JP2003224776A - 固体撮像装置、カメラ及び情報処理装置 - Google Patents
固体撮像装置、カメラ及び情報処理装置Info
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Abstract
らの信号をそれぞれ保持する複数のホールド容量7と、
複数のホールド容量7の電荷をそれぞれ転送する複数の
第1スイッチ8と、2列を単位として複数の第1スイッ
チ8の出力間を接続する複数のブロック化信号線9と、
共通信号線11と、複数のブロック化信号線9の電荷を
共通信号線11に転送する複数の第2スイッチ10とを
備える。
Description
エリアセンサ等の固体撮像装置、並びに、それを備える
カメラ及び情報処理装置に関する。
等の固体撮像装置では、それぞれ光電変換素子を含む多
数のセンサセルがライン状又は2次元状に配列されてい
る。各センサセルの出力は、ホールド容量に一旦保持さ
れ、その後、スイッチ用トランジスタを介して共通信号
線上に分配され、これにより共通信号線の電位が変化す
る。そして、共通信号線上の電位はアンプによって増幅
されて出力される。
が存在する他、ライン方向のセンサセルの数分のスイッ
チ用トランジスタのドレイン容量に相当する寄生容量が
存在する。これは、共通信号線には、ライン方向のセン
サセルの数分のスイッチ用トランジスタが接続されてい
ることに起因する。
ールド容量に保持された電荷が共通信号線に分配された
際の共通信号線の電位変化が小さくなる。近年は、固体
撮像装置の太画素化、大判化が進んでおり、これに伴っ
てスイッチ用トランジスタ数の増大(合計ソース容量の
増大)や配線容量の増大により共通信号線の寄生容量が
大きくなる傾向にある。
置が特開平2−268063号公報に開示されている。
図1は、同公報に開示された光電変換装置の構成を示す
図である。この光電変換装置では、2つの光電変換素子
S1、S2に対して1つのMOSトランジスタTH1が
設けられている。したがって、共通の出力信号線SLに
接続されるMOSトランジスタの総数は列数の1/2と
なっており、出力信号線SLの寄生容量の低減が図られ
ている。光電変換素子S1、S2は、MOSトランジス
タTs1、Ts2を介して信号線H1に接続されてい
る。光電変換素子S1、S2の出力は、信号線H1に共
通に接続されているコンデンサC1、C2にそれぞれ蓄
積され、MOSトランジスタTH1を介して出力信号線
SL上に順に分配される。
報に記載された光電変換装置では、ホールド容量として
のコンデンサC1、C2が信号線H1に共通に接続され
ている。そのために、出力信号線SLの寄生容量は小さ
くなるものの、信号線H1の寄生容量が大きくなる。こ
のような不利益は、信号線H1に共通に接続するコンデ
ンサの個数が小さい場合(すなわち、ブロック化の単位
が小さい場合)には軽微であるが、信号線H1に共通に
接続するコンデンサの個数の増加とともに顕在化しう
る。これは、光電変換素子S1、S2が駆動すべき負荷
が増加することを意味し、好ましいことではない。ま
た、コンデンサC1と光電変換素子S1との位置関係
と、コンデンサC2と光電変換素子S2との位置関係と
を同一にすることが困難であるために、光電変換素子S
1についての読み出し経路と、光電変換素子S2につい
ての読み出し経路との同一性を確保することが困難であ
る。
のであり、例えば、光電変換素子を含むセンサセルが駆
動すべき負荷を増大させることなく共通信号線の寄生容
量を低減すること、及び/又は、読み出し経路の同一性
の確保を容易にしつつ共通信号線の寄生容量を低減する
ことを目的とする。
それぞれ光電変換素子を有する複数のセンサセルが配列
された固体撮像装置に係り、該固体撮像装置は、前記複
数のセンサセルからの信号をそれぞれ保持する複数のホ
ールド容量と、前記複数のホールド容量の信号をそれぞ
れ転送する複数の第1スイッチと、所定数を単位として
前記複数の第1スイッチの出力間を接続する複数のブロ
ック化領域と、共通信号線と、前記複数のブロック化領
域の電荷を前記共通信号線に転送する複数の第2スイッ
チとを備えることを特徴とする。
固体撮像装置は、前記共通信号線上に現れる信号を増幅
する容量帰還形アンプを更に備えることが好ましい。こ
こで、前記容量帰還形アンプは、例えば、入力端が前記
共通信号線に接続された差動アンプと、前記差動アンプ
の前記入力端と出力端との間に接続された帰還容量とを
含む。
複数のセンサセルの配列は、有効画素部とオプティカル
ブラック部とを含み、前記有効画素部と前記オプティカ
ルブラック部とは、互いに異なるブロックに属すること
が好ましい。
所定数は、前記複数のホ−ルド容量が配列されている方
向の前記オプティカルブラック部の数の公約数であるこ
とが好ましい。
