JP2007281995A - Solid-state imaging apparatus - Google Patents

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Tomoaki Sato
智明 佐藤
Junshi Tokumoto
順士 徳本
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging apparatus which is produced by almost the same production process for usual solid imaging apparatuses and has a plurality of resolution areas. <P>SOLUTION: The solid-state imaging apparatus is provided with a plurality of pixels 21 which are formed in an imaging area 11 of a substrate 10 in a matrix manner and include photoelectric conversion elements each, a first color filter 25A which is formed on a first area 11A of the imaging area 11 and has a prescribed color array arranged by a plurality of color areas 26, and a second color filter 25B which is formed on a second area 11B of the imaging area 11 and has the prescribed color array arranged by the plural color areas 26. The number of the pixels 21 in which each light to transmit each color area 26 of the first color filter 25A enters is more than the number of the pixels 21 in which each light to transmit each color area 26 of the second color filter 25B enters. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像装置に関し、特に複数の解像度領域を備えた固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device, and particularly to a solid-state imaging device having a plurality of resolution regions.

カメラを用いて車両前方を監視し、前方の車両及び障害物等による危険を事前に警告する車両前方監視センサが車両事故防止のために注目されている。車両前方監視センサにおいて監視をすべき領域は、車両の速度及び方向等の車両自身の状態並びに道路の混雑状況及び天候等の車両のおかれている状態等によって大きく変化する。   A vehicle front monitoring sensor that monitors a vehicle front using a camera and warns in advance of danger caused by a vehicle ahead, an obstacle, or the like has attracted attention for preventing a vehicle accident. The area to be monitored in the vehicle forward monitoring sensor varies greatly depending on the state of the vehicle itself such as the speed and direction of the vehicle, the traffic congestion of the road, and the state of the vehicle such as the weather.

このような、要求に応えるため、例えば、遠方を監視する望遠カメラと広い範囲を監視する広角カメラとを用いる手法又は超高解像度カメラを用いて遠方と近傍とを同時に監視する手法が用いられている。しかし、カメラを2台用意する場合には、コストがかかると共に小型化が困難である。また、超高解像度カメラを用いる場合には、カメラのコストがかかると共に、すべての領域を超高解像度で撮影することになるため高速な画像処理が困難になるという問題がある。   In order to meet such demands, for example, a method using a telephoto camera for monitoring a far distance and a wide-angle camera for monitoring a wide range, or a method for simultaneously monitoring a distant and near area using an ultra-high resolution camera is used. Yes. However, when two cameras are prepared, cost is high and downsizing is difficult. In addition, when an ultra-high resolution camera is used, there is a problem that the cost of the camera is high and that high-speed image processing becomes difficult because all areas are imaged with ultra-high resolution.

このため、画像処理に負担をかけることなく、1台のカメラによって遠方と近傍との両方を監視するために、固体撮像装置を2つの領域に分割し、画素が高密度に配置された高解像度領域と比較的疎に配置された低解像度領域とを設ける方法が開示されている(例えば、特許文献1を参照。)。この方法によれば、高解像度領域において遠方の小さな対象物について高精度に画像処理し、低解像度領域において近傍の比較的大きな対象物について高速に画像処理することが可能となる。
特開平10−75397号公報
For this reason, in order to monitor both far and near by one camera without imposing a burden on image processing, the solid-state imaging device is divided into two regions and high resolution in which pixels are arranged at high density A method of providing a region and a low-resolution region arranged relatively sparsely is disclosed (see, for example, Patent Document 1). According to this method, it is possible to perform high-precision image processing on a small object far away in the high-resolution area, and to perform high-speed image processing on a relatively large object nearby in the low-resolution area.
JP-A-10-75397

しかしながら、前記従来の固体撮像装置は、基板における光電変換素子の形成密度を変化させる必要があり、一般的な固体撮像装置と比べて、複雑なマスクを使用するプロセスにより製造しなければならないという問題がある。このため、固体撮像装置の設計及び製造が困難であり、固体撮像装置の製造コストが増大してしまう。   However, the conventional solid-state imaging device needs to change the formation density of photoelectric conversion elements on the substrate, and has to be manufactured by a process using a complicated mask as compared with a general solid-state imaging device. There is. For this reason, it is difficult to design and manufacture the solid-state imaging device, and the manufacturing cost of the solid-state imaging device increases.

本発明は、前記従来の問題を解決し、通常の固体撮像装置とほぼ同一の製造プロセスにより製造可能な、複数の解像度領域を有する固体撮像装置を実現できるようにすることを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems and to realize a solid-state imaging device having a plurality of resolution regions that can be manufactured by a manufacturing process substantially the same as that of a normal solid-state imaging device.

前記の目的を達成するため、本発明は固体撮像装置を、各色領域と対応する画素の個数が互いに異なる複数のカラーフィルタを備えた構成とする。   In order to achieve the above object, according to the present invention, the solid-state imaging device includes a plurality of color filters each having a different number of pixels corresponding to each color region.

