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JP4551588B2 - Imaging apparatus and imaging system - Google Patents

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JP4551588B2
JP4551588B2 JP2001202352A JP2001202352A JP4551588B2 JP 4551588 B2 JP4551588 B2 JP 4551588B2 JP 2001202352 A JP2001202352 A JP 2001202352A JP 2001202352 A JP2001202352 A JP 2001202352A JP 4551588 B2 JP4551588 B2 JP 4551588B2
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pixel
switch means
pixels
addition
signals
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紀之 海部
修 結城
和昭 田代
哲伸 光地
伸 菊池
智之 野田
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Canon Inc
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Priority to EP02254408.4A priority patent/EP1271930B1/en
Priority to CNB021247927A priority patent/CN1239015C/en
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H04N25/46Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by combining or binning pixels
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
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  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像装置および撮像システムに係わり、特に2以上の画素からの出力を加算して出力可能な撮像装置および撮像システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
撮像装置の中には、全画素を読み出す標準的な動作に加えて、解像度が低下しても速いフレームレート(スピード)で読み出す動作が可能な方式が要求されることがある。この場合、画素を間引いてスキャンする方法もあるが、この場合、読み飛ばした画素の情報を捨ててしまうので感度的に不利となる。そこで、画素からの出力を撮像領域内で加算して加算信号として読み出し、速いフレームレートで信号を読み出す方式が提案されている。
【0003】
図13は撮像装置の撮像領域における画素間の加算方式の一例を示す模式的構成図である。図13に示す撮像装置では、配列された画素(図中、■で一画素を示す)間に加算用スイッチを配し、各加算用スイッチを制御するためにデコータ(図中、□でデコーダを示す)を各加算用スイッチごとに設けている。さらに、各デコータを制御するために複数の制御線CLを撮像装置内に張り巡らし、撮像装置の加算モード時に各デコーダを制御して各加算用スイッチを個別にオンオフする。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図13に示したような加算用スイッチを各画素間に設け、また加算用スイッチごとにデコーダ等のスイッチ制御手段や制御線を設けることは、撮像領域の占有面積の増大を招くことになる。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、配列された複数の画素と、
前記複数の画素のうちの所定数の画素の信号を加算して読み出すために、前記所定数の画素を共通に接続するための第1のスイッチ手段と、
前記所定数の画素と前記第1のスイッチ手段とをそれぞれ含む複数の第1の画素群の信号を加算して読み出すために、前記複数の第1の画素群を共通に接続するための第2のスイッチ手段と、
前記第1のスイッチ手段のオン又はオフを制御するため、及び、前記第2のスイッチ手段のオン又はオフを制御するための制御手段と、
を有し、
第2の画素群が前記複数の第1の画素群と前記第2のスイッチ手段とを含むとしたとき、
前記制御手段は、前記複数の画素からの信号をそれぞれ読み出す場合には前記第1及び第2のスイッチ手段をオフに、前記第1の画素群内の信号を加算して読み出す場合には前記第1のスイッチ手段をオンに且つ前記第2のスイッチ手段をオフに、前記第2の画素群内の信号を加算して読み出す場合には前記第1及び第2のスイッチ手段をオンにするように制御することを特徴とする。
【0006】
本発明の撮像システムは、本発明の撮像装置と該撮像装置からの信号を処理する信号処理回路とを有することを特徴とする
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【0008】
(第1の実施形態)
図1は本発明の撮像装置の第1の実施形態を示す模式的構成図である。ここでは8×8の画素を示している。A11〜A88は各画素を示し、S1〜S8は加算スイッチ(SW)を制御する制御線を示し、CLは複数の加算モード制御線を示し、11〜18はデコータを示す。図2(a)〜(c)は一画素の構成を示す構成図である。図3(a)〜(d)はそれぞれ、4画素加算状態、16画素加算状態、64画素加算状態、256画素加算状態を示す概念図である。
【0009】
図3(a)に示すように、4画素加算の場合には、図1に示す制御線S1,S3,S5,S7をハイレベルとして、それぞれに接続される加算用スイッチをオンして、4画素単位で画素を共通に接続する。例えば、図3(a)に示す領域Aでは画素A11,A12,A21,A22が共通に接続され信号の加算が行われる。
【0010】
