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JP4704153B2 - Solid-state imaging device - Google Patents
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Description

本発明は、入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードを各々有し2次元配列された画素部を含む受光部を備える固体撮像装置に関するものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device including a light-receiving unit that includes two-dimensionally arranged pixel units each having a photodiode that generates an amount of electric charge according to the amount of incident light.

固体撮像装置は、2次元配列された複数の画素部を含む受光部を備えており、各画素部は、入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードを有している。このような固体撮像装置ではダイナミックレンジの向上が求められており、そのことを意図した発明が例えば特許文献1に開示されている。   The solid-state imaging device includes a light receiving unit including a plurality of pixel units that are two-dimensionally arranged, and each pixel unit includes a photodiode that generates an amount of charge corresponding to the amount of incident light. Such a solid-state imaging device is required to have an improved dynamic range. For example, Patent Document 1 discloses an invention intended to do so.

この特許文献1に記載された固体撮像装置では、或る期間に亘る光入射に応じて受光部に含まれる全ての画素部それぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値が得られ、その電圧値(アナログ値)がデジタル値に変換されて、そのデジタル値がフレームメモリに記憶される。次に、上記期間を含む更に長い期間に亘る光入射に応じて受光部に含まれる全ての画素部それぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値が得られる。そして、複数の画素部それぞれについて、入射光量が比較的小さく後者の電圧値が飽和していなければ、この後者の電圧値が選択され、一方、入射光量が比較的大きく後者の電圧値が飽和していれば、フレームメモリに記憶されている前者の値が選択される。このようにして複数の画素部それぞれについてダイナミックレンジが拡大される。
特許2966977号公報
In the solid-state imaging device described in Patent Document 1, a voltage value corresponding to the amount of charge generated in each photodiode of all the pixel units included in the light receiving unit can be obtained in response to light incidence over a certain period. The voltage value (analog value) is converted into a digital value, and the digital value is stored in the frame memory. Next, a voltage value corresponding to the amount of charge generated in each of the photodiodes of all the pixel units included in the light receiving unit in response to light incidence over a longer period including the above period is obtained. For each of the plurality of pixel units, if the incident light amount is relatively small and the latter voltage value is not saturated, the latter voltage value is selected, while the incident light amount is relatively large and the latter voltage value is saturated. If so, the former value stored in the frame memory is selected. In this way, the dynamic range is expanded for each of the plurality of pixel portions.
Japanese Patent No. 2966977

しかしながら、上記文献に記載された固体撮像装置は、フレームメモリが必要であることから、装置が大型化し、高価なものとなる。本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、複数の画素部それぞれについてダイナミックレンジを拡大することができ小型化が可能で安価な固体撮像装置を提供することを目的とする。   However, since the solid-state imaging device described in the above document requires a frame memory, the device becomes large and expensive. The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that can expand the dynamic range of each of a plurality of pixel portions and can be downsized. .

発明に係る固体撮像装置は、(1) 入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードを各々有しM行N列に2次元配列された画素部P1,1〜PM,Nを含む受光部と、(2) 受光部における何れかの第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を電圧値V1m,1〜V1m,Nとして保持し出力する第1ホールド部と、(3) 受光部における何れかの第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を電圧値V2m,1〜V2m,Nとして保持し出力する第2ホールド部と、(4) 受光部における何れかの第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を電圧値V3m,1〜V3m,Nとして保持し出力する第3ホールド部と、(5) 第1ホールド部または第2ホールド部から出力されるN個の電圧値V1m,1〜V1m,NまたはN個の電圧値V2m,1〜V2m,Nと、第3ホールド部から出力されるN個の電圧値V3m,1〜V3m,Nとを入力し、電圧値V1m,nまたは電圧値V2m,nと基準電圧値Vsatとを大小比較して、その比較結果を示す信号を出力するとともに、電圧値V1m,nまたは電圧値V2m,nが基準電圧値Vsat未満であるときには電圧値V1m,nまたは電圧値V2m,nを選択的に出力し、そうでないときには電圧値V3m,nを選択的に出力する出力選択部と、(6) 受光部,第1ホールド部,第2ホールド部,第3ホールド部および出力選択部それぞれの動作を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。なお、これら受光部,第1ホールド部,第2ホールド部,第3ホールド部および出力選択部は、共通の基板上にモノリシックに形成されているのが好適である。
The solid-state imaging device according to the present invention includes: (1) pixel units P 1,1 to P M, N each having two-dimensionally arranged in M rows and N columns, each having a photodiode that generates an amount of charge corresponding to the amount of incident light. And (2) a voltage value corresponding to the amount of charge generated in each of the N pixel units P m, 1 to P m, N in any m-th row in the light receiving unit. A first hold unit that holds and outputs values V1 m, 1 to V1 m, N , and (3) each of the N pixel units P m, 1 to P m, N in any m-th row in the light receiving unit. A second hold unit that holds and outputs a voltage value corresponding to the amount of charge generated in the photodiode as a voltage value V2 m, 1 to V2 m, N ; and (4) N in any m-th row in the light receiving unit. pixel units P m, 1 ~P m, N voltage value V3 m a voltage value corresponding to the amount of charges generated in the respective photodiodes, To V3 m, and a third holding portion for holding the N output, (5) the N voltage values output from the first holding portion or the second holding portion V1 m, 1 ~V1 m, N or the N voltage V2 m, 1 ~V2 m, n and, n-number of voltage values output from the third holding portion V3 m, 1 ~V3 m, inputs the n, the voltage value V1 m, n or voltage value V2 m, n and the reference voltage value Vsat are compared in magnitude, and a signal indicating the comparison result is output. When the voltage value V1 m, n or the voltage value V2 m, n is less than the reference voltage value Vsat, the voltage value An output selection unit that selectively outputs V1 m, n or voltage value V2 m, n , and otherwise outputs voltage value V3 m, n ; and (6) a light receiving unit, a first hold unit, A control unit that controls the operation of each of the 2 hold unit, the third hold unit, and the output selection unit. And wherein the Rukoto. In addition, it is preferable that the light receiving unit, the first hold unit, the second hold unit, the third hold unit, and the output selection unit are monolithically formed on a common substrate.

さらに、この発明に係る固体撮像装置に含まれる制御部は、受光部における第1行〜第M行それぞれについて順次に、(a) 第1期間に亘る光入射に応じて第m行の各画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を、m値が奇数のときには電圧値V1 m,n として第1ホールド部により保持させ、m値が偶数のときには電圧値V2 m,n として第2ホールド部により保持させ、(b) この第1期間の後に第m行の各画素部Pm,nを初期化し、(c) この初期化の後に第1期間より短い第2期間に亘る光入射に応じて第m行の各画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を電圧値V3m,nとして第3ホールド部により保持させ、(d) m値が奇数のときには、第1ホールド部により保持された電圧値V1 m,n および第3ホールド部により保持された電圧値V3 m,n を出力選択部に入力させて、電圧値V1 m,n または電圧値V3 m,n を出力選択部から選択的に出力させ、m値が偶数のときには、第2ホールド部により保持された電圧値V2 m,n および第3ホールド部により保持された電圧値V3 m,n を出力選択部に入力させて、電圧値V2 m,n または電圧値V3 m,n を出力選択部から選択的に出力させることを特徴とする。 Further, the control unit included in the solid-state imaging device according to the present invention is configured so that each of the first row to the M-th row in the light-receiving unit is sequentially (a) each pixel in the m-th row according to the light incidence over the first period The voltage value corresponding to the amount of charge generated in the photodiode of the part P m, n is held by the first holding part as the voltage value V1 m, n when the m value is odd, and the voltage value when the m value is even V2 m, n is held by the second hold unit, (b) each pixel unit P m, n in the m-th row is initialized after the first period, and (c) shorter than the first period after the initialization. A voltage value corresponding to the amount of charge generated in the photodiode of each pixel unit P m, n in the m-th row in response to light incidence over the second period is held as a voltage value V3 m, n by the third hold unit. (D) When the m value is an odd number, the voltage value V1 held by the first hold unit m, n and the voltage value V3 m, n held by the third hold unit are input to the output selection unit, and the voltage value V1 m, n or the voltage value V3 m, n is selectively output from the output selection unit. When the m value is an even number, the voltage value V2 m, n held by the second hold unit and the voltage value V3 m, n held by the third hold unit are input to the output selection unit, and the voltage value V2 m , n or voltage value V3 m, n is selectively output from the output selection unit .

この発明に係る固体撮像装置では、受光部における第1行〜第M行それぞれについて順次に、以下のように動作する。第1期間に亘る光入射に応じて第m行の各画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値は、電圧値V1m,nまたは電圧値V2m,nとして第1ホールド部または第2ホールド部により交互に保持される。この第1期間の後に第m行の各画素部Pm,nは初期化される。この初期化の後に、第1期間より短い第2期間に亘る光入射に応じて第m行の各画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値は、電圧値V3m,nとして第3ホールド部により保持される。そして、第1ホールド部または第2ホールド部により保持された電圧値V1m,nまたは電圧値V2m,n、および、第3ホールド部により保持された電圧値V3m,nは、出力選択部に入力されて、電圧値V1m,nもしくは電圧値V2m,nまたは電圧値V3m,nが出力選択部から選択的に出力される。この出力選択部においては、電圧値V1m,nまたは電圧値V2m,nと基準電圧値Vsatとが大小比較されて、その比較結果を示す信号が出力されるとともに、電圧値V1m,nまたは電圧値V2m,nが基準電圧値Vsat未満であるときには電圧値V1m,nまたは電圧値V2m,nが選択的に出力され、そうでないときには電圧値V3m,nが選択的に出力される。 The solid-state imaging device according to the present invention sequentially operates as follows for each of the first to Mth rows in the light receiving unit. The voltage value corresponding to the amount of charge generated in the photodiode of each pixel unit P m, n in the m-th row in response to light incidence over the first period is the voltage value V1 m, n or the voltage value V2 m, n Are alternately held by the first hold unit or the second hold unit. After the first period, each pixel unit P m, n in the m-th row is initialized. After this initialization, the voltage value corresponding to the amount of charge generated in the photodiode of each pixel unit P m, n in the m-th row in response to the light incidence over the second period shorter than the first period is the voltage value V3 m, n is held by the third hold unit. The voltage value V1 m, n or the voltage value V2 m, n held by the first hold unit or the second hold unit and the voltage value V3 m, n held by the third hold unit are the output selection unit The voltage value V1 m, n or the voltage value V2 m, n or the voltage value V3 m, n is selectively output from the output selection unit. In this output selection unit, the voltage value V1 m, n or the voltage value V2 m, n is compared with the reference voltage value Vsat, a signal indicating the comparison result is output, and the voltage value V1 m, n Alternatively, when the voltage value V2 m, n is less than the reference voltage value Vsat, the voltage value V1 m, n or the voltage value V2 m, n is selectively output, otherwise the voltage value V3 m, n is selectively output. Is done.

なお、本発明に係る固体撮像装置の動作において、或る行についての第1期間と他の或る行についての第1期間とは互いに一部が重複していてもよい。また、或る行についての第1期間と他の或る行についての第2期間とは互いに一部が重複していてもよい。更に、或る行についての第2期間は、他の或る行についての第1期間の一部になっていてもよい。寧ろ、フレームレート高速化の為には、これらは互いに一部または全てが重複しているのが好ましい。また、本発明は、APS(Active Pixel Sensor)方式およびPPS(Passive Pixel Sensor)方式の何れの場合にも適用可能である。   In the operation of the solid-state imaging device according to the present invention, the first period for a certain row and the first period for another certain row may partially overlap each other. In addition, a first period for a certain row and a second period for another certain row may partially overlap each other. Further, the second period for a certain row may be part of the first period for another certain row. Rather, in order to increase the frame rate, it is preferable that some or all of these overlap each other. Further, the present invention can be applied to any of an APS (Active Pixel Sensor) system and a PPS (Passive Pixel Sensor) system.

本発明に係る固体撮像装置は、小型化が可能で、安価なものとすることができる。   The solid-state imaging device according to the present invention can be downsized and inexpensive.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

(第1実施形態)
先ず、本発明に係る固体撮像装置の第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態に係る固体撮像装置1の概略構成図である。この図に示される固体撮像装置1は、APS方式のものであって、受光部11、第1ホールド部21、第2ホールド部22、出力選択部31、AD変換部40、バイアス部50および制御部61を備える。これらは共通の基板上にモノリシックに形成されているのが好適であり、その場合の基板上の配置の一例は図示のとおりである。
(First embodiment)
First, a first embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a solid-state imaging device 1 according to the first embodiment. The solid-state imaging device 1 shown in this figure is of the APS system, and includes a light receiving unit 11, a first hold unit 21, a second hold unit 22, an output selection unit 31, an AD conversion unit 40, a bias unit 50, and a control. The unit 61 is provided. These are preferably formed monolithically on a common substrate, and an example of the arrangement on the substrate in that case is as shown in the figure.

受光部11は、M行N列に2次元配列されたAPS方式の画素部P1,1〜PM,Nを含む。各画素部Pm,nは、入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードを有している。ここで、M,Nは2以上の整数であり、mは1以上M以下の任意の整数であり、nは1以上N以下の任意の整数である。 The light receiving unit 11 includes APS pixel units P 1,1 to P M, N that are two-dimensionally arranged in M rows and N columns. Each pixel unit P m, n includes a photodiode that generates an amount of charge corresponding to the amount of incident light. Here, M and N are integers of 2 or more, m is an arbitrary integer of 1 to M, and n is an arbitrary integer of 1 to N.

第1ホールド部21は、受光部11における何れかの第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を入力し、これらを電圧値V1m,1〜V1m,Nとして保持し出力する。同様に、第2ホールド部22は、受光部11における何れかの第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を入力し、これらを電圧値V2m,1〜V2m,Nとして保持し出力する。 The first hold unit 21 inputs a voltage value corresponding to the amount of charge generated in each of the N pixel units P m, 1 to P m, N in any m-th row in the light receiving unit 11. These are held and output as voltage values V1 m, 1 to V1 m, N. Similarly, the second hold unit 22 has a voltage value corresponding to the amount of charge generated in each of the N pixel units P m, 1 to P m, N in any m-th row in the light receiving unit 11. These are held and output as voltage values V2 m, 1 to V2 m, N.

出力選択部31は、第1ホールド部21から出力されるN個の電圧値V1m,1〜V1m,Nを入力するとともに、第2ホールド部22から出力されるN個の電圧値V2m,1〜V2m,Nをも入力する。そして、出力選択部31は、電圧値V1m,nと基準電圧値Vsatとを大小比較して、その比較結果を示すmode_out信号を出力するとともに、電圧値V1m,nが基準電圧値Vsat未満であるときには電圧値V1m,nを選択的に出力し、そうでないときには電圧値V2m,nを選択的に出力する。 The output selection unit 31 inputs N voltage values V1 m, 1 to V1 m, N output from the first hold unit 21 and N voltage values V2 m output from the second hold unit 22. , 1 to V2 m, N are also input. The output selection unit 31 compares the voltage value V1 m, n with the reference voltage value Vsat, outputs a mode_out signal indicating the comparison result, and the voltage value V1 m, n is less than the reference voltage value Vsat. When it is, the voltage value V1 m, n is selectively output, and when not, the voltage value V2 m, n is selectively output.

AD変換部40は、出力選択部31から出力された電圧値を入力し、この電圧値(アナログ値)をデジタル値に変換して、このデジタル値video_dataを出力する。バイアス部50は、受光部11、出力選択部31およびAD変換部40それぞれに対して、基準電圧を供給する。制御部61は、外部から入力されるCLK信号およびST信号に基づいて、受光部11,第1ホールド部21,第2ホールド部22,出力選択部31およびAD変換部40それぞれの動作を制御するための制御信号を生成して出力するものであり、シフトレジスタ等の論理回路を含む。   The AD conversion unit 40 receives the voltage value output from the output selection unit 31, converts the voltage value (analog value) into a digital value, and outputs the digital value video_data. The bias unit 50 supplies a reference voltage to each of the light receiving unit 11, the output selection unit 31, and the AD conversion unit 40. The control unit 61 controls the operations of the light receiving unit 11, the first hold unit 21, the second hold unit 22, the output selection unit 31, and the AD conversion unit 40 based on the CLK signal and ST signal input from the outside. Control signals for generating and outputting the control signals, and includes a logic circuit such as a shift register.

