JP7294406B2 - Imaging device and imaging device - Google Patents

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    • H04N25/40Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H04N25/46Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by combining or binning pixels

Description

本発明は、撮像素子、及び、撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging device and an imaging device.

従来から、複数の信号線を配置して画素の信号を出力する撮像素子が知られている(例えば特許文献1)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an imaging device that outputs pixel signals by arranging a plurality of signal lines (for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-100000).

国際公開第2010/113393号WO2010/113393

発明の第1の態様によると、撮像素子は、光電変換により電荷を生成し、行方向に設けられる第1光電変換部と第2光電変換部と、前記第1光電変換部で生成された電荷に基づく第1信号を出力し、列方向に配線される第1信号線と、前記第2光電変換部で生成された電荷に基づく第2信号を出力し、列方向に配線される第2信号線と、アナログ信号である前記第1信号および前記第2信号の少なくとも一方の信号をデジタル信号に変換する第1AD変換部と、アナログ信号である前記第2信号をデジタル信号に変換する第2AD変換部と、前記第1AD変換部によりデジタル信号に変換された前記第1信号および前記第2信号の少なくとも一方を信号処理する処理部に出力する第1出力部と、前記第2AD変換部によりデジタル信号に変換された前記第2信号を前記処理部に出力する第2出力部と、前記第1信号と前記第2信号とを前記第1出力部により前記処理部に出力させる第1制御と、前記第1信号を前記第1出力部により前記処理部に出力し、前記第2信号を前記第2出力部により前記処理部に出力させる第2制御とを行う制御部と、を備える。
発明の第2の態様によると、撮像装置は、第1の態様による撮像素子と、前記処理部で処理された信号に基づいて画像データを生成する生成部と、を備える。
According to the first aspect of the invention, the imaging element generates electric charges by photoelectric conversion , and the first and second photoelectric conversion units provided in the row direction , and the electric charges generated by the first photoelectric conversion units to output a first signal based on the first signal line wired in the column direction and a second signal based on the charge generated by the second photoelectric conversion unit , and the second signal wired in the column direction a line, a first AD converter that converts at least one of the first signal and the second signal, which are analog signals, into a digital signal; and a second AD converter that converts the second signal, which is an analog signal, into a digital signal. a first output unit that outputs at least one of the first signal and the second signal converted into a digital signal by the first AD conversion unit to a processing unit that performs signal processing; and a digital signal generated by the second AD conversion unit. a second output section for outputting the second signal converted to the processing section to the processing section; a first control for outputting the first signal and the second signal to the processing section by the first output section; a control unit that outputs a first signal to the processing unit through the first output unit and performs second control to output the second signal to the processing unit through the second output unit.
According to a second aspect of the invention, an imaging device includes the imaging element according to the first aspect, and a generator that generates image data based on the signal processed by the processor.

第1の実施の形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging device according to a first embodiment; FIG. 第1の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the image pick-up element based on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る撮像素子の画素の構成例を示す図である。2A and 2B are diagrams illustrating configuration examples of pixels of an image sensor according to the first embodiment; FIG. 第1の実施の形態に係る撮像素子の一部の構成例を示す図である。It is a figure showing an example of composition of some image sensors concerning a 1st embodiment. 第1の実施の形態に係る撮像素子の一部のレイアウト例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a layout example of part of the imaging device according to the first embodiment; 第1の実施の形態に係る読み出し制御と比較例に係る読み出し制御とを比較する図である。FIG. 5 is a diagram for comparing read control according to the first embodiment and read control according to a comparative example; 変形例1に係る撮像素子の一部の構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of part of an imaging device according to Modification 1; 変形例2に係る撮像素子の一部の構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of part of an imaging element according to modification 2; 変形例3に係る撮像素子の一部の構成例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of part of an imaging device according to Modification 3;

(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係る撮像装置の一例であるカメラ1の構成例を示す図である。カメラ1は、撮影光学系(結像光学系)2、撮像素子3、制御部4、メモリ5、表示部6、及び操作部7を備える。撮影光学系2は、焦点調節レンズ(フォーカスレンズ)を含む複数のレンズ及び開口絞りを有し、撮像素子3に被写体像を結像する。なお、撮影光学系2は、カメラ1から着脱可能にしてもよい。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a camera 1, which is an example of an imaging device according to the first embodiment. The camera 1 includes a photographing optical system (imaging optical system) 2 , an imaging device 3 , a control section 4 , a memory 5 , a display section 6 and an operation section 7 . The photographing optical system 2 has a plurality of lenses including a focusing lens (focus lens) and an aperture stop, and forms a subject image on the image sensor 3 . Note that the photographing optical system 2 may be detachable from the camera 1 .

撮像素子3は、CMOSイメージセンサやCCDイメージセンサ等の撮像素子である。撮像素子3は、撮影光学系2を通過した光束を受光し、撮影光学系2により形成される被写体像を撮像する。撮像素子3には、光電変換部を有する複数の画素が二次元状(行方向及び列方向)に配置される。光電変換素子は、フォトダイオード(PD)によって構成される。撮像素子3は、受光した光を光電変換して信号を生成し、生成した信号を制御部4に出力する。 The imaging element 3 is an imaging element such as a CMOS image sensor or a CCD image sensor. The imaging device 3 receives the light flux that has passed through the imaging optical system 2 and captures the subject image formed by the imaging optical system 2 . In the imaging element 3, a plurality of pixels having photoelectric conversion units are arranged two-dimensionally (row direction and column direction). A photoelectric conversion element is configured by a photodiode (PD). The imaging device 3 photoelectrically converts the received light to generate a signal, and outputs the generated signal to the control unit 4 .

メモリ5は、メモリカード等の記録媒体である。メモリ5には、画像データや制御プログラム等が記録される。メモリ5へのデータの書き込みや、メモリ5からのデータの読み出しは、制御部4によって制御される。表示部6は、画像データに基づく画像、シャッター速度や絞り値等の撮影に関する情報、及びメニュー画面等を表示する。操作部7は、レリーズボタン、電源スイッチ、各種モードを切り替えるためのスイッチなどの各種設定スイッチ等を含み、それぞれの操作に基づく信号を制御部4へ出力する。 The memory 5 is a recording medium such as a memory card. Image data, control programs, and the like are recorded in the memory 5 . Writing data to the memory 5 and reading data from the memory 5 are controlled by the controller 4 . The display unit 6 displays an image based on image data, information related to shooting such as shutter speed and aperture value, menu screens, and the like. The operation unit 7 includes various setting switches such as a release button, a power switch, and switches for switching various modes, and outputs signals based on respective operations to the control unit 4 .

制御部4は、CPUやFPGA、ASIC等のプロセッサ、及びROMやRAM等のメモリにより構成され、制御プログラムに基づきカメラ1の各部を制御する。制御部4は、撮像素子3を制御する信号を撮像素子3に供給して、撮像素子3の動作を制御する。また、制御部4は、撮像素子3から出力される信号に各種の画像処理を行って画像データを生成する。制御部4は、画像データを生成する画像生成部でもあり、撮像素子3から出力される信号に基づいて静止画像データや動画像データを生成する。画像処理には、階調変換処理や色補間処理等の公知の画像処理が含まれる。 The control unit 4 includes a processor such as a CPU, FPGA, and ASIC, and memory such as a ROM and a RAM, and controls each unit of the camera 1 based on a control program. The control unit 4 supplies signals for controlling the image pickup device 3 to the image pickup device 3 to control the operation of the image pickup device 3 . Further, the control unit 4 performs various image processing on the signal output from the imaging device 3 to generate image data. The control unit 4 is also an image generation unit that generates image data, and generates still image data and moving image data based on signals output from the imaging device 3 . Image processing includes known image processing such as tone conversion processing and color interpolation processing.

制御部4は、撮像素子3の各画素の信号を個別に読み出す処理と、複数の画素の信号を加算して読み出す処理とを行う。例えば、制御部4は、表示部6に被写体のスルー画像(ライブビュー画像)を表示する場合や動画撮影を行う場合に、複数の画素の信号を加算して読み出す処理を行う。また、制御部4は、高解像度の静止画撮影を行う場合に、各画素の信号を個別に読み出す処理を行う。 The control unit 4 performs a process of individually reading the signal of each pixel of the image sensor 3 and a process of adding and reading the signals of a plurality of pixels. For example, when displaying a through image (live view image) of a subject on the display unit 6 or when shooting a moving image, the control unit 4 adds and reads signals of a plurality of pixels. Further, the control unit 4 performs a process of individually reading the signal of each pixel when performing high-resolution still image shooting.

図2は、第1の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。撮像素子3は、画素部(画素領域)20と、カラム回路部40(カラム回路部40a、カラム回路部40b)と、水平転送部50(水平転送部50a、水平転送部50b)と、処理部60(処理部60a、処理部60b)と、信号出力部70(信号出力部70a、信号出力部70b)とを有する。また、撮像素子3は、読み出し制御部100と、第1の供給部110(第1の供給部110a、第1の供給部110b)と、第2の供給部120(第2の供給部120a、第2の供給部120b)とを有する。なお、画素部20に配置される画素の数及び配置は、図示した例に限られない。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of an imaging device according to the first embodiment. The imaging element 3 includes a pixel section (pixel region) 20, a column circuit section 40 (column circuit section 40a, column circuit section 40b), a horizontal transfer section 50 (horizontal transfer section 50a, horizontal transfer section 50b), and a processing section. 60 (processing unit 60a, processing unit 60b) and a signal output unit 70 (signal output unit 70a, signal output unit 70b). The imaging device 3 includes a read control unit 100, a first supply unit 110 (first supply unit 110a, first supply unit 110b), and a second supply unit 120 (second supply unit 120a, a second supply 120b). Note that the number and arrangement of pixels arranged in the pixel unit 20 are not limited to the illustrated example.

画素10には、赤(R)、緑(G)、青(B)の異なる分光特性を有する3つのカラーフィルタ(色フィルタ)18のいずれかが設けられる。画素10には、入射した光のうち第1の波長域の光(赤(R)の光)を分光する分光特性を有するカラーフィルタ18を有する画素(以下、R画素と称する)と、入射した光のうち第2の波長域の光(緑(G)の光)を分光する分光特性を有するカラーフィルタ18を有する画素(以下、G画素と称する)と、入射した光のうち第3の波長域の光(青(B)の光)を分光する分光特性を有するカラーフィルタ18を有する画素(以下、B画素と称する)とが含まれる。 The pixel 10 is provided with one of three color filters (color filters) 18 having different spectral characteristics of red (R), green (G), and blue (B). The pixel 10 includes a pixel (hereinafter referred to as an R pixel) having a color filter 18 having a spectral characteristic for dispersing light (red (R) light) in a first wavelength band among incident light, and a pixel (hereinafter referred to as an R pixel). A pixel (hereinafter referred to as a G pixel) having a color filter 18 having a spectral characteristic that disperses light in the second wavelength range (green (G) light) out of light, and a third wavelength out of incident light. and a pixel (hereinafter referred to as a B pixel) having a color filter 18 having a spectral characteristic for dispersing light (blue (B) light) in a wide range.

撮像素子3は、図2に示すように、R画素10とG画素10とが左右方向、即ち行方向(水平方向)に交互に配置される第1の画素行と、G画素10とB画素10とが行方向に交互に配置される第2の画素行とを有する。第1の画素行と第2の画素行とは、列方向に交互に配置される。このように、本実施の形態では、R画素10と、G画素10と、B画素10とは、ベイヤー配列に従って配置されている。 As shown in FIG. 2, the image sensor 3 includes a first pixel row in which R pixels 10 and G pixels 10 are alternately arranged in the left-right direction, that is, the row direction (horizontal direction), G pixels 10 and B pixels. 10 are alternately arranged in the row direction. The first pixel rows and the second pixel rows are alternately arranged in the column direction. Thus, in this embodiment, the R pixels 10, the G pixels 10, and the B pixels 10 are arranged according to the Bayer array.

撮像素子3には、縦方向、即ち列方向(垂直方向)に並んだ複数の画素10の列である画素列ごとに、垂直信号線25(垂直信号線25a、垂直信号線25b)が設けられる。図2に示す例では、複数の垂直信号線25aは、奇数列目の画素列にそれぞれ接続される。複数の垂直信号線25bは、偶数列目の画素列にそれぞれ接続される。 The imaging element 3 is provided with a vertical signal line 25 (vertical signal line 25a, vertical signal line 25b) for each pixel column, which is a column of a plurality of pixels 10 arranged in the vertical direction (vertical direction). . In the example shown in FIG. 2, the plurality of vertical signal lines 25a are connected to odd-numbered pixel columns. The plurality of vertical signal lines 25b are connected to even-numbered pixel columns.

読み出し制御部100は、複数の画素列に共通に設けられる。読み出し制御部100は、カメラ1の制御部4によって制御され、後述する信号TX、信号RST、信号SELなどの信号を各画素10に供給して、各画素10の動作を制御する。読み出し制御部100は、画素10の各トランジスタのゲートに信号を供給して、トランジスタをオン状態(接続状態、導通状態、短絡状態)又はオフ状態(切断状態、非導通状態、開放状態、遮断状態)とする。読み出し制御部100によって選択される画素部20の画素の信号は、その画素10に接続された垂直信号線25に出力される。 A readout control unit 100 is provided in common for a plurality of pixel columns. The readout control unit 100 is controlled by the control unit 4 of the camera 1 , supplies signals such as a signal TX, a signal RST, and a signal SEL, which will be described later, to each pixel 10 to control the operation of each pixel 10 . The readout control unit 100 supplies a signal to the gate of each transistor of the pixel 10 to turn the transistor on (connected state, conducting state, short-circuited state) or off state (disconnected state, non-conducting state, open state, cutoff state). ). A pixel signal of the pixel unit 20 selected by the readout control unit 100 is output to the vertical signal line 25 connected to the pixel 10 .

画素部20の複数の画素10のうち奇数列の画素列に対して、カラム回路部40aが設けられる。カラム回路部40aは、複数の電流源41a、水平加算部42a、及び複数のアナログ/デジタル変換部(AD変換部)43aを含んで構成される。カラム回路部40a内の電流源41a及びAD変換部43aは、垂直信号線25a毎に設けられる。電流源41aは、垂直信号線25aを介して各画素10に接続される。電流源41aは、画素10から信号を読み出すための電流を生成し、生成した電流を垂直信号線25a及び各画素10に供給する。 A column circuit section 40 a is provided for the odd-numbered pixel columns among the plurality of pixels 10 of the pixel section 20 . The column circuit section 40a includes a plurality of current sources 41a, a horizontal addition section 42a, and a plurality of analog/digital conversion sections (AD conversion sections) 43a. A current source 41a and an AD conversion section 43a in the column circuit section 40a are provided for each vertical signal line 25a. The current source 41a is connected to each pixel 10 via the vertical signal line 25a. The current source 41 a generates a current for reading out signals from the pixels 10 and supplies the generated current to the vertical signal line 25 a and each pixel 10 .