図3(b)に示すように、16画素加算の場合には、図1に示す制御線S1,S2,S3,S5,S6,S7をハイレベルとして、それぞれに接続される加算用スイッチをオンして、16画素単位で画素を共通に接続する。例えば、図3(b)に示す領域Bでは画素A11〜A14,A21〜A24,A32〜A34,A41〜A44が共通に接続され信号の加算が行われる。
【0011】
図3(c)に示すように、64画素加算の場合には、図1に示す制御線S1〜S7、S9〜S15(S9〜S15は不図示)をハイレベルとして、それぞれに接続される加算用スイッチをオンして、64画素単位で画素を共通に接続する。例えば、図3(c)に示す領域Cでは画素A11〜A88が共通に接続され信号の加算が行われる。
【0012】
図3(d)に示すように、256画素加算の場合には、図1に示す制御線S1〜S15、S17〜(S9〜S17は不図示)をハイレベルとして、それぞれに接続される加算用スイッチをオンして、256画素単位で画素を共通に接続する。
【0013】
なお、本実施形態において、図3(a)に示す領域Aを第1の画素群とすると(4個の画素と3個の加算用スイッチ)、第2の画素群は図3(b)に示す領域B、第3の画素群は図3(c)に示す領域Cである。また、図3(b)に示す領域Bを第1の画素群とすると(16個の画素と15個の加算用スイッチ)、第2の画素群は図3(c)に示す領域Cである。
【0014】
上記加算方式を図4(a)〜(d)を用いて説明すると、4画素加算の場合には図4(a)に示すように、画素(図中、■で一画素を示す)の4つを3つの加算用スイッチを用いて加算する。ここでの加算画素単位は加算領域Aとなる。次に16画素加算の場合には図4(b)に示すように、4画素が加算された加算領域Aの4つを3つの加算用スイッチを用いて加算する。ここでの加算画素単位は加算領域Bとなる。次に64画素加算の場合には図4(c)に示すように、16画素が加算された加算領域Bの4つを3つの加算用スイッチを用いて加算する。
ここでの加算画素単位は加算領域Cとなる。次に256画素加算の場合には図4(d)に示すように、64画素が加算された加算領域Cの4つを3つの加算用スイッチを用いて加算する。ここでの加算画素単位は加算領域Dとなる。図4(a)〜(d)から理解されるように、本実施形態ではそれぞれ画素又は加算領域の4つを3つの加算用スイッチをオンして接続する構成となっている。
【0015】
次に図2(a)〜(c)を用いて一画素の構成について説明する。図2(a)に示すように、フォトダイオードPDのカソード側は第1のアンプAmp1に接続され、第1のアンプAmp1の出力側にサンプルホールド回路を構成するスイッチ(このスイッチはサンプル/ホールド信号(S/H)により制御されるサンプリングスイッチである。)、容量Cが接続され、容量Cは第2のアンプAmp2に接続される。第2のアンプAmp2の出力は制御信号Gにより制御されるスイッチを介して垂直出力線SLに出力される。第1のアンプAmp1は例えば図2(b)に示すように、MOSトランジスタM1と電流源I1から構成されるソースフォロワ回路から構成される。第2のアンプAmp2とスイッチ(選択用スイッチ)は例えば図2(c)に示すように、MOSトランジスタM2とそのドレイン側に接続される(制御線GLに印加される制御信号Gにより制御される)MOSトランジスタM3から構成される。画素の加算は画素の容量Cどうしを加算用スイッチ(SW)で接続することで行われ、容量Cに蓄積された電荷を加算して、別の言い方をすると電位の平均値として出力することができる。
【0016】
以上、画素の加算読み出し動作について説明したが、加算用スイッチを全てオフすることで、全画素から出力を読み出す動作を行うことができる。
【0017】
(第2の実施形態)
上述した第1の実施形態では、画素を加算する加算用スイッチを制御するためのデコーダを画素からの信号を読み出すための走査回路とは別に設けた場合を示した。本実施形態では、画素からの信号を読み出すためのシフトレジスタ等の走査回路からの信号を用いて画素を加算する加算用スイッチを制御する例について説明する。
【0018】
図5は本発明の撮像装置の第2の実施形態を示す模式的構成図である。図5において、Sw1〜Sw8は加算スイッチを制御する信号であり、G1〜G8は一方向に配列された画素群からそれぞれ信号出力させる制御を行う信号である。信号G1〜G8の各信号は例えば図2(a)に示す制御線GLに印加される。図6は加算用スイッチと画素の選択用スイッチとを制御する信号を出力するための回路を示す図である。図7は論理演算回路及びその真理値表を示す図である。
【0019】
また図8は全画素読み出しモードの場合のタイミングチャート、図9は4画素加算モードの場合のタイミングチャート、図10は16画素加算モードの場合のタイミングチャート、図11は64画素加算モードの場合のタイミングチャートである。
【0020】
加算用スイッチと画素の選択用スイッチとを制御する信号を出力するための回路は、図6に示すように、信号Q1〜Q8を出力するシフトレジスタと論理演算回路で構成される。論理演算回路は図7(a)に示す論理ゲート1と図7(b)に示す論理ゲート(アンドゲート)からなり、論理ゲート1、2の入力側はそれぞれシフトレジスタの信号Q1〜Q8を出力する端子間に接続され、論理ゲート1の出力側からは制御信号G1〜G8が出力され、論理ゲート2の出力側からは制御信号Sw1〜Sw8が出力される。OEはシフトレジスタの出力をオンオフ制御する信号である。
【0021】
図8に示す全画素読み出しモードでは、SINがハイレベルのときクロックCLKを1パルスのみで動作させているので、シフトレジスタから出力される信号Q1〜Q8に合わせて制御信号G1〜G8は順次ハイレベルとなり、制御信号Sw1〜Sw8は全てロウレベルに保持され、加算スイッチは全てオフ状態となるので、画素行ごとに各画素から垂直出力線に信号が出力される。
【0022】
図9に示す4画素加算モードでは、SINがハイレベルのときクロックCLKを2パルス入力しているため、シフトレジスタ内部で2つのシフトパルスが生成される。シフトレジスタからは信号Q1とQ2、Q3とQ4、・・・と2パルス同時に出力され、このパルスに合わせて制御信号G2、G4、G6、G8はハイレベル、制御信号Sw1、Sw3、Sw5、Sw7はハイレベルとなり、制御信号Sw1、Sw3、Sw5、Sw7により制御される加算スイッチがオン状態となるので、図3(a)に示したような4画素加算処理が行われ、例えば図3(a)の領域A内の画素の加算(平均)値が出力される。
【0023】
