JP2005348040A - Amplification type imaging apparatus and imaging system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid state imaging apparatus which enables high speed pixel average reading operation and corresponds to both of progressive reading and interlace reading. <P>SOLUTION: In the solid state imaging apparatus in which a plurality of pixels having photoelectric conversion parts are arranged, two systems of signal output lines provided to one column of pixel groups are connected to one end of each of input capacitance 412o and input capacitance 412e of an operational amplifier 211, respectively, the other ends of the capacitance 412o and the capacitance 412e are short-circuited and connected to the input terminal of the operational amplifier 211. The pixel signals are reversely amplified with ratio between the input capacitance 412o and the input capacitance 412e and feedback capacitance 213 of an amplifier circuit 410. At the time of an all column reading operation, a signal from one signal output line 406o is reversely amplified by inputting it in the input capacitance 412o and the input capacitance 412e. At the time of a pixel average reading operation, signals from the respective signal output lines 406o, 406e are inputted in each of the input capacitance 412o and the input capacitance 412e, and equalization is performed in the input terminal of the operational amplifier 211. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は光電変換部を備えた画素を複数配置した固体撮像装置及び撮像システムにかかわるものであり、特にプログレッシブ読み出し、インターレス読み出しの両読み出しに対応した撮像装置及び撮像システムに好適に用いられるものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging system in which a plurality of pixels each including a photoelectric conversion unit are arranged, and particularly suitable for an imaging device and an imaging system that support both progressive readout and interlace readout. It is.

近年、固体撮像装置を用いた業務用および家庭用ビデオカメラが広く普及している。これら従来の業務用および家庭用ビデオカメラは、テレビジョン方式(例えば、NTSC方式やPAL方式)に対応させるため、水平信号ラインを1ラインおきに走査するインターレース読み出し(フィールド読み出し、飛び越し走査読み出しとも呼ばれている。)を採用していた。一方、最近ではパーソナルコンピュータ用の画像入力カメラが盛んに開発されているが、この種のカメラの水平走査方式は、高解像度静止画を得るため、およびコンピュータのディスプレイへの出力のし易さの観点から、全画素同時読み出しが採用されている。この方式は、ノンインターレース読み出し、あるいはプログレッシブ読み出しなどとも呼ばれている。全画素同時読み出しのカメラに用いられる固体撮像装置は、全画素の信号電荷を独立に読み出すことが求められる。   In recent years, commercial and home video cameras using solid-state imaging devices have become widespread. These conventional commercial and home video cameras are also referred to as interlaced readout (field readout or interlaced scanning readout) in which horizontal signal lines are scanned every other line in order to be compatible with television systems (for example, NTSC system and PAL system). Was adopted). On the other hand, recently, image input cameras for personal computers have been actively developed, but this type of camera horizontal scanning method is used to obtain high-resolution still images and to facilitate output to computer displays. From the viewpoint, simultaneous readout of all pixels is adopted. This method is also called non-interlaced reading or progressive reading. A solid-state imaging device used in a camera that reads all pixels simultaneously is required to read signal charges of all pixels independently.

ここでまず、一般的な増幅型MOSセンサと称される固体撮像装置の概略を説明する。増幅型MOSセンサは、複数の単位画素が一次元状あるいは二次元状に配列されたものであり、単位画素は半導体基板上に形成された光電変換素子より発生した信号電荷を転送するための転送ゲート、信号電荷を電圧に変換する浮遊拡散部、信号増幅用のソースフォロア入力MOSトランジスタを有している。MOS型の撮像装置の単位画素の等価回路図の一例を図9に示す。   First, an outline of a solid-state imaging device called a general amplification type MOS sensor will be described. An amplifying MOS sensor has a plurality of unit pixels arranged one-dimensionally or two-dimensionally, and the unit pixels are used to transfer signal charges generated from photoelectric conversion elements formed on a semiconductor substrate. It has a gate, a floating diffusion for converting signal charges into voltage, and a source follower input MOS transistor for signal amplification. An example of an equivalent circuit diagram of a unit pixel of the MOS type imaging device is shown in FIG.

図9において、光電変換素子101は転送MOSトランジスタ103を介して画素ソースフォロア入力MOSトランジスタ102のゲートに接続され、画素ソースフォロア入力MOSトランジスタのソースは選択MOSトランジスタ105を介して画素出力線106へと接続されている。また、画素ソースフォロア入力MOSトランジスタ102のゲートを所定電位にリセットするリセットMOSトランジスタ104が設けられている。   In FIG. 9, the photoelectric conversion element 101 is connected to the gate of the pixel source follower input MOS transistor 102 via the transfer MOS transistor 103, and the source of the pixel source follower input MOS transistor is connected to the pixel output line 106 via the selection MOS transistor 105. Connected with. Further, a reset MOS transistor 104 that resets the gate of the pixel source follower input MOS transistor 102 to a predetermined potential is provided.

図10はMOS型の撮像装置の構成を示す回路図である。本撮像装置の動作を図9の等価回路図、図10の撮像装置の構成図および図11のタイミングチャートを用いて説明する。   FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of a MOS type imaging apparatus. The operation of the imaging apparatus will be described with reference to the equivalent circuit diagram of FIG. 9, the configuration diagram of the imaging apparatus of FIG. 10, and the timing chart of FIG.

図10において、単位画素208o,208eは図9の等価回路図で示されるものである。また、図10において単位画素とGNDの接続は省略されている。単位画素208o,208eは画素が2次元状に配された画素部207の画素列のうちの2つの画素を示し、垂直走査回路220によってある画素行の行(n行とする。)が選択されたとき、まずリセット信号φRES(n)がローとなり、リセットスイッチとなるリセットMOSトランジスタ104がオフする。次に選択信号φSEL(n)がハイとなり、選択スイッチとなる選択MOSトランジスタ105がオンとなることで増幅MOSトランジスタ102のソースは信号出力線106(206)と導通し、選択された画素と定電流負荷209によって、ソースフォロア回路が形成され、画素リセット状態に対応する出力が信号出力線206に読み出される。本例では、列ごとに増幅回路210が構成されている(以下、これを列アンプと書く。)。列アンプは例えば差動増幅回路等を用いた演算増幅器211、入力容量212、帰還容量213、クランプ制御スイッチ214で構成されたものであり、本例では入力容量212と帰還容量213の比で反転ゲインが得られるものである。画素リセット状態に対応する出力が信号出力線206に読み出された状態で信号φCLMPがハイとなり、列アンプの反転入力端子と出力端子が短絡され画素リセット状態に対応する出力が所定電圧Vrefにクランプされる。このとき列アンプの出力は画素のリセット状態に対応するN出力として、信号φTNをハイとすることによって列アンプ出力転送スイッチ215nを介してラインメモリ216nに読み出される。その後、転送パルスφTX(n)によって転送スイッチとなる転送MOSトランジスタ103が一定期間オンとなり、光電変換素子101で発生した光信号による電圧変化の状態に対応した電圧が増幅MOSトランジスタ102のゲートに転送され、信号出力線106(206)に読み出される。信号φCLMPはローとなっており、列アンプでは光信号による信号出力線の電圧変化成分に対して反転ゲインを与えた電圧成分がN出力に重畳されたS出力を生じる。なお、画素のリセット状態に対応する出力は信号出力線206に読み出されているので、入力容量212の信号出力線206側の電位変化量は信号から画素リセット状態に対応する出力成分(リセットばらつき成分)が除去されたものとなる。   In FIG. 10, unit pixels 208o and 208e are shown in the equivalent circuit diagram of FIG. Further, in FIG. 10, the connection between the unit pixel and GND is omitted. The unit pixels 208o and 208e indicate two pixels in the pixel column of the pixel unit 207 in which the pixels are arranged in a two-dimensional shape, and a row of pixel rows (n rows) is selected by the vertical scanning circuit 220. First, the reset signal φRES (n) becomes low, and the reset MOS transistor 104 serving as a reset switch is turned off. Next, when the selection signal φSEL (n) becomes high and the selection MOS transistor 105 serving as a selection switch is turned on, the source of the amplification MOS transistor 102 becomes conductive with the signal output line 106 (206), and the selected pixel is determined. A source follower circuit is formed by the current load 209, and an output corresponding to the pixel reset state is read out to the signal output line 206. In this example, an amplifier circuit 210 is configured for each column (hereinafter referred to as a column amplifier). The column amplifier is composed of, for example, an operational amplifier 211 using a differential amplifier circuit, an input capacitor 212, a feedback capacitor 213, and a clamp control switch 214. In this example, the column amplifier is inverted at a ratio of the input capacitor 212 and the feedback capacitor 213. Gain is obtained. When the output corresponding to the pixel reset state is read to the signal output line 206, the signal φCLMP becomes high, the inverting input terminal and the output terminal of the column amplifier are short-circuited, and the output corresponding to the pixel reset state is clamped to the predetermined voltage Vref. Is done. At this time, the output of the column amplifier is read as N output corresponding to the reset state of the pixel, and is read out to the line memory 216n via the column amplifier output transfer switch 215n by setting the signal φTN to high. Thereafter, the transfer MOS transistor 103 serving as a transfer switch is turned on for a certain period by the transfer pulse φTX (n), and a voltage corresponding to the voltage change state due to the optical signal generated in the photoelectric conversion element 101 is transferred to the gate of the amplification MOS transistor 102. And read out to the signal output line 106 (206). The signal φCLMP is low, and the column amplifier generates an S output in which a voltage component obtained by applying an inversion gain to the voltage change component of the signal output line due to the optical signal is superimposed on the N output. Since the output corresponding to the reset state of the pixel is read out to the signal output line 206, the amount of potential change on the signal output line 206 side of the input capacitor 212 is the output component (reset variation from the signal) corresponding to the pixel reset state. (Component) is removed.

