JP2005039742A - Solid state image pickup device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デジタルカメラ等に使用される固体撮像装置に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device used for a digital camera or the like.
従来、この種の固体撮像装置としては、例えば、特許文献1に記載されているようなものがあった。
Conventionally, as this type of solid-state imaging device, for example, there is a device described in
図14は、特許文献1に記載された従来の固体撮像装置の主要部の構成を示すブロック図である。同図の固体撮像装置は、二次元状に配列された複数色の画素を有する画素部104と、垂直走査回路102と、水平走査回路103と、画素部104から読み出された色信号を保持する一時メモリ105と、画素部104から一時メモリ105を介して出力される複数色の色信号を同時化するアンプ・同時化処理回路106とを有している。
FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of a main part of a conventional solid-state imaging device described in
図15は、アンプ・同時化処理回路106から最終的に出力される画素信号を示す。
まず、垂直走査回路102の走査信号ΦH1のタイミングでは、画素部104からG11信号とB21信号とが一時メモリ105に順次読み出され、アンプ・同時化処理回路106を介して同時に出力される。その際、B21信号は、さらに水平走査信号の1クロック期間遅延させるためにS/H(サンプル/ホールド)回路に保持される。
FIG. 15 shows a pixel signal finally output from the amplifier /
First, at the timing of the scanning signal ΦH1 of the
次に、走査信号ΦH2のタイミングでは、画素部104からG22信号とR12信号とが一時メモリ105に順次読み出され、遅延されたB21信号と共にG22信号とR12信号とが、アンプ・同時化処理回路106から同時に出力される。その際、R12信号は、さらに水平走査信号の1クロック期間遅延させるためにS/H回路に保持される。以下、同様に繰り返される。
Next, at the timing of the scanning signal ΦH2, the G22 signal and the R12 signal are sequentially read out from the
このようにして、従来の固体撮像装置は、一時メモリ105に読み出された2つの信号と、1クロック前に読み出された1つの信号とを同時に出力するよう構成されている。その際、一時メモリ105では、垂直2画素分の画素バラツキ補正を可能にしている。
ところで、例えばG11、B21、R12、G22は4つの画素信号により画像における1画素を構成するが、上記従来技術における固体撮像装置によれば、同時化された3つの画素信号の1回分の出力では画像における1画素を構成できない。画像における1画素を構成するためには、固体撮像装置の後段の信号処理において、同時化された3つの画素信号の2回分から画像における1画素を構成する必要がある。それゆえ、固体撮像装置をカメラに実装した場合に、信号処理の高速化ひいてはカメラの高速動作が困難であるという問題がある。 By the way, for example, G11, B21, R12, and G22 constitute one pixel in an image by four pixel signals. However, according to the solid-state imaging device in the above-described prior art, in one output of three synchronized pixel signals, One pixel in the image cannot be constructed. In order to configure one pixel in the image, it is necessary to configure one pixel in the image from two times of the three synchronized pixel signals in the signal processing in the subsequent stage of the solid-state imaging device. Therefore, when a solid-state imaging device is mounted on a camera, there is a problem that it is difficult to increase the speed of signal processing and thus to operate the camera at high speed.
さらに、3画素分の信号を同時化しているものの、そのうち1画素は遅延信号であり1クロック前と同じ信号であるので、実質的には2画素の同時化に過ぎない。この点でも出力動作を高速化するのに適していないという問題がある。 Further, although signals for three pixels are synchronized, one pixel is a delay signal and is the same signal as one clock before, so that it is practically only the synchronization of two pixels. Even in this respect, there is a problem that it is not suitable for speeding up the output operation.
本発明は、信号出力の高速化および後段の信号処理の高速化に適した固体撮像装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device suitable for speeding up signal output and speeding up subsequent signal processing.
上記課題を解決するため、本発明の固体撮像装置は、行列状に設けられ光電変換を行う複数色の画素部を有する撮像部を備える固体撮像装置であって、画像における1画素に相当する複数色の画素部からなる画素群を単位として、当該画素群を構成する画素信号を出力することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a solid-state imaging device according to the present invention is a solid-state imaging device including an imaging unit that is provided in a matrix and has a plurality of color pixel units that perform photoelectric conversion, and corresponds to one pixel in an image. A pixel signal constituting the pixel group is output in units of pixel groups each including a color pixel portion.
ここで、前記画素群は隣接する2行2列にまたがる4つの画素部に相当する構成としてもよい。
この構成によれば、画像における1画素を構成する画素群を単位として出力するので、信号出力の高速化を図ることができる。また、後段の信号処理において、ばらばらに入力された画素信号から画素群を構成する処理が不要になるので、信号処理の高速化を図ることができる。
Here, the pixel group may have a configuration corresponding to four pixel portions extending over two adjacent rows and two columns.
