JP6119117B2 - Electronics - Google Patents
Electronics Download PDFInfo
- Publication number
- JP6119117B2 JP6119117B2 JP2012128262A JP2012128262A JP6119117B2 JP 6119117 B2 JP6119117 B2 JP 6119117B2 JP 2012128262 A JP2012128262 A JP 2012128262A JP 2012128262 A JP2012128262 A JP 2012128262A JP 6119117 B2 JP6119117 B2 JP 6119117B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- unit
- signal
- output
- pixel
- signal processing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 89
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 41
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 16
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 47
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 28
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 21
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 11
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 11
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 6
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 6
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 238000005375 photometry Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/79—Arrangements of circuitry being divided between different or multiple substrates, chips or circuit boards, e.g. stacked image sensors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
本発明は、撮像素子に関する。 The present invention relates to an image sensor.
裏面照射型撮像チップと信号処理チップが、複数画素をまとめたセル単位ごとにマイクロバンプを介して接続された撮像ユニットが知られている。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1]特開2006−49361号公報
There is known an imaging unit in which a back-illuminated imaging chip and a signal processing chip are connected via a micro bump for each cell unit in which a plurality of pixels are combined.
[Prior art documents]
[Patent Literature]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-49361
上記撮像ユニットにあっては、一つのセルに対して一つの出力線が一つのバンプにより一つのCDS・A/D回路に入力されている。しかしながら、出力線、バンプおよびCDS・A/D回路のいずれかに異常があった場合にはセル全体からの画素信号が得られない、または、異常がない場合であってもセルとCDS・A/D回路との組み合わせが固定されていて処理の自由度が低いという不具合があった。 In the imaging unit, one output line is input to one CDS / A / D circuit by one bump for one cell. However, if any of the output lines, bumps, and CDS • A / D circuit is abnormal, the pixel signal from the entire cell cannot be obtained, or even if there is no abnormality, the cell and the CDS • A / D circuit are not obtained. There was a problem that the combination with the / D circuit was fixed and the degree of freedom of processing was low.
本発明の第1の態様においては、入射光を画素信号に変換する複数の画素を含む単位グループと、前記単位グループに対応して設けられ、前記単位グループの前記複数の画素のそれぞれから読み出される前記画素信号が出力される出力線との組を複数有する撮像部と、入力された画素信号をデジタル化して出力する複数のA/D変換部と、前記複数の出力線のそれぞれを前記複数のA/D変換部のいずれに入力させるかを切り替える切替部とを備える撮像素子が提供される。 In the first aspect of the present invention, a unit group including a plurality of pixels for converting incident light into a pixel signal and a unit group provided corresponding to the unit group are read from each of the plurality of pixels of the unit group. An imaging unit having a plurality of sets of output lines from which the pixel signals are output, a plurality of A / D converters that digitize and output the input pixel signals, and a plurality of the output lines are connected to the plurality of output lines. An imaging device is provided that includes a switching unit that switches which of the A / D conversion units inputs.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