本発明に係る固体撮像装置は、基板の撮像領域に行列状に形成され、それぞれが光電変換素子を含む複数の画素と、撮像領域のうちの第1の領域の上に形成され且つ複数の色領域を配列してなる所定の色配列を有する第1のカラーフィルタと、撮像領域のうちの第2の領域に形成され且つ複数の色領域を配列してなる所定の色配列を有する第2のカラーフィルタとを備え、第1のカラーフィルタの各色領域を透過した光がそれぞれ入射する画素の個数は、第2のカラーフィルタの各色領域を透過した光がそれぞれ入射する画素の個数よりも多いことを特徴とする。   A solid-state imaging device according to the present invention is formed in a matrix form in an imaging region of a substrate, each of which is formed on a plurality of pixels including photoelectric conversion elements and a first region of the imaging region, and a plurality of colors A first color filter having a predetermined color arrangement formed by arranging the areas, and a second color filter having a predetermined color arrangement formed by arranging a plurality of color areas in the second area of the imaging area. The number of pixels that are provided with a color filter and into which light transmitted through each color region of the first color filter is incident is greater than the number of pixels that are transmitted through each color region of the second color filter. It is characterized by.

本発明に係る固体撮像装置によれば、第1のカラーフィルタの各色領域を透過した光がそれぞれ入射する画素の個数は、第2のカラーフィルタの各色領域を透過した光がそれぞれ入射する画素の個数よりも多いため、各色領域ごとに複数の画素の信号ををまとめて扱うことにより、各カラーフィルタに覆われた部分ごとに解像度を変化させることができる。また、光電変換素子の構成及び配置を変更することなく、色領域のサイズの変更のみによって、解像度を変化させることができるので、通常の1つの解像度のみを有する固体撮像装置とほぼ同一のプロセスにより固体撮像装置を製造することが可能である。   According to the solid-state imaging device of the present invention, the number of pixels on which light transmitted through each color region of the first color filter is incident is the number of pixels on which light transmitted through each color region of the second color filter is incident. Since the number is larger than the number, it is possible to change the resolution for each portion covered by each color filter by collectively handling the signals of a plurality of pixels for each color region. Further, since the resolution can be changed only by changing the size of the color region without changing the configuration and arrangement of the photoelectric conversion elements, the process is almost the same as that of a solid-state imaging device having only one normal resolution. A solid-state imaging device can be manufactured.

本発明に係る固体撮像装置は、複数の画素を行単位で順次選択する垂直シフトレジスタと、垂直シフトレジスタが選択した各画素の信号電荷を順次出力する信号出力部とをさらに備え、第1のカラーフィルタの各色領域を透過した光は、互いに隣接して形成された2以上の画素にそれぞれ入射し、信号出力部は、2以上の画素ごとに信号電荷をまとめて出力することが好ましい。このような構成とすることにより、低解像度領域における画像信号の読み出しを高速に行うことができる。これにより、画像処理の負担を低減され、高速な画像処理が可能となる。   The solid-state imaging device according to the present invention further includes a vertical shift register that sequentially selects a plurality of pixels in units of rows, and a signal output unit that sequentially outputs a signal charge of each pixel selected by the vertical shift register, It is preferable that the light transmitted through each color region of the color filter is incident on two or more pixels formed adjacent to each other, and the signal output unit collectively outputs signal charges for each of the two or more pixels. With such a configuration, it is possible to read an image signal in a low resolution region at high speed. Thereby, the burden of image processing is reduced, and high-speed image processing is possible.

この場合において固体撮像装置は、それぞれが、2以上の画素と電気的に接続され且つ2以上の画素の信号電荷をまとめて蓄積する複数のフローティングディフュージョン部をさらに備えていることが好ましい。このような構成とすることにより、一のカラーフィルタに覆われた2以上の画素を擬似的に1つの画素として取り扱うことが可能となり、出力部の構成を簡略化することができる。また、さらに高速な駆動が可能となる。   In this case, the solid-state imaging device preferably further includes a plurality of floating diffusion portions that are electrically connected to two or more pixels and store signal charges of the two or more pixels collectively. With such a configuration, two or more pixels covered by one color filter can be handled as one pixel in a pseudo manner, and the configuration of the output unit can be simplified. Further, higher speed driving is possible.

本発明に係る固体撮像装置において、信号出力部は、第1の部分に形成された各画素の信号電荷を出力する第1の出力部と、第2の部分に形成された各画素の信号電荷を出力する第2の出力部とを含むことが好ましい。このような構成とすることにより、解像度が異なる複数の解像度領域を同時に読み出すことができるため、高速に処理することが可能となる。   In the solid-state imaging device according to the present invention, the signal output unit includes a first output unit that outputs a signal charge of each pixel formed in the first part, and a signal charge of each pixel formed in the second part. It is preferable that the 2nd output part which outputs is included. With such a configuration, a plurality of resolution areas having different resolutions can be read simultaneously, so that high-speed processing can be performed.

この場合において、第1の出力部は、第1の部分に形成された画素を列単位で選択する第1の水平シフトレジスタを有し、第2の出力部は、第2の部分に形成された画素を列単位で選択する第2の水平シフトレジスタを有し、第1の水平シフトレジスタと第2の水平シフトレジスタとは、互いに異なるクロック信号により駆動されることが好ましい。このような構成とすることにより、各解像度領域の解像度及び用途等に応じて最適な感度及び処理速度等を実現することができる。   In this case, the first output unit includes a first horizontal shift register that selects the pixels formed in the first portion in units of columns, and the second output unit is formed in the second portion. It is preferable that the first horizontal shift register and the second horizontal shift register are driven by different clock signals from each other. By adopting such a configuration, it is possible to realize optimum sensitivity, processing speed, and the like according to the resolution and usage of each resolution region.