According to this configuration, since the pixel group constituting one pixel in the image is output as a unit, the signal output speed can be increased. Further, in the subsequent signal processing, processing for forming a pixel group from pixel signals that are input in a discrete manner is not necessary, so that the speed of signal processing can be increased.
ここで、前記固体撮像装置は、行及び列を選択する駆動信号を出力する駆動手段と、画素信号を一時的に保持するための2行分のメモリ素子と、撮像部から画素信号を出力する列信号線とメモリ素子との接続を切り替えることにより、前記画素群内の各画素信号をそれぞれメモリ素子に保持させる切り替え手段と、メモリ素子に保持された画素信号を前記画素群を単位として出力する出力手段とを備える構成としてもよい。 Here, the solid-state imaging device outputs a pixel signal from a driving unit that outputs a driving signal for selecting a row and a column, a memory element for two rows for temporarily holding a pixel signal, and an imaging unit. Switching means for holding each pixel signal in the pixel group in the memory element by switching the connection between the column signal line and the memory element, and outputting the pixel signal held in the memory element in units of the pixel group It is good also as a structure provided with an output means.
ここで、前記駆動手段は、2列を単位として列選択信号を順次出力し、前記切り替え手段は、列選択信号に対応する2列のそれぞれから2行に位置する2つの画素をメモリ素子に保持させるよう順次接続を切り替える構成としてもよい。 Here, the driving unit sequentially outputs a column selection signal in units of two columns, and the switching unit holds two pixels located in two rows from each of the two columns corresponding to the column selection signal in the memory element. It is good also as a structure which switches a connection so that it may carry out.
ここで、前記出力手段は、列選択信号に同期して、前記画素群を構成する4つの画素信号を同時に出力する構成としてもよい。
ここで、前記出力手段は、列選択信号に同期して前記画素群を構成する画素信号を2つずつ出力する構成としてもよい。
Here, the output means may be configured to simultaneously output four pixel signals constituting the pixel group in synchronization with a column selection signal.
Here, the output means may output two pixel signals constituting the pixel group in synchronization with a column selection signal.
ここで、前記固体撮像装置は、さらに、出力手段から出力された画素信号のそれぞれを保持するサンプルホールド回路と、サンプルホールド回路に保持された画素信号を多重化するマルチプレクサとを備える構成としてもよい。
この構成によれば、後段の信号処理において、A/Dコンバータを複数個備える必要がないので、従来と同様の信号処理回路を用いることができる。
Here, the solid-state imaging device may further include a sample hold circuit that holds each of the pixel signals output from the output unit, and a multiplexer that multiplexes the pixel signals held in the sample hold circuit. .
According to this configuration, since it is not necessary to provide a plurality of A / D converters in the subsequent signal processing, a signal processing circuit similar to the conventional one can be used.
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法及び固体撮像装置を備えるカメラについても、上記と同様の構成、作用、効果を有する。 Also, the driving method of the solid-state imaging device and the camera including the solid-state imaging device of the present invention have the same configuration, operation, and effect as described above.
本発明の固体撮像装置によれば、画像における1画素を構成する画素群を単位として出力するので、信号出力の高速化を図ることができる。
また、後段の信号処理において、ばらばらに入力された画素信号から画素群を構成する処理が不要になるので、信号処理の高速化を図ることができる。
According to the solid-state imaging device of the present invention, since the pixel group constituting one pixel in the image is output as a unit, the signal output speed can be increased.
Further, in the subsequent signal processing, processing for forming a pixel group from pixel signals that are input in a discrete manner is not necessary, so that the speed of signal processing can be increased.
さらに、画素信号を多重化する信号保持回路を備えることにより、後段の信号処理において、A/Dコンバータを複数個備える必要がなく、従来と同様の信号処理回路を用いることができる。
また、動作速度の遅いタイミング発生部でも高速な信号が得られる。
さらに本発明の固体撮像装置を備えるカメラによれば、高速動作可能にすることができる。
Furthermore, by providing a signal holding circuit for multiplexing pixel signals, it is not necessary to provide a plurality of A / D converters in the subsequent signal processing, and a signal processing circuit similar to the conventional one can be used.
In addition, a high-speed signal can be obtained even in a timing generator with a low operating speed.
