JP2006295231A - Solid-state imaging apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging apparatus capable of further enhancing an optical input dynamic range compared to a conventional device, and performing high-speed image pickup. <P>SOLUTION: This solid-state imaging apparatus is provided with a processing circuit for applying AD conversion to an output of a main imaging section of each pixel to generate a digital video signal; a one-dimensional row direction luminance profile acquiring circuit for adding an output of a row direction detecting imaging section of the pixel per pixel line, and generating a one-dimensional row direction luminance profile on the basis of the output added per pixel; a one-dimensional line direction luminance profile acquiring circuit for adding an output of a line direction detecting imaging section of the pixel per pixel row, and generating a one-dimensional line direction luminance profile on the basis of the output added per pixel; and a controller for generating a gain conversion signal of the processing circuit from the one-dimensional row direction luminance profile and the one-dimensional line direction luminance profile. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、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.

従来の固体撮像装置は、下記特許文献1に記載されている。特許文献1に記載の固体撮像装置では、画像の検出と共に、光が入射した2次元位置の検出を行うことができる。
特許2003−189181号公報
A conventional solid-state imaging device is described in Patent Document 1 below. In the solid-state imaging device described in Patent Literature 1, it is possible to detect a two-dimensional position where light is incident as well as an image.
Japanese Patent No. 2003-189181

しかしながら、従来の固体撮像装置では、光入力ダイナミックレンジが固体撮像装置を構成する素子の特性で決まっていた。   However, in the conventional solid-state imaging device, the optical input dynamic range is determined by the characteristics of the elements constituting the solid-state imaging device.

本発明は、従来に比して更に光入力ダイナミックレンジを拡大することができ、且つ、高速な撮像を行うことができる固体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 a solid-state imaging device capable of further expanding the optical input dynamic range and capable of performing high-speed imaging as compared with the prior art.

本発明の固体撮像装置は、1画素が主撮像部と列方向検出撮像部と行方向検出撮像部とで成り、複数の当該画素が2次元配列されて成る撮像領域を有する固体撮像装置において、各画素の主撮像部からの出力をAD変換してディジタルビデオ信号を生成する処理回路と、画素の列方向検出撮像部からの出力が画素行毎に加算され、画素行毎に加算された当該出力に基づいて1次元列方向輝度プロファイルを生成する1次元列方向輝度プロファイル取得回路と、画素の行方向検出撮像部からの出力が画素列毎に加算され、画素列毎に加算された当該出力に基づいて1次元行方向輝度プロファイルを生成する1次元行方向輝度プロファイル取得回路と、1次元列方向輝度プロファイルと1次元行方向輝度プロファイルとから、処理回路の利得変換信号を生成するコントローラとを備え、1次元列方向輝度プロファイル取得回路は、画素行を選択するための1次元列方向輝度プロファイル用シフトレジスタを有し、1次元行方向輝度プロファイル取得回路は、画素列を選択するための1次元行方向輝度プロファイル用シフトレジスタを有し、処理回路は、利得変換信号に基づいてAD変換利得を変更することを特徴とする。   In the solid-state imaging device of the present invention, one pixel includes a main imaging unit, a column-direction detection imaging unit, and a row-direction detection imaging unit, and the imaging unit has an imaging region in which a plurality of the pixels are two-dimensionally arranged. The processing circuit that AD converts the output from the main imaging unit of each pixel to generate a digital video signal, and the output from the column direction detection imaging unit of the pixel is added for each pixel row, and is added for each pixel row A one-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit that generates a one-dimensional column direction luminance profile based on the output and an output from the pixel row direction detection imaging unit are added for each pixel column, and the output is added for each pixel column A one-dimensional row-direction luminance profile acquisition circuit for generating a one-dimensional row-direction luminance profile based on the above, a gain conversion of a processing circuit from the one-dimensional column-direction luminance profile and the one-dimensional row-direction luminance profile The one-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit includes a one-dimensional column direction luminance profile shift register for selecting a pixel row, and the one-dimensional row direction luminance profile acquisition circuit includes a pixel. A shift register for a one-dimensional row direction luminance profile for selecting a column is provided, and the processing circuit changes an AD conversion gain based on a gain conversion signal.

この発明の固体撮像装置によれば、コントローラが、1次元列方向輝度プロファイル取得回路によって生成された1次元列方向輝度プロファイルと、1次元行方向輝度プロファイル取得回路によって生成された1次元行方向輝度プロファイルとから、処理回路の利得変換信号を生成する。1次元列方向輝度プロファイル取得回路は画素行を選択するための1次元列方向輝度プロファイル用シフトレジスタを有しており、1次元行方向輝度プロファイル取得回路は画素列を選択するための1次元行方向輝度プロファイル用シフトレジスタを有しているので、1次元列方向輝度プロファイル取得回路及び1次元行方向輝度プロファイル取得回路は、ディジタルビデオ信号を生成する撮像部に対して、独立して動作速度を設定することができる。すなわち、1次元列方向輝度プロファイル及び1次元行方向輝度プロファイルが、ディジタルビデオ信号を生成する撮像部よりも高速に生成される。その結果、撮像部の最終段に構成される処理回路の利得変換信号が、高速に生成される。   According to the solid-state imaging device of the present invention, the controller uses the one-dimensional column direction luminance profile generated by the one-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit and the one-dimensional row direction luminance generated by the one-dimensional row direction luminance profile acquisition circuit. A gain conversion signal of the processing circuit is generated from the profile. The one-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit has a one-dimensional column direction luminance profile shift register for selecting a pixel row, and the one-dimensional row direction luminance profile acquisition circuit has a one-dimensional row for selecting a pixel column. Since the directional luminance profile shift register is included, the one-dimensional column-direction luminance profile acquisition circuit and the one-dimensional row-direction luminance profile acquisition circuit independently operate with respect to the imaging unit that generates the digital video signal. Can be set. That is, the one-dimensional column direction luminance profile and the one-dimensional row direction luminance profile are generated at a higher speed than the imaging unit that generates the digital video signal. As a result, the gain conversion signal of the processing circuit configured in the final stage of the imaging unit is generated at high speed.

したがって、処理回路に主撮像部からの出力が入力される前に、利得変換信号に基づいて処理回路のAD変換利得を変更することができる。すなわち、処理回路に主撮像部からの出力が入力される前に、この主撮像部に入力される光強度に応じて、処理回路のAD変換利得を変更することができる。故に、この固体撮像装置の光入力ダイナミックレンジを拡大することができる。   Therefore, the AD conversion gain of the processing circuit can be changed based on the gain conversion signal before the output from the main imaging unit is input to the processing circuit. That is, before the output from the main imaging unit is input to the processing circuit, the AD conversion gain of the processing circuit can be changed according to the light intensity input to the main imaging unit. Therefore, the optical input dynamic range of this solid-state imaging device can be expanded.

本発明の1次元列方向輝度プロファイル取得回路は、画素の列方向検出撮像部からの出力電流が画素行毎に加算され、画素行毎に加算された当該出力電流を電圧に変換する1次元列方向輝度プロファイル用積分回路と、1次元列方向輝度プロファイル用シフトレジスタに制御されて、列方向検出撮像部を画素行毎に1次元列方向輝度プロファイル用積分回路に接続するための1次元列方向輝度プロファイル用スイッチとを更に有し、本発明の1次元行方向輝度プロファイル取得回路は、画素の行方向検出撮像部からの出力電流が画素列毎に加算され、画素列毎に加算された当該出力電流を電圧に変換する1次元行方向輝度プロファイル用積分回路と、1次元行方向輝度プロファイル用シフトレジスタに制御されて、行方向検出撮像部を画素列毎に1次元行方向輝度プロファイル用積分回路に接続するための1次元行方向輝度プロファイル用スイッチとを更に有する。   The one-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit of the present invention adds the output current from the pixel column direction detection imaging unit for each pixel row, and converts the output current added for each pixel row into a voltage. One-dimensional column direction for connecting the column direction detection imaging unit to the one-dimensional column direction luminance profile integration circuit for each pixel row, controlled by the direction luminance profile integration circuit and the one-dimensional column direction luminance profile shift register And a luminance profile switch. The one-dimensional row direction luminance profile acquisition circuit of the present invention adds the output current from the pixel row direction detection imaging unit for each pixel column, and adds the output current for each pixel column. The row direction detection imaging unit is controlled by a one-dimensional row direction luminance profile integration circuit that converts output current into voltage and a one-dimensional row direction luminance profile shift register. Further comprising a switch for one-dimensional row-direction luminance profile for connection to the one-dimensional row-oriented luminance profile for integrating circuit.

この構成によれば、一つの1次元列方向輝度プロファイル用積分回路で、時系列に並んだ1次元列方向輝度プロファイルを生成することができ、また、一つの1次元行方向輝度プロファイル用積分回路で、時系列に並んだ1次元行方向輝度プロファイルを生成することができる。したがって、1次元列方向輝度プロファイル取得回路及び1次元行方向輝度プロファイル取得回路の回路基板上の実装領域を削減することができる。   According to this configuration, one one-dimensional column direction luminance profile integration circuit can generate a one-dimensional column direction luminance profile arranged in time series, and one one-dimensional row direction luminance profile integration circuit. Thus, a one-dimensional row direction luminance profile arranged in time series can be generated. Therefore, the mounting area on the circuit board of the one-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit and the one-dimensional row direction luminance profile acquisition circuit can be reduced.

また、本発明の撮像領域は、N個の画素列が隣接して並んでなる撮像ブロックが、K個並んでなり、本発明の固体撮像装置は、入力されるディジタルビデオ信号に応じて部分読み出し領域を指定する画像データ演算部と、部分読み出し領域に対応する画素行を選択する行選択回路と、部分読み出し領域に対応する画素列を選択する列選択回路と、画像データ演算部の出力に基づいて、行選択回路及び列選択回路に選択をさせる制御信号を発生するタイミング発生回路とを更に備え、n番目の処理回路は、個々の撮像ブロックにおけるn番目の画素列の主撮像部に、スイッチを介して全て接続可能とされており、N個の処理回路は、N個の画素列の主撮像部に列選択回路の選択によってONするスイッチを介してそれぞれ接続されて、行選択回路及び列選択回路によって選択された主撮像部の画素列毎の出力からディジタルビデオ信号を生成することが好ましい。   The imaging region of the present invention is composed of K imaging blocks in which N pixel columns are arranged adjacent to each other, and the solid-state imaging device of the present invention performs partial readout according to an input digital video signal. Based on an output of the image data calculation unit, an image data calculation unit for designating a region, a row selection circuit for selecting a pixel row corresponding to the partial readout region, a column selection circuit for selecting a pixel column corresponding to the partial readout region, and an image data calculation unit And a timing generation circuit for generating a control signal for causing the row selection circuit and the column selection circuit to select, and the nth processing circuit switches to the main imaging unit of the nth pixel column in each imaging block. The N processing circuits are connected to the main imaging units of the N pixel columns via switches that are turned on by selection of the column selection circuit, respectively. And it is preferable to generate a digital video signal from the output of each pixel column of the main image pickup unit selected by the column selection circuit.

この構成によれば、n番目の処理回路には、個々の撮像ブロックにおけるn番目の画素列の主撮像部がスイッチを介して全て接続可能とされているので、部分読み出し領域が小さい場合においても、隣接する画素列の主撮像部からの信号は、異なる処理回路で別々に処理される。しかも、画像データ演算部によって、撮像領域を部分読み出し領域に制限している。したがって、光入力ダイナミックレンジを拡大しつつ、高速な撮像を行うことが可能となる。   According to this configuration, since the main imaging unit of the nth pixel column in each imaging block can be connected to the nth processing circuit via the switch, even when the partial readout area is small. The signals from the main imaging units in adjacent pixel columns are processed separately by different processing circuits. In addition, the image data calculation unit limits the imaging area to the partial readout area. Therefore, it is possible to perform high-speed imaging while expanding the optical input dynamic range.

また、本発明の固体撮像装置は、個々の画素列の主撮像部にそれぞれ接続された複数のホールド回路を備え、スイッチが、列選択回路にタイミング発生回路から入力される制御信号に同期して、主撮像部の画素列毎の個々のホールド回路に蓄積された電荷を、個々の画素列の主撮像部に対応する処理回路に接続することを特徴とする。   In addition, the solid-state imaging device of the present invention includes a plurality of hold circuits connected to the main imaging unit of each pixel column, and the switch is synchronized with a control signal input from the timing generation circuit to the column selection circuit. The charge accumulated in each hold circuit for each pixel column of the main imaging unit is connected to a processing circuit corresponding to the main imaging unit of each pixel column.

この構成によれば、主撮像部の画素行毎の出力が、一旦、ホールド回路に蓄積され、スイッチを制御信号によって接続することで、主撮像部の画素行毎に蓄積された電荷を、個々の画素列に対応する処理回路へと転送することができる。   According to this configuration, the output for each pixel row of the main imaging unit is temporarily accumulated in the hold circuit, and the charge accumulated for each pixel row of the main imaging unit is individually connected by connecting the switch with the control signal. Can be transferred to a processing circuit corresponding to the pixel column.

本発明によれば、従来に比して更に光入力ダイナミックレンジを拡大することができ、且つ、高速な撮像を行うことができる固体撮像装置が提供される。   According to the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device capable of further expanding the optical input dynamic range and capable of performing high-speed imaging as compared with the related art.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.

図1は、実施の形態に係る固体撮像装置のブロック図である。この固体撮像装置は、撮像素子と制御回路とを備えている。   FIG. 1 is a block diagram of a solid-state imaging device according to an embodiment. This solid-state imaging device includes an imaging element and a control circuit.

この撮像素子は、N個の画素列(N1,N2,N3)が隣接して並んでなる撮像ブロックB1,B2,B3が、K個(本例ではK=3)並んでなる撮像領域を有している。各撮像ブロックの左からの順番をk番目とする。なお、図2に各画素列を構成する各画素P(x,y)の詳細構成を示す。   This imaging element has an imaging region in which imaging blocks B1, B2, and B3 in which N pixel rows (N1, N2, and N3) are adjacently arranged are arranged in K pieces (K = 3 in this example). is doing. The order from the left of each imaging block is kth. FIG. 2 shows a detailed configuration of each pixel P (x, y) constituting each pixel column.

