
前記第2拡散部は、前記第4光電変換部で変換された電荷が転送される、The second diffusion unit receives the charges converted by the fourth photoelectric conversion unit.
撮像素子。Image sensor.
前記第3光電変換部は、前記列方向において前記第1光電変換部の隣に配置され、the third photoelectric conversion unit is disposed adjacent to the first photoelectric conversion unit in the column direction,
前記第4光電変換部は、前記列方向において前記第2光電変換部の隣に配置される、the fourth photoelectric conversion unit is disposed adjacent to the second photoelectric conversion unit in the column direction.
撮像素子。Image sensor.
前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1転送トランジスタと、
前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2転送トランジスタと、
前記第3光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第3転送トランジスタと、
前記第4光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第4転送トランジスタと
を備える撮像素子。 48. The imaging device according to claim 46 or 47,
a first transfer transistor that transfers the charges converted by the first photoelectric conversion unit to the first diffusion unit;
a second transfer transistor that transfers the charges converted by the second photoelectric conversion unit to the second diffusion unit;
a third transfer transistor that transfers the charges converted by the third photoelectric conversion unit to the first diffusion unit;
a fourth transfer transistor that transfers the charges converted by the fourth photoelectric conversion unit to the second diffusion unit;
An imaging element comprising:
前記第1転送トランジスタと前記第3転送トランジスタとは、前記第1光電変換部から前記第1拡散部に前記第1光電変換部で変換された電荷を転送する方向と、前記第3光電変換部から前記第1拡散部に前記第3光電変換部で変換された電荷を転送する方向とが異なる方向になるように配置され、the first transfer transistor and the third transfer transistor are arranged such that a direction in which the charges converted by the first photoelectric conversion unit are transferred from the first photoelectric conversion unit to the first diffusion unit is different from a direction in which the charges converted by the third photoelectric conversion unit are transferred from the third photoelectric conversion unit to the first diffusion unit;
前記第2転送トランジスタと前記第4転送トランジスタとは、前記第2光電変換部から前記第2拡散部に前記第2光電変換部で変換された電荷を転送する方向と、前記第4光電変換部から前記第2拡散部に前記第4光電変換部で変換された電荷を転送する方向とが異なる方向になるように配置される、the second transfer transistor and the fourth transfer transistor are arranged such that a direction in which the charges converted by the second photoelectric conversion unit are transferred from the second photoelectric conversion unit to the second diffusion unit is different from a direction in which the charges converted by the fourth photoelectric conversion unit are transferred from the fourth photoelectric conversion unit to the second diffusion unit.
撮像素子。Image sensor.
前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1タイミングと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2タイミングとが異なるタイミングになるように制御する制御部を備え、a control unit that controls a first timing at which the charges converted by the first photoelectric conversion unit are transferred to the first diffusion unit and a second timing at which the charges converted by the second photoelectric conversion unit are transferred to the second diffusion unit so that the first timing and the second timing are different from each other;
前記制御部は、前記第1タイミングにおいて前記第1トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて前記第2トランジスタがオフになるように制御する、the control unit controls the first transistor to be turned off at the first timing, and controls the second transistor to be turned off at the second timing;
撮像素子。Image sensor.
前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1タイミングと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2タイミングとが異なるタイミングになるように制御する制御部を備え、a control unit that controls a first timing at which the charges converted by the first photoelectric conversion unit are transferred to the first diffusion unit and a second timing at which the charges converted by the second photoelectric conversion unit are transferred to the second diffusion unit so that the first timing and the second timing are different from each other;
前記制御部は、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御する、the control unit controls the first transistor to be turned off and the second transistor to be turned off at the first timing, and controls the first transistor to be turned off and the second transistor to be turned off at the second timing;
撮像素子。Image sensor.
前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1タイミングと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2タイミングとが異なるタイミングになるように制御する制御部を備え、a control unit that controls a first timing at which the charges converted by the first photoelectric conversion unit are transferred to the first diffusion unit and a second timing at which the charges converted by the second photoelectric conversion unit are transferred to the second diffusion unit so that the first timing and the second timing are different from each other;
前記制御部は、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御する、the control unit controls the first transistor to be on and the second transistor to be off at the first timing, and controls the first transistor to be off and the second transistor to be on at the second timing;
撮像素子。Image sensor.