水平加算部42aは、後述するが、複数のスイッチにより構成され、垂直信号線25aに出力された画素の信号間の加算を行う。読み出し制御部100は、水平加算部42aを構成する複数のスイッチをオンオフ制御して、行方向(水平方向)に配置された複数の画素の信号の加算処理を制御する。AD変換部43aは、各画素10から水平加算部42aを介して入力される信号をデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号を水平転送部50aに出力する。 The horizontal addition unit 42a, which will be described later, is composed of a plurality of switches and performs addition between pixel signals output to the vertical signal line 25a. The read control unit 100 controls the addition process of the signals of the pixels arranged in the row direction (horizontal direction) by controlling the ON/OFF of the plurality of switches forming the horizontal addition unit 42a. The AD conversion section 43a converts the signal input from each pixel 10 via the horizontal addition section 42a into a digital signal, and outputs the converted digital signal to the horizontal transfer section 50a.

画素部20の複数の画素10のうち偶数列の画素列に対して、カラム回路部40bが設けられる。カラム回路部40bは、複数の電流源41b、水平加算部42b、及び複数のAD変換部43bを含んで構成される。カラム回路部40b内の電流源41b及びAD変換部43bは、垂直信号線25b毎に設けられる。電流源41bは、垂直信号線25bを介して各画素10に接続される。電流源41bは、画素10から信号を読み出すための電流を生成し、生成した電流を垂直信号線25b及び各画素10に供給する。 A column circuit section 40 b is provided for even-numbered pixel columns among the plurality of pixels 10 of the pixel section 20 . The column circuit section 40b includes a plurality of current sources 41b, a horizontal addition section 42b, and a plurality of AD conversion sections 43b. A current source 41b and an AD conversion section 43b in the column circuit section 40b are provided for each vertical signal line 25b. The current source 41b is connected to each pixel 10 via the vertical signal line 25b. The current source 41 b generates a current for reading out signals from the pixels 10 and supplies the generated current to the vertical signal line 25 b and each pixel 10 .

水平加算部42bは、後述するが、複数のスイッチにより構成され、垂直信号線25bに出力された画素の信号間の加算を行う。読み出し制御部100は、水平加算部42bを構成する複数のスイッチをオンオフ制御して、行方向(水平方向)に配置された複数の画素間の信号の加算処理を制御する。AD変換部43bは、各画素10から水平加算部42bを介して入力される信号をデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号を水平転送部50bに出力する。 The horizontal addition unit 42b, which will be described later, is composed of a plurality of switches and performs addition between pixel signals output to the vertical signal line 25b. The readout control unit 100 controls the addition of signals between a plurality of pixels arranged in the row direction (horizontal direction) by on/off controlling a plurality of switches constituting the horizontal addition unit 42b. The AD conversion unit 43b converts the signal input from each pixel 10 via the horizontal addition unit 42b into a digital signal, and outputs the converted digital signal to the horizontal transfer unit 50b.

水平転送部50aは、複数のAD変換部43aに対して設けられ、各AD変換部43aによってデジタル信号に変換された信号を、処理部60aに順次出力する。水平転送部50bは、複数のAD変換部43bに対して設けられ、各AD変換部43bによってデジタル信号に変換された信号を、処理部60bに順次出力する。このように、撮像素子3では、奇数列目の画素の信号と、偶数列目の画素の信号とが別々の経路で読み出される。 The horizontal transfer section 50a is provided for the plurality of AD conversion sections 43a, and sequentially outputs the signals converted into digital signals by the respective AD conversion sections 43a to the processing section 60a. The horizontal transfer section 50b is provided for the plurality of AD conversion sections 43b, and sequentially outputs the signals converted into digital signals by the respective AD conversion sections 43b to the processing section 60b. In this manner, in the image pickup device 3, the signals of the pixels in the odd-numbered columns and the signals of the pixels in the even-numbered columns are read out through separate paths.

第1の供給部110aは、電流源を有し、AD変換部43aを動作させるための電流を生成し、生成した電流をAD変換部43aに供給する。第1の供給部110bは、電流源を有し、AD変換部43bを動作させるための電流を生成し、生成した電流をAD変換部43bに供給する。第1の供給部110a及び第1の供給部110bは、それぞれ読み出し制御部100によって制御される。 The first supply unit 110a has a current source, generates a current for operating the AD conversion unit 43a, and supplies the generated current to the AD conversion unit 43a. The first supply unit 110b has a current source, generates a current for operating the AD conversion unit 43b, and supplies the generated current to the AD conversion unit 43b. The first supply unit 110a and the first supply unit 110b are controlled by the read control unit 100, respectively.

処理部60aと処理部60bは、それぞれ、アンプ回路およびデコーダ回路等を含んで構成される。処理部60aには、水平転送部50aからデジタル信号に変換された画素の信号が入力される。処理部60aは、水平転送部50aから入力された信号に対して、コード(符号)を変換する処理や相関二重サンプリング等の信号処理を行って、信号出力部70aに出力する。処理部60bには、水平転送部50bからデジタル信号に変換された画素の信号が入力される。処理部60bは、水平転送部50bから入力された信号に対して、コードを変換する処理や相関二重サンプリング等の信号処理を行って、信号出力部70bに出力する。 Each of the processing units 60a and 60b includes an amplifier circuit, a decoder circuit, and the like. Pixel signals converted into digital signals from the horizontal transfer unit 50a are input to the processing unit 60a. The processing unit 60a performs signal processing such as code conversion processing and correlated double sampling on the signal input from the horizontal transfer unit 50a, and outputs the processed signal to the signal output unit 70a. Pixel signals converted into digital signals from the horizontal transfer unit 50b are input to the processing unit 60b. The processing unit 60b performs signal processing such as code conversion processing and correlated double sampling on the signal input from the horizontal transfer unit 50b, and outputs the processed signal to the signal output unit 70b.

第2の供給部120aは、処理部60aを動作させるための制御信号、本実施の形態ではパルス信号(パルス)を生成し、生成したパルス信号を処理部60aに供給する。第2の供給部120bは、処理部60bを動作させるための制御信号、本実施の形態ではパルス信号を生成し、生成したパルス信号を処理部60bに供給する。第2の供給部120a及び第2の供給部120bは、それぞれ読み出し制御部100によって制御される。なお、これら制御信号は、一定の電位(例えば電源電位)の信号であってもよい。 The second supply unit 120a generates a control signal for operating the processing unit 60a, which is a pulse signal (pulse) in this embodiment, and supplies the generated pulse signal to the processing unit 60a. The second supply unit 120b generates a control signal for operating the processing unit 60b, which is a pulse signal in this embodiment, and supplies the generated pulse signal to the processing unit 60b. The second supply section 120a and the second supply section 120b are controlled by the read control section 100, respectively. Note that these control signals may be signals of a constant potential (for example, power supply potential).

信号出力部70aと信号出力部70bは、それぞれ、SLVSやLVDS等の高速インタフェースに対応した出力回路を有する。信号出力部70aは、処理部60aから入力された信号を、カメラ1の制御部4に高速に出力(伝送)する。信号出力部70bは、処理部60bから入力された信号を、制御部4に高速に出力する。 The signal output section 70a and the signal output section 70b each have an output circuit compatible with high-speed interfaces such as SLVS and LVDS. The signal output unit 70a outputs (transmits) the signal input from the processing unit 60a to the control unit 4 of the camera 1 at high speed. The signal output unit 70b outputs the signal input from the processing unit 60b to the control unit 4 at high speed.

図3は、第1の実施の形態に係る撮像素子の画素の構成例を示す図である。画素10は、光電変換部11と、転送部12と、リセット部13と、フローティングディフュージョン(FD)14と、増幅部15と、選択部16とを有する。光電変換部11は、フォトダイオードPDであり、入射した光を電荷に変換し、光電変換された電荷を蓄積する。 FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a pixel of the imaging device according to the first embodiment. The pixel 10 has a photoelectric conversion unit 11 , a transfer unit 12 , a reset unit 13 , a floating diffusion (FD) 14 , an amplification unit 15 and a selection unit 16 . The photoelectric conversion unit 11 is a photodiode PD that converts incident light into charges and accumulates the photoelectrically converted charges.

転送部12は、信号TXにより制御されるトランジスタM1から構成され、光電変換部11で光電変換された電荷をFD14に転送する。トランジスタM1は、転送トランジスタである。FD14の容量Cは、FD14に転送された電荷を蓄積(保持)して、電圧に変換する。 The transfer unit 12 is composed of a transistor M1 controlled by a signal TX, and transfers charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 11 to the FD14. Transistor M1 is a transfer transistor. The capacitance C of the FD 14 accumulates (holds) the charge transferred to the FD 14 and converts it into voltage.

増幅部15は、ゲート(端子)がFD14に接続されるトランジスタM3から構成され、FD14の容量Cの電圧に基づく信号を出力する。増幅部15は、選択部16を介して垂直信号線25に接続される。トランジスタM3は、増幅トランジスタである。増幅部15と選択部16とは、光電変換部11により生成された電荷に基づく信号を生成し出力する出力部を構成する。 The amplifying unit 15 includes a transistor M3 whose gate (terminal) is connected to the FD14, and outputs a signal based on the voltage of the capacitor C of the FD14. The amplification section 15 is connected to the vertical signal line 25 via the selection section 16 . Transistor M3 is an amplification transistor. The amplification unit 15 and the selection unit 16 constitute an output unit that generates and outputs a signal based on the charges generated by the photoelectric conversion unit 11 .

リセット部13は、信号RSTにより制御されるトランジスタM2から構成され、FD14に蓄積された電荷を排出し、FD14の電圧をリセットする。トランジスタM2は、リセットトランジスタである。選択部16は、信号SELにより制御されるトランジスタM4から構成され、増幅部15と垂直信号線25とを電気的に接続又は切断する。選択部16のトランジスタM4は、オン状態の場合に、増幅部15からの信号を垂直信号線25に出力する。トランジスタM4は、選択トランジスタである。 The reset unit 13 is composed of the transistor M2 controlled by the signal RST, discharges the charge accumulated in the FD14, and resets the voltage of the FD14. Transistor M2 is a reset transistor. The selection unit 16 is composed of a transistor M4 controlled by a signal SEL, and electrically connects or disconnects the amplification unit 15 and the vertical signal line 25 . The transistor M4 of the selection unit 16 outputs the signal from the amplification unit 15 to the vertical signal line 25 when in the ON state. Transistor M4 is a select transistor.

画素10は、FD14の電圧をリセットしたときの信号(ダーク信号)と、転送部12により光電変換部11からFD14に転送された電荷に応じた信号(光電変換信号)とを、垂直信号線25に順次出力する。ダーク信号は、光電変換信号に対する基準レベルを示すアナログ信号となる。また、光電変換信号は、光電変換部11によって光電変換された電荷に基づいて生成されるアナログ信号である。画素10から順次出力されるダーク信号及び光電変換信号は、垂直信号線25を介して水平加算部42に入力される。 The pixel 10 transmits a signal (dark signal) when the voltage of the FD 14 is reset and a signal (photoelectric conversion signal) corresponding to the charge transferred from the photoelectric conversion unit 11 to the FD 14 by the transfer unit 12 via the vertical signal line 25. sequentially output to The dark signal becomes an analog signal indicating a reference level for the photoelectric conversion signal. Also, the photoelectric conversion signal is an analog signal generated based on the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 11 . Dark signals and photoelectric conversion signals sequentially output from the pixels 10 are input to the horizontal addition section 42 via the vertical signal line 25 .

図4は、第1の実施の形態に係る撮像素子の一部の構成例を示す図である。図4では、撮像素子3に設けられた複数の画素のうちの一部の画素10と、カラム回路部40aと、水平転送部50aと、処理部60aと、信号出力部70aとを示している。また、図4においては、左上隅の画素10を第1行第1列の画素10(1,1)とし、右下隅の画素10を第5行第17列の画素10(5,17)として、行方向17画素×列方向5画素の85個の画素10を図示している。 FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of part of the imaging device according to the first embodiment. FIG. 4 shows some pixels 10 out of a plurality of pixels provided in the imaging element 3, a column circuit section 40a, a horizontal transfer section 50a, a processing section 60a, and a signal output section 70a. . In FIG. 4, the pixel 10 in the upper left corner is the pixel 10 (1,1) in the first row and the first column, and the pixel 10 in the lower right corner is the pixel 10 (5,17) in the fifth row and the 17th column. , 85 pixels 10 of 17 pixels in the row direction×5 pixels in the column direction are shown.

水平加算部42aは、垂直信号線25a(図4では垂直信号線25a1~垂直信号線25a9)とAD変換部43a(図4ではAD変換部43a1~AD変換部43a9)とを接続又は切断するスイッチSW1(図4ではSW1a~SW1i)を有する。また、水平加算部42aは、隣り合う垂直信号線25aを接続又は切断するスイッチSW2(図4ではSW2a~SW2f)を有する。スイッチSW2は、垂直信号線25間を接続する接続部である。スイッチSW1及びスイッチSW2は、読み出し制御部100(図2参照)によりオンオフ制御される。 The horizontal addition unit 42a is a switch that connects or disconnects the vertical signal line 25a (the vertical signal lines 25a1 to 25a9 in FIG. 4) and the AD conversion unit 43a (the AD conversion units 43a1 to 43a9 in FIG. 4). It has SW1 (SW1a to SW1i in FIG. 4). The horizontal addition unit 42a also has switches SW2 (SW2a to SW2f in FIG. 4) for connecting or disconnecting adjacent vertical signal lines 25a. The switch SW2 is a connecting portion that connects between the vertical signal lines 25 . The switches SW1 and SW2 are on/off-controlled by the read control unit 100 (see FIG. 2).

AD変換部43aは、比較部44と記憶部45とを含んで構成され、水平加算部42aを介して入力される画素の信号を所定のビット数のデジタル信号に変換する。比較部44は、コンパレータ回路を含んで構成される。AD変換部43aの比較部44には、コンパレータ回路を動作させるための電流が第1の供給部110a(図2参照)から供給される。比較部44は、画素10から出力される信号と時間経過とともに一定に変化する基準信号(ランプ信号)とを比較し、比較結果である出力信号を記憶部45に出力する。 The AD conversion section 43a includes a comparison section 44 and a storage section 45, and converts the pixel signal input via the horizontal addition section 42a into a digital signal having a predetermined number of bits. The comparison unit 44 is configured including a comparator circuit. A current for operating the comparator circuit is supplied from the first supply unit 110a (see FIG. 2) to the comparison unit 44 of the AD conversion unit 43a. The comparison unit 44 compares the signal output from the pixel 10 with a reference signal (ramp signal) that changes constantly over time, and outputs the output signal, which is the comparison result, to the storage unit 45 .