画素P(x,y)は、ホトダイオードPD1(x,y)と、ホトダイオードPD1(x,y)のカソードとリセット電位Vrとの間に接続されたリセットスイッチQreset(x,y)と、ホトダイオードPD1(x,y)のカソードが入力端子に接続されたアンプAMP(x,y)と、アンプAMP(x,y)とビデオラインLとの間に接続されたアドレススイッチQaddress(x,y)とを備えている。 The pixel P (x, y) includes a photodiode PD1 (x, y), a reset switch Q reset (x, y) connected between the cathode of the photodiode PD1 (x, y) and the reset potential Vr, and a photodiode. The amplifier AMP (x, y) with the cathode of PD1 (x, y) connected to the input terminal, and the address switch Q address (x, y) connected between the amplifier AMP (x, y) and the video line L n y).

アドレススイッチQaddress(x,y)に、ハイレベルのシフト信号(垂直)Vshift(y)を入力することで、アンプAMP(x,y)で増幅した画素信号を、ビデオラインLに転送する状態ができる。ホトダイオードPD1(x,y)に入射した光量に応じて蓄積された電荷が、アンプAMP(x,y)で増幅され、ビデオラインLに電圧として出力される。その後、ハイレベルのリセット信号(垂直)Vreset(y)をリセットスイッチQresetに入力し、これをONすると、ホトダイオードPD1(x、y)に蓄積された電荷がリセットされる。 By inputting a high-level shift signal (vertical) V shift (y) to the address switch Q address (x, y), the pixel signal amplified by the amplifier AMP (x, y) is transferred to the video line L n . The state to do is possible. Photodiode PD1 (x, y) the charge accumulated in accordance with the amount of light incident on is amplified by the amplifier AMP (x, y), is output as a voltage to the video line L n. Thereafter, when a high level reset signal (vertical) V reset (y) is input to the reset switch Q reset and turned on, the charge accumulated in the photodiode PD1 (x, y) is reset.

また、画素P(x,y)は、ホトダイオードPD2(x,y)と、ホトダイオードPD3(x,y)とを備えている。ホトダイオードPD2(x,y)に入射した光量に応じて蓄積された電荷は、列方向輝度プロファイルラインLVPnに電流として出力される。ホトダイオードPD3(x,y)に入射した光量に応じて蓄積された電荷は、行方向輝度プロファイルラインLHPんに電流として出力される。 The pixel P (x, y) includes a photodiode PD2 (x, y) and a photodiode PD3 (x, y). The electric charge accumulated according to the amount of light incident on the photodiode PD2 (x, y) is output as a current to the column direction luminance profile line LVPn . Photodiodes PD3 (x, y) accumulated charge according to the amount of light incident on is output as a current to do the row direction luminance profile line L HP.

なお、画素P(x,y)は、半導体基板上に形成され、主撮像部、列方向検出撮像部、及び、行方向検出撮像部を有している(例えば、主撮像部、列方向検出撮像部、及び、行方向検出撮像部は点線で囲われた領域である)。ホトダイオードPD1(x,y)、ホトダイオードPD2(x,y)、及び、ホトダイオードPD3(x,y)は、それぞれ、この主撮像部、列方向検出撮像部、及び、行方向検出撮像部に形成されている。   The pixel P (x, y) is formed on the semiconductor substrate and includes a main imaging unit, a column direction detection imaging unit, and a row direction detection imaging unit (for example, the main imaging unit, column direction detection). The imaging unit and the row direction detection imaging unit are areas surrounded by dotted lines). The photodiode PD1 (x, y), the photodiode PD2 (x, y), and the photodiode PD3 (x, y) are formed in the main imaging unit, the column direction detection imaging unit, and the row direction detection imaging unit, respectively. ing.

本例の画素P(x,y)は、行方向(x)に沿って9個、列方向(y)に沿って9個あり、アドレス(x,y)で規定される二次元状に配置されている。本例では、撮像領域中央に部分読み出し領域Rを設定し、部分読み出し領域Rの内部の画素P(x,y)の信号を読み出すこととする。   The pixels P (x, y) in this example are nine along the row direction (x) and nine along the column direction (y), and are arranged in a two-dimensional manner defined by the address (x, y). Has been. In this example, a partial readout region R is set at the center of the imaging region, and a signal of a pixel P (x, y) inside the partial readout region R is read out.

この部分読み出し領域Rは、画像データ演算部10によって指定される。画像データ演算部10は、入力されるディジタルビデオ信号に応じて部分読み出し領域Rを指定する。すなわち、例えば、ディジタルビデオ信号における1フレームの画像において、輝度が所定値以上の画素P(x,y)のアドレスを記憶する。ミサイル等の物体が撮影対象の場合、撮像素子がシリコンからなるとして、その赤外線像は物体像の重心を最大輝度の起点として連続的に周辺に広がり、周辺部では輝度が所定値よりも未満となる。   The partial read area R is designated by the image data calculation unit 10. The image data calculation unit 10 designates the partial readout region R according to the input digital video signal. That is, for example, the address of a pixel P (x, y) having a luminance equal to or higher than a predetermined value in an image of one frame in a digital video signal is stored. When an object such as a missile is an object to be imaged, the image sensor is made of silicon, and its infrared image spreads continuously around the center of gravity of the object image with the maximum luminance starting point, and the luminance is less than a predetermined value at the periphery. Become.

すなわち、最大輝度の点を含み、輝度が所定値±Δ以内の点を含む矩形領域を、部分読み出し領域Rとして選択する。対象物が移動中の場合、前回のフレーム内における物体像の重心位置(x1,y1)と、今回のフレーム内における物体像の重心位置(x2,y2)とのフレーム内での位置の差分のベクトル(x2−x1、y2−y1)を演算し、今回のフレーム内の物体像の重心位置(x1、y2)に、このベクトルを加算した位置を、次回の物体像の重心位置(x3,y3)として推定し、これを重心位置とする矩形領域を新たな部分読み出し領域Rとして設定する。   That is, a rectangular area that includes a point with the maximum luminance and includes a point with a luminance within a predetermined value ± Δ is selected as the partial readout region R. When the object is moving, the difference between the position of the center of gravity of the object image in the previous frame (x1, y1) and the position of the center of gravity of the object image in the current frame (x2, y2) The vector (x2-x1, y2-y1) is calculated, and the position obtained by adding this vector to the centroid position (x1, y2) of the object image in the current frame is the centroid position (x3, y3) of the next object image. ) And a rectangular area having this as the center of gravity position is set as a new partial readout area R.

画像データ演算部10には、ディジタルビデオ信号が入力されているが、このディジタルビデオ信号は、各撮像ブロックB1(B2,B3)からの画素列毎(3列)の信号を処理回路PU1,PU2,PU3に入力することで得ることができる。個々の処理回路PU1,PU2,PU3は、アンプAMP1、AMP2,AMP3とAD変換器ADC1,ADC2,ADC3を接続してなる。各画素列から出力されたアナログ画素信号は、処理回路PU1,PU2,PU3によって、ディジタルビデオ信号に変換される。   A digital video signal is input to the image data calculation unit 10, and this digital video signal is obtained by processing signals for each pixel column (three columns) from each imaging block B1 (B2, B3) as processing circuits PU1, PU2. , PU3 can be obtained by inputting. Each processing circuit PU1, PU2, PU3 is formed by connecting amplifiers AMP1, AMP2, AMP3 and AD converters ADC1, ADC2, ADC3. The analog pixel signal output from each pixel column is converted into a digital video signal by the processing circuits PU1, PU2, and PU3.

部分読み出し領域Rを規定する部分画像選択位置情報(x=x4〜x6,y=y4〜y6)は、タイミング発生回路11に入力される。また、この固体撮像装置は、部分読み出し領域Rに対応する画素行を選択する行選択回路12と、部分読み出し領域Rに対応する画素列を選択する列選択回路13とを備えている。タイミング発生回路11は、入力された部分画像選択位置情報に基づいて行選択回路制御信号と、列選択回路制御信号を生成する。   Partial image selection position information (x = x4 to x6, y = y4 to y6) that defines the partial readout region R is input to the timing generation circuit 11. In addition, the solid-state imaging device includes a row selection circuit 12 that selects a pixel row corresponding to the partial readout region R and a column selection circuit 13 that selects a pixel column corresponding to the partial readout region R. The timing generation circuit 11 generates a row selection circuit control signal and a column selection circuit control signal based on the input partial image selection position information.

要するに、行選択回路制御信号は、y=y4〜y6の画素行の信号が読み出されるように行選択回路12に画素の選択をさせ、列選択回路制御信号は、x=x4〜x6の画素列の信号が読み出されるように列選択回路13に画素の選択をさせる。換言すれば、タイミング発生回路11は、画像データ演算部10の出力に基づいて、行選択回路12及び列選択回路13に選択をさせる制御信号を発生しているということになる。   In short, the row selection circuit control signal causes the row selection circuit 12 to select a pixel so that the signal of the pixel row of y = y4 to y6 is read, and the column selection circuit control signal is the pixel column of x = x4 to x6. The column selection circuit 13 is made to select a pixel so that the above signal is read out. In other words, the timing generation circuit 11 generates a control signal that causes the row selection circuit 12 and the column selection circuit 13 to select based on the output of the image data calculation unit 10.

図3は、図1に示した固体撮像装置のタイミングチャートである。本例では、図1に示した部分読み出し領域Rの信号を読み出す例が示されている。   FIG. 3 is a timing chart of the solid-state imaging device shown in FIG. In this example, an example of reading a signal of the partial reading region R shown in FIG. 1 is shown.

時刻t〜tまでは、第1〜第3シフト信号(垂直)Vshift(1〜3)、第1〜第3リセット信号(垂直)Vreset(1−3)、第4シフト信号(垂直)Vshift(4)、第4リセット信号(垂直)Vreset(4)、第5シフト信号(垂直)Vshift(5)、第5リセット信号(垂直)Vreset(5)、第6シフト信号(垂直)Vshift(6)、第6リセット信号(垂直)Vreset(6)、第7〜第9シフト信号(垂直)Vshift(7〜9)、第7〜第9リセット信号(垂直)Vreset(7−9)、第1シフト信号(水平)Hshift(1)、第2シフト信号(水平)Hshift(2)、第3シフト信号(水平)Hshift(3)は、全てローレベルである。なお、信号の各数字は、座標x又はyのアドレスを示す。また、説明においては図2を適宜参照する。 From time t 0 to t 2 , the first to third shift signals (vertical) V shift (1 to 3), the first to third reset signals (vertical) V reset (1-3), the fourth shift signal ( (Vertical) V shift (4), fourth reset signal (vertical) V reset (4), fifth shift signal (vertical) V shift (5), fifth reset signal (vertical) V reset (5), sixth shift Signal (vertical) V shift (6), sixth reset signal (vertical) V reset (6), seventh to ninth shift signals (vertical) V shift (7 to 9), seventh to ninth reset signals (vertical) ) V reset (7-9), first shift signal (horizontal) H shift (1), second shift signal (horizontal) H shift (2), third shift signal (horizontal) H shift (3) are all Low level. Each number in the signal indicates an address of coordinates x or y. In the description, FIG. 2 is referred to as appropriate.

時刻t〜tでは、行選択回路12から、ハイレベルの第4シフト信号(垂直)Vshift(4)が入力されるため、図1の下から4行目の画素行のシフトスイッチQaddress(x,4)がONとなり、光の入射に応じてホトダイオードPD1(x,4)に蓄積された電荷が、アンプAMP(x、4)で増幅され、ビデオラインLに電圧として出力され、ホールド回路H(1)〜H(9)に保持される。なお、各ホールド回路には、電流源が並列に接続されている。 At time t 2 to t 3 , since the high-level fourth shift signal (vertical) V shift (4) is input from the row selection circuit 12, the shift switch Q of the fourth pixel row from the bottom in FIG. address (x, 4) is turned oN, the charge accumulated in the photodiode PD1 (x, 4) in accordance with the incident light is amplified by the amplifier aMP (x, 4), is output as a voltage to the video line L n The hold circuits H (1) to H (9) hold. Each hold circuit is connected in parallel with a current source.

続いて、時刻t〜tでは、ハイレベルの第4リセット信号Vreset(4)が入力されるため、リセットスイッチQreset(x,4)がONとなり、ホトダイオードPD1(x、4)に蓄積された電荷はリセットされる。時刻t〜tでは、列選択回路13から、ハイレベルの第2シフト信号(水平)Hshift(2)が、画素列の4列目のスイッチQ(4)、画素列の5列目のスイッチQ(5)、画素列の6列目のスイッチQ(6)に同時に入力されるため、ホールド回路H(4)、H(5)、H(6)に蓄積された画素P(4,4)、P(5,4)、P(6,4)の電荷が、それぞれ処理回路PU1、PU2、PU3に入力される。 Subsequently, since the high-level fourth reset signal V reset (4) is input at times t 3 to t 4 , the reset switch Q reset (x, 4) is turned on, and the photodiode PD1 (x, 4) is turned on. The accumulated charge is reset. At times t 4 to t 5 , the high-level second shift signal (horizontal) H shift (2) is sent from the column selection circuit 13 to the fourth column switch Q (4) and the fifth pixel column. Switch Q (5) and the switch Q (6) in the sixth column of the pixel column are simultaneously input, so that the pixel P (4) accumulated in the hold circuits H (4), H (5), H (6) , 4), P (5, 4), and P (6, 4) are input to the processing circuits PU1, PU2, and PU3, respectively.

時刻t〜tでは、行選択回路12から、ハイレベルの第5シフト信号(垂直)Vshift(5)が入力されるため、図1の下から5行目の画素行のシフトスイッチQaddress(x,5)がONとなり、光の入射に応じてホトダイオードPD1(x,5)に蓄積された電荷が、アンプAMP(x、5)で増幅され、ビデオラインLに電圧として出力され、ホールド回路H(1)〜H(9)に保持される。 At time t 6 to t 7 , the high-level fifth shift signal (vertical) V shift (5) is input from the row selection circuit 12, so that the shift switch Q of the fifth pixel row from the bottom in FIG. address (x, 5) is turned oN, the charge accumulated in the photodiode PD1 (x, 5) in response to the incidence of light is amplified by the amplifier aMP (x, 5), is output as a voltage to the video line L n The hold circuits H (1) to H (9) hold.

