JP5219481B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、撮像装置及び撮像装置の制御方法に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus and a control method for the imaging apparatus.
デジタルカメラなどの撮像システムにおいて、被写体を撮像するためにCMOSセンサ型の撮像装置が用いられることがある。
CMOSセンサ型の撮像装置には、図8に示す回路構成が用いられることがある。 A CMOS sensor type imaging device may use the circuit configuration shown in FIG.
図8に示す撮像装置1は、画素配列PA、垂直走査回路ブロック121、複数の垂直出力線V0〜V2、及び読み出し部30を備える。
The
画素配列PAでは、複数の100(0,0)〜100(2,3)が行方向及び列方向に配列されている。図8には、画素配列PAに含まれる画素が3列×4行である場合が例示されている。 In the pixel array PA, a plurality of 100 (0, 0) to 100 (2, 3) are arranged in the row direction and the column direction. FIG. 8 illustrates a case where the pixels included in the pixel array PA are 3 columns × 4 rows.
垂直走査回路ブロック121は、画素選択線PSEL0〜PSEL3を介してアクティブな画素選択パルスφPSEL0〜φPSEL3を供給することにより、画素配列PAにおいて1行を選択する。また、垂直走査回路ブロック121は、画素リセット線PRES0〜PRES3を介してアクティブな画素リセットパルスφPRES0〜φPRES3を各画素に供給する。垂直走査回路ブロック121は、画素信号転送線PTX0〜PTX3を介してアクティブな画素信号転送パルスφPTX0〜φPTX3を各画素に供給する。
The vertical
複数の垂直出力線V0〜V2は、画素配列PAの各列の画素にそれぞれ接続されている。各垂直出力線V0〜V2は、画素配列PAの各列に沿って延びている。 The plurality of vertical output lines V0 to V2 are connected to the pixels in each column of the pixel array PA, respectively. Each vertical output line V0 to V2 extends along each column of the pixel array PA.
読み出し部30は、画素配列PAにおいて垂直走査回路ブロック121により選択された行の画素から複数の垂直出力線V0〜V2の一端V01〜V21で信号を読み出す。読み出し部30は、読み出した信号に応じて画像信号を生成して後段へ出力する。
The
次に、画素配列PAにおける各画素100(0,0)〜100(2,3)の構成を説明する。以下では、画素100(0,0)の構成を説明するが、他の画素の構成も画素100(0,0)の構成と同様である。 Next, the configuration of each pixel 100 (0, 0) to 100 (2, 3) in the pixel array PA will be described. Hereinafter, the configuration of the pixel 100 (0, 0) will be described, but the configuration of the other pixels is the same as the configuration of the pixel 100 (0, 0).
画素100(0,0)は、フォトダイオードPD、転送MOSトランジスタM1、フローティングディフュージョン(以下、FDとする)101、及び増幅MOSトランジスタM3を備える。画素100(0,0)は、リセットMOSトランジスタM2、増幅MOSトランジスタM3、及び選択MOSトランジスタM4を備える。 The pixel 100 (0, 0) includes a photodiode PD, a transfer MOS transistor M1, a floating diffusion (hereinafter referred to as FD) 101, and an amplification MOS transistor M3. The pixel 100 (0, 0) includes a reset MOS transistor M2, an amplification MOS transistor M3, and a selection MOS transistor M4.
フォトダイオードPDは、受けた光に応じて電荷を発生する。図8では、アノード側が接地された構成が例示されている。フォトダイオードPDのカソード側は、転送MOSトランジスタM1に接続されている。 The photodiode PD generates an electric charge according to the received light. FIG. 8 illustrates a configuration in which the anode side is grounded. The cathode side of the photodiode PD is connected to the transfer MOS transistor M1.
転送MOSトランジスタM1は、画素信号転送線PTX0を介してアクティブな転送信号がゲートに供給された際に、フォトダイオードPDに蓄積された電荷をFD101へ転送する。
The transfer MOS transistor M1 transfers the charge accumulated in the photodiode PD to the
FD101は、転送された電荷を電圧に変換して、その電位に応じた信号(光信号)を増幅MOSトランジスタM3のゲートへ入力する。
The
リセットMOSトランジスタM2は、画素リセット線PRES0を介してアクティブなリセット信号がゲートに供給された際に、そのドレインに供給されたリセット電源の電位に応じて、そのソースに接続されたFD101をリセットする。 When an active reset signal is supplied to the gate via the pixel reset line PRES0, the reset MOS transistor M2 resets the FD 101 connected to the source according to the potential of the reset power supplied to the drain. .
増幅MOSトランジスタM3は、FD101の電位に応じた信号がゲートに入力される。増幅MOSトランジスタM3は、選択MOSトランジスタM4がオンした際に、垂直出力線V0を介して接続された定電流源Iとともにソースフォロワ動作を行い、ゲートに入力された信号を増幅して選択MOSトランジスタM4経由で垂直出力線V0へ出力する。 選択MOSトランジスタM4は、画素選択線PSEL0を介してアクティブな画素選択パルスがゲートに供給された際にオンする。
In the amplification MOS transistor M3, a signal corresponding to the potential of the
次に、読み出し部30の構成を説明する。
Next, the configuration of the
読み出し部30は、クランプ容量C0、演算増幅器111、ノイズ信号転送スイッチM11、光信号転送スイッチM12、ノイズ信号保持容量CTN、及び光信号保持容量CTSを備える。読み出し部30は、水平走査回路ブロック122、水平転送スイッチM21、M22、及び差動回路ブロック112を備える。
The
クランプ容量C0は、垂直出力線V0〜V2に伝達されたノイズ信号又は光信号を蓄積する。また、クランプ容量C0は、所定のタイミングで演算増幅器111とともにクランプ動作を行い、蓄積しているノイズ信号又は光信号をクランプする。
The clamp capacitor C0 stores a noise signal or an optical signal transmitted to the vertical output lines V0 to V2. The clamp capacitor C0 performs a clamp operation together with the
演算増幅器111は、クランプ容量C0が反転入力端子に接続され、クランプ容量C0に蓄積された信号が伝達される。また、演算増幅器111は、クランプ電圧VC0Rが非反転入力端子に供給される。演算増幅器111は、その出力端子から、ノイズ信号又は光信号を出力する。
In the
ノイズ信号転送スイッチM11は、ノイズ信号転送線PTNを介してアクティブなノイズ信号転送パルスφPTNがゲートに供給された際に、オンして、演算増幅器111から出力されたノイズ信号をノイズ信号保持容量CTNへ転送する。
The noise signal transfer switch M11 is turned on when an active noise signal transfer pulse φPTN is supplied to the gate via the noise signal transfer line PTN, and the noise signal output from the
光信号転送スイッチM12は、光信号転送線PTSを介してアクティブな光信号転送パルスφPTSがゲートに供給された際に、オンして、演算増幅器111から出力された光信号を光信号保持容量CTSへ転送する。
The optical signal transfer switch M12 is turned on when an active optical signal transfer pulse φPTS is supplied to the gate via the optical signal transfer line PTS, and the optical signal output from the
ノイズ信号保持容量CTNは、転送されたノイズ信号を一時的に保持する。ノイズ信号保持容量CTNは、ノイズ信号が転送される電極と反対側の電極が接地されている。 The noise signal holding capacitor CTN temporarily holds the transferred noise signal. In the noise signal holding capacitor CTN, an electrode opposite to an electrode to which a noise signal is transferred is grounded.
光信号保持容量CTSは、転送された光信号を一時的に保持する。光信号保持容量CTSは、光信号が転送される電極と反対側の電極が接地されている。 The optical signal holding capacitor CTS temporarily holds the transferred optical signal. In the optical signal holding capacitor CTS, an electrode opposite to the electrode to which the optical signal is transferred is grounded.
水平走査回路ブロック122は、各列の水平転送スイッチM21、M22に供給する水平走査信号H0〜H2を順次にアクティブにする。
The horizontal
水平転送スイッチM21、M22は、水平走査回路ブロック122からアクティブな水平走査信号H0〜H2がゲートに供給された際に、オンする。これにより、ノイズ信号保持容量CTNに保持されたノイズ信号と、光信号保持容量CTSに保持された光信号とを、差動回路ブロック112へ供給する。
The horizontal transfer switches M21 and M22 are turned on when the active horizontal scanning signals H0 to H2 are supplied from the horizontal
差動回路ブロック112は、ノイズ信号と光信号との差分を演算して画像信号を生成する。そして、差動回路ブロック112は、生成した画像信号を後段へ出力する。
The
次に、撮像装置1における読み出し動作を、図9を用いて説明する。図9は、撮像装置1の動作を示すタイミングチャートである。
Next, a reading operation in the
垂直走査回路ブロック121は、画素選択パルスφPSEL0,φPSEL1,φPSEL2,φPSEL3を順次にアクティブにすることにより、画素配列PAの0行目、1行目、2行目、3行目と順次に選択する。すなわち、垂直走査回路ブロック121は、画素配列PAにおいて一端V01〜V21から最も遠い行から一端V01〜V21に最も近い行へと順次に行を選択する。
The vertical
読み出し部30は、画素配列PAにおいて垂直走査回路ブロック121により選択された行の画素から複数の垂直出力線V0〜V2の一端V01〜V21で信号を読み出す。読み出し部30は、画素配列PAの0行目、1行目、2行目、3行目から順次に信号を読み出す。読み出し部30は、水平走査信号H0〜H2が順次にアクティブになる水平走査期間に、読み出した信号を列ごとに順次に出力する。
The
タイミングT1では、垂直走査回路ブロック121が、画素選択パルスφPSEL0をアクティブ(ハイレベル)にする。これにより、画素配列PAの0行目の画素の選択MOSトランジスタM4がオンして、画素配列PAの0行目が選択される。
At timing T1, the vertical
タイミングT2では、垂直走査回路ブロック121が、画素リセットパルスφPRES0をアクティブ(ハイレベル)にする。これにより、画素配列PAの0行目の画素において、リセットMOSトランジスタM2がオンして、FD101がリセットされる。リセットされたFD101の電位に基づく信号(ノイズ信号)が増幅MOSトランジスタM3のゲートに入力され、0行目の画素のノイズ信号が増幅MOSトランジスタM3及び垂直出力線V0〜V2の一端V01〜V21で読み出し部30により読み出される。
At timing T2, the vertical
タイミングT3では、垂直走査回路ブロック121が、画素リセットパルスφPRES0をノンアクティブ(ローレベル)にする。これにより、FD101のリセットが終了する。
At timing T3, the vertical
タイミングT3〜T4の期間CP1では、0行目の画素から出力されたノイズ信号に応じた電圧により、垂直出力線V0〜V2の実効的な配線容量(破線で示す容量)とクランプ容量C0との容量比に応じてクランプ容量C0に電荷が充電(蓄積)される。そして、垂直出力線V0〜V2の電圧が充分安定するようになる。 In a period CP1 between timings T3 and T4, an effective wiring capacity (capacitance indicated by a broken line) of the vertical output lines V0 to V2 and a clamp capacity C0 are generated by a voltage corresponding to the noise signal output from the pixel in the 0th row. Charge is charged (accumulated) in the clamp capacitor C0 according to the capacitance ratio. Then, the voltages of the vertical output lines V0 to V2 are sufficiently stabilized.