記憶部45は、記憶されるデジタル信号のビット数に対応して複数のラッチ回路により構成される。記憶部45には、比較部44から比較結果を示す出力信号が入力され、不図示のカウンタ回路からカウント値を示すクロック信号が入力される。記憶部45は、比較部44の出力信号とカウンタ回路からのクロック信号とに基づいて、比較部44による比較開始から比較結果が反転するまでの経過時間に応じたカウント値をデジタル信号として記憶する。換言すると、記憶部45は、比較部44から出力される信号に基づき、画素10から出力された信号のレベルと基準信号のレベルとの大小関係が変化する(反転する)までの時間に応じたカウント値をデジタル信号として記憶する。 The storage unit 45 is composed of a plurality of latch circuits corresponding to the number of bits of the digital signal to be stored. The storage unit 45 receives an output signal indicating the comparison result from the comparison unit 44 and receives a clock signal indicating a count value from a counter circuit (not shown). The storage unit 45 stores, as a digital signal, a count value corresponding to the elapsed time from the start of comparison by the comparison unit 44 to the inversion of the comparison result, based on the output signal of the comparison unit 44 and the clock signal from the counter circuit. . In other words, based on the signal output from the comparison unit 44, the storage unit 45 determines the time until the magnitude relationship between the level of the signal output from the pixel 10 and the level of the reference signal changes (inverts). The count value is stored as a digital signal.

画素10のダーク信号が水平加算部42aを介して比較部44に入力されると、比較部44は、ダーク信号と基準信号とを比較して、比較結果を記憶部45に出力する。記憶部45は、比較部44による比較結果とクロック信号とに基づいて、比較部44による比較開始時から比較結果の反転時までの経過時間に応じたカウント値をダーク信号に応じたデジタル信号として記憶する。また、画素10の光電変換信号が水平加算部42aを介して比較部44に入力されると、比較部44は、光電変換信号と基準信号とを比較して、比較結果を記憶部45に出力する。記憶部45は、比較部44による比較結果とクロック信号とに基づいて、比較部44による比較開始時から比較結果の反転時までの経過時間に応じたカウント値を光電変換信号に応じたデジタル信号として記憶する。 When the dark signal of the pixel 10 is input to the comparison section 44 via the horizontal addition section 42a, the comparison section 44 compares the dark signal with the reference signal and outputs the comparison result to the storage section 45. FIG. Based on the comparison result of the comparison unit 44 and the clock signal, the storage unit 45 stores the count value corresponding to the elapsed time from the start of the comparison by the comparison unit 44 to the inversion of the comparison result as a digital signal corresponding to the dark signal. Remember. Further, when the photoelectric conversion signal of the pixel 10 is input to the comparison unit 44 via the horizontal addition unit 42a, the comparison unit 44 compares the photoelectric conversion signal with the reference signal and outputs the comparison result to the storage unit 45. do. Based on the comparison result of the comparison unit 44 and the clock signal, the storage unit 45 stores a count value corresponding to the elapsed time from the start of comparison by the comparison unit 44 to the inversion of the comparison result as a digital signal corresponding to the photoelectric conversion signal. remember as

このように、AD変換部43aは、アナログ信号である光電変換信号を所定のビット数のデジタル信号に変換し、アナログ信号であるダーク信号を所定のビット数のデジタル信号に変換する。また、AD変換部43aは、第1の供給部110aから供給される電流によって動作する出力回路(不図示)を有し、記憶部45に記憶されたデジタル信号を水平転送部50aに出力する。 In this manner, the AD converter 43a converts the photoelectric conversion signal, which is an analog signal, into a digital signal of a predetermined number of bits, and converts the dark signal, which is an analog signal, into a digital signal of a predetermined number of bits. The AD conversion section 43a also has an output circuit (not shown) that operates with the current supplied from the first supply section 110a, and outputs the digital signal stored in the storage section 45 to the horizontal transfer section 50a.

水平転送部50aは、スイッチSW3(図4ではSW3a~SW3i)と、データレーン55(データレーン55a~55c)と、センスアンプ62(センスアンプ62a~62c)と、AND回路61とを有する。スイッチSW3は、読み出し制御部100(図2参照)によりオンオフ制御され、AD変換部43aとデータレーン55とを接続又は切断する。 The horizontal transfer section 50a has switches SW3 (SW3a to SW3i in FIG. 4), data lanes 55 (data lanes 55a to 55c), sense amplifiers 62 (sense amplifiers 62a to 62c), and an AND circuit 61. The switch SW3 is ON/OFF-controlled by the read control unit 100 (see FIG. 2) to connect or disconnect the AD conversion unit 43a and the data lane 55. FIG.

データレーン55は、複数のAD変換部43aに対して設けられ、各AD変換部43aからスイッチSW3を介して入力されるデジタル信号をセンスアンプ62に転送(伝送)する。データレーン55は、デジタル信号に変換された画素の信号を伝送する伝送路である。図4に示す例では、水平転送部50aは、データレーン55aと、データレーン55bと、データレーン55cとを有する。データレーン55a~55cは、それぞれ、伝送されるデジタル信号のビット数に対応して複数の信号線により構成される。 The data lane 55 is provided for the plurality of AD converters 43 a and transfers (transmits) digital signals input from each AD converter 43 a via the switch SW 3 to the sense amplifier 62 . The data lane 55 is a transmission path for transmitting pixel signals converted into digital signals. In the example shown in FIG. 4, the horizontal transfer section 50a has a data lane 55a, a data lane 55b, and a data lane 55c. Each of the data lanes 55a-55c is composed of a plurality of signal lines corresponding to the number of bits of the digital signal to be transmitted.

センスアンプ62は、入力されるデジタル信号のビット数に対応して複数のアンプ回路により構成され、データレーン55毎に配置される。センスアンプ62aはデータレーン55aに対して設けられ、センスアンプ62bはデータレーン55bに対して設けられ、センスアンプ62cはデータレーン55cに対して設けられる。センスアンプ62a~62cには、それぞれ、アンプ回路を動作させるための制御信号、本実施の形態ではパルス信号が第2の供給部120a(図2参照)から供給される。センスアンプ62a~62cは、各々に接続されるデータレーン55に入力された信号を増幅して読み出す。こうして、記憶部45に記憶されたデジタル信号は、データレーン55及びセンスアンプ62を介して、処理部60aに順次出力される。なお、アンプ回路を動作させるための制御信号は、一定の電位(例えば電源電位)の信号であってもよい。 The sense amplifier 62 is composed of a plurality of amplifier circuits corresponding to the number of bits of the input digital signal and arranged for each data lane 55 . Sense amplifier 62a is provided for data lane 55a, sense amplifier 62b is provided for data lane 55b, and sense amplifier 62c is provided for data lane 55c. The sense amplifiers 62a to 62c are each supplied with a control signal for operating the amplifier circuit, which is a pulse signal in this embodiment, from the second supply unit 120a (see FIG. 2). The sense amplifiers 62a to 62c amplify and read signals input to the data lanes 55 connected thereto. Thus, the digital signals stored in the storage section 45 are sequentially output to the processing section 60a via the data lane 55 and the sense amplifier 62. FIG. Note that the control signal for operating the amplifier circuit may be a signal of a constant potential (for example, power supply potential).

AND回路61には、信号V1と信号V2とが入力される。信号V1は、センスアンプ62bにも入力される。AND回路61の出力信号は、センスアンプ62a及びセンスアンプ62cにそれぞれ入力される。信号V1及び信号V2は、センスアンプ62a~62cの制御に用いる信号である。読み出し制御部100は、信号V1及び信号V2を制御することにより、センスアンプ62a~62cの動作状態を制御する。
このように、水平転送部50aは、各AD変換部43aによってデジタル信号に変換された信号を、処理部60aに順次出力する。
The signal V1 and the signal V2 are input to the AND circuit 61 . The signal V1 is also input to the sense amplifier 62b. The output signal of the AND circuit 61 is input to the sense amplifiers 62a and 62c respectively. A signal V1 and a signal V2 are signals used for controlling the sense amplifiers 62a to 62c. The read control unit 100 controls the operating states of the sense amplifiers 62a to 62c by controlling the signals V1 and V2.
In this manner, the horizontal transfer section 50a sequentially outputs the signals converted into digital signals by the respective AD conversion sections 43a to the processing section 60a.

処理部60aは、信号処理部64(信号処理部64a~64c)を有する。信号処理部64は、センスアンプ62毎に設けられる。信号処理部64aはセンスアンプ62aに対して設けられ、信号処理部64bはセンスアンプ62bに対して設けられ、信号処理部64cはセンスアンプ62cに対して設けられる。信号処理部64は、デコード回路およびメモリ回路等により構成される。信号処理部64は、センスアンプ62から入力された信号に対して、コードを変換する処理や相関二重サンプリング等の信号処理を行う。信号処理部64は、信号処理後の信号を信号出力部70aに出力する。 The processing unit 60a has a signal processing unit 64 (signal processing units 64a to 64c). A signal processing unit 64 is provided for each sense amplifier 62 . The signal processing portion 64a is provided for the sense amplifier 62a, the signal processing portion 64b is provided for the sense amplifier 62b, and the signal processing portion 64c is provided for the sense amplifier 62c. The signal processing unit 64 is composed of a decoding circuit, a memory circuit, and the like. The signal processing unit 64 performs signal processing such as code conversion processing and correlated double sampling on the signal input from the sense amplifier 62 . The signal processing unit 64 outputs the processed signal to the signal output unit 70a.

信号出力部70aは、出力I/F部71a~71cを有する。出力I/F部71a~71cは、SLVS等の高速インタフェースに対応した出力回路により構成される。出力I/F部71aは、信号処理部64aから入力された信号を、カメラ1の制御部4に出力する。また、出力I/F部71bは、信号処理部64bから入力された信号を制御部4に出力し、出力I/F部71cは、信号処理部64cから入力された信号を制御部4に出力する。なお、カラム回路部40b、水平転送部50b、処理部60b、及び信号出力部70bの構成も、上述したカラム回路部40a、水平転送部50a、処理部60a、及び信号出力部70aの構成とそれぞれ同様である。 The signal output section 70a has output I/F sections 71a to 71c. The output I/F units 71a to 71c are configured by output circuits compatible with high-speed interfaces such as SLVS. The output I/F section 71 a outputs the signal input from the signal processing section 64 a to the control section 4 of the camera 1 . Further, the output I/F unit 71b outputs the signal input from the signal processing unit 64b to the control unit 4, and the output I/F unit 71c outputs the signal input from the signal processing unit 64c to the control unit 4. do. The configurations of the column circuit section 40b, the horizontal transfer section 50b, the processing section 60b, and the signal output section 70b are the same as the configurations of the column circuit section 40a, the horizontal transfer section 50a, the processing section 60a, and the signal output section 70a, respectively. It is the same.

読み出し制御部100(図2参照)は、水平加算部42および水平転送部50の各スイッチを制御して、撮像素子3の各画素の信号を個別に読み出す処理(個別読み出し制御)と、複数の画素の信号を加算して読み出す処理(加算読み出し制御)とを行う。カメラ1の制御部4は、読み出し制御部100を制御して、画素の信号の読み出し方法を切り替える。 The readout control unit 100 (see FIG. 2) controls each switch of the horizontal addition unit 42 and the horizontal transfer unit 50 to individually read out the signal of each pixel of the image sensor 3 (individual readout control), and A process of adding and reading out pixel signals (addition readout control) is performed. The control unit 4 of the camera 1 controls the readout control unit 100 to switch the readout method of the pixel signal.

個別読み出し制御では、読み出し制御部100は、水平加算部42のスイッチSW2をオフ状態とし、撮像素子3の複数の画素を行単位で順次選択して、選択された画素の信号をAD変換部43に出力させる。また、読み出し制御部100は、水平転送部50の複数のデータレーン55を用いて、各AD変換部43によりデジタル信号に変換された画素の信号を、処理部60に順次出力させる。 In the individual readout control, the readout control unit 100 turns off the switch SW2 of the horizontal addition unit 42, sequentially selects a plurality of pixels of the image sensor 3 in row units, and converts the signals of the selected pixels to the AD conversion unit 43. output to In addition, the read control unit 100 uses the plurality of data lanes 55 of the horizontal transfer unit 50 to sequentially output the pixel signals converted into digital signals by the respective AD conversion units 43 to the processing unit 60 .

加算読み出し制御では、読み出し制御部100は、水平加算部42のスイッチSW2をオン状態とし、撮像素子3の複数の画素を行単位で順次選択して、複数の画素の信号を垂直信号線25において加算する。読み出し制御部100は、加算された画素の信号を、撮像素子3に配置された複数のAD変換部43のうちの一部のAD変換部43に出力させる。 In addition readout control, the readout control unit 100 turns on the switch SW2 of the horizontal addition unit 42, sequentially selects a plurality of pixels of the image sensor 3 in units of rows, and outputs the signals of the plurality of pixels to the vertical signal line 25. to add. The readout control unit 100 outputs the added pixel signals to some of the plurality of AD conversion units 43 arranged in the image sensor 3 .

本実施の形態では、後述するが、加算された画素の信号が入力される一部のAD変換部43は、水平転送部50の複数のデータレーン55のうちの一部のデータレーン55に接続される。このため、加算読み出し制御では、読み出し制御部100は、複数のデータレーン55のうち一部のデータレーン55のみを用いて、各AD変換部43によりデジタル信号に変換された画素の信号を、処理部60に順次出力させることが可能となる。 In the present embodiment, some of the AD converters 43 to which added pixel signals are input are connected to some of the data lanes 55 of the horizontal transfer unit 50, as will be described later. be done. Therefore, in the addition readout control, the readout control unit 100 uses only some of the data lanes 55 out of the plurality of data lanes 55 to process the pixel signals converted into digital signals by the respective AD conversion units 43. It becomes possible to cause the unit 60 to sequentially output.

上述のように、読み出し制御部100は、加算読み出し制御を行う場合、一部のAD変換部43及び一部のデータレーン55を用いる。加算された画素の信号が入力されない他のAD変換部43と、それらのAD変換部43が接続されるデータレーン55と、それらのデータレーン55に接続されるセンスアンプ62とは、加算読み出し制御においては使用されない。このため、読み出し制御部100は、第1の供給部110を制御して、加算読み出し制御を行う場合に使用しないAD変換部43に供給される電流を停止させる。また、読み出し制御部100は、加算読み出し制御を行う場合に使用しないデータレーン55の動作を停止させる。更に、読み出し制御部100は、第2の供給部120を制御して、加算読み出し制御を行う場合に使用しないセンスアンプ62の動作を停止させる。これにより、撮像素子3の消費電力を低減させることができる。このため、高いフレームレートの動画撮影を行う場合において、加算読み出し制御を行って消費電力が増大することを抑制することができる。 As described above, the read control unit 100 uses part of the AD converters 43 and part of the data lanes 55 when performing addition read control. Other AD converters 43 to which added pixel signals are not input, data lanes 55 to which these AD converters 43 are connected, and sense amplifiers 62 to which these data lanes 55 are connected are subjected to addition readout control. not used in For this reason, the readout control unit 100 controls the first supply unit 110 to stop supplying the current to the AD conversion unit 43 that is not used when performing addition readout control. Further, the read control unit 100 stops the operation of the data lane 55 that is not used when performing addition read control. Further, the read control unit 100 controls the second supply unit 120 to stop the operation of the sense amplifier 62 that is not used when performing addition read control. Thereby, the power consumption of the imaging device 3 can be reduced. Therefore, when performing moving image shooting at a high frame rate, it is possible to suppress an increase in power consumption due to addition readout control.