図1は、本実施形態に係る裏面照射型の撮像素子100の断面図である。撮像素子100は、入射光に対応した画素信号を出力する撮像チップ113と、画素信号を処理する信号処理チップ111と、画素信号を記憶するメモリチップ112とを備える。これら撮像チップ113、信号処理チップ111およびメモリチップ112は積層されており、Cu等の導電性を有するバンプ109により互いに電気的に接続される。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a back-illuminated
なお、図示するように、入射光は主に白抜き矢印で示すZ軸プラス方向へ向かって入射する。本実施形態においては、撮像チップ113において、入射光が入射する側の面を裏面と称する。また、座標軸に示すように、Z軸に直交する紙面左方向をX軸プラス方向、Z軸およびX軸に直交する紙面手前方向をY軸プラス方向とする。以降のいくつかの図においては、図1の座標軸を基準として、それぞれの図の向きがわかるように座標軸を表示する。
As shown in the figure, incident light is incident mainly in the positive direction of the Z-axis indicated by a white arrow. In the present embodiment, in the
撮像チップ113の一例は、裏面照射型のMOSイメージセンサである。PD層106は、配線層108の裏面側に配されている。PD層106は、二次元的に配され、入射光に応じた電荷を蓄積する複数のPD(フォトダイオード)104、および、PD104に対応して設けられたトランジスタ105を有する。
An example of the
PD層106における入射光の入射側にはパッシベーション膜103を介してカラーフィルタ102が設けられる。カラーフィルタ102は、互いに異なる波長領域を透過する複数の種類を有しており、PD104のそれぞれに対応して特定の配列を有している。カラーフィルタ102の配列については後述する。カラーフィルタ102、PD104およびトランジスタ105の組が一つの画素を形成する。
A
カラーフィルタ102における入射光の入射側には、それぞれの画素に対応して、マイクロレンズ101が設けられる。マイクロレンズ101は、対応するPD104へ向けて入射光を集光する。
On the incident light incident side of the
配線層108は、PD層106からの画素信号を信号処理チップ111に伝送する配線107を有する。配線107は多層であってもよく、また、受動素子および能動素子が設けられてもよい。
The
配線層108の表面には複数のバンプ109が配される。当該複数のバンプ109が信号処理チップ111の対向する面に設けられた複数のバンプ109と位置合わせされて、撮像チップ113と信号処理チップ111とが加圧等されることにより、位置合わせされたバンプ109同士が接合されて、電気的に接続される。
A plurality of
同様に、信号処理チップ111およびメモリチップ112の互いに対向する面には、複数のバンプ109が配される。これらのバンプ109が互いに位置合わせされて、信号処理チップ111とメモリチップ112とが加圧等されることにより、位置合わせされたバンプ109同士が接合されて、電気的に接続される。
Similarly, a plurality of
なお、バンプ109間の接合には、固相拡散によるCuバンプ接合に限らず、はんだ溶融によるマイクロバンプ結合を採用しても良い。また、バンプ109は、例えば後述する一つの単位グループに対して一つまたは数個程度設ければ良い。したがって、バンプ109の大きさは、PD104のピッチよりも大きくても良い。また、画素が配列された画素領域以外の周辺領域において、画素領域に対応するバンプ109よりも大きなバンプを併せて設けても良い。
The bonding between the
信号処理チップ111は、表裏面にそれぞれ設けられた回路を互いに接続するTSV(シリコン貫通電極)110を有する。TSV110は、周辺領域に設けられることが好ましい。また、TSV110は、撮像チップ113の周辺領域、メモリチップ112にも設けられて良い。
The
図2は、撮像チップ113の画素配列と単位グループ131を説明する図である。特に、撮像チップ113を裏面側から観察した様子を示す。画素領域には2000万個以上もの画素がマトリックス状に配列されている。本実施形態においては、隣接する4画素×4画素の16画素が一つの単位グループ131を形成する。図の格子線は、隣接する画素がグループ化されて単位グループ131を形成する概念を示す。単位グループ131を形成する画素の数はこれに限られず1000個程度、例えば32画素×64画素でもよいし、それ以上でもそれ以下でもよい。
FIG. 2 is a diagram for explaining the pixel array and the
画素領域の部分拡大図に示すように、単位グループ131は、緑色画素Gb、Gr、青色画素Bおよび赤色画素Rの4画素から成るいわゆるベイヤー配列を、上下左右に4つ内包する。緑色画素は、カラーフィルタ102として緑色フィルタを有する画素であり、入射光のうち緑色波長帯の光を受光する。同様に、青色画素は、カラーフィルタ102として青色フィルタを有する画素であって青色波長帯の光を受光し、赤色画素は、カラーフィルタ102として赤色フィルタを有する画素であって赤色波長帯の光を受光する。
As shown in the partially enlarged view of the pixel region, the
図3は、撮像チップ113の単位グループ131に対応する回路図である。図において、代表的に点線で囲む矩形が、1画素に対応する回路を表す。なお、以下に説明する各トランジスタの少なくとも一部は、図1のトランジスタ105に対応する。
FIG. 3 is a circuit diagram corresponding to the
上述のように、単位グループ131は、16画素から形成される。それぞれの画素に対応する16個のPD104は、それぞれ転送トランジスタ302に接続され、各転送トランジスタ302の各ゲートには、転送パルスが供給されるTX配線307に接続される。本実施形態において、TX配線307は、16個の転送トランジスタ302に対して共通接続される。
As described above, the
各転送トランジスタ302のドレインは、対応する各リセットトランジスタ303のソースに接続されると共に、転送トランジスタ302のドレインとリセットトランジスタ303のソース間のいわゆるフローティングディフュージョンFDが増幅トランジスタ304のゲートに接続される。リセットトランジスタ303のドレインは電源電圧が供給されるVdd配線310に接続され、そのゲートはリセットパルスが供給されるリセット配線306に接続される。本実施形態において、リセット配線306は、16個のリセットトランジスタ303に対して共通接続される。
The drain of each
