JP7509174B2 - Image pickup element and image pickup device - Google Patents

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本発明は、固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging device using the same.

撮像装置において任意の領域を選択する領域選択技術が知られている。領域選択技術では、撮像領域のうちの複数の領域を読み出すことはできなかった。 A region selection technique is known that allows an arbitrary region to be selected in an imaging device. However, with region selection techniques, it is not possible to read out multiple regions of the imaging region.

特開平9-46600号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-46600

第1の態様による固体撮像素子は、複数の光電変換部と、前記光電変換部で光電変換された電荷による信号が出力される信号線と、前記光電変換部と前記信号線の間に設けられ、選択された前記光電変換部の前記信号を出力する第1選択部と、前記第1選択部と前記信号線の間に設けられ、前記第1選択部から出力された前記光電変換部の前記信号を前記信号線に出力する第2選択部と、を有するものである。 The solid-state imaging element according to the first aspect has a plurality of photoelectric conversion units, a signal line through which a signal based on charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion units is output, a first selection unit provided between the photoelectric conversion units and the signal line and outputting the signal of the selected photoelectric conversion unit, and a second selection unit provided between the first selection unit and the signal line and outputting the signal of the photoelectric conversion unit output from the first selection unit to the signal line.

第2の態様による固体撮像素子は、前記第1の態様において、前記複数の光電変換部が配置されている撮像領域のうちの部分領域の前記第1選択部又は前記第2選択部を選択する領域設定部を備えるものである。 The solid-state imaging device according to the second aspect is the first aspect, and is provided with a region setting section that selects the first selection section or the second selection section of a partial region of the imaging region in which the multiple photoelectric conversion sections are arranged.

第3の態様による固体撮像素子は、前記第2の態様において、前記撮像領域は予め定められた複数の領域に分けられ、前記領域設定部は、前記予め定められた複数の領域の各々毎に、当該領域の前記第1選択部又は前記第2選択部を一括して選択又は非選択するための選択制御信号を供給し、前記部分領域は、前記予め定められた複数の領域の1つ以上からなるものである。 In the solid-state imaging device according to the third aspect, in the second aspect, the imaging area is divided into a plurality of predetermined areas, the area setting unit supplies a selection control signal for each of the plurality of predetermined areas to collectively select or deselect the first selection unit or the second selection unit of the corresponding area, and the partial area is made up of one or more of the plurality of predetermined areas.

第4の態様による固体撮像素子は、前記第2の態様において、前記領域設定部は、前記第1選択部又は前記第2選択部を選択又は非選択するための選択制御信号を保持する保持部と、書き込み制御信号に応じて前記選択制御信号を前記保持部に書き込む書込み部と、前記書込み部に前記書き込み制御信号を供給する書き込み制御部とを有するものである。 In the solid-state imaging device according to the fourth aspect, in the second aspect, the region setting unit has a holding unit that holds a selection control signal for selecting or deselecting the first selection unit or the second selection unit, a writing unit that writes the selection control signal into the holding unit in response to a write control signal, and a write control unit that supplies the write control signal to the writing unit.

第5の態様による固体撮像素子は、前記第2乃至第4のいずれかの態様において、前記部分領域が複数あり、前記複数の部分領域の各行の前記第2選択部又は前記第1選択部を選択しつつ、前記第2選択部又は前記第1選択部が選択された行に対して読み出し制御を行う制御部を備えるものである。 The solid-state imaging device according to the fifth aspect is any one of the second to fourth aspects, and includes a control unit that has a plurality of partial regions, selects the second selection unit or the first selection unit for each row of the plurality of partial regions, and performs read control for the row selected by the second selection unit or the first selection unit.

第6の態様による固体撮像素子は、複数の光電変換部と、前記光電変換部で光電変換された電荷による信号が出力される信号線と、前記光電変換部と前記信号線の間に設けられ、選択された前記光電変換部の前記信号を出力する選択部と、前記光電変換部と前記信号線の間に前記選択部と直列に設けられ、前記光電変換部の前記信号を出力する増幅部と、前記増幅部の電源電圧として、前記増幅部の動作に有効である有効電圧レベル又は前記動作に有効ではない非有効電圧レベルを選択的に供給する給電制御手段と、を有するものである。 The solid-state imaging device according to the sixth aspect has a plurality of photoelectric conversion units, a signal line through which a signal based on charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion units is output, a selection unit provided between the photoelectric conversion units and the signal line and outputting the signal of the selected photoelectric conversion unit, an amplifier provided in series with the selection unit between the photoelectric conversion units and the signal line and outputting the signal of the photoelectric conversion unit, and a power supply control means for selectively supplying, as a power supply voltage for the amplifier unit, an effective voltage level that is effective for the operation of the amplifier unit or an ineffective voltage level that is not effective for the operation.

第7の態様による固体撮像素子は、複数の光電変換部と、前記光電変換部で光電変換された電荷による信号が出力される信号線と、前記複数の光電変換部のうちの2つ以上の光電変換部に共通して設けられ、選択された前記2つ以上の光電変換部の前記信号を出力する第1選択部と、前記第1選択部と前記信号線の間に設けられ、前記第1選択部から出力された前記光電変換部の前記信号を前記信号線に出力する第2選択部と、を有するものである。 The solid-state imaging element according to the seventh aspect has a plurality of photoelectric conversion units, a signal line through which a signal based on charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion units is output, a first selection unit provided in common to two or more of the plurality of photoelectric conversion units and outputting the signal of the two or more selected photoelectric conversion units, and a second selection unit provided between the first selection unit and the signal line and outputting the signal of the photoelectric conversion units output from the first selection unit to the signal line.

第8の態様による固体撮像素子は、前記第7の態様において、前記複数の光電変換部が配置されている撮像領域のうちの部分領域の前記第1選択部又は前記第2選択部を選択する領域設定部を備えるものである。 The solid-state imaging device according to the eighth aspect is the seventh aspect, and further includes a region setting section that selects the first selection section or the second selection section of a partial region of the imaging region in which the multiple photoelectric conversion sections are arranged.

第9の態様による固体撮像素子は、前記第8の態様において、前記撮像領域は予め定められた複数の領域に分けられ、前記領域設定部は、前記予め定められた複数の領域の各々毎に、当該領域の前記第1選択部又は前記第2選択部を一括して選択又は非選択するための選択制御信号を供給し、前記部分領域は、前記予め定められた複数の領域の1つ以上からなるものである。 In the solid-state imaging device according to the ninth aspect, in the eighth aspect, the imaging region is divided into a plurality of predetermined regions, the region setting unit supplies a selection control signal for each of the plurality of predetermined regions to collectively select or deselect the first selection unit or the second selection unit of the region, and the partial region is made up of one or more of the plurality of predetermined regions.

第10の態様による固体撮像素子は、前記第8の態様において、前記領域設定部は、前記第1選択部又は前記第2選択部を選択又は非選択するための選択制御信号を保持する保持部と、書き込み制御信号に応じて前記選択制御信号を前記保持部に書き込む書込み部と、前記書込み部に前記書き込み制御信号を供給する書き込み制御部とを有するものである。 The solid-state imaging device according to the tenth aspect is the eighth aspect, in which the region setting unit has a holding unit that holds a selection control signal for selecting or deselecting the first selection unit or the second selection unit, a writing unit that writes the selection control signal into the holding unit in response to a write control signal, and a write control unit that supplies the write control signal to the writing unit.

第11の態様による固体撮像素子は、前記第8乃至第10のいずれかの態様において、前記部分領域が複数あり、前記複数の部分領域の各行の前記第2選択部又は前記第1選択部を選択しつつ、前記第2選択部又は前記第1選択部が選択された行に対して読み出し制御を行う制御部を備えるものである。 The solid-state imaging device according to the eleventh aspect is any one of the eighth to tenth aspects, and includes a control unit that has a plurality of partial regions, selects the second selection unit or the first selection unit for each row of the plurality of partial regions, and performs read control for the row selected by the second selection unit or the first selection unit.

第12の態様による固体撮像素子は、複数の光電変換部と、前記光電変換部で光電変換された電荷による信号が出力される信号線と、前記複数の光電変換部のうちの2つ以上の光電変換部に共通して設けられ、選択された前記2つ以上の光電変換部の前記信号を出力する選択部と、前記2つ以上の光電変換部と前記信号線の間に前記選択部と直列に設けられ、前記2つ以上の光電変換部の前記信号を出力する増幅部と、前記増幅部の電源電圧として、前記増幅部の動作に有効である有効電圧レベル又は前記動作に有効ではない非有効電圧レベルを選択的に供給する給電制御手段と、を有するものである。 The solid-state imaging element according to the twelfth aspect has a plurality of photoelectric conversion units, a signal line through which a signal based on charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion units is output, a selection unit provided in common to two or more of the plurality of photoelectric conversion units and outputting the signal of the selected two or more photoelectric conversion units, an amplifier provided in series with the selection unit between the two or more photoelectric conversion units and the signal line and outputting the signal of the two or more photoelectric conversion units, and a power supply control means for selectively supplying an effective voltage level that is effective for the operation of the amplifier unit or an ineffective voltage level that is not effective for the operation as a power supply voltage for the amplifier unit.

第13の態様による撮像装置は、前記第2乃至第5及び第8乃至第11のいずれかの態様による固体撮像素子と、使用者が前記部分領域を指令するためのユーザインターフェースと、を備え、前記ユーザインターフェースによる指示に応じて前記部分領域が設定されるものである。 The imaging device according to the thirteenth aspect comprises a solid-state imaging element according to any one of the second to fifth and eighth to eleventh aspects, and a user interface for a user to specify the partial area, and the partial area is set according to an instruction from the user interface.

第14の態様による撮像装置は、前記第2乃至第5及び第8乃至第11のいずれかの態様による固体撮像素子と、前記固体撮像素子からの画像信号に基づいて、前記撮像領域における複数の撮像対象の位置を検出する検出部と、を備え、前記検出部により検出された前記位置に応じて前記部分領域が設定されるものである。
前記課題を解決するための手段として、以下の各態様も提示する。第1の面による撮像素子は、第1方向及び第2方向に設けられ、光を電荷に光電変換する複数の光電変換部と、前記光電変換部で光電変換された電荷による信号が出力される信号線と、前記第1方向及び前記第2方向に設けられ、前記信号を前記信号線に出力するための複数の第1出力部と、前記第1方向及び前記第2方向に設けられ、前記第1出力部を介して前記信号を前記信号線に出力するための複数の第2出力部と、第1領域において前記第1方向及び前記第2方向に設けられた複数の前記第1出力部に共通して設けられ、前記第1出力部を制御するための第1制御線と、前記第1領域と異なる第2領域において前記第1方向及び前記第2方向に設けられた複数の前記第1出力部に共通して設けられ、前記第1出力部を制御するための第2制御線と、前記第1領域及び前記第2領域において前記第1方向に設けられた複数の前記第2出力部に共通して設けられ、前記第2出力部を制御するための第3制御線と、を有するものである。
第2の面による撮像素子は、前記第1の面による撮像素子において、前記第1領域に設けられた前記第1出力部及び前記第2領域に設けられた前記第1出力部の少なくとも1方から前記信号を出力させるための設定を行う設定部を有するものである。
第3の面による撮像素子は、前記第1又は第2の面による撮像素子において、前記第1方向及び前記第2方向に設けられた複数の前記第2出力部に共通して設けられ、前記第2出力部の電源電圧を供給するための給電線を有するものである。
第4の面による撮像素子は、前記第1乃至第3のいずれかの面による撮像素子において、前記第1出力部に信号を出力させるための制御信号を保持する保持部を有するものである。
第5の面による撮像素子は、前記第4の面による撮像素子において、前記保持部は、前記第1出力部毎に設けられるものである。
第6の面による撮像素子は、第1方向及び第2方向に設けられ、光を電荷に光電変換する複数の光電変換部と、前記光電変換部で光電変換された電荷による信号が出力される信号線と、前記第1方向及び前記第2方向に設けられ、前記信号を前記信号線に出力するための複数の第1出力部と、前記第1方向及び前記第2方向に設けられ、前記第1出力部を介して前記信号を前記信号線に出力するための複数の第2出力部と、第1領域及び前記第1領域と異なる第2領域において前記第1方向に設けられた複数の前記第2出力部に共通して設けられ、前記第2出力部の電圧を供給するための給電線と、前記第1領域において前記第1方向及び前記第2方向に設けられた複数の前記第2出力部に共通して設けられ、前記第2出力部を制御するための第1制御線と、前記第2領域において前記第1方向及び前記第2方向に設けられた複数の前記第2出力部に共通して設けられ、前記第2出力部を制御するための第2制御線と、を有するものである。
第7の面による撮像素子は、前記第6の面による撮像素子において、前記第1領域に設けられた前記第2出力部及び前記第2領域に設けられた前記第2出力部の少なくとも1方から前記信号を出力させるための設定を行う設定部を有するものである。
第8の面による撮像素子は、第1方向及び第2方向に設けられ、光を電荷に光電変換する複数の光電変換部と、前記光電変換部で光電変換された電荷による信号が出力される信号線と、前記第1方向及び前記第2方向に設けられ、前記光電変換部で光電変換された電荷による信号を前記信号線に出力するための複数の第1出力部と、第1領域において前記第1方向及び前記第2方向に設けられた複数の前記第1出力部に共通して設けられ、前記第1出力部の電圧を供給するための第1給電線と、前記第1領域と異なる第2領域において前記第1方向及び前記第2方向に設けられた複数の前記第1出力部に共通して設けられ、前記第1出力部の電圧を供給するための第2給電線と、前記第1領域及び前記第2領域において前記第1方向に設けられた複数の前記第1出力部に共通して設けられ、前記第1出力部を制御するための制御線と、を有するものである。
第9の面による撮像素子は、前記第8の面による撮像素子において、前記第1給電線及び前記第2給電線に電圧を供給するための設定を行う設定部を有するものである。
第10の面による撮像素子は、 第1方向及び第2方向に設けられ、光を電荷に光電変換する複数の光電変換部と、前記光電変換部で光電変換された電荷による信号が出力される信号線と、前記第1方向及び前記第2方向に設けられ、前記光電変換部で光電変換された電荷による信号を出力する第1出力部と、第1領域において前記第1方向に設けられた複数の前記第1出力部に共通して設けられ、前記第1出力部の電圧を供給するための給電線と、前記第1領域と異なる第2領域において前記第1方向及び前記第2方向に設けられた複数の前記第1出力部に共通して設けられ、前記第1出力部の電圧を供給するための第2給電線と、前記第1領域において前記第1方向及び前記第2方向に設けられた複数の前記第1出力部に共通して設けられ、前記第1出力部を制御するための第1制御線と、前記第2領域において前記第1方向及び前記第2方向に設けられた複数の前記第1出力部に共通して設けられ、前記第1出力部を制御するための第2制御線と、を有するものである。
第11の面による撮像素子は、前記第10の面による撮像素子において、前記第1領域に設けられた前記第1出力部及び前記第2領域に設けられた前記第1出力部の少なくとも1方から前記信号を出力させるための設定を行う設定部を有するものである。
第12の面による撮像素子は、前記第10又は第11の面による撮像素子において、前記給電線は、前記第1領域及び第2領域において前記第1方向に設けられた複数の前記第1出力部に共通して設けられるものである。
第13の面による撮像素子は、前記第1乃至第12のいずれかの面による撮像素子において、前記第1出力部に信号を出力させるための制御信号を保持する保持部を有するものである。
第14の面による撮像素子は、前記第13の面による撮像素子において、前記保持部は、前記第1出力部毎に設けられるものである。
第15の面による撮像素子は、前記第1乃至第14のいずれかの面による撮像素子において、前記第1出力部は、2つ以上の光電変換部に共通して設けられるものである。
第16の面による撮像装置は、前記第1乃至第15のいずれかの面による撮像素子と、前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも1方から前記信号を出力させるために、前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも1つを指定可能な指定部と、を備えるものである。
第17の面による撮像装置は、前記第1乃至第15のいずれかの面による撮像素子と、前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも1方から前記信号を出力させるために、前記撮像素子からの前記信号に基づいて被写体を検出する検出部と、を備えるものである。
An imaging device according to a 14th aspect comprises a solid-state imaging element according to any one of the second to fifth and eighth to eleventh aspects, and a detection unit that detects the positions of a plurality of imaging targets in the imaging area based on an image signal from the solid-state imaging element, and the partial area is set according to the positions detected by the detection unit.
As a means for solving the above problem, the following aspects are also presented: An imaging element based on a first surface includes a plurality of photoelectric conversion units that are provided in a first direction and a second direction and photoelectrically convert light into electric charges, a signal line to which a signal based on the electric charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion units is output, a plurality of first output units that are provided in the first direction and the second direction and output the signal to the signal line, a plurality of second output units that are provided in the first direction and the second direction and output the signal to the signal line via the first output units, a first control line that is provided in common to the plurality of first output units provided in the first direction and the second direction in a first region and controls the first output units, a second control line that is provided in common to the plurality of first output units provided in the first direction and the second direction in a second region different from the first region and controls the first output units, and a third control line that is provided in common to the plurality of second output units provided in the first direction in the first region and the second region and controls the second output units.
The imaging element with a second surface has a setting section that performs settings in the imaging element with the first surface to output the signal from at least one of the first output section provided in the first region and the first output section provided in the second region.
The imaging element with a third surface is an imaging element with the first or second surface, which has a power supply line that is provided in common to a plurality of second output sections provided in the first direction and the second direction, and which supplies a power supply voltage to the second output sections.
The fourth surface imaging element is an imaging element having any one of the first to third surfaces, further comprising a holding portion that holds a control signal for causing the first output portion to output a signal.
The fifth surface imaging element is the same as the fourth surface imaging element, in which the holding portion is provided for each of the first output portions.
The imaging element using the sixth surface includes a plurality of photoelectric conversion units arranged in a first direction and a second direction, which photoelectrically convert light into electric charges; a signal line to which a signal based on the electric charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion units is output; a plurality of first output units arranged in the first direction and the second direction, which output the signal to the signal line; a plurality of second output units arranged in the first direction and the second direction, which output the signal to the signal line via the first output units; a power supply line arranged in common to the plurality of second output units arranged in the first direction in a first region and a second region different from the first region, which supplies a voltage to the second output units; a first control line arranged in common to the plurality of second output units arranged in the first direction and the second direction in the first region, which controls the second output units; and a second control line arranged in common to the plurality of second output units arranged in the first direction and the second direction in the second region, which controls the second output units.
The seventh surface imaging element is an imaging element having the sixth surface, which has a setting section that performs settings to output the signal from at least one of the second output section provided in the first region and the second output section provided in the second region.
The imaging element having an eighth surface includes a plurality of photoelectric conversion units arranged in a first direction and a second direction, which photoelectrically convert light into electric charges; a signal line through which a signal based on the electric charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion units is output; a plurality of first output units arranged in the first direction and the second direction, which output a signal based on the electric charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion units to the signal line; a first power supply line arranged in common to the plurality of first output units arranged in the first direction and the second direction in a first region, which supplies a voltage to the first output units; a second power supply line arranged in common to the plurality of first output units arranged in the first direction and the second direction in a second region different from the first region, which supplies a voltage to the first output units; and a control line arranged in common to the plurality of first output units arranged in the first direction in the first region and the second region, which controls the first output units.
The imaging element according to the ninth surface is the imaging element according to the eighth surface, further comprising a setting section that performs settings for supplying a voltage to the first power supply line and the second power supply line.
The imaging element according to the tenth surface has: a plurality of photoelectric conversion units provided in a first direction and a second direction, which photoelectrically convert light into electric charges; a signal line through which a signal based on the electric charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion units is output; a first output unit provided in the first direction and the second direction, which outputs a signal based on the electric charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion units; a power supply line provided in common to the plurality of first output units provided in the first direction in a first region, for supplying a voltage to the first output units; a second power supply line provided in common to the plurality of first output units provided in the first direction and the second direction in a second region different from the first region, for supplying a voltage to the first output units; a first control line provided in common to the plurality of first output units provided in the first direction and the second direction in the first region, for controlling the first output units; and a second control line provided in common to the plurality of first output units provided in the first direction and the second direction in the second region, for controlling the first output units.
The imaging element having an eleventh surface is an imaging element having the tenth surface, which has a setting section that performs settings to output the signal from at least one of the first output section provided in the first region and the first output section provided in the second region.
An imaging element having a 12th surface is an imaging element having the 10th or 11th surface, in which the power supply line is provided in common to a plurality of first output sections provided in the first direction in the first region and the second region.
The imaging element having a thirteenth surface is an imaging element having any one of the first to twelfth surfaces, further comprising a holding portion that holds a control signal for causing the first output portion to output a signal.
The fourteenth surface imaging element is the same as the thirteenth surface imaging element, in which the holding portion is provided for each of the first output portions.
An image sensor having a fifteenth surface is an image sensor having any one of the first to fourteenth surfaces, in which the first output section is provided in common to two or more photoelectric conversion sections.
The imaging device according to the 16th surface includes an imaging element according to any one of the 1st to 15th surfaces, and a designation unit capable of designating at least one of the first region and the second region in order to output the signal from at least one of the first region and the second region.
The imaging device according to the 17th aspect includes an imaging element according to any one of the 1st to 15th aspects, and a detection unit that detects a subject based on the signal from the imaging element in order to output the signal from at least one of the first area and the second area.

本発明によれば、撮像領域のうちの所望の複数の部分領域を高速に読み出すことができる固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置を提供することができる。 The present invention provides a solid-state imaging element capable of quickly reading out multiple desired partial areas of an imaging area, and an imaging device using the same.

本発明の第1の実施の形態による電子カメラを示す概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram showing an electronic camera according to a first embodiment of the present invention; 図1中の固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。2 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a solid-state imaging element in FIG. 1 . 図1中の固体撮像素子を模式的に示す概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view showing the solid-state imaging element in FIG. 1 . 図1中の固体撮像素子の撮像領域の一部をなす既定部分領域を示す回路図である。2 is a circuit diagram showing a predetermined partial area forming a part of an imaging area of the solid-state imaging element in FIG. 1 . 図4に示す回路を抽象化して示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram illustrating an abstraction of the circuit shown in FIG. 4 . 図1中の固体撮像素子の撮像領域のうちの読み出す部分領域の設定例を模式的に示す図である。2 is a diagram showing a schematic example of a setting of a partial region to be read out of an imaging region of the solid-state imaging element in FIG. 1; FIG. 図1中の固体撮像素子において図6に示す設定例を実現する選択制御信号を示す図である。7 is a diagram showing a selection control signal for realizing the setting example shown in FIG. 6 in the solid-state imaging element in FIG. 図1中の固体撮像素子の部分領域撮影モード時の読み出し制御の一例を示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing an example of read control in a partial area shooting mode of the solid-state imaging element in FIG. 1 . 図1中の固体撮像素子の撮像領域のうちの読み出す部分領域の他の設定例を模式的に示す図である。1. FIG. 4 is a diagram showing another example of setting a partial region to be read out of the imaging region of the solid-state imaging element in FIG. 図1中の固体撮像素子において図9に示す設定例を実現する選択制御信号を示す図である。10 is a diagram showing a selection control signal for realizing the setting example shown in FIG. 9 in the solid-state imaging element in FIG. 図1中の固体撮像素子の撮像領域のうちの読み出す部分領域の更に他の設定例を模式的に示す図である。1. FIG. 4 is a diagram showing a schematic diagram of still another setting example of a partial region to be read out of the imaging region of the solid-state imaging element in FIG. 図11に示す設定例を実現する選択制御信号を示す図である。12 is a diagram showing a selection control signal for implementing the setting example shown in FIG. 11; 図1中の固体撮像素子の部分領域撮影モード時の読み出し制御の他の例を示すタイミングチャートである。10 is a timing chart showing another example of read control in the partial area shooting mode of the solid-state imaging element in FIG. 図1中の固体撮像素子の全領域撮影モード時の読み出し制御の一例を示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing an example of read control in a full-area shooting mode of the solid-state imaging element in FIG. 1 . 図1に示す電子カメラの第1の部分領域撮影モード時の動作の一例を示す概略フローチャートである。4 is a schematic flowchart showing an example of an operation of the electronic camera shown in FIG. 1 in a first partial area shooting mode. 図1に示す電子カメラの第2の部分領域撮影モード時の動作の一例を示す概略フローチャートである。4 is a schematic flowchart showing an example of an operation of the electronic camera shown in FIG. 1 in a second partial area shooting mode. 本発明の第2の実施の形態による電子カメラで用いられる固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a solid-state imaging device used in an electronic camera according to a second embodiment of the present invention. 図17に示す固体撮像素子の撮像領域の一部をなす既定部分領域を示す回路図である。18 is a circuit diagram showing a predetermined partial region that forms a part of the imaging region of the solid-state imaging element shown in FIG. 17. 図18に示す回路を抽象化して示す回路図である。FIG. 19 is a circuit diagram illustrating an abstraction of the circuit illustrated in FIG. 18 . 図17に示す固体撮像素子において図6に示す設定例と同じ設定を実現する電源電圧信号を示す図である。18 is a diagram showing a power supply voltage signal for realizing the same setting as the setting example shown in FIG. 6 in the solid-state imaging element shown in FIG. 17 . 本発明の第3の実施の形態による電子カメラで用いられる固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a solid-state imaging device used in an electronic camera according to a third embodiment of the present invention. 図21に示す固体撮像素子の撮像領域の一部をなす既定部分領域を示す回路図である。22 is a circuit diagram showing a predetermined partial area forming a part of the imaging area of the solid-state imaging element shown in FIG. 21. 図21に示す固体撮像素子の部分領域撮影モード時の読み出し制御の一例を示すタイミングチャートである。22 is a timing chart showing an example of read control in a partial area imaging mode of the solid-state imaging element shown in FIG. 21. 本発明の第4の実施の形態による電子カメラで用いられる固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a solid-state imaging device used in an electronic camera according to a fourth embodiment of the present invention. 図24に示す固体撮像素子の撮像領域の一部をなす既定部分領域を示す回路図である。25 is a circuit diagram showing a predetermined partial region that forms a part of the imaging region of the solid-state imaging element shown in FIG. 24. 図25に示す回路を抽象化して示す回路図である。FIG. 26 is a circuit diagram illustrating an abstraction of the circuit shown in FIG. 25 . 図24に示す固体撮像素子の部分領域撮影モード時の読み出し制御の一例を示すタイミングチャートである。25 is a timing chart showing an example of read control in a partial area imaging mode of the solid-state imaging element shown in FIG. 24. 本発明の第5の実施の形態による電子カメラで用いられる固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a solid-state imaging device used in an electronic camera according to a fifth embodiment of the present invention. 図28に示す固体撮像素子の撮像領域の一部を示す回路図である。29 is a circuit diagram showing a part of an imaging region of the solid-state imaging element shown in FIG. 28. 図28に示す固体撮像素子においてコンデンサにH信号を書き込む場合及びL信号を書き込む場合の書き込み制御信号を示すタイミングチャートである。29 is a timing chart showing write control signals when an H signal and an L signal are written to a capacitor in the solid-state imaging element shown in FIG. 28. 図28に示す固体撮像素子において図6に示す設定例と同じ設定を実現する書き込み制御信号を示すタイミングチャートである。29 is a timing chart showing write control signals for realizing the same settings as the setting example shown in FIG. 6 in the solid-state imaging element shown in FIG. 28 . 本発明の第6の実施の形態による電子カメラで用いられる固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a solid-state imaging device used in an electronic camera according to a sixth embodiment of the present invention. 図32に示す固体撮像素子の撮像領域の一部を示す回路図である。33 is a circuit diagram showing a part of an imaging region of the solid-state imaging element shown in FIG. 32. 本発明の第7の実施の形態による電子カメラで用いられる固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a solid-state imaging device used in an electronic camera according to a seventh embodiment of the present invention. 図34に示す固体撮像素子の撮像領域の一部を示す回路図である。35 is a circuit diagram showing a part of an imaging region of the solid-state imaging element shown in FIG. 34. 本発明の第8の実施の形態による電子カメラで用いられる固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a solid-state imaging element used in an electronic camera according to an eighth embodiment of the present invention. 図36に示す固体撮像素子の1つの画素を示す回路図である。37 is a circuit diagram showing one pixel of the solid-state imaging element shown in FIG. 36. 図36に示す固体撮像素子において図6に示す設定例と同じ設定を実現する書き込み制御信号を示すタイミングチャートである。37 is a timing chart showing write control signals for realizing the same settings as the setting example shown in FIG. 6 in the solid-state imaging element shown in FIG. 36 .