図4に示す例では、加算読み出し制御を行う場合に使用するAD変換部43は、例えば、AD変換部43a2と、AD変換部43a5と、AD変換部43a8である。AD変換部43a2、AD変換部43a5、及びAD変換部43a8は、それぞれスイッチSW3b、スイッチSW3e、スイッチSW3hを介して、複数のデータレーン55a~55cのうちの同一のデータレーン55bに接続される。 In the example shown in FIG. 4, the AD converters 43 used when performing addition readout control are, for example, an AD converter 43a2, an AD converter 43a5, and an AD converter 43a8. The AD converters 43a2, 43a5, and 43a8 are connected to the same data lane 55b among the plurality of data lanes 55a to 55c via switches SW3b, SW3e, and SW3h, respectively.

撮像素子3の一部のAD変換部43(図4ではAD変換部43a2、43a5、43a8)と一部のデータレーン55(図4ではデータレーン55b)と一部のセンスアンプ62(図4ではセンスアンプ62b)とは、垂直信号線25に出力された画素の信号を処理部60に出力する第1出力部を構成する。この第1出力部は、個別読み出し制御が行われる場合と加算読み出し制御が行われる場合に共に、第1の供給部110からの電流と第2の供給部120からのパルス信号とが供給されて動作状態となる。 Some AD converters 43 (AD converters 43a2, 43a5, and 43a8 in FIG. 4), some data lanes 55 (data lanes 55b in FIG. 4), and some sense amplifiers 62 (in FIG. The sense amplifier 62 b ) constitutes a first output unit that outputs the pixel signal output to the vertical signal line 25 to the processing unit 60 . The first output section is supplied with the current from the first supply section 110 and the pulse signal from the second supply section 120 both when the individual readout control is performed and when the addition readout control is performed. It becomes operational.

撮像素子3の他のAD変換部43(図4ではAD変換部43a1、43a3、43a4、43a6、43a7、43a9)と他のデータレーン55(図4ではデータレーン55a、55c)と他のセンスアンプ62(図4ではセンスアンプ62a、62c)とは、垂直信号線25に出力された画素の信号を処理部60に出力する第2出力部を構成する。この第2出力部は、個別読み出し制御が行われる場合に、第1の供給部110から電流が供給されると共に、第2の供給部120からパルス信号が供給されて動作状態となる。加算読み出し制御が行われる場合には、第2出力部には、画素の信号が入力されない。このため、読み出し制御部100は、加算読み出し制御を行う場合、第1の供給部110に第2出力部への電流の供給を停止させ、第2の供給部120に第2出力部へのパルス信号の供給を停止させる。これにより、加算読み出し制御を行う場合、第2出力部は、第1の供給部110から電流が供給されず、また第2の供給部120からパルス信号が供給されずに停止状態となる。 Other AD converters 43 (AD converters 43a1, 43a3, 43a4, 43a6, 43a7, 43a9 in FIG. 4) of the imaging device 3, other data lanes 55 (data lanes 55a and 55c in FIG. 4), and other sense amplifiers 62 (sense amplifiers 62 a and 62 c in FIG. 4 ) constitute a second output section for outputting pixel signals output to the vertical signal line 25 to the processing section 60 . When individual readout control is performed, the second output section is supplied with a current from the first supply section 110 and a pulse signal is supplied from the second supply section 120 to be in an operating state. When addition readout control is performed, no pixel signal is input to the second output section. Therefore, when performing addition readout control, the readout control unit 100 causes the first supply unit 110 to stop supplying current to the second output unit, and causes the second supply unit 120 to supply a pulse to the second output unit. Stop the signal supply. As a result, when the addition readout control is performed, the second output section is not supplied with current from the first supply section 110 and is not supplied with the pulse signal from the second supply section 120, and is in a stopped state.

上述のように、第2出力部のセンスアンプ62(図4ではセンスアンプ62a、62c)は、加算読み出し制御においては使用されない。読み出し制御部100は、加算読み出し制御を行う場合、第2の供給部120にセンスアンプ62a、62cへのパルス信号の供給を停止させる。これにより、加算読み出し制御を行う場合、センスアンプ62a、62cは、第2の供給部120からパルス信号が供給されずに停止(休止)状態となる。加算読み出し制御を行う場合、第2出力部は停止状態となり、撮像素子3の消費電力が低減される。
以下では、個別読み出し制御および加算読み出し制御について、より詳しく説明する。
As described above, the second output sense amplifiers 62 (sense amplifiers 62a and 62c in FIG. 4) are not used in the addition read control. The read control unit 100 causes the second supply unit 120 to stop supplying pulse signals to the sense amplifiers 62a and 62c when performing addition read control. As a result, the sense amplifiers 62a and 62c are not supplied with the pulse signal from the second supply unit 120 and are in a stopped (idle) state when the addition readout control is performed. When performing addition readout control, the second output section is in a stopped state, and the power consumption of the imaging device 3 is reduced.
The individual readout control and the addition readout control will be described in more detail below.

読み出し制御部100は、制御部4により個別読み出し制御が選択(設定)された場合、水平加算部42のスイッチSW1a~スイッチSW1iをオン状態とし、スイッチSW2a~スイッチSW2fをオフ状態とする。また、読み出し制御部100は、信号V1及び信号V2を共にハイレベルにする。これにより、センスアンプ62a~62cは、入力された信号を増幅して読み出す動作が可能な状態となる。 When the control unit 4 selects (sets) the individual read control, the read control unit 100 turns on the switches SW1a to SW1i of the horizontal addition unit 42 and turns off the switches SW2a to SW2f. Also, the read control unit 100 sets both the signal V1 and the signal V2 to high level. As a result, the sense amplifiers 62a to 62c are ready for the operation of amplifying and reading the input signals.

読み出し制御部100は、第1行目の画素であるR画素10(1,1)~R画素10(1,17)のリセット部13をそれぞれオン状態とする。これにより、第1行目の画素10において、それぞれのFD14の電圧がリセットされる。また、第1行目の画素10の選択部16をそれぞれオン状態とする。読み出し制御部100は、第1行目以外の他の行の画素10の選択部16をそれぞれオフ状態とする。これにより、第1行目のR画素10(1,1)~R画素10(1,17)の各々のダーク信号は、各々の画素の選択部16、各々の画素に接続された垂直信号線25a1~垂直信号線25a9、及びスイッチSW1a~スイッチSW1iを介して、それぞれAD変換部43a1~AD変換部43a9に出力される。 The read control unit 100 turns on the reset units 13 of the R pixels 10(1,1) to 10(1,17), which are the pixels in the first row. Thereby, the voltage of each FD 14 is reset in the pixels 10 of the first row. Also, the selectors 16 of the pixels 10 in the first row are turned on. The read control unit 100 turns off the selection units 16 of the pixels 10 in the rows other than the first row. As a result, the dark signal of each of the R pixels 10(1,1) to 10(1,17) in the first row is applied to the selection section 16 of each pixel and the vertical signal line connected to each pixel. 25a1 to vertical signal line 25a9 and switch SW1a to switch SW1i, and output to AD converters 43a1 to 43a9, respectively.

AD変換部43a1~AD変換部43a9は、入力されたダーク信号をデジタル信号に変換する。読み出し制御部100は、水平転送部50aのスイッチSW3a~スイッチSW3iを制御して、各AD変換部43aによりデジタル信号に変換されたダーク信号を、センスアンプ62を介して処理部60aに順次出力させる。読み出し制御部100は、スイッチSW3a~SW3iのうちのスイッチSW3a~SW3cのみをオン状態として、AD変換部43a1~43a3で変換されたデジタル信号をそれぞれデータレーン55a~55cを介して処理部60aに出力させる。その後、読み出し制御部100は、スイッチSW3a~SW3iのうちのスイッチSW3d~SW3fのみをオン状態として、AD変換部43a4~43a6で変換されたデジタル信号をそれぞれデータレーン55a~55cを介して処理部60aに出力させる。その後、読み出し制御部100は、スイッチSW3a~SW3iのうちのスイッチSW3g~SW3iのみをオン状態として、AD変換部43a7~43a9で変換されたデジタル信号をそれぞれデータレーン55a~55cを介して処理部60aに出力させる。 The AD converters 43a1 to 43a9 convert the input dark signals into digital signals. The read control unit 100 controls the switches SW3a to SW3i of the horizontal transfer unit 50a to sequentially output the dark signals converted into digital signals by the respective AD conversion units 43a to the processing unit 60a via the sense amplifiers 62. . The read control unit 100 turns ON only the switches SW3a to SW3c among the switches SW3a to SW3i, and outputs the digital signals converted by the AD conversion units 43a1 to 43a3 to the processing unit 60a via the data lanes 55a to 55c, respectively. Let After that, the read control unit 100 turns ON only the switches SW3d to SW3f out of the switches SW3a to SW3i, and transmits the digital signals converted by the AD conversion units 43a4 to 43a6 to the processing unit 60a via the data lanes 55a to 55c, respectively. output to After that, the read control unit 100 turns ON only the switches SW3g to SW3i out of the switches SW3a to SW3i, and transmits the digital signals converted by the AD conversion units 43a7 to 43a9 to the processing unit 60a through the data lanes 55a to 55c, respectively. output to

読み出し制御部100は、第1行目の画素であるR画素10(1,1)~R画素10(1,17)の転送部12をそれぞれオン状態とする。これにより、第1行目の画素10において、それぞれのPD11で光電変換された電荷がFD14に転送される。第1行目のR画素10(1,1)~R画素10(1,17)の各々の光電変換信号は、各々の画素の選択部16、各々の画素に接続された垂直信号線25、及びスイッチSW1を介して、それぞれAD変換部43a1~AD変換部43a9に出力される。 The readout control unit 100 turns on the transfer units 12 of the R pixels 10(1,1) to 10(1,17), which are pixels in the first row. As a result, in the pixels 10 on the first row, charges photoelectrically converted by the respective PDs 11 are transferred to the FDs 14 . Each photoelectric conversion signal of the R pixel 10 (1, 1) to R pixel 10 (1, 17) in the first row is supplied to the selector 16 of each pixel, the vertical signal line 25 connected to each pixel, and through the switch SW1 to the AD converters 43a1 to 43a9, respectively.

AD変換部43a1~AD変換部43a9は、入力された光電変換信号をデジタル信号に変換する。AD変換部43a1~43a9でデジタル信号に変換された光電変換信号は、デジタル信号に変換されたダーク信号が処理部60aに順次出力される場合と同様に、それぞれデータレーン55a~55cを介して処理部60aに順次出力される。 The AD converters 43a1 to 43a9 convert the input photoelectric conversion signals into digital signals. The photoelectric conversion signals converted into digital signals by the AD converters 43a1 to 43a9 are processed via the data lanes 55a to 55c, respectively, in the same manner as the dark signals converted into digital signals are sequentially output to the processing unit 60a. They are sequentially output to the unit 60a.

読み出し制御部100は、第1行目の画素から信号を読み出す場合と同様にして、第2行目の画素である画素10(2、1)~画素10(2、17)からダーク信号および光電変換信号の読み出しを行う。また、同様に、読み出し制御部100は、第3行目以降の画素を、第3行、第4行、第5行、第6行の順に1行ずつ順次選択し、選択した各画素から信号を読み出す。 The readout control unit 100 reads a dark signal and a photoelectric signal from pixels 10(2,1) to 10(2,17), which are pixels in the second row, in the same manner as when signals are read out from the pixels in the first row. Read conversion signal. Similarly, the readout control unit 100 sequentially selects pixels on the third and subsequent rows one by one in the order of the third, fourth, fifth, and sixth rows, and outputs a signal from each selected pixel. read out.

このように、個別読み出し制御では、読み出し制御部100は、撮像素子3の画素の信号を個別に読み出す。データレーン55a~55cに順次出力されるダーク信号及び光電変換信号は、処理部60aによって相関二重サンプリング等の信号処理が施される。データレーン55aに出力された信号は、センスアンプ62aを介して信号処理部64aに入力され、信号処理部64aにより信号処理が施された後に、出力I/F部71aによって制御部4に出力される。データレーン55bに出力された信号は、センスアンプ62bを介して信号処理部64bに入力され、信号処理部64bにより信号処理が施された後に、出力I/F部71bによって制御部4に出力される。また、データレーン55cに出力された信号は、センスアンプ62cを介して信号処理部64cに入力され、信号処理部64cにより信号処理が施された後に、出力I/F部71cによって制御部4に出力される。
次に、加算読み出し制御の一例として、行方向の3画素ずつ、同色画素の信号を加算して読み出す場合について説明する。
In this manner, in the individual readout control, the readout control unit 100 individually reads out the signals of the pixels of the image sensor 3 . The dark signal and photoelectric conversion signal sequentially output to the data lanes 55a to 55c are subjected to signal processing such as correlated double sampling by the processing unit 60a. The signal output to the data lane 55a is input to the signal processing section 64a via the sense amplifier 62a, subjected to signal processing by the signal processing section 64a, and then output to the control section 4 by the output I/F section 71a. be. The signal output to the data lane 55b is input to the signal processing section 64b via the sense amplifier 62b, subjected to signal processing by the signal processing section 64b, and then output to the control section 4 by the output I/F section 71b. be. Further, the signal output to the data lane 55c is input to the signal processing section 64c via the sense amplifier 62c, subjected to signal processing by the signal processing section 64c, and sent to the control section 4 by the output I/F section 71c. output.
Next, as an example of addition readout control, a case of adding and reading out the signals of pixels of the same color every three pixels in the row direction will be described.

読み出し制御部100は、制御部4により加算読み出し制御が選択された場合、水平加算部42のスイッチSW1b、スイッチSW1e、及びスイッチSW1hをオン状態とする。読み出し制御部100は、スイッチSW1a、スイッチSW1c、スイッチSW1d、スイッチSW1f、スイッチSW1g、及びスイッチSW1iをオフ状態とする。また、読み出し制御部100は、スイッチSW2a~スイッチSW2fをオン状態とする。読み出し制御部100は、第1の供給部110aを制御して、AD変換部43a1、43a3、43a4、43a6、43a7、43a9への電流の供給を停止させる。また、読み出し制御部100は、信号V1をハイレベルにしてセンスアンプ62bを動作可能な状態とすると共に、信号V2をローレベルにしてセンスアンプ62a及びセンスアンプ62cを停止状態とする。 When the control unit 4 selects addition readout control, the readout control unit 100 turns on the switches SW1b, SW1e, and SW1h of the horizontal addition unit 42 . The read control unit 100 turns off the switch SW1a, the switch SW1c, the switch SW1d, the switch SW1f, the switch SW1g, and the switch SW1i. Further, the read control unit 100 turns on the switches SW2a to SW2f. The read control unit 100 controls the first supply unit 110a to stop supplying current to the AD conversion units 43a1, 43a3, 43a4, 43a6, 43a7, and 43a9. Further, the read control unit 100 sets the signal V1 to high level to enable the sense amplifier 62b, and sets the signal V2 to low level to stop the sense amplifiers 62a and 62c.