各々の増幅トランジスタ304のドレインは電源電圧が供給されるVdd配線310に接続される。また、各々の増幅トランジスタ304のソースは、対応する各々の選択トランジスタ305のドレインに接続される。選択トランジスタの各ゲートには、選択パルスが供給されるデコーダ配線308に接続される。本実施形態において、デコーダ配線308は、16個の選択トランジスタ305に対してそれぞれ独立に設けられる。そして、各々の選択トランジスタ305のソースは、共通の出力配線309に接続される。負荷電流源311は、出力配線309に電流を供給する。すなわち、選択トランジスタ305に対する出力配線309は、ソースフォロアにより形成される。なお、負荷電流源311は、撮像チップ113側に設けても良いし、信号処理チップ111側に設けても良い。
The drain of each
ここで、電荷の蓄積開始から蓄積終了後の画素出力までの流れを説明する。リセット配線306を通じてリセットパルスがリセットトランジスタ303に印加され、同時にTX配線307を通じて転送パルスが転送トランジスタ302に印加されると、PD104およびフローティングディフュージョンFDの電位はリセットされる。
Here, the flow from the start of charge accumulation to pixel output after the end of accumulation will be described. When a reset pulse is applied to the
PD104は、転送パルスの印加が解除されると、受光する入射光を電荷に変換して蓄積する。その後、リセットパルスが印加されていない状態で再び転送パルスが印加されると、蓄積された電荷はフローティングディフュージョンFDへ転送され、フローティングディフュージョンFDの電位は、リセット電位から電荷蓄積後の信号電位になる。そして、デコーダ配線308を通じて選択パルスが選択トランジスタ305に印加されると、フローティングディフュージョンFDの信号電位の変動が、増幅トランジスタ304および選択トランジスタ305を介して出力配線309に伝わる。これにより、リセット電位と信号電位とに対応する画素信号は、単位画素から出力配線309に出力される。
When the application of the transfer pulse is canceled, the
図示するように、本実施形態においては、単位グループ131を形成する16画素に対して、リセット配線306とTX配線307が共通である。すなわち、リセットパルスと転送パルスはそれぞれ、16画素全てに対して同時に印加される。したがって、単位グループ131を形成する全ての画素は、同一のタイミングで電荷蓄積を開始し、同一のタイミングで電荷蓄積を終了する。ただし、蓄積された電荷に対応する画素信号は、それぞれの選択トランジスタ305が選択パルスによって順次印加されて、選択的に出力配線309に出力される。また、リセット配線306、TX配線307、出力配線309は、単位グループ131毎に別個に設けられる。
As shown in the figure, in this embodiment, the
このように単位グループ131を基準として回路を構成することにより、単位グループ131ごとに電荷蓄積時間を制御することができる。換言すると、隣接する単位グループ131同士で、異なった電荷蓄積時間による画素信号をそれぞれ出力させることができる。更に言えば、一方の単位グループ131に1回の電荷蓄積を行わせている間に、他方の単位グループ131に何回もの電荷蓄積を繰り返させてその都度画素信号を出力させることにより、これらの単位グループ131同士で異なるフレームレートで動画用の各フレームを出力することもできる。
By configuring the circuit with the
図4は、本実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。撮像装置500は、撮影光学系としての撮影レンズ520を備え、撮影レンズ520は、光軸OAに沿って入射する被写体光束を撮像素子100へ導く。撮影レンズ520は、撮像装置500に対して着脱できる交換式レンズであっても構わない。撮像装置500は、撮像素子100、システム制御部501、測光部503、ワークメモリ504、記録部505、および表示部506を主に備える。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the imaging apparatus according to the present embodiment. The
撮影レンズ520は、複数の光学レンズ群から構成され、シーンからの被写体光束をその焦点面近傍に結像させる。なお、図4では瞳近傍に配置された仮想的な1枚のレンズで当該撮影レンズ520を代表して表している。
The photographing
撮像素子100は、上記撮像チップ113に加えて、駆動部502および信号処理部514を有する。駆動部502は、システム制御部501からの指示に従って撮像素子100のタイミング制御、領域制御等の電荷蓄積制御を実行する制御回路である。信号処理部514は、撮像チップ113の複数のPD104からの画素信号をアナログ化する等の信号処理をする。
The
信号処理部514は、デジタル化した画素信号をシステム制御部501の画像処理部511へ引き渡す。画像処理部511は、ワークメモリ504をワークスペースとして種々の画像処理を施し、画像データを生成する。例えば、JPEGファイル形式の画像データを生成する場合は、ベイヤー配列で得られた信号からカラー映像信号を生成した後に圧縮処理を実行する。生成された画像データは、記録部505に記録されるとともに、表示信号に変換されて予め設定された時間の間、表示部506に表示される。
The
測光部503は、画像データを生成する一連の撮影シーケンスに先立ち、シーンの輝度分布を検出する。測光部503は、例えば100万画素程度のAEセンサを含む。システム制御部501の演算部512は、測光部503の出力を受けてシーンの領域ごとの輝度を算出する。演算部512は、算出した輝度分布に従ってシャッタ速度、絞り値、ISO感度を決定する。測光部503は撮像素子100で兼用してもよい。なお、演算部512は、撮像装置500を動作させるための各種演算も実行する。
The
駆動部502および信号処理部514は、一部または全部が撮像チップ113に搭載されてもよいし、一部または全部が信号処理チップ111に搭載されてもよい。システム制御部501の一部が撮像チップ113または信号処理チップ111に搭載されてもよい。
The
図5は、駆動部502の機能ブロックの一部を示す。駆動部502は、グループ制御テーブル150と、画素駆動部156と、AD制御部152と、アドレス付与部154とを有する。
FIG. 5 shows a part of functional blocks of the
グループ制御テーブル150は、複数の単位グループ131のそれぞれを制御するのに用いる情報を有している。当該情報は撮影条件等に応じてシステム制御部501から書き込まれる。当該情報の例は、単位グループ131を特定する情報と、当該単位グループ131の各画素に対してリセットパルスおよび転送パルスを与えるタイミング、または、基準タイミングに対するそれらのシフト量等である。他の情報については後述する。
The group control table 150 has information used to control each of the plurality of unit groups 131. The information is written from the
