JP6098437B2 - Solid-state imaging device and imaging apparatus - Google Patents
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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 apparatus using the same.
下記特許文献1の図12等には、複数本の垂直信号線からの信号を水平信号線上で加算し得る固体撮像素子が開示されている。 A solid-state imaging device capable of adding signals from a plurality of vertical signal lines on a horizontal signal line is disclosed in FIG.
しかしながら、前記従来の固体撮像素子では、素子内部で信号を加算することができるものの、その重みを変えることができなかった。 However, in the conventional solid-state imaging device, signals can be added inside the device, but the weight cannot be changed.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、素子内部で信号を重み付け加算することができるとともにその重みを変え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 has been made in view of such circumstances, and provides a solid-state imaging device capable of weighting and adding signals inside the device and changing the weight, and an imaging device using the same. For the purpose.
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、2次元状に配置された複数の画素を有する画素部と、
前記複数の画素の列毎に設けられ対応する列の画素からの信号を受け取る複数の垂直信号線と、入力部を有するq個(qは2以上の整数)の増幅部と、前記q個の増幅部の各々に対して1組ずつ設けられ各組がp個(pは2以上の整数)からなるq組の容量であって、対応する増幅部の前記入力部に一方電極が接続され、かつ、少なくとも1組のp個の容量の容量値の比率が他の少なくとも1組のp個の容量の容量値の比率と異なるq組の容量と、前記q組の容量に対して1対1に設けられ各組がp個からなるq組のスイッチであって、対応する組のp個の容量の他方電極と前記複数の垂直信号線のうちの前記q組のスイッチの各組に対して共通するp本の垂直信号線との間をそれぞれオンオフするq組のスイッチと、を備えたものである。
The following aspects are presented as means for solving the problems. The solid-state imaging device according to the first aspect includes a pixel unit having a plurality of pixels arranged two-dimensionally,
A plurality of vertical signal lines that are provided for each column of the plurality of pixels and receive signals from pixels in the corresponding column; q amplifying units (q is an integer of 2 or more) having an input unit; One set is provided for each of the amplifying units, and each set is p sets of capacitors (p is an integer of 2 or more), and one electrode is connected to the input unit of the corresponding amplifying unit, The ratio of the capacitance values of at least one set of p capacitors is different from the ratio of the capacitance values of at least one other set of p capacitances, and one to one for the q sets of capacitances. Q sets of switches each consisting of p sets, each corresponding to the other set of p capacitors of the corresponding sets and the q sets of switches of the plurality of vertical signal lines. And q sets of switches for turning on / off each of the p vertical signal lines in common.
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q組の容量の各組に対応して設けられた切替手段を備え、前記各切替手段は、制御信号に応じて、対応する組のp個の容量の前記他方電極間が互いに電気的に接続された状態と互いに電気的に分離された状態とに切り替えるものである。 A solid-state imaging device according to a second aspect includes switching means provided corresponding to each of the q sets of capacities in the first aspect, wherein each of the switching means corresponds to a control signal. The other electrodes of the p capacitors in the set are switched between a state where they are electrically connected to each other and a state where they are electrically separated from each other.
第3の態様による固体撮像素子は、前記第1又は第2の態様において、前記q個の増幅部のうちの少なくとも1個の増幅部に対応して、前記p個の容量及び前記p個のスイッチの組を複数組備え、当該複数組の間で前記p個の容量の容量値の比率が互いに異なるものである。 In the first or second aspect, the solid-state imaging device according to the third aspect corresponds to at least one of the q amplification units, and the p capacitors and the p number of the amplification units. A plurality of sets of switches are provided, and the ratio of the capacitance values of the p capacitors is different between the plurality of sets.
第4の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第3のいずれかの態様において、前記各組のp個の容量の組毎の合計容量値は、互いに同一であるものである。 In the solid-state imaging device according to the fourth aspect, in any one of the first to third aspects, a total capacitance value for each set of the p capacitors in each set is the same.
第5の態様による固体撮像素子は、2次元状に配置された複数の画素を有する画素部と、前記複数の画素の列毎に設けられ対応する列の画素からの信号を受け取る複数の垂直信号線と、入力部を有するq個(qは2以上の整数)の増幅部と、前記q個の増幅部にそれぞれ対応して設けられたq個の入力容量形成部であって、前記各入力容量形成部は、制御信号に応じて、対応する前記増幅部の前記入力部と前記複数の垂直信号線のうち前記q個の増幅部に対して共通するp本(pは2以上の整数)の垂直信号線との間にそれぞれ接続された状態の、p個の入力容量部を形成し、前記q個の増幅部のうちの少なくとも1つの増幅部に対応する前記入力容量形成部が形成する前記p個の入力容量部の容量値の比率が、前記q個の増幅部のうちの他の少なくとも1つの増幅部に対応する前記入力容量形成部が形成する前記p個の入力容量部の容量値の比率と異なる、q個の入力容量形成部と、を備えたものである。 A solid-state imaging device according to a fifth aspect includes a pixel unit having a plurality of pixels arranged two-dimensionally, and a plurality of vertical signals that are provided for each column of the plurality of pixels and receive signals from pixels in a corresponding column A line, q amplifying units (q is an integer of 2 or more) having an input unit, and q input capacitance forming units respectively provided corresponding to the q amplifying units, Capacitance forming units are connected in common to the q amplification units among the plurality of vertical signal lines and the input unit of the corresponding amplification unit according to a control signal (p is an integer of 2 or more) P input capacitor units connected to each of the vertical signal lines are formed, and the input capacitor forming unit corresponding to at least one of the q amplifier units is formed. The ratio of the capacitance values of the p input capacitance units is other than the q amplification units. Different from the p number of the ratio of the capacitance value of the input capacitance section where the input capacitance forming unit corresponding to at least one amplifier section is formed, in which and a q-number of input capacitance formation section.
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q個の増幅部のうちの少なくとも1つの増幅部に対応する前記入力容量形成部は、制御信号に応じて、当該入力容量形成部が形成する前記p個の入力容量部の容量値の比率を2種類以上に切り替えるように構成されたものである。 The solid-state imaging device according to a sixth aspect is the solid-state imaging device according to the fifth aspect, wherein the input capacitance forming unit corresponding to at least one of the q amplifying units includes the input capacitance according to a control signal. In this configuration, the ratio of the capacitance values of the p input capacitance units formed by the formation unit is switched between two or more types.
第7の態様による固体撮像素子は、前記第5又は第6の態様において、前記各入力容量形成部が形成する前記p個の入力容量部の容量値の合計は、互いに同一であるものである。 In the solid-state imaging device according to a seventh aspect, in the fifth or sixth aspect, the sum of the capacitance values of the p input capacitance portions formed by the input capacitance formation portions is the same as each other. .
第8の態様による固体撮像素子は、前記第5乃至第7のいずれかの態様において、前記q個の入力容量形成部の各々は、制御信号に応じて、対応する前記増幅部の前記入力部と前記複数の垂直信号線のうち前記q個の増幅部に対して共通するp本の垂直信号線との間にそれぞれ接続された状態の、前記p個の入力容量部を形成する第1の入力容量形成状態と、対応する前記増幅部の前記入力部と前記p本の垂直信号線のうち当該増幅部毎に異なる1本のみの垂直信号線との間に接続された状態の、1個の入力容量部を形成する第2の入力容量形成状態とに、切り替えるものである。 In the solid-state imaging device according to the eighth aspect, in any one of the fifth to seventh aspects, each of the q input capacitance forming units corresponds to the input unit of the amplifying unit according to a control signal. Forming the p input capacitance sections connected to the p vertical signal lines common to the q amplification sections among the plurality of vertical signal lines, respectively. One in the state of being connected between the input capacitance forming state and only one vertical signal line that is different for each amplification unit among the corresponding input unit of the amplification unit and the p vertical signal lines To the second input capacitance forming state forming the input capacitance section.
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、前記第1の入力容量形成状態において、前記q個の増幅部のうち制御信号により選択された1つの増幅部の出力信号を選択的に読み出すように制御する制御部を備えたものである。 A solid-state imaging device according to a ninth aspect selects the output signal of one amplification unit selected by a control signal from the q amplification units in the first input capacitance formation state in the eighth aspect. The control part which controls to read out automatically is provided.
第10の態様による固体撮像素子は、前記第8又は第9の態様において、前記画素部は、前記複数の画素の他に、前記複数の画素が配置されている領域に対する行方向のいずれか一方側又は両側の領域において2次元状に配置され黒レベルの信号を生成する複数のオプチカルブラック画素を有し、前記複数のオプチカルブラック画素の列毎に設けられ対応する列のオプチカルブラック画素からの信号を受け取る複数のオプチカルブラック画素用垂直信号線と、前記複数のオプチカルブラック画素用垂直信号線の信号にそれぞれ応じた出力信号を出力する複数のオプチカルブラック画素用増幅部と、を備え、前記第1及び第2の入力容量形成状態のいずれの状態においても、前記複数のオプチカルブラック画素用増幅部から互いに異なる列のオプチカルブラック画素からの信号が得られるものである。 The solid-state imaging device according to a tenth aspect is the solid-state imaging device according to the eighth or ninth aspect, wherein the pixel unit is one of a row direction with respect to a region where the plurality of pixels are arranged in addition to the plurality of pixels. A plurality of optical black pixels that are two-dimensionally arranged in the side or both sides and generate a black level signal, and are provided for each column of the plurality of optical black pixels, and signals from the corresponding optical black pixels A plurality of optical black pixel vertical signal lines, and a plurality of optical black pixel amplifying units for outputting output signals corresponding to the signals of the plurality of optical black pixel vertical signal lines, respectively. In either of the second input capacitance formation state and the second input capacitance formation state, the plurality of optical black pixel amplifying units are different from each other. In which signals from ticarcillin black pixels is obtained.
第11の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第10のいずれかの態様において、前記q個の増幅部の各々は、前記入力部となる第1の入力端子と所定電位が印加される第2の入力端子とを有する演算増幅器と、前記第1の入力端子と前記演算増幅器の出力端子との間をオンオフするカラムアンプリセットスイッチと、前記第1の入力端子と前記出力端子との間に接続される帰還容量と、を有するものである。 In a solid-state imaging device according to an eleventh aspect, in any one of the first to tenth aspects, each of the q amplification units is applied with a predetermined potential with a first input terminal serving as the input unit. An operational amplifier having a second input terminal, a column amplifier reset switch for turning on and off between the first input terminal and the output terminal of the operational amplifier, and between the first input terminal and the output terminal And a feedback capacitor connected to the.
第12の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第11のいずれかの態様において、前記複数の画素の各々に対応して設けられ所定の色配列をなす複数色のカラーフィルタを備え、前記p本の垂直信号線は、同色のカラーフィルタが設けられた画素からの信号を受け取るものである。 A solid-state imaging device according to a twelfth aspect includes, in any one of the first to eleventh aspects, a plurality of color filters provided corresponding to each of the plurality of pixels and having a predetermined color arrangement, The p vertical signal lines receive signals from pixels provided with color filters of the same color.
第13の態様による撮像装置は、前記第1乃至第12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。 An imaging device according to a thirteenth aspect includes a solid-state imaging element according to any one of the first to twelfth aspects.
なお、前記各態様において、前記qは、前記p以下であってもよい。 In each of the above aspects, q may be p or less.
本発明によれば、素子内部で信号を重み付け加算することができるとともにその重みを変え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。 According to the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device capable of weighting and adding signals inside the device and changing the weight, and an imaging apparatus 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。 Hereinafter, a solid-state imaging device and an imaging apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態による撮像装置としての電子カメラ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 schematically showing an
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などの種々の撮像装置に適用することができる。
The
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2a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3の撮像面が配置される。
A photographing
固体撮像素子3は、撮像制御部4の指令によって駆動され、画像信号を出力する。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4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3を制御する。また、通常の本撮影時(静止画撮影時)などでは、撮像制御部4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3を制御する。いずれの画像信号も、信号処理部5によって黒レベルクランプ処理等の信号処理が行われた後、A/D変換部6によりA/D変換され、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2a、撮像制御部4、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9aが接続される。また、操作部9a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。このとき、撮像制御部4は、後述するように、例えば所定の条件や設定等に応じて、後述する水平画素加算を行う読み出し動作又は水平画素加算を行わない読み出し動作を行うように、固体撮像素子3を制御する。いずれの画像信号も、信号処理部5によって黒レベルクランプ処理等の信号処理が行われた後、A/D変換部6によりA/D変換され、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2a、撮像制御部4、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9aが接続される。また、記録部11には記録媒体11aが着脱自在に装着される。
The solid-
電子カメラ1内のCPU9は、操作部9a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などが指示されると、それに合わせて撮像制御部4を駆動する。撮像制御部4は、例えば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3を制御する。このとき、レンズ制御部2a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3から得られた画像信号は、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、画像信号がメモリ7に蓄積された後に、操作部9a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。
The CPU 9 in the
図2は、図1中の固体撮像素子3の概略構成を示す回路図である。本実施の形態では、固体撮像素子3は、CMOS型の固体撮像素子として構成されているが、他のXYアドレス型固体撮像素子として構成してもよい。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the solid-
固体撮像素子3は、図2に示すように、画素部21と、複数の水平制御信号線22と、垂直走査回路23と、複数の垂直信号線V1〜Vmと、画素部21の列方向(垂直方向、図2中上下方向)の両側にそれぞれ配置された上側信号出力回路24及び下側信号出力回路25と、を有している。
As shown in FIG. 2, the solid-
画素部21は、n行k列に2次元マトリクス状に配置され入射光に応じた画素信号を出力する有効画素PXからなる有効画素部21Aと、n行(m−k)列に2次元マトリクス状に配置され黒レベルの信号を生成するオプチカルブラック画素(OB画素)OBからなるOB画素部21Bとを有している。本実施の形態では、OB画素部21Bは、有効画素部21Aの領域の行方向(水平方向、図2中左右方向)の図2中右側に配置されている。もっとも、OB画素部21Bは、有効画素部21Aの図2中左側に配置してもよいし、有効画素部21Aの図2中左右両側に配置してもよい。
The
画素部21の各行には、垂直走査回路23に接続された水平制御信号線22がそれぞれ配置されている。各々の水平制御信号線22は、垂直走査回路23から出力される制御信号(後述する制御信号φSEL,φRES,φTX)を、画素PX,OBの各行にそれぞれ供給する。
A horizontal
複数の垂直信号線V1〜Vkは、有効画素PXの列毎に設けられ、対応する列の有効画素PXからの信号を受け取る。また、複数の垂直信号線Vk+1〜Vmは、OB画素OBの列毎に設けられ、対応する列のOB画素OBからの信号を受け取る。垂直信号線Vk+1〜Vmは、OB画素用垂直信号線である。垂直信号線V1〜Vmの上端(厳密に言うと、本実施の形態では、それらの垂直信号線のうちの偶数番目の列の垂直信号線の上端)が、上側信号出力回路24に接続されている。垂直信号線V1〜Vmの下端(厳密に言うと、本実施の形態では、それらの垂直信号線のうちの奇数番目の列の垂直信号線の下側)が、下側信号出力回路25に接続されている。ここでは、1列目の垂直信号線には符号V1を付し、m列目の垂直信号線には符号Vmを付し、他の垂直信号線についても同様である。各垂直信号線V1〜Vmには、定電流源26が接続されている(後述する図4及び図5を参照)。なお、定電流源26を各垂直信号線V1〜Vmの上端側及び下端側にそれぞれ接続して、各垂直信号線V1〜Vmに対して2つずつの定電流源26を接続してもよい。この場合は、定電流源1つ当たりの電流値を、垂直信号線1本当たりに必要な電流値の1/2倍とする。
The plurality of vertical signal lines V1 to Vk are provided for each column of the effective pixels PX, and receive signals from the effective pixels PX in the corresponding column. The plurality of vertical signal lines Vk + 1 to Vm are provided for each column of the OB pixels OB, and receive signals from the OB pixels OB in the corresponding column. The vertical signal lines Vk + 1 to Vm are OB pixel vertical signal lines. The upper ends of the vertical signal lines V1 to Vm (strictly speaking, in this embodiment, the upper ends of the vertical signal lines in the even-numbered columns of the vertical signal lines) are connected to the upper
なお、必要に応じて、いわゆる横スミアや黒太陽を防止するため、各垂直信号線V1〜Vmに対して、例えば特開2010−263443号公報の図4及び図5に開示されているようなクリップ回路を設けてもよい。 In order to prevent so-called lateral smear and black sun as necessary, the vertical signal lines V1 to Vm are disclosed, for example, in FIGS. 4 and 5 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-263443. A clip circuit may be provided.
本実施の形態では、各々の画素PX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、2行2列の繰り返し周期を持つ色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。本実施の形態では、図2に示すように、前記色配列としてベイヤー配列が採用され、赤色(R)、緑色(Gr,Gb)、青色(B)のカラーフィルタがベイヤー配列に従って各画素PXに配置されている。すなわち、有効画素部21Aの奇数行にはR,Grのカラーフィルタが交互に並ぶとともに、有効画素部21Aの偶数行にはGb,Bのフィルタが交互に並んでいる。そして、有効画素部21A全体では緑色のフィルタが市松模様をなすように配置されている。これにより、有効画素部21Aは、撮像時にカラーの画像を取得することができる。本実施の形態では、OB画素部21Bにも有効画素部21Aと同様に、カラーフィルタが配置されている。もっとも、OB画素OBは黒レベルを出力するものであるので、OB画素部21Bには必ずしもカラーフィルタを配置する必要はない。なお、図2では、各々の画素PX,OBにカラーフィルタの色を併せて表記している。
In the present embodiment, on the light incident side of each pixel PX, a plurality of types of color filters that transmit light of different color components are arranged in a color array having a repetition cycle of 2 rows and 2 columns. . The pixel PX outputs an electrical signal corresponding to each color by color separation with a color filter. In this embodiment, as shown in FIG. 2, a Bayer arrangement is adopted as the color arrangement, and red (R), green (Gr, Gb), and blue (B) color filters are applied to each pixel PX according to the Bayer arrangement. Has been placed. That is, R and Gr color filters are alternately arranged in odd rows of the
図3は、図2中の画素PX,OBを示す回路図である。本実施の形態では、各画素PXは、一般的なCMOS型固体撮像素子の画素と同様に、光電変換部としてのフォトダイオードPDと、電荷を受け取って前記電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部としてのフローティングディフュージョンFDと、フローティングディフュージョンFDの電位をリセットするリセットトランジスタRESと、フローティングディフュージョンFDの電位に応じた信号を垂直信号線V1〜Vmに供給する選択トランジスタSELと、フォトダイオードPDからフローティングディフュージョンFDに電荷を転送する電荷転送部としての転送トランジスタTXと、フローティングディフュージョンFDの電位に応じた前記信号を出力する増幅部としての増幅トランジスタAMPとを有し、図3に示すように、接続されている。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、画素PX,OBのトランジスタAMP,TX,RES,SELは、全てnMOSトランジスタである。 FIG. 3 is a circuit diagram showing the pixels PX and OB in FIG. In the present embodiment, each pixel PX includes a photodiode PD as a photoelectric conversion unit and a charge-voltage conversion unit that receives the charge and converts the charge into a voltage, like a pixel of a general CMOS solid-state imaging device. As a floating diffusion FD, a reset transistor RES that resets the potential of the floating diffusion FD, a selection transistor SEL that supplies a signal corresponding to the potential of the floating diffusion FD to the vertical signal lines V1 to Vm, and a floating diffusion from the photodiode PD A transfer transistor TX as a charge transfer unit that transfers charges to the FD and an amplification transistor AMP as an amplification unit that outputs the signal corresponding to the potential of the floating diffusion FD are connected as shown in FIG. To have. In FIG. 3, VDD is a power supply potential. In the present embodiment, the transistors AMP, TX, RES, and SEL of the pixels PX and OB are all nMOS transistors.
