JP2013153511A - Solid-state imaging apparatus, method for driving solid-state imaging apparatus, and electronic device - Google Patents

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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a picked-up image from becoming laterally long by suppressing reduction in an angle of view when performing interlaced scan on pixel rows.SOLUTION: For example, two systems of pixel driving lines 17A, 17B are wired for each pixel row, and respective pixels 20 are connected to the pixel driving lines 17A, 17B in a unit of two adjacent columns, thereby enabling simultaneous scanning of two pixel rows in different pixel columns. Then, horizontal thinning readout is performed while vertical thinning readout is performed, so that a picked-up image is prevented from becoming laterally long by suppressing reduction in an angle of view while high-speed imaging is realized by reducing the number of vertical readout lines.

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.

特開2005−278135号公報JP-A-2005-278135

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. .

本発明が適用される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。1 is a system configuration diagram showing an outline of a system configuration of a CMOS image sensor to which the present invention is applied. 単位画素の回路構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the circuit structure of a unit pixel. 本発明の第1実施形態に係る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。1 is a system configuration diagram showing an outline of a system configuration of a CMOS image sensor according to a first embodiment of the present invention. 2系統の画素駆動線に対する単位画素の接続例を示す結線図である。It is a connection diagram which shows the example of a connection of the unit pixel with respect to 2 types of pixel drive lines. RGBベイヤー配列のカラーコーディングを示す図である。It is a figure which shows the color coding of RGB Bayer arrangement | sequence. 第1実施形態に係るCMOSイメージセンサにおける複数の画素行の同時走査モードの駆動例について動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing about the example of a drive in the simultaneous scanning mode of the several pixel row in the CMOS image sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係るCMOSイメージセンサによる作用効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect by the CMOS image sensor which concerns on 1st Embodiment. 列走査順を変更する方法を採る場合の列走査部の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the column scanning part in the case of taking the method of changing a column scanning order. 第1実施形態に係るCMOSイメージセンサにおける単一の画素行の走査モードの駆動例について動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing about the drive example of the scanning mode of the single pixel row in the CMOS image sensor which concerns on 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態に係る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。It is a system configuration | structure figure which shows the outline of the system configuration | structure of the CMOS image sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態に係るCMOSイメージセンサにおける複数の画素行の同時走査モードの駆動例について動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing about the drive example of the simultaneous scanning mode of the several pixel row in the CMOS image sensor which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係るCMOSイメージセンサにおける単一の画素行の走査モードの駆動例について動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing about the drive example of the scanning mode of the single pixel row in the CMOS image sensor which concerns on 2nd Embodiment. 本発明の第3実施形態に係る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。It is a system configuration | structure figure which shows the outline of the system configuration | structure of the CMOS image sensor which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係る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。It is a system configuration | structure figure which shows the outline of the system configuration | structure of the CMOS image sensor which concerns on 4th Embodiment of this invention. 裏面入射型の画素構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a back-illuminated pixel structure. 本発明による電子機器の一例である撮像装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the imaging device which is an example of the electronic device by this invention.

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 pixel array unit 12 formed on a semiconductor substrate (hereinafter also referred to as “chip”) 11 and on the same chip 11 as the pixel array unit 12. And a peripheral circuit portion. In this example, for example, a row scanning unit 13, a column processing unit 14, a column scanning unit 15, and a system control unit 16 are provided as peripheral circuit units.

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 pixel array unit 12, unit pixels (hereinafter sometimes simply referred to as “pixels”) having photoelectric conversion elements that generate photoelectric charges having a charge amount corresponding to the amount of incident light and store them in a matrix form are arranged in a matrix. Two-dimensional arrangement. A specific configuration of the unit pixel will be described later.

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 pixel array section 12 is further provided with a pixel drive line 17 for each pixel row with respect to the matrix-like pixel arrangement along the horizontal direction / row direction (pixel arrangement direction of the pixel row), and vertical for each pixel column. The signal line 18 is wired along the vertical direction / column direction (pixel arrangement direction of the pixel column). The pixel drive line 17 transmits a drive signal for driving to read a signal from the pixel. In FIG. 1, the pixel drive line 17 is shown as one wiring, but the number is not limited to one. One end of the pixel drive line 17 is connected to an output end corresponding to each row of the row scanning unit 13.