また、第1の出力部は、第1の部分に形成された各画素の信号電荷を蓄積する時間を制御する第1の電子シャッタ回路を有し、第2の出力部は、第2の部分に形成された各画素の信号電荷を蓄積する時間を制御する第2の電子シャッタ回路を有し、第2の電子シャッタ回路と第2の電子シャッタ回路とは、信号電荷を蓄積する時間が互いに異なっていることが好ましい。このような構成とすることによっても、感度及び処理速度の最適化を図ることができる。   The first output unit includes a first electronic shutter circuit that controls a time for storing the signal charge of each pixel formed in the first part, and the second output unit includes the second part. The second electronic shutter circuit for controlling the time for accumulating the signal charges of each pixel formed in the second electronic shutter circuit and the second electronic shutter circuit are mutually connected. Preferably they are different. Even with such a configuration, the sensitivity and the processing speed can be optimized.

本発明の固体撮像装置は、複数の画素を行単位で順次選択する垂直シフトレジスタと、複数の画素を列単位で順次選択する水平シフトレジスタとをさらに備え、垂直シフトレジスタ及び水平シフトレジスタは、それぞれ複数段からなり且つ複数段のうちの一部を選択的に駆動可能に構成されており、複数の画素のうち垂直シフトレジスタ及び水平シフトレジスタによって選択された画素の信号電荷のみを出力することが好ましい。このような構成とすることにより、必要とする部分のみを高速に処理したり、ズーム機能を実現したりすることができる。   The solid-state imaging device of the present invention further includes a vertical shift register that sequentially selects a plurality of pixels in units of rows and a horizontal shift register that sequentially selects a plurality of pixels in units of columns, and the vertical shift register and the horizontal shift register include: Each of the plurality of stages is configured so that a part of the plurality of stages can be selectively driven, and only the signal charges of the pixels selected by the vertical shift register and the horizontal shift register among the plurality of pixels are output. Is preferred. By adopting such a configuration, it is possible to process only a necessary part at high speed or to realize a zoom function.

本発明の固体撮像装置において、所定の色配列は原色ベイヤ配列であることが好ましい。   In the solid-state imaging device of the present invention, the predetermined color arrangement is preferably a primary color Bayer arrangement.

本発明に係る固体撮像装置によれば、通常の固体撮像装置とほぼ同一の製造プロセスにより製造可能な、複数の解像度領域を有する固体撮像装置を実現できる。   According to the solid-state imaging device according to the present invention, it is possible to realize a solid-state imaging device having a plurality of resolution regions that can be manufactured by substantially the same manufacturing process as a normal solid-state imaging device.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態について図面を参照して説明する。図1は第1の実施形態に係る固体撮像装置の回路構成の概略を示している。図1に示すように本実施形態の固体撮像装置は、画素21が基板10の上に行列状に配置されて撮像領域11が形成されている。図1においては、説明を簡略化するため、画素21がA行〜H行及び1列〜8列の8行8列に配列された例が示されているが、行及び列の数は任意に設定することができる。各画素21は、例えば図2に示すように光電変換素子22とスイッチングトランジスタ23とにより構成すればよい。また、アンプトランジスタ、リセットトランジスタ及び選択トランジスタ等を含んでいる構成としてもよい。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of a circuit configuration of the solid-state imaging device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, pixels 21 are arranged in a matrix on a substrate 10 to form an imaging region 11. In FIG. 1, for simplicity of explanation, an example is shown in which the pixels 21 are arranged in 8 rows and 8 columns of A rows to H rows and 1 column to 8 columns, but the number of rows and columns is arbitrary. Can be set to Each pixel 21 may be composed of a photoelectric conversion element 22 and a switching transistor 23 as shown in FIG. In addition, an amplifier transistor, a reset transistor, a selection transistor, and the like may be included.

撮像領域11は、低解像度領域11Aと高解像度領域11Bとの2つの領域に分割されており、各領域は第1のカラーフィルタ25A及び第2のカラーフィルタ25Bにそれぞれ覆われている。第1のカラーフィルタ25A及び第2のカラーフィルタ25Bはそれぞれ、赤(R)、緑(G)及び青(B)の3原色の色領域26が複数配列されており、全体として原色ベイヤ配列を有している。本実施形態においては、低解像度領域11Aを覆う第1のカラーフィルタ25Aは、各色領域26が互いに隣接する2行2列に配置された4つの画素21をそれぞれ覆っており、1つの色領域26を透過した光は4つの画素21に入射する。従って、4画素単位でベイヤ配列が形成されている。一方、高解像度領域11Bを覆う第2のカラーフィルタ25Bは、各色領域26が1つの画素21をそれぞれ覆っており、1画素単位でベイヤ配列が形成されている。   The imaging area 11 is divided into two areas of a low resolution area 11A and a high resolution area 11B, and each area is covered with a first color filter 25A and a second color filter 25B, respectively. Each of the first color filter 25A and the second color filter 25B includes a plurality of primary color areas 26 of red (R), green (G), and blue (B), and the primary color Bayer array as a whole. Have. In the present embodiment, the first color filter 25A covering the low-resolution area 11A covers the four pixels 21 arranged in two rows and two columns adjacent to each other, and each color area 26 has one color area 26. The light transmitted through the light enters the four pixels 21. Therefore, a Bayer array is formed in units of 4 pixels. On the other hand, in the second color filter 25B covering the high resolution region 11B, each color region 26 covers one pixel 21, and a Bayer array is formed in units of one pixel.