ひきつづき信号φTSがハイとなり、光信号に対応したS出力が列アンプ出力転送スイッチ215sを介してラインメモリ216sに読み出される。次に、逐次、水平走査回路219によって選択された列のN信号、S信号が読み出され、これら相関のあるN信号とS信号の差分を差分アンプ218にて実行することにより、光応答出力が得られる。   Subsequently, the signal φTS goes high, and the S output corresponding to the optical signal is read out to the line memory 216s via the column amplifier output transfer switch 215s. Next, the N signal and S signal of the column selected by the horizontal scanning circuit 219 are sequentially read out, and the difference between the correlated N signal and S signal is executed by the difference amplifier 218, thereby outputting the optical response. Is obtained.

なお、特許文献1で述べられているように、プログレッシブ読み出しでは垂直CCDにおける隣接画素間の分離を行うことにより偶数行、奇数行の画素の信号電荷を独立に読み出し、垂直CCDで隣接2画素の信号電荷を混合することによりインターレス読み出しを行うことが可能である
特開2000−111971号公報
As described in Patent Document 1, in progressive readout, signal charges of even-numbered and odd-numbered pixels are read independently by performing separation between adjacent pixels in the vertical CCD, and two adjacent pixels are read by the vertical CCD. Interlaced readout is possible by mixing signal charges
JP 2000-111971 A

以上説明したMOS型撮像装置は一般的に単一電源駆動、低消費電力という点でCCDに対して優位となっている。一方、読み出し動作に関して、CCDはプログレッシブ読み出し、インターレス読み出しの両動作に対応可能であるのに対して、MOS型撮像装置はインターレス読み出しが困難であるという点が不利となっていた。この点を以下に説明する。CCDでは、画素において光電変換により発生した信号電荷を電荷の状態のまま垂直CCDに転送する。上記特許文献1で述べられているように、プログレッシブ読み出しでは垂直CCDにおける隣接画素間の分離を行うことにより偶数行、奇数行の画素の信号電荷を独立に読み出し、垂直CCDで隣接2画素の信号電荷を混合することによりインターレス読み出しを行うことが可能である。   The MOS type imaging device described above is generally superior to the CCD in terms of single power supply driving and low power consumption. On the other hand, regarding the readout operation, the CCD is compatible with both progressive readout and interlaced readout, whereas the MOS type imaging device is disadvantageous in that interlace readout is difficult. This point will be described below. In the CCD, the signal charge generated by photoelectric conversion in the pixel is transferred to the vertical CCD in the state of charge. As described in the above-mentioned Patent Document 1, in progressive reading, signal charges of pixels in even and odd rows are read independently by separating adjacent pixels in the vertical CCD, and signals of two adjacent pixels are read by the vertical CCD. Interlaced reading can be performed by mixing charges.

しかし、先に説明したように、MOS型の撮像装置であった場合、画素のソースフォロア以降、信号電荷は電圧に変換されているため、一系統の信号出力線で加算或いは平均化を行うことは困難である。全行読み出しを行った結果から、例えば、チップ内部のアナログメモリーあるいはチップ外部のメモリ手段を用いて加算、或いは、平均化処理を行うことも可能である。しかしながら、この場合、データ量が全行読み出しの半分であるのに対して、読み出し時間は全行読み出しと等しいため、プログレッシブ読み出しの2倍のフレームレートを必要とするインターレス読み出しを可能にすることができないと同時に、高速化、高フレームレート化の要求と相反することとなる。   However, as described above, in the case of a MOS type imaging device, since the signal charge is converted into a voltage after the source follower of the pixel, addition or averaging is performed with one signal output line. It is difficult. From the result of reading all rows, for example, addition or averaging can be performed using analog memory inside the chip or memory means outside the chip. However, in this case, the amount of data is half that of all-line reading, but the reading time is equal to that of all-line reading, so that interlaced reading that requires a frame rate twice that of progressive reading is enabled. At the same time, it conflicts with the demand for higher speed and higher frame rate.

本発明は従来困難であったプログレッシブ読み出し、インターレス読み出しに対応した増幅型撮像装置を提供することを目的としている。   An object of the present invention is to provide an amplification type imaging apparatus that is compatible with progressive reading and interlaced reading, which has been difficult in the past.

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の固体撮像装置は、光電変換部を備えた画素を複数配置した固体撮像装置であって、
異なる画素からの信号がそれぞれ出力される複数の信号出力線を有し、
前記複数の信号出力線は各々複数の容量の一端の電極に接続され、前記複数の容量の他端の電極は短絡されていることを特徴とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and the solid-state imaging device of the present invention is a solid-state imaging device in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit are arranged,
Having a plurality of signal output lines for outputting signals from different pixels,
Each of the plurality of signal output lines is connected to an electrode at one end of a plurality of capacitors, and an electrode at the other end of the plurality of capacitors is short-circuited.

上記本発明の固体撮像装置において、前記画素は1次元状又は2次元状に配置され、
一画素列に属する複数の画素は振り分けられて前記複数の信号出力線に接続されることが好ましい。また上記本発明の固体撮像装置において、前記画素は2次元状に複数され、
複数の画素列に対して複数の信号出力線を有し、一画素行に属する複数の画素はそれぞれ前記複数の信号出力線に接続されることが好ましい。
In the solid-state imaging device of the present invention, the pixels are arranged one-dimensionally or two-dimensionally,
It is preferable that a plurality of pixels belonging to one pixel column are distributed and connected to the plurality of signal output lines. In the solid-state imaging device of the present invention, the pixels are two-dimensionally arranged,
Preferably, a plurality of signal output lines are provided for a plurality of pixel columns, and a plurality of pixels belonging to one pixel row are respectively connected to the plurality of signal output lines.

本発明においては、平均画素を同時に読み出して平均することができるため、高速な画素平均読み出し動作を行うことが可能となる。そして、プログレッシブ読み出し、インターレス読み出しの両読み出しに対応した固体撮像装置を提供することが可能となる。   In the present invention, since average pixels can be read and averaged simultaneously, high-speed pixel average reading operation can be performed. In addition, it is possible to provide a solid-state imaging device that supports both progressive reading and interlaced reading.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施形態1)
図1は本発明の固体撮像装置の第一の実施形態の構成を示す回路図である。図1において、図10と同一構成部材について同一符号を付し、説明を省略する。図10の増幅回路210と本実施形態の増幅回路410との違いは、演算増幅器211の反転入力端子(−)に二つの容量素子412o、412eが接続されていることである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of the first embodiment of the solid-state imaging device of the present invention. In FIG. 1, the same components as those in FIG. The difference between the amplifier circuit 210 of FIG. 10 and the amplifier circuit 410 of this embodiment is that two capacitive elements 412o and 412e are connected to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 211.