Furthermore, according to the camera provided with the solid-state imaging device of the present invention, it can be operated at high speed.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における固体撮像装置の主要部の構成を示すブロック図である。この固体撮像装置は、光電変換する複数の単位画素1を行列状に備える撮像部2と、行選択信号を複数の行選択信号線5に順次出力する行走査回路6と、列選択信号を複数の列選択信号線4に順次出力するタイミング発生回路7と、単位画素群を構成する画素信号を一時保持する行メモリと画素信号の格納先メモリを切り替えるスイッチとを有する画素信号切り替え部8と、画素信号切り替え部8において色単位に行メモリに保持された画素信号を出力信号線Aout、Bout、Cout、Doutに出力する出力部9とを有している。また、図中の破線で示した単位画素群3は、2列2行に並ぶ4つの単位画素1からなる。単位画素群は、A11、B11、C11、D11からなる単位画素群3のように、画像における1画素を構成する4つの単位画素からなる。図中のA、B、C、Dは、例えばベイヤー配列におけるG(緑)、R(赤)、B(青)、G(緑)の各色に対応する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a main part of the solid-state imaging device according to
タイミング発生回路7は、撮像部2の2列毎に列選択信号S1、S2、・・・をシフトレジスタとして出力すると共に、単位画素群内の単位画素から画素信号を順次読み出すように画素信号切り替え部8および出力部9に各種タイミング信号を発生する。このタイミング発生回路7は、撮像部2の1列毎に列選択信号を出力するのでなく2列毎に列選択信号を出力する点で、従来の列走査回路とは異なっている。
The timing generation circuit 7 outputs the column selection signals S1, S2,... As a shift register for every two columns of the
画素信号切り替え部8は、単位切り替え回路81、82、・・・を有する。単位切り替え回路81は、単位画素群3を構成する4つの単位画素(例えばA11、B11、C11、D11)から順次読み出される4つの画素信号を一時保持する。同様に単位切り替え回路82は、単位画素群を構成する4つの単位画素(例えばA12、B12、C12、D12)から得られる4つの画素信号を一時保持する。
The pixel
出力部9は、単位出力回路91、92、・・・を有し、列選択信号に対応する単位画素群を構成する4つの画素信号を、タイミング発生回路7からの列選択信号に同期して出力する。
The output unit 9 includes
図2は、固体撮像装置の出力信号のタイミングを示す図である。同図において、S1は、タイミング発生回路7から出力される列選択信号であり、撮像部2の第1列及び第2列に対応する。同様にS2は撮像部2の第3列及び第4列に対応し、S3は撮像部2の第5列及び第6列に対応する。Aout〜Doutは、出力部9の出力信号線を示す。
FIG. 2 is a diagram illustrating the timing of the output signal of the solid-state imaging device. In the figure,
期間T1では、出力信号線Aoutには単位画素A11の信号が、出力信号線Boutには単位画素B11の信号が、出力信号線Coutには単位画素C11の信号が、出力信号線Doutには単位画素D11の信号が、タイミング発生回路7の列選択信号S1に同期して出力される。以下同様に、期間T2では4つのA12,B12,C12,D12、期間T3ではA13,B13,C13,D13の各画素信号が出力される。 In the period T1, the signal of the unit pixel A11 is output to the output signal line Aout, the signal of the unit pixel B11 is output to the output signal line Bout, the signal of the unit pixel C11 is output to the output signal line Cout, and the unit is output to the output signal line Dout. The signal of the pixel D11 is output in synchronization with the column selection signal S1 of the timing generation circuit 7. Similarly, four pixel signals A12, B12, C12, and D12 are output in the period T2, and A13, B13, C13, and D13 are output in the period T3.
図3は、画素信号切り替え部8内の単位切り替え回路81と出力部9内の単位出力回路91の構成例を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the
同図のように単位切り替え回路81は、2列に対応する2つのスイッチSW1、SW2と、メモリ素子として画素信号を保持するキャパシタCa〜Cdとを備える。列選択信号S1がアクティブになる直前のクロック周期(図2の周期T1の直前のクロック周期)において、まず、スイッチSW1、SW2は、対応する列の画素信号線をキャパシタCa、Cb側にそれぞれ接続する。この状態で撮像部2から単位画素A11、単位画素B11から画素信号が読み出され、スイッチSW1、SW2を介して、キャパシタCa、Cbに保持される。続いて、スイッチSW1、SW2は、対応する列の画素信号線をキャパシタCc、Cd側にそれぞれ接続する。この状態で撮像部2から単位画素C11、単位画素D11から画素信号が読み出され、スイッチSW1、SW2を介して、キャパシタCc、Cdに保持される。
As shown in the figure, the
単位出力回路91は、スイッチトランジスタTrA〜TrDを有し、列選択信号S1によってオンし、単位切り替え回路81内のキャパシタCa〜Cdに保持された単位画素A11、B11、C11、D11の各画素信号を出力信号線Aout〜Doutから出力する。
The
このように、2行2列にまたがる単位画素群を構成する複数色の画素信号を4つ同時に出力するために、複数の単位切り替え回路のうち1つの単位切り替え回路が、まず、2列中の1行から同時に又は順次に読み出された2つの画素信号を、単位切り替え回路内の4つのメモリ素子(キャパシタ)のうち2つに保持する。次に、その単位切り替え回路は、当該2列とメモリ素子とを接続する2つのスイッチを、他の2つのメモリ素子に接続するように切り替える。さらに、その単位切り替え回路は、2列中の他の1行から同時に又は順次に読み出された2つの画素信号を、単位切り替え回路内の4つのメモリ素子のうち他の2つのメモリ素子に保持する。 In this way, in order to simultaneously output four pixel signals of a plurality of colors constituting a unit pixel group extending over 2 rows and 2 columns, one unit switching circuit among the plurality of unit switching circuits is Two pixel signals read simultaneously or sequentially from one row are held in two of the four memory elements (capacitors) in the unit switching circuit. Next, the unit switching circuit switches the two switches that connect the two columns and the memory elements so as to be connected to the other two memory elements. Further, the unit switching circuit holds two pixel signals read simultaneously or sequentially from another row in two columns in the other two memory elements among the four memory elements in the unit switching circuit. To do.