続いて、時刻t〜tでは、ハイレベルの第5リセット信号Vreset(5)が入力されるため、リセットスイッチQreset(x,5)がONとなり、ホトダイオードPD1(x、5)に蓄積された電荷がリセットされる。時刻t〜tでは、列選択回路13から、ハイレベルの第2シフト信号(水平)Hshift(2)が、画素列の4列目のスイッチQ(4)、画素列の5列目のスイッチQ(5)、画素列の6列目のスイッチQ(6)に同時に入力されるため、ホールド回路H(4)、H(5)、H(6)に蓄積された画素P(4,5)、P(5,5)、P(6,5)の電荷が、それぞれ処理回路PU1、PU2、PU3に入力される。 Subsequently, since the high-level fifth reset signal V reset (5) is input from time t 7 to time t 8 , the reset switch Q reset (x, 5) is turned on, and the photodiode PD1 (x, 5) is turned on. The accumulated charge is reset. At times t 8 to t 9 , the high-level second shift signal (horizontal) H shift (2) is sent from the column selection circuit 13 to the fourth column switch Q (4) and the fifth pixel column. Switch Q (5) and the switch Q (6) in the sixth column of the pixel column are simultaneously input, so that the pixel P (4) accumulated in the hold circuits H (4), H (5), H (6) , 5), P (5, 5), and P (6, 5) are input to the processing circuits PU1, PU2, and PU3, respectively.

時刻t10〜t11では、行選択回路12から、ハイレベルの第6シフト信号(垂直)Vshift(6)が入力されるため、図1の下から6行目の画素行のシフトスイッチQaddress(x,6)がONとなり、光の入射に応じてホトダイオードPD1(x,6)に蓄積された電荷が、アンプAMP(x、6)で増幅され、ビデオラインLに電圧として出力され、ホールド回路H(1)〜H(9)に保持される。 At time t 10 to t 11 , the high-level sixth shift signal (vertical) V shift (6) is input from the row selection circuit 12, so that the shift switch Q of the sixth pixel row from the bottom in FIG. address (x, 6) is turned oN, the charge accumulated in the photodiode PD1 (x, 6) in response to the incidence of light is amplified by the amplifier aMP (x, 6), is output as a voltage to the video line L n The hold circuits H (1) to H (9) hold.

続いて、時刻t11〜t12では、ハイレベルの第6リセット信号Vreset(6)が入力されるため、リセットスイッチQreset(x,6)がONとなり、ホトダイオードPD1(x、6)に蓄積された電荷がリセットされる。時刻t12〜t13では、列選択回路13から、ハイレベルの第2シフト信号(水平)Hshift(2)が、画素列の4列目のスイッチQ(4)、画素列の5列目のスイッチQ(5)、画素列の6列目のスイッチQ(6)に同時に入力されるため、ホールド回路H(4)、H(5)、H(6)に蓄積された画素P(4,6)、P(5,6)、P(6,6)の電荷が、それぞれ処理回路PU1、PU2、PU3に入力される。 Subsequently, since the high-level sixth reset signal V reset (6) is input from time t 11 to t 12 , the reset switch Q reset (x, 6) is turned on, and the photodiode PD1 (x, 6) is turned on. The accumulated charge is reset. At time t 12 ~t 13, the column select circuit 13, high-level second shift signal (horizontal) H Shift (2) is, the fourth column of the switch Q (4) of the pixel column, the fifth column of the pixel row Switch Q (5) and the switch Q (6) in the sixth column of the pixel column are simultaneously input, so that the pixel P (4) accumulated in the hold circuits H (4), H (5), H (6) , 6), P (5, 6), and P (6, 6) are input to the processing circuits PU1, PU2, and PU3, respectively.

上述のように、本固体撮像装置は、N個の画素列に、列選択回路13の選択によってONするスイッチQ(4)、Q(5)、Q(6)を介して、それぞれ接続されたN個の処理回路PU1,PU2,PU3を備えている。n番目の処理回路PU1(PU2,PU3)は、個々の撮像ブロックB1,B2,B3におけるn番目の画素列N1(N2,N3)に、スイッチQ(1)〜Q(9)を介して全て接続可能とされている。また、N個の処理回路PU1,PU2,PU3は、行選択回路12及び列選択回路13によって選択された画素列毎の信号からディジタルビデオ信号を生成している。   As described above, the solid-state imaging device is connected to N pixel columns via the switches Q (4), Q (5), and Q (6) that are turned on by selection of the column selection circuit 13, respectively. N processing circuits PU1, PU2, and PU3 are provided. The n-th processing circuit PU1 (PU2, PU3) is all connected to the n-th pixel column N1 (N2, N3) in each imaging block B1, B2, B3 via the switches Q (1) to Q (9). It is possible to connect. The N processing circuits PU1, PU2, and PU3 generate digital video signals from signals for each pixel column selected by the row selection circuit 12 and the column selection circuit 13.

上述の固体撮像装置によれば、n番目の処理回路(例えば、PU1とする)には、個々の撮像ブロックB1,B2,B3におけるn番目の画素列(N1)がスイッチQ(1),Q(4),Q(7)を介して全て接続可能とされているので、部分読み出し領域Rが小さい場合においても、隣接する画素列N2からの信号は、異なる処理回路PU2で別々に処理される。しかも、画像データ演算部10によって、読み出す領域を部分読み出し領域Rに制限しているので、更に高速な撮像を行うことが可能となる。   According to the above-described solid-state imaging device, the n-th processing circuit (for example, PU1) includes the n-th pixel column (N1) in each of the imaging blocks B1, B2, and B3 as switches Q (1) and Q Since all the connections are possible via (4) and Q (7), even when the partial readout region R is small, signals from the adjacent pixel column N2 are processed separately by different processing circuits PU2. . In addition, since the image data calculation unit 10 limits the area to be read out to the partial read area R, it is possible to perform higher-speed imaging.

また、上述の固体撮像装置は、個々の画素列N1,N2,N3にそれぞれ接続された複数のホールド回路H(1)〜H(9)を備えており、上記スイッチQ(1)〜Q(9)は、列選択回路13にタイミング発生回路11から入力される制御信号に同期して、画素列毎の個々のホールド回路H(1)〜H(9)に蓄積された電荷を、個々の画素列N1,N2,N3に対応する処理回路PU1,PU2,PU3に接続しており、各画素行の信号は、一旦はホールド回路(1)〜H(9)に蓄積されるが、スイッチを制御信号Q(1)〜Q(9)によって接続することで、画素行毎に蓄積された電荷を、画素列N1,N2,N3毎に処理回路PU1,PU2,PU3へと転送することができる。   The solid-state imaging device includes a plurality of hold circuits H (1) to H (9) connected to the individual pixel columns N1, N2, and N3, and the switches Q (1) to Q ( 9) The charges accumulated in the individual hold circuits H (1) to H (9) for each pixel column are synchronized with the control signal input from the timing generation circuit 11 to the column selection circuit 13, and The signals are connected to the processing circuits PU1, PU2, PU3 corresponding to the pixel columns N1, N2, N3, and the signals of each pixel row are temporarily stored in the hold circuits (1) to H (9). By connecting with the control signals Q (1) to Q (9), the charges accumulated in each pixel row can be transferred to the processing circuits PU1, PU2, PU3 for each pixel column N1, N2, N3. .

本実施形態では、処理回路PU1,PU2,PU3は、1次元列方向輝度プロファイル取得回路14が生成する1次元列方向輝度プロファイルと、1次元行方向輝度プロファイル取得回路15が生成する1次元行方向輝度プロファイルとに基づいて、AD変換利得を変更することができる。   In the present embodiment, the processing circuits PU1, PU2, and PU3 have a one-dimensional column direction luminance profile generated by the one-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit 14 and a one-dimensional row direction generated by the one-dimensional row direction luminance profile acquisition circuit 15. The AD conversion gain can be changed based on the luminance profile.

図4は、1次元列方向輝度プロファイル取得回路14の構成を示す図である。図4に示すように、1次元列方向輝度プロファイル取得回路14は、1次元列方向輝度プロファイル用スイッチ(以下、列方向スイッチという)31と、1次元列方向輝度プロファイル用シフトレジスタ(以下、列方向シフトレジスタという)32と、1次元列方向輝度プロファイル用積分回路(以下、列方向積分回路という)33とを有している。   FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the one-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit 14. As shown in FIG. 4, the one-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit 14 includes a one-dimensional column direction luminance profile switch (hereinafter referred to as column direction switch) 31 and a one-dimensional column direction luminance profile shift register (hereinafter referred to as column). And a one-dimensional column direction luminance profile integrating circuit (hereinafter referred to as a column direction integrating circuit) 33.

列方向スイッチ31の一方の端子には、列方向輝度プロファイルラインLVP1〜LVP9がそれぞれ接続されている。列方向輝度プロファイルラインLVP1は、画素行M1に並んでいるホトダイオードPD2(1,1)〜PD2(9,1)に接続されている。同様に、列方向輝度プロファイルラインLVP2、LVP3、…、LVP9は、画素行M2、M3、…、M9に並んでいるホトダイオードPD2(1,2)〜PD2(9,2)、PD2(1,3)〜PD2(9,3)、…、PD2(1,9)〜PD2(9,9)にそれぞれ接続されている。列方向スイッチ31の他方の端子は、列方向積分回路33の入力端子に接続されている。 Column direction luminance profile lines L VP1 to L VP9 are connected to one terminal of the column direction switch 31, respectively. Column luminance profile line L VP1 is connected to the photodiode PD2 (1,1) ~PD2 (9,1) which are arranged in pixel rows M1. Similarly, the column-direction luminance profile lines L VP2 , L VP3 ,..., L VP9 are photodiodes PD2 (1,2) to PD2 (9,2), PD2 () arranged in the pixel rows M2, M3,. 1, 3) to PD2 (9, 3),..., PD2 (1, 9) to PD2 (9, 9), respectively. The other terminal of the column direction switch 31 is connected to the input terminal of the column direction integration circuit 33.

列方向スイッチ31は、列方向シフトレジスタ32から出力されるシフト信号shift(V1)〜shift(V9)によって制御されて、順次に閉じられる。列方向シフトレジスタ32は、外部から入力されるクロックに同期して、シフト信号shift(V1)〜shift(V9)を生成する。列方向積分回路33には、列方向シフトレジスタ32によって順次に読み出されたホトダイオードPD2(x,1)〜PD2(x,9)からの電流が、列方向輝度プロファイルラインLVP1〜LVP9及び列方向スイッチ31を介して、順次に入力される。列方向積分回路33は、これらの電流を順次に電圧に変換し、電圧信号Voutを生成する。 The column direction switch 31 is controlled by shift signals shift (V1) to shift (V9) output from the column direction shift register 32, and is sequentially closed. The column direction shift register 32 generates shift signals shift (V1) to shift (V9) in synchronization with an externally input clock. The column direction integration circuit 33, sequentially read photodiode PD2 (x, 1) by column shift register 32 ~PD2 current from (x, 9) is, and the column luminance profile line L VP1 ~L VP9 The data are sequentially input via the column direction switch 31. The column direction integration circuit 33 sequentially converts these currents into voltages, and generates a voltage signal Vout.

列方向積分回路33は、アンプ34と、アンプ34の入力端子と出力端子との間に接続されたキャパシタ35と、アンプ34の入力端子と出力端子との間に接続された列方向積分スイッチ36とを含んでいる。列方向積分スイッチ36は、外部からハイレベルのリセット信号ΦVresetを受けることによってONとなり、キャパシタ35の電位を初期化することができる。   The column direction integration circuit 33 includes an amplifier 34, a capacitor 35 connected between the input terminal and the output terminal of the amplifier 34, and a column direction integration switch 36 connected between the input terminal and the output terminal of the amplifier 34. Including. The column direction integration switch 36 is turned on by receiving a high level reset signal ΦVreset from the outside, and can initialize the potential of the capacitor 35.

図5は、1次元列方向輝度プロファイル取得回路14のタイムチャートである。まず、ハイレベルのシフト信号shift(V1)が列方向スイッチ31に入力されると、列方向スイッチ31がONとなり、ホトダイオードPD2(1,1)〜PD2(9,1)に蓄積された電荷に応じた電流が、列方向輝度プロファイルラインLVP1及び列方向スイッチ31を介して、列方向積分回路33のアンプ34に入力される。リセット信号ΦVresetがローレベルのときには、列方向積分スイッチ36はOFFとなり、ホトダイオードPD2(1,1)〜PD2(9,1)の電荷がキャパシタ35に蓄積される。列方向積分回路33は、この電荷に応じた電圧を出力端子から出力する。 FIG. 5 is a time chart of the one-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit 14. First, when the high-level shift signal shift (V1) is input to the column direction switch 31, the column direction switch 31 is turned ON, and the charge accumulated in the photodiodes PD2 (1,1) to PD2 (9,1) The corresponding current is input to the amplifier 34 of the column direction integration circuit 33 via the column direction luminance profile line LVP1 and the column direction switch 31. When the reset signal ΦVreset is at a low level, the column direction integration switch 36 is turned OFF, and the charges of the photodiodes PD2 (1,1) to PD2 (9,1) are accumulated in the capacitor 35. The column direction integration circuit 33 outputs a voltage corresponding to this charge from the output terminal.

次に、リセット信号ΦVresetがハイレベルとなると、列方向積分スイッチ36がONとなり、キャパシタ35が初期化される。その後、シフト信号shift(V1)がローレベルとなり、列方向スイッチ31がOFFとなる。その後、リセット信号ΦVresetがローレベルとなり、列方向積分スイッチ36がOFFとなる。すなわち、列方向積分回路33は次の入力信号待ち状態となる。   Next, when the reset signal ΦVreset becomes high level, the column direction integration switch 36 is turned on, and the capacitor 35 is initialized. Thereafter, the shift signal shift (V1) becomes a low level, and the column direction switch 31 is turned OFF. Thereafter, the reset signal ΦVreset becomes low level, and the column direction integration switch 36 is turned OFF. That is, the column direction integration circuit 33 waits for the next input signal.