以下、本発明による固体撮像素子及び撮像装置について、図面を参照して説明する。 The solid-state imaging element and imaging device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

[第1の実施の形態] [First embodiment]

図1は、本発明の第1の実施の形態による撮像装置としての電子カメラ1を示す概略ブロック図である。 Figure 1 is a schematic block diagram showing an electronic camera 1 as an imaging device according to a first embodiment of the present invention.

本実施の形態による電子カメラ1は、例えば一眼レフのデジタルカメラとして構成されるが、本発明による撮像装置は、これに限らず、コンパクトカメラなどの他の電子カメラや、携帯電話に搭載された電子カメラや、動画を撮像するビデオカメラ等の電子カメラや、監視用の動画を撮像する監視カメラや、顕微鏡に組み込まれ顕微鏡像を撮像する撮像装置や、望遠鏡に組み込まれ望遠鏡像を撮像する撮像装置などの種々の撮像装置に適用することができる。 The electronic camera 1 according to this embodiment is configured as, for example, a single-lens reflex digital camera, but the imaging device according to the present invention is not limited to this and can be applied to various imaging devices such as other electronic cameras such as compact cameras, electronic cameras mounted on mobile phones, electronic cameras such as video cameras that capture moving images, surveillance cameras that capture monitoring videos, imaging devices built into microscopes to capture microscopic images, and imaging devices built into telescopes to capture telescopic images.

電子カメラ1には、撮影レンズ2が装着される。この撮影レンズ2は、レンズ制御部3によってフォーカスや絞りが駆動される。この撮影レンズ2の像空間には、固体撮像素子4の撮像面が配置される。 A photographing lens 2 is attached to the electronic camera 1. The focus and aperture of this photographing lens 2 are driven by a lens control unit 3. The imaging surface of a solid-state imaging device 4 is disposed in the image space of this photographing lens 2.

固体撮像素子4は、撮像制御部5の指令によって駆動され、デジタルの画像信号を出力する。静止画撮影時などでは、撮像制御部5は、例えば、全画素を同時にリセットするいわゆるグローバルリセット後に、図示しないメカニカルシャッタで露光した後に、所定の読み出し動作を行うように固体撮像素子4を制御する。また、電子ビューファインダーモード時や動画撮影時(後述する第1及び第2の部分領域撮影モード時や全領域撮影モード時等)などでは、撮像制御部5は、例えばいわゆるローリング電子シャッタを行いつつ所定の読み出し動作を行うように固体撮像素子4を制御する。デジタル信号処理部6は、固体撮像素子4から出力されるデジタルの画像信号に対して、デジタル増幅、色補間処理、ホワイトバランス処理などの画像処理等を行う。デジタル信号処理部6による処理後の画像信号は、メモリ7に一旦蓄積される。メモリ7は、バス8に接続されている。バス8には、レンズ制御部3、撮像制御部5、CPU9、液晶表示パネル等の表示部10、記録部11、画像圧縮部12及び画像処理部13なども接続される。CPU9には、レリーズ釦などの操作部14が接続される。記録部11には記録媒体11aが着脱自在に装着される。 The solid-state imaging element 4 is driven by the command of the imaging control unit 5 and outputs a digital image signal. When taking a still image, the imaging control unit 5 controls the solid-state imaging element 4 to perform a predetermined readout operation after exposing the image with a mechanical shutter (not shown) after a so-called global reset in which all pixels are reset at the same time. In addition, in the electronic viewfinder mode or when taking a video (in the first and second partial area shooting modes and the full area shooting mode described later, etc.), the imaging control unit 5 controls the solid-state imaging element 4 to perform a predetermined readout operation while performing a so-called rolling electronic shutter. The digital signal processing unit 6 performs image processing such as digital amplification, color interpolation processing, and white balance processing on the digital image signal output from the solid-state imaging element 4. The image signal processed by the digital signal processing unit 6 is temporarily stored in the memory 7. The memory 7 is connected to the bus 8. The lens control unit 3, the imaging control unit 5, the CPU 9, the display unit 10 such as a liquid crystal display panel, the recording unit 11, the image compression unit 12, and the image processing unit 13 are also connected to the bus 8. An operation unit 14 such as a release button is connected to the CPU 9. A recording medium 11a is removably attached to the recording unit 11.

電子カメラ1内のCPU9は、操作部14の操作により電子ビューファインダーモードや動画撮影や静止画撮影などが指示されると、それに合わせて撮像制御部5を駆動する。このとき、レンズ制御部3によって、フォーカスや絞りが適宜調整される。固体撮像素子4は、撮像制御部5の指令によって駆動され、デジタルの画像信号を出力する。固体撮像素子4からのデジタルの画像信号は、デジタル信号処理部6で処理された後に、メモリ7に蓄積される。CPU9は、電子ビューファインダーモード時にはその画像信号を表示部10に画像表示させ、動画撮影時にはその画像信号を記録媒体11aに記録する。静止画撮影時などの場合は、CPU9は、固体撮像素子4からのデジタルの画像信号がデジタル信号処理部6で処理されてメモリ7に蓄積された後に、操作部14の指令に基づき、必要に応じて画像処理部13や画像圧縮部12にて所望の処理を行い、記録部11に処理後の信号を出力させ記録媒体11aに記録する。 When the electronic viewfinder mode, video shooting, still image shooting, etc. are instructed by the operation unit 14, the CPU 9 in the electronic camera 1 drives the imaging control unit 5 accordingly. At this time, the focus and aperture are adjusted appropriately by the lens control unit 3. The solid-state imaging element 4 is driven by the command of the imaging control unit 5 to output a digital image signal. The digital image signal from the solid-state imaging element 4 is stored in the memory 7 after being processed by the digital signal processing unit 6. The CPU 9 displays the image signal on the display unit 10 in the electronic viewfinder mode, and records the image signal in the recording medium 11a during video shooting. In the case of still image shooting, etc., the CPU 9 performs the desired processing in the image processing unit 13 or image compression unit 12 as necessary based on the command of the operation unit 14 after the digital image signal from the solid-state imaging element 4 is processed by the digital signal processing unit 6 and stored in the memory 7, and has the recording unit 11 output the processed signal and record it on the recording medium 11a.

図2は、図1中の固体撮像素子4の概略構成を示す回路図である。本実施の形態では、固体撮像素子4は、CMOS型の固体撮像素子として構成されているが、例えば、他のXYアドレス型固体撮像素子として構成してもよい。 Figure 2 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the solid-state imaging element 4 in Figure 1. In this embodiment, the solid-state imaging element 4 is configured as a CMOS type solid-state imaging element, but it may also be configured as, for example, another XY address type solid-state imaging element.

固体撮像素子4は、撮像領域21においてN行M列に2次元マトリクス状に配置された画素PXと、垂直走査回路22と、領域設定回路23と、画素PXの行毎に設けられた制御線24~26と、画素PXの列毎に設けられ対応する列の画素PXからの信号を受け取る複数の(M本の)垂直信号線27と、各垂直信号線27に設けられた定電流源28と、各垂直信号線27に対応して設けられたカラムアンプ29、CDS回路(相関2重サンプリング回路)30及びA/D変換器31と、水平読み出し回路32と、撮像領域21の既定部分領域AR(後述する図3参照)毎に設けられた制御線33とを有している。既定部分領域ARは、撮像領域21の予め定められた一部の領域(部分領域)である。 The solid-state imaging element 4 has pixels PX arranged in a two-dimensional matrix of N rows and M columns in the imaging region 21, a vertical scanning circuit 22, an area setting circuit 23, control lines 24-26 provided for each row of pixels PX, a plurality of (M) vertical signal lines 27 provided for each column of pixels PX and receiving signals from the pixels PX in the corresponding column, a constant current source 28 provided for each vertical signal line 27, a column amplifier 29 provided corresponding to each vertical signal line 27, a CDS circuit (correlated double sampling circuit) 30, and an A/D converter 31, a horizontal readout circuit 32, and a control line 33 provided for each predetermined partial area AR (see FIG. 3 described later) of the imaging region 21. The predetermined partial area AR is a predetermined part (partial area) of the imaging region 21.

なお、カラムアンプ29として、アナログ増幅器を用いてもよいし、いわゆるスイッチトキャパシタアンプを用いてもよい。また、カラムアンプ29は、必ずしも設けなくてもよい。 The column amplifier 29 may be an analog amplifier or a so-called switched capacitor amplifier. Also, the column amplifier 29 does not necessarily have to be provided.

図3は、図1中の固体撮像素子4(特にその撮像領域21)を模式的に示す概略平面図である。本実施の形態では、図3に示すように、固体撮像素子4の撮像領域21は、マトリクス状に配置され予め定められたJ行K列のJ×K個の既定部分領域ARに分けられている。各既定部分領域ARを区別する場合、j行目かつk列目の既定部分領域ARは符号AR(j,k)で示す。各既定部分領域ARは、図4及び図5に示すように、A行B列のA×B個(Aは2以上の整数、Bは1以上の整数)の画素PXからなる。本実施の形態では、各既定部分領域ARの大きさ(画素PXの行数A及び列数B)は互いに同じになっているが、本発明ではこれに限らない。ただし、各既定部分領域ARの画素PXの行数Aは互いに同じであることが好ましい。 Figure 3 is a schematic plan view showing the solid-state imaging element 4 (particularly the imaging region 21) in Figure 1. In this embodiment, as shown in Figure 3, the imaging region 21 of the solid-state imaging element 4 is divided into J x K predefined partial regions AR arranged in a matrix and having J rows and K columns. When distinguishing between the predefined partial regions AR, the predefined partial region AR in the jth row and kth column is indicated by the symbol AR (j, k). As shown in Figures 4 and 5, each predefined partial region AR is made up of A x B pixels PX (A is an integer of 2 or more, and B is an integer of 1 or more) in A rows and B columns. In this embodiment, the size of each predefined partial region AR (number of rows A and number of columns B of pixels PX) is the same, but this is not limited to this in the present invention. However, it is preferable that the number of rows A of pixels PX in each predefined partial region AR is the same.

図4は、図1中の固体撮像素子4の撮像領域21の一部をなす既定部分領域ARを示す回路図である。図4では、j行目かつk列目の既定部分領域AR(j,k)と、これに隣接するj-1行目かつk列目の既定部分領域AR(j-1,k)の一部を示している。既定部分領域AR(j,k)は、n行目から(n+A-1)行目までに並んだA行かつB列のA×B個の画素PXからなる。図4では、図面表記の便宜上、各制御線24~26,33及び後述する給電線34の接続状態は示していないが、各制御線24~26は画素PXの行毎に共通に接続され、制御線33は既定部分領域AR毎に共通に接続され、給電線34は全画素PXに共通に接続されている。 Figure 4 is a circuit diagram showing a predefined partial area AR that forms part of the imaging area 21 of the solid-state imaging element 4 in Figure 1. Figure 4 shows a predefined partial area AR (j, k) in the jth row and kth column, and a part of the predefined partial area AR (j-1, k) in the j-1th row and kth column adjacent thereto. The predefined partial area AR (j, k) is made up of A x B pixels PX in A rows and B columns arranged from the nth row to the (n+A-1)th row. For convenience of drawing notation, Figure 4 does not show the connection state of each control line 24 to 26, 33 and the power supply line 34 described later, but each control line 24 to 26 is commonly connected for each row of pixels PX, the control line 33 is commonly connected for each predefined partial area AR, and the power supply line 34 is commonly connected to all pixels PX.

本実施の形態では、いずれの画素PXも同一の回路構成を有している。本実施の形態では、各画素PXは、一般的なCMOSイメージセンサと異なり、当該画素PXを選択するための選択トランジスタを2つ(SEL,ASEL)有しているが、各画素PXのその他の構成は、一般的なCMOSイメージセンサと同様である。 In this embodiment, all pixels PX have the same circuit configuration. Unlike a typical CMOS image sensor, in this embodiment, each pixel PX has two selection transistors (SEL, ASEL) for selecting the pixel PX, but the other configurations of each pixel PX are the same as those of a typical CMOS image sensor.

すなわち、各画素PXは、図4に示すように、入射光に応じた電荷を生成し蓄積する光電変換部としてのフォトダイオードPDと、前記電荷を受け取って前記電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部としてのフローティング容量部FDと、フローティング容量部FDの電位に応じた信号を当該画素PXの出力信号として出力する増幅部としての増幅トランジスタAMPと、フォトダイオードPDからフローティング容量部FDに電荷を転送する転送トランジスタTXと、フローティング容量部FDの電位をリセットするリセットトランジスタRSTと、当該画素PXを選択するための第1の選択部としての選択スイッチをなす選択トランジスタSELと、当該画素PXを選択するための第2の選択部としての選択スイッチをなす選択トランジスタASELを有し、図4に示すように接続されている。本実施の形態では、全画素PXの増幅トランジスタAMPのドレイン(図4中のb点)は、給電線34により共通に接続され、そこには、増幅トランジスタAMPの電源電圧として、増幅トランジスタAMPの動作に有効である有効電圧レベルVDDが固定的に供給される。この有効電圧レベルVDDは、給電線34により、各画素PXのリセットトランジスタRSTのドレインにも供給されている。なお、図2において、給電線34の図示は省略している。 That is, as shown in Fig. 4, each pixel PX has a photodiode PD as a photoelectric conversion unit that generates and accumulates a charge according to incident light, a floating capacitance unit FD as a charge-voltage conversion unit that receives the charge and converts the charge into a voltage, an amplification transistor AMP as an amplifier that outputs a signal according to the potential of the floating capacitance unit FD as an output signal of the pixel PX, a transfer transistor TX that transfers the charge from the photodiode PD to the floating capacitance unit FD, a reset transistor RST that resets the potential of the floating capacitance unit FD, a selection transistor SEL that serves as a selection switch as a first selection unit for selecting the pixel PX, and a selection transistor ASEL that serves as a selection switch as a second selection unit for selecting the pixel PX, and are connected as shown in Fig. 4. In this embodiment, the drains (point b in Fig. 4) of the amplification transistors AMP of all pixels PX are commonly connected by a power supply line 34, and an effective voltage level VDD that is effective for the operation of the amplification transistor AMP is fixedly supplied thereto as a power supply voltage of the amplification transistor AMP. This effective voltage level VDD is also supplied to the drain of the reset transistor RST of each pixel PX via a power supply line 34. Note that the power supply line 34 is not shown in FIG. 2.

本実施の形態では、各画素PXの出力信号は、当該画素PXの前記第1及び第2の選択部が両方とも選択状態である場合にのみ、当該画素PXの出力信号及び当該画素PXに対して列方向に並んだ画素PXの出力信号を受け取る垂直信号線27に出力される。これは、具体的には、本実施の形態では、各画素PXにおいて、増幅トランジスタAMPのソースと当該画素PXに対応する垂直信号線27との間に、選択トランジスタSEL,ASELが直列に接続されることによって、実現されている。選択トランジスタSEL,ASELが両方ともオンしている(選択状態である)場合にのみ、当該画素PXの出力信号が垂直信号線27に出力される。なお、増幅トランジスタAMPと垂直信号線27との間における選択トランジスタSEL及び選択トランジスタASELの接続順序は、図4に示す順序と逆でもよい。 In this embodiment, the output signal of each pixel PX is output to the vertical signal line 27 that receives the output signal of the pixel PX and the output signal of the pixel PX aligned in the column direction with respect to the pixel PX only when both the first and second selection units of the pixel PX are in the selected state. Specifically, in this embodiment, this is realized by connecting the selection transistors SEL and ASEL in series between the source of the amplification transistor AMP and the vertical signal line 27 corresponding to the pixel PX in each pixel PX. Only when both the selection transistors SEL and ASEL are on (in the selected state), the output signal of the pixel PX is output to the vertical signal line 27. Note that the connection order of the selection transistors SEL and ASEL between the amplification transistor AMP and the vertical signal line 27 may be reversed from that shown in FIG. 4.

図面には示していないが、本実施の形態では、各々の画素PXのフォトダイオードPDの光入射側には、それぞれが異なる色成分の光を透過させる複数種類のカラーフィルタが、所定の色配列(例えば、ベイヤー配列)で配置されている。画素PXは、カラーフィルタでの色分解によって各色に対応する電気信号を出力する。 Although not shown in the drawings, in this embodiment, multiple types of color filters that transmit light of different color components are arranged in a predetermined color array (e.g., Bayer array) on the light incident side of the photodiode PD of each pixel PX. The pixel PX outputs an electrical signal corresponding to each color through color separation by the color filters.

なお、本実施の形態では、トランジスタTX,AMP,RST,SEL,ASELは、全てnMOSトランジスタである。 In this embodiment, the transistors TX, AMP, RST, SEL, and ASEL are all nMOS transistors.

転送トランジスタTXのゲートは画素PXの行毎に制御線25に共通に接続され、そこには、制御信号φTXが垂直走査回路22から供給される。リセットトランジスタRSTのゲートは画素PXの行毎に制御線24に共通に接続され、そこには、制御信号φRSTが垂直走査回路22から供給される。選択トランジスタSELのゲートは行毎に制御線26に共通に接続され、そこには、制御信号φSELが垂直走査回路22から供給される。各制御信号φTXを行毎に区別する場合、n行目の画素PXの転送トランジスタTXのゲートに供給される制御信号φTXは符号φTX(n)で示す。この点は、他の制御信号φRST,φSELについても同様である。 The gates of the transfer transistors TX are commonly connected to a control line 25 for each row of pixels PX, and a control signal φTX is supplied to them from the vertical scanning circuit 22. The gates of the reset transistors RST are commonly connected to a control line 24 for each row of pixels PX, and a control signal φRST is supplied to them from the vertical scanning circuit 22. The gates of the selection transistors SEL are commonly connected to a control line 26 for each row, and a control signal φSEL is supplied to them from the vertical scanning circuit 22. When distinguishing between the control signals φTX for each row, the control signal φTX supplied to the gate of the transfer transistor TX of the pixel PX in the nth row is indicated by the symbol φTX(n). This also applies to the other control signals φRST and φSEL.

選択トランジスタASELのゲート(図4中のa点)は既定部分領域AR毎に制御線33に共通に接続され、そこには、制御信号φASELが領域設定回路23から供給される。図5は、図4に示す回路を、制御線33による各既定部分領域ARの選択トランジスタASELのゲート(a点)の接続関係に着目して抽象化して示したものである。各制御信号φASELを既定部分領域AR毎に区別する場合、j行目かつk列目の既定部分領域AR(j,k)の画素PXの選択トランジスタASELのゲートに供給される制御信号φASELは符号φASEL(j,k)で示す。なお、領域設定回路23の配置や制御線33の実際の配置(引き回す経路等)は、何ら限定されるものではない。 The gate of the selection transistor ASEL (point a in FIG. 4) is commonly connected to the control line 33 for each predefined partial area AR, and a control signal φASEL is supplied to it from the area setting circuit 23. FIG. 5 shows an abstracted view of the circuit shown in FIG. 4, focusing on the connection relationship of the gate (point a) of the selection transistor ASEL of each predefined partial area AR by the control line 33. When each control signal φASEL is distinguished for each predefined partial area AR, the control signal φASEL supplied to the gate of the selection transistor ASEL of the pixel PX in the jth row and kth column predefined partial area AR (j, k) is indicated by the symbol φASEL(j, k). Note that the layout of the area setting circuit 23 and the actual layout of the control line 33 (such as the route to be drawn) are not limited in any way.

領域設定回路23は、図1中の撮像制御部5による制御下で、撮像領域21のうちの既定部分領域ARの各々毎に、当該既定部分領域ARの画素PXの前記第2の選択部としての選択トランジスタASELを一括して選択状態又は非選択状態にするための選択制御信号としての制御信号φASELを供給する。これにより、領域設定回路23は、撮像領域21のうちの画素PXの出力信号を読み出す領域として、選択トランジスタASELを選択状態にした既定部分領域ARを、設定する。 Under the control of the imaging control unit 5 in FIG. 1, the area setting circuit 23 supplies a control signal φASEL as a selection control signal for collectively selecting or deselecting the selection transistors ASEL as the second selection units of the pixels PX in each of the predefined partial areas AR in the imaging area 21. As a result, the area setting circuit 23 sets the predefined partial area AR in which the selection transistor ASEL is in the selected state as the area from which the output signals of the pixels PX in the imaging area 21 are read out.

垂直走査回路22は、図1中の撮像制御部5による制御下で、画素PXの行毎に、制御信号φTX,φRST,φSELをそれぞれ出力し、領域設定回路23による領域設定動作と相俟って、静止画読み出し動作や、後述する第1及び第2の部分領域撮影モード等の動画読み出し動作などを実現する。この制御によって、領域設定回路23により設定された領域の画素PXの信号(アナログ信号)が、それに対応する垂直信号線27に供給される。 Under the control of the imaging control unit 5 in FIG. 1, the vertical scanning circuit 22 outputs control signals φTX, φRST, and φSEL for each row of pixels PX, and in conjunction with the area setting operation by the area setting circuit 23, realizes still image readout operations and video readout operations such as the first and second partial area shooting modes described below. Through this control, the signals (analog signals) of the pixels PX in the area set by the area setting circuit 23 are supplied to the corresponding vertical signal lines 27.

垂直信号線27に読み出された信号は、各列毎に、カラムアンプ29で増幅され更にCDS回路30にて光信号(画素PXで光電変換された光情報を含む信号)と暗信号(光信号から差し引くべきノイズ成分を含む差分用信号)との差分を得る処理が施された後に、A/D変換器31にてデジタル信号に変換され、そのデジタル信号はA/D変換器31に保持される。各A/D変換器31に保持されたデジタルの画像信号は、水平読み出し回路32によって水平走査され、必要に応じて所定の信号形式に変換されて、外部(図1中のデジタル信号処理部6)へ出力される。 The signal read out to the vertical signal line 27 is amplified by the column amplifier 29 for each column, and then processed by the CDS circuit 30 to obtain the difference between the optical signal (a signal containing optical information photoelectrically converted by the pixel PX) and the dark signal (a difference signal containing a noise component to be subtracted from the optical signal), and then converted into a digital signal by the A/D converter 31, which then stores the digital signal. The digital image signal stored in each A/D converter 31 is horizontally scanned by the horizontal readout circuit 32, converted into a predetermined signal format as necessary, and output to the outside (digital signal processing unit 6 in FIG. 1).

なお、CDS回路30は、図1中の撮像制御部5による制御下でタイミング発生回路(図示せず)から暗信号サンプリング信号φDARKCを受け、φDARKCがハイレベル(H)からローレベル(L)に切り換わるタイミングでカラムアンプ29の出力信号を暗信号としてサンプリングするとともに、図1中の撮像制御部5による制御下で前記タイミング発生回路から光信号サンプリング信号φSIGCを受け、φSIGCがハイレベルからローレベルに切り換わるタイミングでカラムアンプ29の出力信号を光信号としてサンプリングする。そして、CDS回路30は、前記タイミング発生回路からのクロックやパルスに基づいて、サンプリングした暗信号と光信号との差分に応じた信号を出力する。このようなCDS回路30の構成としては、公知の構成を採用することができる。 The CDS circuit 30 receives a dark signal sampling signal φDARKC from a timing generation circuit (not shown) under the control of the imaging control unit 5 in FIG. 1, samples the output signal of the column amplifier 29 as a dark signal at the timing when φDARKC switches from high level (H) to low level (L), and receives an optical signal sampling signal φSIGC from the timing generation circuit under the control of the imaging control unit 5 in FIG. 1, samples the output signal of the column amplifier 29 as an optical signal at the timing when φSIGC switches from high level to low level. Then, the CDS circuit 30 outputs a signal corresponding to the difference between the sampled dark signal and the optical signal based on the clock or pulse from the timing generation circuit. A known configuration can be adopted as the configuration of such a CDS circuit 30.

図6は、部分領域撮影モードにおいて、固体撮像素子4の撮像領域21のうちの読み出す部分領域の設定例を模式的に示す図である。部分領域撮影モードは、固体撮像素子4の撮像領域21のうちの所望の1つ又は所望の複数の部分領域の画素PXの出力信号を選択的に読み出す動作モードである。理解を容易にするため、図6では、N=9、M=12、A=3及びB=3であるものとし、撮像領域21が9行12列の9×12個の画素PXからなり、各既定部分領域ARが3行3列の画素PXからなるものとしている。N,M,A,Bの値が他の値であっても、以下の説明は同様に適合する。 Figure 6 is a schematic diagram showing an example of setting a partial area to be read out of the imaging area 21 of the solid-state imaging element 4 in the partial area shooting mode. The partial area shooting mode is an operation mode in which the output signals of pixels PX of a desired partial area or desired multiple partial areas of the imaging area 21 of the solid-state imaging element 4 are selectively read out. For ease of understanding, in Figure 6, it is assumed that N = 9, M = 12, A = 3, and B = 3, the imaging area 21 is made up of 9 x 12 pixels PX in 9 rows and 12 columns, and each predefined partial area AR is made up of pixels PX in 3 rows and 3 columns. The following explanation is equally applicable even if the values of N, M, A, and B are other values.

図6において、読み出す4つの部分領域として設定された既定部分領域AR(3,1),AR(1,2),AR(2,3),AR(1,4)には、ハッチングを付している。本例では、読み出す各1つの部分領域は、1つの既定部分領域ARからなる。 In FIG. 6, the predefined partial areas AR(3,1), AR(1,2), AR(2,3), and AR(1,4) that are set as the four partial areas to be read are hatched. In this example, each partial area to be read consists of one predefined partial area AR.