こうしてメモリ素子に保持された4つの画素信号を単位出力回路91は、列選択信号に同期して4つの出力信号線Aout〜Dout上に出力する
以上のように、本発明の固体撮像装置よれば、例えば1枚の画像を構成する全ての画素信号を出力するには、画素信号を1つずつ出力する場合と比較して、出力信号の周期を1/4とすることができる。言い換えれば、同じ数の画素信号を出力するのに、1/4の周期でよいので、周期を短縮して高速化することが容易である。また、2つの画素信号を同時化する特許文献1の固体撮像装置と比較して、出力周期を1/2とすることができ、高速化を容易にすることができる。
The
また、画像中の1画素を構成する複数色の単位画素からなる単位画素群を同時に出力するので、固体撮像装置の後段における信号処理(通常DSPが使われる)において、ばらばらに出力された画素信号から単位画素群を構成する処理を不要にするので、当該信号処理量を低減し高速化を容易にすることができる。 In addition, since a unit pixel group consisting of unit pixels of a plurality of colors constituting one pixel in an image is simultaneously output, pixel signals output in a discrete manner in signal processing (usually DSP is used) in the subsequent stage of the solid-state imaging device. Therefore, the processing for configuring the unit pixel group is not necessary, so that the signal processing amount can be reduced and the speeding up can be facilitated.
次に、固体撮像装置の後段の信号処理について説明する。
図1に示した固体撮像装置では単位画素群中の4つの画素信号を同時に出力するので、後段の信号処理では、出力信号Aout〜Doutに対応させて4つのA/Dコンバータを備えておけばよい。
Next, the subsequent signal processing of the solid-state imaging device will be described.
Since the solid-state imaging device shown in FIG. 1 outputs four pixel signals in the unit pixel group at the same time, in the subsequent signal processing, if four A / D converters are provided corresponding to the output signals Aout to Dout. Good.
また、4つのA/Dコンバータを備えていない従来の信号処理回路によって、図1に示した固体撮像装置の画素信号群毎の出力信号を処理するためには、図4に示す構成を備えればよい。 In order to process the output signal for each pixel signal group of the solid-state imaging device shown in FIG. 1 by a conventional signal processing circuit that does not include four A / D converters, the configuration shown in FIG. 4 is provided. That's fine.