固体撮像装置は、前記所定数を単位とするブロックごと
に、前記ブロック化領域を共有する前記所定数のホ−ル
ド容量の信号の総和に対応する信号を前記共通信号線に
転送するように、前記複数の第1スイッチを制御する制
御回路を更に備えることが好ましい。
複数のセンサセルは、水平方向及び垂直方向に2次元状
に配列されてもよく、この場合において、前記固体撮像
装置は、前記複数のセンサセルの配列における各行につ
いて、前記所定数の列を単位とするブロックごとに、前
記所定数のセンサセルからの読み出し信号の総和に相当
する信号が得られるように、制御を実行する制御回路を
更に備えることが好ましい。
固体撮像装置は、センサセルの信号が所定の順番で読み
出されるように、前記複数の第1スイッチ及び前記複数
の第2スイッチを制御する走査回路を更に備えることが
好ましい。
走査回路は、共通のパルスによって、同じブロック化信
号線に接続される複数の前記第1スイッチのうち最初の
前記第1スイッチ及び前記第2スイッチがオンになり、
最後の前記第1スイッチがオンになるタイミングに応じ
て、前記第2スイッチがオフになるように構成されてい
ることが好ましい。
固体撮像装置は、信号の読み出し対象のセンサセルにつ
いての前記ブロック化領域に接続された前記第2スイッ
チを開いて当該ブロック化領域と前記共通信号線とをリ
セットした後に、当該センサセルについての前記第1ス
イッチを開いて当該センサセルの信号を読み出すよう
に、リセット動作及び信号の読み出し動作を制御する駆
動回路を更に備えることが好ましい。
第1のスイッチと前記センサセルとの間に前記センサセ
ルからの信号をクランプするクランプ回路を更に備える
ことが好ましい。
固体撮像装置は、前記所定数を単位とするブロックごと
に、前記複数の第2のスイッチをオフ状態にし、かつ、
前記複数の第1のスイッチをオン状態にし、前記ブロッ
ク化領域を共有する前記所定数のホ−ルド容量間におい
て、信号を平均化し、前記平均化されたホールド容量の
信号を順次もしくはブロック単位、もしくは数ビットご
とに読み出すよう、前記複数の第1スイッチおよび第2
のスイッチを制御する制御回路を更に備えることが望ま
しい。
固体撮像装置は、前記複数のセンサセルは、水平方向及
び垂直方向に2次元状に配列されており、前記固体撮像
装置は、前記複数のセンサセルの配列における各行につ
いて、前記所定数の列を単位とするブロックごとに、前
記所定数のセンサセルからの読み出し信号の平均値に相
当する信号が得られるように、制御を実行する制御回路
を更に備えることが望ましい。
メラに係り、前記固体撮像装置と、前記固体撮像装置に
よって撮像された画像を処理するプロセッサとを備える
ことを特徴とする。
と、前記固体撮像装置によって撮像された画像を処理す
るプロセッサとを備えることを特徴とする。
の固体撮像装置について説明する。なお、この実施の形
態は、本発明をエリアセンサに適用した例であるが、本
発明は、ラインセンサにも適用することができる。
撮像装置の構成を示す図である。なお、ここでは、説明
の簡単化のため、4行4列の2次元配列を有する固体撮
像装置を説明するが、本発明は、さらに多くの画素を有
する固体撮像装置にも当然に適用することができる。
2−12、2−13、2−14、2−21、2−22、
2−23、2−24、2−31、2−32、2−33、
2−34、2−41、2−41、2−42、2−43、
2−44)が4行4列に配置されている。図3に例示的
に示すように、各センサセル2は、例えば、信号転送ト
ランジスタ41、フォトダイオード(光電変換素子)4
2、リセットトランジスタ43で構成されうる。フォト
ダイオード42に入射する光によってフォトダイオード
42に生じる電荷信号は、信号転送トランジスタ41を
介して電圧信号として垂直信号線5に転送される。リセ
ットトランジスタ43は、例えば垂直走査回路4等から
供給されるリセット信号30に従ってフォトダイオード
42をリセットする。
直走査回路4が選択信号線3(3−1、3−2、3−
3、3−4)のうち該当する選択信号線をアクティブレ
ベル(Hレベル)にすることにより選択される。垂直走
査回路4は、センサセル2からの信号の読み出し時に、
制御回路14からの制御信号VCONに従って4本の選
択信号線3を順にアクティブレベルにすることにより垂
直方向の走査を行う。
線のアクティベーション)に先立って、MOSトランジ
スタ等で構成されるリセット回路1(1−1、1−2、
1−3、1−4)を制御する垂直リセット信号VRST
をアクティブレベル(Hレベル)にするとともに、MO
Sトランジスタ等で構成される転送トランジスタ6(6
−1、6−2、6−3、6−4)を制御する転送信号線
TRANをアクティブレベル(Hレベル)にすることに
より、垂直信号線5(5−1、5−2、5−3、5−
