JP2013153511A - Solid-state imaging apparatus, method for driving solid-state imaging apparatus, and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および電子機器に関する。 The present disclosure relates to a solid-state imaging device, a driving method of the solid-state imaging device, and an electronic apparatus.
デジタルスチルカメラなど光を電気信号に変換して画像信号を出力する撮像装置は、その画像取込部(光電変換部)として固体撮像装置を用いている。この固体撮像装置の分野では、近年、画素数の増加や高フレームレート化に伴い、高速読み出しを実現する技術や低消費電力化を図る技術が必須の技術になっている。 An imaging device that converts light into an electrical signal and outputs an image signal, such as a digital still camera, uses a solid-state imaging device as its image capturing unit (photoelectric conversion unit). In recent years, in the field of solid-state imaging devices, with the increase in the number of pixels and the increase in frame rate, a technology for realizing high-speed reading and a technology for reducing power consumption have become indispensable technologies.
固体撮像装置の一種として、CMOS集積回路と同様のプロセスで製造できる特徴を活かしたCMOS(MOSを含む)型イメージセンサ(以下、「CMOSイメージセンサ」と記述する)がある。CMOSイメージセンサは、画素ごとに電荷を電気信号に変換し、画素から読み出す電気信号を画素列ごとに並列に処理する構成を採っている。この画素列ごとの並列処理により、画素信号の読み出し速度を向上させることができる。 As one type of solid-state imaging device, there is a CMOS (including MOS) type image sensor (hereinafter referred to as “CMOS image sensor”) utilizing characteristics that can be manufactured by the same process as a CMOS integrated circuit. The CMOS image sensor has a configuration in which electric charges are converted into electric signals for each pixel, and electric signals read from the pixels are processed in parallel for each pixel column. By the parallel processing for each pixel column, the reading speed of the pixel signal can be improved.
従来、行列状に配列された複数の画素から信号を画素列ごとに並列に読み出すCMOSイメージセンサとして、画素列ごとに画素信号をアナログ−ディジタル変換(以下、「A変換」と記述する)するカラムAD変換方式のものが知られている(例えば、特許文献
1参照)。
Conventionally, as a CMOS image sensor that reads signals from a plurality of pixels arranged in a matrix in parallel for each pixel column, a column that performs analog-digital conversion (hereinafter referred to as “A conversion”) for each pixel column. An AD conversion type is known (for example, see Patent Document 1).
カラムAD変換方式のCMOSイメージセンサは、行列状に2次元配置された画素の垂直方向に信号読み出し線(以下、「垂直信号線」と記述する)を共有し、その画素列ごとにAD変換回路および読み出し回路を設けた構成を採っている。そして、AD変換回路および読み出し回路を同時に駆動することで、画素列の総数に値する同時信号処理を行っている。 A column AD conversion type CMOS image sensor shares a signal readout line (hereinafter referred to as “vertical signal line”) in the vertical direction of pixels arranged in a two-dimensional matrix, and an AD conversion circuit for each pixel column. And the structure which provided the read-out circuit is taken. Simultaneous signal processing equivalent to the total number of pixel columns is performed by simultaneously driving the AD conversion circuit and the readout circuit.
AD変換回路は、垂直信号線を通して与えられるアナログ画素信号を、ある傾きを持った線形に変化するスロープ波形の参照信号と画素列ごとに比較器で比較すると同時に、カウンタのカウント動作を開始する。カウンタは、一定周期のクロックに同期してカウント動作を行う。 The AD conversion circuit compares the analog pixel signal applied through the vertical signal line with a reference signal having a slope that changes linearly with a slope and linearly changes for each pixel column, and simultaneously starts the count operation of the counter. The counter performs a counting operation in synchronization with a clock having a fixed period.
その後、AD変換回路は、アナログ画素信号と参照信号とが交差し、比較器の出力の反転タイミングでカウンタのカウント動作を停止する。そして、カウンタの最終的なカウント値が、アナログ画素信号の大きさに応じたディジタル信号となる。このようにカラムAD変換方式は、1行分の画素信号を一度にA/D変換するために高速撮像を特徴とした読み出し方式である。 Thereafter, the AD converter circuit crosses the analog pixel signal and the reference signal, and stops the counting operation of the counter at the inversion timing of the output of the comparator. The final count value of the counter becomes a digital signal corresponding to the magnitude of the analog pixel signal. As described above, the column AD conversion method is a readout method characterized by high-speed imaging in order to A / D convert pixel signals for one row at a time.
近年、高速撮像の要求はますます高まってきている。カラムAD変換方式のCMOSイメージセンサでは、垂直読み出し本数(行数/ライン数)を削減することでその要求に応えてきた。垂直読み出し本数を削減する方法として、例えば、一定の行周期で画素行を読み飛ばす垂直間引き読み出しや、垂直方向の特定の領域の画素の信号を読み出す垂直切出しなどの飛び越し走査という方法がある。しかし、間引読み出しによって読み出し本数を削減すると解像度が劣化し、飛び越し走査によって垂直読み出し本数を削減すると、画角の縮小によって撮像画像が横長になるという問題が発生する。 In recent years, the demand for high-speed imaging has been increasing. In the column AD conversion type CMOS image sensor, the demand has been met by reducing the number of vertical readouts (number of rows / number of lines). As a method for reducing the number of vertical readouts, for example, there is a method called interlaced scanning such as vertical thinning readout for skipping a pixel row at a constant row period, or vertical cutout for reading a pixel signal in a specific region in the vertical direction. However, when the number of readouts is reduced by thinning readout, the resolution is deteriorated, and when the number of vertical readouts is reduced by interlaced scanning, there is a problem that the captured image becomes horizontally long due to the reduction of the angle of view.
そこで、本発明は、垂直間引き時の解像度劣化の軽減や、画素行を飛び越し走査する際に、画角が縮小するのを抑えて撮像画像が横長になるのを防止可能な固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および電子機器を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a solid-state imaging device capable of reducing resolution deterioration during vertical thinning, and preventing a captured image from becoming horizontally long by suppressing a reduction in the angle of view when scanning interlaced pixel rows. An object is to provide a driving method of an imaging apparatus and an electronic apparatus.
本発明による固体撮像装置は、
光電変換素子を含む画素が行列状に2次元配置され、前記画素から信号を読み出す駆動を行う駆動信号を伝送する画素駆動線が画素行ごとに複数系統ずつ配線された画素アレイ部と、
異なる画素列で複数の画素行に対して前記複数系統の画素駆動線を通して前記駆動信号を同時に出力する行走査部と
を備える。
The solid-state imaging device according to the present invention is
A pixel array unit in which pixels including photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged in a matrix, and pixel drive lines that transmit a drive signal for driving to read out signals from the pixels are wired for a plurality of systems for each pixel row;
A row scanning unit that simultaneously outputs the drive signals through the plurality of pixel drive lines to a plurality of pixel rows in different pixel columns.
行走査部から、異なる画素列で複数の画素行に対して複数系統の画素駆動線を通して画素の駆動信号を同時に出力することで、異なる画素列で複数の画素行を同時に走査することができる。これにより、複数の画素行については1つの画素行の全画素ではなく、一部の画素から信号が読み出される。換言すれば、1つの画素行に着目とすると、信号読み出しの際に一部の画素の信号が間引かれる。この水平間引き読み出しにより、水平方向の信号数を削減できるために、水平間引き読み出しを行わない場合に比べてフレームレートを向上できるとともに、画素行を飛び越し走査する際に、画角が縮小するのを抑えることができる。 By simultaneously outputting pixel drive signals from a row scanning unit to a plurality of pixel rows in different pixel columns through a plurality of pixel drive lines, a plurality of pixel rows can be simultaneously scanned in different pixel columns. As a result, for a plurality of pixel rows, signals are read from some of the pixels instead of all the pixels in one pixel row. In other words, if attention is paid to one pixel row, the signals of some pixels are thinned out during signal readout. Since the number of signals in the horizontal direction can be reduced by this horizontal thinning readout, the frame rate can be improved as compared with the case where horizontal thinning readout is not performed, and the field angle is reduced when interlaced scanning is performed. Can be suppressed.
本発明による他の固体撮像装置は、
光電変換素子を含む画素が行列状に2次元配置され、前記画素から読み出される信号を伝送する信号線が画素列ごとに複数系統ずつ配線された画素アレイ部と、
複数の画素行に対して前記画素から信号を読み出す駆動を行う駆動信号を同時に出力する行走査部と
を備える。
Other solid-state imaging devices according to the present invention are:
A pixel array unit in which pixels including photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged in a matrix, and signal lines for transmitting signals read from the pixels are wired for a plurality of systems for each pixel column;
A row scanning unit that simultaneously outputs a driving signal for performing driving for reading signals from the pixels to a plurality of pixel rows.
行走査部から、複数の画素行に対して画素の駆動信号を同時に出力することで、複数の画素行から複数系統の信号線に画素の信号が読み出される。このとき、複数系統の信号線うちのいずれか1系統を画素列ごとに選択すると、複数の画素行については1つの画素行の全画素ではなく、一部の画素から信号が読み出される。換言すれば、1つの画素行に着目とすると、信号読み出しの際に一部の画素の信号が間引かれる。この水平間引き読み出しにより、水平方向の信号数を削減できるために、水平間引き読み出しを行わない場合に比べてフレームレートを向上できるとともに、画素行を飛び越し走査する際に、画角が縮小するのを抑えることができる。 By simultaneously outputting pixel drive signals to a plurality of pixel rows from the row scanning unit, pixel signals are read from the plurality of pixel rows to a plurality of signal lines. At this time, when any one of a plurality of signal lines is selected for each pixel column, signals are read from some of the pixels instead of all the pixels in one pixel row. In other words, if attention is paid to one pixel row, the signals of some pixels are thinned out during signal readout. Since the number of signals in the horizontal direction can be reduced by this horizontal thinning readout, the frame rate can be improved as compared with the case where horizontal thinning readout is not performed, and the field angle is reduced when interlaced scanning is performed. Can be suppressed.