タイミングT4では、垂直走査回路ブロック121が、クランプ電圧VC0Rの電位をローレベルからハイレベルにする。これにより、演算増幅器111とクランプ容量C0とによるクランプ動作が開始され、ノイズ信号がクランプされ始める。
At timing T4, the vertical scanning circuit block 121 changes the potential of the clamp voltage VC0R from the low level to the high level. As a result, the clamping operation by the
タイミングT5では、垂直走査回路ブロック121が、クランプ電圧VC0Rの電位をハイレベルからローレベルにする。これにより、演算増幅器111とクランプ容量C0とによるクランプ動作が終了し、ノイズ信号がクランプされる。
At timing T5, the vertical scanning circuit block 121 changes the potential of the clamp voltage VC0R from the high level to the low level. Thereby, the clamping operation by the
タイミングT6では、垂直走査回路ブロック121が、ノイズ信号転送パルスφPTNをアクティブ(ハイレベル)にする。これにより、ノイズ信号転送スイッチM11がオンして、クランプ容量C0に蓄積されたノイズ信号が演算増幅器111で増幅された後にノイズ信号保持容量CTNへ転送される。
At timing T6, the vertical
タイミングT7では、垂直走査回路ブロック121が、ノイズ信号転送パルスφPTNをノンアクティブ(ローレベル)にする。これにより、ノイズ信号がノイズ信号保持容量CTNに保持される。
At timing T7, the vertical
タイミングT8では、垂直走査回路ブロック121が、画素信号転送パルスφPTX0をハイレベルにする。これにより、画素配列PAの0行目の画素において、転送MOSトランジスタM1がオンして、フォトダイオードPDが蓄積した電荷がFD101へ転送される。そして、FD101の電位に基づく信号(光信号)が増幅MOSトランジスタM3のゲートに入力され、0行目の画素の光信号が増幅MOSトランジスタM3及び垂直出力線V0〜V2の一端で読み出し部30により読み出される。
At timing T8, the vertical
タイミングT9では、垂直走査回路ブロック121が、画素信号転送パルスφPTX0をノンアクティブ(ローレベル)にする。これにより、画素配列PAの0行目の画素において、転送MOSトランジスタM1がオフする。
At timing T9, the vertical
タイミングT9〜T10の期間CP2では、0行目の画素から出力された光信号に応じた電圧により、垂直出力線V0〜V2の実効的な配線容量(破線で示す容量)とクランプ容量C0との容量比に応じてクランプ容量C0に電荷が充電(蓄積)される。そして、垂直出力線V0〜V2の電圧が充分安定するようになる。 In a period CP2 between timings T9 and T10, an effective wiring capacity (capacitance indicated by a broken line) of the vertical output lines V0 to V2 and a clamp capacity C0 are generated by a voltage corresponding to the optical signal output from the pixel in the 0th row. Charge is charged (accumulated) in the clamp capacitor C0 according to the capacitance ratio. Then, the voltages of the vertical output lines V0 to V2 are sufficiently stabilized.
タイミングT10では、垂直走査回路ブロック121が、光信号転送パルスφPTSをアクティブ(ハイレベル)にする。これにより、光信号転送スイッチM12がオンして、クランプ容量C0に蓄積された光信号が演算増幅器111で増幅された後に光信号保持容量CTSへ転送される。
At timing T10, the vertical
タイミングT11では、垂直走査回路ブロック121が、光信号転送パルスφPTSをノンアクティブ(ローレベル)にする。これにより、光信号が光信号保持容量CTSに保持される。
At timing T11, the vertical
タイミングT12では、垂直走査回路ブロック121が、画素選択パルスφPSEL0をノンアクティブ(ローレベル)にする。これにより、画素配列PAの0行目の画素において、選択MOSトランジスタM4がオフする。画素配列PAの0行目が非選択状態になる。
At timing T12, the vertical
タイミングT13〜T14の期間(水平走査期間)では、水平走査回路ブロック122が、水平走査信号H0〜H2を順次にアクティブにする。画素配列PAの各列に対応した水平転送スイッチM21,M22が順次にオンする。これにより、0行目の各列の画素のノイズ信号及び光信号は、ノイズ信号保持容量CTN及び光信号保持容量CTSから各列について順次に差動回路ブロック112へ供給される。差動回路ブロック112は、ノイズ信号と光信号との差分を演算して画像信号を生成し、その画像信号を後段へ出力する。
In a period (horizontal scanning period) of timings T13 to T14, the horizontal scanning circuit block 122 sequentially activates the horizontal scanning signals H0 to H2. The horizontal transfer switches M21 and M22 corresponding to each column of the pixel array PA are sequentially turned on. Thereby, the noise signal and the optical signal of the pixel in each column of the 0th row are sequentially supplied from the noise signal holding capacitor CTN and the optical signal holding capacitor CTS to the
以上のようにして、画素配列PAの0行目の読み出し動作では、画素配列PAの0行目の各列の画素の画素信号が読み出されて、その画素信号に応じた画像信号が順次に後段へ出力される。そして、画素配列PAの1行目〜3行目の読み出し動作についても同様に繰り返される。その結果、1フレーム分の読み出し動作が完了する。 As described above, in the read operation of the 0th row of the pixel array PA, the pixel signals of the pixels in each column of the 0th row of the pixel array PA are read, and image signals corresponding to the pixel signals are sequentially transmitted. Output to the subsequent stage. The readout operation for the first to third rows of the pixel array PA is similarly repeated. As a result, the reading operation for one frame is completed.
ここで、図9に示す期間CP1,CP3,CP5,CP7は、画素から出力されたノイズ信号により、垂直出力線V0〜V2の配線容量WC1とクランプ容量C0との容量比に応じてクランプ容量C0に電荷が充電されるのに十分な期間である必要がある。同様に、期間CP2,CP4,CP6,CP8は、画素から出力された光信号により、垂直出力線V0〜V2の配線容量WC1とクランプ容量C0との容量比に応じてクランプ容量C0に電荷が充電されるのに十分な期間である必要がある。仮にクランプ容量C0が一定だとすると、垂直出力線の配線容量WC1が大きくなるほど、クランプ容量C0に電荷を充電するのに時間がかかるようになるので、期間CP1〜CP8の長さを長くしなければならなくなる可能性がある。 Here, in the periods CP1, CP3, CP5, and CP7 shown in FIG. 9, the clamp capacitance C0 is generated according to the capacitance ratio between the wiring capacitance WC1 of the vertical output lines V0 to V2 and the clamp capacitance C0 by the noise signal output from the pixel. It is necessary to have a sufficient period for the electric charge to be charged. Similarly, in periods CP2, CP4, CP6, and CP8, the clamp capacitor C0 is charged with an optical signal output from the pixel according to the capacitance ratio between the wiring capacitance WC1 and the clamp capacitance C0 of the vertical output lines V0 to V2. It needs to be long enough to be played. If the clamp capacitor C0 is constant, the longer the wiring capacitor WC1 of the vertical output line, the longer it takes to charge the clamp capacitor C0. Therefore, the length of the periods CP1 to CP8 must be increased. There is a possibility of disappearing.
特に、撮像装置1がデジタル一眼レフカメラ等の場合には使用される撮像センサが大型となる傾向にある。撮像センサが大型の場合、垂直出力線の配線長が長いため、配線容量も大きくなる可能性がある。また、撮像装置1の画素配列PAに含まれる各画素が微細化されることに対応して垂直出力線も微細化される傾向にあるため、隣接配線間距離が小さくなることにより配線間容量が大きくなることがある。その影響により垂直出力線の実効的な配線容量が大きくなる可能性がある。このように垂直出力線の配線容量WC1が大きくなると、上述のように期間CP1〜CP8の長さを長くしなければならなくなる可能性があるので、撮像装置1における1フレーム分の読み出し動作に要する時間が長くなる可能性がある。
In particular, when the
本発明の目的は、1フレーム分の読み出し動作に要する時間を短縮することができる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 apparatus capable of reducing the time required for the reading operation for one frame.
本発明の第1側面に係る撮像装置は、複数の画素が行方向及び列方向に配列された画素配列と、前記画素配列において少なくとも1行を選択する選択手段と、前記画素配列の各列に設けられ、各列の画素のそれぞれの信号を列方向に出力するための複数の出力線と、前記画素配列において前記選択手段により選択された行の画素から前記複数の出力線を介して信号を読み出す読み出し手段と、前記複数の出力線のそれぞれに、各行間において前記画素配列の行と行との間を電気的に切り離すための複数の切り離し手段とを備え、前記選択手段は、前記画素配列において、前記複数の出力線の出力端から最も遠い行から前記出力端に最も近い行へと順次に行を選択し、前記切り離し手段は、前記画素配列において信号が読み出された画素の行と読み出されていない画素の行との行間で前記複数の出力線を電気的に切り離すことを特徴とする。 An imaging apparatus according to a first aspect of the present invention includes a pixel array in which a plurality of pixels are arrayed in a row direction and a column direction, selection means for selecting at least one row in the pixel array, and each column of the pixel array. A plurality of output lines for outputting the respective signals of the pixels in each column in the column direction, and signals from the pixels in the row selected by the selection unit in the pixel array via the plurality of output lines. Read means for reading, and a plurality of separating means for electrically separating the rows of the pixel array between the rows in each of the plurality of output lines, and the selecting means includes the pixel array The plurality of output lines are sequentially selected from a row farthest from the output end of the plurality of output lines to a row closest to the output end, and the detaching means includes a row of pixels from which signals are read out in the pixel array. Between rows of the row of pixels that are not Desa see, characterized in that separating the plurality of output lines electrically.
本発明によれば1フレーム分の読み出し動作に要する時間を短縮することができる。 According to the present invention, the time required for the reading operation for one frame can be shortened.
本発明は、CMOSセンサ型の撮像装置を用いた撮像システムに関するもので、特に撮像装置の信号読み出しの高速化に関するものである。 The present invention relates to an imaging system using a CMOS sensor type imaging device, and more particularly to speeding up signal readout of the imaging device.