図7は、図1中の固体撮像素子4において図6に示す設定例を実現する選択制御信号φASELを示している。既定部分領域AR(3,1),AR(1,2),AR(2,3),AR(1,4)の選択トランジスタASELのゲートに供給される選択制御信号φASEL(3,1),φASEL(1,2),φASEL(2,3),φASEL(1,4)はハイレベル(H)に維持され、他の選択制御信号φASELはローレベル(L)に維持される。これにより、既定部分領域AR(3,1),AR(1,2),AR(2,3),AR(1,4)の選択トランジスタASELがオンに維持される一方で、他の既定部分領域ARの選択トランジスタASELはオフに維持される。 Figure 7 shows the selection control signal φASEL that realizes the setting example shown in Figure 6 in the solid-state imaging element 4 in Figure 1. The selection control signals φASEL (3,1), φASEL (1,2), φASEL (2,3), and φASEL (1,4) supplied to the gates of the selection transistors ASEL in the predefined partial areas AR (3,1), AR (1,2), AR (2,3), and AR (1,4) are maintained at a high level (H), and the other selection control signals φASEL are maintained at a low level (L). As a result, the selection transistors ASEL in the predefined partial areas AR (3,1), AR (1,2), AR (2,3), and AR (1,4) are maintained on, while the selection transistors ASEL in the other predefined partial areas AR are maintained off.

本実施の形態では、部分領域撮影モードにおいて、読み出す部分領域が図6に示すように設定される場合には、例えば、図8に示すように読み出し制御が行われる。図8は、図1中の固体撮像素子4の部分領域撮影モード時の読み出し制御の一例を示すタイミングチャートである。 In this embodiment, in the partial area shooting mode, when the partial area to be read out is set as shown in FIG. 6, for example, read control is performed as shown in FIG. 8. FIG. 8 is a timing chart showing an example of read control in the partial area shooting mode of the solid-state imaging element 4 in FIG. 1.

図8に示す例では、垂直走査回路22によって、期間T1において、各既定部分領域ARにおける1行目の画素PXの行に相当する撮像領域21における1行目、4行目及び7行目の画素PXの行について同時に読み出し制御が行われ、その次の期間T2において、各既定部分領域ARにおける2行目の画素PXの行に相当する撮像領域21における2行目、5行目及び8行目の画素PXの行について同時に読み出し制御が行われ、その次の期間T3において、各既定部分領域ARにおける3行目の画素PXの行に相当する撮像領域21における3行目、6行目及び9行目の画素PXの行について同時に読み出し制御が行われ、これにより1フレーム分の読み出しが終了する。期間T1~T3を順次繰り返すことで、複数のフレームがローリング電子シャッタにより読み出される。例えば、1行目の画素PXの露光期間は、1行目の制御信号φTX(1)が前回ハイレベルからローレベルになった時点から制御信号φTX(1)が今回ハイレベルからローレベルになった時点までの期間となる。各期間T1~T3の読み出し制御について、以下に詳述する。 In the example shown in FIG. 8, the vertical scanning circuit 22 simultaneously controls readout of the first, fourth, and seventh rows of pixels PX in the imaging area 21 corresponding to the first row of pixels PX in each predefined partial area AR during the period T1, and simultaneously controls readout of the second, fifth, and eighth rows of pixels PX in the imaging area 21 corresponding to the second row of pixels PX in each predefined partial area AR during the next period T2, and simultaneously controls readout of the third, sixth, and ninth rows of pixels PX in the imaging area 21 corresponding to the third row of pixels PX in each predefined partial area AR during the next period T3, thereby completing the readout of one frame. By sequentially repeating the periods T1 to T3, multiple frames are read out by the rolling electronic shutter. For example, the exposure period of the first row of pixels PX is the period from when the control signal φTX(1) of the first row changed from high level to low level last time to when the control signal φTX(1) changes from high level to low level this time. Read control for each period T1 to T3 is described in detail below.

各期間T1~T3の開始直前には、全ての行の画素PXのトランジスタSEL,RST,TXはオフしている。 Just before the start of each period T1 to T3, the transistors SEL, RST, and TX of the pixels PX in all rows are off.

期間T1において、1行目のφSEL(1)、4行目のφSEL(4)及び7行目のφSEL(7)がハイレベルにされ、1行目、4行目及び7行目の画素PXの選択トランジスタSEL(1),SEL(4),SEL(7)がオンにされ、1行目、4行目及び7行目の画素PXが選択される。ところが、今は図6に示す設定例が実現されるように選択制御信号φASELが図7に示すようになっているので、1行目の画素PXのうちのハッチングが付されている列(4列目乃至6列目、10列目乃至12列目)の画素PXの選択トランジスタASELがオンし、1行目の画素PXのうちのハッチングが付されていない列(1列目乃至3列目、7列目乃至9列目)の画素PXの選択トランジスタASELがオフしている。また、4行目の画素PXのうちのハッチングが付されている列(7列目乃至9列目)の画素PXの選択トランジスタASELがオンし、4行目の画素PXのうちのハッチングが付されていない列(1列目乃至6列目、10列目乃至12列目)の画素PXの選択トランジスタASELがオフしている。さらに、7行目の画素PXのうちのハッチングが付されている列(1列目乃至3列目)の画素PXの選択トランジスタASELがオンし、7行目の画素PXのうちのハッチングが付されていない列(4列目乃至12列目)の画素PXの選択トランジスタASELがオフしている。 During period T1, φSEL(1) in the first row, φSEL(4) in the fourth row, and φSEL(7) in the seventh row are set to high level, and the selection transistors SEL(1), SEL(4), and SEL(7) of the pixels PX in the first, fourth, and seventh rows are turned on, and the pixels PX in the first, fourth, and seventh rows are selected. However, since the selection control signal φASEL is now as shown in FIG. 7 so that the setting example shown in FIG. 6 is realized, the selection transistors ASEL of the pixels PX in the hatched columns (4th to 6th columns, 10th to 12th columns) of the pixels PX in the first row are turned on, and the selection transistors ASEL of the pixels PX in the non-hatched columns (1st to 3rd columns, 7th to 9th columns) of the pixels PX in the first row are turned off. In addition, the selection transistors ASEL of the pixels PX in the hatched columns (7th to 9th columns) of the pixels PX in the 4th row are turned on, and the selection transistors ASEL of the pixels PX in the non-hatched columns (1st to 6th columns, 10th to 12th columns) of the pixels PX in the 4th row are turned off. Furthermore, the selection transistors ASEL of the pixels PX in the hatched columns (1st to 3rd columns) of the pixels PX in the 7th row are turned on, and the selection transistors ASEL of the pixels PX in the non-hatched columns (4th to 12th columns) of the pixels PX in the 7th row are turned off.

したがって、期間T1において、選択トランジスタSEL,ASELの両方がオンしている画素PX(1行目における4列目乃至6列目及び10列目乃至12列目の画素PX、4行目における7列目乃至9列目の画素PX、7行目における1列目乃至3列目の画素PX)のみの出力信号が、対応する垂直信号線27に出力し得る状態となっている。 Therefore, during period T1, only the pixels PX in which both the selection transistors SEL and ASEL are on (pixels PX in the 4th to 6th columns and the 10th to 12th columns in the 1st row, pixels PX in the 7th to 9th columns in the 4th row, and pixels PX in the 1st to 3rd columns in the 7th row) can output their output signals to the corresponding vertical signal lines 27.

期間T1の開始直後から一定時間だけ、1行目、4行目及び7行目の制御信号φRST(1),φRST(4),φRST(7)がハイレベルにされ、1行目、4行目及び7行目の画素PXのリセットトランジスタRSTが一旦オンにされ、フローティング容量部FDの電位(増幅トランジスタAMPのゲートの電位)が一旦電圧レベルVDDにリセットされる。 For a certain period of time immediately after the start of period T1, the control signals φRST(1), φRST(4), and φRST(7) in the first, fourth, and seventh rows are set to high level, the reset transistors RST in the pixels PX in the first, fourth, and seventh rows are temporarily turned on, and the potential of the floating capacitance section FD (the potential of the gate of the amplification transistor AMP) is temporarily reset to the voltage level VDD.

期間T1中のその後の時点t1から一定期間だけ、暗信号サンプリング信号φDARKCがハイレベルにされることによって、1行目における4列目乃至6列目及び10列目乃至12列目の画素PX、4行目における7列目乃至9列目の画素PX、及び、7行目における1列目乃至3列目の画素PXの増幅トランジスタAMPのゲートに現れる電位が、当該画素PXの増幅トランジスタAMPで増幅された後に当該画素PXの選択トランジスタSEL,ASELを経由して、当該画素PXに対応する垂直信号線27に出力され、カラムアンプ29で増幅された後に、暗信号としてCDS回路30によりサンプリングされる。 By setting the dark signal sampling signal φDARKC to a high level for a certain period of time from time t1 thereafter during period T1, the potential appearing at the gate of the amplification transistor AMP of the pixels PX in the 4th to 6th and 10th to 12th columns in the 1st row, the pixels PX in the 7th to 9th columns in the 4th row, and the pixels PX in the 1st to 3rd columns in the 7th row is amplified by the amplification transistor AMP of the pixel PX, and then output to the vertical signal line 27 corresponding to the pixel PX via the selection transistors SEL and ASEL of the pixel PX, amplified by the column amplifier 29, and then sampled by the CDS circuit 30 as a dark signal.

期間T1中のその後の時点t2から一定期間だけ、1行目、4行目及び7行目の制御信号φTX(1),φTX(4),φTX(7)がハイレベルにされて1行目、4行目及び7行目の画素PXの転送トランジスタTXがオンにされる。これにより、1行目、4行目及び7行目の画素PXのフォトダイオードPDに蓄積されていた信号電荷が、1行目、4行目及び7行目の画素PXのフローティング容量部FDにそれぞれ転送される。1行目、4行目及び7行目の画素PXのフローティング容量部FDの電位(増幅トランジスタAMPのゲートの電位)は、ノイズ成分を除くと、この各信号電荷の量と1行目、4行目及び7行目の画素PXのフローティング容量部FDの各容量値の逆数とに比例した値となる。 For a certain period of time from time t2 after that in period T1, the control signals φTX(1), φTX(4), and φTX(7) of the first, fourth, and seventh rows are set to high level, and the transfer transistors TX of the pixels PX of the first, fourth, and seventh rows are turned on. As a result, the signal charges stored in the photodiodes PD of the pixels PX of the first, fourth, and seventh rows are transferred to the floating capacitance units FD of the pixels PX of the first, fourth, and seventh rows, respectively. The potentials of the floating capacitance units FD of the pixels PX of the first, fourth, and seventh rows (potentials of the gates of the amplification transistors AMP), excluding noise components, are proportional to the amount of each signal charge and the reciprocal of each capacitance value of the floating capacitance units FD of the pixels PX of the first, fourth, and seventh rows.

期間T1中のその後の時点t3から一定期間だけ、光信号サンプリング信号φSIGCがハイレベルにされることによって、1行目における4列目乃至6列目及び10列目乃至12列目の画素PX、4行目における7列目乃至9列目の画素PX、及び、7行目における1列目乃至3列目の画素PXの増幅トランジスタAMPのゲートに現れる電位が、当該画素PXの増幅トランジスタAMPで増幅された後に当該画素PXの選択トランジスタSEL,ASELを経由して、当該画素PXに対応する垂直信号線27に出力され、カラムアンプ29で増幅された後に、光信号としてCDS回路30によりサンプリングされる。 After that, from time t3 during period T1, the optical signal sampling signal φSIGC is set to a high level for a certain period of time, so that the potential appearing at the gate of the amplification transistor AMP of the pixels PX in the 4th to 6th and 10th to 12th columns in the 1st row, the pixels PX in the 7th to 9th columns in the 4th row, and the pixels PX in the 1st to 3rd columns in the 7th row is amplified by the amplification transistor AMP of the pixel PX, and then output to the vertical signal line 27 corresponding to the pixel PX via the selection transistors SEL and ASEL of the pixel PX, amplified by the column amplifier 29, and then sampled by the CDS circuit 30 as an optical signal.

その後にφSIGCがローレベルになった時点の後に、CDS回路30は、先程サンプリングした暗信号と先程サンプリングした光信号との差分に応じた信号を出力する。A/D変換器31は、この差分に応じた信号をデジタル信号に変換して保持する。各A/D変換器31に保持されたデジタルの画像信号は、水平読み出し回路32によって水平走査され、デジタル信号画像信号として外部(図1中のデジタル信号処理部6)へ出力される。 After that, after φSIGC goes low, the CDS circuit 30 outputs a signal corresponding to the difference between the previously sampled dark signal and the previously sampled light signal. The A/D converter 31 converts the signal corresponding to this difference into a digital signal and holds it. The digital image signal held in each A/D converter 31 is horizontally scanned by the horizontal readout circuit 32 and output to the outside (digital signal processing unit 6 in FIG. 1) as a digital image signal.

期間T1後の期間T2において、2行目のφSEL(2)、5行目のφSEL(5)及び8行目のφSEL(8)がハイレベルにされ、2行目、5行目及び8行目の画素PXの選択トランジスタSEL(2),SEL(5),SEL(8)がオンにされ、2行目、5行目及び8行目の画素PXが選択される。ところが、今は図6に示す設定例が実現されるように選択制御信号φASELが図7に示すようになっているので、2行目の画素PXのうちのハッチングが付されている列(4列目乃至6列目、10列目乃至12列目)の画素PXの選択トランジスタASELがオンし、2行目の画素PXのうちのハッチングが付されていない列(1列目乃至3列目、7列目乃至9列目)の画素PXの選択トランジスタASELがオフしている。また、5行目の画素PXのうちのハッチングが付されている列(7列目乃至9列目)の画素PXの選択トランジスタASELがオンし、5行目の画素PXのうちのハッチングが付されていない列(1列目乃至6列目、10列目乃至12列目)の画素PXの選択トランジスタASELがオフしている。さらに、8行目の画素PXのうちのハッチングが付されている列(1列目乃至3列目)の画素PXの選択トランジスタASELがオンし、8行目の画素PXのうちのハッチングが付されていない列(4列目乃至12列目)の画素PXの選択トランジスタASELがオフしている。 In period T2 after period T1, φSEL(2) in the second row, φSEL(5) in the fifth row, and φSEL(8) in the eighth row are set to high level, and the selection transistors SEL(2), SEL(5), and SEL(8) of the pixels PX in the second, fifth, and eighth rows are turned on, and the pixels PX in the second, fifth, and eighth rows are selected. However, since the selection control signal φASEL is now as shown in FIG. 7 so that the setting example shown in FIG. 6 is realized, the selection transistors ASEL of the pixels PX in the hatched columns (4th to 6th columns, 10th to 12th columns) of the pixels PX in the second row are turned on, and the selection transistors ASEL of the pixels PX in the non-hatched columns (1st to 3rd columns, 7th to 9th columns) of the pixels PX in the second row are turned off. In addition, the selection transistors ASEL of the pixels PX in the hatched columns (7th to 9th columns) of the pixels PX in the 5th row are turned on, and the selection transistors ASEL of the pixels PX in the non-hatched columns (1st to 6th columns, 10th to 12th columns) of the pixels PX in the 5th row are turned off. Furthermore, the selection transistors ASEL of the pixels PX in the hatched columns (1st to 3rd columns) of the pixels PX in the 8th row are turned on, and the selection transistors ASEL of the pixels PX in the non-hatched columns (4th to 12th columns) of the pixels PX in the 8th row are turned off.

したがって、期間T2において、選択トランジスタSEL,ASELの両方がオンしている画素PX(2行目における4列目乃至6列目及び10列目乃至12列目の画素PX、5行目における7列目乃至9列目の画素PX、8行目における1列目乃至3列目の画素PX)のみの出力信号が、対応する垂直信号線27に出力し得る状態となっている。 Therefore, during period T2, only the pixels PX in which both the selection transistors SEL and ASEL are on (the pixels PX in the 4th to 6th columns and the 10th to 12th columns in the 2nd row, the pixels PX in the 7th to 9th columns in the 5th row, and the pixels PX in the 1st to 3rd columns in the 8th row) can output their output signals to the corresponding vertical signal lines 27.

期間T2の開始直後から一定時間だけ、2行目、5行目及び8行目の制御信号φRST(2),φRST(5),φRST(8)がハイレベルにされ、2行目、5行目及び8行目の画素PXのリセットトランジスタRSTが一旦オンにされ、フローティング容量部FDの電位(増幅トランジスタAMPのゲートの電位)が一旦電圧レベルVDDにリセットされる。 For a certain period of time immediately after the start of period T2, the control signals φRST(2), φRST(5), and φRST(8) in the second, fifth, and eighth rows are set to high level, the reset transistors RST in the pixels PX in the second, fifth, and eighth rows are temporarily turned on, and the potential of the floating capacitance section FD (the potential of the gate of the amplification transistor AMP) is temporarily reset to the voltage level VDD.

期間T2中のその後の時点から一定期間だけ、暗信号サンプリング信号φDARKCがハイレベルにされることによって、2行目における4列目乃至6列目及び10列目乃至12列目の画素PX、5行目における7列目乃至9列目の画素PX、及び、8行目における1列目乃至3列目の画素PXの増幅トランジスタAMPのゲートに現れる電位が、当該画素PXの増幅トランジスタAMPで増幅された後に当該画素PXの選択トランジスタSEL,ASELを経由して、当該画素PXに対応する垂直信号線27に出力され、カラムアンプ29で増幅された後に、暗信号としてCDS回路30によりサンプリングされる。 By setting the dark signal sampling signal φDARKC to a high level for a certain period of time from a later point in time during period T2, the potential appearing at the gate of the amplification transistor AMP of the pixels PX in the 4th to 6th and 10th to 12th columns in the 2nd row, the pixels PX in the 7th to 9th columns in the 5th row, and the pixels PX in the 1st to 3rd columns in the 8th row is amplified by the amplification transistor AMP of the pixel PX, and then output to the vertical signal line 27 corresponding to the pixel PX via the selection transistors SEL and ASEL of the pixel PX, amplified by the column amplifier 29, and then sampled by the CDS circuit 30 as a dark signal.

期間T2中のその後の時点から一定期間だけ、2行目、5行目及び8行目の制御信号φTX(2),φTX(5),φTX(8)がハイレベルにされて2行目、5行目及び8行目の画素PXの転送トランジスタTXがオンにされる。これにより、2行目、5行目及び8行目の画素PXのフォトダイオードPDに蓄積されていた信号電荷が、2行目、5行目及び8行目の画素PXのフローティング容量部FDにそれぞれ転送される。2行目、5行目及び8行目の画素PXのフローティング容量部FDの電位(増幅トランジスタAMPのゲートの電位)は、ノイズ成分を除くと、この各信号電荷の量と2行目、5行目及び8行目の画素PXのフローティング容量部FDの各容量値の逆数とに比例した値となる。 For a certain period from a later point in time during period T2, the control signals φTX(2), φTX(5), and φTX(8) of the second, fifth, and eighth rows are set to high level, and the transfer transistors TX of the pixels PX of the second, fifth, and eighth rows are turned on. As a result, the signal charges stored in the photodiodes PD of the pixels PX of the second, fifth, and eighth rows are transferred to the floating capacitance units FD of the pixels PX of the second, fifth, and eighth rows, respectively. The potentials of the floating capacitance units FD of the pixels PX of the second, fifth, and eighth rows (potentials of the gates of the amplification transistors AMP) are proportional to the amount of each signal charge and the reciprocal of each capacitance value of the floating capacitance units FD of the pixels PX of the second, fifth, and eighth rows, excluding noise components.

期間T2中のその後の時点から一定期間だけ、光信号サンプリング信号φSIGCがハイレベルにされることによって、2行目における4列目乃至6列目及び10列目乃至12列目の画素PX、5行目における7列目乃至9列目の画素PX、及び、8行目における1列目乃至3列目の画素PXの増幅トランジスタAMPのゲートに現れる電位が、当該画素PXの増幅トランジスタAMPで増幅された後に当該画素PXの選択トランジスタSEL,ASELを経由して、当該画素PXに対応する垂直信号線27に出力され、カラムアンプ29で増幅された後に、光信号としてCDS回路30によりサンプリングされる。 By setting the optical signal sampling signal φSIGC to a high level for a certain period of time from a later point in time during period T2, the potential appearing at the gate of the amplification transistor AMP of the pixels PX in the 4th to 6th and 10th to 12th columns in the 2nd row, the pixels PX in the 7th to 9th columns in the 5th row, and the pixels PX in the 1st to 3rd columns in the 8th row is amplified by the amplification transistor AMP of the pixel PX, and then output to the vertical signal line 27 corresponding to the pixel PX via the selection transistors SEL and ASEL of the pixel PX, amplified by the column amplifier 29, and then sampled by the CDS circuit 30 as an optical signal.

その後にφSIGCがローレベルになった時点の後に、CDS回路30は、先程サンプリングした暗信号と先程サンプリングした光信号との差分に応じた信号を出力する。A/D変換器31は、この差分に応じた信号をデジタル信号に変換して保持する。各A/D変換器31に保持されたデジタルの画像信号は、水平読み出し回路32によって水平走査され、デジタル信号画像信号として外部(図1中のデジタル信号処理部6)へ出力される。 After that, after φSIGC goes low, the CDS circuit 30 outputs a signal corresponding to the difference between the previously sampled dark signal and the previously sampled light signal. The A/D converter 31 converts the signal corresponding to this difference into a digital signal and holds it. The digital image signal held in each A/D converter 31 is horizontally scanned by the horizontal readout circuit 32 and output to the outside (digital signal processing unit 6 in FIG. 1) as a digital image signal.

期間T2後の期間T3において、3行目のφSEL(3)、6行目のφSEL(6)及び9行目のφSEL(9)がハイレベルにされ、3行目、6行目及び9行目の画素PXの選択トランジスタSEL(3),SEL(6),SEL(9)がオンにされ、3行目、6行目及び9行目の画素PXが選択される。ところが、今は図6に示す設定例が実現されるように選択制御信号φASELが図7に示すようになっているので、3行目の画素PXのうちのハッチングが付されている列(4列目乃至6列目、10列目乃至12列目)の画素PXの選択トランジスタASELがオンし、3行目の画素PXのうちのハッチングが付されていない列(1列目乃至3列目、7列目乃至9列目)の画素PXの選択トランジスタASELがオフしている。また、6行目の画素PXのうちのハッチングが付されている列(7列目乃至9列目)の画素PXの選択トランジスタASELがオンし、6行目の画素PXのうちのハッチングが付されていない列(1列目乃至6列目、10列目乃至12列目)の画素PXの選択トランジスタASELがオフしている。さらに、8行目の画素PXのうちのハッチングが付されている列(1列目乃至3列目)の画素PXの選択トランジスタASELがオンし、9行目の画素PXのうちのハッチングが付されていない列(4列目乃至12列目)の画素PXの選択トランジスタASELがオフしている。 In period T3 after period T2, φSEL(3) in the third row, φSEL(6) in the sixth row, and φSEL(9) in the ninth row are set to high level, and the selection transistors SEL(3), SEL(6), and SEL(9) of the pixels PX in the third, sixth, and ninth rows are turned on, and the pixels PX in the third, sixth, and ninth rows are selected. However, since the selection control signal φASEL is now as shown in FIG. 7 so that the setting example shown in FIG. 6 is realized, the selection transistors ASEL of the pixels PX in the hatched columns (fourth to sixth columns, tenth to twelfth columns) of the pixels PX in the third row are turned on, and the selection transistors ASEL of the pixels PX in the non-hatched columns (first to third columns, seventh to ninth columns) of the pixels PX in the third row are turned off. In addition, the selection transistors ASEL of the pixels PX in the hatched columns (7th to 9th columns) of the pixels PX in the 6th row are turned on, and the selection transistors ASEL of the pixels PX in the non-hatched columns (1st to 6th columns, 10th to 12th columns) of the pixels PX in the 6th row are turned off. Furthermore, the selection transistors ASEL of the pixels PX in the hatched columns (1st to 3rd columns) of the pixels PX in the 8th row are turned on, and the selection transistors ASEL of the pixels PX in the non-hatched columns (4th to 12th columns) of the pixels PX in the 9th row are turned off.

したがって、期間T3において、選択トランジスタSEL,ASELの両方がオンしている画素PX(3行目における4列目乃至6列目及び10列目乃至12列目の画素PX、6行目における7列目乃至9列目の画素PX、9行目における1列目乃至3列目の画素PX)のみの出力信号が、対応する垂直信号線27に出力し得る状態となっている。 Therefore, during period T3, only the pixels PX in which both the selection transistors SEL and ASEL are on (pixels PX in the fourth to sixth columns and the tenth to twelfth columns in the third row, pixels PX in the seventh to ninth columns in the sixth row, and pixels PX in the first to third columns in the ninth row) can output their output signals to the corresponding vertical signal lines 27.

期間T3の開始直後から一定時間だけ、3行目、6行目及び9行目の制御信号φRST(3),φRST(6),φRST(9)がハイレベルにされ、3行目、6行目及び9行目の画素PXのリセットトランジスタRSTが一旦オンにされ、フローティング容量部FDの電位(増幅トランジスタAMPのゲートの電位)が一旦電圧レベルVDDにリセットされる。 For a fixed period of time immediately after the start of period T3, the control signals φRST(3), φRST(6), and φRST(9) in the third, sixth, and ninth rows are set to high level, the reset transistors RST in the pixels PX in the third, sixth, and ninth rows are temporarily turned on, and the potential of the floating capacitance section FD (the potential of the gate of the amplification transistor AMP) is temporarily reset to the voltage level VDD.

期間T3中のその後の時点から一定期間だけ、暗信号サンプリング信号φDARKCがハイレベルにされることによって、3行目における4列目乃至6列目及び10列目乃至12列目の画素PX、6行目における7列目乃至9列目の画素PX、及び、9行目における1列目乃至3列目の画素PXの増幅トランジスタAMPのゲートに現れる電位が、当該画素PXの増幅トランジスタAMPで増幅された後に当該画素PXの選択トランジスタSEL,ASELを経由して、当該画素PXに対応する垂直信号線27に出力され、カラムアンプ29で増幅された後に、暗信号としてCDS回路30によりサンプリングされる。 By setting the dark signal sampling signal φDARKC to a high level for a certain period of time from a later point in time during period T3, the potential appearing at the gate of the amplification transistor AMP of the pixels PX in the fourth to sixth and tenth to twelfth columns in the third row, the pixels PX in the seventh to ninth columns in the sixth row, and the pixels PX in the first to third columns in the ninth row is amplified by the amplification transistor AMP of the pixel PX, and then output to the vertical signal line 27 corresponding to the pixel PX via the selection transistors SEL and ASEL of the pixel PX, amplified by the column amplifier 29, and then sampled by the CDS circuit 30 as a dark signal.