図2は、第1実施形態に係る固体撮像装置1に含まれる受光部11,第1ホールド部21および第2ホールド部22の構成図である。受光部11には、共通の構成を有するM×N個の画素部P1,1〜PM,Nが2次元配列されており、第m行第n列に画素部Pm,nが位置している。第1ホールド部21はN個のホールド回路H1,1〜H1,Nを含む。また、第2ホールド部22はN個のホールド回路H2,1〜H2,Nを含む。N個のホールド回路H1,1〜H1,NおよびN個のホールド回路H2,1〜H2,Nは共通の構成を有する。 FIG. 2 is a configuration diagram of the light receiving unit 11, the first hold unit 21, and the second hold unit 22 included in the solid-state imaging device 1 according to the first embodiment. In the light receiving unit 11, M × N pixel units P 1,1 to P M, N having a common configuration are two-dimensionally arranged, and the pixel unit P m, n is positioned in the m- th row and the n-th column. is doing. The first hold unit 21 includes N hold circuits H 1,1 to H 1, N. The second hold unit 22 includes N hold circuits H 2, 1 to H 2, N. The N hold circuits H 1,1 to H 1, N and the N hold circuits H 2,1 to H 2, N have a common configuration.

受光部11に含まれる第n列のM個の画素部P1,n〜PM,nそれぞれの出力端、第1ホールド部21に含まれるホールド回路H1,nの入力端、および、第2ホールド部22に含まれるホールド回路H2,nの入力端は、共通の配線Vline(n)により接続されている。第1ホールド部21に含まれるN個のホールド回路H1,1〜H1,Nそれぞれの出力端は共通の配線により接続されている。また、第2ホールド部22に含まれるN個のホールド回路H2,1〜H2,Nそれぞれの出力端は共通の配線により接続されている。 The output ends of the M pixel units P 1, n to P M, n in the n-th column included in the light receiving unit 11, the input ends of the hold circuits H 1, n included in the first hold unit 21, and the first The input terminals of the hold circuits H2 , n included in the 2-hold unit 22 are connected by a common wiring Vline (n). The output terminals of the N hold circuits H 1,1 to H 1, N included in the first hold unit 21 are connected by a common wiring. The output terminals of the N hold circuits H 2, 1 to H 2, N included in the second hold unit 22 are connected by a common wiring.

図3は、第1実施形態に係る固体撮像装置1に含まれる画素部Pm,n,ホールド回路H1,nおよびホールド回路H2,nの回路図である。APS方式の各画素部Pm,nは、フォトダイオードPDおよび4つのトランジスタT1〜T4を含む。この図に示されるように、トランジスタT1,トランジスタT2およびフォトダイオードPDは順に直列的に接続されていて、バイアス部50から供給される基準電圧Vb1がトランジスタT1のドレイン端子に入力され、フォトダイオードPDのアノ−ド端子が接地されている。トランジスタT3およびトランジスタT4は直列的に接続されていて、バイアス部50から供給される基準電圧Vb2がトランジスタT3のドレイン端子に入力され、トランジスタT4のソース端子が配線Vline(n)に接続されている。トランジスタT1とトランジスタT2との接続点がトランジスタT3のゲート端子に接続されている。また、配線Vline(n)には定電流源が接続されている。 FIG. 3 is a circuit diagram of the pixel unit P m, n , the hold circuit H 1, n and the hold circuit H 2, n included in the solid-state imaging device 1 according to the first embodiment. Each APS pixel portion Pm, n includes a photodiode PD and four transistors T1 to T4. As shown in this figure, the transistor T1, the transistor T2, and the photodiode PD are connected in series in order, and the reference voltage Vb1 supplied from the bias unit 50 is input to the drain terminal of the transistor T1, and the photodiode PD The anode terminal is grounded. The transistors T3 and T4 are connected in series, the reference voltage Vb2 supplied from the bias unit 50 is input to the drain terminal of the transistor T3, and the source terminal of the transistor T4 is connected to the wiring Vline (n). . A connection point between the transistor T1 and the transistor T2 is connected to the gate terminal of the transistor T3. A constant current source is connected to the wiring Vline (n).

制御部61から供給されるVreset(m)信号がトランジスタT1のゲート端子に入力され、制御部61から供給されるVtrans(m)信号がトランジスタT2のゲート端子に入力され、制御部61から供給されるVaddress(m)信号がトランジスタT4のゲート端子に入力される。これらVreset(m)信号,Vtrans(m)信号およびVaddress(m)信号は、第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nに対して共通に入力される。Vreset(m)信号およびVtrans(m)信号がハイレベルであるとき、フォトダイオードPDの接合容量部が放電される。放電された状態において、更にVaddress(m)信号をハイレベルにすると、画素部Pm,nから配線Vline(n)へノイズ成分が出力される。Vreset(m)信号がローレベルであって、Vtrans(m)信号およびVaddress(m)信号がハイレベルであるとき、フォトダイオードPDの接合容量部に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値が配線Vline(n)へ信号成分として出力される。 The Vreset (m) signal supplied from the control unit 61 is input to the gate terminal of the transistor T1, and the Vtrans (m) signal supplied from the control unit 61 is input to the gate terminal of the transistor T2 and supplied from the control unit 61. Vaddress (m) signal is input to the gate terminal of the transistor T4. These Vreset (m) signal, Vtrans (m) signal and Vaddress (m) signal are input in common to the N pixel portions P m, 1 to P m, N in the m-th row. When the Vreset (m) signal and the Vtrans (m) signal are at a high level, the junction capacitance portion of the photodiode PD is discharged. When the Vaddress (m) signal is further set to the high level in the discharged state, a noise component is output from the pixel portion Pm , n to the wiring Vline (n). When the Vreset (m) signal is at a low level and the Vtrans (m) signal and the Vaddress (m) signal are at a high level, a voltage value corresponding to the amount of charge accumulated in the junction capacitance portion of the photodiode PD Is output as a signal component to the wiring Vline (n).

第1ホールド部21に含まれる各ホールド回路H1,nは、2つの容量素子C1,C2、および、4つのスイッチSW11,SW12,SW21,SW22、を含む。このホールド回路H1,nでは、スイッチSW11およびスイッチSW12は、直列的に接続されて配線Vline(n)と配線Hline_s1との間に設けられ、容量素子C1の一端は、スイッチSW11とスイッチSW12との間の接続点に接続され、容量素子C1の他端は接地されている。また、スイッチSW21およびスイッチSW22は、直列的に接続されて配線Vline(n)と配線Hline_n1との間に設けられ、容量素子C2の一端は、スイッチSW21とスイッチSW22との間の接続点に接続され、容量素子C2の他端は接地されている。 Each hold circuit H1 , n included in the first hold unit 21 includes two capacitive elements C1, C2 and four switches SW11, SW12, SW21, SW22. In the hold circuit H1 , n , the switch SW11 and the switch SW12 are connected in series and provided between the wiring Vline (n) and the wiring Hline_s1, and one end of the capacitor C1 is connected to the switch SW11 and the switch SW12. The other end of the capacitive element C1 is grounded. The switch SW21 and the switch SW22 are connected in series and provided between the wiring Vline (n) and the wiring Hline_n1, and one end of the capacitor C2 is connected to a connection point between the switch SW21 and the switch SW22. The other end of the capacitive element C2 is grounded.

このホールド回路H1,nでは、スイッチSW11は、制御部61から供給されるset_s1信号のレベルに応じて開閉する。スイッチSW21は、制御部61から供給されるset_n1信号のレベルに応じて開閉する。set_s1信号およびset_n1信号は、第1ホールド部21に含まれるN個のホールド回路H1,1〜H1,Nに対して共通に入力される。スイッチSW12,SW22は、制御部61から供給されるhshiht(n)信号のレベルに応じて開閉する。 In the hold circuit H1 , n , the switch SW11 opens and closes according to the level of the set_s1 signal supplied from the control unit 61. The switch SW21 opens and closes according to the level of the set_n1 signal supplied from the control unit 61. The set_s1 signal and the set_n1 signal are input in common to the N hold circuits H 1,1 to H 1, N included in the first hold unit 21. The switches SW12 and SW22 open and close according to the level of the hshiht (n) signal supplied from the control unit 61.

このホールド回路H1,nでは、set_n1信号がハイレベルからローレベルに転じるときに画素部Pm,nから配線Vline(n)へ出力されていたノイズ成分が、それ以降、容量素子C2により電圧値out_n1(n)として保持される。set_s1信号がハイレベルからローレベルに転じるときに画素部Pm,nから配線Vline(n)へ出力されていた信号成分が、それ以降、容量素子C1により電圧値out_s1(n)として保持される。そして、hshiht(n)信号がハイレベルになると、容量素子C1により保持されていた電圧値out_s1(n)が配線Hline_s1へ出力され、容量素子C2により保持されていた電圧値out_n1(n)が配線Hline_n1へ出力される。これら電圧値out_s1(n)と電圧値out_n1(n)との差が、画素部Pm,nのフォトダイオードPDで発生した電荷の量に応じた電圧値V1m,nを表す。 In the hold circuit H1 , n , the noise component output from the pixel unit Pm , n to the wiring Vline (n) when the set_n1 signal changes from the high level to the low level is subsequently applied to the voltage by the capacitive element C2. Stored as value out_n1 (n). The signal component output from the pixel unit P m, n to the wiring Vline (n) when the set_s1 signal changes from the high level to the low level is thereafter held as the voltage value out_s1 (n) by the capacitive element C1. . When the hshiht (n) signal becomes high level, the voltage value out_s1 (n) held by the capacitive element C1 is output to the wiring Hline_s1, and the voltage value out_n1 (n) held by the capacitive element C2 is wired. Output to Hline_n1. The difference between the voltage value out_s1 (n) and the voltage value out_n1 (n) represents the voltage value V1m , n corresponding to the amount of charge generated in the photodiode PD of the pixel portion Pm , n .

第2ホールド部22に含まれる各ホールド回路H2,nは、2つの容量素子C1,C2、および、4つのスイッチSW11,SW12,SW21,SW22、を含む。このホールド回路H2,nでは、スイッチSW11およびスイッチSW12は、直列的に接続されて配線Vline(n)と配線Hline_s2との間に設けられ、容量素子C1の一端は、スイッチSW11とスイッチSW12との間の接続点に接続され、容量素子C1の他端は接地されている。また、スイッチSW21およびスイッチSW22は、直列的に接続されて配線Vline(n)と配線Hline_n2との間に設けられ、容量素子C2の一端は、スイッチSW21とスイッチSW22との間の接続点に接続され、容量素子C2の他端は接地されている。 Each hold circuit H2 , n included in the second hold unit 22 includes two capacitive elements C1, C2 and four switches SW11, SW12, SW21, SW22. In the hold circuit H2 , n , the switch SW11 and the switch SW12 are connected in series and provided between the wiring Vline (n) and the wiring Hline_s2, and one end of the capacitor C1 is connected to the switch SW11 and the switch SW12. The other end of the capacitive element C1 is grounded. The switch SW21 and the switch SW22 are connected in series and provided between the wiring Vline (n) and the wiring Hline_n2, and one end of the capacitor C2 is connected to a connection point between the switch SW21 and the switch SW22. The other end of the capacitive element C2 is grounded.

このホールド回路H2,nでは、スイッチSW11は、制御部61から供給されるset_s2信号のレベルに応じて開閉する。スイッチSW21は、制御部61から供給されるset_n2信号のレベルに応じて開閉する。set_s2信号およびset_n2信号は、第2ホールド部22に含まれるN個のホールド回路H2,1〜H2,Nに対して共通に入力される。スイッチSW12,SW22は、制御部61から供給されるhshiht(n)信号のレベルに応じて開閉する。 In the hold circuit H2 , n , the switch SW11 opens and closes according to the level of the set_s2 signal supplied from the control unit 61. The switch SW21 opens and closes according to the level of the set_n2 signal supplied from the control unit 61. The set_s2 signal and the set_n2 signal are input in common to the N hold circuits H 2, 1 to H 2, N included in the second hold unit 22. The switches SW12 and SW22 open and close according to the level of the hshiht (n) signal supplied from the control unit 61.

このホールド回路H2,nでは、set_n2信号がハイレベルからローレベルに転じるときに画素部Pm,nから配線Vline(n)へ出力されていたノイズ成分が、それ以降、容量素子C2により電圧値out_n2(n)として保持される。set_s2信号がハイレベルからローレベルに転じるときに画素部Pm,nから配線Vline(n)へ出力されていた信号成分が、それ以降、容量素子C1により電圧値out_s2(n)として保持される。そして、hshiht(n)信号がハイレベルになると、容量素子C1により保持されていた電圧値out_s2(n)が配線Hline_s2へ出力され、容量素子C2により保持されていた電圧値out_n2(n)が配線Hline_n2へ出力される。これら電圧値out_s2(n)と電圧値out_n2(n)との差が、画素部Pm,nのフォトダイオードPDで発生した電荷の量に応じた電圧値V2m,nを表す。 In the hold circuit H2 , n , the noise component output from the pixel unit Pm , n to the wiring Vline (n) when the set_n2 signal changes from the high level to the low level is subsequently applied to the voltage by the capacitive element C2. Stored as value out_n2 (n). The signal component output from the pixel portion P m, n to the wiring Vline (n) when the set_s2 signal changes from the high level to the low level is thereafter held as the voltage value out_s2 (n) by the capacitive element C1. . When the hshiht (n) signal becomes high level, the voltage value out_s2 (n) held by the capacitive element C1 is output to the wiring Hline_s2, and the voltage value out_n2 (n) held by the capacitive element C2 is wired. Output to Hline_n2. The difference between the voltage value out_s2 (n) and the voltage value out_n2 (n) represents the voltage value V2m , n corresponding to the amount of charge generated in the photodiode PD of the pixel portion Pm , n .

図4は、第1実施形態に係る固体撮像装置1に含まれる出力選択部31の構成図である。この出力選択部31は、差演算回路311、差演算回路312、比較回路313、ラッチ回路314、論理反転回路315、スイッチSW30〜SW32およびスイッチSW40〜SW42を含む。   FIG. 4 is a configuration diagram of the output selection unit 31 included in the solid-state imaging device 1 according to the first embodiment. The output selection unit 31 includes a difference calculation circuit 311, a difference calculation circuit 312, a comparison circuit 313, a latch circuit 314, a logic inversion circuit 315, switches SW30 to SW32, and switches SW40 to SW42.

差演算回路311の第1入力端子は、バッファアンプを介して配線Hline_s1と接続されていて、ホールド回路H1,nから配線Hline_s1へ出力される電圧値out_s1(n)を入力する。差演算回路311の第2入力端子は、バッファアンプを介して配線Hline_n1と接続されていて、ホールド回路H1,nから配線Hline_n1へ出力される電圧値out_n1(n)を入力する。そして、差演算回路311は、これら電圧値out_s1(n)と電圧値out_n1(n)との差を表す電圧値V1m,nを出力する。 The first input terminal of the difference calculation circuit 311 is connected to the wiring Hline_s1 through the buffer amplifier, and receives the voltage value out_s1 (n) output from the hold circuits H1 , n to the wiring Hline_s1. The second input terminal of the difference calculation circuit 311 is connected to the wiring Hline_n1 via the buffer amplifier, and receives the voltage value out_n1 (n) output from the hold circuits H1 , n to the wiring Hline_n1. Then, the difference calculation circuit 311 outputs a voltage value V1 m, n representing the difference between the voltage value out_s1 (n) and the voltage value out_n1 (n).