図4は、図1に示した固体撮像装置の後段に備えられ、信号処理回路の入力部分に相当する信号保持回路の構成を示すブロック図である。同図のように、この信号保持回路は、サンプル・ホールド回路(以下S/H回路と略す)13a〜13dと、マルチプレクサ14と、A/D(アナログ・デジタル)コンバータ15とを有する。S/H回路13aは、出力信号線Aoutからの画素信号を保持する。S/H回路13b、13c、13dは、出力信号線Bout、Cout、Doutについて同様である。マルチプレクサ14は、S/H回路14a〜14dに保持された画素信号を順に選択することにより多重化し、画素信号列として出力信号線Moutに出力する。A/Dコンバータ15は、出力信号線Moutから画素信号列を入力し、当該画素信号を1つずつデジタル値に変換する。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a signal holding circuit provided in the subsequent stage of the solid-state imaging device shown in FIG. 1 and corresponding to the input portion of the signal processing circuit. As shown in the figure, the signal holding circuit includes sample and hold circuits (hereinafter abbreviated as S / H circuits) 13 a to 13 d, a
このうち、S/H回路14a〜14d、マルチプレクサ14は、図1に示した固体撮像装置と同じチップ内に形成してもよい。その場合、当該チップは、出力信号線Aout〜Dout及びMoutに対応する出力端子を備え、出力信号線Aout〜Doutと出力信号線Moutとを選択出力可能な構成としてもよい。
Among these, the S / H circuits 14a to 14d and the
図5は、図4に示した信号保持回路の動作を説明するタイムチャート図である。同図において、S1、S2はタイミング発生回路7から出力される列選択信号を示す。Aout〜Doutは図中まとめて記しているが出力部9から出力される4つの画素信号を示す。ha〜hdは図中まとめて記しているがS/H回路13a〜13dから出力される4つの出力信号を示す。この出力信号ha〜hdは、保持された画素信号を、列選択信号の期間Tの2倍の期間にわたって出力する。Selectはマルチプレクサ14に入力される選択信号であり、同図の4つの矢線で示したタイミングで、出力信号ha、hb、hc、hdの順に選択することをマルチプレクサ14に指示する。出力信号線Moutは、マルチプレクサ14から出力信号ha、hb、hc、hdの順に画素信号が出力される様子を示している。
FIG. 5 is a time chart for explaining the operation of the signal holding circuit shown in FIG. In the figure, S1 and S2 indicate column selection signals output from the timing generation circuit 7. Although Aout to Dout are collectively shown in the figure, four pixel signals output from the output unit 9 are shown. Although ha to hd are collectively shown in the figure, they indicate four output signals output from the S /
このように図5のタイムチャートによれば、マルチプレクサ14は、列選択信号S1の立ち上がりから、次のS2の立ち上がりまでの期間内、つまり列選択信号の期間Tの2倍の期間内に4つの画素信号を1つずつ順に出力する。
As described above, according to the time chart of FIG. 5, the
これによれば、従来の信号処理回路に備えられたA/Dコンバータが1つだけの場合に、図1に示した固体撮像装置の出力信号Aout〜Doutを効率よく、後段の信号処理回路に伝送することができる。 According to this, when there is only one A / D converter provided in the conventional signal processing circuit, the output signals Aout to Dout of the solid-state imaging device shown in FIG. Can be transmitted.
このように、信号保持回路は、固体撮像装置と同一チップ内又はチップ外に備えるとにより、1つのA/Dコンバータしか備えていない従来の信号処理回路を使用することができる。この場合でも、マルチプレクサ14により多重化された画素信号列は、単位画素群を構成する画素信号が連続しているので、信号処理回路は、並び替え処理をしなくてよい。その結果、信号処理量を低減し、高速化に適している。
なお、図3に示したスイッチSW1、SW2は、スイッチトランジスタで構成してもよい。スイッチトランジスタTrA〜TrDは、それぞれアンプ機能を持たせてもよい。
As described above, when the signal holding circuit is provided in the same chip as the solid-state imaging device or outside the chip, a conventional signal processing circuit including only one A / D converter can be used. Even in this case, since the pixel signal sequence multiplexed by the
Note that the switches SW1 and SW2 shown in FIG. 3 may be formed of switch transistors. Each of the switch transistors TrA to TrD may have an amplifier function.
(実施の形態2)
図6は、本発明の実施の形態2における固体撮像装置の主要部の構成を示すブロック図である。この固体撮像装置は、図1に示した固体撮像装置と比較して、
タイミング発生回路7の代わりにタイミング発生回路17およびタイミング発生回路22を備える点と、画素信号切り替え部8の代わりに画素信号切り替え部18および画素信号切り替え部20を備える点と、出力部9の代わりに出力部19および出力部21を備える点とが異なっている。以下、同じ構成については説明を省略して異なる点を中心に説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the main part of the solid-state imaging device according to
A point provided with a
タイミング発生回路17は、図1に示したタイミング発生回路7と同様の列選択信号S11、S12、S13・・・(図7参照)を出力するとともに、画素信号切り替え部18及び出力部19に対する各種タイミング信号を生成する。
The
タイミング発生回路22は、タイミング発生回路17と異なるタイミング(クロック信号の半周期ずれたタイミング)で列選択信号S21、S22、S23、・・・(図7参照)を出力するとともに、画素信号切り替え部20及び出力部21に対する各種タイミング信号を生成する。
The
画素信号切り替え部18は、単位切り換え回路181、182、183・・・を有し、図1に示した画素信号切り替え部8における機能のうち、単位画素群中の単位画素A、Bの2つの画素信号に対応する部分の機能を有する。すなわち、上記2つの画素信号を一時保持するための行メモリと画素信号の格納先メモリを切り替えるスイッチとを有する。
The pixel