4)及びホールド容量7(7−1,7−2、7−3、7
−4)がリセットされる。
ブレベルになり、転送トランジスタ41(図3参照)が
オンすると、センサセル(例えば、2−11、2−1
2、2−13、2−14)によって垂直信号線5(5−
1、5−2、5−3、5−4)が駆動され、垂直信号線
5に電圧信号が転送される。
5−4)上に現れる電圧信号は、転送トランジスタ6
(6−1、6−2、6−3、6−4)を介して、信号線
19(19−1、19−2、19−3、19−4)に一
端(信号端子)が接続されたホールド容量7(7−1,
7−2、7−3、7−4)に保持される。なお、各ホー
ルド容量7の他端には、例えば接地電位が与えられる。
電荷は、MOSトランジスタ等で構成される第1スイッ
チ8−1、8−2を介して、ブロック化された水平信号
線(ブロック化領域)9−1上に分配される。すなわ
ち、ホールド容量7−1、7−2に保持された電荷は、
ホールド容量7−1、7−2の信号端子が接続された信
号線19−1、19−2上に見える容量とブロック化水
平信号線9−1の寄生容量との間で分配され、これによ
りブロック化水平信号線9−1上にはホールド容量7−
1又は7−2に保持された電荷に対応する電位が現れ
る。なお、ホールド容量7−1、7−2に保持された電
荷を同時にブロック化水平信号線9−1に分配すること
はできないので、第1スイッチ8−1、8−2は、異な
るタイミングでオンされる。ブロック化水平信号線9−
1の寄生容量には、配線容量の他、第1スイッチ8−
1、8−2のソース容量や、第2スイッチ10−1のド
レイン容量等が含まれる。
持された電荷は、MOSトランジスタ等で構成される第
1スイッチ8−3、8−4を介して、ブロック化された
水平信号線(ブロック化領域)9−2上に分配される。
すなわち、ホールド容量7−3、7−4に保持された電
荷は、ホールド容量7−3、7−4の信号端子が接続さ
れた信号線19−3、19−4上に見える容量とブロッ
ク化水平信号線9−2の寄生容量との間で分配され、こ
れによりブロック化水平信号線9−2上にはホールド容
量7−3又は7−4に保持された電荷に対応する電位が
現れる。なお、ホールド容量7−3、7−4に保持され
た電荷を同時にブロック化水平信号線9−2に分配する
ことはできないので、第1スイッチ8−3、8−4は、
異なるタイミングでオンされる。ブロック化水平信号線
9−2の寄生容量には、配線容量の他、第1スイッチ8
−3、8−4のソース容量や、第2スイッチ10−2の
ドレイン容量等が含まれる。
−1上に現れる電荷は、第2スイッチ10−1を介して
更に共通水平信号線11上に分配される。すなわち、ホ
ールド容量7−1(又は7−2)に保持された電荷は、
第1スイッチ8−1(又は8−2)及び第2スイッチ1
0−1を介して、ホールド容量7−1(又は7−2)の
信号端子が接続された信号線19−1(又は19−2)
上に見える容量、ブロック化水平信号線9−1の寄生容
量、水平信号線11の寄生容量で分配される。これによ
り、ホールド容量7−1(又は7−2)に保持された電
荷に対応する電位が、共通水平信号線11上に現れる。
信号線9−2上に現れる電荷は、第2スイッチ10−2
を介して更に共通水平信号線11上に分配される。すな
わち、ホールド容量7−3(又は7−4)に保持された
電荷は、第1スイッチ8−3(又は8−4)及び第2ス
イッチ10−2を介して、ホールド容量7−3(又は7
−4)の信号端子が接続された信号線19−3(又は1
9−4)上に見える容量、ブロック化水平信号線9−2
の寄生容量、水平信号線11の寄生容量で分配される。
これにより、ホールド容量7−3(又は7−4)に保持
された電荷に対応する電位が、共通水平信号線11上に
現れる。
ンサセル2のアレイ(或いは、第1スイッチ8)を2列
単位でブロック化し、各ブロックのブロック化水平信号
線9−1、9−2をそれぞれ第2スイッチ10−1、1
0−2を介して共通水平信号線11に接続している。し
たがって、共通水平信号線11上に見えるスイッチ(ト
ランジスタ)の寄生容量は、4列の1/2である2列分
のスイッチ10−1及び10−2の寄生容量となる。さ
らに言えば、2つのブロックへのブロック化(分割)に
より、共通水平信号線11上に見えるスイッチの寄生容
量を1/2に低減することができる。
イ(或いは、第1スイッチ)を2列単位で2分割してい
るが、これは説明の簡単化のためであることに留意され
たい。この原理を一般化すると、n列単位でセンサセル
アレイ(或いは、第1スイッチ)をブロック化すると
(n分割すると)、共通水平信号線11上に見えるスイ
ッチの寄生容量は、分割しない場合の1/nになる。
は、第1スイッチ)をブロック化或いは分割するという
表現を用いているが、別の表現を用いるなら、共通水平
信号線の分割ということもできる。