本発明によれば、画素行を飛び越し走査する場合に、水平間引き読み出しを行うことにより、画角が縮小するのを抑えることができるために、撮像画像が横長になるのを防止することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent the captured image from becoming horizontally long by performing horizontal thinning readout by performing horizontal thinning readout when performing interlace scanning of pixel rows. .
以下、発明を実施するための形態(以下、「実施形態」と記述する)について図面を用いて詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.本発明が適用される固体撮像装置
2.第1実施形態(画素駆動線を画素行ごとに2系統設ける例)
3.第2実施形態(垂直信号線を画素列ごとに2系統設ける例)
4.第3実施形態(垂直画素加算の例)
5.第4実施形態(水平間引き読み出し+垂直画素加算の例)
6.裏面入射型の画素構造
7.電子機器(撮像装置の例)
Hereinafter, modes for carrying out the invention (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described in detail with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
1. 1. Solid-state imaging device to which the present invention is applied First Embodiment (An example in which two pixel drive lines are provided for each pixel row)
3. Second Embodiment (Example in which two vertical signal lines are provided for each pixel column)
4). Third Embodiment (Example of vertical pixel addition)
5. Fourth embodiment (example of horizontal thinning readout + vertical pixel addition)
6). 6. Back-illuminated pixel structure Electronic equipment (example of imaging device)
<1.本発明が適用される固体撮像装置>
(システム構成)
図1は、本発明が適用される固体撮像装置、例えばX−Yアドレス型固体撮像装置の一種であるCMOSイメージセンサのシステム構成の概略を示すシステム構成図である。ここで、CMOSイメージセンサとは、CMOSプロセスを応用して、または部分的に使用して作成されたイメージセンサである。
<1. Solid-state imaging device to which the present invention is applied>
(System configuration)
FIG. 1 is a system configuration diagram showing an outline of a system configuration of a solid-state imaging device to which the present invention is applied, for example, a CMOS image sensor which is a kind of XY address type solid-state imaging device. Here, the CMOS image sensor is an image sensor created by applying or partially using a CMOS process.
本適用例に係るCMOSイメージセンサ10は、半導体基板(以下、「チップ」と記述する場合もある)11上に形成された画素アレイ部12と、当該画素アレイ部12と同じチップ11上に集積された周辺回路部とを有する構成となっている。本例では、周辺回路部として、例えば、行走査部13、カラム処理部14、列走査部15およびシステム制御部16が設けられている。
The CMOS image sensor 10 according to this application example is integrated on a
画素アレイ部12には、入射光量に応じた電荷量の光電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子を有する単位画素(以下、単に「画素」と記述する場合もある)が行列状に2次元配置されている。単位画素の具体的な構成については後述する。
In the
画素アレイ部12にはさらに、行列状の画素配列に対して画素行ごとに画素駆動線17が水平方向/行方向(画素行の画素の配列方向)に沿って配線され、画素列ごとに垂直信号線18が垂直方向/列方向(画素列の画素の配列方向)に沿って配線されている。画素駆動線17は、画素から信号を読み出す駆動を行う駆動信号を伝送する。図1では、画素駆動線17について1本の配線として示しているが、1本に限られるものではない。画素駆動線17の一端は、行走査部13の各行に対応した出力端に接続されている。
The
行走査部13は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素アレイ部12の各画素を、全画素同時あるいは行単位等で駆動する画素駆動部である。この行走査部13はその具体的な構成については図示を省略するが、一般的に、読出し走査系と掃出し走査系の2つの走査系を有する構成となっている。
The
読出し走査系は、単位画素から信号を読み出すために、画素アレイ部12の単位画素を行単位で順に選択走査する。単位画素から読み出される信号はアナログ信号である。掃出し走査系は、読出し走査系によって読出し走査が行われる読出し行に対して、その読出し走査よりもシャッタスピードの時間分だけ先行して掃出し走査を行う。
The readout scanning system selectively scans the unit pixels of the
この掃出し走査系による掃出し走査により、読出し行の単位画素の光電変換素子から不要な電荷が掃き出されることで、当該光電変換素子がリセットされる。そして、この掃出し走査系による不要電荷の掃き出し(リセット)により、いわゆる電子シャッタ動作が行われる。ここで、電子シャッタ動作とは、光電変換素子の光電荷を捨てて、新たに露光を開始する(光電荷の蓄積を開始する)動作のことを言う。 By the sweep scanning by the sweep scanning system, unnecessary charges are swept out from the photoelectric conversion elements of the unit pixels in the readout row, so that the photoelectric conversion elements are reset. A so-called electronic shutter operation is performed by sweeping (reset) unnecessary charges by the sweep scanning system. Here, the electronic shutter operation refers to an operation in which the photoelectric charge of the photoelectric conversion element is discarded and a new exposure is started (photocharge accumulation is started).
読出し走査系による読出し動作によって読み出される信号は、その直前の読出し動作または電子シャッタ動作以降に入射した光量に対応するものである。そして、直前の読出し動作による読出しタイミングまたは電子シャッタ動作による掃出しタイミングから、今回の読出し動作による読出しタイミングまでの期間が、単位画素における光電荷の蓄積期間(露光期間)となる。 The signal read by the reading operation by the reading scanning system corresponds to the amount of light incident after the immediately preceding reading operation or electronic shutter operation. The period from the read timing by the immediately preceding read operation or the sweep timing by the electronic shutter operation to the read timing by the current read operation is the photocharge accumulation period (exposure period) in the unit pixel.
行走査部13によって選択走査された画素行の各単位画素から出力される信号は、垂直信号線18の各々を通してカラム処理部14に供給される。カラム処理部14は、画素アレイ部12の画素列ごとに、選択行の各画素から垂直信号線18を通して出力される信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
A signal output from each unit pixel in the pixel row selectively scanned by the
具体的には、カラム処理部14は、単位画素の信号を受けて当該信号に対して、例えばCDS(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング)によるノイズ除去や、信号増幅や、AD(アナログ−デジタル)変換等の信号処理を行う。ノイズ除去処理により、リセットノイズや増幅トランジスタの閾値ばらつき等の画素固有の固定パターンノイズが除去される。なお、ここで例示した信号処理は一例に過ぎず、信号処理としてはこれらに限られるものではない。 Specifically, the column processing unit 14 receives a signal of a unit pixel and removes noise from the signal by, for example, CDS (Correlated Double Sampling), signal amplification, or AD (analog-digital). ) Perform signal processing such as conversion. By the noise removal processing, fixed pattern noise unique to the pixel such as reset noise and variation in threshold value of the amplification transistor is removed. The signal processing illustrated here is only an example, and the signal processing is not limited to these.
列走査部15は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、カラム処理部14の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。この列走査部15による選択走査により、カラム処理部14で信号処理された画素信号が順番に水平バス19に出力され、当該水平バス19を通してチップ11の外部へ伝送される。
The
システム制御部16は、チップ11の外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータなどを受け取り、また、本CMOSイメージセンサ10の内部情報などのデータを出力する。システム制御部16さらには、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に行走査部13、カラム処理部14および列走査部15などの周辺回路部の駆動制御を行う。
The
(単位画素の回路構成)
図2は、単位画素20の回路構成の一例を示す回路図である。図2に示すように、本回路例に係る単位画素20は、光電変換部である例えばフォトダイオード21に加えて、例えば転送トランジスタ22、リセットトランジスタ23、増幅トランジスタ24および選択トランジスタ25の4つのトランジスタを有する構成となっている。
(Circuit configuration of unit pixel)
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a circuit configuration of the unit pixel 20. As shown in FIG. 2, the unit pixel 20 according to this circuit example includes, for example, four transistors such as a
ここでは、4つのトランジスタ22〜25として、例えばNチャネルのMOSトランジスタを用いている。ただし、ここで例示した転送トランジスタ22、リセットトランジスタ23、増幅トランジスタ24および選択トランジスタ25の導電型の組み合わせは一例に過ぎず、これらの組み合わせに限られるものではない。
Here, as the four
この単位画素20に対して、画素駆動線17として、例えば、転送線171、リセット線172および選択線173の3本の駆動配線が同一画素行の各画素について共通に設けられている。これら転送線171、リセット線172および選択線173は、各一端が行走査部13の各画素行に対応した出力端に画素行単位で接続されており、画素20を駆動する駆動信号である転送パルスφTRF、リセットパルスφRSTおよび選択パルスφSELを伝送する。
For the unit pixel 20, as the
フォトダイオード21は、アノード電極が負側電源(例えば、グランド)に接続されており、受光した光をその光量に応じた電荷量の光電荷(ここでは、光電子)に光電変換してその光電荷を蓄積する。フォトダイオード21のカソード電極は、転送トランジスタ22を介して増幅トランジスタ24のゲート電極と電気的に接続されている。増幅トランジスタ24のゲート電極と電気的に繋がったノード26をFD(フローティングディフュージョン)部と呼ぶ。
The
転送トランジスタ22は、フォトダイオード21のカソード電極とFD部26との間に接続されている。転送トランジスタ22のゲート電極には、高レベル(例えば、Vddレベル)がアクティブ(以下、「Highアクティブ」と記述する)の転送パルスφTRFが転送線171を介して与えられる。これにより、転送トランジスタ22はオン状態となり、フォトダイオード21で光電変換された光電荷をFD部26に転送する。
The
リセットトランジスタ23は、ドレイン電極が画素電源Vddに、ソース電極がFD部26にそれぞれ接続されている。リセットトランジスタ23のゲート電極には、HighアクティブのリセットパルスφRSTがリセット線172を介して与えられる。これにより、リセットトランジスタ23はオン状態となり、FD部26の電荷を画素電源Vddに捨てることによって当該FD部26をリセットする。
The
増幅トランジスタ24は、ゲート電極がFD部26に、ドレイン電極が画素電源Vddにそれぞれ接続されている。そして、増幅トランジスタ24は、リセットトランジスタ23によってリセットした後のFD部26の電位をリセット信号(リセットレベル)Vresetとして出力する。増幅トランジスタ24はさらに、転送トランジスタ22によって信号電荷を転送した後のFD部26の電位を光蓄積信号(信号レベル)Vsigとして出力する。
The
選択トランジスタ25は、例えば、ドレイン電極が増幅トランジスタ24のソース電極に、ソース電極が垂直信号線18にそれぞれ接続されている。選択トランジスタ25のゲート電極には、Highアクティブの選択パルスφSELが選択線173を介して与えられる。これにより、選択トランジスタ25はオン状態となり、単位画素20を選択状態として増幅トランジスタ24から出力される信号を垂直信号線18に中継する。
For example, the
なお、選択トランジスタ25については、画素電源Vddと増幅トランジスタ24のドレインとの間に接続した回路構成を採ることも可能である。
Note that the
また、単位画素20としては、上記構成の4つのトランジスタからなる画素構成のものに限られるものではない。例えば、増幅トランジスタ24と選択トランジスタ25とを兼用した3つのトランジスタからなる画素構成のものなどであっても良く、その画素回路の構成は問わない。
In addition, the unit pixel 20 is not limited to the pixel configuration including the four transistors having the above configuration. For example, a pixel configuration including three transistors that serve as both the
<2.第1実施形態>
図3は、本発明の第1実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Aのシステム構成の概略を示すシステム構成図であり、図中、図1と同等部分には同一符号を付して示している。
<2. First Embodiment>
FIG. 3 is a system configuration diagram showing an outline of the system configuration of the CMOS image sensor 10A according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 3, the same parts as those in FIG.