本実施の形態では、OB画素OBは、フォトダイオードPDが遮光される点を除いて有効画素PXと同じ構造を有している。もっとも、OB画素OBは、例えば、有効画素PXからフォトダイオードPDを取り除いた構造を有していてもよい。 In the present embodiment, the OB pixel OB has the same structure as the effective pixel PX except that the photodiode PD is shielded from light. However, the OB pixel OB may have a structure in which the photodiode PD is removed from the effective pixel PX, for example.
転送トランジスタTXのゲートは行毎に共通に接続され、そこには制御信号φTXが垂直走査回路23から供給される。リセットトランジスタRESのゲートは行毎に共通に接続され、そこには制御信号φRESが垂直走査回路23から供給される。選択トランジスタSELのゲートは行毎に共通に接続され、そこには制御信号φSELが垂直走査回路23から供給される。各制御信号φTXを行毎に区別する場合、j行目の制御信号φTXは符号φTX(j)で示す。この点は、制御信号φRES,φSELについても同様である。
The gates of the transfer transistors TX are commonly connected to each row, and a control signal φTX is supplied from the
各画素PXのフォトダイオードPDは、入射光の光量(被写体光)に応じて信号電荷を生成する。転送トランジスタTXは、制御信号φTXのハイレベル期間にオンし、フォトダイオードPDの電荷をフローティングディフュージョンFDに転送する。リセットトランジスタRESは、制御信号φRESのハイレベル期間(電源電位VDDの期間)にオンし、フローティングディフュージョンFDをリセットする。 The photodiode PD of each pixel PX generates a signal charge according to the amount of incident light (subject light). The transfer transistor TX is turned on during the high level period of the control signal φTX, and transfers the charge of the photodiode PD to the floating diffusion FD. The reset transistor RES is turned on during the high level period (period of the power supply potential VDD) of the control signal φRES, and resets the floating diffusion FD.
増幅トランジスタAMPは、そのドレインが電源電位VDDに接続され、そのゲートがフローティングディフュージョンFDに接続され、そのソースが選択トランジスタSELのドレインに接続され、定電流源26(図3では図示せず、図4及び図5を参照)を負荷とするソースフォロア回路を構成している。増幅トランジスタAMPは、フローティングディフュージョンFDの電圧値に応じて、選択トランジスタSELを介して垂直信号線V1〜Vmに読み出し信号を出力する。選択トランジスタSELは、制御信号φSELのハイレベル期間にオンし、増幅トランジスタAMPのソースを垂直信号線V1〜Vmに接続する。 The amplification transistor AMP has its drain connected to the power supply potential VDD, its gate connected to the floating diffusion FD, its source connected to the drain of the selection transistor SEL, and a constant current source 26 (not shown in FIG. 3). 4 and FIG. 5) is configured as a source follower circuit. The amplification transistor AMP outputs a read signal to the vertical signal lines V1 to Vm via the selection transistor SEL according to the voltage value of the floating diffusion FD. The selection transistor SEL is turned on during the high level period of the control signal φSEL, and connects the source of the amplification transistor AMP to the vertical signal lines V1 to Vm.
図2中の垂直走査回路23は、図1中の撮像制御部4からの制御信号を受けて、画素PX,OBの行毎に、制御信号φSEL,φRES,φTXをそれぞれ出力し、ローリング電子シャッタによる動作や、メカニカルシャッタを利用したグローバルリセットによる静止画読み出し動作などを実現する。それらの具体的な動作については公知であるため、ここではその説明は省略する。
The
なお、画素PX,OBの構成は、前述した図3に示す構成に限らない。例えば、列方向に隣り合う複数の画素PX,OB毎に、当該複数の画素PXが1組のフローティングディフュージョンFD、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRES及び選択トランジスタSELを共有してもよい。 The configuration of the pixels PX and OB is not limited to the configuration shown in FIG. For example, for each of a plurality of pixels PX and OB adjacent in the column direction, the plurality of pixels PX may share a set of floating diffusion FD, amplification transistor AMP, reset transistor RES, and selection transistor SEL.
図4は、図2中の上側信号出力回路24の一部分(有効画素部21Aの2列目、4列目及び6列目の垂直信号線V2,V4,V6にそれぞれ対応して設けられた、3つの入力容量形成部IC1〜IC3及び3つの増幅部CA1〜CA3)を示す回路図である。
4 shows a part of the upper
図5は、図2中の上側信号出力回路24の他の部分(OB画素部21Bのk+2列目、k+4列目及びk+6列目の垂直信号線Vk+2,Vk+4,Vk+6にそれぞれ対応して設けられた、3つの入力容量形成部IC(k/2)+1,IC(k/2)+2,IC(k/2)+3及び3つの増幅部CA(k/2)+1,CA(k/2)+2,CA(k/2)+3)を示す回路図である。図5において、図4中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付している。
FIG. 5 is provided corresponding to the other portions of the upper
図6は、図2中の上側信号出力回路24の更に他の部分(有効画素部21Aの2列目からk列目までの偶数列目の垂直信号線にそれぞれ対応して設けられたk/2個の増幅部CA1〜CA(k/2)の出力信号、及び、OB画素部21Bのk+2列目からm列目までの偶数列目の垂直信号線にそれぞれ対応して設けられた(m−k)/2個の増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)の出力信号を、それぞれサンプルホールドするサンプリング部CDS1〜CDS(m/2)、水平走査回路31など)を示す回路図である。
FIG. 6 is a diagram showing a further portion of the upper
本実施の形態では、図4にその一部を示すように、上側信号出力回路24は、有効画素部21Aの偶数列目の垂直信号線V2,V4,…,Vkにそれぞれ対応して設けられた、k/2個の入力容量形成部IC1〜IC(k/2)及びk/2個の増幅部CA1〜CA(k/2)を有している。
In the present embodiment, as shown in part in FIG. 4, the upper
各増幅部CA1〜CA(k/2)は、同一の構成を有し、入力部(本実施の形態では、演算増幅器OPの第1の入力端子としての反転入力端子)を有している。 Each of the amplification units CA1 to CA (k / 2) has the same configuration, and has an input unit (in this embodiment, an inverting input terminal as a first input terminal of the operational amplifier OP).
本実施の形態では、各増幅部CA1〜CA(k/2)は、演算増幅器OPと、帰還容量Cfと、カラムアンプリセット信号φCARSTに応じてカラムアンプをリセットするカラムアンプリセットスイッチCARSTと、を有している。演算増幅器OPの反転入力端子(入力部としての第1の入力端子)と演算増幅器OPの出力端子との間に、帰還容量Cf及びカラムアンプリセットスイッチCARSTが並列に接続されている。演算増幅器OPの非反転入力端子(第2の入力端子)には、所定電位Vrefが印加されている。カラムアンプリセットスイッチCARSTは、MOSトランジスタで構成され、カラムアンプリセット信号φCARSTがハイレベルの場合にオンする一方、カラムアンプリセット信号φCARSTがローレベルの場合にオフする。各増幅部CA1〜CA(k/2)のカラムアンプリセットスイッチCARSTのゲートは共通に接続され、そこにはカラムアンプリセット信号φCARSTが撮像制御部4から供給される。
In the present embodiment, each of the amplification units CA1 to CA (k / 2) includes an operational amplifier OP, a feedback capacitor Cf, and a column amplifier reset switch CARST that resets the column amplifier in response to a column amplifier reset signal φCARST. Have. A feedback capacitor Cf and a column amplifier reset switch CARST are connected in parallel between the inverting input terminal (first input terminal as an input unit) of the operational amplifier OP and the output terminal of the operational amplifier OP. A predetermined potential Vref is applied to a non-inverting input terminal (second input terminal) of the operational amplifier OP. The column amplifier reset switch CARST is composed of a MOS transistor, and is turned on when the column amplifier reset signal φCARST is at a high level, and turned off when the column amplifier reset signal φCARST is at a low level. The gates of the column amplifier reset switches CARST of the amplification units CA1 to CA (k / 2) are connected in common, and a column amplifier reset signal φCARST is supplied from the
本実施の形態では、演算増幅器OPとして、作動制御信号φSTBYに応じて作動状態と前記作動状態に比べて低消費電力の作動停止状態とになり得る演算増幅器(以下、「スタンバイ機能付き演算増幅器」と呼ぶ。)ものが、用いられている。演算増幅器OPの作動状態と作動停止状態に応じて、演算増幅器OPを有する増幅部全体としても作動状態と作動停止状態となる。もっとも、演算増幅器OPとして、スタンバイ機能を有しておらずに常時作動状態となる通常の演算増幅器を用いてもよい。 In the present embodiment, as the operational amplifier OP, an operational amplifier (hereinafter referred to as an “operational amplifier with a standby function”) that can be in an operating state and an operation stopped state with lower power consumption than the operating state in accordance with the operation control signal φSTBY. Is used). Depending on the operation state and operation stop state of the operational amplifier OP, the entire amplification unit having the operational amplifier OP is also in the operation state and the operation stop state. However, a normal operational amplifier that does not have a standby function and is always in an operating state may be used as the operational amplifier OP.
図7は、スタンバイ機能付き演算増幅器とした演算増幅器OPの具体例を示す回路図である。この例では、演算増幅器OPは、pMOSトランジスタT1〜T4及びnMOSトランジスタT5〜T8で構成されている。本例では、演算増幅器の一般的な構成をなすトランジスタT1,T2,T5,T6,T8に対して、トランジスタT3,T4,T7が追加されることでスタンバイ機能が実現されている。図7において、VIN_P、VIN_N、VOUTは、演算増幅器OPの非反転入力端子、反転入力端子及び出力端子をそれぞれ示している。VBIASは、図示しないバイアス回路からの電流源用バイアス電圧が印加されるバイアス電圧入力端子である。 FIG. 7 is a circuit diagram showing a specific example of an operational amplifier OP which is an operational amplifier with a standby function. In this example, the operational amplifier OP is composed of pMOS transistors T1 to T4 and nMOS transistors T5 to T8. In this example, a standby function is realized by adding transistors T3, T4, and T7 to transistors T1, T2, T5, T6, and T8 that form a general configuration of an operational amplifier. In FIG. 7, VIN_P, VIN_N, and VOUT indicate a non-inverting input terminal, an inverting input terminal, and an output terminal of the operational amplifier OP, respectively. VBIAS is a bias voltage input terminal to which a current source bias voltage from a bias circuit (not shown) is applied.
図7において、STBYは作動制御信号φSTBYが入力される端子(作動制御信号入力端子)、STBY_Nは作動制御信号φSTBYの反転信号が入力される端子である。作動制御信号φSTBYがハイレベルになると、トランジスタT3,T4,T7がオフし、演算増幅器OPを流れる電流が遮断されて演算増幅器OPが作動停止状態となり、出力端子VOUTはフローティングになる。図4等では、作動制御信号φSTBYに相当する作動制御信号φSTBY1〜φSTBY3のみが演算増幅器OPに供給されるものとして記載され、作動制御信号φSTBY_Nに相当する反転作動制御信号が演算増幅器OPに供給される制御線等の図示は省略している。以下の説明では、作動制御信号φSTBYのみについて言及し、反転作動制御信号への言及は省略する。なお、演算増幅器OPとして、スタンバイ機能を有していない通常の演算増幅器を用いる場合には、作動制御信号φSTBYは演算増幅器OPに入力されない。 In FIG. 7, STBY is a terminal (operation control signal input terminal) to which an operation control signal φSTBY is input, and STBY_N is a terminal to which an inverted signal of the operation control signal φSTBY is input. When the operation control signal φSTBY becomes high level, the transistors T3, T4, T7 are turned off, the current flowing through the operational amplifier OP is cut off, the operational amplifier OP is deactivated, and the output terminal VOUT becomes floating. In FIG. 4 and the like, only the operation control signals φSTBY1 to φSTBY3 corresponding to the operation control signal φSTBY are described as being supplied to the operational amplifier OP, and the inverted operation control signal corresponding to the operation control signal φSTBY_N is supplied to the operational amplifier OP. The control lines are not shown. In the following description, only the operation control signal φSTBY will be referred to, and the reference to the reverse operation control signal will be omitted. When a normal operational amplifier that does not have a standby function is used as the operational amplifier OP, the operation control signal φSTBY is not input to the operational amplifier OP.
増幅部CA1〜CA(k/2)を、行方向(水平方向)にr個(本実施の形態では、3個)の周期をなすr個(本実施の形態では、3個)のグループに分けたとき、すなわち、増幅部CA1,CA4,CA7,…の第1グループと、増幅部CA2,CA5,CA8,…の第2グループと、増幅部CA3,CA6,CA9,…の第3グループに分けたとき、各グループ毎に作動制御信号φSTBYが入力される。つまり、第1グループの増幅部CA1,CA4,CA7,…の作動停止信号入力端子が共通に接続され、そこには作動制御信号φSTBY1が撮像制御部4から供給される。第2グループの増幅部CA2,CA5,CA8,…の作動停止信号入力端子が共通に接続され、そこには作動制御信号φSTBY2が撮像制御部4から供給される。第3グループの増幅部CA3,CA6,CA9,…の作動停止信号入力端子が共通に接続され、そこには作動制御信号φSTBY3が撮像制御部4から供給される。
Amplifying sections CA1 to CA (k / 2) are grouped into r groups (three in the present embodiment) having r cycles (three in the present embodiment) in the row direction (horizontal direction). When divided, that is, into a first group of amplifiers CA1, CA4, CA7,..., A second group of amplifiers CA2, CA5, CA8,... And a third group of amplifiers CA3, CA6, CA9,. When divided, the operation control signal φSTBY is input for each group. That is, the operation stop signal input terminals of the first group amplifiers CA1, CA4, CA7,... Are connected in common, and the operation control signal φSTBY1 is supplied from the
本実施の形態では、前記k/2個の入力容量形成部IC1〜IC(k/2)の各々は、制御信号(φ1,φ2,φSW、又は、φ3,φ4,φSW、又は、φ5,φ6,φSW)に応じて、対応する増幅部の前記入力部(本実施の形態では、演算増幅器OPの反転入力端子)と、当該対応する増幅部を含むq個(本実施の形態では、3個)の増幅部に対して共通するp本(本実施の形態では、3本)の垂直信号線との間に接続された状態の、p個(本実施の形態では、3個)の入力容量部Ca,Cb,Cc(後述する図9を参照)を形成する。このとき、p本の垂直信号線に対して共通するq個(本実施の形態では、3個)の増幅部のうちの少なくとも1つの増幅部に対応する入力容量形成部が形成するp個の入力容量部Ca,Cb,Ccの容量値の比率が、当該q個の増幅部のうちの他の少なくとも1つの増幅部に対応する入力容量形成部が形成するp個の入力容量部Ca,Cb,Ccの容量値の比率と異なるようになっている。p本の垂直信号線に対して共通するq個の増幅部のうちの前記少なくとも1つの増幅部に対応する入力容量形成部が形成するp個の入力容量部Ca,Cb,Ccの容量値の比率は、1:1:1でもよい。前記入力容量部Ca,Cb,Ccは、複数の容量で構成された合成容量でもよいし、単一の容量で構成されたものでもよい。 In the present embodiment, each of the k / 2 input capacitance forming units IC1 to IC (k / 2) is supplied with a control signal (φ1, φ2, φSW, or φ3, φ4, φSW, or φ5, φ6). , ΦSW) according to the input unit (in this embodiment, the inverting input terminal of the operational amplifier OP) of the corresponding amplifier, and q (3 in the present embodiment) including the corresponding amplifier. ) P (three in this embodiment) input capacitors connected between p (three in this embodiment) vertical signal lines that are common to the amplifying units) Portions Ca, Cb, and Cc (see FIG. 9 described later) are formed. At this time, p number of input capacitance forming units corresponding to at least one amplifying unit among q amplifying units (three in the present embodiment) common to p vertical signal lines are formed. The ratio of the capacitance values of the input capacitance units Ca, Cb, Cc is such that the p input capacitance units Ca, Cb formed by the input capacitance formation unit corresponding to at least one other amplification unit among the q amplification units. , Cc are different from the ratio of the capacitance values. The capacitance values of the p input capacitance units Ca, Cb, Cc formed by the input capacitance formation unit corresponding to the at least one amplification unit among the q amplification units common to the p vertical signal lines. The ratio may be 1: 1: 1. The input capacitance units Ca, Cb, and Cc may be a combined capacitance constituted by a plurality of capacitances, or may be constituted by a single capacitance.
本実施の形態では、偶数列目の垂直信号線V2,V4,…,Vk、k/2個の入力容量形成部IC1〜IC(k/2)及びk/2個の増幅部CA1〜CA(k/2)は、1本置きの3本の垂直信号線、当該3本の垂直信号線にそれぞれ対応して設けられた3個の入力容量形成部及び当該3本の垂直信号線にそれぞれ対応して設けられた3個の増幅部からなるブロック毎に、分けられている。例えば、3本の垂直信号線V2,V4,V6、3個の入力容量形成部IC1,IC2,IC3及び3個の増幅部CA1,CA2,CA3からなるブロック(このブロックが図4に示されている。)、3本の垂直信号線V8,V10,V12、3個の入力容量形成部IC4,IC5,IC6及び3個の増幅部CA4,CA5,CA6からなるブロック、3本の垂直信号線V14,V16,V18、3個の入力容量形成部IC7,IC8,IC9及び3個の増幅部CA6,CA7,CA8からなるブロック、・・・に分けられている。 In the present embodiment, the vertical signal lines V2, V4,..., Vk of the even-numbered columns, k / 2 input capacitance forming units IC1 to IC (k / 2), and k / 2 amplifying units CA1 to CA ( k / 2) corresponds to every other three vertical signal lines, three input capacitance forming portions provided corresponding to the three vertical signal lines, and the three vertical signal lines, respectively. Each block is composed of three amplifying units. For example, a block composed of three vertical signal lines V2, V4, V6, three input capacitance forming units IC1, IC2, IC3 and three amplifying units CA1, CA2, CA3 (this block is shown in FIG. A block composed of three vertical signal lines V8, V10, V12, three input capacitance forming units IC4, IC5, IC6 and three amplifier units CA4, CA5, CA6, and three vertical signal lines V14 , V16, V18, three input capacitance forming units IC7, IC8, IC9 and three amplifying units CA6, CA7, CA8.