号線11上に見える寄生容量を大幅に低減することがで
きる。これにより、ホールド容量7に保持された電荷を
共通水平信号線11に分配した際の共通水平信号線11
の電位変化を大きくすることができる。これは、ホール
ド容量7からの読み出しゲインを大きくし、SN比を向
上させることができることを意味する。
チ6(例えば、6−1)と第1スイッチ8(例えば、8
−1)との間の信号線19(例えば、19−1)の間に
それぞれ当該列のホールド容量7(例えば、7−1)の
みを配置している。したがって、信号線19の配線長を
短くすることができる。これにより、信号線19の寄生
容量を小さくし、また、読み出し経路間(列間)の構造
の同一性を容易に確保することができる。
例えば、8列に対して共通の垂直方向の信号線H1を配
置する場合、信号線H1に対して8個のコンデンサを配
置し、さらに、該8個のコンデンサと接地線との間にト
ランジスタ(例えば、Tr1、Tr2)を配置するとと
もにそれらを制御するための信号線(例えば、φc1、
φc2)等を配置する必要があるので、信号線H1の配
線長が長くなり、寄生容量等の負荷が増大する。そのた
め、光電変換素子(例えば、S1、S2)が駆動すべき
負荷が増大する。また、図1に示す従来の構成では、信
号線H1に共通に接続するコンデンサの個数の増大に伴
って、読み出し経路間(列間)の構造の同一性を確保す
ることが困難である。
量帰還形アンプ20によって増幅され出力される。容量
帰還形アンプ20は、例えば、差動アンプ21と、その
反転入力端子(−)と出力端子VOUTとの間に並列接
続された帰還容量22と、帰還容量22に並列接続され
たリセット用トランジスタ23とで構成される。差像ア
ンプ21の非反転入力端子(+)には、基準電圧VRE
Fが与えられる。
例えば電圧読出形アンプを採用することもできるが、容
量帰還形アンプ20を採用することがより好ましい。容
量帰還形アンプを採用した場合、ホールド容量7と帰還
容量22のみによって読出しゲインが決定されるので、
ブロック化水平信号線9−1、9−2の寄生容量のばら
つきの影響を排除することができる。ここで、ホールド
容量7の値をCT、帰還容量22の値をCFとすると、
アンプ20の出力電圧VOUTは、次式で示される。
ック化水平信号線9−1、9−2の寄生容量のばらつき
により、共通水平信号線11上に現れる電位がブロック
間でばらつき、この電位を増幅した電圧読出形アンプの
出力もブロック間でばらつく可能性がある。
によって選択された行のセンサセル2の出力信号がホー
ルド容量6に転送された後における第1スイッチ8及び
第2スイッチ10の制御について説明する。
及び容量帰還形アンプ20をリセットするリセット信号
HRSTは制御回路14により、第1スイッチ8−1、
8−2、8−3、8−4をそれぞれを制御する第1転送
制御信号T1−1、T1−2、T1−3、T1−4及び
第2スイッチT2−1、T2−2をそれぞれ制御する第
2転送制御信号T2−1、T2−2は水平走査回路13
により生成される。水平走査回路13は、制御回路14
が発生する制御信号HCONにより制御される。
ィブレベル(Hレベル)にされ、第1ブロックのための
第2スイッチ10−1がオンされる。その後、所定周期
のパルス信号であるリセット信号HRSTのHパルスの
間、リセット用トランジスタ12がオンする。これによ
り、共通水平信号線11及びブロック化水平信号線9−
1がリセットされるとともに、容量帰還形アンプ20が
リセットされる。
だけアクティブレベル(Hレベル)にされ、第1列のた
めの第1スイッチ8−1がオンされる。これにより、第
1列のホールド容量7−1に保持されていた電荷がブロ
ック化水平信号線9−1及び共通水平信号線11に分配
されつつ、その電荷が容量帰還形アンプ20により電圧
信号VOUTとして読み出される。
の間、リセット用トランジスタ12がオンする。これに
より、共通水平信号線11及びブロック化水平信号線9
−1がリセットされるとともに、容量帰還形アンプ20
がリセットされる。
だけアクティブレベル(Hレベル)にされ、第2列のた
めの第1スイッチ8−2がオンされる。これにより、第
2列のホールド容量7−2に保持されていた電荷がブロ
ック化水平信号線9−1及び共通水平信号線11に分配
されつつ、その電荷が容量帰還形アンプ20により電圧
信号VOUTとして読み出される。
ティブレベル(Lレベル)にされ、第1ブロックのため
の第2スイッチ10−1がオフされる。これにより、第
1ブロックについての読み出し動作が終了する。
ブレベル(Hレベル)にされ、第2ブロックのための第
2スイッチ10−2がオンされる。その後、リセット信
号HRSTのHパルスの間、リセット用トランジスタ1
2がオンする。これにより、共通水平信号線11及びブ
ロック化水平信号線9−1がリセットされるとともに、