次に、ハイレベルのシフト信号shift(V2)が列方向スイッチ31に入力されると、列方向スイッチ31がONとなり、ホトダイオードPD2(1,2)〜PD2(9,2)に蓄積された電荷に応じた電流が、列方向輝度プロファイルラインLVP2及び列方向スイッチ31を介して、列方向積分回路33のアンプ34に入力される。リセット信号ΦVresetがローレベルのときには、列方向積分スイッチ36はOFFとなり、ホトダイオードPD2(1,2)〜PD2(9,2)の電荷がキャパシタ35に蓄積される。列方向積分回路33は、この電荷に応じた電圧を出力端子から出力する。 Next, when the high-level shift signal shift (V2) is input to the column direction switch 31, the column direction switch 31 is turned ON, and the charges accumulated in the photodiodes PD2 (1,2) to PD2 (9,2). Is input to the amplifier 34 of the column direction integration circuit 33 via the column direction luminance profile line LVP2 and the column direction switch 31. When the reset signal ΦVreset is at a low level, the column direction integration switch 36 is turned OFF, and the charges of the photodiodes PD2 (1,2) to PD2 (9,2) are accumulated in the capacitor 35. The column direction integration circuit 33 outputs a voltage corresponding to this charge from the output terminal.

次に、リセット信号ΦVresetがハイレベルとなると、列方向積分スイッチ36がONとなり、キャパシタ35が初期化される。その後、シフト信号shift(V2)がローレベルとなり、列方向スイッチ31がOFFとなる。その後、リセット信号ΦVresetがローレベルとなり、列方向積分スイッチ36がOFFとなる。すなわち、列方向積分回路33は次の入力信号待ち状態となる。   Next, when the reset signal ΦVreset becomes high level, the column direction integration switch 36 is turned on, and the capacitor 35 is initialized. Thereafter, the shift signal shift (V2) becomes a low level, and the column direction switch 31 is turned OFF. Thereafter, the reset signal ΦVreset becomes low level, and the column direction integration switch 36 is turned OFF. That is, the column direction integration circuit 33 waits for the next input signal.

同様に、シフト信号shift(V3)〜shift(V9)にしたがって、上述のような動作を繰り返すことによって、列方向輝度プロファイルラインLVP1〜LVP9からの電流に応じた電圧が時系列に並んだ1次元列方向輝度プロファイルVoutが生成される。 Similarly, in accordance with a shift signal shift (V3) ~shift (V9) , by repeating the above-described operation, lined voltage corresponding to the current from the column luminance profile line L VP1 ~L VP9 is chronologically A one-dimensional column direction luminance profile Vout is generated.

図6は、1次元行方向輝度プロファイル取得回路15の構成を示す図である。図6に示すように、1次元行方向輝度プロファイル取得回路15は、1次元行方向輝度プロファイル用スイッチ(以下、行方向スイッチという)21と、1次元行方向輝度プロファイル用シフトレジスタ(以下、行方向シフトレジスタという)22と、1次元行方向輝度プロファイル用積分回路(以下、行方向積分回路という)23とを有している。   FIG. 6 is a diagram showing a configuration of the one-dimensional row direction luminance profile acquisition circuit 15. As shown in FIG. 6, the one-dimensional row direction luminance profile acquisition circuit 15 includes a one-dimensional row direction luminance profile switch (hereinafter referred to as row direction switch) 21 and a one-dimensional row direction luminance profile shift register (hereinafter referred to as row). And a one-dimensional row direction luminance profile integration circuit (hereinafter referred to as a row direction integration circuit) 23.

行方向スイッチ21の一方の端子には、行方向輝度プロファイルラインLHP1〜LHP9がそれぞれ接続されている。行方向輝度プロファイルラインLHP1は、画素列N1に並んでいるホトダイオードPD2(1,1)〜PD2(1,9)に接続されている。同様に、行方向輝度プロファイルラインLHP2、LHP3、…、LHP9は、画素列N2、N3、…、N9に並んでいるホトダイオードPD3(2,1)〜PD3(2,9)、PD3(3,1)〜PD3(3,9)、…、PD3(9,1)〜PD3(9,9)にそれぞれ接続されている。行方向スイッチ21の他方の端子は、行方向積分回路23の入力端子に接続されている。 Row direction luminance profile lines L HP1 to L HP9 are respectively connected to one terminal of the row direction switch 21. The row direction luminance profile line L HP1 is connected to the photodiodes PD2 (1,1) to PD2 (1,9) arranged in the pixel column N1. Similarly, the row direction luminance profile lines L HP2 , L HP3 ,..., L HP9 are photodiodes PD3 (2,1) to PD3 (2,9), PD3 () arranged in the pixel columns N2, N3,. 3,1) to PD3 (3,9),..., PD3 (9,1) to PD3 (9,9), respectively. The other terminal of the row direction switch 21 is connected to the input terminal of the row direction integration circuit 23.

行方向スイッチ21は、行方向シフトレジスタ22から出力されるシフト信号shift(H1)〜shift(H9)によって制御されて、順次に閉じられる。行方向シフトレジスタ22は、外部から入力されるクロックに同期して、シフト信号shift(H1)〜shift(H9)を生成する。行方向積分回路23には、行方向シフトレジスタ22によって順次に読み出されたホトダイオードPD3(1,y)〜PD3(9,y)からの電流が、行方向輝度プロファイルラインLHP1〜LHP9及び行方向スイッチ21を介して、順次に入力される。行方向積分回路23は、これらの電流を順次に電圧信号Houtに変換する。 The row direction switch 21 is controlled by shift signals shift (H1) to shift (H9) output from the row direction shift register 22, and is sequentially closed. The row direction shift register 22 generates shift signals shift (H1) to shift (H9) in synchronization with an externally input clock. In the row direction integration circuit 23, currents from the photodiodes PD3 (1, y) to PD3 (9, y) sequentially read out by the row direction shift register 22 are supplied to the row direction luminance profile lines L HP1 to L HP9 and The data are sequentially input via the row direction switch 21. The row direction integration circuit 23 sequentially converts these currents into a voltage signal Hout.

行方向積分回路23は、アンプ24と、アンプ24の入力端子と出力端子との間に接続されたキャパシタ25と、アンプ24の入力端子と出力端子との間に接続された行方向積分スイッチ26とを含んでいる。行方向積分スイッチ26は、外部からハイレベルのリセット信号ΦHresetを受けることによってONとなり、キャパシタ25の電位を初期化することができる。   The row direction integration circuit 23 includes an amplifier 24, a capacitor 25 connected between the input terminal and the output terminal of the amplifier 24, and a row direction integration switch 26 connected between the input terminal and the output terminal of the amplifier 24. Including. The row direction integration switch 26 is turned on by receiving a high level reset signal ΦHreset from the outside, and can initialize the potential of the capacitor 25.

図7は、1次元行方向輝度プロファイル取得回路15のタイムチャートである。まず、ハイレベルのシフト信号shift(H1)が行方向スイッチ21に入力されると、行方向スイッチ31がONとなり、ホトダイオードPD3(1,1)〜PD3(1,9)に蓄積された電荷に応じた電流が、行方向輝度プロファイルラインLHP1及び行方向スイッチ21を介して、行方向積分回路23のアンプ24に入力される。リセット信号ΦHresetがローレベルのときには、行方向積分スイッチ26はOFFとなり、ホトダイオードPD3(1,1)〜PD3(1,9)の電荷がキャパシタ25に蓄積される。行方向積分回路23は、この電荷に応じた電圧を出力端子から出力する。 FIG. 7 is a time chart of the one-dimensional row direction luminance profile acquisition circuit 15. First, when a high-level shift signal shift (H1) is input to the row direction switch 21, the row direction switch 31 is turned on, and the charge accumulated in the photodiodes PD3 (1,1) to PD3 (1,9) is changed. The corresponding current is input to the amplifier 24 of the row direction integration circuit 23 via the row direction luminance profile line LHP1 and the row direction switch 21. When the reset signal ΦHreset is at a low level, the row direction integration switch 26 is turned OFF, and charges of the photodiodes PD3 (1,1) to PD3 (1,9) are accumulated in the capacitor 25. The row direction integration circuit 23 outputs a voltage corresponding to this charge from the output terminal.

次に、リセット信号ΦHresetがハイレベルとなると、行方向積分スイッチ26がONとなり、キャパシタ25が初期化される。その後、シフト信号shift(H1)がローレベルとなり、行方向スイッチ21がOFFとなる。その後、リセット信号ΦHresetがローレベルとなり、行方向積分スイッチ26がOFFとなる。すなわち、行方向積分回路23は次の入力信号待ち状態となる。   Next, when the reset signal ΦHreset becomes high level, the row direction integration switch 26 is turned on, and the capacitor 25 is initialized. Thereafter, the shift signal shift (H1) becomes a low level, and the row direction switch 21 is turned OFF. Thereafter, the reset signal ΦHreset becomes low level, and the row direction integration switch 26 is turned OFF. That is, the row direction integration circuit 23 waits for the next input signal.

次に、ハイレベルのシフト信号shift(H2)が行方向スイッチ21に入力されると、行方向スイッチ21がONとなり、ホトダイオードPD3(2,1)〜PD3(2,9)に蓄積された電荷に応じた電流が、行方向輝度プロファイルラインLHP2及び行方向スイッチ21を介して、行方向積分回路23のアンプ24に入力される。リセット信号ΦHresetがローレベルのときには、行方向積分スイッチ26はOFFとなり、ホトダイオードPD3(2,1)〜PD3(2,9)の電荷がキャパシタ25に蓄積される。行方向積分回路23は、この電荷に応じた電圧を出力端子から出力する。 Next, when the high-level shift signal shift (H2) is input to the row direction switch 21, the row direction switch 21 is turned on, and the charges accumulated in the photodiodes PD3 (2, 1) to PD3 (2, 9) are turned on. Is input to the amplifier 24 of the row direction integration circuit 23 via the row direction luminance profile line LHP2 and the row direction switch 21. When the reset signal ΦHreset is at a low level, the row direction integration switch 26 is turned OFF, and the charges of the photodiodes PD3 (2,1) to PD3 (2,9) are accumulated in the capacitor 25. The row direction integration circuit 23 outputs a voltage corresponding to this charge from the output terminal.

次に、リセット信号ΦHresetがハイレベルとなると、行方向積分スイッチ26がONとなり、キャパシタ25が初期化される。その後、シフト信号shift(H2)がローレベルとなり、行方向スイッチ21がOFFとなる。その後、リセット信号ΦHresetがローレベルとなり、行方向積分スイッチ26がOFFとなる。すなわち、行方向積分回路23は次の入力信号待ち状態となる。   Next, when the reset signal ΦHreset becomes high level, the row direction integration switch 26 is turned on, and the capacitor 25 is initialized. Thereafter, the shift signal shift (H2) becomes low level, and the row direction switch 21 is turned OFF. Thereafter, the reset signal ΦHreset becomes low level, and the row direction integration switch 26 is turned OFF. That is, the row direction integration circuit 23 waits for the next input signal.

同様に、シフト信号shift(H3)〜shift(H9)にしたがって、上述のような動作を繰り返すことによって、行方向輝度プロファイルラインLHP1〜LHP9からの電流に応じた電圧が時系列に並んだ1次元行方向輝度プロファイルHoutが生成される。 Similarly, in accordance with a shift signal shift (H3) ~shift (H9) , by repeating the above-described operation, the voltage corresponding to the current from the row luminance profile line L HP1 ~L HP9 took the time series A one-dimensional row direction luminance profile Hout is generated.

1次元列方向輝度プロファイルVout及び1次元行方向輝度プロファイルHoutは、コントローラ16に入力される。図8は、コントローラ16の回路ブロック図である。図8に示すコントローラ16は、プロファイルタイミング発生回路PT1、PT2、スイッチSW1、SW2、比較器Comp1、Comp2、NAND回路Nand、ホールド回路Hold、及び、リセット用トランジスタTrを有する。   The one-dimensional column direction luminance profile Vout and the one-dimensional row direction luminance profile Hout are input to the controller 16. FIG. 8 is a circuit block diagram of the controller 16. The controller 16 shown in FIG. 8 includes profile timing generation circuits PT1 and PT2, switches SW1 and SW2, comparators Comp1 and Comp2, a NAND circuit Nand, a hold circuit Hold, and a reset transistor Tr.

図9は、コントロール16の各部の波形を示すタイムチャートである。以下、図8及び図9を参照しながら、コントローラ16を詳細に説明する。プロファイルタイミング発生回路PT1は、時系列に並んだ1次元列方向輝度プロファイルVoutから部分読み出し領域Rに相当する1次元列方向輝度プロファイル部分VPRを比較器Comp1に入力するために、スイッチSW1を制御する信号を出力する。例えば、プロファイルタイミング発生回路PT1は、1次元列方向輝度プロファイル取得回路14に入力されるクロックと、行選択回路12に入力されるクロックVclk(図14にて後述する)との周波数比に応じて、タイミング発生回路11から出力される行選択回路制御信号を時間方向に圧縮した圧縮列方向制御信号Vcompを出力する。 FIG. 9 is a time chart showing waveforms of each part of the control 16. Hereinafter, the controller 16 will be described in detail with reference to FIGS. 8 and 9. Profile timing generating circuit PT1, in order to enter the one-dimensional column intensity profile portion V PR corresponding 1-dimensional column intensity profile Vout time-sequentially juxtaposed to the partial readout area R to the comparator Comp1, controls the switch SW1 Output a signal. For example, the profile timing generation circuit PT1 responds to a frequency ratio between a clock input to the one-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit 14 and a clock V clk (described later in FIG. 14) input to the row selection circuit 12. Thus, a compressed column direction control signal V comp obtained by compressing the row selection circuit control signal output from the timing generation circuit 11 in the time direction is output.

スイッチSW1は、ハイレベルの圧縮列方向制御信号Vcompに応じてONし、1次元列方向輝度プロファイル部分VPRを比較器Comp1の第1入力端子に入力する。比較器Comp1の第2入力端子には基準電圧Vref1が入力されている。比較器Comp1は、1次元列方向輝度プロファイル部分VPRと基準電圧Vref1とを比較して、1次元列方向輝度プロファイル部分VPRが基準電圧Vref1より大きいときにハイレベルの電圧を出力し、1次元列方向輝度プロファイル部分VPRが基準電圧Vref1より小さいときにローレベルの電圧を出力する。 Switch SW1 is turned ON in response to the high level compression column direction control signal V comp, and inputs the one-dimensional column intensity profile portion V PR to the first input terminal of the comparator Comp1. The reference voltage V ref1 is input to the second input terminal of the comparator Comp1. The comparator Comp1 has a one-dimensional column intensity profile is compared with the part V PR and the reference voltage V ref1, and outputs a high level voltage when the one-dimensional column intensity profile portion V PR is greater than the reference voltage V ref1 outputs a low level voltage when the one-dimensional column intensity profile portion V PR is less than the reference voltage V ref1.