本発明の第1実施形態に係る撮像システム20aを、図1を用いて説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る撮像システム20aの構成図である。
An
撮像システム20aは、例えば、デジタルカメラやデジタルビデオカメラである。撮像システム20aは、撮影光学系19、メカニカルシャッタ2、撮像装置1a、タイミング信号発生回路5、駆動回路6、信号処理回路7、及び画像メモリ8を備える。撮像システム20aは、記録回路10、表示回路12、画像表示装置11、システム制御部13、不揮発性メモリ(以下、ROMとする)14、及び揮発性メモリ(以下、RAMとする)15を備える。撮像システム20aは、複数のスイッチ16〜18(電源SW16、第1SW17、及び第2SW18)を備える。
The
撮影光学系19は、入射した光を受けて、撮像装置1aの撮像面に被写体の像を形成する。撮影光学系19は、レンズおよび絞りを含む。
The imaging
メカニカルシャッタ2は、光路上において撮影光学系19と撮像装置1aとの間に設けられ、露出を制御する。
The
撮像装置1aは、その撮像面に形成された被写体の像を画像信号に変換する。撮像装置1aは、その画像信号を画素配列PAから読み出して出力する。
The
タイミング信号発生回路5は、システム制御部13から指令に応じて、撮影光学系1、メカニカルシャッタ2および撮像装置3を駆動させるための駆動信号の基準となる基準クロック信号を発生させる。タイミング信号発生回路5は、基準クロック信号を駆動回路6へ供給する。
The timing signal generation circuit 5 generates a reference clock signal that serves as a reference for drive signals for driving the photographing
駆動回路6は、基準クロック信号を受けて、撮影光学系19、メカニカルシャッタ2および撮像装置3をそれぞれ駆動させるための駆動信号を生成する。駆動回路6は、各駆動信号を撮影光学系19、メカニカルシャッタ2および撮像装置1aにそれぞれ供給する。
The drive circuit 6 receives the reference clock signal and generates drive signals for driving the imaging
信号処理回路7は、撮像装置1aから画像信号を受けて、画像信号に対してA/D変換を行ったり各種の補正等の演算処理(信号処理)を行い、画像データを生成する。この画像データは、画像メモリ8、記録回路10、及びシステム制御部13などへ供給される。
The signal processing circuit 7 receives the image signal from the
画像メモリ8は、信号処理された画像データを信号処理回路7から受けて記憶する。
The
記録回路10には、記録媒体9が取り外し可能に接続される。記録回路10は、信号処理された画像データを信号処理回路7から受けて、その接続された記録媒体9に画像データを記録する。
A recording medium 9 is detachably connected to the
表示回路12は、信号処理された画像データを信号処理回路7から受けて、その画像データを表示用の信号に変換する。
The
画像表示装置11は、表示用の信号を表示回路12から受けて、画像データに応じた画像を表示する。
The
システム制御部13は、撮像システム20aを全体的に制御する。
The
ROM14は、システム制御部13で実行される制御方法を記載したプログラム、プログラムを実行する際に使用されるパラメータやテーブル等の制御データ、および、欠陥画素情報等の補正データを記憶している。システム制御部13は、所定の制御動作を行う際に必要に応じてこれらの情報を参照する。
The
RAM15は、システム制御部13が所定の制御動作を行う際における一時的な記憶領域(作業領域)として使用される。
The
複数のスイッチ16〜18は、システム制御部13に接続され、それぞれの状態に応じた処理を実行する。各スイッチ16〜18は、例えば、次のような処理を実行する。
The plurality of
電源SW16は、電源ボタン(図示せず)が押された状態であることに応じて、撮像システム20aを起動させるための処理を実行する。
The
第1SW17は、シャッターボタン(図示せず)が第1の状態(例えば、半押し状態)であることに応じて、測光処理、測距処理等の撮影準備動作を指示する信号を発生させて、それらの信号をシステム制御部13へ供給する。これにより、システム制御部13は、測光処理、測距処理等の撮影準備動作のための制御動作を行う。
In response to the shutter button (not shown) being in the first state (for example, half-pressed state), the
第2SW18は、シャッターボタン(図示せず)が第2の状態(例えば、全押し状態)であることに応じて、撮像動作の開始を指示する信号を発生させて、その信号をシステム制御部13へ供給する。これにより、システム制御部13は、撮像動作のための制御動作を開始する。すなわち、ミラー(図示せず)及びメカニカルシャッタ2、撮像装置3の電子シャッタが駆動されて、撮像装置3から読み出された画像信号が信号処理回路7、記録回路10を介して記録媒体9に書き込まれる一連の撮像動作が行われる。
The
次に、本発明の第1実施形態における撮像装置1aを、図2を用いて説明する。図2は、本発明の第1実施形態における撮像装置1aの構成図である。撮像装置1aを構成する各回路素子は、半導体集積回路の製造技術によって、特に制限されないが、単結晶シリコンのような1個の半導体基板上において形成される。
Next, the
撮像装置1aは、画素配列PA、垂直走査回路ブロック(選択手段)121a、複数の垂直出力線V0a〜V2a、複数の切り離し部(複数の切り離し手段)MVOFF00a〜MVOFF22a及び読み出し部(読み出し手段)30を備える。
The
画素配列PAでは、複数の画素100(0,0)〜100(2,3)が行方向及び列方向に配列されている。図2には、画素配列PAに含まれる画素が3列×4行である場合が例示されている。 In the pixel array PA, a plurality of pixels 100 (0, 0) to 100 (2, 3) are arrayed in the row direction and the column direction. FIG. 2 illustrates a case where the pixels included in the pixel array PA are 3 columns × 4 rows.
垂直走査回路ブロック121aは、画素選択線PSEL0〜PSEL3を介してアクティブな画素選択パルスφPSEL0〜φPSEL3を供給することにより、画素配列PAにおいて1行を選択する。また、垂直走査回路ブロック121aは、画素リセット線PRES0〜PRES3を介してアクティブな画素リセットパルスφPRES0〜φPRES3を各画素に供給する。垂直走査回路ブロック121aは、画素信号転送線PTX0〜PTX3を介してアクティブな画素信号転送パルスφPTX0〜φPTX3を各画素に供給する。垂直走査回路ブロック121aは、切り離し線PVOFF0a〜PVOFF2aを介してアクティブな切り離しパルスφPVOFF0a〜φPVOFF2aを複数の切り離し部MVOFF00a〜MVOFF22aに供給する。
The vertical
複数の垂直出力線V0a〜V2aは、画素配列PAの各列の画素にそれぞれ接続されている。各垂直出力線V0a〜V2aは、画素配列PAの各列に沿って延びている。ここで、初期状態における垂直出力線V0a〜V2aの配線容量をWC1とする。 The plurality of vertical output lines V0a to V2a are respectively connected to the pixels in each column of the pixel array PA. Each vertical output line V0a to V2a extends along each column of the pixel array PA. Here, the wiring capacity of the vertical output lines V0a to V2a in the initial state is WC1.
複数の切り離し部MVOFF00a〜MVOFF22aは、複数の垂直出力線V0a〜V2aのそれぞれにおいて画素配列PAの行の間の複数の部分の全てに設けられている。これにより、複数の切り離し部MVOFF00a〜MVOFF22aは、複数の垂直出力線V0a〜V2aのそれぞれにおいて、画素配列PAの行の間の複数の部分の全てを電気的に切り離す。例えば、複数の切り離し部MVOFF00a〜MVOFF22aは、画素配列PAにおいて信号が読み出された行の画素と読み出し部30とを電気的に切り離す。
The plurality of separation portions MVOFF00a to MVOFF22a are provided in all of the plurality of portions between the rows of the pixel array PA in each of the plurality of vertical output lines V0a to V2a. Accordingly, the plurality of separation units MVOFF00a to MVOFF22a electrically separate all of the plurality of portions between the rows of the pixel array PA in each of the plurality of vertical output lines V0a to V2a. For example, the plurality of separation units MVOFF00a to MVOFF22a electrically separate the pixels in the row from which the signal is read in the pixel array PA and the
読み出し部30は、画素配列PAにおいて垂直走査回路ブロック121aにより選択された行の画素から複数の垂直出力線V0a〜V2aの一端V0a1〜V2a1で信号を読み出す。読み出し部30は、読み出した信号に応じて画像信号を生成して後段へ出力する。
The
次に、画素配列PAにおける各画素100(0,0)〜100(2,3)の構成を説明する。以下では、画素100(0,0)の構成を説明するが、他の画素の構成も画素100(0,0)の構成と同様である。 Next, the configuration of each pixel 100 (0, 0) to 100 (2, 3) in the pixel array PA will be described. Hereinafter, the configuration of the pixel 100 (0, 0) will be described, but the configuration of the other pixels is the same as the configuration of the pixel 100 (0, 0).
画素100(0,0)は、フォトダイオードPD、転送MOSトランジスタM1、フローティングディフュージョン(以下、FDとする)101、及び増幅MOSトランジスタM3を備える。画素100(0,0)は、リセットMOSトランジスタM2、増幅MOSトランジスタM3、及び選択MOSトランジスタM4を備える。 The pixel 100 (0, 0) includes a photodiode PD, a transfer MOS transistor M1, a floating diffusion (hereinafter referred to as FD) 101, and an amplification MOS transistor M3. The pixel 100 (0, 0) includes a reset MOS transistor M2, an amplification MOS transistor M3, and a selection MOS transistor M4.
フォトダイオードPDは、受けた光に応じて電荷を発生する。図2では、アノード側が接地された構成が例示されている。フォトダイオードPDのカソード側は、転送MOSトランジスタM1に接続されている。 The photodiode PD generates an electric charge according to the received light. FIG. 2 illustrates a configuration in which the anode side is grounded. The cathode side of the photodiode PD is connected to the transfer MOS transistor M1.
転送MOSトランジスタM1は、画素信号転送線PTX0を介してアクティブな転送信号がゲートに供給された際に、フォトダイオードPDに蓄積された電荷をFD101へ転送する。
The transfer MOS transistor M1 transfers the charge accumulated in the photodiode PD to the
FD101は、転送された電荷を電圧に変換して、その電位に応じた信号(光信号)を増幅MOSトランジスタM3のゲートへ入力する。
The
リセットMOSトランジスタM2は、画素リセット線PRES0を介してアクティブなリセット信号がゲートに供給された際に、そのドレインに供給されたリセット電源の電位に応じて、そのソースに接続されたFD101をリセットする。
When an active reset signal is supplied to the gate via the pixel reset line PRES0, the reset MOS transistor M2 resets the
増幅MOSトランジスタM3は、FD101の電位に応じた信号がゲートに入力される。増幅MOSトランジスタM3は、選択MOSトランジスタM4がオンした際に、垂直出力線V0を介して接続された定電流源Iとともにソースフォロワ動作を行い、ゲートに入力された信号を増幅して選択MOSトランジスタM4経由で垂直出力線V0へ出力する。 選択MOSトランジスタM4は、画素選択線PSEL0を介してアクティブな画素選択パルスがゲートに供給された際にオンする。
In the amplification MOS transistor M3, a signal corresponding to the potential of the
次に、複数の切り離し部MVOFF00a〜MVOFF22aの構成を説明する。以下では、0列目の垂直出力線V0aに接続された切り離し部MVOFF00a〜MVOFF02aを中心に説明する。他の垂直出力線V1a,V2aに接続された切り離し部MVOFF10a〜MVOFF22aに関しても、切り離し部MVOFF00a〜MVOFF02aと同様である。 Next, the configuration of the plurality of separation units MVOFF00a to MVOFF22a will be described. In the following, description will be made centering on the disconnecting portions MVOFF00a to MVOFF02a connected to the vertical output line V0a of the 0th column. The disconnecting portions MVOFF10a to MVOFF22a connected to the other vertical output lines V1a and V2a are the same as the disconnecting portions MVOFF00a to MVOFF02a.