本実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Aは、画素駆動線17が画素行ごとに複数系統ずつ、例えば2系統ずつ配線された構成となっている。単位画素20は、2系統の画素駆動線17A,17Bに対して隣り合う2列を単位として接続されている。具体的には、図の左から1列目と2列目の画素列の各画素20が画素駆動線17Aに、3列目と4列目の画素列の各画素20が画素駆動線17Bに、5列目と6列目の画素列の各画素20が画素駆動線17Aに、……という接続関係となっている。
The CMOS image sensor 10A according to the present embodiment has a configuration in which the
そして、単位画素20は、2系統の画素駆動線17A,17Bのいずれか一方を通して駆動されることになる。なお、図3では、2系統の画素駆動線17A,17Bについて1本の配線として示しているが、単位画素20が図2に示した画素構成の場合は、画素駆動線17A,17Bはそれぞれ、例えば転送線171、リセット線172および選択線173の3本の配線からなる。
The unit pixel 20 is driven through one of the two systems of
画素駆動線17A,17Bに対する各画素20の接続に当たっては、直接結線しても良いし、チップ11のサイズに余裕があればスイッチを介在させる接続構成を採ることも可能である。一例として、結線の対象となる画素駆動線17が転送線171(171A,171B)の場合について、図4を用いて具体的に説明する。
When connecting each pixel 20 to the
図4において、直接結線(A)の場合には、図2および図3と同様に、隣り合う2列を単位として転送トランジスタ22のゲート電極を転送線171A,171Bに対して直接結線する。スイッチを介在させる接続(B)の場合には、全画素行について転送トランジスタ22のゲート電極を転送線171A,171Bに対してスイッチSWを介して接続する。
In the case of direct connection (A) in FIG. 4, the gate electrode of the
そして、スイッチSWを例えば図4(B)に示すような切り替え状態にすることで、図4(A)と同じ接続関係とすることができる。すなわち、スイッチSWを介在させる接続例(B)によれば、スイッチSWの切替えによって転送線171A,171Bのいずれに転送トランジスタ22のゲート電極を接続するかを選択できる。したがって、転送線171A,171Bと単位画素20との接続の組み替えを自由に行うことができる。
Then, by setting the switch SW to the switching state as shown in FIG. 4B, for example, the same connection relationship as that in FIG. 4A can be obtained. That is, according to the connection example (B) in which the switch SW is interposed, it is possible to select which of the
画素行ごとに2系統の画素駆動線17A,17Bが配線されているのに対して、行走査部13は、単一の画素行を走査するモードと、複数の画素行を同時に走査するモードとを選択的にとることが可能な構成となっている。このモードの切り替えは、外部からの指定に基づくシステム制御部16による制御の下に行われる。
While two
単一の画素行の走査モードの場合には、行走査部13は、当該単一の画素行に対して2系統の画素駆動線17A,17Bを通して駆動信号(転送パルスφTRF、リセットパルスφRSTおよび選択パルスφSEL)を同時に出力する。この行走査部13による行走査によれば、従来と同様にして、画素行ごと順番に読み出し行を選択しつつ当該選択行の各画素から信号を読み出すことができる。
In the case of the scanning mode for a single pixel row, the
複数の画素行の同時走査モードの場合には、行走査部13は、複数の画像行、本例では2行の画素行に対して、2系統の画素駆動線17A,17Bを通して駆動信号(転送パルスφTRF、リセットパルスφRSTおよび選択パルスφSEL)を同時に出力する。この行走査部13による行走査によれば、画素列ごとに画素信号を読み出す読み出し行を選択できる。その結果、本例の場合には、異なる画素列で2行同時読み出しを行うことができる。
In the case of the simultaneous scanning mode of a plurality of pixel rows, the
2行の画素行に対する駆動信号の同時出力については、行走査部13において、同時読み出しの対象となる画素行のアドレスを2つ指定したり、指定アドレスは1つにして間引き数(行数)や同時選択数などを指定したりすることで容易に実現できる。ここでのアドレス指定の例では、アドレスデコーダを用いて行走査部13を構成する場合を前提としている。
For simultaneous output of drive signals to two pixel rows, the
ただし、シフトレジスタを用いて行走査部13を構成する場合にも複数の画素行に対して駆動信号を同時に出力することが可能である。具体的には、例えば2つの画素行を同時選択する場合にはシフトレジスタを2つ用いて行走査部13を構成し、同時読み出しの対象となる2つの画素行間の走査時間差分だけ2つのシフトレジスタの走査開始タイミングをずらすことによって実現できる。いずれの場合にも、行走査部13は、1本の垂直信号線18上に複数の画素20の信号が同時に読み出されないように各画素20を駆動する。
However, even when the
カラム処理部14は、画素列ごとにアナログ画素信号をディジタル信号にAD変換するカラムAD変換方式を採っている。カラムAD変換方式のカラム処理部14は、少なくとも比較器141およびカウンタ142を有する回路構成のAD変換回路140を単位回路とし、当該AD変換回路140が画素アレイ部12の画素列に対応して配置された構成となっている。
The column processing unit 14 employs a column AD conversion system that AD converts an analog pixel signal into a digital signal for each pixel column. The column AD conversion type column processing unit 14 uses an AD conversion circuit 140 having a circuit configuration including at least a
カラムAD変換方式の場合には、CMOSイメージセンサ10Aは、カラム処理部14に対して与える参照信号を生成する参照信号生成部30を有する。この参照信号生成部30は、例えばDA(ディジタル−アナログ)変換回路等によって構成され、ある傾きを持った線形に変化するスロープ波形(いわゆる、ランプ(RAMP)波形)の参照信号REFを生成する。この参照信号REFは、比較器141の一方の入力端子(例えば、非反転入力端子)に対して全画素列共通に与えられる。
In the case of the column AD conversion method, the CMOS image sensor 10 </ b> A includes a reference
比較器141は、他方の入力端子(例えば、反転入力端子)に垂直信号線18を通して与えられるアナログ画素信号を参照信号REFと画素列毎に比較する。このとき同時に、カウンタ142がカウント動作を開始する。カウンタ142は、例えばアップ(U)/ダウン(D)カウンタからなり、一定周期のクロックに同期してカウント動作を行う。
The
比較器141は、アナログ画素信号と参照信号REFとが交差すると、その出力が反転する。カウンタ142は、比較器141の出力の反転タイミングでカウント動作を停止する。そして、カウンタ142の最終的なカウント値が、アナログ画素信号の大きさに応じたディジタルデータ(画素データ)となる。このディジタルデータは、列走査部15による列走査により、当該列走査に同期して順にオンする水平走査スイッチ(図示せず)を通して水平バス19に順次読み出される。
When the analog pixel signal and the reference signal REF intersect, the
(複数の画素行の同時走査モード)
続いて、複数の画素行を同時に走査するモードの場合のCMOSイメージセンサ10Aの具体的な駆動例について説明する。
(Simultaneous scanning mode for multiple pixel rows)
Next, a specific driving example of the CMOS image sensor 10A in the mode in which a plurality of pixel rows are simultaneously scanned will be described.