プロファイルタイミング発生回路PT2は、時系列に並んだ1次元行方向輝度プロファイルHoutから部分読み出し領域Rに相当する1次元行方向輝度プロファイル部分HPRを比較器Comp2に入力するために、スイッチSW2を制御する信号を出力する。例えば、プロファイルタイミング発生回路PT2は、1次元列方向輝度プロファイル取得回路14に入力されるクロックと、列選択回路13に入力されるクロックHclk(図17にて後述する)との周波数比に応じて、タイミング発生回路11から出力される列選択回路制御信号を時間方向に圧縮した圧縮行方向制御信号Hcompを出力する。 Profile timing generating circuit PT2, in order to enter the one-dimensional row luminance profile portion H PR corresponding since one-dimensional row-direction luminance profile Hout arranged in series in the partial readout area R to the comparator Comp2, controls the switch SW2 Output a signal. For example, the profile timing generation circuit PT2 corresponds to a frequency ratio between a clock input to the one-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit 14 and a clock H clk (described later in FIG. 17) input to the column selection circuit 13. Thus, a compressed row direction control signal H comp obtained by compressing the column selection circuit control signal output from the timing generation circuit 11 in the time direction is output.

スイッチSW2は、ハイレベルの圧縮行方向制御信号Hcompに応じてONし、1次元行方向輝度プロファイル部分HPRを比較器Comp2の第1入力端子に入力する。比較器Comp2の第2入力端子には基準電圧Vref2が入力されている。比較器Comp2は、1次元行方向輝度プロファイル部分HPRと基準電圧Vref2を比較し、1次元行方向輝度プロファイル部分HPRが基準電圧Vref2より大きいときにハイレベルの電圧を出力し、1次元行方向輝度プロファイル部分HPRが基準電圧Vref2より小さいときにローレベルの電圧を出力する。 Switch SW2 is turned ON in response to the compression row direction control signal H comp high level, inputs the one-dimensional row luminance profile portion H PR to the first input terminal of the comparator Comp2. The reference voltage V ref2 is input to the second input terminal of the comparator Comp2. The comparator Comp2 is a one-dimensional row luminance profile comparing part H PR and the reference voltage V ref2, it outputs a one-dimensional row luminance profile portion H PR high-level voltage when is greater than the reference voltage V ref2, 1 outputs a low level voltage when the dimension row luminance profile portion H PR is less than the reference voltage V ref2.

NAND回路Nandには、比較器Comp1の出力電圧と比較器Comp2の出力電圧とが入力される。NAND回路Nandは、これら両方の電圧がハイレベルのときにハイレベルの電圧を出力し、いずれか一方の電圧がハイレベル、及び、これら両方の電圧がローレベルのときにローレベルの電圧を出力する。NAND回路Nandの出力電圧は、ホールド回路Holdで保持される。すなわち、NAND回路Nandの出力電圧は、一度でもハイレベルになったらハイレベルに保持される。なお、ホールド回路Holdはキャパシタで構成されればよい。   The NAND circuit Nand receives the output voltage of the comparator Comp1 and the output voltage of the comparator Comp2. The NAND circuit Nand outputs a high level voltage when both of these voltages are at a high level, and outputs a low level voltage when either of these voltages is at a high level and both of these voltages are at a low level. To do. The output voltage of the NAND circuit Nand is held by the hold circuit Hold. In other words, the output voltage of the NAND circuit Nand is held at a high level once it reaches a high level. Note that the hold circuit Hold may be formed of a capacitor.

ホールド回路Holdは、処理回路PU1、PU2、PU3がディジタルビデオ信号を生成するまで、NAND回路Nandの出力電圧を保持する。処理回路PU1、PU2、PU3がディジタルビデオ信号を生成した後、ハイレベルのリセット信号Cresetによって、リセット用トランジスタTrがONし、ホールド回路Holdの電圧が初期化される。このNAND回路Nandの出力電圧が利得変換信号であり、各処理回路PU1、PU2、PU3に入力される。 The hold circuit Hold holds the output voltage of the NAND circuit Nand until the processing circuits PU1, PU2, and PU3 generate digital video signals. After the processing circuits PU1, PU2, and PU3 generate digital video signals, the reset transistor Tr is turned on by the high-level reset signal C reset , and the voltage of the hold circuit Hold is initialized. The output voltage of the NAND circuit Nand is a gain conversion signal and is input to each processing circuit PU1, PU2, PU3.

図10は、処理回路を示すブロック図である。図10には、処理回路PU1を示すが、処理回路PU2、PU3も同一である。処理回路PU1は、アンプAmp1とADC1で構成される。本実施形態では、ADC1はパイプライン型ADCである。ADC1は、12個の基本ブロックBLK1(1)、BLK2(1)、…、BLK12(1)、遅延回路Delay(1)、及び、デコーダDecoder(1)で構成される。基本ブロックBLK1(1)は、サンプルホールド回路SH(1)、ADC(1)、DAC(1)、加算器ADD(1)、及び、2倍増幅器BAY(1)で構成される。   FIG. 10 is a block diagram illustrating the processing circuit. FIG. 10 shows the processing circuit PU1, but the processing circuits PU2 and PU3 are the same. The processing circuit PU1 includes an amplifier Amp1 and ADC1. In the present embodiment, the ADC 1 is a pipeline type ADC. The ADC 1 includes twelve basic blocks BLK1 (1), BLK2 (1),..., BLK12 (1), a delay circuit Delay (1), and a decoder Decoder (1). The basic block BLK1 (1) includes a sample hold circuit SH (1), ADC (1), DAC (1), an adder ADD (1), and a double amplifier BAY (1).

処理回路PU1に入力された電圧は、アンプAmp1によって増幅され、ADC1に入力される。ADC1に入力された電圧は、基本ブロックB1のサンプルホールド回路SH(1)でサンプリングされ、ADC(1)と加算器ADD(1)に入力される。ADC(1)では、入力された電圧をディジタル信号(1又は0)に変換する。このディジタル信号は遅延回路Delay(1)へ出力されると共に、DAC(1)によって電圧に変換される。   The voltage input to the processing circuit PU1 is amplified by the amplifier Amp1 and input to the ADC1. The voltage input to the ADC 1 is sampled by the sample hold circuit SH (1) of the basic block B1, and is input to the ADC (1) and the adder ADD (1). The ADC (1) converts the input voltage into a digital signal (1 or 0). This digital signal is output to the delay circuit Delay (1) and converted into a voltage by the DAC (1).

加算器ADD(1)は、サンプルホールド回路SH(1)からの電圧と、DAC(1)からの電圧とを加算する。加算された電圧は、2倍増幅器BAY(1)によって2倍に増幅され、基本ブロックBLK2(1)へ入力される。なお、基本ブロックBLK2(1)〜BLK12(1)は、基本ブロックBLK1(1)と同一な構成であり、それぞれディジタル信号を生成する。   The adder ADD (1) adds the voltage from the sample hold circuit SH (1) and the voltage from the DAC (1). The added voltage is amplified twice by the double amplifier BAY (1) and input to the basic block BLK2 (1). The basic blocks BLK2 (1) to BLK12 (1) have the same configuration as the basic block BLK1 (1), and each generate a digital signal.

各基本ブロックBLK1(1)〜BLK12(1)から出力されるディジタル信号は、遅延回路Delay(1)を介することによって、それぞれ異なる遅延を有することとなる。デコーダDecoder(1)では、基本ブロックBLK1(1)から出力されたディジタル信号を最上ビットとし、基本ブロックBLK1(1)〜BLK12(1)から出力されたディジタル信号を順次に並べて、12ビットのディジタルビデオ信号を生成する。   The digital signals output from the basic blocks BLK1 (1) to BLK12 (1) have different delays through the delay circuit Delay (1). In the decoder Decoder (1), the digital signal output from the basic block BLK1 (1) is the most significant bit, and the digital signals output from the basic blocks BLK1 (1) to BLK12 (1) are sequentially arranged to form a 12-bit digital signal. Generate a video signal.

基本ブロックBLK1(1)〜BLK12(1)は、それぞれ、キャパシタとアンプで構成されるスイッチドキャパシタ回路で構成されればよく、遅延回路Delay(1)はシフトレジスタで構成されればよい。なお、各ビットの遅延は、シフトレジスタの個数で調整する。   Each of the basic blocks BLK1 (1) to BLK12 (1) may be configured by a switched capacitor circuit including a capacitor and an amplifier, and the delay circuit Delay (1) may be configured by a shift register. Note that the delay of each bit is adjusted by the number of shift registers.

処理回路PU1のADC1は、コントローラ16からの利得変換信号を受けてAD変換利得を変更することができる。処理回路PU1のADC1にハイレベルの利得変換信号が入力されると、このハイレベルの利得変換信号は、基本ブロックBLK1(1)〜BLK12(1)に入力される。以下、基本ブロックBLK1(1)の動作を説明するが、基本ブロックBLK2(1)〜BLK12(1)の動作も同様である。   The ADC 1 of the processing circuit PU1 can change the AD conversion gain in response to the gain conversion signal from the controller 16. When a high level gain conversion signal is input to the ADC 1 of the processing circuit PU1, this high level gain conversion signal is input to the basic blocks BLK1 (1) to BLK12 (1). Hereinafter, the operation of the basic block BLK1 (1) will be described, but the operations of the basic blocks BLK2 (1) to BLK12 (1) are the same.

ハイレベルの利得変換信号が、ADC(1)に入力されると、ADC(1)の比較対象基準電位(図示せず)が高電位となり、基本ブロックBLK1(1)が低利得となる。同様に、基本ブロックBLK2(1)〜BLK12(1)も低利得となる。したがって、ADC1が低利得となる。故に、処理回路PU1のAD変換利得が低下する。処理回路PU1のADC1にローレベルの利得変換信号が入力されると、このローレベルの利得変換信号は、基本ブロックBLK1(1)〜BLK12(1)に入力される。ローレベルの利得変換信号が、ADC(1)に入力されると、ADC(1)の比較対象基準電位(図示せず)が低電位となり、基本ブロックBLK1(1)が高利得となる。同様に、基本ブロックBLK2(1)〜BLK12(1)も高利得となる。したがって、ADC1が高利得となる。故に、処理回路PU1のAD変換利得が増加する。   When a high-level gain conversion signal is input to the ADC (1), the comparison reference potential (not shown) of the ADC (1) becomes a high potential, and the basic block BLK1 (1) has a low gain. Similarly, the basic blocks BLK2 (1) to BLK12 (1) also have a low gain. Therefore, the ADC 1 has a low gain. Therefore, the AD conversion gain of the processing circuit PU1 is reduced. When a low level gain conversion signal is input to the ADC 1 of the processing circuit PU1, this low level gain conversion signal is input to the basic blocks BLK1 (1) to BLK12 (1). When the low-level gain conversion signal is input to the ADC (1), the comparison reference potential (not shown) of the ADC (1) becomes a low potential, and the basic block BLK1 (1) becomes a high gain. Similarly, the basic blocks BLK2 (1) to BLK12 (1) also have a high gain. Therefore, the ADC 1 has a high gain. Therefore, the AD conversion gain of the processing circuit PU1 increases.

なお、処理回路PU2、PU3も、処理回路PU1と同様に、利得変換信号を受けてAD変換利得を変更することができる。   The processing circuits PU2 and PU3 can also change the AD conversion gain by receiving the gain conversion signal, similarly to the processing circuit PU1.

本実施形態の固体撮像装置によれば、コントローラ16が、1次元列方向輝度プロファイル取得回路14によって生成された1次元列方向輝度プロファイルVoutと、1次元行方向輝度プロファイル取得回路15によって生成された1次元行方向輝度プロファイルHoutとから、処理回路PU1、PU2、PU3の利得変換信号を生成する。   According to the solid-state imaging device of this embodiment, the controller 16 is generated by the one-dimensional column direction luminance profile Vout generated by the one-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit 14 and the one-dimensional row direction luminance profile acquisition circuit 15. From the one-dimensional row direction luminance profile Hout, gain conversion signals of the processing circuits PU1, PU2, and PU3 are generated.

1次元列方向輝度プロファイル取得回路14は画素行を選択するための1次元列方向輝度プロファイル用シフトレジスタ32を有しており、1次元行方向輝度プロファイル取得回路15は画素列を選択するための1次元行方向輝度プロファイル用シフトレジスタ22を有しているので、1次元列方向輝度プロファイル取得回路14及び1次元行方向輝度プロファイル取得回路15は、ディジタルビデオ信号を生成する撮像部に対して、独立して動作速度を設定することができる。   The one-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit 14 includes a one-dimensional column direction luminance profile shift register 32 for selecting a pixel row, and the one-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit 15 selects a pixel column. Since the shift register 22 for the one-dimensional row direction luminance profile is provided, the one-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit 14 and the one-dimensional row direction luminance profile acquisition circuit 15 are provided with respect to the imaging unit that generates the digital video signal. The operation speed can be set independently.

すなわち、1次元列方向輝度プロファイルVout及び1次元行方向輝度プロファイルHoutが、ディジタルビデオ信号を生成する撮像部よりも高速に生成される。その結果、撮像部の最終段に構成される処理回路PU1、PU2、PU3の利得変換信号が、高速に生成される。   That is, the one-dimensional column direction luminance profile Vout and the one-dimensional row direction luminance profile Hout are generated at a higher speed than the imaging unit that generates the digital video signal. As a result, gain conversion signals of the processing circuits PU1, PU2, and PU3 configured in the final stage of the imaging unit are generated at high speed.

したがって、処理回路PU1、PU2、PU3に主撮像部からの出力が入力される前に、利得変換信号に基づいて処理回路PU1、PU2、PU3のAD変換利得を変更することができる。すなわち、処理回路PU1、PU2、PU3に主撮像部からの出力が入力される前に、この主撮像部に入力される光強度に応じて、処理回路PU1、PU2、PU3のAD変換利得を変更することができる。故に、この固体撮像装置の光入力ダイナミックレンジを拡大することができる。   Therefore, the AD conversion gains of the processing circuits PU1, PU2, and PU3 can be changed based on the gain conversion signal before the output from the main imaging unit is input to the processing circuits PU1, PU2, and PU3. That is, before the output from the main imaging unit is input to the processing circuits PU1, PU2, and PU3, the AD conversion gains of the processing circuits PU1, PU2, and PU3 are changed according to the light intensity input to the main imaging unit. can do. Therefore, the optical input dynamic range of this solid-state imaging device can be expanded.