単位画素の構成は図9で示したものと同様である。本実施形態では一列につき2つの信号出力線406o、406eを有しており、一列の画素配列に属する画素のうち奇数行目の画素408oが信号出力線406oに、偶数行目の画素408eが信号出力線406eにそれぞれ接続されている。奇数行目の画素列は垂直走査回路420oにより走査され、偶数行目の画素列は垂直走査回路420eにより走査される。単位画素408o,408eは画素が2次元状に配された画素部407の画素列のうちの2つの画素を示し、垂直走査回路420oによって画素408oを含むある画素行の行(n行とする。)が選択されたとき、まずリセット信号φRES(n)がローとなり、リセットスイッチとなるリセットMOSトランジスタ104がオフする。次に選択信号φSEL(n)がハイとなり、選択スイッチとなる選択MOSトランジスタ105がオンとなりことで増幅MOSトランジスタ102のソースは信号出力線406oと導通し、選択された画素408oと定電流負荷409oによって、ソースフォロア回路が形成され、画素リセット状態に対応する出力が信号出力線406oに読み出される。同様に、垂直走査回路420eによって画素408eを含むある画素行の行(n行とする。)が選択されたとき、まずリセット信号φRES(n)がローとなり、リセットスイッチとなるリセットMOSトランジスタ104がオフする。次に選択信号φSEL(n)がハイとなり、選択スイッチとなる選択MOSトランジスタ105がオンとなりことで増幅MOSトランジスタ102のソースは信号出力線406eと導通し、選択された画素408eと定電流負荷409eによって、ソースフォロア回路が形成され、画素リセット状態に対応する出力が信号出力線406eに読み出される。   The configuration of the unit pixel is the same as that shown in FIG. In this embodiment, there are two signal output lines 406o and 406e per column. Among the pixels belonging to the pixel array of one column, the odd-numbered pixels 408o are the signal output lines 406o, and the even-numbered pixels 408e are the signals. Each is connected to an output line 406e. The odd-numbered pixel columns are scanned by the vertical scanning circuit 420o, and the even-numbered pixel columns are scanned by the vertical scanning circuit 420e. The unit pixels 408o and 408e indicate two pixels in the pixel column of the pixel portion 407 in which the pixels are two-dimensionally arranged. The vertical scanning circuit 420o includes a certain pixel row including the pixel 408o (n rows). ) Is first selected, the reset signal φRES (n) goes low, and the reset MOS transistor 104 serving as a reset switch is turned off. Next, when the selection signal φSEL (n) becomes high and the selection MOS transistor 105 serving as a selection switch is turned on, the source of the amplification MOS transistor 102 is electrically connected to the signal output line 406o, and the selected pixel 408o and the constant current load 409o are connected. Thus, a source follower circuit is formed, and an output corresponding to the pixel reset state is read out to the signal output line 406o. Similarly, when a row of pixel rows including the pixel 408e (referred to as n rows) is selected by the vertical scanning circuit 420e, first, the reset signal φRES (n) goes low, and the reset MOS transistor 104 serving as a reset switch Turn off. Next, when the selection signal φSEL (n) becomes high and the selection MOS transistor 105 serving as a selection switch is turned on, the source of the amplification MOS transistor 102 becomes conductive with the signal output line 406e, and the selected pixel 408e and the constant current load 409e. Thus, a source follower circuit is formed, and an output corresponding to the pixel reset state is read out to the signal output line 406e.

また画素408oを含むある画素行の行において、垂直走査回路420oからの転送パルスφTX(n)によって転送スイッチとなる転送MOSトランジスタ103が一定期間オンとなり、光電変換素子101で発生した光信号による電圧変化の状態に対応した電圧が増幅MOSトランジスタ102のゲートに転送され、信号出力線106oに読み出される。同様に、画素408eを含むある画素行の行において、垂直走査回路420eからの転送パルスφTX(n)によって転送スイッチとなる転送MOSトランジスタ103が一定期間オンとなり、光電変換素子101で発生した光信号による電圧変化の状態に対応した電圧が増幅MOSトランジスタ102のゲートに転送され、信号出力線106eに読み出される。   In a row of a pixel row including the pixel 408 o, the transfer MOS transistor 103 serving as a transfer switch is turned on for a certain period by the transfer pulse φTX (n) from the vertical scanning circuit 420 o, and the voltage due to the optical signal generated in the photoelectric conversion element 101 The voltage corresponding to the change state is transferred to the gate of the amplification MOS transistor 102 and read out to the signal output line 106o. Similarly, in a row of a pixel row including the pixel 408e, the transfer MOS transistor 103 serving as a transfer switch is turned on for a certain period by the transfer pulse φTX (n) from the vertical scanning circuit 420e, and the optical signal generated in the photoelectric conversion element 101 The voltage corresponding to the voltage change state due to is transferred to the gate of the amplification MOS transistor 102 and read out to the signal output line 106e.

信号出力線406o、406eはMOSスイッチ421o、421eを介してそれぞれ容量素子412o、412eに接続され、各々の容量素子412o、412eの信号出力線に接続する電極と反対側の電極は短絡されており、容量素子の短絡された電極は演算増幅器411の反転入力端子(+)に接続されている。また、容量素子412oと信号出力線406o、および容量素子412eと信号出力線406eとはそれぞれMOSスイッチ421o、421eにより電気的接続、非接続を切り替えることができ、容量素子412o、412eの信号出力線406o、406e側の電極はMOSスイッチ422により電極間の電気的接続、非接続を切り替えることができる構成となっている。   The signal output lines 406o and 406e are connected to the capacitive elements 412o and 412e via the MOS switches 421o and 421e, respectively, and the electrodes on the opposite side of the electrodes connected to the signal output lines of the capacitive elements 412o and 412e are short-circuited. The shorted electrode of the capacitive element is connected to the inverting input terminal (+) of the operational amplifier 411. The capacitive element 412o and the signal output line 406o, and the capacitive element 412e and the signal output line 406e can be switched between electrical connection and non-connection by the MOS switches 421o and 421e, respectively, and the signal output lines of the capacitive elements 412o and 412e can be switched. The electrodes on the 406o, 406e side can be switched between electrical connection and non-connection between the electrodes by the MOS switch 422.

本実施形態における、全行読み出し動作を図2のタイミングチャートで説明する。本実施形態では、奇数行用の垂直走査回路420oおよび偶数行用の垂直走査回路420eが用いられる。垂直走査回路の動作は省略する。全行読み出し動作時には偶数行、奇数行が垂直走査回路420o、420eによって順次交互に選択され、それぞれの画素での光信号が読み出される。図2において、n行目は奇数行、(n+1)行目は偶数行に対応する。選択行での画素の動作は図10のタイミングチャートで説明したものと同様である。N信号、S信号の読み出し動作は図10、図11を用いて説明したものと同じである。全行読み出し時はφOEをハイでMOSスイッチ422はオン状態であり、奇数行の信号出力線406oに読み出された画素出力はφEVENがハイでMOSスイッチ421eをオン状態、φODDがローでMOSスイッチ421oをオフ状態とすることにより、2つの容量412o、412eに入力し、一方、偶数行の信号出力線406eに読み出された画素出力はφEVENがローでMOSスイッチ421eをオフ状態、φODDがハイでMOSスイッチ421oをオン状態とすることにより、2つの容量412o、412eに入力することにより、一方の容量のみを用いる場合と比較して列アンプでのゲインを高くすることでS/N比の向上を図ることができる。   The entire row read operation in this embodiment will be described with reference to the timing chart of FIG. In the present embodiment, an odd-numbered vertical scanning circuit 420o and an even-numbered vertical scanning circuit 420e are used. The operation of the vertical scanning circuit is omitted. During the all-row reading operation, the even and odd rows are alternately selected by the vertical scanning circuits 420o and 420e sequentially, and the optical signals at the respective pixels are read out. In FIG. 2, the n-th line corresponds to the odd-numbered line, and the (n + 1) -th line corresponds to the even-numbered line. The pixel operation in the selected row is the same as that described in the timing chart of FIG. The reading operation of the N signal and the S signal is the same as that described with reference to FIGS. When all rows are read, φOE is high and the MOS switch 422 is in an on state, and the pixel output read to the odd-numbered signal output line 406o is high when φEVEN is high and the MOS switch 421e is on, and φODD is low and the MOS switch By turning 421o off, the pixel output that is input to the two capacitors 412o and 412e, while the pixel output read to the even-numbered signal output line 406e is low, φEVEN is low, MOS switch 421e is off, and φODD is high. By turning on the MOS switch 421o, the input to the two capacitors 412o and 412e increases the gain at the column amplifier as compared with the case where only one capacitor is used, thereby increasing the S / N ratio. Improvements can be made.