容量帰還形アンプ20がリセットされる。
だけアクティブレベル(Hレベル)にされ、第3列のた
めの第1スイッチ8−3がオンされる。これにより、第
3列のホールド容量7−3に保持されていた電荷がブロ
ック化水平信号線9−2及び共通水平信号線11に分配
されつつ、その電荷が容量帰還形アンプ20により電圧
信号VOUTとして読み出される。
の間、リセット用トランジスタ12がオンする。これに
より、共通水平信号線11及びブロック化水平信号線9
−1がリセットされるとともに、容量帰還形アンプ20
がリセットされる。
だけアクティブレベル(Hレベル)にされ、第4列のた
めの第1スイッチ8−4がオンされる。これにより、第
4列のホールド容量7−4に保持されていた電荷がブロ
ック化水平信号線9−2及び共通水平信号線11に分配
されつつ、その電荷が容量帰還形アンプ20により電圧
信号VOUTとして読み出される。
ティブレベル(Lレベル)にされ、第2ブロックのため
の第2スイッチ10−1がオフされる。これにより、第
2ブロックについての読み出し動作が終了する。
の動作の後、制御回路14がリセット信号VRST及び
転送信号TRANをアクティブレベル(Hレベル)にす
ることにより、垂直信号線5及びホールド容量7をリセ
ットする。その後、垂直走査回路4が次の行の選択信号
線3をアクティブレベル(Hレベル)にし、当該行のセ
ンサセル2の出力信号がホールド容量7に転送される。
その後、当該行について、図4に示す手順に従って読み
出し動作が実行される。
センサセル2の出力信号をブロックごとに合算した信号
を出力する加算機能を有する。すなわち、この固体撮像
装置は、ブロック化水平信号線9−1(又は9−2)を
共有するホールド容量7−1及び7−2(又は、7−3
及び7−4)に保持される電荷の総和に対応する電荷を
ブロック化水平信号線9−1(又は9−2)に分配し、
これによりセンサセル2−x1及び2−x2(又は、2
−x3及び2−x4)(xは、1〜4のいずれか)の出
力信号の総和(すなわち、各ブロックにおける行方向の
画素の値の総和)を出力する加算機能を有する。
送制御信号及び第2転送制御信号等のタイミングを示す
図である。水平走査回路13は、制御回路14が発生す
る制御信号HCONによって加算動作の指令を受ける
と、図5に示すような第1転送制御信号T1−1、T1
−2、T1−3、T1−4、第2転送制御信号T2−
1、T2−2を制御することにより、加算動作を制御す
る。すなわち、第1転送制御信号T1−1及びT1−2
(T1−3及びT1−4)を同時にアクティブレベルに
して第1スイッチ8−1及び8−2(8−3及び8−
4)を同時にオンにすることにより、加算動作が実現さ
れる。これにより、加算用の特別な演算器を設けること
なく、しかも、高速に加算動作を行うことができる。
実施の形態では2)で割ることにより、当該ブロックに
おける各行の画素値の平均値を得ることができる。この
ような平均値を演算する機能については、後述の応用例
において更に述べる。
組み込んだカメラの概略構成を示す図である。なお、こ
のカメラは、銀塩カメラに対立する概念として、一般的
に電子カメラと呼ばれ、これにはスチルカメラ、ムビー
カメラ、又は、それらの機能を混載したカメラ等が含ま
れる。また、このカメラは、例えば、パーソナルコンピ
ュータや携帯端末等の情報処理装置にその一部として組
み込まれてもよい。
により被写体像が固体撮像装置100上に結ばれる。固
体撮像装置100の出力は、プロセッサ(画像処理部)
120に供給される。プロセッサ120に供給される信
号は、アナログ信号(例えば、前述のVOUT又はそれ
を処理した信号)であってもよいし、そのようなアナロ
グ信号をA/D変換したデジタル信号であってもよい。
から供給される信号に画像処理を施して表示装置140
に供給したり、記憶メディア130に記録したりする。
表示装置140は、撮影・再生に関する各種の情報を表
示する情報提供部として、及び、ビューファインダーと
して機能しうる。
機能や焦点調節機能等を備える。これらの機能は周知の
技術に基づいて設計することができるので、ここでは詳
細な説明を省略する。
における前述の加算機能(ブロック単位で行方向の画素
の値を合算する機能)を利用して所定個数の画素の平均
値を演算するための平均化処理部121を備えている。
を利用して低解像度モードを実現している。これを図7
を参照して説明する。図7(a)は、高解像度モードで
撮像される画像を概念的に示している。なお、ここで
も、簡単化のため、図2に示す例に従い、固体撮像装置
100が4行4列の画素(センサセル)を有するものと
する。高解像度モードでは、図7(a)に示すように、
4行4列の画素からなる画像が撮像される。
て説明したように、ブロック単位で行方向の画素の値が
合算されるので、図7(b)に模式的に示すような画像