図10に示す16画素加算モードでは、SINがハイレベルのときクロックCLKを4パルス入力しているため、シフトレジスタ内部で4つのシフトパルスが生成される。シフトレジスタからは信号Q1〜Q4、Q5〜Q8と4パルス同時に出力され、このパルスに合わせて制御信号G4、G8はハイレベル、制御信号Sw1〜Sw3、Sw5〜Sw7はハイレベルとなり、制御信号Sw1〜Sw3、Sw5〜Sw7により制御される加算スイッチがオン状態となるので、図3(b)に示したような16画素加算処理が行われ、例えば図3(b)の領域B内の画素の加算(平均)値が出力される。
【0024】
図11に示す64画素加算モードでは、SINがハイレベルのときクロックCLKを8パルス入力しているため、シフトレジスタ内部で8つのシフトパルスが生成される。シフトレジスタからは信号Q1〜Q8の8パルス同時に出力され、このパルスに合わせて制御信号G8はハイレベル、制御信号Sw1〜Sw7はハイレベルとなり、制御信号Sw1〜Sw7により制御される加算スイッチがオン状態となるので、図3(c)に示したような64画素加算処理が行われ、例えば図3(c)の領域C内の画素の加算(平均)値が出力される。
【0025】
以上説明した実施形態では、配列された4(a=4)個の画素と、3(a−1=3)個の第1のスイッチ手段とで第1の画素群を構成し、配列された4(b=4)個の第1の画素群と、3(b−1=3)個の第2のスイッチ手段とで第2の画素群を構成し、配列された4(c=4)個の第2の画素群と、3(b−1=3)個の第3のスイッチ手段とで第3の画素群を構成した場合を例にとり、4画素加算、16画素加算、64画素加算を行っているが、画素又は画素群の数は4つに限定されず、2、3又は5以上の画素又は画素群としてもよい。
【0026】
次に上記撮像装置を用いた撮像システムについて説明する。図12に基づいて、本発明の撮像装置をスチルカメラに適用した場合の一実施形態について詳述する。
【0027】
図12は本発明の撮像装置を“スチルビデオカメラ”に適用した場合を示すブロック図である。
【0028】
図12において、101はレンズのプロテクトとメインスイッチを兼ねるバリア、102は被写体の光学像を撮像素子(撮像装置)104に結像させるレンズ、103はレンズ102を通った光量を可変するための絞り、104はレンズ102で結像された被写体を画像信号として取り込むための撮像素子、106は撮像素子104より出力される画像信号のアナログ−ディジタル変換を行うA/D変換器、107はA/D変換器106より出力された画像データに各種の補正を行ったりデータを圧縮する信号処理部、108は撮像素子104、撮像信号処理回路105、A/D変換器106、信号処理部107に、各種タイミング信号を出力するタイミング発生部、109は各種演算とスチルビデオカメラ全体を制御する全体制御・演算部、110は画像データを一時的に記憶するためのメモリ部、111は記録媒体に記録または読み出しを行うためのインターフェース部、112は画像データの記録または読み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、113は外部コンピュータ等と通信するためのインターフェース部である。
【0029】
次に、前述の構成における撮影時のスチルビデオカメラの動作について、説明する。
【0030】
バリア101がオープンされるとメイン電源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンし、さらに、A/D変換器106などの撮像系回路の電源がオンされる。
【0031】
それから、露光量を制御するために、全体制御・演算部109は絞り103を開放にし、撮像素子104から出力された信号はA/D変換器106で変換された後、信号処理部107に入力される。そのデータを基に露出の演算を全体制御・演算部109で行う。
【0032】
この測光を行った結果により明るさを判断し、その結果に応じて全体制御・演算部109は絞りを制御する。
【0033】
次に、撮像素子104から出力された信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離の演算を全体制御・演算部109で行う。その後、レンズを駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断したときは、再びレンズを駆動し測距を行う。
【0034】
そして、合焦が確認された後に本露光が始まる。露光が終了すると、撮像素子104から出力された画像信号はA/D変換器106でA−D変換され、信号処理部107を通り全体制御・演算109によりメモリ部に書き込まれる。その後、メモリ部110に蓄積されたデータは、全体制御・演算部109の制御により記録媒体制御I/F部を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体112に記録される。又外部I/F部113を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、撮像領域の占有面積を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の撮像素子の第1の実施形態を示す模式的構成図である。
【図2】(a)〜(c)は一画素の構成を示す構成図である。
【図3】(a)〜(d)はそれぞれ、4画素加算状態、16画素加算状態、64画素加算状態、256画素加算状態を示す概念図である。
【図4】(a)〜(d)加算方式を説明するための説明図である。
【図5】本発明の撮像素子の第2の実施形態を示す模式的構成図である。
【図6】加算用スイッチと画素の選択用スイッチとを制御する信号を出力するための回路を示す図である。
【図7】論理演算回路及びその真理値表を示す図である。
【図8】全画素読み出しモードの場合のタイミングチャートである。
【図9】4画素加算モードの場合のタイミングチャートである。
【図10】16画素加算モードの場合のタイミングチャートである。
【図11】64画素加算モードの場合のタイミングチャートである。
【図12】本発明の撮像装置をスチルビデオカメラに適用した場合を示すブロック図である。
【図13】撮像素子の撮像領域における画素間の加算方式の一例を示す模式的構成図である。
【符号の説明】
A11〜A88 画素
S1〜S8 加算スイッチ(SW)の制御線
CL 複数の加算モード制御線