ここでは、画素アレイ部12上に配されるカラーフィルタのカラーコーディングが、例えば図5に示すように、R(赤)G(緑)B(青)ベイヤー配列の場合を例に挙げて、図6の動作説明図を用いて説明する。図6には、図面の簡略化のために、垂直4画素×水平4画素の画素配列を示している。また、図6では、読み出し対象の画素を太線で囲って示している。
Here, a case where the color coding of the color filter arranged on the
本動作説明では、一例として、3つの画素行を単位とし、3行のうちの2行を読み飛ばし、残りの1行の画素から信号を読み出す垂直1/3間引き読み出しを行うものとする。垂直間引き読み出しを行うことで、垂直読み出し本数(行数/ライン数)を削減できるために、垂直間引き読み出しを行わない場合に比べて高速撮像を実現できる。 In this operation description, as an example, it is assumed that three pixel rows are used as a unit, two of the three rows are skipped, and vertical 1/3 decimation readout for reading signals from the remaining one row of pixels is performed. By performing vertical thinning readout, the number of vertical readouts (number of rows / number of lines) can be reduced, so that high-speed imaging can be realized as compared with the case where vertical thinning readout is not performed.
垂直1/3間引き読み出しを行う場合、行走査部13は、上から1行目と4行目の画素行に対して、一方の画素駆動線17Aを通して駆動信号(転送パルスφTRF、リセットパルスφRSTおよび選択パルスφSEL)を同時に出力する。
When performing vertical 1/3 decimation readout, the
この行走査部13による行走査により、1行目の画素行からは2画素おきにR画素の信号とG画素の信号が読み出され、4行目の画素行からは2画素おきにG画素の信号とB画素の信号が読み出される。すなわち、垂直1/3間引き読み出しに加えて、2行同時読み出しによって水平2/4間引き読み出しが行われる。
By the row scanning by the
上述したように、画素行ごとに例えば2系統の画素駆動線17A,17Bを配線し、これら画素駆動線17A,17Bに対して隣り合う2列を単位として各画素20を接続することで、異なる画素列で2つの画素行を同時に走査することができる。これにより、上記の例では、垂直1/3間引き読み出しを行いつつ水平2/4間引き読み出しを行うことができる。
As described above, for example, two
そして、水平2/4間引き読み出しにより、1つの画素行に着目とすると、水平方向の画素の読み出し数は半分になるために、水平間引き読み出しを行わない場合に比べてフレームレートを向上できる。しかも、水平方向の画素の読み出し数を削減できることで、水平間引き読み出しを行わない場合のように画角が縮小するように不具合をなくすことができるために、撮像画像が横長になるのを防止できる。 If attention is paid to one pixel row by horizontal 2/4 thinning readout, the number of pixels read out in the horizontal direction is halved, so that the frame rate can be improved as compared with the case where horizontal thinning readout is not performed. In addition, since the number of pixels read out in the horizontal direction can be reduced, it is possible to eliminate the problem that the angle of view is reduced as in the case where horizontal thinning readout is not performed, so that the captured image can be prevented from being horizontally long. .
なお、本動作例では、2行同時読み出しを行う場合を例に挙げて説明したが、2行同時読み出しに限られるものではない。そして、3行同時読み出しの場合には水平方向の画素の読み出し数を1/3に削減でき、4行同時読み出しの場合には水平方向の画素の読み出し数を1/4に削減できることになる。 In this operation example, the case where two rows are simultaneously read has been described as an example. However, the operation is not limited to two rows. In the case of simultaneous readout of three rows, the number of pixels read in the horizontal direction can be reduced to 1 /, and in the case of simultaneous readout of four rows, the number of pixels read in the horizontal direction can be reduced to ¼.
また、本動作例では、垂直読み出し本数(行数/ライン数)を削減するのに、一定の行周期で画素行を読み飛ばす垂直間引き読み出しの手法を用いる場合を例に挙げたが、この手法に限られるものではない。例えば、垂直方向の特定の領域の画素の信号を読み出す垂直切出しの手法を用いたり、垂直間引き読み出しの手法と垂直切出しの手法とを併用したりすることも可能である。 In this operation example, the case of using the method of vertical thinning readout in which pixel rows are skipped at a constant row period is used as an example to reduce the number of vertical readouts (number of rows / number of lines). It is not limited to. For example, it is possible to use a vertical cutout method for reading out signals of pixels in a specific region in the vertical direction, or to use a vertical thinning out read method and a vertical cutout method in combination.
因みに、水平間引きを行わない従来手法で、垂直方向の画素領域の1/2を切り出す垂直切り出しを行い、この切り出し領域において垂直1/5間引き読出しを行う場合は、図7(A)に示すように、画角が縮小する不具合が発生する。 Incidentally, in the case of performing vertical cutout that cuts out half of the pixel area in the vertical direction by a conventional method that does not perform horizontal thinning, and performing vertical 1/5 thinning out reading in this cutout area, as shown in FIG. In addition, there is a problem that the angle of view is reduced.
これに対して、垂直切り出しを行わず、垂直1/5間引き読出しを行いつつ水平2/4間引き読出しを行うことで、図7(B)に示すように、従来手法に比べて画角を向上できる。また、垂直方向の画素領域の2/3を切り出す垂直切り出しを行い、この切り出し領域において垂直1/3間引き読出しを行いつつ水平2/4間引き読出しを行う場合は、図7(C)に示すように、従来手法に比べて画角および垂直解像度を向上できる。 In contrast, as shown in FIG. 7B, the angle of view is improved by performing horizontal 2/4 thinning readout while performing vertical 1/5 thinning readout without performing vertical clipping. it can. Further, when performing vertical cutout for cutting out 2/3 of the vertical pixel area and performing horizontal 2/4 thinning readout while performing vertical 1/3 thinning readout in this cutout area, as shown in FIG. In addition, the angle of view and the vertical resolution can be improved as compared with the conventional method.
行走査部13による行走査によって読み出されたアナログ画素信号は、AD変換回路140でディジタルデータに変換され、しかる後列走査部15による列走査によって水平バス19を通してチップ11の外部へ出力される。この列走査部15による列走査の際に、端から順に走査すると、2行に跨って画素データが出力される。
The analog pixel signal read out by the row scanning by the
具体的には、図6の例の場合には、1行目のR画素のデータとG画素のデータが順次出力され、次いで4行目のG画素のデータとB画素のデータが順次出力され、以降、1行目のR,Gの2画素のデータと4行目のG,Bの2画素のデータとが交互に出力される。これらの信号は、チップ11の外部に設けられたデータ処理部(例えば、DSP(Digital Signal Processor)回路)に供給される。 Specifically, in the example of FIG. 6, the R pixel data and the G pixel data in the first row are sequentially output, and then the G pixel data and the B pixel data in the fourth row are sequentially output. Thereafter, the data of two pixels R and G in the first row and the data of two pixels G and B in the fourth row are alternately output. These signals are supplied to a data processing unit (for example, a DSP (Digital Signal Processor) circuit) provided outside the chip 11.
後段のデータ処理部は、2行に跨って出力される画素データに対して2行に跨った出力に対応した信号処理を行う。具体的には、一例として、行ごとの信号処理については2行分の画素データを読み出した後に行うようにすれば良い。 The data processing unit at the subsequent stage performs signal processing corresponding to the output over the two rows on the pixel data output over the two rows. Specifically, as an example, signal processing for each row may be performed after reading out pixel data for two rows.
また、通常の1行読み出しと2行同時読み出しに対するデータ処理部の親和性を高めたい場合は、次のような方法を採るようにすれば良い。すなわち、ラインメモリやフレームメモリ等の画像メモリを用いて当該画像メモリに画素データを一旦蓄積し、画素データを画素行順に並び替えて出力する方法や、列走査順を変更することで画素行順に画素データを出力する方法などを採るようにすれば良い。 Further, in order to increase the affinity of the data processing unit for normal one-line reading and two-line simultaneous reading, the following method may be employed. That is, pixel data is temporarily stored in the image memory using an image memory such as a line memory or a frame memory, and the pixel data is rearranged in the pixel row order and output, or the column scanning order is changed to change the pixel row order. What is necessary is just to take the method of outputting pixel data.