画素駆動部156は、グループ制御テーブル150を参照し、単位グループ131に対応付けられた情報に基づいて、当該単位グループ131の各画素、特に各画素の転送トランジスタ302等を駆動する。これにより、画素駆動部156は、グループ制御テーブル150を参照し、単位グループ131ごとにリセットパルス、転送パルスおよび選択パルスを制御して、電荷蓄積制御を実行する。画素駆動部156、AD制御部152およびアドレス付与部154については後述する。
The
図4は、信号処理部等の機能的構成を示すブロック図である。信号処理部514は、単位グループ131、132の出力配線309にバンプを介して電気的に接続されたスイッチ411、421、スイッチ411、421に対応して設けられた信号処理回路412、422、信号処理回路412、422、に対応して設けられたデマルチプレクサ413、423、および、画素メモリ414を有する。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a functional configuration of the signal processing unit and the like. The
図4に示す例において、スイッチ411、信号処理回路412およびデマルチプレクサ413の組と、スイッチ421、信号処理回路422およびデマルチプレクサ423の組とが設けられている。さらに、一方の単位グループ131からの出力配線309が分岐して、それぞれバンプ109を介して二つのスイッチ411、421に接続されている。同様に、他方の単位グループ132からの出力配線309が分岐して、それぞれバンプ109を介して二つのスイッチ411、421に接続されている。
In the example shown in FIG. 4, a set of a
スイッチ411は、AD制御部152により制御され、二つの単位グループ131、132のうちのいずれの出力配線309を信号処理回路412に入力させるかを切り替える。同様に、スイッチ421も、AD制御部152により制御され、二つの単位グループ131、132のうちのいずれの出力配線309を信号処理回路412に入力させるかを切り替える。
The
スイッチ411を介して入力された画素信号は、信号処理チップ111に形成された、相関二重サンプリング(CDS)・アナログ/デジタル(A/D)変換を行う信号処理回路412により、CDSおよびA/D変換が行われる。A/D変換された画素信号は、デマルチプレクサ413に引き渡され、それぞれの画素に対応する画素メモリ414に格納される。
The pixel signal input via the
同様に、スイッチ421を介して入力された画素信号は、信号処理チップ111に形成された信号処理回路422により、CDSおよびA/D変換が行われる。A/D変換された画素信号は、デマルチプレクサ423に引き渡され、それぞれの画素に対応する画素メモリ414に格納される。
Similarly, the pixel signal input via the
画素メモリ414は、二つの信号処理回路412、422に共用される。アドレスが指摘されることにより、単位グループ131のPD1から16からの画素値が、対応する画素メモリ414のメモリ1から16に格納される。同様に、単位グループ132のPD17から32からの画素値が、対応する画素メモリ414のメモリ17から32に格納される。
The
上記の通り図6に示す例では、二つの単位グループ131、132が二つの信号処理回路412、422と接続可能なので、接続の組み合わせは4通りある。いずれの組み合わせを選択するかは、グループ制御テーブル150を参照してAD制御部152がスイッチ411、421を切り替えることにより決定される。
In the example shown in FIG. 6 as described above, since the two
以下、接続の組み合わせを選択する具体例を説明する。第1の例は、バンプ109を含む信号線路の異常、信号処理回路412等の異常によって接続の組み合わせが選択される。
Hereinafter, a specific example of selecting a combination of connections will be described. In the first example, a combination of connections is selected depending on the abnormality of the signal line including the
この場合には、工場出荷時の試験において、または、使用中における画像上の異常値をシステム制御部501が検出することにより、異常なバンプ109、信号処理回路412等が特定される。当該異常なバンプ109、信号処理回路412等を特定する情報がグループ制御テーブル150に書き込まれる。
In this case, the
AD制御部152は、グループ制御テーブル150に異常なバンプ109、信号処理回路412等を特定する情報が書き込まれている場合に、当該異常なバンプ109、信号処理回路412等を用いないで画素信号が出力される接続の組み合わせを選択する。例えば、図6に示す例において、信号処理回路412が異常である旨がグループ制御テーブル150に書き込まれている場合に、AD制御部152は、二つの単位グループ131、132に対して、異常な信号処理回路412に対応するスイッチ411を遮断するとともに、信号処理回路422に対応するスイッチ421を接続状態にする。この場合に、スイッチ421は二つの単位グループ131、132に対して時分割的に接続状態となってもよいし、同時に接続状態となってもよい。
When the information specifying the
二つの単位グループ131、132に対して、一方の信号処理回路422しか用いない場合には、アドレス付与部154が単位グループ131からの出力と単位グループ132からの出力とにアドレスを付与する。これにより、信号処理回路422に対応するデマルチプレクサ423は、当該アドレスに基づいて、単位グループ131のPD1から16からの画素値を、対応する画素メモリ414のメモリ1から16に格納するとともに、単位グループ132のPD17から32からの画素値を、対応する画素メモリ414のメモリ17から32に格納する。
When only one
なお、グループ制御テーブル150には、異常なバンプ109、信号処理回路412等を特定する情報に代えて、二つの単位グループ131、132に接続されるべき信号処理回路412等を特定する情報が格納されてもよい。または、グループ制御テーブル150には、それぞれのスイッチ411、421を特定する情報に対応付けて、遮断状態とすべきか接続状態とすべきかを特定する情報が格納されてもよい。
The group control table 150 stores information for specifying the
上記第1の例によれば、回路の異常に対する冗長性をもたせて、いずれの単位グループ131等からの画素信号も得ることができる。なおこの場合には、二つの信号処理回路412、422は同じ機能および性能を有することが好ましい。例えば、二つの信号処理回路412、422は同じ処理速度、デジタル化に対する同じビット数すなわち同じ解像度等であることが好ましい。