差演算回路312の第1入力端子は、バッファアンプを介して配線Hline_s2と接続されていて、ホールド回路H2,nから配線Hline_s2へ出力される電圧値out_s2(n)を入力する。差演算回路312の第2入力端子は、バッファアンプを介して配線Hline_n2と接続されていて、ホールド回路H2,nから配線Hline_n2へ出力される電圧値out_n2(n)を入力する。そして、差演算回路312は、これら電圧値out_s2(n)と電圧値out_n2(n)との差を表す電圧値V2m,nを出力する。 The first input terminal of the difference calculation circuit 312 is connected to the wiring Hline_s2 via the buffer amplifier, and receives the voltage value out_s2 (n) output from the hold circuit H2 , n to the wiring Hline_s2. The second input terminal of the difference calculation circuit 312 is connected to the wiring Hline_n2 via the buffer amplifier, and receives the voltage value out_n2 (n) output from the hold circuits H2 , n to the wiring Hline_n2. Then, the difference calculation circuit 312 outputs a voltage value V2 m, n representing the difference between the voltage value out_s2 (n) and the voltage value out_n2 (n).

配線Hline_s1はスイッチSW31を介して接地され、このスイッチSW31が閉じることで差演算回路311の第1入力端子への入力電圧値が初期化される。配線Hline_n1はスイッチSW32を介して接地され、このスイッチSW32が閉じることで差演算回路311の第2入力端子への入力電圧値が初期化される。配線Hline_s2はスイッチSW41を介して接地され、このスイッチSW41が閉じることで差演算回路312の第1入力端子への入力電圧値が初期化される。配線Hline_n2はスイッチSW42を介して接地され、このスイッチSW42が閉じることで差演算回路312の第2入力端子への入力電圧値が初期化される。これらのスイッチSW31,SW32,SW41,SW42それぞれの開閉動作は、制御部61から供給されるhreset信号により制御される。   The wiring Hline_s1 is grounded via the switch SW31, and the input voltage value to the first input terminal of the difference calculation circuit 311 is initialized by closing the switch SW31. The wiring Hline_n1 is grounded via the switch SW32, and the input voltage value to the second input terminal of the difference calculation circuit 311 is initialized by closing the switch SW32. The wiring Hline_s2 is grounded via the switch SW41, and the input voltage value to the first input terminal of the difference calculation circuit 312 is initialized by closing the switch SW41. The wiring Hline_n2 is grounded via the switch SW42, and the input voltage value to the second input terminal of the difference calculation circuit 312 is initialized by closing the switch SW42. The opening / closing operations of these switches SW31, SW32, SW41, SW42 are controlled by an hreset signal supplied from the control unit 61.

比較回路313は、差演算回路311から出力される電圧値V1m,nと基準電圧値Vsatとを大小比較して、その比較結果を示すmode_out信号を出力する。ラッチ回路314は、比較回路313から出力されるmode_out信号を入力し、そのmode_out信号を一定期間に亘って保持して出力する。論理反転回路315は、ラッチ回路314から出力されるmode_out信号を入力して論理反転し、その反転後の信号を出力する。 The comparison circuit 313 compares the voltage value V1 m, n output from the difference calculation circuit 311 with the reference voltage value Vsat, and outputs a mode_out signal indicating the comparison result. The latch circuit 314 receives the mode_out signal output from the comparison circuit 313, holds the mode_out signal for a certain period, and outputs it. The logic inversion circuit 315 receives the mode_out signal output from the latch circuit 314, inverts the logic, and outputs the inverted signal.

スイッチSW30は、一端が差演算回路311の出力端に接続されていて、ラッチ回路314から出力されるmode_out信号に基づいて開閉動作する。スイッチSW40は、一端が差演算回路312の出力端に接続されていて、論理反転回路315から出力される信号(mode_out信号の反転信号)に基づいて開閉動作する。スイッチSW30およびスイッチSW40のうち一方が開状態であるときには他方が閉状態であり、スイッチSW30の他端とスイッチSW40の他端とは互いに接続されていて、その接続点から出力されるvideo_a信号は、電圧値V1m,nおよび電圧値V2m,nの何れか一方となる。 One end of the switch SW30 is connected to the output terminal of the difference calculation circuit 311 and opens and closes based on the mode_out signal output from the latch circuit 314. One end of the switch SW40 is connected to the output terminal of the difference calculation circuit 312, and opens and closes based on a signal (inverted signal of the mode_out signal) output from the logic inverting circuit 315. When one of the switch SW30 and the switch SW40 is open, the other is closed, the other end of the switch SW30 and the other end of the switch SW40 are connected to each other, and the video_a signal output from the connection point is The voltage value V1 m, n is one of the voltage value V2 m, n .

したがって、この出力選択部31から出力されるvideo_a信号は、電圧値V1m,nが基準電圧値Vsat未満であるときには電圧値V1m,nとなり、そうでないときには電圧値V2m,nとなる。ここで、基準電圧値Vsatは、電圧値V1m,nが飽和しているか否かを比較回路313において判定できるよう適切な値に設定される。AD変換部40は、出力選択部31から出力されるvideo_a信号を入力して、この信号の電圧値(アナログ値)をデジタル値に変換して、このデジタル値video_dataを出力する。 Therefore, Video_a signal outputted from the output selection unit 31, the voltage value V1 m, n becomes when the voltage value V1 m, n is less than the reference voltage value Vsat, a voltage value V2 m, n otherwise. Here, the reference voltage value Vsat is set to an appropriate value so that the comparison circuit 313 can determine whether or not the voltage value V1 m, n is saturated. The AD conversion unit 40 receives the video_a signal output from the output selection unit 31, converts the voltage value (analog value) of this signal into a digital value, and outputs the digital value video_data.

図5は、出力選択部31に含まれる差演算回路311,312の回路図である。差演算回路311,312は、共通の構成を有しており、差動アンプAおよび抵抗器R1〜R4を含む。差動アンプAの反転入力端子は、抵抗器R1を介して電圧値v1を入力し、抵抗器R2を介して差動アンプAの出力端子と接続されている。差動アンプAの非反転入力端子は、抵抗器R3を介して電圧値v2を入力し、抵抗器R4を介して接地されている。抵抗器R1〜R4それぞれの抵抗値が等しいとき、差動アンプAの出力端子から出力される電圧値vdは、入力した2つの電圧値v1と電圧値v2との差となる。   FIG. 5 is a circuit diagram of the difference calculation circuits 311 and 312 included in the output selection unit 31. The difference calculation circuits 311 and 312 have a common configuration and include a differential amplifier A and resistors R1 to R4. The inverting input terminal of the differential amplifier A receives the voltage value v1 through the resistor R1, and is connected to the output terminal of the differential amplifier A through the resistor R2. The non-inverting input terminal of the differential amplifier A receives the voltage value v2 through the resistor R3 and is grounded through the resistor R4. When the resistance values of the resistors R1 to R4 are equal, the voltage value vd output from the output terminal of the differential amplifier A is the difference between the two input voltage values v1 and v2.

次に、第1実施形態に係る固体撮像装置1の動作について説明する。図6は、第1実施形態に係る固体撮像装置1における各信号のレベル変化を説明するタイミングチャートである。このタイミングチャートに示される各信号を上から順に説明すると以下のとおりである。   Next, the operation of the solid-state imaging device 1 according to the first embodiment will be described. FIG. 6 is a timing chart for explaining the level change of each signal in the solid-state imaging device 1 according to the first embodiment. Each signal shown in this timing chart will be described in order from the top as follows.

CLK信号は、外部から制御部61に入力される信号であって、固体撮像装置1全体を動作させるマスタークロック信号である。ST信号は、外部から制御部61に入力される信号であって、読み出し開始を指示するマスタースタート信号である。Vst信号は、制御部61で作成される信号であって、受光部11の第1行〜第M行を順次に選択する動作の開始を指示するスタート信号である。Vclk信号は、制御部61で作成される信号であって、受光部11の各行を順次に選択することを指示するクロック信号であり、これに基づいてVshift信号が変化する。   The CLK signal is a signal input from the outside to the control unit 61 and is a master clock signal for operating the entire solid-state imaging device 1. The ST signal is a signal that is input from the outside to the control unit 61 and is a master start signal that instructs the start of reading. The Vst signal is a signal generated by the control unit 61 and is a start signal that instructs the start of the operation of sequentially selecting the first to Mth rows of the light receiving unit 11. The Vclk signal is a signal generated by the control unit 61 and is a clock signal for instructing to sequentially select each row of the light receiving unit 11, and the Vshift signal changes based on this.

Vreset信号は、制御部61で作成される信号であって、Vshift信号で選択された行の画素部のリセットを指示する信号である。Vtrans信号は、制御部61で作成される信号であって、Vshift信号で選択された行の画素部の画素データ転送を指示する信号である。Vaddress信号は、制御部61で作成される信号であって、Vshift信号で選択された行の画素部の画素データ読み出しを指示する信号である。Vshift信号は、Vclk信号およびVst信号に基づいて制御部61で作成される信号であって、受光部11の行の選択を指示する信号である。   The Vreset signal is a signal created by the control unit 61, and is a signal for instructing resetting of the pixel units in the row selected by the Vshift signal. The Vtrans signal is a signal generated by the control unit 61 and is a signal that instructs pixel data transfer of the pixel unit in the row selected by the Vshift signal. The Vaddress signal is a signal created by the control unit 61 and is a signal that instructs reading of pixel data of the pixel portion in the row selected by the Vshift signal. The Vshift signal is a signal created by the control unit 61 based on the Vclk signal and the Vst signal, and is a signal for instructing selection of a row of the light receiving unit 11.

set_n1信号は、制御部61で作成される信号であって、画素部から出力される長期間蓄積データ(ノイズ成分)を第1ホールド回路21に保持することを指示する信号である。set_s1信号は、制御部61で作成される信号であって、画素部から出力される長期間蓄積データ(信号成分)を第1ホールド回路21に保持することを指示する信号である。set_n2信号は、制御部61で作成される信号であって、画素部から出力される短期間蓄積データ(ノイズ成分)を第2ホールド回路22に保持することを指示する信号である。set_s2信号は、制御部61で作成される信号であって、画素部から出力される短期間蓄積データ(信号成分)を第2ホールド回路22に保持することを指示する信号である。   The set_n1 signal is a signal created by the control unit 61 and is a signal for instructing the first hold circuit 21 to hold the long-term accumulation data (noise component) output from the pixel unit. The set_s1 signal is a signal created by the control unit 61 and is a signal for instructing the first hold circuit 21 to hold the long-term accumulated data (signal component) output from the pixel unit. The set_n2 signal is a signal created by the control unit 61 and is a signal for instructing the second hold circuit 22 to hold the short-term accumulation data (noise component) output from the pixel unit. The set_s2 signal is a signal created by the control unit 61 and is a signal for instructing the second hold circuit 22 to hold the short-term accumulation data (signal component) output from the pixel unit.

Hst信号は、制御部61で作成される信号であって、第1ホールド回路21および第2ホールド回路22それぞれからのデータ読出の開始を指示するスタート信号である。Hclk信号は、制御部61で作成される信号であって、第1ホールド回路21および第2ホールド回路22それぞれからのデータの順次読出を指示するクロック信号である。Hshift信号は、Hclk信号およびHst信号に基づいて制御部61で作成される信号であって、第1ホールド回路21および第2ホールド回路22それぞれからのデータ読出を指示する信号である。video_a信号は、出力選択部31から出力される信号であって、画素部に含まれるフォトダイオードへの入射光量に応じた値である。   The Hst signal is a signal generated by the control unit 61 and is a start signal that instructs the start of data reading from each of the first hold circuit 21 and the second hold circuit 22. The Hclk signal is a signal generated by the control unit 61 and is a clock signal instructing sequential reading of data from each of the first hold circuit 21 and the second hold circuit 22. The Hshift signal is a signal created by the control unit 61 based on the Hclk signal and the Hst signal, and is a signal instructing data reading from each of the first hold circuit 21 and the second hold circuit 22. The video_a signal is a signal output from the output selection unit 31 and is a value corresponding to the amount of light incident on the photodiode included in the pixel unit.

図7は、第1実施形態に係る固体撮像装置1の動作を説明するタイミングチャートである。この図は、受光部11の各画素部のフォトダイオードにおける電荷蓄積のタイミング、受光部11から出力される電圧値が第1ホールド部21および第2ホールド部22それぞれにより保持されるタイミング、および、第1ホールド部21および第2ホールド部22それぞれにより保持された電圧値が出力選択部31へ出力されるタイミング、を示している。なお、この動作は、図6に示したような制御部61から出力される各制御信号に基づいて行われる。また、ここでは、図示の簡便の為に、M値を4とし、N値を4としている。   FIG. 7 is a timing chart for explaining the operation of the solid-state imaging device 1 according to the first embodiment. This figure shows the timing of charge accumulation in the photodiode of each pixel unit of the light receiving unit 11, the timing at which the voltage value output from the light receiving unit 11 is held by each of the first hold unit 21 and the second hold unit 22, and The timing at which the voltage value held by each of the first hold unit 21 and the second hold unit 22 is output to the output selection unit 31 is shown. This operation is performed based on each control signal output from the control unit 61 as shown in FIG. Here, for the sake of simplicity of illustration, the M value is 4 and the N value is 4.

このタイミングチャートには、上から順に、第1行の画素部P1,1〜P1,4それぞれのフォトダイオードにおける電荷蓄積動作、第2行の画素部P2,1〜P2,4それぞれのフォトダイオードにおける電荷蓄積動作、第3行の画素部P3,1〜P3,4それぞれのフォトダイオードにおける電荷蓄積動作、第4行の画素部P4,1〜P4,4それぞれのフォトダイオードにおける電荷蓄積動作、第1ホールド部21に含まれるホールド回路H1,1〜H1,4それぞれによる電圧値保持動作、第2ホールド部22に含まれるホールド回路H2,1〜H2,4それぞれによる電圧値保持動作、ならびに、出力選択部31からのvideo_a信号出力動作、が示されている。 In this timing chart, in order from the top, the charge accumulation operation in the photodiodes of the pixel portions P 1,1 to P 1,4 in the first row, the pixel portions P 2,1 to P 2,4 in the second row, respectively. Charge accumulation operation in the photodiodes of the third row, charge accumulation operations in the photodiode portions of the pixel portions P 3,1 to P 3,4 in the third row, and the respective photos of the pixel portions P 4,1 to P 4,4 in the fourth row. Charge accumulation operation in the diode, voltage value holding operation by each of the hold circuits H 1,1 to H 1,4 included in the first hold unit 21, and hold circuits H 2,1 to H 2, included in the second hold unit 22 4 shows a voltage value holding operation and a video_a signal output operation from the output selection unit 31.

受光部11において、各行のN個の画素部は同一タイミングで動作するが、行間では一定時間づつ異なるタイミングで動作する。そして、受光部11における第1行〜第M行それぞれについて順次に以下のような動作が行われる。   In the light receiving unit 11, the N pixel units in each row operate at the same timing, but operate at different timings for each fixed time between rows. Then, the following operation is sequentially performed for each of the first to Mth rows in the light receiving unit 11.

第m行の各画素部Pm,nのフォトダイオードは、第1期間T1に亘る光入射に応じた電荷蓄積動作、第1期間T1の後の初期化動作、第2期間T2に亘る光入射に応じた電荷蓄積動作、および、第2期間T2の後の初期化動作、を繰り返し行う。ただし、第1期間T1より第2期間T2が短い。図7の上方に示したT1,T2は第1行の各画素部P1,n(n=1〜4)のものを示している。 The photodiode of each pixel unit P m, n in the m-th row has a charge accumulation operation corresponding to light incidence over the first period T1, an initialization operation after the first period T1, and light incidence over the second period T2. The charge accumulation operation according to the above and the initialization operation after the second period T2 are repeated. However, the second period T2 is shorter than the first period T1. T1 and T2 shown in the upper part of FIG. 7 indicate the pixel portions P 1, n (n = 1 to 4) in the first row.