本実施形態における、垂直加算読み出し動作を図3のタイミングチャートで説明する。本動作では、奇数行用の垂直走査回路420oおよび偶数行用の垂直走査回路420eによって奇数行、偶数行が同時に選択され、それぞれの画素でのノイズ信号又は光信号がそれぞれの画素出力線406o、406eに接続された容量412o、412eに入力される。垂直加算読み出し動作時はφOEがロー、φEVEN,φODDがハイであり、それぞれの容量412o、412eに入力された光信号は列アンプの反転入力端子(−)にて平均化される。これが垂直加算読み出し動作であり、フィールド読み出し時間は全行読み出しの半分となる。奇数行フィールド、偶数行フィールドの読み出しを交互に行うことによりインターレース動作を実現することが可能となる。本実施形態では、奇数行フィールド、偶数行フィールドの読み出しは、垂直走査回路の走査開始タイミングにより選択することが可能である。   The vertical addition read operation in this embodiment will be described with reference to the timing chart of FIG. In this operation, the odd-numbered and even-numbered rows are simultaneously selected by the odd-numbered vertical scanning circuit 420o and the even-numbered vertical scanning circuit 420e, and a noise signal or an optical signal in each pixel is output to each pixel output line 406o, It is input to the capacitors 412o and 412e connected to 406e. During the vertical addition read operation, φOE is low and φEVEN and φODD are high, and the optical signals input to the capacitors 412o and 412e are averaged at the inverting input terminal (−) of the column amplifier. This is a vertical addition read operation, and the field read time is half of the read of all rows. By alternately reading out the odd-numbered field and the even-numbered field, the interlace operation can be realized. In this embodiment, the reading of the odd-numbered field and the even-numbered field can be selected according to the scanning start timing of the vertical scanning circuit.

本実施形態で示される画素構成、読み出し回路構成は本発明の一例に過ぎず、他の画素構成、読み出し構成についても適用可能なものである。   The pixel configuration and readout circuit configuration shown in this embodiment are merely examples of the present invention, and can be applied to other pixel configurations and readout configurations.

本実施形態においては、一列の画素群に対して奇数行信号出力線、偶数行信号出力線を設け、それぞれの出力線からの信号を順次読み出すことにより全行読み出し動作を行い、それぞれの信号出力線からの信号を列アンプの入力容量で平均化することにより垂直画素平均読み出し動作を行っている。これによりプログレッシブ読み出し、インターレス読み出しに対応した増幅型撮像装置を提供することが可能となる。列アンプで得られるゲインは、入力容量と帰還容量との比によって決まる構成であり、全行読み出し動作時には奇数行或いは偶数行何れか一方の出力線からの信号を奇数、偶数両行の入力容量に入力することにより実質的に入力容量が大きくなることになり、垂直画素平均読み出し動作時と同様の高ゲインが得られる。
本実施形態において、固体撮像装置は同一半導体基板上に設けることができるが、差分アンプ218により生ずるノイズが他の回路部材に影響しないように差分アンプ218を基板外に設けてもよい。
In the present embodiment, an odd-row signal output line and an even-row signal output line are provided for a pixel group in one column, and all row read operations are performed by sequentially reading signals from the respective output lines, and each signal output The vertical pixel average readout operation is performed by averaging the signal from the line with the input capacitance of the column amplifier. As a result, it is possible to provide an amplification type imaging apparatus that supports progressive reading and interlaced reading. The gain obtained by the column amplifier is determined by the ratio between the input capacitance and the feedback capacitance, and the signal from either the odd-numbered row or the even-numbered row is used as the input capacitance for both the odd-numbered and even-numbered rows during the all-row read operation. Input substantially increases the input capacitance, and a high gain similar to that in the vertical pixel average readout operation can be obtained.
In this embodiment, the solid-state imaging device can be provided on the same semiconductor substrate, but the difference amplifier 218 may be provided outside the substrate so that noise generated by the difference amplifier 218 does not affect other circuit members.

本実施形態においては、一列の画素群に対して奇数行信号出力線、偶数行信号出力線を設け、それぞれの出力線からの信号を順次読み出すことにより全行読み出し動作を行い、それぞれの信号出力線からの信号を列アンプの入力容量で平均化することにより垂直画素平均読み出し動作を行う場合の実施形態を説明したが、複数の画素列に対して複数の信号出力線を設け、一画素行に属する複数の画素をそれぞれ複数の信号出力線に接続することで(例えば、二つの画素列に対して二つの信号出力線を設けて、)全行読み出し動作と水平画素平均読み出し動作を行う(例えば、二つの画素列に対して二つの信号出力線を設けて、全行読み出し動作と水平画素平均読み出し動作を行う)場合にも本発明を適用することができる。   In the present embodiment, an odd-row signal output line and an even-row signal output line are provided for a pixel group in one column, and all row read operations are performed by sequentially reading signals from the respective output lines, and each signal output The embodiment in the case where the vertical pixel average readout operation is performed by averaging the signal from the line with the input capacitance of the column amplifier has been described, but a plurality of signal output lines are provided for a plurality of pixel columns, and one pixel row Are connected to a plurality of signal output lines (for example, two signal output lines are provided for two pixel columns) to perform an all-row readout operation and a horizontal pixel average readout operation ( For example, the present invention can also be applied to a case where two signal output lines are provided for two pixel columns to perform an all-row reading operation and a horizontal pixel average reading operation.

(実施形態2)
本実施形態で用いた図9に示す画素はCMOSセンサと呼ばれるものであるが、画素に特にCMOSセンサに限定されず、VMIS(Threshold Voltage Modulation Image Sensor)、BCAST(Buried Charge Accumulator and Sensing Transistor array)、LBCAST(Lateral Buried Charge Accumulator and Sensing Transistor array)等も適用可能である。とくにBCASTやLBCASTに対しては増幅用MOSトランジスタをJFETトランジスタに置き換えることで、本質的な変更を伴わずに実現できる。また、光電変換部に蓄積された信号電荷を画素に備わったトランジスタの制御電極に導き、増幅された信号を主電極から出力するタイプのセンサが本実施形態の画素に用いることできる。増幅用トランジスタとしてSITを使ったSIT型イメージセンサ(A.Yusa、J.Nishizawa et al., “SIT image sensor: Design consideration and characteristics,” IEEE trans. Vol. ED-33, pp.735-742, June 1986.)、バイポーラトランジスタを使ったBASIS (N.Tanaka et al., “A 310K pixel bipolar imager (BASIS),” IEEE Trans. Electron Devices, vol.35, pp. 646-652, may 1990)、制御電極が空乏化するJFETを使ったCMD (中村ほか“ゲート蓄積型MOSフォトトランジスタイメージセンサ”,テレビ学会誌,41,11,pp.1075-1082 Nov.,1987)などがある。
(Embodiment 2)
The pixel shown in FIG. 9 used in the present embodiment is called a CMOS sensor. However, the pixel is not particularly limited to a CMOS sensor, and is not limited to a CMOS sensor. Also, LBCAST (Lateral Buried Charge Accumulator and Sensing Transistor Array) is applicable. In particular, BCAST and LBCAST can be realized without substantial change by replacing the amplification MOS transistor with a JFET transistor. In addition, a sensor of a type that guides signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit to a control electrode of a transistor provided in the pixel and outputs an amplified signal from the main electrode can be used for the pixel of this embodiment. SIT type image sensor using SIT as an amplifying transistor (A. Yusa, J. Nishizawa et al., “SIT image sensor: Design consideration and characteristics,” IEEE trans. Vol. ED-33, pp.735-742, June 1986), BASIS using bipolar transistors (N. Tanaka et al., “A 310K pixel bipolar imager (BASIS),” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 35, pp. 646-652, may 1990), CMD (Nakamura et al. “Gate Storage Type MOS Phototransistor Image Sensor”, TV Society Journal, 41, 11, pp.1075-1082 Nov., 1987) using JFET with depleted control electrode.