期間T3中のその後の時点から一定期間だけ、3行目、6行目及び9行目の制御信号φTX(3),φTX(6),φTX(9)がハイレベルにされて3行目、6行目及び9行目の画素PXの転送トランジスタTXがオンにされる。これにより、3行目、6行目及び9行目の画素PXのフォトダイオードPDに蓄積されていた信号電荷が、3行目、6行目及び9行目の画素PXのフローティング容量部FDにそれぞれ転送される。3行目、6行目及び9行目の画素PXのフローティング容量部FDの電位(増幅トランジスタAMPのゲートの電位)は、ノイズ成分を除くと、この各信号電荷の量と3行目、6行目及び9行目の画素PXのフローティング容量部FDの各容量値の逆数とに比例した値となる。 For a certain period from a later point in time during period T3, the control signals φTX(3), φTX(6), and φTX(9) of the third, sixth, and ninth rows are set to high level, and the transfer transistors TX of the pixels PX of the third, sixth, and ninth rows are turned on. As a result, the signal charges stored in the photodiodes PD of the pixels PX of the third, sixth, and ninth rows are transferred to the floating capacitance units FD of the pixels PX of the third, sixth, and ninth rows, respectively. The potentials of the floating capacitance units FD of the pixels PX of the third, sixth, and ninth rows (potentials of the gates of the amplification transistors AMP), excluding noise components, are proportional to the amount of each signal charge and the reciprocal of each capacitance value of the floating capacitance units FD of the pixels PX of the third, sixth, and ninth rows.

期間T3中のその後の時点から一定期間だけ、光信号サンプリング信号φSIGCがハイレベルにされることによって、3行目における4列目乃至6列目及び10列目乃至12列目の画素PX、6行目における7列目乃至9列目の画素PX、及び、9行目における1列目乃至3列目の画素PXの増幅トランジスタAMPのゲートに現れる電位が、当該画素PXの増幅トランジスタAMPで増幅された後に当該画素PXの選択トランジスタSEL,ASELを経由して、当該画素PXに対応する垂直信号線27に出力され、カラムアンプ29で増幅された後に、光信号としてCDS回路30によりサンプリングされる。 By setting the optical signal sampling signal φSIGC to a high level for a certain period of time from a later point in time during period T3, the potential appearing at the gate of the amplification transistor AMP of the pixels PX in the fourth to sixth and tenth to twelfth columns in the third row, the pixels PX in the seventh to ninth columns in the sixth row, and the pixels PX in the first to third columns in the ninth row is amplified by the amplification transistor AMP of the pixel PX, and then output to the vertical signal line 27 corresponding to the pixel PX via the selection transistors SEL and ASEL of the pixel PX, amplified by the column amplifier 29, and then sampled by the CDS circuit 30 as an optical signal.

その後にφSIGCがローレベルになった時点の後に、CDS回路30は、先程サンプリングした暗信号と先程サンプリングした光信号との差分に応じた信号を出力する。A/D変換器31は、この差分に応じた信号をデジタル信号に変換して保持する。各A/D変換器31に保持されたデジタルの画像信号は、水平読み出し回路32によって水平走査され、デジタル信号画像信号として外部(図1中のデジタル信号処理部6)へ出力される。 After that, after φSIGC goes low, the CDS circuit 30 outputs a signal corresponding to the difference between the previously sampled dark signal and the previously sampled light signal. The A/D converter 31 converts the signal corresponding to this difference into a digital signal and holds it. The digital image signal held in each A/D converter 31 is horizontally scanned by the horizontal readout circuit 32 and output to the outside (digital signal processing unit 6 in FIG. 1) as a digital image signal.

このようにして、図6に示すように設定された複数の部分領域の画素PXの出力信号が読み出される。 In this way, the output signals of the pixels PX in the multiple partial regions set as shown in Figure 6 are read out.

図9は、部分領域撮影モードにおいて、固体撮像素子4の撮像領域21のうちの読み出す部分領域の他の設定例を模式的に示す図であり、図6に対応している。図10は、図1中の固体撮像素子4において図9に示す設定例を実現する選択制御信号φASELを示しており、図7に対応している。 Figure 9 is a diagram showing a schematic diagram of another setting example of a partial area to be read out of the imaging area 21 of the solid-state imaging element 4 in the partial area shooting mode, and corresponds to Figure 6. Figure 10 shows the selection control signal φASEL that realizes the setting example shown in Figure 9 in the solid-state imaging element 4 in Figure 1, and corresponds to Figure 7.

図9において、読み出す2つの部分領域として設定された既定部分領域AR(1,1),AR(1,2),AR(2,3),AR(2,4)には、ハッチングを付している。本例では、読み出す1つの部分領域は、2つの既定部分領域AR(1,1),AR(1,2)からなり、読み出す他の1つの部分領域は、2つの既定部分領域AR(2,3),AR(2,4)からなる。 In FIG. 9, the predefined partial areas AR(1,1), AR(1,2), AR(2,3), and AR(2,4) that are set as the two partial areas to be read are hatched. In this example, one partial area to be read consists of the two predefined partial areas AR(1,1) and AR(1,2), and the other partial area to be read consists of the two predefined partial areas AR(2,3) and AR(2,4).

このように、本実施の形態では、読み出す1つ以上の部分領域の各々は、1つの既定部分領域ARからなるものでもよいし、複数の既定部分領域ARからなるものでもよい。また、本実施の形態では、複数の部分領域を読み出す場合、各部分領域は必ずしも同数の既定部分領域ARからなる必要はなく、読み出す1つの部分領域を構成する既定部分領域ARの数は、読み出す他の1つの部分領域を構成する既定部分領域ARの数と異なっていてもよい。 As described above, in this embodiment, each of the one or more partial areas to be read out may consist of one predefined partial area AR, or may consist of multiple predefined partial areas AR. Also, in this embodiment, when multiple partial areas are read out, each partial area does not necessarily have to consist of the same number of predefined partial areas AR, and the number of predefined partial areas AR that make up one partial area to be read out may be different from the number of predefined partial areas AR that make up another partial area to be read out.

本実施の形態では、部分領域撮影モードにおいて、読み出す部分領域が図9に示すように設定される場合にも、例えば、読み出す部分領域が図6に示すように設定される場合と同じく図8に示すように読み出し制御が行われる。 In this embodiment, even when the partial area to be read out is set as shown in FIG. 9 in the partial area shooting mode, read control is performed as shown in FIG. 8 in the same way as when the partial area to be read out is set as shown in FIG. 6, for example.

図11は、部分領域撮影モードにおいて、固体撮像素子4の撮像領域21のうちの読み出す部分領域の更に他の設定例を模式的に示す図であり、図6に対応している。図12は、図1中の固体撮像素子4において図11に示す設定例を実現する選択制御信号φASELを示しており、図7に対応している。 Figure 11 is a diagram showing a schematic diagram of yet another setting example of a partial area to be read out of the imaging area 21 of the solid-state imaging element 4 in the partial area shooting mode, and corresponds to Figure 6. Figure 12 shows the selection control signal φASEL that realizes the setting example shown in Figure 11 in the solid-state imaging element 4 in Figure 1, and corresponds to Figure 7.

図11において、読み出す4つの部分領域として設定された既定部分領域AR(3,1),AR(1,1),AR(2,3),AR(1,4)には、ハッチングを付している。図6に示す設定例及び図9に示す設定例では、既定部分領域ARのいずれの列においても、2つ以上の既定部分領域ARは読み出す領域として設定されていないのに対し、図11に示す設定例では、既定部分領域ARの1列目において、2つの既定部分領域AR(3,1),AR(1,1)が、読み出す部分領域として設定されている。 In FIG. 11, the predefined partial areas AR(3,1), AR(1,1), AR(2,3), and AR(1,4) that are set as the four partial areas to be read out are hatched. In the setting example shown in FIG. 6 and the setting example shown in FIG. 9, no two or more predefined partial areas AR are set as areas to be read out in any column of predefined partial areas AR, whereas in the setting example shown in FIG. 11, two predefined partial areas AR(3,1) and AR(1,1) are set as partial areas to be read out in the first column of predefined partial areas AR.

したがって、本実施の形態では、部分領域撮影モードにおいて、読み出す部分領域が図11に示すように設定される場合にも、図8に示すように読み出し制御が行われるとすれば、2つ以上の画素PXの出力信号が同時に同じ垂直信号線27に読み出されて両者の信号が干渉してしまい、画素PXの出力信号を適切に読み出すことができない。具体的には、図8中の期間T1において、1行目における1列目乃至3列目の画素PXの出力信号と7行目における1列目乃至3列目の画素PXの出力信号とが同時に同じ垂直信号線27にそれぞれ読み出されて両者の信号が干渉してしまい、図8中の期間T2において、2行目における1列目乃至3列目の画素PXの出力信号と8行目における1列目乃至3列目の画素PXの出力信号とが同時にそれぞれ同じ垂直信号線27に読み出されて両者の信号が干渉してしまい、図8中の期間T3において、3行目における1列目乃至3列目の画素PXの出力信号と9行目における1列目乃至3列目の画素PXの出力信号とが同時にそれぞれ同じ垂直信号線27に読み出されて両者の信号が干渉してしまう。 Therefore, in this embodiment, even if the partial area to be read out is set as shown in FIG. 11 in the partial area shooting mode, if read control is performed as shown in FIG. 8, the output signals of two or more pixels PX will be read out simultaneously to the same vertical signal line 27, causing interference between the two signals, and the output signals of the pixels PX cannot be read out properly. Specifically, in period T1 in FIG. 8, the output signals of the pixels PX in the first to third columns in the first row and the output signals of the pixels PX in the first to third columns in the seventh row are simultaneously read out to the same vertical signal line 27, causing interference between the two signals; in period T2 in FIG. 8, the output signals of the pixels PX in the first to third columns in the second row and the output signals of the pixels PX in the first to third columns in the eighth row are simultaneously read out to the same vertical signal line 27, causing interference between the two signals; and in period T3 in FIG. 8, the output signals of the pixels PX in the first to third columns in the third row and the output signals of the pixels PX in the first to third columns in the ninth row are simultaneously read out to the same vertical signal line 27, causing interference between the two signals.

そこで、本実施の形態では、部分領域撮影モードにおいて、読み出す部分領域が図11に示すように設定されることも許容する場合には、垂直走査回路22は、図8に示す読み出し制御に代えて、例えば図13に示す読み出し制御を行えばよい。図13は、図1中の固体撮像素子4の部分領域撮影モード時の読み出し制御の他の例を示すタイミングチャートであり、図8に対応している。 Therefore, in this embodiment, if it is permitted that the partial area to be read out in the partial area shooting mode is set as shown in FIG. 11, the vertical scanning circuit 22 may perform, for example, the read control shown in FIG. 13 instead of the read control shown in FIG. 8. FIG. 13 is a timing chart showing another example of the read control in the partial area shooting mode of the solid-state imaging element 4 in FIG. 1, and corresponds to FIG. 8.

図13に示す例では、垂直走査回路22は、読み出す図11に示す部分領域の設定に応じて、2つ以上の画素PXの出力信号が同時に同じ垂直信号線27に読み出されることがないこと必要条件として、可能な限り多くの画素行について同時に読み出し制御が行われるように、読み出し制御を行う。 In the example shown in FIG. 13, the vertical scanning circuit 22 performs read control in accordance with the setting of the partial area shown in FIG. 11 to be read out, so that read control is performed simultaneously for as many pixel rows as possible, with the necessary condition that the output signals of two or more pixels PX are not simultaneously read out to the same vertical signal line 27.

具体的には、図13に示す例では、垂直走査回路22によって、期間T1において、撮像領域21における1行目及び4行目の画素PXの行について同時に読み出し制御が行われ、その次の期間T2において、撮像領域21における2行目及び5行目の画素PXの行について同時に読み出し制御が行われ、その次の期間T3において、撮像領域21における3行目及び6行目の画素PXの行について同時に読み出し制御が行われ、その次の期間T4において、撮像領域21における7行目の画素PXの行について読み出し制御が行われ、その次の期間T5において、撮像領域21における8行目の画素PXの行について読み出し制御が行われ、その次の期間T6において、撮像領域21における9行目の画素PXの行について読み出し制御が行われ、これにより1フレーム分の読み出しが終了する。期間T1~T6を順次繰り返すことで、複数のフレームがローリング電子シャッタにより読み出される。 Specifically, in the example shown in FIG. 13, the vertical scanning circuit 22 simultaneously controls the readout of the first and fourth rows of pixels PX in the imaging area 21 during period T1, simultaneously controls the readout of the second and fifth rows of pixels PX in the imaging area 21 during the next period T2, simultaneously controls the readout of the third and sixth rows of pixels PX in the imaging area 21 during the next period T3, simultaneously controls the readout of the seventh row of pixels PX in the imaging area 21 during the next period T4, simultaneously controls the readout of the eighth row of pixels PX in the imaging area 21 during the next period T5, and simultaneously controls the readout of the ninth row of pixels PX in the imaging area 21 during the next period T6, thereby completing the readout of one frame. By sequentially repeating periods T1 to T6, multiple frames are read out by the rolling electronic shutter.

本実施の形態では、領域設定回路23は、部分領域撮影モードにおいて、読み出す部分領域の設定に際して、既定部分領域ARのいずれの列においても、2つ以上の既定部分領域ARは読み出す領域として同時に設定しないという制約の下で、読み出す領域を任意に設定し得るようにしておき、垂直走査回路22は、部分領域撮影モードにおいて常に図8に示す読み出し制御を行うように構成してもよい。以下の説明では、このような構成を「制約有り部分領域設定の構成」と呼ぶ。この場合には、図6に示すような領域設定や図9に示すような領域設定は許容されるが、図11に示すような領域設定は許容されない。このような垂直走査回路22は、例えば、垂直シフトレジスタやスイッチ等を用いて構成したり、メモリ等を用いたデコーダ回路を用いて構成したりすることができる。 In this embodiment, the region setting circuit 23 may be configured to arbitrarily set the region to be read out under the constraint that two or more predefined partial regions AR are not simultaneously set as regions to be read out in any column of the predefined partial regions AR in the partial region shooting mode, and the vertical scanning circuit 22 may be configured to always perform the read control shown in FIG. 8 in the partial region shooting mode. In the following description, such a configuration is called a "restricted partial region setting configuration." In this case, the region setting shown in FIG. 6 and the region setting shown in FIG. 9 are permitted, but the region setting shown in FIG. 11 is not permitted. Such a vertical scanning circuit 22 may be configured, for example, using a vertical shift register or a switch, or a decoder circuit using a memory, etc.

あるいは、本実施の形態では、領域設定回路23は、部分領域撮影モードにおいて、読み出す部分領域の設定に際して、何らの制約もなく読み出す領域を任意に設定し得るようにしておき、垂直走査回路22は、部分領域撮影モードにおいて、部分領域の設定に応じて、2つ以上の画素PXの出力信号が同時に同じ垂直信号線27に読み出されることがないこと必要条件として、可能な限り多くの画素行について同時に読み出し制御が行われるような読み出し制御を行うように構成してもよい。以下の説明では、このような構成を「制約無し部分領域設定の構成」と呼ぶ。この場合には、図6に示すような領域設定や図9に示すような領域設定のみならず、図11に示すような領域設定も許容される。垂直走査回路22は、図6に示すような領域設定や図9に示すような領域設定の場合には、例えば、図8に示す読み出し制御を行い、図11に示すような領域設定の場合には、例えば、図13に示すような読み出し制御を行う。このような垂直走査回路22は、その都度必要な行選択を実現するように、例えば、メモリ等を用いたデコーダ回路を用いて構成することができる。 Alternatively, in this embodiment, the region setting circuit 23 may be configured to arbitrarily set the region to be read out without any constraints when setting the partial region to be read out in the partial region shooting mode, and the vertical scanning circuit 22 may be configured to perform read control such that read control is performed simultaneously for as many pixel rows as possible, with the necessary condition that the output signals of two or more pixels PX are not simultaneously read out to the same vertical signal line 27 in accordance with the partial region setting in the partial region shooting mode. In the following description, such a configuration is called a "configuration of partial region setting without constraints". In this case, not only the region setting shown in FIG. 6 or the region setting shown in FIG. 9, but also the region setting shown in FIG. 11 is allowed. In the case of the region setting shown in FIG. 6 or the region setting shown in FIG. 9, the vertical scanning circuit 22 performs, for example, the read control shown in FIG. 8, and in the case of the region setting shown in FIG. 11, the read control is performed, for example, as shown in FIG. 13. Such a vertical scanning circuit 22 can be configured using, for example, a decoder circuit using a memory or the like to realize the row selection required each time.

先の説明からわかるように、本実施の形態では、領域設定回路23は、撮像領域21のうちの所望の複数の部分領域の画素PXの選択トランジスタASELを選択状態する領域設定部を構成している。また、本実施の形態では、垂直走査回路22は、前記複数の部分領域の各行の画素PXの選択トランジスタSELを選択状態にしつつ、選択トランジスタSELが選択状態にされた行の画素PXに対して読み出し制御を行う制御部を構成している。 As can be seen from the above explanation, in this embodiment, the region setting circuit 23 constitutes a region setting unit that selects the selection transistors ASEL of the pixels PX in multiple desired partial regions of the imaging region 21. Also, in this embodiment, the vertical scanning circuit 22 constitutes a control unit that selects the selection transistors SEL of the pixels PX in each row of the multiple partial regions, while controlling the readout of the pixels PX in the row in which the selection transistor SEL is selected.

そして、垂直走査回路22は、図6に示すような領域設定や図9に示すような領域設定の場合において図8に示す読み出し制御を行う場合や、図11に示すような領域設定の場合において図11に示す読み出し制御を行う場合には、前記複数の部分領域(読み出し領域として設定される複数の部分領域)のうちの少なくとも1つの部分領域の1つの行の画素PXの選択トランジスタSEL、及び、前記複数の部分領域のうちの他の少なくとも1つの部分領域の、前記1つの行と異なる1つの行の画素PXの選択トランジスタSELを、同時に選択状態にしつつ、これらの行の画素PXに対して読み出し制御を行うことになる。ここで、前記少なくとも1つの部分領域の画素PXの出力信号を受け取るいずれの垂直信号線27も、前記他の少なくとも1つ部分領域の画素PXの出力信号を受け取るいずれの垂直信号線27とも異なる。 When the vertical scanning circuit 22 performs the readout control shown in FIG. 8 in the case of the region setting shown in FIG. 6 or the region setting shown in FIG. 9, or when the vertical scanning circuit 22 performs the readout control shown in FIG. 11 in the case of the region setting shown in FIG. 11, the selection transistors SEL of the pixels PX in one row of at least one of the partial regions (the multiple partial regions set as the readout region) and the selection transistors SEL of the pixels PX in one row different from the one row in at least one other partial region of the multiple partial regions are simultaneously selected, and the vertical scanning circuit 22 performs the readout control on the pixels PX in these rows. Here, any vertical signal line 27 that receives the output signal of the pixel PX in the at least one partial region is different from any vertical signal line 27 that receives the output signal of the pixel PX in the at least one other partial region.

また、垂直走査回路22は、図6に示すような領域設定や図9に示すような領域設定の場合において図8に示す読み出し制御を行う場合には、前記複数の部分領域(読み出し領域として設定される複数の部分領域)の各部分領域の1つの行の画素PXの選択トランジスタSELを同時に選択状態にしつつこれらの行の画素PXに対して読み出し制御を行い、この制御を前記複数の部分領域の各部分領域の残りの行の前記画素について順次繰り返すことになる。ここで、前記複数の部分領域の画素PXの行数が互いに同一である。また、前記複数の部分領域のうちの少なくとも1つの部分領域の画素PXのいずれの行も、前記複数の部分領域のうちの他の少なくとも1つの部分領域の画素PXのいずれの行とも異なる。さらに、前記複数の部分領域の各部分領域の画素PXの出力信号を受け取るいずれの垂直信号線27も、前記複数の部分領域のうちの当該部分領域以外の部分領域の画素PXの出力信号を受け取るいずれの垂直信号線27とも異なる。 When the vertical scanning circuit 22 performs the read control shown in FIG. 8 in the case of the region setting shown in FIG. 6 or the region setting shown in FIG. 9, the vertical scanning circuit 22 simultaneously selects the selection transistors SEL of the pixels PX in one row of each of the plurality of partial regions (the plurality of partial regions set as the read region) and performs read control on the pixels PX in these rows, and repeats this control sequentially for the pixels in the remaining rows of each of the plurality of partial regions. Here, the number of rows of the pixels PX in the plurality of partial regions is the same. Also, any row of the pixels PX in at least one of the plurality of partial regions is different from any row of the pixels PX in at least one other of the plurality of partial regions. Furthermore, any vertical signal line 27 that receives the output signal of the pixels PX in each of the plurality of partial regions is different from any vertical signal line 27 that receives the output signal of the pixels PX in a partial region other than the partial region among the plurality of partial regions.

図14は、図1中の固体撮像素子4の全領域撮影モード時の読み出し制御の一例を示すタイミングチャートであり、図8及び図13に対応している。全領域撮影モードは、固体撮像素子4の撮像領域21の全領域の画素PXの出力信号を読み出す動作モードである。 Figure 14 is a timing chart showing an example of read control in the full-area shooting mode of the solid-state imaging element 4 in Figure 1, and corresponds to Figures 8 and 13. The full-area shooting mode is an operating mode in which the output signals of the pixels PX in the entire imaging area 21 of the solid-state imaging element 4 are read out.

全領域撮影モード時には、全ての既定部分領域ARの選択トランジスタASELのゲートに供給されるいずれの選択制御信号φASELも、ハイレベル(H)に維持される。これにより、撮像領域21の全領域(全ての既定部分領域AR)の選択トランジスタASELがオンに維持される。 In the full-area shooting mode, all selection control signals φASEL supplied to the gates of the selection transistors ASEL in all predefined partial areas AR are maintained at a high level (H). This keeps the selection transistors ASEL in the entire imaging area 21 (all predefined partial areas AR) on.

本実施の形態では、全領域撮影モードでは、例えば、図14に示すように読み出し制御が行われる。図14に示す例では、垂直走査回路22によって、期間T1~T9の各期間において、撮像領域21における1行目の画素PXの行から9行目の画素PXの行まで1行ずつについて順次読み出し制御が行われ、これにより1フレーム分の読み出しが終了する。静止画撮影時の全領域撮影モードでは、全画素PXを同時にリセットするいわゆるグローバルリセット後にメカニカルシャッタ(図示せず)により露光が行われ、その後に期間T1~T9が1回行われる。動画撮影時の全領域撮影モードでは、期間T1~T9が順次繰り返され、複数のフレームがローリング電子シャッタにより読み出される。 In this embodiment, in the full-area shooting mode, for example, read control is performed as shown in FIG. 14. In the example shown in FIG. 14, the vertical scanning circuit 22 performs sequential read control for each row from the first row of pixels PX in the imaging area 21 to the ninth row of pixels PX in each of the periods T1 to T9, thereby completing the readout of one frame. In the full-area shooting mode when shooting still images, exposure is performed by a mechanical shutter (not shown) after a so-called global reset that resets all pixels PX simultaneously, and then the periods T1 to T9 are performed once. In the full-area shooting mode when shooting moving images, the periods T1 to T9 are repeated sequentially, and multiple frames are read out by a rolling electronic shutter.

本実施の形態では、固体撮像素子4の各画素PXが選択トランジスタSELの他に選択トランジスタASELも有しているので、部分領域撮影モードにおいて、読み出す領域として例えば図6、図9及び図11に示すように複数の部分領域を設定する場合、図8及び図13に示すように読み出し制御を行うことができ、複数の異なる行の画素PXを同時に読み出すことができる。したがって、本実施の形態によれば、1フレーム分の画像信号を読み出すのに要する時間を短縮することができ、所望の複数の部分領域を高速に読み出すことができる。具体的には、1フレーム分の画像信号を読み出すためには、全領域撮影モードでは図14に示すように期間T1~T9を要するのに対し、部分領域撮影モードでは、図8に示す場合には期間T1~T3しか要しないとともに、図13に示す場合には期間T1~T6しか要しない。 In this embodiment, each pixel PX of the solid-state imaging element 4 has a selection transistor ASEL in addition to the selection transistor SEL. Therefore, in the partial area shooting mode, when multiple partial areas are set as the readout area as shown in, for example, FIG. 6, FIG. 9, and FIG. 11, readout control can be performed as shown in FIG. 8 and FIG. 13, and multiple different rows of pixels PX can be read out simultaneously. Therefore, according to this embodiment, the time required to read out one frame of image signals can be shortened, and multiple desired partial areas can be read out at high speed. Specifically, in order to read out one frame of image signals, periods T1 to T9 are required in the full area shooting mode as shown in FIG. 14, whereas in the partial area shooting mode, only periods T1 to T3 are required in the case shown in FIG. 8, and only periods T1 to T6 are required in the case shown in FIG. 13.

なお、前記特許文献1に開示された撮像装置では、複数の異なる行の画素PXを同時に読み出すことができないので、部分領域撮影モードにおいて、読み出す領域として複数の部分領域を設定する場合、1フレーム分の画像信号を読み出すのに本実施の形態に比べて長時間を要してしまう。例えば、前記特許文献1に開示された撮像装置では、部分領域撮影モードにおいて、読み出す領域として例えば図6及び図11に示すように複数の部分領域を設定する場合、結局、全領域撮影モード時の図14に示す読み出し制御と同様の読み出し制御を行わざるを得ず、1フレーム分の画像信号を読み出すのに長時間を要してしまう。 In addition, in the imaging device disclosed in Patent Document 1, pixels PX of multiple different rows cannot be read out simultaneously, so when multiple partial areas are set as the readout area in partial area shooting mode, it takes a long time to read out one frame's worth of image signals compared to the present embodiment. For example, in the imaging device disclosed in Patent Document 1, when multiple partial areas are set as the readout area in partial area shooting mode, for example as shown in Figures 6 and 11, it ends up having to perform read control similar to the read control shown in Figure 14 in full area shooting mode, and it takes a long time to read out one frame's worth of image signals.

本実施の形態による電子カメラ1は、使用者が操作部14を介して第1の部分領域撮影モードを指令すると、図15に示す動作を行う。図15は、図1に示す電子カメラ1の第1の部分領域撮影モード時の動作の一例を示す概略フローチャートである。 When the user commands the first partial area shooting mode via the operation unit 14, the electronic camera 1 according to this embodiment performs the operation shown in FIG. 15. FIG. 15 is a schematic flow chart showing an example of the operation of the electronic camera 1 shown in FIG. 1 in the first partial area shooting mode.