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image pickup apparatus and an image pickup system, and more particularly to an image pickup apparatus and an image pickup system that can output by adding outputs from two or more pixels.
[0002]
[Prior art]
In addition to the standard operation of reading all pixels, some imaging devices are required to have a method capable of reading at a high frame rate (speed) even when the resolution is reduced. In this case, there is a method of scanning by thinning out pixels, but in this case, information on the skipped pixels is discarded, which is disadvantageous in terms of sensitivity. Therefore, a method has been proposed in which outputs from pixels are added in an imaging region and read out as an addition signal, and a signal is read out at a high frame rate.
[0003]
FIG. 13 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an addition method between pixels in the imaging region of the imaging apparatus. In the imaging device shown in FIG. 13, an addition switch is arranged between arranged pixels (in the figure, one pixel is indicated by ■), and a decoder (indicated by □ in the figure) is used to control each addition switch. Is provided for each addition switch. Further, in order to control each decoder, a plurality of control lines CL are extended in the imaging apparatus, and each addition switch is individually turned on / off by controlling each decoder in the addition mode of the imaging apparatus.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, providing an addition switch as shown in FIG. 13 between each pixel and providing a switch control means such as a decoder or a control line for each addition switch causes an increase in the area occupied by the imaging region. Become.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The imaging apparatus of the present invention includes a plurality of arranged pixels,
First switch means for commonly connecting the predetermined number of pixels to add and read signals of the predetermined number of pixels of the plurality of pixels;
A second for commonly connecting the plurality of first pixel groups in order to add and read signals of the plurality of first pixel groups each including the predetermined number of pixels and the first switch means. Switch means,
Control means for controlling on or off of the first switch means and for controlling on or off of the second switch means;
Have
When the second pixel group includes the plurality of first pixel groups and the second switch means,
The control means turns off the first and second switch means when reading signals from the plurality of pixels, respectively, and adds the signals in the first pixel group when reading signals. When the first switch means is turned on and the second switch means is turned off, and the signals in the second pixel group are added and read, the first and second switch means are turned on. It is characterized by controlling.