撮像領域11の周辺には、撮像領域11の行ごとに設けられた水平選択線41のそれぞれと接続され、画素21を行ごとに選択する垂直シフトレジスタ31と、列ごとに設けられた垂直信号線42のそれぞれと接続され、選択された行の画素21の信号を順次出力する出力部が形成されている。本実施形態の固体撮像装置は、低解像度領域11Aの信号を出力する第1の出力部32Aと高解像度領域11Bの信号を出力する第2の出力部32Bとの2つの出力部が設けられている。   Around the imaging area 11, a vertical shift register 31 is connected to each of the horizontal selection lines 41 provided for each row of the imaging area 11 and selects the pixels 21 for each row, and a vertical signal is provided for each column. An output unit connected to each of the lines 42 and sequentially outputting the signals of the pixels 21 in the selected row is formed. The solid-state imaging device of the present embodiment is provided with two output units, a first output unit 32A that outputs a signal of the low resolution region 11A and a second output unit 32B that outputs a signal of the high resolution region 11B. Yes.

第1の出力部32Aは、各垂直信号線42とそれぞれ第1のスイッチトランジスタ35Aを介在させて接続された第1の水平出力線36Aと、各第1のスイッチトランジスタ35Aを駆動する第1の水平シフトレジスタ33Aと、第1の水平出力線36Aと接続された第1の出力アンプ34Aを有している。同様に、第2の出力部32Bは、第2の水平シフトレジスタ33Bと第2の出力アンプ34Bと第2のスイッチトランジスタ35Bと第2の水平出力線36Bとを有している。   The first output unit 32A includes a first horizontal output line 36A connected to each vertical signal line 42 via a first switch transistor 35A, and a first drive for driving each first switch transistor 35A. A horizontal shift register 33A and a first output amplifier 34A connected to the first horizontal output line 36A are provided. Similarly, the second output unit 32B includes a second horizontal shift register 33B, a second output amplifier 34B, a second switch transistor 35B, and a second horizontal output line 36B.

以下に、本実施形態に係る固体撮像装置の駆動例について図面を参照して説明する。図3(a)及び(b)は第1の出力部32A及び第2の出力部32Bから出力される信号の内容をそれぞれ示している。   Hereinafter, driving examples of the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. 3A and 3B show the contents of signals output from the first output unit 32A and the second output unit 32B, respectively.

図3(a)に示すように低解像度領域11Aに配置された各画素21の信号を出力する第1の出力部32Aからは、水平転送クロックの1パルスごとに1つの色領域26に覆われた4つの画素21の信号が1つにまとめられて出力される。4つの画素21の信号を1つにまとめて出力する方法は種々考えられるが、例えば、各垂直信号線及び水平出力線に電荷蓄積用の容量素子が設けられた回路とすればよい。   As shown in FIG. 3A, the first output unit 32A that outputs the signal of each pixel 21 arranged in the low resolution region 11A is covered by one color region 26 for each pulse of the horizontal transfer clock. The signals of the four pixels 21 are combined and output as one. Various methods for collectively outputting the signals of the four pixels 21 are conceivable. For example, a circuit in which a charge storage capacitor element is provided in each vertical signal line and horizontal output line may be used.

図4は図1のA行1列目の画素A1〜B行2列目の画素B2までを拡大して示している。図4に示すように1列目の垂直信号線42には容量素子51が接続され、2列目の垂直信号線42には容量素子52が接続されている。また、第1の水平出力線36Aには容量素子53が接続されている。   FIG. 4 shows an enlarged view of the pixel A1 in the A row and the first column and the pixel B2 in the B row and the second column in FIG. As shown in FIG. 4, a capacitive element 51 is connected to the vertical signal line 42 in the first column, and a capacitive element 52 is connected to the vertical signal line 42 in the second column. A capacitive element 53 is connected to the first horizontal output line 36A.

この場合において、垂直シフトレジスタ31によりA1、A2、B1及びB2の4つの画素を選択して画素A1及び画素B1の電荷を1列目の容量素子51に蓄積し、画素A2及び画素B2の電荷を2列目の容量素子52に蓄積する。次に、第1の水平シフトレジスタ33Aにより1列目の第1のスイッチトランジスタ35A及び2列目の第1のスイッチトランジスタ35Aをオン状態とすることにより1列目の容量素子51に蓄積された電荷及び2列目の容量素子52に蓄積された電荷を容量素子53に蓄積した後、第1の出力アンプ34Aを通して出力する。これにより、画素A1〜画素B2までの2行2列の4つの画素の信号を1つにまとめて出力することができる。   In this case, four pixels A1, A2, B1, and B2 are selected by the vertical shift register 31, and the charges of the pixels A1 and B1 are accumulated in the capacitor element 51 in the first column, and the charges of the pixels A2 and B2 are stored. Are stored in the capacitor elements 52 in the second column. Next, the first horizontal shift register 33A turns on the first switch transistor 35A in the first column and the first switch transistor 35A in the second column to store the first switch transistor 35A in the first column. The charge and the charge accumulated in the capacitor element 52 in the second column are accumulated in the capacitor element 53, and then output through the first output amplifier 34A. As a result, signals of four pixels in two rows and two columns from the pixel A1 to the pixel B2 can be collectively output.

一方、図3(b)に示すように高解像度領域11Bにおいては、各画素21の信号を1行ごとに読み出して通常通り順次出力される。   On the other hand, as shown in FIG. 3B, in the high resolution region 11B, the signal of each pixel 21 is read out line by line and sequentially output as usual.

従って、低解像度領域11Aにおける解像度は、高解像度領域11Bの解像度の4分の1となる。しかし、1つの水平転送パルスにより4つの画素21の信号を読み出すことになるため、読み出し速度は4倍となる。また、4つの画素21の信号が合算されるため、感度も4倍となる。   Therefore, the resolution in the low resolution area 11A is one fourth of the resolution of the high resolution area 11B. However, since the signals of the four pixels 21 are read out by one horizontal transfer pulse, the reading speed is quadrupled. Further, since the signals of the four pixels 21 are added together, the sensitivity is also quadrupled.