後者の方法、即ち列走査順を変更する方法を採る場合の列走査部15の構成の一例を図8に示す。図8には、垂直4画素×水平8画素の画素配列を示している。図8では、読み出し対象の画素を太線で囲って示している。
An example of the configuration of the
水平8画素の画素配列の場合には、列走査部15は4個のフリップフロップ151〜154を用いる構成となる。すなわち、2行同時読み出しの場合には、列走査部15は、水平方向の画素数の1/2の数のフリップフロップを用いて構成されることになる。
In the case of a horizontal 8-pixel arrangement, the
また、2つ目以降のフリップフロップ152〜154の入力側には入力パルスを選択するスイッチ155〜157が設けられる。これらスイッチ155〜157は、前段のフリップフロップ151〜153の各出力パルスを“0”入力とする。そして、2段目のスイッチ155は3段目のフリップフロップ153の出力パルスを、2段目のスイッチ156は1段目のフリップフロップ151の出力パルスを、3段目のスイッチ157は2段目のフリップフロップ152の出力パルスをそれぞれ“1”入力とする。
Also, switches 155 to 157 for selecting an input pulse are provided on the input side of the second and subsequent flip-
上記構成の列走査部15において、初段のフリップフロップ151にはスタートパルスφSTが入力され、フリップフロップ152〜154は水平クロックφCKに同期してシフト動作を行う。スタートパルスφSTおよび水平クロックφCKは、システム制御部16から与えられる。
In the
ここで、スイッチ155〜157が全て“0”側の入力に設定されている場合には、フリップフロップ152〜154から順にシフトパルスが出力され、これらシフトパルスが水平走査パルスとしてカラム処理部14に与えられることによって列走査が行われる。そして、この列走査部15による列走査により、1行目と4行目が2列単位で交互に走査される。この列走査の場合は、先述したように、画素データが1行目と4行目の2行に跨って出力されることになる。
Here, when all the switches 155 to 157 are set to the “0” side input, shift pulses are sequentially output from the flip-
一方、スイッチ155〜157が全て“1”側の入力に設定されている場合は、初段のフリップフロップ151の出力パルスが3段目のフリップフロップ153に入力される。また、3段目のフリップフロップ153の出力パルスが2段目のフリップフロップ152に入力され、2段目のフリップフロップ152の出力パルスが4段目のフリップフロップ154に入力される。
On the other hand, when all the switches 155 to 157 are set to the “1” side input, the output pulse of the first stage flip-
これにより、フリップフロップ151→フリップフロップ153→フリップフロップ152→フリップフロップ154の順に各段からシフトパルスが出力され、これらシフトパルスが水平走査パルスとなることによって列走査が行われる。そして、この列走査部15による列走査により、先ず1行目が2画素おき(2列飛び)に走査し、次いで4行目が2画素おきに走査することで、画素データを画素行順に出力できることになる。
As a result, shift pulses are output from the respective stages in the order of flip-
(単一の画素行の走査モード)
先述したように、行走査部13は、複数の画素行を同時に走査するモードに加えて、水平間引き読み出しを行うことなく、1行ずつ順に画素行を走査するモードを選択的にとることができる。この単一の画素行を走査するモードの場合のCMOSイメージセンサ10Aの具体的な駆動例について説明する。
(Single pixel row scanning mode)
As described above, in addition to the mode in which a plurality of pixel rows are simultaneously scanned, the
行走査部13は、単一の画素行に対して2つの駆動信号(転送パルスφTRF、リセットパルスφRSTおよび選択パルスφSEL)を同時に出力し、当該2つの駆動信号を2系統の画素駆動線17A,17Bを通して各画素20に与える。この行走査部13による行走査により、従来の一行全列読み出しを実現できる。
The
具体的には、行走査部13は先ず、1行目に対して2つの駆動信号を同時に出力する。これにより、図9(A)に示すように、1行目のRGRG…の各画素の信号が一斉に垂直信号線18を通して読み出される。行走査部13は次に、2行目に対して2つの駆動信号を同時に出力することで、図9(B)に示すように、2行目のGBGB…の各画素の信号が一斉に垂直信号線18を通して読み出される。
Specifically, the
以降同様にして、3行目、4行目、…と順に行走査部13による行走査を行うことにより、水平間引き読み出しを行うことなく、1行ずつ順に全列について画素20から信号を読み出すことができる。なお、図9(A),(B)では、読み出し対象の画素を太線で囲って示している。
Thereafter, in the same manner, by performing row scanning by the
<3.第2実施形態>
図10は、本発明の第2実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Bのシステム構成の概略を示すシステム構成図であり、図中、図3と同等部分には同一符号を付して示している。
<3. Second Embodiment>
FIG. 10 is a system configuration diagram showing an outline of the system configuration of the CMOS image sensor 10B according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 10, the same parts as those in FIG.
本実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Bは、垂直信号線18が画素列ごとに複数系統ずつ、例えば2系統(2本)ずつ配線された構成となっている。単位画素20は、2系統の垂直信号線18A,18Bに対して画素行ごとに交互に接続されている。具体的には、図の上から1行目の画素行の各画素20が垂直信号線18Aに、2行目の画素行の各画素20が垂直信号線18Bに、3行目の画素行の各画素20が垂直信号線18Aに、……という接続関係となっている。
The CMOS image sensor 10B according to the present embodiment has a configuration in which the vertical signal lines 18 are wired in a plurality of systems, for example, two systems (two lines) for each pixel column. The unit pixels 20 are alternately connected to the two
画素駆動線17は、画素行ごとに1系統ずつ配線されている。この画素駆動線17に対して、単位画素20は画素行ごとに接続されている。なお、図10では、1系統の画素駆動線17について1本の配線として示しているが、単位画素20が図2に示した画素構成の場合は、画素駆動線17は、例えば転送線171、リセット線172および選択線173の3本の配線からなる。
The
垂直信号線18A,18Bに対する各画素20の接続に当たっては、第1実施形態における画素駆動線17A,17の場合と同様に、直接結線しても良いし、チップ11のサイズに余裕があればスイッチを介在させる接続構成を採ることも可能である。垂直信号線18A,18Bに対する画素20の接続箇所は、単位画素20が図2に示した画素構成の場合は、選択トランジスタ25のソース電極となる。
When connecting each pixel 20 to the
そして、単位画素20と垂直信号線18A,18Bとの間にスイッチを介在させる場合には、全画素列について選択トランジスタ25のソース電極を垂直信号線18A,18Bに対してスイッチを介して接続する。このように、単位画素20と垂直信号線18A,18Bとの間にスイッチを介在させることで、当該スイッチの切替えによって垂直信号線18A,18Bのいずれに単位画素20を接続するかを選択できる。したがって、垂直信号線18A,18Bと単位画素20との接続の組み替えを自由に行うことができる。
When a switch is interposed between the unit pixel 20 and the
画素列ごとに2系統の垂直信号線18A,18Bが配線されているのに対して、行走査部13は、単一の画素行を走査するモードと、複数の画素行を同時に走査するモードとを選択的にとることが可能な構成となっている。このモードの切り替えは、外部からの指定に基づくシステム制御部16による制御の下に行われる。
While two
単一の画素行の走査モードの場合には、行走査部13は、画素行ごとに順番に駆動信号(転送パルスφTRF、リセットパルスφRSTおよび選択パルスφSEL)を出力することによって行走査を実行する。この行走査部13による行走査によれば、従来と同様にして、画素行ごと順番に読み出し行を選択しつつ当該選択行の各画素から信号を読み出すことができる。
In the case of the scanning mode for a single pixel row, the
複数の画素行の同時走査モードの場合には、行走査部13は、異なる垂直信号線18A/18Bに接続されている2行の画素行に対して駆動信号(転送パルスφTRF、リセットパルスφRSTおよび選択パルスφSEL)を同時に出力することによって行走査を実行する。この行走査部13による行走査により、一方の画素行の各画素20の信号は一方の垂直信号線18Aに読み出され、他方の画素行の各画素20の信号は他方の垂直信号線18Bに読み出されてカラム処理部14へ供給される。
In the case of the simultaneous scanning mode of a plurality of pixel rows, the
2行の画素行に対する駆動信号の同時出力については、第1実施形態の場合と同様に、行走査部13において、同時読み出しの対象となる画素行のアドレスを2つ指定したり、指定アドレスは1つにして間引き数(行数)や同時選択数などを指定したりすることで容易に実現できる。
As for the simultaneous output of drive signals for two pixel rows, as in the case of the first embodiment, the
カラム処理部14は、第1実施形態の場合と同様に、画素列ごとにアナログ画素信号をディジタル信号にAD変換するカラムAD変換方式を採っている。本実施形態に係るカラム処理部14は、少なくとも比較器141およびカウンタ142を有する回路構成のAD変換回路140の前段、具体的には比較器141の反転入力端子側に選択スイッチ143を有する構成となっている。
As in the case of the first embodiment, the column processing unit 14 employs a column AD conversion system that AD converts an analog pixel signal into a digital signal for each pixel column. The column processing unit 14 according to the present embodiment includes a
選択スイッチ143は、2つの固定接点が2系統の垂直信号線18A,18Bにそれぞれ接続され、可動接点が比較器141の反転入力端子に接続されている。そして、選択スイッチ143は、垂直信号線18A,18Bのいずれか一方によって伝送されるアナログ画素信号を比較器141の反転入力端子に与える。選択スイッチ143による垂直信号線18A/18Bの選択は、外部からの指定に基づくシステム制御部16による制御によって行うことができる。
The
垂直信号線18が2系統の本例の場合には、選択スイッチ143は、隣り合う2つの画素列を単位として、垂直信号線18A,18Bのいずれか一方を選択するようになっている。具体的には、選択スイッチ143は、1列目、2列目の画素列では垂直信号線18Aを、3列目、4列目の画素列では垂直信号線18Bを、5列目、6列目の画素列では垂直信号線18Aを、……という具合に、2つの画素列を単位として交互に選択するようになっている。
In the case of this example with two vertical signal lines 18, the
すなわち、選択スイッチ143は、複数系統の垂直信号線18によって伝送される複数系統の信号について複数の画素列単位で異なる系統の信号を選択する作用を為す(その詳細については後述する)。先述した複数の画素行の同時走査モードでの行走査部13による2行の画素行に対する駆動信号の同時出力と、選択スイッチ143による垂直信号線18A,18Bの選択により、画素列ごとに画素信号を読み出す読み出し行を選択できる。その結果、本例の場合には、異なる画素列で2行同時読み出しを行うことができる。
That is, the
(複数の画素行の同時走査モード)
続いて、複数の画素行を同時に走査するモードの場合のCMOSイメージセンサ10Bの具体的な駆動例について、図11の動作説明図を用いて説明する。
(Simultaneous scanning mode for multiple pixel rows)
Next, a specific driving example of the CMOS image sensor 10B in the mode of simultaneously scanning a plurality of pixel rows will be described with reference to the operation explanatory diagram of FIG.
ここでも、画素アレイ部12上に配されるカラーフィルタのカラーコーディングが、RGBベイヤー配列(図5参照)であるとする。図11には、図面の簡略化のために、垂直4画素×水平4画素の画素配列を示している。また、図11では、読み出し対象の画素を太線で囲って示している。
Also here, it is assumed that the color coding of the color filter arranged on the
本動作説明では、一例として、3つの画素行を単位とし、3行のうちの2行を読み飛ばし、残りの1行の画素から信号を読み出す垂直1/3間引き読み出しを行うものとする。第1実施形態でも述べたように、垂直間引き読み出しを行うことによって垂直読み出し本数(行数/ライン数)を削減できるために、垂直間引き読み出しを行わない場合に比べて高速撮像を実現できる。 In this operation description, as an example, it is assumed that three pixel rows are used as a unit, two of the three rows are skipped, and vertical 1/3 decimation readout for reading signals from the remaining one row of pixels is performed. As described in the first embodiment, the number of vertical readouts (number of rows / number of lines) can be reduced by performing vertical thinning readout, so that high-speed imaging can be realized as compared with the case where vertical thinning readout is not performed.