切り離し部MVOFF00aは、垂直出力線V0aにおいて画素配列PAの0行目と1行目との間に設けられている。切り離し部MVOFF00aは、例えばMOSトランジスタである。この場合、切り離し部MVOFF00aは、そのドレインが0行目の画素100(0,0)に接続され、そのソースが1行目以降の画素100(0,1)〜100(0,3)及び読み出し部30に接続されている。切り離し部MVOFF00aは、アクティブな切り離しパルスφPVOFF0aがゲートに供給された際に、オンして、0行目の画素100(0,0)と読み出し部30とを電気的に接続する。この状態では、垂直出力線V0aの実効的な長さがL1aである。
The separation unit MVOFF00a is provided between the 0th and 1st rows of the pixel array PA on the vertical output line V0a. The separation unit MVOFF00a is, for example, a MOS transistor. In this case, in the separation unit MVOFF00a, the drain is connected to the pixel 100 (0, 0) in the 0th row, the source is the pixels 100 (0, 1) to 100 (0, 3) and the readout in the first row and thereafter. Connected to the
切り離し部MVOFF00aは、ノンアクティブな切り離しパルスφPVOFF0aがゲートに供給された際に、オフして、0行目の画素100(0,0)と読み出し部30とを電気的に切り離す。この状態では、垂直出力線V0aの実効的な長さがL2a(<L1a)になる。これにより、垂直出力線V0aの実効的な長さがL1aである場合の配線容量WC1に比べて、垂直出力線V0aの配線容量WC2が小さくなる。
The separation unit MVOFF00a is turned off when the non-active separation pulse φPVOFF0a is supplied to the gate, and electrically separates the pixel 100 (0, 0) in the 0th row from the
切り離し部MVOFF01aは、垂直出力線V0aにおいて画素配列PAの1行目と2行目との間に設けられている。切り離し部MVOFF01aは、例えばMOSトランジスタである。この場合、切り離し部MVOFF01aは、そのドレインが0行目及び1行目の画素100(0,0),100(0,1)に接続され、そのソースが2行目以降の画素100(0,2),100(0,3)及び読み出し部30に接続されている。切り離し部MVOFF01aは、アクティブな切り離しパルスφPVOFF1aがゲートに供給された際に、オンして、0行目及び1行目の画素100(0,0),100(0,1)と読み出し部30とを電気的に接続する。切り離し部MVOFF01aは、ノンアクティブな切り離しパルスφPVOFF1aがゲートに供給された際に、オフして、0行目及び1行目の画素100(0,0),100(0,1)と読み出し部30とを電気的に切り離す。この状態では、垂直出力線V0aの実効的な長さがL3a(<L2a)になる。これにより、垂直出力線V0aの実効的な長さがL2aである場合の配線容量WC2に比べて、垂直出力線V0aの配線容量WC3が小さくなる。
The separation unit MVOFF01a is provided between the first row and the second row of the pixel array PA on the vertical output line V0a. The separation unit MVOFF01a is, for example, a MOS transistor. In this case, the separation unit MVOFF01a has its drain connected to the pixels 100 (0,0) and 100 (0,1) in the 0th and 1st rows, and its source as the pixels 100 (0,0) in the second and subsequent rows. 2), 100 (0, 3) and the
切り離し部MVOFF02aは、垂直出力線V0aにおいて画素配列PAの2行目と3行目との間に設けられている。切り離し部MVOFF02aは、例えばMOSトランジスタである。この場合、切り離し部MVOFF02aは、そのドレインが0行目〜2行目の画素100(0,0)〜100(0,2)に接続され、そのソースが3行目以降の画素100(0,3)及び読み出し部30に接続されている。切り離し部MVOFF02aは、アクティブな切り離しパルスφPVOFF2aがゲートに供給された際に、オンして、0行目〜2行目の画素100(0,0)〜100(0,2)と読み出し部30とを電気的に接続する。切り離し部MVOFF02aは、ノンアクティブな切り離しパルスφPVOFF2aがゲートに供給された際に、オフして、0行目〜2行目の画素100(0,0)〜100(0,2)と読み出し部30とを電気的に切り離す。この状態では、垂直出力線V0aの実効的な長さがL4a(<L3a)になる。これにより、垂直出力線V0aの実効的な長さがL3aである場合の配線容量WC3に比べて、垂直出力線V0aの配線容量WC4が小さくなる。
The separation unit MVOFF02a is provided between the second and third rows of the pixel array PA on the vertical output line V0a. The separation unit MVOFF02a is, for example, a MOS transistor. In this case, in the separation unit MVOFF02a, the drain is connected to the pixels 100 (0, 0) to 100 (0, 2) in the 0th row to the 2nd row, and the source is the pixel 100 (0, 0) in the 3rd row and thereafter. 3) and the
次に、読み出し部30の構成を説明する。
Next, the configuration of the
読み出し部30は、クランプ容量C0、演算増幅器111、ノイズ信号転送スイッチM11、光信号転送スイッチM12、ノイズ信号保持容量CTN、及び光信号保持容量CTSを備える。読み出し部30は、水平走査回路ブロック122、水平転送スイッチM21、M22、及び差動回路ブロック112を備える。
The
クランプ容量C0は、垂直出力線V0a〜V2aに伝達されたノイズ信号又は光信号を蓄積する。また、クランプ容量C0は、所定のタイミングで演算増幅器111とともにクランプ動作を行い、蓄積しているノイズ信号又は光信号をクランプする。
The clamp capacitor C0 stores a noise signal or an optical signal transmitted to the vertical output lines V0a to V2a. The clamp capacitor C0 performs a clamp operation together with the
演算増幅器111は、クランプ容量C0が反転入力端子に接続され、クランプ容量C0に蓄積された信号が伝達される。また、演算増幅器111は、クランプ電圧VC0Rが非反転入力端子に供給される。演算増幅器111は、その出力端子から、ノイズ信号又は光信号を出力する。
In the
ノイズ信号転送スイッチM11は、ノイズ信号転送線PTNを介してアクティブなノイズ信号転送パルスφPTNがゲートに供給された際に、オンして、演算増幅器111から出力されたノイズ信号をノイズ信号保持容量CTNへ転送する。
The noise signal transfer switch M11 is turned on when an active noise signal transfer pulse φPTN is supplied to the gate via the noise signal transfer line PTN, and the noise signal output from the
光信号転送スイッチM12は、光信号転送線PTSを介してアクティブな光信号転送パルスφPTSがゲートに供給された際に、オンして、演算増幅器111から出力された光信号を光信号保持容量CTSへ転送する。
The optical signal transfer switch M12 is turned on when an active optical signal transfer pulse φPTS is supplied to the gate via the optical signal transfer line PTS, and the optical signal output from the
ノイズ信号保持容量CTNは、転送されたノイズ信号を一時的に保持する。ノイズ信号保持容量CTNは、ノイズ信号が転送される電極と反対側の電極が接地されている。 The noise signal holding capacitor CTN temporarily holds the transferred noise signal. In the noise signal holding capacitor CTN, an electrode opposite to an electrode to which a noise signal is transferred is grounded.
光信号保持容量CTSは、転送された光信号を一時的に保持する。光信号保持容量CTSは、光信号が転送される電極と反対側の電極が接地されている。 The optical signal holding capacitor CTS temporarily holds the transferred optical signal. In the optical signal holding capacitor CTS, an electrode opposite to the electrode to which the optical signal is transferred is grounded.
水平走査回路ブロック122は、各列の水平転送スイッチM21、M22に供給する水平走査信号H0〜H2を順次にアクティブにする。 The horizontal scanning circuit block 122 sequentially activates horizontal scanning signals H0 to H2 supplied to the horizontal transfer switches M21 and M22 of each column.
水平転送スイッチM21、M22は、水平走査回路ブロック122からアクティブな水平走査信号H0〜H2がゲートに供給された際に、オンする。これにより、ノイズ信号保持容量CTNに保持されたノイズ信号と、光信号保持容量CTSに保持された光信号とを、差動回路ブロック112へ供給する。
The horizontal transfer switches M21 and M22 are turned on when the active horizontal scanning signals H0 to H2 are supplied from the horizontal
差動回路ブロック112は、ノイズ信号と光信号との差分を演算して画像信号を生成する。そして、差動回路ブロック112は、生成した画像信号を後段へ出力する。
The
次に、撮像装置1aにおける読み出し動作を、図3を用いて説明する。図3は、撮像装置1aの動作を示すタイミングチャートである。
Next, a reading operation in the
垂直走査回路ブロック121aは、画素選択パルスφPSEL0,φPSEL1,φPSEL2,φPSEL3を順次にアクティブにすることにより、画素配列PAの0行目、1行目、2行目、3行目と順次に選択する。すなわち、垂直走査回路ブロック121aは、画素配列PAにおいて一端V0a1〜V2a1から最も遠い行から一端V0a1〜V2a1に最も近い行へと順次に行を選択する。
The vertical
読み出し部30は、画素配列PAにおいて垂直走査回路ブロック121aにより選択された行の画素から複数の垂直出力線V0a〜V2aの一端V0a1〜V2a1で信号を読み出す。読み出し部30は、画素配列PAの0行目、1行目、2行目、3行目から順次に信号を読み出す。読み出し部30は、水平走査信号H0〜H2が順次にアクティブになる水平走査期間に、読み出した信号を列ごとに順次に出力する。
The
タイミングT0aでは、垂直走査回路ブロック121aが、切り離しパルスφPVOFF0a〜PVOFF2aをアクティブにする。これにより、複数の切り離し部MVOFF00a〜MVOFF22aがオンして、複数の垂直出力線V0a〜V2aの実効的な長さがいずれもL1aとなる。
At timing T0a, the vertical
タイミングT1では、垂直走査回路ブロック121aが、画素選択パルスφPSEL0をアクティブ(ハイレベル)にする。これにより、画素配列PAの0行目の画素の選択MOSトランジスタM4がオンして、画素配列PAの0行目が選択される。また、垂直走査回路ブロック121aは、切り離しパルスφPVOFF0a〜PVOFF2aをアクティブにする。これにより、複数の切り離し部MVOFF00a〜MVOFF22aがオンして、複数の垂直出力線V0a〜V2aの実効的な長さがいずれもL1aとなる。
At timing T1, the vertical
タイミングT2では、垂直走査回路ブロック121aが、画素リセットパルスφPRES0をアクティブ(ハイレベル)にする。これにより、画素配列PAの0行目の画素において、リセットMOSトランジスタM2がオンして、FD101がリセットされる。そして、リセットされたFD101の電位に基づく信号(ノイズ信号)が増幅MOSトランジスタM3のゲートに入力される。0行目の画素のノイズ信号が増幅MOSトランジスタM3及び垂直出力線V0a〜V2aの一端V0a1〜V2a1で読み出し部30により読み出される。
At timing T2, the vertical
タイミングT3では、垂直走査回路ブロック121aが、画素リセットパルスφPRES0をノンアクティブ(ローレベル)にする。これにより、FD101のリセットが終了する。
At timing T3, the vertical
タイミングT3〜T4の期間CP1では、0行目の画素から出力されたノイズ信号に応じた電圧により、垂直出力線V0a〜V2aの実効的な配線容量(破線で示す容量)WC1とクランプ容量C0との容量比に応じてクランプ容量C0に電荷が充電(蓄積)される。そして、垂直出力線V0a〜V2aの電圧が充分安定するようになる。 In a period CP1 between timings T3 and T4, the effective wiring capacitances (capacities indicated by broken lines) WC1 and clamp capacitances C0 of the vertical output lines V0a to V2a are generated by a voltage corresponding to the noise signal output from the pixel in the 0th row. The charge is charged (accumulated) in the clamp capacitor C0 according to the capacitance ratio. Then, the voltages of the vertical output lines V0a to V2a are sufficiently stabilized.