前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1タイミングと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2タイミングとが異なるタイミングになるように制御する制御部を備え、a control unit that controls a first timing at which the charges converted by the first photoelectric conversion unit are transferred to the first diffusion unit and a second timing at which the charges converted by the second photoelectric conversion unit are transferred to the second diffusion unit so that the first timing and the second timing are different from each other;
前記制御部は、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御する、the control unit controls the first transistor to be on and the second transistor to be on at the first timing, and controls the first transistor to be on and the second transistor to be on at the second timing;
撮像素子。Image sensor.
前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1タイミングと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2タイミングとが異なるタイミングになるように制御する制御部を備え、a control unit that controls a first timing at which the charges converted by the first photoelectric conversion unit are transferred to the first diffusion unit and a second timing at which the charges converted by the second photoelectric conversion unit are transferred to the second diffusion unit so that the first timing and the second timing are different from each other;
前記制御部は、前記第1タイミングにおいて前記第1トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて前記第2トランジスタがオフになるように制御する第1モードと、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御する第2モードとのうちいずれか一方のモードを実行する、the control unit executes one of a first mode in which the control unit controls the first transistor to be off at the first timing and the second transistor to be off at the second timing, and a second mode in which the control unit controls the first transistor to be on and the second transistor to be off at the first timing and the first transistor to be off and the second transistor to be on at the second timing.
撮像素子。Image sensor.
前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1タイミングと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2タイミングとが異なるタイミングになるように制御する制御部を備え、a control unit that controls a first timing at which the charges converted by the first photoelectric conversion unit are transferred to the first diffusion unit and a second timing at which the charges converted by the second photoelectric conversion unit are transferred to the second diffusion unit so that the first timing and the second timing are different from each other;
前記制御部は、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御する第1モードと、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御する第2モードとのうちいずれか一方のモードを実行する、the control unit executes one of a first mode in which the control unit controls the first transistor to be off and the second transistor to be off at the first timing, and controls the first transistor to be off and the second transistor to be off at the second timing, and a second mode in which the control unit controls the first transistor to be on and the second transistor to be off at the first timing, and controls the first transistor to be off and the second transistor to be on at the second timing.
撮像素子。Image sensor.
前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1タイミングと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2タイミングとが異なるタイミングになるように制御する制御部を備え、a control unit that controls a first timing at which the charges converted by the first photoelectric conversion unit are transferred to the first diffusion unit and a second timing at which the charges converted by the second photoelectric conversion unit are transferred to the second diffusion unit so that the first timing and the second timing are different from each other;
前記制御部は、前記第1タイミングにおいて前記第1トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて前記第2トランジスタがオフになるように制御する第1モードと、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御する第2モードとのうちいずれか一方のモードを実行する、the control unit executes one of a first mode in which the control unit controls the first transistor to be off at the first timing and the second transistor to be off at the second timing, and a second mode in which the control unit controls the first transistor to be on and the second transistor to be on at the first timing and the first transistor to be on and the second transistor to be on at the second timing.
撮像素子。Image sensor.
前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1タイミングと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2タイミングとが異なるタイミングになるように制御する制御部を備え、a control unit that controls a first timing at which the charges converted by the first photoelectric conversion unit are transferred to the first diffusion unit and a second timing at which the charges converted by the second photoelectric conversion unit are transferred to the second diffusion unit so that the first timing and the second timing are different from each other;
前記制御部は、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御する第1モードと、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御する第2モードとのうちいずれか一方のモードを実行する、the control unit executes one of a first mode in which the control unit controls the first transistor to be off and the second transistor to be off at the first timing, and controls the first transistor to be off and the second transistor to be off at the second timing, and a second mode in which the control unit controls the first transistor to be on and the second transistor to be on at the first timing, and controls the first transistor to be on and the second transistor to be on at the second timing.
