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JP2019068246A - Image pick-up device and imaging apparatus - Google Patents

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JP2019068246A JP2017191756A JP2017191756A JP2019068246A JP 2019068246 A JP2019068246 A JP 2019068246A JP 2017191756 A JP2017191756 A JP 2017191756A JP 2017191756 A JP2017191756 A JP 2017191756A JP 2019068246 A JP2019068246 A JP 2019068246A
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峰雄 内田
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Abstract

To provide an image pick-up device and an imaging apparatus capable of realizing power saving of the image pick-up device, while restraining reduction of frame rate due to increase in amount of data.SOLUTION: In an image pick-up device laminating a first substrate having a pixel array where multiple pixels performing photoelectric conversion are arranged in matrix, and a second substrate having a circuit array where multiple signal processing parts processing signals based on the photoelectric conversion are arranged in matrix, the pixel array includes a pixel block formed of multiple pixels, and connected with a pixel block corresponding to the signal processing part by multiple signal lines, and the signal processing part includes an adder circuit for adding the signal inputted from the multiple signal lines in the same period, and a conversion circuit performing analog-digital conversion of the signals added by the adder circuit.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

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

近年、CMOSセンサなどの撮像素子を用いた撮像装置では、多機能化が進み、静止画や動画などの撮像画像の生成だけでなく、例えば特許文献1には、撮像素子から得られた信号を用いて瞳分割方式の焦点検出が可能な構成とした撮像装置が開示されている。特許文献1に記載の構成では、データ量が増加して読み出し時間が長くなり、フレームレートの低下および消費電力の増加が発生していた。また、特許文献2には、撮像素子におけるアナログデジタル変換回路(いか、ADC回路と表記する)の省電力化を目的として、画素ブロックごとの演算部の演算結果に応じて動作状態とスタンバイ状態を切り替える制御が開示されている。   In recent years, in an imaging apparatus using an imaging element such as a CMOS sensor, multifunctionalization proceeds and not only generation of a captured image such as a still image or a moving image but also, for example, Patent Document 1 describes a signal obtained from an imaging element There is disclosed an imaging apparatus configured to be capable of using the pupil division type focus detection. In the configuration described in Patent Document 1, the amount of data increases, the read time becomes long, and a decrease in frame rate and an increase in power consumption occur. Further, in Patent Document 2, for the purpose of power saving of an analog-to-digital conversion circuit (denoted as an ADC circuit) in an imaging device, an operation state and a standby state are calculated according to the calculation result of the calculation unit for each pixel block. Control to switch is disclosed.

特開2001−124984号公報Japanese Patent Application Publication No. 2001-124984 特開2016−184843号公報JP, 2016-184843, A

しかしながら、特許文献2における各画素は撮像画像を取得する従来からの構成を前提としており、画素ブロックをどのように構成するのかは明確化されていない。さらに、特許文献1のように撮像画像を生成する以外の焦点検出を取得可能な画素構成の場合などにおいてどのように画素ブロックを構成し、それぞれを制御するのかも明確ではなく、かえって消費電力を増加させてしまう懸念もある。   However, each pixel in Patent Document 2 is premised on a conventional configuration for acquiring a captured image, and it is not clear how to configure a pixel block. Furthermore, it is not clear how to configure a pixel block and control each of them in the case of a pixel configuration capable of acquiring focus detection other than generating a captured image as in Patent Document 1, etc. There is also the concern that it will increase.

本発明の目的は、データ量の増加によるフレームレートの低下を抑制しつつ、撮像素子の省電力化を実現することを可能とする撮像素子及び撮像装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an imaging element and an imaging apparatus that can realize power saving of an imaging element while suppressing a decrease in frame rate due to an increase in data amount.

本発明に係る撮像素子は、光電変換を行うための複数の画素を行列状に配置した画素アレイを有する第1の基板と、前記光電変換に基づく信号を処理する複数の信号処理部を行列状に配置した回路アレイを有する第2の基板とを積層した撮像素子であって、前記画素アレイは複数の画素によって形成される画素ブロックを含み、前記信号処理部と対応する画素ブロックとは複数の信号線によって接続され、前記信号処理部は前記複数の信号線から同期間に入力される前記信号を加算する加算回路と前記加算回路によって加算した信号をアナログデジタル変換する変換回路とを備えることを特徴とする。   An imaging device according to the present invention includes a first substrate having a pixel array in which a plurality of pixels for performing photoelectric conversion are arranged in a matrix, and a plurality of signal processing units for processing signals based on the photoelectric conversion. An image pickup element in which a second substrate having a circuit array arranged in two layers is stacked, wherein the pixel array includes a pixel block formed by a plurality of pixels, and a plurality of pixel blocks corresponding to the signal processing unit It is connected by a signal line, and the signal processing unit includes an addition circuit that adds the signals input from the plurality of signal lines during a synchronization period, and a conversion circuit that analog-digital converts the signal added by the addition circuit. It features.

本発明によれば、データ量の増加によるフレームレートの低下を抑制しつつ、撮像素子の省電力化を実現することを可能とする撮像素子及び撮像装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an imaging device and an imaging device capable of realizing power saving of the imaging device while suppressing a decrease in frame rate due to an increase in data amount.

本発明の第1の実施形態による撮像装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing a schematic structure of an imaging device by a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態による撮像素子の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing a schematic structure of an image sensor by a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態による撮像装置における撮像素子の画素配列の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the pixel array of the image pick-up element in the imaging device by the 1st Embodiment of this invention. 撮像光学系の射出瞳から出る光束と単位画素との関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the light beam which comes out of the exit pupil of an imaging optical system, and a unit pixel. 撮像素子の2つの副画素から得られる像信号波形の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the image signal waveform obtained from two sub pixels of an image pick-up element. 本発明の第1の実施形態による撮像装置における撮像素子の構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of the image pick-up element in the imaging device by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態による撮像装置における撮像素子の単位画素の回路構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a circuit structure of the unit pixel of the image pick-up element in the imaging device by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態による撮像装置における撮像素子の列共通読み出し回路の構成の一例を示す図である。It is a figure showing an example of composition of a common row readout circuit of an image sensor in an imaging device by a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態による撮像装置における撮像素子の読み出し動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows read-out operation of an image sensor in an imaging device by a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態による撮像装置における撮像素子の読み出し動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows read-out operation of an image sensor in an imaging device by a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態による撮像装置における撮像素子の列共通読み出し回路の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the row common readout circuit of the image pick-up element in the imaging device by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による撮像装置における撮像素子の読み出し動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows read-out operation of an image sensor in an imaging device by a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態による画素ブロックの例である。7 is an example of a pixel block according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態による撮像装置における撮像素子の列共通読み出し回路の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the row common readout circuit of the image pick-up element in the imaging device by 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態による撮像装置における撮像素子の読み出し動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows read-out operation of an image sensor in an imaging device by a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第4実施形態による撮像装置における撮像素子の読み出し動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows read-out operation of an image sensor in an imaging device by a 4th embodiment of the present invention. 本発明の第4実施形態による撮像装置における撮像素子の読み出し動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows read-out operation of an image sensor in an imaging device by a 4th embodiment of the present invention. 本発明の第4実施形態による撮像装置における撮像素子の読み出し動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows read-out operation of an image sensor in an imaging device by a 4th embodiment of the present invention. 本発明の第5実施形態による撮像装置における撮像素子の構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of the image pick-up element in the imaging device by 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態による撮像装置における撮像素子の配線の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of wiring of the image pick-up element in the imaging device by 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態による撮像装置における撮像素子の列共通読み出し回路の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the row common readout circuit of the image pick-up element in the imaging device by 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6実施形態による撮像装置における撮像素子の読み出し動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows read-out operation of an image sensor in an imaging device by a 6th embodiment of the present invention. 本発明の第7実施形態による画素ブロックの例である。It is an example of the pixel block by 7th Embodiment of this invention. 本発明の第7実施形態による撮像装置における撮像素子の構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of the image pick-up element in the imaging device by 7th Embodiment of this invention. 本発明の第7実施形態による補正パラメータの構成図である。It is a block diagram of the correction parameter by 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8実施形態によるADC回路の内部構成図である。It is an internal block diagram of the ADC circuit by 8th Embodiment of this invention. 本発明の第8実施形態によるADC回路の動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation of the ADC circuit by an 8th embodiment of the present invention.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態による撮像素子及び撮像装置について、各図を用いて説明する。その際、全ての図において同一の機能を有するものは同一の数字を付けし、その繰り返しの説明は省略する。
First Embodiment
An image sensor and an image pickup apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In that case, what has the same function in all the figures attaches | subjects the same number, The description of the repetition is abbreviate | omitted.

はじめに、本実施形態による撮像装置100の概略構成について、図1を用いて説明する。   First, a schematic configuration of the imaging device 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

本実施形態における撮像装置100は、図1に示すように、第1レンズ群101、絞り102、第2レンズ群103、第3レンズ群104、光学的ローパスフィルタ105、撮像素子106を有している。また、撮像装置100は、絞りアクチュエータ117、フォーカスアクチュエータ118、絞り駆動回路115、フォーカス駆動回路116を有している。また、撮像素子106は、信号処理部107を含む。撮像装置100はさらに、DFE(Digital Front End)108、DSP(Digital Signal Processer)109を有している。また、撮像装置100は、表示部111、RAM112、タイミング生成回路(TG)113、CPU114、ROM119、記録媒体110を有している。   As shown in FIG. 1, the imaging apparatus 100 according to the present embodiment includes a first lens group 101, an aperture 102, a second lens group 103, a third lens group 104, an optical low pass filter 105, and an imaging element 106. There is. The imaging apparatus 100 further includes an aperture actuator 117, a focus actuator 118, an aperture drive circuit 115, and a focus drive circuit 116. The imaging device 106 also includes a signal processing unit 107. The imaging apparatus 100 further includes a digital front end (DFE) 108 and a digital signal processor (DSP) 109. The imaging apparatus 100 further includes a display unit 111, a RAM 112, a timing generation circuit (TG) 113, a CPU 114, a ROM 119, and a recording medium 110.

第1レンズ群101、絞り102、第2レンズ群103、第3レンズ群104及び光学的ローパスフィルタ105は、被写体側からこの順番で光軸に沿って配置されており、これらによって撮像光学系を構成している。撮像光学系は、被写体の光学像を形成するための光学系に相当する。第1レンズ群101は、撮像光学系の最前部(被写体側)に配置されたレンズ群であり、光軸方向に沿って進退可能に保持されている。絞り102は、その開口径を調節することで撮像時の光量調節を行う機能を備える。第2レンズ群103は、絞り102と一体となって光軸方向に沿って進退し、第1レンズ群101の進退動作との連動により、変倍動作(ズーム機能)を実現する。第3レンズ群104は、光軸方向に沿った進退により、焦点調節を行う機能を備える。光学的ローパスフィルタ105は、撮像画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。   The first lens group 101, the diaphragm 102, the second lens group 103, the third lens group 104, and the optical low pass filter 105 are disposed along the optical axis in this order from the object side, and the imaging optical system Configured. The imaging optical system corresponds to an optical system for forming an optical image of a subject. The first lens group 101 is a lens group disposed at the foremost part (subject side) of the imaging optical system, and is held so as to be movable back and forth along the optical axis direction. The diaphragm 102 has a function of adjusting the light amount at the time of imaging by adjusting the aperture diameter. The second lens group 103 advances and retracts along the optical axis direction integrally with the diaphragm 102, and realizes a variable power operation (zoom function) by interlocking with the forward and backward operation of the first lens group 101. The third lens group 104 has a function of performing focusing by advancing and retracting along the optical axis direction. The optical low pass filter 105 is an optical element for reducing false color and moiré of a captured image.

なお、本実施形態では、撮像光学系を有するレンズ装置を撮像装置100の本体と一体的に構成した例を示すが、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。本発明は、撮像装置本体と、撮像装置本体に着脱可能に取り付けられたレンズ装置(撮像光学系)とにより構成された撮像システムにも適用可能である。   Although the present embodiment shows an example in which the lens apparatus having the imaging optical system is integrally formed with the main body of the imaging apparatus 100, the embodiment of the present invention is not limited to this. The present invention is also applicable to an imaging system constituted by an imaging apparatus main body and a lens apparatus (imaging optical system) detachably attached to the imaging apparatus main body.

絞りアクチュエータ117は、絞り102の開口径を変更する機構を備えたものである。絞り駆動回路115は、絞りアクチュエータ117により絞り102の開口径を制御して撮像光量を調節するとともに静止画撮像時の露光時間制御を行なうための駆動回路である。フォーカスアクチュエータ118は、第3レンズ群104を光軸方向に沿って進退駆動する機構を備えたものである。フォーカス駆動回路116は、フォーカスアクチュエータ118を駆動することにより焦点位置を調節するための駆動回路である。   The diaphragm actuator 117 is provided with a mechanism for changing the aperture diameter of the diaphragm 102. The diaphragm drive circuit 115 is a drive circuit for controlling the aperture diameter of the diaphragm 102 by the diaphragm actuator 117 to adjust the imaging light quantity and performing exposure time control at the time of still image imaging. The focus actuator 118 has a mechanism for driving the third lens group 104 back and forth along the optical axis direction. The focus drive circuit 116 is a drive circuit for adjusting the focus position by driving the focus actuator 118.

撮像素子106は、撮像光学系の結像面に配置された2次元CMOSイメージセンサである。本実施形態の撮像素子106は、図2に示すように通常のイメージセンサとは異なり、積層構造を有する積層型イメージセンサである。より詳細には、入射光に対して光電変換を行う画素部11を含む第1の基板10と、画素部11からの信号を処理する信号処理部21および周辺回路等を含む第2の基板20とを積層した積層型の構成を有している。画素部11及ぶ信号処理部21は各基板内において行方向および列方向に周期的に複数個が配列されている。なお、本実施形態においては2枚の基板を積層した構造としているが、より多くのの基板を積層してもよい。例えば、DRAM等のメモリを有する基板や、異なる信号処理回路を含む基板を積層することにより新たな機能を撮像素子106に持たせることが可能となる。なお、本実施形態において第2の基板に含まれる周辺回路には、電源回路、タイミング生成回路、レジスタ、出力アンプ等が含まれる。   The imaging element 106 is a two-dimensional CMOS image sensor disposed on the imaging plane of the imaging optical system. The imaging device 106 according to the present embodiment is a stacked image sensor having a stacked structure unlike the normal image sensor as shown in FIG. More specifically, a first substrate 10 including a pixel unit 11 that performs photoelectric conversion on incident light, a signal processing unit 21 that processes a signal from the pixel unit 11, and a second substrate 20 that includes peripheral circuits and the like. And a stacked structure. In each substrate, a plurality of pixel units 11 and signal processing units 21 are periodically arranged in the row direction and the column direction. In the present embodiment, two substrates are stacked, but more substrates may be stacked. For example, by stacking a substrate having a memory such as a DRAM or a substrate including different signal processing circuits, the imaging element 106 can have a new function. The peripheral circuits included in the second substrate in this embodiment include a power supply circuit, a timing generation circuit, a register, an output amplifier, and the like.

撮像素子106は、撮像光学系により結像された被写体像(光学像)を光電変換により電気信号に変換する。なお、本明細書では、撮像素子106を、撮像部と表記することもある。TG113は、撮像素子106等を所定のタイミングで駆動するための駆動信号を撮像素子106等に供給するためのものである。駆動信号には、撮像素子106を動作させるためのクロック信号や同期信号を含み、さらには撮像素子106の駆動を選択するためのモード変更用の各種設定パラメータ等を含む。なお、TG113は撮像素子106の内部に内部TGとして設けるようにしてもよく、外部から供給される同期信号に基づいて駆動信号を生成する構成としてもよい。また、撮像素子106の駆動を選択するためのモードとしては、少なくとも静止画用モード、動画用モード、ライブビューモードを備えている。   The imaging element 106 converts an object image (optical image) formed by the imaging optical system into an electrical signal by photoelectric conversion. In the present specification, the imaging element 106 may be referred to as an imaging unit. The TG 113 is for supplying a drive signal for driving the imaging device 106 and the like at a predetermined timing to the imaging device 106 and the like. The drive signal includes a clock signal and a synchronization signal for operating the imaging device 106, and further includes various setting parameters for mode change for selecting driving of the imaging device 106 and the like. The TG 113 may be provided as an internal TG inside the imaging device 106, or may be configured to generate a drive signal based on a synchronization signal supplied from the outside. Further, as modes for selecting driving of the imaging element 106, at least a still image mode, a moving image mode, and a live view mode are provided.

信号処理部107は、撮像素子106内に設けられ、少なくとも画素部から出力されるアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するADC回路を備えている。   The signal processing unit 107 is provided in the imaging device 106, and includes an ADC circuit that converts at least an analog image signal output from the pixel unit into a digital image signal.

DFE108は、撮像素子106から出力されるデジタル画像信号に対して所定の演算処理を実行する機能を備えている。DSP109は、DFE108から出力されるデジタル画像信号に対する補正処理や現像処理などを行う機能を備えている。DSP109は、また、画像信号(デジタル画像信号)から焦点ずれ量を算出するAF(オートフォーカス)演算を行う機能も備えている。また、DFE108およびDSP109はFPGA回路等のリコンフィギュアブル回路を備える。外部からの設定によってさまざまな回路構成をとることによって、複雑な補正動作等を少ない回路資源で実現することができる。   The DFE 108 has a function of executing predetermined arithmetic processing on the digital image signal output from the imaging element 106. The DSP 109 has a function of performing correction processing, development processing, and the like on the digital image signal output from the DFE 108. The DSP 109 also has a function of performing an AF (Auto Focus) operation for calculating an amount of focus shift from an image signal (digital image signal). The DFE 108 and the DSP 109 also include reconfigurable circuits such as FPGA circuits. By taking various circuit configurations by setting from the outside, complicated correction operation and the like can be realized with less circuit resources.

表示部111は、撮像画像や各種のメニュー画面などを表示する機能を備えている。表示部111には、液晶ディスプレイ(LCD)や有機ELディスプレイ(OLED)などが用いられる。RAM112は、撮像画像のデータなどを一時的に記憶するためのランダムアクセスメモリである。ROM119は、各種補正データや所定の処理を実行するためのプログラムなどを記憶するリードオンリメモリである。記録媒体110は、撮像画像のデータを記録するためのものである。記録媒体110は、例えばSDメモリカードのような不揮発性半導体メモリを用いたメモリカード等、着脱可能なものでもよい。RAM112、ROM119、記録媒体110は、DSP109に接続されている。   The display unit 111 has a function of displaying a captured image, various menu screens, and the like. For the display unit 111, a liquid crystal display (LCD), an organic EL display (OLED) or the like is used. The RAM 112 is a random access memory for temporarily storing data of captured images and the like. The ROM 119 is a read only memory that stores various correction data, a program for executing a predetermined process, and the like. The recording medium 110 is for recording data of a captured image. The recording medium 110 may be removable, for example, a memory card using a non-volatile semiconductor memory such as an SD memory card. The RAM 112, the ROM 119, and the recording medium 110 are connected to the DSP 109.

CPU114は、撮像装置100の全体の制御を司る制御装置であり、各構成要素の制御を統括的に行う。それと共に及び各種設定パラメータ等の設定を各構成要素に対して行う。また、CPUは114、データを電気的に書き込み・消去可能なキャッシュメモリ等を含み、これに記録されたプログラムを実行する。なお、メモリは、CPUが実行するプログラム格納領域、プログラム実行中のワーク領域、データの格納領域等として使用される。また、CPU114は、撮像素子106から出力される信号の解析や画像処理も行う。解析結果は画像情報として出力される。なお、画像情報は画像の解析結果であって、被写体の輝度や色だけではなく、物体(人体を含む)の有無及び特長、物体の位置/速度/加速度、特定被写体の検出結果等を含む。また、CPU114は、DSP109から出力されるAF演算結果に基づいてフォーカス駆動回路116を制御し、フォーカスアクチュエータ118によって撮像光学系の焦点位置の調節を行う。   The CPU 114 is a control device that controls the entire imaging apparatus 100, and centrally controls the components. At the same time, setting of various setting parameters and the like is performed for each component. Also, the CPU 114 includes a cache memory and the like capable of electrically writing and erasing data, and executes a program recorded therein. The memory is used as a program storage area executed by the CPU, a work area during program execution, a data storage area, and the like. The CPU 114 also performs analysis and image processing of a signal output from the imaging element 106. The analysis result is output as image information. The image information is an analysis result of the image, and includes not only the brightness and color of the subject but also the presence / absence and features of the object (including the human body), the position / velocity / acceleration of the object, the detection result of the specific subject, and the like. Further, the CPU 114 controls the focus drive circuit 116 based on the AF calculation result output from the DSP 109, and adjusts the focus position of the imaging optical system by the focus actuator 118.