タイミングT4では、垂直走査回路ブロック121aが、クランプ電圧VC0Rの電位をローレベルからハイレベルにする。これにより、演算増幅器111とクランプ容量C0とによるクランプ動作が開始され、ノイズ信号がクランプされ始める。
At timing T4, the vertical
タイミングT5では、垂直走査回路ブロック121aが、クランプ電圧VC0Rの電位をハイレベルからローレベルにする。これにより、演算増幅器111とクランプ容量C0とによるクランプ動作が終了し、ノイズ信号がクランプされる。
At timing T5, the vertical
タイミングT6では、垂直走査回路ブロック121aが、ノイズ信号転送パルスφPTNをアクティブ(ハイレベル)にする。これにより、ノイズ信号転送スイッチM11がオンして、クランプ容量C0に蓄積されたノイズ信号が演算増幅器111で増幅された後にノイズ信号保持容量CTNへ転送される。
At timing T6, the vertical
タイミングT7では、垂直走査回路ブロック121aが、ノイズ信号転送パルスφPTNをノンアクティブ(ローレベル)にする。これにより、ノイズ信号がノイズ信号保持容量CTNに保持される。
At timing T7, the vertical
タイミングT8では、垂直走査回路ブロック121aが、画素信号転送パルスφPTX0をハイレベルにする。これにより、画素配列PAの0行目の画素において、転送MOSトランジスタM1がオンして、フォトダイオードPDが蓄積した電荷がFD101へ転送される。そして、FD101の電位に基づく信号(光信号)が増幅MOSトランジスタM3のゲートに入力され、0行目の画素の光信号が増幅MOSトランジスタM3及び垂直出力線V0a〜V2aの一端V0a1〜V2a1で読み出し部30により読み出される。
At timing T8, the vertical
タイミングT9では、垂直走査回路ブロック121aが、画素信号転送パルスφPTX0をノンアクティブ(ローレベル)にする。これにより、画素配列PAの0行目の画素において、転送MOSトランジスタM1がオフする。
At timing T9, the vertical
タイミングT9〜T10の期間CP2では、0行目の画素から出力された光信号に応じた電圧により、垂直出力線V0a〜V2aの実効的な配線容量(破線で示す容量)WC1とクランプ容量C0との容量比に応じてクランプ容量C0に電荷が充電(蓄積)される。そして、垂直出力線V0a〜V2aの電圧が充分安定するようになる。 In a period CP2 between timings T9 and T10, the effective wiring capacitances (capacities indicated by broken lines) WC1 and clamp capacitances C0 of the vertical output lines V0a to V2a are determined by the voltage corresponding to the optical signal output from the pixel in the 0th row. The charge is charged (accumulated) in the clamp capacitor C0 according to the capacitance ratio. Then, the voltages of the vertical output lines V0a to V2a are sufficiently stabilized.
タイミングT10では、垂直走査回路ブロック121aが、光信号転送パルスφPTSをアクティブ(ハイレベル)にする。これにより、光信号転送スイッチM12がオンして、クランプ容量C0に蓄積された光信号が演算増幅器111で増幅された後に光信号保持容量CTSへ転送される。
At timing T10, the vertical
タイミングT11では、垂直走査回路ブロック121aが、光信号転送パルスφPTSをノンアクティブ(ローレベル)にする。これにより、光信号が光信号保持容量CTSに保持される。
At timing T11, the vertical
タイミングT12aでは、垂直走査回路ブロック121aが、画素選択パルスφPSEL0をノンアクティブ(ローレベル)にする。これにより、画素配列PAの0行目の画素において、選択MOSトランジスタM4がオフする。画素配列PAの0行目が非選択状態になる。また、垂直走査回路ブロック121aは、切り離しパルスφPVOFF0aをノンアクティブにする。これにより、画素配列PAの0行目と1行目との間に設けられた切り離し部MVOFF00a,MVOFF10a,MVOFF20aがオフして、複数の垂直出力線V0a〜V2aの実効的な長さがいずれもL2a(<L1a)となる。それに応じて、複数の垂直出力線V0a〜V2aの実効的な配線容量はWC2(<WC1)になる。
At timing T12a, the vertical
タイミングT13〜T14の期間(水平走査期間)では、水平走査回路ブロック122が、水平走査信号H0〜H2を順次にアクティブにする。画素配列PAの各列に対応した水平転送スイッチM21,M22が順次にオンする。これにより、0行目の各列の画素のノイズ信号及び光信号は、ノイズ信号保持容量CTN及び光信号保持容量CTSから各列について順次に差動回路ブロック112へ供給される。差動回路ブロック112は、ノイズ信号と光信号との差分を演算して画像信号を生成し、その画像信号を後段へ出力する。
In a period (horizontal scanning period) of timings T13 to T14, the horizontal scanning circuit block 122 sequentially activates the horizontal scanning signals H0 to H2. The horizontal transfer switches M21 and M22 corresponding to each column of the pixel array PA are sequentially turned on. Thereby, the noise signal and the optical signal of the pixel in each column of the 0th row are sequentially supplied from the noise signal holding capacitor CTN and the optical signal holding capacitor CTS to the
このようにして、画素配列PAの0行目の読み出し動作では、画素配列PAの0行目の各列の画素の画素信号が読み出されて、その画素信号に応じた画像信号が順次に後段へ出力される。そして、画素配列PAの1行目〜3行目の読み出し動作についても基本的に同様に繰り返されるが、次の点で0行目と異なる動作が行われる。 In this manner, in the readout operation of the 0th row of the pixel array PA, the pixel signals of the pixels in each column of the 0th row of the pixel array PA are read out, and the image signals corresponding to the pixel signals are sequentially output in the subsequent stage. Is output. The readout operation of the first to third rows of the pixel array PA is basically repeated in the same manner, but the operation different from the zeroth row is performed in the following points.
タイミングT15a〜T16aの期間CP3aでは、1行目の画素から出力されたノイズ信号に応じた電圧により、垂直出力線V0a〜V2aの実効的な配線容量WC2とクランプ容量C0との容量比に応じてクランプ容量C0に電荷が充電される。 In a period CP3a between timings T15a to T16a, the voltage corresponding to the noise signal output from the pixel in the first row is used in accordance with the capacitance ratio between the effective wiring capacitance WC2 and the clamp capacitance C0 of the vertical output lines V0a to V2a. The clamp capacitor C0 is charged.
タイミングT17a〜T18aの期間CP4aでは、1行目の画素から出力された光信号に応じた電圧により、垂直出力線V0a〜V2aの実効的な配線容量WC2とクランプ容量C0との容量比に応じてクランプ容量C0に電荷が充電される。 In a period CP4a of timing T17a to T18a, the voltage according to the optical signal output from the pixel in the first row is used according to the capacitance ratio between the effective wiring capacitance WC2 and the clamp capacitance C0 of the vertical output lines V0a to V2a. The clamp capacitor C0 is charged.
タイミングT19aでは、垂直走査回路ブロック121aが、切り離しパルスφPVOFF1aをノンアクティブにする。これにより、画素配列PAの1行目と2行目との間に設けられた切り離し部MVOFF01a,MVOFF11a,MVOFF21aがオフして、複数の垂直出力線V0a〜V2aの実効的な長さがいずれもL3a(<L2a)となる。それに応じて、複数の垂直出力線V0a〜V2aの実効的な配線容量はWC3(<WC2)になる。
At timing T19a, the vertical
タイミングT20a〜T21aの期間CP5aでは、2行目の画素から出力されたノイズ信号に応じた電圧により、垂直出力線V0a〜V2aの実効的な配線容量WC3とクランプ容量C0との容量比に応じてクランプ容量C0に電荷が充電される。 In a period CP5a between timings T20a to T21a, a voltage corresponding to a noise signal output from the pixels in the second row is used in accordance with a capacitance ratio between the effective wiring capacitance WC3 and the clamp capacitance C0 of the vertical output lines V0a to V2a. The clamp capacitor C0 is charged.
タイミングT22a〜T23aの期間CP6aでは、2行目の画素から出力された光信号に応じた電圧により、垂直出力線V0a〜V2aの実効的な配線容量WC3とクランプ容量C0との容量比に応じてクランプ容量C0に電荷が充電される。 In a period CP6a of timing T22a to T23a, the voltage corresponding to the optical signal output from the pixel in the second row is used according to the capacitance ratio between the effective wiring capacitance WC3 and the clamp capacitance C0 of the vertical output lines V0a to V2a. The clamp capacitor C0 is charged.
タイミングT24aでは、垂直走査回路ブロック121aが、切り離しパルスφPVOFF2aをノンアクティブにする。これにより、画素配列PAの2行目と3行目との間に設けられた切り離し部MVOFF02a,MVOFF12a,MVOFF22aがオフして、複数の垂直出力線V0a〜V2aの実効的な長さがいずれもL4a(<L3a)となる。それに応じて、複数の垂直出力線V0a〜V2aの実効的な配線容量はWC4(<WC3)になる。
At timing T24a, the vertical
タイミングT25a〜T26aの期間CP7aでは、3行目の画素から出力されたノイズ信号に応じた電圧により、垂直出力線V0a〜V2aの実効的な配線容量WC4とクランプ容量C0との容量比に応じてクランプ容量C0に電荷が充電される。 In a period CP7a between timings T25a to T26a, the voltage corresponding to the noise signal output from the pixel in the third row is used in accordance with the capacitance ratio between the effective wiring capacitance WC4 and the clamp capacitance C0 of the vertical output lines V0a to V2a. The clamp capacitor C0 is charged.
タイミングT27a〜T28aの期間CP8aでは、3行目の画素から出力された光信号に応じた電圧により、垂直出力線V0a〜V2aの実効的な配線容量WC4とクランプ容量C0との容量比に応じてクランプ容量C0に電荷が充電される。 In a period CP8a of timing T27a to T28a, depending on the voltage according to the optical signal output from the pixel in the third row, according to the capacitance ratio between the effective wiring capacitance WC4 and the clamp capacitance C0 of the vertical output lines V0a to V2a. The clamp capacitor C0 is charged.
以上のように、0行目〜3行目の読み出し動作が行われた結果、1フレーム分の読み出し動作が完了する。 As described above, the readout operation for one frame is completed as a result of the readout operation of the 0th to 3rd rows.
ここで、垂直出力線V0a〜V2aは、0行目の読み出し動作における実効的な長さL1aより1行目の読み出し動作における実効的な長さL2aが短い。これにより、垂直出力線V0a〜V2aは、0行目の読み出し動作における配線容量WC1より1行目の読み出し動作における配線容量WC2が小さい。この結果、0行目の読み出し動作においてクランプ容量C0に電荷を充電するための期間CP1,CP2に比べて、1行目の読み出し動作においてクランプ容量C0に電荷を充電するための期間CP3a,CP4aを短くできる。 Here, the vertical output lines V0a to V2a have an effective length L2a in the first row read operation shorter than an effective length L1a in the zeroth row read operation. As a result, the vertical output lines V0a to V2a have a smaller wiring capacitance WC2 in the first row read operation than the wiring capacitance WC1 in the zeroth row read operation. As a result, compared to the periods CP1 and CP2 for charging the clamp capacitor C0 in the read operation of the 0th row, the periods CP3a and CP4a for charging the clamp capacitor C0 in the read operation of the first row are compared. Can be shortened.