図11は、本実施形態の固体撮像装置の光入力―ディジタルビデオ信号特性を示す図である。このように、所定の値未満の光が入力されたときには、処理回路PU1、PU2、PU3のAD変換利得を増加し、所定の値以上の光が入力されたときには、処理回路PU1、PU2、PU3のAD変換利得を低下することによって、光入力範囲が拡大する。すなわち、光入力ダイナミックレンジが拡大する。   FIG. 11 is a diagram illustrating optical input-digital video signal characteristics of the solid-state imaging device according to the present embodiment. As described above, when light of less than a predetermined value is input, the AD conversion gain of the processing circuits PU1, PU2, and PU3 is increased. When light of a predetermined value or more is input, the processing circuits PU1, PU2, and PU3 are increased. By reducing the AD conversion gain, the optical input range is expanded. That is, the optical input dynamic range is expanded.

なお、ディジタルビデオ信号を再生するときには、利得可変信号を参照し、処理回路PU1、PU2、PU3の利得切換の有無に応じて、ディジタルビデオ信号を再生すればよい。   When the digital video signal is reproduced, the digital video signal may be reproduced according to whether or not the gains of the processing circuits PU1, PU2, and PU3 are switched by referring to the variable gain signal.

図12は、1つの撮像ブロックを8つの画素列からなることとし、64の撮像ブロックBk(k=1〜64)を備え(K=64)、垂直方向の画素列が512画素を有し、水平方向の画素列が512画素を有する固体撮像装置を示す。なお、各撮像ブロックB1,B2,・・・,B64におけるn番目の画素列毎に、n番目の処理回路PUnが接続されている(n=1〜8)。   In FIG. 12, one imaging block is composed of 8 pixel columns, and includes 64 imaging blocks Bk (k = 1 to 64) (K = 64), and the vertical pixel column has 512 pixels. The solid-state imaging device which has a pixel row of a horizontal direction has 512 pixels is shown. Note that the nth processing circuit PUn is connected to each nth pixel column in each of the imaging blocks B1, B2,..., B64 (n = 1 to 8).

列選択回路13によって制御されるスイッチ群Q(1)〜Q(N×K)と、撮像領域との間には、ホールド回路群H(1)〜H(N×K)が介在している。スイッチ群Q(1)〜Q(N×K)、ホールド回路群H(1)〜H(N×K)は、上述のスイッチ群Q(1)〜Q(9)及びホールド回路群H(1)〜H(9)に対応するものである。   Hold circuit groups H (1) to H (N × K) are interposed between the switch groups Q (1) to Q (N × K) controlled by the column selection circuit 13 and the imaging region. . The switch groups Q (1) to Q (N × K) and the hold circuit groups H (1) to H (N × K) are the above switch groups Q (1) to Q (9) and the hold circuit group H (1 ) To H (9).

この固体撮像装置で部分読み出しの動作を以下に説明する。ここでは、画像データ演算部の出力に基づいて前回得た画像から、512×512の画素全体の内、周辺10行と10列だけを除いた中央の492×492の画素の部分読み出しを行うことを選択してタイミング発生回路がそれに必要な制御信号を行選択回路12と列選択回路13に供給することとする。   The operation of partial reading with this solid-state imaging device will be described below. Here, partial readout of the central 492 × 492 pixels excluding only the peripheral 10 rows and 10 columns out of the entire 512 × 512 pixels from the previous image based on the output of the image data calculation unit is performed. The timing generation circuit supplies a control signal necessary for the selection to the row selection circuit 12 and the column selection circuit 13.

図13は、画素P(x,y)の主撮像部の詳細な回路図である。なお、以下の説明において、スイッチとは電界効果トランジスタを示すこととする。   FIG. 13 is a detailed circuit diagram of the main imaging unit of the pixel P (x, y). In the following description, a switch refers to a field effect transistor.

画素P(1,1)の主撮像部は、ホトダイオードPD1(1)のカソードと、リセット電位Vr1との間に直列に介在する転送スイッチQtrans(1)、リセットスイッチQreset(1)を備えている。転送スイッチQtrans(1)の上流端は、ホールドスイッチQhold(1)を介して、増幅トランジスタQamp(1)のゲートに入力されている。増幅トランジスタQ amp(1)とビデオラインLとの間には、アドレススイッチQaddress(1)が介在している。 The main imaging unit of the pixel P (1,1) includes a transfer switch Q trans (1) and a reset switch Q reset (1) interposed in series between the cathode of the photodiode PD1 (1) and the reset potential Vr1. ing. The upstream end of the transfer switch Q trans (1) is input to the gate of the amplification transistor Q amp (1) via the hold switch Q hold (1). An address switch Q address (1) is interposed between the amplification transistor Q amp (1) and the video line L 1 .

転送スイッチQtrans(1)のゲートには、転送信号Vtrans(1)が入力され、リセットスイッチQreset(1)のゲートには、リセット信号Vreset(1)が入力される。また、ホールドスイッチQhold(1)のゲートにはホールド信号Vhold(1)が入力される。アドレススイッチQaddress(1)のゲートにはアドレス信号Vaddress(1)が入力される。なお、アドレス信号Vaddress(1)は第1シフト信号(垂直)Vshift(1)と表記することもできる。 The transfer signal V trans (1) is input to the gate of the transfer switch Q trans (1), and the reset signal V reset (1) is input to the gate of the reset switch Q reset (1). The hold signal V hold (1) is input to the gate of the hold switch Q hold (1). An address signal V address (1) is input to the gate of the address switch Q address (1). The address signal V address (1) can also be expressed as a first shift signal (vertical) V shift (1).

画素P(1,2)の主撮像部の構成は、各要素の数字が「2」となるのみで、構成は画素P(1,1)の主撮像部と同一である。なお、画素P(x,y)の列方向検出撮像部及び行方向検出撮像部は、図2と同一である。   The configuration of the main imaging unit of the pixel P (1,2) is the same as the configuration of the main imaging unit of the pixel P (1,1) except that the number of each element is “2”. The column direction detection imaging unit and the row direction detection imaging unit of the pixel P (x, y) are the same as those in FIG.

図14は、各信号を生成するための行選択回路12の回路図である。図15は、各信号のタイミングチャートである。この図は、垂直方向の上下10行ずつを除いた中央492行の部分読み出しを達成するためのものである。   FIG. 14 is a circuit diagram of the row selection circuit 12 for generating each signal. FIG. 15 is a timing chart of each signal. This figure is for achieving partial readout of the central 492 rows excluding the upper and lower 10 rows in the vertical direction.

各行毎にシフトレジスタS1,S2・・・が設けられており、各シフトレジスタは、セット入力端子ST、リセット入力端子rst、クロック入力端子CLKと、出力端子Qを備えている。リセット入力端子は接地電位に接続されている。シフトレジスタS1のセット入力端子STにはスタート信号Vstが入力され、シフトレジスタS1の出力端子Qからの出力shiftout1が、シフトレジスタS2のセット入力端子STに入力されるというように、各シフトレジスタのセット入力端子には一つ前のシフトレジスタの出力端子Qからの出力が順次入力される。 Shift registers S1, S2,... Are provided for each row, and each shift register includes a set input terminal ST, a reset input terminal rst, a clock input terminal CLK, and an output terminal Q. The reset input terminal is connected to the ground potential. The set input terminal ST of the shift register S1 is the start signal V st is input, the output shiftout1 from the output terminal Q of the shift register S1 is, as that is input to the set input terminal of the shift register S2 ST, each shift register The set input terminal sequentially receives the output from the output terminal Q of the previous shift register.

タイミング発生回路11から発生したVreset、Vtrans、Vhold、Vaddressは、第1画素P(1,1)読み出し時の所定のタイミングで、それぞれVreset(1)、Vtrans(1)、Vhold(1)、Vaddress(1)として、スイッチQA1,QB1,QC1,QD1をONし、上述の各スイッチに入力される。この所定のタイミングは、タイミング発生回路11で生成されたs-mode信号とスタート信号Vstによって決定され、第1行目の画素の読み出しが終了したら、第2行目の画素の読み出しへと順次移行する。 V reset , V trans , V hold , and V address generated from the timing generation circuit 11 are predetermined timings at the time of reading the first pixel P (1, 1), respectively, and V reset (1), V trans (1), As V hold (1) and V address (1), the switches QA1, QB1, QC1, and QD1 are turned on and input to the above-described switches. This predetermined timing is determined by the s-mode signal generated by the timing generation circuit 11 and the start signal Vst , and when the reading of the pixels in the first row is completed, the reading of the pixels in the second row is sequentially performed. Transition.

なお、図15中、(Vshift)で示される数字は、読み出し中の画素行を示し、(Hshift)で示される数字は、読み出し中の画素列を示す。 In FIG. 15, the number indicated by (V shift ) indicates the pixel row being read, and the number indicated by (H shift ) indicates the pixel column being read.

s-mode信号は、スタート信号VstがシフトレジスタS1に入力されたときの出力と共にOR回路(OR1)に入力される。なお、2行目の読み出しの場合には、これらの信号はOR回路(OR2)に入力される。 The s-mode signal is input to the OR circuit (OR1) together with the output when the start signal Vst is input to the shift register S1. In the case of reading in the second row, these signals are input to the OR circuit (OR2).

この図は、512×512の全画素で各ホトダイオードPD1(x、y)に蓄積した電荷を同時にホールドするグローバルシャッターモードで動作する例であり、s-mode信号をハイレベルとしておくことで、Vreset、Vtrans、Vholdの信号を全画素一斉に供給することができる。これにより、ホトダイオードPD1(x、y)に蓄積された電荷を増幅トランジスタQamp(x,y)のゲートに全画素に渡って同一のタイミングで転送、蓄積しておくことが可能となる。 This figure shows an example of operation in the global shutter mode in which the charges accumulated in the photodiodes PD1 (x, y) are simultaneously held in all the 512 × 512 pixels. By setting the s-mode signal to the high level, V Reset , V trans , and V hold signals can be supplied all at once. As a result, the charge accumulated in the photodiode PD1 (x, y) can be transferred and accumulated in the gate of the amplification transistor Q amp (x, y) over the entire pixel at the same timing.

実際の動作としては次のようになる。s-mode信号をハイレベルとして、全行に渡ってVreset、Vtrans、Vholdの信号が入力されるようにしておく。Vreset、Vtrans、Vhold、Vaddressの全ての信号がローレベルの時に、VresetをハイレベルとしてVholdをハイレベルとすることにより、増幅トランジスタのゲートの電荷がリセットされる。Vholdをローレベルとし、Vresetをローレベルとした後、VtransをハイレベルとしてVholdをハイレベルとすることで、ホトダイオードPD1(x、y)に蓄積された電荷が増幅トランジスタのゲートに転送される。 The actual operation is as follows. The s-mode signal is set to a high level so that signals of V reset , V trans , and V hold are input over all rows. When all signals of V reset , V trans , V hold , and V address are at a low level, the charge of the gate of the amplification transistor is reset by setting V reset to a high level and V hold to a high level. After V hold is set to low level and V reset is set to low level, V trans is set to high level and V hold is set to high level, whereby the charge accumulated in the photodiode PD1 (x, y) is transferred to the gate of the amplification transistor. Transferred.

その後、VholdをローレベルにしてVtransをローレベルにした後、VtransとVresetをハイレベルにして、ホトダイオードPD1(x、y)に蓄積された電荷をリセットした後、VtransとVresetをローレベルにして次の蓄積を開始する。 Then, after the V trans low level in the V hold in a low level, and the V trans and V reset to the high level, the photodiode PD1 (x, y) after resetting the electric charges accumulated in, V trans and V Reset is set to low level to start the next accumulation.

ここでs-mode信号をローレベルに戻すことにより、全画素に渡って、ホトダイオードPD1(x、y)に蓄積されていた電荷は、各画素の増幅トランジスタのゲートに転送、保持された状態で、ホトダイオードでは次の蓄積が開始されており、全画素での蓄積の開始、終了が同時に行われるグローバルシャッターモードの動作が実現される。以後は、増幅トランジスタのゲートに保持されている電荷を読みたい画素のみを選択して読み出すことになる。   Here, by returning the s-mode signal to the low level, the charges accumulated in the photodiode PD1 (x, y) over all the pixels are transferred and held in the gate of the amplification transistor of each pixel. In the photodiode, the next accumulation is started, and the operation in the global shutter mode in which the accumulation starts and ends in all the pixels is realized at the same time. Thereafter, only the pixel for which the charge held at the gate of the amplification transistor is to be read is selected and read.

シフトレジスタS1,S2・・・のクロック入力端子CLKにはタイミング発生回路11で生成される垂直クロック信号Vclkが入力されている。スタート信号VstがシフトレジスタS1のセット入力端子に入力され,シフトレジスタS1の出力端子Qからの出力shiftout1がシフトレジスタS2のセット入力端子に入力されるように、各シフトレジスタのセット入力端子に一つ前のシフトレジスタの出力端子Qからの出力が順次入力されると、各行の画素に蓄積された電荷の読み出しが開始されるが、Vaddressはローレベルとしておき、垂直クロック信号Vclkは周期を短くすることで、最初の10行は信号の読み飛ばしを行う。 The vertical clock signal V clk generated by the timing generation circuit 11 is input to the clock input terminals CLK of the shift registers S1, S2 ,. Start signal V st is input to the set input terminal of the shift register S1, so that the output shiftout1 from the output terminal Q of the shift register S1 is input to the set input terminal of the shift register S2, the set input terminal of each shift register When the output from the output terminal Q of the previous shift register is sequentially input, the reading of the charges accumulated in the pixels of each row is started, but V address is set to the low level, and the vertical clock signal V clk is By shortening the period, the first 10 lines skip signals.