According to the first example, it is possible to obtain pixel signals from any
第2の例は、二つの信号処理回路412、422は互いに異なる機能または性能を有する場合に、より適切な接続の組み合わせが選択される。例えば、異なる処理速度を有する信号処理回路412、422が設けられる。この場合に処理速度が速いほど、発熱量および消費電力(以降、まとめて発熱量等ということがある)が大きくなる、という正の相関を有する。発熱量が大きいと画像信号上のノイズが増える傾向がある。
In the second example, when the two
この場合に、グループ制御テーブル150には、二つの信号処理回路412、422のいずれの処理速度が速いか、または、発熱量等が大きいかを特定する情報が書き込まれている。AD制御部152は、システム制御部501から撮像の指示があった場合に、グループ制御テーブル150を参照して、変換速度の速さが優先のときには処理速度の速い方の信号処理回路412等が用いられるようにスイッチ411、421の一方を接続状態にして他方を遮断状態にする。また、AD制御部152は、発熱量等の大きさが優先の場合には発熱量等の小さい方の信号処理回路412等が用いられるようにスイッチ411、421の一方を接続状態にして他方を遮断状態にする。場合に、スイッチ411、421は二つの単位グループ131、132に対して、時分割的に接続状態となってもよいし、同時に接続状態となってもよい。
In this case, the group control table 150 is written with information specifying which of the two
処理速度の速さが優先か否か、発熱量等の大きさが優先か否かは、例えばシステム制御部501から指示される。これに代えて、AD制御部152が予め定められた判断条件、例えば撮像素子100の温度が閾値を超えるか否かに従って判断してもよい。
For example, the
AD制御部152は、さらに、単位グループ131、132の一方に対して、信号処理回路412、422のうちの処理速度が速い方を接続し、他方に対して処理速度が遅い方を接続するようにスイッチ411、421を制御してもよい。第2の例のいずれの場合にあっても、アドレス付与部154は、単位グループ131のPD1から16を画素メモリ414のメモリ1から16に対応付け、単位グループ132のPD17から32を画素メモリ414のメモリ17から32に対応付けるようにアドレスを付与する。
The
以上、第2の例によれば、処理速度が優先か発熱量等が優先かに応じて、それぞれ適切な信号処理回路を用いることができる。さらに、二つの単位グループ131、132に対して、上記優先事項が異なる場合に、一方に処理速度優先の信号処理回路を用い、他方に発熱量等優先の信号処理回路を用いることができる。
As described above, according to the second example, an appropriate signal processing circuit can be used depending on whether the processing speed has priority or the heat generation amount has priority. Further, when the above-mentioned priorities are different for the two
第3の例は、二つの信号処理回路412、422は互いに異なる他の機能または性能を有する場合に、より適切な接続の組み合わせが選択される。例えば、異なるデジタル化のビット数を有する信号処理回路412、422が設けられる。異なるデジタル化のビット数の例は例えば12ビットと16ビットである。この場合にビット数が多いほど多階調を得ることができるが、その後に扱う信号量が多くなるという、正の相関を有する。また、ビット数が多いほど、処理速度は遅くなるという負の相関を有する場合がある。
In the third example, when the two
この場合に、グループ制御テーブル150には、二つの信号処理回路412、422のいずれのビット数が多いか、または、いずれの信号量が大きいかを特定する情報が書き込まれている。AD制御部152は、システム制御部501から撮像の指示があった場合に、グループ制御テーブル150を参照して、ビット数が優先の場合にはビット数の多い方の信号処理回路412等が用いられるようにスイッチ411、421の一方を接続状態にして他方を遮断状態にする。また、AD制御部152は、信号量が優先の場合には信号量の少ない方の信号処理回路412等が用いられるようにスイッチ411、421の一方を接続状態にして他方を遮断状態にする。
In this case, in the group control table 150, information specifying which of the two
AD制御部152は、さらに、単位グループ131、132の一方に対して、信号処理回路412、422のうちのビット数が多い方を接続し、他方に対してビット数が少ない方を接続するようにスイッチ411、421を制御してもよい。なお第3の例において、時分割的に接続状態となっても同時に接続状態となってもよいこと、および、いずれの機能等を優先するかをシステム制御部501が指示してもよし、AD制御部152が判断してもよいことは、第2の例と同様である。また、アドレス付与部154の機能についても第2の例と同様である。
The
以上、第3の例によれば、ビット数が優先か信号量が優先かに応じて、それぞれ適切な信号処理回路を用いることができる。さらに、二つの単位グループ131、132に対して、上記優先事項が異なる場合に、一方にビット数優先の信号処理回路を用い、他方に信号量優先の信号処理回路を用いることができる。なお、優先事項を信号量とビット数との比較に代えて、処理速度とビット数との比較にしてもよい。
As described above, according to the third example, an appropriate signal processing circuit can be used depending on whether the number of bits has priority or the signal amount has priority. Furthermore, when the above-mentioned priorities are different for the two
図7は他の撮像素子654の単位グループ655を模式的に示す。図8は単位グループ655内の画素ユニット656の回路図を示す。
FIG. 7 schematically shows a
単位グループ655は、図2と同様にベイヤー配列で画素が二次元的に配列されている。行選択線は画素2行に一つずつ設けられおり、各行選択線に2行分の画素が共通に接続されている。さらに列選択線が画素2列に一つずつ設けられおり、各列選択線に2列分の画素が共通に接続されている。
In the
また、ベイヤー配列における一単位が画素ユニット656を形成している。すなわち、画素ユニット656は4画素Gb、Gr、B、Rを有する。
One unit in the Bayer array forms a