図3においては第1の水平シフトレジスタ33A及び第2の水平シフトレジスタ33Bが、同一の水平転送クロックにより駆動されていたが、図5(a)及び(b)に示すように、第1の水平シフトレジスタ33A及び第2の水平シフトレジスタ33Bを互いに異なる水平転送クロックにより駆動してもよい。図5(a)及び(b)に示すように第1の水平シフトレジスタ33Aの水平転送クロックの周波数を、第2の水平シフトレジスタ33Bの水平転送クロックの周波数の2分の1とすることにより、低解像度領域11Aの読み出し速度は、高解像度領域11Bの読み出し速度の2倍となる。しかし低解像度領域11Aにおける感度を高解像度領域11Bにおける感度の8倍とすることができる。   In FIG. 3, the first horizontal shift register 33A and the second horizontal shift register 33B are driven by the same horizontal transfer clock, but as shown in FIGS. The horizontal shift register 33A and the second horizontal shift register 33B may be driven by different horizontal transfer clocks. As shown in FIGS. 5A and 5B, the frequency of the horizontal transfer clock of the first horizontal shift register 33A is set to half the frequency of the horizontal transfer clock of the second horizontal shift register 33B. The readout speed of the low resolution area 11A is twice the readout speed of the high resolution area 11B. However, the sensitivity in the low resolution region 11A can be set to 8 times the sensitivity in the high resolution region 11B.

また、逆に第1の水平シフトレジスタ33Aの水平転送クロックの周波数を第2の水平シフトレジスタ33Bの水平転送クロックの周波数の2倍とすれば、低解像度領域11Aにおける感度は高解像度領域11Bにおける感度の2倍となるが、フレームの読み出し速度を8倍にすることができる。   Conversely, if the frequency of the horizontal transfer clock of the first horizontal shift register 33A is set to twice the frequency of the horizontal transfer clock of the second horizontal shift register 33B, the sensitivity in the low resolution region 11A can be increased in the high resolution region 11B. Although the sensitivity is doubled, the frame reading speed can be increased to eight times.

本実施形態の固体撮像装置を車両前方監視装置に用いて、低解像度領域11Aを用いて近傍を監視し、高解像度領域11Bを用いて遠方を監視すれば、近傍の大きな対象物の監視は、比較的低解像度で行い、遠方の小さな対象物の監視は高解像度で行うことができる。このため、遠方の監視性能を損なうことなく、画像処理の負担を低減することが可能となる。   If the solid-state imaging device of this embodiment is used for a vehicle forward monitoring device, the vicinity is monitored using the low resolution region 11A, and the distant region is monitored using the high resolution region 11B, the monitoring of a large object in the vicinity is performed. It can be performed at a relatively low resolution and a small distant object can be monitored at a high resolution. For this reason, it becomes possible to reduce the burden of image processing without impairing the remote monitoring performance.

また、水平転送クロックの周波数を変更するだけで、感度と読み出し速度とを調整することができ、夜間等の高感度が必要な場合にも容易に対応することができる。さらに、解像度の設定は、色領域26のサイズによって行うことができるので、基板10に形成する光電変換素子22のサイズを変更する必要がない。従って、通常の固体撮像装置とほぼ同じプロセスにより製造することが可能である。また、低解像度領域11Aと高解像度領域11Bの割り振りも自由に行うことができる。   Further, the sensitivity and the reading speed can be adjusted only by changing the frequency of the horizontal transfer clock, and it is possible to easily cope with a case where high sensitivity such as nighttime is required. Furthermore, since the resolution can be set according to the size of the color region 26, it is not necessary to change the size of the photoelectric conversion element 22 formed on the substrate 10. Therefore, it can be manufactured by almost the same process as a normal solid-state imaging device. Further, the low resolution area 11A and the high resolution area 11B can be freely assigned.

なお、本実施形態の固体撮像装置は、出力部を2つ設け、低解像度領域11Aと高解像度領域11Bとを別々に読み出せるようにしたが、出力部を共通としてもよい。この場合には、固体撮像装置の出力を画像処理する際に低解像度領域11Aと高解像度領域11Bとを切り分ければよい。また、垂直シフトレジスタ31を共通としたが、低解像度領域11A用と高解像度領域11B用の2つの垂直シフトレジスタ31を設けてもよい。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, two output units are provided so that the low resolution region 11A and the high resolution region 11B can be read separately. However, the output unit may be shared. In this case, the low resolution region 11A and the high resolution region 11B may be separated when image processing is performed on the output of the solid-state imaging device. Further, although the vertical shift register 31 is shared, two vertical shift registers 31 for the low resolution region 11A and the high resolution region 11B may be provided.

また、低解像度領域11Aにおいて、1つの色領域26が2行2列に配置された4つの画素21を覆うようにしたが、n行m列のn×m個(但し、n及びmは2以上の整数である。)の画素を覆うようにしてもよい。また、高解像度領域11Bにおいて1つの色領域26が覆う画素21の数は1つに限らず、低解像度領域11Aにおいて1つの色領域26が覆う画素21の数よりも少なければよい。   In the low resolution area 11A, one color area 26 covers four pixels 21 arranged in 2 rows and 2 columns, but n × m in n rows and m columns (where n and m are 2). It is also possible to cover the pixels. Further, the number of pixels 21 covered by one color region 26 in the high resolution region 11B is not limited to one, but may be smaller than the number of pixels 21 covered by one color region 26 in the low resolution region 11A.