画素信号切り替え部20は、単位切り換え回路201、202、203・・・を有し、単位画素群中の単位画素C、Dに対応する2つの画素信号について、画素信号切り替え部18と同様である。
The pixel
出力部19は、単位出力回路191、192、193・・・を有し、単位切り替え回路181、182・・・内に保持された2つの画素信号を、タイミング発生回路17からの列選択信号S11、S12、S13・・・に同期して出力する。
The
出力部21は、単位出力回路211、212、213・・・を有し、単位切り替え回路201、202、203・・・内に保持された2つの画素信号を、タイミング発生回路17からの列選択信号S21、S22、S23・・・に同期して出力する。
The
図7は、図6に示した固体撮像装置の画素信号の出力タイミングを示す図である。同図では2つの単位画素群A11〜D11、A12〜D12の出力タイミングのみを示している。図中のS11、S12はタイミング発生回路22から出力される列選択信号を、S21、S22はタイミング発生回路7から出力される列選択信号を示す。Aout、Boutは出力部19の出力信号線に出力される画素信号を、Cout、Doutは出力部21の出力信号線に出力される画素信号を示す。期間T1では、出力信号線Aoutには単位画素A11の画素信号が、出力信号線Boutには単位画素B11の画素信号が列選択信号S11に同期して出力される。同様に、期間T2では単位画素A12,B12の画素信号が列選択信号S12に同期して出力される。期間T3では、出力信号線Coutには単位画素C11の画素信号が、出力信号線Doutには単位画素D11の画素信号が列選択信号S21に同期して出力される。同様に、期間T4では単位画素C12,D12の画素信号が列選択信号S22に同期して出力される。
このように、図6に示した固体撮像装置は、単位画素群を構成する複数色の単位画素の画素信号を2つずつ出力する。
FIG. 7 is a diagram illustrating output timing of pixel signals of the solid-state imaging device illustrated in FIG. In the figure, only output timings of the two unit pixel groups A11 to D11 and A12 to D12 are shown. In the figure, S11 and S12 indicate column selection signals output from the
As described above, the solid-state imaging device shown in FIG. 6 outputs two pixel signals of unit pixels of a plurality of colors constituting the unit pixel group.
図8は、単位切り替え回路201および単位出力回路211の構成を示すブロック図である。単位切り替え回路201は、スイッチSW21、SW22と、メモリ素子(キャパシタ)Cc、Cdとを有し、図3に示した単位切り換え回路81のサブセットになっているので説明を省略する。また、単位出力回路211は、スイッチトランジスタTrC、TrDを有し、図3に示した単位出力回路91のサブセットになっているので説明を省略する。
FIG. 8 is a block diagram illustrating the configuration of the
図9は、単位切り替え回路181および単位出力回路191の構成を示すブロック図である。同図の構成は、図8と同様であるので説明を省略する。ただし、図8における列選択信号S11は、図3に示した列選択信号S1と同じタイミングであるが、図9における列選択信号S21は、図3に示した列選択信号S1と期間Tだけずれたタイミングである点が異なっている(図7参照)。
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the
図10は、タイミング発生回路17及び22によって出力される各種タイミング信号を示すタイムチャートである。図中のSTはタイミング発生回路17及び22に共通のスタートパルスを示す。同図のように、タイミング発生回路17は、逆位相の2つのクロックパルスH101、H102によって列選択信号S11、S12・・・を生成する。また、タイミング発生回路22は、逆位相の2つのクロックパルスH201、H202によって列選択信号S11、S12・・・を生成する。
FIG. 10 is a time chart showing various timing signals output by the
図11は、列選択信号を生成するタイミング発生回路17の具体例を示す回路図である。同図の回路は、CMOSトランジスタによって構成される一例であり、逆位相のクロックパルスH1、H2を動作クロックとして、列選択信号を順次シフト出力するシフトレジスタを構成している。タイミング発生回路22も同じ回路構成とすることができる。すなわち、図12(a)に示すタイムチャートのように、タイミング発生回路22では、クロックパルスH1、H2としてH201、H202に示す位相で使用している。これに対し、図12(b)に示すタイムチャートのように、タイミング発生回路17では、クロックパルスH1、H2としてH101、H102に示す位相で使用している。
このように、タイミング発生回路17及び22は、スタートパルスSTと2つのクロックパルスH1、H2を入れ替えたクロック信号により動作する。
FIG. 11 is a circuit diagram showing a specific example of the
As described above, the
本実施の形態における固体撮像装置は、実施の形態1に示した固体撮像装置と比べて、画素信号の出力の点で、4出力の代わり2出力になっている点が異なるが、画像を構成する全ての画素信号を出力するのに要する時間は同じである。なぜなら、実施の形態1に示した固体撮像装置では、列選択信号S1、S2は、クロック信号(H1、H2)の1周期のうち1回出力されるのに対して、本実施形態における固体撮像装置では、クロック信号(H1、H2)の1周期に2回出力されるからである。このように、本実施の形態における固体撮像装置も、実施の形態1に示した固体撮像装置と、クロックパルス(上記H1、H2)が同じ速度であれば、実質的に同じ能力である。 The solid-state imaging device in the present embodiment is different from the solid-state imaging device shown in the first embodiment in that the pixel signal is output in that it has two outputs instead of four outputs. The time required to output all the pixel signals is the same. This is because, in the solid-state imaging device shown in the first embodiment, the column selection signals S1 and S2 are output once in one cycle of the clock signals (H1 and H2), whereas the solid-state imaging in the present embodiment. This is because the device outputs the clock signal (H1, H2) twice in one cycle. As described above, the solid-state imaging device according to the present embodiment has substantially the same capability as the solid-state imaging device shown in the first embodiment as long as the clock pulses (H1 and H2) are the same speed.