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 row scanning unit 13 includes a shift register, an address decoder, and the like, and is a pixel driving unit that drives each pixel of the pixel array unit 12 at the same time or in units of rows. Although the specific configuration of the row scanning unit 13 is not shown, the row scanning unit 13 generally has two scanning systems, a reading scanning system and a sweeping scanning system.

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 pixel array unit 12 sequentially in units of rows in order to read out signals from the unit pixels. The signal read from the unit pixel is an analog signal. The sweep-out scanning system performs sweep-out scanning with respect to the readout row on which readout scanning is performed by the readout scanning system, preceding the readout scanning by a time corresponding to the shutter speed.

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 row scanning unit 13 is supplied to the column processing unit 14 through each vertical signal line 18. For each pixel column of the pixel array unit 12, the column processing unit 14 performs predetermined signal processing on a signal output from each pixel of the selected row through the vertical signal line 18, and temporarily outputs the pixel signal after the signal processing. Hold on.

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 column scanning unit 15 includes a shift register, an address decoder, and the like, and sequentially selects unit circuits corresponding to the pixel columns of the column processing unit 14. By the selective scanning by the column scanning unit 15, the pixel signals processed by the column processing unit 14 are sequentially output to the horizontal bus 19 and transmitted to the outside of the chip 11 through the horizontal bus 19.

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 system control unit 16 receives a clock given from the outside of the chip 11, data for instructing an operation mode, and the like, and outputs data such as internal information of the CMOS image sensor 10. The system control unit 16 further includes a timing generator that generates various timing signals. Based on the various timing signals generated by the timing generator, the row scanning unit 13, the column processing unit 14, the column scanning unit 15, and the like. Drive control of the peripheral circuit section is performed.

(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 transfer transistor 22, a reset transistor 23, an amplification transistor 24, and a selection transistor 25 in addition to a photodiode 21 that is a photoelectric conversion unit. It has composition which has.

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 transistors 22 to 25, for example, N-channel MOS transistors are used. However, the conductivity type combinations of the transfer transistor 22, the reset transistor 23, the amplification transistor 24, and the selection transistor 25 illustrated here are merely examples, and are not limited to these combinations.

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 pixel drive line 17, for example, three drive wirings of a transfer line 171, a reset line 172, and a selection line 173 are provided in common for each pixel in the same pixel row. One end of each of the transfer line 171, the reset line 172, and the selection line 173 is connected to an output end corresponding to each pixel row of the row scanning unit 13 in units of pixel rows, and is a transfer that is a drive signal for driving the pixels 20. A pulse φTRF, a reset pulse φRST, and a selection pulse φSEL are transmitted.

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 photodiode 21 has an anode electrode connected to a negative power source (for example, ground), and photoelectrically converts the received light into a photocharge (here, photoelectrons) having a charge amount corresponding to the amount of light. Accumulate. The cathode electrode of the photodiode 21 is electrically connected to the gate electrode of the amplification transistor 24 through the transfer transistor 22. A node 26 electrically connected to the gate electrode of the amplification transistor 24 is referred to as an FD (floating diffusion) portion.

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 transfer transistor 22 is connected between the cathode electrode of the photodiode 21 and the FD portion 26. A transfer pulse φTRF in which the high level (for example, Vdd level) is active (hereinafter referred to as “High active”) is applied to the gate electrode of the transfer transistor 22 via the transfer line 171. Thereby, the transfer transistor 22 is turned on, and the photoelectric charge photoelectrically converted by the photodiode 21 is transferred to the FD unit 26.

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 reset transistor 23 has a drain electrode connected to the pixel power source Vdd and a source electrode connected to the FD unit 26. A high active reset pulse φRST is applied to the gate electrode of the reset transistor 23 via the reset line 172. As a result, the reset transistor 23 is turned on, and the FD unit 26 is reset by discarding the charge of the FD unit 26 to the pixel power supply Vdd.

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 amplification transistor 24 has a gate electrode connected to the FD unit 26 and a drain electrode connected to the pixel power source Vdd. Then, the amplification transistor 24 outputs the potential of the FD unit 26 after being reset by the reset transistor 23 as a reset signal (reset level) Vreset. The amplification transistor 24 further outputs the potential of the FD unit 26 after the transfer of the signal charge by the transfer transistor 22 as a light accumulation signal (signal level) Vsig.

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 selection transistor 25 has a drain electrode connected to the source electrode of the amplification transistor 24 and a source electrode connected to the vertical signal line 18. A high active selection pulse φSEL is applied to the gate electrode of the selection transistor 25 via a selection line 173. As a result, the selection transistor 25 is turned on, and the unit pixel 20 is selected and the signal output from the amplification transistor 24 is relayed to the vertical signal line 18.

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 selection transistor 25 may have a circuit configuration connected between the pixel power supply Vdd and the drain of the amplification transistor 24.

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 amplification transistor 24 and the selection transistor 25 may be used, and the configuration of the pixel circuit is not limited.

<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 pixel drive lines 17 are wired in a plurality of systems, for example, two systems for each pixel row. The unit pixel 20 is connected in units of two adjacent columns to the two systems of pixel drive lines 17A and 17B. Specifically, each pixel 20 in the first and second pixel columns from the left in the figure is the pixel drive line 17A, and each pixel 20 in the third and fourth pixel columns is the pixel drive line 17B. Each pixel 20 in the fifth and sixth pixel columns is connected to the pixel drive line 17A.

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 pixel drive lines 17A and 17B. In FIG. 3, the two pixel drive lines 17A and 17B are shown as one wiring. However, when the unit pixel 20 has the pixel configuration shown in FIG. 2, the pixel drive lines 17A and 17B are respectively For example, it is composed of three wirings of a transfer line 171, a reset line 172 and a selection line 173.

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 pixel drive lines 17A and 17B, the pixels 20 may be directly connected, or if the chip 11 has a sufficient size, a connection configuration in which a switch is interposed may be employed. As an example, the case where the pixel drive line 17 to be connected is the transfer line 171 (171A, 171B) will be specifically described with reference to FIG.

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 transfer transistor 22 is directly connected to the transfer lines 171A and 171B in units of two adjacent columns as in FIGS. In the case of connection (B) with a switch interposed, the gate electrode of the transfer transistor 22 is connected to the transfer lines 171A and 171B via the switch SW for all pixel rows.

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 transfer lines 171A and 171B is connected to the gate electrode of the transfer transistor 22 by switching the switch SW. Therefore, the connection between the transfer lines 171A and 171B and the unit pixel 20 can be freely changed.

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 pixel drive lines 17A and 17B are wired for each pixel row, the row scanning unit 13 has a mode for scanning a single pixel row and a mode for simultaneously scanning a plurality of pixel rows. It is the structure which can take selectively. This mode switching is performed under the control of the system control unit 16 based on designation from the outside.

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 row scanning unit 13 drives the driving signals (transfer pulse φTRF, reset pulse φRST and selection pulse) through the two pixel drive lines 17A and 17B for the single pixel row. Pulse φSEL) is output simultaneously. According to the row scanning by the row scanning unit 13, a signal can be read from each pixel of the selected row while selecting a readout row in order for each pixel row, as in the conventional case.

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 row scanning unit 13 drives a drive signal (transfer) through two systems of pixel drive lines 17A and 17B for a plurality of image rows, in this example, two pixel rows. Pulse φTRF, reset pulse φRST and selection pulse φSEL) are output simultaneously. According to the row scanning by the row scanning unit 13, a readout row from which a pixel signal is read out can be selected for each pixel column. As a result, in this example, two rows can be read simultaneously with different pixel columns.

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 row scanning unit 13 designates two addresses of pixel rows to be read simultaneously, or designates one designated address as a thinning number (number of rows). This can be easily realized by specifying the number of simultaneous selections. In this example of addressing, it is assumed that the row scanning unit 13 is configured using an address decoder.

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 row scanning unit 13 is configured using a shift register, it is possible to simultaneously output drive signals to a plurality of pixel rows. Specifically, for example, when two pixel rows are simultaneously selected, the row scanning unit 13 is configured by using two shift registers, and two shifts are performed by a scanning time difference between two pixel rows to be simultaneously read. This can be realized by shifting the scanning start timing of the register. In any case, the row scanning unit 13 drives each pixel 20 so that the signals of the plurality of pixels 20 are not read simultaneously on one vertical signal line 18.

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 comparator 141 and a counter 142 as a unit circuit, and the AD conversion circuit 140 is arranged corresponding to the pixel column of the pixel array unit 12. It has been configured.

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 signal generation unit 30 that generates a reference signal to be given to the column processing unit 14. The reference signal generation unit 30 includes, for example, a DA (digital-analog) conversion circuit, and generates a reference signal REF having a slope waveform (so-called ramp (RAMP) waveform) that changes linearly with a certain slope. This reference signal REF is given to all the pixel columns in common with respect to one input terminal (for example, a non-inverting input terminal) of the comparator 141.

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 comparator 141 compares the analog pixel signal supplied to the other input terminal (for example, the inverting input terminal) through the vertical signal line 18 with the reference signal REF for each pixel column. At the same time, the counter 142 starts counting. The counter 142 includes, for example, an up (U) / down (D) counter, and performs a counting operation in synchronization with a clock having a fixed period.

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 comparator 141 inverts its output. The counter 142 stops the count operation at the inversion timing of the output of the comparator 141. The final count value of the counter 142 becomes digital data (pixel data) corresponding to the magnitude of the analog pixel signal. The digital data is sequentially read out to the horizontal bus 19 through a horizontal scanning switch (not shown) which is turned on in order in synchronization with the column scanning by the column scanning by the column scanning unit 15.

(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 pixel array unit 12 is an R (red) G (green) B (blue) Bayer array as shown in FIG. The operation will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a pixel arrangement of 4 vertical pixels × 4 horizontal pixels for simplification of the drawing. In FIG. 6, the pixel to be read is surrounded by a thick line.

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 row scanning unit 13 applies driving signals (transfer pulse φTRF, reset pulse φRST, and reset pulse φRST to the first and fourth pixel rows from the top through one pixel drive line 17A. The selection pulse φSEL) is output simultaneously.

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 row scanning unit 13, the R pixel signal and the G pixel signal are read out from the first pixel row every two pixels, and the G pixel is read out from the fourth pixel row every two pixels. And the B pixel signal are read out. That is, in addition to vertical 1/3 thinning readout, horizontal 2/4 thinning readout is performed by simultaneous readout of two rows.

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 pixel drive lines 17A and 17B are wired for each pixel row, and each pixel 20 is connected in units of two adjacent columns to the pixel drive lines 17A and 17B. Two pixel rows can be scanned simultaneously in the pixel column. As a result, in the above example, horizontal 2/4 thinning readout can be performed while performing vertical 1/3 thinning readout.

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 row scanning unit 13 is converted into digital data by the AD conversion circuit 140 and then output to the outside of the chip 11 through the horizontal bus 19 by the column scanning by the column scanning unit 15. When the column scanning is performed by the column scanning unit 15 in order from the end, pixel data is output across two rows.

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 column scanning unit 15 when the latter method, that is, the method of changing the column scanning order is adopted is shown in FIG. FIG. 8 shows a pixel arrangement of 4 vertical pixels × 8 horizontal pixels. In FIG. 8, pixels to be read are shown surrounded by a thick line.

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 column scanning unit 15 uses four flip-flops 151 to 154. That is, in the case of two rows simultaneous reading, the column scanning unit 15 is configured using flip-flops that are ½ the number of pixels in the horizontal direction.

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-flops 152 to 154. These switches 155 to 157 have the output pulses of the preceding flip-flops 151 to 153 as “0” inputs. The second stage switch 155 is the output pulse of the third stage flip-flop 153, the second stage switch 156 is the output pulse of the first stage flip-flop 151, and the third stage switch 157 is the second stage. Each of the output pulses of the flip-flop 152 is “1” input.

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 column scanning section 15 configured as described above, the start pulse φST is input to the first flip-flop 151, and the flip-flops 152 to 154 perform a shift operation in synchronization with the horizontal clock φCK. The start pulse φST and the horizontal clock φCK are supplied from the system control unit 16.

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-flops 152 to 154, and these shift pulses are supplied to the column processing unit 14 as horizontal scanning pulses. Given this, a column scan is performed. Then, by the column scanning by the column scanning unit 15, the first row and the fourth row are alternately scanned in units of two columns. In the case of this column scanning, as described above, pixel data is output across two rows of the first row and the fourth row.

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-flop 151 is input to the third stage flip-flop 153. The output pulse of the third-stage flip-flop 153 is input to the second-stage flip-flop 152, and the output pulse of the second-stage flip-flop 152 is input to the fourth-stage flip-flop 154.

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-flop 151 → flip-flop 153 → flip-flop 152 → flip-flop 154, and these scan pulses become horizontal scanning pulses to perform column scanning. Then, by the column scanning by the column scanning unit 15, first, the first row is scanned every two pixels (jumping two columns), and then the fourth row is scanned every two pixels, thereby outputting pixel data in the order of pixel rows. It will be possible.

(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 row scanning unit 13 can selectively take a mode in which the pixel rows are sequentially scanned one by one without performing horizontal thinning readout. . A specific driving example of the CMOS image sensor 10A in the mode of scanning a single pixel row will be described.

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 row scanning unit 13 simultaneously outputs two drive signals (transfer pulse φTRF, reset pulse φRST and selection pulse φSEL) for a single pixel row, and outputs the two drive signals to the two systems of pixel drive lines 17A, This is given to each pixel 20 through 17B. The row scanning by the row scanning unit 13 can realize conventional one-row all-column readout.

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 row scanning unit 13 first outputs two drive signals simultaneously for the first row. As a result, as shown in FIG. 9A, the signals of the pixels of RGRG... In the first row are read simultaneously through the vertical signal line 18. Next, the row scanning unit 13 outputs two drive signals to the second row at the same time, so that the signals of the pixels in the GBGB of the second row are all vertical as shown in FIG. 9B. Read out through the signal line 18.

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 row scanning unit 13 in order of the third row, the fourth row,..., Signals are read from the pixels 20 for all the columns one by one without performing horizontal thinning readout. Can do. Note that, in FIGS. 9A and 9B, the pixel to be read is surrounded by a thick line.

<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 vertical signal lines 18A and 18B for each pixel row. Specifically, from the top of the figure, each pixel 20 in the first pixel row is connected to the vertical signal line 18A and each pixel 20 in the second pixel row is connected to the vertical signal line 18B. Each pixel 20 is connected to the vertical signal line 18A as follows.

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 pixel drive line 17 is wired by one system for each pixel row. The unit pixel 20 is connected to the pixel drive line 17 for each pixel row. In FIG. 10, one line of the pixel drive line 17 is shown as one wiring. However, when the unit pixel 20 has the pixel configuration shown in FIG. 2, the pixel drive line 17 is, for example, the transfer line 171, It consists of three wires, a reset line 172 and a selection line 173.

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 vertical signal lines 18A and 18B, as in the case of the pixel drive lines 17A and 17 in the first embodiment, the pixels 20 may be directly connected. It is also possible to adopt a connection configuration that interposes. The connection location of the pixel 20 to the vertical signal lines 18A and 18B becomes the source electrode of the selection transistor 25 when the unit pixel 20 has the pixel configuration shown in FIG.

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 vertical signal lines 18A and 18B, the source electrode of the selection transistor 25 is connected to the vertical signal lines 18A and 18B via the switch for all the pixel columns. . Thus, by interposing a switch between the unit pixel 20 and the vertical signal lines 18A and 18B, it is possible to select which of the vertical signal lines 18A and 18B the unit pixel 20 is connected to by switching the switch. Therefore, the connection between the vertical signal lines 18A and 18B and the unit pixel 20 can be freely changed.

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 vertical signal lines 18A and 18B are wired for each pixel column, the row scanning unit 13 has a mode for scanning a single pixel row and a mode for simultaneously scanning a plurality of pixel rows. It is the structure which can take selectively. This mode switching is performed under the control of the system control unit 16 based on designation from the outside.

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 row scanning unit 13 executes row scanning by outputting drive signals (transfer pulse φTRF, reset pulse φRST, and selection pulse φSEL) in order for each pixel row. . According to the row scanning by the row scanning unit 13, a signal can be read from each pixel of the selected row while selecting a readout row in order for each pixel row, as in the conventional case.

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 row scanning unit 13 applies driving signals (transfer pulse φTRF, reset pulse φRST, and reset pulse φRST to two pixel rows connected to different vertical signal lines 18A / 18B. The row scanning is executed by simultaneously outputting the selection pulse (φSEL). By the row scanning by the row scanning unit 13, the signal of each pixel 20 of one pixel row is read to one vertical signal line 18A, and the signal of each pixel 20 of the other pixel row is read to the other vertical signal line 18B. It is read and supplied to the column processing unit 14.

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 row scanning unit 13 designates two addresses of pixel rows to be simultaneously read, and the designated address is It can be easily realized by specifying a thinning number (number of lines), the number of simultaneous selections, etc. as one.

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 selection switch 143 on the front stage of the AD conversion circuit 140 having a circuit configuration including at least the comparator 141 and the counter 142, specifically, on the inverting input terminal side of the comparator 141. It has become.

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 selection switch 143 has two fixed contacts connected to the two vertical signal lines 18A and 18B, respectively, and a movable contact connected to the inverting input terminal of the comparator 141. The selection switch 143 applies an analog pixel signal transmitted through one of the vertical signal lines 18A and 18B to the inverting input terminal of the comparator 141. Selection of the vertical signal lines 18A / 18B by the selection switch 143 can be performed by control by the system control unit 16 based on designation from the outside.

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 selection switch 143 selects one of the vertical signal lines 18A and 18B in units of two adjacent pixel columns. Specifically, the selection switch 143 includes vertical signal lines 18A in the first and second pixel columns, and vertical signal lines 18B in the third and fourth pixel columns, in the fifth and sixth columns. In the pixel column of the eye, the vertical signal line 18A is alternately selected in units of two pixel columns, and so on.

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 selection switch 143 operates to select signals of different systems in units of a plurality of pixel columns for the signals of the plurality of systems transmitted by the plurality of systems of vertical signal lines 18 (details will be described later). By simultaneously outputting drive signals for the two pixel rows by the row scanning unit 13 in the above-described simultaneous scanning mode of a plurality of pixel rows and selecting the vertical signal lines 18A and 18B by the selection switch 143, pixel signals are obtained for each pixel column. Can be selected. As a result, in this example, two rows can be read simultaneously with different pixel columns.

(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 pixel array unit 12 is an RGB Bayer array (see FIG. 5). FIG. 11 shows a pixel arrangement of 4 vertical pixels × 4 horizontal pixels for simplification of the drawing. In FIG. 11, the pixel to be read is surrounded by a thick line.

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 row scanning unit 13 drives the drive signals (transfer pulse φTRF, reset pulse φRST, and selection pulse through the pixel drive line 17 for the first and fourth pixel rows from the top. φSEL) is output simultaneously.

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 row scanning unit 13, the signal of each pixel of repetition of RGRG... Is read from the first pixel row to the vertical signal line 18 A for one row, and GBGB. The signal of each pixel repeated is read out to the vertical signal line 18B for one row. At this time, the selection switches 143 in every second column of the first column, the second column, the fifth column, the sixth column,... Are connected to the vertical signal line 18A, the third column, the fourth column, the seventh column, the eighth column. The selection switches 143 in every second column of the first,... Are in the state of selecting the vertical signal line 18B.

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 row scanning unit 13, finally, for the first pixel row, the selection switch 143 causes the R pixel signal and the G pixel signal every two pixels. Is read out. For the fourth pixel row, the selection switch 143 reads the G pixel signal and the B pixel signal every two pixels. That is, in addition to vertical 1/3 thinning readout, horizontal 2/4 thinning readout is performed by simultaneous readout of two rows.

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 vertical signal lines 18A and 18B wired for each pixel column are alternately selected in units of two adjacent columns by the selection switch 143, so that two pixel rows in different pixel columns can be selected. Signals can be read from the pixels 20 simultaneously. As a result, in the above example, horizontal 2/4 thinning readout can be performed while performing vertical 1/3 thinning readout.