本実施形態では、本発明が適用できる他の構成の画素の一例について説明する。図4に示される単位画素は半導体基板上に形成された光電変換素子701より発生した信号電荷を転送するための転送ゲートとしての転送MOSトランジスタ708、信号電荷を電圧に変換する浮遊拡散部、信号増幅用のソースフォロア入力MOSトランジスタ702および、浮遊拡散部をリセットするためのリセットJFET723、画素の選択を行うための選択制御線724、選択容量725を有している。画素の選択は、選択制御線724の電位を上昇させることによって行う。選択制御線電位上昇時、選択制御線−浮遊拡散部間の容量結合によって浮遊拡散部の電位が上昇する。これによりJFETによる電源、浮遊拡散部間の接続が切断され、浮遊拡散部は浮遊状態となる。その後の画素リセット状態の出力、光電変換素子で発生した光信号による電圧変化の状態の出力は図9で示される画素と同様である。例えば、以上説明した単位画素によって構成される撮像装置にも本発明は適用可能である。   In this embodiment, an example of a pixel having another structure to which the present invention can be applied will be described. The unit pixel shown in FIG. 4 includes a transfer MOS transistor 708 as a transfer gate for transferring a signal charge generated from a photoelectric conversion element 701 formed on a semiconductor substrate, a floating diffusion part for converting the signal charge into a voltage, a signal A source follower input MOS transistor 702 for amplification, a reset JFET 723 for resetting the floating diffusion portion, a selection control line 724 for selecting a pixel, and a selection capacitor 725 are provided. Pixel selection is performed by raising the potential of the selection control line 724. When the potential of the selection control line rises, the potential of the floating diffusion portion rises due to capacitive coupling between the selection control line and the floating diffusion portion. As a result, the connection between the power source by the JFET and the floating diffusion portion is disconnected, and the floating diffusion portion enters a floating state. The subsequent output in the pixel reset state and the output in the voltage change state due to the optical signal generated by the photoelectric conversion element are the same as those in the pixel shown in FIG. For example, the present invention can also be applied to an imaging device configured by the unit pixels described above.

(実施形態3)
本発明において、全画素読み出し動作、垂直画素平均読み出し動作は、垂直駆動回路の駆動および、φODD、φEVEN、φOEにより駆動される制御スイッチとなるMOSトランジスタ421o、421e、422によって制御される。入力パッド数の低減のために以下のような構成をとることが可能である。すなわち、信号φOEを図5に示す論理回路により生成することにより信号φODD、φEVENの何れか一方がハイ状態の場合は全行読み出し動作であり、φOEはハイ状態となり、信号φODD、φEVENの両方がハイ状態の場合は垂直平均読み出し動作であり、φOEはロー状態となるように制御することが可能となる。図5において、信号φEVENは第1のNOT回路801と第2のNAND回路804に入力され、信号φODDは第2のNOT回路802と第1のNAND回路803に入力される。第1のNOT回路801の出力は第1のNAND回路803に入力され、第2のNOT回路802の出力は第2のNAND回路804に入力される。そして、第1及び第2のNAND回路803、804の出力は第3のNAND回路805に接続され、第3のNAND回路805の出力が信号φOEとなる。
(Embodiment 3)
In the present invention, the all-pixel readout operation and the vertical pixel average readout operation are controlled by MOS transistors 421o, 421e, and 422 serving as control switches driven by the vertical drive circuit and φODD, φEVEN, and φOE. In order to reduce the number of input pads, the following configuration is possible. That is, by generating the signal φOE by the logic circuit shown in FIG. 5, when either one of the signals φODD and φEVEN is in the high state, the read operation is for all rows, and φOE is in the high state, and both the signals φODD and φEVEN are In the high state, the vertical average read operation is performed, and φOE can be controlled to be in the low state. In FIG. 5, the signal φEVEN is input to the first NOT circuit 801 and the second NAND circuit 804, and the signal φODD is input to the second NOT circuit 802 and the first NAND circuit 803. The output of the first NOT circuit 801 is input to the first NAND circuit 803, and the output of the second NOT circuit 802 is input to the second NAND circuit 804. The outputs of the first and second NAND circuits 803 and 804 are connected to the third NAND circuit 805, and the output of the third NAND circuit 805 becomes the signal φOE.

(実施形態4)
図6は本発明の第4実施形態の固体撮像装置の一部構成を示す回路図である。図1と同一構成部材については同一符号を付して説明を省略する。本実施形態は平均化された信号を保持するメモリ部を設けている。ここでは一メモリセルのみを示しているが、画素数に対応して設けられる。ここでは、2画素の平均化をしているのでメモリセル数は画素数の半分でよい。
(Embodiment 4)
FIG. 6 is a circuit diagram showing a partial configuration of the solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In the present embodiment, a memory unit that holds an averaged signal is provided. Although only one memory cell is shown here, it is provided corresponding to the number of pixels. Here, since two pixels are averaged, the number of memory cells may be half of the number of pixels.

図6において、増幅回路410により増幅された信号はメモリセル501に書き込まれる。メモリセル501は増幅用トランジスタ502、メモリ選択トランジスタ503、書き込みトランジスタ500、そしてメモリセル容量504から成っている。電流供給用トランジスタ505は増幅用トランジスタ502がソースフォロワとして働くように、電流を供給する。本実施形態では増幅型フレームメモリを用いているが、書き込み(読み出しを兼ねる)トランジスタ500、メモリセル容量504から成るDRAM型のメモリを用いてもよい。増幅型メモリを用いることでメモリから蓄積容量への読み出しにおいては、メモリセル501の持つ増幅作用のおかげで信号電圧の低下を被ることがない。   In FIG. 6, the signal amplified by the amplifier circuit 410 is written into the memory cell 501. The memory cell 501 includes an amplifying transistor 502, a memory selection transistor 503, a writing transistor 500, and a memory cell capacitor 504. The current supply transistor 505 supplies current so that the amplification transistor 502 functions as a source follower. In this embodiment, an amplification type frame memory is used, but a DRAM type memory including a write (reading) transistor 500 and a memory cell capacitor 504 may be used. By using an amplifying memory, in reading from the memory to the storage capacitor, the signal voltage is not lowered due to the amplifying action of the memory cell 501.

メモリセル501からの信号読み出しは、メモリ選択トランジスタ503をオンさせることで行われる。選択されたメモリセルの出力はパルスφTSにより転送スイッチ215Sをオンさせてラインメモリ216sにサンプリングされる。次に、演算増幅器211の反転入力端子と出力端子をクランプ制御スイッチ214をオンすることで短絡し、演算増幅器211のオフセットをメモリセル501に書き込む。メモリセルに書き込まれたオフセットの読み出しとサンプリングは、メモリセルに書き込まれた信号の読み出し、サンプリングと同様である。メモリセルからのオフセット出力のラインメモリ216nへのサンプリングは、パルスφTNを転送スイッチ215nに印加することで行われる。ラインメモリ216s上の電圧は増幅された画素信号と演算増幅器211のオフセットとに加え、増幅トランジスタ502のオフセットを含んでいる。一方、ラインメモリ216n上の電圧は演算増幅器211のオフセットとに加え、増幅トランジスタ502のオフセットを含んでいる。次に、逐次、水平走査回路219によって選択された列のN信号、S信号が読み出され、これら相関のあるN信号とS信号の差分を差分アンプ218にて実行することにより、光応答出力が得られる。   Signal reading from the memory cell 501 is performed by turning on the memory selection transistor 503. The output of the selected memory cell is sampled by the line memory 216s by turning on the transfer switch 215S by the pulse φTS. Next, the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 211 are short-circuited by turning on the clamp control switch 214, and the offset of the operational amplifier 211 is written into the memory cell 501. Reading and sampling the offset written in the memory cell is the same as reading and sampling the signal written in the memory cell. Sampling of the offset output from the memory cell to the line memory 216n is performed by applying a pulse φTN to the transfer switch 215n. The voltage on the line memory 216 s includes the offset of the amplification transistor 502 in addition to the amplified pixel signal and the offset of the operational amplifier 211. On the other hand, the voltage on the line memory 216n includes the offset of the amplification transistor 502 in addition to the offset of the operational amplifier 211. Next, the N signal and S signal of the column selected by the horizontal scanning circuit 219 are sequentially read out, and the difference between the correlated N signal and S signal is executed by the difference amplifier 218, thereby outputting the optical response. Is obtained.