[0006]
The imaging system of the present invention is characterized by comprising an imaging apparatus of the present invention, a signal processing circuit for processing signals from the image pickup device.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0008]
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of an imaging apparatus of the present invention. Here, 8 × 8 pixels are shown. A11 to A88 denote pixels, S1 to S8 denote control lines for controlling the addition switch (SW), CL denotes a plurality of addition mode control lines, and 11 to 18 denote decoders. 2A to 2C are configuration diagrams showing the configuration of one pixel. 3A to 3D are conceptual diagrams showing a 4-pixel addition state, a 16-pixel addition state, a 64-pixel addition state, and a 256-pixel addition state, respectively.
[0009]
As shown in FIG. 3A, in the case of 4-pixel addition, the control lines S1, S3, S5, and S7 shown in FIG. Pixels are connected in common on a pixel basis. For example, in the area A shown in FIG. 3A, the pixels A11, A12, A21, and A22 are connected in common and signals are added.
[0010]
As shown in FIG. 3B, in the case of 16 pixel addition, the control lines S1, S2, S3, S5, S6, and S7 shown in FIG. Thus, the pixels are commonly connected in units of 16 pixels. For example, in the area B shown in FIG. 3B, the pixels A11 to A14, A21 to A24, A32 to A34, and A41 to A44 are connected in common and the signals are added.
[0011]
As shown in FIG. 3 (c), in the case of 64 pixel addition, the control lines S1 to S7 and S9 to S15 (S9 to S15 are not shown) shown in FIG. The switch is turned on, and the pixels are commonly connected in units of 64 pixels. For example, in the area C shown in FIG. 3C, the pixels A11 to A88 are connected in common and signals are added.
[0012]
As shown in FIG. 3D, in the case of 256 pixel addition, the control lines S1 to S15 and S17 to S1 (S9 to S17 are not shown) shown in FIG. The switch is turned on and the pixels are connected in common in units of 256 pixels.
[0013]
In this embodiment, if the area A shown in FIG. 3A is a first pixel group (four pixels and three addition switches), the second pixel group is shown in FIG. The region B shown and the third pixel group are the region C shown in FIG. If the area B shown in FIG. 3B is the first pixel group (16 pixels and 15 addition switches), the second pixel group is the area C shown in FIG. .
[0014]
The above-described addition method will be described with reference to FIGS. 4A to 4D. In the case of 4-pixel addition, as shown in FIG. Are added using three addition switches. The addition pixel unit here is the addition region A. Next, in the case of 16 pixel addition, as shown in FIG. 4B, the four addition regions A to which four pixels are added are added using three addition switches. The addition pixel unit here is the addition region B. Next, in the case of 64 pixel addition, as shown in FIG. 4C, the four addition regions B to which 16 pixels are added are added using three addition switches.
The addition pixel unit here is the addition region C. Next, in the case of 256 pixel addition, as shown in FIG. 4D, the four addition regions C to which 64 pixels are added are added using three addition switches. The addition pixel unit here is the addition region D. As can be understood from FIGS. 4A to 4D, in this embodiment, four pixels or addition regions are connected by turning on three addition switches.
[0015]
Next, the configuration of one pixel will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2A, the cathode side of the photodiode PD is connected to the first amplifier Amp1, and the switch constituting the sample hold circuit is connected to the output side of the first amplifier Amp1 (this switch is a sample / hold signal). (A sampling switch controlled by (S / H).), A capacitor C is connected, and the capacitor C is connected to the second amplifier Amp2. The output of the second amplifier Amp2 is output to the vertical output line SL via a switch controlled by the control signal G. For example, as shown in FIG. 2B, the first amplifier Amp1 includes a source follower circuit including a MOS transistor M1 and a current source I1. For example, as shown in FIG. 2C, the second amplifier Amp2 and the switch (selection switch) are connected to the MOS transistor M2 and its drain side (controlled by the control signal G applied to the control line GL). ) It is composed of a MOS transistor M3. The addition of pixels is performed by connecting the capacitances C of the pixels with an addition switch (SW). The charges accumulated in the capacitance C are added, and in other words, the average value of the potential can be output. it can.
[0016]
The pixel addition reading operation has been described above, but the operation of reading the output from all the pixels can be performed by turning off all the addition switches.