垂直1/3間引き読み出しを行う場合、行走査部13は、上から1行目と4行目の画素行に対して、画素駆動線17を通して駆動信号(転送パルスφTRF、リセットパルスφRSTおよび選択パルスφSEL)を同時に出力する。
When performing vertical 1/3 thinning readout, the
この行走査部13による行走査により、1行目の画素行からはRGRG…の繰返しの各画素の信号が1行分垂直信号線18Aに読み出され、4行目の画素行からはGBGB…の繰返しの各画素の信号が1行分垂直信号線18Bに読み出される。このとき、1列目、2列目、5列目、6列目、……の2列おきの選択スイッチ143が垂直信号線18Aを、3列目、4列目、7列目、8列目、……の2列おきの選択スイッチ143が垂直信号線18Bをそれぞれ選択した状態にある。
By the row scanning by the
これにより、行走査部13による1行目、4行目の同時走査時には、最終的に、1行目の画素行については、選択スイッチ143によって2画素おきにR画素の信号とG画素の信号が読み出される。また、4行目の画素行については、選択スイッチ143によって2画素おきにG画素の信号とB画素の信号が読み出される。すなわち、垂直1/3間引き読み出しに加えて、2行同時読み出しによって水平2/4間引き読み出しが行われる。
As a result, when the first and fourth rows are simultaneously scanned by the
上述したように、画素列ごとに配線された例えば2系統の垂直信号線18A,18Bを選択スイッチ143によって隣り合う2列を単位として交互に選択することで、異なる画素列で2つの画素行の画素20から同時に信号を読み出すことができる。これにより、上記の例では、垂直1/3間引き読み出しを行いつつ水平2/4間引き読み出しを行うことができる。
As described above, for example, two
そして、水平2/4間引き読み出しにより、1つの画素行に着目とすると、水平方向の画素の読み出し数は半分になるために、水平間引き読み出しを行わない場合に比べてフレームレートを向上できる。しかも、水平方向の画素の読み出し数を削減できることで、水平間引き読み出しを行わない場合のように画角が縮小するように不具合をなくすことができるために、撮像画像が横長になるのを防止できる。 If attention is paid to one pixel row by horizontal 2/4 thinning readout, the number of pixels read out in the horizontal direction is halved, so that the frame rate can be improved as compared with the case where horizontal thinning readout is not performed. In addition, since the number of pixels read out in the horizontal direction can be reduced, it is possible to eliminate the problem that the angle of view is reduced as in the case where horizontal thinning readout is not performed, so that the captured image can be prevented from being horizontally long. .
なお、本動作例では、2行同時読み出しを行う場合を例に挙げて説明したが、2行同時読み出しに限られるものではない。そして、3行同時読み出しの場合には水平方向の画素の読み出し数を1/3に削減でき、4行同時読み出しの場合には水平方向の画素の読み出し数を1/4に削減できることになる。 In this operation example, the case where two rows are simultaneously read has been described as an example. However, the operation is not limited to two rows. In the case of simultaneous readout of three rows, the number of pixels read in the horizontal direction can be reduced to 1 /, and in the case of simultaneous readout of four rows, the number of pixels read in the horizontal direction can be reduced to ¼.
また、本動作例では、垂直読み出し本数(行数/ライン数)を削減するのに、一定の行周期で画素行を読み飛ばす垂直間引き読み出しの手法を用いる場合を例に挙げたが、この手法に限られるものではない。例えば、垂直方向の特定の領域の画素の信号を読み出す垂直切出しの手法を用いたり、垂直間引き読み出しの手法と垂直切出しの手法とを併用したりすることも可能である。これらの手法を採った場合の作用効果については、第1実施形態の場合を同様である(図7参照)。 In this operation example, the case of using the method of vertical thinning readout in which pixel rows are skipped at a constant row period is used as an example to reduce the number of vertical readouts (number of rows / number of lines). It is not limited to. For example, it is possible to use a vertical cutout method for reading out signals of pixels in a specific region in the vertical direction, or to use a vertical thinning out read method and a vertical cutout method in combination. About the effect at the time of taking these methods, it is the same as that of the case of 1st Embodiment (refer FIG. 7).
後段のデータ処理部は、第1実施形態の場合と同様に、2行に跨って出力される画素データに対して2行に跨った出力に対応した信号処理を行うことになる。具体的には、一例として、行ごとの信号処理については2行分の画素データを読み出した後に行うようにすれば良い。 As in the case of the first embodiment, the data processing unit at the subsequent stage performs signal processing corresponding to the output over two rows on the pixel data output over two rows. Specifically, as an example, signal processing for each row may be performed after reading out pixel data for two rows.
また、通常の1行読み出しと2行同時読み出しに対するデータ処理部の親和性を高めたい場合は、ラインメモリやフレームメモリ等の画像メモリを用いて当該画像メモリに画素データを一旦蓄積し、画素データを画素行順に並び替えて出力するようにすれば良い。または、図8に示した構成例の列走査部を用いて、列走査順を変更することによって画素行順に画素データを出力するようにすれば良い。 In addition, when it is desired to increase the affinity of the data processing unit for normal one-line reading and two-line simultaneous reading, pixel data is temporarily stored in the image memory using an image memory such as a line memory or a frame memory, and the pixel data May be rearranged in the pixel row order and output. Alternatively, pixel data may be output in order of pixel rows by changing the column scanning order using the column scanning unit of the configuration example shown in FIG.
(単一の画素行の走査モード)
先述したように、行走査部13は、複数の画素行を同時に走査するモードに加えて、水平間引き読み出しを行うことなく、1行ずつ順に画素行を走査するモードを選択的にとることができる。この単一の画素行を走査するモードの場合のCMOSイメージセンサ10Bの具体的な駆動例について説明する。
(Single pixel row scanning mode)
As described above, in addition to the mode in which a plurality of pixel rows are simultaneously scanned, the
行走査部13は、1行目から順番に単一の画素行に対して駆動信号(転送パルスφTRF、リセットパルスφRSTおよび選択パルスφSEL)を出力し、当該駆動信号を1系統の画素駆動線17を通して各画素20に与える。
The
この行走査部13による走査に同期して、システム制御部16は、選択スイッチ143が同じ行では同じ垂直信号線18A/18Bを選択するように、当該選択スイッチ143の切り替え制御を行う。
In synchronization with the scanning by the
具体的には、システム制御部16は、奇数行の画素行の走査時には、図12(A)に示すように、選択スイッチ143が垂直信号線18Aを選択するように、当該選択スイッチ143の切り替え制御を行う。また、システム制御部16は、偶数行の画素行の走査時には、図12(B)に示すように、選択スイッチ143が垂直信号線18Bを選択するように、当該選択スイッチ143の切り替え制御を行う。
Specifically, the
これにより、奇数行の画素行の走査時には、奇数行の画素行からはRGRG…の繰返しの各画素の信号が1行分垂直信号線18Aに読み出され、選択スイッチ143を介してカラム処理部14に供給される。また、偶数行の画素行の走査時には、GBGB…の繰返しの各画素の信号が1行分垂直信号線18Bに読み出され、選択スイッチ143を介してカラム処理部14に供給される。
As a result, during scanning of the odd-numbered pixel rows, the signal of each pixel of RGRG... Is read from the odd-numbered pixel rows to the
以上により、従来の一行全列読み出しを実現できる。すなわち、水平間引き読み出しを行うことなく、1行ずつ順に全列について画素20から信号を読み出すことができる。なお、図12(A),(B)では、読み出し対象の画素を太線で囲って示している。 As described above, conventional one-row all-column readout can be realized. That is, signals can be read from the pixels 20 for all the columns in order one by one without performing horizontal thinning readout. Note that in FIGS. 12A and 12B, pixels to be read are shown surrounded by thick lines.
<4.第3実施形態>
図13は、本発明の第3実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Cのシステム構成の概略を示すシステム構成図であり、図中、図10と同等部分には同一符号を付して示している。
<4. Third Embodiment>
FIG. 13 is a system configuration diagram showing an outline of the system configuration of a CMOS image sensor 10C according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 13, the same parts as those in FIG.