そして、これらのブロック毎に、当該ブロック内の3個の入力容量形成部の各々は、制御信号(φ1,φ2,φSW、又は、φ3,φ4,φSW、又は、φ5,φ6,φSW)に応じて、当該ブロック内の対応する増幅部の反転入力端子と、当該ブロック内の3個の増幅部に対して共通する3本の垂直信号線(当該ブロック内の3本の垂直信号線)との間に接続された状態の、3個の入力容量部Ca,Cb,Cc(後述する図9を参照)を形成する。このとき、各ブロックにおいて、3本の垂直信号線に対して共通する3個の増幅部のうちの少なくとも1つの増幅部に対応する入力容量形成部が形成する3個の入力容量部Ca,Cb,Ccの容量値の比率が、当該3個の増幅部のうちの他の少なくとも1つの増幅部に対応する入力容量形成部が形成する3個の入力容量部Ca,Cb,Ccの容量値の比率と異なるようになっている。 For each of these blocks, each of the three input capacitance forming units in the block corresponds to the control signal (φ1, φ2, φSW, or φ3, φ4, φSW, or φ5, φ6, φSW). The inverting input terminal of the corresponding amplification unit in the block and the three vertical signal lines (three vertical signal lines in the block) common to the three amplification units in the block Three input capacitance units Ca, Cb, and Cc (see FIG. 9 described later) are formed in a state of being connected therebetween. At this time, in each block, the three input capacitance units Ca and Cb formed by the input capacitance forming unit corresponding to at least one amplification unit among the three amplification units common to the three vertical signal lines. , Cc is a ratio of the capacitance values of the three input capacitance units Ca, Cb, Cc formed by the input capacitance formation unit corresponding to at least one other amplification unit among the three amplification units. It is different from the ratio.
例えば、図4に示すブロックでは、当該ブロック内の入力容量形成部IC1は、制御信号φ1,φ2,φSWに応じて、当該ブロック内の対応する増幅部CA1の反転入力端子と、当該ブロック内の3個の増幅部CA1,CA2,CA3に対して共通する3本の垂直信号線V2,V4,V6(当該ブロック内の3本の垂直信号線V2,V4,V6)との間に、3個の入力容量部Ca,Cb,Cc(後述する図9を参照)を形成する。また、図4に示すブロックでは、当該ブロック内の入力容量形成部IC2は、制御信号φ3,φ4,φSWに応じて、当該ブロック内の対応する増幅部CA2の反転入力端子と、当該ブロック内の3個の増幅部CA1,CA2,CA3に対して共通する3本の垂直信号線V2,V4,V6(当該ブロック内の3本の垂直信号線V2,V4,V6)との間に、3個の入力容量部Ca,Cb,Cc(後述する図9を参照)を形成する。さらに、図4に示すブロックでは、当該ブロック内の入力容量形成部IC3は、制御信号φ5,φ6,φSWに応じて、当該ブロック内の対応する増幅部CA3の反転入力端子と、当該ブロック内の3個の増幅部CA1,CA2,CA3に対して共通する3本の垂直信号線V2,V4,V6(当該ブロック内の3本の垂直信号線V2,V4,V6)との間に、3個の入力容量部Ca,Cb,Cc(後述する図9を参照)を形成する。このとき、図4に示すブロックでは、3本の垂直信号線V2,V4,V6に対して共通する3個の増幅部CA1,CA2,CA3のうちの少なくとも1つの増幅部に対応する入力容量形成部が形成する3個の入力容量部Ca,Cb,Ccの容量値の比率が、当該3個の増幅部CA1,CA2,CA3のうちの他の少なくとも1つの増幅部に対応する入力容量形成部が形成する3個の入力容量部Ca,Cb,Ccの容量値の比率と異なるようになっている。この例では、IC1,IC2,IC3が図9中のICに相当し、V2が図9中のVaに相当し、V4が図9中のVbに相当し、V6が図9中のVcに相当する。 For example, in the block shown in FIG. 4, the input capacitance forming unit IC1 in the block receives the inverting input terminal of the corresponding amplifying unit CA1 in the block and the in-block in accordance with the control signals φ1, φ2, and φSW. Between the three vertical signal lines V2, V4, and V6 (three vertical signal lines V2, V4, and V6 in the block) common to the three amplifiers CA1, CA2, and CA3, three Input capacitance portions Ca, Cb, Cc (see FIG. 9 described later). Further, in the block shown in FIG. 4, the input capacitance forming unit IC2 in the block, in response to the control signals φ3, φ4, and φSW, the inverting input terminal of the corresponding amplifying unit CA2 in the block, Between the three vertical signal lines V2, V4, and V6 (three vertical signal lines V2, V4, and V6 in the block) common to the three amplifiers CA1, CA2, and CA3, three Input capacitance portions Ca, Cb, Cc (see FIG. 9 described later). Further, in the block shown in FIG. 4, the input capacitance forming unit IC3 in the block, in response to the control signals φ5, φ6, and φSW, the inverting input terminal of the corresponding amplifying unit CA3 in the block, Between the three vertical signal lines V2, V4, and V6 (three vertical signal lines V2, V4, and V6 in the block) common to the three amplifiers CA1, CA2, and CA3, three Input capacitance portions Ca, Cb, Cc (see FIG. 9 described later). At this time, in the block shown in FIG. 4, the input capacitance is formed corresponding to at least one of the three amplifiers CA1, CA2, CA3 common to the three vertical signal lines V2, V4, V6. The ratio of the capacitance values of the three input capacitance units Ca, Cb, Cc formed by the unit corresponds to at least one other amplification unit among the three amplification units CA1, CA2, CA3. Is different from the ratio of the capacitance values of the three input capacitance portions Ca, Cb, and Cc formed by. In this example, IC1, IC2 and IC3 correspond to the IC in FIG. 9, V2 corresponds to Va in FIG. 9, V4 corresponds to Vb in FIG. 9, and V6 corresponds to Vc in FIG. To do.
また、本実施の形態では、前記k/2個の入力容量形成部IC1〜IC(k/2)の各々は、制御信号(φ1,φ2,φSW、又は、φ3,φ4,φSW、又は、φ5,φ6,φSW)に応じて、対応する増幅部の前記入力部(本実施の形態では、演算増幅器OPの反転入力端子)と、当該対応する増幅部を含むq個(本実施の形態では、3個)の増幅部に対して共通するp本(本実施の形態では、3本)の垂直信号線との間に、p個(本実施の形態では、3個)の入力容量部Ca,Cb,Cc(後述する図9を参照)を形成する第1の入力容量形成状態と、対応する前記増幅部の前記入力部と前記p本の垂直信号線のうち当該増幅部毎に異なる1本のみの垂直信号線との間に、1個の入力容量部Ci(後述する図8を参照)を形成する第2の入力容量形成状態とに、切り替える。前記第2の入力容量形成状態では、例えば、前述したようにブロックに分けたときの図4に示すブロックにおいて、入力容量形成部IC1は、制御信号φ1,φ2,φSWに応じて、対応する増幅部CA1の反転入力端子と1本の垂直信号線V2のみとの間に接続された状態の、1個の入力容量部Ci(後述する図8を参照)を形成し、入力容量形成部IC2は、制御信号φ3,φ4,φSWに応じて、対応する増幅部CA2の反転入力端子と1本の垂直信号線V4のみとの間に接続された状態の、1個の入力容量部Ci(後述する図8を参照)を形成し、入力容量形成部IC3は、制御信号φ5,φ6,φSWに応じて、対応する増幅部CA3の反転入力端子と1本の垂直信号線V6のみとの間に接続された状態の、1個の入力容量部Ci(後述する図8を参照)を形成する。この例では、IC1が図8中のICに相当する場合にはV2が図8中のViに相当し、IC2が図8中のICに相当する場合にはV4が図8中のViに相当し、IC3が図8中のICに相当する場合にはV6が図8中のViに相当する。 In the present embodiment, each of the k / 2 input capacitance forming units IC1 to IC (k / 2) is supplied with a control signal (φ1, φ2, φSW, or φ3, φ4, φSW, or φ5). , Φ6, φSW) according to the input unit of the corresponding amplification unit (in this embodiment, the inverting input terminal of the operational amplifier OP) and q (in this embodiment, including the corresponding amplification unit, Between the three (three in this embodiment) vertical signal lines common to the three (amplification) amplifiers, p (three in this embodiment) input capacitance units Ca, A first input capacitance forming state for forming Cb and Cc (see FIG. 9 to be described later), and one corresponding to each of the amplifying units among the corresponding input unit and p vertical signal lines of the amplifying unit. 2nd input which forms one input capacity | capacitance part Ci (refer FIG. 8 mentioned later) between only the vertical signal lines To the amount formed state switches. In the second input capacitance formation state, for example, in the block shown in FIG. 4 when divided into blocks as described above, the input capacitance formation unit IC1 performs the corresponding amplification according to the control signals φ1, φ2, and φSW. One input capacitance portion Ci (see FIG. 8 to be described later) connected between the inverting input terminal of the portion CA1 and only one vertical signal line V2 is formed, and the input capacitance formation portion IC2 In response to the control signals φ3, φ4, and φSW, one input capacitance unit Ci (described later) is connected between the inverting input terminal of the corresponding amplification unit CA2 and only one vertical signal line V4. The input capacitance forming unit IC3 is connected between the inverting input terminal of the corresponding amplification unit CA3 and only one vertical signal line V6 according to the control signals φ5, φ6, and φSW. One input capacitance unit Ci (described later) That reference to FIG. 8) to form a. In this example, when IC1 corresponds to the IC in FIG. 8, V2 corresponds to Vi in FIG. 8, and when IC2 corresponds to the IC in FIG. 8, V4 corresponds to Vi in FIG. When IC3 corresponds to the IC in FIG. 8, V6 corresponds to Vi in FIG.
具体的には、本実施の形態では、前記k/2個の入力容量形成部IC1〜IC(k/2)のうちの2個置きの入力容量形成部IC1,IC4,IC7,・・・の各々は、対応する増幅器の反転入力端子に一方の電極が接続された1組(p個(本実施の形態では3個))の容量C1,C2,C3と、容量C1,C2,C3の他方電極と当該入力容量形成部と同じブロックに属するp本(本実施の形態では3本)の垂直信号線との間をそれぞれオンオフする1組(p個(本実施の形態では、3個))の入力スイッチCS1,CS2,CS3と、容量C1,C2,C3の前記他方電極間が互いに電気的に接続された状態と互いに電気的に分離された状態とに切り替える切替手段としてのスイッチSW1,SW2(本実施の形態では、スイッチSW1は容量C1,C2の前記他方電極間をオンオフし、スイッチSW2は容量C2,C3の前記他方電極間をオンオフする。)と、を有している。例えば、図4に示すブロックにおいて、入力容量形成部IC1は、対応する増幅部CA1の演算増幅器OPの反転入力端子に一方の電極が接続された1組(3個)の容量C1,C2,C3と、容量C1,C2,C3の他方電極と3本の垂直信号線V2,V4,V6との間をそれぞれオンオフする1組(3個)の入力スイッチCS1,CS2,CS3と、容量C1,C2,C3の前記他方電極間を互いに電気的に接続された状態と互いに電気的に分離された状態とに切り替える切替手段としてのスイッチSW1,SW2と、を有している。 Specifically, in the present embodiment, every two input capacitance forming units IC1, IC4, IC7,... Of the k / 2 input capacitance forming units IC1 to IC (k / 2). Each of the capacitors C1, C2, C3 of one set (one in the present embodiment) having one electrode connected to the inverting input terminal of the corresponding amplifier, and the other of the capacitors C1, C2, C3 One set (p (three in this embodiment)) that turns on and off between the electrode and p (three in this embodiment) vertical signal lines belonging to the same block as the input capacitance forming portion Switches SW1, SW2 as switching means for switching between the input switches CS1, CS2, CS3 and the other electrodes of the capacitors C1, C2, C3 being electrically connected to each other and electrically separated from each other. (In this embodiment, the switch SW1 And off between the other electrode of the capacitor C1, C2, the switch SW2 has, to off.) Between the other electrode of the capacitor C2, C3. For example, in the block shown in FIG. 4, the input capacitance forming unit IC1 includes a set (three) of capacitors C1, C2, C3 in which one electrode is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier OP of the corresponding amplifier CA1. A pair (three) of input switches CS1, CS2, CS3 for turning on and off between the other electrodes of the capacitors C1, C2, C3 and the three vertical signal lines V2, V4, V6, and capacitors C1, C2 , C3, and switches SW1 and SW2 as switching means for switching between a state where the other electrodes of C3 are electrically connected to each other and a state where they are electrically separated from each other.
また、具体的には、本実施の形態では、前記k/2個の入力容量形成部IC1〜IC(k/2)のうちの2個置きの入力容量形成部IC2,IC5,IC8,・・・の各々は、対応する増幅部の演算増幅器OPの反転入力端子に一方の電極が接続された1組(p個(本実施の形態では3個))の容量C4,C5,C6と、容量C4,C5,C6の他方電極と当該入力容量形成部と同じブロックに属するp本(本実施の形態では3本)の垂直信号線との間をそれぞれオンオフする1組(p個(本実施の形態では、3個))の入力スイッチCS4,CS5,CS6と、容量C4,C5,C6の前記他方電極間が互いに電気的に接続された状態と互いに電気的に分離された状態とに切り替える切替手段としてのスイッチSW3,SW4(本実施の形態では、スイッチSW3は容量C4,C5の前記他方電極間をオンオフし、スイッチSW4は容量C5,C6の前記他方電極間をオンオフする。)と、を有している。例えば、図4に示すブロックにおいて、入力容量形成部IC2は、対応する増幅部CA2の演算増幅器OPの反転入力端子に一方の電極が接続された1組(3個)の容量C4,C5,C6と、容量C4,C5,C6の他方電極と3本の垂直信号線V2,V4,V6との間をそれぞれオンオフする1組(3個)の入力スイッチCS4,CS5,CS6と、容量C4,C5,C6の前記他方電極間が互いに電気的に接続された状態と互いに電気的に分離された状態とに切り替える切替手段としてのスイッチSW3,SW4と、を有している。 Specifically, in the present embodiment, every two input capacitance forming portions IC2, IC5, IC8,... Of the k / 2 input capacitance forming portions IC1 to IC (k / 2). Each of the capacitors C4, C5, C6 having one set of electrodes connected to the inverting input terminal of the operational amplifier OP of the corresponding amplifying unit (p (three in this embodiment)), and capacitors One set (p (in this embodiment) that turns on / off each of the other electrodes of C4, C5, and C6 and p (in this embodiment, three) vertical signal lines that belong to the same block as the input capacitance forming section. In the embodiment, three switches)) are switched between the input switches CS4, CS5, CS6 and the other electrodes of the capacitors C4, C5, C6 being electrically connected to each other and electrically separated from each other. Switches SW3 and SW4 (means of this embodiment) In the switch SW3 is turned on and off between the other electrode of the capacitor C4, C5, switch SW4 has an on and off.) Between the other electrode of the capacitor C5, C6. For example, in the block shown in FIG. 4, the input capacitance forming unit IC2 includes one set (three) of capacitors C4, C5, C6 in which one electrode is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier OP of the corresponding amplifier CA2. A pair (three) of input switches CS4, CS5 and CS6 for turning on and off between the other electrodes of the capacitors C4, C5 and C6 and the three vertical signal lines V2, V4 and V6, and capacitors C4 and C5 , C6, and switches SW3 and SW4 as switching means for switching between a state in which the other electrodes of C6 are electrically connected to each other and a state in which they are electrically separated from each other.
さらに、具体的には、本実施の形態では、前記k/2個の入力容量形成部IC1〜IC(k/2)のうちの2個置きの入力容量形成部IC3,IC6,IC9,・・・の各々は、対応する増幅部の演算増幅器OPの反転入力端子に一方の電極が接続された1組(p個(本実施の形態では3個))の容量C7,C8,C9と、容量C7,C8,C9の他方電極と当該入力容量形成部と同じブロックに属するp本(本実施の形態では3本)の垂直信号線との間をそれぞれオンオフする1組(p個(本実施の形態では、3個))の入力スイッチCS7,CS8,CS9と、容量C7,C8,C9の前記他方電極間が互いに電気的に接続された状態と互いに電気的に分離された状態とに切り替える切替手段としてのスイッチSW5,SW6(本実施の形態では、スイッチSW5は容量C7,C8の前記他方電極間をオンオフし、スイッチSW6は容量C8,C9の前記他方電極間をオンオフする。)と、を有している。例えば、図4に示すブロックにおいて、入力容量形成部IC3は、対応する増幅部CA3の演算増幅器OPの反転入力端子に一方の電極が接続された1組(3個)の容量C7,C8,C9と、容量C7,C8,C9の他方電極と3本の垂直信号線V2,V4,V6との間をそれぞれオンオフする1組(3個)の入力スイッチCS7,CS8,CS9と、容量C7,C8,C9の前記他方電極間が互いに電気的に接続された状態と互いに電気的に分離された状態とに切り替える切替手段としてのスイッチSW5,SW6と、を有している。 More specifically, in the present embodiment, every two input capacitance forming units IC3, IC6, IC9,... Of the k / 2 input capacitance forming units IC1 to IC (k / 2). Each includes one set of capacitors C7, C8, C9 having one electrode connected to the inverting input terminal of the operational amplifier OP of the corresponding amplifier (p (three in this embodiment)), and capacitors One set (p (in this embodiment) that turns on and off between the other electrodes of C7, C8, and C9 and p (in this embodiment, three) vertical signal lines that belong to the same block as the input capacitance forming section. In the embodiment, three switches are switched between the input switches CS7, CS8, CS9 and the other electrodes of the capacitors C7, C8, C9 being electrically connected to each other and electrically separated from each other. Switches SW5 and SW6 as means (this embodiment The state, the switch SW5 is turned on and off between the other electrode of the capacitor C7, C8, switch SW6 has, to off.) Between the other electrode of the capacitor C8, C9. For example, in the block shown in FIG. 4, the input capacitance forming unit IC3 includes one set (three) of capacitors C7, C8, C9 in which one electrode is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier OP of the corresponding amplifier CA3. And a set (three) of input switches CS7, CS8, CS9 and capacitors C7, C8 for turning on and off between the other electrodes of the capacitors C7, C8, C9 and the three vertical signal lines V2, V4, V6, respectively. , C9, and switches SW5 and SW6 as switching means for switching between a state in which the other electrodes of C9 are electrically connected to each other and a state in which they are electrically separated from each other.