垂直出力線V0a〜V2aは、1行目の読み出し動作における実効的な長さL2aより2行目の読み出し動作における実効的な長さL3aが短い。これにより、垂直出力線V0a〜V2aは、1行目の読み出し動作における配線容量WC2より2行目の読み出し動作における配線容量WC3が小さい。この結果、1行目の読み出し動作においてクランプ容量C0に電荷を充電するための期間CP3a,CP4aに比べて、2行目の読み出し動作においてクランプ容量C0に電荷を充電するための期間CP5a,CP6aを短くできる。 The vertical output lines V0a to V2a are shorter in effective length L3a in the second row read operation than in the effective length L2a in the first row read operation. Thereby, the vertical output lines V0a to V2a have a wiring capacitance WC3 in the read operation in the second row smaller than the wiring capacitance WC2 in the read operation in the first row. As a result, compared with the periods CP3a and CP4a for charging the clamp capacitor C0 in the first row read operation, the periods CP5a and CP6a for charging the clamp capacitor C0 in the second row read operation are compared. Can be shortened.
垂直出力線V0a〜V2aは、2行目の読み出し動作における実効的な長さL3aより3行目の読み出し動作における実効的な長さL4aが短い。これにより、垂直出力線V0a〜V2aは、2行目の読み出し動作における配線容量WC3より3行目の読み出し動作における配線容量WC4が小さい。この結果、2行目の読み出し動作においてクランプ容量C0に電荷を充電するための期間CP5a,CP6aに比べて、3行目の読み出し動作においてクランプ容量C0に電荷を充電するための期間CP7a,CP8aを短くできる。 The vertical output lines V0a to V2a are shorter in effective length L4a in the third row read operation than in the effective length L3a in the second row read operation. As a result, the vertical output lines V0a to V2a have a smaller wiring capacitance WC4 in the third row read operation than the wiring capacitance WC3 in the second row read operation. As a result, compared to the periods CP5a and CP6a for charging the clamp capacitor C0 in the second row read operation, the periods CP7a and CP8a for charging the clamp capacitor C0 in the third row read operation are set. Can be shortened.
以上のように、1フレーム分の読み出し動作の途中で垂直出力線の実効的な配線容量を低減しながら画素配列PAから信号を読み出すことができる。これにより、1フレーム分の読み出し動作の途中でクランプ容量C0に電荷を充電させるための時間を短くすることができるので、1フレーム分の読み出し動作に要する時間を全体として短縮することができる。 As described above, a signal can be read from the pixel array PA while reducing the effective wiring capacity of the vertical output line during the reading operation for one frame. As a result, the time for charging the clamp capacitor C0 during the reading operation for one frame can be shortened, so that the time required for the reading operation for one frame can be shortened as a whole.
なお、本発明は、画素配列PAの面積が大きく、垂直出力線V0a〜V2aが長い撮像装置であるほど有効である。例えば、デジタル一眼レフカメラや大判デジタルカメラ等に用いられるような大型の撮像装置において有効である。 The present invention is more effective as the imaging device has a larger area of the pixel array PA and longer vertical output lines V0a to V2a. For example, it is effective in a large-sized imaging device used for a digital single-lens reflex camera, a large format digital camera, or the like.
次に、本発明の第2実施形態に係る撮像システム20bを、図4を用いて説明する。図4は、本発明の第2実施形態に係る撮像システム20bにおける撮像装置1bの構成図である。
Next, an
撮像システム20bは、撮像装置1bを備える点で第1実施形態と異なる。撮像装置1bは、垂直走査回路ブロック121b及び複数の垂直出力線V0b〜V2bを備える。撮像装置1bは、複数の切り離し部MVOFF00a,MVOFF10a,MVOFF20a,MVOFF02a,MVOFF12a,及びMVOFF22aを備えない。すなわち、複数の切り離し部MVOFF01a,MVOFF11a,MVOFF21aは、複数の垂直出力線V0b〜V2bのそれぞれにおいて、画素配列PAの行の間に1つ設けられている。具体的には、複数の切り離し部MVOFF01a,MVOFF11a,MVOFF21aは、画素配列PAの2行目と3行目との間に設けられている。すなわち、複数の切り離し部MVOFF01a,MVOFF11a,MVOFF21aは、複数の垂直出力線V0b〜V2bのそれぞれにおいて、画素配列PAの行の間の複数の部分のうち1つの部分を電気的に切り離す。
The
次に、撮像装置1bにおける読み出し動作が、図5に示すように、次の点で第1実施形態と異なる。図5は、撮像装置1bの動作を示すタイミングチャートである。
Next, as shown in FIG. 5, the reading operation in the
タイミングT0bでは、垂直走査回路ブロック121bが、切り離しパルスφPVOFF1aをアクティブにする。これにより、複数の切り離し部MVOFF01a,MVOFF11a,MVOFF21aがオンして、複数の垂直出力線V0b〜V2bの実効的な長さがいずれもL1aとなる。
At timing T0b, the vertical
タイミングT12bでは、複数の垂直出力線V0b〜V2bの実効的な長さがいずれもL1aのままであり、複数の垂直出力線V0b〜V2bの実効的な配線容量はWC1のままである。 At timing T12b, the effective lengths of the plurality of vertical output lines V0b to V2b remain L1a, and the effective wiring capacitances of the plurality of vertical output lines V0b to V2b remain WC1.
タイミングT15b〜T16bの期間CP3bでは、1行目の画素から出力されたノイズ信号に応じた電圧により、垂直出力線V0b〜V2bの実効的な配線容量WC1とクランプ容量C0との容量比に応じてクランプ容量C0に電荷が充電される。 In the period CP3b from timing T15b to T16b, the voltage corresponding to the noise signal output from the pixels in the first row is used to correspond to the effective wiring capacitance WC1 and clamp capacitance C0 of the vertical output lines V0b to V2b. The clamp capacitor C0 is charged.
タイミングT17b〜T18bの期間CP4bでは、1行目の画素から出力された光信号に応じた電圧により、垂直出力線V0b〜V2bの実効的な配線容量WC1とクランプ容量C0との容量比に応じてクランプ容量C0に電荷が充電される。 In a period CP4b between timings T17b and T18b, the voltage according to the optical signal output from the pixel in the first row is used according to the capacitance ratio between the effective wiring capacitance WC1 and the clamp capacitance C0 of the vertical output lines V0b to V2b. The clamp capacitor C0 is charged.
タイミングT19bでは、垂直走査回路ブロック121bが、切り離しパルスφPVOFF1aをノンアクティブにする。これにより、画素配列PAの1行目と2行目との間に設けられた切り離し部MVOFF01a,MVOFF11a,MVOFF21aがオフして、複数の垂直出力線V0b〜V2bの実効的な長さがいずれもL3a(<L1a)となる。それに応じて、複数の垂直出力線V0b〜V2bの実効的な配線容量はWC3(<WC1)になる。
At timing T19b, the vertical
タイミングT20b〜T21bの期間CP5bでは、2行目の画素から出力されたノイズ信号に応じた電圧により、垂直出力線V0b〜V2bの実効的な配線容量WC3とクランプ容量C0との容量比に応じてクランプ容量C0に電荷が充電される。 In a period CP5b between timings T20b to T21b, the voltage according to the noise signal output from the pixels in the second row is used according to the capacitance ratio between the effective wiring capacitance WC3 and the clamp capacitance C0 of the vertical output lines V0b to V2b. The clamp capacitor C0 is charged.
タイミングT22b〜T23bの期間CP6bでは、2行目の画素から出力された光信号に応じた電圧により、垂直出力線V0b〜V2bの実効的な配線容量WC3とクランプ容量C0との容量比に応じてクランプ容量C0に電荷が充電される。 In a period CP6b of timing T22b to T23b, depending on a voltage according to the optical signal output from the pixel in the second row, according to the capacitance ratio between the effective wiring capacitance WC3 and the clamp capacitance C0 of the vertical output lines V0b to V2b. The clamp capacitor C0 is charged.
タイミングT25b〜T26bの期間CP7bでは、3行目の画素から出力されたノイズ信号に応じた電圧により、垂直出力線V0b〜V2bの実効的な配線容量WC3とクランプ容量C0との容量比に応じてクランプ容量C0に電荷が充電される。 In a period CP7b of timing T25b to T26b, depending on the voltage according to the noise signal output from the pixel in the third row, according to the capacitance ratio between the effective wiring capacitance WC3 and the clamp capacitance C0 of the vertical output lines V0b to V2b. The clamp capacitor C0 is charged.
タイミングT27b〜T28bの期間CP8bでは、3行目の画素から出力された光信号に応じた電圧により、垂直出力線V0b〜V2bの実効的な配線容量WC3とクランプ容量C0との容量比に応じてクランプ容量C0に電荷が充電される。 In a period CP8b of timing T27b to T28b, depending on the voltage according to the optical signal output from the pixel in the third row, according to the capacitance ratio between the effective wiring capacitance WC3 and the clamp capacitance C0 of the vertical output lines V0b to V2b. The clamp capacitor C0 is charged.
ここで、垂直出力線V0b〜V2bは、0行目,1行目の読み出し動作における実効的な長さL1aより2行目,3行目の読み出し動作における実効的な長さL3aが短い。これにより、垂直出力線V0b〜V2bは、0行目,1行目の読み出し動作における配線容量WC1より2行目,3行目の読み出し動作における配線容量WC3が小さい。この結果、0行目,1行目の読み出し動作においてクランプ容量C0に電荷を充電するための期間CP1等に比べて、2行目,3行目の読み出し動作においてクランプ容量C0に電荷を充電するための期間CP5b等を短くできる。 Here, the vertical output lines V0b to V2b have shorter effective lengths L3a in the read operations in the second and third rows than in the effective lengths L1a in the read operations in the zeroth and first rows. As a result, the vertical output lines V0b to V2b have a smaller wiring capacitance WC3 in the second row and third row read operations than in the second row and third row read operations WC1. As a result, compared to the period CP1 for charging the clamp capacitor C0 in the read operation of the 0th and 1st rows, the clamp capacitor C0 is charged in the 2nd and 3rd row read operations. The period CP5b and the like for this can be shortened.
以上のように、1フレーム分の読み出し動作の途中で垂直出力線の実効的な配線容量を低減しながら画素配列PAから信号を読み出すことができる。これにより、1フレーム分の読み出し動作の途中でクランプ容量C0に電荷を充電させるための時間を短くすることができるので、1フレーム分の読み出し動作に要する時間を全体として短縮することができる。 As described above, a signal can be read from the pixel array PA while reducing the effective wiring capacity of the vertical output line during the reading operation for one frame. As a result, the time for charging the clamp capacitor C0 during the reading operation for one frame can be shortened, so that the time required for the reading operation for one frame can be shortened as a whole.
なお、複数の切り離し部は、複数の垂直出力線V0b〜V2bにおいて、画素配列PAの行の間であれば1行目と2行目との間以外に設けられていても良い。複数の切り離し部は、複数の垂直出力線V0b〜V2bのそれぞれにおいて、画素配列PAの行の間の複数の部分のうちの2つ以上の部分に設けられていても良い。 Note that the plurality of separation portions may be provided in a plurality of vertical output lines V0b to V2b other than between the first row and the second row as long as they are between the rows of the pixel array PA. The plurality of separation portions may be provided in two or more portions among the plurality of portions between the rows of the pixel array PA in each of the plurality of vertical output lines V0b to V2b.