以上説明してきたように、実施の形態2における固体撮像装置によれば、実施の形態1と同様に高速化に適している。加えて、画素信号が2つずつ出力されるので、後段の処理信号回路では2つのA/Dコンバータを備えていればよく、4つのA/Dコンバータを備える場合と比べて、回路規模の小型化とコスト低減を図ることができる。 As described above, the solid-state imaging device according to the second embodiment is suitable for increasing the speed as in the first embodiment. In addition, since two pixel signals are output, the processing signal circuit in the subsequent stage only needs to include two A / D converters, and the circuit scale is smaller than when four A / D converters are provided. And cost reduction.
なお、2つのA/Dコンバータを備えていない従来の信号処理回路によって、図6に示した固体撮像装置の出力信号を処理するためには、図4に示した構成を備えればよい。ただし、画素信号が4つずつではなく2つずつ出力されるので、動作タイミングが図5とは異なる。 In order to process the output signal of the solid-state imaging device shown in FIG. 6 by a conventional signal processing circuit that does not include two A / D converters, the configuration shown in FIG. 4 may be provided. However, since the pixel signals are output two by two instead of by four, the operation timing is different from that in FIG.
図13は、図4に示した信号保持回路を図6の固体撮像装置の後段に備えた場合の動作を説明するタイムチャート図である。 FIG. 13 is a time chart for explaining the operation when the signal holding circuit shown in FIG. 4 is provided in the subsequent stage of the solid-state imaging device of FIG.
信号保持回路で単位画素群内の単位画素A11,B11,C11,D11を例にして説明する。
出力信号Aout、Bout(図中重ねて表示している)はそれぞれ期間T1の開始時にS/H回路13a、13bによってサンプルされ、期間T2の開始までその信号電圧値が保持される。また、出力信号Cout、Dout(図7中重ねて表示している)はそれぞれ期間T3の開始時にS/H回路13c、13dによってサンプルされ、期間T4の開始までその信号電圧値が保持される。
A description will be given of the unit pixels A11, B11, C11, and D11 in the unit pixel group as an example in the signal holding circuit.
The output signals Aout and Bout (overlapped in the figure) are sampled by the S /
S/H回路13a、13bの出力信号ha、hb(図7中重ねて表示している)は、期間T1の2倍の期間マルチプレクサ14に出力される。また、S/H回路13c、13kの出力信号hc、hd(図7中重ねて表示している)も、期間T3の2倍の期間マルチプレクサ14に出力される。
Output signals ha and hb (shown in an overlapped manner in FIG. 7) of the S /
マルチプレクサ14の出力信号Moutは、選択信号を34,35(点線楕円内矢線)のタイミングで印加することにより、2並列の出力信号ha、hb1を1つずつ連続的に出力し、2並列の出力信号hc、hdを1つずつ連続的に出力する。
The output signal Mout of the
このように、固体撮像装置の後段にA/Dコンバータを1つしか備えていない信号処理回路を利用することができる。
また、実施の形態1または2における固体撮像装置をカメラに実装することにより高速動作可能なカメラが実現できる。
In this way, a signal processing circuit having only one A / D converter in the subsequent stage of the solid-state imaging device can be used.
Further, a camera capable of operating at high speed can be realized by mounting the solid-state imaging device according to
本発明は、デジタルカメラ等に使用されるMOS型の固体撮像装置に適しており、具体的には、携帯電話機の内蔵カメラ、デジタルスチルカメラ、情報処理機器に接続されるカメラユニット等に適している。 The present invention is suitable for a MOS type solid-state imaging device used for a digital camera or the like, specifically, for a built-in camera of a mobile phone, a digital still camera, a camera unit connected to an information processing device, or the like. Yes.