次に、本実施形態による撮像装置100における撮像素子106の画素配列の一例について、図3を用いて説明する。なお、図3に示す画素配列は第1の基板10に含まれる画素部11の配列に相当する。   Next, an example of the pixel array of the imaging element 106 in the imaging device 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The pixel array shown in FIG. 3 corresponds to the array of the pixel units 11 included in the first substrate 10.

撮像素子106は、例えば図3に示すように、複数の画素部11(単位画素)が行方向及び列方向に沿って2次元アレイ状に配列された画素領域PA(画素アレイ)を有している。画素領域PAは、特に限定されるものではないが、例えば4000行×8000列の画素部11の画素アレイを含むことができる。なお、図3には、これらのうち、6行×8列の画素アレイを抜き出して示している。   For example, as shown in FIG. 3, the imaging element 106 has a pixel area PA (pixel array) in which a plurality of pixel units 11 (unit pixels) are arranged in a two-dimensional array along the row direction and the column direction. There is. Although the pixel area PA is not particularly limited, it can include, for example, a pixel array of pixel units 11 of 4000 rows × 8000 columns. In FIG. 3, among these, a pixel array of 6 rows × 8 columns is extracted and shown.

それぞれの画素部11は、2つのフォトダイオード(以下、「PD」と表記する)401a,401bと、1つのマイクロレンズ(図示せず)と、カラーフィルタ(図示せず)とを含む。PD401a及びPD401bは、それぞれ、画素部11内に構成される2つの副画素a及び副画素bの光電変換部である。マイクロレンズは、画素部11に1つずつ設けられており、入射した光を同じ画素部11の2つの光電変換部に集光する。   Each pixel unit 11 includes two photodiodes (hereinafter referred to as "PD") 401a and 401b, one microlens (not shown), and a color filter (not shown). The PD 401 a and the PD 401 b are photoelectric conversion units of two sub-pixels a and b configured in the pixel unit 11, respectively. One microlens is provided in each of the pixel units 11 and condenses incident light on two photoelectric conversion units of the same pixel unit 11.

図2の画素部11内に示している符号a,bは、左右に瞳分割された副画素a,bを表している。副画素aから出力される出力信号a(A信号)及び副画素bから出力される出力信号b(B信号)は、焦点検出に利用される焦点検出信号である。また、A信号とB信号とを加算して得られる信号(A+B信号)は、画像生成(撮像画像の生成)に用いられる。また、符号R,G,Bは、カラーフィルタの色(分光特性)を表しており、Rは赤フィルタ、Gは緑フィルタ、Bは青フィルタである。1つの画素部11を構成する2つのPD401a,401bには、同じ色のカラーフィルタが割り当てられている。なお、図2には、いわゆるベイヤー配列によりカラーフィルタを配置した例を示しているが、カラーフィルタの配置は、これに限定されるものではない。また、瞳の分割方向としては左右には限定されず上下であったり、2分割以上に分割するようにしたりしてもよい。   Reference symbols a and b shown in the pixel unit 11 in FIG. 2 denote sub-pixels a and b divided into pupils in the left and right directions. The output signal a (A signal) output from the sub pixel a and the output signal b (B signal) output from the sub pixel b are focus detection signals used for focus detection. A signal (A + B signal) obtained by adding the A signal and the B signal is used for image generation (generation of a captured image). Further, symbols R, G, and B represent colors (spectral characteristics) of the color filter, R is a red filter, G is a green filter, and B is a blue filter. Color filters of the same color are assigned to the two PDs 401 a and 401 b constituting one pixel unit 11. In addition, although the example which has arrange | positioned the color filter by what is called Bayer arrangement is shown in FIG. 2, arrangement | positioning of a color filter is not limited to this. In addition, the division direction of the pupil is not limited to the left and right, and may be up and down, or may be divided into two or more.

次に、撮像光学系(撮像レンズ)の射出瞳から出る光束と撮像素子106の画素部11との関係について、図4を用いて説明する。画素部11は、PD401a,401bと、PD401a,401bの上に配置されたカラーフィルタ201及びマイクロレンズ202とを含む。この画素部11に、撮像光学系(撮像レンズ)の射出瞳203を通過した光束が、撮像光学系の光軸204を中心として入射する場合を想定する。撮像光学系(撮像レンズ)の射出瞳203のうち互いに異なる瞳領域(一部領域)205,206を通過する光束に着目すると、これらのうち瞳領域205を通過した光束は、マイクロレンズ202を介して、副画素aのPD401aにより受光される。一方、瞳領域206を通過した光束は、マイクロレンズ202を介して、副画素bのPD401bにより受光される。   Next, the relationship between the light beam coming out of the exit pupil of the imaging optical system (imaging lens) and the pixel section 11 of the imaging element 106 will be described using FIG. The pixel unit 11 includes the PDs 401 a and 401 b, and the color filter 201 and the microlens 202 disposed on the PDs 401 a and 401 b. It is assumed that the light flux that has passed through the exit pupil 203 of the imaging optical system (imaging lens) enters the pixel unit 11 with the optical axis 204 of the imaging optical system as the center. Focusing on the light beams passing through different pupil regions (partial regions) 205 and 206 in the exit pupil 203 of the imaging optical system (imaging lens), the light beams passing through the pupil region 205 among these are through the microlens 202 The light is received by the PD 401 a of the sub-pixel a. On the other hand, the light flux that has passed through the pupil region 206 is received by the PD 401 b of the sub-pixel b via the microlens 202.

このように、副画素a,bは、それぞれ、撮像レンズの射出瞳203の別々の領域(互いに異なる領域)を通過した光を受光している。このため、副画素aの出力信号であるA信号と副画素bの出力信号であるB信号とを比較することにより、位相差方式の焦点検出が可能となる。   Thus, the sub-pixels a and b respectively receive light passing through different areas (areas different from each other) of the exit pupil 203 of the imaging lens. For this reason, it is possible to perform focus detection of the phase difference method by comparing the A signal which is the output signal of the sub pixel a with the B signal which is the output signal of the sub pixel b.

次に、撮像素子106の副画素a,bから得られる像信号波形について、図5を用いて説明する。図5(a)は、合焦状態から外れているとき(非合焦状態)に副画素a,bから得られる像信号波形の一例を示すグラフである。図5(b)は、合焦状態(略合焦状態)のときに副画素a,bから得られる像信号波形の一例を示すグラフである。図5(a)及び図5(b)において、縦軸は信号出力を示し、横軸は位置(画素水平位置)を示している。   Next, image signal waveforms obtained from the sub-pixels a and b of the image sensor 106 will be described with reference to FIG. FIG. 5A is a graph showing an example of image signal waveforms obtained from the sub-pixels a and b when out of the in-focus state (non-in-focus state). FIG. 5B is a graph showing an example of image signal waveforms obtained from the sub-pixels a and b in the in-focus state (substantially in-focus state). In FIGS. 5A and 5B, the vertical axis represents signal output, and the horizontal axis represents position (pixel horizontal position).

合焦状態から外れている場合(非合焦状態の場合)、図5(a)に示すように、副画素a,bから得られる像信号波形(A信号、B信号)は互いに一致せず、大きくずれた状態となる。非合焦状態から合焦状態に近づくと、図5(b)に示すように、副画素a,bの互いの像信号波形のずれは小さくなる。そして、合焦状態において、これらの像信号波形は互いに重なる。このようにして、副画素a,bから得られる像信号波形のずれ(ズレ量)を検出することで焦点のズレ量(デフォーカス量)を検出することができ、この情報を利用することによって撮像光学系の焦点調節を行うことができる。   When out of focus (in the out-of-focus state), as shown in FIG. 5A, the image signal waveforms (A signal and B signal) obtained from the sub pixels a and b do not match each other. , Greatly deviated. When the in-focus state is approached from the out-of-focus state, as shown in FIG. 5B, the deviation between the image signal waveforms of the sub-pixels a and b decreases. Then, in the in-focus state, these image signal waveforms overlap each other. In this way, it is possible to detect the shift amount of defocus (defocus amount) by detecting the shift (shift amount) of the image signal waveform obtained from the sub-pixels a and b, and by using this information The focusing of the imaging optical system can be performed.

次に、本実施形態による撮像装置100における撮像素子106の構成例について、具体的に説明する。   Next, a configuration example of the imaging element 106 in the imaging device 100 according to the present embodiment will be specifically described.

撮像素子106は、図2に示すように、画素部11を含む第1の基板10と、信号処理部21を含む第2の基板20とを積層した積層型の構成を有している。図6は画素部11の配置と信号処理部21の平面上の位置関係を表した図である。白で示した正方形が第1の基板10に設けられた一つの画素部11を示しており、添えられている文字は各画素部11に設けられたカラーフィルタの色を示している。また、画素部11の背面に配置され、灰色で示した矩形が第2の基板20に設けられた一つの信号処理部21を示している。   As illustrated in FIG. 2, the imaging device 106 has a stacked configuration in which a first substrate 10 including the pixel unit 11 and a second substrate 20 including the signal processing unit 21 are stacked. FIG. 6 is a view showing the arrangement of the pixel units 11 and the positional relationship on the plane of the signal processing unit 21. As shown in FIG. The squares shown in white indicate one pixel unit 11 provided on the first substrate 10, and the attached characters indicate the color of the color filter provided in each pixel unit 11. In addition, a rectangle shown in gray, which is disposed on the back of the pixel unit 11, indicates one signal processing unit 21 provided on the second substrate 20.

図6に示すように、画素部11および信号処理部21は各基板内において行方向および列方向に周期的に複数個が配列され画素アレイおよび回路アレイを形成している。そして、第1の基板10における画素部11の有する面積は第2の基板20における信号処理部21の有する面積よりも小さい。そのため、点線で示した所定の個数の画素部11を画素ブロック12とし、それぞれの画素ブロック12に対応して1つの信号処理部21が配置されている。本実施形態において4行×12列の画素部11を一つの画素ブロック12としているが、これは一例であって異なる画素数または配列を画素ブロック12としてもよい。また、各画素ブロック12に対応する信号処理部21は、必ずしも位置的に対応する(例えば、画素部11の真下に位置する)必要はない。画素部11と信号処理部21は離間して配置してもよい。   As shown in FIG. 6, a plurality of pixel units 11 and signal processing units 21 are periodically arranged in the row direction and the column direction in each substrate to form a pixel array and a circuit array. The area of the pixel portion 11 in the first substrate 10 is smaller than the area of the signal processing portion 21 in the second substrate 20. Therefore, a predetermined number of pixel units 11 indicated by dotted lines are used as pixel blocks 12, and one signal processing unit 21 is disposed corresponding to each pixel block 12. Although the pixel unit 11 of 4 rows × 12 columns is one pixel block 12 in the present embodiment, this is an example, and a different number or arrangement of pixels may be used as the pixel block 12. In addition, the signal processing unit 21 corresponding to each pixel block 12 does not necessarily have to correspond in position (for example, positioned immediately below the pixel unit 11). The pixel unit 11 and the signal processing unit 21 may be arranged separately.

画素部11のそれぞれは、図7に示すように、PD401a,401b、転送トランジスタ402a,402b、リセットトランジスタ405、増幅トランジスタ404、選択トランジスタ406を有している。PD401aのアノードは接地電圧線に接続され、PD401aのカソードは転送トランジスタ402aのソースに接続されている。PD401bのアノードは接地電圧線に接続され、PD401bのカソードは転送トランジスタ402bのソースに接続されている。転送トランジスタ402aのドレイン及び転送トランジスタ402bのドレインは、リセットトランジスタ405のソース及び増幅トランジスタ404のゲートに接続されている。転送トランジスタ402a,402bのドレイン、リセットトランジスタ405のソース及び増幅トランジスタ404のゲートの接続ノードは、フローティングディフュージョン部(以下、「FD部」と表記する)403を構成する。リセットトランジスタ405のドレイン及び増幅トランジスタ404のドレインは、電源電圧線(電圧Vdd)に接続されている。増幅トランジスタ404のソースは、選択トランジスタ406のドレインに接続されている。   As shown in FIG. 7, each of the pixel units 11 includes PDs 401 a and 401 b, transfer transistors 402 a and 402 b, a reset transistor 405, an amplification transistor 404, and a selection transistor 406. The anode of the PD 401 a is connected to the ground voltage line, and the cathode of the PD 401 a is connected to the source of the transfer transistor 402 a. The anode of the PD 401 b is connected to the ground voltage line, and the cathode of the PD 401 b is connected to the source of the transfer transistor 402 b. The drain of the transfer transistor 402 a and the drain of the transfer transistor 402 b are connected to the source of the reset transistor 405 and the gate of the amplification transistor 404. A connection node of the drains of the transfer transistors 402a and 402b, the source of the reset transistor 405, and the gate of the amplification transistor 404 forms a floating diffusion portion (hereinafter, referred to as an "FD portion") 403. The drain of the reset transistor 405 and the drain of the amplification transistor 404 are connected to the power supply voltage line (voltage Vdd). The source of the amplification transistor 404 is connected to the drain of the selection transistor 406.

副画素a,bのPD401a,401bは、入射した光信号(光学像)を光電変換し、露光量に応じた電荷を蓄積する。転送トランジスタ402a,402bは、Highレベルの信号PTXA、PTXBに応じて、PD401a,401bに蓄積されている電荷をFD部403に転送する。FD部403は、PD401a,401bから転送された電荷を、その寄生容量により電荷の量に応じた電圧に変換し、増幅トランジスタ404のゲートに印加する。リセットトランジスタ405は、FD部403をリセットするためのスイッチ回路であり、Highレベルの信号PRESに応じて、FD部403をリセットする。PD401a,401bの電荷をリセットする場合には、信号PRESと信号PTXA、PTXBとを同時にHighレベルとし、転送トランジスタ402a,402b及びリセットトランジスタ405をオンにする。そして、FD部403を経由して、PD401a,401bのリセットを行う。選択トランジスタ406は、Highレベルの信号PSELに応じて、増幅トランジスタ404で電圧に変換された画素信号を、画素部11(画素)の出力ノードvoutに出力する。   The PDs 401a and 401b of the sub-pixels a and b photoelectrically convert incident light signals (optical images) and accumulate charges according to the exposure amount. The transfer transistors 402 a and 402 b transfer the charges accumulated in the PDs 401 a and 401 b to the FD unit 403 in response to the signals PTXA and PTXB at High level. The FD unit 403 converts the charge transferred from the PDs 401 a and 401 b into a voltage according to the amount of charge by its parasitic capacitance, and applies the voltage to the gate of the amplification transistor 404. The reset transistor 405 is a switch circuit for resetting the FD unit 403, and resets the FD unit 403 in response to the high level signal PRES. In order to reset the charge of the PDs 401a and 401b, the signal PRES and the signals PTXA and PTXB are simultaneously set to High level, and the transfer transistors 402a and 402b and the reset transistor 405 are turned on. Then, the PDs 401 a and 401 b are reset via the FD unit 403. The selection transistor 406 outputs the pixel signal converted into the voltage by the amplification transistor 404 to the output node vout of the pixel unit 11 (pixel) in response to the signal PSEL at High level.

第1の基板10の画素アレイの各行には、行方向に延在して、不図示の駆動信号線がそれぞれ配置されている。駆動信号線は、第1の基板10または第2の基板20に設けられた垂直走査回路に接続されている。駆動信号線には、垂直走査回路から所定のタイミングで、画素部11の画素読み出し回路を駆動するための所定の駆動信号が出力される。具体的には、それぞれの駆動信号線は、上述の信号PTXA、信号PTXB、信号PRES、信号PSELを、行方向に並ぶ複数の画素部11に供給するための複数(例えば4本)の信号線を含む。各信号線は、同じ行に属する複数の画素部11に共通の信号線を成している。   In each row of the pixel array of the first substrate 10, drive signal lines (not shown) are arranged extending in the row direction. The drive signal line is connected to a vertical scanning circuit provided on the first substrate 10 or the second substrate 20. A predetermined drive signal for driving the pixel readout circuit of the pixel unit 11 is output to the drive signal line at a predetermined timing from the vertical scanning circuit. Specifically, each drive signal line includes a plurality of (for example, four) signal lines for supplying the above-described signal PTXA, signal PTXB, signal PRES, and signal PSEL to the plurality of pixel units 11 arranged in the row direction. including. Each signal line forms a signal line common to a plurality of pixel units 11 belonging to the same row.

図8を用いて撮像素子106における各画素部11から信号を読み出すための読み出し回路に関して説明する。図8は撮像素子106の読み出し回路に関する等価回路を示している。図8では、図6に示した画素部11のうち、奇数列に配置された画素部11のみを示している。そして、第1の基板10において画素部11の各列に対し、4本の信号線803aを有している。信号線803aは接続部801を介して第2の基板20における電流源802を有する803bと接続する。各画素部11から出力される信号は信号線803aおよび信号線803bを経由して第1の基板10から第2の基板20へ読み出される。なお、以下では信号線803aおよび信号線803bを区別なく表記する場合には、単に信号線803と表記する。また、画素部11の各列に対して4本の信号線803を有するが、それぞれの信号線をcol_xN(x:画素部11の列番号、N:A乃至D)で表す。具体的には1行目の画素部11はcol_xAに接続されている。また、同様に2〜4行目の画素部11は、順に信号線col_xB〜col_xDに接続されている。信号線803は、他の列においても、1列目の画素部11と同じように配されている。なお、本実施形態において画素部11の各列に対して4本の信号線803を有する構成としたが、これに限られない。より高速に読み出すためにはさらに多くの信号線803を設けることが好ましい。ただし、信号線の数は2の倍数または4の倍数で構成することが好ましい。また、図8には一つの画素ブロック12のみしか記載していないが、画素アレイには複数の画素ブロックが行列状で配置されている。つまり、信号線803は他の画素ブロックの画素部11と共有されている。   A readout circuit for reading out a signal from each pixel unit 11 in the image sensor 106 will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows an equivalent circuit of the readout circuit of the image sensor 106. In FIG. 8, among the pixel units 11 shown in FIG. 6, only the pixel units 11 arranged in odd-numbered columns are shown. Then, four signal lines 803 a are provided for each column of the pixel portion 11 in the first substrate 10. The signal line 803 a is connected to a portion 803 b having a current source 802 in the second substrate 20 through the connection portion 801. The signal output from each pixel unit 11 is read from the first substrate 10 to the second substrate 20 via the signal line 803 a and the signal line 803 b. Note that in the following description, the signal line 803 a and the signal line 803 b are simply referred to as the signal line 803 when they are described without distinction. In addition, although four signal lines 803 are provided for each column of the pixel unit 11, each signal line is represented by col_xN (x: column number of the pixel unit 11, N: A to D). Specifically, the pixel unit 11 in the first row is connected to col_xA. Similarly, the pixel units 11 in the second to fourth rows are sequentially connected to the signal lines col_xB to col_xD. The signal line 803 is arranged in the other columns as well as the pixel section 11 in the first column. In the present embodiment, four signal lines 803 are provided for each column of the pixel unit 11, but the present invention is not limited to this. It is preferable to provide more signal lines 803 for faster reading. However, it is preferable that the number of signal lines be a multiple of two or a multiple of four. Although only one pixel block 12 is shown in FIG. 8, a plurality of pixel blocks are arranged in a matrix in the pixel array. That is, the signal line 803 is shared with the pixel units 11 of the other pixel blocks.

各信号線803は、第2の基板20に設けられた信号処理部21と接続している。本実施形態の撮像素子106は、図6で示したように、複数の画素部11を含む画素ブロック12に対して一つの信号処理部21が設けられている。したがって、信号処理部21には複数の信号線803が接続されることとなる。信号処理部21はマルチプレクサ回路804(以下、MPX回路と表記する)を有し、当該MPX回路804の入力に複数の信号線803が接続される。さらに、信号処理部21は、ADC回路805を有し、当該ADC回路805はMPX回路804の出力と接続されている。複数の信号線803とADC回路805の間にMPX回路804を設けることによって、信号処理部21は1つのADC回路805において時分割で複数の信号を高速で処理することが可能となる。なお、後の他の実施形態で詳細に説明するが、本実施形態においてADC回路805は逐次比較型のAD変換形式を採用している。本方式を用いることによって、ADC回路805の高速でかつ低消費電力化を実現可能となる。また、本実施形態において、MPX回路804は、複数の信号線803の中からADC回路805に接続する信号線を選択するための選択部に相当する。   Each signal line 803 is connected to the signal processing unit 21 provided on the second substrate 20. As shown in FIG. 6, in the image sensor 106 of the present embodiment, one signal processing unit 21 is provided for a pixel block 12 including a plurality of pixel units 11. Therefore, a plurality of signal lines 803 are connected to the signal processing unit 21. The signal processing unit 21 includes a multiplexer circuit 804 (hereinafter referred to as an MPX circuit), and a plurality of signal lines 803 are connected to the input of the MPX circuit 804. Furthermore, the signal processing unit 21 includes an ADC circuit 805, and the ADC circuit 805 is connected to the output of the MPX circuit 804. By providing the MPX circuit 804 between the plurality of signal lines 803 and the ADC circuit 805, the signal processing unit 21 can process a plurality of signals at high speed by time division in one ADC circuit 805. Although described in detail in the other embodiments below, in this embodiment, the ADC circuit 805 adopts a successive approximation type AD conversion format. By using this method, high speed and low power consumption of the ADC circuit 805 can be realized. Further, in the present embodiment, the MPX circuit 804 corresponds to a selection unit for selecting a signal line to be connected to the ADC circuit 805 from the plurality of signal lines 803.

本実施形態において信号処理部21には2つのMPX回路804a、804bを有し、それぞれに対してADC回路805a、805bが対応している。MPX回路804aにはRのカラーフィルタを有する画素に接続されたcol_xAとcol_xCからの信号を受け取り可能に構成される。また、MPX回路804bにはGのカラーフィルタを有する画素に接続されたcol_xBとcol_xDからの信号を受け取り可能に構成される。そして、MPX回路804aの出力はADC回路805aに接続され、MPX回路804bの出力はADC回路805bに接続される。それぞれのADC回路805は独立にADC機能を動作可能である。なお、本実施形態の信号処理部21には2つのMPX回路とADC回路を有する構成としたが、これに限られず、1つのみ有する構成としてもよいし、3つ以上を有する構成としてもよい。   In the present embodiment, the signal processing unit 21 has two MPX circuits 804a and 804b, to which ADC circuits 805a and 805b correspond. The MPX circuit 804a is configured to be able to receive signals from col_xA and col_xC connected to a pixel having an R color filter. Also, the MPX circuit 804b is configured to be able to receive signals from col_xB and col_xD connected to a pixel having a G color filter. The output of the MPX circuit 804a is connected to the ADC circuit 805a, and the output of the MPX circuit 804b is connected to the ADC circuit 805b. Each ADC circuit 805 can independently operate the ADC function. Although the signal processing unit 21 of the present embodiment is configured to include two MPX circuits and ADC circuits, the present invention is not limited thereto, and may be configured to include only one or may be configured to include three or more. .

また、信号線803とMPX回路804は直接接続される構成としているが、間に不図示のサンプルホールド回路を設け、画素部11から読みだした信号を一時的に保持可能な構成としてもよい。   Although the signal line 803 and the MPX circuit 804 are directly connected to each other, a sample and hold circuit (not shown) may be provided between the signal line 803 and the MPX circuit 804 to temporarily hold a signal read from the pixel portion 11.

また、本実施形態のADC回路805は、それぞれ一括してまたは個別で省電力動作(スタンバイ動作)を行うことが可能である。当該省電力動作を制御するために、第2の基板20においてはPSAVE制御部806が設けられている。PSAVE制御部806からの制御信号に応じて各ADC回路805は省電力動作を開始または終了する。なお、省電力動作の一例としてADC回路805に供給されている電源またはクロックの供給を停止する動作がある。なお、PSAVE制御部806は信号処理部21内に設けられてもよいし、行単位または列単位等の領域単位で設けるようにしてもよい。   Further, the ADC circuits 805 of this embodiment can perform power saving operation (standby operation) collectively or individually. In order to control the power saving operation, a PSAVE control unit 806 is provided in the second substrate 20. In response to the control signal from the PSAVE control unit 806, each ADC circuit 805 starts or ends the power saving operation. Note that an example of the power saving operation is an operation of stopping the supply of the power supply or the clock supplied to the ADC circuit 805. The PSAVE control unit 806 may be provided in the signal processing unit 21 or may be provided in area units such as row units or column units.

なお、図8においては奇数列に設けられた画素部11のみしか示していないが偶数列に配置された画素部11においても同様の回路構成を有しているものとする。   Although only the pixel units 11 provided in odd-numbered columns are shown in FIG. 8, the same circuit configuration is assumed in the pixel units 11 arranged in even-numbered columns.

図9は、撮像素子106の通常読み出し動作を示した図である。図9での動作は、画素部11から読み出す信号を加算せずに順次読み出しを行う。この通常読み出し動作は主に高精細な静止画を取得する場合に用いられる。図9においては、焦点検出用の信号を出力せず、撮像用の信号のみを出力する場合について説明する。つまり、画素部11は、複数のPDのうちの一部のみのPDの信号に基づく第1の信号の出力は行わず、複数のPDの信号に基づく第2の信号のみの出力を行う。   FIG. 9 is a diagram showing a normal read operation of the image sensor 106. As shown in FIG. In the operation in FIG. 9, readout is sequentially performed without adding a signal read out from the pixel unit 11. This normal readout operation is mainly used when acquiring a high definition still image. In FIG. 9, the case where only the signal for imaging is output without outputting the signal for focus detection will be described. That is, the pixel unit 11 does not output the first signal based on the signal of the PD of only a part of the plurality of PDs, but outputs only the second signal based on the signal of the plurality of PDs.

図9の信号PRESは、不図示の制御線を介して垂直走査回路からリセットトランジスタ405のゲートに供給される信号を示している。同じく、信号PSELは、制御線を介して垂直走査回路からN行目の画素部11の選択トランジスタ406のゲートに供給される信号を示している。なお、信号PSELについては、出力される画素部11の行位置を末尾に合わせて示している。つまり、信号PSEL(1)は、1行目の画素部11に出力される信号PSELであることを示している。信号PTXAは、制御線を介して垂直走査回路から転送トランジスタ402aのゲートに供給される信号を示している。信号PTXBは、制御線を介して垂直走査回路から転送トランジスタ402bのゲートに供給される信号を示している。なお、信号PSELは各行に対応する信号として説明したが、各行に対して複数の信号PSELを供給できる構成としてもよい。この構成によって周期的に列方向においても、いずれの画素の信号を出力するかを選択することが可能となる。   A signal PRES in FIG. 9 indicates a signal supplied from the vertical scanning circuit to the gate of the reset transistor 405 via a control line (not shown). Similarly, a signal PSEL indicates a signal supplied from the vertical scanning circuit to the gate of the selection transistor 406 of the N-th row pixel unit 11 through the control line. Note that, with regard to the signal PSEL, the row position of the pixel unit 11 to be output is shown at the end. That is, the signal PSEL (1) indicates that the signal PSEL is output to the pixel unit 11 in the first row. A signal PTXA indicates a signal supplied from the vertical scanning circuit to the gate of the transfer transistor 402a via the control line. A signal PTXB indicates a signal supplied from the vertical scanning circuit to the gate of the transfer transistor 402b via the control line. Although the signal PSEL has been described as a signal corresponding to each row, a plurality of signals PSEL may be supplied to each row. With this configuration, it is possible to select which pixel signal is to be output periodically also in the column direction.

図9の信号PSAVEは、PSAVE制御部806から各ADC回路805へ供給される信号を示している。Highレベルに相当する信号をADC回路805に入力することで、入力されたADC回路805は省電力動作を開始する。また、Lowレベルに相当する信号をADC回路805に入力することで通常の動作を行う。なお、本実施形態では説明の簡略化のため、信号PSAVEを単一の信号として説明するが、これに限られるものではない。例えば、画素アレイ内の領域ごとに、またはADC回路805ごとに信号PSAVEを個別に供給可能の構成とすることで、領域ごとに省電力動作の制御が可能となる。   A signal PSAVE in FIG. 9 indicates a signal supplied from the PSAVE control unit 806 to each ADC circuit 805. By inputting a signal corresponding to High level to the ADC circuit 805, the input ADC circuit 805 starts power saving operation. In addition, a normal operation is performed by inputting a signal corresponding to the low level to the ADC circuit 805. In the present embodiment, the signal PSAVE is described as a single signal for simplification of the description, but the present invention is not limited to this. For example, by being configured to be able to separately supply the signal PSAVE for each region in the pixel array or for each ADC circuit 805, control of the power saving operation can be performed for each region.

図9では、MPX回路804a、ADC回路805aに関わる動作を示している。このMPX回路804a、ADC回路805aには、図8で示したように、画素ブロック12の配列においてRのカラーフィルタを備える1行目および3行目であって、1〜12列のうちの奇数列に位置する画素部11の信号が入力される。したがって、図9では、1行目、3行目であって、1〜12列のうちの奇数列に位置する画素部11の動作に関わる動作を示している。   FIG. 9 shows operations relating to the MPX circuit 804a and the ADC circuit 805a. As shown in FIG. 8, the MPX circuit 804 a and the ADC circuit 805 a have the R color filters in the arrangement of the pixel blocks 12 in the first and third rows, and are odd among the 1 to 12 columns. A signal of the pixel unit 11 located in the column is input. Therefore, FIG. 9 shows an operation related to the operation of the pixel unit 11 located in the first row and the third row and in the odd numbered column among the 1 to 12 columns.

また、図9では、MPX回路804aが、ADC回路805aに信号を出力する列としてどの列を選択しているかを、信号線の名称Col_xNで示している。このxNの表記を説明する。xは画素部11の列番号を示している。また、Nは、1列の画素部11に対応して配される4本の信号線803のいずれかを示している。   Further, in FIG. 9, the column Col_xN of the signal line indicates which column is selected as the column from which the MPX circuit 804a outputs a signal to the ADC circuit 805a. The notation of this xN will be described. x indicates the column number of the pixel unit 11. In addition, N indicates one of four signal lines 803 arranged corresponding to the pixel units 11 in one column.

時刻t1において、垂直走査回路は、1行目および3行目の画素部11に出力する信号PRESをHighレベルとしている。これにより、1行目の画素部11のリセットトランジスタ405がオンしている。よって、FD部403は、電源電圧Vddに対応する電位にリセットされている。また、時刻t1において垂直走査回路は、信号PSEL(1)をHighレベルとしている。これにより、1行目の画素部11の選択トランジスタ406がオンする。よって、図8に示した電流源802が供給する電流が、1行目の画素部11の選択トランジスタ406を介して増幅トランジスタ404に供給される。これにより、電源電圧Vdd、増幅トランジスタ404、電流源802によるソースフォロワ回路が形成される。つまり、増幅トランジスタ404は、FD部403の電位に対応する信号を、選択トランジスタ406を介して信号線803に出力するソースフォロワ動作を行う。本実施形態において、時刻t1以降の期間はN信号用読み出し期間に相当する。   At time t1, the vertical scanning circuit sets the signal PRES output to the pixel units 11 in the first and third rows to the high level. Thus, the reset transistor 405 of the pixel unit 11 in the first row is turned on. Thus, the FD unit 403 is reset to a potential corresponding to the power supply voltage Vdd. Further, at time t1, the vertical scanning circuit sets the signal PSEL (1) to the high level. Thus, the selection transistor 406 of the pixel unit 11 in the first row is turned on. Therefore, the current supplied by the current source 802 shown in FIG. 8 is supplied to the amplification transistor 404 via the selection transistor 406 of the pixel portion 11 in the first row. Thus, a source follower circuit is formed by the power supply voltage Vdd, the amplification transistor 404, and the current source 802. That is, the amplification transistor 404 performs a source follower operation of outputting a signal corresponding to the potential of the FD portion 403 to the signal line 803 through the selection transistor 406. In the present embodiment, the period after time t1 corresponds to the N signal readout period.

時刻t2に、垂直走査回路は、1行目の画素部11に出力する信号PRESをLowレベルとする。これにより、1行目の画素部11のリセットトランジスタ405がオフする。よって、FD部403のリセットが解除される。増幅トランジスタ404は、リセットが解除されたFD部403の電位に基づく信号を、図8に示した対応する信号線803に出力する。この信号を、N信号(ノイズ信号)と表記する。これにより、各列の信号線803には、画素部11からN信号が出力される。これにより、1〜12列のうち奇数列の画素部11に対応するN信号が同期間にMPX回路804aに入力されることとなる。   At time t2, the vertical scanning circuit sets the signal PRES output to the pixel unit 11 in the first row to the low level. Thereby, the reset transistor 405 of the pixel unit 11 in the first row is turned off. Thus, the reset of the FD unit 403 is released. The amplification transistor 404 outputs a signal based on the potential of the FD unit 403 whose reset has been released to the corresponding signal line 803 shown in FIG. This signal is denoted as N signal (noise signal). As a result, an N signal is output from the pixel unit 11 to the signal line 803 of each column. As a result, N signals corresponding to the pixel units 11 in the odd numbered columns among the 1st to 12th columns are input to the MPX circuit 804a during the synchronization.

時刻t2以降、MPX回路804aは、TG113から供給される信号MPXによって、1〜12列のうち奇数列の画素部11に対応する信号線803を、順次ADC回路805aに接続する。   After time t2, the MPX circuit 804a sequentially connects the signal line 803 corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1 to 12 columns to the ADC circuit 805a by the signal MPX supplied from the TG 113.

ADC回路805aは、MPX回路804aから出力される、1行目の画素部11に対応する1列目の信号線803のN信号をデジタル信号にAD変換する。その後、順次、1〜12列のうちの奇数列の1行目の画素部11に対応する信号線803aに出力されているN信号をデジタル信号にAD変換する。各N信号はMPX回路804aに既に入力されているために、MPX回路804aの出力を切り替えるだけで高速なAD変換が可能となる。本実施形態において、時刻t2以降の期間はN信号用AD変換期間に相当する。   The ADC circuit 805a AD converts an N signal of the signal line 803 in the first column corresponding to the pixel unit 11 in the first row, which is output from the MPX circuit 804a, into a digital signal. Thereafter, the N signal output to the signal line 803a corresponding to the pixel section 11 in the first row of the odd-numbered column among the 1 to 12 columns is AD converted to a digital signal. Since each N signal is already input to the MPX circuit 804a, high-speed AD conversion is possible only by switching the output of the MPX circuit 804a. In the present embodiment, the period after time t2 corresponds to the N signal AD conversion period.

時刻t3に、垂直走査回路は、3行目の画素部11に入力する信号PRESをLowレベルとする。これにより、3行目の画素部11のリセットトランジスタ405がオフする。よって、FD部403のリセットが解除される。増幅トランジスタ404は、リセットが解除されたFD部403の電位に基づく信号であるN信号を、図8に示した信号線803に出力する。これにより、各列の信号線803には、3行目の画素部11からN信号が出力されている。これにより、1〜12列のうち奇数列の画素部11に対応するN信号が同期間にMPX回路804aに入力されることとなる。   At time t3, the vertical scanning circuit sets the signal PRES input to the pixel unit 11 in the third row to the low level. Thereby, the reset transistor 405 of the pixel unit 11 in the third row is turned off. Thus, the reset of the FD unit 403 is released. The amplification transistor 404 outputs an N signal, which is a signal based on the potential of the FD unit 403 whose reset has been released, to the signal line 803 shown in FIG. Thus, the N signal is output from the pixel unit 11 in the third row to the signal line 803 of each column. As a result, N signals corresponding to the pixel units 11 in the odd numbered columns among the 1st to 12th columns are input to the MPX circuit 804a during the synchronization.

時刻t3以降、MPX回路804aは、TG113から供給される信号MPXによって、1〜12列のうち奇数列の画素部11に対応する信号線803を、順次ADC回路805aに接続する。   After time t3, the MPX circuit 804a sequentially connects the signal line 803 corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1 to 12 columns to the ADC circuit 805a by the signal MPX supplied from the TG 113.

ADC回路805aは、MPX回路804aから出力される、3行目の画素部11に対応する1列目の信号線803のN信号をデジタル信号にAD変換する。その後、順次、1〜12列のうちの奇数列の画素部11に対応する信号線803に出力されているN信号をデジタル信号にAD変換する。各N信号はMPX回路804aに既に入力されているために、MPX回路804aの出力を切り替えるだけで高速なAD変換が可能となる。本実施形態において、時刻t3以降の期間はN信号用AD変換期間に相当する。   The ADC circuit 805a AD converts the N signal of the signal line 803 in the first column corresponding to the pixel unit 11 in the third row, which is output from the MPX circuit 804a, into a digital signal. Thereafter, the N signal output to the signal line 803 corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1 to 12 columns is AD converted to a digital signal sequentially. Since each N signal is already input to the MPX circuit 804a, high-speed AD conversion is possible only by switching the output of the MPX circuit 804a. In the present embodiment, the period after time t3 corresponds to the N signal AD conversion period.

また、時刻t3に、垂直走査回路は、1行目の画素部11に出力する信号PTXA、PTXBをHighレベルとする。これにより、PD401a、401bが蓄積した電荷(本実施形態では電子である)が、転送トランジスタ402a、402bを介してFD部403に転送される。FD部403では、PD401a、401bのそれぞれの電荷が加算される。これにより、FD部403は、PD401a、401bのそれぞれの電荷を加算した電荷に対応する電位となる。仮に、PD401aのみの電荷によるFD部403の電位に基づいて増幅トランジスタ404が出力する信号をA信号とする。また、仮に、PD401bのみの電荷によるFD部403の電位に基づいて増幅トランジスタ404が出力する信号をB信号とする。この表記に従うと、PD401a、401bのそれぞれの電荷を加算した電荷に対応するFD部403の電位に基づいて増幅トランジスタ404が出力する信号はA信号とB信号を加算したA+B信号とみなすことができる。各列の信号線803には、1行目の画素部11のA+B信号が出力されている。これにより、1〜12列のうち奇数列の画素部11に対応するA+B信号が、同期間にMPX回路804aに入力されることとなる。A+B信号は、複数のPDが生成した信号に基づく第2の信号である。第2の信号は、撮像用の信号として用いることができる。本実施形態において、時刻t3以降の期間はA+B信号用読み出し期間に相当する。   At time t3, the vertical scanning circuit sets the signals PTXA and PTXB to be output to the pixel units 11 in the first row to the high level. As a result, the charge (which is an electron in this embodiment) accumulated in the PDs 401 a and 401 b is transferred to the FD unit 403 via the transfer transistors 402 a and 402 b. The FD unit 403 adds the charges of the PDs 401 a and 401 b. As a result, the FD unit 403 has a potential corresponding to the sum of the charges of the PDs 401 a and 401 b. Suppose that the signal output from the amplification transistor 404 is an A signal on the basis of the potential of the FD section 403 due to the charge of only the PD 401a. Further, temporarily, the signal output from the amplification transistor 404 is set as a B signal based on the potential of the FD section 403 due to the charge of only the PD 401 b. According to this notation, the signal output from the amplification transistor 404 can be regarded as an A + B signal obtained by adding the A signal and the B signal, based on the potential of the FD unit 403 corresponding to the charge obtained by adding each charge of the PDs 401a and 401b. . The A + B signal of the pixel unit 11 in the first row is output to the signal line 803 of each column. As a result, the A + B signal corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1st to 12th columns is input to the MPX circuit 804a during the synchronization. The A + B signal is a second signal based on signals generated by a plurality of PDs. The second signal can be used as a signal for imaging. In the present embodiment, the period after time t3 corresponds to the A + B signal readout period.

時刻t4以降、MPX回路804aは、TG113から供給される信号MPXによって、1〜12列のうち奇数列の画素部11に対応する信号線803を、順次ADC回路805aに接続する。   After time t4, the MPX circuit 804a sequentially connects the signal line 803 corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1 to 12 columns to the ADC circuit 805a by the signal MPX supplied from the TG 113.

ADC回路805aは、MPX回路804aから出力される、1行目の画素部11に対応する1列目の信号線803のA+B信号をデジタル信号にAD変換する。その後、順次、1〜12列のうちの奇数列の画素部11に対応する信号線803に出力されているA+B信号をデジタル信号にAD変換する。各A+B信号はMPX回路804aに既に入力されているために、MPX回路804aの出力を切り替えるだけで高速なAD変換が可能となる。本実施形態において、時刻t4以降の期間はA+B信号用AD変換期間に相当する。   The ADC circuit 805a AD-converts the A + B signal of the signal line 803 in the first column corresponding to the pixel section 11 in the first row, which is output from the MPX circuit 804a, into a digital signal. Thereafter, the A + B signal output to the signal line 803 corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1 to 12 columns is AD converted to a digital signal. Since each A + B signal is already input to the MPX circuit 804a, high-speed AD conversion is possible only by switching the output of the MPX circuit 804a. In the present embodiment, the period after time t4 corresponds to an A + B signal AD conversion period.

時刻t4に、垂直走査回路は、3行目の画素部11に出力する信号PTXA、PTXBをHighレベルとする。これにより、各列の信号線803には、3行目の画素部11のA+B信号が出力されている。これにより、1〜12列のうち奇数列の画素部11に対応するA+B信号が、同期間にMPX回路804aに入力されることとなる。本実施形態において、時刻t4以降の期間はA+B信号用読み出し期間に相当する。   At time t4, the vertical scanning circuit sets the signals PTXA and PTXB output to the pixel units 11 in the third row to the high level. As a result, the A + B signal of the pixel unit 11 in the third row is output to the signal line 803 of each column. As a result, the A + B signal corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1st to 12th columns is input to the MPX circuit 804a during the synchronization. In the present embodiment, the period after time t4 corresponds to the A + B signal readout period.

時刻t5以降、MPX回路804aは、TG113から供給される信号MPXによって、1〜12列のうち奇数列の画素部11に対応する信号線803を、順次ADC回路805aに接続する。   After time t5, the MPX circuit 804a sequentially connects the signal line 803 corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1 to 12 columns to the ADC circuit 805a by the signal MPX supplied from the TG 113.

ADC回路805aは、MPX回路804aから出力される、3行目の画素部11に対応する1列目の信号線803のA+B信号をデジタル信号にAD変換する。その後、順次、1〜12列のうちの奇数列の画素部11に対応する信号線803に出力されているA+B信号をデジタル信号にAD変換する。各A+B信号はMPX回路804aに既に入力されているために、MPX回路804aの出力を切り替えるだけで高速なAD変換が可能となる。本実施形態において、時刻t5以降の期間はA+B信号用AD変換期間に相当する。   The ADC circuit 805a AD converts an A + B signal of the signal line 803 in the first column corresponding to the pixel unit 11 in the third row, which is output from the MPX circuit 804a, into a digital signal. Thereafter, the A + B signal output to the signal line 803 corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1 to 12 columns is AD converted to a digital signal. Since each A + B signal is already input to the MPX circuit 804a, high-speed AD conversion is possible only by switching the output of the MPX circuit 804a. In the present embodiment, a period after time t5 corresponds to an A + B signal AD conversion period.

そして、これらの動作をGのカラーフィルタを備える2行目および4行目に対しても並列的に行う。さらに、偶数列に位置する画素部11に対しても同様に行いる。各画素ブロック12に対して並列および順次実行することによって1画面分の画像信号を取得することが可能となる。また、A信号またはB信号を取得したい場合には、A+B信号を読み出すタイミングで信号PTXAまたは信号PTXBのいずれかを制御しないようにすればよい。また、他の実施形態で詳細に説明するが、読み出し順序としてはN信号を読み出したのちでA+B信号を読み出す前に読み出すことが好ましい。   Then, these operations are performed in parallel also for the second and fourth rows provided with the G color filter. Furthermore, the same applies to the pixel units 11 located in the even columns. Parallel and sequential execution on each pixel block 12 makes it possible to obtain an image signal of one screen. When it is desired to acquire the A signal or the B signal, either the signal PTXA or the signal PTXB may not be controlled at the timing when the A + B signal is read. Although described in detail in the other embodiments, it is preferable to read out the N signals and then read out the A + B signals as the readout order.

ここで、本実施形態において特徴的な効果の一つに関して説明する。   Here, one of the characteristic effects of the present embodiment will be described.

図9に示した動作では、以下のように、複数の動作を並行して行っている。
(1)1行目の画素部11に対応するN信号のAD変換と、3行目の画素部11に対応するN信号の読み出しとの並行動作
(2)3行目の画素部11に対応するN信号のAD変換と、1行目の画素部11に対応するA+B信号の読み出しとの並行動作
(3)1行目の画素部11に対応するA+B信号のAD変換と、3行目の画素部11に対応するA+B信号の読み出しとの並行動作
In the operation shown in FIG. 9, a plurality of operations are performed in parallel as follows.
(1) Parallel operation of AD conversion of N signals corresponding to the pixel units 11 in the first row and readout of N signals corresponding to the pixel units 11 in the third row (2) Correspond to the pixel units 11 in the third row Parallel operation of AD conversion of N signals and readout of A + B signals corresponding to the pixel units 11 in the first row (3) AD conversion of A + B signals corresponding to the pixel units 11 in the first row, and 3rd row Parallel operation with readout of A + B signal corresponding to pixel unit 11

この並行動作により、ADC805aが1度のAD変換を終えてから、次のAD変換を行うまでの待機期間を短縮することができる。これにより、全ての画素部11が出力する信号のAD変換に要する期間を短縮することができる。よって、撮像装置100全体における高フレームレート化を進展させることができる。   By this parallel operation, it is possible to shorten the waiting period until the next AD conversion is performed after the ADC 805a completes one AD conversion. Thereby, the period required for AD conversion of the signal which all the pixel parts 11 output can be shortened. Therefore, it is possible to make the frame rate higher in the entire imaging device 100.

なお、図9において各N信号用読み出し期間およびA+B信号用読み出し期間を、同一のMPX回路804に接続された接続線803において同時期に制御している例を示したが、この動作に限られない。ADC変換回路805にて各信号のAD変換を行う期間と同時期に、当該ADC回路805と接続可能な他の信号線803に対して読み出し動作を開始する点が重要な特徴である。つまり、各信号線803に対する読み出しタイミングや、読み出しタイミングとAD変換のタイミングは、撮像条件(ISO感度やフレームレート)や撮像素子106の特性にあわて適宜変更するほうが好ましい。例えば、時刻t2および時刻t4以降の各AD変換期間において順次各信号のAD変換が行われるが、1列目と他の列に対応するAD変換のタイミングはそれぞれ異なる。そして、読み出し期間の終了は一律である必要はなくAD変換のタイミングまでに終了していればよい。そのため、図9においては、各列の読み出し期間の終了を時刻t2および時刻t4において一括して行っているが、列ごとにAD変換のタイミングに合わせてずらして後ろ倒ししてもよい。より詳細には、1列目に対して3列目の読み出し期間の終了タイミングは、1列目のAD変換の終了直前に設定される。そして、他の列の読み出し期間の終了タイミングも同様に直前のAD変換の終了前にずらすことが可能である。このようなタイミングで動作させることで、信号読み出し直後にAD変換を行うことができ、さらにAD変換を開始するまでの余分な時間を短縮できる。   Although FIG. 9 shows an example in which the N signal read period and the A + B signal read period are simultaneously controlled by the connection line 803 connected to the same MPX circuit 804, the present invention is limited to this operation. Absent. It is an important feature that the reading operation is started to another signal line 803 which can be connected to the ADC circuit 805 at the same time when the ADC conversion circuit 805 performs AD conversion of each signal. That is, it is preferable to appropriately change the read timing for each signal line 803, the read timing and the timing of AD conversion in accordance with the imaging conditions (ISO sensitivity and frame rate) and the characteristics of the image sensor 106. For example, AD conversion of each signal is sequentially performed in each AD conversion period after time t2 and time t4, but the timing of AD conversion corresponding to the first column and other columns is different. The end of the reading period does not have to be uniform, as long as it ends by the timing of the AD conversion. Therefore, in FIG. 9, the end of the readout period of each column is collectively performed at time t2 and time t4, but it may be shifted backward according to the timing of AD conversion for each column. More specifically, the end timing of the readout period of the third column with respect to the first column is set immediately before the end of AD conversion of the first column. The end timing of the readout period of the other column can also be shifted before the end of the immediately preceding AD conversion. By operating at such timing, it is possible to perform AD conversion immediately after signal readout, and it is possible to shorten the extra time until AD conversion is started.

また、先に読み出し期間の終了に関して説明したが、開始においても同様である。特に、読み出し期間の終了タイミングが変化する場合には、各列の読み出し期間の長さが略同一となるように、読み出し期間の開始タイミングもそれに合わせて変化させることが好ましい。さらに、図9においては、例えば時刻t1および時刻t3において、一律に読み出し期間を開始しているが、各列のAD変換を行う期間に対応する信号MPX(Col_xN)が立ち下がった時点まで、前倒しが可能である。つまり、全列のAD変換の終了を待つ必要はなく、それぞれの列に対するAD変換期間が終了したタイミングで、次の信号の読み出しを開始することが可能である。これにより、さらなるフレームレートの向上が可能である。そして、複数の信号線803に対する読み出し期間を一律とせずに、ずらすことによって、電流源802に対する負荷も低減できる。つまり、対応する画素部11に対して、異なるタイミングで読み出し動作を個別に実行するために、信号PRES並びに信号PTXAおよび信号PTXB等は各行に対して複数本の配線が必要となり、制御も複雑となるが、一方で撮像素子106に対して供給するピーク消費電流を低減するという効果を得ることができ、全体として消費電力低減を実現できる。なお、信号線803ごとに、適切なタイミングにずらすことが好ましいが、回路が複雑になりすぎる場合は所定の本数の信号線803を一単位としてタイミングをずらすようにしてもよい。   In addition, although the end of the read period has been described above, the same applies to the start. In particular, when the end timing of the read period changes, it is preferable to change the start timing of the read period accordingly so that the lengths of the read periods of the respective columns become substantially the same. Further, in FIG. 9, the read period is uniformly started at, for example, time t1 and time t3, but the signal MPX (Col_xN) corresponding to the period for performing AD conversion of each column is advanced. Is possible. That is, it is not necessary to wait for the end of AD conversion of all the columns, and it is possible to start reading of the next signal at the timing when the AD conversion period for each column ends. This can further improve the frame rate. Further, the load on the current source 802 can also be reduced by shifting the readout periods for the plurality of signal lines 803 uniformly. That is, in order to individually execute the reading operation at different timings with respect to the corresponding pixel portion 11, the signal PRES, the signal PTXA, the signal PTXB and the like require a plurality of wirings for each row, and the control is also complicated. However, on the other hand, the effect of reducing the peak consumption current supplied to the imaging element 106 can be obtained, and the reduction of the power consumption can be realized as a whole. Although it is preferable to shift the timing to an appropriate timing for each signal line 803, the timing may be shifted with a predetermined number of signal lines 803 as one unit when the circuit becomes complicated.

次に、本実施形態による撮像装置100における撮像素子106の特徴的な読み出し動作について、図10を用いて説明する。図10は撮像素子106の加算読み出し動作を示した図である。図10での動作は、画素部11から読み出す信号をAD変換前に加算しつつ順次読み出しを行う。この加算読み出し動作は主に動画を取得する場合に用いられる。図10においては、焦点検出用の信号を出力せず、撮像用の信号のみを出力する場合について説明する。なお、図10において表示している信号線は図9と同一である。さらに、通常読み出し動作と共通する動作に関しては、その説明を省略する。   Next, a characteristic readout operation of the imaging element 106 in the imaging device 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a diagram showing the addition readout operation of the imaging element 106. In the operation in FIG. 10, the signals read out from the pixel unit 11 are sequentially read out while being added before AD conversion. This addition read operation is mainly used when acquiring a moving image. In FIG. 10, the case where only the signal for imaging is output without outputting the signal for focus detection will be described. The signal lines shown in FIG. 10 are the same as in FIG. Furthermore, the description of the operation common to the normal read operation is omitted.

時刻t2に、垂直走査回路は、1行目の画素部11に出力する信号PRESをLowレベルとする。これにより、各列の信号線803には、画素部11からN信号が出力される。これにより、1〜12列のうち奇数列の画素部11に対応するN信号が同期間にMPX回路804aに入力されることとなる。   At time t2, the vertical scanning circuit sets the signal PRES output to the pixel unit 11 in the first row to the low level. As a result, an N signal is output from the pixel unit 11 to the signal line 803 of each column. As a result, N signals corresponding to the pixel units 11 in the odd numbered columns among the 1st to 12th columns are input to the MPX circuit 804a during the synchronization.

時刻t2以降、MPX回路804aは、TG113から供給される信号MPXによって、1〜12列のうち奇数列の画素部11に対応する信号線803を、順次ADC回路805aに接続する。なお、加算読み出し動作においては、通常読み出し動作とは異なり、ADC回路805aに対して複数の信号線803が同時に接続される。この動作により、MPX回路804aの出力は、同時に接続された信号線803に出力されている信号同士が加算平均された信号とほぼ等価になる。これにより信号線803の間で信号加算を行うことができる。本実施形態においては1列目と3列目のように同色で隣接する2列を加算するために、対応する信号線803を同時にADC回路805aに接続する。これによって、必要なAD変換回数が通常読み出し動作の半分となる。そして、全体としては通常読み出し動作の半分の時間でAD変換を終了することが可能な状態となる。なお、本実施形態において信号線803およびMPX回路804は画素部11からの信号を加算するための加算回路に相当する。   After time t2, the MPX circuit 804a sequentially connects the signal line 803 corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1 to 12 columns to the ADC circuit 805a by the signal MPX supplied from the TG 113. Note that in the addition read operation, unlike the normal read operation, a plurality of signal lines 803 are simultaneously connected to the ADC circuit 805a. By this operation, the output of the MPX circuit 804a becomes substantially equivalent to a signal obtained by averaging the signals output to the signal line 803 connected simultaneously. Thus, signal addition can be performed between the signal lines 803. In this embodiment, corresponding signal lines 803 are simultaneously connected to the ADC circuit 805a in order to add adjacent two columns of the same color as in the first and third columns. As a result, the number of AD conversions required is half that of the normal read operation. As a whole, the AD conversion can be completed in half the time of the normal read operation. In the present embodiment, the signal line 803 and the MPX circuit 804 correspond to an addition circuit for adding the signal from the pixel unit 11.

さらに、時刻t2以降でAD変換が終了したタイミングで、各ADC回路805に出力する信号PSAVEをHighレベルとする。これにより、ADC回路805は省電力動作に切り替わる。そして時刻t3に、おいてLowレベルとすることで、省電力動作を終了し次の信号にAD変換が可能となる。   Further, at timing when AD conversion is completed after time t2, the signal PSAVE output to each ADC circuit 805 is set to the high level. Thus, the ADC circuit 805 switches to the power saving operation. Then, by setting the level to Low at time t3, the power saving operation is completed and AD conversion can be performed to the next signal.

また、図10において各行または各画素ブロックのAD変換が終了したタイミングであって、水平ブランキング期間に相当するタイミングで信号PSAVE信号をHighレベルとしている。これによって、さらなる省電力化が可能となる。なお、各ADC回路805はそれぞれ独立に動作するため、必ずしも撮像素子106全体で一括して省電力動作を実行する必要はない。各ADC回路805の動作に合わせて適切に省電力動作を実行することが好ましい。   Further, in FIG. 10, the signal PSAVE is set to the high level at the timing when the AD conversion of each row or each pixel block is completed and which corresponds to the horizontal blanking period. This enables further power saving. Note that since the respective ADC circuits 805 operate independently, it is not necessary to execute the power saving operation collectively for the entire imaging device 106. It is preferable to execute the power saving operation appropriately in accordance with the operation of each ADC circuit 805.

このようにADC回路805の前段に設けられるMPX回路804を利用して信号加算を行うことによって、AD変換に係る時間を短縮することが可能となる。そして、短縮した時間においてADC回路805を省電力動作させることによって、フレームレートを維持したままで撮像素子106全体の省電力化を実現することが可能となる。なお、本実施形態において、信号加算数は2列分としたが、3列以上を加算するようにしてもよい。加算数を増やすことによって、AD変換時間をさらに短縮することが可能となり、さらに省電力化することが可能となる。さらには、フレームレートの向上も実現できる。   By performing signal addition using the MPX circuit 804 provided in the previous stage of the ADC circuit 805 in this manner, it is possible to shorten the time relating to AD conversion. Then, by performing the power saving operation of the ADC circuit 805 in the shortened time, it is possible to realize the power saving of the entire imaging device 106 while maintaining the frame rate. In the present embodiment, the number of signal additions is two columns, but three or more columns may be added. By increasing the addition number, it is possible to further shorten the AD conversion time, and it is possible to further save power. Furthermore, the frame rate can also be improved.

また、信号線803とMPX回路804との間にサンプルホールド回路を設ける場合には、信号加算する際にMPX回路804に複数の信号線803を同時接続する必要はない。例えば、サンプルホールド回路において信号を保持している容量(コンデンサ等)同士を接続するスイッチ回路等をさらに設けることによって信号加算を実現することができる。また、容量同士を接続することによる信号加算方式と、MPX回路804に複数の信号線803を同時接続する加算方式とを組み合わせて加算読み出し動作を行うようにしてもよい。   Further, in the case where a sample and hold circuit is provided between the signal line 803 and the MPX circuit 804, it is not necessary to simultaneously connect a plurality of signal lines 803 to the MPX circuit 804 at the time of signal addition. For example, signal addition can be realized by further providing a switch circuit or the like for connecting capacitors (such as capacitors) holding signals in the sample and hold circuit. In addition, the addition read operation may be performed by combining a signal addition method by connecting the capacitances and an addition method in which a plurality of signal lines 803 are simultaneously connected to the MPX circuit 804.

なお、本実施形態においては、同色の信号を加算する動作を示したが、異色の信号を加算するようにしてもよい。画像信号の生成以外のAF用や露出算出用の信号として利用することができる。   In the present embodiment, the operation of adding signals of the same color is described, but signals of different colors may be added. It can be used as a signal for AF and exposure calculation other than the generation of an image signal.

また、各タイミングチャートにおいては読み出しのタイミングのみが記載されているが、読み出しタイミングの前には画素部11における各PD401のリセット動作を行う。画面全体として同一の蓄積期間とするために、リセット動作における各画素部11に対する走査タイミングも本実施形態で説明した読み出しタイミングと合わせて行われることとなる。   Further, although only the read timing is described in each timing chart, the reset operation of each PD 401 in the pixel unit 11 is performed before the read timing. The scan timing for each pixel unit 11 in the reset operation is also performed in conjunction with the readout timing described in the present embodiment in order to make the accumulation period the same for the entire screen.

(第2の実施形態)
第1の実施形態においては、MPX回路804に接続している複数の信号線803を同時にADC回路805に接続することによって列方向の信号加算を実現する例を示した。本実施形態においては、第1の実施形態と異なる信号線803とMPX回路804の接続例を示し、行方向においても信号加算を行う動作を示す。
Second Embodiment
In the first embodiment, an example is shown in which signal addition in the column direction is realized by simultaneously connecting a plurality of signal lines 803 connected to the MPX circuit 804 to the ADC circuit 805. In this embodiment, an example of connection of the signal line 803 and the MPX circuit 804, which is different from the first embodiment, is shown, and an operation of performing signal addition also in the row direction is shown.

図11を用いて、本実施形態における撮像素子106における各画素部11から信号を読み出すための読み出し回路に関して説明する。図11は第1の実施形態における図8に相当し、撮像素子106の読み出し回路に関する等価回路を示している。図8と同じ構成要素に関しては、同一の符号を付し、その説明は省略する。   A read out circuit for reading out a signal from each pixel unit 11 in the image pickup device 106 in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11 corresponds to FIG. 8 in the first embodiment, and shows an equivalent circuit related to the readout circuit of the image sensor 106. The same components as in FIG. 8 will be assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.

図11において各画素部11から出力される信号は信号線803を経由して読み出される。画素部11の各列に対して4本の信号線803を有している。それぞれの信号線をcol_xN(x:画素部11の列番号、N:A乃至D)で表す。信号線803は、他の列においても、1列目の画素部11と同じように配されている。なお、図11における第1の実施形態における回路との差異点は、信号線803とMPX回路804の接続形態である。具体的には、本実施形態において画素部11の各列に対して4本の信号線803を有する構成としたが、これに限られない。より高速に読み出すためにはさらに多くの信号線803を設けることが好ましい。ただし、信号線の数は2の倍数または4の倍数、あるいは信号加算する信号数の倍数で構成することが好ましい。   The signal output from each pixel unit 11 in FIG. 11 is read out via the signal line 803. Four signal lines 803 are provided for each column of the pixel unit 11. Each signal line is represented by col_xN (x: column number of the pixel unit 11, N: A to D). The signal line 803 is arranged in the other columns as well as the pixel section 11 in the first column. The point of difference with the circuit in the first embodiment in FIG. 11 is the connection form of the signal line 803 and the MPX circuit 804. Specifically, although four signal lines 803 are provided for each column of the pixel unit 11 in the present embodiment, the present invention is not limited to this. It is preferable to provide more signal lines 803 for faster reading. However, it is preferable that the number of signal lines be a multiple of 2 or 4 or a multiple of the number of signals to be added.

図11において、MPX回路804およびADC回路805には、Rのカラーフィルタを備える、1行目および3行目であって、1〜12列のうちの奇数列に位置する画素部11の信号が入力される。さらに、Gのカラーフィルタを備える、2行目および4行目であって、1〜12列のうちの奇数列に位置する画素部11の信号が入力される。図11では説明に必要な奇数列のみを図示し、簡略化のためその他の奇数列および偶数列は省略している。   In FIG. 11, the MPX circuit 804 and the ADC circuit 805 have R color filters, and the signal of the pixel portion 11 located in the odd row among the 1st to 3rd rows and the 1st to 12th columns is It is input. Furthermore, the signal of the pixel unit 11 in the second row and the fourth row, which is provided with the G color filter, and is positioned in the odd numbered column among the 1 to 12 columns is input. In FIG. 11, only the odd columns necessary for the description are illustrated, and the other odd columns and even columns are omitted for simplification.

図12は、第2の実施形態において撮像素子106の加算読み出し動作を示した図である。図12での動作は、画素部11から読み出す信号をAD変換前に加算しつつ順次読み出しを行う。この加算読み出し動作は主に動画を取得する場合に用いられる。図12においては、焦点検出用の信号を出力せず、撮像用の信号のみを出力する場合について説明する。なお、図12において表示している信号線は図10と同一であり、MPX回路804に入力される信号のみが異なる。さらに、第1の実施形態で示した動作と共通する動作に関しては、その説明を省略する。   FIG. 12 is a diagram showing the addition readout operation of the image sensor 106 in the second embodiment. In the operation in FIG. 12, readout is sequentially performed while adding signals read out from the pixel unit 11 before AD conversion. This addition read operation is mainly used when acquiring a moving image. In FIG. 12, a case where only a signal for imaging is output without outputting a signal for focus detection will be described. The signal lines shown in FIG. 12 are the same as those in FIG. 10, and only the signal input to the MPX circuit 804 is different. Further, the description of the operation common to the operation shown in the first embodiment will be omitted.

時刻t2に、垂直走査回路は、1行目の画素部11に出力する信号PRESと3行目の画素部11に出力する信号PRESとをLowレベルとする。これにより、各列の信号線803には、画素部11からN信号が出力される。これにより、1〜12列のうち1行目と3行目であって奇数列の画素部11に対応するN信号がMPX回路804に入力されることとなる。   At time t2, the vertical scanning circuit sets the signal PRES output to the pixel unit 11 in the first row and the signal PRES output to the pixel unit 11 in the third row to the low level. As a result, an N signal is output from the pixel unit 11 to the signal line 803 of each column. As a result, N signals corresponding to the pixel units 11 in the first row and the third row among the 1st to 12th columns and corresponding to the odd-numbered columns are input to the MPX circuit 804.

時刻t2以降、MPX回路804は、TG113から供給される信号MPXによって、1〜12列のうち奇数列の画素部11に対応する信号線803を、順次ADC回路805に接続する。なお、本実施形態の加算読み出し動作においては、ADC回路805に対して複数の信号線803が同時に接続される。具体的には、1行目の画素部11に対応するCol_xAと3行目の画素部11に対応するCol_xCが同時に接続される。この動作により、MPX回路804の出力は、同時に接続された信号線803に出力されている信号同士が加算平均され、行方向に信号加算が実現できる。本実施形態においては1行目と3行目のように同色で隣接する2行を加算するために、対応する信号線803を同時にADC回路805に接続する必要がある。これによって、1回のAD変換で2行分のAD変換に相当する信号が得られ、通常読み出し動作の半分の時間でAD変換を終了することが可能となる。   After time t2, the MPX circuit 804 sequentially connects the signal line 803 corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1 to 12 columns to the ADC circuit 805 by the signal MPX supplied from the TG 113. Note that, in the addition read operation of the present embodiment, a plurality of signal lines 803 are simultaneously connected to the ADC circuit 805. Specifically, Col_xA corresponding to the pixel unit 11 in the first row and Col_xC corresponding to the pixel unit 11 in the third row are simultaneously connected. By this operation, in the output of the MPX circuit 804, the signals output to the simultaneously connected signal lines 803 are added and averaged, and signal addition can be realized in the row direction. In the present embodiment, in order to add adjacent two lines of the same color as the first and third lines, it is necessary to simultaneously connect the corresponding signal lines 803 to the ADC circuit 805. As a result, a signal corresponding to AD conversion for two rows can be obtained by one AD conversion, and AD conversion can be completed in half the time of the normal read operation.

さらに、時刻t2以降でAD変換が終了したタイミングで、各ADC回路805に出力する信号PSAVEをHighレベルとする。これにより、ADC回路805は省電力動作に切り替わる。そして時刻t3の直前で、Lowレベルとすることで、省電力動作を終了し次の信号にAD変換が可能となる。   Further, at timing when AD conversion is completed after time t2, the signal PSAVE output to each ADC circuit 805 is set to the high level. Thus, the ADC circuit 805 switches to the power saving operation. Then, immediately before time t3, by setting the level to Low, the power saving operation is completed, and AD conversion can be performed to the next signal.

なお、本実施形態においては行方向の加算のみを行う動作を例示したが、第1の実施形態で示したように列方向の加算読み出し動作を組み合わせることによって、行方向と列方向の両方の加算を同時に実現することも可能となる。   In the present embodiment, the operation of performing only addition in the row direction has been exemplified, but by combining the addition reading operation in the column direction as described in the first embodiment, addition in both the row direction and the column direction is performed. Can be realized simultaneously.

このようにADC回路805の前に設けられるMPX回路804に対して加算対象となる列または行に対応する画素部11から接続可能とすることによって、通常読み出し動作および加算読み出し動作の両方を実現できる。さらに、AD変換時間が短縮した時間においてADC回路805を省電力動作させることによって、フレームレートを維持したままで撮像素子106全体の省電力化を実現することが可能となる。なお、本実施形態において、信号加算数は2行分としたが、3行以上を加算するようにしてもよい。また、列方向の加算と組み合わせてもよく、その場合において、列方向の加算数と行方向の加算数は必ずしも同一でなくてもよい。   Thus, by enabling connection from the pixel portion 11 corresponding to the column or row to be added to the MPX circuit 804 provided in front of the ADC circuit 805, both the normal read operation and the addition read operation can be realized. . Furthermore, power saving operation of the ADC circuit 805 in a time when the AD conversion time is shortened makes it possible to realize power saving of the entire imaging device 106 while maintaining the frame rate. In the present embodiment, although the number of signal additions is two lines, three or more lines may be added. Further, the addition may be combined with the column direction, and in that case, the addition number in the column direction and the addition number in the row direction may not necessarily be the same.

また、図6において所定の個数の画素部11を含む画素ブロック12に対して1つの信号処理部21が配置されている例を示したが、画素ブロック12に含まれる画素部11同士は必ずしも隣接している必要はない。例えば、各同色の画素を加算した後の色重心(サンプリング周期)を考慮した場合には、図13において実線で示す画素部11から成るブロックを画素ブロック12として、各画素部11からの信号線803を一つのMPX回路804に接続するようにしてもよい。図13に示す画素ブロックを採用することで、列方向に3画素分の信号を加算する場合、列方向において加算後の色重心をそろえることが可能になる。また、垂直方向にも同様の配置とすることによって、垂直方向も色重心をそろえることも可能である。   Further, FIG. 6 shows an example in which one signal processing unit 21 is disposed for a pixel block 12 including a predetermined number of pixel units 11, but the pixel units 11 included in the pixel block 12 are not necessarily adjacent to each other. You do not have to. For example, in consideration of the color gravity center (sampling cycle) after adding the pixels of the same color, a block formed of the pixel unit 11 indicated by a solid line in FIG. The circuit 803 may be connected to one MPX circuit 804. By adopting the pixel block shown in FIG. 13, when signals for three pixels are added in the column direction, it is possible to align the color gravity centers after addition in the column direction. Also, by arranging in the same way in the vertical direction, it is also possible to align the color gravity centers in the vertical direction.

(第3の実施形態)
第1の実施形態および第2の実施形態においては、MPX回路804において信号加算を行ってAD変換時間を短縮し、その間にADC回路805を省電力動作させる制御に関して説明した。本実施形態においては、MPX回路804において信号加算を行う点は共通として、加算読み出し動作時に使用しないADC回路805に対する省電力動作の制御に関して説明する。
Third Embodiment
In the first and second embodiments, the signal addition is performed in the MPX circuit 804 to shorten the AD conversion time, and the control for causing the ADC circuit 805 to perform power saving operation is described. In the present embodiment, the control of the power saving operation for the ADC circuit 805 not used at the time of the addition reading operation is described in common, in that the signal addition is performed in the MPX circuit 804.

図14を用いて、本実施形態における撮像素子106における各画素部11から信号を読み出すための読み出し回路に関して説明する。図14は第1の実施形態における図8に相当し、撮像素子106の読み出し回路に関する等価回路を示している。図8と同じ構成要素に関しては、同一の符号を付す。   A read out circuit for reading out a signal from each pixel unit 11 in the image pickup device 106 in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 14 corresponds to FIG. 8 in the first embodiment, and shows an equivalent circuit regarding the readout circuit of the imaging device 106. The same components as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals.

図14において各画素部11から出力される信号は信号線803を経由して読み出される。画素部11の各列に対して4本の信号線803を有している。それぞれの信号線をcol_xN(x:画素部11の列番号、N:A乃至D)で表す。信号線803は、他の列においても、1列目の画素部11と同じように配されている。なお、図14における第1の実施形態および第2の実施形態における回路における差異点は、信号処理部21の構成に加わったMPX回路1404と、PSAVE制御部1406である。   The signal output from each pixel unit 11 in FIG. 14 is read out via the signal line 803. Four signal lines 803 are provided for each column of the pixel unit 11. Each signal line is represented by col_xN (x: column number of the pixel unit 11, N: A to D). The signal line 803 is arranged in the other columns as well as the pixel section 11 in the first column. The difference between the circuits in the first and second embodiments in FIG. 14 is the MPX circuit 1404 and the PSAVE control unit 1406 added to the configuration of the signal processing unit 21.

図14において、MPX回路804aには、Rのカラーフィルタを備える、1行目および3行目であって、1〜12列のうちの奇数列に位置する画素部11の信号が入力される。また、MPX回路804bには、Gのカラーフィルタを備える、2行目および4行目であって、1〜12列のうちの奇数列に位置する画素部11の信号が入力される。そして、MPX回路1404には、MPX回路804aの出力とMPX回路804bの出力が入力される。MPX回路1404の出力は制御信号である信号MPX2に基づいて制御され、MPX回路804aの出力またはMPX回路804bの出力のいずれかをADC回路805aに出力するかを切り替える動作を行う。具体的には、信号MPX2がLowレベルの場合にはMPX回路804aの出力を出力し、Highレベルの場合にはMPX回路804bの出力を出力する。本動作によって、MPX回路804aの出力およびMPX回路804bの出力をADC回路805aの一つでAD変換することが可能となる。   In FIG. 14, to the MPX circuit 804a, the signal of the pixel portion 11 located at the odd-numbered column among the 1st to the 3rd rows and including the R color filter is input. Further, to the MPX circuit 804b, the signal of the pixel portion 11 located in the odd-numbered column among the 1st to 12th columns, which is provided with the G color filter, is input. The output of the MPX circuit 804 a and the output of the MPX circuit 804 b are input to the MPX circuit 1404. The output of the MPX circuit 1404 is controlled based on a signal MPX2 which is a control signal, and performs an operation of switching which of the output of the MPX circuit 804a or the output of the MPX circuit 804b is to be output to the ADC circuit 805a. Specifically, the output of the MPX circuit 804a is output when the signal MPX2 is at the low level, and the output of the MPX circuit 804b is output when the signal is at the high level. By this operation, the output of the MPX circuit 804a and the output of the MPX circuit 804b can be AD converted by one of the ADC circuits 805a.

また、ADC回路805bには、MPX回路804bの出力が入力され、MPX回路804bの出力をAD変換する。しかし、上記のようにMPX回路804aの出力およびMPX回路804bの出力をADC回路805aの一つでAD変換する場合には、ADC回路805bを動作させる必要がない。   The output of the MPX circuit 804b is input to the ADC circuit 805b, and the output of the MPX circuit 804b is AD converted. However, when the output of the MPX circuit 804a and the output of the MPX circuit 804b are AD converted by one of the ADC circuits 805a as described above, there is no need to operate the ADC circuit 805b.

また、本実施形態のADC回路805は、それぞれ個別で省電力動作を行うことが可能である。当該省電力動作を制御するために、第2の基板20においてはPSAVE制御部1406が設けられている。PSAVE制御部1406からの個別の制御信号(PSAVE1およびPSAVE2)に応じてADC回路805aおよびADC回路805bはそれぞれ省電力動作を開始または終了する。したがって、ADC回路805aのみでAD変換動作を行う場合にはADC回路805bに対してのみ信号PSAVE2を用いて省電力動作を行うようにすることが可能である。   In addition, the ADC circuits 805 of this embodiment can perform power saving operation individually. In order to control the power saving operation, a PSAVE control unit 1406 is provided in the second substrate 20. In response to the individual control signals (PSAVE1 and PSAVE2) from the PSAVE control unit 1406, the ADC circuit 805a and the ADC circuit 805b each start or end the power saving operation. Therefore, when the AD conversion operation is performed only by the ADC circuit 805a, the power saving operation can be performed using the signal PSAVE2 only for the ADC circuit 805b.

図15は、第3の実施形態において撮像素子106の加算読み出し動作を示した図である。図15での動作は、画素部11から読み出す信号をAD変換前に加算しつつ順次読み出しを行う。この加算読み出し動作は主に動画を取得する場合に用いられる。図15においては、焦点検出用の信号を出力せず、撮像用の信号のみを出力する場合について説明する。なお、図15において表示している信号線は図10等に対してMPX回路1404を制御するための信号MPX2と、PSAVE制御部1406からの信号PSAVE1、信号PSAVE2が追加されている。さらに、第1の実施形態および第2の実施形態で示した動作と共通する動作に関しては、その説明を省略する。   FIG. 15 is a diagram showing the addition readout operation of the image sensor 106 in the third embodiment. In the operation in FIG. 15, the signal read out from the pixel unit 11 is sequentially read out while adding the signal before AD conversion. This addition read operation is mainly used when acquiring a moving image. In FIG. 15, the case where only the signal for imaging is output without outputting the signal for focus detection will be described. As for the signal lines displayed in FIG. 15, a signal MPX2 for controlling the MPX circuit 1404, a signal PSAVE1 from the PSAVE control unit 1406, and a signal PSAVE2 are added to the signal lines shown in FIG. Furthermore, descriptions of operations common to the operations shown in the first embodiment and the second embodiment will be omitted.

時刻t2に、垂直走査回路は、1行目および2行目の画素部11に出力する信号PRESをLowレベルとする。これにより、各列の信号線803には、画素部11からN信号が出力される。これにより、1〜12列のうち1行目および2行目であって奇数列の画素部11に対応するN信号がMPX回路804aおよびMPX回路804bに入力されることとなる。   At time t2, the vertical scanning circuit sets the signal PRES output to the pixel units 11 in the first and second rows to the low level. As a result, an N signal is output from the pixel unit 11 to the signal line 803 of each column. As a result, N signals corresponding to the pixel units 11 in the first and second rows among the 1 to 12 columns and in the odd-numbered columns are input to the MPX circuit 804a and the MPX circuit 804b.

時刻t2以降、MPX回路804は、TG113から供給される信号MPXおよび信号MPX2によって、1〜12列のうち奇数列の画素部11に対応する信号線803を、順次ADC回路805aに接続する。なお、本実施形態の加算読み出し動作においては、ADC回路805aに対して複数の信号線803が同時に接続される。具体的には、1行目であって1列目の画素部11に対応するCol_1Aと3列目の画素部11に対応するCol_3AがMPX回路804aに同時に接続される。この動作により、MPX回路804aの出力は、同時に接続された信号線803に出力されている信号同士が加算平均された信号となり、列方向に信号加算が実現できる。そして、同タイミングで信号MPX2はLowレベルに制御され、MPX回路1404の出力としてMPX回路804aの出力がADC回路805aに入力される。   After time t2, the MPX circuit 804 sequentially connects the signal line 803 corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1 to 12 columns to the ADC circuit 805a by the signal MPX and the signal MPX2 supplied from the TG 113. Note that, in the addition read operation of the present embodiment, a plurality of signal lines 803 are simultaneously connected to the ADC circuit 805a. Specifically, Col_1A corresponding to the first row pixel portion 11 in the first row and Col_3A corresponding to the third row pixel portion 11 are simultaneously connected to the MPX circuit 804a. By this operation, the output of the MPX circuit 804a becomes a signal in which the signals output to the simultaneously connected signal lines 803 are added and averaged, and signal addition can be realized in the column direction. Then, at the same timing, the signal MPX2 is controlled to the low level, and the output of the MPX circuit 804a is input to the ADC circuit 805a as the output of the MPX circuit 1404.

さらに、時刻t2以降で1列目と3列目のAD変換が終了したタイミングで、2行目であって1列目の画素部11に対応するCol_1Bと3列目の画素部11に対応するCol_3BがMPX回路804bに同時に接続される。この動作により、MPX回路804bの出力は、同時に接続された信号線803に出力されている信号同士が加算平均された信号となり、列方向に信号加算が実現できる。そして、同タイミングで信号MPX2はHighレベルに制御され、MPX回路1404の出力としてMPX回路804bの出力がADC回路805aに入力される。   Furthermore, at timing when AD conversion of the first and third columns is completed after time t2, Col_1 B corresponding to the pixel section 11 in the second row and the first column corresponds to the pixel section 11 in the third column. Col_3 B is simultaneously connected to the MPX circuit 804b. By this operation, the output of the MPX circuit 804b becomes a signal in which the signals output to the simultaneously connected signal lines 803 are added and averaged, and signal addition can be realized in the column direction. Then, at the same timing, the signal MPX2 is controlled to the high level, and the output of the MPX circuit 804b is input to the ADC circuit 805a as the output of the MPX circuit 1404.

そして、上記動作を繰り返して加算読み出し動作を行うことで、通常読み出し動作における1行分の時間で2行分のAD変換動作を終了することが可能となる。つまり、通常読み出し動作では2つ必要だったADC回路805が、一つのADC回路805で画素ブロック12全体を読み出すためには十分となる。したがって、不要となったADC回路805bに対しては、信号PSAVE2をHighレベルに制御し、加算読み出し動作中は常に省電力動作を行うことができ、大きく消費電力を低減することが可能となる。   Then, by performing the addition read operation by repeating the above operation, it becomes possible to complete the AD conversion operation for two lines in the time for one row in the normal read operation. That is, two ADC circuits 805, which are necessary for the normal read operation, are sufficient for reading out the entire pixel block 12 with one ADC circuit 805. Therefore, for the ADC circuit 805b which has become unnecessary, the signal PSAVE2 is controlled to the high level, and the power saving operation can be performed constantly during the addition read operation, and the power consumption can be largely reduced.

なお、本実施形態においても第2の実施形態と同様にADC回路805aにおけるAD変換動作が終了した時点で信号PSAVEをHighレベルとすることで、さらに省電力化を図ることができる。   In the present embodiment as well, power saving can be further achieved by setting the signal PSAVE to the high level when the AD conversion operation in the ADC circuit 805a is completed, as in the second embodiment.

このように信号処理部21に複数のMPX回路を設けることにより、加算読み出し動作において、動作させる必要のないADC回路をもうけることができる。そして、当該ADC回路を省電力動作させることによって、フレームレートを維持したままで撮像素子106全体の省電力化を実現することが可能となる。なお、本実施形態において、信号加算数は2列分としたが、3列以上を加算するようにしてもよい。また、行方向の加算と組み合わせてもよく、その場合において、列方向の加算数と行方向の加算数は必ずしも同一でなくてもよい。   By providing a plurality of MPX circuits in the signal processing unit 21 as described above, it is possible to provide an ADC circuit which does not need to be operated in the addition read operation. Then, power saving operation of the ADC circuit can realize power saving of the entire imaging device 106 while maintaining the frame rate. In the present embodiment, the number of signal additions is two columns, but three or more columns may be added. Further, it may be combined with the addition in the row direction, and in that case, the addition number in the column direction and the addition number in the row direction may not necessarily be the same.

なお、本実施形態において複数の信号線803の信号を加算することで、AD変換時間を短縮したが、間引き動作を組み合わせることでも同様にAD変換時間を短縮することが可能である。例えば、実施形態において3列目、7列目、11列目の信号線803を接続させず、1列目、5列目、9列目の信号の信号線803のみを図15に示す所定の各タイミングで読み出すことも可能である。   Although the AD conversion time is shortened by adding the signals of the plurality of signal lines 803 in the present embodiment, the AD conversion time can be similarly shortened by combining the thinning operation. For example, in the embodiment, the signal lines 803 in the third column, the seventh column, and the eleventh column are not connected, and only the signal lines 803 of the signals in the first column, the fifth column, and the ninth column are shown in FIG. It is also possible to read out at each timing.

さらに、間引き読み出しを行う場合には、信号線803とMPX回路804との接続を工夫することで、MPX回路1404を省略することも可能である。一例として間引かれる対象の画素部11(例えば、3列目、7列目、11列目の画素部11)からの信号線803をMPX回路804bに接続する。そして、読み出す対象の画素部11(例えば、1列目、5列目、9列目の画素部11)からの信号線803をMPX回路804aに接続する。このような接続を行うことによって、間引き読み出し動作時はMPX回路804bおよびADC回路805bを省電力化することによって、第3の実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。   Furthermore, when thinning readout is performed, the MPX circuit 1404 can be omitted by devising the connection between the signal line 803 and the MPX circuit 804. As an example, the signal line 803 from the target pixel unit 11 (for example, the pixel unit 11 in the third column, the seventh column, and the eleventh column) to be thinned out is connected to the MPX circuit 804 b. Then, the signal line 803 from the pixel unit 11 to be read (for example, the pixel unit 11 in the first column, the fifth column, and the ninth column) is connected to the MPX circuit 804 a. By performing such connection, power saving of the MPX circuit 804 b and the ADC circuit 805 b can be performed during the thinning-out read operation, and the same effect as that of the third embodiment can be obtained.

なお、第1乃至第3の実施形態において、画素ブロック12の端に位置する画素部11(例えば1列目)より信号を読み出しているが、信号読み出しの順番はこれに限られない。例えば、逆の順番で読み出してもよいし、1つおきに読み出してもよい。   In the first to third embodiments, signals are read out from the pixel unit 11 (for example, the first column) located at the end of the pixel block 12, but the order of signal readout is not limited to this. For example, reading may be performed in the reverse order, or reading may be performed alternately.

(第4の実施形態)
第1の実施形態乃至第3の実施形態において、MPX回路804において信号加算等を行いつつ、読み出し期間においてAD変換動作を行っていないタイミングでADC回路805の省電力動作を制御する例を示した。しかし、撮像素子106を用いた撮像装置100の動作においては、ADC回路805に対して省電力動作を設定可能なタイミングは他にも存在する。
Fourth Embodiment
In the first to third embodiments, an example is shown in which the power saving operation of the ADC circuit 805 is controlled at a timing at which the AD conversion operation is not performed in the readout period while performing signal addition or the like in the MPX circuit 804. . However, in the operation of the imaging device 100 using the imaging element 106, there are other timings at which the power saving operation can be set for the ADC circuit 805.

図16は、撮像装置100において1枚の画像を撮像する際のタイミングを示している。信号VDは垂直同期信号であり、TG113から撮像素子106に供給される。また、信号VDはDFE108やDSP109等の他の構成要素にも供給され、撮像装置100全体の動作タイミングの同期をとる役割を担っている。なお、信号VDの周期は動画を取得するためのフレームレートに対応し、本実施形態においては1/120秒とする。内部HDは水平同期信号であり、TG113から供給される信号VDに同期して撮像素子106内の回路によって生成される内部信号である。撮像素子106の動作は内部HDによって、タイミングが規定され、例えば画素部11のリセット動作や読み出を動作が制御される。撮像素子106は1HD期間中に所定の行数に対応する画素部11からの信号を出力する。なお、本実施形態において撮像素子106が1フレーム分の画像信号を出力するのに要する時間(読み出し期間)は1/180秒とする。   FIG. 16 shows the timing when the image pickup apparatus 100 picks up one image. The signal VD is a vertical synchronization signal, and is supplied from the TG 113 to the imaging element 106. The signal VD is also supplied to other components such as the DFE 108 and the DSP 109, and plays a role of synchronizing the operation timing of the entire imaging apparatus 100. The cycle of the signal VD corresponds to a frame rate for acquiring a moving image, and is 1/120 second in this embodiment. The internal HD is a horizontal synchronization signal, which is an internal signal generated by a circuit in the imaging device 106 in synchronization with the signal VD supplied from the TG 113. The internal HD defines the timing of the operation of the image sensor 106, and for example, the reset operation and the readout operation of the pixel unit 11 are controlled. The image sensor 106 outputs a signal from the pixel unit 11 corresponding to a predetermined number of rows in one HD period. In the present embodiment, the time (readout period) required for the image sensor 106 to output an image signal for one frame is 1/180 second.

図16に示す通り、1枚の画像を取得するために必要な読み出し期間は1/180秒とすると、フレームレートに対しては十分早いために、余剰時間はブランキング期間となる。ブランキング期間中は、信号の読み出しおよびAD変換動作は行われない。そのため、本期間中は省電力動作が可能となる。図16に示す通り、ブランキング期間中に信号PSAVEをHighレベルとすることで、省電力動作が達成できる。   As shown in FIG. 16, assuming that the readout period required to acquire one image is 1/180 seconds, the surplus time is a blanking period because it is sufficiently fast for the frame rate. During the blanking period, signal readout and AD conversion operation are not performed. Therefore, power saving operation is possible during this period. As shown in FIG. 16, the power saving operation can be achieved by setting the signal PSAVE to the High level during the blanking period.

また、滑らかな動画を取得するためにはフレームレートが一定である必要がある。フレームレートを可変せずに一定とした場合、ブランキング期間は撮像素子106から読み出される信号量に依存する。例えば図17に示すように、所定のフレームレート(例えば60fps)の動画を撮像している最中に静止画を取得するような場合を想定する。動画に必要な画素数が800万画素とした場合に、静止画に用いられる画素数が4倍の3200万画素であるとする。そうすると必然的に動画撮像に対して静止画撮像時のブランキング期間は短くなる。このような場合には、図17に示すように動画撮像時のブランキング期間のみ省電力動作を実行し、静止画撮像時には行わないようにすることが好ましい。連続して撮像する動画に対して静止画の撮像は単発的に行われるため、静止画撮像の際に省電力動作を実行しなくても撮像素子106全体としては省電力化を図ることが可能である。   In addition, in order to obtain a smooth moving image, the frame rate needs to be constant. When the frame rate is fixed without being changed, the blanking period depends on the amount of signal read from the image sensor 106. For example, as shown in FIG. 17, it is assumed that a still image is acquired while capturing a moving image at a predetermined frame rate (for example, 60 fps). It is assumed that the number of pixels used for a still image is 32 million pixels, which is four times the number of pixels required for a moving image, which is 8 million. Then, the blanking period at the time of still image capturing inevitably becomes short with respect to moving image capturing. In such a case, as shown in FIG. 17, it is preferable to execute the power saving operation only during the blanking period at the time of moving image capturing, and not at the time of still image capturing. Since still images are captured singly for moving images that are continuously captured, it is possible to save power as the entire image pickup device 106 without performing the power saving operation at the time of still image capturing. It is.

また、ブランキング期間と同様に信号の読み出しおよびAD変換動作が行われない期間としては蓄積期間がある。図18(a)に示すように撮像素子106は、画素部11をリセットしたのちに、所定の蓄積期間の間露光し、その後読み出し期間において信号が読みだされる。蓄積期間は被写体の明るさに基づいてユーザ自身または自動で決定され、その期間は信号VDまたは内部HDによって規定される。本実施形態の撮像素子106は当該蓄積期間においても省電力動作は設定可能である。   Further, as in the blanking period, there is an accumulation period as a period during which signal readout and AD conversion are not performed. As shown in FIG. 18A, after resetting the pixel section 11, the imaging element 106 is exposed for a predetermined accumulation period, and then the signal is read out in the readout period. The accumulation period is determined by the user or automatically based on the brightness of the subject, and the period is defined by the signal VD or internal HD. The power saving operation of the imaging device 106 according to the present embodiment can be set even during the accumulation period.

なお、図18(b)で示すように蓄積期間が短い場合(例えば1/1000秒程度)には省電力動作を設定できる期間が短く、省電力動作からの復帰の影響も考慮して省電力動作の設定は行わないように制御する。一例としては1/8秒乃至1秒以上の蓄積期間が設定された場合に蓄積期間中において省電力動作を設定することが好ましい。   As shown in FIG. 18 (b), when the accumulation period is short (for example, about 1/1000 second), the period in which the power saving operation can be set is short, and the power saving is taken into consideration in consideration of the recovery from the power saving operation. It controls so that the setting of operation is not performed. As one example, when an accumulation period of 1/8 seconds to 1 second or more is set, it is preferable to set the power saving operation during the accumulation period.

(第5の実施形態)
第4の実施形態において、撮像素子106が用いられる撮像装置100における撮像動作においてADC回路805の省電力動作を実行するタイミングに関して説明した。本実施形態においては、撮像素子106の回路アレイにおいて領域を区分して省電力動作を実行する動作に関して詳細に説明する。
Fifth Embodiment
In the fourth embodiment, the timing at which the power saving operation of the ADC circuit 805 is performed in the imaging operation in the imaging device 100 in which the imaging element 106 is used has been described. In the present embodiment, an operation of dividing the area in the circuit array of the imaging element 106 and executing the power saving operation will be described in detail.

図19は撮像素子106の第2の基板20に形成された回路アレイを示している、回路アレイの各要素は信号処理部21を表しており、全体として水平方向にn個、垂直方向にm個の信号処理部21が配置されている。図19(a)は通常の撮像状態を示しており、画面全体を使用して画像を取得するため、すべての回路アレイを使用して信号の読み出しを行う。そのため、すべての信号処理部21は通常動作に設定される。一方で、図19(b)はクリップ撮像状態(水平i〜k列、垂直h〜j行のみを使用する撮像)を示しており、画面の中央部からのみを使用して画像を取得するため、周辺部の回路アレイは使用しない。そのため、周辺部の信号処理部21はクリップ撮像状態の間は省電力動作に設定される。   FIG. 19 shows a circuit array formed on the second substrate 20 of the imaging device 106. Each element of the circuit array represents the signal processing unit 21. As a whole, n elements in the horizontal direction and m in the vertical direction The signal processing units 21 are arranged. FIG. 19A shows a normal imaging state, in which all circuit arrays are used to read out a signal in order to acquire an image using the entire screen. Therefore, all the signal processing units 21 are set to the normal operation. On the other hand, FIG. 19B shows a clip imaging state (imaging using only horizontal i to k columns and vertical h to j rows), and in order to acquire an image using only from the central portion of the screen , Peripheral circuit array is not used. Therefore, the signal processing unit 21 in the peripheral portion is set to the power saving operation during the clip imaging state.

図20および図21を用いて本実施形態における領域ごとに省電力動作を実行するための回路構成を説明する。図20は信号PSAVEの供給線の配線レイアウトを示す図である。本実施形態の信号PSAVEは、各信号処理部21に対して水平制御用のPSAVE_H(n)(n:列番号)と垂直制御用のPSAVE_V(m)(m:行番号)によって供給される。PSAVE_H(n)とPSAVE_V(m)は不図示のドライバ回路によって接続され、TG113からのタイミング信号等によって制御される。   The circuit configuration for performing the power saving operation for each area in the present embodiment will be described using FIGS. 20 and 21. FIG. FIG. 20 is a diagram showing a wiring layout of supply lines of the signal PSAVE. The signal PSAVE of the present embodiment is supplied to each signal processing unit 21 by PSAVE_H (n) (n: column number) for horizontal control and PSAVE_V (m) (m: row number) for vertical control. PSAVE_H (n) and PSAVE_V (m) are connected by a driver circuit (not shown) and controlled by a timing signal from TG 113 and the like.

図21を用いて撮像素子106における各画素部11から信号を読み出すための読み出し回路に関して説明する。図21は第5の実施形態における撮像素子106の読み出し回路に関する等価回路を示している。図21は第1の実施形態における図8に相当する。図8と同じ構成要素に関しては、同一の符号を付す。   A readout circuit for reading out a signal from each pixel unit 11 in the imaging device 106 will be described with reference to FIG. FIG. 21 shows an equivalent circuit of the readout circuit of the image sensor 106 in the fifth embodiment. FIG. 21 corresponds to FIG. 8 in the first embodiment. The same components as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals.

図21において各画素部11から出力される信号は信号線803を経由して読み出される。画素部11の各列に対して4本の信号線803を有している。図21における第1の実施形態における回路との差異点は、PSAVE制御部2106である。PSAVE制御部2106には図20を用いて説明したPSAVE_H(n)とPSAVE_V(m)が入力される。そして、PSAVE制御部2106はAND回路を含み、PSAVE_H(n)とPSAVE_V(m)のいずれかからHighレベルの信号が供給された場合にADC回路805を省電力動作に制御する。このようにPSAVE_H(n)とPSAVE_V(m)を用いることで、回路アレイ内の任意の信号処理部21に対して省電力動作の制御が可能となる。なお、回路アレイ内の任意の領域でより簡易に省電力動作の制御を可能とするために、信号処理部21には不図示のラッチ回路を設けることが好ましい。これはPSAVE_H(n)とPSAVE_V(m)の両方からHighレベルとなり省電力動作に制御されたことをラッチに記憶し、そしてラッチがリセットされるまではその状態を保持することが可能となる。これによって、省電力動作に制御したい信号処理部21に対応するPSAVE_H(n)とPSAVE_V(m)に常にHighレベルを供給する必要がなくなり、より高い自由度で領域選択が可能となる。一例としては画素アレイ中に複数領域で省電力動作を制御することが可能となる。なお、より高い自由度で省電力動作を制御する場合には、PSAVE_H(n)またはPSAVE_V(m)の配線数を増やすことで対応できる。   The signal output from each pixel unit 11 in FIG. 21 is read out via the signal line 803. Four signal lines 803 are provided for each column of the pixel unit 11. The difference with the circuit in the first embodiment in FIG. 21 is the PSAVE control unit 2106. The PSAVE control unit 2106 receives PSAVE_H (n) and PSAVE_V (m) described with reference to FIG. The PSAVE control unit 2106 includes an AND circuit, and controls the ADC circuit 805 to perform power saving operation when a signal of High level is supplied from either PSAVE_H (n) or PSAVE_V (m). By using PSAVE_H (n) and PSAVE_V (m) in this manner, control of the power saving operation can be performed on an arbitrary signal processing unit 21 in the circuit array. It is preferable that the signal processing unit 21 be provided with a latch circuit (not shown) in order to easily control the power saving operation in an arbitrary area in the circuit array. This enables a high level from both PSAVE_H (n) and PSAVE_V (m) to be stored in the latch to be controlled to the power saving operation, and the state can be held until the latch is reset. As a result, it is not necessary to always supply a high level to PSAVE_H (n) and PSAVE_V (m) corresponding to the signal processing unit 21 that wants to control power saving operation, and region selection can be performed with a higher degree of freedom. As one example, it becomes possible to control power saving operation in a plurality of regions in a pixel array. In the case of controlling the power saving operation with a higher degree of freedom, it can be coped with by increasing the number of wires of PSAVE_H (n) or PSAVE_V (m).

(第6の実施形態)
図22は、撮像素子106の通常読み出し動作に加え焦点検出用の信号読み出し動作を示した図である。図22での動作は、画素部11から読み出す信号を加算せずに順次読み出しを行う。図22においては、焦点検出用の信号と撮像用の信号を出力する場合について説明する。つまり、画素部11は、複数のPDのうちの一部のみのPDの信号に基づく第1の信号の出力を行い、さらに複数のPDの信号に基づく第2の信号の出力を行う。なお、図22において表示している信号線は図9と同一である。さらに、第1の実施形態で示した動作と共通する動作に関しては、その説明を省略する。
Sixth Embodiment
FIG. 22 is a diagram showing a signal readout operation for focus detection in addition to the normal readout operation of the image sensor 106. In the operation in FIG. 22, readout is sequentially performed without adding signals read out from the pixel unit 11. In FIG. 22, the case of outputting a signal for focus detection and a signal for imaging will be described. That is, the pixel unit 11 outputs the first signal based on the signal of one of the plurality of PDs, and outputs the second signal based on the signals of the plurality of PDs. The signal lines shown in FIG. 22 are the same as in FIG. Further, the description of the operation common to the operation shown in the first embodiment will be omitted.

時刻t3に、垂直走査回路は、1行目の画素部11に出力する信号PTXAのみをHighレベルとする。これにより、PD401aが蓄積した電荷が、転送トランジスタ402aを介してFD部403に転送される。これにより、FD部403は、PD401aに対応する電位となる。そして、PD401aのみの電荷によるFD部403の電位に基づいて増幅トランジスタ404がA信号を出力する。各列の信号線803には、1行目の画素部11のA信号が出力されている。これにより、1〜12列のうち奇数列の画素部11に対応するA信号が同期間にMPX回路804aに入力されることとなる。本実施形態において、時刻t3以降の期間はA信号用読み出し期間に相当する。   At time t3, the vertical scanning circuit sets only the signal PTXA output to the pixel units 11 in the first row to the high level. As a result, the charge accumulated in the PD 401 a is transferred to the FD unit 403 via the transfer transistor 402 a. As a result, the FD unit 403 has a potential corresponding to the PD 401 a. Then, the amplification transistor 404 outputs an A signal based on the potential of the FD unit 403 due to the charge of only the PD 401 a. The A signal of the pixel unit 11 in the first row is output to the signal line 803 of each column. As a result, the A signal corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1st to 12th columns is input to the MPX circuit 804a during the synchronization. In the present embodiment, the period after time t3 corresponds to the A signal read period.

時刻t4以降、MPX回路804aは、TG113から供給される信号MPXによって、1〜12列のうち奇数列の画素部11に対応する信号線803を、順次ADC回路805aに接続する。   After time t4, the MPX circuit 804a sequentially connects the signal line 803 corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1 to 12 columns to the ADC circuit 805a by the signal MPX supplied from the TG 113.

ADC回路805aは、MPX回路804aから出力される、1行目の画素部11に対応する1列目の信号線803のA信号をデジタル信号にAD変換する。その後、順次、1〜12列のうちの奇数列の画素部11に対応する信号線803に出力されているA信号をデジタル信号にAD変換する。各A信号はMPX回路804aに既に入力されているために、MPX回路804aの出力を切り替えるだけで高速なAD変換が可能となる。本実施形態において、時刻t4以降の期間はA信号用AD変換期間に相当する。   The ADC circuit 805a AD-converts the A signal of the signal line 803 in the first column corresponding to the pixel unit 11 in the first row, which is output from the MPX circuit 804a, into a digital signal. Thereafter, the A signal output to the signal line 803 corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1 to 12 columns is AD converted to a digital signal. Since each A signal is already input to the MPX circuit 804a, high-speed AD conversion becomes possible simply by switching the output of the MPX circuit 804a. In the present embodiment, the period after time t4 corresponds to an A signal AD conversion period.

時刻t4に、垂直走査回路は、3行目の画素部11に出力する信号PTXAのみをHighレベルとする。これにより、PD401aが蓄積した電荷が、転送トランジスタ402aを介してFD部403に転送される。これにより、FD部403は、PD401aに対応する電位となる。そして、PD401aのみの電荷によるFD部403の電位に基づいて増幅トランジスタ404がA信号を出力する。各列の信号線803には、3行目の画素部11のA信号が出力されている。これにより、1〜12列のうち奇数列の画素部11に対応するA信号が同期間にMPX回路804aに入力されることとなる。本実施形態において、時刻t4以降の期間はA信号用読み出し期間に相当する。   At time t4, the vertical scanning circuit sets only the signal PTXA output to the pixel unit 11 in the third row to the high level. As a result, the charge accumulated in the PD 401 a is transferred to the FD unit 403 via the transfer transistor 402 a. As a result, the FD unit 403 has a potential corresponding to the PD 401 a. Then, the amplification transistor 404 outputs an A signal based on the potential of the FD unit 403 due to the charge of only the PD 401 a. The A signal of the pixel unit 11 in the third row is output to the signal line 803 of each column. As a result, the A signal corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1st to 12th columns is input to the MPX circuit 804a during the synchronization. In the present embodiment, the period after time t4 corresponds to the A signal read period.

時刻t5以降、MPX回路804aは、TG113から供給される信号MPXによって、1〜12列のうち奇数列の画素部11に対応する信号線803を、順次ADC回路805aに接続する。   After time t5, the MPX circuit 804a sequentially connects the signal line 803 corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1 to 12 columns to the ADC circuit 805a by the signal MPX supplied from the TG 113.

ADC回路805aは、MPX回路804aから出力される、3行目の画素部11に対応する1列目の信号線803のA信号をデジタル信号にAD変換する。その後、順次、1〜12列のうちの奇数列の画素部11に対応する信号線803に出力されているA信号をデジタル信号にAD変換する。本実施形態において、時刻t5以降の期間はA信号用AD変換期間に相当する。   The ADC circuit 805a AD converts an A signal of the signal line 803 in the first column corresponding to the pixel unit 11 in the third row, which is output from the MPX circuit 804a, into a digital signal. Thereafter, the A signal output to the signal line 803 corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1 to 12 columns is AD converted to a digital signal. In the present embodiment, the period after time t5 corresponds to an A signal AD conversion period.

また、時刻t5に、垂直走査回路は、1行目の画素部11に出力する信号PTXA、PTXBをHighレベルとする。これにより、PD401a、401bが蓄積した電荷(本実施形態では電子である)が、転送トランジスタ402a、402bを介してFD部403に転送される。FD部403では、PD401a、401bのそれぞれの電荷が加算される。これにより、FD部403は、時刻t3で転送されたPD401aの電荷に加え、時刻t5におけるPD401a、401bのそれぞれの電荷を加算した電荷に対応する電位となる。各列の信号線803には、1行目の画素部11のA+B信号が出力されている。これにより、1〜12列のうち奇数列の画素部11に対応するA+B信号が同期間にMPX回路804aに入力されることとなる。本実施形態において、時刻t5以降の期間はA+B信号用読み出し期間に相当する。   Also, at time t5, the vertical scanning circuit sets the signals PTXA and PTXB output to the pixel units 11 in the first row to the high level. As a result, the charge (which is an electron in this embodiment) accumulated in the PDs 401 a and 401 b is transferred to the FD unit 403 via the transfer transistors 402 a and 402 b. The FD unit 403 adds the charges of the PDs 401 a and 401 b. As a result, the FD unit 403 has a potential corresponding to the charge obtained by adding the charge of each of the PDs 401a and 401b at time t5 in addition to the charge of the PD 401a transferred at time t3. The A + B signal of the pixel unit 11 in the first row is output to the signal line 803 of each column. As a result, the A + B signal corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1st to 12th columns is input to the MPX circuit 804a during the synchronization. In the present embodiment, the period after time t5 corresponds to the A + B signal readout period.

時刻t6以降、MPX回路804aは、TG113から供給される信号MPXによって、1〜12列のうち奇数列の画素部11に対応する信号線803を、順次ADC回路805aに接続する。   After time t6, the MPX circuit 804a sequentially connects the signal line 803 corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1 to 12 columns to the ADC circuit 805a by the signal MPX supplied from the TG 113.

ADC回路805aは、MPX回路804aから出力される、1行目の画素部11に対応する1列目の信号線803のA+B信号をデジタル信号にAD変換する。その後、順次、1〜12列のうちの奇数列の画素部11に対応する信号線803に出力されているA+B信号をデジタル信号にAD変換する。本実施形態において、時刻t6以降の期間はA+B信号用AD変換期間に相当する。   The ADC circuit 805a AD-converts the A + B signal of the signal line 803 in the first column corresponding to the pixel section 11 in the first row, which is output from the MPX circuit 804a, into a digital signal. Thereafter, the A + B signal output to the signal line 803 corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1 to 12 columns is AD converted to a digital signal. In the present embodiment, a period after time t6 corresponds to an A + B signal AD conversion period.

また、時刻t6に、垂直走査回路は、3行目の画素部11に出力する信号PTXA、PTXBをHighレベルとする。これにより、PD401a、401bが蓄積した電荷(本実施形態では電子である)が、転送トランジスタ402a、402bを介してFD部403に転送される。FD部403では、PD401a、401bのそれぞれの電荷が加算される。これにより、FD部403は、時刻t4で転送されたPD401aの電荷に加え、時刻t6におけるPD401a、401bのそれぞれの電荷を加算した電荷に対応する電位となる。各列の信号線803には、3行目の画素部11のA+B信号が出力されている。これにより、1〜12列のうち奇数列の画素部11に対応するA+B信号が同期間にMPX回路804aに入力されることとなる。本実施形態において、時刻t6以降の期間はA+B信号用読み出し期間に相当する。   At time t6, the vertical scanning circuit sets the signals PTXA and PTXB to be output to the pixel units 11 in the third row to the high level. As a result, the charge (which is an electron in this embodiment) accumulated in the PDs 401 a and 401 b is transferred to the FD unit 403 via the transfer transistors 402 a and 402 b. The FD unit 403 adds the charges of the PDs 401 a and 401 b. As a result, the FD unit 403 has a potential corresponding to the charge obtained by adding the charge of each of the PDs 401a and 401b at time t6 in addition to the charge of the PD 401a transferred at time t4. The A + B signal of the pixel unit 11 in the third row is output to the signal line 803 of each column. As a result, the A + B signal corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1st to 12th columns is input to the MPX circuit 804a during the synchronization. In the present embodiment, the period after time t6 corresponds to the A + B signal readout period.

時刻t7以降、MPX回路804aは、TG113から供給される信号MPXによって、1〜12列のうち奇数列の画素部11に対応する信号線803を、順次ADC回路805aに接続する。   After time t7, the MPX circuit 804a sequentially connects the signal line 803 corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1 to 12 columns to the ADC circuit 805a by the signal MPX supplied from the TG 113.

ADC回路805aは、MPX回路804aから出力される、3行目の画素部11に対応する1列目の信号線803のA+B信号をデジタル信号にAD変換する。その後、順次、1〜12列のうちの奇数列の画素部11に対応する信号線803に出力されているA+B信号をデジタル信号にAD変換する。本実施形態において、時刻t7以降の期間はA+B信号用AD変換期間に相当する。   The ADC circuit 805a AD converts an A + B signal of the signal line 803 in the first column corresponding to the pixel unit 11 in the third row, which is output from the MPX circuit 804a, into a digital signal. Thereafter, the A + B signal output to the signal line 803 corresponding to the pixel section 11 in the odd numbered column among the 1 to 12 columns is AD converted to a digital signal. In the present embodiment, the period after time t7 corresponds to an A + B signal AD conversion period.

このように、A+B信号を読み出す前にA信号を読み出すことで、焦点検出用の信号と画像用信号の両方を読み出すことが可能となる。なお、焦点検出に用いるB信号は、A信号とA+B信号を読み出したのちに両者を減算することで算出する。   As described above, by reading out the A signal before reading out the A + B signal, it becomes possible to read out both the focus detection signal and the image signal. The B signal used for focus detection is calculated by reading out the A signal and the A + B signal and subtracting the two.

(第7の実施形態)
第1の実施形態乃至第3の実施形態において撮像素子106内部の構成に関して例示したが、画素部11から高速に信号を読み出すために、複数の回路を並列に配列し、それぞれの回路で同時読み出し動作が行われることとなる。一方で一眼レフに代表される撮像装置に用いられる撮像素子は対角長で数センチメートルのサイズとなる。そのため撮像素子内部の基準電圧レベル等の面内バラつきは無視できない。また、製造バラつきや回路の配線長の非対称性から並列に配列された回路ごとに出力バラつきが生じることがある。本実施形態においては、当該バラつきを補正する方法に関して説明する。なお、撮像素子106における読み出し回路に関しては、図8に示した第1の実施形態の読み出し回路を前提として説明する。なお、補正の例としてはオフセット補正およびゲイン補正があげられる。補正パラメータとしては事前にROM119等に記憶させておいた値を用いてもよいし、信号を読み出す直前または直後にリアルタイムに生成した値を用いて行ってもよい。
Seventh Embodiment
In the first to third embodiments, the internal configuration of the imaging device 106 is exemplified. However, in order to read out a signal from the pixel unit 11 at high speed, a plurality of circuits are arranged in parallel, and simultaneous readout is performed by each circuit An action will be performed. On the other hand, an imaging element used for an imaging apparatus represented by a single-lens reflex camera has a size of several centimeters in diagonal length. Therefore, in-plane variations such as the reference voltage level inside the imaging device can not be ignored. In addition, due to manufacturing variations or asymmetry of wiring lengths of circuits, output variations may occur in each circuit arranged in parallel. In the present embodiment, a method of correcting the variation will be described. The readout circuit in the image sensor 106 will be described on the premise of the readout circuit of the first embodiment shown in FIG. Note that examples of correction include offset correction and gain correction. As the correction parameter, a value stored in advance in the ROM 119 or the like may be used, or a value generated in real time may be used immediately before or after reading out the signal.

図23は一つの信号処理部21とそれに対応する画素ブロック12を示している。当該画素ブロック12は図8に示す通り、Rのカラーフィルタを有する画素部11が配置される1行目、3行目と、Gのカラーフィルタを有する画素部11が配置される2行目と4行目では異なるMPX回路804およびADC回路805を経由して読み出される。したがって、図23にPで示した1行目、3行目と、Qで示した2行目、4行目とでは異なる補正値を用いて補正することが望ましい。これは、周期的な回路では共通の回路バラつきが発生すると考えられるためであり、周期的に同一の補正値を用いることで、補正に用いるパラメータ数を低減することができ、もって処理負荷の低減および消費電力化を達成することができる。   FIG. 23 shows one signal processing unit 21 and the pixel block 12 corresponding thereto. As shown in FIG. 8, the pixel block 12 includes the first and third rows in which the pixel units 11 having R color filters are disposed, and the second row in which the pixel units 11 having G color filters are disposed. The fourth row is read out via different MPX circuits 804 and ADC circuits 805. Therefore, it is desirable to correct the first and third lines indicated by P in FIG. 23 and the second and fourth lines indicated by Q using different correction values. This is because it is considered that common circuit variations occur in a periodic circuit, and by using the same correction value periodically, the number of parameters used for correction can be reduced, thereby reducing the processing load. And power consumption can be achieved.

図24は第1の基板10における画素アレイおよびそれに対応する補正パラメータを示している。図24(a)に示すように画素アレイ内には水平方向にn個、垂直方向にm個の画素ブロック12を備えている。本実施形態の撮像素子106は垂直方向に隣接する画素ブロック12で、MPX回路およびADC回路を共通化する構成とする。この構成において、は回路を共通化している二つの画素ブロック12を一つの単位として、対応する補正パラメータを持つことが好ましい。図24(b)は各単位に対応する補正パラメータを示している。一つの矩形が一つの補正パラメータを表しており、それぞれの補正パラメータには図23で説明したように行ごとにPとQで示した補正パラメータが含まれる。   FIG. 24 shows the pixel array on the first substrate 10 and the corresponding correction parameters. As shown in FIG. 24A, n pixel blocks 12 in the horizontal direction and m pixel blocks 12 in the vertical direction are provided in the pixel array. The imaging element 106 of this embodiment is configured to share the MPX circuit and the ADC circuit in the pixel blocks 12 adjacent in the vertical direction. In this configuration, it is preferable to have corresponding correction parameters with two pixel blocks 12 sharing the circuit as one unit. FIG. 24 (b) shows correction parameters corresponding to each unit. One rectangle represents one correction parameter, and each correction parameter includes the correction parameters indicated by P and Q for each row as described in FIG.

なお、図23では行単位で異なる補正パラメータを備える例を示したが、これに限られるものではない。図8に示すように一つの列には複数本(図8においては4本)の信号線803が設けられている。そのため、それぞれの信号線803に対応して補正パラメータを備えることも有効である。図25は4本の信号線をA〜Dとして、それぞれの信号線に対応する補正パラメータを表している。図24を用いて説明したように、ADC回路を共通化している単位でも補正パラメータを備えるとして図25に示すように垂直方向に異なるパラメータを有している。   Although FIG. 23 illustrates an example in which different correction parameters are provided in units of rows, the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 8, a plurality of (four in FIG. 8) signal lines 803 are provided in one column. Therefore, it is also effective to provide a correction parameter corresponding to each signal line 803. In FIG. 25, four signal lines are denoted by A to D, and correction parameters corresponding to the respective signal lines are shown. As described with reference to FIG. 24, even in the unit in which the ADC circuit is made common, correction parameters are provided, and different parameters are provided in the vertical direction as shown in FIG.

以上、撮像素子106を構成する回路周期に合わせて補正パラメータを備える例を示したが、補正パラメータは画素ブロックごとに記憶せずに関数形式記憶するようにしてもよい。また、回路の周期性が加算読み出し動作等によって変化する場合には動作モードに応じて補正パラメータを切り替えることが好ましい。その他、ISO感度、露光時間等の撮像条件に応じて変更してもよい。なお。本実施形態においては、回路周期に合わせて補正パラメータを備えて補正する例を示したが、回路周期ごとに複数の補正を個別に行うようにしてもよい。   As described above, an example in which the correction parameter is provided in accordance with the circuit cycle constituting the imaging element 106 has been described, but the correction parameter may be stored in a function form without being stored for each pixel block. Further, when the periodicity of the circuit changes due to the addition read operation or the like, it is preferable to switch the correction parameter according to the operation mode. In addition, it may be changed according to imaging conditions such as ISO sensitivity and exposure time. In addition. In the present embodiment, an example in which the correction parameter is provided and corrected in accordance with the circuit cycle is shown, but a plurality of corrections may be performed individually for each circuit cycle.

(第8の実施形態)
図26は、撮像素子106のADC回路805の等価回路図である。ADC回路805は入力端子IN及び出力端子OUTを有し、入力端子INから入力されたアナログ信号Sin(MPX回路804の出力)をデジタル信号Soutに変換して出力端子OUTから出力する。このアナログ信号Sinは、第1の実施形態で説明した、N信号とA+B信号(S信号)の一方あるいは両方とすることができる。ADC回路805はMPX回路804の出力を5ビットの分解能でデジタル信号Soutに変換する。
Eighth Embodiment
FIG. 26 is an equivalent circuit diagram of the ADC circuit 805 of the imaging device 106. The ADC circuit 805 has an input terminal IN and an output terminal OUT, converts an analog signal Sin (output of the MPX circuit 804) input from the input terminal IN into a digital signal Sout, and outputs the digital signal Sout from the output terminal OUT. This analog signal Sin can be one or both of the N signal and the A + B signal (S signal) described in the first embodiment. The ADC circuit 805 converts the output of the MPX circuit 804 into a digital signal Sout with 5-bit resolution.

ADC回路805はアナログ信号Sinとの比較に用いられる比較信号を生成する生成回路810を更に有する。生成回路810はバイナリウェイトの容量値を有する複数の容量素子cp0〜cp4と、容量素子cp0〜cp4に接続された複数のスイッチsw0〜sw4とを有する。複数のスイッチsw0〜sw4によって、容量素子cp0〜cp4のうちの1つ以上を選択するスイッチ回路が構成される。バイナリウェイトとは、公比2の等比数列をなす重み(容量値)の集合のことである。図26の例では、容量素子cp0〜cp4は順に、1C、2C、4C、8C、16Cの容量値を有する。容量素子cp0〜cp4の一方の電極は生成回路810の供給端子SPLに接続され、他方の電極はそれぞれスイッチsw0〜sw4に接続される。スイッチsw0〜sw4はそれぞれ、一端が容量素子cp0〜cp4に接続され、他端が端子Aと端子Bとの間をトグルする。端子Aには接地電位GNDが供給され、端子Bには基準電圧VRFが供給される。基準電圧VRFはADC805の外部から供給される定電圧であり、接地電位GNDよりも大きな値である。スイッチsw0が端子Aにトグルすると、容量素子cp0に接地電位GNDが供給され、スイッチsw0が端子Bにトグルすると、容量素子cp0に基準電圧VRFが供給される。他のスイッチsw1〜sw4についても同様である。スイッチsw0〜sw4が切り替わることによって、供給端子SPLと基準電圧VRFとの間に接続される容量素子の合成容量値が変化し、その結果として供給端子SPLから出力される比較信号Vcmpの値が変化する。   The ADC circuit 805 further includes a generation circuit 810 that generates a comparison signal used for comparison with the analog signal Sin. The generation circuit 810 includes a plurality of capacitive elements cp0 to cp4 each having a binary weight capacitance value, and a plurality of switches sw0 to sw4 connected to the capacitive elements cp0 to cp4. The plurality of switches sw0 to sw4 constitute a switch circuit that selects one or more of the capacitive elements cp0 to cp4. The binary weight is a set of weights (capacitance values) forming a geometric progression of common ratio 2. In the example of FIG. 26, the capacitive elements cp0 to cp4 have capacitance values of 1C, 2C, 4C, 8C, and 16C in order. One electrode of each of the capacitive elements cp0 to cp4 is connected to the supply terminal SPL of the generation circuit 810, and the other electrode is connected to each of the switches sw0 to sw4. One end of each of the switches sw0 to sw4 is connected to the capacitive elements cp0 to cp4, and the other end toggles between the terminal A and the terminal B. The ground potential GND is supplied to the terminal A, and the reference voltage VRF is supplied to the terminal B. The reference voltage VRF is a constant voltage supplied from the outside of the ADC 805, and has a value larger than the ground potential GND. When the switch sw0 toggles to the terminal A, the ground potential GND is supplied to the capacitive element cp0, and when the switch sw0 toggles to the terminal B, the reference voltage VRF is supplied to the capacitive element cp0. The same applies to the other switches sw1 to sw4. By switching the switches sw0 to sw4, the combined capacitance value of the capacitive element connected between the supply terminal SPL and the reference voltage VRF changes, and as a result, the value of the comparison signal Vcmp output from the supply terminal SPL changes Do.

生成回路810の供給端子SPLには更に、ADC回路805の外部からのランプ信号Vrmpが容量素子cp5を介して供給される。容量素子cp5はランプ信号Vrmpの大きさを調整するための容量素子であり、1Cの容量値を有する。すなわち、容量素子cp5の容量値は、バイナリウェイトの容量値を有する容量素子群cp0〜cp4の最小の容量値と等しい。ランプ信号Vrmpの値が変化すると供給端子SPLから出力される比較信号Vcmpの値も変化する。   A ramp signal Vrmp from the outside of the ADC circuit 805 is further supplied to the supply terminal SPL of the generation circuit 810 via the capacitive element cp5. The capacitive element cp5 is a capacitive element for adjusting the magnitude of the ramp signal Vrmp, and has a capacitance value of 1C. That is, the capacitance value of the capacitive element cp5 is equal to the minimum capacitance value of the capacitive element groups cp0 to cp4 having a binary weight capacitance value. When the value of the ramp signal Vrmp changes, the value of the comparison signal Vcmp output from the supply terminal SPL also changes.

供給端子SPLと基準電圧VRFとの間に接続される容量素子の集合と、ランプ信号Vrmpの値とを組み合わせることによって、比較信号Vcmpは接地電位GND以上、基準電圧VRF以下の任意の値を取りうる。   By combining a set of capacitive elements connected between supply terminal SPL and reference voltage VRF, and the value of ramp signal Vrmp, comparison signal Vcmp takes any value higher than ground potential GND and lower than reference voltage VRF. sell.

ADC回路805は比較器815を更に有する。比較器815はアナログ信号Sinの値と比較信号Vcmpの値とを比較して、比較結果に応じた信号を出力する。比較器815の非反転端子には容量素子cp6を介してアナログ信号Sinが供給され、比較器815の反転端子には生成回路810の供給端子SPLから比較信号Vcmpが供給される。それにより、アナログ信号Sinの値が比較信号Vcmpの値以上の場合にHighレベルが出力され、アナログ信号Sinの値が比較信号Vcmpの値未満の場合にLowレベルが出力される。この例ではアナログ信号Sinの値と比較信号Vcmpの値が等しい場合にHighレベルを出力しているが、Lowレベルを出力してもよい。容量素子cp6はアナログ信号Sinの値を比較信号Vcmpとの比較が可能な範囲に調整する。本実施形態では、説明を簡単にするために、アナログ信号Sinの値は接地電位GND以上、基準電圧VRF以下であり、アナログ信号Sinと同じ大きさの信号が比較器815の非反転端子に供給される場合を扱う。   The ADC circuit 805 further comprises a comparator 815. The comparator 815 compares the value of the analog signal Sin with the value of the comparison signal Vcmp, and outputs a signal according to the comparison result. The analog signal Sin is supplied to the non-inversion terminal of the comparator 815 via the capacitive element cp6, and the comparison signal Vcmp is supplied to the inversion terminal of the comparator 815 from the supply terminal SPL of the generation circuit 810. Thus, the High level is output when the value of the analog signal Sin is equal to or greater than the value of the comparison signal Vcmp, and the Low level is output when the value of the analog signal Sin is less than the value of the comparison signal Vcmp. In this example, when the value of the analog signal Sin and the value of the comparison signal Vcmp are equal to each other, the High level is output, but the Low level may be output. The capacitive element cp6 adjusts the value of the analog signal Sin to a range where comparison with the comparison signal Vcmp is possible. In the present embodiment, in order to simplify the description, the value of the analog signal Sin is equal to or higher than the ground potential GND and equal to or lower than the reference voltage VRF, and a signal of the same size as the analog signal Sin is supplied to the non-inversion terminal of the comparator 815. Handle the case being

図26の例ではアナログ信号Sinを比較器815の非反転端子に供給し、比較信号Vcmpを比較器815の反転端子に供給するが、アナログ信号Sinの値と比較信号Vcmpの値との大小関係を判定できれば他の構成も取りうる。例えば、アナログ信号Sinと比較信号Vcmpとの差分を比較器815の非反転端子に供給し、接地電位GNDを比較器815の反転端子に供給してもよい。   Although the analog signal Sin is supplied to the non-inversion terminal of the comparator 815 and the comparison signal Vcmp is supplied to the inversion terminal of the comparator 815 in the example of FIG. 26, the magnitude relation between the value of the analog signal Sin and the value of the comparison signal Vcmp If it can be determined, other configurations can be taken. For example, the difference between the analog signal Sin and the comparison signal Vcmp may be supplied to the non-inversion terminal of the comparator 815, and the ground potential GND may be supplied to the inversion terminal of the comparator 815.

ADC回路805はスイッチsw5、sw6を更に有する。これらのスイッチsw5、sw6が導通状態になると、比較器815の非反転端子、反転端子に接地電位GNDが供給され、比較器815がリセットされる。   The ADC circuit 805 further includes switches sw5 and sw6. When the switches sw5 and sw6 become conductive, the ground potential GND is supplied to the non-inversion terminal and the inversion terminal of the comparator 815, and the comparator 815 is reset.

ADC回路805は、制御回路820を更に備える。制御回路820には比較器815から比較結果が供給され、制御回路820はこの比較結果に基づいてデジタル信号Soutを生成し、出力端子OUTから出力する。制御回路820はまた、各スイッチsw0〜sw6に制御信号を送信してその状態を切り替える。   The ADC circuit 805 further includes a control circuit 820. The control circuit 820 is supplied with the comparison result from the comparator 815, and the control circuit 820 generates a digital signal Sout based on the comparison result and outputs it from the output terminal OUT. The control circuit 820 also transmits control signals to the switches sw0 to sw6 to switch their states.

図27において、sw0〜sw6は制御回路820からスイッチsw0〜sw6に供給される制御信号の値を示す。スイッチsw0〜sw4は、供給される制御信号がHighレベルである場合に端子Bへトグルし、制御信号がLowレベルである場合に端子Aへトグルする。スイッチsw5、sw6は、供給される制御信号がHighレベルである場合に導通状態となり、制御信号がLowレベルである場合に非導通状態となる。図27の下側にはアナログ信号Sin及び比較信号Vcmpが示される。図27では、アナログ信号Sinの値が2進数で00110に相当する場合を例として扱う。   In FIG. 27, sw0 to sw6 indicate values of control signals supplied from the control circuit 820 to the switches sw0 to sw6. The switches sw0 to sw4 toggle to the terminal B when the supplied control signal is at the high level, and toggle to the terminal A when the control signal is at the low level. The switches sw5 and sw6 become conductive when the supplied control signal is at the high level, and become nonconductive when the control signal is at the low level. The lower side of FIG. 27 shows the analog signal Sin and the comparison signal Vcmp. In FIG. 27, the case where the value of the analog signal Sin corresponds to 00110 in binary notation is treated as an example.

続いて、ADC回路805のAD変換動作を時系列に沿って説明する。制御回路820は準備期間において、スイッチsw0〜sw4に供給される制御信号をLowレベルにし、スイッチsw5、sw6に供給される制御信号をHighレベルにする。これにより、比較器815の非反転端子及び反転端子が接地電位GNDにリセットされるとともに、比較信号Vcmpの値が接地電位GNDに等しくなる。その後、制御回路820はスイッチsw5、sw6に供給される制御信号をLowレベルにする。以降の動作において、比較器815の非反転端子にはアナログ信号Sinが供給され続ける。   Subsequently, the AD conversion operation of the ADC circuit 805 will be described in chronological order. In the preparation period, the control circuit 820 sets the control signals supplied to the switches sw0 to sw4 to the low level, and sets the control signals supplied to the switches sw5 and sw6 to the high level. Thereby, the non-inversion terminal and the inversion terminal of the comparator 815 are reset to the ground potential GND, and the value of the comparison signal Vcmp becomes equal to the ground potential GND. Thereafter, the control circuit 820 sets the control signal supplied to the switches sw5 and sw6 to the low level. In the subsequent operation, the analog signal Sin continues to be supplied to the non-inversion terminal of the comparator 815.

次に、逐次比較期間が始まると、制御回路820はスイッチsw4に供給される制御信号をHighレベルに変更する。これにより、スイッチsw4は端子Bにトグルし、バイナリウェイトの中で1番目に大きな容量値を有するキャパシタcp4を介して生成回路810の供給端子SPLに基準電圧VRFが印加される。その結果、比較信号VcmpがVRF/2だけ増加し、比較信号Vcmpの値はVRF/2に等しくなる。制御回路820は、比較器815からの比較結果に基づいて、アナログ信号Sinの値が比較信号Vcmpの値(VRF/2)よりも小さいと判定し、スイッチsw4に供給される制御信号をLowレベルに戻す。それにより、比較信号Vcmpの値は接地電位GNDに戻る。この比較結果は、デジタル信号Soutの値のMSB(LSBを1ビット目とした場合に5ビット目)が0であることを意味する。   Next, when the successive approximation period starts, the control circuit 820 changes the control signal supplied to the switch sw4 to the high level. As a result, the switch sw4 is toggled to the terminal B, and the reference voltage VRF is applied to the supply terminal SPL of the generation circuit 810 via the capacitor cp4 having the first largest capacitance value in the binary weight. As a result, the comparison signal Vcmp is increased by VRF / 2, and the value of the comparison signal Vcmp becomes equal to VRF / 2. The control circuit 820 determines that the value of the analog signal Sin is smaller than the value (VRF / 2) of the comparison signal Vcmp based on the comparison result from the comparator 815, and sets the control signal supplied to the switch sw4 to low level. Back to. Thereby, the value of the comparison signal Vcmp returns to the ground potential GND. The comparison result means that the MSB (the 5th bit when the LSB is the 1st bit) of the value of the digital signal Sout is 0.

次に、制御回路820はスイッチsw3に供給される制御信号をHighレベルに変更する。これにより、バイナリウェイトの中で2番目に大きな容量値を有するキャパシタcp3を介して生成回路810の供給端子SPLに基準電圧VRFが印加される。その結果、比較信号VcmpがVRF/4だけ増加し、比較信号Vcmpの値はVRF/4に等しくなる。制御回路820は、比較器815からの比較結果に基づいて、アナログ信号Sinの値が比較信号Vcmpの値(VRF/4)よりも小さいと判定し、スイッチsw3に供給される制御信号をLowレベルに戻す。それにより、比較信号Vcmpの値は接地電位GNDに戻る。この比較結果は、デジタル信号Soutの値の4ビット目が0であることを意味する。   Next, the control circuit 820 changes the control signal supplied to the switch sw3 to the high level. As a result, the reference voltage VRF is applied to the supply terminal SPL of the generation circuit 810 via the capacitor cp3 having the second largest capacitance value among the binary weights. As a result, the comparison signal Vcmp increases by VRF / 4, and the value of the comparison signal Vcmp becomes equal to VRF / 4. The control circuit 820 determines that the value of the analog signal Sin is smaller than the value (VRF / 4) of the comparison signal Vcmp based on the comparison result from the comparator 815, and sets the control signal supplied to the switch sw3 to low level. Back to. Thereby, the value of the comparison signal Vcmp returns to the ground potential GND. The comparison result means that the fourth bit of the value of the digital signal Sout is 0.

次に、制御回路820はスイッチsw2に供給される制御信号をHighレベルに変更する。これにより、バイナリウェイトの中で3番目に大きな容量値を有するキャパシタcp2を介して生成回路810の供給端子SPLに基準電圧VRFが印加される。その結果、比較信号VcmpがVRF/8だけ増加し、比較信号Vcmpの値はVRF/8に等しくなる。制御回路820は、比較器815からの比較結果に基づいて、アナログ信号Sinの値が比較信号Vcmpの値(VRF/8)よりも大きいと判定し、スイッチsw2に供給される制御信号をHighレベルのままにする。それにより、比較信号Vcmpの値はVRF/8に維持される。この比較結果は、デジタル信号Soutの値の3ビット目が1であることを意味する。   Next, the control circuit 820 changes the control signal supplied to the switch sw2 to the high level. As a result, the reference voltage VRF is applied to the supply terminal SPL of the generation circuit 810 via the capacitor cp2 having the third largest capacitance value among the binary weights. As a result, the comparison signal Vcmp increases by VRF / 8, and the value of the comparison signal Vcmp becomes equal to VRF / 8. The control circuit 820 determines that the value of the analog signal Sin is larger than the value (VRF / 8) of the comparison signal Vcmp based on the comparison result from the comparator 815, and sets the control signal supplied to the switch sw2 to the high level. Leave. Thereby, the value of the comparison signal Vcmp is maintained at VRF / 8. The comparison result means that the third bit of the value of the digital signal Sout is one.

次に、制御回路820はスイッチsw1に供給される制御信号をHighレベルに変更する。これにより、バイナリウェイトの中で4番目に大きな容量値を有するキャパシタcp1と、キャパシタcp2とを介して生成回路810の供給端子SPLに基準電圧VRFが印加される。その結果、比較信号VcmpがVRF/16だけ増加し、比較信号Vcmpの値はVRF*3/16に等しくなる。なお、本明細書で用いる「*」は乗算を意味している。制御回路820は、比較器815からの比較結果に基づいて、アナログ信号Sinの値が比較信号Vcmpの値(VRF*3/16)よりも大きいと判定し、スイッチsw1に供給される制御信号をHighレベルのままにする。それにより、比較信号Vcmpの値はVRF*3/16に維持される。この比較結果は、デジタル信号Soutの値の2ビット目が1であることを意味する。   Next, the control circuit 820 changes the control signal supplied to the switch sw1 to the high level. As a result, the reference voltage VRF is applied to the supply terminal SPL of the generation circuit 810 via the capacitor cp1 having the fourth largest capacitance value in the binary weight and the capacitor cp2. As a result, the comparison signal Vcmp increases by VRF / 16, and the value of the comparison signal Vcmp becomes equal to VRF * 3/16. As used herein, "*" means multiplication. The control circuit 820 determines that the value of the analog signal Sin is larger than the value (VRF * 3/16) of the comparison signal Vcmp based on the comparison result from the comparator 815, and controls the control signal supplied to the switch sw1. Stay high. Thereby, the value of the comparison signal Vcmp is maintained at VRF * 3/16. The comparison result means that the second bit of the value of the digital signal Sout is one.

最後に、制御回路820はスイッチsw0に供給される制御信号をHighレベルに変更する。これにより、バイナリウェイトの中で5番目に大きな容量値を有するキャパシタcp0と、cp1、cp2とを介して生成回路810の供給端子SPLに基準電圧VRFが印加される。その結果、比較信号VcmpがVRF/32だけ増加し、比較信号Vcmpの値はVRF*7/32に等しくなる。制御回路820は、比較器815からの比較結果に基づいて、アナログ信号Sinの値が比較信号Vcmpの値(VRF*7/32)よりも小さいと判定し、スイッチsw0に供給される制御信号をLowレベルに戻す。それにより、比較信号Vcmpの値はVRF*3/16に戻る。この比較結果は、デジタル信号Soutの値の1ビット目が0であることを意味する。   Finally, the control circuit 820 changes the control signal supplied to the switch sw0 to the high level. As a result, the reference voltage VRF is applied to the supply terminal SPL of the generation circuit 810 via the capacitor cp0 having the fifth largest capacitance value among the binary weights, and cp1 and cp2. As a result, the comparison signal Vcmp is increased by VRF / 32, and the value of the comparison signal Vcmp becomes equal to VRF * 7/32. The control circuit 820 determines that the value of the analog signal Sin is smaller than the value (VRF * 7/32) of the comparison signal Vcmp based on the comparison result from the comparator 815, and controls the control signal supplied to the switch sw0. Return to low level. Thereby, the value of the comparison signal Vcmp returns to VRF * 3/16. The comparison result means that the first bit of the value of the digital signal Sout is 0.

以上の逐次比較により、制御回路820はアナログ信号に対応するデジタル信号Soutが00110であると決定する。   By the above successive approximation, the control circuit 820 determines that the digital signal Sout corresponding to the analog signal is 00110.

このようにして、ADC回路805は、入力されるアナログ信号に対応するデジタル信号を生成するAD変換を行うことができる。   Thus, the ADC circuit 805 can perform AD conversion to generate a digital signal corresponding to the input analog signal.

なお、他のAD変換形式として逐次比較型のADC回路を用いた例を説明した。ADC回路805は、この逐次比較型のADC回路に限定されるものでは無い。例えば、他のADC回路として、ランプ信号比較型、デルタシグマ型、パイプライン型、フラッシュ型等の種々のADC回路を用いることができる。   An example using a successive approximation ADC circuit as another AD conversion format has been described. The ADC circuit 805 is not limited to this successive approximation ADC circuit. For example, as other ADC circuits, various ADC circuits such as ramp signal comparison type, delta sigma type, pipeline type, and flash type can be used.

(第9の実施形態)
各実施形態で説明した撮像素子106および撮像装置100は様々なアプリケーションに適用可能である。例えば、撮像素子106は可視光以外にも赤外光、紫外光、X線等の光のセンシングに用いることが可能である。また、撮像装置100はデジタルカメラに代表されるが他にも、スマートフォン等のカメラ付携帯電話、監視カメラ、ゲーム機器等にも適用可能である。さらに、内視鏡や血管撮像を行う医療機器や、肌や頭皮を観察する美容機器、スポーツやアクション動画を撮像するためのビデオカメラに適用できる。そして、交通監視やドライブレコーダー等の交通目的カメラ、天体観測や検体観察等の学術用途カメラ、カメラ付き家電製品、マシンビジョン等にも適用可能である。特にマシンビジョンとして、工場等におけるロボットには限られず、農業や漁業での活用も可能である。
Ninth Embodiment
The imaging device 106 and the imaging device 100 described in each embodiment can be applied to various applications. For example, the imaging device 106 can be used to sense light such as infrared light, ultraviolet light, and X-rays as well as visible light. The imaging device 100 is typically represented by a digital camera, but is also applicable to camera-equipped mobile phones such as smartphones, surveillance cameras, game devices, and the like. Furthermore, the present invention can be applied to a medical device for performing an endoscope or blood vessel imaging, a beauty device for observing a skin or a scalp, and a video camera for imaging a sports or action moving image. The present invention is also applicable to traffic purpose cameras such as traffic monitoring and drive recorders, academic purpose cameras such as astronomical observation and sample observation, home appliances with cameras, machine vision and the like. In particular, machine vision is not limited to robots in factories etc., and can be used in agriculture and fishery.

また、上記実施形態に示した撮像装置の構成は、一例を示したものであり、本発明を適用可能な撮像装置は、図1に示した構成に限定されるものではない。また、撮像装置の各部の回路構成も、各図に示した構成に限定されるものではない。   Further, the configuration of the imaging device shown in the above embodiment is an example, and the imaging device to which the present invention can be applied is not limited to the configuration shown in FIG. Also, the circuit configuration of each part of the imaging device is not limited to the configuration shown in each drawing.

本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。   The present invention supplies a program that implements one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or storage medium, and one or more processors in a computer of the system or apparatus read and execute the program. Can also be realized. It can also be implemented by a circuit (eg, an ASIC) that implements one or more functions.

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。   In addition, the said embodiment only shows the example of embodiment in the case of implementing this invention, and the technical scope of this invention should not be limitedly interpreted by these. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical concept or the main features thereof.

10 第1の基板
11 画素部
12 画素ブロック
20 第2の基板
21 信号処理部
100 撮像装置
106 撮像素子
803 信号線
804 MPX回路
805 ADC回路
806 PSAVE制御部
10 first substrate 11 pixel unit 12 pixel block 20 second substrate 21 signal processing unit 100 imaging device 106 imaging device 803 signal line 804 MPX circuit 805 ADC circuit 806 PSAVE control unit

Claims (9)

光電変換を行うための複数の画素を行列状に配置した画素アレイを有する第1の基板と、前記光電変換に基づく信号を処理する複数の信号処理部を行列状に配置した回路アレイを有する第2の基板とを積層した撮像素子であって、
前記画素アレイは複数の画素によって形成される画素ブロックを含み、
前記信号処理部と対応する画素ブロックとは複数の信号線によって接続され、
前記信号処理部は前記複数の信号線から同期間に入力される前記信号を加算する加算回路と前記加算回路によって加算した信号をアナログデジタル変換する変換回路とを備えることを特徴とする撮像素子。
A first substrate having a pixel array in which a plurality of pixels for performing photoelectric conversion are arranged in a matrix, and a circuit array in which a plurality of signal processing units for processing signals based on the photoelectric conversion are arranged in a matrix An imaging device in which two substrates are stacked,
The pixel array includes a pixel block formed by a plurality of pixels,
The signal processing unit and the corresponding pixel block are connected by a plurality of signal lines,
An image pickup device comprising: an addition circuit that adds the signals input from the plurality of signal lines during a synchronization; and a conversion circuit that converts the signal added by the addition circuit from analog to digital.
前記画素ごとに複数の光電変換部を備えることを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。   The imaging device according to claim 1, comprising a plurality of photoelectric conversion units for each of the pixels. 前記信号処理部は前記変換回路に対して前記複数の信号線の中からいずれの信号線を接続するかを選択する選択部をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の撮像素子。   3. The image pickup device according to claim 1, wherein the signal processing unit further includes a selection unit which selects which signal line is to be connected from the plurality of signal lines to the conversion circuit. . 前記画素アレイは異なる色のカラーフィルタを有する複数の画素を含み、
前記加算回路は前記画素ブロックに含まれる画素であって、行方向または列方向に隣りあう同色のカラーフィルタを有する画素に対応する信号を加算することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像素子。
The pixel array includes a plurality of pixels having color filters of different colors,
4. The signal processing apparatus according to claim 1, wherein the adding circuit adds signals corresponding to pixels which are included in the pixel block and which have color filters of the same color adjacent in the row direction or the column direction. An imaging device according to item 1.
前記加算回路は前記選択部によって2以上の信号線を選択することによって前記信号を加算することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像素子。   The image pickup device according to any one of claims 1 to 4, wherein the addition circuit adds the signals by selecting two or more signal lines by the selection unit. 前記加算回路は前記複数の信号線ごとにサンプルホールド回路を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の撮像素子。   The image pickup device according to any one of claims 1 to 5, wherein the addition circuit includes a sample and hold circuit for each of the plurality of signal lines. 前記変換回路に対する省電力動作を制御するための制御部をさらに備え、
前記制御部は前記変換回路がアナログデジタル変換の動作を行っていない期間に前記変換回路に対して省電力動作に制御することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像素子。
The control circuit further includes a control unit for controlling a power saving operation on the conversion circuit,
The imaging according to any one of claims 1 to 6, wherein the control unit controls the conversion circuit to perform a power saving operation while the conversion circuit is not performing an analog-to-digital conversion operation. element.
前記制御部は前記加算回路による前記信号を加算する動作に基づいて前記変換回路の省電力動作を制御することを特徴とする請求項7に記載の撮像素子。   8. The image pickup device according to claim 7, wherein the control unit controls a power saving operation of the conversion circuit based on an operation of adding the signals by the addition circuit. 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子から前記変換回路から出力されるデジタル信号を取得する取得手段と、
前記撮像素子の駆動を制御する駆動制御手段とを備え、
前記駆動手段は少なくとも、
前記加算回路によって加算した信号に基づくデジタル信号を前記取得手段によって取得するための第1の駆動モードと、
前記加算回路によらず非加算の信号に基づくデジタル信号を前記取得手段によって取得するための第2の駆動モードとを、有することを特徴とする撮像装置。
An imaging device according to any one of claims 1 to 8.
Acquisition means for acquiring a digital signal output from the conversion circuit from the imaging device;
Drive control means for controlling the drive of the image sensor;
The drive means at least
A first drive mode for acquiring, by the acquisition unit, a digital signal based on the signal added by the addition circuit;
An imaging apparatus comprising: a second drive mode for acquiring a digital signal based on a non-addition signal by the acquisition unit regardless of the addition circuit.
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