第1期間T1に亘る光入射に応じて第m行の各画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値は、配線Vline(n)を経て第1ホールド部21に入力されて、電圧値V1m,nとして第1ホールド部21のホールド回路H1,nにより保持される。このとき、ホールド回路H1,nには信号成分out_s1(n)およびノイズ成分out_n1(n)が保持されて、これら信号成分out_s1(n)とノイズ成分out_n1(n)との差が電圧値V1m,nを表す。この第1期間T1の後に第m行の各画素部Pm,nは初期化される、
この初期化の後に、第1期間T1より短い第2期間T2に亘る光入射に応じて第m行の各画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値は、配線Vline(n)を経て第2ホールド部22に入力されて、電圧値V2m,nとして第2ホールド部22のホールド回路H2,nにより保持される。このとき、ホールド回路H2,nには信号成分out_s2(n)およびノイズ成分out_n2(n)が保持されて、これら信号成分out_s2(n)とノイズ成分out_n2(n)との差が電圧値V2m,nを表す。この第2期間T2の後に第m行の各画素部Pm,nは初期化される、
第1ホールド部21により保持された電圧値V1m,nは、配線Hline_s1,Hline_n1を経て出力選択部31に入力される。第2ホールド部22により保持された電圧値V2m,nは、配線Hline_s2,Hline_n2を経て出力選択部31に入力される。出力選択部31には、先ず電圧値V1m,1および電圧値V2m,1が入力され、次に電圧値V1m,2および電圧値V2m,2が入力され、更に次に電圧値V1m,3および電圧値V2m,3が入力され、・・・というように、第1列から第N列へ順に電圧値V1m,n,V2m,nが入力される。そして、電圧値V1m,nまたは電圧値V2m,nが出力選択部31から選択的に出力される。
The voltage value corresponding to the amount of charge generated in the photodiode of each pixel unit P m, n in the m-th row in response to the light incidence over the first period T1 passes through the wiring Vline (n), and the first hold unit 21 It is input to and held by the holding circuit H 1, n of the first holding portion 21 as a voltage value V1 m, n. At this time, the hold circuit H1 , n holds the signal component out_s1 (n) and the noise component out_n1 (n), and the difference between the signal component out_s1 (n) and the noise component out_n1 (n) is a voltage value V1. m and n are represented. After the first period T1, each pixel unit P m, n in the m-th row is initialized.
After this initialization, the voltage value corresponding to the amount of charge generated in the photodiodes of the pixel units P m, n in the m-th row in response to light incidence over the second period T2 shorter than the first period T1 is: The voltage is input to the second hold unit 22 via the wiring Vline (n), and is held by the hold circuit H2 , n of the second hold unit 22 as the voltage value V2m , n . At this time, the hold circuit H2 , n holds the signal component out_s2 (n) and the noise component out_n2 (n), and the difference between the signal component out_s2 (n) and the noise component out_n2 (n) is a voltage value V2. m and n are represented. After the second period T2, each pixel unit P m, n in the m-th row is initialized.
The voltage value V1 m, n held by the first hold unit 21 is input to the output selection unit 31 via the wirings Hline_s1 and Hline_n1. The voltage value V2 m, n held by the second hold unit 22 is input to the output selection unit 31 via the wirings Hline_s2 and Hline_n2. First, the voltage value V1 m, 1 and the voltage value V2 m, 1 are input to the output selection unit 31, then the voltage value V1 m, 2 and the voltage value V2 m, 2 are input, and then the voltage value V1. m, 3 and voltage value V2 m, 3 are input, and so on, voltage values V1 m, n , V2 m, n are input in order from the first column to the Nth column. The voltage value V1 m, n or the voltage value V2 m, n is selectively output from the output selection unit 31.

出力選択部31から出力されるvideo_a信号の値は、電圧値V1m,nが基準電圧値Vsat未満であるとき(すなわち、電圧値V1m,nが飽和していないとき)電圧値V1m,nとなり、そうでないときには電圧値V2m,nとなる。前述したように、電圧値V1m,nは、比較的長い第1期間T1に亘る光入射に応じて画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値であり、電圧値V2m,nは、比較的短い第2期間T2に亘る光入射に応じて画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値である。 The value of the video_a signal output from the output selection unit 31 is the voltage value V1 m, n when the voltage value V1 m, n is less than the reference voltage value Vsat (that is, when the voltage value V1 m, n is not saturated) . n , otherwise the voltage value V2 m, n . As described above, the voltage value V1 m, n is a voltage value corresponding to the amount of charge generated in the photodiode of the pixel unit P m, n in response to light incidence over a relatively long first period T1, The voltage value V2 m, n is a voltage value corresponding to the amount of charge generated in the photodiode of the pixel unit P m, n in response to light incidence over a relatively short second period T2.

光入射強度が比較的小さい場合には、電荷蓄積時間が比較的長くても、電圧値V1m,nが飽和しないので、この電圧値V1m,nが選択される。光入射強度が比較的大きい場合には、電圧値V1m,nが飽和するので、電圧値V2m,nが選択される。したがって、この固体撮像装置1は、複数の画素部それぞれについてダイナミックレンジが拡大される。また、この固体撮像装置1は、フレームメモリを必要とせず、小規模の回路を追加しただけであるので、小型化が可能で安価なものとすることができる。 When the light incident intensity is relatively small, the voltage value V1 m, n is not saturated even if the charge accumulation time is relatively long, so this voltage value V1 m, n is selected. When the light incident intensity is relatively high, the voltage value V1 m, n is saturated, so the voltage value V2 m, n is selected. Therefore, in the solid-state imaging device 1, the dynamic range is expanded for each of the plurality of pixel units. In addition, the solid-state imaging device 1 does not require a frame memory, and only a small circuit is added. Therefore, the solid-state imaging device 1 can be reduced in size and can be inexpensive.

また、この固体撮像装置1では、比較的長い第1期間T1に亘って電荷蓄積をした後に比較的短い第2期間T2に亘って電荷蓄積をすることにより、第1ホールド部21および第2ホールド部22それぞれの電圧値保持タイミングの差が小さい。また、その後、出力選択部31による処理が完了するまでに、第1ホールド部21および第2ホールド部22それぞれが電圧値を保持しておく時間が短い。したがって、この点でも、追加回路の規模が小さくて済む。   Further, in the solid-state imaging device 1, the first hold unit 21 and the second hold are performed by accumulating charges over a relatively short second period T 2 after accumulating charges over a relatively long first period T 1. The difference in the voltage value holding timing of each unit 22 is small. In addition, after that, until the processing by the output selection unit 31 is completed, the time during which each of the first hold unit 21 and the second hold unit 22 holds the voltage value is short. Therefore, the scale of the additional circuit can be reduced also in this respect.

(第2実施形態)
次に、本発明に係る固体撮像装置の第2実施形態について説明する。図8は、第2実施形態に係る固体撮像装置2の概略構成図である。この図に示される固体撮像装置2は、APS方式のものであって、受光部11、第1ホールド部21、第2ホールド部22、第3ホールド部23、出力選択部32、AD変換部40、バイアス部50および制御部62を備える。これらは共通の基板上にモノリシックに形成されているのが好適であり、その場合の基板上の配置の一例は図示のとおりである。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention will be described. FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the solid-state imaging device 2 according to the second embodiment. The solid-state imaging device 2 shown in this figure is of the APS system, and includes a light receiving unit 11, a first hold unit 21, a second hold unit 22, a third hold unit 23, an output selection unit 32, and an AD conversion unit 40. , A bias unit 50 and a control unit 62 are provided. These are preferably formed monolithically on a common substrate, and an example of the arrangement on the substrate in that case is as shown in the figure.

前の第1実施形態に係る固体撮像装置1の構成と比較すると、この第2実施形態に係る固体撮像装置2は、第3ホールド部23を更に備える点、出力選択部31に替えて出力選択部32を備える点、および、制御部61に替えて制御部62を備える点、で相違する。   Compared with the configuration of the solid-state imaging device 1 according to the previous first embodiment, the solid-state imaging device 2 according to the second embodiment is further provided with a third hold unit 23, and is an output selection instead of the output selection unit 31. The difference is that the unit 32 is provided, and the control unit 62 is provided instead of the control unit 61.

第3ホールド部23は、第1ホールド部21および第2ホールド部22それぞれと同様の構成を有しており、受光部11における何れかの第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を入力し、これらを電圧値V3m,1〜V3m,Nとして保持し出力する。 The third hold unit 23 has the same configuration as each of the first hold unit 21 and the second hold unit 22, and the N pixel units P m, 1 to n in any m-th row in the light receiving unit 11. A voltage value corresponding to the amount of charge generated in each photodiode of P m, N is input, and these are held and output as voltage values V3 m, 1 to V3 m, N.

出力選択部32は、第1ホールド部21から出力されるN個の電圧値V1m,1〜V1m,Nを入力し、第2ホールド部22から出力されるN個の電圧値V2m,1〜V2m,Nを入力し、また、第3ホールド部23から出力されるN個の電圧値V3m,1〜V3m,Nをも入力する。そして、出力選択部32は、電圧値V1m,nまたは電圧値V2m,nと基準電圧値Vsatとを大小比較して、その比較結果を示すmode_out信号を出力するとともに、電圧値V1m,nまたは電圧値V2m,nが基準電圧値Vsat未満であるときには電圧値V1m,nまたは電圧値V2m,nを選択的に出力し、そうでないときには電圧値V3m,nを選択的に出力する。 The output selection unit 32 inputs N voltage values V1 m, 1 to V1 m, N output from the first hold unit 21 , and N voltage values V2 m, N output from the second hold unit 22 . 1 to V2 m, type the N, also, N pieces of the voltage values output from the third holding portion 23 V3 m, 1 ~V3 m, also inputs the N. The output selection unit 32 compares the voltage value V1 m, n or the voltage value V2 m, n with the reference voltage value Vsat, outputs a mode_out signal indicating the comparison result, and outputs the voltage value V1 m, n When n or voltage value V2 m, n is less than reference voltage value Vsat, voltage value V1 m, n or voltage value V2 m, n is selectively output, otherwise voltage value V3 m, n is selectively output. Output.

AD変換部40は、出力選択部32から出力された電圧値を入力し、この電圧値(アナログ値)をデジタル値に変換して、このデジタル値video_dataを出力する。バイアス部50は、受光部11、出力選択部32およびAD変換部40それぞれに対して、基準電圧を供給する。制御部62は、外部から入力されるCLK信号およびST信号に基づいて、受光部11,第1ホールド部21,第2ホールド部22,第3ホールド部23,出力選択部32およびAD変換部40それぞれの動作を制御するための制御信号を生成して出力するものであり、シフトレジスタ等の論理回路を含む。   The AD conversion unit 40 receives the voltage value output from the output selection unit 32, converts the voltage value (analog value) into a digital value, and outputs the digital value video_data. The bias unit 50 supplies a reference voltage to each of the light receiving unit 11, the output selection unit 32, and the AD conversion unit 40. Based on the CLK signal and ST signal input from the outside, the control unit 62 receives the light receiving unit 11, the first hold unit 21, the second hold unit 22, the third hold unit 23, the output selection unit 32, and the AD conversion unit 40. It generates and outputs a control signal for controlling each operation, and includes a logic circuit such as a shift register.

図9は、第2実施形態に係る固体撮像装置2に含まれる受光部11,第1ホールド部21,第2ホールド部22および第3ホールド部23の構成図である。受光部11には、共通の構成を有するM×N個の画素部P1,1〜PM,Nが2次元配列されており、第m行第n列に画素部Pm,nが位置している。第1ホールド部21はN個のホールド回路H1,1〜H1,Nを含む。第2ホールド部22はN個のホールド回路H2,1〜H2,Nを含む。また、第3ホールド部23はN個のホールド回路H3,1〜H3,Nを含む。N個のホールド回路H1,1〜H1,N,N個のホールド回路H2,1〜H2,NおよびN個のホールド回路H3,1〜H3,Nは共通の構成を有する。 FIG. 9 is a configuration diagram of the light receiving unit 11, the first hold unit 21, the second hold unit 22, and the third hold unit 23 included in the solid-state imaging device 2 according to the second embodiment. In the light receiving unit 11, M × N pixel units P 1,1 to P M, N having a common configuration are two-dimensionally arranged, and the pixel unit P m, n is positioned in the m- th row and the n-th column. is doing. The first hold unit 21 includes N hold circuits H 1,1 to H 1, N. The second holding portion 22 includes N holding circuits H 2,1 to H 2, N. The third hold unit 23 includes N hold circuits H 3,1 to H 3, N. N hold circuits H 1,1 to H 1, N , N hold circuits H 2,1 to H 2, N and N hold circuits H 3,1 to H 3, N have a common configuration. .

受光部11に含まれる第n列のM個の画素部P1,n〜PM,nそれぞれの出力端、第1ホールド部21に含まれるホールド回路H1,nの入力端、第2ホールド部22に含まれるホールド回路H2,nの入力端、および、第3ホールド部23に含まれるホールド回路H3,nの入力端は、共通の配線Vline(n)により接続されている。第1ホールド部21に含まれるN個のホールド回路H1,1〜H1,Nそれぞれの出力端は共通の配線により接続されている。第2ホールド部22に含まれるN個のホールド回路H2,1〜H2,Nそれぞれの出力端は共通の配線により接続されている。また、第3ホールド部23に含まれるN個のホールド回路H3,1〜H3,Nそれぞれの出力端は共通の配線により接続されている。 The output ends of the M pixel units P 1, n to P M, n in the n-th column included in the light receiving unit 11, the input ends of the hold circuits H 1, n included in the first hold unit 21, and the second hold The input terminal of the hold circuit H2 , n included in the unit 22 and the input terminal of the hold circuit H3 , n included in the third hold unit 23 are connected by a common wiring Vline (n). The output terminals of the N hold circuits H 1,1 to H 1, N included in the first hold unit 21 are connected by a common wiring. The output terminals of the N hold circuits H 2, 1 to H 2, N included in the second hold unit 22 are connected by a common wiring. The output terminals of the N hold circuits H 3,1 to H 3, N included in the third hold unit 23 are connected by a common wiring.

図10は、第2実施形態に係る固体撮像装置2に含まれる画素部Pm,n,ホールド回路H1,n,ホールド回路H2,nおよびホールド回路H3,nの回路図である。各画素部Pm,n,第1ホールド部21に含まれる各ホールド回路H1,n,および、第2ホールド部22に含まれる各ホールド回路H2,nそれぞれは、図3中に示された構成と同様のものである。 FIG. 10 is a circuit diagram of a pixel unit P m, n , a hold circuit H 1, n , a hold circuit H 2, n and a hold circuit H 3, n included in the solid-state imaging device 2 according to the second embodiment. Each pixel unit P m, n , each hold circuit H 1, n included in the first hold unit 21 and each hold circuit H 2, n included in the second hold unit 22 are shown in FIG. The configuration is the same as that described above.

第3ホールド部23に含まれる各ホールド回路H3,nは、2つの容量素子C1,C2、および、4つのスイッチSW11,SW12,SW21,SW22、を含む。このホールド回路H3,nでは、スイッチSW11およびスイッチSW12は、直列的に接続されて配線Vline(n)と配線Hline_s3との間に設けられ、容量素子C1の一端は、スイッチSW11とスイッチSW12との間の接続点に接続され、容量素子C1の他端は接地されている。また、スイッチSW21およびスイッチSW22は、直列的に接続されて配線Vline(n)と配線Hline_n3との間に設けられ、容量素子C2の一端は、スイッチSW21とスイッチSW22との間の接続点に接続され、容量素子C2の他端は接地されている。 Each hold circuit H 3, n included in the third hold unit 23 includes two capacitive elements C1, C2, and four switches SW11, SW12, SW21, SW22. In the hold circuit H3 , n , the switch SW11 and the switch SW12 are connected in series and provided between the wiring Vline (n) and the wiring Hline_s3, and one end of the capacitor C1 is connected to the switch SW11 and the switch SW12. The other end of the capacitive element C1 is grounded. The switches SW21 and SW22 are connected in series and provided between the wiring Vline (n) and the wiring Hline_n3, and one end of the capacitor C2 is connected to a connection point between the switch SW21 and the switch SW22. The other end of the capacitive element C2 is grounded.

このホールド回路H3,nでは、スイッチSW11は、制御部62から供給されるset_s3信号のレベルに応じて開閉する。スイッチSW21は、制御部62から供給されるset_n3信号のレベルに応じて開閉する。set_s3信号およびset_n3信号は、第3ホールド部23に含まれるN個のホールド回路H3,1〜H3,Nに対して共通に入力される。スイッチSW12,SW22は、制御部62から供給されるhshiht(n)信号のレベルに応じて開閉する。 In the hold circuit H 3, n , the switch SW11 opens and closes according to the level of the set_s3 signal supplied from the control unit 62. The switch SW21 opens and closes according to the level of the set_n3 signal supplied from the control unit 62. The set_s3 signal and the set_n3 signal are input in common to the N hold circuits H 3,1 to H 3, N included in the third hold unit 23. The switches SW12 and SW22 open and close according to the level of the hshiht (n) signal supplied from the control unit 62.