電源配線Vdd、リセット配線は、単位グループ131に含まれる画素全体で共通に接続されている。また、Gb転送配線は、単位グループ131のうち画素Gbで共通に接続されている。同様に、Gr転送配線は単位グループ131のうち画素Grで共通に接続され、B転送配線は単位グループ131のうち画素Bで共通に接続され、R転送配線は単位グループ131のうち画素Rで共通に接続されている。さらに、リセット配線および各転送配線は複数の単位グループ131間では別個に設けられる。
The power supply wiring Vdd and the reset wiring are commonly connected to all the pixels included in the
画素ユニット603の画素Gb、Gr、B、Rはリセットトランジスタ620、増幅トランジスタ622、選択トランジスタ624、642を共有している。また、画素Gb1は転送トランジスタ626、628を有する。同様に、画素Grは転送トランジスタ630、632を有し、画素Bは転送トランジスタ634、636を有し、画素Rは転送トランジスタ638、640を有する。
The pixels Gb, Gr, B, and R of the pixel unit 603 share the
各画素に注目した場合には、当該画素とリセットトランジスタ620および増幅トランジスタ622の接続関係は、図3と同じである。一方、転送トランジスタ626等は図3と接続関係が異なる。画素Gbの転送トランジスタ626のゲート、ドレイン、ソースはそれぞれ、Gb転送配線、行選択線1、転送トランジスタ628のゲートに接続される。また、転送トランジスタ628のソース、ドレインはそれぞれ、画素GbのPDの一端、増幅トランジスタ622のゲートに接続される。画素Gr、B、Rの接続関係も同様である。
When attention is paid to each pixel, the connection relationship between the pixel, the
また、列選択線は、画素ユニット656の各転送トランジスタ626、630、634、638のドレインに接続されている。また、画素ユニット656の出力配線604には、列選択線とゲートが接続された選択トランジスタ642が設けられている。
The column selection line is connected to the drains of the
出力配線604は画素2列に一つずつ設けられているが、互いに電気的に接続されている。さらに、出力配線604は二つに分岐して、それぞれ、バンプ606、608に接続されている。一方のバンプ606はスイッチ610を介して一方のA/D変換回路614の入力側に接続されている。他方のバンプ608はスイッチ612を介して他方のA/D変換回路616の入力側に接続されている。
One
図7および図8の形態において、各画素の画像信号は下記の通りに読み出される。なお、説明を簡単にするためにリセット動作の説明を省く。 7 and FIG. 8, the image signal of each pixel is read as follows. Note that the description of the reset operation is omitted for the sake of simplicity.
行選択線のいずれか、例えば行選択線1がオンされる。その状態でいずれかの転送線路、例えばGb転送配線がオンされる。その状態でさらに、列選択線のいずれか、例えば列選択線1がオンされる。これにより、単位グループ655の内の一つの画素ユニット656の画素Gbの転送トランジスタ626、628が両方オンになり、画素Gbの電荷が増幅トランジスタ622のゲートに転送される。ここで、行選択線1がオン状態なので、選択トランジスタ624もオンになっており、増幅トランジスタ622のゲートに転送された電荷に応じて増幅された画素信号が、当該画素ユニット653に対応した出力配線604から出力される。
One of the row selection lines, for example, the
さらに、行選択線1およびGb転送配線をオン状態に保って、列選択線のオン状態を順次切り替えることにより、それぞれの出力配線604から、1行分の画素Gbの画素信号が順次出力される。よって、画素Gbからの画素信号が1画素分ずつバンプ606を介してA/D変換回路614に入力される。この場合に、各画素ユニット656には選択トランジスタ642が配されているので、列選択線で選択されていない画素ユニット656の画素Gbからの出力が遮断される。よって、単位グループ655の1行分の画素Gbの画素信号のそれぞれが、他の画素信号の影響を受けることなく読み出されて画素メモリ414に格納される。
Furthermore, by keeping the
次に、行選択線1およびGr転送配線がオンされた状態で、列選択線のオン状態を順次切り替えることにより、それぞれの出力配線604から、1行分の画素Grの画素信号が順次出力される。同様に、行選択線1およびB転送配線がオンされた状態で列選択線のオン状態を順次切り替えることにより、それぞれの出力配線604から1行分の画素Bの画素信号が順次出力され、行選択線1およびR転送配線がオンされた状態で列選択線のオン状態を順次切り替えることにより、それぞれの出力配線604から1行分の画素Rの画素信号が順次出力される。
Next, in a state where the
以上により、単位グループ655の2行分の画素の画素信号が読み出される。次に行選択線2をオンにして上記手順を繰り返すことにより単位グループ655の次の2行分の画素の画素信号が読み出される。すべての行選択線に対して上記手順を繰り返すことにより、単位グループ655内のすべての画素の画素信号が読み出される。
As described above, the pixel signals of the two rows of pixels of the
また、画素ユニットが4画素からなり、行選択配線は画素2行ごとに配され、出力配線は画素2列ごとに配されているが、これに限られない。例えば、画素ユニットがm行n列からなる場合に、単位グループに対して、行選択配線をm行ごとに一つずつ、出力配線をn列ごとに一つずつ設けるとともに、m×n個の別個の転送配線を設けてもよい。なお、各転送配線は画素グループ内で共通であってよい。 Further, the pixel unit is composed of four pixels, the row selection wiring is arranged for every two rows of pixels, and the output wiring is arranged for every two columns of pixels, but this is not restrictive. For example, when the pixel unit is composed of m rows and n columns, a unit group is provided with one row selection wiring for each m rows and one output wiring for each n columns, and m × n A separate transfer wiring may be provided. Each transfer wiring may be common in the pixel group.