図1においては低解像度領域11Aと高解像度領域11Bが同数の画素21をそれぞれ含んでいる構成が示されているが、低解像度領域11Aと高解像度領域11Bとに含まれる画素21の数はそれぞれ必要に応じて任意に変更してよい。また、解像度が異なる領域を3つ以上設けてもよい。さらに、本実施形態においては、低解像度領域11Aと高解像度領域11Bとを水平方向に分割したが、垂直方向に分割することも可能である。   FIG. 1 shows a configuration in which the low-resolution area 11A and the high-resolution area 11B include the same number of pixels 21, but the numbers of pixels 21 included in the low-resolution area 11A and the high-resolution area 11B are respectively You may change arbitrarily as needed. Further, three or more regions having different resolutions may be provided. Furthermore, in the present embodiment, the low resolution region 11A and the high resolution region 11B are divided in the horizontal direction, but can be divided in the vertical direction.

(第1の実施形態の第1変形例)
以下に、本発明の第1の実施形態の第1変形例について図面を参照して説明する。図6は第1の実施形態の第1変形例に係る固体撮像装置の要部における回路構成の概略を示している。本変形例の固体撮像装置の基本的な構成は第1の実施形態の固体装置と同じである。しかし、図6に示すように本変形例の固体撮像装置は、低解像度領域11Aにおいて隣接する2行2列に配置され、1つの色領域26に覆われた4つの画素21の出力が、1つのフローティングディフュージョン(FD)部27と接続されている。
(First modification of the first embodiment)
Below, the 1st modification of the 1st Embodiment of this invention is demonstrated with reference to drawings. FIG. 6 shows an outline of a circuit configuration in a main part of the solid-state imaging device according to the first modification of the first embodiment. The basic configuration of the solid-state imaging device of the present modification is the same as that of the solid-state device of the first embodiment. However, as shown in FIG. 6, the solid-state imaging device of this modification example is arranged in two rows and two columns adjacent to each other in the low resolution region 11 </ b> A, and the output of the four pixels 21 covered by one color region 26 is 1 Two floating diffusion (FD) sections 27 are connected.

本変形例の固体撮像装置によれば、1つの色領域26に覆われた4つの画素21の信号がFD部27に一旦蓄積された後、垂直信号線42に出力される。従ってFD部27に接続された4つの画素21を擬似的1つの画素として扱うことができるため、第1の出力部32Aの構成を簡略化することができる。なお、本変形例の固体撮像装置の低解像度領域11Aにおいては、垂直信号線42を1列おきに設け、水平選択線41を1行おきに設ければよい。   According to the solid-state imaging device of this modification, the signals of the four pixels 21 covered by one color region 26 are temporarily stored in the FD unit 27 and then output to the vertical signal line 42. Therefore, since the four pixels 21 connected to the FD unit 27 can be handled as a pseudo one pixel, the configuration of the first output unit 32A can be simplified. In the low-resolution region 11A of the solid-state imaging device according to this modification, the vertical signal lines 42 may be provided every other column, and the horizontal selection lines 41 may be provided every other row.

(第1の実施形態の第2の変形例)
以下に、本発明の第1の実施形態の第2変形例について図面を参照して説明する。本変形例に係る固体撮像装置は、垂直ライン(行)ごとにリセットパルス(電子シャッタパルス)が印加されてから読み出しパルスが印加されるまでの期間に電荷を蓄積して、蓄積した電荷を出力するローリングシャッタ機能を有している。また、低解像度領域11Aと高解像度領域11Bとは、互いに異なるタイミングパルスによって駆動される。
(Second modification of the first embodiment)
Below, the 2nd modification of the 1st Embodiment of this invention is demonstrated with reference to drawings. The solid-state imaging device according to this modification accumulates charges during a period from when a reset pulse (electronic shutter pulse) is applied to each vertical line (row) to when a readout pulse is applied, and outputs the accumulated charges It has a rolling shutter function. The low resolution area 11A and the high resolution area 11B are driven by different timing pulses.

図7(a)及び(b)は本変形例に係る固体撮像装置に与えるリセットパルスと読み出しパルスのタイミングの一例であり、(a)は低解像度領域11Aに与えるリセットパルス及び読み出しパルスを示し、(b)は高解像度領域11Bに与えるリセットパルス及び読み出しパルスを示している。   FIGS. 7A and 7B are examples of the timing of the reset pulse and the readout pulse applied to the solid-state imaging device according to this modification. FIG. 7A shows the reset pulse and the readout pulse applied to the low resolution region 11A. (B) shows the reset pulse and readout pulse applied to the high resolution region 11B.

図8(a)に一例を示すように低解像度領域11Aにおいては、リセットパルスが印加されてから2.5フレームの期間の電荷を蓄積する。一方、図8(b)に示すように高解像度領域11Bにおいては、リセットパルスが印加されてから読み出しパルスが印加されるまでの電荷蓄積時間は0.5フレームとなっている。これにより、低解像度領域11Aにおける電荷蓄積時間は、高解像度領域11Bの電荷蓄積時間の5倍となるため、低解像度領域11Aの感度は、高解像度領域11Bの感度の20倍とすることができる。   As shown in FIG. 8A, in the low resolution region 11A, charges are accumulated for a period of 2.5 frames after the reset pulse is applied. On the other hand, as shown in FIG. 8B, in the high resolution region 11B, the charge accumulation time from the application of the reset pulse to the application of the readout pulse is 0.5 frame. As a result, the charge accumulation time in the low resolution region 11A is five times as long as the charge accumulation time in the high resolution region 11B. Therefore, the sensitivity of the low resolution region 11A can be 20 times that of the high resolution region 11B. .