読み出し制御部100は、第1行目の画素であるR画素10(1,1)~R画素10(1,17)のリセット部13をそれぞれオン状態とする。また、第1行目の画素の選択部16をそれぞれオン状態とする。読み出し制御部100は、第1行目以外の他の行の画素の選択部16をそれぞれオフ状態とする。スイッチSW2a及びスイッチSW2bが共にオン状態であるため、R画素10(1,1)、R画素10(1,3)、及びR画素10(1,5)の各々の増幅部15が、垂直信号線25a1~25a3を介して電気的に接続される。これにより、R画素10(1,1)のダーク信号、R画素10(1,3)のダーク信号、及びR画素10(1,5)のダーク信号が加算平均される。また、スイッチSW1bがオン状態であるため、この加算されたダーク信号はAD変換部43a2に出力される。 The read control unit 100 turns on the reset units 13 of the R pixels 10(1,1) to 10(1,17), which are the pixels in the first row. Also, the selectors 16 of the pixels in the first row are turned on. The read control unit 100 turns off the selectors 16 of the pixels in the rows other than the first row. Since both the switches SW2a and SW2b are in the ON state, the amplification units 15 of the R pixels 10(1,1), R pixels 10(1,3), and R pixels 10(1,5) generate vertical signals They are electrically connected via lines 25a1 to 25a3. As a result, the dark signal of the R pixel 10(1,1), the dark signal of the R pixel 10(1,3), and the dark signal of the R pixel 10(1,5) are averaged. Also, since the switch SW1b is in the ON state, the added dark signal is output to the AD converter 43a2.

同様に、R画素10(1,7)のダーク信号、R画素10(1,9)のダーク信号、及びR画素10(1,11)のダーク信号が加算平均されて、スイッチSW1eを介してAD変換部43a5に出力される。また、R画素10(1,13)のダーク信号、R画素10(1,15)のダーク信号、及びR画素10(1,17)のダーク信号が加算平均されて、スイッチSW1hを介してAD変換部43a8に出力される。 Similarly, the dark signal of the R pixel 10 (1, 7), the dark signal of the R pixel 10 (1, 9), and the dark signal of the R pixel 10 (1, 11) are averaged and passed through the switch SW1e. It is output to the AD converter 43a5. Further, the dark signal of the R pixel 10 (1, 13), the dark signal of the R pixel 10 (1, 15), and the dark signal of the R pixel 10 (1, 17) are added and averaged, and the AD signal is output through the switch SW1h. It is output to the conversion unit 43a8.

AD変換部43a2、AD変換部43a5、及びAD変換部43a8は、それぞれ、加算されたダーク信号をデジタル信号に変換する。読み出し制御部100は、水平転送部50aのスイッチSW3b、スイッチSW3e、及びスイッチSW3hを順次オン状態にして、各AD変換部43aにより変換されたデジタル信号を、センスアンプ62を介して処理部60aに順次出力させる。読み出し制御部100は、スイッチSW3a~SW3iのうちのスイッチSW3bのみをオン状態として、AD変換部43a2で変換されたデジタル信号をデータレーン55bを介して処理部60aに出力させる。その後、読み出し制御部100は、スイッチSW3a~SW3iのうちのスイッチSW3eのみをオン状態として、AD変換部43a5で変換されたデジタル信号をデータレーン55bを介して処理部60aに出力させる。その後、読み出し制御部100は、スイッチSW3a~SW3iのうちのスイッチSW3hのみをオン状態として、AD変換部43a8で変換されたデジタル信号をデータレーン55bを介して処理部60aに出力させる。 The AD converters 43a2, 43a5, and 43a8 each convert the added dark signal into a digital signal. The read control unit 100 sequentially turns on the switch SW3b, the switch SW3e, and the switch SW3h of the horizontal transfer unit 50a, and transmits the digital signal converted by each AD conversion unit 43a to the processing unit 60a via the sense amplifier 62. output sequentially. The read control unit 100 turns ON only the switch SW3b among the switches SW3a to SW3i to output the digital signal converted by the AD conversion unit 43a2 to the processing unit 60a via the data lane 55b. After that, the read control unit 100 turns ON only the switch SW3e among the switches SW3a to SW3i to output the digital signal converted by the AD conversion unit 43a5 to the processing unit 60a via the data lane 55b. After that, the read control unit 100 turns on only the switch SW3h among the switches SW3a to SW3i to output the digital signal converted by the AD conversion unit 43a8 to the processing unit 60a via the data lane 55b.

読み出し制御部100は、第1行目の画素であるR画素10(1,1)~R画素10(1,17)の転送部12をそれぞれオン状態とする。これにより、第1行目の画素10において、それぞれのPD11で光電変換された電荷がFD14に転送される。スイッチSW2a及びスイッチSW2bが共にオン状態であるため、R画素10(1,1)、R画素10(1,3)、及びR画素10(1,5)の各々の増幅部15が、垂直信号線25a1~25a3を介して電気的に接続される。これにより、R画素10(1,1)の光電変換信号、R画素10(1,3)の光電変換信号、及びR画素10(1,5)の光電変換信号が加算平均される。また、スイッチSW1bがオン状態であるため、加算平均された光電変換信号はAD変換部43a2に出力される。 The readout control unit 100 turns on the transfer units 12 of the R pixels 10(1,1) to 10(1,17), which are pixels in the first row. As a result, in the pixels 10 on the first row, charges photoelectrically converted by the respective PDs 11 are transferred to the FDs 14 . Since both the switches SW2a and SW2b are in the ON state, the amplification units 15 of the R pixels 10(1,1), R pixels 10(1,3), and R pixels 10(1,5) generate vertical signals They are electrically connected via lines 25a1 to 25a3. As a result, the photoelectric conversion signal of the R pixel 10(1,1), the photoelectric conversion signal of the R pixel 10(1,3), and the photoelectric conversion signal of the R pixel 10(1,5) are averaged. Further, since the switch SW1b is in the ON state, the photoelectrically converted signal obtained by adding and averaging is output to the AD conversion section 43a2.

同様に、R画素10(1,7)の光電変換信号、R画素10(1,9)の光電変換信号、及びR画素10(1,11)の光電変換信号が加算平均されて、スイッチSW1eを介してAD変換部43a5に出力される。また、R画素10(1,13)の光電変換信号、R画素10(1,15)の光電変換信号、及びR画素10(1,17)の光電変換信号が加算平均されて、スイッチSW1hを介してAD変換部43a8に出力される。 Similarly, the photoelectric conversion signal of the R pixel 10 (1, 7), the photoelectric conversion signal of the R pixel 10 (1, 9), and the photoelectric conversion signal of the R pixel 10 (1, 11) are added and averaged to obtain the switch SW1e. to the AD converter 43a5. Further, the photoelectric conversion signal of the R pixel 10 (1, 13), the photoelectric conversion signal of the R pixel 10 (1, 15), and the photoelectric conversion signal of the R pixel 10 (1, 17) are added and averaged, and the switch SW1h is turned on. output to the AD converter 43a8 via the

AD変換部43a2、AD変換部43a5、及びAD変換部43a8は、それぞれ、加算された光電変換信号をデジタル信号に変換する。読み出し制御部100は、水平転送部50aのスイッチSW3b、スイッチSW3e、及びスイッチSW3hを順次オン状態にして、各AD変換部43aにより変換されたデジタル信号を、センスアンプ62を介して処理部60aに順次出力させる。読み出し制御部100は、スイッチSW3a~SW3iのうちのスイッチSW3bのみをオン状態として、AD変換部43a2で変換されたデジタル信号をデータレーン55bを介して処理部60aに出力させる。その後、読み出し制御部100は、スイッチSW3a~SW3iのうちのスイッチSW3eのみをオン状態として、AD変換部43a5で変換されたデジタル信号をデータレーン55bを介して処理部60aに出力させる。その後、読み出し制御部100は、スイッチSW3a~SW3iのうちのスイッチSW3hのみをオン状態として、AD変換部43a8で変換されたデジタル信号をデータレーン55bを介して処理部60aに出力させる。 The AD converters 43a2, 43a5, and 43a8 convert the added photoelectric conversion signals into digital signals. The read control unit 100 sequentially turns on the switch SW3b, the switch SW3e, and the switch SW3h of the horizontal transfer unit 50a, and transmits the digital signal converted by each AD conversion unit 43a to the processing unit 60a via the sense amplifier 62. output sequentially. The read control unit 100 turns ON only the switch SW3b among the switches SW3a to SW3i to output the digital signal converted by the AD conversion unit 43a2 to the processing unit 60a via the data lane 55b. After that, the read control unit 100 turns ON only the switch SW3e among the switches SW3a to SW3i to output the digital signal converted by the AD conversion unit 43a5 to the processing unit 60a via the data lane 55b. After that, the read control unit 100 turns on only the switch SW3h among the switches SW3a to SW3i to output the digital signal converted by the AD conversion unit 43a8 to the processing unit 60a via the data lane 55b.

読み出し制御部100は、第1行目の画素から加算された信号を読み出す場合と同様にして、第2行目の画素である画素10(2、1)~画素10(2、17)から加算されたダーク信号および光電変換信号の読み出しを行う。また、同様に、読み出し制御部100は、第3行目以降の画素を、第3行、第4行、第5行、第6行の順に1行ずつ順次選択し、選択した各画素から信号を読み出す。 The readout control unit 100 reads out the signals added from the pixels in the first row, and adds the signals from the pixels 10(2,1) to 10(2,17), which are the pixels in the second row. read out the dark signal and the photoelectric conversion signal. Similarly, the readout control unit 100 sequentially selects pixels on the third and subsequent rows one by one in the order of the third, fourth, fifth, and sixth rows, and outputs a signal from each selected pixel. read out.

このように、加算読み出し制御では、読み出し制御部100は、撮像素子3の複数の画素の信号を加算して読み出す。加算されたダーク信号及び光電変換信号は、AD変換部43によってデジタル信号に変換された後に、データレーン55bに順次出力される。データレーン55bに順次出力されるダーク信号及び光電変換信号は、センスアンプ62bを介して信号処理部64bに入力され、信号処理部64bにより相関二重サンプリング等の信号処理が行われた後に、出力I/F部71bによって制御部4に出力される。 In this way, in addition readout control, the readout control unit 100 adds up and reads out the signals of a plurality of pixels of the image sensor 3 . The added dark signal and photoelectric conversion signal are converted into digital signals by the AD converter 43, and then sequentially output to the data lane 55b. The dark signal and the photoelectric conversion signal that are sequentially output to the data lane 55b are input to the signal processing unit 64b via the sense amplifier 62b. It is output to the control section 4 by the I/F section 71b.

図5は、第1の実施の形態に係る撮像素子の一部のレイアウト例を示す図である。撮像素子3は、pウェル201及びpウェル202を有する半導体基板を用いて構成される。pウェル201には、領域210と、領域210を囲むように形成された領域211とが設けられる。pウェル202には、領域220と、領域220を囲むように形成された領域221とが設けられる。 FIG. 5 is a diagram showing a layout example of part of the imaging device according to the first embodiment. The imaging element 3 is configured using a semiconductor substrate having p-wells 201 and 202 . P-well 201 is provided with region 210 and region 211 formed to surround region 210 . P-well 202 is provided with region 220 and region 221 formed to surround region 220 .

pウェル201内の領域210は、アナログ回路を構成する素子が形成された領域(アナログ回路領域)である。AD変換部43の比較部44は、アナログ回路領域210に設けられる。pウェル202内の領域220は、デジタル回路を構成する素子が形成された領域(デジタル回路領域)である。記憶部45、及び水平転送部50は、デジタル回路領域220に設けられる。領域211及び領域221は、それぞれ、p型の不純物を用いて形成されるp+領域である。領域211及び領域221は、それぞれ、ガードリングとして機能し、隣接する領域に電荷が漏れることを抑制する。 A region 210 in the p-well 201 is a region (analog circuit region) in which elements forming an analog circuit are formed. A comparison unit 44 of the AD conversion unit 43 is provided in the analog circuit area 210 . A region 220 in the p-well 202 is a region (digital circuit region) in which elements forming a digital circuit are formed. The storage section 45 and the horizontal transfer section 50 are provided in the digital circuit area 220 . Regions 211 and 221 are p+ regions formed using p-type impurities. The regions 211 and 221 each function as a guard ring to suppress charge leakage to adjacent regions.

アナログ回路領域210とデジタル回路領域220とは近くに配置され、アナログ回路領域210とデジタル回路領域220との間には寄生容量90が形成される。また、アナログ回路領域210の比較部44とデジタル回路領域220の水平転送部50とは、比較的近くに配置されるため、寄生容量90を介して互いに干渉してノイズを生じうる。仮にAD変換部43がAD変換を行っている間に水平転送部50の動作状態が変わると、ノイズ干渉の状態がAD変換途中で変わってしまうため、AD変換結果にばらつきが生じうる。水平転送部50がAD変換部43に及ぼすノイズの大きさが変化することに起因して、AD変換の精度が低下しうる。 The analog circuit area 210 and the digital circuit area 220 are arranged close to each other, and a parasitic capacitance 90 is formed between the analog circuit area 210 and the digital circuit area 220 . Also, since the comparison unit 44 in the analog circuit area 210 and the horizontal transfer unit 50 in the digital circuit area 220 are arranged relatively close to each other, they may interfere with each other through the parasitic capacitance 90 and generate noise. If the operating state of the horizontal transfer unit 50 changes while the AD conversion unit 43 is performing AD conversion, the noise interference state changes during the AD conversion, which may cause variations in AD conversion results. Due to the change in the magnitude of the noise that the horizontal transfer section 50 exerts on the AD conversion section 43, the accuracy of AD conversion can be lowered.

本実施の形態では、上述したように、水平方向の3つの画素の信号を加算して読み出す加算読み出し制御を行う場合に、3つのデータレーン55のうちの1つのデータレーン55のみを用いてデジタル信号の転送を行う。1つの行の画素から信号を読み出す期間において、その1つのデータレーン55はデジタル信号の転送を繰り返す状態となり、他の2つのデータレーン55はデジタル信号の転送を行わない停止状態となる。これにより、加算読み出し制御を行う場合に、データレーン55の動作状態が変わることを防ぐことが可能となる。この結果、AD変換部43が受けるノイズが変わることが抑えられ、AD変換結果にばらつきが生じることを防止することができる。以下に、AD変換部43が受けるノイズの変化が抑制されることを、比較例と対比して説明する。 In the present embodiment, as described above, only one data lane 55 out of the three data lanes 55 is used to perform the addition readout control for adding and reading out the signals of the three pixels in the horizontal direction. Transfer signals. During a period in which signals are read out from pixels in one row, the one data lane 55 is in a state of repeating transfer of digital signals, and the other two data lanes 55 are in a stop state in which digital signals are not transferred. This makes it possible to prevent the operation state of the data lane 55 from changing when performing addition read control. As a result, the noise received by the AD converter 43 is suppressed from being changed, and it is possible to prevent variations in AD conversion results. Suppression of a change in noise received by the AD converter 43 will be described below in comparison with a comparative example.