その後、11行目の画素からVaddressをハイレベルとして蓄積電荷を増幅することにより得られた電圧をホールド回路に一度転送し、ホールド回路に保持する。垂直クロック信号Vclkの周期を長くして512画素分の電荷をホールド回路に蓄積し、続いて、タイミング発生回路11で生成された画素列読み出しスタート信号Hstを列選択回路13に入力することで、タイミング発生回路11で生成された水平クロック信号Hclkに同期して、512画素分のホールド回路に蓄積された電荷の内、選択された部分読み出し領域Rに当たる画素分が8個の処理回路から読み出されて画像データ演算部へ入力される。この動作は図16,17,20を使って後述する。なお、503行目の画素行から以後の10行は、垂直クロック信号の周期を短くして、同様に信号の読み飛ばしを行う。 Thereafter, the voltage obtained by amplifying the accumulated charges from the pixels in the eleventh row by setting Vaddress to high level is once transferred to the hold circuit and held in the hold circuit. The charge of 512 pixels is accumulated in the hold circuit by extending the period of the vertical clock signal V clk , and then the pixel column read start signal H st generated by the timing generation circuit 11 is input to the column selection circuit 13. Thus, among the charges accumulated in the hold circuit for 512 pixels in synchronization with the horizontal clock signal H clk generated by the timing generation circuit 11, eight processing circuits are provided for the pixel corresponding to the selected partial readout region R. Are input to the image data calculation unit. This operation will be described later with reference to FIGS. Note that in the subsequent 10 rows from the 503th pixel row, the period of the vertical clock signal is shortened and signal reading is similarly skipped.

すなわち、垂直クロック信号の周期を短くすることで、不要な画素行の読み出し時間を短縮しており、この不要な画素行の読み出し期間では、アドレス信号Vaddressを入力せず、すなわち、ビデオ信号は出力されない。 That is, by shortening the period of the vertical clock signal, the readout time of unnecessary pixel rows is shortened. In the readout period of unnecessary pixel rows, the address signal V address is not input, that is, the video signal is Not output.

図16は、ホールド回路群H(1)〜H(N×K)に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ群Q(1)〜Q(N×K)の回路図である。ビデオラインL,L,L・・・LN×K毎にスイッチQ(1),Q(2),Q(3)・・・Q(N×K)が接続されている。1つの撮像ブロックのスイッチ群には、Hshift信号が入力され、Hshift信号がハイレベルの時に、ホールド回路に蓄積された電荷が読み出される。 FIG. 16 is a circuit diagram of the switch groups Q (1) to Q (N × K) for reading out the charges accumulated in the hold circuit groups H (1) to H (N × K). Video lines L 1, L 2, L 3 ··· L N × K every switch Q (1), Q (2 ), Q (3) ··· Q (N × K) is connected. The H shift signal is input to the switch group of one imaging block, and the charge accumulated in the hold circuit is read when the H shift signal is at a high level.

図17は、各信号を生成するための列選択回路13の回路図である。図18は、各信号のタイミングチャートである。この図は、水平方向の左右にそれぞれ10列ずつを除いた中央492列のみの部分読み出しを達成するためのものである。この図では、図14のs-mode信号がローレベルになってから水平スタート信号Hstがハイレベルとなり、以後水平の読み出しが行われるタイミングのみを示す。 FIG. 17 is a circuit diagram of the column selection circuit 13 for generating each signal. FIG. 18 is a timing chart of each signal. This figure is for achieving partial reading of only the central 492 columns excluding 10 columns on the left and right in the horizontal direction. This figure shows only the timing at which the horizontal start signal Hst goes high after the s-mode signal in FIG.

シフトレジスタS10、S20、S30・・・が、撮像ブロックに対応して設けられている。各シフトレジスタは、セット入力端子ST、リセット入力端子rst、クロック入力端子CLKと、Q出力端子を備えている。クロック入力端子CLKには、水平クロック信号Hclkが入力される。   Shift registers S10, S20, S30... Are provided corresponding to the imaging blocks. Each shift register includes a set input terminal ST, a reset input terminal rst, a clock input terminal CLK, and a Q output terminal. The horizontal clock signal Hclk is input to the clock input terminal CLK.

タイミング発生回路では、64撮像ブロック中の所望の読み出し開始番号の画素に対応して、水平読み出し用のスタート信号Hstを発生し、6ビットのデコーダ(0ch〜63ch)Dに入力する。デコーダDは、2値入力端子dih0、dih1、dih2、dih3、dih4、dih5を備えている。デコーダ出力端子1,2,3・・・と各セット入力端子STとの間には、OR回路が介在している。   The timing generation circuit generates a horizontal readout start signal Hst corresponding to the pixel of the desired readout start number in the 64 imaging blocks and inputs it to the 6-bit decoder (0ch to 63ch) D. The decoder D includes binary input terminals dih0, dih1, dih2, dih3, dih4, and dih5. An OR circuit is interposed between the decoder output terminals 1, 2, 3... And each set input terminal ST.

デコーダDは、タイミング発生回路11で生成したHstや2値入力に応じて、所望の撮像ブロックへ入力されるHshift信号がハイレベルとなる信号を生成する。スタート信号Hstと、撮像ブロック特定信号dih0、dih1、dih2、dih3、dih4、dih5の入力によって、指定された撮像ブロックの画素列の信号が読み出される。デコーダ出力端子0に対応して発生するHshift(1)信号は、ハイレベルの時にスイッチQ(1)〜Q(8)をONし、デコーダ出力端子1に対応して発生するHshift(2)信号は、ハイレベルの時にスイッチQ(9)〜Q(16)をONする。 The decoder D generates a signal in which the H shift signal input to a desired imaging block becomes a high level in response to H st and binary input generated by the timing generation circuit 11. And a start signal H st, by the imaging block specifying signal dih0, dih1, dih2, dih3, dih4, dih5 inputs, signals of the pixel column of the given imaging block is read. The H shift (1) signal generated in response to the decoder output terminal 0 turns on the switches Q (1) to Q (8) when it is at the high level, and the H shift (2) generated in response to the decoder output terminal 1 ) When the signal is at a high level, the switches Q (9) to Q (16) are turned ON.

各シフトレジスタS10、S20、S30のリセット端子rstには、タイミング発生回路11で生成されたオールリセット信号Hshift-resetを入力することができ、Hshift-resetがハイレベルの場合には、ホールド回路に蓄積された電荷の読み出しを終了し、部分読み出しを高速に行っている。このように図15と図18の両手法を適用することにより、512×512画素信号を周辺10行と10列ずつを除いた中央492×492画素の部分信号読み出しを達成できる。 The all reset signal H shift-reset generated by the timing generation circuit 11 can be input to the reset terminal rst of each of the shift registers S10, S20, and S30. If the H shift-reset is at a high level, the hold signal is held. The readout of the charges accumulated in the circuit is finished, and partial readout is performed at high speed. Thus, by applying both the methods of FIG. 15 and FIG. 18, partial signal readout of the center 492 × 492 pixels can be achieved by removing the 512 × 512 pixel signal by 10 peripheral rows and 10 columns.

一方、1次元列方向輝度プロファイル取得回路14は、512の画素行の列方向検出撮像部の1次元列方向輝度プロファイルVoutを取得するための列方向シフトレジスタ32と、512個の列方向スイッチ31とを有する。列方向シフトレジスタ32は、外部から入力されるクロックと同期したシフト信号shift(V1)〜shift(V512)を出力し、512個の列方向スイッチ31を順次にONする。   On the other hand, the one-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit 14 includes a column direction shift register 32 and 512 column direction switches 31 for acquiring the one-dimensional column direction luminance profile Vout of the column direction detection imaging unit of 512 pixel rows. And have. The column direction shift register 32 outputs shift signals shift (V1) to shift (V512) synchronized with a clock input from the outside, and sequentially turns 512 column direction switches 31 on.

すなわち、1次元列方向輝度プロファイル取得回路14は、図5で説明した動作を512の画素行に渡って行うことによって、列方向輝度プロファイルラインLVP1〜LVP512からの電流に応じた電圧が時系列に並んだ1次元列方向輝度プロファイルVoutを生成する That is, the one-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit 14 performs the operation described with reference to FIG. 5 over 512 pixel rows, so that the voltage corresponding to the current from the column direction luminance profile lines L VP1 to L VP512 is timed. Generate one-dimensional column direction luminance profile Vout arranged in series

1次元行方向輝度プロファイル取得回路15は、512の画素列の1次元行方向輝度プロファイルVoutを取得するための行方向シフトレジスタ22と、512個の行方向スイッチ21を有する。行方向シフトレジスタ22は、外部から入力されるクロックと同期したシフト信号shift(H1)〜shift(H512)を出力し、512個の行方向スイッチ21を順次にONする。   The one-dimensional row direction luminance profile acquisition circuit 15 includes a row direction shift register 22 for acquiring a one-dimensional row direction luminance profile Vout of 512 pixel columns and 512 row direction switches 21. The row direction shift register 22 outputs shift signals shift (H1) to shift (H512) synchronized with a clock input from the outside, and sequentially turns on the 512 row direction switches 21.

すなわち、1次元行方向輝度プロファイル取得回路15は、図7で説明した動作を512の画素列に渡って行うことによって、行方向輝度プロファイルラインLHP1〜LHP512からの電流に応じた電圧が時系列に並んだ1次元行方向輝度プロファイルHoutを生成する。 That is, one-dimensional row-direction luminance profile acquisition circuit 15, by performing over the pixel columns of the operation 512 described with reference to FIG. 7, time is a voltage corresponding to the current from the row luminance profile line L HP1 ~L HP512 A one-dimensional row direction luminance profile Hout arranged in a series is generated.

1次元列方向輝度プロファイルVout及び1次元行方向輝度プロファイルHoutは、コントローラ16に入力される。コントローラ16は、図8及び図9で説明したように、部分読み出し領域Rに相当する1次元列方向輝度プロファイル部分VPRと、部分読み出し領域Rに相当する1次元行方向輝度プロファイル部分HPRとの両方の電圧が所定の値以上であった場合に、ハイレベルとなる利得変換信号を生成する。利得変換信号は、各処理回路PU1〜PU8に入力される。これらの処理回路PU1〜PU8は、この利得変換信号に基づいて、AD変換利得を変更する。 The one-dimensional column direction luminance profile Vout and the one-dimensional row direction luminance profile Hout are input to the controller 16. The controller 16, as described in FIGS. 8 and 9, one-dimensional and column luminance profile portion V PR corresponding to the partial readout area R, and the one-dimensional row-direction luminance profile portion H PR corresponding to the partial readout area R When both of the voltages are equal to or higher than a predetermined value, a gain conversion signal that becomes a high level is generated. The gain conversion signal is input to each of the processing circuits PU1 to PU8. These processing circuits PU1 to PU8 change the AD conversion gain based on the gain conversion signal.

本実施形態では、画像取得時間が約3.96msであるのに対して、プロファイル取得時間は約0.63msでる。したがって、本実施形態によれば、処理回路PU1〜PU8に主撮像部の蓄積電荷に応じた信号が入力される前に、処理回路PU1〜PU8のAD変換利得を変更することが可能である。   In this embodiment, the image acquisition time is about 3.96 ms, whereas the profile acquisition time is about 0.63 ms. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to change the AD conversion gain of the processing circuits PU1 to PU8 before a signal corresponding to the accumulated charge of the main imaging unit is input to the processing circuits PU1 to PU8.

なお、上述の例では、処理回路PU1に設けられたADC1のAD変換利得を変更することによって処理回路PU1のAD変換利得を変更したが、処理回路PU1に設けられたアンプAmp1の増幅利得を変更することによって処理回路PU1のAD変換利得を変更する構成であってもよい。   In the above example, the AD conversion gain of the processing circuit PU1 is changed by changing the AD conversion gain of the ADC1 provided in the processing circuit PU1, but the amplification gain of the amplifier Amp1 provided in the processing circuit PU1 is changed. Thus, the AD conversion gain of the processing circuit PU1 may be changed.

図19は、増幅利得を可変可能なアンプを有する処理回路の構成を示す図である。図19に示すように、アンプAmp1は、アンプAmp1(1)を含む。アンプAmp1(1)の入力端子と出力端子との間には、スイッチSW(1)と抵抗R(1)との並列回路と、スイッチSW(2)と抵抗R(2)との並列回路とが直列に接続されたものが接続されている。スイッチSW(1)は利得変換信号によって制御され、スイッチSW(2)はインバータInv(1)を介した利得変換信号によって制御される。   FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration of a processing circuit having an amplifier capable of varying the amplification gain. As illustrated in FIG. 19, the amplifier Amp1 includes an amplifier Amp1 (1). Between the input terminal and the output terminal of the amplifier Amp1 (1), a parallel circuit of the switch SW (1) and the resistor R (1), and a parallel circuit of the switch SW (2) and the resistor R (2) Are connected in series. The switch SW (1) is controlled by a gain conversion signal, and the switch SW (2) is controlled by a gain conversion signal via the inverter Inv (1).

利得変換信号がローレベルのとき、スイッチSW(1)がOFFとなり、スイッチSW(2)がONとなるので、アンプAmp1は抵抗R(1)に応じた増幅利得を有することとなる。利得変換信号がハイレベルのとき、スイッチSW(11)がONとなり、スイッチSW(2)がOFFとなるので、アンプAmp1は抵抗R(2)に応じた増幅利得を有することとなる。   When the gain conversion signal is at a low level, the switch SW (1) is turned off and the switch SW (2) is turned on, so that the amplifier Amp1 has an amplification gain corresponding to the resistor R (1). When the gain conversion signal is at a high level, the switch SW (11) is turned on and the switch SW (2) is turned off, so that the amplifier Amp1 has an amplification gain corresponding to the resistor R (2).

抵抗R(2)の抵抗値が抵抗R(1)の抵抗値に比べて小さければ、利得変換信号がハイレベルのときに、利得変換信号がローレベルのときに比べて、アンプAmp1の増幅利得を低下することができる。すなわち、利得変換信号がハイレベルのときに、利得変換信号がローレベルのときに比べて、処理回路PU1のAD変換利得を低下することができる。なお、処理回路PU2〜PU8も同様に構成する。   If the resistance value of the resistor R (2) is smaller than the resistance value of the resistor R (1), the amplification gain of the amplifier Amp1 is higher when the gain conversion signal is high than when the gain conversion signal is low. Can be reduced. That is, when the gain conversion signal is at a high level, the AD conversion gain of the processing circuit PU1 can be reduced compared to when the gain conversion signal is at a low level. The processing circuits PU2 to PU8 are configured similarly.