本実施の形態では、スイッチCS1〜CS9,SW1〜S6は、例えば、nMOSトランジスタで構成される。前記各ブロックの入力スイッチCS1のゲートが共通に接続され、そこには制御信号φ1が撮像制御部4から供給される。前記各ブロックの入力スイッチCS2,CS3のゲートが共通に接続され、そこには制御信号φ2が撮像制御部4から供給される。前記各ブロックの入力スイッチCS4,CS6のゲートが共通に接続され、そこには制御信号φ3が撮像制御部4から供給される。前記各ブロックの入力スイッチCS5のゲートが共通に接続され、そこには制御信号φ4が撮像制御部4から供給される。前記各ブロックの入力スイッチCS7,CS8のゲートが共通に接続され、そこには制御信号φ5が撮像制御部4から供給される。前記各ブロックの入力スイッチCS9のゲートが共通に接続され、そこには制御信号φ6が撮像制御部4から供給される。前記各ブロックのスイッチSW1〜SW6のゲートが共通に接続され、そこには制御信号φSWが撮像制御部4から供給される。各スイッチCS1〜CS9,SW1〜SW6は、そのゲートに供給される制御信号φ1〜φ6,φSWがハイレベル(H)の場合にオンする一方、そのゲートに供給される制御信号φ1〜φ6,φSWがローレベル(L)の場合にオフする。
In the present embodiment, the switches CS1 to CS9 and SW1 to S6 are composed of, for example, nMOS transistors. The gates of the input switches CS1 of the respective blocks are connected in common, and a control signal φ1 is supplied thereto from the
図8は、前記増幅部CA1〜CA(k/2)及び前記入力容量形成部IC1〜IC(k/2)のうちの任意の1組の増幅部CA及び入力容量形成部ICの非加算時の状態(前記第2の入力容量形成状態)を示す回路図である。図9は、前記増幅部CA1〜CA(k/2)及び前記入力容量形成部IC1〜IC(k/2)のうちの任意の1組の増幅部CA及び入力容量形成部ICの加算時の状態(前記第1の入力容量形成状態)を示す回路図である。図8及び図9では、作動制御信号φSTBYを供給するラインは省略している。図8において、Viは、入力容量形成部ICに対して選択的に有効に接続される1本の垂直信号線を示し、Ciは、入力容量形成部ICが垂直信号線Viと増幅部CAの演算増幅器OPの反転入力端子との間に形成する1個の入力容量部を示す。図9において、Va,Vb,Vcは、入力容量形成部ICに対して有効に接続される1本置きの3本の垂直信号線を示し、Ca,Cb,Ccは、入力容量形成部ICが垂直信号線Va,Vb,Vcと増幅部CAの演算増幅器OPの反転入力端子との間に形成する3個の入力容量部を示す。 FIG. 8 illustrates a case where any one of the amplification units CA1 to CA (k / 2) and the input capacitance formation units IC1 to IC (k / 2) is not added. FIG. 6 is a circuit diagram showing a state (second input capacitance formation state). FIG. 9 shows a case where an arbitrary set of the amplification unit CA and the input capacitance formation unit IC among the amplification units CA1 to CA (k / 2) and the input capacitance formation units IC1 to IC (k / 2) are added. It is a circuit diagram which shows a state (the said 1st input capacitance formation state). In FIG. 8 and FIG. 9, the line for supplying the operation control signal φSTBY is omitted. In FIG. 8, Vi represents one vertical signal line that is selectively and effectively connected to the input capacitance forming unit IC, and Ci represents the input signal forming unit IC of the vertical signal line Vi and the amplification unit CA. One input capacitance section formed between the inverting input terminal of the operational amplifier OP is shown. In FIG. 9, Va, Vb, and Vc represent every other three vertical signal lines that are effectively connected to the input capacitance forming unit IC, and Ca, Cb, and Cc represent the input capacitance forming unit IC. 3 shows three input capacitors formed between the vertical signal lines Va, Vb, Vc and the inverting input terminal of the operational amplifier OP of the amplifier CA.
以下の説明において、垂直信号線Vi,Va,Vb,Vcの電圧もそれぞれ同じ符号Vi,Va,Vb,Vcで表記し、入力容量部Ca,Cb,Ccの容量値もそれぞれ同じ符号Ca,Cb,Ccで表記する。また、増幅部CAの帰還容量Cf及び入力容量形成部ICを構成する容量C1〜C9の容量値も、それぞれ同じ符号Cf,C1〜C9で表記する。 In the following description, the voltages of the vertical signal lines Vi, Va, Vb, and Vc are also denoted by the same symbols Vi, Va, Vb, and Vc, respectively, and the capacitance values of the input capacitors Ca, Cb, and Cc are also denoted by the same symbols Ca, Cb, respectively. , Cc. The capacitance values of the feedback capacitor Cf of the amplifier CA and the capacitors C1 to C9 constituting the input capacitor forming unit IC are also denoted by the same symbols Cf and C1 to C9, respectively.
前記第2の入力容量形成状態では、制御信号φSWがハイレベルにされ、制御信号φCS1,φCS5,φCS9がハイレベルにされ、制御信号φCS2〜φCS4,φCS6〜φCS8がローレベルにされる。これにより、前記入力容量形成部IC1〜IC(k/2)の各々に関して、増幅部CAの演算増幅器OPの反転入力端子と垂直信号線Viとの間において、入力容量形成部ICの3個の容量(容量C1,C2,C3、又は、容量C4,C5,C6、又は、容量C7,C8,C9)が並列接続され、図8に示す状態となり、この並列接続された3個の容量が1個の入力容量部Ciを形成する。したがって、前記第2の入力容量形成状態では、入力容量形成部IC1,IC4,IC7,・・・においてCi=C1+C2+C3となり、入力容量形成部IC2,IC5,IC8,・・・においてCi=C4+C5+C6となり、入力容量形成部IC3,IC6,IC9,・・・においてCi=C7+C8+C9となる。本実施の形態では、C1+C2+C3=C4+C5+C6=C7+C8+C9=C0に設定され、いずれの入力容量形成部ICにおいてもCi=C0となっている。もっとも、必ずしも、C1+C2+C3=C4+C5+C6=C7+C8+C9に設定する必要はない。 In the second input capacitance formation state, the control signal φSW is set to the high level, the control signals φCS1, φCS5, φCS9 are set to the high level, and the control signals φCS2 to φCS4, φCS6 to φCS8 are set to the low level. Thus, for each of the input capacitance forming units IC1 to IC (k / 2), the three input capacitance forming units IC are provided between the inverting input terminal of the operational amplifier OP of the amplifying unit CA and the vertical signal line Vi. The capacitors (capacitors C1, C2, C3, or capacitors C4, C5, C6, or capacitors C7, C8, C9) are connected in parallel, and the state shown in FIG. The input capacitor portions Ci are formed. Therefore, in the second input capacitance formation state, Ci = C1 + C2 + C3 in the input capacitance formation units IC1, IC4, IC7,..., And Ci = C4 + C5 + C6 in the input capacitance formation units IC2, IC5, IC8,. Ci = C7 + C8 + C9 in the input capacitance forming units IC3, IC6, IC9,. In the present embodiment, C1 + C2 + C3 = C4 + C5 + C6 = C7 + C8 + C9 = C0 is set, and Ci = C0 in any input capacitance forming unit IC. However, it is not always necessary to set C1 + C2 + C3 = C4 + C5 + C6 = C7 + C8 + C9.
この場合、信号φCARSTがハイレベルになると、カラムアンプリセットスイッチCARSTがオンして演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間が短絡し、演算増幅器OPの出力端子が所定電位Vrefにリセットされる。その後、信号φCARSTがローレベルにされてカラムアンプリセットスイッチCARSTがオフした状態において、入力電圧Vi(垂直信号線Viの電圧)がΔViだけ変化すると、演算増幅器OPの出力端子の信号(出力電圧)Voutは、[Vref−(Ci/Cf)×ΔVi]となる。このように、カラムアンプリセットスイッチCARSTがオフすると、Vout=[Vref−(Ci/Cf)×ΔVi]=[Vref−{C0/Cf}×ΔVi]が得られる。 In this case, when the signal φCARST becomes high level, the column amplifier reset switch CARST is turned on, the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP are short-circuited, and the output terminal of the operational amplifier OP is reset to the predetermined potential Vref. The Thereafter, when the input voltage Vi (voltage of the vertical signal line Vi) changes by ΔVi in a state where the signal φCARST is set to the low level and the column amplifier reset switch CARST is turned off, the signal (output voltage) of the output terminal of the operational amplifier OP Vout is [Vref− (Ci / Cf) × ΔVi]. Thus, when the column amplifier reset switch CARST is turned off, Vout = [Vref− (Ci / Cf) × ΔVi] = [Vref− {C0 / Cf} × ΔVi] is obtained.
したがって、図8に示す状態では、入力容量形成部ICに対して選択的に有効に接続された垂直信号線の信号Viの変化分ΔViよる増幅出力、すなわち、1本の垂直信号線の非加算状態の信号が、出力信号Voutとして得られる。 Therefore, in the state shown in FIG. 8, the amplified output by the change ΔVi of the signal Vi of the vertical signal line selectively selectively connected to the input capacitance forming unit IC, that is, non-addition of one vertical signal line A state signal is obtained as the output signal Vout.
なお、本実施の形態における増幅部CAを単一の容量を介して所定の垂直信号線に固定して接続するようにしたものが、いわゆるカラムアンプとして知られている。本実施の形態における信号φCARSTのタイミングは、その公知のカラムアンプと同様のタイミングで行えばよいので、その説明は省略する。この点は、図9の状態の場合も同じである。 It is known as a so-called column amplifier that the amplifier CA in this embodiment is fixedly connected to a predetermined vertical signal line via a single capacitor. Since the timing of the signal φCARST in this embodiment may be performed at the same timing as that of the known column amplifier, the description thereof is omitted. This is the same in the case of the state of FIG.
前記第1の入力容量形成状態にして第1の重み(本実施の形態では、1:1:1)で重み付け加算する場合には、制御信号φSWがローレベルにされ、制御信号φCS1〜φCS3がハイレベルにされ、制御信号φCS4〜φCS9がローレベルにされる。これにより、前記入力容量形成部IC1〜IC(k/2)のうちのIC1,IC4,IC7,・・・に関して、3個の容量C1,C2,C3の前記他方の電極間が互いに電気的に分離された状態で、3個の容量C1,C2,C3の前記他方の電極が当該入力容量形成部と同じブロックに属する3本の垂直信号線にそれぞれ接続され、図9に示す状態となり、容量C1が入力容量部Caを形成し、容量C2が入力容量部Cbを形成し、容量C3が入力容量部Ccを形成する。本実施の形態では、C1,C2,C3は、前述したようにC1+C2+C3=C0となるとともに、C1:C2:C3=1:1:1となるように設定されている。すなわち、C1=C2=C3=C0/3に設定されている。したがって、前記入力容量形成部IC1〜IC(k/2)のうちのIC1,IC4,IC7,・・・に関して、図9に示す状態となり、Ca=Cb=Cc=C0/3となる。一方、残りの入力容量形成部IC2,IC3,IC5,IC6,IC8,IC9,・・・に関しては、容量C4〜C9の他方電極が、当該入力容量形成部と同じブロックに属する3本の垂直信号線から電気的に切り離され、図9に示す状態にはならない。なお、スイッチSW3〜SW6をスイッチSW1,SW2と独立してオンオフ制御し得るようにしてもよいが、その際において前記第1の入力容量形成状態にして前記第1の重みで重み付け加算する場合には、スイッチSW3〜SW6のオンオフ状態は任意でよい。 When the first input capacitance is formed and weighted addition is performed with a first weight (1: 1: 1 in the present embodiment), the control signal φSW is set to a low level, and the control signals φCS1 to φCS3 are The control signals φCS4 to φCS9 are set to a low level. As a result, the other electrodes of the three capacitors C1, C2, and C3 are electrically connected to each other with respect to IC1, IC4, IC7,... Among the input capacitance forming units IC1 to IC (k / 2). In the separated state, the other electrodes of the three capacitors C1, C2, and C3 are respectively connected to three vertical signal lines belonging to the same block as the input capacitor forming portion, and the state shown in FIG. C1 forms the input capacitance portion Ca, the capacitance C2 forms the input capacitance portion Cb, and the capacitance C3 forms the input capacitance portion Cc. In the present embodiment, C1, C2, and C3 are set so that C1 + C2 + C3 = C0 and C1: C2: C3 = 1: 1: 1 as described above. That is, C1 = C2 = C3 = C0 / 3 is set. Therefore, regarding the IC1, IC4, IC7,... Among the input capacitance forming units IC1 to IC (k / 2), the state shown in FIG. 9 is obtained, and Ca = Cb = Cc = C0 / 3. On the other hand, for the remaining input capacitance forming units IC2, IC3, IC5, IC6, IC8, IC9,..., The three vertical signals in which the other electrodes of the capacitors C4 to C9 belong to the same block as the input capacitance forming unit. It is electrically disconnected from the line and does not enter the state shown in FIG. The switches SW3 to SW6 may be controlled to be turned on / off independently of the switches SW1 and SW2, but at that time, when the first input capacitance is formed and weighted addition is performed with the first weight. The on / off states of the switches SW3 to SW6 may be arbitrary.
前記第1の入力容量形成状態にして第2の重み(本実施の形態では、1:2:1)で重み付け加算する場合には、制御信号φSWがローレベルにされ、制御信号φCS4〜φCS6がハイレベルにされ、制御信号φCS1〜φCS3,φCS7〜φCS9がローレベルにされる。これにより、前記入力容量形成部IC1〜IC(k/2)のうちのIC2,IC5,IC8,・・・に関して、3個の容量C4,C5,C6の前記他方の電極間が互いに電気的に分離された状態で、3個の容量C4,C5,C6の前記他方の電極が当該入力容量形成部と同じブロックに属する3本の垂直信号線にそれぞれ接続され、図9に示す状態となり、容量C4が入力容量部Caを形成し、容量C5が入力容量部Cbを形成し、容量C6が入力容量部Ccを形成する。本実施の形態では、C4,C5,C6は、前述したようにC4+C5+C6=C0となるとともに、C4:C5:C6=1:2:1となるように設定されている。すなわち、C4=C0/4、C5=C0/2、C6=C0/4に設定されている。したがって、前記入力容量形成部IC1〜IC(k/2)のうちのIC2,IC5,IC8,・・・に関して、図9に示す状態となり、Ca=C0/4、Cb=C0/2、Cc=C0/4となる。一方、残りの入力容量形成部IC1,IC3,IC4,IC6,IC7,IC9,・・・に関しては、容量C1〜C3,C7〜C9の他方電極が、当該入力容量形成部と同じブロックに属する3本の垂直信号線から電気的に切り離され、図9に示す状態にはならない。なお、スイッチSW1,SW2,SW5,SW6をスイッチSW3,SW4と独立してオンオフ制御し得るようにしてもよいが、その際において前記第1の入力容量形成状態にして前記第2の重みで重み付け加算する場合には、スイッチSW1,SW2,SW5,SW6のオンオフ状態は任意でよい。 When the first input capacitance is formed and weighted addition is performed with a second weight (in this embodiment, 1: 2: 1), the control signal φSW is set to a low level, and the control signals φCS4 to φCS6 are The control signals φCS1 to φCS3 and φCS7 to φCS9 are set to a low level. As a result, the other electrodes of the three capacitors C4, C5, C6 are electrically connected to each other with respect to IC2, IC5, IC8,... Among the input capacitance forming units IC1 to IC (k / 2). In the separated state, the other electrodes of the three capacitors C4, C5, and C6 are respectively connected to three vertical signal lines belonging to the same block as the input capacitor forming portion, and the state shown in FIG. C4 forms the input capacitance portion Ca, the capacitance C5 forms the input capacitance portion Cb, and the capacitance C6 forms the input capacitance portion Cc. In the present embodiment, C4, C5, and C6 are set so that C4 + C5 + C6 = C0 and C4: C5: C6 = 1: 2: 1 as described above. That is, C4 = C0 / 4, C5 = C0 / 2, and C6 = C0 / 4 are set. Therefore, with respect to IC2, IC5, IC8,... Among the input capacitance forming units IC1 to IC (k / 2), the state shown in FIG. 9 is obtained, and Ca = C0 / 4, Cb = C0 / 2, Cc = C0 / 4. On the other hand, for the remaining input capacitance forming portions IC1, IC3, IC4, IC6, IC7, IC9,..., The other electrodes of the capacitors C1 to C3 and C7 to C9 belong to the same block as the input capacitance forming portion. It is electrically disconnected from the vertical signal line of the book and does not enter the state shown in FIG. The switches SW1, SW2, SW5, and SW6 may be controlled to be turned on and off independently of the switches SW3 and SW4. In this case, the first input capacitance is formed and weighted with the second weight. In the case of addition, the on / off states of the switches SW1, SW2, SW5, SW6 may be arbitrary.
前記第1の入力容量形成状態にして第3の重み(本実施の形態では、1:3:1)で重み付け加算する場合には、制御信号φSWがローレベルにされ、制御信号φCS7〜φCS9がハイレベルにされ、制御信号φCS1〜φCS6がローレベルにされる。これにより、前記入力容量形成部IC1〜IC(k/2)のうちのIC3,IC6,IC9,・・・に関して、3個の容量C7,C8,C9の前記他方の電極間が互いに電気的に分離された状態で、3個の容量C7,C8,C9の前記他方の電極が当該入力容量形成部と同じブロックに属する3本の垂直信号線にそれぞれ接続され、図9に示す状態となり、容量C7が入力容量部Caを形成し、容量C8が入力容量部Cbを形成し、容量C9が入力容量部Ccを形成する。本実施の形態では、C7,C8,C9は、前述したようにC7+C8+C9=C0となるとともに、C7:C8:C9=1:3:1となるように設定されている。すなわち、C7=C0/5、C8=3C0/5、C9=C0/5に設定されている。したがって、前記入力容量形成部IC1〜IC(k/2)のうちのIC3,IC6,IC9,・・・に関して、図9に示す状態となり、Ca=C0/5、Cb=3C0/5、Cc=C0/5となる。一方、残りの入力容量形成部IC1,IC2,IC4,IC5,IC7,IC8,・・・に関しては、容量C1〜C6の他方電極が、当該入力容量形成部と同じブロックに属する3本の垂直信号線から電気的に切り離され、図9に示す状態にはならない。なお、スイッチSW1〜SW4をスイッチSW5,SW6と独立してオンオフ制御し得るようにしてもよいが、その際において前記第1の入力容量形成状態にして前記第3の重みで重み付け加算する場合には、スイッチSW1〜SW4のオンオフ状態は任意でよい。 When the first input capacitance is formed and weighted addition is performed with a third weight (1: 3: 1 in the present embodiment), the control signal φSW is set to the low level, and the control signals φCS7 to φCS9 are The control signals φCS1 to φCS6 are set to a low level. As a result, the other electrodes of the three capacitors C7, C8, C9 are electrically connected to each other with respect to IC3, IC6, IC9,... Among the input capacitance forming units IC1 to IC (k / 2). In the separated state, the other electrodes of the three capacitors C7, C8, C9 are respectively connected to three vertical signal lines belonging to the same block as the input capacitor forming portion, and the state shown in FIG. C7 forms the input capacitance portion Ca, the capacitance C8 forms the input capacitance portion Cb, and the capacitance C9 forms the input capacitance portion Cc. In the present embodiment, C7, C8, and C9 are set so that C7 + C8 + C9 = C0 and C7: C8: C9 = 1: 3: 1 as described above. That is, C7 = C0 / 5, C8 = 3C0 / 5, and C9 = C0 / 5. Therefore, regarding the IC3, IC6, IC9,... Among the input capacitance forming units IC1 to IC (k / 2), the state shown in FIG. 9 is obtained, and Ca = C0 / 5, Cb = 3C0 / 5, Cc = C0 / 5. On the other hand, with respect to the remaining input capacitance forming portions IC1, IC2, IC4, IC5, IC7, IC8,..., Three vertical signals in which the other electrodes of the capacitors C1 to C6 belong to the same block as the input capacitance forming portion. It is electrically disconnected from the line and does not enter the state shown in FIG. The switches SW1 to SW4 may be controlled to be turned on / off independently of the switches SW5 and SW6. In this case, when the first input capacitance is formed and weighted addition is performed with the third weight. The on / off states of the switches SW1 to SW4 may be arbitrary.