このホールド回路H3,nでは、set_n3信号がハイレベルからローレベルに転じるときに画素部Pm,nから配線Vline(n)へ出力されていたノイズ成分が、それ以降、容量素子C2により電圧値out_n3(n)として保持される。set_s3信号がハイレベルからローレベルに転じるときに画素部Pm,nから配線Vline(n)へ出力されていた信号成分が、それ以降、容量素子C1により電圧値out_s3(n)として保持される。そして、hshiht(n)信号がハイレベルになると、容量素子C1により保持されていた電圧値out_s3(n)が配線Hline_s3へ出力され、容量素子C2により保持されていた電圧値out_n3(n)が配線Hline_n3へ出力される。これら電圧値out_s3(n)と電圧値out_n3(n)との差が、画素部Pm,nのフォトダイオードPDで発生した電荷の量に応じた電圧値V3m,nを表す。 In the hold circuit H3 , n , the noise component output from the pixel unit Pm , n to the wiring Vline (n) when the set_n3 signal changes from the high level to the low level is subsequently applied to the voltage by the capacitive element C2. Stored as value out_n3 (n). The signal component output from the pixel portion P m, n to the wiring Vline (n) when the set_s3 signal changes from the high level to the low level is thereafter held as the voltage value out_s3 (n) by the capacitive element C1. . When the hshiht (n) signal becomes high level, the voltage value out_s3 (n) held by the capacitive element C1 is output to the wiring Hline_s3, and the voltage value out_n3 (n) held by the capacitive element C2 is output to the wiring. Output to Hline_n3. The difference between the voltage value out_s3 (n) and the voltage value out_n3 (n) represents the voltage value V3m , n corresponding to the amount of charge generated in the photodiode PD of the pixel portion Pm , n .

図11は、第2実施形態に係る固体撮像装置2に含まれる出力選択部32の構成図である。この出力選択部32は、差演算回路311、差演算回路312、比較回路313、ラッチ回路314、論理反転回路315、スイッチSW30〜SW34、スイッチSW41〜SW44およびスイッチSW50〜SW52を含む。   FIG. 11 is a configuration diagram of the output selection unit 32 included in the solid-state imaging device 2 according to the second embodiment. The output selection unit 32 includes a difference calculation circuit 311, a difference calculation circuit 312, a comparison circuit 313, a latch circuit 314, a logic inversion circuit 315, switches SW30 to SW34, switches SW41 to SW44, and switches SW50 to SW52.

差演算回路311の第1入力端子は、スイッチSW33およびバッファアンプを介して配線Hline_s1と接続されており、また、スイッチSW43およびバッファアンプを介して配線Hline_s2と接続されていて、この第1入力端子は、スイッチSW33が閉じているときには、ホールド回路H1,nから配線Hline_s1へ出力される電圧値out_s1(n)を入力し、一方、スイッチSW43が閉じているときには、ホールド回路H2,nから配線Hline_s2へ出力される電圧値out_s2(n)を入力する。 The first input terminal of the difference calculation circuit 311 is connected to the wiring Hline_s1 through the switch SW33 and the buffer amplifier, and is connected to the wiring Hline_s2 through the switch SW43 and the buffer amplifier. When the switch SW33 is closed, the voltage value out_s1 (n) output from the hold circuit H1 , n to the wiring Hline_s1 is input. On the other hand, when the switch SW43 is closed, from the hold circuit H2 , n. The voltage value out_s2 (n) output to the wiring Hline_s2 is input.

差演算回路311の第2入力端子は、スイッチSW34およびバッファアンプを介して配線Hline_n1と接続されており、また、スイッチSW44およびバッファアンプを介して配線Hline_n2と接続されている。この第2入力端子は、スイッチSW34が閉じているときには、ホールド回路H1,nから配線Hline_n1へ出力される電圧値out_n1(n)を入力し、一方、スイッチSW44が閉じているときには、ホールド回路H2,nから配線Hline_n2へ出力される電圧値out_n2(n)を入力する。 The second input terminal of the difference calculation circuit 311 is connected to the wiring Hline_n1 through the switch SW34 and the buffer amplifier, and is connected to the wiring Hline_n2 through the switch SW44 and the buffer amplifier. The second input terminal receives a voltage value out_n1 (n) output from the hold circuit H1 , n to the wiring Hline_n1 when the switch SW34 is closed, and on the other hand, when the switch SW44 is closed, the hold circuit The voltage value out_n2 (n) output from H2 , n to the wiring Hline_n2 is input.

スイッチSW33およびスイッチSW34は同一タイミングで開閉動作する。また、スイッチSW43およびスイッチSW44も同一タイミングで開閉動作する。そして、スイッチSW33およびスイッチSW34の組と、スイッチSW43およびスイッチSW44の組とは、一方が開状態であるときには他方が閉状態となる。したがって、差演算回路311は、スイッチSW33およびスイッチSW34が閉じているときには、電圧値out_s1(n)と電圧値out_n1(n)との差を表す電圧値V1m,nを出力し、一方、スイッチSW43およびスイッチSW44が閉じているときには、電圧値out_s2(n)と電圧値out_n2(n)との差を表す電圧値V2m,nを出力する。 The switches SW33 and SW34 open and close at the same timing. Further, the switch SW43 and the switch SW44 also open and close at the same timing. When one of the switch SW33 and switch SW34 and the switch SW43 and switch SW44 is open, the other is closed. Therefore, when the switch SW33 and the switch SW34 are closed, the difference calculation circuit 311 outputs the voltage value V1 m, n representing the difference between the voltage value out_s1 (n) and the voltage value out_n1 (n), while the switch SW33 and the switch SW34 are closed. when SW43 and the switch SW44 is closed, the voltage value V2 m representing the difference between the voltage value out_s2 (n) and the voltage value Out_n2 (n), and outputs the n.

差演算回路312の第1入力端子は、バッファアンプを介して配線Hline_s3と接続されていて、ホールド回路H3,nから配線Hline_s3へ出力される電圧値out_s3(n)を入力する。差演算回路312の第2入力端子は、バッファアンプを介して配線Hline_n3と接続されていて、ホールド回路H3,nから配線Hline_n3へ出力される電圧値out_n3(n)を入力する。そして、差演算回路312は、これら電圧値out_s3(n)と電圧値out_n3(n)との差を表す電圧値V3m,nを出力する。 The first input terminal of the difference calculation circuit 312 is connected to the wiring Hline_s3 via the buffer amplifier, and receives the voltage value out_s3 (n) output from the hold circuit H3 , n to the wiring Hline_s3. The second input terminal of the difference calculation circuit 312 is connected to the wiring Hline_n3 via the buffer amplifier, and receives the voltage value out_n3 (n) output from the hold circuit H3 , n to the wiring Hline_n3. Then, the difference calculation circuit 312 outputs a voltage value V3 m, n representing the difference between the voltage value out_s3 (n) and the voltage value out_n3 (n).

配線Hline_s1はスイッチSW31を介して接地され、このスイッチSW31が閉じることで差演算回路311の第1入力端子への入力電圧値が初期化される。配線Hline_n1はスイッチSW32を介して接地され、このスイッチSW32が閉じることで差演算回路311の第2入力端子への入力電圧値が初期化される。配線Hline_s2はスイッチSW41を介して接地され、このスイッチSW41が閉じることで差演算回路312の第1入力端子への入力電圧値が初期化される。配線Hline_n2はスイッチSW42を介して接地され、このスイッチSW42が閉じることで差演算回路312の第2入力端子への入力電圧値が初期化される。配線Hline_s3はスイッチSW51を介して接地され、このスイッチSW51が閉じることで差演算回路312の第1入力端子への入力電圧値が初期化される。配線Hline_n3はスイッチSW52を介して接地され、このスイッチSW52が閉じることで差演算回路312の第2入力端子への入力電圧値が初期化される。これらのスイッチSW31,SW32,SW41,SW42,SW51,SW52それぞれの開閉動作は、制御部62から供給されるhreset信号により制御される。   The wiring Hline_s1 is grounded via the switch SW31, and the input voltage value to the first input terminal of the difference calculation circuit 311 is initialized by closing the switch SW31. The wiring Hline_n1 is grounded via the switch SW32, and the input voltage value to the second input terminal of the difference calculation circuit 311 is initialized by closing the switch SW32. The wiring Hline_s2 is grounded via the switch SW41, and the input voltage value to the first input terminal of the difference calculation circuit 312 is initialized by closing the switch SW41. The wiring Hline_n2 is grounded via the switch SW42, and the input voltage value to the second input terminal of the difference calculation circuit 312 is initialized by closing the switch SW42. The wiring Hline_s3 is grounded via the switch SW51, and the input voltage value to the first input terminal of the difference calculation circuit 312 is initialized by closing the switch SW51. The wiring Hline_n3 is grounded via the switch SW52, and the input voltage value to the second input terminal of the difference calculation circuit 312 is initialized by closing the switch SW52. The opening / closing operations of these switches SW31, SW32, SW41, SW42, SW51, SW52 are controlled by an hreset signal supplied from the control unit 62.

比較回路313は、差演算回路311から出力される電圧値V1m,nまたはV2m,nと基準電圧値Vsatとを大小比較して、その比較結果を示すmode_out信号を出力する。ラッチ回路314は、比較回路313から出力されるmode_out信号を入力し、そのmode_out信号を一定期間に亘って保持して出力する。論理反転回路315は、ラッチ回路314から出力されるmode_out信号を入力して論理反転し、その反転後の信号を出力する。 The comparison circuit 313 compares the voltage value V1 m, n or V2 m, n output from the difference calculation circuit 311 with the reference voltage value Vsat, and outputs a mode_out signal indicating the comparison result. The latch circuit 314 receives the mode_out signal output from the comparison circuit 313, holds the mode_out signal for a certain period, and outputs it. The logic inversion circuit 315 receives the mode_out signal output from the latch circuit 314, inverts the logic, and outputs the inverted signal.

スイッチSW30は、一端が差演算回路311の出力端に接続されていて、ラッチ回路314から出力されるmode_out信号に基づいて開閉動作する。スイッチSW50は、一端が差演算回路312の出力端に接続されていて、論理反転回路315から出力される信号(mode_out信号の反転信号)に基づいて開閉動作する。スイッチSW30およびスイッチSW50のうち一方が開状態であるときには他方が閉状態であり、スイッチSW30の他端とスイッチSW50の他端とは互いに接続されていて、その接続点から出力されるvideo_a信号は、電圧値V1m,nもしくは電圧値V2m,nまたは電圧値V3m,nとなる。 One end of the switch SW30 is connected to the output terminal of the difference calculation circuit 311 and opens and closes based on the mode_out signal output from the latch circuit 314. One end of the switch SW50 is connected to the output terminal of the difference calculation circuit 312, and opens and closes based on a signal (inverted signal of the mode_out signal) output from the logic inverting circuit 315. When one of the switch SW30 and the switch SW50 is open, the other is closed. The other end of the switch SW30 and the other end of the switch SW50 are connected to each other, and the video_a signal output from the connection point is , Voltage value V1 m, n, voltage value V2 m, n, or voltage value V3 m, n .

したがって、この出力選択部32から出力されるvideo_a信号は、スイッチSW33およびスイッチSW34が閉じていて電圧値V1m,nが基準電圧値Vsat未満であるときには電圧値V1m,nとなり、スイッチSW43およびスイッチSW44が閉じていて電圧値V2m,nが基準電圧値Vsat未満であるときには電圧値V2m,nとなり、これらの何れでもないときには電圧値V3m,nとなる。ここで、基準電圧値Vsatは、電圧値V1m,nまたは電圧値V2m,nが飽和しているか否かを比較回路313において判定できるよう適切な値に設定される。AD変換部40は、出力選択部32から出力されるvideo_a信号を入力して、この信号の電圧値(アナログ値)をデジタル値に変換して、このデジタル値video_dataを出力する。 Therefore, Video_a signal outputted from the output selection unit 32, the voltage value V1 m, n becomes when the switch SW33 and the switch SW34 is closed the voltage value V1 m, n is less than the reference voltage value Vsat, switches SW43 and When the switch SW44 is closed and the voltage value V2 m, n is less than the reference voltage value Vsat, the voltage value V2 m, n is obtained , and when it is not any of these, the voltage value V3 m, n is obtained. Here, the reference voltage value Vsat is set to an appropriate value so that the comparison circuit 313 can determine whether or not the voltage value V1 m, n or the voltage value V2 m, n is saturated. The AD conversion unit 40 receives the video_a signal output from the output selection unit 32, converts the voltage value (analog value) of this signal into a digital value, and outputs the digital value video_data.

次に、第2実施形態に係る固体撮像装置2の動作について説明する。図12は、第2実施形態に係る固体撮像装置2の動作を説明するタイミングチャートである。この図は、受光部11の各画素部のフォトダイオードにおける電荷蓄積のタイミング、受光部11から出力される電圧値が第1ホールド部21,第2ホールド部22および第3ホールド部23それぞれにより保持されるタイミング、および、第1ホールド部21,第2ホールド部22および第3ホールド部23それぞれにより保持された電圧値が出力選択部32へ出力されるタイミング、を示している。なお、この動作は、制御部62から出力される各制御信号に基づいて行われる。また、ここでは、図示の簡便の為に、M値を4とし、N値を4としている。   Next, the operation of the solid-state imaging device 2 according to the second embodiment will be described. FIG. 12 is a timing chart for explaining the operation of the solid-state imaging device 2 according to the second embodiment. In this figure, the timing of charge accumulation in the photodiode of each pixel unit of the light receiving unit 11 and the voltage value output from the light receiving unit 11 are held by the first hold unit 21, the second hold unit 22, and the third hold unit 23, respectively. And the timing at which the voltage values held by the first hold unit 21, the second hold unit 22, and the third hold unit 23 are output to the output selection unit 32, respectively. This operation is performed based on each control signal output from the control unit 62. Here, for the sake of simplicity of illustration, the M value is 4 and the N value is 4.

このタイミングチャートには、上から順に、第1行の画素部P1,1〜P1,4それぞれのフォトダイオードにおける電荷蓄積動作、第2行の画素部P2,1〜P2,4それぞれのフォトダイオードにおける電荷蓄積動作、第3行の画素部P3,1〜P3,4それぞれのフォトダイオードにおける電荷蓄積動作、第4行の画素部P4,1〜P4,4それぞれのフォトダイオードにおける電荷蓄積動作、第1ホールド部21に含まれるホールド回路H1,1〜H1,4それぞれによる電圧値保持動作、第2ホールド部22に含まれるホールド回路H2,1〜H2,4それぞれによる電圧値保持動作、第3ホールド部23に含まれるホールド回路H3,1〜H3,4それぞれによる電圧値保持動作、ならびに、出力選択部32からのvideo_a信号出力動作、が示されている。 In this timing chart, in order from the top, the charge accumulation operation in the photodiodes of the pixel portions P 1,1 to P 1,4 in the first row, the pixel portions P 2,1 to P 2,4 in the second row, respectively. Charge accumulation operation in the photodiodes of the third row, charge accumulation operations in the photodiode portions of the pixel portions P 3,1 to P 3,4 in the third row, and the respective photos of the pixel portions P 4,1 to P 4,4 in the fourth row. Charge accumulation operation in the diode, voltage value holding operation by each of the hold circuits H 1,1 to H 1,4 included in the first hold unit 21, and hold circuits H 2,1 to H 2, included in the second hold unit 22 4 voltage value holding operation by each of the voltage value holding operation by the holding circuit H 3, 1 to H 3, 4 respectively included in the third holding portion 23, and, Video_a signal output operation from the output selection unit 32 It is shown.