[0017]
(Second Embodiment)
In the first embodiment described above, the case where the decoder for controlling the addition switch for adding the pixels is provided separately from the scanning circuit for reading the signal from the pixel is shown. In the present embodiment, an example will be described in which an addition switch for adding pixels is controlled using a signal from a scanning circuit such as a shift register for reading a signal from the pixel.
[0018]
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the imaging apparatus of the present invention. In FIG. 5, Sw1 to Sw8 are signals for controlling the addition switches, and G1 to G8 are signals for performing control to output signals from the pixel groups arranged in one direction, respectively. Each of the signals G1 to G8 is applied to, for example, the control line GL shown in FIG. FIG. 6 is a diagram showing a circuit for outputting a signal for controlling the addition switch and the pixel selection switch. FIG. 7 is a diagram showing a logical operation circuit and its truth table.
[0019]
8 is a timing chart in the all-pixel readout mode, FIG. 9 is a timing chart in the 4-pixel addition mode, FIG. 10 is a timing chart in the 16-pixel addition mode, and FIG. 11 is in the 64-pixel addition mode. It is a timing chart.
[0020]
As shown in FIG. 6, a circuit for outputting a signal for controlling the addition switch and the pixel selection switch includes a shift register for outputting signals Q1 to Q8 and a logical operation circuit. The logic operation circuit is composed of the logic gate 1 shown in FIG. 7A and the logic gate (AND gate) shown in FIG. 7B, and the input sides of the logic gates 1 and 2 output the shift register signals Q1 to Q8, respectively. The control signals G1 to G8 are output from the output side of the logic gate 1, and the control signals Sw1 to Sw8 are output from the output side of the logic gate 2. OE is a signal for controlling on / off of the output of the shift register.
[0021]
In the all-pixel readout mode shown in FIG. 8, since the clock CLK is operated with only one pulse when SIN is at a high level, the control signals G1 to G8 are sequentially increased in accordance with the signals Q1 to Q8 output from the shift register. Since the control signals Sw1 to Sw8 are all held at a low level and all the addition switches are turned off, a signal is output from each pixel to the vertical output line for each pixel row.
[0022]
In the 4-pixel addition mode shown in FIG. 9, since two pulses of the clock CLK are input when SIN is at a high level, two shift pulses are generated inside the shift register. Two pulses of signals Q1 and Q2, Q3 and Q4,... Are simultaneously output from the shift register, and the control signals G2, G4, G6, and G8 are at a high level according to this pulse, and the control signals Sw1, Sw3, Sw5, and Sw7 are output. Becomes a high level, and the addition switches controlled by the control signals Sw1, Sw3, Sw5, and Sw7 are turned on, so that the four-pixel addition process as shown in FIG. 3A is performed. For example, FIG. ) Of pixels in the area A is output.
[0023]
In the 16-pixel addition mode shown in FIG. 10, since four pulses of the clock CLK are input when SIN is at a high level, four shift pulses are generated inside the shift register. From the shift register, signals Q1 to Q4 and Q5 to Q8 and 4 pulses are simultaneously output. In accordance with this pulse, the control signals G4 and G8 are at a high level, the control signals Sw1 to Sw3 and Sw5 to Sw7 are at a high level, and the control signal Sw1 Since the addition switches controlled by -Sw3 and Sw5-Sw7 are turned on, a 16-pixel addition process as shown in FIG. 3B is performed, for example, the pixels in the region B in FIG. The addition (average) value is output.
[0024]
In the 64-pixel addition mode shown in FIG. 11, since eight pulses of the clock CLK are input when SIN is at a high level, eight shift pulses are generated inside the shift register. Eight pulses of signals Q1 to Q8 are simultaneously output from the shift register, and in accordance with this pulse, the control signal G8 becomes high level, the control signals Sw1 to Sw7 become high level, and the addition switch controlled by the control signals Sw1 to Sw7 is turned on. Therefore, the 64 pixel addition process as shown in FIG. 3C is performed, and for example, the addition (average) value of the pixels in the region C in FIG. 3C is output.
[0025]
In the embodiment described above, the first pixel group is configured and arranged by 4 (a = 4) pixels arranged and 3 (a-1 = 3) first switch means. 4 (b = 4) first pixel groups and 3 (b-1 = 3) second switch means constitute a second pixel group and are arranged 4 (c = 4) Taking as an example the case where the third pixel group is composed of the second pixel group and 3 (b−1 = 3) third switch means, 4-pixel addition, 16-pixel addition, and 64-pixel addition However, the number of pixels or pixel groups is not limited to four, and may be two, three, five or more pixels or pixel groups.