図7に基づいて、本発明に係わる固体撮像装置を動画対応のスチルカメラに適用した場合の一実施形態について詳述する。   Based on FIG. 7, an embodiment when the solid-state imaging device according to the present invention is applied to a still camera capable of moving images will be described in detail.

図7は、本発明に係わる固体撮像装置を動画対応の「スチルカメラ」に適用した場合を示すブロック図である。   FIG. 7 is a block diagram showing a case where the solid-state imaging device according to the present invention is applied to a “still camera” for moving images.

図7において、1101はレンズのプロテクトとメインスイッチを兼ねるバリア、1102は被写体の光学像を撮像素子(固体撮像装置)1104に結像させるレンズ、1103はレンズ1102を通った光量を可変するための絞り、1104はレンズ1102で結像された被写体を画像信号として取り込むための撮像素子、1106は撮像素子1104より出力される画像信号のアナログ・デジタル変換を行うA/D変換器、1107はA/D変換器1106より出力された画像データに各種の補正を行ったりデータを圧縮する信号処理部、1108は撮像素子1104、撮像信号処理回路1105、A/D変換器1106、信号処理部1107に、各種タイミング信号を出力するタイミング発生部、11109は各種演算とスチルビデオカメラ全体を制御する全体制御・演算部、1110は画像データを一時的に記憶する為のメモリ部、1111は記録媒体に記録または読み出しを行うためのインターフェース部、1112は画像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、1113は外部コンピュータ等と通信する為のインターフェース部である。   In FIG. 7, reference numeral 1101 denotes a barrier that serves as a lens protect and a main switch, 1102 denotes a lens that forms an optical image of a subject on an image sensor (solid-state imaging device) 1104, and 1103 denotes a variable amount of light passing through the lens 1102. Aperture, 1104 is an image sensor for capturing the subject imaged by the lens 1102 as an image signal, 1106 is an A / D converter that performs analog / digital conversion of an image signal output from the image sensor 1104, and 1107 is an A / D converter. A signal processing unit 1108 performs various corrections on the image data output from the D converter 1106 and compresses the data. An image sensor 1104, an image signal processing circuit 1105, an A / D converter 1106, and a signal processing unit 1107 A timing generator for outputting various timing signals, 11109 is various operations and still video An overall control / arithmetic unit for controlling the entire camera, 1110 is a memory unit for temporarily storing image data, 1111 is an interface unit for recording or reading on a recording medium, and 1112 is a unit for recording or reading image data. A removable recording medium such as a semiconductor memory for performing 1113 is an interface unit for communicating with an external computer or the like.

次に、前述の構成における撮影時のスチルビデオカメラの動作について説明する。
バリア1101がオープンされるとメイン電源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンし、更にA/D変換器1106などの撮像系回路の電源がオンされる。
それから、露光量を制御する為に、全体制御・演算部1109は絞り1103を開放にし、撮像素子1104から出力された信号はA/D変換器1106で変換された後、信号処理部1107に入力される。そのデータを基に露出の演算を全体制御・演算部1109で行う。
Next, the operation of the still video camera at the time of shooting in the above configuration will be described.
When the barrier 1101 is opened, the main power supply is turned on, then the control system power supply is turned on, and the power supply of the imaging system circuit such as the A / D converter 1106 is turned on.
Then, in order to control the exposure amount, the overall control / arithmetic unit 1109 opens the diaphragm 1103, and the signal output from the image sensor 1104 is converted by the A / D converter 1106 and then input to the signal processing unit 1107. Is done. Based on the data, exposure calculation is performed by the overall control / calculation unit 1109.

この測光を行った結果により明るさを判断し、その結果に応じて全体制御・演算部1109は絞りを制御する。   The brightness is determined based on the result of the photometry, and the overall control / calculation unit 1109 controls the aperture according to the result.

次に、撮像素子1104から出力された信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離の演算を全体制御・演算部1109で行う。その後、レンズを駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断した時は、再びレンズを駆動し測距を行う。そして、合焦が確認された後に本露光が始まる。   Next, based on the signal output from the image sensor 1104, a high-frequency component is extracted and the distance to the subject is calculated by the overall control / calculation unit 1109. Thereafter, the lens is driven to determine whether or not it is in focus. When it is determined that the lens is not in focus, the lens is driven again to perform distance measurement. Then, after the in-focus state is confirmed, the main exposure starts.

露光が終了すると、撮像素子1104から出力された画像信号はA/D変換器1106でA/D変換され、信号処理部1107を通り全体制御・演算部1109によりメモリ部1110に書き込まれる。   When the exposure ends, the image signal output from the image sensor 1104 is A / D converted by the A / D converter 1106, passes through the signal processing unit 1107, and is written in the memory unit 1110 by the overall control / calculation unit 1109.

その後、メモリ部1110に蓄積されたデータは、全体制御・演算部1109の制御により記録媒体制御I/F部1111を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体1112に記録される。   Thereafter, the data stored in the memory unit 1110 is recorded on a removable recording medium 1112 such as a semiconductor memory through the recording medium control I / F unit 1111 under the control of the overall control / arithmetic unit 1109.

また、外部I/F部1113を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。   Further, the image may be processed by directly inputting to a computer or the like through the external I / F unit 1113.

また図8に基づいて、本発明の固体撮像装置をビデオカメラに適用した場合(撮像システム)の例について詳述する。   Further, based on FIG. 8, an example in which the solid-state imaging device of the present invention is applied to a video camera (imaging system) will be described in detail.

図8は、本発明の固体撮像装置をビデオカメラに適用した場合を示すブロック図で、1201は撮影レンズで焦点調節を行うためのフォーカスレンズ1201A、ズーム動作を行うズームレンズ1201B、結像用のレンズ1201Cを備えている。   FIG. 8 is a block diagram showing a case where the solid-state imaging device of the present invention is applied to a video camera. Reference numeral 1201 denotes a focus lens 1201A for performing focus adjustment by a photographing lens, a zoom lens 1201B for performing a zoom operation, and an imaging lens. A lens 1201C is provided.

1202は絞り、1203は撮像面に結像された被写体像を光電変換して電気的な撮像信号に変換する固体撮像素子(固体撮像装置)、1204は固体撮像素子1203より出力された撮像信号をサンプルホールドし、さらに、レベルをアンプするサンプルホールド回路(S/H回路)であり、映像信号を出力する。   1202 is a diaphragm, 1203 is a solid-state imaging device (solid-state imaging device) that photoelectrically converts a subject image formed on the imaging surface and converts it into an electrical imaging signal, and 1204 is an imaging signal output from the solid-state imaging device 1203. A sample hold circuit (S / H circuit) that samples and holds and further amplifies the level, and outputs a video signal.

1205はサンプルホールド回路1204から出力された映像信号にガンマ補正、色分離、ブランキング処理等の所定の処理を施すプロセス回路で、輝度信号Yおよびクロマ信号Cを出力する。プロセス回路1205から出力されたクロマ信号Cは、色信号補正回路1221で、ホワイトバランス及び色バランスの補正がなされ、色差信号R−Y,B−Yとして出力される。   A process circuit 1205 performs predetermined processing such as gamma correction, color separation, and blanking processing on the video signal output from the sample hold circuit 1204, and outputs a luminance signal Y and a chroma signal C. The chroma signal C output from the process circuit 1205 is subjected to white balance and color balance correction by a color signal correction circuit 1221 and is output as color difference signals RY and BY.