(第2の実施形態)
以下に、本発明の第2の実施形態について図面を参照して説明する。図8は第2の実施形態に係る固体撮像装置の回路構成の概略を示している。図8に示すように本実施形態の固体撮像装置は、垂直シフトレジスタ31及び第2の水平シフトレジスタ33Bの一部のみを駆動することができる。
(Second Embodiment)
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 8 shows an outline of a circuit configuration of the solid-state imaging device according to the second embodiment. As shown in FIG. 8, the solid-state imaging device of the present embodiment can drive only a part of the vertical shift register 31 and the second horizontal shift register 33B.

例えば、垂直シフトレジスタ31はF行及びG行のみを駆動し、第2の水平シフトレジスタ33Bは6列及び7列のみを駆動する。これにより、高解像度領域11Bの画素のうち、F行6列からG行7列の4つの画素のみを選択的に出力することができる。   For example, the vertical shift register 31 drives only the F and G rows, and the second horizontal shift register 33B drives only the 6th and 7th columns. Thereby, it is possible to selectively output only four pixels from the F row 6 column to the G row 7 column among the pixels of the high resolution region 11B.

車両の走行速度及び周囲の状況等によっては、高解像度領域11Bのすべての情報を必要としない場合がある。本実施形態の固体撮像装置は、このような場合に、高解像度領域11Bのうちの必要とする部分の信号のみを出力することができる。これにより、画像処理の負担を低減することができる。また、必要な部分だけを抽出するズーム機能として用いることもできる。   Depending on the traveling speed of the vehicle and the surrounding conditions, all information of the high resolution area 11B may not be required. In such a case, the solid-state imaging device according to the present embodiment can output only a signal of a necessary portion of the high resolution region 11B. Thereby, the burden of image processing can be reduced. Moreover, it can also be used as a zoom function for extracting only necessary portions.

垂直シフトレジスタ31及び第2の水平シフトレジスタ33Bの一部のみを駆動する方法としては、例えば、垂直シフトレジスタ31及び第2の水平シフトレジスタをそれぞれ複数のシフトレジスタユニットが直列に接続して構成し、所定のシフトレジスタユニットのみを動作させればよい。   As a method of driving only a part of the vertical shift register 31 and the second horizontal shift register 33B, for example, the vertical shift register 31 and the second horizontal shift register are configured by connecting a plurality of shift register units in series, respectively. Then, only a predetermined shift register unit needs to be operated.

本実施形態においては、高解像度領11Bについて画素を選択する例を示したが低解像度領域11Aについても一部の画素を選択できる構成としてもよい。   In the present embodiment, an example in which pixels are selected for the high resolution area 11B is shown, but a configuration may be adopted in which some pixels can be selected for the low resolution area 11A.

本発明に係る固体撮像装置は、通常の固体撮像装置とほぼ同一の製造プロセスにより製造可能な、複数の解像度領域を有する固体撮像装置を実現でき、複数の解像度領域を備えた固体撮像装置、特に車両前方監視用の固体撮像装置等として有用である。   The solid-state imaging device according to the present invention can realize a solid-state imaging device having a plurality of resolution regions that can be manufactured by substantially the same manufacturing process as a normal solid-state imaging device. This is useful as a solid-state imaging device for vehicle forward monitoring.

本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の回路構成を示すレイアウト図である。1 is a layout diagram illustrating a circuit configuration of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の画素の回路構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram illustrating a circuit configuration of a pixel of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の駆動例を示すタイミング図である。FIG. 3 is a timing diagram illustrating a driving example of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の回路構成の一部を拡大して示す回路図である。1 is an enlarged circuit diagram illustrating a part of a circuit configuration of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の他の駆動例を示すタイミング図である。FIG. 6 is a timing diagram illustrating another driving example of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態の第1変形例に係る固体撮像装置の要部を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the principal part of the solid-state imaging device which concerns on the 1st modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の第2変形例に係る固体撮像装置の駆動例を示すタイミング図である。It is a timing diagram which shows the example of a drive of the solid-state imaging device which concerns on the 2nd modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置の回路構成を示すレイアウト図である。It is a layout figure showing the circuit composition of the solid imaging device concerning a 2nd embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 基板
11 撮像領域
11A 低解像度領域
11B 高解像度領域
21 画素
22 光電変換素子
23 スイッチングトランジスタ
25A 第1のカラーフィルタ
25B 第2のカラーフィルタ
26 色領域
27 フローティングディフュージョン部
31 垂直シフトレジスタ
32A 第1の出力部
32B 第2の出力部
33A 第1の水平シフトレジスタ
33B 第2の水平シフトレジスタ
34A 第1の出力アンプ
34B 第2の出力アンプ
35A 第1のスイッチングトランジスタ
35B 第2のスイッチングトランジスタ
36A 第1の水平出力線
36B 第2の水平出力線
41 水平選択線
42 垂直信号線
51 容量素子
52 容量素子
53 容量素子

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 11 Imaging area 11A Low resolution area 11B High resolution area 21 Pixel 22 Photoelectric conversion element 23 Switching transistor 25A First color filter 25B Second color filter 26 Color area 27 Floating diffusion section 31 Vertical shift register 32A First output Unit 32B second output unit 33A first horizontal shift register 33B second horizontal shift register 34A first output amplifier 34B second output amplifier 35A first switching transistor 35B second switching transistor 36A first horizontal Output line 36B Second horizontal output line 41 Horizontal selection line 42 Vertical signal line 51 Capacitor element 52 Capacitor element 53 Capacitor element