比較例は、加算読み出し制御において使用されるAD変換部43が、互いに異なるデータレーン55に接続されるものである。AD変換部43a2がデータレーン55aに接続され、AD変換部43a5がデータレーン55bに接続され、AD変換部43a8がデータレーン55cに接続される。比較例では、加算読み出し制御を行う場合、読み出し制御部100は、AD変換部43a2で変換されたデジタル信号をデータレーン55aに出力する動作と、AD変換部43a5で変換されたデジタル信号をデータレーン55bに出力する動作と、AD変換部43a8で変換されたデジタル信号をデータレーン55cに出力する動作とを同時に行う。 In the comparative example, the AD converters 43 used in addition readout control are connected to different data lanes 55 . The AD converter 43a2 is connected to the data lane 55a, the AD converter 43a5 is connected to the data lane 55b, and the AD converter 43a8 is connected to the data lane 55c. In the comparative example, when performing addition readout control, the readout control unit 100 outputs the digital signal converted by the AD conversion unit 43a2 to the data lane 55a, and outputs the digital signal converted by the AD conversion unit 43a5 to the data lane 55a. 55b and the operation of outputting the digital signal converted by the AD converter 43a8 to the data lane 55c are performed simultaneously.

図6は、第1の実施の形態に係る読み出し制御と比較例に係る読み出し制御とを比較する図である。図6(a)は、本実施の形態に係る撮像素子が個別読み出し制御を行う場合のAD変換部43及びデータレーン55a~55cの動作状態を示している。図6(b)は、比較例に係る撮像素子が加算読み出し制御を行う場合のAD変換部43及びデータレーン55a~55cの動作状態を示している。図6(c)は、本実施の形態に係る撮像素子が加算読み出し制御を行う場合のAD変換部43及びデータレーン55a~55cの動作状態を示している。なお、図6(a)~図6(c)は、水平転送部50によって第N行目の画素の信号を読み出す場合について、同一の時間軸上に示している。なお、図6(a)~図6(c)では、AD変換部43によるAD変換処理の期間におけるデータレーン55a~55cの動作状態を比較するために、第(N+1)行目の画素の信号に対するAD変換処理と第N行目の画素の信号の転送処理とを並べて示している。 FIG. 6 is a diagram for comparing read control according to the first embodiment and read control according to a comparative example. FIG. 6(a) shows the operating state of the AD converter 43 and the data lanes 55a to 55c when the imaging device according to the present embodiment performs individual readout control. FIG. 6B shows the operational state of the AD converter 43 and the data lanes 55a to 55c when the imaging device according to the comparative example performs addition readout control. FIG. 6(c) shows the operation state of the AD converter 43 and the data lanes 55a to 55c when the imaging device according to the present embodiment performs addition readout control. 6(a) to 6(c) show the case where the horizontal transfer section 50 reads out the signals of the pixels in the N-th row on the same time axis. 6A to 6C, in order to compare the operation states of the data lanes 55a to 55c during the AD conversion processing by the AD conversion unit 43, the signal of the pixel in the (N+1)th row is , and the transfer processing of the signals of the pixels in the N-th row are shown side by side.

個別読み出し制御の場合、読み出し制御部100は、上述したように、水平転送部50の3つのデータレーン55a~55cを用いて、デジタル信号に変換された画素の信号を処理部60に順次出力させる。図6(a)に示す例では、時刻t1から時刻t4までの期間において、データレーン55a~55cは、第N行目の画素の信号を処理部60に順次出力する。時刻t1から時刻t4までの期間が、第N行目の画素の信号を処理部60に読み出す期間(リード期間)となる。 In the case of individual readout control, as described above, the readout control unit 100 uses the three data lanes 55a to 55c of the horizontal transfer unit 50 to sequentially output pixel signals converted into digital signals to the processing unit 60. . In the example shown in FIG. 6A, the data lanes 55a to 55c sequentially output the signals of the pixels in the Nth row to the processing unit 60 during the period from time t1 to time t4. A period from time t1 to time t4 is a period (read period) for reading the signals of the pixels in the Nth row to the processing unit 60 .

また、時刻t1から時刻t4までの期間において、AD変換部43a1~43a9は、第(N+1)行目の画素から出力される光電変換信号およびダーク信号を順次デジタル信号に変換する。時刻t1から時刻t4までの期間が、第(N+1)行目の画素の信号をデジタル信号に変換する期間となる。なお、比較例の場合の個別読み出し制御も、図6(a)と同様である。 Also, in the period from time t1 to time t4, the AD converters 43a1 to 43a9 sequentially convert photoelectric conversion signals and dark signals output from the pixels in the (N+1)th row into digital signals. A period from time t1 to time t4 is a period for converting the signals of the pixels in the (N+1)th row into digital signals. Note that the individual readout control in the case of the comparative example is also the same as in FIG. 6(a).

比較例において加算読み出し制御が行われる場合、読み出し制御部100は、3つのデータレーン55a~55cを用いて、画素の信号を処理部60に順次出力させる。水平方向の3画素ずつ、画素の信号を加算して読み出すため、水平転送部50によって処理部60に転送される信号数(データ量)は、個別読み出し制御の場合と比較して1/3となる。また、1/3の信号数の画素の信号を、個別読み出し制御の場合と同様に3つのデータレーン55a~55cを用いて処理部60に読み出すため、比較例に係る加算読み出し制御の場合のリード期間は、個別読み出し制御の場合のリード期間の略1/3となる。 When addition readout control is performed in the comparative example, the readout control unit 100 sequentially outputs pixel signals to the processing unit 60 using the three data lanes 55a to 55c. Since the signals of three pixels in the horizontal direction are added and read out, the number of signals (data amount) transferred from the horizontal transfer unit 50 to the processing unit 60 is 1/3 of that in the case of individual readout control. Become. In addition, in order to read the signals of pixels with 1/3 the number of signals to the processing unit 60 using the three data lanes 55a to 55c as in the case of the individual readout control, the readout in the case of the addition readout control according to the comparative example is performed. The period is approximately ⅓ of the read period in the case of individual read control.

図6(b)に示す比較例に係る加算読み出し制御の場合は、時刻t1から時刻t2までの期間において、データレーン55a~55cは、AD変換部43a2、43a5、43a8から入力される第N行目の画素の信号を処理部60に順次出力する。時刻t2において、第N行目の画素の信号の処理部60への読み出しが完了する。時刻t2から時刻t4までの期間は、データレーン55a~55cは、AD変換部43から画素の信号が入力されず、データ転送に使用されない状態となる。また、時刻t1から時刻t4までの期間において、AD変換部43a2、43a5、43a8は、加算された第(N+1)行目の画素の光電変換信号およびダーク信号を順次デジタル信号に変換する。時刻t1から時刻t4までの期間が、個別読み出し制御の場合と同様に、第(N+1)行目の画素の信号をデジタル信号に変換する期間となる。 In the case of the addition readout control according to the comparative example shown in FIG. 6B, in the period from time t1 to time t2, the data lanes 55a to 55c receive data from the Nth row input from the AD converters 43a2, 43a5, and 43a8. Eye pixel signals are sequentially output to the processing unit 60 . At time t2, reading out of the signals of the pixels of the Nth row to the processing unit 60 is completed. During the period from time t2 to time t4, the data lanes 55a to 55c do not receive pixel signals from the AD converter 43 and are not used for data transfer. Also, in the period from time t1 to time t4, the AD converters 43a2, 43a5, and 43a8 sequentially convert the added photoelectric conversion signals and dark signals of the (N+1)-th row pixels into digital signals. A period from time t1 to time t4 is a period for converting the signals of the pixels of the (N+1)th row into digital signals, as in the case of the individual readout control.

このように、比較例では、第(N+1)行目の画素の信号のAD変換処理が行われる期間の途中で、データレーン55a~55cが動作状態から停止状態に変化することになる。このため、比較例では、加算読み出し制御を行う場合に、AD変換部43によりAD変換処理が行われる期間の途中でAD変換部43が受けるノイズが変わる。この結果、比較例では、AD変換の精度が低下する。なお、時刻t2から時刻t4までの期間もデータレーン55a~55cに信号の転送を行わせて、AD変換部43が受けるノイズが変わることを抑えることが考えられるが、この場合は消費電力が増加してしまう。 As described above, in the comparative example, the data lanes 55a to 55c change from the operating state to the stopped state in the middle of the period in which the signals of the pixels of the (N+1)th row are AD-converted. Therefore, in the comparative example, when the addition readout control is performed, the noise received by the AD conversion unit 43 changes during the period in which the AD conversion processing is performed by the AD conversion unit 43 . As a result, in the comparative example, the accuracy of AD conversion is lowered. It is conceivable that the data lanes 55a to 55c are also allowed to transfer signals during the period from time t2 to time t4 to suppress changes in the noise received by the AD conversion unit 43, but in this case power consumption increases. Resulting in.

本実施の形態に係る読み出し制御部100は、加算読み出し制御を行う場合に、1つのデータレーン55bを用いて、画素の信号を処理部60に順次出力させる。加算読み出し制御に用いられるデータレーン55は、1つのデータレーン55bに集約される。図6(c)に示す例では、時刻t1から時刻t4までの期間において、データレーン55bは、AD変換部43a2、43a5、43a8から順次入力される画素の信号を処理部60に出力する。時刻t1から時刻t4までの期間において、データレーン55bは動作状態となり、データレーン55a、55cは停止状態となる。本実施の形態では、加算読み出し制御を行う場合も、個別読み出し制御を行う場合と同様に、時刻t1から時刻t4までの期間が第N行目の画素の信号を処理部60に読み出す期間となる。 The readout control unit 100 according to the present embodiment sequentially outputs pixel signals to the processing unit 60 using one data lane 55b when performing addition readout control. The data lanes 55 used for addition readout control are aggregated into one data lane 55b. In the example shown in FIG. 6C, the data lane 55b outputs to the processing unit 60 the pixel signals sequentially input from the AD conversion units 43a2, 43a5, and 43a8 during the period from time t1 to time t4. During the period from time t1 to time t4, the data lane 55b is in an operating state and the data lanes 55a and 55c are in a stopped state. In the present embodiment, even when performing addition readout control, similarly to when performing individual readout control, the period from time t1 to time t4 is the period during which the signals of the pixels in the N-th row are read out to the processing unit 60. .

このように、本実施の形態では、第(N+1)行目の画素の信号のAD変換処理が行われる期間に、データレーン55bは動作状態のままであり、データレーン55a、55cは停止状態のままである。これにより、AD変換部43によりAD変換処理が行われる期間の途中でAD変換部43が受けるノイズが変わることを防ぐことができる。この結果、本実施の形態では、AD変換の精度が低下することを防止することができる。また、本実施の形態では、加算読み出し制御に用いるデータレーン55を絞るため、消費電力を低減することが可能となる。 As described above, in the present embodiment, the data lane 55b remains in the operating state, and the data lanes 55a and 55c are in the stopped state during the AD conversion processing of the signals of the pixels of the (N+1)th row. remain. As a result, it is possible to prevent the noise received by the AD conversion section 43 from changing during the period in which the AD conversion processing is performed by the AD conversion section 43 . As a result, in the present embodiment, it is possible to prevent the accuracy of AD conversion from deteriorating. Moreover, in the present embodiment, the data lane 55 used for addition readout control is narrowed down, so power consumption can be reduced.

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)撮像素子3は、光電変換により電荷を生成する光電変換部11を有し、光電変換部11で生成された電荷に基づく信号を出力する第1画素と第2画素(画素10)と、第1画素の信号を出力する第1信号線(例えば垂直信号線25a2)と、第2画素の信号を出力する第2信号線(例えば垂直信号線25a3)と、第1信号線に出力された信号および第2信号線に出力された信号の少なくとも一方を信号処理する処理部60に出力する第1出力部(例えば、AD変換部43a2、データレーン55b、及びセンスアンプ62b)と、第2信号線に出力された信号を処理部60に出力する第2出力部(例えば、AD変換部43a3、データレーン55c、及びセンスアンプ62c)と、第1画素の信号と第2画素の信号とを第1出力部により処理部60に出力させる第1制御と、第1画素の信号を第1出力部により処理部60に出力し、第2画素の信号を第2出力部により処理部60に出力させる第2制御とを行う制御部(読み出し制御部100)と、を備える。本実施の形態では、撮像素子3は、第1及び第2の出力部のうちの第1の出力部を動作させ、加算された画素の信号を処理部60に出力させる加算読み出し制御を行う。このため、加算読み出し制御を行う場合に第2出力部を停止させて、撮像素子3の消費電力を低減することができる。
According to the embodiment described above, the following effects are obtained.
(1) The image sensor 3 has a photoelectric conversion unit 11 that generates electric charges by photoelectric conversion, and has first and second pixels (pixels 10) that output signals based on the electric charges generated by the photoelectric conversion unit 11. , a first signal line (eg, vertical signal line 25a2) for outputting the signal of the first pixel, a second signal line (eg, vertical signal line 25a3) for outputting the signal of the second pixel, and the first signal line. a first output unit (for example, an AD conversion unit 43a2, a data lane 55b, and a sense amplifier 62b) that outputs at least one of the signal output to the second signal line and the signal output to the second signal line to the processing unit 60 for signal processing; A second output unit (for example, the AD conversion unit 43a3, the data lane 55c, and the sense amplifier 62c) that outputs the signal output to the signal line to the processing unit 60, and the signal of the first pixel and the signal of the second pixel. First control for outputting to the processing unit 60 by the first output unit, outputting the signal of the first pixel to the processing unit 60 by the first output unit, and outputting the signal of the second pixel to the processing unit 60 by the second output unit and a control unit (read control unit 100) that performs a second control to cause the reading to be performed. In the present embodiment, the imaging device 3 performs addition readout control to operate the first output unit of the first and second output units and output the added pixel signals to the processing unit 60 . Therefore, power consumption of the image sensor 3 can be reduced by stopping the second output unit when performing addition readout control.

(2)本実施の形態では、撮像素子3は、水平方向の3画素ずつ、画素の信号を加算して読み出す加算読み出し制御を行う場合、データレーン55a~55cのうちのデータレーン55bを用いて、加算された画素の信号を処理部60に順次出力させる。この場合、データレーン55bは動作状態のままとなり、データレーン55a、55cは停止状態のままとなる。このため、AD変換部43によりAD変換処理が行われる期間の途中でデータレーン55の動作状態が変化して、AD変換部43が受けるノイズが変わることを抑えることができる。この結果、AD変換の精度の低下を抑制することができる。 (2) In the present embodiment, the image sensor 3 uses the data lane 55b out of the data lanes 55a to 55c when performing addition readout control for adding and reading out pixel signals for each three pixels in the horizontal direction. , causes the processing unit 60 to sequentially output the signals of the added pixels. In this case, the data lane 55b remains active, and the data lanes 55a and 55c remain inactive. Therefore, it is possible to suppress a change in the noise received by the AD conversion section 43 due to a change in the operating state of the data lane 55 during the period in which the AD conversion processing is performed by the AD conversion section 43 . As a result, it is possible to suppress deterioration in accuracy of AD conversion.

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。 The following modifications are also within the scope of the present invention, and it is also possible to combine one or more of the modifications with the above-described embodiments.