また、プロセス回路1205から出力された輝度信号Yと、色信号補正回路1221から出力された色差信号R−Y,B−Yは、エンコーダ回路(ENC回路)1224で変調され、標準テレビジョン信号として出力される。そして、図示しないビデオレコーダ、あるいは電子ビューファインダ等のモニタEVFへと供給される。   In addition, the luminance signal Y output from the process circuit 1205 and the color difference signals RY and BY output from the color signal correction circuit 1221 are modulated by an encoder circuit (ENC circuit) 1224 and used as a standard television signal. Is output. Then, it is supplied to a monitor EVF such as a video recorder (not shown) or an electronic viewfinder.

次いで、1206はアイリス制御回路で有り、サンプルホールド回路1204から供給される映像信号に基づいてアイリス駆動回路1207を制御し、映像信号のレベルが所定レベルの一定値となるように、絞り1202の開口量を制御すべくigメータを自動制御するものである。1213,1214は、サンプルホールド回路1204から出力された映像信号中より合焦検出を行うために必要な高周波成分を抽出する異なった帯域制限のバンドパスフィルタ(BPF)である。第一のバンドパスフィルタ1213(BPF1)、及び第二のバンドパスフィルタ1214(BPF2)から出力された信号は、ゲート回路1215及びフォーカスゲート枠信号で各々でゲートされ、ピーク検出回路1216でピーク値が検出されてホールドされると共に、論理制御回路1217に入力される。   Next, reference numeral 1206 denotes an iris control circuit, which controls the iris driving circuit 1207 based on the video signal supplied from the sample hold circuit 1204 so that the aperture of the diaphragm 1202 is set so that the level of the video signal becomes a predetermined value. The ig meter is automatically controlled to control the amount. Reference numerals 1213 and 1214 denote different band-limited bandpass filters (BPF) for extracting high-frequency components necessary for performing focus detection from the video signal output from the sample and hold circuit 1204. Signals output from the first bandpass filter 1213 (BPF1) and the second bandpass filter 1214 (BPF2) are gated by the gate circuit 1215 and the focus gate frame signal, respectively, and the peak value is detected by the peak detection circuit 1216. Is detected and held, and input to the logic control circuit 1217.

この信号を焦点電圧と呼び、この焦点電圧によってフォーカスを合わせている。
また、1218はフォーカスレンズ1201Aの移動位置を検出するフォーカスエンコーダ、1219はズームレンズ1201Bの焦点距離を検出するズームエンコーダ、1220は絞り1202の開口量を検出するアイリスエンコーダである。これらのエンコーダの検出値は、システムコントロールを行う論理制御回路1217へと供給される。論理制御回路1217は、設定された合焦検出領域内に相当する映像信号に基づいて、被写体に対する合焦検出を行い焦点調節を行う。即ち、各々のバンドパスフィルタ1213、1214より供給された高周波成分のピーク値情報を取り込み、高周波成分のピーク値が最大となる位置へとフォーカスレンズ1201Aを駆動すべくフォーカス駆動回路1209にフォーカスモータ1210の回転方向、回転速度、回転/停止等の制御信号を供給し、これを制御する。
This signal is called a focus voltage, and the focus is adjusted by this focus voltage.
Reference numeral 1218 denotes a focus encoder that detects the movement position of the focus lens 1201A, 1219 denotes a zoom encoder that detects the focal length of the zoom lens 1201B, and 1220 denotes an iris encoder that detects the opening amount of the diaphragm 1202. The detection values of these encoders are supplied to a logic control circuit 1217 that performs system control. The logic control circuit 1217 performs focus adjustment by detecting focus on the subject based on the video signal corresponding to the set focus detection area. That is, the peak value information of the high frequency component supplied from each of the bandpass filters 1213 and 1214 is taken in, and the focus driving circuit 1209 is driven to the focus motor 1210 to drive the focus lens 1201A to the position where the peak value of the high frequency component is maximized. Control signals such as a rotation direction, a rotation speed, and rotation / stop are supplied and controlled.

本発明は、高速な画素平均読み出し動作を行うことが可能な固体撮像装置、特にプログレッシブ読み出し、インターレス読み出しの両読み出しに対応した撮像装置に好適に用いられるものである   The present invention is preferably used for a solid-state imaging device capable of performing a high-speed pixel average readout operation, particularly an imaging device compatible with both progressive readout and interlace readout.

本発明の第一の実施形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating 1st embodiment of this invention. 本発明の第一の実施形態のプログレッシブ読み出し動作を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating the progressive read-out operation | movement of 1st embodiment of this invention. 本発明の第一の実施形態のインターレス読み出し動作を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating the interlace read-out operation | movement of 1st embodiment of this invention. 本発明の第二の実施形態を説明するための図である。(本発明を適用できるMOS型の撮像装置の単位画素の等価回路図の一例)It is a figure for demonstrating 2nd embodiment of this invention. (Example of equivalent circuit diagram of unit pixel of MOS type imaging apparatus to which the present invention is applicable) 本発明の第三の実施形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating 3rd embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態の固体撮像装置の一部構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows a partial structure of the solid-state imaging device of 4th embodiment of this invention. 本発明に係わる固体撮像装置を動画対応の「スチルカメラ」に適用した場合を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the case where the solid-state imaging device concerning this invention is applied to the "still camera" corresponding to a moving image. 本発明に係わる固体撮像装置をビデオカメラに適用した場合を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the case where the solid-state imaging device concerning this invention is applied to a video camera. MOS型の撮像装置の単位画素の一例の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of an example of a unit pixel of a MOS type imaging device. MOS型の撮像装置の単位画素の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the unit pixel of a MOS type imaging device. MOS型の撮像装置の単位画素の動作を説明するためのタイミングチャートである。5 is a timing chart for explaining the operation of a unit pixel of a MOS type imaging apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 光電変換素子
2 ソースフォロア入力MOSトランジスタ
3 転送MOSトランジスタ
4 リセットMOSトランジスタ
5 選択MOSトランジスタ
6 信号出力線
6o 奇数行の信号出力線
6e 偶数行の信号出力線
7 画素領域
8 単位画素
8o 奇数行の単位画素
8e 偶数行の単位画素
9 定電流負荷
10 列アンプ
11 演算増幅器
12 列アンプ入力容量素子
12o 奇数行の列アンプ入力容量素子
12e 偶数行の列アンプ入力容量素子
13 列アンプ帰還容量素子
14 列アンプクランプ制御スイッチ
15s 列アンプ出力転送スイッチ
15n 列アンプ出力転送スイッチ
16s ラインメモリ
16n ラインメモリ
17 ラインメモリ転送スイッチ
18 差分アンプ
19 水平走査回路
20 垂直走査回路
20o 奇数行用垂直走査回路
20e 偶数行用垂直走査回路
21,22 MOSスイッチ
23 リセットJFET
24 選択制御線
25 選択容量
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photoelectric conversion element 2 Source follower input MOS transistor 3 Transfer MOS transistor 4 Reset MOS transistor 5 Select MOS transistor 6 Signal output line 6o Odd-row signal output line 6e Even-row signal output line 7 Pixel area 8 Unit pixel 8o Odd-row Unit pixel 8e Unit pixel in even row 9 Constant current load 10 Column amplifier 11 Operational amplifier 12 Column amplifier input capacitive element 12o Column amplifier input capacitive element in odd row 12e Column amplifier input capacitive element in even row 13 Column amplifier feedback capacitive element 14 columns Amplifier clamp control switch 15s Column amplifier output transfer switch 15n Column amplifier output transfer switch 16s Line memory 16n Line memory 17 Line memory transfer switch 18 Differential amplifier 19 Horizontal scanning circuit 20 Vertical scanning circuit 20o Odd row vertical scanning circuit 2 0e Vertical scanning circuit for even rows 21, 22 MOS switch 23 Reset JFET
24 selection control line 25 selection capacity