[0026]
Next, an imaging system using the imaging device will be described. Based on FIG. 12, an embodiment when the imaging apparatus of the present invention is applied to a still camera will be described in detail.
[0027]
FIG. 12 is a block diagram showing a case where the imaging apparatus of the present invention is applied to a “still video camera”.
[0028]
In FIG. 12, 101 is a barrier that serves as a lens switch and a main switch, 102 is a lens that forms an optical image of a subject on an image sensor (imaging device) 104, and 103 is a diaphragm for varying the amount of light that passes through the lens 102. , 104 is an image sensor for capturing the subject imaged by the lens 102 as an image signal, 106 is an A / D converter that performs analog-digital conversion of the image signal output from the image sensor 104, and 107 is an A / D converter. A signal processing unit 108 performs various corrections on the image data output from the converter 106 and compresses the data. The image processing unit 108 includes an image sensor 104, an image signal processing circuit 105, an A / D converter 106, and a signal processing unit 107. Timing generator for outputting timing signals, 109 is an overall control / arithmetic unit for controlling various calculations and the entire still video camera 110 is a memory unit for temporarily storing image data, 111 is an interface unit for performing recording or reading on a recording medium, and 112 is a removable recording such as a semiconductor memory for recording or reading image data. A medium 113 is an interface unit for communicating with an external computer or the like.
[0029]
Next, the operation of the still video camera at the time of shooting in the above configuration will be described.
[0030]
When the barrier 101 is opened, the main power supply is turned on, the control system power supply is turned on, and the power supply of the imaging system circuit such as the A / D converter 106 is turned on.
[0031]
Then, in order to control the exposure amount, the overall control / arithmetic unit 109 opens the aperture 103, and the signal output from the image sensor 104 is converted by the A / D converter 106 and then input to the signal processing unit 107. Is done. Based on this data, exposure calculation is performed by the overall control / calculation unit 109.
[0032]
The brightness is determined based on the result of the photometry, and the overall control / calculation unit 109 controls the aperture according to the result.
[0033]
Next, based on the signal output from the image sensor 104, the high-frequency component is extracted and the distance to the subject is calculated by the overall control / calculation unit 109. Thereafter, the lens is driven to determine whether or not it is in focus. If it is determined that the lens is not in focus, the lens is driven again to perform distance measurement.
[0034]
Then, after the in-focus state is confirmed, the main exposure starts. When the exposure ends, the image signal output from the image sensor 104 is A / D converted by the A / D converter 106, passes through the signal processing unit 107, and is written in the memory unit by the overall control / calculation 109. Thereafter, the data stored in the memory unit 110 is recorded on a removable recording medium 112 such as a semiconductor memory through the recording medium control I / F unit under the control of the overall control / arithmetic unit 109. Alternatively, the image may be processed by directly entering a computer or the like through the external I / F unit 113.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the area occupied by the imaging region can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of an image sensor of the present invention.
FIGS. 2A to 2C are configuration diagrams showing the configuration of one pixel.
FIGS. 3A to 3D are conceptual diagrams showing a 4-pixel addition state, a 16-pixel addition state, a 64-pixel addition state, and a 256-pixel addition state, respectively.
FIGS. 4A to 4D are explanatory diagrams for explaining an addition method. FIG.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the image sensor of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a circuit for outputting a signal for controlling an addition switch and a pixel selection switch.
FIG. 7 is a diagram showing a logical operation circuit and its truth table.
FIG. 8 is a timing chart in the all-pixel readout mode.
FIG. 9 is a timing chart in the case of a 4-pixel addition mode.
FIG. 10 is a timing chart in the case of 16-pixel addition mode.
FIG. 11 is a timing chart in the case of a 64-pixel addition mode.
FIG. 12 is a block diagram showing a case where the imaging apparatus of the present invention is applied to a still video camera.
FIG. 13 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an addition method between pixels in an imaging region of an imaging element.