CPU9は、操作部14により第1の部分領域撮影モードが指令されると、まず、自動露光制御(AE)及び自動焦点制御(AF)を実現する(ステップS1)。ステップS1におけるAEは、例えば、CPU9が固体撮像素子4とは別に設けられた自動露光用測光センサ(図示せず)からの測光信号に基づいて最適な露光量を演算し、撮影レンズ2の絞りがこの露光量に応じた絞りとなるようにレンズ制御部3を制御することによって、実現される。また、ステップS1におけるAFは、例えば、CPU9が固体撮像素子4とは別に設けられた焦点検出センサ(図示せず)からの信号に基づいて、デフォーカス量を演算し、このデフォーカス量に応じてレンズ制御部3が撮影レンズ2の焦点駆動して撮影レンズ2を合焦させることによって、実現される。なお、固体撮像素子4の画素PXの出力信号を読み出してその信号を自動露光用測光信号として用いてもよい。また、固体撮像素子4を焦点検出用信号も得られるように構成し、その信号を用いてAFを実現してもよい。 When the first partial area shooting mode is commanded by the operation unit 14, the CPU 9 first realizes automatic exposure control (AE) and automatic focus control (AF) (step S1). AE in step S1 is realized, for example, by the CPU 9 calculating the optimal exposure amount based on a photometry signal from an automatic exposure photometry sensor (not shown) provided separately from the solid-state image sensor 4, and controlling the lens control unit 3 so that the aperture of the photographing lens 2 becomes an aperture corresponding to this exposure amount. Also, AF in step S1 is realized, for example, by the CPU 9 calculating the defocus amount based on a signal from a focus detection sensor (not shown) provided separately from the solid-state image sensor 4, and the lens control unit 3 driving the focus of the photographing lens 2 according to this defocus amount to focus the photographing lens 2. Note that the output signal of the pixel PX of the solid-state image sensor 4 may be read out and used as the automatic exposure photometry signal. Also, the solid-state image sensor 4 may be configured to obtain a focus detection signal, and AF may be realized using the signal.

なお、ステップS1や後述するステップS6でAE及びAFを行う代わりに、前記絞りや焦点合わせ等は、予め使用者によりいわゆる手動設定しておくものとしてもよい。 In addition, instead of performing AE and AF in step S1 and step S6 described later, the aperture, focus, etc. may be set in advance by the user in a so-called manual manner.

次に、CPU9は、撮像制御部5を介して領域設定回路23を制御して、領域設定回路23から全ての既定部分領域ARの選択トランジスタASELのゲートに供給される全ての選択制御信号φASELをハイレベルにし、撮像領域21の全領域を読み出し領域として設定する(ステップS2)。 Next, the CPU 9 controls the area setting circuit 23 via the imaging control unit 5 to set all selection control signals φASEL supplied from the area setting circuit 23 to the gates of the selection transistors ASEL of all predefined partial areas AR at a high level, thereby setting the entire imaging area 21 as the readout area (step S2).

この状態で、CPU9は、撮像制御部5を介して垂直走査回路22等を制御して、図14に示す全領域撮影モード時の読み出し制御を実現し、1フレーム分の全領域の画像データを得てメモリ7に一旦格納する(ステップS3)。なお、ここでは、図14中の期間T1に先立って、全画素PXを同時にリセットするいわゆるグローバルリセット後に、図示しないメカニカルシャッタで露光しておく。 In this state, the CPU 9 controls the vertical scanning circuit 22 etc. via the imaging control unit 5 to realize the read control in the full-area shooting mode shown in FIG. 14, obtains image data of the entire area for one frame, and temporarily stores it in the memory 7 (step S3). Note that here, prior to the period T1 in FIG. 14, all pixels PX are simultaneously reset, that is, a so-called global reset, and then exposed to light by a mechanical shutter (not shown).

次いで、CPU9は、ステップS3で得られた画像を表示部10に表示させ(ステップS4)、使用者に撮影しようとする所望の部分領域の指定を促す。なお、CPU9は、前記制約有り部分領域設定の構成が採用されている場合には許容される領域指定のみを受け付け、前記制約無し部分領域設定の構成が採用されている場合には、制約無しに領域指定を受け付ける。使用者が表示された画像を見ながら操作部14によって自身が望む部分領域を指定する入力を行い、CPU9がその指定を受け付けると、CPU9は、撮像制御部5を介して領域設定回路23を制御して、その指定による1つ又は複数の部分領域に該当する既定部分領域ARの選択トランジスタASELのゲートに供給される選択制御信号φASELを選択的にハイレベルにし、1つ又は複数の既定部分領域ARを読み出し領域として選択的に設定する(ステップS5)。本実施の形態では、CPU9、表示部10及び操作部14のこれらの機能によって、撮像領域21のうちの所望の1又は複数の部分領域を指令するためのユーザインターフェースが構築されている。 Next, the CPU 9 displays the image obtained in step S3 on the display unit 10 (step S4), and prompts the user to specify the desired partial area to be photographed. Note that the CPU 9 accepts only permitted area designations when the configuration of the restricted partial area setting is adopted, and accepts area designations without constraints when the configuration of the unrestricted partial area setting is adopted. When the user inputs designation of the desired partial area by the operation unit 14 while looking at the displayed image, and the CPU 9 accepts the designation, the CPU 9 controls the area setting circuit 23 via the imaging control unit 5 to selectively set the selection control signal φASEL supplied to the gate of the selection transistor ASEL of the predefined partial area AR corresponding to the designated one or more partial areas to a high level, and selectively sets one or more predefined partial areas AR as the readout area (step S5). In this embodiment, a user interface for commanding one or more desired partial areas of the imaging area 21 is constructed by the functions of the CPU 9, the display unit 10, and the operation unit 14.

引き続いて、CPU9は、ステップS1と同様にAE及びAFを行わせる(ステップS6)。ただし、ステップS6では、ステップS1と異なり、ステップS5で設定された部分領域について露光及び焦点合わせが最適化されるように行われる。 Then, the CPU 9 performs AE and AF in the same manner as in step S1 (step S6). However, unlike step S1, step S6 is performed so that exposure and focusing are optimized for the partial area set in step S5.

次に、CPU9は、撮像制御部5を介して垂直走査回路22等を制御して、前述した部分領域撮影モード時の読み出し制御を実現し、1フレーム分の部分領域の画像データを得てメモリ7に一旦格納し、記録部11によりこの画像を部分領域の動画像として記録媒体11aに記録させる(ステップS7)。なお、図15に示す動作によってステップS7が繰り返されることにより、ローリング電子シャッタが実現される。 Next, the CPU 9 controls the vertical scanning circuit 22 and the like via the imaging control unit 5 to realize the read control in the partial area shooting mode described above, obtains one frame of image data of the partial area and temporarily stores it in the memory 7, and causes the recording unit 11 to record this image as a moving image of the partial area on the recording medium 11a (step S7). Note that step S7 is repeated by the operation shown in FIG. 15 to realize a rolling electronic shutter.

その後、CPU9は、操作部14から部分領域動画撮影終了の指令が得られたか否かを判定し(ステップS8)、その指令がなければステップS7へ戻る一方、その指令があれば第1の部分領域撮影モードの一連の動作を終了する。 Then, the CPU 9 determines whether or not a command to end partial area video shooting has been received from the operation unit 14 (step S8), and if no such command has been received, the process returns to step S7, whereas if such a command has been received, the series of operations in the first partial area shooting mode ends.

この第1の部分領域撮影モードでは、このようにして、使用者が任意に設定した所望の1つ又は複数の部分領域の動画像を取得することができる。そして、本実施の形態によれば、前述したように所望の複数の部分領域の1フレーム分の画像信号を読み出すのに要する時間を短縮することができ、所望の複数の部分領域を高速に読み出すことができるので、使用者が任意に設定した所望の複数の部分領域の動画像を高フレームレートで取得することができる。 In this first partial area capture mode, a moving image of one or more desired partial areas arbitrarily set by the user can be obtained. As described above, according to this embodiment, the time required to read out one frame of image signals of the desired partial areas can be shortened, and the desired partial areas can be read out at high speed, so that a moving image of the desired partial areas arbitrarily set by the user can be obtained at a high frame rate.

したがって、この第1の部分領域撮影モードでは、使用者が任意の複数の着目対象をそれぞれ含む所望の複数の部分領域を指定することで、視野中の複数の着目対象の変化(例えば、形状や大きさや向きや色などの変化)の過程を細かく捕らえた動画像を取得することができ、その動画像によって、視野中の複数の着目対象の変化を見逃さずに観察することができる。例えば、本実施の形態による電子カメラ1が顕微鏡に組み込まれ顕微鏡像を撮像する撮像装置である場合には、細胞を培養しているシャーレを視野とする場合、複数の細胞の変化の過程(例えば、細胞分裂の様子や、心筋細胞の拍動の様子など)を細かく捕らえた動画像を取得することができる。 Therefore, in this first partial area shooting mode, the user can specify multiple desired partial areas each including multiple arbitrary targets of interest, thereby obtaining a moving image that captures in detail the process of changes in the multiple targets of interest in the field of view (e.g., changes in shape, size, orientation, color, etc.), and the moving image allows the user to observe the changes in the multiple targets of interest in the field of view without missing anything. For example, if the electronic camera 1 according to this embodiment is an imaging device incorporated in a microscope and captures microscopic images, when the field of view is a petri dish in which cells are cultured, it is possible to obtain a moving image that captures in detail the process of changes in multiple cells (e.g., the state of cell division, the state of pulsation of cardiac muscle cells, etc.).

本実施の形態による電子カメラ1は、使用者が操作部14を介して第2の部分領域撮影モードを指令すると、図16に示す動作を行う。図16は、図1に示す電子カメラ1の第2の部分領域撮影モード時の動作の一例を示す概略フローチャートである。前記第1の部分領域撮影モードは、部分領域が使用者が指定した領域に固定されるモードであるのに対し、第2の部分領域撮影モードは、撮影される部分領域が着目対象の移動に自動的に追従していくモードである。 When the user commands the second partial area shooting mode via the operation unit 14, the electronic camera 1 according to this embodiment performs the operation shown in FIG. 16. FIG. 16 is a schematic flow chart showing an example of the operation of the electronic camera 1 shown in FIG. 1 in the second partial area shooting mode. The first partial area shooting mode is a mode in which the partial area is fixed to an area specified by the user, whereas the second partial area shooting mode is a mode in which the captured partial area automatically follows the movement of the target object.

CPU9は、操作部14により第2の部分領域撮影モードが指令されると、図15中のステップS1~S3とそれぞれ同じステップS11~S13を行う。 When the second partial area shooting mode is commanded by the operation unit 14, the CPU 9 performs steps S11 to S13, which are the same as steps S1 to S3 in FIG. 15, respectively.

次に、CPU9は、ステップS13でメモリ7に格納された画像に対して公知の画像認識手法による画像認識処理を行い、所望の着目対象(例えば、人の全身、人の顔、移動体、細胞など)を認識し、画像上の位置や大きさ等を検出する(ステップS14)。 Next, the CPU 9 performs image recognition processing using a known image recognition method on the image stored in the memory 7 in step S13, recognizes the desired object of interest (e.g., a human body, a human face, a moving object, a cell, etc.), and detects the position, size, etc. on the image (step S14).

次いで、CPU9は、ステップS14により着目対象が認識されたか否かを判定し(ステップS15)、着目対象が認識されればステップS16へ移行する一方で、着目対象が認識されなければステップS27へ移行する。ステップS27において、CPU9は、操作部14から部分領域動画撮影終了の指令が得られたか否かを判定し、その指令がなければステップS11へ戻る一方、その指令があれば第2の部分領域撮影モードの一連の動作を終了する。 Next, the CPU 9 determines whether or not the target object has been recognized in step S14 (step S15), and if the target object has been recognized, the process proceeds to step S16, whereas if the target object has not been recognized, the process proceeds to step S27. In step S27, the CPU 9 determines whether or not a command to end partial area video recording has been received from the operation unit 14, and if no such command has been received, the process returns to step S11, whereas if the command has been received, the series of operations in the second partial area recording mode ends.

ステップS16において、CPU9は、撮像制御部5を介して領域設定回路23を制御して、ステップS14の認識結果に応じて、1つ又は複数の既定部分領域ARを読み出し領域として選択的に設定する。具体的には、CPU9は、撮像制御部5を介して領域設定回路23を制御して、ステップS14で認識された各着目対象及びそのある程度の周囲を含む1つ又は複数の部分領域に該当する既定部分領域ARの選択トランジスタASELのゲートに供給される選択制御信号φASELを選択的にハイレベルにする。 In step S16, the CPU 9 controls the area setting circuit 23 via the imaging control unit 5 to selectively set one or more predefined partial areas AR as readout areas according to the recognition result of step S14. Specifically, the CPU 9 controls the area setting circuit 23 via the imaging control unit 5 to selectively set the selection control signal φASEL supplied to the gate of the selection transistor ASEL of the predefined partial area AR corresponding to one or more partial areas including each target object recognized in step S14 and a certain extent of its surroundings to a high level.

引き続いて、CPU9は、ステップS11と同様にAE及びAFを行わせる(ステップS17)。ただし、ステップS17では、ステップS11と異なり、ステップS16で設定された部分領域について露光及び焦点合わせが最適化されるように行われる。 Then, the CPU 9 performs AE and AF in the same manner as in step S11 (step S17). However, unlike step S11, step S17 is performed so that exposure and focusing are optimized for the partial area set in step S16.

その後、CPU9は、カウント値qをゼロにリセットする(ステップS18)。このカウント値qは、部分領域を最新に設定した後に撮影したフレーム数を示すものである。 Then, the CPU 9 resets the count value q to zero (step S18). This count value q indicates the number of frames captured after the partial area was set to the latest.

次に、CPU9は、撮像制御部5を介して垂直走査回路22等を制御して、前述した部分領域撮影モード時の読み出し制御を実現し、1フレーム分の部分領域の画像データを得てメモリ7に一旦格納し、記録部11によりこの画像を現在設定されている部分領域の動画像として記録媒体11aに記録させる(ステップS19)。なお、図16に示す動作によってステップS19が繰り返されることにより、ローリング電子シャッタが実現される。 Next, the CPU 9 controls the vertical scanning circuit 22 etc. via the imaging control unit 5 to realize the read control in the partial area shooting mode described above, obtains one frame of image data of the partial area and temporarily stores it in the memory 7, and causes the recording unit 11 to record this image as a moving image of the currently set partial area on the recording medium 11a (step S19). Note that a rolling electronic shutter is realized by repeating step S19 by the operation shown in FIG. 16.

次いで、CPU9は、カウント値qを1だけインクリメントした(ステップS20)後、操作部14から部分領域動画撮影終了の指令が得られたか否かを判定し(ステップS21)、その指令がなければステップS22へ移行一方、その指令があれば第2の部分領域撮影モードの一連の動作を終了する。 Next, the CPU 9 increments the count value q by 1 (step S20), and then determines whether or not a command to end partial area video shooting has been received from the operation unit 14 (step S21). If no such command has been received, the process proceeds to step S22. If such a command has been received, the process ends the series of operations in the second partial area shooting mode.

ステップS22において、CPU9は、現在のカウント値qが値Q以上であるか否かを判定し、q≧QでなければステップS19へ戻る一方、q≧QであればステップS23へ移行する。この値Qは、第2の部分領域撮影モードの開始前に、予め使用者により操作部14を介して任意に設定された1以上の値である。値Qは、部分領域の再設定のタイミングを決める値である。以下の説明からわかるように、一旦設定した部分領域で撮影したフレーム数が値Qに達したときに、部分領域が再設定されることになる。着目対象の移動速度が高い場合には、着目対象に対する追従性を高めるべく値Qは比較的小さい値に設定され、着目対象の移動速度が低い場合には、ステップS23,S26などの時間を低減して総合的なフレームレートを高めるべく値Qは比較的大きい値に設定される。 In step S22, the CPU 9 determines whether the current count value q is equal to or greater than the value Q. If q is not equal to or greater than Q, the process returns to step S19. If q is equal to or greater than Q, the process proceeds to step S23. The value Q is a value of 1 or greater that is arbitrarily set by the user via the operation unit 14 before the start of the second partial area shooting mode. The value Q is a value that determines the timing of resetting the partial area. As will be understood from the following explanation, when the number of frames shot in a partial area once set reaches the value Q, the partial area is reset. If the moving speed of the target of interest is high, the value Q is set to a relatively small value to improve tracking of the target of interest, and if the moving speed of the target of interest is low, the value Q is set to a relatively large value to reduce the time for steps S23, S26, etc., and to increase the overall frame rate.

ステップS23において、ステップS19でメモリ7に最新に格納されたフレームの各部分領域の画像に対して公知の画像認識手法による画像認識処理を行い、所望の着目対象を認識し、画像上の位置や大きさ等を検出する。 In step S23, image recognition processing is performed using a known image recognition method on the image of each partial area of the frame most recently stored in memory 7 in step S19 to recognize the desired target object and detect its position, size, etc. on the image.

引き続いて、CPU9は、ステップS23により着目対象が認識されたか否かを判定し(ステップS24)、着目対象が認識されればステップS25へ移行する一方で、着目対象が認識されなければステップS27へ移行する。 The CPU 9 then determines whether or not the target object has been recognized in step S23 (step S24), and if the target object has been recognized, the process proceeds to step S25, whereas if the target object has not been recognized, the process proceeds to step S27.

ステップS25において、CPU9は、撮像制御部5を介して領域設定回路23を制御して、ステップS23の認識結果に応じて、1つ又は複数の既定部分領域ARを読み出し領域として選択的に設定する。 In step S25, the CPU 9 controls the area setting circuit 23 via the imaging control unit 5 to selectively set one or more predefined partial areas AR as readout areas according to the recognition result in step S23.

その後、CPU9は、ステップS17と同様にAE及びAFを行わせた(ステップS26)後に、ステップS18へ戻る。ただし、ステップS26では、ステップS17と異なり、ステップS25で最新に設定された部分領域について露光及び焦点合わせが最適化されるように行われる。 Then, the CPU 9 performs AE and AF in the same manner as in step S17 (step S26), and then returns to step S18. However, in step S26, unlike step S17, exposure and focusing are optimized for the partial area most recently set in step S25.

この第2の部分領域撮影モードでは、このようにして、着目対象の移動に自動的に追従して設定された複数の部分領域の動画像を取得することができる。そして、本実施の形態によれば、前述したように所望の複数の部分領域の1フレーム分の画像信号を読み出すのに要する時間を短縮することができ、所望の複数の部分領域を高速に読み出すことができるので、着目対象の移動に自動的に追従して設定された部分領域の動画像を高フレームレートで取得することができるとともに、着目対象の移動速度が高くてもAF等に要する時間を確保することができることから合焦状態の動画像を得ることができて追従性が高まる。 In this second partial area shooting mode, moving images of the multiple partial areas set by automatically following the movement of the target object can be obtained. According to this embodiment, the time required to read out one frame of image signals of the multiple desired partial areas can be shortened as described above, and the multiple desired partial areas can be read out at high speed, so that moving images of the partial areas set by automatically following the movement of the target object can be obtained at a high frame rate, and since the time required for AF, etc. can be secured even if the movement speed of the target object is high, a moving image in a focused state can be obtained, improving tracking ability.

したがって、この第2の部分領域撮影モードは、例えば、着目対象を人の全身や顔とした監視カメラとして利用する場合などに有効である。複数人の全身又は顔の変化の過程を細かく撮影することができると、複数人の姿勢変化や表情の変化や唇の動きの変化の過程を細かく知ることができ、監視対象から高度な情報を得ることができる。例えば、複数人の格闘の様子を子細に知ることができたり、読唇術を利用して複数人の会話の内容を知ることができたりする。 Therefore, this second partial area shooting mode is effective, for example, when used as a surveillance camera with a person's whole body or face as the target of attention. If the process of changes in the whole body or face of multiple people can be captured in detail, the process of changes in posture, facial expression, and lip movement of multiple people can be known in detail, and advanced information can be obtained from the target of surveillance. For example, it is possible to get a detailed view of a fight between multiple people, or to use lip reading to know the content of a conversation between multiple people.

また、前記第2の部分領域撮影モードは、例えば、本実施の形態による電子カメラ1が顕微鏡に組み込まれ顕微鏡像を撮像する撮像装置である場合においても、有効である。着目対象として細胞や微生物等を観察する場合において、その移動速度が極低速であったとしても、当該着目対象が移動し得る場合には、前記第1の部分領域撮影モードでは、長時間経過した後には、使用者が設定した部分領域から着目対象が外れてしまう可能性がある。これに対し、前記第2の部分領域撮影モードは、着目対象の移動に自動的に追従して設定された複数の部分領域の動画像を取得することができるので、このような着目対象であっても、長時間に渡って高フレームレートで撮像することができる。 The second partial area shooting mode is also effective, for example, when the electronic camera 1 according to this embodiment is incorporated in a microscope and is an imaging device that captures a microscopic image. When observing cells, microorganisms, etc. as an object of interest, even if the moving speed is extremely slow, if the object of interest can move, in the first partial area shooting mode, after a long period of time, the object of interest may move away from the partial area set by the user. In contrast, the second partial area shooting mode can obtain moving images of multiple partial areas that are set by automatically following the movement of the object of interest, so that even such an object of interest can be captured at a high frame rate for a long period of time.

なお、本実施の形態による電子カメラ1は、使用者が操作部14を介して静止画撮影モードを指令すると、通常の電子カメラと同様の静止画撮影動作が行われ、使用者が操作部14を介して動画撮影時の全領域撮影モードを指令するとその動作が行われるが、ここではその説明は省略する。 When the user commands still image shooting mode via the operation unit 14, the electronic camera 1 according to this embodiment performs the same still image shooting operation as a normal electronic camera, and when the user commands full-area shooting mode for video shooting via the operation unit 14, the corresponding operation is performed, but a description of this will be omitted here.

[第2の実施の形態] [Second embodiment]

図17は、本発明の第2の実施の形態による電子カメラで用いられる固体撮像素子41の概略構成を示す回路図であり、図2に対応している。図18は、図17に示す固体撮像素子41の撮像領域21の一部をなす既定部分領域ARを示す回路図であり、図4に対応している。図19は、図18に示す回路を抽象化して示す回路図であり、図5に対応している。図20は、図17に示す固体撮像素子41において図6に示す設定例と同じ設定を実現する電源電圧信号φVDDを示す図であり、図7に対応している。 Figure 17 is a circuit diagram showing the schematic configuration of a solid-state imaging element 41 used in an electronic camera according to a second embodiment of the present invention, and corresponds to Figure 2. Figure 18 is a circuit diagram showing a default partial area AR that forms part of the imaging area 21 of the solid-state imaging element 41 shown in Figure 17, and corresponds to Figure 4. Figure 19 is a circuit diagram showing an abstraction of the circuit shown in Figure 18, and corresponds to Figure 5. Figure 20 is a diagram showing a power supply voltage signal φVDD that realizes the same settings as the setting example shown in Figure 6 in the solid-state imaging element 41 shown in Figure 17, and corresponds to Figure 7.

図17乃至図19において、図2、図4及び図5中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点である。 In Figures 17 to 19, elements that are the same as or correspond to elements in Figures 2, 4, and 5 are given the same reference numerals, and duplicated explanations are omitted. The present embodiment differs from the first embodiment in the points described below.

本実施の形態では、前記第1の実施の形態による電子カメラ1において、固体撮像素子4に代えて固体撮像素子41が用いられている。 In this embodiment, a solid-state image sensor 41 is used instead of the solid-state image sensor 4 in the electronic camera 1 according to the first embodiment.

前記第1の実施の形態では、撮像領域21の各画素PXにおいて選択トランジスタASEL設けられているのに対し、本実施の形態では、撮像領域21の各画素PXにおいて、選択トランジスタASEL及び制御線33が取り除かれ、選択トランジスタSELのソースが、当該画素PXに対応する垂直信号線27に接続されている。 In the first embodiment, a selection transistor ASEL is provided in each pixel PX of the imaging region 21, whereas in the present embodiment, the selection transistor ASEL and control line 33 are removed in each pixel PX of the imaging region 21, and the source of the selection transistor SEL is connected to the vertical signal line 27 corresponding to the pixel PX.

前記第1の実施の形態では、全画素PXの増幅トランジスタAMPのドレイン(図4中のb点)は、給電線34により共通に接続され、そこには、増幅トランジスタAMPの電源電圧として、増幅トランジスタAMPの動作に有効である有効電圧レベルVDDが固定的に供給される。これに対し、本実施の形態では、給電線34は各既定部分領域AR毎に電気的に分離され、各画素PXの増幅トランジスタAMPのドレイン(図18中のb点)は、既定部分領域AR毎に給電線34により共通に接続され、そこには、増幅トランジスタAMPの電源電圧として電源電圧信号φVDDが領域設定回路23から供給される。なお、各画素PXのリセットトランジスタRSTのドレインは、給電線34により、当該画素PXの増幅トランジスタAMPのドレイン(図18中のb点)に接続されている。 In the first embodiment, the drains of the amplifier transistors AMP of all pixels PX (point b in FIG. 4) are commonly connected by a power supply line 34, and a fixed effective voltage level VDD that is effective for the operation of the amplifier transistor AMP is supplied to the drain as the power supply voltage of the amplifier transistor AMP. In contrast, in the present embodiment, the power supply line 34 is electrically separated for each predefined partial area AR, and the drains of the amplifier transistors AMP of each pixel PX (point b in FIG. 18) are commonly connected to the drains by the power supply line 34 for each predefined partial area AR, and a power supply voltage signal φVDD is supplied to the drains from the area setting circuit 23 as the power supply voltage of the amplifier transistor AMP. The drains of the reset transistors RST of each pixel PX are connected to the drains of the amplifier transistors AMP of the pixel PX (point b in FIG. 18) by the power supply line 34.

図19は、図18に示す回路を、給電線34による各既定部分領域ARの増幅トランジスタAMPのドレイン(b点)の接続関係に着目して抽象化して示したものである。各電源電圧信号φVDDを既定部分領域AR毎に区別する場合、j行目かつk列目の既定部分領域AR(j,k)の画素PXの増幅トランジスタAMPのドレインに供給される電源電圧信号φVDDは符号φVDD(j,k)で示す。なお、給電線34の実際の配置(引き回す経路等)は、何ら限定されるものではない。 Figure 19 shows an abstracted view of the circuit shown in Figure 18, focusing on the connection relationship of the drain (point b) of the amplification transistor AMP of each predefined partial area AR by the power supply line 34. When each power supply voltage signal φVDD is distinguished for each predefined partial area AR, the power supply voltage signal φVDD supplied to the drain of the amplification transistor AMP of the pixel PX in the jth row and kth column predefined partial area AR (j, k) is indicated by the symbol φVDD (j, k). Note that the actual arrangement (path for routing, etc.) of the power supply line 34 is not limited in any way.

本実施の形態では、領域設定回路23は、撮像制御部5による制御下で、各制御信号φASELに代えて、各電源電圧信号φVDDを出力する給電制御回路として構成されている。各電源電圧信号φVDDは、増幅トランジスタAMPの動作に有効である有効電圧レベルVDD、又は、増幅トランジスタAMPの動作に有効ではない非有効電圧レベル(ここでは、0Vとするが、必ずしも0Vに限らない。)となり、領域設定回路23は、各画素PXの増幅トランジスタAMPの電源電圧としてVDD又は0Vを選択的に供給する。 In this embodiment, the area setting circuit 23 is configured as a power supply control circuit that outputs each power supply voltage signal φVDD instead of each control signal φASEL under the control of the imaging control unit 5. Each power supply voltage signal φVDD is an effective voltage level VDD that is effective for the operation of the amplification transistor AMP, or an ineffective voltage level (here, 0V, but not necessarily limited to 0V) that is not effective for the operation of the amplification transistor AMP, and the area setting circuit 23 selectively supplies VDD or 0V as the power supply voltage of the amplification transistor AMP of each pixel PX.