受光部11において、各行のN個の画素部は同一タイミングで動作するが、行間では一定時間づつ異なるタイミングで動作する。そして、受光部11における第1行〜第M行それぞれについて順次に以下のような動作が行われる。   In the light receiving unit 11, the N pixel units in each row operate at the same timing, but operate at different timings for each fixed time between rows. Then, the following operation is sequentially performed for each of the first to Mth rows in the light receiving unit 11.

第m行の各画素部Pm,nのフォトダイオードは、第1期間T1に亘る光入射に応じた電荷蓄積動作、第1期間T1の後の初期化動作、第2期間T2に亘る光入射に応じた電荷蓄積動作、および、第2期間T2の後の初期化動作、を繰り返し行う。ただし、第1期間T1より第2期間T2が短い。図12の上方に示したT1,T2は第1行の各画素部P1,n(n=1〜4)のものを示している。 The photodiode of each pixel unit P m, n in the m-th row has a charge accumulation operation corresponding to light incidence over the first period T1, an initialization operation after the first period T1, and light incidence over the second period T2. The charge accumulation operation according to the above and the initialization operation after the second period T2 are repeated. However, the second period T2 is shorter than the first period T1. T1 and T2 shown in the upper part of FIG. 12 indicate the pixel portions P 1, n (n = 1 to 4) in the first row.

第1期間T1に亘る光入射に応じて第m行の各画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値は、配線Vline(n)を経て、m値が奇数のときには第1ホールド部21に入力されて電圧値V1m,nとしてホールド回路H1,nにより保持され、m値が偶数のときには第2ホールド部22に入力されて電圧値V2m,nとしてホールド回路H2,nにより保持される。このとき、ホールド回路H1,nには信号成分out_s1(n)およびノイズ成分out_n1(n)が保持されて、これら信号成分out_s1(n)とノイズ成分out_n1(n)との差が電圧値V1m,nを表す。ホールド回路H2,nには信号成分out_s2(n)およびノイズ成分out_n2(n)が保持されて、これら信号成分out_s2(n)とノイズ成分out_n2(n)との差が電圧値V2m,nを表す。この第1期間T1の後に第m行の各画素部Pm,nは初期化される。 The voltage value corresponding to the amount of charge generated in the photodiode of each pixel unit P m, n in the m-th row in response to light incidence over the first period T1 is an odd m value via the wiring Vline (n). Is input to the first hold unit 21 and is held by the hold circuit H 1, n as the voltage value V1 m, n . When the m value is even, it is input to the second hold unit 22 as the voltage value V2 m, n. It is held by the hold circuit H 2, n . At this time, the hold circuit H1 , n holds the signal component out_s1 (n) and the noise component out_n1 (n), and the difference between the signal component out_s1 (n) and the noise component out_n1 (n) is a voltage value V1. m and n are represented. The hold circuit H2 , n holds the signal component out_s2 (n) and the noise component out_n2 (n), and the difference between the signal component out_s2 (n) and the noise component out_n2 (n) is a voltage value V2m , n. Represents. After the first period T1, each pixel unit P m, n in the m-th row is initialized.

この初期化の後に、第1期間T1より短い第2期間T2に亘る光入射に応じて第m行の各画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値は、配線Vline(n)を経て第3ホールド部23に入力されて、電圧値V3m,nとして第3ホールド部23のホールド回路H3,nにより保持される。このとき、ホールド回路H3,nには信号成分out_s3(n)およびノイズ成分out_n3(n)が保持されて、これら信号成分out_s3(n)とノイズ成分out_n3(n)との差が電圧値V3m,nを表す。この第2期間T2の後に第m行の各画素部Pm,nは初期化される、
出力選択部32には、m値が奇数のときには、第1ホールド部21により保持された電圧値V1m,nが配線Hline_s1,Hline_n1を経て入力され、m値が偶数のときには、第2ホールド部22により保持された電圧値V2m,nが配線Hline_s2,Hline_n2を経て入力され、また、m値に拘らず、第3ホールド部23により保持された電圧値V3m,nが配線Hline_s3,Hline_n3を経て入力される。
After this initialization, the voltage value corresponding to the amount of charge generated in the photodiodes of the pixel units P m, n in the m-th row in response to light incidence over the second period T2 shorter than the first period T1 is: The voltage is input to the third hold unit 23 via the wiring Vline (n), and is held as the voltage value V3 m, n by the hold circuit H 3, n of the third hold unit 23. At this time, the hold circuit H3 , n holds the signal component out_s3 (n) and the noise component out_n3 (n), and the difference between the signal component out_s3 (n) and the noise component out_n3 (n) is a voltage value V3. m and n are represented. After the second period T2, each pixel unit P m, n in the m-th row is initialized.
When the m value is an odd number, the output selection unit 32 receives the voltage value V1 m, n held by the first hold unit 21 via the wirings Hline_s1 and Hline_n1, and when the m value is an even number, the second hold unit. The voltage value V2 m, n held by the line 22 is input via the wirings Hline_s2 and Hline_n2, and the voltage value V3 m, n held by the third hold unit 23 is changed to the lines Hline_s3 and Hline_n3 regardless of the m value. It is input after.

m値が奇数のときには、出力選択部32には、先ず電圧値V1m,1および電圧値V3m,1が入力され、次に電圧値V1m,2および電圧値V3m,2が入力され、更に次に電圧値V1m,3および電圧値V3m,3が入力され、・・・というように、第1列から第N列へ順に電圧値V1m,nおよび電圧値V3m,nが入力される。m値が偶数のときには、出力選択部32には、先ず電圧値V2m,1および電圧値V3m,1が入力され、次に電圧値V2m,2および電圧値V3m,2が入力され、更に次に電圧値V2m,3および電圧値V3m,3が入力され、・・・というように、第1列から第N列へ順に電圧値V2m,nおよび電圧値V3m,nが入力される。そして、m値が奇数のときには、電圧値V1m,nまたは電圧値V3m,nが出力選択部32から選択的に出力され、m値が偶数のときには、電圧値V2m,nまたは電圧値V3m,nが出力選択部32から選択的に出力される。 When the m value is an odd number, first, the voltage value V1 m, 1 and the voltage value V3 m, 1 are input to the output selection unit 32, and then the voltage value V1 m, 2 and the voltage value V3 m, 2 are input. Next, the voltage value V1 m, 3 and the voltage value V3 m, 3 are input, and so on, and so on, in order from the first column to the Nth column, the voltage value V1 m, n and the voltage value V3 m, n Is entered. When the m value is an even number, the voltage value V2 m, 1 and the voltage value V3 m, 1 are first input to the output selection unit 32, and then the voltage value V2 m, 2 and the voltage value V3 m, 2 are input. Next, the voltage value V2 m, 3 and the voltage value V3 m, 3 are input, and so on, and so on, in order from the first column to the Nth column, the voltage value V2 m, n and the voltage value V3 m, n Is entered. When the m value is an odd number, the voltage value V1 m, n or the voltage value V3 m, n is selectively output from the output selection unit 32. When the m value is an even number, the voltage value V2 m, n or the voltage value V3 m, n is selectively output from the output selector 32.

出力選択部32から出力されるvideo_a信号の値は、m値が奇数であって電圧値V1m,nが基準電圧値Vsat未満であるとき(すなわち、電圧値V1m,nが飽和していないとき)電圧値V1m,nとなり、m値が偶数であって電圧値V2m,nが基準電圧値Vsat未満であるとき(すなわち、電圧値V2m,nが飽和していないとき)電圧値V2m,nとなり、これらの何れでもないときには電圧値V3m,nとなる。前述したように、電圧値V1m,nおよび電圧値V2m,nそれぞれは、比較的長い第1期間T1に亘る光入射に応じて画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値であり、電圧値V3m,nは、比較的短い第2期間T2に亘る光入射に応じて画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値である。 The value of the video_a signal output from the output selection unit 32 is when the m value is an odd number and the voltage value V1 m, n is less than the reference voltage value Vsat (that is, the voltage value V1 m, n is not saturated). Voltage value V1 m, n , when the m value is an even number and the voltage value V2 m, n is less than the reference voltage value Vsat (that is, when the voltage value V2 m, n is not saturated). V2 m, n , and when none of these, the voltage value V3 m, n . As described above, each of the voltage value V1 m, n and the voltage value V2 m, n is the amount of charge generated in the photodiode of the pixel unit P m, n in response to light incidence over a relatively long first period T1. The voltage value V3 m, n is a voltage value corresponding to the amount of charge generated in the photodiode of the pixel portion P m, n in response to light incidence over a relatively short second period T2. It is.

光入射強度が比較的小さい場合には、電荷蓄積時間が比較的長くても、電圧値V1m,nまたは電圧値V2m,nが飽和しないので、この電圧値V1m,nまたは電圧値V2m,nが選択される。光入射強度が比較的大きい場合には、電圧値V1m,nまたは電圧値V2m,nが飽和するので、電圧値V3m,nが選択される。したがって、この固体撮像装置2は、複数の画素部それぞれについてダイナミックレンジが拡大される。また、この固体撮像装置2は、フレームメモリを必要とせず、小規模の回路を追加しただけであるので、小型化が可能で安価なものとすることができる。 When the light incident intensity is relatively small, the voltage value V1 m, n or the voltage value V2 m, n is not saturated even if the charge accumulation time is relatively long. Therefore, the voltage value V1 m, n or the voltage value V2 m and n are selected. When the light incident intensity is relatively high, the voltage value V1 m, n or the voltage value V2 m, n is saturated, so the voltage value V3 m, n is selected. Therefore, in the solid-state imaging device 2, the dynamic range is expanded for each of the plurality of pixel units. Further, the solid-state imaging device 2 does not require a frame memory, and only a small circuit is added, so that it can be downsized and can be made inexpensive.

また、この固体撮像装置2では、比較的長い第1期間T1に亘って電荷蓄積をした後に比較的短い第2期間T2に亘って電荷蓄積をすることにより、第1ホールド部21および第2ホールド部22それぞれの電圧値保持タイミングの差が小さい。また、その後、出力選択部32による処理が完了するまでに、第1ホールド部21および第2ホールド部22それぞれが電圧値を保持しておく時間が短い。したがって、この点でも、追加回路の規模が小さくて済む。   Further, in this solid-state imaging device 2, the charge is accumulated over a relatively long first period T1, and then the charge is accumulated over a relatively short second period T2, whereby the first hold unit 21 and the second hold unit 21. The difference in the voltage value holding timing of each unit 22 is small. In addition, after that, until the processing by the output selection unit 32 is completed, the time during which each of the first hold unit 21 and the second hold unit 22 holds the voltage value is short. Therefore, the scale of the additional circuit can be reduced also in this respect.

さらに、この固体撮像装置2は、第1ホールド回路21と第2ホールド回路22とを交互に使用することから、例えば、第1ホールド回路21から或る行について電圧値を読み出している期間に、第2ホールド回路22により次の行について電圧値を保持することができる。これにより、或る行について出力選択部32による処理が行われている間に、次の行の第2期間の電荷蓄積が可能になる。したがって、第2実施形態の固体撮像装置2では、第1期間T1および第2期間T2それぞれの設定の自由度が高く、第1実施形態の固体撮像装置1よりも更に、フレームレートを高速にすることが可能である。   Further, since the solid-state imaging device 2 uses the first hold circuit 21 and the second hold circuit 22 alternately, for example, during a period in which a voltage value is read for a certain row from the first hold circuit 21. The second hold circuit 22 can hold the voltage value for the next row. As a result, while the processing by the output selection unit 32 is being performed for a certain row, charge accumulation in the second period of the next row becomes possible. Therefore, in the solid-state imaging device 2 of the second embodiment, the degree of freedom of setting of each of the first period T1 and the second period T2 is high, and the frame rate is made higher than the solid-state imaging device 1 of the first embodiment. It is possible.

(第3実施形態)
次に、本発明に係る固体撮像装置の第3実施形態について説明する。図13は、第3実施形態に係る固体撮像装置3の概略構成図である。この図に示される固体撮像装置3は、PPS方式のものであって、受光部13、積分部20、第1ホールド部24、第2ホールド部25、出力選択部33、AD変換部40、バイアス部50および制御部63を備える。これらは共通の基板上にモノリシックに形成されているのが好適であり、その場合の基板上の配置の一例は図示のとおりである。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention will be described. FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a solid-state imaging device 3 according to the third embodiment. The solid-state imaging device 3 shown in this figure is of the PPS system, and includes a light receiving unit 13, an integrating unit 20, a first holding unit 24, a second holding unit 25, an output selecting unit 33, an AD converting unit 40, a bias. Unit 50 and control unit 63. These are preferably formed monolithically on a common substrate, and an example of the arrangement on the substrate in that case is as shown in the figure.

受光部13は、M行N列に2次元配列されたPPS方式の画素部P1,1〜PM,Nを含む。各画素部Pm,nは、入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードを有している。ここで、M,Nは2以上の整数であり、mは1以上M以下の任意の整数であり、nは1以上N以下の任意の整数である。 The light receiving unit 13 includes PPS pixel units P 1,1 to P M, N two-dimensionally arranged in M rows and N columns. Each pixel unit P m, n includes a photodiode that generates an amount of charge corresponding to the amount of incident light. Here, M and N are integers of 2 or more, m is an arbitrary integer of 1 to M, and n is an arbitrary integer of 1 to N.

積分部20は、受光部13における何れかの第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷を入力し、その電荷の量に応じた電圧値を出力する。第1ホールド部24は、積分部20から出力された電圧値を入力し、これらを電圧値V1m,1〜V1m,Nとして保持し出力する。同様に、第2ホールド部25は、積分部20から出力された電圧値を入力し、これらを電圧値V2m,1〜V2m,Nとして保持し出力する。 The integrating unit 20 inputs charges generated in the photodiodes of the N pixel units P m, 1 to P m, N in any m-th row in the light receiving unit 13, and a voltage corresponding to the amount of the charges. Output the value. The first hold unit 24 receives the voltage values output from the integration unit 20, holds these as voltage values V1 m, 1 to V1 m, N , and outputs them. Similarly, the second hold unit 25 receives the voltage values output from the integrating unit 20, holds these as voltage values V2m , 1 to V2m , N , and outputs them.

出力選択部33は、第1ホールド部24から出力されるN個の電圧値V1m,1〜V1m,Nを入力するとともに、第2ホールド部25から出力されるN個の電圧値V2m,1〜V2m,Nをも入力する。そして、出力選択部33は、電圧値V1m,nと基準電圧値Vsatとを大小比較して、その比較結果を示すmode_out信号を出力するとともに、電圧値V1m,nが基準電圧値Vsat未満であるときには電圧値V1m,nを選択的に出力し、そうでないときには電圧値V2m,nを選択的に出力する。 The output selection unit 33 inputs N voltage values V1 m, 1 to V1 m, N output from the first hold unit 24 and N voltage values V2 m output from the second hold unit 25. , 1 to V2 m, N are also input. The output selection unit 33 compares the voltage value V1 m, n with the reference voltage value Vsat, outputs a mode_out signal indicating the comparison result, and the voltage value V1 m, n is less than the reference voltage value Vsat. When it is, the voltage value V1 m, n is selectively output, and when not, the voltage value V2 m, n is selectively output.

AD変換部40は、出力選択部33から出力された電圧値を入力し、この電圧値(アナログ値)をデジタル値に変換して、このデジタル値video_dataを出力する。バイアス部50は、積分部20、出力選択部33およびAD変換部40それぞれに対して、基準電圧を供給する。制御部63は、外部から入力されるCLK信号およびST信号に基づいて、受光部13,積分部20,第1ホールド部24,第2ホールド部25,出力選択部33およびAD変換部40それぞれの動作を制御するための制御信号を生成して出力するものであり、シフトレジスタ等の論理回路を含む。   The AD conversion unit 40 receives the voltage value output from the output selection unit 33, converts the voltage value (analog value) into a digital value, and outputs the digital value video_data. The bias unit 50 supplies a reference voltage to each of the integration unit 20, the output selection unit 33, and the AD conversion unit 40. Based on the CLK signal and the ST signal input from the outside, the control unit 63 receives the light receiving unit 13, the integrating unit 20, the first holding unit 24, the second holding unit 25, the output selecting unit 33, and the AD converting unit 40, respectively. It generates and outputs a control signal for controlling the operation, and includes a logic circuit such as a shift register.