が固体撮像装置100から出力される。ここで、図7
(a)及び(b)において全く同一の被写体が全く同一
の条件で撮像されたとすると、画素211は、画素20
1と画素202の値を合算した画素値を有し、画素21
2は、画素203と画素204の値を合算した画素値を
有する。
素212の画素値に基づいて、4画素(画素201〜2
04に相当する位置の4画素)の画素値の平均値を演算
する。
素211、213、215、217の値(2画素の合算
値)のみを固体撮像装置100から読み出して、それら
をそれぞれ2で割り、その結果を画素221、222、
223、224の値とすることもできる。
ア130に記録すべき画像として低解像度(低画素数)
の画像を撮像するモードとして有用であるばかりでな
く、例えば、表示装置140に供給すべきビューファイ
ンダー用の画像を得るためにも有用である。
機能を利用することにより、平均化処理或いは低解像度
化処理を単純な演算で高速に実行するこができる。
た信号を直接読み出す方法について述べる。前述の実施
の形態は、加算された信号を信号処理ブロックの平均処
理ブロックで処理する例である。
単位とするブロックごとに、前記複数の第2のスイッチ
をOFF状態にし、かつ、前記複数の第1のスイッチをON
状態にし、前記ブロック化信号線を共有する前記所定数
のホ−ルド容量間において、信号電荷を平均化する。
走査回路を用いて、ブロック毎に平均化された信号が保
持されているホールド容量の信号を順次読み出す。この
場合、1ブロックについて1ホールド容量から信号を読
み出せば情報としては十分であるため、実質的には読み
飛ばし走査(数列おきに読み出す)をする。
信号読出し時間もブロック化した分だけ短縮することが
可能である。具体的には、1ブロック当たり8列共通に
すれば、1フレーム当たりの信号読出し時間を1/8に短
縮できる。
理の処理時間を軽減できるという効果がある。また、加
算出力の場合、低輝度を多く含む画像においては、より
信号ゲインが上がるため好適であるのに対し、高輝度を
多く含む画像においては、すぐ飽和出力に達してしまい
ダイナミックレンジ的には不適である。
ゲインは通常撮影と同様であり、ダイナミックレンジが
必要とされる高輝度を多く含む画像などにおいて好適で
ある。
像装置100の全ての画素を有効画素として利用される
ものとして説明したが、以下では、より現実的な応用例
としてセンサセルが配列された領域(センサセルアレイ
領域)の一部をオプティカルブラック部として使用する
例を説明する。
セルアレイ領域は、オプティカルブラックレベルを検出
するためのオプティカルブラック部(OB)部210
と、有効画素領域220とを含んでいる。ここで、OB
部210の列数N1の公約数をブロック単位(すなわ
ち、各ブロックの列数)とすることが好ましい。また、
有効画素部220の列数N2は、OB部210の列数の
倍数(この場合、有効画素部220の列数N2の公約数
がブロック単位に一致する)とすることが好ましい。
B部210と有効画素部220との境界が位置しないの
で、ブロック単位での画像処理が容易になり、例えばプ
ロセッサ120における処理が簡略化される。
を例示的に説明する。図9は、水平走査回路13の具体
的な構成例を示す図である。なお、ここでは、より実際
的な例を説明するために1ブロックが8列で構成される
場合について説明する。
ブロック(センサセル2のアレイの1ブロック)につい
て1個のシフトレジスタ301を直列に接続して構成さ
れている。初段のシフトレジスタ301には、所定のパ
ルス信号PSが入力され、これに応じてシフト動作を開
始し、OUT端子から所定のパルス信号を出力し次段の
シフトレジスタ301に入力する。各シフトレジスタ3
01は、該当するブロックを選択するためのBxSEL
(xは、1、2、3・・・)を出力する。BxSEL
は、図2では、第2スイッチ(10−1、10−2)を
選択するための転送制御信号(T2−1、T2−2)に
相当する。また、各シフトレジスタ301は、該当する
ブロック内における列を選択するためのCxSEL<
1:8>(xは、1、2、3・・・)を出力する。Cx
SEL<1:8>は、図2では、第1スイッチ(例え
ば、8−1、8−2を選択するための転送制御信号(例
えば、T1−1、T1−2)に相当する。
例を示す図である。各シフトレジスタ301は、4組の
2ビットシフトレジスタ401を直列接続して構成され
る。これらの4つの2ビットシフトレジスタ401によ
り、CxSEL<1:8>に相当するC_SEL1〜C
_SEL8が出力される。また、各シフトレジスタ30
1は、該当するブロック(該当する第2スイッチ)を選
択するための転送制御信号BxSELに相当するB_S
ELを発生するブロック制御回路402を有する。
トシフトレジスタ401に対する入力信号の活性化に同
期してB_SELをHレベルに活性化し、最終段の2ビ
ットシフトレジスタ401の出力信号に同期してB_S
ELをLレベルに非活性化する。図11は、各2ビット
シフトレジスタ401の構成例を示す図である。
路13の動作を示すタイミングチャートである。
チ10−1、10−2を介してブロック化水平信号線9
−1、9−2を共通水平信号線11に接続する例であ
る。これを1段階のブロック化と考えることができる。
そして、本発明は、2段階以上のブロック化にも適用す
ることができる。
適用した固体撮像装置の構成を示す図である。なお、図
13では、作図の関係上、光電変換素子2、垂直走査回
路4、水平走査回路13、アンプ20、制御回路14等
は省略されている。
−1、9−2・・・及び第1スイッチ8−1、8−2・
・・によって所定数(ここでは4)の列を単位として第
1段階のブロック化を行い、更に、第2ブロック化水平
信号線31−1、31−2及び第2スイッチ10−1、
10−2によって所定数(ここでは2)の第1ブロック
化水平信号線9−1、9−2・・・を単位として第2段
階のブロック化を行い、更に、第3スイッチ30−1、
30−2・・・を介して第2ブロック化水平信号線31
−1、31−2・・・が共通水平信号線11に接続され
ている。
階以上のブロック化を行ってもよい。
により、共通水平信号線11上に見える寄生容量の低減
効果を更に高めることができる。
らず、例えば、図14のような構成の固体撮像装置にも
適用されうる。
装置の転送トランジスタ6の前段にクランプ回路(垂直
信号線5に直列に接続された容量61と、容量61と転
送トランジスタ6との間に並列に接続された一方の端子
が所定の電位に接続されているスイッチトランジスタ6
2)を配置した構成である。また、1画素の構成は、図
15のような構成である。
フォトダイオ−ド、52はゲ−トの電荷を増幅して垂直
信号線5に出力する増幅手段である増幅トランジスタ、
53はフォトダイオ−ドで発生した電荷を増幅トランジ
スタのゲ−トに転送するための転送手段である転送トラ
ンジスタ、54は増幅トランジスタのゲ−トをリセット
するためのリセット手段であるリセットトランジスタ、
55は、信号を出力する画素を選択するための選択手段
である選択トランジスタである。また、図14の65
は、図15で説明した増幅トランジスタ52とソースフ
ォロワ回路を構成する負荷手段である負荷トランジスタ
である。
て説明する。まず、増幅トランジスタのゲ−トをリセッ
トすることにより生じるリセット信号をクランプ回路で
クランプし、その後、転送トランジスタ53をオンにす
ることにより、フォトダイオ−ドの電荷を増幅トランジ
スタのゲ−トへ転送し、増幅トランジスタから出力され
た光電変換信号をクランプ回路へ出力する。
素毎に生じる固定パタ−ンノイズ、ランダムノイズが除
去された信号が容量7へ保持される。
固体撮像装置と同じである。
画素毎に生じる固定パタ−ンノイズ、ランダムノイズを
抑制することが可能となる。
うな回路構成にも適用されうる。図16は、垂直方向の
1列毎に異なる水平信号線へ出力する構成となってい
る。ここで、点線で囲んだ部分70は、同一の構成であ
る。また、動作は、図14の固体撮像装置と同じであ
る。
り、画素数が多い場合であっても、読み出しスピードを
遅くせずにすむ。
を含むセンサセルが駆動すべき負荷を増大させることな
く共通信号線の寄生容量を低減すること、及び/又は、
読み出し経路の同一性の確保を容易にしつつ共通信号線
の寄生容量を低減することができる。
或いはSN比で画像信号を読み出すことができる。
成を示す図である。
図である。
制御例を示す図である。
概略構成を示す図である。
明する図である。
を概念的に示す図である。
る。
る。
る。
グチャートである。
成を示す図である。
置の構成を示す図である。
Claims (15)
- 【請求項1】 それぞれ光電変換素子を有する複数のセ
ンサセルが配列された固体撮像装置であって、 前記複数のセンサセルからの信号をそれぞれ保持する複
数のホールド容量と、 前記複数のホールド容量の信号をそれぞれ転送する複数
の第1スイッチと、 所定数を単位として前記複数の第1スイッチの出力間を
接続する複数のブロック化領域と、 共通信号線と、 前記複数のブロック化領域の信号を前記共通信号線に転
送する複数の第2スイッチと、 を備えることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項2】 前記共通信号線上に現れる信号を増幅す
る容量帰還形アンプを更に備えることを特徴とする請求
項1に記載の固体撮像装置。 - 【請求項3】 前記容量帰還形アンプは、 入力端が前記共通信号線に接続された差動アンプと、 前記差動アンプの前記入力端と出力端との間に接続され
た帰還容量と、 を含むことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装
置。 - 【請求項4】 前記複数のセンサセルの配列は、有効画
素部とオプティカルブラック部とを含み、前記有効画素
部と前記オプティカルブラック部とは、互いに異なるブ
ロックに属することを特徴とする請求項1乃至請求項3
のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 【請求項5】 前記所定数は、前記複数のホ−ルド容量
が配列されている方向の前記オプティカルブラック部の
数の公約数であることを特徴とする請求項4に記載の固
体撮像装置。 - 【請求項6】 前記所定数を単位とするブロックごと
に、前記ブロック化領域を共有する前記所定数のホ−ル
ド容量の信号の総和に対応する信号を前記共通信号線に
転送するように、前記複数の第1スイッチを制御する制
御回路を更に備えることを特徴とする請求項1乃至請求
項5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 【請求項7】 前記複数のセンサセルは、水平方向及び
垂直方向に2次元状に配列されており、 前記固体撮像装置は、前記複数のセンサセルの配列にお
ける各行について、前記所定数の列を単位とするブロッ
クごとに、前記所定数のセンサセルからの読み出し信号
の総和に相当する信号が得られるように、制御を実行す
る制御回路を更に備えることを特徴とする請求項1乃至
請求項5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 【請求項8】 センサセルの信号が所定の順番で読み出
されるように、前記複数の第1スイッチ及び前記複数の
第2スイッチを制御する走査回路を更に備えることを特
徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の
固体撮像装置。 - 【請求項9】 前記走査回路は、 共通のパルスによって、同じブロック化領域に接続され
る複数の前記第1スイッチのうち最初の前記第1スイッ
チ及び前記第2スイッチがオンになり、 最後の前記第1スイッチがオンになるタイミングに応じ
て、前記第2スイッチがオフになるように、 構成されていることを特徴とする請求項8に記載の固体
撮像装置。 - 【請求項10】 信号の読み出し対象のセンサセルにつ
いての前記ブロック化領域に接続された前記第2スイッ
チを開いて当該ブロック化領域と前記共通信号線とをリ
セットした後に、当該センサセルについての前記第1ス
イッチを開いて当該センサセルの信号を読み出すよう
に、リセット動作及び信号の読み出し動作を制御する駆
動回路を更に備えることを特徴とする請求項1乃至請求
項9のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 【請求項11】 前記第1のスイッチと前記センサセル
との間に前記センサセルからの信号をクランプするクラ
ンプ回路を更に備えることを特徴とする請求項1に記載
の固体撮像装置。 - 【請求項12】 前記所定数を単位とするブロックごと
に、前記複数の第2スイッチをオフ状態にし、かつ、前
記複数の第1スイッチをオン状態にし、前記ブロック化
領域を共有する前記所定数のホ−ルド容量間において、
信号電荷を平均化し、前記平均化されたホールド容量の
信号を順次もしくはブロック単位、もしくは数ビットご
とに読み出すよう、前記複数の第1スイッチおよび第2
のスイッチを制御する制御回路を更に備えることを特徴
とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の固
体撮像装置。 - 【請求項13】 前記複数のセンサセルは、水平方向及
び垂直方向に2次元状に配列されており、 前記固体撮像装置は、前記複数のセンサセルの配列にお
ける各行について、前記所定数の列を単位とするブロッ
クごとに、前記所定数のセンサセルからの読み出し信号
の平均値に相当する信号が得られるように、制御を実行
する制御回路を更に備えることを特徴とする請求項1乃
至請求項5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 【請求項14】 請求項1乃至請求項13のいずれか1
項に記載の固体撮像装置と、 前記固体撮像装置によって撮像された画像を処理するプ
ロセッサと、 を備えることを特徴とするカメラ。 - 【請求項15】 請求項1乃至請求項13のいずれか1
項に記載の固体撮像装置と、 前記固体撮像装置によって撮像された画像を処理するプ
ロセッサと、 を備えることを特徴とする情報処理装置。
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