(変形例1)
図7は、変形例1に係る撮像素子の一部の構成例を示す図である。変形例1に係る撮像素子3は、AND回路63を備える。AND回路63には、クロック信号CLKと信号V3とが入力される。クロック信号CLKは、信号処理部64bにも入力される。AND回路63の出力信号は、信号処理部64a及び信号処理部64cにそれぞれ入力される。読み出し制御部100は、信号V3を制御することにより、信号処理部64a、64cの動作状態を制御する。
(Modification 1)
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of part of an imaging device according to Modification 1. As shown in FIG. The imaging device 3 according to Modification 1 includes an AND circuit 63 . The clock signal CLK and the signal V3 are input to the AND circuit 63 . The clock signal CLK is also input to the signal processing section 64b. The output signal of the AND circuit 63 is input to the signal processing section 64a and the signal processing section 64c. The read control unit 100 controls the operating states of the signal processing units 64a and 64c by controlling the signal V3.

読み出し制御部100は、制御部4により個別読み出し制御が選択された場合、信号V3をハイレベルにする。これにより、信号処理部64a、64cには、AND回路63を介してクロック信号CLKが入力される。また、信号処理部64bにもクロック信号CLKが入力されるため、信号処理部64a~64cは、クロック信号CLKに基づき、センスアンプ62から出力された信号に対して信号処理を行うことが可能な状態となる。 When the control unit 4 selects the individual read control, the read control unit 100 sets the signal V3 to high level. As a result, the clock signal CLK is input to the signal processing units 64a and 64c via the AND circuit 63. FIG. Since the clock signal CLK is also input to the signal processing section 64b, the signal processing sections 64a to 64c can perform signal processing on the signal output from the sense amplifier 62 based on the clock signal CLK. state.

読み出し制御部100は、制御部4により加算読み出し制御が選択された場合、信号V3をローレベルにする。これにより、信号処理部64a、64cは、クロック信号が入力されず、停止状態となる。なお、信号処理部64bは、クロック信号CLKが入力されるため、動作可能な状態となる。 When the control unit 4 selects addition readout control, the readout control unit 100 sets the signal V3 to low level. As a result, the signal processing units 64a and 64c are not input with the clock signal and are in a stopped state. Note that the signal processing unit 64b is in an operable state because the clock signal CLK is input.

上述のように、読み出し制御部100は、AND回路63に入力される信号V3を制御して、信号処理部64a、64cの動作状態を制御する。このため、読み出し制御部100は、加算読み出し制御を行う場合に、信号処理部64a、64cを停止させて、撮像素子3の消費電力を低減することができる。 As described above, the read control unit 100 controls the signal V3 input to the AND circuit 63 to control the operating states of the signal processing units 64a and 64c. Therefore, the readout control unit 100 can stop the signal processing units 64a and 64c to reduce the power consumption of the imaging element 3 when performing the addition readout control.

(変形例2)
図8は、変形例2に係る撮像素子の一部の構成例を示す図である。変形例2に係る撮像素子3は、変換部65と、マルチプレクサ66a~66cとを備える。変換部65は、信号処理部64bに接続され、信号処理部64bから入力された信号を、マルチプレクサ66a~66cに分けて出力する。
(Modification 2)
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of part of an imaging device according to Modification 2. As shown in FIG. The imaging device 3 according to Modification 2 includes a conversion section 65 and multiplexers 66a to 66c. The conversion unit 65 is connected to the signal processing unit 64b, and divides the signals input from the signal processing unit 64b to the multiplexers 66a to 66c and outputs them.

マルチプレクサ66aは、読み出し制御部100により制御され、出力I/F部71aに出力する信号を、信号処理部64aにより出力される信号及び変換部65により出力される信号から選択する。マルチプレクサ66bは、読み出し制御部100により制御され、出力I/F部71bに出力する信号を、信号処理部64bにより出力される信号及び変換部65により出力される信号から選択する。マルチプレクサ66cは、読み出し制御部100により制御され、出力I/F部71cに出力する信号を、信号処理部64cにより出力される信号及び変換部65により出力される信号から選択する。 The multiplexer 66a is controlled by the read control unit 100, and selects a signal to be output to the output I/F unit 71a from the signal output by the signal processing unit 64a and the signal output by the conversion unit 65. FIG. The multiplexer 66b is controlled by the read control unit 100 and selects a signal to be output to the output I/F unit 71b from the signal output by the signal processing unit 64b and the signal output by the conversion unit 65. FIG. The multiplexer 66c is controlled by the read control unit 100, and selects a signal to be output to the output I/F unit 71c from the signal output by the signal processing unit 64c and the signal output by the conversion unit 65.

個別読み出し制御においては、マルチプレクサ66aは、信号処理部64aから入力される画素の信号を出力I/F部71aに出力する。マルチプレクサ66bは、信号処理部64bから入力される画素の信号を出力I/F部71bに出力する。また、マルチプレクサ66cは、信号処理部64cから入力される画素の信号を出力I/F部71cに出力する。出力I/F部71a、71b、71cは、それぞれ、信号処理部64a、64b、64cから入力された信号を制御部4に出力する。 In the individual readout control, the multiplexer 66a outputs the pixel signal input from the signal processing section 64a to the output I/F section 71a. The multiplexer 66b outputs the pixel signal input from the signal processing section 64b to the output I/F section 71b. The multiplexer 66c also outputs the pixel signal input from the signal processing unit 64c to the output I/F unit 71c. The output I/F units 71a, 71b, and 71c output signals input from the signal processing units 64a, 64b, and 64c to the control unit 4, respectively.

加算読み出し制御においては、信号処理部64bは、データレーン55b及びセンスアンプ62bを介して順次入力される画素の信号に対して信号処理を行い、変換部65に順次出力する。変換部65は、信号処理部64bから順次入力される信号を、マルチプレクサ66a~66cに分けて出力する。マルチプレクサ66aは、変換部65から入力される画素の信号を出力I/F部71aに出力し、マルチプレクサ66bは、変換部65から入力される画素の信号を出力I/F部71bに出力する。また、マルチプレクサ66cは、変換部65から入力される画素の信号を出力I/F部71cに出力する。出力I/F部71a、71b、71cは、それぞれ、変換部65から入力された信号を制御部4に出力する。 In addition readout control, the signal processing unit 64b performs signal processing on pixel signals that are sequentially input via the data lane 55b and the sense amplifier 62b, and outputs the processed signals to the conversion unit 65 in sequence. The conversion unit 65 divides the signals sequentially input from the signal processing unit 64b to multiplexers 66a to 66c and outputs them. The multiplexer 66a outputs the pixel signal input from the conversion unit 65 to the output I/F unit 71a, and the multiplexer 66b outputs the pixel signal input from the conversion unit 65 to the output I/F unit 71b. Further, the multiplexer 66c outputs the pixel signal input from the conversion unit 65 to the output I/F unit 71c. The output I/F units 71 a , 71 b , and 71 c each output the signal input from the conversion unit 65 to the control unit 4 .

上述した実施の形態では、加算読み出し制御を行う場合は、3つの出力I/F部71a~71cのうち、1つの出力I/F部71bによって画素の信号が制御部4に出力された。本変形例では、加算読み出し制御を行う場合、出力I/F部71a~71cによって画素の信号が制御部4に出力される。個別読み出し制御を行う場合と、加算読み出し制御を行う場合とで、共に3つの出力I/F部71a~71cから信号を制御部4に出力することができる。個別読み出し制御の場合に用いられる出力I/F部71の数と、加算読み出し制御の場合に用いられる出力I/F部71の数を揃えることができる。このため、加算読み出し制御を行う場合と個別読み出し制御を行う場合とで同様に、撮像素子3及び制御部4間における画素の信号の通信を行うことが可能となる。 In the above-described embodiment, when addition readout control is performed, the pixel signal is output to the control unit 4 by one output I/F unit 71b out of the three output I/F units 71a to 71c. In this modified example, when performing addition readout control, pixel signals are output to the control unit 4 by the output I/F units 71a to 71c. Signals can be output to the control unit 4 from the three output I/F units 71a to 71c both when individual readout control is performed and when addition readout control is performed. The number of output I/F units 71 used for individual readout control can be the same as the number of output I/F units 71 used for addition readout control. Therefore, pixel signals can be communicated between the image sensor 3 and the control unit 4 in the same manner as in the case of performing the addition readout control and the case of performing the individual readout control.

(変形例3)
上述した実施の形態では、撮像素子3が1つの水平転送部50あたり3つのデータレーン55を有する例について説明した。しかし、撮像素子は、1つの水平転送部あたり3つ以上のデータレーンを有する構成であってもよい。
(Modification 3)
In the above-described embodiment, an example in which the imaging device 3 has three data lanes 55 for one horizontal transfer section 50 has been described. However, the imaging device may be configured to have three or more data lanes per horizontal transfer unit.

図9は、変形例3に係る撮像素子の一部の構成例を示す図である。本変形例では、水平転送部50(図9においては水平転送部50a)は、データレーン55a、データレーン55b、データレーン55c、及びデータレーン55dの4つのデータレーン55を有する。また、水平転送部50は、センスアンプ62dを更に有する。処理部60(図9においては処理部60a)は、信号処理部64dと、マルチプレクサ66dとを更に有する。また、信号出力部70(図9においては信号出力部70a)は、出力I/F部71dを更に有する。 FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of part of an imaging device according to Modification 3. As shown in FIG. In this modification, the horizontal transfer section 50 (horizontal transfer section 50a in FIG. 9) has four data lanes 55: data lane 55a, data lane 55b, data lane 55c, and data lane 55d. The horizontal transfer section 50 further has a sense amplifier 62d. The processing unit 60 (processing unit 60a in FIG. 9) further includes a signal processing unit 64d and a multiplexer 66d. The signal output section 70 (the signal output section 70a in FIG. 9) further has an output I/F section 71d.

本変形例では、加算読み出し制御において使用されるAD変換部43(図9ではAD変換部43a2、43a5、43a8)が、2つのデータレーン55(図9ではデータレーン55a、55b)のいずれかに接続される。AD変換部43a2がデータレーン55bに接続され、AD変換部43a5がデータレーン55aに接続され、AD変換部43a8がデータレーン55bに接続される。 In this modification, the AD converters 43 (AD converters 43a2, 43a5, and 43a8 in FIG. 9) used in addition readout control are connected to either of the two data lanes 55 (data lanes 55a and 55b in FIG. 9). Connected. The AD converter 43a2 is connected to the data lane 55b, the AD converter 43a5 is connected to the data lane 55a, and the AD converter 43a8 is connected to the data lane 55b.

個別読み出し制御の場合、各行の画素の信号は、各々の画素の選択部16、各々の画素に接続された垂直信号線25a1~垂直信号線25a9、及びスイッチSW1a~スイッチSW1iを介して、それぞれAD変換部43a1~AD変換部43a9に出力される。AD変換部43a1~AD変換部43a9は、それぞれ、入力された画素の信号をデジタル信号に変換する。読み出し制御部100は、水平転送部50aのスイッチSW3a~スイッチSW3iを制御し、AD変換部43a1~43a9で変換されたデジタル信号をデータレーン55a~55dによって処理部60aに順次出力させる。データレーン55a~55dに出力された信号は、それぞれ、センスアンプ62a~62dを介して信号処理部64a~64dに入力され、信号処理部64a~64dにより信号処理が施された後に、出力I/F部71a~71dによって制御部4に出力される。 In the case of individual readout control, the signals of the pixels in each row are output through the selector 16 of each pixel, the vertical signal lines 25a1 to 25a9 connected to each pixel, and the switches SW1a to SW1i, respectively. It is output to the conversion section 43a1 to AD conversion section 43a9. The AD converters 43a1 to 43a9 respectively convert the input pixel signals into digital signals. The read control unit 100 controls the switches SW3a to SW3i of the horizontal transfer unit 50a to sequentially output the digital signals converted by the AD conversion units 43a1 to 43a9 to the processing unit 60a through the data lanes 55a to 55d. The signals output to the data lanes 55a-55d are input to the signal processing units 64a-64d via the sense amplifiers 62a-62d, respectively. It is output to the control unit 4 by the F units 71a to 71d.

加算読み出し制御の場合、読み出し制御部100は、2つのデータレーン55a、55bを用いて、画素の信号を処理部60に順次出力させる。読み出し制御部100は、或る1つのAD変換部43a(例えばAD変換部43a2)で変換されたデジタル信号をデータレーン55bに出力する動作と、他の1つのAD変換部43(例えばAD変換部43a5)で変換されたデジタル信号をデータレーン55aに出力する動作とを同時に行う。データレーン55aに出力された信号は、センスアンプ62aを介して信号処理部64aに入力され、信号処理部64aにより信号処理が施された後に、出力I/F部71aによって制御部4に出力される。データレーン55bに出力された信号は、センスアンプ62bを介して信号処理部64bに入力され、信号処理部64bにより信号処理が施された後に、出力I/F部71bによって制御部4に出力される。本変形例の場合の加算読み出し制御においては、データレーン55c、55dは、AD変換部43から画素の信号が入力されず、データ転送に使用されない状態となる。このため、データレーン55c、55dに接続されるAD変換部43と、センスアンプ62c、62dと、信号処理部64c、64dとを停止させて、撮像素子3の消費電力を低減することができる。 In addition readout control, the readout control unit 100 sequentially outputs pixel signals to the processing unit 60 using the two data lanes 55a and 55b. The read control unit 100 outputs a digital signal converted by one AD conversion unit 43a (for example, an AD conversion unit 43a2) to the data lane 55b, and another AD conversion unit 43 (for example, an AD conversion unit 43a5) to output the converted digital signal to the data lane 55a at the same time. The signal output to the data lane 55a is input to the signal processing section 64a via the sense amplifier 62a, subjected to signal processing by the signal processing section 64a, and then output to the control section 4 by the output I/F section 71a. be. The signal output to the data lane 55b is input to the signal processing section 64b via the sense amplifier 62b, subjected to signal processing by the signal processing section 64b, and then output to the control section 4 by the output I/F section 71b. be. In addition readout control in the case of this modification, the data lanes 55c and 55d do not receive pixel signals from the AD converter 43 and are not used for data transfer. Therefore, the power consumption of the imaging device 3 can be reduced by stopping the AD conversion section 43, the sense amplifiers 62c and 62d, and the signal processing sections 64c and 64d connected to the data lanes 55c and 55d.

(変形例4)
垂直信号線25に接続されるスイッチSW1とAD変換部43との間にアンプ部を設けるようにしてもよい。アンプ部は、垂直信号線25毎に設けられ、垂直信号線25を介して入力される画素の信号を所定のゲイン(増幅率)で増幅し、増幅した画素の信号をAD変換部43に出力する。アンプ部には、アンプ部を動作させるための電流が第1の供給部110から供給される。AD変換部43は、増幅された画素の信号をデジタル信号に変換して、水平転送部50に出力する。
(Modification 4)
An amplifier section may be provided between the switch SW1 connected to the vertical signal line 25 and the AD conversion section 43 . The amplifier unit is provided for each vertical signal line 25 , amplifies the pixel signal input via the vertical signal line 25 with a predetermined gain (amplification factor), and outputs the amplified pixel signal to the AD conversion unit 43 . do. A current for operating the amplifier section is supplied from the first supply section 110 to the amplifier section. The AD converter 43 converts the amplified pixel signal into a digital signal and outputs the digital signal to the horizontal transfer unit 50 .