これらの図9に示す状態の場合、信号φCARSTがハイレベルになると、カラムアンプリセットスイッチCARSTがオンして演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間が短絡し、演算増幅器OPの出力端子が所定電位Vrefにリセットされる。その後、信号φCARSTがローレベルにされてカラムアンプリセットスイッチCARSTがオフした状態において、入力電圧Va,Vb,Vc(垂直信号線Va,Vb,Vcの電圧)がそれぞれΔVa,ΔVb,ΔVcだけ変化すると、演算増幅器OPの出力端子の信号(出力電圧)Voutは、[Vref−[{(Ca/Cf)×ΔVa}+{(Cb/Cf)×ΔVb}+{(Cc/Cf)×ΔVc}]]となる。このように、カラムアンプリセットスイッチCARSTがオフすると、Vout=[Vref−[{(Ca/Cf)×ΔVa}+{(Cb/Cf)×ΔVb}+{(Cc/Cf)×ΔVc}]]が得られる。したがって、図9に示す状態では、ΔVaとΔVbとΔVcとがCa:Cb:Ccの重みで重み付け加算された信号が、出力信号Voutとして得られる。 In the state shown in FIG. 9, when the signal φCARST becomes high level, the column amplifier reset switch CARST is turned on to short-circuit between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP, and the output terminal of the operational amplifier OP. Is reset to the predetermined potential Vref. Thereafter, when the signal φCARST is set to a low level and the column amplifier reset switch CARST is turned off, the input voltages Va, Vb, and Vc (the voltages of the vertical signal lines Va, Vb, and Vc) change by ΔVa, ΔVb, and ΔVc, respectively. The signal (output voltage) Vout at the output terminal of the operational amplifier OP is [Vref − [{(Ca / Cf) × ΔVa} + {(Cb / Cf) × ΔVb} + {(Cc / Cf) × ΔVc}]]. ]. Thus, when the column amplifier reset switch CARST is turned off, Vout = [Vref − [{(Ca / Cf) × ΔVa} + {(Cb / Cf) × ΔVb} + {(Cc / Cf) × ΔVc}]] Is obtained. Therefore, in the state shown in FIG. 9, a signal obtained by weighting and adding ΔVa, ΔVb, and ΔVc with a weight of Ca: Cb: Cc is obtained as the output signal Vout.
したがって、前記第1の入力容量形成状態にして第1の重み(本実施の形態では、1:1:1)で重み付け加算する場合には、Ca=Cb=Cc=C0/3となることから、Vout=[Vref−[{(C0/3Cf)×ΔVa}+{(C0/3Cf)×ΔVb}+{(C0/3Cf)×ΔVc}]]となる。したがって、増幅部CA1,CA4,CA7,・・・の各出力信号Voutとして、当該増幅部と同じブロックに属する3本の垂直信号線の信号に関するΔVaとΔVbとΔVcとが1:1:1の重みで重み付け加算された信号が得られる。 Therefore, when weighted addition is performed with the first weight (1: 1: 1 in the present embodiment) in the first input capacitance formation state, Ca = Cb = Cc = C0 / 3. Vout = [Vref − [{(C0 / 3Cf) × ΔVa} + {(C0 / 3Cf) × ΔVb} + {(C0 / 3Cf) × ΔVc}]]. Therefore, as each output signal Vout of the amplifiers CA1, CA4, CA7,..., ΔVa, ΔVb, and ΔVc relating to signals of three vertical signal lines belonging to the same block as the amplifier are 1: 1: 1. A signal weighted and added by the weight is obtained.
また、前記第1の入力容量形成状態にして第2の重み(本実施の形態では、1:2:1)で重み付け加算する場合には、Ca=C0/4、Cb=C0/2、Cc=C0/4となることから、Vout=[Vref−[{(C0/4Cf)×ΔVa}+{(C0/2Cf)×ΔVb}+{(C0/4Cf)×ΔVc}]]となる。したがって、増幅部CA2,CA5,CA8,・・・の各出力信号Voutとして、当該増幅部と同じブロックに属する3本の垂直信号線の信号に関するΔVaとΔVbとΔVcとが1:2:1の重みで重み付け加算された信号が得られる。 In addition, when weighted addition is performed with the second weight (1: 2: 1 in the present embodiment) in the first input capacitance formation state, Ca = C0 / 4, Cb = C0 / 2, Cc = C0 / 4, Vout = [Vref − [{(C0 / 4Cf) × ΔVa} + {(C0 / 2Cf) × ΔVb} + {(C0 / 4Cf) × ΔVc}]]. Therefore, ΔVa, ΔVb, and ΔVc relating to signals of three vertical signal lines belonging to the same block as the amplification unit are 1: 2: 1 as the output signals Vout of the amplification units CA2, CA5, CA8,. A signal weighted and added by the weight is obtained.
さらに、前記第1の入力容量形成状態にして第3の重み(本実施の形態では、1:3:1)で重み付け加算する場合には、Ca=C0/5、Cb=3C0/5、Cc=C0/5となることから、Vout=[Vref−[{(C0/5Cf)×ΔVa}+{(3C0/5Cf)×ΔVb}+{(C0/5Cf)×ΔVc}]]となる。したがって、増幅部CA3,CA6,CA9,・・・の各出力信号Voutとして、当該増幅部と同じブロックに属する3本の垂直信号線の信号に関するΔVaとΔVbとΔVcとが1:3:1の重みで重み付け加算された信号が得られる。 Further, when the first input capacitance is formed and weighted addition is performed with a third weight (1: 3: 1 in the present embodiment), Ca = C0 / 5, Cb = 3C0 / 5, Cc = C0 / 5, Vout = [Vref − [{(C0 / 5Cf) × ΔVa} + {(3C0 / 5Cf) × ΔVb} + {(C0 / 5Cf) × ΔVc}]]. Therefore, as each output signal Vout of the amplifiers CA3, CA6, CA9,..., ΔVa, ΔVb, and ΔVc relating to signals of three vertical signal lines belonging to the same block as the amplifier are 1: 3: 1. A signal weighted and added by the weight is obtained.
なお、前記第1乃至第3の重みは、必ずしも1:1:1、1:2:1、1:3:1に限らない。C1〜C9の値を適宜設定することによって、前記第1乃至第3の重みを適宜設定することができる。このとき、Ca=CcかつCb≧Caとなるように(すなわち、入力容量部Ca,Cb,Ccの容量値Ca,Cb,Ccの対称性を担保しつつ、中央の入力容量部Cbの容量値Cbを周辺の入力容量部Ca,Ccの容量値Ca,Ccと同じかそれよりも大きくなるように)、C1〜C9の値を設定することが好ましい。 The first to third weights are not necessarily limited to 1: 1: 1, 1: 2: 1, and 1: 3: 1. By appropriately setting the values C1 to C9, the first to third weights can be appropriately set. At this time, so that Ca = Cc and Cb ≧ Ca (that is, the capacitance value of the central input capacitance portion Cb while ensuring the symmetry of the capacitance values Ca, Cb, Cc of the input capacitance portions Ca, Cb, Cc) It is preferable to set the values of C1 to C9 so that Cb is equal to or larger than the capacitance values Ca and Cc of the peripheral input capacitance units Ca and Cc.
先の説明からわかるように、本実施の形態では、前記2の容量形成状態におけるCiも、いずれの重みとした前記第1の容量形成状態におけるCa+Cb+Ccも、C0となっている。したがって、前述した式から理解できるように、本実施の形態では、いずれの場合も、出力信号Voutのレベルが揃っており、それらの出力信号Voutのレベル合わせを行う必要がないので、好ましい。もっとも、本発明では、必ずしもこれに限らない。その場合には、必要に応じて、可変ゲインアンプ等を用いて、各状態の出力信号Voutをレベル合わせすればよい。 As can be seen from the above description, in the present embodiment, Ci in the second capacitance formation state and Ca + Cb + Cc in the first capacitance formation state with any weight are C0. Therefore, as can be understood from the above-described equation, the present embodiment is preferable because the levels of the output signals Vout are uniform in each case, and it is not necessary to perform level adjustment of these output signals Vout. However, the present invention is not necessarily limited to this. In that case, the level of the output signal Vout in each state may be adjusted as necessary using a variable gain amplifier or the like.
ここで、図5を参照する。本実施の形態では、図5にその一部を示すように、上側信号出力回路24は、OB画素部21Bの偶数列目の垂直信号線Vk+2,Vk+4,…,Vmにそれぞれ対応して設けられた、{(m/2)−(k/2)}個の入力容量形成部IC(k/2)+1〜IC(m/2)及び{(m/2)−(k/2)}個の増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)を有している。これらは、OB画素用であり、図4に関連して説明した有効画素部21Aの偶数列目の垂直信号線V2,V4,…,Vkにそれぞれ対応して設けられた、k/2個の入力容量形成部IC1〜IC(k/2)及びk/2個の増幅部CA1〜CA(k/2)と、それぞれ同様に構成されている。
Reference is now made to FIG. In the present embodiment, as partly shown in FIG. 5, the upper
ただし、本実施の形態では、有効画素PXについては水平画素加算と水平画素非加算とを切り替えるのに対し、OB画素については常に、水平画素非加算として、OB画素の全列の信号を個別に読み出すように構成されている。 However, in the present embodiment, the effective pixel PX is switched between horizontal pixel addition and horizontal pixel non-addition, while the OB pixel is always treated as non-horizontal pixel addition and signals in all columns of the OB pixel are individually received. It is configured to read.
すなわち、OB画素用入力容量形成部IC(k/2)+1〜IC(m/2)では、スイッチSW1〜SW6,CS1,CS5,CS9のゲートに固定的にハイレベルが印加されて常時スイッチSW1〜SW6,CS1,CS5,CS9がオンするとともに、スイッチCS2〜CS4,CS6〜CS8のゲートに固定的にローレベルが印加されて常時スイッチCS2〜CS4,CS6〜CS8がオフする。これにより、OB画素用入力容量形成部IC(k/2)+1〜IC(m/2)は、図8に示す非加算状態に固定されている。なお、これと同じ電気的接続状態を実現するべく、OB画素用入力容量形成部IC(k/2)+1〜IC(m/2)のスイッチSW1〜SW6,CS1〜CS9を取り除いて、オン状態のスイッチSW1〜SW6,CS1,CS5,CS9で接続される箇所を配線で接続してもよい。しかし、この場合には、回路の均一性が低下し、信号にオフセット等が生じ易いので、本実施の形態のようにOB画素用入力容量形成部IC(k/2)+1〜IC(m/2)のスイッチSW1〜SW6,CS1,CS5,CS9を設けることが好ましい。 That is, in the OB pixel input capacitance forming part IC (k / 2) +1 to IC (m / 2), a high level is fixedly applied to the gates of the switches SW1 to SW6, CS1, CS5, and CS9, so that the switch SW1 is always switched. ˜SW6, CS1, CS5, CS9 are turned on, and a low level is applied to the gates of the switches CS2 to CS4, CS6 to CS8 in a fixed manner, so that the switches CS2 to CS4 and CS6 to CS8 are always turned off. Accordingly, the OB pixel input capacitance forming units IC (k / 2) +1 to IC (m / 2) are fixed in the non-addition state shown in FIG. In order to realize the same electrical connection state as this, the switches SW1 to SW6 and CS1 to CS9 of the OB pixel input capacitance forming portion IC (k / 2) +1 to IC (m / 2) are removed, and the on state is established. The locations connected by the switches SW1 to SW6, CS1, CS5, and CS9 may be connected by wiring. However, in this case, the uniformity of the circuit is lowered, and an offset or the like is likely to occur in the signal. Therefore, as in the present embodiment, the OB pixel input capacitance forming portions IC (k / 2) +1 to IC (m / It is preferable to provide the switches SW1 to SW6, CS1, CS5, and CS9 of 2).
また、OB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)の演算増幅器OPには、作動制御信号φSTBY1〜φSTBY3とは独立した作動制御信号φSTBY−OBが供給されており、OB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)を、前述した増幅部CA1〜CA(k/2)から独立して、常時作動状態にし得るようになっている。 Further, the operational control signal φSTBY-OB independent of the operation control signals φSTBY1 to φSTBY3 is supplied to the operational amplifier OP of the OB pixel amplification units CA (k / 2) +1 to CA (m / 2). The OB pixel amplifying sections CA (k / 2) +1 to CA (m / 2) can be always operated independently of the amplifying sections CA1 to CA (k / 2) described above.
図6に示すように、上側信号出力回路24は、前述した増幅部CA1〜CA(m/2)にそれぞれ対応して設けられたサンプリング部CDS1〜CDS(m/2)と、水平走査回路31と、水平信号線32N,32Sと、水平線リセットトランジスタRTHS,RTHNと、出力アンプAPS,APNとを有している。
As shown in FIG. 6, the upper
水平走査回路31は、撮像制御部4の制御下で、サンプリング部CDS1〜CDS(m/2)の各々毎にあるいはそのうちの選択されたもの毎に、水平走査信号φHを出力し、水平走査の制御を行う。φHに付した(m/2)はm列目の信号であることを示している。
The
サンプリング部CDS1〜CDS(m/2)には、対応する増幅部CA1〜CA(m/2)の演算増幅器OPの出力端子が接続されている。各サンプリング部CDS1〜CDS(m/2)は、第1の容量CSと、第2の容量CNとを有している。本実施の形態では、第1の容量CSは、光信号等を蓄積する容量である。第2の容量CNは、前記光信号等から差し引くべきノイズ成分を含む差分用信号を蓄積する容量である。また、各サンプリング部CDS1〜CDS(m/2)は、第1及び第2の入力スイッチTVS,TVNと、第1及び第2の出力スイッチTHS,THNとを有している。各サンプリング部CDS1〜CDS(m/2)は、対応する増幅部CA1〜CA(m/2)の出力信号Voutを制御信号φTVN,φTVSに従ってサンプリングして保持するとともに、当該保持された信号を水平走査回路31からの水平走査信号φHに従って水平信号線32N,32Sへ供給する。水平信号線32N,32Sに出力された光信号等及び差分用信号はそれぞれ出力アンプAPS,APNを介して増幅され、図1中の信号処理部5へ出力される。信号処理部5は、出力アンプAPS,APNの出力間の差分を、差動アンプ等によって得る。これにより相関2重サンプリングが実現される。なお、そのような差動アンプ等は、固体撮像素子3に搭載してもよい。このサンプリング部CDS1〜CDS(m/2)は、増幅部CA1〜CA(m/2)のオフセットを取り除くために設けられている。なお、水平線リセットトランジスタRTHS,RTHNは水平信号線32S,32Nをそれぞれ水平線リセット制御信号φRTHに従って所定タイミングで所定電位Vref0にリセットする。
The output terminals of the operational amplifiers OP of the corresponding amplifiers CA1 to CA (m / 2) are connected to the sampling units CDS1 to CDS (m / 2). Each sampling unit CDS1 to CDS (m / 2) has a first capacitor CS and a second capacitor CN. In the present embodiment, the first capacitor CS is a capacitor that accumulates optical signals and the like. The second capacitor CN is a capacitor for accumulating a differential signal including a noise component to be subtracted from the optical signal or the like. Each sampling unit CDS1 to CDS (m / 2) includes first and second input switches TVS and TVN, and first and second output switches THS and THN. Each sampling unit CDS1 to CDS (m / 2) samples and holds the output signal Vout of the corresponding amplification unit CA1 to CA (m / 2) in accordance with the control signals φTVN and φTVS, and horizontally holds the held signal. In accordance with the horizontal scanning signal φH from the
このようなサンプリング部CDS1〜CDS(m/2)自体については、公知であるので、その詳細な説明は省略する。 Since the sampling units CDS1 to CDS (m / 2) themselves are known, a detailed description thereof will be omitted.
図面には示していないが、図2中の下側信号出力回路25は、上側信号出力回路24を上下反転させた回路と同様である。ただし、下側信号出力回路25では、水平画素加算時に信号の加算対象となる各3本の垂直信号線が、V5,V7,V9の3本、V11,V13,V15の3本、・・・となるように、前述したブロックが定められている。このとき、下側信号出力回路25において、入力容量形成部IC1,IC2は、垂直信号線V1,V3に共通に接続され、入力容量形成部IC1,IC2、増幅部CA1,CA2及び垂直信号線V1,V2は、不完全なブロックを構成している。これらの点は、後述する図12も参照されたい。具体的には、下側信号出力回路25では、入力容量形成部IC1,IC4,IC7,・・・は容量C4〜C6及びスイッチCS4〜CS6,SW3,SW4で構成され、入力容量形成部IC2,IC5,IC8,・・・は容量C7〜C9及びスイッチCS7〜CS9,SW5,SW6で構成され、入力容量形成部IC3,IC6,IC9,・・・は容量C1〜C3及びスイッチCS1〜CS3,SW1,SW2で構成され、垂直信号線V1が入力容量形成部IC1,IC2のスイッチCS5,CS8に接続され、垂直信号線V3が入力容量形成部IC1,IC2のスイッチCS6,CS9に接続され、垂直信号線V5が入力容量形成部IC3,IC4,IC5のスイッチCS1,CS4,CS7に接続され、垂直信号線V7が入力容量形成部IC3,IC4,IC5のスイッチCS2,CS5,CS8に接続され、垂直信号線V9が入力容量形成部IC3,IC4,IC5のスイッチCS3,CS6,CS9に接続され、垂直信号線V11が入力容量形成部IC6,IC7,IC9のスイッチCS1,CS4,CS7に接続され、垂直信号線V13が入力容量形成部IC6,IC7,IC8のスイッチCS2,CS5,CS8に接続され、垂直信号線V14が入力容量形成部IC6,IC7,IC8のスイッチCS3,CS6,CS9に接続され、垂直信号線V15,V17,V19,・・・についても同様である。
Although not shown in the drawing, the lower
本実施の形態では、このように、信号出力回路が上側信号出力回路24と下側信号出力回路25とに分けられているので、スペースを有効に活用することができるとともに、両者の処理を並行して行うことで処理の高速化を図ることができる。もっとも、本発明では、信号出力回路を上側又は下側のいずれか一方側にのみ配置してもよい。
In this embodiment, since the signal output circuit is divided into the upper
次に、図2に示す固体撮像素子3の動作例について説明する。
Next, an operation example of the solid-
本実施の形態では、通常の本撮影時(静止画撮影時)などにおいて、全画素PXの信号を水平画素非加算で読み出す動作モード(以下、「水平画素非加算読み出しモード」と呼ぶ。)が行われる。 In the present embodiment, an operation mode (hereinafter referred to as “horizontal pixel non-addition readout mode”) in which signals of all pixels PX are read out without horizontal pixel addition during normal main shooting (still image shooting) or the like. Done.