Claims (8)

基板の撮像領域に行列状に形成され、それぞれが光電変換素子を含む複数の画素と、
前記撮像領域のうちの第1の領域の上に形成され且つ複数の色領域を配列してなる所定の色配列を有する第1のカラーフィルタと、
前記撮像領域のうちの第2の領域に形成され且つ複数の色領域を配列してなる所定の色配列を有する第2のカラーフィルタとを備え、
前記第1のカラーフィルタの各色領域を透過した光がそれぞれ入射する画素の個数は、前記第2のカラーフィルタの各色領域を透過した光がそれぞれ入射する画素の個数よりも多いことを特徴とする固体撮像装置。
A plurality of pixels formed in a matrix in the imaging region of the substrate, each including a photoelectric conversion element;
A first color filter formed on a first area of the imaging area and having a predetermined color arrangement formed by arranging a plurality of color areas;
A second color filter formed in a second area of the imaging area and having a predetermined color arrangement formed by arranging a plurality of color areas;
The number of pixels in which light transmitted through each color region of the first color filter is incident is greater than the number of pixels in which light transmitted through each color region of the second color filter is incident. Solid-state imaging device.
前記複数の画素を行単位で順次選択する垂直シフトレジスタと、
前記垂直シフトレジスタが選択した各画素の信号電荷を順次出力する信号出力部とをさらに備え、
前記第1のカラーフィルタの各色領域を透過した光は、互いに隣接して形成された2以上の画素にそれぞれ入射し、
前記信号出力部は、前記2以上の画素ごとに前記信号電荷をまとめて出力することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
A vertical shift register that sequentially selects the plurality of pixels in units of rows;
A signal output unit that sequentially outputs signal charges of each pixel selected by the vertical shift register;
The light transmitted through each color region of the first color filter is incident on two or more pixels formed adjacent to each other,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the signal output unit collectively outputs the signal charges for each of the two or more pixels.
それぞれが、前記2以上の画素と電気的に接続され且つ前記2以上の画素の信号電荷をまとめて蓄積する複数のフローティングディフュージョン部をさらに備えていることを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。   3. The solid according to claim 2, further comprising a plurality of floating diffusion portions, each of which is electrically connected to the two or more pixels and accumulates signal charges of the two or more pixels collectively. Imaging device. 前記信号出力部は、
前記第1の部分に形成された各画素の信号電荷を出力する第1の出力部と、
前記第2の部分に形成された各画素の信号電荷を出力する第2の出力部とを含むことを特徴とする請求項2又は3に記載の固体撮像装置。
The signal output unit is
A first output unit that outputs a signal charge of each pixel formed in the first portion;
4. The solid-state imaging device according to claim 2, further comprising a second output unit configured to output a signal charge of each pixel formed in the second portion.
前記第1の出力部は、前記第1の部分に形成された画素を列単位で選択する第1の水平シフトレジスタを有し、
前記第2の出力部は、前記第2の部分に形成された画素を列単位で選択する第2の水平シフトレジスタを有し、
前記第1の水平シフトレジスタと前記第2の水平シフトレジスタとは、互いに異なるクロック信号により駆動されることを特徴とする請求項4に記載の固体撮像装置。
The first output unit includes a first horizontal shift register that selects pixels formed in the first portion in units of columns,
The second output unit includes a second horizontal shift register that selects pixels formed in the second portion in units of columns,
The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the first horizontal shift register and the second horizontal shift register are driven by different clock signals.
前記第1の出力部は、前記第1の部分に形成された各画素の信号電荷を蓄積する時間を制御する第1の電子シャッタ回路を有し、
前記第2の出力部は、前記第2の部分に形成された各画素の信号電荷を蓄積する時間を制御する第2の電子シャッタ回路を有し、
前記第2の電子シャッタ回路と前記第2の電子シャッタ回路とは、前記信号電荷を蓄積する時間が互いに異なっていることを特徴とする請求項4又は5に記載の固体撮像装置。
The first output unit includes a first electronic shutter circuit that controls a time for accumulating signal charges of each pixel formed in the first portion,
The second output unit includes a second electronic shutter circuit that controls a time for storing the signal charge of each pixel formed in the second portion,
6. The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the second electronic shutter circuit and the second electronic shutter circuit have different times for storing the signal charges.
前記複数の画素を行単位で順次選択する垂直シフトレジスタと、
前記複数の画素を列単位で順次選択する水平シフトレジスタとをさらに備え、
前記垂直シフトレジスタ及び水平シフトレジスタは、それぞれ複数段からなり且つ複数段のうちの一部を選択的に駆動可能に構成されており、
前記複数の画素のうち前記垂直シフトレジスタ及び水平シフトレジスタによって選択された画素の信号電荷のみを出力することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
A vertical shift register that sequentially selects the plurality of pixels in units of rows;
A horizontal shift register that sequentially selects the plurality of pixels in units of columns;
Each of the vertical shift register and the horizontal shift register includes a plurality of stages and is configured to selectively drive a part of the plurality of stages.
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein only a signal charge of a pixel selected by the vertical shift register and the horizontal shift register among the plurality of pixels is output.
前記所定の色配列は原色ベイヤ配列であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the predetermined color array is a primary color Bayer array.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009148055A1 (en) * 2008-06-06 2009-12-10 浜松ホトニクス株式会社 Solid-state image pickup device

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