[Explanation of symbols]
A11 to A88 Pixels S1 to S8 Addition switch (SW) control line CL Multiple addition mode control lines

Claims (9)

配列された複数の画素と、A plurality of arranged pixels;
前記複数の画素のうちの所定数の画素の信号を加算して読み出すために、前記所定数の画素を共通に接続するための第1のスイッチ手段と、First switch means for commonly connecting the predetermined number of pixels to add and read signals of the predetermined number of pixels of the plurality of pixels;
前記所定数の画素と前記第1のスイッチ手段とをそれぞれ含む複数の第1の画素群の信号を加算して読み出すために、前記複数の第1の画素群を共通に接続するための第2のスイッチ手段と、A second for commonly connecting the plurality of first pixel groups in order to add and read signals of the plurality of first pixel groups each including the predetermined number of pixels and the first switch means. Switch means,
前記第1のスイッチ手段のオン又はオフを制御するため、及び、前記第2のスイッチ手段のオン又はオフを制御するための制御手段と、Control means for controlling on or off of the first switch means and for controlling on or off of the second switch means;
を有し、Have
第2の画素群が前記複数の第1の画素群と前記第2のスイッチ手段とを含むとしたとき、When the second pixel group includes the plurality of first pixel groups and the second switch means,
前記制御手段は、前記複数の画素からの信号をそれぞれ読み出す場合には前記第1及び第2のスイッチ手段をオフに、前記第1の画素群内の信号を加算して読み出す場合には前記第1のスイッチ手段をオンに且つ前記第2のスイッチ手段をオフに、前記第2の画素群内の信号を加算して読み出す場合には前記第1及び第2のスイッチ手段をオンにするように制御することを特徴とする撮像装置。The control means turns off the first and second switch means when reading signals from the plurality of pixels, respectively, and adds the signals in the first pixel group when reading signals. When the first switch means is turned on and the second switch means is turned off, and the signals in the second pixel group are added and read, the first and second switch means are turned on. An imaging device characterized by controlling.
前記所定数より1つ少ない数の前記第1のスイッチ手段により、前記第1の画素群に含まれる画素を共通に接続することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。2. The imaging apparatus according to claim 1, wherein pixels included in the first pixel group are connected in common by a number of the first switch means that is one less than the predetermined number. 前記第2の画素群に含まれる前記第1の画素群の数より1つ少ない数の前記第2のスイッチ手段により、前記第2の画素群に含まれる前記複数の第1の画素群を共通に接続することを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。The plurality of first pixel groups included in the second pixel group are shared by the number of the second switch means which is one less than the number of the first pixel groups included in the second pixel group. The imaging device according to claim 1, wherein the imaging device is connected to the imaging device. 前記画素はフォトダイオードと該フォトダイオードからの信号を蓄積する容量とを備え、前記第1及び第2のスイッチ手段は前記容量どうしの接続を制御する手段である請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置。4. The pixel according to claim 1, wherein the pixel includes a photodiode and a capacitor for storing a signal from the photodiode, and the first and second switch means are means for controlling connection between the capacitors. The imaging device according to item. 複数の前記第2の画素群の信号を加算して読み出すために前記複数の第2の画素群を共通に接続するための第3のスイッチ手段を更に有し、A third switch means for commonly connecting the plurality of second pixel groups for adding and reading signals of the plurality of second pixel groups;
第3の画素群が前記複数の第2の画素群と前記第3のスイッチ手段とを含むとしたとき、When the third pixel group includes the plurality of second pixel groups and the third switch means,
前記制御手段は、前記第3の画素群内の信号を加算して読み出す場合には前記第1、第2及び第3のスイッチ手段をオンにするように、前記第3のスイッチ手段のオン又はオフを更に制御することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。The control means turns on the third switch means or turns on the first, second and third switch means when adding and reading the signals in the third pixel group. The imaging apparatus according to claim 1, further comprising controlling off.
前記第3の画素群に含まれる前記第2の画素群の数より1つ少ない数の前記第3のスイッチ手段により、前記第3の画素群に含まれる複数の前記第2の画素群を共通に接続することを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。A plurality of the second pixel groups included in the third pixel group are shared by the number of the third switch means which is one less than the number of the second pixel groups included in the third pixel group. The imaging device according to claim 5, wherein the imaging device is connected to the imaging device. 前記第3のスイッチ手段は前記容量どうしの接続を制御する手段である請求項5又は6に記載の撮像装置。The imaging apparatus according to claim 5, wherein the third switch unit is a unit that controls connection between the capacitors. 前記第1、第2、及び第3のスイッチ手段のいずれかに接続される制御線を複数有する請求項5乃至7のいずれか1項に記載の撮像装置。The imaging apparatus according to claim 5, further comprising a plurality of control lines connected to any one of the first, second, and third switch means. 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮像装置と該撮像装置からの信号を処理する信号処理回路とを有することを特徴とする撮像システム。Imaging system comprising: the imaging apparatus according to any one of claims 1 to 8, and a signal processing circuit for processing signals from the image pickup device.
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