図14は、第3実施形態に係る固体撮像装置3に含まれる受光部13,積分部20,第1ホールド部24および第2ホールド部25の構成図である。受光部13には、共通の構成を有するM×N個の画素部P1,1〜PM,Nが2次元配列されており、第m行第n列に画素部Pm,nが位置している。積分部20は、共通の構成を有するN個の積分回路I〜Iを含む。第1ホールド部24はN個のホールド回路H1,1〜H1,Nを含む。また、第2ホールド部25はN個のホールド回路H2,1〜H2,Nを含む。N個のホールド回路H1,1〜H1,NおよびN個のホールド回路H2,1〜H2,Nは共通の構成を有する。 FIG. 14 is a configuration diagram of the light receiving unit 13, the integrating unit 20, the first hold unit 24, and the second hold unit 25 included in the solid-state imaging device 3 according to the third embodiment. In the light receiving unit 13, M × N pixel units P 1,1 to P M, N having a common configuration are two-dimensionally arranged, and the pixel unit P m, n is positioned in the m- th row and the n-th column. is doing. The integrating unit 20 includes N integrating circuits I 1 to I N having a common configuration. The first hold unit 24 includes N hold circuits H 1,1 to H 1, N. The second holding portion 25 includes N holding circuits H 2,1 to H 2, N. The N hold circuits H 1,1 to H 1, N and the N hold circuits H 2,1 to H 2, N have a common configuration.

受光部13に含まれる第n列のM個の画素部P1,n〜PM,nそれぞれの出力端、および、積分部20に含まれる積分回路Iの入力端は、共通の配線Vline(n)により接続されている。積分部20に含まれる積分回路Iの出力端は、第1ホールド部24に含まれるホールド回路H1,nの入力端、および、第2ホールド部25に含まれるホールド回路H2,nの入力端は、共通の配線により接続されている。第1ホールド部24に含まれるN個のホールド回路H1,1〜H1,Nそれぞれの出力端は共通の配線により接続されている。また、第2ホールド部25に含まれるN個のホールド回路H2,1〜H2,Nそれぞれの出力端は共通の配線により接続されている。 The n M pixel units P 1 of the column, n to P M, n respective output terminals included in the light receiving unit 13, and an input terminal of the integrating circuit I n included in the integrating portion 20, a common wiring Vline Connected by (n). The output terminal of the integrating circuit I n included in the integrating portion 20, the hold circuit H 1, n input terminals included in the first holding portion 24, and, of the hold circuit H 2, n included in the second holding portion 25 The input ends are connected by a common wiring. The output terminals of the N hold circuits H 1,1 to H 1, N included in the first hold unit 24 are connected by a common wiring. The output terminals of the N hold circuits H 2, 1 to H 2, N included in the second hold unit 25 are connected by a common wiring.

図15は、第3実施形態に係る固体撮像装置3に含まれる画素部Pm,n,積分回路I,ホールド回路H1,nおよびホールド回路H2,nの回路図である。PPS方式の各画素部Pm,nは、フォトダイオードPDおよびスイッチSWを含む。フォトダイオードPDのアノード端子は接地され、フォトダイオードPDのカソード端子はスイッチSWを介して配線Vline(n)に接続されている。このスイッチSWは、制御部63から供給されるVaddress(m)信号のレベルに応じて開閉して、閉じているときに、フォトダイオードPDの接合容量部に蓄積されていた電荷を配線Vline(n)に出力させる。 FIG. 15 is a circuit diagram of a pixel unit P m, n , an integration circuit I n , a hold circuit H 1, n and a hold circuit H 2, n included in the solid-state imaging device 3 according to the third embodiment. Each PPS pixel portion P m, n includes a photodiode PD and a switch SW. The anode terminal of the photodiode PD is grounded, and the cathode terminal of the photodiode PD is connected to the wiring Vline (n) via the switch SW. This switch SW opens and closes according to the level of the Vaddress (m) signal supplied from the control unit 63, and when it is closed, the switch SW transfers the charge accumulated in the junction capacitance part of the photodiode PD to the wiring Vline (n). ).

積分部20に含まれる各積分回路Iは、その入力端子と出力端子との間に並列的にアンプA,容量素子CおよびスイッチSWが設けられている。各積分回路Iの入力端子は、配線Vline(n)と接続されており、何れかの行の画素部Pm,nから出力される電荷を入力する。このスイッチSWは、制御部63から供給されるReset1信号のレベルに応じて開閉する。積分回路Iは、スイッチSWが閉じているときには、容量素子Cを放電して、出力端子から出力される電圧値を初期化する。一方、積分回路Iは、スイッチSWが開いているときには、入力端子に入力した電荷を容量素子Cに蓄積して、その蓄積した電荷の量に応じた電圧値を出力端子から出力する。 Each integrating circuit I n included in the integrating portion 20, parallel amplifier A, the capacitor C and the switch SW is provided between and its input and output terminals. Input terminals of the integrating circuit I n is connected to the wiring Vline (n), inputs one line of the pixel section P m charges is output from the n. The switch SW opens and closes according to the level of the Reset1 signal supplied from the control unit 63. Integrating circuit I n, when the switch SW is closed, and discharging the capacitive element C, and initializes the voltage value outputted from the output terminal. On the other hand, the integrating circuit I n, when open switch SW accumulates charges input to the input terminal to the capacitor C, and outputs a voltage value according to the amount of the accumulated charge from the output terminal.

第1ホールド部24に含まれる各ホールド回路H1,nは、容量素子Cおよび2つのスイッチSW1,SW2を含む。このホールド回路H1,nでは、スイッチSW1およびスイッチSW2は、直列的に接続されて積分回路Iの出力端子と配線Hline_s1との間に設けられ、容量素子Cの一端は、スイッチSW1とスイッチSW2との間の接続点に接続され、容量素子Cの他端は接地されている。スイッチSW1は、制御部63から供給されるset_s1信号のレベルに応じて開閉する。set_s1信号は、第1ホールド部24に含まれるN個のホールド回路H1,1〜H1,Nに対して共通に入力される。スイッチSW2は、制御部63から供給されるhshiht(n)信号のレベルに応じて開閉する。set_s1信号がハイレベルからローレベルに転じるときに積分回路Iから出力されていた電圧値が、それ以降、容量素子Cにより電圧値out_s1(n)として保持される。そして、hshiht(n)信号がハイレベルになると、容量素子Cにより保持されていた電圧値out_s1(n)が配線Hline_s1へ出力される。この電圧値out_s1(n)が、画素部Pm,nのフォトダイオードPDで発生した電荷の量に応じた電圧値V1m,nを表す。 Each hold circuit H1 , n included in the first hold unit 24 includes a capacitive element C and two switches SW1, SW2. In the hold circuit H 1, n, the switch SW1 and the switch SW2 is provided between the in series connected to the output terminal of the integrating circuit I n and the wiring Hline_s1, one end of the capacitor C, the switch SW1 and the switch The other end of the capacitive element C is connected to a connection point between the capacitor SW2 and the SW2. The switch SW1 opens and closes according to the level of the set_s1 signal supplied from the control unit 63. The set_s1 signal is input in common to the N hold circuits H 1,1 to H 1, N included in the first hold unit 24. The switch SW2 opens and closes according to the level of the hshiht (n) signal supplied from the control unit 63. voltage value set_s1 signal has been output from the integrating circuit I n when switches from high level to low level is, thereafter, is held as a voltage value out_s1 (n) by the capacitance element C. When the hshiht (n) signal becomes high level, the voltage value out_s1 (n) held by the capacitor C is output to the wiring Hline_s1. This voltage value out_s1 (n) represents a voltage value V1 m, n corresponding to the amount of charge generated in the photodiode PD of the pixel portion P m, n .

第2ホールド部25に含まれる各ホールド回路H2,nは、容量素子Cおよび2つのスイッチSW1,SW2を含む。このホールド回路H2,nでは、スイッチSW1およびスイッチSW2は、直列的に接続されて積分回路Iの出力端子と配線Hline_s2との間に設けられ、容量素子Cの一端は、スイッチSW1とスイッチSW2との間の接続点に接続され、容量素子Cの他端は接地されている。スイッチSW1は、制御部63から供給されるset_s2信号のレベルに応じて開閉する。set_s2信号は、第2ホールド部25に含まれるN個のホールド回路H2,1〜H2,Nに対して共通に入力される。スイッチSW2は、制御部63から供給されるhshiht(n)信号のレベルに応じて開閉する。set_s2信号がハイレベルからローレベルに転じるときに積分回路Iから出力されていた電圧値が、それ以降、容量素子Cにより電圧値out_s2(n)として保持される。そして、hshiht(n)信号がハイレベルになると、容量素子Cにより保持されていた電圧値out_s2(n)が配線Hline_s2へ出力される。この電圧値out_s2(n)が、画素部Pm,nのフォトダイオードPDで発生した電荷の量に応じた電圧値V2m,nを表す。 Each hold circuit H2 , n included in the second hold unit 25 includes a capacitive element C and two switches SW1, SW2. In the hold circuit H 2, n, the switch SW1 and the switch SW2 is provided between the in series connected to the output terminal of the integrating circuit I n and the wiring Hline_s2, one end of the capacitor C, the switch SW1 and the switch The other end of the capacitive element C is connected to a connection point between the capacitor SW2 and the SW2. The switch SW1 opens and closes according to the level of the set_s2 signal supplied from the control unit 63. The set_s2 signal is input in common to the N hold circuits H 2,1 to H 2, N included in the second hold unit 25. The switch SW2 opens and closes according to the level of the hshiht (n) signal supplied from the control unit 63. voltage value set_s2 signal has been output from the integrating circuit I n when switches from high level to low level is, thereafter, is held as a voltage value out_s2 (n) by the capacitance element C. When the hshiht (n) signal becomes high level, the voltage value out_s2 (n) held by the capacitor C is output to the wiring Hline_s2. This voltage value out_s2 (n) represents a voltage value V2m , n corresponding to the amount of charge generated in the photodiode PD of the pixel portion Pm , n .

図16は、第3実施形態に係る固体撮像装置3に含まれる出力選択部33の構成図である。この出力選択部33は、積分回路331、積分回路332、比較回路333、ラッチ回路334、論理反転回路335、スイッチSW30およびスイッチSW40を含む。   FIG. 16 is a configuration diagram of the output selection unit 33 included in the solid-state imaging device 3 according to the third embodiment. The output selection unit 33 includes an integration circuit 331, an integration circuit 332, a comparison circuit 333, a latch circuit 334, a logic inversion circuit 335, a switch SW30, and a switch SW40.

積分回路331および積分回路332それぞれは、図15中の積分回路Iと同様の回路構成を有している。積分回路331の入力端子は、配線Hline_s1と接続されていて、ホールド回路H1,nから配線Hline_s1へ出力される電圧値out_s1(n)を入力して、電圧値V1m,nを出力する。積分回路332の入力端子は、配線Hline_s2と接続されていて、ホールド回路H2,nから配線Hline_s2へ出力される電圧値out_s2(n)を入力して、電圧値V2m,nを出力する。 Each integrating circuit 331 and the integrating circuit 332 has the same circuit configuration as the integrating circuit I n in FIG. The input terminal of the integration circuit 331 is connected to the wiring Hline_s1, and receives the voltage value out_s1 (n) output from the hold circuit H1 , n to the wiring Hline_s1, and outputs the voltage value V1 m, n . The input terminal of the integration circuit 332 is connected to the wiring Hline_s2, and receives the voltage value out_s2 (n) output from the hold circuit H2 , n to the wiring Hline_s2, and outputs the voltage value V2m , n .

比較回路333は、積分回路331から出力される電圧値V1m,nと基準電圧値Vsatとを大小比較して、その比較結果を示すmode_out信号を出力する。ラッチ回路334は、比較回路333から出力されるmode_out信号を入力し、そのmode_out信号を一定期間に亘って保持して出力する。論理反転回路335は、ラッチ回路334から出力されるmode_out信号を入力して論理反転し、その反転後の信号を出力する。 The comparison circuit 333 compares the voltage value V1 m, n output from the integration circuit 331 with the reference voltage value Vsat, and outputs a mode_out signal indicating the comparison result. The latch circuit 334 receives the mode_out signal output from the comparison circuit 333, holds the mode_out signal for a certain period, and outputs it. The logic inversion circuit 335 receives the mode_out signal output from the latch circuit 334, inverts the logic, and outputs the inverted signal.

スイッチSW30は、一端が積分回路331の出力端に接続されていて、ラッチ回路334から出力されるmode_out信号に基づいて開閉動作する。スイッチSW40は、一端が積分回路332の出力端に接続されていて、論理反転回路335から出力される信号(mode_out信号の反転信号)に基づいて開閉動作する。スイッチSW30およびスイッチSW40のうち一方が開状態であるときには他方が閉状態であり、スイッチSW30の他端とスイッチSW40の他端とは互いに接続されていて、その接続点から出力されるvideo_a信号は、電圧値V1m,nおよび電圧値V2m,nの何れか一方となる。 One end of the switch SW30 is connected to the output terminal of the integrating circuit 331, and opens and closes based on the mode_out signal output from the latch circuit 334. One end of the switch SW40 is connected to the output terminal of the integrating circuit 332, and opens and closes based on a signal (an inverted signal of the mode_out signal) output from the logic inverting circuit 335. When one of the switch SW30 and the switch SW40 is open, the other is closed, the other end of the switch SW30 and the other end of the switch SW40 are connected to each other, and the video_a signal output from the connection point is The voltage value V1 m, n is one of the voltage value V2 m, n .

したがって、この出力選択部33から出力されるvideo_a信号は、電圧値V1m,nが基準電圧値Vsat未満であるときには電圧値V1m,nとなり、そうでないときには電圧値V2m,nとなる。ここで、基準電圧値Vsatは、電圧値V1m,nが飽和しているか否かを比較回路333において判定できるよう適切な値に設定される。AD変換部40は、出力選択部33から出力されるvideo_a信号を入力して、この信号の電圧値(アナログ値)をデジタル値に変換して、このデジタル値video_dataを出力する。 Therefore, Video_a signal outputted from the output selection unit 33, the voltage value V1 m, n becomes when the voltage value V1 m, n is less than the reference voltage value Vsat, a voltage value V2 m, n otherwise. Here, the reference voltage value Vsat is set to an appropriate value so that the comparison circuit 333 can determine whether or not the voltage value V1 m, n is saturated. The AD conversion unit 40 receives the video_a signal output from the output selection unit 33, converts the voltage value (analog value) of this signal into a digital value, and outputs the digital value video_data.

次に、第3実施形態に係る固体撮像装置3の動作について説明する。第3実施形態に係る固体撮像装置3の動作を説明するタイミングチャートは、図7に示されたタイミングチャートと同様である。   Next, the operation of the solid-state imaging device 3 according to the third embodiment will be described. The timing chart for explaining the operation of the solid-state imaging device 3 according to the third embodiment is the same as the timing chart shown in FIG.

受光部13において、各行のN個の画素部は同一タイミングで動作するが、行間では一定時間づつ異なるタイミングで動作する。そして、受光部13における第1行〜第M行それぞれについて順次に以下のような動作が行われる。   In the light receiving unit 13, the N pixel units in each row operate at the same timing, but operate at different timings for each fixed time between rows. Then, the following operation is sequentially performed for each of the first to Mth rows in the light receiving unit 13.

第m行の各画素部Pm,nのフォトダイオードは、第1期間T1に亘る光入射に応じた電荷蓄積動作、第1期間T1の後の初期化動作、第2期間T2に亘る光入射に応じた電荷蓄積動作、および、第2期間T2の後の初期化動作、を繰り返し行う。ただし、第1期間T1より第2期間T2が短い。 The photodiode of each pixel unit P m, n in the m-th row has a charge accumulation operation corresponding to light incidence over the first period T1, an initialization operation after the first period T1, and light incidence over the second period T2. The charge accumulation operation according to the above and the initialization operation after the second period T2 are repeated. However, the second period T2 is shorter than the first period T1.