上記図7および図8に示す単位グループ655を、図1から図6に示す単位グループ131、132に代えて本実施形態を適用することができる。なお、単位グループと信号処理回路との組み合わせは図6に示す2対2、図7に示す1対2に限られず、1対多または多対多であれば数は限られない。
The present embodiment can be applied by replacing the
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.
100 撮像素子、101 マイクロレンズ、102 カラーフィルタ、103 パッシベーション膜、104 PD、105 トランジスタ、106 PD層、107 配線、108 配線層、109 バンプ、110 TSV、111 信号処理チップ、112 メモリチップ、113 撮像チップ、131 単位グループ、132 単位グループ、150 グループ制御テーブル、152 AD制御部、154 アドレス付与部、156 画素駆動部、302 転送トランジスタ、303 リセットトランジスタ、304 増幅トランジスタ、305 選択トランジスタ、306 リセット配線、307 TX配線、308 デコーダ配線、309 出力配線、310 Vdd配線、311 負荷電流源、411 スイッチ、412 信号処理回路、413 デマルチプレクサ、414 画素メモリ、421 スイッチ、422 信号処理回路、423 デマルチプレクサ、500 撮像装置、501 システム制御部、502 駆動部、503 測光部、504 ワークメモリ、505 記録部、506 表示部、511 画像処理部、512 演算部、514 信号処理部、520 撮影レンズ、604 出力配線、606 バンプ、608 バンプ、 610 スイッチ、612 スイッチ、614 A/D変換回路、616 A/D変換回路、620 リセットトランジスタ、622 増幅トランジスタ、624 選択トランジスタ、626 転送トランジスタ、628 転送トランジスタ、630 転送トランジスタ、632 転送トランジスタ、634 転送トランジスタ、636 転送トランジスタ、638 転送トランジスタ、640 転送トランジスタ、642 選択トランジスタ、654 撮像素子、655 単位グループ、656 画素ユニット 100 imaging device, 101 microlens, 102 color filter, 103 passivation film, 104 PD, 105 transistor, 106 PD layer, 107 wiring, 108 wiring layer, 109 bump, 110 TSV, 111 signal processing chip, 112 memory chip, 113 imaging Chip, 131 unit group, 132 unit group, 150 group control table, 152 AD control unit, 154 address assigning unit, 156 pixel driving unit, 302 transfer transistor, 303 reset transistor, 304 amplification transistor, 305 selection transistor, 306 reset wiring, 307 TX wiring, 308 decoder wiring, 309 output wiring, 310 Vdd wiring, 311 load current source, 411 switch, 412 signal processing circuit, 413 Multiplexer, 414 pixel memory, 421 switch, 422 signal processing circuit, 423 demultiplexer, 500 imaging device, 501 system control unit, 502 drive unit, 503 photometry unit, 504 work memory, 505 recording unit, 506 display unit, 511 image processing , 512 operation unit, 514 signal processing unit, 520 photographing lens, 604 output wiring, 606 bump, 608 bump, 610 switch, 612 switch, 614 A / D conversion circuit, 616 A / D conversion circuit, 620 reset transistor, 622 Amplification transistor, 624 selection transistor, 626 transfer transistor, 628 transfer transistor, 630 transfer transistor, 632 transfer transistor, 634 transfer transistor, 636 transfer transistor, 638 Transfer transistor, 640 Transfer transistor, 642 Select transistor, 654 Image sensor, 655 unit group, 656 pixel unit
Claims (4)
前記領域毎の複数の出力部から出力された複数の信号が入力され、前記領域からの信号を複数の信号変換部へ出力する複数の入力部と、前記複数の入力部と前記複数の信号変換部との間に設けられ、前記領域毎の複数の出力部から出力された信号が入力される前記信号変換部を選択する複数の選択部とを有し、前記撮像部に積層されている信号処理部と
を備え、
前記撮像部は、
前記複数の領域として、第1領域および第2領域とを有し、
前記複数の出力部として、前記第1領域からの第1信号を出力する第1出力部および第2出力部と、前記第2領域からの第2信号を出力する第3出力部および第4出力部と、を有し、
前記信号処理部は、
前記複数の入力部として、前記第1信号が入力される第1入力部および第2入力部と、前記第2信号が入力される第3入力部および第4入力部と、を有し、
前記複数の選択部として、前記第1入力部および前記第3入力部に接続し、前記第1信号を出力する状態と、前記第2信号を出力する状態とを有する第1選択部と、前記第2入力部および前記第4入力部に接続し、前記第1信号を出力する状態と、前記第2信号を出力する状態とを有する第2選択部と、を有する電子機器。 A plurality of regions having a plurality of light receiving units, an imaging region in which imaging conditions of light incident on the plurality of light receiving units can be set for each region, and a plurality of output units for outputting signals from the regions; An imaging unit having
A plurality of signals output from a plurality of output units for each region are input, a plurality of input units that output signals from the region to a plurality of signal conversion units, the plurality of input units, and the plurality of signal conversions And a plurality of selection units that select the signal conversion unit to which signals output from the plurality of output units for each region are input, and are stacked on the imaging unit A processing unit,
The imaging unit
The plurality of regions include a first region and a second region,
As the plurality of output units, a first output unit and a second output unit that output a first signal from the first region, and a third output unit and a fourth output that output a second signal from the second region. And
The signal processing unit
The plurality of input units include a first input unit and a second input unit to which the first signal is input, and a third input unit and a fourth input unit to which the second signal is input,
The first selection unit connected to the first input unit and the third input unit as the plurality of selection units and having a state of outputting the first signal and a state of outputting the second signal; An electronic apparatus having a second selection unit connected to a second input unit and the fourth input unit and having a state of outputting the first signal and a state of outputting the second signal .