撮像素子。Image sensor.
前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1タイミングと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2タイミングとが異なるタイミングになるように制御する制御部を備え、a control unit that controls a first timing at which the charges converted by the first photoelectric conversion unit are transferred to the first diffusion unit and a second timing at which the charges converted by the second photoelectric conversion unit are transferred to the second diffusion unit so that the first timing and the second timing are different from each other;
前記制御部は、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御する第1モードと、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御する第2モードとのうちいずれか一方のモードを実行する、the control unit executes one of a first mode in which the control unit controls the first transistor to be on and the second transistor to be off at the first timing, and controls the first transistor to be off and the second transistor to be on at the second timing, and a second mode in which the control unit controls the first transistor to be on and the second transistor to be on at the first timing, and controls the first transistor to be on and the second transistor to be on at the second timing.
撮像素子。Image sensor.
前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1タイミングと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2タイミングとが異なるタイミングになるように制御する制御部を備え、a control unit that controls a first timing at which the charges converted by the first photoelectric conversion unit are transferred to the first diffusion unit and a second timing at which the charges converted by the second photoelectric conversion unit are transferred to the second diffusion unit so that the first timing and the second timing are different from each other;
前記制御部は、前記第1タイミングにおいて前記第1トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて前記第2トランジスタがオフになるように制御する第1モードと、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御する第2モードと、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御する第3モードとのうちいずれか一方のモードを実行する、the control unit executes one of a first mode in which the control unit controls the first transistor to be off at the first timing and the second transistor to be off at the second timing, a second mode in which the control unit controls the first transistor to be on and the second transistor to be off at the first timing and the first transistor to be off and the second transistor to be on at the second timing, and a third mode in which the control unit controls the first transistor to be on and the second transistor to be on at the first timing and the first transistor to be on and the second transistor to be on at the second timing.
撮像素子。Image sensor.
前記第1光電変換部で変換された電荷を前記第1拡散部に転送する第1タイミングと、前記第2光電変換部で変換された電荷を前記第2拡散部に転送する第2タイミングとが異なるタイミングになるように制御する制御部を備え、a control unit that controls a first timing at which the charges converted by the first photoelectric conversion unit are transferred to the first diffusion unit and a second timing at which the charges converted by the second photoelectric conversion unit are transferred to the second diffusion unit so that the first timing and the second timing are different from each other;
前記制御部は、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御する第1モードと、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオフになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオフ、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御する第2モードと、前記第1タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御するとともに、前記第2タイミングにおいて、前記第1トランジスタがオン、かつ、前記第2トランジスタがオンになるように制御する第3モードとのうちいずれか一方のモードを実行する、the control unit executes one of a first mode in which the control unit controls the first transistor to be off and the second transistor to be off at the first timing, and controls the first transistor to be off and the second transistor to be off at the second timing; a second mode in which the control unit controls the first transistor to be on and the second transistor to be off at the first timing, and controls the first transistor to be off and the second transistor to be on at the second timing; and a third mode in which the control unit controls the first transistor to be on and the second transistor to be on at the first timing, and controls the first transistor to be on and the second transistor to be on at the second timing.
撮像素子。Image sensor.
前記撮像素子を制御する撮像制御部を備える撮像装置。An imaging device comprising an imaging control unit that controls the imaging element.
前記撮像制御部は、前記第1トランジスタの動作と前記第2トランジスタの動作とを制御する、the imaging control unit controls an operation of the first transistor and an operation of the second transistor.
撮像装置。Imaging device.
前記撮像制御部は、設定されたISO感度に基づいて前記第1トランジスタの動作と前記第2トランジスタの動作とを制御する、the imaging control unit controls the operation of the first transistor and the operation of the second transistor based on a set ISO sensitivity.
撮像装置。Imaging device.
前記撮像素子に光を射出する撮影レンズを駆動するための駆動部を備える撮像装置。an imaging device including a driving unit for driving a photographing lens that emits light to the imaging element;
前記撮影レンズを備える撮像装置。An imaging device comprising the above-mentioned photographic lens.
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