第1期間T1に亘る光入射に応じて第m行の各画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷は配線Vline(n)を経て積分回路Iに入力されて、この電荷量に応じた電圧値が積分回路Iから出力される。積分回路Iから出力された電圧値は、第1ホールド部24に入力されて、電圧値V1m,n(out_s1(n))として第1ホールド部24のホールド回路H1,nにより保持される。この第1期間T1の後に第m行の各画素部Pm,nは初期化される、
この初期化の後に、第1期間T1より短い第2期間T2に亘る光入射に応じて第m行の各画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷は配線Vline(n)を経て積分回路Iに入力されて、この電荷量に応じた電圧値が積分回路Iから出力される。積分回路Iから出力された電圧値は、第2ホールド部25に入力されて、電圧値V2m,n(out_s2(n))として第2ホールド部25のホールド回路H2,nにより保持される。この第2期間T2の後に第m行の各画素部Pm,nは初期化される、
第1ホールド部24により保持された電圧値V1m,nは、配線Hline_s1を経て出力選択部33に入力される。第2ホールド部25により保持された電圧値V2m,nは、配線Hline_s2を経て出力選択部33に入力される。出力選択部33には、先ず電圧値V1m,1および電圧値V2m,1が入力され、次に電圧値V1m,2および電圧値V2m,2が入力され、更に次に電圧値V1m,3および電圧値V2m,3が入力され、・・・というように、第1列から第N列へ順に電圧値V1m,n,V2m,nが入力される。そして、電圧値V1m,nまたは電圧値V2m,nが出力選択部33から選択的に出力される。
Each pixel portion P m of the m-th row in response to light incident over a first period T1, the charge generated in the n photodiode is input to the integrating circuit I n via the wiring Vline (n), to the amount of charge depending voltage value is output from the integrating circuit I n. Voltage value output from the integrating circuit I n is input to the first holding portion 24 is held by the hold circuit H 1, n of the voltage value V1 m, n (out_s1 (n )) as a first holding portion 24 The After the first period T1, each pixel unit P m, n in the m-th row is initialized.
After this initialization, the charges generated in the photodiodes of the pixel portions P m, n in the m-th row in response to light incidence over the second period T2 shorter than the first period T1 are integrated via the wiring Vline (n). is input to the circuit I n, the voltage value corresponding to the electric charge amount is output from the integrating circuit I n. Voltage value output from the integrating circuit I n is input to the second hold portion 25 is held by the hold circuit H 2, n of the voltage value V2 m, n as (out_s2 (n)) second holding portion 25 The After the second period T2, each pixel unit P m, n in the m-th row is initialized.
The voltage value V1 m, n held by the first hold unit 24 is input to the output selection unit 33 via the wiring Hline_s1. The voltage value V2 m, n held by the second hold unit 25 is input to the output selection unit 33 via the wiring Hline_s2. First, the voltage value V1 m, 1 and the voltage value V2 m, 1 are input to the output selection unit 33, then the voltage value V1 m, 2 and the voltage value V2 m, 2 are input, and then the voltage value V1. m, 3 and the voltage value V2 m, 3 is entered, so that ..., n-th voltage value in order to train the first column V1 m, n, V2 m, n are input. The voltage value V1 m, n or the voltage value V2 m, n is selectively output from the output selection unit 33.

出力選択部33から出力されるvideo_a信号の値は、電圧値V1m,nが基準電圧値Vsat未満であるとき(すなわち、電圧値V1m,nが飽和していないとき)電圧値V1m,nとなり、そうでないときには電圧値V2m,nとなる。前述したように、電圧値V1m,nは、比較的長い第1期間T1に亘る光入射に応じて画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値であり、電圧値V2m,nは、比較的短い第2期間T2に亘る光入射に応じて画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値である。 The value of the video_a signal output from the output selection unit 33 is the voltage value V1 m, n when the voltage value V1 m, n is less than the reference voltage value Vsat (that is, when the voltage value V1 m, n is not saturated) . n , otherwise the voltage value V2 m, n . As described above, the voltage value V1 m, n is a voltage value corresponding to the amount of charge generated in the photodiode of the pixel unit P m, n in response to light incidence over a relatively long first period T1, The voltage value V2 m, n is a voltage value corresponding to the amount of charge generated in the photodiode of the pixel unit P m, n in response to light incidence over a relatively short second period T2.

光入射強度が比較的小さい場合には、電荷蓄積時間が比較的長くでも、電圧値V1m,nが飽和しないので、この電圧値V1m,nが選択される。光入射強度が比較的大きい場合には、電圧値V1m,nが飽和するので、電圧値V2m,nが選択される。したがって、この固体撮像装置3は、複数の画素部それぞれについてダイナミックレンジが拡大される。また、この固体撮像装置3は、フレームメモリを必要とせず、小規模の回路を追加しただけであるので、小型化が可能で安価なものとすることができる。 When the light incident intensity is relatively small, the voltage value V1 m, n is not saturated even if the charge accumulation time is relatively long, so this voltage value V1 m, n is selected. When the light incident intensity is relatively high, the voltage value V1 m, n is saturated, so the voltage value V2 m, n is selected. Therefore, in the solid-state imaging device 3, the dynamic range is expanded for each of the plurality of pixel units. Further, the solid-state imaging device 3 does not require a frame memory and only a small circuit is added, so that it can be reduced in size and can be inexpensive.

また、この固体撮像装置3では、比較的長い第1期間T1に亘って電荷蓄積をした後に比較的短い第2期間T2に亘って電荷蓄積をすることにより、第1ホールド部24および第2ホールド部25それぞれの電圧値保持タイミングの差が小さい。また、その後、出力選択部33による処理が完了するまでに、第1ホールド部24および第2ホールド部25それぞれが電圧値を保持しておく時間が短い。したがって、この点でも、追加回路の規模が小さくて済む。   Further, in the solid-state imaging device 3, the charge is accumulated over a relatively long first period T1, and then the charge is accumulated over a relatively short second period T2. The difference in the voltage value holding timing of each unit 25 is small. Further, after that, the time for which the first hold unit 24 and the second hold unit 25 hold the voltage values is short until the processing by the output selection unit 33 is completed. Therefore, the scale of the additional circuit can be reduced also in this respect.

(変形例)
上記の第1実施形態に係る固体撮像装置1は2つのホールド部を備えるAPS方式のものであり、第2実施形態に係る固体撮像装置2は3つのホールド部を備えるAPS方式のものであり、第3実施形態に係る固体撮像装置3は2つのホールド部を備えるPPS方式のものであった。本発明に係る固体撮像装置は3つのホールド部を備えるPPS方式のものであってもよい。
(Modification)
The solid-state imaging device 1 according to the first embodiment is of an APS method including two hold units, and the solid-state imaging device 2 according to the second embodiment is of an APS method including three hold units, The solid-state imaging device 3 according to the third embodiment is of a PPS system including two hold units. The solid-state imaging device according to the present invention may be of a PPS system including three hold units.

第1実施形態に係る固体撮像装置1の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a solid-state imaging device 1 according to a first embodiment. 第1実施形態に係る固体撮像装置1に含まれる受光部11,第1ホールド部21および第2ホールド部22の構成図である。2 is a configuration diagram of a light receiving unit 11, a first hold unit 21, and a second hold unit 22 included in the solid-state imaging device 1 according to the first embodiment. FIG. 第1実施形態に係る固体撮像装置1に含まれる画素部Pm,n,ホールド回路H1,nおよびホールド回路H2,nの回路図である。 2 is a circuit diagram of a pixel unit P m, n , a hold circuit H 1, n and a hold circuit H 2, n included in the solid-state imaging device 1 according to the first embodiment. FIG. 第1実施形態に係る固体撮像装置1に含まれる出力選択部31の構成図である。It is a block diagram of the output selection part 31 contained in the solid-state imaging device 1 which concerns on 1st Embodiment. 出力選択部31に含まれる差演算回路311,312の回路図である。4 is a circuit diagram of difference calculation circuits 311 and 312 included in an output selection unit 31. FIG. 第1実施形態に係る固体撮像装置1における各信号のレベル変化を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the level change of each signal in the solid-state imaging device 1 which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る固体撮像装置1の動作を説明するタイミングチャートである。3 is a timing chart for explaining the operation of the solid-state imaging device 1 according to the first embodiment. 第2実施形態に係る固体撮像装置2の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the solid-state imaging device 2 which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る固体撮像装置2に含まれる受光部11,第1ホールド部21,第2ホールド部22および第3ホールド部23の構成図である。It is a block diagram of the light-receiving part 11, the 1st hold part 21, the 2nd hold part 22, and the 3rd hold part 23 which are included in the solid-state imaging device 2 which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る固体撮像装置2に含まれる画素部Pm,n,ホールド回路H1,n,ホールド回路H2,nおよびホールド回路H3,nの回路図である。It is a circuit diagram of pixel part Pm, n , hold circuit H1 , n , hold circuit H2 , n, and hold circuit H3 , n included in the solid-state imaging device 2 according to the second embodiment. 第2実施形態に係る固体撮像装置2に含まれる出力選択部32の構成図である。It is a block diagram of the output selection part 32 contained in the solid-state imaging device 2 which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る固体撮像装置2の動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining operation of solid imaging device 2 concerning a 2nd embodiment. 第3実施形態に係る固体撮像装置3の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the solid-state imaging device 3 which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る固体撮像装置3に含まれる受光部13,積分部20,第1ホールド部24および第2ホールド部25の構成図である。It is a block diagram of the light-receiving part 13, the integration part 20, the 1st hold part 24, and the 2nd hold part 25 which are included in the solid-state imaging device 3 which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る固体撮像装置3に含まれる画素部Pm,n,積分回路I,ホールド回路H1,nおよびホールド回路H2,nの回路図である。Pixel unit P m included in the solid-state imaging device 3 according to the third embodiment, n, is a circuit diagram of the integrating circuit I n, hold circuit H 1, n and hold circuit H 2, n. 第3実施形態に係る固体撮像装置3に含まれる出力選択部33の構成図である。It is a block diagram of the output selection part 33 contained in the solid-state imaging device 3 which concerns on 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1〜3…固体撮像装置、11,13…受光部、20…積分部、21…第1ホールド部、22…第2ホールド部、23…第3ホールド部、24…第1ホールド部、25…第2ホールド部、31〜33…出力選択部、40…AD変換部、50…バイアス部、61〜63…制御部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-3 ... Solid-state imaging device 11, 13 ... Light-receiving part, 20 ... Integration part, 21 ... 1st hold part, 22 ... 2nd hold part, 23 ... 3rd hold part, 24 ... 1st hold part, 25 ... 2nd hold part, 31-33 ... output selection part, 40 ... AD conversion part, 50 ... bias part, 61-63 ... control part.

Claims (2)

入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードを各々有しM行N列に2次元配列された画素部P1,1〜PM,Nを含む受光部と、
前記受光部における何れかの第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を電圧値V1m,1〜V1m,Nとして保持し出力する第1ホールド部と、
前記受光部における何れかの第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を電圧値V2m,1〜V2m,Nとして保持し出力する第2ホールド部と、
前記受光部における何れかの第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を電圧値V3m,1〜V3m,Nとして保持し出力する第3ホールド部と、
前記第1ホールド部または前記第2ホールド部から出力されるN個の電圧値V1m,1〜V1m,NまたはN個の電圧値V2m,1〜V2m,Nと、前記第3ホールド部から出力されるN個の電圧値V3m,1〜V3m,Nとを入力し、電圧値V1m,nまたは電圧値V2m,nと基準電圧値Vsatとを大小比較して、その比較結果を示す信号を出力するとともに、電圧値V1m,nまたは電圧値V2m,nが基準電圧値Vsat未満であるときには電圧値V1m,nまたは電圧値V2m,nを選択的に出力し、そうでないときには電圧値V3m,nを選択的に出力する出力選択部と、
前記受光部,前記第1ホールド部,前記第2ホールド部,前記第3ホールド部および前記出力選択部それぞれの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部が、前記受光部における第1行〜第M行それぞれについて順次に、
第1期間に亘る光入射に応じて第m行の各画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を、m値が奇数のときには電圧値V1 m,n として前記第1ホールド部により保持させ、m値が偶数のときには電圧値V2 m,n として前記第2ホールド部により保持させ、
この第1期間の後に第m行の各画素部Pm,nを初期化し、
この初期化の後に前記第1期間より短い第2期間に亘る光入射に応じて第m行の各画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を電圧値V3m,nとして前記第3ホールド部により保持させ、
m値が奇数のときには、前記第1ホールド部により保持された電圧値V1 m,n および前記第3ホールド部により保持された電圧値V3 m,n を前記出力選択部に入力させて、電圧値V1 m,n または電圧値V3 m,n を前記出力選択部から選択的に出力させ、m値が偶数のときには、前記第2ホールド部により保持された電圧値V2 m,n および前記第3ホールド部により保持された電圧値V3 m,n を前記出力選択部に入力させて、電圧値V2 m,n または電圧値V3 m,n を前記出力選択部から選択的に出力させる、
ことを特徴とする固体撮像装置(M,Nは2以上の整数、mは1以上M以下の任意の整数、nは1以上N以下の任意の整数)。
A light-receiving unit including pixel units P 1,1 to P M, N each having two-dimensionally arranged in M rows and N columns, each having a photodiode that generates an amount of charge corresponding to the amount of incident light;
N pixel portions P m of the m-th row of one of the light receiving unit, 1 to P m, the voltage value a voltage value corresponding to the amount of charges generated in the N respective photodiodes V1 m, 1 ~V1 m , N to hold and output, and
N pixel portions P m of one of the m-th row in the light receiving unit, 1 to P m, the voltage value a voltage value corresponding to the amount of charges generated in the N respective photodiodes V2 m, 1 to V2 m , N , and a second hold unit for outputting as N
N pixel portions P m of the m-th row of one of the light receiving unit, 1 to P m, the voltage value a voltage value corresponding to the amount of charges generated in the N respective photodiodes V3 m, 1 to V3 m , N , and a third hold unit that outputs as N
N voltage values V1 m, 1 to V1 m, N or N voltage values V2 m, 1 to V2 m, N output from the first hold unit or the second hold unit , and the third hold n voltage value output from the section V3 m, 1 to V3 m, inputs the n, the voltage value V1 m, n or voltage value V2 m, and n and the reference voltage value Vsat and compares its A signal indicating the comparison result is output, and when the voltage value V1 m, n or the voltage value V2 m, n is less than the reference voltage value Vsat, the voltage value V1 m, n or the voltage value V2 m, n is selectively output. Otherwise, an output selection unit that selectively outputs the voltage value V3 m, n ;
A control unit that controls operations of the light receiving unit, the first hold unit, the second hold unit, the third hold unit, and the output selection unit;
With
The control unit sequentially for each of the first to Mth rows in the light receiving unit,
Each pixel portion P m of the m-th row in response to light incident over a first period, a voltage value corresponding to the amount of charges generated in the n photodiode, the voltage value when m value is an odd number V1 m, as n Held by the first hold unit, and when the m value is an even number, the voltage value V2 m, n is held by the second hold unit,
After this first period, each pixel unit P m, n in the m-th row is initialized,
After this initialization, a voltage value corresponding to the amount of electric charge generated in the photodiode of each pixel unit P m, n in the m-th row in response to light incidence over a second period shorter than the first period is a voltage value V3. m, n are held by the third hold unit,
When the m value is an odd number, the voltage value V1 m, n held by the first hold unit and the voltage value V3 m, n held by the third hold unit are input to the output selection unit, and the voltage value V1 m, n or voltage value V3 m, n is selectively output from the output selection unit. When the m value is an even number, the voltage value V2 m, n held by the second hold unit and the third hold The voltage value V3 m, n held by the unit is input to the output selection unit, and the voltage value V2 m, n or the voltage value V3 m, n is selectively output from the output selection unit,
(M and N are integers greater than or equal to 2, m is an arbitrary integer between 1 and M, and n is an arbitrary integer between 1 and N).
前記受光部,前記第1ホールド部,前記第2ホールド部,前記第3ホールド部および前記出力選択部が、共通の基板上にモノリシックに形成されている、ことを特徴とする請求項記載の固体撮像装置。
The light receiving portion, said first holding portion, the second holding portion, the third holding section and the output selection portion is formed monolithically on a common substrate, according to claim 1, wherein the Solid-state imaging device.
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