1 単位画素
2 撮像部
3 単位画素群
4 列選択信号線
5 行選択信号線
6 行走査回路
7 タイミング発生回路
8 画素信号切り替え部
9 出力部
SW1、SW2 スイッチ
13a〜13d、14a〜14d S/H回路
14 マルチプレクサ
15 A/Dコンバータ
17 タイミング発生回路
18 画素信号切り替え部
19 出力部
20 画素信号切り替え部
21 出力部
22 タイミング発生回路
81、82、181、182、201 単位切り替え回路
91、191、211 単位出力回路
DESCRIPTION OF
Claims (9)
画像における1画素に相当する複数色の画素部からなる画素群を単位として、当該画素群を構成する画素信号を出力する
ことを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device including an imaging unit having a plurality of color pixel units that are provided in a matrix and perform photoelectric conversion,
A solid-state imaging device that outputs a pixel signal that constitutes a group of pixels composed of a plurality of color pixel portions corresponding to one pixel in an image.
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the pixel group corresponds to four pixel units extending over two adjacent rows and two columns.
行及び列を選択する駆動信号を出力する駆動手段と、
画素信号を一時的に保持するための2行分のメモリ素子と、
撮像部から画素信号を出力する列信号線とメモリ素子との接続を切り替えることにより、前記画素群内の各画素信号をそれぞれメモリ素子に保持させる切り替え手段と、
メモリ素子に保持された画素信号を前記画素群を単位として出力する出力手段と
を備えることを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device
Driving means for outputting a driving signal for selecting a row and a column;
Two rows of memory elements for temporarily holding pixel signals;
Switching means for holding each pixel signal in the pixel group in the memory element by switching the connection between the column signal line for outputting the pixel signal from the imaging unit and the memory element;
The solid-state imaging device according to claim 2, further comprising: an output unit that outputs a pixel signal held in a memory element in units of the pixel group.
前記切り替え手段は、列選択信号に対応する2列のそれぞれから2行に位置する2つの画素をメモリ素子に保持させるよう順次接続を切り替える
ことを特徴とする請求項3記載の固体撮像装置。 The driving means sequentially outputs a column selection signal in units of two columns,
The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the switching unit sequentially switches the connection so that the memory element holds two pixels located in two rows from each of two columns corresponding to the column selection signal.
ことを特徴とする請求項4記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the output unit simultaneously outputs four pixel signals constituting the pixel group in synchronization with a column selection signal.
ことを特徴とする請求項4記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the output unit outputs two pixel signals constituting the pixel group in synchronization with a column selection signal.
出力手段から出力された画素信号のそれぞれを保持するサンプルホールド回路と、
サンプルホールド回路に保持された画素信号を多重化するマルチプレクサと
を備えることを特徴とする請求項4記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device further includes:
A sample hold circuit for holding each of the pixel signals output from the output means;
The solid-state imaging device according to claim 4, further comprising: a multiplexer that multiplexes the pixel signals held in the sample hold circuit.
2行2列の4画素について、駆動部の駆動により2列中の1行から読み出された2つの画素信号を2つのメモリ素子に保持するステップと
切り替え部において当該2列と他の2つのメモリ素子とを接続するよう切り換えるステップと、
駆動部の駆動により前記2列中の他の1行から読み出された2つの画素信号を、前記他の2つのメモリ素子に保持するステップと、
4つのメモリ素子に保持された4画素分の画素信号を出力するステップと
を有することを特徴とする駆動方法。 A plurality of color pixel units that are provided in a matrix and perform photoelectric conversion, a drive unit that outputs a drive signal for selecting a row and a column, a memory element for two rows for temporarily holding the pixel signal, and imaging A driving method of a solid-state imaging device including an imaging unit having a column signal line that outputs a pixel signal from the unit and a switching unit that switches connection between the memory elements,
With respect to four pixels in two rows and two columns, a step of holding two pixel signals read from one row in two columns by driving of the driving unit in two memory elements, and the two columns and the other two in the switching unit Switching to connect the memory element;
Holding two pixel signals read from the other one row in the two columns by driving the driving unit in the other two memory elements;
And a step of outputting pixel signals for four pixels held in the four memory elements.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003277108A JP2005039742A (en) | 2003-07-18 | 2003-07-18 | Solid state image pickup device |
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WO2009148055A1 (en) * | 2008-06-06 | 2009-12-10 | 浜松ホトニクス株式会社 | Solid-state image pickup device |
-
2003
- 2003-07-18 JP JP2003277108A patent/JP2005039742A/en active Pending
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