第2実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Bは、画素列ごとに例えば2系統の垂直信号線18A,18Bが配線されている。そして、垂直信号線18A,18Bを選択スイッチ143によって隣り合う2列を単位として交互に選択し、異なる画素列で2つの画素行の画素20から同時に信号を読み出すことで、垂直間引き読み出しを行いつつ水平間引き読み出しを行うようにしている。
In the CMOS image sensor 10B according to the second embodiment, for example, two systems of
本実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Cは、画素列ごとに複数系統、例えば2系統の垂直信号線18A,18Bが配線され、2つの画素行の画素20から同時に信号を読み出す点で第2実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Bと同じである。これに加えて、本実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Cは、垂直信号線18Aの終端に直列に接続されたコンデンサ144およびスイッチ145と、垂直信号線18Bの終端に直列に接続されたコンデンサ146およびスイッチ147を有している。
The CMOS image sensor 10C according to the present embodiment is a second embodiment in that a plurality of systems, for example, two systems of
スイッチ145,147の各出力端は比較器141の反転入力端子に共通に接続されている。すなわち、垂直信号線18A,18Bの各終端は、コンデンサ144,146によってスイッチ145,147を介してAC結合されている。そして、垂直信号線18A,18Bを通して同時に読み出される垂直方向の2画素の信号がコンデンサ144,146に蓄積されることで、当該2画素間で信号が加算されることになる。
The output terminals of the
本例では、奇数行の各画素が垂直信号線18Aに接続され、偶数行の各画素が垂直信号線18Bに接続されている。したがって、スイッチ145,147が共にオン(閉)状態にあるときは、行走査部13による行走査によって垂直方向で隣り合う2行間で2画素加算(垂直2画素加算)が行われることになる。この場合の垂直2画素加算は、カラーフィルタがモノクロフィルタの場合に実行すると良い。
In this example, each pixel in the odd row is connected to the
ここでは、奇数行と偶数行間で垂直画素加算を行う場合を例に挙げたが、垂直信号線18A,18Bに対する各画素行の接続関係を変更することで、奇数行同士の垂直加算や、偶数行同士の垂直加算も可能である。この垂直加算は、カラーフィルタが先述したベイヤー配列(図5参照)の場合に有用なものとなる。
Here, a case where vertical pixel addition is performed between an odd-numbered row and an even-numbered row has been described as an example. However, by changing the connection relationship of each pixel row with respect to the
因みに、行走査部13による行走査に同期してスイッチ145,147を交互にオン/オフ駆動することで、従来の一行全列読み出しを実現できる。すなわち、水平間引き読み出しを行うことなく、1行ずつ順に全列について画素20から信号を読み出すことができる。行走査に同期したスイッチ145,147のオン/オフ駆動は、システム制御部16による制御の下に実行される。
Incidentally, the conventional one-row all-column readout can be realized by alternately turning on / off the
上述したように、第3実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Cによれば、垂直信号線18を画素列ごとに複数系統配線し、当該複数系統の垂直信号線18に複数行の各画素の信号を同時に読み出すことで、複数の画素行間で垂直加算することができる。この垂直加算により、信号レベルを増大できるために感度の向上を図ることができる。 As described above, according to the CMOS image sensor 10C according to the third embodiment, the vertical signal lines 18 are wired in a plurality of lines for each pixel column, and the signals of the pixels in the plurality of rows are sent to the vertical signal lines 18 in the plurality of lines. By simultaneously reading, vertical addition can be performed between a plurality of pixel rows. Since the signal level can be increased by this vertical addition, the sensitivity can be improved.
ところで、このような垂直方向の画素間での信号加算は、例えばAD変換回路140で行うことも可能である。しかし、AD変換回路140で信号加算を行うとした場合、AD変換処理を2回行う必要があるためにAD変換時間が増加し、フレームレートの低下を引き起こす要因となる。これに対して、コンデンサ144,146によるアナログ加算にて信号加算を行うと、非加算時と同じAD変換時間で良いために、フレームレートを落とすことなく感度を向上できる利点がある。
Incidentally, such signal addition between pixels in the vertical direction can be performed by, for example, the AD conversion circuit 140. However, when signal addition is performed by the AD conversion circuit 140, AD conversion processing needs to be performed twice, which increases AD conversion time and causes a decrease in frame rate. On the other hand, if signal addition is performed by analog
<5.第4実施形態>
図14は、本発明の第4実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Dのシステム構成の概略を示すシステム構成図であり、図中、図10および図13と同等部分には同一符号を付して示している。
<5. Fourth Embodiment>
FIG. 14 is a system configuration diagram showing an outline of the system configuration of a CMOS image sensor 10D according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 14, the same parts as those in FIGS. 10 and 13 are denoted by the same reference numerals. ing.
本実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Dは、実施形態2に係るCMOSイメージセンサ10Bの機能と、実施形態3に係るCMOSイメージセンサ10Cの機能とを併せ持つ構成となっている。先述したように、実施形態2に係るCMOSイメージセンサ10Bは、垂直間引き読み出しを行いつつ水平間引き読み出しを行う機能を持っている。実施形態3に係るCMOSイメージセンサ10Cは、垂直加算によって感度を向上する機能を持っている。 The CMOS image sensor 10D according to the present embodiment is configured to have both the function of the CMOS image sensor 10B according to the second embodiment and the function of the CMOS image sensor 10C according to the third embodiment. As described above, the CMOS image sensor 10B according to the second embodiment has a function of performing horizontal thinning readout while performing vertical thinning readout. The CMOS image sensor 10C according to the third embodiment has a function of improving sensitivity by vertical addition.
すなわち、これらの実施形態2,3に係るCMOSイメージセンサ10C,10Dの機能は独立した機能である。そして、この独立した機能を組み合わせたのが、本実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Dである。すなわち、本実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Dは、異なる画素列で例えば2つの画素行の各画素から同時に信号を読み出て水平間引き読み出しを行うとともに、例えば2つの画素行間で垂直加算を行う構成となっている。 That is, the functions of the CMOS image sensors 10C and 10D according to the second and third embodiments are independent functions. The CMOS image sensor 10D according to this embodiment is a combination of these independent functions. That is, the CMOS image sensor 10D according to the present embodiment has a configuration in which signals are simultaneously read from each pixel of, for example, two pixel rows in different pixel columns to perform horizontal thinning readout, and vertical addition is performed between, for example, two pixel rows. It has become.
具体的には、本実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Dは、画素列ごとに例えば4系統(4本)の垂直信号線18A,18B,18C,18Dが配線されている。垂直信号線18Aの終端にはコンデンサ144とスイッチ145が直列に接続されている。垂直信号線18Bの終端にはコンデンサ146とスイッチ147が直列に接続されている。スイッチ145,147の各出力端は共通に接続されている。
Specifically, in the CMOS image sensor 10D according to the present embodiment, for example, four systems (four lines) of
垂直信号線18Cの終端にはコンデンサ148とスイッチ149が直列に接続されている。垂直信号線18Dの終端にはコンデンサ150とスイッチ151が直列に接続されている。スイッチ149,151の各出力端は共通に接続されている。そして、比較器141の反転入力端子側に選択スイッチ143が設けられている。
A
選択スイッチ143の2つの固定接点は、スイッチ145,147の共通接続ノードとスイッチ149,151の共通接続ノードにそれぞれ接続されている。ここで、選択スイッチ143は、第2,第3実施形態での動作説明から明らかなように、コンデンサによる加算処理によって得られる複数系統の信号について複数の画素列単位で異なる系統の信号を選択して出力する作用を為す。
Two fixed contacts of the
上記構成の第4実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Dによれば、異なる画素列で複数の画素行の各画素から同時に信号を読み出て水平間引き読み出しを行って画角を向上するとともに、複数の画素行間で垂直加算を行って感度を向上することができる。 According to the CMOS image sensor 10D according to the fourth embodiment having the above-described configuration, a signal is simultaneously read out from each pixel of a plurality of pixel rows in different pixel columns and horizontal thinning readout is performed to improve the angle of view. Sensitivity can be improved by performing vertical addition between pixel rows.
以上説明した第1〜第4実施形態に係るCMOSイメージセンサ10A〜10Dは、画素行ごとまたは画素列ごとに複数系統の配線を有する構成となるために、画素アレイ部13の配線が増える。その結果、単位画素20への入射光量が減少するために感度低下が懸念される。ただし、この懸念については、配線層側から入射光を取り込む表面入射型の画素構造ではなく、配線層と反対側から入射光を取り込む裏面入射型の画素構造とすることで解消することができる。
Since the CMOS image sensors 10 </ b> A to 10 </ b> D according to the first to fourth embodiments described above have a plurality of lines of wiring for each pixel row or for each pixel column, the wiring of the
<6.裏面入射型の画素構造>
図15は、裏面入射型の画素構造の一例を示す断面図である。ここでは、2画素分の断面構造を示している。
<6. Back-illuminated pixel structure>
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating an example of a back-illuminated pixel structure. Here, a cross-sectional structure for two pixels is shown.
図15において、シリコン部41には、フォトダイオード42や画素トランジスタ43が形成される。すなわち、シリコン部41は素子形成部である。ここで、フォトダイオード42は図2のフォトダイオード21に相当する。また、画素トランジスタ43は図2のトランジスタ22〜25に相当する。
In FIG. 15, a photodiode 42 and a
シリコン部41の一方の面側には、層間膜44を介してカラーフィルタ45が作り込まれる。これにより、シリコン部41の一方の面側から入射する光は、カラーフィルタ45を経由してフォトダイオード42の受光面に導かれる。一方、シリコン部41の他方の面側には、層間絶縁膜46内に画素トランジスタ43のゲート電極や金属配線が多層配線されてなる配線層47が形成される。配線層47のシリコン部41と反対側の面には、接着剤48によって支持基板49が貼り付けられる。
A color filter 45 is formed on one surface side of the silicon portion 41 via an
上記の画素構造において、フォトダイオード42や画素トランジスタ43が形成されるシリコン部41の配線層47側を表面側と呼び、シリコン部41の配線層47と反対側を裏面側と呼ぶこととする。このような定義の下に、本画素構造は、シリコン部41の裏面側から入射光を取り込むことになるため裏面入射型の画素構造となる。
In the above pixel structure, the wiring layer 47 side of the silicon part 41 where the photodiode 42 and the
この裏面入射型の画素構造によれば、配線層47と反対の面側から入射光を取り込むため、開口率を100%とすることができる。また、入射光を取り込む側に配線層47が存在しないため、オンチップレンズを用いなくても入射光をフォトダイオード42の受光面に集光できる。しかも、第1〜第4実施形態に係るCMOSイメージセンサ10A〜10Dのように、画素行ごとまたは画素列ごとに複数系統の配線を有する構成を採っても、単位画素のサイズを小さくしなくて済むために感度低下の懸念もない。 According to this back-illuminated pixel structure, incident light is taken in from the side opposite to the wiring layer 47, so that the aperture ratio can be 100%. In addition, since the wiring layer 47 does not exist on the side where the incident light is captured, the incident light can be condensed on the light receiving surface of the photodiode 42 without using an on-chip lens. Moreover, even if a configuration having a plurality of lines of wiring for each pixel row or for each pixel column as in the CMOS image sensors 10A to 10D according to the first to fourth embodiments, the size of the unit pixel does not have to be reduced. Therefore, there is no concern about sensitivity reduction.