第2選択部は、前記第1信号と前記第2信号の両方を出力する状態と、前記第1信号も前記第2信号も出力しない状態とを有する
請求項1記載の電子機器。 The first selecting unit, possess a state of outputting both said first signal and said second signal, and a state in which the first signal nor also output the second signal,
The second selection unit, an electronic apparatus of claim 1 further comprising a state of outputting both said first signal and said second signal, and a state in which the first signal nor also outputs the second signal.
前記複数の信号変換部として、前記第1選択部から出力された信号および前記第2選択部から出力された信号をデジタル信号に変換する第1信号変換部および第2信号変換部と、を有する
請求項1から3の何れか一項に記載の電子機器。 The signal processing unit
The plurality of signal conversion units include a first signal conversion unit and a second signal conversion unit that convert a signal output from the first selection unit and a signal output from the second selection unit into a digital signal.
The electronic device as described in any one of Claim 1 to 3 .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012128262A JP6119117B2 (en) | 2012-06-05 | 2012-06-05 | Electronics |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012128262A JP6119117B2 (en) | 2012-06-05 | 2012-06-05 | Electronics |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013255035A JP2013255035A (en) | 2013-12-19 |
JP6119117B2 true JP6119117B2 (en) | 2017-04-26 |
Family
ID=49952234
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012128262A Active JP6119117B2 (en) | 2012-06-05 | 2012-06-05 | Electronics |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6119117B2 (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10129477B2 (en) | 2015-08-19 | 2018-11-13 | Google Llc | Smart image sensor having integrated memory and processor |
US10720465B2 (en) | 2016-03-31 | 2020-07-21 | Nikon Corporation | Image sensor and image capture device |
JP7039237B2 (en) * | 2017-09-29 | 2022-03-22 | キヤノン株式会社 | Imaging device, imaging system, mobile body, circuit chip |
JP6929750B2 (en) | 2017-09-29 | 2021-09-01 | キヤノン株式会社 | Imaging device, imaging system, moving object |
JP2019140636A (en) * | 2018-02-15 | 2019-08-22 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Imaging device |
JP2020014110A (en) | 2018-07-18 | 2020-01-23 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Solid-state imaging device, imaging apparatus, and control method of solid-state imaging device |
WO2024042896A1 (en) * | 2022-08-25 | 2024-02-29 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Optical detection element and electronic device |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001008104A (en) * | 1999-06-23 | 2001-01-12 | Fuji Photo Film Co Ltd | Wide dynamic range image pickup device |
JP2003037780A (en) * | 2001-07-24 | 2003-02-07 | Fuji Photo Film Co Ltd | Image data acquisition method and device |
JP2003198956A (en) * | 2001-12-21 | 2003-07-11 | Canon Inc | Image pickup device and control method therefor |
JP2005184634A (en) * | 2003-12-22 | 2005-07-07 | Renesas Technology Corp | Image pickup device |
JP4423112B2 (en) * | 2004-06-01 | 2010-03-03 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device and imaging system |
JP4380439B2 (en) * | 2004-07-16 | 2009-12-09 | ソニー株式会社 | Data processing method, data processing apparatus, semiconductor device for detecting physical quantity distribution, and electronic apparatus |
JP2008235478A (en) * | 2007-03-19 | 2008-10-02 | Nikon Corp | Imaging device |
JP5046787B2 (en) * | 2007-08-10 | 2012-10-10 | キヤノン株式会社 | Imaging system |
JP2010109565A (en) * | 2008-10-29 | 2010-05-13 | Olympus Corp | Solid-state imaging apparatus |
JP2011142556A (en) * | 2010-01-08 | 2011-07-21 | Olympus Corp | Solid-state imaging apparatus |
JP2012060402A (en) * | 2010-09-08 | 2012-03-22 | Panasonic Corp | Solid-state imaging element, drive method of a solid-state imaging element and camera system |
-
2012
- 2012-06-05 JP JP2012128262A patent/JP6119117B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013255035A (en) | 2013-12-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7359166B2 (en) | Image sensor and electronic equipment | |
JP7283520B2 (en) | Electronics | |
US10652495B2 (en) | Imaging sensor and imaging device with column ADC | |
JP6119117B2 (en) | Electronics | |
JP6136103B2 (en) | Imaging device, imaging device, and readout method. | |
JP7070528B2 (en) | Image pickup device and image sensor | |
JP6767306B2 (en) | Imaging device | |
JP2022161127A (en) | Imaging element and imaging device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150521 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160407 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160412 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160613 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161011 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161212 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170228 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170313 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6119117 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |