JP6060500B2 - Image sensor - Google Patents
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Description
本発明は、撮像素子に関する。 The present invention relates to an imaging device.
近年、ビデオカメラや電子カメラが広く普及している。これらのカメラには、CCD型やCMOS型の撮像装置が使用されている。CMOS型撮像装置とは、受光画素に蓄積された信号電荷を画素部に備わったMOSトランジスタの制御電極に導き、増幅された信号を主電極から出力するものである。 In recent years, video cameras and electronic cameras have become widespread. For these cameras, CCD type or CMOS type imaging devices are used. The CMOS imaging device is a device that guides signal charges accumulated in a light receiving pixel to a control electrode of a MOS transistor provided in a pixel portion, and outputs an amplified signal from a main electrode.
例えば、図8は、CMOS型の固体撮像装置を示す回路図である。この図8に示すように、固体撮像装置1Aは、2次元状に配置された複数の画素PXからなる画素部2と、垂直走査回路3と、水平走査回路4と、画素PXの各列に対応して設けられ対応する列の画素PXの画素信号が供給される垂直信号線VLと、各垂直信号線VLに接続されたPGA(Programmable-Gain Amplifiers)と、このPGAから出力される信号をA/D(アナログ/デジタル)変換するADCとを有している。なお、画素PXの数は、この図8に示す例では、6×4(6行、4列)であるが、その数はこれに限定されない。また、図8において、符号Grで示す画素PXは、Gr(緑)を感知する画素であり、符号Rで示す画素PXは、R(赤)を感知する画素であり、符号Bで示す画素PXは、B(青)を感知する画素である。このように、画素部2には、Gr(緑)を感知する画素と、R(赤)を感知する画素と、B(青)を感知する画素とが交互に配列されている。なお、画素PXの構成(回路構成)は、図9に示す構成となる(詳細については後述する)。
For example, FIG. 8 is a circuit diagram showing a CMOS type solid-state imaging device. As shown in FIG. 8, the solid-state imaging device 1A includes a
そして、上記CMOS型の固体撮像装置において画素信号のダイナミックレンジを拡大する場合には、中心となる画素とその周辺の複数点の画素とを合成してダイナミックレンジを拡大する方法が用いられることがある。例えば、図10の画像の重み付けの例に示すように、同色の画素R1と、画素R2と、画素R3とを重み付けして加算することがある。すなわち、画素R1から垂直信号線VLを介して出力される信号Sig1と、画素R2から垂直信号線VLを介して出力される信号Sig2と、画素R3から垂直信号線VLを介して出力される信号Sig3との、それぞれの信号レベルを重み付け加算し(一定の割り合いで加算し)、ノイズに対する信号のダイナミックレンジを改善することがある。 When expanding the dynamic range of the pixel signal in the CMOS type solid-state imaging device, a method of expanding the dynamic range by combining the central pixel and a plurality of surrounding pixels is used. is there. For example, as shown in the weighting example of the image in FIG. 10, the same color pixel R1, pixel R2, and pixel R3 may be weighted and added. That is, the signal Sig1 output from the pixel R1 via the vertical signal line VL, the signal Sig2 output from the pixel R2 via the vertical signal line VL, and the signal output from the pixel R3 via the vertical signal line VL. Each signal level with Sig3 may be weighted and added (added at a constant rate) to improve the dynamic range of the signal with respect to noise.
例えば、画素R1の出力信号Sig1の信号レベルをSig1とし、画素R2の出力信号Sig2の信号レベルをSig2とし、画素R3の出力信号Sig3の信号レベルをSig3とした場合に、「重み付け加算値=Sig1+2×Sig2+Sig3」などと重み付け加算する。 For example, when the signal level of the output signal Sig1 of the pixel R1 is Sig1, the signal level of the output signal Sig2 of the pixel R2 is Sig2, and the signal level of the output signal Sig3 of the pixel R3 is Sig3, “weighted addition value = Sig1 + 2 XSig2 + Sig3 "and the like.
なお、このような重み付け加算を行う場合は、画素R1,R2,R3からそれぞれ出力される出力信号Sig1,Sig2,Sig3を、固体撮像装置1A内(チップ内)のADC(A/D変換回路)または外部に設けたA/D変換回路によりデジタルデータ(デジタル値)に変換し、このデジタル値に変換された画素信号を用いて重み付け加算する方法が用いられている。
これは、垂直信号線VLから出力される信号Sig1,Sig2,Sig3は、垂直信号線VLから同時には出力されず時系列的に順次に出力されるため、信号Sig1,Sig2,Sig3を一旦デジタルデータに変換してメモリ等に格納した後に、このメモリ等に格納されたデジタル値を用いて重み付け加算を行うためである。
When performing such weighted addition, the output signals Sig1, Sig2, and Sig3 respectively output from the pixels R1, R2, and R3 are converted into ADCs (A / D conversion circuits) in the solid-state imaging device 1A (in the chip). Alternatively, a method of converting to digital data (digital value) by an external A / D conversion circuit and performing weighted addition using the pixel signal converted to this digital value is used.
This is because the signals Sig1, Sig2, and Sig3 output from the vertical signal line VL are not output simultaneously from the vertical signal line VL and are sequentially output in time series, so that the signals Sig1, Sig2, and Sig3 are temporarily converted into digital data. This is because the digital value stored in the memory or the like is used to perform weighted addition after being converted into the data and stored in the memory or the like.
なお、関連する固体撮像装置がある(特許文献1を参照)。この特許文献1に記載の固体撮像装置は、限られたスペースに配置することが可能なADCを含んだ固定撮像装置を提供することを目的としている。この固体撮像装置では、垂直読出線を介して出力された画素の信号がノードに電位として保持され、複数のコンデンサが、画素の信号が保持されるノードと容量結合されている。そして、トランジスタを制御して複数のコンデンサの対極の電圧を順次切替えることにより、ノードの電位を階段状に下降させる。比較器は、ノードの電位と画素の暗状態における電位とを比較しており、ノードの電位の方が低くなったときにデジタル値の上位ビットを決定する。それに続いて、デジタル値の下位ビットの変換を開始する。
There is a related solid-state imaging device (see Patent Document 1). An object of the solid-state imaging device described in
また、関連する撮像装置がある(特許文献2を参照)。この特許文献2に記載の撮像装置は、撮像装置において、固体撮像素子の蓄積期間を動的に変更することなく、できる限り人間の目の特性に合ったリニアリティの実現と、ダイナミックレンジの拡大を図ることを目的とする。この特許文献2に記載の撮像装置では、センサチップは、規格に定められた既存の1フレーム期間より短い露光期間で、1フレーム期間内で複数回画素部から読み出した撮像信号をNチャンネル並列に出力する。フレームメモリはこの撮像信号を複数フレーム分蓄積する。フレーム加算回路はフレームメモリから読み出した複数フレームの信号を加算して、規格の1フレーム分の信号を作成する。これにより、ダイナミックレンジは最大でNの2乗倍にすることができる。
There is also a related imaging device (see Patent Document 2). The imaging device described in
上述のように、CMOS型固体撮像装置において画素信号のダイナミックレンジを拡大する方法として、画素から出力された画素信号を撮像装置内または外部に設けたA/D変換回路によりA/D(アナログ/デジタル)変換処理を行った後に、このデジタル値に変換された画素信号を用いて重み付け加算する方法が用いられている。 As described above, as a method for expanding the dynamic range of a pixel signal in a CMOS type solid-state imaging device, the pixel signal output from the pixel is converted into an analog / digital (A / D) signal by an A / D conversion circuit provided inside or outside the imaging device. A method of performing weighted addition using the pixel signal converted into the digital value after performing the (digital) conversion processing is used.
図11は、上述した画素信号をデジタル値に変換するA/D変換回路の例を示す図であり、通常のA/D変換回路の構成を示す図である。この図11に示すA/D変換回路において、PGA(増幅器)11及びADC(A/D変換回路)12の構成は、上記特許文献1に記載の固体撮像装置と同様な構成である。この図11に示す回路は、PGA11の後段に積分型のADC12を接続して構成されており、このPGA11とADC12とは、図8に示す固体撮像装置1Aにおいて、各列の垂直信号線VLごとに設けられているものである。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an A / D conversion circuit that converts the above-described pixel signal into a digital value, and is a diagram illustrating a configuration of a normal A / D conversion circuit. In the A / D conversion circuit shown in FIG. 11, the configurations of the PGA (amplifier) 11 and the ADC (A / D conversion circuit) 12 are the same as those of the solid-state imaging device described in
このADC12では、最初にダーク信号Vdarkを読み込み、これをコンパレータCP1の入力端子(−)に接続されるコンデンサC10に保持し、次に、PGA11から画素信号を読み込み、この画素信号の電圧レベルをノードVcmに保持する。そして、コンデンサCの対極の電位を変化させることにより、ノードVcmの電圧を変化させ、このノードVcmの電圧とコンデンサC10に蓄積された電圧(ダーク電位Vdark)とをコンパレータCP1によって比較することでA/D変換を行っている。なお、このA/D変換の際には、コース(coarse)変換により画素信号のデジタル値の上位ビット(例えば、上位3ビット)を決定し、ファイン(fine)変換により画素情報の下位ビット(例えば、下位12ビット)を決定するようにし、画素信号のA/D変換処理を高速に行なうようにしている(詳細については特許文献1を参照)。
The
そして、図10に示す同色の画素R1,R2,R3の出力信号Sig1,Sig2,Sig3に対して重み付け加算を行う場合は、個々の信号Sig1,Sig2,Sig3をPGAにより増幅し、この増幅された画素信号をADC12によりデジタルデータ(デジタル値)に変換して一旦メモリに格納し、このメモリに格納されたデジタル値を用いて重み付け加算を行う方法が用いられている。
When weighted addition is performed on the output signals Sig1, Sig2, and Sig3 of the pixels R1, R2, and R3 of the same color shown in FIG. 10, the individual signals Sig1, Sig2, and Sig3 are amplified by the PGA and amplified. A method is used in which the pixel signal is converted into digital data (digital value) by the
しかしながら、このデジタル値に変換された画素データにより重み付け加算する方法においては、画素信号をPGAにより増幅する際に発生する誤差や、画像信号をA/D変換する際に発生する変換誤差をそのまま含んで加算が行われることになる。例えば、画素信号をPGAにより増幅する際に発生するノイズや応答遅れに起因する誤差や、ADC12内で発生するノイズ(例えば、切り替えスイッチにより発生するノイズ等)に起因する変換誤差や量子化誤差が、重み付け加算の際にそのまま加算されることになる。このため、画素信号をPGAにより増幅する際に発生する誤差や、画素信号をデジタル値(デジタルデータ)に変換する際に発生する変換誤差や量子化誤差を含むことなく、画素信号の重み付け加算を行える方法が提供されることが望まれていた。 However, in the method of weighted addition using the pixel data converted into the digital value, an error that occurs when the pixel signal is amplified by the PGA and a conversion error that occurs when the image signal is A / D converted are included as they are. The addition is performed at. For example, there is a conversion error or a quantization error caused by noise generated when a pixel signal is amplified by PGA, an error caused by a response delay, or noise generated in the ADC 12 (for example, noise caused by a changeover switch). In addition, the weights are added as they are. For this reason, weighted addition of pixel signals is performed without including errors that occur when the pixel signals are amplified by PGA, conversion errors that occur when the pixel signals are converted into digital values (digital data), and quantization errors. It was desired to provide a method that could be performed.
本発明は、斯かる実情に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、固体撮像装置の垂直信号線から出力される複数の画素信号を重み付け加算する場合に、画素信号を増幅器により増幅する際に発生する誤差(ノイズや応答遅れに起因する誤差)や、画素信号をA/D変換する際に発生する誤差(ノイズによる変換誤差や量子化誤差)を含むことなく重み付け加算を行うことができる、固体撮像装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to amplify a pixel signal by an amplifier when a plurality of pixel signals output from a vertical signal line of a solid-state imaging device are weighted and added. Weighted addition can be performed without including errors (errors due to noise or response delay) generated during the process, and errors (conversion error or quantization error due to noise) generated when the pixel signal is A / D converted. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that can be used.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の撮像素子は、入射した光により第1信号を生成する第1画素と、入射した光により第2信号を生成する第2画素と、に接続される信号線であって、前記第1画素で生成された前記第1信号と、前記第2画素で生成された前記第2信号と、をそれぞれ出力する信号線と、前記信号線に出力された前記第1信号を保持する第1保持部と、前記第1保持部に前記第1信号を保持した状態で、前記信号線に出力された前記第2信号を保持する前記第1保持部とは異なる第2保持部と、を有し、前記第1保持部に保持された前記第1信号と、前記第2保持部に保持された前記第2信号と、により第3信号を生成する信号処理部と、前記信号処理部により生成された第3信号を増幅する増幅部と、を備える。
また、本発明の撮像素子は、光電変換された電荷により生成された第1信号を信号線に出力する第1画素と、光電変換された電荷により生成された第2信号を前記信号線に出力する第2画素と、前記信号線に出力された前記第1信号と、前記信号線に出力された前記第2信号と、をそれぞれ増幅する増幅部と、前記増幅部により増幅された前記第1信号を保持する第1保持部と、前記第1保持部に前記第1信号を保持した状態で前記増幅部により増幅された前記第2信号を保持する前記第1保持部とは異なる第2保持部と、を有し、前記第1保持部に保持された前記第1信号と、前記第2保持部に保持された前記第2信号と、により第3信号を生成する信号処理部と、を備える。
また、本発明の撮像素子は、光電変換された電荷により生成された第1信号を信号線に出力する第1画素と、光電変換された電荷により生成された第2信号を前記信号線に出力する第2画素と、前記信号線に出力された前記第1信号を保持する第1保持部と、前記第1保持部に前記第1信号を保持した状態で、前記信号線に出力された前記第2信号を保持する前記第1保持部とは異なる第2保持部と、を有し、前記第1保持部に保持された前記第1信号と、前記第2保持部に保持された前記第2信号と、により第3信号を生成する信号処理部と、前記信号処理部で生成された前記第3信号をデジタル信号に変換する変換部と、を備える。
The present invention has been made to solve the above problem, an imaging device of the present invention includes a first pixel for generating a first signal by incident light to generate a second signal by the light entering A signal line connected to the second pixel, the signal line outputting the first signal generated by the first pixel and the second signal generated by the second pixel, respectively. A first holding unit that holds the first signal output to the signal line; and a second holding unit that holds the second signal output to the signal line while holding the first signal in the first holding unit. A second holding unit different from the first holding unit, and the first signal held in the first holding unit and the second signal held in the second holding unit A signal processing unit that generates a third signal, and amplifies the third signal generated by the signal processing unit It includes a wide portion.
Further, an imaging device of the present invention includes a first pixel for outputting a first signal generated by the charge that has been photoelectrically converted to a signal line, a second signal generated by the charge generated through photoelectric conversion to the signal line a second pixel outputting a first signal output to the signal line, an amplifying unit that amplifies the second signal output to the signal line, respectively, said first amplified by the amplifying section a first holding portion for holding a signal, different from said first holding portion for holding said second signal which is amplified by the first holding portion to said first signal the amplifier section while maintaining the A signal processing unit that generates a third signal from the first signal held in the first holding unit and the second signal held in the second holding unit And comprising.
Further, an imaging device of the present invention includes a first pixel for outputting a first signal generated by the charge that has been photoelectrically converted to a signal line, a second signal generated by the charge generated through photoelectric conversion to the signal line The second pixel to be output, the first holding unit that holds the first signal output to the signal line, and the first signal that is output to the signal line while holding the first signal in the first holding unit A second holding unit different from the first holding unit that holds the second signal, the first signal held in the first holding unit, and the second signal held in the second holding unit A signal processing unit that generates a third signal using the second signal; and a conversion unit that converts the third signal generated by the signal processing unit into a digital signal.
本発明の固体撮像装置においては、固体撮像装置の垂直信号線と、この垂直信号線から出力される画素信号を増幅する増幅器との間に、上記垂直信号線から順次に出力される複数の画素信号を一旦保持するとともに、この保持された複数の画素信号から1つの画素信号を合成する信号合成部を設ける。
これにより、固体撮像装置の垂直信号線から出力される複数の画素信号を重み付け加算する場合に、画素信号を増幅器により増幅する際に発生する誤差(ノイズや応答遅れに起因する誤差)や、画素信号をA/D変換する際に発生する誤差(ノイズによる変換誤差や量子化誤差)を含むことなく重み付け加算を行うことができる。
In the solid-state imaging device of the present invention, a plurality of pixels sequentially output from the vertical signal line between the vertical signal line of the solid-state imaging device and an amplifier that amplifies the pixel signal output from the vertical signal line. A signal synthesizer for temporarily holding the signal and synthesizing one pixel signal from the held plurality of pixel signals is provided.
As a result, when a plurality of pixel signals output from the vertical signal line of the solid-state imaging device are weighted and added, an error (error due to noise or response delay) generated when the pixel signal is amplified by an amplifier, Weighted addition can be performed without including errors (conversion errors and quantization errors due to noise) that occur when A / D converting the signal.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[第1の実施形態]
(画素回路についての説明)
最初に、CMOS型固体撮像装置内の画素部を構成する画素PXについて簡単に説明する。図9は、画素回路の構成を示す図であり、1つの画素PX、垂直信号線VL、及び定電流源TDを示す回路図である。
図9に示す画素回路は、光電変換部としてのフォトダイオードPDと、電荷を受け取って電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部としてのフローティングディフュージョンFDと、フローティングディフュージョンFDの電位をリセットするリセットトランジスタRSTと、フローティングディフュージョンFDの電位に応じた信号を垂直信号線VLに供給する選択トランジスタSELと、フォトダイオードPDからフローティングディフュージョンFDに電荷を転送する電荷転送部としての転送トランジスタTXと、フローティングディフュージョンFDの電位に応じた信号を出力する増幅部としての増幅トランジスタSFとを有している。
[First Embodiment]
(Description of pixel circuit)
First, the pixel PX constituting the pixel portion in the CMOS type solid-state imaging device will be briefly described. FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of the pixel circuit, and is a circuit diagram illustrating one pixel PX, a vertical signal line VL, and a constant current source TD.
The pixel circuit shown in FIG. 9 includes a photodiode PD as a photoelectric conversion unit, a floating diffusion FD as a charge-voltage conversion unit that receives charge and converts the charge into voltage, and a reset transistor RST that resets the potential of the floating diffusion FD. A selection transistor SEL that supplies a signal corresponding to the potential of the floating diffusion FD to the vertical signal line VL, a transfer transistor TX as a charge transfer unit that transfers charges from the photodiode PD to the floating diffusion FD, and a floating diffusion FD. It has an amplifying transistor SF as an amplifying unit that outputs a signal corresponding to the potential.
図9において、VDDは電源電位である。なお、画素PXのトランジスタSF,TX,RST,SELは、全てNMOSトランジスタである。転送トランジスタTXのゲートは行毎に共通に接続され、そこには、転送トランジスタTXを制御する制御信号φTXが垂直走査回路3から供給される。リセットトランジスタRSTのゲートは行毎に共通に接続され、そこには、リセットトランジスタRSTを制御する制御信号φRSTが垂直走査回路3(図8を参照)から供給される。選択トランジスタSELのゲートは行毎に共通に接続され、そこには、選択トランジスタSELを制御する制御信号φSELが垂直走査回路3から供給される。
In FIG. 9, VDD is a power supply potential. Note that the transistors SF, TX, RST, and SEL of the pixel PX are all NMOS transistors. The gates of the transfer transistors TX are commonly connected to each row, and a control signal φTX for controlling the transfer transistors TX is supplied from the
各画素PXのフォトダイオードPDは、入射光の光量(被写体光)に応じて信号電荷を生成する。各画素PXの転送トランジスタTXは、制御信号φTXのハイレベル期間にオンし、フォトダイオードPDの電荷をフローティングディフュージョンFDに転送する。リセットトランジスタRSTは、制御信号φRSTのハイレベル期間(電源電位VDDの期間)にオンし、フローティングディフュージョンFDをリセットする。 The photodiode PD of each pixel PX generates a signal charge according to the amount of incident light (subject light). The transfer transistor TX of each pixel PX is turned on during the high level period of the control signal φTX, and transfers the charge of the photodiode PD to the floating diffusion FD. The reset transistor RST is turned on during the high level period of the control signal φRST (the period of the power supply potential VDD), and resets the floating diffusion FD.
増幅トランジスタSFは、そのドレインが電源電位VDDに接続され、そのゲートがフローティングディフュージョンFDに接続され、そのソースが選択トランジスタSELのドレインに接続されている。選択トランジスタSELのソースは、垂直信号線VLに接続されている。定電流源TDは、垂直信号線VLに対応する画素PXの選択トランジスタSELがオンされたときに、当該垂直信号線VLに電流を流す。 The amplification transistor SF has its drain connected to the power supply potential VDD, its gate connected to the floating diffusion FD, and its source connected to the drain of the selection transistor SEL. The source of the selection transistor SEL is connected to the vertical signal line VL. The constant current source TD supplies a current to the vertical signal line VL when the selection transistor SEL of the pixel PX corresponding to the vertical signal line VL is turned on.
各画素PXの増幅トランジスタSFは、フローティングディフュージョンFDの電圧値に応じて、選択トランジスタSELを介して垂直信号線VLに電圧を出力する。選択トランジスタSELは、制御信号φSELのハイレベル期間にオンし、増幅トランジスタSFのソースを垂直信号線VLに接続する。 The amplification transistor SF of each pixel PX outputs a voltage to the vertical signal line VL via the selection transistor SEL according to the voltage value of the floating diffusion FD. The selection transistor SEL is turned on during the high level period of the control signal φSEL, and connects the source of the amplification transistor SF to the vertical signal line VL.
なお、以下の説明において、画素R1(図10を参照)内のフォトダイオードPDを「フォトダイオードPD1」と呼び、画素R1内の転送トランジスタTXを「転送トランジスタTX1」と呼び、画素R1内のフローティングディフュージョンFDを「フローティングディフュージョンFD1」と呼び、画素R1内の増幅トランジスタSFを「増幅トランジスタSF1」と呼ぶことがある。画素R2および画素R3についても同様である。 In the following description, the photodiode PD in the pixel R1 (see FIG. 10) is referred to as “photodiode PD1”, the transfer transistor TX in the pixel R1 is referred to as “transfer transistor TX1”, and the floating in the pixel R1. The diffusion FD may be referred to as “floating diffusion FD1”, and the amplification transistor SF in the pixel R1 may be referred to as “amplification transistor SF1”. The same applies to the pixel R2 and the pixel R3.
(固体撮像装置の構成の説明)
次に、本発明の固体撮像装置の構成について説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係わる固体撮像装置の構成を示す図である。この図1に示す固体撮像装置1は、図8に示す従来の固体撮像装置1Aと比較して、垂直信号線VLのそれぞれに重み付け加算回路10を新たに追加した点が異なり、他の構成は、図8に示す固体撮像装置1Aと同様である。このため、対応する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
(Description of configuration of solid-state imaging device)
Next, the configuration of the solid-state imaging device of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a solid-state imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention. The solid-
この図1に示すように、重み付け加算回路10は、垂直信号線VLの信号出力側のノードNa接続される回路であり、垂直信号線VLから順次に出力される所定の複数の画素信号(例えば、図10に示す画素R1,R2,R3の出力信号)を保持するとともに、この保持した画素信号に対して重み付け加算を行い、この重み付け加算された画素信号をノードNa上に出力する。この重み付け加算回路10からノードNa上に出力される重み付け加算された画素信号は、可変ゲインアンプであるPGA11により増幅され、このPGA11により増幅された画素信号が、ADC12によりデジタル値(デジタルデータ)に変換される。
As shown in FIG. 1, the
図2は、上記重み付け加算回路10の構成を示す図である。
この図2に示す重み付け加算回路10は、垂直信号線VLから順次に出力される複数の画素信号(この図に示す例では、3つの画素信号Sig1,Sig2,Sig3)のそれぞれを、スイッチSW1,SW2,SW3を介してコンデンサC1,C2,C3に保持し、このコンデンサC1,C2,C3に保持された画素信号Sig1,Sig2,Sig3を重み付け加算する。すなわち、コンデンサC1,C2,C3に保持された電荷を加算(より正確には電荷をコンデンサC1,C2,C3上で再分配)することにより、ノードNa上に電圧信号(重み付け加算された画素信号)を生成する。この重み付け加算された画素信号は、スイッチSW4を介してPGA11に出力される。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the
The
PGA11は、差動増幅器(AM1)と、スイッチPGA_AZと、コンデンサC11と、可変コンデンサC12とを備える。差動増幅器AM1の正(+)入力にはリファレンス電圧VREFが接続され、負(−)入力にはコンデンサC11を介して画素信号入力が接続される。差動増幅器AM1の出力は、負帰還用の可変コンデンサC12およびスイッチPGA_AZに接続されると共に、ADC12内のスイッチSPL(図11を参照)に接続される。また、可変コンデンサC12によってPGA11のゲインを変更可能である。このPGA11のゲインは、フィルムのISO感度(例えば、ISO100,200等)に応じて切り替えられるものである。
The
上述したように重み付け加算回路10は、コンデンサC1,C2,C3と、スイッチSW1,SW2,SW3とで構成される。
そして、コンデンサC1の一端はスイッチSW1を介してノードNaに接続され、このコンデンサC1の他端は回路グランドGに接続されている。このスイッチSW1は、垂直信号線VLから出力される画素信号Sig1をコンデンサC1に保持するためのスイッチである。例えば、画素信号Sig1が垂直信号線VL(ノードNa)に出力されるタイミング(信号Sig1の出力期間)において、スイッチSW1をオンにすると(スイッチSW2,SW3,SW4はオフ状態)、このスイッチSW1を通してコンデンサC1に電荷が充電され、このコンデンサC1に画素信号Sig1が保持される。
As described above, the
One end of the capacitor C1 is connected to the node Na via the switch SW1, and the other end of the capacitor C1 is connected to the circuit ground G. The switch SW1 is a switch for holding the pixel signal Sig1 output from the vertical signal line VL in the capacitor C1. For example, when the switch SW1 is turned on (the switches SW2, SW3, and SW4 are in the off state) at the timing (the output period of the signal Sig1) at which the pixel signal Sig1 is output to the vertical signal line VL (node Na), the switch SW1 is used. Charge is charged in the capacitor C1, and the pixel signal Sig1 is held in the capacitor C1.
また、コンデンサC2の一端はスイッチSW2を介してノードNaに接続され、このコンデンサC2の他端は回路グランドGに接続されている。このスイッチSW2は、画素信号Sig2をコンデンサC2に保持するためのスイッチである。例えば、画素信号Sig2が垂直信号線VL(ノードNa)に出力されるタイミング(信号Sig2の出力期間)において、スイッチSW2をオンにすると(スイッチSW1,SW3,SW4はオフ状態)、このスイッチSW2を通してコンデンサC2に電荷が充電され、このコンデンサC2に画素信号Sig2が保持される。 One end of the capacitor C2 is connected to the node Na via the switch SW2, and the other end of the capacitor C2 is connected to the circuit ground G. The switch SW2 is a switch for holding the pixel signal Sig2 in the capacitor C2. For example, when the switch SW2 is turned on (the switches SW1, SW3, and SW4 are in the off state) at the timing (the output period of the signal Sig2) when the pixel signal Sig2 is output to the vertical signal line VL (node Na), the switch SW2 is used. Charge is charged in the capacitor C2, and the pixel signal Sig2 is held in the capacitor C2.
また、コンデンサC3の一端はスイッチSW3を介してノードNaに接続され、このコンデンサC3の他端は回路グランドGに接続されている。このスイッチSW3は、画素信号Sig3をコンデンサC3に保持するためのスイッチである。例えば、画素信号Sig3が垂直信号線VL(ノードNa)に出力されるタイミング(信号Sig3の出力期間)において、スイッチSW3をオンにすると(スイッチSW1,SW2,SW4はオフ状態)、このスイッチSW3を通してコンデンサC3に電荷が充電され、このコンデンサC3に画素信号Sig3が保持される。
なお、図2に示す回路において、スイッチSW1,SW2,SW3,SW4は接点記号で示されているが、実際にはMOSトランジスタや半導体スイッチ等である。また、PGA11内のスイッチPGA_AZ等についても同様である。
One end of the capacitor C3 is connected to the node Na through the switch SW3, and the other end of the capacitor C3 is connected to the circuit ground G. The switch SW3 is a switch for holding the pixel signal Sig3 in the capacitor C3. For example, when the switch SW3 is turned on (the switches SW1, SW2, and SW4 are in the off state) at the timing (the output period of the signal Sig3) at which the pixel signal Sig3 is output to the vertical signal line VL (node Na), the switch SW3 is used. Charge is charged in the capacitor C3, and the pixel signal Sig3 is held in the capacitor C3.
In the circuit shown in FIG. 2, the switches SW1, SW2, SW3, and SW4 are indicated by contact symbols, but are actually MOS transistors, semiconductor switches, or the like. The same applies to the switch PGA_AZ in the
また、重み付け加算回路10の動作は、重み付け加算制御部21により制御される。この重み付け加算制御部21は、重み付け加算回路10内の各スイッチSW1,SW2,SW3のオン/オフを制御するとともに、ノードNaとPGA11の入力端子(−)との間に挿入されるスイッチSW4のオン/オフ(接続/開放)(すなわち、導通状態と非導通状態との切り替え)を制御する。この重み付け加算制御部21内には、画素信号保持部22と、画素信号合成部23とが設けられている。
The operation of the
画素信号保持部22は、垂直信号線VL上に画素信号Sig1,Sig2,Sig3が出力されるそれぞれのタイミングに合わせて、スイッチSW1,SW2,SW3のオン/オフを制御することにより、画素信号Sig1,Sig2,Sig3のそれぞれを、当該画素信号に対応するコンデンサC1,C2,C3のそれぞれに保持させる。
また、画素信号合成部23は、画素信号Sig1,Sig2,Sig3のそれぞれが対応するコンデンサC1,C2,C3に保持された後に、スイッチSW1,SW2,SW3を一括してオンにすることにより、コンデンサC1,C2,C3に充電された電荷を加算し(より正確には電荷をコンデンサC1,C2,C3上で再分配し)、ノードNa上に重み付け加算された画素信号(電圧信号)を生成させる。また、画素信号合成部23は、ノードNa上に重み付け加算された画素信号が生成された後に、スイッチSW4をオンにし、この重み付け加算された画素信号をPGA11に向けて出力する。
The pixel
Further, the pixel
(重み付け加算回路10の動作の説明)
上述したように、重み付け加算回路10では、コンデンサC1を信号Sig1により充電し、コンデンサC2を信号Sig2により充電し、コンデンサC3を信号Sig3により充電した後に、スイッチSW1,SW2,SW3を同時にオンし(スイッチSW4はオフ)、コンデンサC1,C2,C3に充電された電荷によりノードNa上に電位を発生させることにより、信号Sig1,Sig2,Sig3の重み付け加算を行う。この場合、信号Sig1,Sig2,Sig3に対する重み付けの割り合いは、コンデンサC1、コンデンサC2、コンデンサC3の静電容量比で決まる。
(Description of operation of weighted addition circuit 10)
As described above, in the
この場合に、信号Sig1によりコンデンサC1に保持される電荷Q1は、
Q1=C1×Sig1、となり、
信号Sig2によりコンデンサC2に保持される電荷Q2は、
Q2=C2×Sig2、となり、
信号Sig3によりコンデンサC3に保持される電荷Q3は、
Q3=C3×Sig3、となる。
In this case, the charge Q1 held in the capacitor C1 by the signal Sig1 is
Q1 = C1 × Sig1,
The charge Q2 held in the capacitor C2 by the signal Sig2 is
Q2 = C2 × Sig2,
The charge Q3 held in the capacitor C3 by the signal Sig3 is
Q3 = C3 × Sig3.
従って、コンデンサC1,C2,C3に保持されている電荷の合計Qtotalは、
Qtotal=C1×Sig1+C2×Sig2+C3×Sig3、
となる。
また、コンデンサC1,C2,C3の合計容量Ctotalは、
Ctotal=C1+C2+C3、となる。
Therefore, the total charge Qtotal held in the capacitors C1, C2, and C3 is
Qtotal = C1 × Sig1 + C2 × Sig2 + C3 × Sig3,
It becomes.
The total capacity Ctotal of the capacitors C1, C2, and C3 is
Ctotal = C1 + C2 + C3.
従って、スイッチSW1,SW2,SW3を同時にオン(スイッチSW4はオフ)にした場合のノードNaの電位をVNaで表すと、
VNa=Qtotal/(C1+C2+C3)、となる。
Therefore, when the potential of the node Na when the switches SW1, SW2 and SW3 are simultaneously turned on (the switch SW4 is turned off) is represented by VNa,
VNa = Qtotal / (C1 + C2 + C3).
ここで、C1:C2:C3=a:b:c、とすると、
Qtotal=C1×Sig1+(b/a)×C1×Sig2+(c/a)×C1×Sig3、となる。
従って、VNa=Qtotal/Ctotal、であるので、
VNa={C1×Sig1+(b/a)×C1×Sig2+(c/a)×C1×Sig3}/(C1+C2+C3)、
となる。
Here, if C1: C2: C3 = a: b: c,
Qtotal = C1 * Sig1 + (b / a) * C1 * Sig2 + (c / a) * C1 * Sig3.
Therefore, since VNa = Qtotal / Ctotal,
VNa = {C1 × Sig1 + (b / a) × C1 × Sig2 + (c / a) × C1 × Sig3} / (C1 + C2 + C3),
It becomes.
さらに、上記に説明したように、C1:C2:C3=a:b:c、であるので、
VNa={C1×Sig1+(b/a)×C1×Sig2+(c/a)×C1×Sig3}/(C1+(b/a)C1+(c/a)C1)
={Sig1+(b/a)×Sig2+(c/a)×Sig3}/(1+(b/a)+(c/a))
となる。
Furthermore, as explained above, since C1: C2: C3 = a: b: c,
VNa = {C1 × Sig1 + (b / a) × C1 × Sig2 + (c / a) × C1 × Sig3} / (C1 + (b / a) C1 + (c / a) C1)
= {Sig1 + (b / a) * Sig2 + (c / a) * Sig3} / (1+ (b / a) + (c / a))
It becomes.
そして、例えば、C1:C2:C3=a:b:c=1:2:1、とすると、
VNa=(Sig1+(2/1)×Sig2+(1/1)×Sig3)/(1+(2/1)+(1/1))、
=(Sig1+2×Sig2+Sig3)/4、となる。
すなわち、信号Sig1と、Sig2と、Sig3に対して、「1:2:1」の重み付け加算を行うことができる。
For example, if C1: C2: C3 = a: b: c = 1: 2: 1,
VNa = (Sig1 + (2/1) × Sig2 + (1/1) × Sig3) / (1+ (2/1) + (1/1)),
= (Sig1 + 2 × Sig2 + Sig3) / 4.
That is, a weighted addition of “1: 2: 1” can be performed on the signals Sig1, Sig2, and Sig3.
このように、図2に示す重み付け加算回路10では、垂直信号線VLから出力される画素信号Sig1,Sig2,Sig3を、アナログ信号のままで重み付け加算してノードNaに電位(電圧信号)を発生させ、このノードNaに発生した電位をPGA11により増幅して、ADC12に出力する。このため、垂直信号線VLから出力される画素信号に対して重み付け加算を行う際に、PGA11において発生するノイズや、ADC12における変換誤差(例えば、スイッチの切り替えノイズの影響による誤差や量子化誤差)の影響を受けることなく、アナログ信号により重み付け加算を行うことができる。
As described above, the
なお、上述した例では、重み付けを行う3つの画素信号Sig1,Sig2,Sig3に対して、中心の画素信号Sig2に最も高い重み付けを与える例を示したが(通常は中心の画素信号Sig2に対して最も高い重み付けを与える)、とくにこれに限定されず、画素信号Sig1やSig3に対して最も高い重み付けを与えるようにしてもよい。 In the above-described example, an example in which the highest weighting is given to the central pixel signal Sig2 with respect to the three pixel signals Sig1, Sig2, and Sig3 to be weighted (usually, with respect to the central pixel signal Sig2). However, the present invention is not limited to this, and the highest weight may be given to the pixel signals Sig1 and Sig3.
また、重み付け加算を行う画素信号の数は3つに限定されず、5つの画素信号や、7つの画素信号(基本的には奇数個の画素信号)に対して重み付け加算を行うこともできる。なお、基本的には奇数個の画素信号に対して重み付け加算であるが、偶数個の画素信号に対して重み付け加算することも可能である。
また、コンデンサC1,C2,C3の静電容量の比を、「C1:C2:C3=1:1:1」とすることにより、画素信号Sig1,Sig2,Sig3の平均化を行うこともできる。さらには、スイッチSW1,SW2,SW3を定常的にオフのままとすることにより、固体撮像装置1を、重み付け加算なしの通常の回路(後述する図4を参照)として動作させることもできる。
Further, the number of pixel signals to be subjected to weighted addition is not limited to three, and weighted addition can be performed on five pixel signals or seven pixel signals (basically an odd number of pixel signals). Basically, the weighted addition is performed on the odd number of pixel signals, but the weighted addition may be performed on the even number of pixel signals.
In addition, the pixel signals Sig1, Sig2, and Sig3 can be averaged by setting the capacitance ratio of the capacitors C1, C2, and C3 to “C1: C2: C3 = 1: 1: 1”. Furthermore, the solid-
(重み付け加算回路10の動作タイミングについて説明)
図3は、重み付け加算回路10の動作を説明するためのタイムチャートである。この図に示すタイムチャートにおいて、図3(A)は、赤色の画素R1(図10を参照)内の選択トランジスタSEL1と、リセットトランジスタRST1と、転送トランジスタTX1のオン/オフ状態(H状態にてオン)を示している。また、図3(B)は、赤色の画素R2(図10を参照)内の選択トランジスタSEL2と、リセットトランジスタRST2と、転送トランジスタTX2のオン/オフ状態(H状態にてオン)を示し、図3(C)は、赤色の画素R3(図10を参照)内の選択トランジスタSEL3と、リセットトランジスタRST3と、転送トランジスタTX3のオン/オフ状態(H状態にてオン)を示している。
(Description of the operation timing of the weighted addition circuit 10)
FIG. 3 is a time chart for explaining the operation of the
また、図3(D)は、重み付け加算回路10内の各スイッチSW1,SW2,SW3のオン/オフ状態(H状態にてオン)と、スイッチSW4のオン/オフ状態(H状態にてオン)を示している。また、図3(E)は、PGA11内のスイッチPGA_AZのオン/オフ状態(H状態にてオン)と、PGA11の出力信号PGA_outとを示している。
FIG. 3D shows the ON / OFF state of each switch SW1, SW2, SW3 in the weighted addition circuit 10 (ON in the H state) and the ON / OFF state of the switch SW4 (ON in the H state). Is shown. FIG. 3E shows the on / off state of the switch PGA_AZ in the PGA 11 (on in the H state) and the output signal PGA_out of the
以下、図3を参照して、重み付け加算回路10における動作の流れについて説明する。
まず、最初に、時刻T1以前においては、図3(A)〜図3(C)に示すトランジスタ(SEL,RST,TX)が全てオフであり、また、図3(D)に示すスイッチSW1,SW2,SW3,SW4も全てオフであるとする。また、図3(E)に示すように、PGA11内のスイッチPGA_AZもオフであるとする。なお、この時刻T1以前の状態においては、スイッチSW4がオフのため、PGA11からは信号PGA_outは出力されていない。
Hereinafter, the operation flow in the
First, before time T1, the transistors (SEL, RST, TX) shown in FIGS. 3A to 3C are all off, and the switches SW1, SW1 shown in FIG. It is assumed that SW2, SW3, and SW4 are all off. Further, as shown in FIG. 3E, it is assumed that the switch PGA_AZ in the
そして、時刻T1から画素信号Sig1,Sig2,Sig3に対する重み付け加算処理が開始される。また、この重み付け加算処理の開始の際に、スイッチSW4をオフにするとともに、PGA11内のスイッチPGA_AZをオン(増幅ゲインを“0”)にし、PGA11における信号増幅動作を停止させておく。
Then, the weighted addition process for the pixel signals Sig1, Sig2, and Sig3 is started from time T1. At the start of the weighted addition process, the switch SW4 is turned off, and the switch PGA_AZ in the
そして、時刻T2に至ると、画素R1の画素信号Sig1のコンデンサC1への保持動作(コンデンサC1への充電動作)が開始される。この場合、図3(A)に示すように、時刻T1において、画素R1内の選択トランジスタSEL1がオンとなり、リセットトランジスタRST1がオフとなり、この状態が時刻T4まで継続される。
また、図3(D)に示すように、時刻T1において、画素信号保持部22により、重み付け加算回路10内のコンデンサC1に繋がるスイッチSW1がオンにされ、この状態が時刻T4まで継続される。
Then, when the time T2 is reached, an operation of holding the pixel signal Sig1 of the pixel R1 in the capacitor C1 (charging operation of the capacitor C1) is started. In this case, as shown in FIG. 3A, at time T1, the selection transistor SEL1 in the pixel R1 is turned on, the reset transistor RST1 is turned off, and this state continues until time T4.
As shown in FIG. 3D, at time T1, the pixel
そして、時刻T1と時刻T4との間の時刻T3において、図3(A)に示すように、期間tの間、画素R1内において転送トランジスタTX1がオンになる。これにより、フォトダイオードPD1により検出された電荷が転送トランジスタTX1を介してフローティングディフュージョンFD1に転送されて電圧信号が生成され、この電圧信号を増幅トランジスタSF1により増幅した信号が選択トランジスタSEL1を介して垂直信号線VLに出力される。そして、この垂直信号線VLから出力される信号(画素信号Sig1)によりスイッチSW1を介してコンデンサC1を充電する。 Then, at time T3 between time T1 and time T4, as shown in FIG. 3A, the transfer transistor TX1 is turned on in the pixel R1 during the period t. As a result, the charge detected by the photodiode PD1 is transferred to the floating diffusion FD1 via the transfer transistor TX1, and a voltage signal is generated. A signal obtained by amplifying the voltage signal by the amplification transistor SF1 is vertically transmitted via the selection transistor SEL1. It is output to the signal line VL. The capacitor C1 is charged via the switch SW1 by a signal (pixel signal Sig1) output from the vertical signal line VL.
そして、時刻T4に至り、図3(A)に示すように、画素R1において、選択トランジスタSEL1がオフになり、リセットトランジスタRST1がオンになることにより、垂直信号線VLへの画素信号Sig1の出力が停止する。画素信号保持部22では、時刻T4においてスイッチSW1をオフにすることにより、画素信号Sig1のコンデンサC1による保持が完了する。
At time T4, as shown in FIG. 3A, the selection transistor SEL1 is turned off and the reset transistor RST1 is turned on in the pixel R1, so that the pixel signal Sig1 is output to the vertical signal line VL. Stops. In the pixel
続いて、時刻T5に至ると、画素R2の画素信号Sig2のコンデンサC2への保持動作(コンデンサC2の充電動作)が開始される。この場合、図3(B)に示すように、時刻T5において、画素R2内の選択トランジスタSEL2がオンとなり、リセットトランジスタRST2がオフとなり、この状態が時刻T7まで継続される。
また、図3(D)に示すように、時刻T5において、画素信号保持部22により、重み付け加算回路10内のコンデンサC2に繋がるスイッチSW2がオンにされ、この状態が時刻T7まで継続される。
Subsequently, when the time T5 is reached, an operation of holding the pixel signal Sig2 of the pixel R2 in the capacitor C2 (charging operation of the capacitor C2) is started. In this case, as shown in FIG. 3B, at time T5, the selection transistor SEL2 in the pixel R2 is turned on, the reset transistor RST2 is turned off, and this state continues until time T7.
As shown in FIG. 3D, at time T5, the pixel
そして、時刻T5と時刻T7との間の時刻T6において、図3(B)に示すように、期間tの間、画素R2内の転送トランジスタTX2がオンになる。これにより、画素R2内のフォトダイオードPD2により検出された電荷が転送トランジスタTX2を介してフローティングディフュージョンFD2に転送されて電圧信号が生成され、この電圧信号を増幅トランジスタSF2により増幅した信号が選択トランジスタSEL2を介して垂直信号線VLに出力される。そして、この垂直信号線VLから出力される信号(画素信号Sig2)によりスイッチSW2を介してコンデンサC2を充電する。 Then, at time T6 between time T5 and time T7, as shown in FIG. 3B, the transfer transistor TX2 in the pixel R2 is turned on during the period t. As a result, the charge detected by the photodiode PD2 in the pixel R2 is transferred to the floating diffusion FD2 via the transfer transistor TX2 to generate a voltage signal, and the signal obtained by amplifying the voltage signal by the amplification transistor SF2 is the selection transistor SEL2. To the vertical signal line VL. The capacitor C2 is charged via the switch SW2 by a signal (pixel signal Sig2) output from the vertical signal line VL.
そして、時刻T7に至り、図3(B)に示すように、画素R2において、選択トランジスタSEL2がオフになり、リセットトランジスタRST2がオンになることにより、垂直信号線VLへの画素信号Sig2の出力が停止する。画素信号保持部22では、時刻T7においてスイッチSW2をオフにすることにより、画素信号Sig2のコンデンサC2による保持が完了する。
At time T7, as shown in FIG. 3B, in the pixel R2, the selection transistor SEL2 is turned off and the reset transistor RST2 is turned on, so that the output of the pixel signal Sig2 to the vertical signal line VL is achieved. Stops. In the pixel
続いて、時刻T8に至ると、画素R3の画素信号Sig3のコンデンサC3への保持動作(コンデンサC3の充電動作)が開始される。この場合、図3(C)に示すように、時刻T8において、画素R3内の選択トランジスタSEL3がオンとなり、リセットトランジスタRST3がオフとなり、この状態が時刻T10まで継続される。
また、図3(D)に示すように、時刻T8において、画素信号保持部22により、重み付け加算回路10内のコンデンサC3に繋がるスイッチSW3がオンにされ、この状態が時刻T10まで継続される。
Subsequently, at time T8, an operation of holding the pixel signal Sig3 of the pixel R3 in the capacitor C3 (charging operation of the capacitor C3) is started. In this case, as shown in FIG. 3C, at time T8, the selection transistor SEL3 in the pixel R3 is turned on, the reset transistor RST3 is turned off, and this state continues until time T10.
As shown in FIG. 3D, at time T8, the pixel
そして、時刻T8と時刻T10との間の時刻T9において、図3(C)に示すように、期間tの間、画素R3内において転送トランジスタTX3がオンになる。これにより、画素R3内のフォトダイオードPD3により検出された電荷が転送トランジスタTX3を介してフローティングディフュージョンFD3に転送されて電圧信号が生成され、この電圧信号を増幅トランジスタSF3により増幅した信号が選択トランジスタSEL3を介して垂直信号線VLに出力される。そして、この垂直信号線VLから出力される信号(画素信号Sig3)によりスイッチSW3を介してコンデンサC3を充電する。 Then, at time T9 between time T8 and time T10, as shown in FIG. 3C, the transfer transistor TX3 is turned on in the pixel R3 during the period t. As a result, the charge detected by the photodiode PD3 in the pixel R3 is transferred to the floating diffusion FD3 via the transfer transistor TX3 to generate a voltage signal. A signal obtained by amplifying the voltage signal by the amplification transistor SF3 is the selection transistor SEL3. To the vertical signal line VL. The capacitor C3 is charged via the switch SW3 by a signal (pixel signal Sig3) output from the vertical signal line VL.
そして、時刻T10に至り、図3(C)に示すように、画素R3において、選択トランジスタSEL3がオフになり、リセットトランジスタRST3がオンになることにより、垂直信号線VLへの画素信号Sig3の出力が停止する。画素信号保持部22では、時刻T10においてスイッチSW3をオフにすることにより、画素信号Sig3のコンデンサC3による保持が完了する。
At time T10, as shown in FIG. 3C, the selection transistor SEL3 is turned off and the reset transistor RST3 is turned on in the pixel R3, whereby the pixel signal Sig3 is output to the vertical signal line VL. Stops. In the pixel
そして、時刻T10において、画素信号Sig1,Sig2,Sig3のそれぞれについて、コンデンサC1,C2,C3への保持が完了した後、時刻T11において、図3(E)に示すように、PGA11内のスイッチPGA_AZをオフすることにより、この時刻T11以降、PGA11における画素信号の増幅動作を開始させる。
Then, at time T10, after the pixel signals Sig1, Sig2, and Sig3 are held in the capacitors C1, C2, and C3, respectively, at time T11, as shown in FIG. 3E, the switch PGA_AZ in the
そして、時刻T12に至り、重み付け加算が開始される。すなわち、図3(D)に示すように、時刻T12において、画素信号合成部23によりスイッチSW1,SW2,SW3を同時にオンし、この状態を時刻T13まで継続させる。これにより、コンデンサC1,C2,C3に充電された電荷が加算され、この電荷により重み付け加算された電圧信号(画素信号)がノードNa上に生成される。
Then, at time T12, weighted addition is started. That is, as shown in FIG. 3D, at time T12, the pixel
その後、時刻T14において、図3(D)に示すように、画素信号合成部23によりスイッチSW4をオンにし、このスイッチSW4のオン状態を時刻T15まで継続させる。これにより、ノードNaの生成された電圧信号(重み付け加算された画素信号)がPGA11に向けて出力される。
このため、図3(D)に示すように、時刻T14以降、PGA11から信号PGA_out(重み付け加算した画素信号を増幅した信号)が出力される。このPGA11から出力される信号PGA_outはADC12に入力され(図11を参照)、ADC12内のノードVcmにその信号レベルが保持されるとともに、このノードVcmに保持された信号のA/D変換が行われる。
Thereafter, at time T14, as shown in FIG. 3D, the pixel
For this reason, as shown in FIG. 3D, after time T14, a signal PGA_out (a signal obtained by amplifying the weighted pixel signal) is output from the
また、図4は、重み付け加算なしの場合の動作を説明するためのタイムチャートである。上述したように、重み付け加算回路10を、重み付け加算なしの回路として動作させることもできる。この重み付け加算回路10を、重み付け加算なしの回路として動作させる場合は、この図4に示すように、画素信号保持部22は、コンデンサC1,C2,C3のそれぞれに繋がるスイッチSW1,SW2,SW3を常時オフにする。
そして、時刻T1において、PGA11内のスイッチPGA_AZをオフにし、この時刻T1以降において、PGA11における画素信号の増幅動作を開始させる。そして、画素信号保持部22は、時刻T2〜時刻T3の期間において、スイッチSW4をオンし、垂直信号線VLから出力される画素信号(図示せず)をPGA11に入力させ、PGA11から画素信号を増幅した信号PGA_outを出力させる。
このようにして、重み付け加算回路10を、重み付け加算なしの回路として動作させることも可能である。
FIG. 4 is a time chart for explaining the operation without weighted addition. As described above, the
At time T1, the switch PGA_AZ in the
In this way, the
[第2の実施形態]
上述した第1の実施形態の重み付け加算回路10においては、信号Sig1,Sig2,Sig3の重み付け加算を行うために、コンデンサC1,C2,C3のそれぞれの静電容量を、重み付けの割り合いに応じて異なる値に設定していた。これに対して、本発明の第2の実施形態として、同じ静電容量のコンデンサを使用して重み付け加算を行う例について説明する。
[Second Embodiment]
In the
図5は、本発明の第2の実施形態に係わる重み付け加算回路10Aの構成を示す図である。図5(A)に示す重み付け加算回路10Aは、図2に示す重み付け加算回路10と比較して、コンデンサC1,C2,C2’,C3の静電容量を全て同じ値とし、スイッチSW2に2つのコンデンサC2とC2’とを並列に接続した点が異なる。他の構成は、図2に示す重み付け加算回路10と同様である。このため、対応する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
このように、同じ静電容量である2つのコンデンサC2,C2’を並列に接続することにより、同じ静電容量のコンデンサC1,C2,C2’,C3を用いて、画素信号Sig1,Sig2,Sig3に対する重み付けの割り合いを「1:2:1」とすることができる。
また、固体撮像装置(チップ)上に異なる静電容量のコンデンサ素子を形成することなく、同じ静電容量のコンデンサ素子を形成すればよいので、固体撮像装置の製造工程を簡易にすることもできる。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a
In this way, by connecting the two capacitors C2, C2 ′ having the same capacitance in parallel, the pixel signals Sig1, Sig2, Sig3 using the capacitors C1, C2, C2 ′, C3 having the same capacitance. The weighting ratio for can be “1: 2: 1”.
In addition, since it is sufficient to form capacitor elements having the same capacitance without forming capacitor elements having different capacitances on the solid-state imaging device (chip), the manufacturing process of the solid-state imaging device can be simplified. .
また、図5(A)示す例では、1つのスイッチSW2に2つのコンデンサC2,C2’を並列に接続する例を示しているが、例えば、図5(B)に示すように、2つのコンデンサC2,C2’をそれぞれを独立にし、2つのスイッチSW2,SW2’を用いて個々にノードNaに接続するようにしてもよい。そして、重み付け加算を行う場合は、2つのスイッチSW2,SW2’を同時にオン/オフする。 5A shows an example in which two capacitors C2 and C2 ′ are connected in parallel to one switch SW2. For example, as shown in FIG. 5B, two capacitors C2 and C2 ′ may be made independent and connected to the node Na individually using two switches SW2 and SW2 ′. When performing weighted addition, the two switches SW2 and SW2 'are simultaneously turned on / off.
このようにしても、同じ静電容量のコンデンサC1,C2,C2’,C3を用いて、画素信号Sig1,Sig2,Sig3に対する重み付けの割り合いを「1:2:1」とすることができる。
なお、このような構成にすることにより、例えば、スイッチSW2を常時オフに制御することにより、画素信号Sig1,Sig2,Sig3の平均化を行うことができる。また、図6(A)に示すように、コンデンサC2’に繋がるスイッチSW2’の一端を、コンデンサC2とスイッチSW1との接続点に接続する構成とすることもできる。
Even in this case, the weighting ratio for the pixel signals Sig1, Sig2, and Sig3 can be set to “1: 2: 1” by using the capacitors C1, C2, C2 ′, and C3 having the same capacitance.
With this configuration, for example, the pixel signals Sig1, Sig2, and Sig3 can be averaged by controlling the switch SW2 to be always off. As shown in FIG. 6A, one end of the switch SW2 ′ connected to the capacitor C2 ′ can be connected to a connection point between the capacitor C2 and the switch SW1.
また、スイッチSW1,SW2,SW3のそれぞれに接続するコンデンサの個数は、任意に設定することが可能である。例えば、スイッチSW1に1個のコンデンサを、スイッチSW2に2個のコンデンサを、スイッチSW3に3個のコンデンサをそれぞれ接続することにより、画素信号Sig1,Sig2,Sig3に対する重み付けの割り合いを「1:2:3」とすることができる。 Further, the number of capacitors connected to each of the switches SW1, SW2 and SW3 can be arbitrarily set. For example, by connecting one capacitor to the switch SW1, two capacitors to the switch SW2, and three capacitors to the switch SW3, the weighting ratio for the pixel signals Sig1, Sig2, and Sig3 is “1: 2: 3 ".
また、各スイッチSW1,SW2,SW3に複数のコンデンサを接続する場合には、各コンデンサごとにスイッチを設けるようにしてもよい。例えば、図6(B)に示すように、スイッチSW2に2つのコンデンサC2,C2’を接続する場合に、コンデンサC2’に対してスイッチSW2’を設け、また、スイッチSW3に3つのコンデンサC3,C3’,C3’’を接続する場合に、コンデンサC3’,C3’’のそれぞれに対してスイッチSW3’,SW3’’を設けるようにしてもよい。この図6(B)に示す例では、各コンデンサC2’,C3’,C3’’のそれぞれに設けたスイッチSW2’,SW3’,SW3’’のオン/オフを制御することにより、重み付けの割り合いを適宜に変更することが可能になる。
また、スイッチSW1,SW2,SW3は数は、3つに限定されず、例えば、5個や7個(基本的には奇数個)であってもよく、それぞれのスイッチに接続されるコンデンサの個数を設定することにより、所望の割り合いで重み付け加算を行うことができる。すなわち、重み付け加算回路10Aでは、任意の個数のコンデンサのそれぞれに対してスイッチを設けることにより、任意の数の画素信号に対して、任意の重み付けを設定することが可能になる。
When a plurality of capacitors are connected to each switch SW1, SW2, SW3, a switch may be provided for each capacitor. For example, as shown in FIG. 6B, when two capacitors C2 and C2 ′ are connected to the switch SW2, a switch SW2 ′ is provided for the capacitor C2 ′, and three capacitors C3 and C3 are provided to the switch SW3. When connecting C3 ′ and C3 ″, switches SW3 ′ and SW3 ″ may be provided for the capacitors C3 ′ and C3 ″, respectively. In the example shown in FIG. 6B, weights are assigned by controlling on / off of the switches SW2 ′, SW3 ′, SW3 ″ provided in the capacitors C2 ′, C3 ′, C3 ″. It is possible to change the fit appropriately.
The number of switches SW1, SW2 and SW3 is not limited to three, and may be five or seven (basically an odd number), for example, and the number of capacitors connected to each switch. Is set, weighted addition can be performed at a desired ratio. That is, in the
[第3の実施形態]
上述した第1の実施形態の重み付け加算回路10、および第2の実施形態の重み付け加算回路10Aにおいては、垂直信号線VLとPGA11との信号接続点であるノードNaに重み付け加算回路を接続する例を示したが、これに限定されず、重み付け加算回路を、PGA11の出力側に配置することもできる。
[Third Embodiment]
In the above-described
図7は、本発明の第3の実施形態に係わる重み付け加算回路10Bの構成を示す図である。この図7に示す重み付け加算回路10Bは、図2に示す重み付け加算回路10と同様の構成であり、この重み付け加算回路10BがPGA11の出力側のノードNbに接続される点だけが異なる。
すなわち、図2に示す重み付け加算回路10では、垂直信号線VLから出力される信号に対して重み付け加算を行うが、図7に示す重み付け加算回路10Bでは、PGA11の出力信号PGA_outに対して重み付け加算を行うものである。なお、図7に示す重み付け加算回路10Bの動作は、図2に示す重み付け加算回路10と同様であり、重複する説明は省略する。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a
That is, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、ここで本発明と上記実施形態とにおける対応関係について補足して説明する。
上記実施形態において、本発明における固体撮像装置は、固体撮像装置1が対応し、本発明における受光画素は、図8および図9に示す画素PXが対応する。また、本発明における合成部は、重み付け加算回路10が対応し、本発明における増幅器はPGA11が対応する。また、本発明における容量素子は、コンデンサC1,C2,C3が対応し、本発明における第1スイッチは、スイッチSW1,SW2,SW3が対応し、本発明における第2スイッチは、スイッチSW4が対応する。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the correspondence relationship between the present invention and the above embodiment will be supplementarily described.
In the above embodiment, the solid-
また、本発明における画素信号保持手段は、画素信号保持部22と、この画素信号保持部22により制御されるスイッチSW1,SW2,SW3と、コンデンサC1,C2,C3とが対応する(「画素信号保持部22」で総称される)。
また、本発明における画素信号合成手段は、画素信号合成部23と、この画素信号合成部23により制御されるスイッチSW1,SW2,SW3と、コンデンサC1,C2,C3とが対応する(「画素信号合成部23」で総称される)。
The pixel signal holding means in the present invention corresponds to the pixel
In the pixel signal combining means in the present invention, the pixel
(1)そして、上記実施形態において、固体撮像装置1は、行列状に配置された複数の受光画素PX中の選択行の画素信号を列ごとに出力する垂直信号線VLと、垂直信号線VLから出力される画素信号を所定数ごとに一旦保持するとともに、この保持した複数の画素信号Sig1,Sig2,Sig3から1つの画素信号を合成して出力する重み付け加算回路10と、重み付け加算回路10から出力される合成された画素信号を増幅するPGA11と、を備える。
(1) In the above embodiment, the solid-
このような構成の固体撮像装置1では、固体撮像装置1の垂直信号線VLと、画素信号を増幅するPGA11との間に、重み付け加算回路10を配置する。この重み付け加算回路10は、垂直信号線VLから順次に出力される複数の画素信号Sig1,Sig2,Sig3を一旦保持するとともに、この保持した複数の画素信号Sig1,Sig2,Sig3から1つの画素信号を合成し、この合成された画素信号をPGA11に出力する。
これにより、固体撮像装置1の垂直信号線VLから出力される複数の画素信号Sig1,Sig2,Sig3を重み付け加算する場合に、画素信号をPGA11により増幅する際に発生する誤差(ノイズや応答遅れに起因する誤差)や、画素信号をA/D変換する際に発生する誤差(ノイズによる変換誤差や量子化誤差)を含むことなく重み付け加算を行うことができる。
In the solid-
As a result, when a plurality of pixel signals Sig1, Sig2, and Sig3 output from the vertical signal line VL of the solid-
(2)また、上記実施形態において、重み付け加算回路10は、所定数の画素信号Sig1,Sig2,Sig3のそれぞれに対応して設けられる容量素子であって、画素信号Sig1,Sig2,Sig3のそれぞれを保持するための複数のコンデンサC1,C2,C3と、所定数の画素信号Sig1,Sig2,Sig3のそれぞれをコンデンサC1,C2,C3に保持することにより、行列状に配置された受光画素PX中の所定数の選択行の画素信号を保持する画素信号保持部22と、複数のコンデンサC1,C2,C3に保持されたそれぞれの画素信号Sig1,Sig2,Sig3を1つの画素信号に合成する画素信号合成部23と、を備える。
このような構成の固体撮像装置1では、重み付け加算回路10を備え、この重み付け加算回路10では、画素信号Sig1,Sig2,Sig3のそれぞれが垂直信号線VLから出力された際に、画素信号保持部22によりスイッチSW1,SW2,SW3のオン/オフを制御し、画素信号Sig1,Sig2,Sig3のそれぞれを当該画素信号に対応するコンデンサC1,C2,C3に保持する。そして、画素信号Sig1,Sig2,Sig3のそれぞれがコンデンサC1,C2,C3に保持された後に、画素信号合成部23によりスイッチSW1,SW2,SW3を一括してオンにすることにより、複数のコンデンサC1,C2,C3に保持されたそれぞれの画素信号Sig1,Sig2,Sig3を1つの画素信号に合成する。
これにより、固体撮像装置1の垂直信号線VLから出力される複数の画素信号Sig1,Sig2,Sig3を重み付け加算する場合に、コンデンサC1,C2,C3を用いた簡易な方法により、画素信号Sig1,Sig2,Sig3を、垂直信号線VLの出力点(ノードNa)上においてアナログ信号により重み付け加算することができる。このため、画素信号をPGA11により増幅する際に発生する誤差や、画素信号をA/D変換する際に発生する誤差を含むことなく重み付け加算を行うことができる。
(2) In the above embodiment, the
The solid-
Thus, when a plurality of pixel signals Sig1, Sig2, and Sig3 output from the vertical signal line VL of the solid-
(3)また、上記実施形態において、重み付け加算回路10は、所定数の画素信号Sig1,Sig2,Sig3のそれぞれに対応して設けられるコンデンサC1,C2,C3であって、その静電容量が画素信号Sig1,Sig2,Sig3のそれぞれの重み付けの割り合いに応じて設定される複数のコンデンサC1,C2,C3を備え、画素信号保持部22は、画素信号Sig1,Sig2,Sig3のそれぞれを当該画素信号に対応するコンデンサC1,C2,C3を充電することにより保持し、画素信号合成部23は、画素信号Sig1,Sig2,Sig3のそれぞれが当該画素信号に対応するコンデンサC1,C2,C3により全て保持された後に、複数のコンデンサC1,C2,C3に保持された電荷を当該複数のコンデンサC1,C2,C3上で再分配することにより複数の画素信号Sig1,Sig2,Sig3の重み付け加算を行う。
これにより、コンデンサC1,C2,C3のそれぞれの静電容量を所望の値に設定することにより、画素信号Sig1,Sig2,Sig3に対する重み付けの割り合いを所望の値に設定することができる。
(3) In the above embodiment, the
Thus, by setting the respective capacitances of the capacitors C1, C2, and C3 to desired values, it is possible to set the weighting ratio for the pixel signals Sig1, Sig2, and Sig3 to desired values.
(4)また、上記実施形態において、重み付け加算回路10は、静電容量が同じ値の複数のコンデンサC1,C2,C2’,C3を備え、画素信号保持部22は、画素信号Sig1,Sig2,Sig3の重み付けの割り合いに応じて、それぞれの画素信号に対して複数のコンデンサC1,C2,C2’,C3の内から1または複数個のコンデンサを割り当て、それぞれの画素信号Sig1,Sig2,Sig3を当該画素信号に割り当てられたコンデンサを充電することにより保持し、画素信号合成部23は、それぞれの画素信号Sig1,Sig2,Sig3が当該画素信号に割り当てられたコンデンサにより全て保持された後に、複数のコンデンサC1,C2,C2’,C3に充電された電荷を当該複数のコンデンサC1,C2,C2’,C3上で再分配することにより複数の画素信号Sig1,Sig2,Sig3の重み付け加算を行う。
(4) In the above-described embodiment, the
このような構成の固体撮像装置1では、図5に示すように、複数のコンデンサC1,C2,C2’,C3の静電容量を同じ値とし、画素信号Sig1,Sig2,Sig3の重み付けの割り合いに応じて、それぞれの画素信号Sig1,Sig2,Sig3に対して上記複数のコンデンサC1,C2,C2’,C3の内から1または複数個のコンデンサを割り当てる。そして、それぞれの画素信号Sig1,Sig2,Sig3により当該画素信号に割り当てられた1または複数のコンデンサを充電することにより、当該画素信号を保持させる。そして、それぞれの画素信号Sig1,Sig2,Sig3のコンデンサによる保持が全て完了した後に、コンデンサC1,C2,C2’,C3に保持された電荷をコンデンサC1,C2,C2’,C3上で加算することにより画素信号Sig1,Sig2,Sig3を重み付け加算する。
これにより、同じ静電容量のコンデンサC1,C2,C2’,C3を用いて、画素信号Sig1,Sig2,Sig3の重み付け加算を行うことができる。
In the solid-
Thereby, the weighted addition of the pixel signals Sig1, Sig2, and Sig3 can be performed using the capacitors C1, C2, C2 ′, and C3 having the same capacitance.
(5)また、上記実施形態において、上記所定数の画素信号は、同色の画素信号が3つ以上の奇数個(たとえば、3つまたは5つ)の画素信号である。
これにより、同色の3つの画素信号または5つの画素信号などの奇数個の画素信号に対して、垂直信号線VLの出力点(ノードNa)上においてアナログ信号による重み付け加算を行うことができる。
(5) In the above embodiment, the predetermined number of pixel signals is an odd number (for example, three or five) of pixel signals having three or more same color pixel signals.
Thereby, weighted addition by analog signals can be performed on the output point (node Na) of the vertical signal line VL with respect to an odd number of pixel signals such as three pixel signals or five pixel signals of the same color.
(6)また、上記実施形態において、上記所定数の画素信号Sig1,Sig2,Sig3に対する重み付けの割り合いは、上記コンデンサC1,C2,C3に順次に保持される複数の画素信号の内の真ん中の画素信号に対する重み付けが最も大きくなるように設定される。
これにより、中心となる画素信号Sig2の画素情報を強調するとともに、周辺の画素信号Sig1,Sig2を重み付け加算することにより、ノイズに対するダイナミックレンジを改善することができる。
(6) In the above embodiment, the weighting ratio for the predetermined number of pixel signals Sig1, Sig2, and Sig3 is the middle of the plurality of pixel signals sequentially held in the capacitors C1, C2, and C3. The pixel signal is set to have the largest weight.
Thus, the pixel information of the central pixel signal Sig2 is emphasized, and the peripheral pixel signals Sig1 and Sig2 are weighted and added, thereby improving the dynamic range against noise.
(7)また、上記実施形態において、重み付け加算回路10は、垂直信号線VLの信号出力側のノードNaと複数のコンデンサC1,C2,C3のそれぞれとを選択的に接続するスイッチSW1,SW2,SW3を備え、画素信号保持部22は、画素信号Sig1,Sig2,Sig3を保持する際に、当該画素信号に対応するコンデンサとノードNaとをスイッチSW1,SW2,SW3により接続し、当該画素信号により当該画素信号に対応するコンデンサC1,C2,C3を充電させ、画素信号合成部23は、画素信号Sig1,Sig2,Sig3を合成する際に、複数のコンデンサC1,C2,C3とノードNaとをそれぞれ接続するスイッチSW1,SW2,SW3を一括してオンにすることにより、複数のコンデンサC1,C2,C3に充電された電荷によりノードNa上に重み付け加算された画素信号を生成する。
(7) In the above embodiment, the
このような構成の固体撮像装置1では、垂直信号線VLに画素信号Sig1が出力された際に、スイッチSW1をオンにし、画素信号Sig1によりコンデンサC1を充電することにより、画素信号Sig1をコンデンサC1に保持する。また、垂直信号線VLに画素信号Sig2が出力された際に、スイッチSW2をオンにし、画素信号Sig2によりコンデンサC2を充電することにより、画素信号Sig2をコンデンサC2に保持する。また、垂直信号線VLに画素信号Sig3が出力された際に、スイッチSW3をオンにし、画素信号Sig3によりコンデンサC3を充電することにより、画素信号Sig3をコンデンサC3に保持する。そして、画素信号Sig1,Sig2,Sig3がコンデンサC1,C2,C3に保持された後に、コンデンサC1,C2,C3とノードNaとを接続するスイッチSW1,SW2,SW3を一括してオンにすることにより、コンデンサC1,C2,C3に充電された電荷によりノードNa上に重み付け加算された画素信号を生成させる。
これにより、スイッチSW1,SW2,SW3をオン/オフ制御することにより、垂直信号線VLから出力される画素信号Sig1,Sig2,Sig3を、当該画素信号に対応するコンデンサC1,C2,C3に保持することができる。また、スイッチSW1,SW2,SW3をオン/オフ制御することにより、コンデンサC1,C2,C3に充電された電荷を加算し、ノードNa上に重み付け加算された画素信号を生成させることができる。
In the solid-
Thus, the pixel signals Sig1, Sig2, and Sig3 output from the vertical signal line VL are held in the capacitors C1, C2, and C3 corresponding to the pixel signals by performing on / off control of the switches SW1, SW2, and SW3. be able to. Further, by performing on / off control of the switches SW1, SW2, and SW3, the charges charged in the capacitors C1, C2, and C3 can be added to generate a weighted pixel signal on the node Na.
(8)また、上記実施形態において、重み付け加算回路10は、ノードNaとPGA11とを選択的に接続するSW4を備え、画素信号保持部22は、垂直信号線VLから所定数の画素信号Sig1,Sig2,Sig3のそれぞれが出力される際に、当該画素信号に対応するスイッチSW1,SW2,SW3をオンにし、当該画素信号により当該画素信号に対応するコンデンサC1,C2,C3を充電し、画素信号合成部23は、上記所定数の画素信号Sig1,Sig2,Sig3のそれぞれによるコンデンサC1,C2,C3への充電が全て完了した後に、複数のコンデンサC1,C2,C3とノードNaとを接続するそれぞれのスイッチSW1,SW2,SW3を一括してオンにし、複数のコンデンサC1,C2,C3に充電された電荷によりノードNa上に重み付け加算された画素信号を生成させるととともに、ノードNa上に重み付け加算された画素信号が生成された後に、ノードNaとPGA11とを接続するスイッチSW4をオンにすることにより当該重み付け加算された画素信号をPGA11に向けて出力する。
(8) In the above embodiment, the
このような構成の固体撮像装置1では、垂直信号線VLから複数の画素信号Sig1,Sig2,Sig3のそれぞれが出力された際に、当該画素信号に対応するスイッチをオンにし、当該画素信号により当該画素信号に対応するコンデンサを充電する。そして、複数の画素信号Sig1,Sig2,Sig3によるコンデンサC1,C2,C3への充電が全て完了した後に、スイッチSW1,SW2,SW3を一括してオンにし、コンデンサC1,C2,C3に充電された電荷を加算(より正確にはコンデンサC1,C2,C3上で電荷を再分配)してノードNaに重み付け加算された画素信号を生成させる。そして、ノードNa上に重み付け加算された画素信号が生成された後に、ノードNaとPGA11とを接続するスイッチSW4をオンにすることにより当該重み付け加算された画素信号をPGA11に向けて出力する。
これにより、固体撮像装置1の垂直信号線VLから出力される複数の画素信号Sig1,Sig2,Sig3を垂直信号線VLの出力点(ノードNa)上において重み付け加算した後に、この重み付け加算された画素信号をPGA11に向けて出力することができる。このため、重み付け加算回路10において重み付け加算処理を行う際に、PGA11からの影響を受けることがなくなる。また、重み付け加算処理中にPGA11から不要な信号が出力されることを回避できる。
In the solid-
As a result, the plurality of pixel signals Sig1, Sig2, and Sig3 output from the vertical signal line VL of the solid-
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の固体撮像装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the solid-state imaging device of the present invention is not limited to the illustrated examples described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Of course.