なお、この構成では、アンプAmp1(1)の入力端子と出力端子との間に、スイッチSW(1)と抵抗R(1)との並列回路と、スイッチSW(2)と抵抗R(2)との並列回路とが直列に接続されたものが接続されているが、アンプAmp1(1)の入力端子と出力端子との間に、スイッチSW(1)と抵抗R(1)との直列回路と、スイッチSW(2)と抵抗R(2)との直列回路とが並列に接続されたものが接続されてもよい。   In this configuration, the parallel circuit of the switch SW (1) and the resistor R (1), the switch SW (2) and the resistor R (2) are provided between the input terminal and the output terminal of the amplifier Amp1 (1). Are connected in series, but a series circuit of a switch SW (1) and a resistor R (1) between the input terminal and the output terminal of the amplifier Amp1 (1). And what connected switch SW (2) and the series circuit of resistance R (2) in parallel may be connected.

図20は、ホールド回路群H(1)〜H(N×K)、スイッチ群Q(1)〜Q(N×K)、及び、処理回路PUを示す図である。なお、図20は一部を省略した図である。   FIG. 20 is a diagram illustrating the hold circuit groups H (1) to H (N × K), the switch groups Q (1) to Q (N × K), and the processing circuit PU. FIG. 20 is a diagram in which a part is omitted.

図13に示すホトダイオードP(1,1)に蓄積した電荷を増幅トランジスタQamp(1)によって増幅してなる電圧Vsignalは、ホールド回路H(1)にホールドされる。   A voltage Vsignal obtained by amplifying the charge accumulated in the photodiode P (1,1) shown in FIG. 13 by the amplification transistor Qamp (1) is held in the hold circuit H (1).

上述のホールド動作時には、hreset1をハイレベルにし、amp1の入出力を直流電圧Vrefと同じ電位にリセットしておく。その後、hreset1をローレベルにし、シフト信号Hshift(1)をハイレベルにすると、ホールド回路H(1)に保持された電圧Vsignalが、amp1に転送され、増幅される。この増幅された信号は、処理回路PU1に転送される。   During the above-described hold operation, hrset1 is set to the high level, and the input / output of amp1 is reset to the same potential as the DC voltage Vref. Thereafter, when reset1 is set to low level and the shift signal Hshift (1) is set to high level, the voltage Vsignal held in the hold circuit H (1) is transferred to amp1 and amplified. This amplified signal is transferred to the processing circuit PU1.

この実施形態では、H(1)〜H(8)が同時に動作し、Q(1)〜Q(8)が同時に動作し、PU1〜PU8が同時に動作するというように、8本のビデオラインずつ同時に処理される。   In this embodiment, H (1) to H (8) operate simultaneously, Q (1) to Q (8) operate simultaneously, and PU1 to PU8 operate simultaneously. Processed simultaneously.

なお、信号ライン(L1〜L512)ごとに、上述のホールド回路を並列に二つ(信号用とノイズ用)ずつ備え、更に、CDS回路を備えることによって、ノイズを除去し、処理回路PU1に転送されてもよい。   For each signal line (L1 to L512), two hold circuits described above (for signal and noise) are provided in parallel, and further, a CDS circuit is provided to remove noise and transfer to the processing circuit PU1. May be.

また、上述の例では、部分読み出し領域Rは、前回の画像に基づいて画像データ演算部が決定し、必要な制御信号をタイミング発生回路が発生したが、これは特願2003−189181に示される撮像装置(プロファイルイメージャと呼ばれている)のプロファイル検出機能から得られる情報に基づいて決定してもよく、ホールド回路やフレームメモリ等に蓄積された画像に基づいて決定してもよい。   In the above example, the partial read region R is determined by the image data calculation unit based on the previous image, and the timing generation circuit generates a necessary control signal. This is shown in Japanese Patent Application No. 2003-189181. It may be determined based on information obtained from a profile detection function of an imaging apparatus (referred to as a profile imager), or may be determined based on an image stored in a hold circuit or a frame memory.

また、部分読み出し領域Rを決定するために基づくものは蓄積された画像に限る必要はなく、全画素の内の一部分のみを読み出すように選択する信号を、画像データ演算部の代わりに外から与えても良い。   Further, it is not necessary to limit the partial read region R based on the stored image, and a signal for selecting only a part of all the pixels is read from the outside instead of the image data calculation unit. May be.

こうすることで、読み出す部分と画素数を外部より入力する信号により変えて、画素数は少なくて良いのでとにかく高速で撮像したい場合や、画角の一部分のみに絞って読み出したい場合など様々な場合に対応可能な固体撮像装置が実現できる。   By doing this, the number of pixels to be read and the number of pixels can be changed depending on the signal input from the outside, and the number of pixels can be small. Can be realized.

実施の形態に係る固体撮像装置のブロック図である。It is a block diagram of the solid-state imaging device concerning an embodiment. 各画素列を構成する各画素P(x,y)の詳細構成を示す図である。It is a figure which shows the detailed structure of each pixel P (x, y) which comprises each pixel column. 図1に示した固体撮像装置のタイミングチャートである。2 is a timing chart of the solid-state imaging device illustrated in FIG. 1. 1次元列方向輝度プロファイル取得回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a one-dimensional row direction luminance profile acquisition circuit. 1次元列方向輝度プロファイル取得回路のタイムチャートである。It is a time chart of a one-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit. 1次元行方向輝度プロファイル取得回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a one-dimensional row direction luminance profile acquisition circuit. 1次元行方向輝度プロファイル取得回路のタイムチャートである。It is a time chart of a one-dimensional row direction luminance profile acquisition circuit. コントローラの回路ブロック図である。It is a circuit block diagram of a controller. コントロールの各部の波形を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the waveform of each part of control. 処理回路を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a processing circuit. 本実施形態の固体撮像装置の光入力―ディジタルビデオ信号特性を示す図である。It is a figure which shows the optical input-digital video signal characteristic of the solid-state imaging device of this embodiment. 実施の形態に係る固体撮像装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a solid-state imaging device according to an embodiment. 画素P(x,y)の主撮像部の詳細な回路図である。It is a detailed circuit diagram of the main image pick-up part of pixel P (x, y). 各信号を生成するための行選択回路の回路図である。It is a circuit diagram of a row selection circuit for generating each signal. 各信号のタイミングチャートである。It is a timing chart of each signal. ホールド回路群に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ群の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a switch group for reading out charges accumulated in a hold circuit group. 各信号を生成するための列選択回路の回路図である。It is a circuit diagram of the column selection circuit for producing | generating each signal. 各信号のタイミングチャートである。It is a timing chart of each signal. 増幅利得を可変可能なアンプを有する処理回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the processing circuit which has an amplifier which can vary an amplification gain. ホールド回路群、スイッチ群、CDS回路、及び、処理回路の一変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a hold circuit group, a switch group, a CDS circuit, and a processing circuit.

符号の説明Explanation of symbols

10…画像データ演算部、11…タイミング発生回路、12…行選択回路、13…列選択回路、14…1次元列方向輝度プロファイル取得回路、15…1次元行方向輝度プロファイル取得回路、16…コントローラ、PU1,PU2,PU3…処理回路、ADC1,ADC2,ADC3…変換器、H…ホールド回路、P(x,y)…画素、B1,B2,B3…撮像ブロック、N1,N2,N3…画素列、M1,M2,M3…画素行。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Image data calculating part, 11 ... Timing generation circuit, 12 ... Row selection circuit, 13 ... Column selection circuit, 14 ... One-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit, 15 ... One-dimensional row direction luminance profile acquisition circuit, 16 ... Controller , PU1, PU2, PU3 ... processing circuit, ADC1, ADC2, ADC3 ... converter, H ... hold circuit, P (x, y) ... pixel, B1, B2, B3 ... imaging block, N1, N2, N3 ... pixel array , M1, M2, M3... Pixel rows.

Claims (4)

1画素が主撮像部と列方向検出撮像部と行方向検出撮像部とで成り、複数の当該画素が2次元配列されて成る撮像領域を有する固体撮像装置において、
前記各画素の前記主撮像部からの出力をAD変換してディジタルビデオ信号を生成する処理回路と、
前記画素の前記列方向検出撮像部からの出力が画素行毎に加算され、画素行毎に加算された当該出力に基づいて1次元列方向輝度プロファイルを生成する1次元列方向輝度プロファイル取得回路と、
前記画素の前記行方向検出撮像部からの出力が画素列毎に加算され、画素列毎に加算された当該出力に基づいて1次元行方向輝度プロファイルを生成する1次元行方向輝度プロファイル取得回路と、
前記1次元列方向輝度プロファイルと前記1次元行方向輝度プロファイルとから、前記処理回路の利得変換信号を生成するコントローラと、
を備え、
前記1次元列方向輝度プロファイル取得回路は、前記画素行を選択するための1次元列方向輝度プロファイル用シフトレジスタを有し、
前記1次元行方向輝度プロファイル取得回路は、前記画素列を選択するための1次元行方向輝度プロファイル用シフトレジスタを有し、
前記処理回路は、前記利得変換信号に基づいてAD変換利得を変更することを特徴とする固体撮像装置。
In a solid-state imaging device having an imaging region in which one pixel includes a main imaging unit, a column direction detection imaging unit, and a row direction detection imaging unit, and a plurality of the pixels are two-dimensionally arranged.
A processing circuit for AD-converting the output from the main imaging unit of each pixel to generate a digital video signal;
A one-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit that adds the outputs of the pixels from the column direction detection imaging unit for each pixel row and generates a one-dimensional column direction luminance profile based on the output added for each pixel row; ,
A one-dimensional row direction luminance profile acquisition circuit that adds the outputs of the pixels from the row direction detection imaging unit for each pixel column and generates a one-dimensional row direction luminance profile based on the output added for each pixel column; ,
A controller that generates a gain conversion signal of the processing circuit from the one-dimensional column direction luminance profile and the one-dimensional row direction luminance profile;
With
The one-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit has a one-dimensional column direction luminance profile shift register for selecting the pixel row,
The one-dimensional row direction luminance profile acquisition circuit has a one-dimensional row direction luminance profile shift register for selecting the pixel column,
The solid-state imaging device, wherein the processing circuit changes an AD conversion gain based on the gain conversion signal.
前記1次元列方向輝度プロファイル取得回路は、
前記画素の前記列方向検出撮像部からの出力電流が前記画素行毎に加算され、前記画素行毎に加算された当該出力電流を電圧に変換する1次元列方向輝度プロファイル用積分回路と、
前記1次元列方向輝度プロファイル用シフトレジスタに制御されて、前記列方向検出撮像部を前記画素行毎に前記1次元列方向輝度プロファイル用積分回路に接続するための1次元列方向輝度プロファイル用スイッチと、
を更に有し、
前記1次元行方向輝度プロファイル取得回路は、
前記画素の前記行方向検出撮像部からの出力電流が前記画素列毎に加算され、前記画素列毎に加算された当該出力電流を電圧に変換する1次元行方向輝度プロファイル用積分回路と、
前記1次元行方向輝度プロファイル用シフトレジスタに制御されて、前記行方向検出撮像部を前記画素列毎に前記1次元行方向輝度プロファイル用積分回路に接続するための1次元行方向輝度プロファイル用スイッチと、
を更に有する、
請求項1に記載の固体撮像装置。
The one-dimensional column direction luminance profile acquisition circuit includes:
An output current from the column direction detection imaging unit of the pixel is added for each pixel row, and an integration circuit for a one-dimensional column direction luminance profile that converts the output current added for each pixel row into a voltage;
A one-dimensional column direction luminance profile switch for controlling the one-dimensional column direction luminance profile shift register to connect the column direction detection imaging unit to the one-dimensional column direction luminance profile integration circuit for each pixel row. When,
Further comprising
The one-dimensional row direction luminance profile acquisition circuit includes:
An output current from the row direction detection imaging unit of the pixel is added for each pixel column, and an integration circuit for a one-dimensional row direction luminance profile that converts the output current added for each pixel column to a voltage;
A one-dimensional row direction luminance profile switch for controlling the one-dimensional row direction luminance profile shift register to connect the row direction detection imaging unit to the one-dimensional row direction luminance profile integration circuit for each pixel column. When,
Further having
The solid-state imaging device according to claim 1.
前記撮像領域は、N個の画素列が隣接して並んでなる撮像ブロックが、K個並んでなり、
入力されるディジタルビデオ信号に応じて部分読み出し領域を指定する画像データ演算部と、
前記部分読み出し領域に対応する画素行を選択する行選択回路と、
前記部分読み出し領域に対応する画素列を選択する列選択回路と、
前記画像データ演算部の出力に基づいて、前記行選択回路及び前記列選択回路に選択をさせる制御信号を発生するタイミング発生回路と、
を更に備え、
n番目の処理回路は、個々の前記撮像ブロックにおけるn番目の画素列の前記主撮像部に、前記スイッチを介して全て接続可能とされており、
前記N個の処理回路は、前記N個の画素列の前記主撮像部に前記列選択回路の選択によってONするスイッチを介してそれぞれ接続されて、前記行選択回路及び前記列選択回路によって選択された前記主撮像部の画素列毎の出力から前記ディジタルビデオ信号を生成する、
請求項1又は2に記載の固体撮像装置。
The imaging region is composed of K imaging blocks in which N pixel columns are adjacently arranged,
An image data arithmetic unit for designating a partial readout area in accordance with an input digital video signal;
A row selection circuit for selecting a pixel row corresponding to the partial readout region;
A column selection circuit for selecting a pixel column corresponding to the partial readout region;
A timing generation circuit for generating a control signal for causing the row selection circuit and the column selection circuit to select based on an output of the image data calculation unit;
Further comprising
The nth processing circuit is all connectable to the main imaging unit of the nth pixel column in each imaging block via the switch,
The N processing circuits are respectively connected to the main imaging units of the N pixel columns via a switch that is turned on by the selection of the column selection circuit, and are selected by the row selection circuit and the column selection circuit. The digital video signal is generated from the output of each pixel column of the main imaging unit.
The solid-state imaging device according to claim 1 or 2.
個々の前記画素列の前記主撮像部にそれぞれ接続された複数のホールド回路を備え、
前記スイッチは、前記列選択回路に前記タイミング発生回路から入力される前記制御信号に同期して、前記主撮像部の前記画素列毎の個々の前記ホールド回路に蓄積された電荷を、個々の画素列の前記主撮像部に対応する前記処理回路に接続することを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。
A plurality of hold circuits respectively connected to the main imaging unit of each of the pixel columns;
The switch synchronizes the charge accumulated in each hold circuit for each pixel column of the main imaging unit in synchronization with the control signal input from the timing generation circuit to the column selection circuit. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the solid-state imaging device is connected to the processing circuit corresponding to the main imaging unit in a row.
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