本実施の形態において、各画素PXにおいて電源電圧信号φVDDがVDDとなって増幅トランジスタAMPが有効に動作する状態及び電源電圧信号φVDDが0Vとなって増幅トランジスタAMPが有効に動作しない状態は、各画素PXの出力信号の垂直信号線27への出力の可否に関して、前記第1の実施の形態において、各画素PXにおいて制御信号φASELがハイレベルになって選択トランジスタASELがオンした状態及び制御信号φASELがローレベルになって選択トランジスタASELがオフした状態と、それぞれ実質的に同じになる。 In this embodiment, the state in which the power supply voltage signal φVDD is VDD in each pixel PX and the amplification transistor AMP operates effectively, and the state in which the power supply voltage signal φVDD is 0 V and the amplification transistor AMP does not operate effectively are substantially the same as the state in which the control signal φASEL is at a high level in each pixel PX and the selection transistor ASEL is turned on, and the state in which the control signal φASEL is at a low level in each pixel PX and the selection transistor ASEL is turned off, in terms of whether or not the output signal of each pixel PX is output to the vertical signal line 27, in the first embodiment.

したがって、本実施の形態では、各画素PXの出力信号は、当該画素PXの選択トランジスタSELが選択状態(オン状態)であるとともに当該画素PXの増幅トランジスタAMPの電源電圧として供給される電源電圧信号φVDDが有効電圧レベルVDDである場合にのみ、当該画素PXの出力信号及び当該画素PXに対して列方向に並んだ画素PXの出力信号を受け取る垂直信号線27に出力される。 Therefore, in this embodiment, the output signal of each pixel PX is output to the vertical signal line 27 that receives the output signal of the pixel PX and the output signal of the pixel PX aligned in the column direction relative to the pixel PX only when the selection transistor SEL of the pixel PX is in the selected state (on state) and the power supply voltage signal φVDD supplied as the power supply voltage of the amplification transistor AMP of the pixel PX is at the effective voltage level VDD.

本実施の形態では、領域設定回路23が、前記第1の実施の形態において各φASELとしてハイレベル信号を供給する代わりに各電源電圧信号φVDDとして有効電圧レベルVDDを供給し、前記第1の実施の形態において各φASELとしてローレベル信号を供給する代わりに各電源電圧信号φVDDとして0Vを供給することによって、前記第1の実施の形態と同様の動作が実現される。例えば、本実施の形態において、図6に示す領域設定例と同じ設定を実現する場合には、領域設定回路23は図20に示す各電源電圧信号φVDDを出力すればよい。 In this embodiment, the region setting circuit 23 supplies the effective voltage level VDD as each power supply voltage signal φVDD instead of supplying a high level signal as each φASEL in the first embodiment, and supplies 0 V as each power supply voltage signal φVDD instead of supplying a low level signal as each φASEL in the first embodiment, thereby realizing an operation similar to that of the first embodiment. For example, in this embodiment, to realize the same setting as the region setting example shown in FIG. 6, the region setting circuit 23 may output each power supply voltage signal φVDD as shown in FIG. 20.

本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。また、本実施の形態では、各画素PXにおいて選択トランジスタASELが設けられていないので、各画素PXの構成が簡単となる。 This embodiment also provides the same advantages as the first embodiment. In addition, in this embodiment, since the selection transistor ASEL is not provided in each pixel PX, the configuration of each pixel PX is simplified.

[第3の実施の形態] [Third embodiment]

図21は、本発明の第3の実施の形態による電子カメラで用いられる固体撮像素子51の概略構成を示す回路図であり、図2に対応している。図22は、図21に示す固体撮像素子51の撮像領域21の一部をなす既定部分領域ARを示す回路図であり、図4に対応している。図23は、図21に示す固体撮像素子51の部分領域撮影モード時の読み出し制御の一例を示すタイミングチャートであり、図8に対応している。 Figure 21 is a circuit diagram showing the schematic configuration of a solid-state imaging element 51 used in an electronic camera according to a third embodiment of the present invention, and corresponds to Figure 2. Figure 22 is a circuit diagram showing a default partial area AR that forms part of the imaging area 21 of the solid-state imaging element 51 shown in Figure 21, and corresponds to Figure 4. Figure 23 is a timing chart showing an example of read control in partial area shooting mode of the solid-state imaging element 51 shown in Figure 21, and corresponds to Figure 8.

図21乃至図23において、図2、図4及び図8中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点である。 21 to 23, elements that are the same as or correspond to elements in FIGS. 2, 4, and 8 are given the same reference numerals, and redundant explanations are omitted. This embodiment differs from the first embodiment in the points described below.

本実施の形態では、前記第1の実施の形態による電子カメラ1において、固体撮像素子4に代えて固体撮像素子51が用いられている。 In this embodiment, a solid-state image sensor 51 is used instead of the solid-state image sensor 4 in the electronic camera 1 according to the first embodiment.

前記第1の実施の形態では、撮像領域21の各画素PXにおいて選択トランジスタSEL設けられているのに対し、本実施の形態では、撮像領域21の各画素PXにおいて、選択トランジスタSEL及び接続線26が取り除かれ、選択トランジスタASELのドレインが、当該画素PXの増幅トランジスタAMPのソースに接続されている。 In the first embodiment, a selection transistor SEL is provided in each pixel PX of the imaging region 21, whereas in the present embodiment, the selection transistor SEL and the connection line 26 are removed from each pixel PX of the imaging region 21, and the drain of the selection transistor ASEL is connected to the source of the amplification transistor AMP of that pixel PX.

前記第1の実施の形態では、全画素PXの増幅トランジスタAMPのドレイン(図4中のb点)は、給電線34により共通に接続され、そこには、増幅トランジスタAMPの電源電圧として、増幅トランジスタAMPの動作に有効である有効電圧レベルVDDが固定的に供給される。これに対し、本実施の形態では、給電線34は画素PXの行毎に電気的に分離され、各画素PXの増幅トランジスタAMPのドレイン(図22中のb点)は、画素PXの行毎に給電線34により共通に接続され、そこには、増幅トランジスタAMPの電源電圧として電源電圧信号φVDDが、給電制御回路52から供給される。各電源電圧信号φVDDを画素PXの行毎に区別する場合、n行目の画素PXの増幅トランジスタAMPのドレインに供給される電源電圧信号φVDDは符号φVDD(n)で示す。なお、各画素PXのリセットトランジスタRSTのドレインは、給電線34により、当該画素PXの増幅トランジスタAMPのドレイン(図22中のb点)に接続されている。 In the first embodiment, the drains of the amplifier transistors AMP of all pixels PX (point b in FIG. 4) are commonly connected by a power supply line 34, and an effective voltage level VDD that is effective for the operation of the amplifier transistors AMP is fixedly supplied thereto as a power supply voltage of the amplifier transistors AMP. In contrast, in the present embodiment, the power supply line 34 is electrically separated for each row of pixels PX, and the drains of the amplifier transistors AMP of each pixel PX (point b in FIG. 22) are commonly connected by a power supply line 34 for each row of pixels PX, and a power supply voltage signal φVDD is supplied thereto from the power supply control circuit 52 as a power supply voltage of the amplifier transistor AMP. When each power supply voltage signal φVDD is distinguished for each row of pixels PX, the power supply voltage signal φVDD supplied to the drain of the amplifier transistor AMP of the nth row of pixels PX is indicated by the symbol φVDD(n). The drain of the reset transistor RST of each pixel PX is connected to the drain of the amplification transistor AMP of that pixel PX (point b in Figure 22) by a power supply line 34.

本実施の形態では、給電制御回路52は、垂直走査回路22の一部として設けられ、撮像制御部5による制御下で、各制御信号φSELに代えて各電源電圧信号φVDDを出力する。各電源電圧信号φVDDは、増幅トランジスタAMPの動作に有効である有効電圧レベルVDD、又は、増幅トランジスタAMPの動作に有効ではない非有効電圧レベル(ここでは、0Vとするが、必ずしも0Vに限らない。)となり、給電制御回路52は、各画素PXの増幅トランジスタAMPの電源電圧としてVDD又は0Vを選択的に供給する。 In this embodiment, the power supply control circuit 52 is provided as part of the vertical scanning circuit 22, and outputs each power supply voltage signal φVDD instead of each control signal φSEL under the control of the imaging control unit 5. Each power supply voltage signal φVDD is at an effective voltage level VDD that is effective for the operation of the amplification transistor AMP, or at an ineffective voltage level (here, 0V, but not necessarily limited to 0V) that is not effective for the operation of the amplification transistor AMP, and the power supply control circuit 52 selectively supplies VDD or 0V as the power supply voltage for the amplification transistor AMP of each pixel PX.

本実施の形態において、各画素PXにおいて電源電圧信号φVDDがVDDとなって増幅トランジスタAMPが有効に動作する状態及び電源電圧信号φVDDが0Vとなって増幅トランジスタAMPが有効に動作しない状態は、各画素PXの出力信号の垂直信号線27への出力の可否に関して、前記第1の実施の形態において、各画素PXにおいて制御信号φSELがハイレベルになって選択トランジスタSELがオンした状態及び制御信号φSELがローレベルになって選択トランジスタSELがオフした状態と、それぞれ実質的に同じになる。 In this embodiment, the state in which the power supply voltage signal φVDD is VDD in each pixel PX and the amplification transistor AMP is operating effectively, and the state in which the power supply voltage signal φVDD is 0 V and the amplification transistor AMP is not operating effectively are substantially the same as the state in which the control signal φSEL is at a high level in each pixel PX and the selection transistor SEL is turned on, and the state in which the control signal φSEL is at a low level in each pixel PX and the selection transistor SEL is turned off, in terms of whether or not the output signal of each pixel PX is output to the vertical signal line 27, in the first embodiment.

したがって、本実施の形態では、各画素PXの出力信号は、当該画素PXの選択トランジスタASELが選択状態(オン状態)であるとともに当該画素PXの増幅トランジスタAMPの電源電圧として供給される電源電圧信号φVDDが有効電圧レベルVDDである場合にのみ、当該画素PXの出力信号及び当該画素PXに対して列方向に並んだ画素PXの出力信号を受け取る垂直信号線27に出力される。 Therefore, in this embodiment, the output signal of each pixel PX is output to the vertical signal line 27 that receives the output signal of the pixel PX and the output signal of the pixel PX aligned in the column direction relative to the pixel PX only when the selection transistor ASEL of the pixel PX is in the selected state (on state) and the power supply voltage signal φVDD supplied as the power supply voltage of the amplification transistor AMP of the pixel PX is at the effective voltage level VDD.

本実施の形態では、給電制御回路52が、前記第1の実施の形態において各φSELとしてハイレベル信号を供給する代わりに各電源電圧信号φVDDとして有効電圧レベルVDDを供給し、前記第1の実施の形態において各φSELとしてローレベル信号を供給する代わりに各電源電圧信号φVDDとして0Vを供給することによって、前記第1の実施の形態と同様の動作が実現される。例えば、本実施の形態において、部分領域撮影モードにおいて、読み出す部分領域が図6に示すように設定される場合には、垂直走査回路22は、図23に示すように読み出し制御を行えばよい。 In this embodiment, the power supply control circuit 52 supplies an effective voltage level VDD as each power supply voltage signal φVDD instead of supplying a high-level signal as each φSEL in the first embodiment, and supplies 0 V as each power supply voltage signal φVDD instead of supplying a low-level signal as each φSEL in the first embodiment, thereby achieving the same operation as in the first embodiment. For example, in this embodiment, in the partial area shooting mode, when the partial area to be read out is set as shown in FIG. 6, the vertical scanning circuit 22 may perform readout control as shown in FIG. 23.

本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。また、本実施の形態では、各画素PXにおいて選択トランジスタSELが設けられていないので、各画素PXの構成が簡単となる。 This embodiment also provides the same advantages as the first embodiment. In addition, in this embodiment, since a selection transistor SEL is not provided in each pixel PX, the configuration of each pixel PX is simplified.

[第4の実施の形態] [Fourth embodiment]

図24は、本発明の第4の実施の形態による電子カメラで用いられる固体撮像素子61の概略構成を示す回路図であり、図2に対応している。図25は、図24に示す固体撮像素子61の撮像領域21の一部をなす既定部分領域ARを示す回路図であり、図4に対応している。図26は、図25に示す回路を抽象化して示す回路図であり、図5に対応している。図27は、図24に示す固体撮像素子61の部分領域撮影モード時の読み出し制御の一例を示すタイミングチャートであり、図8に対応している。図24乃至図27において、図2、図4、図5及び図8中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。 Figure 24 is a circuit diagram showing the schematic configuration of a solid-state imaging element 61 used in an electronic camera according to a fourth embodiment of the present invention, and corresponds to Figure 2. Figure 25 is a circuit diagram showing a default partial area AR that forms part of the imaging area 21 of the solid-state imaging element 61 shown in Figure 24, and corresponds to Figure 4. Figure 26 is a circuit diagram showing an abstraction of the circuit shown in Figure 25, and corresponds to Figure 5. Figure 27 is a timing chart showing an example of read control in partial area shooting mode of the solid-state imaging element 61 shown in Figure 24, and corresponds to Figure 8. In Figures 24 to 27, elements that are the same as or correspond to elements in Figures 2, 4, 5, and 8 are given the same reference numerals, and duplicate explanations are omitted.

本実施の形態では、前記第1の実施の形態による電子カメラ1において、固体撮像素子4に代えて固体撮像素子61が用いられている。 In this embodiment, a solid-state image sensor 61 is used instead of the solid-state image sensor 4 in the electronic camera 1 according to the first embodiment.

本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、列方向に隣り合う2つの画素PX毎に、当該2つの画素PXが1組のフローティング容量部FD、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST及び選択トランジスタSEL,ASELを共有している点と、垂直走査回路22が、図8に示すような制御信号φSEL,φRST,φTXに代えて、図27に示すような制御信号φSEL,φRST,φTXA,φTXBを出力するように構成されている点である。 This embodiment differs from the first embodiment in that for every two adjacent pixels PX in the column direction, the two pixels PX share a set of floating capacitance section FD, amplification transistor AMP, reset transistor RST, and selection transistors SEL, ASEL, and that the vertical scanning circuit 22 is configured to output control signals φSEL, φRST, φTXA, φTXB as shown in FIG. 27 instead of the control signals φSEL, φRST, φTX as shown in FIG. 8.

図24乃至図26では、1組のフローティング容量部FD、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST及び選択トランジスタSEL,ASELを共有する2つの画素PXを、画素ブロックBLとして示している。また、図24及び図25では、画素ブロックBL内の下側の画素PXのフォトダイオードPD及び転送トランジスタTXをそれぞれ符号PDA,TXAで示し、画素ブロックBL内の上側の画素PXのフォトダイオードPD及び転送トランジスタTXをそれぞれ符号PDB,TXBで示し、両者を区別している。また、転送トランジスタTXAのゲートに供給される制御信号をφTXAとし、転送トランジスタTXBのゲート電極に供給される制御信号をφTXBとし、両者を区別している。 In Figures 24 to 26, two pixels PX that share one set of floating capacitance unit FD, amplification transistor AMP, reset transistor RST, and selection transistors SEL and ASEL are shown as a pixel block BL. In addition, in Figures 24 and 25, the photodiode PD and transfer transistor TX of the lower pixel PX in the pixel block BL are indicated by the symbols PDA and TXA, respectively, and the photodiode PD and transfer transistor TX of the upper pixel PX in the pixel block BL are indicated by the symbols PDB and TXB, respectively, to distinguish between the two. In addition, the control signal supplied to the gate of the transfer transistor TXA is indicated as φTXA, and the control signal supplied to the gate electrode of the transfer transistor TXB is indicated as φTXB, to distinguish between the two.

図2及び図4ではN,n等は画素行を示しているが、図24及び図25ではN,n等は画素ブロックBLの行を示している。画素ブロックBLの1行は、画素PXの2行に相当している。図4及び図5では、各既定部分領域ARはA行B列のA×B個の画素PXからなるが、図25及び図26では、各既定部分領域ARはA行B列のA×B個の画素ブロックBL(2×A×B個の画素PX)からなる。なお、各既定部分領域ARを構成するフォトダイオードPDの行数は2以上でかつフォトダイオードPDの列数は1以上であればよく、本実施の形態では、1つの画素ブロックBLが2つのフォトダイオードPDを有しているので、各既定部分領域ARを構成する画素ブロックBLの行数は1以上でかつ画素ブロックBLの列数は1以上であればよい。 In Fig. 2 and Fig. 4, N, n, etc. indicate pixel rows, but in Fig. 24 and Fig. 25, N, n, etc. indicate pixel block BL rows. One row of pixel block BL corresponds to two rows of pixels PX. In Fig. 4 and Fig. 5, each predefined partial area AR is composed of A x B pixels PX in A rows and B columns, but in Fig. 25 and Fig. 26, each predefined partial area AR is composed of A x B pixel blocks BL (2 x A x B pixels PX) in A rows and B columns. Note that the number of rows of photodiodes PD constituting each predefined partial area AR may be 2 or more and the number of columns of photodiodes PD may be 1 or more. In this embodiment, one pixel block BL has two photodiodes PD, so the number of rows of pixel blocks BL constituting each predefined partial area AR may be 1 or more and the number of columns of pixel blocks BL may be 1 or more.

本実施の形態では、部分領域撮影モードにおいて、読み出す部分領域が図6や図9に示すように設定される場合には、例えば、図8に示す読み出し制御に代えて、図27に示す読み出し制御が行われる。なお、ここでは、図6及び図9中のnは画素ブロックBLの行を示し、図6及び図9中のmは画素ブロックBLの列を示すものとする。 In this embodiment, in the partial area shooting mode, when the partial area to be read out is set as shown in FIG. 6 or FIG. 9, for example, the read control shown in FIG. 27 is performed instead of the read control shown in FIG. 8. Note that here, n in FIG. 6 and FIG. 9 indicates the row of the pixel block BL, and m in FIG. 6 and FIG. 9 indicates the column of the pixel block BL.

図27に示す例では、垂直走査回路22によって、期間T1において、各既定部分領域ARにおける1行目の画素ブロックBLの行に相当する撮像領域21における1行目、4行目及び7行目の画素ブロックBLの行について同時に読み出し制御が行われ、その次の期間T2において、各既定部分領域ARにおける2行目の画素ブロックBLの行に相当する撮像領域21における2行目、5行目及び8行目の画素ブロックBLの行について同時に読み出し制御が行われ、その次の期間T3において、各既定部分領域ARにおける3行目の画素ブロックBLの行に相当する撮像領域21における3行目、6行目及び9行目の画素ブロックBLの行について同時に読み出し制御が行われ、これにより1フレーム分の読み出しが終了する。期間T1~T3を順次繰り返すことで、複数のフレームがローリング電子シャッタにより読み出される。 In the example shown in FIG. 27, during period T1, the vertical scanning circuit 22 simultaneously controls the readout of the first, fourth, and seventh pixel blocks BL in the imaging area 21, which correspond to the first pixel block BL in each predefined partial area AR. During the next period T2, the vertical scanning circuit 22 simultaneously controls the readout of the second, fifth, and eighth pixel blocks BL in the imaging area 21, which correspond to the second pixel block BL in each predefined partial area AR. During the next period T3, the vertical scanning circuit 22 simultaneously controls the readout of the third, sixth, and ninth pixel blocks BL in the imaging area 21, which correspond to the third pixel block BL in each predefined partial area AR. This completes the readout of one frame. By sequentially repeating periods T1 to T3, multiple frames are read out by the rolling electronic shutter.

本実施の形態では、部分領域撮影モードにおいて、読み出す部分領域が図11に示すように設定されることも許容する場合には、垂直走査回路22は、図27に示す読み出し制御に代えて、例えば、図8に示す読み出し制御を図27に示す読み出し制御に変形したのと同様に図13に示す読み出し制御を変形した読み出し制御を行えばよい。なお、ここでは、図11中のnは画素ブロックBLの行を示し、図11中のmは画素ブロックBLの列を示すものとする。 In this embodiment, in the partial area shooting mode, if it is also permitted that the partial area to be read out is set as shown in FIG. 11, the vertical scanning circuit 22 may perform, instead of the read control shown in FIG. 27, for example, a read control obtained by modifying the read control shown in FIG. 13 in the same manner as the read control shown in FIG. 8 is modified to the read control shown in FIG. 27. Note that here, n in FIG. 11 indicates the row of the pixel block BL, and m in FIG. 11 indicates the column of the pixel block BL.

この例では、垂直走査回路22は、読み出す図11に示す部分領域の設定に応じて、2つ以上の画素PXの出力信号が同時に同じ垂直信号線27に読み出されることがないこと必要条件として、可能な限り多くの画素ブロックBLの行について同時に読み出し制御が行われるように、読み出し制御を行う。 In this example, the vertical scanning circuit 22 performs read control in accordance with the setting of the partial area shown in FIG. 11 to be read out, so that read control is performed simultaneously for as many rows of pixel blocks BL as possible, with the necessary condition that the output signals of two or more pixels PX are not simultaneously read out to the same vertical signal line 27.

本実施の形態では、領域設定回路23は、部分領域撮影モードにおいて、読み出す部分領域の設定に際して、既定部分領域ARのいずれの列においても、2つ以上の既定部分領域ARは読み出す領域として同時に設定しないという制約の下で、読み出す領域を任意に設定し得るようにしておき、垂直走査回路22は、部分領域撮影モードにおいて常に図27に示す読み出し制御を行うように構成してもよい。以下の説明では、このような構成を「制約有り部分領域設定の構成」と呼ぶ。この場合には、図6に示すような領域設定や図9に示すような領域設定は許容されるが、図11に示すような領域設定は許容されない。 In this embodiment, the area setting circuit 23 may be configured to arbitrarily set the area to be read out under the constraint that, when setting the partial area to be read out in the partial area shooting mode, two or more predefined partial areas AR are not set as the area to be read out at the same time in any column of the predefined partial areas AR, and the vertical scanning circuit 22 may be configured to always perform the read control shown in FIG. 27 in the partial area shooting mode. In the following description, this configuration will be referred to as a "configuration for partial area setting with constraints." In this case, area settings such as those shown in FIG. 6 and FIG. 9 are permitted, but area settings such as those shown in FIG. 11 are not permitted.

あるいは、本実施の形態では、領域設定回路23は、部分領域撮影モードにおいて、読み出す部分領域の設定に際して、何らの制約もなく読み出す領域を任意に設定し得るようにしておき、垂直走査回路22は、部分領域撮影モードにおいて、部分領域の設定に応じて、2つ以上の画素PXの出力信号が同時に同じ垂直信号線27に読み出されることがないこと必要条件として、可能な限り多くの画素ブロックBLの行について同時に読み出し制御が行われるような読み出し制御を行うように構成してもよい。以下の説明では、このような構成を「制約無し部分領域設定の構成」と呼ぶ。この場合には、図6に示すような領域設定や図9に示すような領域設定のみならず、図11に示すような領域設定も許容される。垂直走査回路22は、図6に示すような領域設定や図9に示すような領域設定の場合には、例えば、図27に示す読み出し制御を行い、図11に示すような領域設定の場合には、例えば、図8に示す読み出し制御を図27に示す読み出し制御に変形したのと同様に図13に示す読み出し制御を変形した読み出し制御を行う。 Alternatively, in this embodiment, the region setting circuit 23 may be configured to arbitrarily set the region to be read out without any constraints when setting the partial region to be read out in the partial region shooting mode, and the vertical scanning circuit 22 may be configured to perform read control such that read control is performed simultaneously for as many rows of pixel blocks BL as possible, with the necessary condition that the output signals of two or more pixels PX are not simultaneously read out to the same vertical signal line 27 in accordance with the setting of the partial region in the partial region shooting mode. In the following description, such a configuration is called a "configuration of partial region setting without constraints". In this case, not only the region setting shown in FIG. 6 and the region setting shown in FIG. 9, but also the region setting shown in FIG. 11 is allowed. In the case of the region setting shown in FIG. 6 or the region setting shown in FIG. 9, the vertical scanning circuit 22 performs, for example, the read control shown in FIG. 27, and in the case of the region setting shown in FIG. 11, for example, the read control shown in FIG. 13 is modified in the same manner as the read control shown in FIG. 8 is modified to the read control shown in FIG. 27.

本実施の形態では、全領域撮影モードでは、例えば、図8に示す読み出し制御を図27に示す読み出し制御に変形したのと同様に図14に示す読み出し制御を変形した読み出し制御が行われる。この例では、垂直走査回路22によって、撮像領域21における1行目の画素ブロックBLの行から9行目の画素ブロックBLの行まで1行ずつについて順次読み出し制御が行われ、これにより1フレーム分の読み出しが終了する。静止画撮影時の全領域撮影モードでは、全画素PXを同時にリセットするいわゆるグローバルリセット後にメカニカルシャッタ(図示せず)により露光が行われ、その後に1行目から9行目までの各行の画素ブロックBLの読み出しが行われる。動画撮影時の全領域撮影モードでは、1行目から9行目までの各行の画素ブロックBLの読み出しが順次繰り返され、複数のフレームがローリング電子シャッタにより読み出される。 In this embodiment, in the full-area shooting mode, for example, the read control shown in FIG. 14 is modified in the same way as the read control shown in FIG. 8 is modified to the read control shown in FIG. 27. In this example, the vertical scanning circuit 22 sequentially controls the read control for each row from the first pixel block BL to the ninth pixel block BL in the imaging area 21, thereby completing the readout of one frame. In the full-area shooting mode when shooting still images, exposure is performed by a mechanical shutter (not shown) after a so-called global reset that simultaneously resets all pixels PX, and then the pixel blocks BL of each row from the first row to the ninth row are read out. In the full-area shooting mode when shooting moving images, the readout of the pixel blocks BL of each row from the first row to the ninth row is repeated sequentially, and multiple frames are read out by a rolling electronic shutter.

本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。なお、本実施の形態では、列方向に隣り合う2つの画素PX毎に、当該2つの画素PXが1組のフローティング容量部FD、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST及び選択トランジスタSEL,ASELを共有しているが、本発明では、例えば、列方向に隣り合う3つ以上の所定数の画素PX毎に、当該所定数の画素PXが1組のフローティング容量部FD、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST及び選択トランジスタSEL,ASELを共有するようにしてもよい。また、本発明では、前記第1の実施の形態を本実施の形態に変形したのと同様の変形を、前記第2及び第3の実施の形態に適用してもよい。 This embodiment also provides the same advantages as the first embodiment. In this embodiment, for every two adjacent pixels PX in the column direction, the two pixels PX share a set of floating capacitance unit FD, amplification transistor AMP, reset transistor RST, and selection transistors SEL and ASEL. However, in the present invention, for example, for every predetermined number of pixels PX, three or more adjacent in the column direction, the predetermined number of pixels PX may share a set of floating capacitance unit FD, amplification transistor AMP, reset transistor RST, and selection transistors SEL and ASEL. In addition, in the present invention, a modification similar to that of the first embodiment modified to this embodiment may be applied to the second and third embodiments.

[第5の実施の形態] [Fifth embodiment]

図28は、本発明の第5の実施の形態による電子カメラで用いられる固体撮像素子71の概略構成を示す回路図であり、図2に対応している。図29は、図28に示す固体撮像素子71の撮像領域21の一部を示す回路図であり、図4に対応している。 Figure 28 is a circuit diagram showing the schematic configuration of a solid-state imaging element 71 used in an electronic camera according to a fifth embodiment of the present invention, and corresponds to Figure 2. Figure 29 is a circuit diagram showing a part of the imaging region 21 of the solid-state imaging element 71 shown in Figure 28, and corresponds to Figure 4.

図28及び図29において、図2及び図4中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点である。 In Figures 28 and 29, elements that are the same as or correspond to elements in Figures 2 and 4 are given the same reference numerals, and duplicated explanations are omitted. The present embodiment differs from the first embodiment in the points described below.

本実施の形態では、前記第1の実施の形態による電子カメラ1において、固体撮像素子4に代えて固体撮像素子71が用いられている。 In this embodiment, a solid-state image sensor 71 is used instead of the solid-state image sensor 4 in the electronic camera 1 according to the first embodiment.

本実施の形態では、撮像領域21は各既定部分領域ARには分けられていない。また、本実施の形態では、領域設定回路23に代えて、行書込み制御回路72及び列書込み制御回路73が設けられている。 In this embodiment, the imaging area 21 is not divided into each of the predetermined partial areas AR. Also, in this embodiment, a row write control circuit 72 and a column write control circuit 73 are provided instead of the area setting circuit 23.

さらに、本実施の形態では、各画素PXにおいて、コンデンサHC及び書き込みトランジスタWTが追加されている。各画素PXのコンデンサHCは、接地と当該画素PXの選択トランジスタASELのゲートとの間に接続され、当該画素PXの選択トランジスタASELを選択状態又は非選択状態にするための選択制御信号を保持する保持部を構成している。各画素PXの書き込みトランジスタWTは、書き込み制御信号φWTR,φWTCに応じて前記選択制御信号を当該画素PXの前記保持部としてのコンデンサHCに書き込む書込み部を構成している。 Furthermore, in this embodiment, a capacitor HC and a write transistor WT are added to each pixel PX. The capacitor HC of each pixel PX is connected between ground and the gate of the selection transistor ASEL of the pixel PX, and constitutes a holding unit that holds a selection control signal for setting the selection transistor ASEL of the pixel PX to a selected or unselected state. The write transistor WT of each pixel PX constitutes a writing unit that writes the selection control signal to the capacitor HC, which serves as the holding unit of the pixel PX, in response to write control signals φWTR and φWTC.

本実施の形態では、書き込みトランジスタWTはnMOSトランジスタである。各画素PXの書き込みトランジスタWTのソースは、当該画素PXの選択トランジスタASELのゲートに接続されている。各画素PXの書き込みトランジスタWTのゲートは、画素PXの行毎に制御線74により共通に接続され、そこには、行書込み制御回路72から第1の書き込み制御信号φWTRが供給される。各画素PXの書き込みトランジスタWTのドレインは、画素PXの列毎に共通に接続され、そこには、列書込み制御回路73から第2の書き込み制御信号φWTCが供給される。各画素PXの書き込みトランジスタWTは、そのゲートに供給される第1の書き込み制御信号φWTRと、そのドレインに供給される第2の書き込み制御信号φWTCとのアンドをとってそのアンド出力をそのソースに出力するアンド回路を構成している。前記書込み部として、書き込みトランジスタWTに代えて、例えば他のアンド回路を用いてもよい。 In this embodiment, the write transistor WT is an nMOS transistor. The source of the write transistor WT of each pixel PX is connected to the gate of the selection transistor ASEL of the pixel PX. The gates of the write transistor WT of each pixel PX are commonly connected to each row of the pixels PX by a control line 74, and a first write control signal φWTR is supplied from the row write control circuit 72 to the gates. The drains of the write transistor WT of each pixel PX are commonly connected to each column of the pixels PX, and a second write control signal φWTC is supplied from the column write control circuit 73 to the drains. The write transistor WT of each pixel PX constitutes an AND circuit that ANDs the first write control signal φWTR supplied to its gate and the second write control signal φWTC supplied to its drain and outputs the AND output to its source. Instead of the write transistor WT, for example, another AND circuit may be used as the write unit.

各第1の書き込み制御信号φWTRを画素PXの行毎に区別する場合、n行目の画素PXの書き込みトランジスタWTのゲートに供給される第1の書き込み制御信号φWTRは符号φWTR(n)で示す。各第2の書き込み制御信号φWTCを画素PXの列毎に区別する場合、m列目の画素PXの書き込みトランジスタWTのドレインに供給される第2の書き込み制御信号φWTCは符号φWTC(m)で示す。 When each first write control signal φWTR is distinguished by row of pixels PX, the first write control signal φWTR supplied to the gate of the write transistor WT of the pixel PX in the nth row is indicated by the symbol φWTR(n). When each second write control signal φWTC is distinguished by column of pixels PX, the second write control signal φWTC supplied to the drain of the write transistor WT of the pixel PX in the mth column is indicated by the symbol φWTC(m).

図30(a)は、図28に示す固体撮像素子71において、n行目かつm列目の画素PXのコンデンサHCにハイレベル信号(H信号)を書き込む場合の書き込み制御信号φWTR(n),φWTC(m)を示す図である。時点t21でn行目の書き込み制御信号φWTR(n)をハイレベルに立ち上げ、その後の時点t22でm列目の書き込み制御信号φWTC(m)をハイレベルに立ち上げ、その後の時点t23で書き込み制御信号φWTR(n)をローレベルに立ち下げ、その後の時点t24で書き込み制御信号φWTCを立ち下げる。これにより、n行目かつm列目の画素PXのコンデンサHCにハイレベル信号が書き込まれて保持される。その結果、n行目かつm列目の画素PXの選択トランジスタASELがオン状態(選択状態)に保持される。 Figure 30 (a) is a diagram showing the write control signals φWTR(n) and φWTC(m) when a high level signal (H signal) is written to the capacitor HC of the pixel PX in the nth row and mth column in the solid-state imaging device 71 shown in Figure 28. At time t21, the write control signal φWTR(n) for the nth row is raised to a high level, and at the following time t22, the write control signal φWTC(m) for the mth column is raised to a high level, and at the following time t23, the write control signal φWTR(n) is lowered to a low level, and at the following time t24, the write control signal φWTC is lowered. As a result, a high level signal is written and held in the capacitor HC of the pixel PX in the nth row and mth column. As a result, the selection transistor ASEL of the pixel PX in the nth row and mth column is held in the on state (selected state).

図30(b)は、図28に示す固体撮像素子71において、n行目かつm列目の画素PXのコンデンサHCにローレベル信号(L信号)を書き込む場合の書き込み制御信号φWTR(n),φWTC(m)を示す図である。m列目の書き込み制御信号φWTC(m)をローレベルに維持したまま、時点t21でn行目の書き込み制御信号φWTR(n)をハイレベルに立ち上げ、その後の時点t23で書き込み制御信号φWTR(n)をローレベルに立ち下げる。これにより、n行目かつm列目の画素PXのコンデンサHCにローレベル信号が書き込まれて保持される。その結果、n行目かつm列目の画素PXの選択トランジスタASELがオフ状態(非選択状態)に保持される。 Figure 30 (b) is a diagram showing the write control signals φWTR(n) and φWTC(m) when a low level signal (L signal) is written to the capacitor HC of the pixel PX in the nth row and mth column in the solid-state imaging device 71 shown in Figure 28. While the write control signal φWTC(m) for the mth column is maintained at a low level, the write control signal φWTR(n) for the nth row is raised to a high level at time t21, and then the write control signal φWTR(n) is lowered to a low level at time t23. As a result, a low level signal is written and held in the capacitor HC of the pixel PX in the nth row and mth column. As a result, the selection transistor ASEL of the pixel PX in the nth row and mth column is held in an off state (unselected state).

行書込み制御回路72は、図1中の撮像制御部5による制御下で、画素PXの行毎に第1の書き込み制御信号φWTRを供給する。列書込み制御回路73は、図1中の撮像制御部5による制御下で、画素PXの列毎に第2の書き込み制御信号φWTCを供給する。行書込み制御回路72及び列書込み制御回路73は、全体として、各画素PXの書込み部としての書き込みトランジスタWTに書き込み制御信号φWTR,φWTCを供給する書き込み制御部を構成している。 The row write control circuit 72 supplies a first write control signal φWTR to each row of pixels PX under the control of the imaging control unit 5 in FIG. 1. The column write control circuit 73 supplies a second write control signal φWTC to each column of pixels PX under the control of the imaging control unit 5 in FIG. 1. The row write control circuit 72 and the column write control circuit 73 as a whole constitute a write control unit that supplies write control signals φWTR, φWTC to the write transistor WT as the write unit of each pixel PX.

本実施の形態では、行書込み制御回路72、列書込み制御回路73、並びに、各画素PXの書き込みトランジスタWT及びコンデンサHCは、全体として、撮像領域21のうちの読み出す所望の1つ又は複数の部分領域の画素PXの選択トランジスタASELを選択状態(オン状態)にする領域設定部を構成している。 In this embodiment, the row write control circuit 72, the column write control circuit 73, and the write transistor WT and capacitor HC of each pixel PX as a whole constitute an area setting unit that selects (turns on) the selection transistor ASEL of the pixel PX in one or more desired partial areas to be read out of the imaging area 21.

図31は、図28に示す固体撮像素子71において図6に示す領域設定例と同じ設定を実現する書き込み制御信号φWTR,φWTCを示すタイミングチャートである。ここでは、図6において、各既定部分領域ARには分けられていないものとするが、ハッチングを付した4つの部分領域を、読み出す4つの部分領域とする。 Figure 31 is a timing chart showing write control signals φWTR and φWTC that realize the same setting as the area setting example shown in Figure 6 in the solid-state imaging element 71 shown in Figure 28. Here, although it is not divided into each predefined partial area AR in Figure 6, the four hatched partial areas are the four partial areas to be read out.

図31に示す例では、まず、全画素PXのコンデンサHCにローレベル信号を書き込んだ後に、1行ずつの画素PXを順次選びつつ、当該行のうちの必要な画素PXのコンデンサHCにハイレベル信号を書き込むことによって、図6においてハッチングを付した4つの部分領域を、読み出す領域として設定する。 In the example shown in Figure 31, first, a low-level signal is written to the capacitors HC of all pixels PX, and then pixels PX are selected row by row, and a high-level signal is written to the capacitors HC of the necessary pixels PX in that row, thereby setting the four partial areas hatched in Figure 6 as the areas to be read out.

具体的には、領域設定期間(読み出す領域を設定する期間)が開始すると、まず、期間t31-t32において、φWTR(1)~φWTR(9)がハイレベルにされる一方で、φWTC(1)~φWTC(12)がローレベルにされる。これにより、図30(b)から理解できるように、全画素PXのコンデンサHCにローレベル信号が書き込まれる。 Specifically, when the area setting period (the period for setting the area to be read out) starts, first, during period t31-t32, φWTR(1) to φWTR(9) are set to high level, while φWTC(1) to φWTC(12) are set to low level. As a result, as can be seen from Figure 30(b), a low level signal is written to the capacitors HC of all pixels PX.

次に、期間t33-t35においてφWTR(1)がハイレベルにされ、期間t34-t36においてφWTC(4)~φWTC(6),φWTC(10)~φWTC(12)がハイレベルにされる。これにより、図30(a)から理解できるように、1行目の画素PXのうちの4~6列目及び10~12列目の画素PXのコンデンサHCにハイレベル信号が書き込まれる。 Next, φWTR(1) is set to high level during period t33-t35, and φWTC(4)-φWTC(6) and φWTC(10)-φWTC(12) are set to high level during period t34-t36. As a result, as can be seen from FIG. 30(a), a high level signal is written to the capacitors HC of the pixels PX in columns 4-6 and 10-12 of the pixels PX in row 1.

次いで、期間t36-t38においてφWTR(2)がハイレベルにされ、期間t37-t39においてφWTC(4)~φWTC(6),φWTC(10)~φWTC(12)がハイレベルにされる。これにより、2行目の画素PXのうちの4~6列目及び10~12列目の画素PXのコンデンサHCにハイレベル信号が書き込まれる。 Next, φWTR(2) is set to high level during the period t36-t38, and φWTC(4)-φWTC(6) and φWTC(10)-φWTC(12) are set to high level during the period t37-t39. This causes a high level signal to be written to the capacitors HC of the pixels PX in the 4th to 6th columns and the 10th to 12th columns of the pixels PX in the 2nd row.

引き続いて、期間t39-t41においてφWTR(3)がハイレベルにされ、期間t40-t42においてφWTC(4)~φWTC(6),φWTC(10)~φWTC(12)がハイレベルにされる。これにより、3行目の画素PXのうちの4~6列目及び10~12列目の画素PXのコンデンサHCにハイレベル信号が書き込まれる。 Continuing, φWTR(3) is set to high level during period t39-t41, and φWTC(4)-φWTC(6) and φWTC(10)-φWTC(12) are set to high level during period t40-t42. This causes a high level signal to be written to the capacitors HC of the pixels PX in columns 4-6 and 10-12 of the pixels PX in row 3.

その後、期間t42-t44においてφWTR(4)がハイレベルにされ、期間t43-t45においてφWTC(7)~φWTC(9)がハイレベルにされる。これにより、4行目の画素PXのうちの7~9列目の画素PXのコンデンサHCにハイレベル信号が書き込まれる。 After that, φWTR(4) is set to high level during the period t42-t44, and φWTC(7) to φWTC(9) are set to high level during the period t43-t45. This causes a high level signal to be written to the capacitors HC of the pixels PX in the 7th to 9th columns of the pixels PX in the 4th row.

次に、期間t45-t47においてφWTR(5)がハイレベルにされ、期間t46-t48においてφWTC(7)~φWTC(9)がハイレベルにされる。これにより、5行目の画素PXのうちの7~9列目の画素PXのコンデンサHCにハイレベル信号が書き込まれる。 Next, φWTR(5) is set to high level during the period t45-t47, and φWTC(7) to φWTC(9) are set to high level during the period t46-t48. This causes a high level signal to be written to the capacitors HC of the pixels PX in the 7th to 9th columns of the pixels PX in the 5th row.

次いで、期間t48-t50においてφWTR(6)がハイレベルにされ、期間t49-t51においてφWTC(7)~φWTC(9)がハイレベルにされる。これにより、6行目の画素PXのうちの7~9列目の画素PXのコンデンサHCにハイレベル信号が書き込まれる。 Next, φWTR(6) is set to high level during the period t48-t50, and φWTC(7) to φWTC(9) are set to high level during the period t49-t51. This causes a high level signal to be written to the capacitors HC of the pixels PX in the 7th to 9th columns of the pixels PX in the 6th row.

引き続いて、期間t51-t53においてφWTR(7)がハイレベルにされ、期間t52-t54においてφWTC(1)~φWTC(3)がハイレベルにされる。これにより、7行目の画素PXのうちの1~3列目の画素PXのコンデンサHCにハイレベル信号が書き込まれる。 Continuing, φWTR(7) is set to high level during the period t51-t53, and φWTC(1) to φWTC(3) are set to high level during the period t52-t54. This causes a high level signal to be written to the capacitors HC of the pixels PX in the first to third columns of the pixels PX in the seventh row.

その後、期間t54-t56においてφWTR(8)がハイレベルにされ、期間t55-t57においてφWTC(1)~φWTC(3)がハイレベルにされる。これにより、8行目の画素PXのうちの1~3列目の画素PXのコンデンサHCにハイレベル信号が書き込まれる。 After that, φWTR(8) is set to high level during the period t54-t56, and φWTC(1) to φWTC(3) are set to high level during the period t55-t57. This causes a high level signal to be written to the capacitors HC of the pixels PX in the 1st to 3rd columns of the pixels PX in the 8th row.

最後に、期間t57-t59においてφWTR(9)がハイレベルにされ、期間t58-t60においてφWTC(1)~φWTC(3)がハイレベルにされる。これにより、9行目の画素PXのうちの1~3列目の画素PXのコンデンサHCにハイレベル信号が書き込まれる。 Finally, φWTR(9) is set to high level during the period t57-t59, and φWTC(1) to φWTC(3) are set to high level during the period t58-t60. This causes a high level signal to be written to the capacitors HC of the pixels PX in the 1st to 3rd columns of the pixels PX in the 9th row.

このようにして、図6中のハッチングが付された画素PXのコンデンサHCにハイレベル信号が書き込まれて、当該画素PXの選択トランジスタASELがオン状態に維持され、図6中のハッチングが付されていない画素PXのコンデンサHCにローレベル信号が書き込まれて、当該画素PXの選択トランジスタASELがオフ状態に維持され、図6に示す領域設定が実現される。 In this way, a high-level signal is written to the capacitor HC of the pixel PX that is hatched in FIG. 6, the selection transistor ASEL of that pixel PX is maintained in the on state, and a low-level signal is written to the capacitor HC of the pixel PX that is not hatched in FIG. 6, the selection transistor ASEL of that pixel PX is maintained in the off state, and the area setting shown in FIG. 6 is realized.

本実施の形態では、例えば、図31と同様に、まず、全画素PXのコンデンサHCにローレベル信号を書き込んだ後に、1行ずつの画素PXを順次選びつつ、当該行のうちの所望の画素PXのコンデンサHCにハイレベル信号を書き込むことによって、撮像領域21のうちの所望の任意の1つ又は複数の部分領域、あるいは、撮像領域21の全領域を、読み出す領域として設定することができる。 In this embodiment, for example, as in FIG. 31, a low-level signal is first written to the capacitors HC of all pixels PX, and then pixels PX are sequentially selected row by row, and a high-level signal is written to the capacitors HC of desired pixels PX in the row, thereby setting any desired partial area or areas of the imaging area 21, or the entire imaging area 21, as the area to be read out.

なお、一旦領域設定期間を行った後に、その領域設定を変更することなく長時間に渡って次回の領域設定期間を行わない場合には、コンデンサHCに書き込まれたハイレベル信号が低下してしまって適切に保持されないおそれがある。そこで、領域設定を変更しない場合であっても、一旦領域設定期間を行った後に一定時間内に領域設定期間を行い、コンデンサHCに書き込まれた信号をリフレッシュすることが好ましい。 If, after a region setting period has been performed, the next region setting period is not performed for a long period of time without changing the region setting, the high-level signal written to the capacitor HC may drop and may not be properly retained. Therefore, even if the region setting is not changed, it is preferable to perform a region setting period within a certain period of time after the region setting period has been performed to refresh the signal written to the capacitor HC.

読み出し制御については、本実施の形態においても前記第1の実施の形態と同様である。また、本実施の形態においても、前記第1の実施の形態における制約有り部分領域設定の構成と同様の構成を採用してもよいし、前記第1の実施の形態における制約無し部分領域設定の構成と同様の構成を採用してもよい。 The read control in this embodiment is the same as that in the first embodiment. Also, in this embodiment, a configuration similar to the configuration of the constrained partial region setting in the first embodiment may be adopted, or a configuration similar to the configuration of the unconstrained partial region setting in the first embodiment may be adopted.

本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。また、前記第1の実施の形態では、読み出す領域に各既定部分領域ARを含めるか否かによって、撮像領域21のうちの読み出す領域の設定を行うのに対し、本実施の形態では、読み出す領域に各画素PXを含めるか否かによって、撮像領域21のうちの読み出す領域の設定を行う。したがって、本実施の形態によれば、各画素PXにおいて書き込みトランジスタWT及びコンデンサHCを要するものの、前記第1の実施の形態に比べて、撮像領域21のうちの読み出す領域の設定の自由度が高まる。 This embodiment also provides the same advantages as the first embodiment. In the first embodiment, the readout area of the imaging area 21 is set depending on whether or not each predefined partial area AR is included in the readout area, whereas in this embodiment, the readout area of the imaging area 21 is set depending on whether or not each pixel PX is included in the readout area. Therefore, although the write transistor WT and capacitor HC are required in each pixel PX, this embodiment provides greater freedom in setting the readout area of the imaging area 21 compared to the first embodiment.

[第6の実施の形態] [Sixth embodiment]

図32は、本発明の第6の実施の形態による電子カメラで用いられる固体撮像素子81の概略構成を示す回路図であり、図28に対応している。図33は、図32に示す固体撮像素子81の撮像領域21の一部を示す回路図であり、図29に対応している。 Figure 32 is a circuit diagram showing the schematic configuration of a solid-state imaging element 81 used in an electronic camera according to a sixth embodiment of the present invention, and corresponds to Figure 28. Figure 33 is a circuit diagram showing a part of the imaging region 21 of the solid-state imaging element 81 shown in Figure 32, and corresponds to Figure 29.

図32及び図33において、図28及び図29中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。本実施の形態が前記第5の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点である。 In Figures 32 and 33, elements that are the same as or correspond to elements in Figures 28 and 29 are given the same reference numerals, and duplicated explanations are omitted. This embodiment differs from the fifth embodiment in the points described below.

本実施の形態では、前記第5の実施の形態による電子カメラにおいて、固体撮像素子71に代えて固体撮像素子81が用いられている。 In this embodiment, a solid-state image sensor 81 is used instead of the solid-state image sensor 71 in the electronic camera according to the fifth embodiment.

前記第5の実施の形態では、撮像領域21の各画素PXにおいて選択トランジスタSEL設けられているのに対し、本実施の形態では、撮像領域21の各画素PXにおいて、選択トランジスタSEL及び接続線26が取り除かれ、選択トランジスタASELのドレインが、当該画素PXの増幅トランジスタAMPのソースに接続されている。 In the fifth embodiment, a selection transistor SEL is provided in each pixel PX of the imaging region 21, whereas in the present embodiment, the selection transistor SEL and the connection line 26 are removed from each pixel PX of the imaging region 21, and the drain of the selection transistor ASEL is connected to the source of the amplification transistor AMP of that pixel PX.

前記第5の実施の形態では、全画素PXの増幅トランジスタAMPのドレイン(図29中のb点)は、給電線34により共通に接続され、そこには、増幅トランジスタAMPの電源電圧として、増幅トランジスタAMPの動作に有効である有効電圧レベルVDDが固定的に供給される。これに対し、本実施の形態では、給電線34は画素PXの行毎に電気的に分離され、各画素PXの増幅トランジスタAMPのドレイン(図33中のb点)は、画素PXの行毎に給電線34により共通に接続され、そこには、増幅トランジスタAMPの電源電圧として電源電圧信号φVDDが、給電制御回路52から供給される。各電源電圧信号φVDDを画素PXの行毎に区別する場合、n行目の画素PXの増幅トランジスタAMPのドレインに供給される電源電圧信号φVDDは符号φVDD(n)で示す。なお、各画素PXのリセットトランジスタRSTのドレインは、給電線34により、当該画素PXの増幅トランジスタAMPのドレイン(図33中のb点)に接続されている。 In the fifth embodiment, the drains of the amplifier transistors AMP of all pixels PX (point b in FIG. 29) are commonly connected by a power supply line 34, and an effective voltage level VDD that is effective for the operation of the amplifier transistor AMP is fixedly supplied thereto as a power supply voltage of the amplifier transistor AMP. In contrast, in this embodiment, the power supply line 34 is electrically separated for each row of pixels PX, and the drains of the amplifier transistors AMP of each pixel PX (point b in FIG. 33) are commonly connected by a power supply line 34 for each row of pixels PX, and a power supply voltage signal φVDD is supplied thereto from the power supply control circuit 52 as a power supply voltage of the amplifier transistor AMP. When each power supply voltage signal φVDD is distinguished for each row of pixels PX, the power supply voltage signal φVDD supplied to the drain of the amplifier transistor AMP of the nth row of pixels PX is indicated by the symbol φVDD(n). The drain of the reset transistor RST of each pixel PX is connected to the drain of the amplification transistor AMP of that pixel PX (point b in Figure 33) by a power supply line 34.

本実施の形態では、給電制御回路52は、垂直走査回路22の一部として設けられ、撮像制御部5による制御下で、各制御信号φSELに代えて各電源電圧信号φVDDを出力する。各電源電圧信号φVDDは、増幅トランジスタAMPの動作に有効である有効電圧レベルVDD、又は、増幅トランジスタAMPの動作に有効ではない非有効電圧レベル(ここでは、0Vとするが、必ずしも0Vに限らない。)となり、給電制御回路52は、各画素PXの増幅トランジスタAMPの電源電圧としてVDD又は0Vを選択的に供給する。 In this embodiment, the power supply control circuit 52 is provided as part of the vertical scanning circuit 22, and outputs each power supply voltage signal φVDD instead of each control signal φSEL under the control of the imaging control unit 5. Each power supply voltage signal φVDD is at an effective voltage level VDD that is effective for the operation of the amplification transistor AMP, or at an ineffective voltage level (here, 0V, but not necessarily limited to 0V) that is not effective for the operation of the amplification transistor AMP, and the power supply control circuit 52 selectively supplies VDD or 0V as the power supply voltage for the amplification transistor AMP of each pixel PX.

本実施の形態において、各画素PXにおいて電源電圧信号φVDDがVDDとなって増幅トランジスタAMPが有効に動作する状態及び電源電圧信号φVDDが0Vとなって増幅トランジスタAMPが有効に動作しない状態は、各画素PXの出力信号の垂直信号線27への出力の可否に関して、前記第5の実施の形態において、各画素PXにおいて制御信号φSELがハイレベルになって選択トランジスタSELがオンした状態及び制御信号φSELがローレベルになって選択トランジスタSELがオフした状態と、それぞれ実質的に同じになる。 In this embodiment, the state in which the power supply voltage signal φVDD is VDD in each pixel PX and the amplification transistor AMP is operating effectively, and the state in which the power supply voltage signal φVDD is 0 V and the amplification transistor AMP is not operating effectively are substantially the same as the state in which the control signal φSEL is at a high level in each pixel PX and the selection transistor SEL is turned on, and the state in which the control signal φSEL is at a low level in each pixel PX and the selection transistor SEL is turned off, in terms of whether or not the output signal of each pixel PX is output to the vertical signal line 27, in the fifth embodiment.

したがって、本実施の形態では、各画素PXの出力信号は、当該画素PXの選択トランジスタASELが選択状態(オン状態)であるとともに当該画素PXの増幅トランジスタAMPの電源電圧として供給される電源電圧信号φVDDが有効電圧レベルVDDである場合にのみ、当該画素PXの出力信号及び当該画素PXに対して列方向に並んだ画素PXの出力信号を受け取る垂直信号線27に出力される。 Therefore, in this embodiment, the output signal of each pixel PX is output to the vertical signal line 27 that receives the output signal of the pixel PX and the output signal of the pixel PX aligned in the column direction relative to the pixel PX only when the selection transistor ASEL of the pixel PX is in the selected state (on state) and the power supply voltage signal φVDD supplied as the power supply voltage of the amplification transistor AMP of the pixel PX is at the effective voltage level VDD.