Claims (17)

光電変換部を備えた画素を複数配置した固体撮像装置であって、
異なる画素からの信号がそれぞれ出力される複数の信号出力線を有し、
前記複数の信号出力線は各々複数の容量の一端の電極に接続され、前記複数の容量の他端の電極は短絡されていることを特徴とする固体撮像装置。
A solid-state imaging device in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit are arranged,
Having a plurality of signal output lines for outputting signals from different pixels,
Each of the plurality of signal output lines is connected to an electrode at one end of a plurality of capacitors, and an electrode at the other end of the plurality of capacitors is short-circuited.
前記画素は1次元状又は2次元状に配置され、
一画素列に属する複数の画素が振り分けられて前記複数の信号出力線に接続されることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
The pixels are arranged in one or two dimensions,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a plurality of pixels belonging to one pixel column are distributed and connected to the plurality of signal output lines.
前記画素は2次元状に複数され、
複数の画素列に対して複数の信号出力線を有し、一画素行に属する複数の画素はそれぞれ前記複数の信号出力線に接続されることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
The pixels are two-dimensionally arranged,
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a plurality of signal output lines are provided for a plurality of pixel columns, and a plurality of pixels belonging to one pixel row are connected to the plurality of signal output lines, respectively. .
前記複数の容量の他端の短絡された電極は増幅回路の入力端子に接続されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 4. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the short-circuited electrode at the other end of the plurality of capacitors is connected to an input terminal of an amplifier circuit. 前記複数の容量の一端の電極間の電気的接続、非接続を切り替えるスイッチ手段を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 5. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a switch unit that switches between electrical connection and non-connection between electrodes at one end of the plurality of capacitors. 前記信号出力線はスイッチ手段を介して前記容量と接続されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the signal output line is connected to the capacitor via a switch unit. 奇数番目の画素行、偶数番目の画素行の各々に対して前記信号出力線を有することを特徴とする請求項2、4〜6のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the signal output line is provided for each of an odd-numbered pixel row and an even-numbered pixel row. 前記複数の容量の一端の電極間の電気的接続、非接続をオン、オフにより切り替える第1のスイッチ手段を有し、前記複数の信号出力線の各々は、電気的接続、非接続をオン、オフにより切り替える第2のスイッチ手段を介して前記容量と接続され、
全行読み出し動作時には選択された前記信号出力線の前記第2のスイッチ手段をオンし、且つ前記第1のスイッチ手段をオンし、
画素平均読み出し動作時には前記複数の信号出力線の各第2のスイッチ手段をオンし、且つ第1のスイッチ手段をオフすることを特徴とする請求項2、4又は7に記載の固体撮像装置。
The first switch means for switching on and off the electrical connection and non-connection between the electrodes at one end of the plurality of capacitors, each of the plurality of signal output lines is turned on and off the electrical connection and non-connection, Connected to the capacitor via a second switch means switched by turning off;
Turning on the second switch means of the selected signal output line at the time of the all-row read operation, and turning on the first switch means;
8. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the second switch unit of each of the plurality of signal output lines is turned on and the first switch unit is turned off during the pixel average readout operation.
全行読み出し動作時には奇数番目の画素行、偶数番目の画素行を順次選択し、画素平均読み出し動作時には一組の奇数番目の画素行、偶数番目の画素行を同時に選択する走査手段を有することを特徴とする請求項7又は8に記載の固体撮像装置。 Scanning means for sequentially selecting odd-numbered pixel rows and even-numbered pixel rows at the time of all-row reading operation and simultaneously selecting a set of odd-numbered pixel rows and even-numbered pixel rows at the time of pixel average reading operation The solid-state imaging device according to claim 7 or 8, characterized in that 前記第2のスイッチ手段によって奇数番目の画素行又は偶数番目の画素行が接続される信号出力線が容量と電気的に接続されているときには、奇数番目の画素行と偶数番目の画素行がそれぞれ接続される二つの信号出力線に接続された二つの容量間が前記第1のスイッチ手段により電気的に接続され、
前記第2のスイッチ手段によって奇数番目の画素行及び偶数番目の画素行が接続される二つの信号出力線が容量と電気的に接続されているときには、奇数番目の画素行、偶数番目の画素がそれぞれ接続される二つの信号出力線に接続された二つの容量間が前記第1のスイッチ手段により電気的に非接続とされるような論理回路を有することを特徴とする請求項9に記載の固体撮像装置。
When the signal output line to which the odd-numbered pixel row or the even-numbered pixel row is connected by the second switch means is electrically connected to the capacitor, the odd-numbered pixel row and the even-numbered pixel row are respectively The two capacitors connected to the two signal output lines to be connected are electrically connected by the first switch means,
When two signal output lines to which the odd-numbered pixel rows and the even-numbered pixel rows are connected by the second switch means are electrically connected to the capacitors, the odd-numbered pixel rows and the even-numbered pixels are 10. The logic circuit according to claim 9, further comprising: a logic circuit that is electrically disconnected between the two capacitors connected to the two signal output lines connected to each other by the first switch means. Solid-state imaging device.
前記複数の容量の他端の短絡された電極は増幅器に接続され、前記増幅器は帰還型の増幅器であって、前記増幅器の出力端子と入力端子とを容量結合する結合容量を有し、前記複数の容量と前記結合容量との比によりゲインを決めることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 The short-circuited electrode at the other end of the plurality of capacitors is connected to an amplifier, and the amplifier is a feedback amplifier, and has a coupling capacitor that capacitively couples the output terminal and the input terminal of the amplifier. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a gain is determined based on a ratio of a capacitance of the capacitor and the coupling capacitance. 前記増幅器の出力信号を保持し、前記複数の画素の少なくとも一部の画素に対応したメモリセルを配列してなるメモリ部を有することを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 12. The memory unit according to claim 1, further comprising: a memory unit that holds an output signal of the amplifier and includes memory cells arranged corresponding to at least some of the plurality of pixels. Solid-state imaging device. 前記メモリセルは、少なくとも信号蓄積容量、信号を書き込むためのトランジスタ、及び該信号を増幅するためのトランジスタを備えた増幅型メモリセルであることを特徴とする請求項12に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 12, wherein the memory cell is an amplifying memory cell including at least a signal storage capacitor, a transistor for writing a signal, and a transistor for amplifying the signal. 前記メモリ部の増幅型メモリセルの各列ごとに配列され、前記増幅器と前記増幅型メモリセルとの出力オフセット及び前記増幅型メモリセルからの信号を出力するための回路手段を有することを特徴とする請求項13に記載の固体撮像装置。 It is arranged for each column of the amplification type memory cells of the memory unit, and has circuit means for outputting an output offset between the amplifier and the amplification type memory cell and a signal from the amplification type memory cell. The solid-state imaging device according to claim 13. 前記回路手段は、前記出力オフセットを蓄積する第1の蓄積容量と、前記出力オフセットを前記第1の蓄積容量に転送する第1の転送トランジスタと、前記増幅型メモリセルからの信号を蓄積する第2の蓄積容量と、前記増幅型メモリセルからの信号を前記第2の蓄積容量に転送する第2の転送トランジスタと、を有する請求項14に記載の固体撮像装置。 The circuit means stores a first storage capacitor for storing the output offset, a first transfer transistor for transferring the output offset to the first storage capacitor, and a first storage transistor for storing a signal from the amplification type memory cell. The solid-state imaging device according to claim 14, further comprising: a storage capacitor of 2 and a second transfer transistor that transfers a signal from the amplification type memory cell to the second storage capacitor. 前記回路手段からの、前記出力オフセットと前記信号とを減算する手段を有する請求項15に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 15, further comprising means for subtracting the output offset from the circuit means and the signal. 請求項1〜16のいずれか1項に記載の請求項に記載の固体撮像装置と、前記固体撮像装置へ光を結像する光学系と、前記固体撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回路とを有することを特徴とする撮像システム。 The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 16, an optical system that forms an image of light on the solid-state imaging device, and signal processing that processes an output signal from the solid-state imaging device And an imaging system.
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