図10は、図2に示す固体撮像素子3の水平画素非加算読み出しモードの特徴的な動作を模式的に示す動作説明図である。図11は、図2に示す固体撮像素子3の水平画素非加算読み出しモードでの制御信号の状態を示すタイミングチャートである。
FIG. 10 is an operation explanatory diagram schematically showing a characteristic operation of the horizontal pixel non-addition readout mode of the solid-
水平画素非加算読み出しモードでは、図11に示すように、上側及び下側の(上側信号出力回路24及び下側信号出力回路25の)制御信号φSW,φCS1,φCS5,φCS9がハイレベルに維持される一方、上側及び下側の制御信号φCS2〜φCS4,φCS6〜φCS8がローレベルに維持される。したがって、上側及び下側の有効画素用入力容量形成部IC1〜IC(k/2)はいずれも、図8に示す非加算状態に維持される。上側及び下側のOB画素用入力容量形成部IC(k/2)+1〜IC(m/2)は、そもそも図8に示す非加算状態に固定されている。
In the horizontal pixel non-addition readout mode, as shown in FIG. 11, the upper and lower control signals φSW, φCS1, φCS5, and φCS9 (of the upper
水平画素非加算読み出しモードでは、図10からも理解できるように、偶数列目の垂直信号線V2,V4,…,Vmが、図8に示す前記第2の入力容量形成状態(非加算時の状態)の入力容量形成部IC1〜IC(m/2)の入力容量部Ciを介して、上側の増幅部CA1〜CA(m/2)の入力部(演算増幅器OPの反転入力端子)にそれぞれ接続される。また、水平画素非加算読み出しモードでは、図10からも理解できるように、奇数列目の垂直信号線V1,V3,…,Vm−1が、図8に示す前記第2の入力容量形成状態(非加算時の状態)の入力容量形成部IC1〜IC(m/2)の入力容量部Ciを介して、下側の増幅部CA1〜CA(m/2)の入力部(演算増幅器OPの反転入力端子)にそれぞれ接続される。 In the horizontal pixel non-addition readout mode, as can be understood from FIG. 10, the vertical signal lines V2, V4,..., Vm in the even-numbered columns are in the second input capacitance formation state shown in FIG. State) input capacitance forming portions IC1 to IC (m / 2) through input capacitance portions Ci to the input portions of the upper amplification portions CA1 to CA (m / 2) (inverted input terminals of the operational amplifier OP), respectively. Connected. In the horizontal pixel non-addition readout mode, as can be understood from FIG. 10, the odd-numbered vertical signal lines V1, V3,. The input units (inversion of the operational amplifier OP) of the lower amplification units CA1 to CA (m / 2) via the input capacitance units Ci of the input capacitance forming units IC1 to IC (m / 2) in the non-addition state) Input terminal).
また、水平画素非加算読み出しモードでは、図11に示すように、上側及び下側の作動制御信号φSTBY1〜φSTBY3,φSTBY−OBがローレベルに維持され、上側及び下側の全ての増幅部CA1〜CA(m/2)は作動状態に維持される。 In the horizontal pixel non-addition readout mode, as shown in FIG. 11, the upper and lower operation control signals φSTBY1 to φSTBY3 and φSTBY-OB are maintained at a low level, and all the upper and lower amplifiers CA1 to CA1 are operated. CA (m / 2) is maintained in the operating state.
そして、水平画素非加算読み出しモードでは、撮像制御部4による制御下で垂直走査回路23によって、1行目からn行目まで順次1行ずつ読み出し対象として選択され、読み出し対象の行の各画素PX,OBの信号が、対応する列の垂直信号線V1〜Vmに出力される。
In the horizontal pixel non-addition readout mode, the
図10に示すように、奇数行目が読み出し対象となっている場合には、偶数列目の垂直信号線V2,V4,…,Vmには、対応する列のGr画素(Grカラーフィルタが設けられた有効画素PX及びOB画素OB)の信号が出力され、奇数列目の垂直信号線V1,V3,…,Vm−1には、対応する列のR画素の信号が出力される。偶数列目の垂直信号線V2,V4,…,Vmに出力されたGr画素の信号は、図8に示す非加算状態の上側の入力容量形成部IC1〜IC(m/2)を介して上側の増幅部CA1〜CA(m/2)によって増幅された後に、上側のサンプリング部CDS1〜CDS(m/2)によりサンプリングされた後に、このサンプリングされた全てのGr画素の信号が上側の水平走査回路31によって順次出力アンプAPS,APNから出力される。奇数列目の垂直信号線V1,V3,…,Vm−1に出力されたR画素の信号は、図8に示す非加算状態の下側の入力容量形成部IC1〜IC(m/2)を介して下側の増幅部CA1〜CA(m/2)によって増幅された後に、下側のサンプリング部CDS1〜CDS(m/2)によりサンプリングされた後に、このサンプリングされた全てのR画素の信号が下側の水平走査回路31によって順次出力アンプAPS,APNから出力される。
As shown in FIG. 10, when odd-numbered rows are to be read, vertical signal lines V2, V4,..., Vm in even-numbered columns are provided with Gr pixels (Gr color filters provided in corresponding columns). The signals of the effective pixels PX and OB pixels OB) are output, and the signals of the R pixels in the corresponding column are output to the vertical signal lines V1, V3,. The Gr pixel signals output to the vertical signal lines V2, V4,..., Vm in the even columns are upper via the upper input capacitance forming units IC1 to IC (m / 2) in the non-addition state shown in FIG. After being amplified by the amplifying units CA1 to CA (m / 2) and then sampled by the upper sampling units CDS1 to CDS (m / 2), the signals of all the sampled Gr pixels are scanned in the upper horizontal direction. The
図10に示すように、偶数行目が読み出し対象となっている場合には、偶数列目の垂直信号線V2,V4,…,Vmには、対応する列のB画素の信号が出力され、奇数列目の垂直信号線V1,V3,…,Vm−1には、対応する列のGb画素の信号が出力される。偶数列目の垂直信号線V2,V4,…,Vmに出力されたB画素の信号は、図8に示す非加算状態の上側の入力容量形成部IC1〜IC(m/2)を介して上側の増幅部CA1〜CA(m/2)によって増幅された後に、上側のサンプリング部CDS1〜CDS(m/2)によりサンプリングされた後に、このサンプリングされた全てのB画素の信号が上側の水平走査回路31によって順次出力アンプAPS,APNから出力される。奇数列目の垂直信号線V1,V3,…,Vm−1に出力されたGb画素の信号は、図8に示す非加算状態の下側の入力容量形成部IC1〜IC(m/2)を介して下側の増幅部CA1〜CA(m/2)によって増幅された後に、下側のサンプリング部CDS1〜CDS(m/2)によりサンプリングされた後に、このサンプリングされた全てのGb画素の信号が下側の水平走査回路31によって順次出力アンプAPS,APNから出力される。
As shown in FIG. 10, when the even-numbered row is to be read, the signals of the B pixels in the corresponding column are output to the vertical signal lines V2, V4,. The signals of the Gb pixels in the corresponding column are output to the odd-numbered vertical signal lines V1, V3,. The B pixel signals output to the vertical signal lines V2, V4,..., Vm in the even columns are upper via the upper input capacitance forming units IC1 to IC (m / 2) in the non-addition state shown in FIG. After being amplified by the amplifying units CA1 to CA (m / 2) and then sampled by the upper sampling units CDS1 to CDS (m / 2), the signals of all the sampled B pixels are scanned in the upper horizontal direction. The
このようにして、水平画素非加算読み出しモードでは、全ての画素PX,OBの信号を水平加算することなく読み出すことができる。 In this manner, in the horizontal pixel non-addition readout mode, signals of all the pixels PX and OB can be read out without performing horizontal addition.
本実施の形態では、電子ビューファインダーモード時や動画撮影時などにおいて、有効画素PXの信号を水平画素加算して読み出す動作モード(以下、「水平画素加算モード」と呼ぶ。)が行われる。このとき、操作部9aによる設定又は所定の条件等に応じて、前記第1の重み(1:1:1)、前記第2の重み(1:2:1)及び前記第3の重み(1:3:1)のいずれかで重み付け加算される。
In the present embodiment, an operation mode (hereinafter referred to as “horizontal pixel addition mode”) in which the signal of the effective pixel PX is read by adding the horizontal pixel is performed in the electronic viewfinder mode or in moving image shooting. At this time, the first weight (1: 1: 1), the second weight (1: 2: 1), and the third weight (1) according to the setting by the
図12は、図2に示す固体撮像素子3の水平画素加算読み出しモードの特徴的な動作を模式的に示す動作説明図である。図13は、図2に示す固体撮像素子の1:1:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードでの制御信号の状態を示すタイミングチャートである。
FIG. 12 is an operation explanatory diagram schematically showing a characteristic operation of the horizontal pixel addition readout mode of the solid-
1:1:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードでは、図13に示すように、上側及び下側の制御信号φSW,φCS4〜φCS9がローレベルに維持される一方、上側及び下側の制御信号φCS1〜φCS3がハイレベルに維持される。したがって、上側の有効画素用増幅部CA1,CA4,CA7,・・・、及び、下側の有効画素用増幅部CA3,CA6,CA9,・・・は、図9に示す加算状態(ただし、Ca:Cb:Cc=C1:C2:C3=1:1:1)に維持される。このため、上側の有効画素用増幅部CA1,CA4,CA7,・・・の各々から、当該増幅部と同じブロックに属する3本の垂直信号線の信号を1:1:1の重みで重み付け加算した信号が出力され、下側の有効画素用増幅部CA3,CA6,CA9,・・・の各々から、当該増幅部と同じブロックに属する3本の垂直信号線の信号を1:1:1の重みで重み付け加算した信号が出力される。例えば、上側の有効画素用増幅部CA1から、当該増幅部CA1と同じブロックに属する3本の垂直信号線V2,V4,V6の信号を1:1:1の重みで重み付け加算した信号が出力され、下側の有効画素用増幅部CA3から、当該増幅部CA3と同じブロックに属する3本の垂直信号線V5,V7,V9の信号を1:1:1の重みで重み付け加算した信号が出力される。一方、上側及び下側のOB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)は、そもそも図8に示す非加算状態に固定されている。 In the horizontal pixel addition readout mode with the weighting ratio of 1: 1: 1, as shown in FIG. 13, the upper and lower control signals φSW and φCS4 to φCS9 are maintained at the low level, while the upper and lower control signals are φCS1 to φCS3 are maintained at a high level. Therefore, the upper effective pixel amplifiers CA1, CA4, CA7,... And the lower effective pixel amplifiers CA3, CA6, CA9,. : Cb: Cc = C1: C2: C3 = 1: 1: 1). Therefore, the weighted addition of the signals of the three vertical signal lines belonging to the same block as the amplifying unit from each of the upper effective pixel amplifying units CA1, CA4, CA7,. Are output, and the signals of the three vertical signal lines belonging to the same block as the amplifying unit are respectively 1: 1: 1 from the lower effective pixel amplifying units CA3, CA6, CA9,. A signal weighted and added by the weight is output. For example, a signal obtained by weighting and adding signals of three vertical signal lines V2, V4, and V6 belonging to the same block as the amplification unit CA1 with a weight of 1: 1: 1 is output from the upper effective pixel amplification unit CA1. The lower effective pixel amplification unit CA3 outputs a signal obtained by weighting and adding signals of three vertical signal lines V5, V7, and V9 belonging to the same block as the amplification unit CA3 with a weight of 1: 1: 1. The On the other hand, the upper and lower OB pixel amplifiers CA (k / 2) +1 to CA (m / 2) are originally fixed in the non-addition state shown in FIG.
1:1:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードでは、図13に示すように、上側の制御信号φSTBY1,φSTBY−OBがローレベルに維持され、上側のφSTBY2,φSTBY3がハイレベルに維持される。したがって、上側信号出力回路24では、有効画素部21Aに関しては、有効画素用増幅部CA1,CA4,CA7,…のみが作動状態に維持され、残りの有効画素用増幅部CA2,CA3,CA5,CA6,CA8,CA9,…は作動停止状態に維持される。上側のOB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)は、作動状態に維持される。
In the horizontal pixel addition readout mode with weighting of 1: 1: 1, as shown in FIG. 13, the upper control signals φSTBY1, φSTBY-OB are maintained at a low level, and the upper φSTBY2, φSTBY3 are maintained at a high level. . Therefore, in the upper
1:1:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードでは、図13に示すように、下側の制御信号φSTBY3,φSTBY−OBがローレベルに維持され、上側のφSTBY1,φSTBY2がハイレベルに維持される。したがって、下側信号出力回路25では、有効画素部21Aに関しては、有効画素用増幅部CA3,CA6,CA9,…のみが作動状態に維持され、残りの有効画素用増幅部CA1,CA2,CA4,CA5,CA7,CA8,…は作動停止状態に維持される。下側のOB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)は、作動状態に維持される。
In the horizontal pixel addition readout mode with a weighting ratio of 1: 1: 1, as shown in FIG. 13, the lower control signals φSTBY3 and φSTBY-OB are maintained at a low level, and the upper φSTBY1 and φSTBY2 are maintained at a high level. The Therefore, in the lower
そして、1:1:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードでは、撮像制御部4による制御下で垂直走査回路23によって、1行目からn行目まで順次1行ずつ読み出し対象として選択され、読み出し対象の行の各画素PX,OBの信号が、対応する列の垂直信号線V1〜Vmに出力される。
In the horizontal pixel addition readout mode based on the weighting ratio of 1: 1: 1, the
図12に示すように、奇数行目が読み出し対象となっている場合には、偶数列目の垂直信号線V2,V4,…,Vmには、対応する列のGr画素(Grカラーフィルタが設けられた有効画素PX及びOB画素OB)の信号が出力され、奇数列目の垂直信号線V1,V3,…,Vm−1には、対応する列のR画素の信号が出力される。 As shown in FIG. 12, when the odd-numbered rows are to be read, the vertical signal lines V2, V4,..., Vm in the even-numbered columns are provided with Gr pixels (Gr color filters provided in the corresponding columns). The signals of the effective pixels PX and OB pixels OB) are output, and the signals of the R pixels in the corresponding column are output to the vertical signal lines V1, V3,.
偶数列目の垂直信号線V2,V4,…,Vkに出力されたGr画素の信号は、図9に示す加算状態となっていてかつ作動状態にある上側の有効画素用増幅部CA1,CA4,CA7,…によって、互いに重複しない3つのGr画素の信号ずつ1:1:1の重みで加算される。偶数列目の垂直信号線Vk+2,…,Vmに出力されたGr画素の信号は、図8に示す非加算状態となっていてかつ作動状態である上側のOB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)によって増幅される。これらの有意の信号を含む上側の増幅部CA1〜CA(m/2)の出力信号は、上側のサンプリング部CDS1〜CDS(m/2)によりサンプリングされた後に、このサンプリングされた信号が上側の水平走査回路31によって順次出力アンプAPS,APNから出力される。このとき、上側の水平走査回路31は、このサンプリングされた全ての信号を出力させる(全列読み出しする)ようにしてもよいし、上側の有効画素用増幅部CA1,CA4,CA7,…の出力信号(Gr画素の加算信号)と上側OB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)の出力信号(Gr画素の非加算信号)のみを選択的に出力させる(列選択読み出しする)ようにしてもよい。前者の場合は、後段の回路で不要信号は使用しなければよい。
The Gr pixel signals output to the vertical signal lines V2, V4,..., Vk in the even-numbered columns are in the addition state shown in FIG. By CA7, ..., the signals of three Gr pixels that do not overlap each other are added with a weight of 1: 1: 1. The Gr pixel signals output to the vertical signal
奇数列目の垂直信号線V5,V7,…,Vk−1に出力されたR画素の信号は、図9に示す加算状態となっていてかつ作動状態である下側の有効画素用増幅部CA3,CA6,CA9,…によって、互いに重複しない3つのR画素の信号ずつ1:1:1の重みで加算される。奇数列目の垂直信号線Vk+1,…,Vm−1に出力されたR画素の信号は、図8に示す非加算状態となっていてかつ作動状態である下側のOB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)によって増幅される。これらの有意の信号を含む下側の増幅部CA1〜CA(m/2)の出力信号は、下側のサンプリング部CDS1〜CDS(m/2)によりサンプリングされた後に、このサンプリングされた信号が下側の水平走査回路31によって順次出力アンプAPS,APNから出力される。このとき、下側の水平走査回路31は、このサンプリングされた全ての信号を出力させる(全列読み出しする)ようにしてもよいし、下側の有効画素用増幅部CA3,CA6,CA9,…の出力信号(R画素の加算信号)と下側のOB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)の出力信号(R画素の非加算信号)のみを選択的に出力させる(列選択読み出しする)ようにしてもよい。前者の場合は、後段の回路で不要信号は使用しなければよい。
The R pixel signals output to the odd-numbered vertical signal lines V5, V7,..., Vk−1 are in the addition state shown in FIG. , CA6, CA9,..., Add three R pixel signals that do not overlap each other with a weight of 1: 1: 1. The R pixel signals output to the odd-numbered vertical signal
図12に示すように、偶数行目が読み出し対象となっている場合には、偶数列目の垂直信号線V2,V4,…,Vmには、対応する列のB画素の信号が出力され、奇数列目の垂直信号線V1,V3,…,Vm−1には、対応する列のGb画素の信号が出力される。 As shown in FIG. 12, when the even-numbered row is to be read, signals of the B pixels in the corresponding column are output to the vertical signal lines V2, V4,. The signals of the Gb pixels in the corresponding column are output to the odd-numbered vertical signal lines V1, V3,.