撮像素子3の一部のAD変換部43(図4ではAD変換部43a2、43a5、43a8)と、これら一部のAD変換部43に接続されるアンプ部と、一部のデータレーン55(図4ではデータレーン55b)と、一部のセンスアンプ62(図4ではセンスアンプ62b)とは、垂直信号線25に出力された画素の信号を処理部60に出力する第1出力部を構成する。また、撮像素子3の他のAD変換部43(図4ではAD変換部43a1、43a3、43a4、43a6、43a7、43a9)と、これら他のAD変換部43に接続されるアンプ部と、他のデータレーン55(図4ではデータレーン55a、55c)と、他のセンスアンプ62(図4ではセンスアンプ62a、62c)とは、垂直信号線25に出力された画素の信号を処理部60に出力する第2出力部を構成する。 Some AD converters 43 (AD converters 43a2, 43a5, and 43a8 in FIG. 4) of the image sensor 3, amplifiers connected to some of these AD converters 43, and some data lanes 55 (FIG. 4A). 4) and some of the sense amplifiers 62 (sense amplifiers 62b in FIG. 4) constitute a first output section for outputting pixel signals output to the vertical signal line 25 to the processing section 60. . Further, the other AD converters 43 of the imaging device 3 (AD converters 43a1, 43a3, 43a4, 43a6, 43a7, and 43a9 in FIG. 4), the amplifiers connected to these other AD converters 43, and other The data lane 55 (data lanes 55a and 55c in FIG. 4) and other sense amplifiers 62 (sense amplifiers 62a and 62c in FIG. 4) output pixel signals output to the vertical signal line 25 to the processing unit 60. configure a second output unit for

加算読み出し制御が行われる場合には、第2出力部には、画素の信号が入力されない。このため、読み出し制御部100は、加算読み出し制御を行う場合、第1の供給部110に第2出力部への電流の供給を停止させ、第2の供給部120に第2出力部へのパルス信号の供給を停止させる。これにより、加算読み出し制御を行う場合、第2出力部が停止状態となり、撮像素子3の消費電力を低減することができる。 When addition readout control is performed, no pixel signal is input to the second output section. Therefore, when performing addition readout control, the readout control unit 100 causes the first supply unit 110 to stop supplying current to the second output unit, and causes the second supply unit 120 to supply a pulse to the second output unit. Stop the signal supply. As a result, when performing addition readout control, the second output section is in a stopped state, and the power consumption of the image sensor 3 can be reduced.

(変形例5)
読み出し制御部100は、加算読み出し制御を行う場合も、個別読み出し制御を行う場合と同様に、水平加算部42のスイッチSW1a~スイッチSW1iをオン状態としてもよい。第2出力部のAD変換部43にも、加算された画素の信号が入力されることになる。この場合、読み出し制御部100は、画素の信号を第2出力部から処理部60に出力しないように、第2出力部を制御してもよい。
(Modification 5)
The readout control unit 100 may turn on the switches SW1a to SW1i of the horizontal addition unit 42 when performing addition readout control, as in the case of performing individual readout control. The added pixel signals are also input to the AD conversion unit 43 of the second output unit. In this case, the readout control section 100 may control the second output section so as not to output the pixel signal from the second output section to the processing section 60 .

読み出し制御部100は、第1の供給部110に第2出力部への電流の供給を停止させることで、画素の信号を第2出力部から処理部60に出力しないようにしてもよい。読み出し制御部100は、第2の供給部120に第2出力部のセンスアンプ62(図4ではセンスアンプ62a、62c)へのパルス信号の供給を停止させることで、画素の信号を第2出力部から処理部60に出力しないようにしてもよい。このとき、読み出し制御部100は、所定時間の間、第2の供給部120によって一定の電位(例えば0Vや接地電位)の信号を第2出力部のセンスアンプ62に供給することによって、第2出力部のセンスアンプ62を停止状態にさせてもよい。 The read control unit 100 may prevent the pixel signal from being output from the second output unit to the processing unit 60 by causing the first supply unit 110 to stop supplying the current to the second output unit. The readout control unit 100 causes the second supply unit 120 to stop supplying the pulse signal to the sense amplifiers 62 (sense amplifiers 62a and 62c in FIG. 4) of the second output unit, thereby outputting the pixel signal to the second output. It is also possible not to output from the unit to the processing unit 60 . At this time, the read control unit 100 causes the second supply unit 120 to supply a signal of a constant potential (for example, 0 V or ground potential) to the sense amplifier 62 of the second output unit for a predetermined period of time. The sense amplifier 62 in the output section may be stopped.

また、読み出し制御部100は、加算読み出し制御を行う場合に、第2出力部に接続される信号処理部64(図4では信号処理部64a、64c)が画素の信号を処理しないように、第2出力部に接続される信号処理部64を制御してもよい。この場合、読み出し制御部100は、図7に示す例のように、第2出力部に接続される信号処理部64へのクロック信号の供給を停止させることで、第2出力部に接続される信号処理部64が画素の信号の処理を行わないようにしてもよい。 Further, when performing addition readout control, the readout control unit 100 prevents the signal processing units 64 (the signal processing units 64a and 64c in FIG. 4) connected to the second output unit from processing the pixel signals. A signal processing unit 64 connected to the two output units may be controlled. In this case, the read control unit 100 stops the supply of the clock signal to the signal processing unit 64 connected to the second output unit as in the example shown in FIG. The signal processing unit 64 may not process the pixel signals.

(変形例6)
上述の実施の形態及び変形例で説明した撮像素子及び撮像装置は、カメラ、スマートフォン、タブレット、PCに内蔵のカメラ、車載カメラ、無人航空機(ドローン、ラジコン機等)に搭載されるカメラ等に適用されてもよい。
(Modification 6)
The imaging elements and imaging devices described in the above embodiments and modifications are applicable to cameras, smartphones, tablets, cameras built into PCs, vehicle-mounted cameras, cameras mounted on unmanned aerial vehicles (drones, radio-controlled machines, etc.), etc. may be

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other aspects conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention.

次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特願2019-69146号(2019年3月29日出願)
The disclosures of the following priority applications are hereby incorporated by reference:
Japanese Patent Application No. 2019-69146 (filed on March 29, 2019)

1…撮像装置、3…撮像素子、4…制御部、10…画素、11…光電変換部、25…垂直信号線、40…カラム回路部、43…AD変換部、50…水平転送部、60…処理部、65…変換部、70…信号出力部、71…出力I/F部、100…読み出し制御部、110…第1の供給部、120…第2の供給部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Imaging device 3... Imaging element 4... Control part 10... Pixel 11... Photoelectric conversion part 25... Vertical signal line 40... Column circuit part 43... AD conversion part 50... Horizontal transfer part 60 Processing unit 65 Conversion unit 70 Signal output unit 71 Output I/F unit 100 Read control unit 110 First supply unit 120 Second supply unit

Claims (18)

光電変換により電荷を生成し、行方向に設けられる第1光電変換部と第2光電変換部と、
前記第1光電変換部で生成された電荷に基づく第1信号を出力し、列方向に配線される第1信号線と、
前記第2光電変換部で生成された電荷に基づく第2信号を出力し、列方向に配線される第2信号線と、
アナログ信号である前記第1信号および前記第2信号の少なくとも一方の信号をデジタル信号に変換する第1AD変換部と、
アナログ信号である前記第2信号をデジタル信号に変換する第2AD変換部と、
前記第1AD変換部によりデジタル信号に変換された前記第1信号および前記第2信号の少なくとも一方を信号処理する処理部に出力する第1出力部と、
前記第2AD変換部によりデジタル信号に変換された前記第2信号を前記処理部に出力する第2出力部と、
前記第1信号と前記第2信号とを前記第1出力部により前記処理部に出力させる第1制御と、前記第1信号を前記第1出力部により前記処理部に出力し、前記第2信号を前記第2出力部により前記処理部に出力させる第2制御とを行う制御部と、
を備える撮像素子。
a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit that generate charges by photoelectric conversion and are provided in the row direction ;
a first signal line that outputs a first signal based on the charge generated by the first photoelectric conversion unit and is arranged in a column direction ;
a second signal line that outputs a second signal based on the charge generated by the second photoelectric conversion unit and is wired in the column direction ;
a first AD converter that converts at least one of the first signal and the second signal, which are analog signals, into a digital signal;
a second AD converter that converts the second signal, which is an analog signal, into a digital signal;
a first output unit that outputs at least one of the first signal and the second signal converted into digital signals by the first AD conversion unit to a processing unit that performs signal processing;
a second output unit that outputs the second signal converted into a digital signal by the second AD conversion unit to the processing unit;
a first control for outputting the first signal and the second signal to the processing unit by the first output unit; outputting the first signal to the processing unit by the first output unit and outputting the second signal A control unit that performs a second control for outputting to the processing unit by the second output unit;
An image sensor.
請求項1に記載の撮像素子において、
前記制御部は、前記第1制御において、前記第1出力部に制御信号を送信し、前記第2出力部に制御信号を送信しない撮像素子。
In the imaging device according to claim 1,
In the first control, the control section transmits a control signal to the first output section and does not transmit a control signal to the second output section.
請求項1または請求項2に記載の撮像素子において、
前記制御部は、前記第1制御において、前記第2信号を前記処理部に出力しないよう前記第2出力部を制御する撮像素子。
In the imaging device according to claim 1 or claim 2,
The control unit, in the first control, controls the second output unit so as not to output the second signal to the processing unit.
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記処理部は、前記第1出力部および前記第2出力部の少なくとも一方と接続される第1処理部と、前記第2出力部と接続される第2処理部とを有し、
前記処理部は、前記第1制御において、前記第1処理部で前記第1信号と前記第2信号を処理する撮像素子。
In the imaging device according to any one of claims 1 to 3,
The processing unit has a first processing unit connected to at least one of the first output unit and the second output unit, and a second processing unit connected to the second output unit,
The processing unit is an imaging device that processes the first signal and the second signal in the first control in the first control.
請求項4に記載の撮像素子において、
前記制御部は、前記第1制御において、前記第1処理部に制御信号を送信し、前記第2処理部に制御信号を送信しない撮像素子。
In the imaging device according to claim 4,
In the first control, the control section transmits a control signal to the first processing section and does not transmit a control signal to the second processing section.
請求項4または請求項5に記載の撮像素子において、
前記制御部は、前記第1制御において、前記第1信号および前記第2信号の少なくとも一方を処理しないよう前記第2処理部を制御する撮像素子。
In the imaging device according to claim 4 or claim 5,
The control section controls the second processing section so as not to process at least one of the first signal and the second signal in the first control.
請求項4から請求項6までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記処理部は、前記第2制御において、前記第1処理部で前記第1信号を処理し、前記第2処理部で前記第2信号を処理する撮像素子。
In the imaging device according to any one of claims 4 to 6,
In the second control, the processing section processes the first signal with the first processing section and processes the second signal with the second processing section.
請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記処理部で処理された信号を複数の出力回路に分けて出力できるよう変換する変換部を備える撮像素子。
In the imaging device according to any one of claims 1 to 7,
An imaging device comprising a conversion section that converts a signal processed by the processing section so that the signal can be divided and output to a plurality of output circuits.
請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記制御部は、前記第1制御において、前記第1信号と前記第2信号とを加算した信号を前記第1出力部により前記処理部に出力させる撮像素子。
In the imaging device according to any one of claims 1 to 8,
In the first control, the control section causes the first output section to output a signal obtained by adding the first signal and the second signal to the processing section.
請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1信号線と前記第2信号線とを接続可能な接続部を備え、
前記接続部は、前記第1制御において、前記第1信号線と前記第2信号線とを電気的に接続する撮像素子。
In the imaging device according to any one of claims 1 to 9,
a connecting portion capable of connecting the first signal line and the second signal line;
In the first control, the connection section electrically connects the first signal line and the second signal line.
請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1出力部と前記第2出力部とを接続可能な接続部を備え、
前記接続部は、前記第1制御において、前記第1出力部と前記第2出力部とを電気的に接続する撮像素子。
In the imaging device according to any one of claims 1 to 9,
A connection section capable of connecting the first output section and the second output section,
The connection section is an imaging device that electrically connects the first output section and the second output section in the first control.
請求項1から請求項11までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1出力部は、前記第1信号および前記第2信号の少なくとも一方の信号を前記処理部に出力する第1出力線を有し、
前記第2出力部は、前記第2信号を前記処理部に出力する第2出力線を有する撮像素子。
In the imaging device according to any one of claims 1 to 11,
The first output unit has a first output line for outputting at least one of the first signal and the second signal to the processing unit,
A said 2nd output part is an imaging device which has a 2nd output line which outputs a said 2nd signal to the said process part.
請求項12に記載の撮像素子において、
前記第1出力部は、前記第1出力線で出力される信号を増幅する増幅部を有し、
前記第2出力部は、前記第2出力線で出力される信号を増幅する増幅部を有する撮像素子。
In the imaging device according to claim 12,
The first output unit has an amplifier that amplifies the signal output from the first output line,
The image pickup device, wherein the second output section has an amplification section that amplifies the signal output from the second output line.
請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1AD変換部は、前記第1制御において、前記第1信号と前記第2信号とを加算したアナログ信号を第1デジタル信号に変換し、前記第2制御において、アナログ信号である前記第1信号を第2デジタル信号に変換し、
前記第1出力部は、前記第1制御において、前記第1デジタル信号を前記処理部に出力し、前記第2制御において、前記第2デジタル信号を前記処理部に出力する撮像素子。
In the imaging device according to any one of claims 1 to 13 ,
The first AD converter converts an analog signal obtained by adding the first signal and the second signal into a first digital signal in the first control, and converts the first digital signal, which is an analog signal, in the second control. converting the signal into a second digital signal;
The first output section outputs the first digital signal to the processing section in the first control, and outputs the second digital signal to the processing section in the second control.
請求項1から請求項14までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1光電変換部と前記第2光電変換部とは方向に設けられ、
前記第1信号線と前記第2信号線とは、方向に設けられ、
前記第1出力部と前記第2出力部は、前記方向に設けられる撮像素子。
In the imaging device according to any one of claims 1 to 14 ,
the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit are provided in a row direction,
The first signal line and the second signal line are provided in a column direction ,
The first output section and the second output section are provided in the row direction of the imaging device.
請求項15に記載の撮像素子において、
前記第1出力部と前記第2出力部は、前記行方向に配線される信号線である撮像素子。
In the imaging device according to claim 15,
The imaging device, wherein the first output section and the second output section are signal lines wired in the row direction.
請求項15に記載の撮像素子において、
前記第1出力部と前記第2出力部は、前記行方向に設けれる接続部である撮像素子。
In the imaging device according to claim 15,
The imaging device, wherein the first output section and the second output section are connection sections provided in the row direction.
請求項1から請求項17までのいずれか一項に記載の撮像素子と、
前記処理部で処理された信号に基づいて画像データを生成する生成部と、
を備える撮像装置。
an imaging device according to any one of claims 1 to 17 ;
a generation unit that generates image data based on the signal processed by the processing unit;
An imaging device comprising:
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