本実施の形態では、給電制御回路52が、前記第5の実施の形態において各φSELとしてハイレベル信号を供給する代わりに各電源電圧信号φVDDとして有効電圧レベルVDDを供給し、前記第5の実施の形態において各φSELとしてローレベル信号を供給する代わりに各電源電圧信号φVDDとして0Vを供給することによって、前記第5の実施の形態と同様の動作が実現される。 In this embodiment, the power supply control circuit 52 supplies an effective voltage level VDD as each power supply voltage signal φVDD instead of supplying a high-level signal as each φSEL in the fifth embodiment, and supplies 0 V as each power supply voltage signal φVDD instead of supplying a low-level signal as each φSEL in the fifth embodiment, thereby achieving the same operation as the fifth embodiment.

本実施の形態によっても、前記第5の実施の形態と同様の利点が得られる。また、本実施の形態では、各画素PXにおいて選択トランジスタASELが設けられていないので、各画素PXの構成が簡単となる。 This embodiment also provides the same advantages as the fifth embodiment. In addition, in this embodiment, since the selection transistor ASEL is not provided in each pixel PX, the configuration of each pixel PX is simplified.

[第7の実施の形態] [Seventh embodiment]

図34は、本発明の第7の実施の形態による電子カメラで用いられる固体撮像素子91の概略構成を示す回路図であり、図28に対応している。図35は、図34に示す固体撮像素子91の撮像領域21の一部を示す回路図であり、図29に対応している。図34及び図35において、図28及び図29中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。 Figure 34 is a circuit diagram showing the schematic configuration of a solid-state imaging element 91 used in an electronic camera according to a seventh embodiment of the present invention, and corresponds to Figure 28. Figure 35 is a circuit diagram showing a part of the imaging region 21 of the solid-state imaging element 91 shown in Figure 34, and corresponds to Figure 29. In Figures 34 and 35, elements that are the same as or correspond to elements in Figures 28 and 29 are given the same reference numerals, and duplicate explanations will be omitted.

本実施の形態では、前記第5の実施の形態による電子カメラにおいて、固体撮像素子71に代えて固体撮像素子91が用いられている。 In this embodiment, a solid-state image sensor 91 is used instead of the solid-state image sensor 71 in the electronic camera according to the fifth embodiment.

本実施の形態が前記第5の実施の形態と異なる所は、列方向に隣り合う2つの画素PX毎に、当該2つの画素PXが1組のフローティング容量部FD、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST、選択トランジスタSEL,ASEL、書き込みトランジスタWT及びコンデンサHCを共有している点と、垂直走査回路22が、図8に示すような制御信号φSEL,φRST,φTXに代えて、図27に示すような制御信号φSEL,φRST,φTXA,φTXBを出力するように構成されている点である。 This embodiment differs from the fifth embodiment in that for every two adjacent pixels PX in the column direction, the two pixels PX share a set of floating capacitance unit FD, amplification transistor AMP, reset transistor RST, selection transistors SEL, ASEL, write transistor WT, and capacitor HC, and that the vertical scanning circuit 22 is configured to output control signals φSEL, φRST, φTXA, and φTXB as shown in FIG. 27 instead of the control signals φSEL, φRST, and φTX as shown in FIG. 8.

図34及び図35では、1組のフローティング容量部FD、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST、選択トランジスタSEL,ASEL、書き込みトランジスタWT及びコンデンサHCを共有する2つの画素PXを、画素ブロックBLとして示している。また、図34及び図35では、画素ブロックBL内の下側の画素PXのフォトダイオードPD及び転送トランジスタTXをそれぞれ符号PDA,TXAで示し、画素ブロックBL内の上側の画素PXのフォトダイオードPD及び転送トランジスタTXをそれぞれ符号PDB,TXBで示し、両者を区別している。また、転送トランジスタTXAのゲートに供給される制御信号をφTXAとし、転送トランジスタTXBのゲート電極に供給される制御信号をφTXBとし、両者を区別している。 In Figures 34 and 35, two pixels PX that share a set of floating capacitance unit FD, amplification transistor AMP, reset transistor RST, selection transistors SEL, ASEL, write transistor WT, and capacitor HC are shown as a pixel block BL. In addition, in Figures 34 and 35, the photodiode PD and transfer transistor TX of the lower pixel PX in the pixel block BL are indicated by the symbols PDA and TXA, respectively, and the photodiode PD and transfer transistor TX of the upper pixel PX in the pixel block BL are indicated by the symbols PDB and TXB, respectively, to distinguish between the two. In addition, the control signal supplied to the gate of the transfer transistor TXA is indicated as φTXA, and the control signal supplied to the gate electrode of the transfer transistor TXB is indicated as φTXB, to distinguish between the two.

図28及び図29ではN,n等は画素行を示しているが、図34及び図35ではN,n等は画素ブロックBLの行を示している。画素ブロックBLの1行は、画素PXの2行に相当している。 In Figures 28 and 29, N, n, etc. indicate pixel rows, but in Figures 34 and 35, N, n, etc. indicate rows of pixel blocks BL. One row of pixel block BL corresponds to two rows of pixels PX.

読み出し制御については、本実施の形態においても前記第4の実施の形態と同様である。また、本実施の形態においても、前記第4の実施の形態における制約有り部分領域設定の構成と同様の構成を採用してもよいし、前記第4の実施の形態における制約無し部分領域設定の構成と同様の構成を採用してもよい。 The read control in this embodiment is the same as that in the fourth embodiment. Also, in this embodiment, a configuration similar to the configuration of the constrained partial region setting in the fourth embodiment may be adopted, or a configuration similar to the configuration of the unconstrained partial region setting in the fourth embodiment may be adopted.

本実施の形態によっても、前記第5の実施の形態と同様の利点が得られる。なお、本実施の形態では、列方向に隣り合う2つの画素PX毎に、当該2つの画素PXが1組のフローティング容量部FD、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST、選択トランジスタSEL,ASEL、書き込みトランジスタWT及びコンデンサHCを共有しているが、本発明では、例えば、列方向に隣り合う3つ以上の所定数の画素PX毎に、当該所定数の画素PXが1組のフローティング容量部FD、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST、選択トランジスタSEL,ASEL、書き込みトランジスタWT及びコンデンサHCを共有するようにしてもよい。また、本発明では、前記第5の実施の形態を本実施の形態に変形したのと同様の変形を、前記第6の実施の形態に適用してもよい。 This embodiment also provides the same advantages as the fifth embodiment. In this embodiment, for every two adjacent pixels PX in the column direction, the two pixels PX share a set of the floating capacitance unit FD, the amplification transistor AMP, the reset transistor RST, the selection transistors SEL and ASEL, the write transistor WT, and the capacitor HC. However, in the present invention, for example, for every predetermined number of pixels PX, three or more adjacent in the column direction, the predetermined number of pixels PX may share a set of the floating capacitance unit FD, the amplification transistor AMP, the reset transistor RST, the selection transistors SEL and ASEL, the write transistor WT, and the capacitor HC. In addition, in the present invention, a modification similar to that of the fifth embodiment modified to this embodiment may be applied to the sixth embodiment.

[第8の実施の形態] [Eighth embodiment]

図36は、本発明の第8の実施の形態による電子カメラで用いられる固体撮像素子101の概略構成を示す回路図であり、図28に対応している。図37は、図36に示す固体撮像素子101の1つの画素PX(n行目かつm列目の画素PX)を示す回路図であり、図29中の一部に対応している。図38は、図36に示す固体撮像素子101において図6に示す設定例と同じ設定を実現する書き込み制御信号を示すタイミングチャートであり、図31に対応している。 Figure 36 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a solid-state imaging element 101 used in an electronic camera according to an eighth embodiment of the present invention, and corresponds to Figure 28. Figure 37 is a circuit diagram showing one pixel PX (pixel PX in the nth row and mth column) of the solid-state imaging element 101 shown in Figure 36, and corresponds to a part of Figure 29. Figure 38 is a timing chart showing write control signals that realize the same settings as the setting example shown in Figure 6 in the solid-state imaging element 101 shown in Figure 36, and corresponds to Figure 31.

図36乃至図38において、図28、図29及び図31中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。本実施の形態が前記第5の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点である。 In Figures 36 to 38, elements that are the same as or correspond to elements in Figures 28, 29, and 31 are given the same reference numerals, and duplicated explanations are omitted. This embodiment differs from the fifth embodiment in the points described below.

本実施の形態では、前記第5の実施の形態による電子カメラにおいて、固体撮像素子71に代えて固体撮像素子101が用いられている。 In this embodiment, a solid-state image sensor 101 is used instead of the solid-state image sensor 71 in the electronic camera according to the fifth embodiment.

本実施の形態では、各画素PXにおいて、当該画素PXの選択トランジスタASELを選択状態又は非選択状態にするための選択制御信号を保持する保持部として、コンデンサHCに代えて、SRラッチ回路103が設けられている。また、本実施の形態では、固体撮像素子101において、SRラッチ回路103のリセット入力部Rに書き込み制御信号の一部をなすリセット信号φWTRSTを供給するリセット書き込み制御回路102が追加されている。SRラッチ回路103は、例えば、1組のたすきがけになったNORゲートで構成することができるが、これに限らない。 In this embodiment, in each pixel PX, an SR latch circuit 103 is provided instead of a capacitor HC as a holding unit that holds a selection control signal for setting the selection transistor ASEL of the pixel PX in a selected or unselected state. Also, in this embodiment, a reset write control circuit 102 is added to the solid-state imaging element 101, which supplies a reset signal φWTRST, which is part of the write control signal, to a reset input R of the SR latch circuit 103. The SR latch circuit 103 can be configured, for example, with a pair of cross-connected NOR gates, but is not limited to this.

全画素PXのSRラッチ回路103のリセット入力部Rは制御線104により共通に接続され、そこには、リセット書き込み制御回路102からのリセット信号φWTRSTが供給される。各画素PXのSRラッチ回路103のセット入力部Sは、当該画素PXの書き込みトランジスタWTのソースに接続されている。各画素PXのSRラッチ回路103の出力部Qは、当該画素PXの選択トランジスタASELのゲートに接続されている。 The reset inputs R of the SR latch circuits 103 of all pixels PX are commonly connected by a control line 104, to which a reset signal φWTRST is supplied from the reset write control circuit 102. The set input S of the SR latch circuit 103 of each pixel PX is connected to the source of the write transistor WT of that pixel PX. The output Q of the SR latch circuit 103 of each pixel PX is connected to the gate of the select transistor ASEL of that pixel PX.

図38と図31との比較からわかるように、本実施の形態では、期間t31-t32において、全画素PXの選択トランジスタASELのゲートに保持される信号としてローレベル信号を書き込むために、φWTR(1)~φWTR(9)がハイレベルにされる一方でφWTC(1)~φWTC(12)がローレベルにされて全画素PXのSRラッチ回路103のセット入力部Sにハイレベルを供給するだけでなく、全画素PXのSRラッチ回路103のリセット入力部Rに供給されるリセット信号φWTRSTがハイレベルにされる。他の期間においては、リセット信号φWTRSTは、ローレベルに維持される。 As can be seen from a comparison between FIG. 38 and FIG. 31, in this embodiment, in order to write a low-level signal as a signal held in the gate of the selection transistor ASEL of all pixels PX during period t31-t32, φWTR(1) to φWTR(9) are set to a high level while φWTC(1) to φWTC(12) are set to a low level, not only supplying a high level to the set input section S of the SR latch circuit 103 of all pixels PX, but also setting the reset signal φWTRST supplied to the reset input section R of the SR latch circuit 103 of all pixels PX to a high level. During other periods, the reset signal φWTRST is maintained at a low level.

本実施の形態では、行書込み制御回路72、列書込み制御回路73及びリセット書き込み制御回路102は、全体として、各画素PXの書込み部としての書き込みトランジスタWTに書き込み制御信号φWTR,φWTC,φWTRSTを供給する書き込み制御部を構成している。 In this embodiment, the row write control circuit 72, the column write control circuit 73, and the reset write control circuit 102 collectively constitute a write control unit that supplies write control signals φWTR, φWTC, and φWTRST to the write transistor WT, which serves as the write unit of each pixel PX.

本実施の形態では、行書込み制御回路72、列書込み制御回路73、リセット書き込み制御回路102、並びに、各画素PXの書き込みトランジスタWT及びラッチ回路103が、撮像領域21のうちの読み出す所望の1つ又は複数の部分領域の画素PXの選択トランジスタASELを選択状態(オン状態)にする領域設定部を構成している。 In this embodiment, the row write control circuit 72, column write control circuit 73, reset write control circuit 102, and the write transistor WT and latch circuit 103 of each pixel PX constitute an area setting unit that selects (turns on) the selection transistor ASEL of the pixel PX in one or more desired partial areas to be read out of the imaging area 21.

本実施の形態によっても、前記第5の実施の形態と同様の利点が得られる。なお、本実施の形態では、前記第5の実施の形態において説明したリフレッシュの動作は不要である。 This embodiment also provides the same advantages as the fifth embodiment. Note that this embodiment does not require the refresh operation described in the fifth embodiment.

なお、本発明では、前記第5の実施の形態を本実施の形態に変形したのと同様の変形を、前記第6及び第7の実施の形態に適用してもよい。また、前記保持部として、コンデンサHCやSRラッチ回路103に代えて、他のラッチ回路やその他のメモリを用いてもよい。さらに、前記保持部として不揮発性メモリを用いてもよい。この場合、電源遮断時に、全画素PXの当該不揮発性メモリに当該画素を読み出し領域とする情報に記憶させるようにしておくことで、電源投入直後から初期的に、撮像領域21の全領域を読み出し領域とする状態にすることができる。そうすることで、例えば、電源投入直後に静止画撮影を行うような場合に、その静止画撮影を迅速に開始することができ、シャッターチャンスを逃さずにすむ。 In addition, in the present invention, the same modification as that of the fifth embodiment may be applied to the sixth and seventh embodiments. Also, instead of the capacitor HC or the SR latch circuit 103, other latch circuits or other memories may be used as the holding unit. Furthermore, a non-volatile memory may be used as the holding unit. In this case, when the power is cut off, the non-volatile memory of all pixels PX is configured to store information that sets the pixels as readout areas, so that the entire imaging area 21 can be initially set as the readout area immediately after power is turned on. In this way, for example, when still image shooting is performed immediately after power is turned on, the still image shooting can be started quickly, and the shutter opportunity is not missed.

以上、本発明の各実施の形態及びそれらの変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Although the above describes various embodiments of the present invention and their variations, the present invention is not limited to these.

例えば、前記各実施の形態において、列方向に隣り合う各2つの画素PX又は列方向に隣り合う各2つの画素ブロックBLの増幅トランジスタAMPのゲート間をオンオフ(電気的に接続及び遮断)する各連結スイッチを設けてもよい。 For example, in each of the above embodiments, each connection switch may be provided to turn on and off (electrically connect and disconnect) the gates of the amplification transistors AMP of each of two pixels PX adjacent in the column direction or each of two pixel blocks BL adjacent in the column direction.

また、前記各実施の形態では、同じ列に並んだ画素PXの出力信号は同じ垂直信号線27に出力されるように構成されているが、同じ列に並んだ画素PXを複数のグループに分け、そのグループ毎に異なる垂直信号線27に画素出力信号が出力されるように構成してもよい。 In addition, in each of the above embodiments, the output signals of pixels PX arranged in the same column are configured to be output to the same vertical signal line 27, but the pixels PX arranged in the same column may be divided into multiple groups, and the pixel output signal may be output to a different vertical signal line 27 for each group.

さらに、本発明では、固体撮像素子は、単一のチップで構成されたものに限らず、複数のチップを接合した構造を有していてもよい。 Furthermore, in the present invention, the solid-state imaging element is not limited to one composed of a single chip, but may have a structure in which multiple chips are joined together.

なお、本発明では、前記各実施の形態及びそれらの変形例の各事項は適宜組み合わせてもよい。 In addition, in the present invention, the above-mentioned embodiments and their modified examples may be combined as appropriate.

1 電子カメラ
4 固体撮像素子
21 撮像領域
22 垂直走査回路
23 領域設定回路
72 行書込み制御回路
73 列書込み制御回路
PX 画素
PD フォトダイオード
TX 転送トランジスタ
AMP 増幅トランジスタ
RST リセットトランジスタ
FD フローティング容量部
SEL,ASEL 選択トランジスタ
AR 既定部分領域
BL 画素ブロック
WT 書き込みトランジスタ
HC コンデンサ
REFERENCE SIGNS LIST 1 Electronic camera 4 Solid-state image sensor 21 Imaging area 22 Vertical scanning circuit 23 Area setting circuit 72 Row write control circuit 73 Column write control circuit PX Pixel PD Photodiode TX Transfer transistor AMP Amplification transistor RST Reset transistor FD Floating capacitance section SEL, ASEL Selection transistor AR Predefined partial area BL Pixel block WT Write transistor HC Capacitor

Claims (17)

第1方向及び第2方向に設けられ、光を電荷に光電変換する複数の光電変換部と、
前記光電変換部で光電変換された電荷による信号が出力される信号線と、
前記第1方向及び前記第2方向に設けられ、前記信号を前記信号線に出力するための複数の第1出力部と、
前記第1方向及び前記第2方向に設けられ、前記第1出力部を介して前記信号を前記信号線に出力するための複数の第2出力部と、
第1領域において前記第1方向及び前記第2方向に設けられた複数の前記第1出力部に共通して設けられ、前記第1出力部を制御するための第1制御線と、
前記第1領域と異なる第2領域において前記第1方向及び前記第2方向に設けられた複数の前記第1出力部に共通して設けられ、前記第1出力部を制御するための第2制御線と、
前記第1領域及び前記第2領域において前記第1方向に設けられた複数の前記第2出力部に共通して設けられ、前記第2出力部を制御するための第3制御線と、
を有する撮像素子。
A plurality of photoelectric conversion units arranged in a first direction and a second direction, which perform photoelectric conversion of light into electric charges;
a signal line through which a signal corresponding to the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit is output;
a plurality of first output portions provided in the first direction and the second direction for outputting the signal to the signal line;
a plurality of second output portions provided in the first direction and the second direction, for outputting the signal to the signal line via the first output portion;
a first control line provided in common to the first output units provided in the first direction and the second direction in a first region, the first control line being for controlling the first output units;
a second control line provided in common to the first output units provided in the first direction and the second direction in a second region different from the first region, the second control line being for controlling the first output units;
a third control line provided in common to the second output units provided in the first direction in the first region and the second region, for controlling the second output units;
An imaging element having
請求項1に記載の撮像素子において、
前記第1領域に設けられた前記第1出力部及び前記第2領域に設けられた前記第1出力部の少なくとも1方から前記信号を出力させるための設定を行う設定部を有する撮像素子。
2. The imaging device according to claim 1,
An imaging element having a setting section that performs settings to output the signal from at least one of the first output section provided in the first region and the first output section provided in the second region.
請求項1または2に記載の撮像素子において、
前記第1方向及び前記第2方向に設けられた複数の前記第2出力部に共通して設けられ、前記第2出力部の電源電圧を供給するための給電線を有する撮像素子。
3. The imaging device according to claim 1,
an imaging element having a power supply line provided in common to the second output sections provided in the first direction and the second direction, for supplying a power supply voltage to the second output sections;
請求項1から3のいずれか1項に記載の撮像素子において、
前記第1出力部に信号を出力させるための制御信号を保持する保持部を有する撮像素子。
4. The imaging device according to claim 1,
An imaging element having a holding portion that holds a control signal for causing the first output portion to output a signal.
請求項4に記載の撮像素子において、
前記保持部は、前記第1出力部毎に設けられる撮像素子。
5. The imaging device according to claim 4,
The holding section is an imaging element provided for each of the first output sections.
第1方向及び第2方向に設けられ、光を電荷に光電変換する複数の光電変換部と、
前記光電変換部で光電変換された電荷による信号が出力される信号線と、
前記第1方向及び前記第2方向に設けられ、前記信号を前記信号線に出力するための複数の第1出力部と、
前記第1方向及び前記第2方向に設けられ、前記第1出力部を介して前記信号を前記信号線に出力するための複数の第2出力部と、
第1領域及び前記第1領域と異なる第2領域において前記第1方向に設けられた複数の前記第2出力部に共通して設けられ、前記第2出力部の電圧を供給するための給電線と、
前記第1領域において前記第1方向及び前記第2方向に設けられた複数の前記第2出力部に共通して設けられ、前記第2出力部を制御するための第1制御線と、
前記第2領域において前記第1方向及び前記第2方向に設けられた複数の前記第2出力部に共通して設けられ、前記第2出力部を制御するための第2制御線と、
を有する撮像素子。
A plurality of photoelectric conversion units arranged in a first direction and a second direction, which perform photoelectric conversion of light into electric charges;
a signal line through which a signal corresponding to the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit is output;
a plurality of first output portions provided in the first direction and the second direction for outputting the signal to the signal line;
a plurality of second output portions provided in the first direction and the second direction, for outputting the signal to the signal line via the first output portion;
a power supply line provided in common to the second output units provided in the first direction in a first region and a second region different from the first region, the power supply line supplying a voltage to the second output units;
a first control line provided in common to the second output units provided in the first direction and the second direction in the first region, the first control line being for controlling the second output units;
a second control line provided in common to the second output units provided in the first direction and the second direction in the second region, the second control line being for controlling the second output units;
An imaging element having
請求項6に記載の撮像素子において、
前記第1領域に設けられた前記第2出力部及び前記第2領域に設けられた前記第2出力部の少なくとも1方から前記信号を出力させるための設定を行う設定部を有する撮像素子。
7. The imaging device according to claim 6,
An imaging element having a setting section that performs settings to output the signal from at least one of the second output section provided in the first region and the second output section provided in the second region.
第1方向及び第2方向に設けられ、光を電荷に光電変換する複数の光電変換部と、
前記光電変換部で光電変換された電荷による信号が出力される信号線と、
前記第1方向及び前記第2方向に設けられ、前記光電変換部で光電変換された電荷による信号を前記信号線に出力するための複数の第1出力部と、
第1領域において前記第1方向及び前記第2方向に設けられた複数の前記第1出力部に共通して設けられ、前記第1出力部の電圧を供給するための第1給電線と、
前記第1領域と異なる第2領域において前記第1方向及び前記第2方向に設けられた複数の前記第1出力部に共通して設けられ、前記第1出力部の電圧を供給するための第2給電線と、
前記第1領域及び前記第2領域において前記第1方向に設けられた複数の前記第1出力部に共通して設けられ、前記第1出力部を制御するための制御線と、
を有する撮像素子。
A plurality of photoelectric conversion units arranged in a first direction and a second direction, which perform photoelectric conversion of light into electric charges;
a signal line through which a signal corresponding to the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit is output;
a plurality of first output units provided in the first direction and the second direction, for outputting signals based on charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion units to the signal lines;
a first power supply line provided in common to the first output units provided in the first direction and the second direction in the first region, for supplying a voltage to the first output units;
a second power supply line provided in common to the first output units provided in the first direction and the second direction in a second region different from the first region, for supplying a voltage to the first output units;
a control line provided in common to the first output units provided in the first direction in the first region and the second region, the control line being for controlling the first output units;
An imaging element having
請求項8に記載の撮像素子において、
前記第1給電線及び前記第2給電線に電圧を供給するための設定を行う設定部を有する撮像素子。
9. The imaging device according to claim 8,
An imaging element having a setting unit that performs settings for supplying a voltage to the first power supply line and the second power supply line.
第1方向及び第2方向に設けられ、光を電荷に光電変換する複数の光電変換部と、
前記光電変換部で光電変換された電荷による信号が出力される信号線と、
前記第1方向及び前記第2方向に設けられ、前記光電変換部で光電変換された電荷による信号を出力する第1出力部と、
第1領域において前記第1方向に設けられた複数の前記第1出力部に共通して設けられ、前記第1出力部の電圧を供給するための給電線と、
前記第1領域と異なる第2領域において前記第1方向及び前記第2方向に設けられた複数の前記第1出力部に共通して設けられ、前記第1出力部の電圧を供給するための第2給電線と、
前記第1領域において前記第1方向及び前記第2方向に設けられた複数の前記第1出力部に共通して設けられ、前記第1出力部を制御するための第1制御線と、
前記第2領域において前記第1方向及び前記第2方向に設けられた複数の前記第1出力部に共通して設けられ、前記第1出力部を制御するための第2制御線と、
を有する撮像素子。
A plurality of photoelectric conversion units arranged in a first direction and a second direction, which perform photoelectric conversion of light into electric charges;
a signal line through which a signal corresponding to the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit is output;
a first output section provided in the first direction and the second direction and configured to output a signal based on the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion section;
a power supply line provided in common to the first output units provided in the first direction in the first region, for supplying a voltage to the first output units;
a second power supply line provided in common to the first output units provided in the first direction and the second direction in a second region different from the first region, for supplying a voltage to the first output units;
a first control line provided in common to the first output units provided in the first direction and the second direction in the first region, the first control line being for controlling the first output units;
a second control line provided in common to the first output units provided in the first direction and the second direction in the second region, the second control line being for controlling the first output units;
An imaging element having
請求項10に記載の撮像素子において、
前記第1領域に設けられた前記第1出力部及び前記第2領域に設けられた前記第1出力部の少なくとも1方から前記信号を出力させるための設定を行う設定部を有する撮像素子。
The imaging device according to claim 10,
An imaging element having a setting section that performs settings to output the signal from at least one of the first output section provided in the first region and the first output section provided in the second region.
請求項10または11に記載の撮像素子において、
前記給電線は、前記第1領域及び第2領域において前記第1方向に設けられた複数の前記第1出力部に共通して設けられる撮像素子。
12. The imaging device according to claim 10,
The power supply line is provided in common to a plurality of first output sections provided in the first direction in the first region and the second region of the imaging element.
請求項1から12のいずれか1項に記載の撮像素子において、
前記第1出力部に信号を出力させるための制御信号を保持する保持部を有する撮像素子。
13. The imaging device according to claim 1,
An imaging element having a holding portion that holds a control signal for causing the first output portion to output a signal.
請求項13に記載の撮像素子において、
前記保持部は、前記第1出力部毎に設けられる撮像素子。
14. The imaging device according to claim 13,
The holding section is an imaging element provided for each of the first output sections.
請求項1から14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、2つ以上の光電変換部に共通して設けられる撮像素子。
15. The imaging device according to claim 1,
The first output unit is provided in common to two or more photoelectric conversion units of the imaging element.
請求項1から15のいずれか一項に記載の撮像素子と、
前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも1方から前記信号を出力させるために、前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも1つを指定可能な指定部と、
を備える撮像装置。
The imaging element according to claim 1 ,
a designation unit capable of designating at least one of the first region and the second region in order to output the signal from at least one of the first region and the second region;
An imaging device comprising:
請求項1から15のいずれか一項に記載の撮像素子と、
前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも1方から前記信号を出力させるために、前記撮像素子からの前記信号に基づいて被写体を検出する検出部と、
を備える撮像装置。
The imaging element according to claim 1 ,
a detection unit that detects a subject based on the signal from the imaging element so as to output the signal from at least one of the first area and the second area;
An imaging device comprising:
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