偶数列目の垂直信号線V2,V4,…,Vkに出力されたB画素の信号は、図9に示す加算状態となっていてかつ作動状態にある上側の有効画素用増幅部CA1,CA4,CA7,…によって、互いに重複しない3つのB画素の信号ずつ1:1:1の重みで加算される。偶数列目の垂直信号線Vk+2,…,Vmに出力されたB画素の信号は、図8に示す非加算状態となっていてかつ作動状態である上側のOB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)によって増幅される。これらの有意の信号を含む上側の増幅部CA1〜CA(m/2)の出力信号は、上側のサンプリング部CDS1〜CDS(m/2)によりサンプリングされた後に、このサンプリングされた信号が上側の水平走査回路31によって順次出力アンプAPS,APNから出力される。このとき、上側の水平走査回路31は、このサンプリングされた全ての信号を出力させる(全列読み出しする)ようにしてもよいし、上側の有効画素用増幅部CA1,CA4,CA7,…の出力信号(Gr画素の加算信号)と上側OB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)の出力信号(B画素の非加算信号)のみを選択的に出力させる(列選択読み出しする)ようにしてもよい。前者の場合は、後段の回路で不要信号は使用しなければよい。
The B pixel signals outputted to the vertical signal lines V2, V4,..., Vk in the even columns are in the addition state shown in FIG. CA7,... Adds three B pixel signals that do not overlap each other with a weight of 1: 1: 1. The B pixel signals output to the vertical signal
奇数列目の垂直信号線V5,V7,…,Vk−1に出力されたGb画素の信号は、図9に示す加算状態となっていてかつ作動状態である下側の有効画素用増幅部CA3,CA6,CA9,…によって、互いに重複しない3つのGb画素の信号ずつ加算される。奇数列目の垂直信号線Vk+1,…,Vm−1に出力されたGb画素の信号は、図8に示す非加算状態となっていてかつ作動状態である下側のOB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)によって増幅される。これらの有意の信号を含む下側の増幅部CA1〜CA(m/2)の出力信号は、下側のサンプリング部CDS1〜CDS(m/2)によりサンプリングされた後に、このサンプリングされた信号が下側の水平走査回路31によって順次出力アンプAPS,APNから出力される。このとき、下側の水平走査回路31は、このサンプリングされた全ての信号を出力させる(全列読み出しする)ようにしてもよいし、下側の有効画素用増幅部CA3,CA6,CA9,…の出力信号(Gb画素の加算信号)と下側のOB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)の出力信号(Gb画素の加算信号)のみを選択的に出力させる(列選択読み出しする)ようにしてもよい。前者の場合は、後段の回路で不要信号は使用しなければよい。
The Gb pixel signals output to the odd-numbered vertical signal lines V5, V7,..., Vk−1 are in the addition state shown in FIG. , CA6, CA9,..., Three Gb pixel signals that do not overlap each other are added. The Gb pixel signals output to the odd-numbered vertical signal
このようにして、1:1:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードでは、有効画素PXの信号を1:1:1の重み付けで水平加算して読み出すことができる一方で、全てのOB画素OBの信号を水平画素加算することなく読み出すことができる。 In this way, in the horizontal pixel addition reading mode with the weighting of 1: 1: 1, the signals of the effective pixels PX can be read out by horizontally adding with the weighting of 1: 1: 1, while all the OB pixels OB are read. Can be read out without adding horizontal pixels.
このようにして読み出した信号から最終的な動画像等を得るには、例えば、図1中の信号処理部5あるいは画像処理部13で、垂直方向の3画素加算処理を行ってもよい。あるいは、前述した例では、垂直走査回路23によって1行ずつ読み出されているが、3行おきに読み出し、垂直方向は間引き読み出ししてもよい。あるいは、固体撮像素子3を垂直方向の画素加算し得るように構成しておき、垂直方向も画素加算読み出ししてもよい。これらの点は、後述する1:2:1又は1:3:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードについても同様である。
In order to obtain a final moving image or the like from the signal read out in this manner, for example, the
図14は、図2に示す固体撮像素子の1:2:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードでの制御信号の状態を示すタイミングチャートである。 FIG. 14 is a timing chart showing the state of the control signal in the horizontal pixel addition readout mode with 1: 2: 1 weighting of the solid-state imaging device shown in FIG.
1:2:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードでは、図14に示すように、上側及び下側の制御信号φSW,φCS1〜φCS3,φCS7〜φCS9がローレベルに維持される一方、上側及び下側の制御信号φCS4〜φCS6がハイレベルに維持される。したがって、上側の有効画素用増幅部CA2,CA5,CA8,・・・、及び、下側の有効画素用増幅部CA4,CA7,CA10,・・・は、図9に示す加算状態(ただし、Ca:Cb:Cc=C4:C5:C6=1:2:1)に維持される。このため、上側の有効画素用増幅部CA2,CA5,CA8,・・・の各々から、当該増幅部と同じブロックに属する3本の垂直信号線の信号を1:2:1の重みで重み付け加算した信号が出力され、下側の有効画素用増幅部CA4,CA7,CA10,・・・の各々から、当該増幅部と同じブロックに属する3本の垂直信号線の信号を1:2:1の重みで重み付け加算した信号が出力される。例えば、上側の有効画素用増幅部CA2から、当該増幅部CA2と同じブロックに属する3本の垂直信号線V2,V4,V6の信号を1:2:1の重みで重み付け加算した信号が出力され、下側の有効画素用増幅部CA4から、当該増幅部CA4と同じブロックに属する3本の垂直信号線V5,V7,V9の信号を1:2:1の重みで重み付け加算した信号が出力される。一方、上側及び下側のOB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)は、そもそも図8に示す非加算状態に固定されている。 In the horizontal pixel addition readout mode with 1: 2: 1 weighting, as shown in FIG. 14, the upper and lower control signals φSW, φCS1 to φCS3, φCS7 to φCS9 are maintained at the low level, while the upper and lower control signals are maintained. Side control signals φCS4 to φCS6 are maintained at a high level. Therefore, the upper effective pixel amplifiers CA2, CA5, CA8,... And the lower effective pixel amplifiers CA4, CA7, CA10,. : Cb: Cc = C4: C5: C6 = 1: 2: 1). Therefore, the weighted addition of the signals of the three vertical signal lines belonging to the same block as the amplifying unit from each of the upper effective pixel amplifying units CA2, CA5, CA8,. .., And the signals of the three vertical signal lines belonging to the same block as the amplifying unit are respectively supplied from the lower effective pixel amplifying units CA4, CA7, CA10,. A signal weighted and added by the weight is output. For example, a signal obtained by weighting and adding signals of three vertical signal lines V2, V4, and V6 belonging to the same block as the amplification unit CA2 with a weight of 1: 2: 1 is output from the upper effective pixel amplification unit CA2. The lower effective pixel amplifier CA4 outputs a signal obtained by weighting and adding signals of three vertical signal lines V5, V7, and V9 belonging to the same block as the amplifier CA4 with a weight of 1: 2: 1. The On the other hand, the upper and lower OB pixel amplifiers CA (k / 2) +1 to CA (m / 2) are originally fixed in the non-addition state shown in FIG.
1:2:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードでは、図14に示すように、上側の制御信号φSTBY2,φSTBY−OBがローレベルに維持され、上側のφSTBY1,φSTBY3がハイレベルに維持される。したがって、上側信号出力回路24では、有効画素部21Aに関しては、有効画素用増幅部CA2,CA5,CA8,…のみが作動状態に維持され、残りの有効画素用増幅部CA1,CA3,CA4,CA6,CA7,CA9,…は作動停止状態に維持される。上側のOB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)は、作動状態に維持される。
In the horizontal pixel addition readout mode with 1: 2: 1 weighting, as shown in FIG. 14, the upper control signals φSTBY2, φSTBY-OB are maintained at a low level, and the upper φSTBY1, φSTBY3 are maintained at a high level. . Therefore, in the upper
1:2:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードでは、図14に示すように、下側の制御信号φSTBY1,φSTBY−OBがローレベルに維持され、上側のφSTBY2,φSTBY3がハイレベルに維持される。したがって、下側信号出力回路25では、有効画素部21Aに関しては、有効画素用増幅部CA1,CA4,CA7,CA10,…のみが作動状態に維持され、残りの有効画素用増幅部CA2,CA3,CA5,CA6,CA8,CA9,…は作動停止状態に維持される。下側のOB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)は、作動状態に維持される。
In the horizontal pixel addition readout mode with 1: 2: 1 weighting, as shown in FIG. 14, the lower control signals φSTBY1 and φSTBY-OB are maintained at a low level, and the upper φSTBY2 and φSTBY3 are maintained at a high level. The Therefore, in the lower
そして、1:2:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードでは、撮像制御部4による制御下で垂直走査回路23によって、1行目からn行目まで順次1行ずつ読み出し対象として選択され、読み出し対象の行の各画素PX,OBの信号が、対応する列の垂直信号線V1〜Vmに出力される。
In the horizontal pixel addition readout mode with weighting of 1: 2: 1, the
図12に示すように、奇数行目が読み出し対象となっている場合には、偶数列目の垂直信号線V2,V4,…,Vmには、対応する列のGr画素(Grカラーフィルタが設けられた有効画素PX及びOB画素OB)の信号が出力され、奇数列目の垂直信号線V1,V3,…,Vm−1には、対応する列のR画素の信号が出力される。 As shown in FIG. 12, when the odd-numbered rows are to be read, the vertical signal lines V2, V4,..., Vm in the even-numbered columns are provided with Gr pixels (Gr color filters provided in the corresponding columns). The signals of the effective pixels PX and OB pixels OB) are output, and the signals of the R pixels in the corresponding column are output to the vertical signal lines V1, V3,.
偶数列目の垂直信号線V2,V4,…,Vkに出力されたGr画素の信号は、図9に示す加算状態となっていてかつ作動状態にある上側の有効画素用増幅部CA2,CA5,CA8,…によって、互いに重複しない3つのGr画素の信号ずつ1:2:1の重みで加算される。偶数列目の垂直信号線Vk+2,…,Vmに出力されたGr画素の信号は、図8に示す非加算状態となっていてかつ作動状態である上側のOB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)によって増幅される。これらの有意の信号を含む上側の増幅部CA1〜CA(m/2)の出力信号は、上側のサンプリング部CDS1〜CDS(m/2)によりサンプリングされた後に、このサンプリングされた信号が上側の水平走査回路31によって順次出力アンプAPS,APNから出力される。このとき、上側の水平走査回路31は、このサンプリングされた全ての信号を出力させる(全列読み出しする)ようにしてもよいし、上側の有効画素用増幅部CA2,CA5,CA8,…の出力信号(Gr画素の加算信号)と上側OB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)の出力信号(Gr画素の非加算信号)のみを選択的に出力させる(列選択読み出しする)ようにしてもよい。前者の場合は、後段の回路で不要信号は使用しなければよい。
The Gr pixel signals output to the vertical signal lines V2, V4,..., Vk in the even columns are in the addition state shown in FIG. By CA8,..., Signals of three Gr pixels that do not overlap each other are added with a weight of 1: 2: 1. The Gr pixel signals output to the vertical signal
奇数列目の垂直信号線V5,V7,…,Vk−1に出力されたR画素の信号は、図9に示す加算状態となっていてかつ作動状態である下側の有効画素用増幅部CA4,CA7,CA10,…によって、互いに重複しない3つのR画素の信号ずつ1:2:1の重みで加算される。奇数列目の垂直信号線Vk+1,…,Vm−1に出力されたR画素の信号は、図8に示す非加算状態となっていてかつ作動状態である下側のOB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)によって増幅される。これらの有意の信号を含む下側の増幅部CA1〜CA(m/2)の出力信号は、下側のサンプリング部CDS1〜CDS(m/2)によりサンプリングされた後に、このサンプリングされた信号が下側の水平走査回路31によって順次出力アンプAPS,APNから出力される。このとき、下側の水平走査回路31は、このサンプリングされた全ての信号を出力させる(全列読み出しする)ようにしてもよいし、下側の有効画素用増幅部CA4,CA7,CA10,…の出力信号(R画素の加算信号)と下側のOB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)の出力信号(R画素の非加算信号)のみを選択的に出力させる(列選択読み出しする)ようにしてもよい。前者の場合は、後段の回路で不要信号は使用しなければよい。
The R pixel signals output to the odd-numbered vertical signal lines V5, V7,..., Vk−1 are in the addition state shown in FIG. , CA7, CA10,..., The signals of three R pixels that do not overlap each other are added with a weight of 1: 2: 1. The R pixel signals output to the odd-numbered vertical signal
図12に示すように、偶数行目が読み出し対象となっている場合には、偶数列目の垂直信号線V2,V4,…,Vmには、対応する列のB画素の信号が出力され、奇数列目の垂直信号線V1,V3,…,Vm−1には、対応する列のGb画素の信号が出力される。 As shown in FIG. 12, when the even-numbered row is to be read, signals of the B pixels in the corresponding column are output to the vertical signal lines V2, V4,. The signals of the Gb pixels in the corresponding column are output to the odd-numbered vertical signal lines V1, V3,.
偶数列目の垂直信号線V2,V4,…,Vkに出力されたB画素の信号は、図9に示す加算状態となっていてかつ作動状態にある上側の有効画素用増幅部CA2,CA5,CA8,…によって、互いに重複しない3つのB画素の信号ずつ1:2:1の重みで加算される。偶数列目の垂直信号線Vk+2,…,Vmに出力されたB画素の信号は、図8に示す非加算状態となっていてかつ作動状態である上側のOB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)によって増幅される。これらの有意の信号を含む上側の増幅部CA1〜CA(m/2)の出力信号は、上側のサンプリング部CDS1〜CDS(m/2)によりサンプリングされた後に、このサンプリングされた信号が上側の水平走査回路31によって順次出力アンプAPS,APNから出力される。このとき、上側の水平走査回路31は、このサンプリングされた全ての信号を出力させる(全列読み出しする)ようにしてもよいし、上側の有効画素用増幅部CA2,CA5,CA8,…の出力信号(Gr画素の加算信号)と上側OB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)の出力信号(B画素の非加算信号)のみを選択的に出力させる(列選択読み出しする)ようにしてもよい。前者の場合は、後段の回路で不要信号は使用しなければよい。
The B pixel signals output to the vertical signal lines V2, V4,..., Vk in the even columns are in the addition state shown in FIG. By CA8,..., Three B pixel signals that do not overlap each other are added with a weight of 1: 2: 1. The B pixel signals output to the vertical signal
奇数列目の垂直信号線V5,V7,…,Vk−1に出力されたGb画素の信号は、図9に示す加算状態となっていてかつ作動状態である下側の有効画素用増幅部CA4,CA7,CA10,…によって、互いに重複しない3つのGb画素の信号ずつ加算される。奇数列目の垂直信号線Vk+1,…,Vm−1に出力されたGb画素の信号は、図8に示す非加算状態となっていてかつ作動状態である下側のOB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)によって増幅される。これらの有意の信号を含む下側の増幅部CA1〜CA(m/2)の出力信号は、下側のサンプリング部CDS1〜CDS(m/2)によりサンプリングされた後に、このサンプリングされた信号が下側の水平走査回路31によって順次出力アンプAPS,APNから出力される。このとき、下側の水平走査回路31は、このサンプリングされた全ての信号を出力させる(全列読み出しする)ようにしてもよいし、下側の有効画素用増幅部CA4,CA7,CA10,…の出力信号(Gb画素の加算信号)と下側のOB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)の出力信号(Gb画素の加算信号)のみを選択的に出力させる(列選択読み出しする)ようにしてもよい。前者の場合は、後段の回路で不要信号は使用しなければよい。
The Gb pixel signals output to the odd-numbered vertical signal lines V5, V7,..., Vk−1 are in the addition state shown in FIG. , CA7, CA10,..., Three Gb pixel signals that do not overlap each other are added. The Gb pixel signals output to the odd-numbered vertical signal
このようにして、1:2:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードでは、有効画素PXの信号を1:2:1の重み付けで水平加算して読み出すことができる一方で、全てのOB画素OBの信号を水平画素加算することなく読み出すことができる。 In this manner, in the horizontal pixel addition reading mode with the weighting of 1: 2: 1, the signal of the effective pixel PX can be read out by horizontally adding with the weighting of 1: 2: 1, while all the OB pixels OB are read. Can be read out without adding horizontal pixels.
図15は、図2に示す固体撮像素子の1:3:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードでの制御信号の状態を示すタイミングチャートである。 FIG. 15 is a timing chart showing the state of the control signal in the horizontal pixel addition readout mode with 1: 3: 1 weighting of the solid-state imaging device shown in FIG.
1:3:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードでは、図15に示すように、上側及び下側の制御信号φSW,φCS1〜φCS6がローレベルに維持される一方、上側及び下側の制御信号φCS7〜φCS9がハイレベルに維持される。したがって、上側の有効画素用増幅部CA3,CA4,CA9,・・・、及び、下側の有効画素用増幅部CA5,CA8,CA11,・・・は、図9に示す加算状態(ただし、Ca:Cb:Cc=C7:C8:C9=1:3:1)に維持される。このため、上側の有効画素用増幅部CA2,CA5,CA8,・・・の各々から、当該増幅部と同じブロックに属する3本の垂直信号線の信号を1:3:1の重みで重み付け加算した信号が出力され、下側の有効画素用増幅部CA5,CA8,CA11,・・・の各々から、当該増幅部と同じブロックに属する3本の垂直信号線の信号を1:3:1の重みで重み付け加算した信号が出力される。例えば、上側の有効画素用増幅部CA3から、当該増幅部CA3と同じブロックに属する3本の垂直信号線V2,V4,V6の信号を1:3:1の重みで重み付け加算した信号が出力され、下側の有効画素用増幅部CA5から、当該増幅部CA5と同じブロックに属する3本の垂直信号線V5,V7,V9の信号を1:3:1の重みで重み付け加算した信号が出力される。一方、上側及び下側のOB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)は、そもそも図8に示す非加算状態に固定されている。 In the horizontal pixel addition readout mode with 1: 3: 1 weighting, as shown in FIG. 15, the upper and lower control signals φSW and φCS1 to φCS6 are maintained at a low level, while the upper and lower control signals are φCS7 to φCS9 are maintained at a high level. Therefore, the upper effective pixel amplifiers CA3, CA4, CA9,... And the lower effective pixel amplifiers CA5, CA8, CA11,. : Cb: Cc = C7: C8: C9 = 1: 3: 1). Therefore, the weighted addition of the signals of the three vertical signal lines belonging to the same block as the amplifying unit from each of the upper effective pixel amplifying units CA2, CA5, CA8,. .. Are output, and the signals of the three vertical signal lines belonging to the same block as the amplifying unit from each of the lower effective pixel amplifying units CA5, CA8, CA11,. A signal weighted and added by the weight is output. For example, a signal obtained by weighting and adding signals of three vertical signal lines V2, V4, and V6 belonging to the same block as the amplification unit CA3 with a weight of 1: 3: 1 is output from the upper effective pixel amplification unit CA3. The lower effective pixel amplifier CA5 outputs a signal obtained by weighting and adding the signals of the three vertical signal lines V5, V7, and V9 belonging to the same block as the amplifier CA5 with a weight of 1: 3: 1. The On the other hand, the upper and lower OB pixel amplifiers CA (k / 2) +1 to CA (m / 2) are originally fixed in the non-addition state shown in FIG.