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 row scanning unit 13 can selectively take a mode in which the pixel rows are sequentially scanned one by one without performing horizontal thinning readout. . A specific driving example of the CMOS image sensor 10B in the mode of scanning a single pixel row will be described.

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 row scanning unit 13 outputs drive signals (transfer pulse φTRF, reset pulse φRST, and selection pulse φSEL) to a single pixel row in order from the first row, and outputs the drive signals to one system of pixel drive lines 17. To each pixel 20.

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 row scanning unit 13, the system control unit 16 performs switching control of the selection switch 143 so that the selection switch 143 selects the same vertical signal line 18A / 18B in the same row.

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 system control unit 16 switches the selection switch 143 so that the selection switch 143 selects the vertical signal line 18A as shown in FIG. 12A when scanning the odd-numbered pixel rows. Take control. Further, the system control unit 16 performs switching control of the selection switch 143 so that the selection switch 143 selects the vertical signal line 18B as shown in FIG. 12B when scanning even-numbered pixel rows. .

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 vertical signal line 18A for one row, and the column processing unit is connected via the selection switch 143. 14. Further, when scanning even-numbered pixel rows, a signal of each pixel of GBGB... Is read to the vertical signal line 18B for one row and supplied to the column processing unit 14 via the selection switch 143.

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 vertical signal lines 18A and 18B are wired for each pixel column. Then, the vertical signal lines 18A and 18B are alternately selected in units of two adjacent columns by the selection switch 143, and signals are simultaneously read from the pixels 20 of two pixel rows in different pixel columns, thereby performing vertical thinning readout. Horizontal thinning readout is performed.

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 vertical signal lines 18A and 18B are wired for each pixel column, and signals are simultaneously read from the pixels 20 in two pixel rows. This is the same as the CMOS image sensor 10B according to FIG. In addition, the CMOS image sensor 10C according to the present embodiment includes a capacitor 144 and a switch 145 connected in series to the end of the vertical signal line 18A, and a capacitor 146 connected in series to the end of the vertical signal line 18B, and A switch 147 is provided.

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 switches 145 and 147 are commonly connected to the inverting input terminal of the comparator 141. That is, the ends of the vertical signal lines 18A and 18B are AC-coupled via the switches 145 and 147 by the capacitors 144 and 146, respectively. The signals of the two pixels in the vertical direction that are read simultaneously through the vertical signal lines 18A and 18B are accumulated in the capacitors 144 and 146, so that the signals are added between the two pixels.

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 vertical signal line 18A, and each pixel in the even row is connected to the vertical signal line 18B. Therefore, when both the switches 145 and 147 are in the on (closed) state, two-pixel addition (vertical two-pixel addition) is performed between two rows adjacent in the vertical direction by row scanning by the row scanning unit 13. The vertical two-pixel addition in this case is preferably performed when the color filter is a monochrome filter.

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 vertical signal lines 18A and 18B, Vertical addition between rows is also possible. This vertical addition is useful when the color filter has the Bayer arrangement (see FIG. 5) described above.

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 switches 145 and 147 in synchronization with the row scanning by the row scanning unit 13. That is, signals can be read from the pixels 20 for all the columns in order one by one without performing horizontal thinning readout. The on / off driving of the switches 145 and 147 in synchronization with the row scanning is executed under the control of the system control unit 16.

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 addition using capacitors 144 and 146, the same AD conversion time as that at the time of non-addition may be used, and thus there is an advantage that the sensitivity can be improved without reducing the frame rate.

<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 vertical signal lines 18A, 18B, 18C, and 18D are wired for each pixel column. A capacitor 144 and a switch 145 are connected in series to the end of the vertical signal line 18A. A capacitor 146 and a switch 147 are connected in series to the end of the vertical signal line 18B. The output terminals of the switches 145 and 147 are connected in common.

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 capacitor 148 and a switch 149 are connected in series to the end of the vertical signal line 18C. A capacitor 150 and a switch 151 are connected in series to the end of the vertical signal line 18D. The output terminals of the switches 149 and 151 are connected in common. A selection switch 143 is provided on the inverting input terminal side of the comparator 141.

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 selection switch 143 are connected to a common connection node of the switches 145 and 147 and a common connection node of the switches 149 and 151, respectively. Here, as is apparent from the description of the operations in the second and third embodiments, the selection switch 143 selects signals of different systems in units of a plurality of pixel columns from among a plurality of systems of signals obtained by addition processing using capacitors. To output.

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 pixel array unit 13 increases. As a result, since the amount of light incident on the unit pixel 20 is reduced, there is a concern that sensitivity may be lowered. However, this concern can be solved by using a back-illuminated pixel structure that captures incident light from the side opposite to the wiring layer, rather than a front-illuminated pixel structure that captures incident light from the wiring layer side.

<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 pixel transistor 43 are formed in the silicon portion 41. That is, the silicon part 41 is an element forming part. Here, the photodiode 42 corresponds to the photodiode 21 of FIG. The pixel transistor 43 corresponds to the transistors 22 to 25 in FIG.

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 interlayer film 44. Thereby, light incident from one surface side of the silicon portion 41 is guided to the light receiving surface of the photodiode 42 via the color filter 45. On the other hand, on the other surface side of the silicon portion 41, a wiring layer 47 is formed in which a gate electrode and a metal wiring of the pixel transistor 43 are multilayered in the interlayer insulating film 46. A support substrate 49 is attached to the surface of the wiring layer 47 opposite to the silicon portion 41 with an adhesive 48.

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 pixel transistor 43 are formed is referred to as a front surface side, and the side opposite to the wiring layer 47 of the silicon part 41 is referred to as a back surface side. Under such a definition, the present pixel structure is a back-illuminated pixel structure because incident light is taken in from the back surface side of the silicon portion 41.

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 lens group 101 and the like, an imaging element 102, a DSP circuit 103 that is a camera signal processing unit, a frame memory 104, a display apparatus 105, and a recording apparatus 106. The operation system 107 and the power supply system 108 are included. The DSP circuit 103, the frame memory 104, the display device 105, the recording device 106, the operation system 107, and the power supply system 108 are connected to each other via a bus line 109.

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 lens group 101 captures incident light (image light) from a subject and forms an image on the imaging surface of the imaging element 102. The imaging element 102 converts the amount of incident light imaged on the imaging surface by the lens group 101 into an electrical signal in units of pixels and outputs the electrical signal. As the imaging device 102, a solid-state imaging device such as a CMOS image sensor according to the first to fourth embodiments can be used.

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 display device 105 includes a panel type display device such as a liquid crystal display device or an organic EL (electroluminescence) display device, and displays a moving image or a still image captured by the image sensor 102. The recording device 106 records a moving image or a still image captured by the image sensor 102 on a recording medium such as a video tape or a DVD (Digital Versatile Disc).

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 operation system 107 issues operation commands for various functions of the imaging apparatus under operation by the user. The power supply system 108 appropriately supplies various power supplies serving as operation power supplies for the DSP circuit 103, the frame memory 104, the display device 105, the recording device 106, and the operation system 107 to these supply targets.

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 imaging element 102, the CMOS image sensor particularly suppresses the reduction of the angle of view, and the captured image becomes horizontally long. Therefore, a good captured image can be provided.

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 ... System control 17, 17 A, 17 B: Pixel drive line, 18, 18 A, 18 B, 18 C, 18 D ... Vertical signal line, 20 ... Unit pixel, 21 ... Photodiode, 22 ... Transfer transistor, 23 ... Reset transistor, 24 ... Amplification transistor 25 ... Select transistor

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)

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.
前記行走査部は、前記画素アレイ部の特定の画素行を飛ばす飛び越し走査を行う請求項1に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the row scanning unit performs interlaced scanning that skips a specific pixel row of the pixel array unit. 前記行走査部は、前記画素アレイ部の各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請求項1に記載の固体撮像装置。   2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the row scanning unit simultaneously outputs the drive signals to the pixel rows of the pixel array unit through the plurality of pixel drive lines. 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て成る固体撮像装置の駆動に当たって、
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.
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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