<7.電子機器>
本発明に係る固体撮像装置は、画像取込部(光電変換部)に固体撮像装置を用いる電子機器全般に搭載して用いることができる。電子機器としては、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置(カメラシステム)や、携帯電話機などの撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像装置を用いる複写機などが挙げられる。なお、電子機器に搭載されるカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。
<7. Electronic equipment>
The solid-state imaging device according to the present invention can be mounted and used in all electronic devices that use a solid-state imaging device for an image capturing unit (photoelectric conversion unit). Examples of the electronic device include an imaging device (camera system) such as a digital still camera and a video camera, a portable terminal device having an imaging function such as a mobile phone, and a copying machine using a solid-state imaging device for an image reading unit. Note that a camera module mounted on an electronic device may be an imaging device.
(撮像装置)
図16は、本発明に係る電子機器の一つである例えば撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。図16に示すように、本発明に係る撮像装置100は、レンズ群101等を含む光学系、撮像素子102、カメラ信号処理部であるDSP回路103、フレームメモリ104、表示装置105、記録装置106、操作系107および電源系108等を有している。そして、DSP回路103、フレームメモリ104、表示装置105、記録装置106、操作系107および電源系108がバスライン109を介して相互に接続された構成となっている。
(Imaging device)
FIG. 16 is a block diagram illustrating an example of a configuration of, for example, an imaging apparatus which is one of electronic apparatuses according to the present invention. As shown in FIG. 16, an imaging apparatus 100 according to the present invention includes an optical system including a
レンズ群101は、被写体からの入射光(像光)を取り込んで撮像素子102の撮像面上に結像する。撮像素子102は、レンズ群101によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この撮像素子102として、第1〜第4実施形態に係るCMOSイメージセンサ等の固体撮像装置を用いることができる。
The
表示装置105は、液晶表示装置や有機EL(electro luminescence)表示装置等のパネル型表示装置からなり、撮像素子102で撮像された動画または静止画を表示する。記録装置106は、撮像素子102で撮像された動画または静止画を、ビデオテープやDVD(Digital Versatile Disc)等の記録媒体に記録する。
The
操作系107は、ユーザによる操作の下に、本撮像装置が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源系108は、DSP回路103、フレームメモリ104、表示装置105、記録装置106および操作系107の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
The
このような撮像装置100は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けのカメラモジュールに適用される。この撮像装置100において、撮像素子102として先述した第1〜第4実施形態に係るCMOSイメージセンサを用いることで、これらCMOSイメージセンサは特に画角の縮小を抑えて、撮像画像が横長になるのを防止できるために良好な撮像画像を提供できる。
Such an imaging apparatus 100 is applied to a camera module for a mobile device such as a video camera, a digital still camera, or a mobile phone. In this imaging apparatus 100, by using the CMOS image sensor according to the first to fourth embodiments described above as the
10,10A,10B,10C,10D…CMOSイメージセンサ、11…半導体基板(チップ)、12…画素アレイ部、13…行走査部、14…カラム処理部、15…列走査部、16…システム制御部、17,17A,17B…画素駆動線、18,18A,18B,18C,18D…垂直信号線、20…単位画素、21…フォトダイオード、22…転送トランジスタ、23…リセットトランジスタ、24…増幅トランジスタ、25…選択トランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,10A, 10B, 10C, 10D ... CMOS image sensor, 11 ... Semiconductor substrate (chip), 12 ... Pixel array part, 13 ... Row scanning part, 14 ... Column processing part, 15 ... Column scanning part, 16 ...
そして、水平2/4間引き読み出しにより、1つの画素行に着目とすると、水平方向の画素の読み出し数は半分になるために、水平間引き読み出しを行わない場合に比べてフレームレートを向上できる。しかも、水平方向の画素の読み出し数を削減できることで、水平間引き読み出しを行わない場合のように画角が縮小するような不具合をなくすことができるために、撮像画像が横長になるのを防止できる。 If attention is paid to one pixel row by horizontal 2/4 thinning readout, the number of pixels read out in the horizontal direction is halved, so that the frame rate can be improved as compared with the case where horizontal thinning readout is not performed. In addition, since the number of pixels read out in the horizontal direction can be reduced, it is possible to eliminate a problem that the angle of view is reduced as in the case where horizontal thinning readout is not performed. .
そして、水平2/4間引き読み出しにより、1つの画素行に着目とすると、水平方向の画素の読み出し数は半分になるために、水平間引き読み出しを行わない場合に比べてフレームレートを向上できる。しかも、水平方向の画素の読み出し数を削減できることで、水平間引き読み出しを行わない場合のように画角が縮小するような不具合をなくすことができるために、撮像画像が横長になるのを防止できる。 If attention is paid to one pixel row by horizontal 2/4 thinning readout, the number of pixels read out in the horizontal direction is halved, so that the frame rate can be improved as compared with the case where horizontal thinning readout is not performed. In addition, since the number of pixels read out in the horizontal direction can be reduced, it is possible to eliminate a problem that the angle of view is reduced as in the case where horizontal thinning readout is not performed. .
本実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Dは、第2実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Bの機能と、第3実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Cの機能とを併せ持つ構成となっている。先述したように、第2実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Bは、垂直間引き読み出しを行いつつ水平間引き読み出しを行う機能を持っている。第3実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Cは、垂直加算によって感度を向上する機能を持っている。 The CMOS image sensor 10D according to the present embodiment is configured to have both the function of the CMOS image sensor 10B according to the second embodiment and the function of the CMOS image sensor 10C according to the third embodiment . As described above, the CMOS image sensor 10B according to the second embodiment has a function of performing horizontal thinning readout while performing vertical thinning readout. The CMOS image sensor 10C according to the third embodiment has a function of improving sensitivity by vertical addition.
すなわち、これらの第2,第3実施形態に係るCMOSイメージセンサ10C,10Dの機能は独立した機能である。そして、この独立した機能を組み合わせたのが、本実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Dである。すなわち、本実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Dは、異なる画素列で例えば2つの画素行の各画素から同時に信号を読み出て水平間引き読み出しを行うとともに、例えば2つの画素行間で垂直加算を行う構成となっている。 That is, the functions of the CMOS image sensors 10C and 10D according to the second and third embodiments are independent functions. The CMOS image sensor 10D according to this embodiment is a combination of these independent functions. That is, the CMOS image sensor 10D according to the present embodiment has a configuration in which a signal is simultaneously read from each pixel of, for example, two pixel rows in different pixel columns to perform horizontal thinning readout, and vertical addition is performed between, for example, two pixel rows. It has become.
上記構成の第4実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Dによれば、異なる画素列で複数の画素行の各画素から同時に信号を読み出して水平間引き読み出しを行って画角を向上するとともに、複数の画素行間で垂直加算を行って感度を向上することができる。
According to the CMOS image sensor 10D of the fourth embodiment of the above configuration, to improve the angle of view by performing the horizontal thinning read simultaneously read the signals from each pixel of the plurality of pixel rows in different pixel columns, a plurality of Sensitivity can be improved by performing vertical addition between pixel rows.
Claims (5)
異なる画素列で複数の画素行に対して前記複数系統の画素駆動線を通して前記駆動信号を同時に出力するとともに、単一の画素行を走査するモードを選択的にとり得る行走査部と、
を備える固体撮像装置。 A pixel array unit in which pixels including photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged in a matrix, and pixel drive lines that transmit a drive signal for driving to read out signals from the pixels are wired for a plurality of systems for each pixel row;
A row scanning unit capable of simultaneously outputting the drive signals through the plurality of pixel drive lines to a plurality of pixel rows in different pixel columns, and capable of selectively taking a mode of scanning a single pixel row;
A solid-state imaging device.
単一の画素行を走査するモードを選択的にとり得る行走査部から、異なる画素列で複数の画素行に対して前記複数系統の画素駆動線を通して前記駆動信号を同時に出力する固体撮像装置の駆動方法。 In driving a solid-state imaging device in which pixels including photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged in a matrix and pixel drive lines that transmit a drive signal for driving to read signals from the pixels are wired in a plurality of systems for each pixel row. ,
Driving of a solid-state imaging device that simultaneously outputs the drive signal through a plurality of pixel drive lines to a plurality of pixel rows in different pixel columns from a row scanning unit capable of selectively taking a mode for scanning a single pixel row Method.
異なる画素列で複数の画素行に対して前記複数系統の画素駆動線を通して前記駆動信号を同時に出力するとともに、単一の画素行を走査するモードを選択的にとり得る行走査部と、
を備える固体撮像装置を有する電子機器。 A pixel array unit in which pixels including photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged in a matrix, and pixel drive lines that transmit a drive signal for driving to read out signals from the pixels are wired for a plurality of systems for each pixel row;
A row scanning unit capable of simultaneously outputting the drive signals through the plurality of pixel drive lines to a plurality of pixel rows in different pixel columns, and capable of selectively taking a mode of scanning a single pixel row;
An electronic apparatus having a solid-state imaging device.
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