1 固体撮像装置
2 画素部
3 垂直走査回路
4 水平走査回路
10,10A,10B 重み付け加算回路
11 PGA
12 ADC(A/D変換回路)
20 重み付け加算制御部
21 画素信号保持部
22 画素信号合成部
C1,c2,C3 コンデンサ
PX,R1,R2,R3 画素
Sig1,Sig2,Sig3 画素信号
Na ノード
DESCRIPTION OF
12 ADC (A / D conversion circuit)
20 Weighted
Claims (29)
前記信号線に出力された前記第1信号を保持する第1保持部と、前記第1保持部に前記第1信号を保持した状態で、前記信号線に出力された前記第2信号を保持する前記第1保持部とは異なる第2保持部と、を有し、前記第1保持部に保持された前記第1信号と、前記第2保持部に保持された前記第2信号と、により第3信号を生成する信号処理部と、
前記信号処理部により生成された第3信号を増幅する増幅部と、
を備える撮像素子。 A signal line connected to a first pixel that generates a first signal by incident light and a second pixel that generates a second signal by incident light, the first line generated by the first pixel A signal line for outputting one signal and the second signal generated by the second pixel;
A first holding unit for holding the first signal output to the signal line; and holding the second signal output to the signal line in a state where the first signal is held in the first holding unit. A second holding unit different from the first holding unit, and the first signal held in the first holding unit and the second signal held in the second holding unit A signal processing unit for generating three signals;
An amplifying unit for amplifying the third signal generated by the signal processing unit;
An imaging device comprising:
前記第2保持部は、前記信号線に出力された前記第2信号を保持する複数の前記第2容量素子を含む請求項2に記載の撮像素子。 The first holding unit includes the first capacitor element that holds the first signal output to the signal line,
The imaging device according to claim 2, wherein the second holding unit includes a plurality of the second capacitor elements that hold the second signal output to the signal line.
前記第2画素は、光を電荷に変換する第2光電変換部を少なくとも有する請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の撮像素子。 The first pixel has at least a first photoelectric conversion unit that converts light into electric charge,
The image sensor according to claim 1, wherein the second pixel includes at least a second photoelectric conversion unit that converts light into electric charge.
前記第2画素は、前記第2光電変換部で光電変換された電荷により生成された前記第2信号を前記信号線に出力する第2出力回路を有する請求項7に記載の撮像素子。 The first pixel has a first output circuit that outputs the first signal generated by the charge photoelectrically converted by the first photoelectric conversion unit to the signal line,
The image sensor according to claim 7, wherein the second pixel includes a second output circuit that outputs the second signal generated by the charge photoelectrically converted by the second photoelectric conversion unit to the signal line.
前記信号処理部は、前記信号線に出力された前記第4信号を保持する前記第1容量素子及び前記第2容量素子とは異なる第3容量素子を含む第3保持部を有し、前記第1保持部に保持された前記第1信号と、前記第2保持部に保持された前記第2信号と、前記第3保持部に保持された前記第4信号と、により前記第3信号を生成し、
前記第2画素は、前記信号線に対して前記第1画素及び前記第3画素の間に配置されている請求項2から請求項5のいずれか一項に記載の撮像素子。 The signal line is connected to a third pixel that generates a fourth signal by incident light, and outputs the fourth signal generated by the third pixel;
The signal processing unit includes a third holding unit including a third capacitive element different from the first capacitive element and the second capacitive element that holds the fourth signal output to the signal line, and The third signal is generated from the first signal held in the first holding unit, the second signal held in the second holding unit, and the fourth signal held in the third holding unit. And
The second pixel, imaging device according to any one of the preceding claims 2, which is disposed between the first pixel and the third pixel to the signal line.
光電変換された電荷により生成された第2信号を前記信号線に出力する第2画素と、
前記信号線に出力された前記第1信号と、前記信号線に出力された前記第2信号と、をそれぞれ増幅する増幅部と、
前記増幅部により増幅された前記第1信号を保持する第1保持部と、前記第1保持部に前記第1信号を保持した状態で前記増幅部により増幅された前記第2信号を保持する前記第1保持部とは異なる第2保持部と、を有し、前記第1保持部に保持された前記第1信号と、前記第2保持部に保持された前記第2信号と、により第3信号を生成する信号処理部と、
を備える撮像素子。 A first pixel that outputs a first signal generated by the photoelectrically converted charge to a signal line;
A second pixel that outputs a second signal generated by photoelectrically converted charges to the signal line;
An amplifying unit for amplifying the first signal output to the signal line and the second signal output to the signal line;
A first holding unit that holds the first signal amplified by the amplification unit; and the second signal that is amplified by the amplification unit while holding the first signal in the first holding unit. A second holding unit that is different from the first holding unit, and the third signal is held by the first signal held by the first holding unit and the second signal held by the second holding unit. A signal processing unit for generating a signal;
An imaging device comprising:
前記第2保持部は、前記増幅部により増幅された前記第2信号を保持する複数の前記第2容量素子を含む請求項12に記載の撮像素子。 The first holding unit includes the first capacitive element that holds the first signal amplified by the amplification unit,
The imaging device according to claim 12, wherein the second holding unit includes a plurality of the second capacitance elements that hold the second signal amplified by the amplification unit.
前記第2画素は、光を電荷に変換する第2光電変換部を少なくとも有する請求項11から請求項16のいずれか一項に記載の撮像素子。 The first pixel has at least a first photoelectric conversion unit that converts light into electric charge,
The image sensor according to claim 11, wherein the second pixel includes at least a second photoelectric conversion unit that converts light into electric charge.
前記第2画素は、前記第2光電変換部で光電変換された電荷により生成された前記第2信号を前記信号線に出力する第2出力回路を有する請求項17に記載の撮像素子。 The first pixel has a first output circuit that outputs the first signal generated by the charge photoelectrically converted by the first photoelectric conversion unit to the signal line,
The image sensor according to claim 17, wherein the second pixel has a second output circuit that outputs the second signal generated by the charge photoelectrically converted by the second photoelectric conversion unit to the signal line.
前記増幅部は、前記信号線に出力された前記第4信号を増幅し、
前記信号処理部は、前記増幅部により増幅された前記第4信号を保持する前記第1容量素子及び前記第2容量素子とは異なる第3容量素子を含む第3保持部を有し、前記第1容量素子に保持された前記第1信号と、前記第2容量素子に保持された前記第2信号と、前記第3容量素子に保持された前記第4信号と、により前記第3信号を生成し、
前記第2画素は、前記信号線に対して前記第1画素及び前記第3画素の間に配置されている請求項12から請求項15のいずれか一項に記載の撮像素子。 A third pixel that outputs a fourth signal generated by the photoelectrically converted charge to the signal line;
The amplifying unit amplifies the fourth signal output to the signal line,
The signal processing unit includes a third holding unit including a third capacitive element different from the first capacitive element and the second capacitive element that holds the fourth signal amplified by the amplification unit, The third signal is generated by the first signal held in the first capacitive element, the second signal held in the second capacitive element, and the fourth signal held in the third capacitive element. And
The image sensor according to any one of claims 12 to 15 , wherein the second pixel is disposed between the first pixel and the third pixel with respect to the signal line.
光電変換された電荷により生成された第2信号を前記信号線に出力する第2画素と、
前記信号線に出力された前記第1信号を保持する第1保持部と、前記第1保持部に前記第1信号を保持した状態で、前記信号線に出力された前記第2信号を保持する前記第1保持部とは異なる第2保持部と、を有し、前記第1保持部に保持された前記第1信号と、前記第2保持部に保持された前記第2信号と、により第3信号を生成する信号処理部と、
前記信号処理部で生成された前記第3信号をデジタル信号に変換する変換部と、
を備える撮像素子。 A first pixel that outputs a first signal generated by the photoelectrically converted charge to a signal line;
A second pixel that outputs a second signal generated by photoelectrically converted charges to the signal line;
A first holding unit for holding the first signal output to the signal line; and holding the second signal output to the signal line in a state where the first signal is held in the first holding unit. A second holding unit different from the first holding unit, and the first signal held in the first holding unit and the second signal held in the second holding unit A signal processing unit for generating three signals;
A conversion unit that converts the third signal generated by the signal processing unit into a digital signal;
An imaging device comprising:
前記第1容量素子に保持された前記第1信号と、前記第2容量素子に保持された前記第2信号と、により前記第3信号を生成する請求項21に記載の撮像素子。 The signal processing unit includes a first holding unit including a first capacitive element that holds the first signal, and a second holding unit that includes a second capacitive element different from the first capacitive element that holds the second signal. And having
The imaging device according to claim 21, wherein the third signal is generated by the first signal held in the first capacitive element and the second signal held in the second capacitive element.
前記第2保持部は、前記第2信号を保持する複数の前記第2容量素子を含む請求項22に記載の撮像素子。 The first holding unit includes the first capacitive element that holds the first signal,
The imaging device according to claim 22, wherein the second holding unit includes a plurality of the second capacitance elements that hold the second signal.
前記第2画素は、光を電荷に変換する第2光電変換部を少なくとも有する請求項21から請求項25のいずれか一項に記載の撮像素子。 The first pixel has at least a first photoelectric conversion unit that converts light into electric charge,
The imaging device according to any one of claims 21 to 25, wherein the second pixel includes at least a second photoelectric conversion unit that converts light into electric charge.
前記第2画素は、前記第2光電変換部で光電変換された電荷により生成された前記第2信号を前記信号線に出力する第2出力回路を有する請求項26に記載の撮像素子。 The first pixel has a first output circuit that outputs the first signal generated by the charge photoelectrically converted by the first photoelectric conversion unit to the signal line,
27. The imaging device according to claim 26, wherein the second pixel includes a second output circuit that outputs the second signal generated by the charge photoelectrically converted by the second photoelectric conversion unit to the signal line.
前記信号処理部は、前記信号線に出力された前記第4信号を保持する前記第1容量素子及び前記第2容量素子とは異なる第3容量素子を含む第3保持部を有し、前記第1容量素子に保持された前記第1信号と、前記第2容量素子に保持された前記第2信号と、前記前記第3容量素子に保持された前記第4信号と、により前記第3信号を生成し、
前記第2画素は、前記信号線に対して前記第1画素及び前記第3画素の間に配置されている請求項22から請求項25のいずれか一項に記載の撮像素子。 A third pixel that outputs a fourth signal generated by the photoelectrically converted charge to the signal line;
The signal processing unit includes a third holding unit including a third capacitive element different from the first capacitive element and the second capacitive element that holds the fourth signal output to the signal line, and The third signal is obtained by the first signal held in one capacitive element, the second signal held in the second capacitive element, and the fourth signal held in the third capacitive element. Generate and
The image sensor according to any one of claims 22 to 25 , wherein the second pixel is arranged between the first pixel and the third pixel with respect to the signal line.
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