次に、本発明の第3実施形態に係る撮像システム20cを、図6を用いて説明する。図6は、本発明の第3実施形態に係る撮像システム20cにおける撮像装置1cの構成図である。以下では、第1実施形態及び第2実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様の部分の説明を省略する。
Next, an
撮像システム20cは、撮像装置1cを備える点で第1実施形態及び第2実施形態と異なる。撮像装置1cは、垂直走査回路ブロック121c、複数の垂直出力線V0c〜V2c、複数の切り離し部MVOFF0Nc,MVOFF1Nc,MVOFF2Nc、及び読み出し部30cを備える。撮像システム20cは、通常動作モードと部分読み出し動作モードとを有する。
The
撮像装置1cは、通常動作モードと部分読み出し動作モードとで異なる動作を行う。撮像装置1cは、通常動作モードにおいて、第2実施形態と同様の動作を行う。一方、撮像装置1cは、部分読み出し動作モードにおいて、第1実施形態及び第2実施形態と異なる動作を行う。
The
すなわち、読み出し部30cは、部分読み出し動作モードにおいて、画素配列PAの非読み出し領域NR1c,NR2cから信号を読み出さない。読み出し部30cは、部分読み出し動作モードにおいて、画素配列PAの読み出し領域RR1cの画素から複数の垂直出力線V0c〜V2cの一端V0c1〜V2c1で信号を読み出す。読み出し領域RR1cは、画素配列PAにおいて行方向に延びた領域であり、非読み出し領域NR1c,NR2cに並んで配されている。複数の切り離し部MVOFF0Nc〜MVOFF2Ncは、複数の垂直出力線V0c〜V2cのそれぞれにおいて一端V0c1〜V2c1から遠い側で読み出し領域RR1cに隣接する非読み出し領域NR1cと、読み出し領域RR1cとの間に設けられている。これにより、複数の切り離し部MVOFF0Nc,MVOFF1Nc,MVOFF2Ncは、非読み出し領域NR1cと読み出し部30cとを電気的に切り離す。
That is, the
具体的には、部分読み出し動作モードにおいて、垂直走査回路ブロック121cは、切り離し線PVOFFNcを介してアクティブな切り離しパルスφPVOFFNcを複数の切り離し部MVOFF0Nc,MVOFF1Nc,MVOFF2Ncに供給する。これにより、複数の切り離し部MVOFF0Nc,MVOFF1Nc,MVOFF2Ncがオンして、複数の垂直出力線V0c〜V2cの実効的な長さがいずれもL1aとなる。
Specifically, in the partial reading operation mode, the vertical
そして、垂直走査回路ブロック121cは、画素配列PAの非読み出し領域NR1cに対する行番号をカウントアップすることのみ行い、それに対する画素選択パルスをアクティブにしない。これにより、非読み出し領域NR1cの各行は、その信号が読み出し部30cにより読み出されない。すなわち、非読み出し領域NR1cの各行は、読み出し部30cにより読み飛ばされる。
Then, the vertical
垂直走査回路ブロック121cは、非読み出し領域NR1cにおいて読み出し部30cに一番近い行すなわちN行目まで行番号をカウントアップしたことに応じて、切り離しパルスφPVOFFNcをノンアクティブにする。これにより、複数の切り離し部MVOFF0Nc,MVOFF1Nc,MVOFF2Ncがオフして、複数の垂直出力線V0c〜V2cの実効的な長さがいずれもLNd(<L1a)となる。それに応じて、複数の垂直出力線V0c〜V2cの実効的な配線容量はWCN(<WC1)になる。
The vertical
垂直走査回路ブロック121cは、画素配列PAの読み出し領域RR1cおいて一端V0c1〜V2c1から最も遠い行から一端V0c1〜V2c1に最も近い行へと順次に行を選択する。これにより、読み出し部30cは、画素配列PAの一部である読み出し領域RR1cの画素から複数の垂直出力線V0c〜V2cの一端V0c1〜V2c1で信号を読み出す。
The vertical
さらに、垂直走査回路ブロック121cは、画素配列PAの非読み出し領域NR2cに対する行番号をカウントアップすることのみ行い、それに対する画素選択パルスをアクティブにしない。これにより、非読み出し領域NR2cの各行は、その信号が読み出し部30cにより読み出されない。すなわち、非読み出し領域NR2cの各行は、読み出し部30cにより読み飛ばされる。
Further, the vertical
ここで、垂直出力線V0c〜V2cは、通常動作モードにおける0行目の読み出し動作における実効的な長さL1aより、部分読み出し動作モードにおける読み出し領域RR1cの読み出し動作における実効的な長さLNdが短い。これにより、垂直出力線V0c〜V2cは、通常動作モードにおける0行目の読み出し動作における配線容量WC1より、部分読み出し動作モードにおける読み出し領域RR1cの読み出し動作における配線容量WCNが小さい。この結果、通常動作モードにおける0行目の読み出し動作においてクランプ容量C0に電荷を充電するための期間に比べて、部分読み出し動作モードにおける読み出し領域RR1cの読み出し動作においてクランプ容量C0に電荷を充電するための期間を短くできる。 Here, the vertical output lines V0c to V2c are shorter in effective length LNd in the read operation of the read region RR1c in the partial read operation mode than in the effective length L1a in the read operation of the 0th row in the normal operation mode. . Thereby, the vertical output lines V0c to V2c have a smaller wiring capacitance WCN in the reading operation of the reading region RR1c in the partial reading operation mode than the wiring capacitance WC1 in the reading operation of the 0th row in the normal operation mode. As a result, in order to charge the clamp capacitor C0 in the read operation of the read region RR1c in the partial read operation mode, compared to the period for charging the clamp capacitor C0 in the read operation of the 0th row in the normal operation mode. Can be shortened.
以上のように、部分動作モードであることに応じて、垂直出力線の実効的な配線容量を低減した状態で画素配列PAから信号を読み出すことができる。これにより、動作モードに応じて、クランプ容量C0に電荷を充電させるための時間を短くすることができるので、1フレーム分の読み出し動作に要する時間を全体として短縮することができる。 As described above, according to the partial operation mode, it is possible to read a signal from the pixel array PA in a state where the effective wiring capacity of the vertical output line is reduced. As a result, the time required to charge the clamp capacitor C0 can be shortened in accordance with the operation mode, so that the time required for the read operation for one frame can be shortened as a whole.
なお、垂直走査回路ブロック121cは、非読み出し領域NR1cにおいて読み出し部30cに一番近い行すなわちN行目まで行番号をカウントアップするまえに、切り離しパルスφPVOFFNcをノンアクティブにしてもよい。
The vertical
次に、本発明の第4実施形態に係る撮像システム20dを、図7を用いて説明する。図7は、本発明の第4実施形態に係る撮像システム20dにおける撮像装置1dの構成図である。以下では、第1実施形態〜第3実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様の部分の説明を省略する。
Next, an
撮像システム20dは、撮像装置1dを備える点で第1実施形態〜第3実施形態と異なる。撮像装置1dは、垂直走査回路ブロック121d、及び複数の垂直出力線V0d〜V2dを備える。撮像装置1dは、複数の切り離し部MVOFF0Jd,MVOFF1Jd,MVOFF2Jd,MVOFF0Md,MVOFF1Md,MVOFF2Md、及び読み出し部30dを備える。複数の切り離し部MVOFF0Jd〜MVOFF2Jd,MVOFF0Md〜MVOFF2Mdは、複数の垂直出力線V0d〜V2dのそれぞれにおいて複数の読み出し領域RR1d〜RR3dのうちの隣接する2つの読み出し領域の間ごとに設けられている。撮像システム20dは、通常動作モードと間引き動作モードとを有する。
The
撮像装置1dは、通常動作モードと間引き動作モードとで異なる動作を行う。撮像装置1dは、通常動作モードにおいて、第2実施形態と同様の動作を行う。一方、撮像装置1dは、間引き動作モードにおいて、第1実施形態〜第3実施形態と異なる動作を行う。
The
すなわち、読み出し部30dは、間引き動作モードにおいて、画素配列PAの非読み出し領域NR1d,NR2dから信号を読み出さない。読み出し部30dは、間引き動作モードにおいて、画素配列PAの読み出し領域RR1d〜RR3dの画素から複数の垂直出力線V0d〜V2dの一端V0d1〜V2d1で信号を読み出す。読み出し領域RR1d〜RR3dは、それぞれ、画素配列PAの行方向に延びた領域であり、互いに列方向に並んで配されている。
That is, the
複数の切り離し部MVOFF0Jd〜MVOFF2Mdは、複数の垂直出力線V0d〜V2dのそれぞれにおいて、複数の読み出し領域RR1d〜RR3dの間の複数(1以上)の部分の全てに設けられている。また、複数の切り離し部MVOFF0Jd〜MVOFF2Mdは、1つの読み出し領域RR2d,RR3dに一端V0d1〜V2d1から遠い側で隣接する非読み出し領域NR1d,NR2dと、その1つの読み出し領域RR2d,RR3dとの間に設けられている。これにより、複数の切り離し部MVOFF0Jd〜MVOFF2Mdは、信号が読み出された読み出し領域RR1d,RR2dの画素と読み出し部30dとを電気的に切り離すとともに、非読み出し領域NR1d,NR2dと読み出し部30dとを電気的に切り離す。
The plurality of separation portions MVOFF0Jd to MVOFF2Md are provided in all of the plurality (one or more) of the plurality of read regions RR1d to RR3d in each of the plurality of vertical output lines V0d to V2d. Further, the plurality of separation portions MVOFF0Jd to MVOFF2Md are provided between the non-read regions NR1d and NR2d adjacent to one read region RR2d and RR3d on the side far from one end V0d1 to V2d1 and the one read region RR2d and RR3d. It has been. As a result, the plurality of separation units MVOFF0Jd to MVOFF2Md electrically separate the pixels in the readout regions RR1d and RR2d from which signals are read from the
具体的には、間引き動作モードにおいて、垂直走査回路ブロック121dは、切り離し線PVOFFJdを介してアクティブな切り離しパルスφPVOFFJdを複数の切り離し部MVOFF0Jd〜MVOFF2Jdに供給する。垂直走査回路ブロック121dは、切り離し線PVOFFMdを介してアクティブな切り離しパルスφPVOFFMdを複数の切り離し部MVOFF0Md〜MVOFF2Mdに供給する。これにより、複数の切り離し部MVOFF0Jd〜MVOFF2Mdがオンして、複数の垂直出力線V0d〜V2dの実効的な長さがいずれもL1aとなる。
Specifically, in the thinning-out operation mode, the vertical
垂直走査回路ブロック121dは、画素配列PAの読み出し領域RR1dおいて一端V0d1〜V2d1から最も遠い行から一端V0d1〜V2d1に最も近い行へと順次に行を選択する。これにより、読み出し部30dは、画素配列PAの一部である読み出し領域RR1dの画素から複数の垂直出力線V0d〜V2dの一端V0d1〜V2d1で信号を読み出す。
The vertical
そして、垂直走査回路ブロック121dは、画素配列PAの非読み出し領域NR1dに対する行番号をカウントアップすることのみ行い、それに対する画素選択パルスをアクティブにしない。これにより、非読み出し領域NR1dの各行は、その信号が読み出し部30dにより読み出されない。すなわち、非読み出し領域NR1dの各行は、読み出し部30dにより読み飛ばされる。
Then, the vertical
垂直走査回路ブロック121dは、非読み出し領域NR1dにおいて読み出し部30dに一番近い行すなわちJ行目まで行番号をカウントアップしたことに応じて、切り離しパルスφPVOFFJdをノンアクティブにする。これにより、複数の切り離し部MVOFF0Jd,MVOFF1Jd,MVOFF2Jdがオフして、複数の垂直出力線V0d〜V2dの実効的な長さがいずれもLJd(<L1a)となる。それに応じて、複数の垂直出力線V0d〜V2dの実効的な配線容量はWCJ(<WC1)になる。
The vertical
さらに、垂直走査回路ブロック121dは、画素配列PAの非読み出し領域NR2dに対する行番号をカウントアップすることのみ行い、それに対する画素選択パルスをアクティブにしない。これにより、非読み出し領域NR2dの各行は、その信号が読み出し部30dにより読み出されない。すなわち、非読み出し領域NR2dの各行は、読み出し部30dにより読み飛ばされる。
Further, the vertical
垂直走査回路ブロック121dは、非読み出し領域NR2dにおいて読み出し部30dに一番近い行すなわちM行目まで行番号をカウントアップしたことに応じて、切り離しパルスφPVOFFMdをノンアクティブにする。これにより、複数の切り離し部MVOFF0Md,MVOFF1Md,MVOFF2Mdがオフして、複数の垂直出力線V0d〜V2dの実効的な長さがいずれもLMd(<LJd)となる。それに応じて、複数の垂直出力線V0d〜V2dの実効的な配線容量はWCM(<WCJ)になる。
The vertical
ここで、垂直出力線V0d〜V2dは、通常動作モードにおける0行目の読み出し動作における実効的な長さL1aより、間引き動作モードにおける読み出し領域RR2dの読み出し動作における実効的な長さLJdが短い。これにより、垂直出力線V0d〜V2dは、通常動作モードにおける0行目の読み出し動作における配線容量WC1より、部分読み出し動作モードにおける読み出し領域RR1dの読み出し動作における配線容量WCJが小さい。この結果、通常動作モードにおける0行目の読み出し動作においてクランプ容量C0に電荷を充電するための期間に比べて、部分読み出し動作モードにおける読み出し領域RR2dの読み出し動作においてクランプ容量C0に電荷を充電するための期間を短くできる。 Here, the vertical output lines V0d to V2d have an effective length LJd in the read operation of the read region RR2d in the thinning operation mode shorter than an effective length L1a in the read operation of the 0th row in the normal operation mode. Thereby, the vertical output lines V0d to V2d have a smaller wiring capacitance WCJ in the reading operation of the reading region RR1d in the partial reading operation mode than the wiring capacitance WC1 in the reading operation of the 0th row in the normal operation mode. As a result, the clamp capacitor C0 is charged in the read operation of the read region RR2d in the partial read operation mode as compared with the period for charging the clamp capacitor C0 in the read operation of the 0th row in the normal operation mode. Can be shortened.
垂直出力線V0d〜V2dは、間引き動作モードにおける読み出し領域RR2dの読み出し動作における実効的な長さLJdより、間引き動作モードにおける読み出し領域RR3dの読み出し動作における実効的な長さLMdが短い。これにより、垂直出力線V0d〜V2dは、間引き動作モードにおける読み出し領域RR2dの読み出し動作における配線容量WCJより、間引き動作モードにおける読み出し領域RR3dの読み出し動作における配線容量WCMが小さい。この結果、間引き動作モードにおける読み出し領域RR2dにおいてクランプ容量C0に電荷を充電するための期間に比べて、間引き動作モードにおける読み出し領域RR3dの読み出し動作においてクランプ容量C0に電荷を充電するための期間を短くできる。 In the vertical output lines V0d to V2d, the effective length LMd in the read operation of the read region RR3d in the thinning operation mode is shorter than the effective length LJd in the read operation of the read region RR2d in the thinning operation mode. Thereby, the vertical output lines V0d to V2d have a smaller wiring capacitance WCM in the reading operation of the reading region RR3d in the thinning-out operation mode than the wiring capacitance WCJ in the reading operation of the reading region RR2d in the thinning-out operation mode. As a result, the period for charging the clamp capacitor C0 in the read operation of the read region RR3d in the thinning operation mode is shorter than the period for charging the clamp capacitor C0 in the read region RR2d in the thinning operation mode. it can.
以上のように、間引きモードであることに応じて、垂直出力線の実効的な配線容量を低減した状態で画素配列PAから信号を読み出すことができる。これにより、動作モードに応じて、クランプ容量C0に電荷を充電させるための時間を短くすることができるので、1フレーム分の読み出し動作に要する時間を全体として短縮することができる。 As described above, in accordance with the thinning mode, a signal can be read from the pixel array PA in a state where the effective wiring capacity of the vertical output line is reduced. As a result, the time required to charge the clamp capacitor C0 can be shortened in accordance with the operation mode, so that the time required for the read operation for one frame can be shortened as a whole.
また、1フレーム分の読み出し動作の途中で垂直出力線の実効的な配線容量を低減しながら画素配列PAから信号を読み出すことができる。これにより、1フレーム分の読み出し動作の途中でクランプ容量C0に電荷を充電させるための時間を短くすることができるので、1フレーム分の読み出し動作に要する時間を全体として短縮することができる。 In addition, a signal can be read from the pixel array PA while reducing the effective wiring capacity of the vertical output line during the reading operation for one frame. As a result, the time for charging the clamp capacitor C0 during the reading operation for one frame can be shortened, so that the time required for the reading operation for one frame can be shortened as a whole.
1,1a,1b,1c,1d 撮像装置
20a,20b,20c,20d 撮像システム
1, 1a, 1b, 1c,
Claims (5)
前記画素配列において少なくとも1行を選択する選択手段と、
前記画素配列の各列に設けられ、各列の画素のそれぞれの信号を列方向に出力するための複数の出力線と、
前記画素配列において前記選択手段により選択された行の画素から前記複数の出力線を介して信号を読み出す読み出し手段と、
前記複数の出力線のそれぞれに、各行間において前記画素配列の行と行との間を電気的に切り離すための複数の切り離し手段とを備え、
前記選択手段は、前記画素配列において、前記複数の出力線の出力端から最も遠い行から前記出力端に最も近い行へと順次に行を選択し、
前記切り離し手段は、前記画素配列において信号が読み出された画素の行と読み出されていない画素の行との行間で前記複数の出力線を電気的に切り離すことを特徴とする撮像装置。 A pixel array in which a plurality of pixels are arranged in a row direction and a column direction;
Selecting means for selecting at least one row in the pixel array;
A plurality of output lines provided in each column of the pixel array for outputting respective signals of pixels in each column in the column direction;
Reading means for reading out signals from the pixels in the row selected by the selection means in the pixel array via the plurality of output lines;
Each of the plurality of output lines includes a plurality of separation means for electrically separating between the rows of the pixel array between the rows,
The selecting means sequentially selects rows from the row farthest from the output ends of the plurality of output lines to the row closest to the output ends in the pixel array;
The image pickup apparatus characterized in that the separation means electrically separates the plurality of output lines between a row of pixels from which signals are read in the pixel array and a row of pixels that are not read out.
前記画素配列において少なくとも1行を選択する選択手段と、
前記画素配列の各列に設けられ、各列の画素のそれぞれの信号を列方向に出力するための複数の出力線と、
前記画素配列において前記選択手段により選択された行の画素から前記複数の出力線を介して信号を読み出す読み出し手段と、
前記複数の出力線のそれぞれに、少なくとも1つの行間において前記画素配列の行と行との間を電気的に切り離すための複数の切り離し手段とを備え、
前記切り離し手段は、該切り離し手段により電気的に切り離される行間よりも前記複数の出力線の出力端から遠い側にある全ての行の画素から信号が読み出されたことに応じて、前記複数の出力線を電気的に切り離すことを特徴とする撮像装置。 A pixel array in which a plurality of pixels are arranged in a row direction and a column direction;
Selecting means for selecting at least one row in the pixel array;
A plurality of output lines provided in each column of the pixel array for outputting respective signals of pixels in each column in the column direction;
Reading means for reading out signals from the pixels in the row selected by the selection means in the pixel array via the plurality of output lines;
Each of the plurality of output lines comprises a plurality of separation means for electrically separating between the rows of the pixel array between at least one row,
The separating unit is configured to detect the plurality of rows in response to the signals being read from the pixels in all rows located farther from the output ends of the plurality of output lines than between the rows that are electrically separated by the separating unit. An imaging device characterized in that an output line is electrically disconnected.
前記画素配列において少なくとも1行を選択する選択手段と、
前記画素配列の各列に設けられ、各列の画素のそれぞれの信号を列方向に出力するための複数の出力線と、
前記画素配列において前記選択手段により選択された行の画素から前記複数の出力線を介して信号を読み出す読み出し手段と、
前記複数の出力線のそれぞれに、少なくとも1つの行間において前記画素配列の行と行との間を電気的に切り離すための複数の切り離し手段とを備え、
前記複数の切り離し手段は、部分読み出し動作モードにおいて、前記複数の出力線を電気的に切り離し、前記選択手段は、前記切り離し手段により電気的に切り離される行間よりも前記複数の出力線の出力端から遠い側にある行を選択しないことを特徴とする撮像装置。 A pixel array in which a plurality of pixels are arranged in a row direction and a column direction;
Selecting means for selecting at least one row in the pixel array;
A plurality of output lines provided in each column of the pixel array for outputting respective signals of pixels in each column in the column direction;
Reading means for reading out signals from the pixels in the row selected by the selection means in the pixel array via the plurality of output lines;
Each of the plurality of output lines comprises a plurality of separation means for electrically separating between the rows of the pixel array between at least one row ,
Before SL plurality of disconnecting means, in the partial reading operation mode, electrically disconnecting the plurality of output lines, said selection means, the output end of said plurality of output lines than rows which are electrically disconnected by the disconnecting means An image pickup apparatus characterized by not selecting a row on the side far from.
前記画素配列において少なくとも1行を選択する選択手段と、
前記画素配列の各列に設けられ、各列の画素のそれぞれの信号を列方向に出力するための複数の出力線と、
前記画素配列において前記選択手段により選択された行の画素から前記複数の出力線を介して信号を読み出す読み出し手段と、
前記複数の出力線のそれぞれに、複数行の行間毎に前記画素配列の行と行との間を電気的に切り離すための複数の切り離し手段と
を備えたことを特徴とする撮像装置。 A pixel array in which a plurality of pixels are arranged in a row direction and a column direction;
Selecting means for selecting at least one row in the pixel array;
A plurality of output lines provided in each column of the pixel array for outputting respective signals of pixels in each column in the column direction;
Reading means for reading out signals from the pixels in the row selected by the selection means in the pixel array via the plurality of output lines;
An imaging apparatus comprising: a plurality of separation means for electrically separating a row of the pixel array from each other in each of the plurality of output lines for each of a plurality of rows.
前記間引き動作モードにおいて、前記選択手段は、前記複数の出力線の出力端から遠い側にある行から、前記複数行おきに順次に行を選択し、
前記選択手段により選択された行の、前記複数の出力線の出力端から遠い側にある前記切り離し手段により、前記複数の出力線を電気的に切り離すことを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。 The imaging device has a thinning operation mode,
In the thinning-out operation mode, the selection unit sequentially selects rows from the rows far from the output ends of the plurality of output lines, every other row.
5. The imaging according to claim 4, wherein the plurality of output lines are electrically disconnected by the separation unit located on a side farther from an output end of the plurality of output lines in the row selected by the selection unit. apparatus.
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