1:3:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードでは、図15に示すように、上側の制御信号φSTBY3,φSTBY−OBがローレベルに維持され、上側のφSTBY1,φSTBY2がハイレベルに維持される。したがって、上側信号出力回路24では、有効画素部21Aに関しては、有効画素用増幅部CA3,CA6,CA9,…のみが作動状態に維持され、残りの有効画素用増幅部CA1,CA2,CA4,CA5,CA7,CA8,…は作動停止状態に維持される。上側のOB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)は、作動状態に維持される。
In the horizontal pixel addition readout mode with 1: 3: 1 weighting, as shown in FIG. 15, the upper control signals φSTBY3 and φSTBY-OB are maintained at a low level, and the upper φSTBY1 and φSTBY2 are maintained at a high level. . Therefore, in the upper
1:3:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードでは、図15に示すように、下側の制御信号φSTBY3,φSTBY−OBがローレベルに維持され、上側のφSTBY1,φSTBY2がハイレベルに維持される。したがって、下側信号出力回路25では、有効画素部21Aに関しては、有効画素用増幅部CA2,CA5,CA8,CA11,…のみが作動状態に維持され、残りの有効画素用増幅部CA1,CA3,CA4,CA6,CA7,CA9,…は作動停止状態に維持される。下側のOB画素用増幅部CA(k/2)+1〜CA(m/2)は、作動状態に維持される。
In the horizontal pixel addition readout mode with 1: 3: 1 weighting, as shown in FIG. 15, the lower control signals φSTBY3 and φSTBY-OB are maintained at a low level, and the upper φSTBY1 and φSTBY2 are maintained at a high level. The Therefore, in the lower
1:3:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードでは、1:1:1又は1:2:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードの動作に準じた動作によって、有効画素PXの信号を1:3:1の重み付けで水平加算して読み出すことができる一方で、全てのOB画素OBの信号を水平画素加算することなく読み出すことができる。 In the horizontal pixel addition readout mode with weighting of 1: 3: 1, the signal of the effective pixel PX is 1: 2 by an operation according to the operation of the horizontal pixel addition readout mode with weighting of 1: 1: 1 or 1: 2: 1. While it is possible to perform horizontal addition with a weighting of 3: 1 and read out, signals of all OB pixels OB can be read out without performing horizontal pixel addition.
本実施の形態によれば、前述したように、固体撮像素子3の内部で水平方向の信号を重み付け加算することができるとともに、その重みを1:1:1、1:2:1,1:3:1の3種類に変えることができる。また、本実施の形態によれば、前述したように、水平画素加算読み出しモードも行うことができる。
According to the present embodiment, as described above, the signals in the horizontal direction can be weighted and added inside the solid-
そして、本実施の形態では、1つの入力容量形成部ICの入力容量部Ca,Cb,Ccの比率が1:1:1、1:2:1、1:3:1の3種類に切り替えられるように構成されるのではなく、1つの入力容量形成部ICの入力容量部Ca,Cb,Ccの比率は1:1:1の1種類となるように、他の1つの入力容量形成部ICの入力容量部Ca,Cb,Ccの比率は1:2:1の1種類となるように、更に他の1つの入力容量形成部ICの入力容量部Ca,Cb,Ccの比率は1:3:1の1種類となるように、構成され、1つの入力容量形成部ICが1つの容量比率のみを受け持っている。したがって、本実施の形態によれば、各入力容量形成部ICの入力容量部Ca,Cb,Ccの比率が1:1:1、1:2:1、1:3:1の3種類に切り替えられるように構成される場合に比べて、各入力容量形成部ICの容量の数や占有面積を少なくすることができる。 In this embodiment, the ratio of the input capacitance units Ca, Cb, and Cc of one input capacitance forming unit IC is switched to three types of 1: 1: 1, 1: 2: 1, and 1: 3: 1. Rather than being configured as described above, another input capacitance forming unit IC is set so that the ratio of the input capacitance units Ca, Cb, Cc of one input capacitance forming unit IC is 1: 1: 1. The ratio of the input capacitance units Ca, Cb, and Cc of the other input capacitance forming unit IC is 1: 3 so that the ratio of the input capacitance units Ca, Cb, and Cc is 1: 2: 1. : 1 and one input capacitance forming unit IC is responsible for only one capacitance ratio. Therefore, according to the present embodiment, the ratio of the input capacitance units Ca, Cb, and Cc of each input capacitance forming unit IC is switched to three types of 1: 1: 1, 1: 2: 1, and 1: 3: 1. Compared to the case of being configured, the number of capacities and the occupied area of each input capacitance forming unit IC can be reduced.
また、本実施の形態によれば、水平画素加算読み出しモードにおいて、必要な信号の処理に関与しない増幅部は、消費電力の少ない作動停止状態に維持されるので、低消費電力化を図ることができる。 In addition, according to the present embodiment, in the horizontal pixel addition readout mode, the amplifying unit that is not involved in processing of necessary signals is maintained in the operation stop state with low power consumption, so that the power consumption can be reduced. it can.
[第2の実施の形態]
図16は、本発明の第2の実施の形態による電子カメラで用いられる固体撮像素子の上側信号出力回路24の一部分を示す回路図であり、図4に対応している。図16において、図4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。
[Second Embodiment]
FIG. 16 is a circuit diagram showing a part of the upper
本実施の形態は、前記第1の実施の形態において、上側の有効画素用増幅部CA3,CA6,CA9,・・・、及び、下側の上側の有効画素用増幅部CA2,CA5,CA8,・・・において、スイッチSW5,SW6,CS7,CS9を取り除いて、オン状態のスイッチSW5,SW6で接続される箇所を配線で接続したものである。容量C7〜C9は、それらの合成容量に相当する1つの容量にしてもよい。この場合には、1:3:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードは行うことができないものの、水平画素非加算読み出しモード、1:1:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモード、及び、1:2:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードは行うことができる。 In this embodiment, in the first embodiment, the upper effective pixel amplifiers CA3, CA6, CA9,... And the lower upper effective pixel amplifiers CA2, CA5, CA8,. .., Except that the switches SW5, SW6, CS7, and CS9 are removed, and the points connected by the switches SW5 and SW6 in the on state are connected by wiring. The capacitors C7 to C9 may be one capacitor corresponding to their combined capacity. In this case, the horizontal pixel addition readout mode with 1: 3: 1 weighting cannot be performed, but the horizontal pixel non-addition readout mode, the horizontal pixel addition readout mode with 1: 1: 1 weighting, and 1: The horizontal pixel addition readout mode with 2: 1 weighting can be performed.
前記第1の実施の形態は、前述した第1の態様による固体撮像素子においてq=p=3とした例であるのに対し、本実施の形態は、前述した第1の態様による固体撮像素子においてq=2、p=3とした例である。本実施の形態では、前述した第1の態様におけるq個(=2個)の増幅部は、例えば、図16中の2個の増幅部CA1,CA3に相当している。 The first embodiment is an example in which q = p = 3 in the solid-state imaging device according to the first aspect described above, whereas this embodiment is a solid-state imaging element according to the first aspect described above. In this example, q = 2 and p = 3. In the present embodiment, the q (= 2) amplification units in the first aspect described above correspond to, for example, the two amplification units CA1 and CA3 in FIG.
[第2の実施の形態]
図17は、本発明の第3の実施の形態による電子カメラで用いられる固体撮像素子の上側信号出力回路24の一部分を示す回路図であり、図4に対応している。図17において、図4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。
[Second Embodiment]
FIG. 17 is a circuit diagram showing a part of the upper
本実施の形態では、上側信号出力回路24の入力容量形成部IC3,IC6,IC9,・・・の各々において、対応する増幅部CA3の演算増幅器OPの反転入力端子に一方の電極が接続されたp個(本実施の形態では3個)の容量C10,C11,C12と、容量C10,C11,C12の他方電極と当該入力容量形成部と同じブロックに属するp本(本実施の形態では3本)の垂直信号線との間をそれぞれオンオフするp個(本実施の形態では、3個)の入力スイッチCS10,CS11,CS12とが、追加されている。例えば、図4に示すブロックにおいて、入力容量形成部IC3において、対応する増幅部CA3の演算増幅器OPの反転入力端子に一方の電極が接続された3個の容量C10,C11,C12と、容量C12,C13,C14の他方電極と3本の垂直信号線V2,V4,V6との間をそれぞれオンオフする3個の入力スイッチCS10,CS11,CS12とが、追加されている。本実施の形態では、入力スイッチCS10,CS11,CS12は、C10+C11+C12=C0、及び、C10:C11:C12=1:4:1を満たすように設定されている。入力スイッチCS10,CS11,CS12は、例えばnMOSトランジスタで構成され、入力スイッチCS10,CS11,CS12のゲートが共通に接続され、そこには制御信号φ7が撮像制御部4から供給される。入力スイッチCS10〜CS12は、そのゲートに供給される制御信号φ7がハイレベル(H)の場合にオンする一方、そのゲートに供給される制御信号φ7がローレベル(L)の場合にオフする。
In the present embodiment, in each of the input capacitance forming units IC3, IC6, IC9,... Of the upper
本実施の形態では、同様に、下側信号出力回路25の入力容量形成部IC2,IC5,IC8,・・・の各々において、容量C10,C11,C12と、入力スイッチCS10,CS11,CS12とが、追加されている。
In the present embodiment, similarly, in each of the input capacitance forming units IC2, IC5, IC8,... Of the lower
本実施の形態によれば、水平画素非加算読み出しモード、1:1:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモード、1:2:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモード、及び、1:3:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードに加えて、1:4:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードを行うことができる。これらのモードのうち1:4:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモード以外のモードでは、上側及び下側の制御信号φ7がローレベルに維持される点を除き、前記第1の実施の形態の各モードと同様の動作が行われる。 According to the present embodiment, horizontal pixel non-addition readout mode, horizontal pixel addition readout mode with weighting of 1: 1: 1, horizontal pixel addition readout mode with weighting of 1: 2: 1, and 1: 3: 1. In addition to the horizontal pixel addition readout mode by weighting, horizontal pixel addition readout mode by weighting 1: 4: 1 can be performed. Among these modes, in modes other than the horizontal pixel addition readout mode with weighting of 1: 4: 1, the upper and lower control signals φ7 are maintained at a low level except for the first embodiment. The same operation as in each mode is performed.
図18は、本実施の形態における1:4:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードでの制御信号の状態を示すタイミングチャートである。図18が、前記第1の実施の形態における1:3:1の重み付けによる水平画素加算読み出しモードを示す図15と異なる所は、上側及び下側の制御信号φ5,φ6がローレベルに維持され、上側及び下側の制御信号φ7がハイレベルに維持される点のみである。 FIG. 18 is a timing chart showing the state of the control signal in the horizontal pixel addition readout mode with weighting of 1: 4: 1 in the present embodiment. FIG. 18 differs from FIG. 15 which shows the horizontal pixel addition readout mode with 1: 3: 1 weighting in the first embodiment, in that the upper and lower control signals φ5 and φ6 are maintained at a low level. The upper and lower control signals φ7 are only maintained at a high level.
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。 Also in this embodiment, the same advantages as those in the first embodiment can be obtained.
なお、例えば、本実施の形態において、上側信号出力回路24の入力容量形成部IC3,IC6,IC9,・・・及び下側信号出力回路25の入力容量形成部IC2,IC5,IC8,・・・の各々において、容量C10〜C12に相当する3個の容量(それらの容量比は適宜定めればよい。)及びCS10〜CS12に相当する3個の入力スイッチを、更に追加してもよい。また、例えば、本実施の形態において、上側信号出力回路24の入力容量形成部IC2,IC5,IC8,・・・及び下側信号出力回路25の入力容量形成部IC1,IC4,IC7,・・・の各々において、容量C10〜C12に相当する3個の容量(それらの容量比は適宜定めればよい。)及びCS10〜CS12に相当する3個の入力スイッチを、追加してもよい。この場合には、より他種類の重みで重み付け加算を実現することができる。
For example, in the present embodiment, the input capacitance forming units IC3, IC6, IC9,... Of the upper
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.
例えば、前述したpは2以上の任意の個数にしてもよく、例えば、水平3画素加算に限らず、水平2画素加算、水平4画素加算、水平5画素加算・・・でもよい。もっとも、pは奇数であることが好ましい。 For example, p may be an arbitrary number of 2 or more. For example, p is not limited to horizontal 3-pixel addition, and may be horizontal 2-pixel addition, horizontal 4-pixel addition, horizontal 5-pixel addition,. However, it is preferable that p is an odd number.
また、例えば、前記各実施の形態の固体撮像素子は、カラーフィルタの色配列がベイヤー配列である例であった。しかし、本発明では、カラーフィルタの色配列は、ベイヤー配列に限らない。本発明は、2行2列の繰り返し周期を持つ他の色配列のカラーフィルタ(例えば、マゼンタ、グリーン、シアン及びイエローを用いる補色系カラーフィルタなど)などを有する固体撮像素子や、カラーフィルタを有しないいわゆる白黒の固体撮像素子にも適用することができる。 Further, for example, the solid-state imaging device of each of the above embodiments is an example in which the color arrangement of the color filter is a Bayer arrangement. However, in the present invention, the color arrangement of the color filter is not limited to the Bayer arrangement. The present invention includes a solid-state imaging device having a color filter of another color arrangement having a repetition period of 2 rows and 2 columns (for example, a complementary color filter using magenta, green, cyan, and yellow), and a color filter. It can also be applied to a so-called black and white solid-state image sensor.
また、前記各実施形態では、固体撮像素子は水平走査回路でAPS,APNをアナログ信号のまま出力する構成を説明した。しかし、本発明の撮像素子は、増幅部CAそれぞれにAD変換器を配置したカラムADC方式として、デジタル出力としてもよい。 In each of the above embodiments, the configuration in which the solid-state imaging device outputs APS and APN as analog signals in a horizontal scanning circuit has been described. However, the image pickup device of the present invention may be a digital output as a column ADC system in which an AD converter is disposed in each of the amplification units CA.
さらに、本発明による固体撮像素子は、単一の半導体チップで構成してもよいし、複数の半導体チップで構成してもよい。後者の場合、例えば、画素部21と上側信号出力回路24と下側信号出力回路25とを、それぞれ別の半導体チップに搭載してもよい。
Furthermore, the solid-state imaging device according to the present invention may be constituted by a single semiconductor chip or a plurality of semiconductor chips. In the latter case, for example, the
1 電子カメラ
21 画素部
21A 有効画素部
21B OB画素部
PX 有効画素
OB OB画素
IC 入力容量形成部IC
Ca,Cb,Cc,Ci 入力容量部
CA1〜CA(m/2) 増幅部
V1〜Vm 垂直信号線
C1〜C9 容量
CS1〜CS9 入力スイッチ
SW1〜SW6 スイッチ
DESCRIPTION OF
Ca, Cb, Cc, Ci Input Capacitor CA1-CA (m / 2) Amplifier V1-Vm Vertical Signal Line C1-C9 Capacitor CS1-CS9 Input Switch SW1-SW6 Switch
Claims (13)
前記複数の画素の列毎に設けられ対応する列の画素からの信号を受け取る複数の垂直信号線と、
入力部を有するq個(qは2以上の整数)の増幅部と、
前記q個の増幅部の各々に対して1組ずつ設けられ各組がp個(pは2以上の整数)からなるq組の容量であって、対応する増幅部の前記入力部に一方電極が接続され、かつ、少なくとも1組のp個の容量の容量値の比率が他の少なくとも1組のp個の容量の容量値の比率と異なるq組の容量と、
前記q組の容量に対して1対1に設けられ各組がp個からなるq組のスイッチであって、対応する組のp個の容量の他方電極と前記複数の垂直信号線のうちの前記q組のスイッチの各組に対して共通するp本の垂直信号線との間をそれぞれオンオフするq組のスイッチと、
を備えたことを特徴とする固体撮像素子。 A pixel portion having a plurality of pixels arranged two-dimensionally;
A plurality of vertical signal lines provided for each column of the plurality of pixels and receiving signals from the pixels of the corresponding column;
Q amplifying units (q is an integer of 2 or more) having input units;
One set is provided for each of the q amplifying units, and each set includes p sets (p is an integer of 2 or more), and one electrode is connected to the input unit of the corresponding amplifying unit. Q sets of capacitances, and a ratio of capacitance values of at least one set of p capacitors is different from a ratio of capacitance values of at least one other set of p capacitances;
Q sets of switches provided in a one-to-one relationship with the q sets of capacitors, each of which consists of p sets, and the other electrode of the corresponding set of p capacitors and the plurality of vertical signal lines Q sets of switches for turning on / off each of the p vertical signal lines common to each of the q sets of switches;
A solid-state imaging device comprising:
前記複数の画素の列毎に設けられ対応する列の画素からの信号を受け取る複数の垂直信号線と、
入力部を有するq個(qは2以上の整数)の増幅部と、
前記q個の増幅部にそれぞれ対応して設けられたq個の入力容量形成部であって、前記各入力容量形成部は、制御信号に応じて、対応する前記増幅部の前記入力部と前記複数の垂直信号線のうち前記q個の増幅部に対して共通するp本(pは2以上の整数)の垂直信号線との間にそれぞれ接続された状態の、p個の入力容量部を形成し、前記q個の増幅部のうちの少なくとも1つの増幅部に対応する前記入力容量形成部が形成する前記p個の入力容量部の容量値の比率が、前記q個の増幅部のうちの他の少なくとも1つの増幅部に対応する前記入力容量形成部が形成する前記p個の入力容量部の容量値の比率と異なる、q個の入力容量形成部と、
を備えたことを特徴とする固体撮像素子。 A pixel portion having a plurality of pixels arranged two-dimensionally;
A plurality of vertical signal lines provided for each column of the plurality of pixels and receiving signals from the pixels of the corresponding column;
Q amplifying units (q is an integer of 2 or more) having input units;
Q input capacitance forming units provided corresponding to the q amplifying units, respectively, wherein each of the input capacitance forming units corresponds to the input unit of the corresponding amplifying unit and the input unit according to a control signal. P input capacitance units connected to p vertical signal lines (p is an integer of 2 or more) common to the q amplification units among a plurality of vertical signal lines. And the ratio of the capacitance values of the p input capacitance units formed by the input capacitance formation unit corresponding to at least one of the q amplification units is the q amplification units. Q input capacitance forming units different from a ratio of capacitance values of the p input capacitance units formed by the input capacitance forming unit corresponding to at least one other amplification unit;
A solid-state imaging device comprising:
前記複数のオプチカルブラック画素の列毎に設けられ対応する列のオプチカルブラック画素からの信号を受け取る複数のオプチカルブラック画素用垂直信号線と、前記複数のオプチカルブラック画素用垂直信号線の信号にそれぞれ応じた出力信号を出力する複数のオプチカルブラック画素用増幅部と、を備え、
前記第1及び第2の入力容量形成状態のいずれの状態においても、前記複数のオプチカルブラック画素用増幅部から互いに異なる列のオプチカルブラック画素からの信号が得られる、
ことを特徴とする請求項8又は9記載の固体撮像素子。 In addition to the plurality of pixels, the pixel unit is two-dimensionally arranged in one or both sides in a row direction with respect to a region where the plurality of pixels are arranged, and generates a black level signal. Optical black pixels,
A plurality of optical black pixel vertical signal lines that are provided for each column of the plurality of optical black pixels and receive signals from the corresponding optical black pixels, and signals of the plurality of optical black pixel vertical signal lines, respectively. A plurality of optical black pixel amplifying units that output the output signal,
In any of the first and second input capacitance formation states, signals from optical black pixels in different columns can be obtained from the plurality of optical black pixel amplifying units.
The solid-state imaging device according to claim 8 or 9,
前記p本の垂直信号線は、同色のカラーフィルタが設けられた画素からの信号を受け取るものである、
ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の固体撮像素子。 A plurality of color filters provided corresponding to each of the plurality of pixels and having a predetermined color arrangement;
The p vertical signal lines receive a signal from a pixel provided with a color filter of the same color.
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is provided.
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