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JP6702364B2 - Imaging device and imaging device - Google Patents
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Description

本発明は、撮像素子および撮像装置に関する。 The present invention relates to an image pickup device and an image pickup apparatus.

撮像素子の光電変換部において光電変換された電荷は、電圧信号に変換されて、信号線に出力される。当該電圧信号は、光電変換部が設けられていない領域にある処理回路に送られる。従来、当該処理回路において、間引きおよび加算等の処理が施されていた(例えば、特許文献1参照)。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1] 特開2012−19491号公報
The charges photoelectrically converted in the photoelectric conversion unit of the image sensor are converted into voltage signals and output to the signal lines. The voltage signal is sent to the processing circuit in the area where the photoelectric conversion unit is not provided. Conventionally, processing such as decimation and addition has been performed in the processing circuit (for example, see Patent Document 1).
[Prior Art Document]
[Patent Document]
[Patent Document 1] JP 2012-19491 A

光電変換部から処理回路に送られる電圧信号の情報量が多くなると、情報を処理する処理回路の負担が大きくなる。例えば、一つの光電変換部の情報を受け取る場合よりも三つの光電変換部の情報をそれぞれ受け取る場合の方が、間引きおよび加算等の処理をする処理回路の負担は大きい。そこで、処理回路の処理負担を軽減することが求められる。 When the information amount of the voltage signal sent from the photoelectric conversion unit to the processing circuit increases, the processing circuit that processes the information has a heavy load. For example, the load of a processing circuit that performs processes such as thinning and addition is greater when the information of three photoelectric conversion units is received than when the information of one photoelectric conversion unit is received. Therefore, it is required to reduce the processing load on the processing circuit.

本発明の第1の態様においては、列方向において互いに隣り合って配置され、第1分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第1光電変換部と、第1光電変換部毎に1つずつ配置され、第1光電変換部の電荷を転送するための複数の第1転送ゲートと、列方向において互いに隣り合って配置され、前記第1分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第2光電変換部と、第2光電変換部毎に1つずつ配置され、第2光電変換部の電荷を転送するための複数の第2転送ゲートと、を有する撮像素子と、複数の第1光電変換部のうち、第1転送ゲートにより電荷が転送される第1光電変換部の数と、複数の第2光電変換部のうち、第2転送ゲートにより電荷が転送される第2光電変換部の数と、が異なる数となるように第1転送ゲートと第2転送ゲートとを駆動する駆動回路と、を備える撮像装置を提供する。 In the first aspect of the present invention, a plurality of first photoelectric conversion units arranged adjacent to each other in the column direction and converting light transmitted through a filter having the first spectral characteristic into electric charges, and a first photoelectric conversion unit. The light transmitted through the filters having the first spectral characteristics, which are arranged adjacent to each other in the column direction, and a plurality of first transfer gates that are arranged one by one for transferring the charges of the first photoelectric conversion unit. Having a plurality of second photoelectric conversion units for converting electric charges into electric charges, and a plurality of second transfer gates arranged for each second photoelectric conversion unit and transferring electric charges of the second photoelectric conversion units. An element, the number of first photoelectric conversion units of the plurality of first photoelectric conversion units to which the charges are transferred by the first transfer gate, and the second transfer gate of the plurality of second photoelectric conversion units to transfer the charges. And a drive circuit that drives the first transfer gate and the second transfer gate so that the number of the second photoelectric conversion units to be different from each other is different.

本発明の第2の態様においては、列方向において互いに隣り合って配置され、第1分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第1光電変換部と、第1光電変換部毎に1つずつ配置され、第1光電変換部の電荷を転送するための複数の第1転送ゲートと、列方向において互いに隣り合って配置され、前記第1分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第2光電変換部と、第2光電変換部毎に1つずつ配置され、第2光電変換部の電荷を転送するための複数の第2転送ゲートと、を備え、複数の第1光電変換部のうち、第1転送ゲートにより電荷が転送される第1光電変換部の数と、複数の第2光電変換部のうち、第2転送ゲートにより電荷が転送される第2光電変換部の数と、は異なる撮像素子を提供する。 In a second aspect of the present invention, a plurality of first photoelectric conversion units arranged adjacent to each other in the column direction and converting light transmitted through a filter having the first spectral characteristic into electric charges, and a first photoelectric conversion unit. The light transmitted through the plurality of first transfer gates for transferring the charges of the first photoelectric conversion unit and the plurality of first transfer gates arranged adjacent to each other in the column direction and having the first spectral characteristic. And a plurality of second transfer gates for transferring the charges of the second photoelectric conversion unit, one for each second photoelectric conversion unit, Of the plurality of first photoelectric conversion units, the number of first photoelectric conversion units to which the charge is transferred by the first transfer gate, and among the plurality of second photoelectric conversion units, the second transfer gate to which the charge is transferred. An image sensor different from the number of the two photoelectric conversion units is provided.

本発明の第3の態様においては、第2の態様に係る撮像素子を有する撮像装置を提供する。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an imaging device having the image sensor according to the second aspect.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 Note that the above summary of the invention does not enumerate all necessary features of the present invention. Further, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.

一眼レフカメラ400の断面図である。3 is a cross-sectional view of the single-lens reflex camera 400. FIG. 第1の実施形態における撮像素子10の回路構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the circuit structure of the image sensor 10 in 1st Embodiment. 撮像素子10における回路構成を部分的に拡大した図である。FIG. 3 is a partially enlarged view of a circuit configuration of the image sensor 10. 撮像素子10におけるカラーフィルタの配置を示す図である。5 is a diagram showing the arrangement of color filters in the image sensor 10. FIG. 撮像素子10の領域37において重み付けモードの例を示す図である。6 is a diagram showing an example of a weighting mode in a region 37 of the image sensor 10. FIG. 撮像素子10の領域38において重み付けモードの例を説明するタイミングチャート図である。FIG. 6 is a timing chart illustrating an example of a weighting mode in a region 38 of the image sensor 10. 撮像素子10の領域37においてダイナミックレンジモードの例を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a dynamic range mode in a region 37 of the image sensor 10. 第2の実施形態における撮像素子40の回路構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the circuit structure of the image pick-up element 40 in 2nd Embodiment.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Moreover, not all combinations of the features described in the embodiments are essential to the solving means of the invention.

図1は、一眼レフカメラ400の断面図である。撮像装置としての一眼レフカメラ400は、撮像素子部200を有する。一眼レフカメラ400は、レンズユニット500およびカメラボディ600を備える。カメラボディ600には、レンズユニット500が装着される。レンズユニット500は、その鏡筒内に、光軸410に沿って配列された光学系を備え、入射する被写体光束をカメラボディ600の撮像素子部200へ導く。 FIG. 1 is a cross-sectional view of the single-lens reflex camera 400. A single-lens reflex camera 400 as an imaging device has an imaging element unit 200. The single-lens reflex camera 400 includes a lens unit 500 and a camera body 600. The lens unit 500 is attached to the camera body 600. The lens unit 500 has an optical system arranged along the optical axis 410 in its lens barrel, and guides an incident subject light flux to the image pickup device section 200 of the camera body 600.

カメラボディ600は、レンズマウント550に結合されるボディマウント660の後方にメインミラー672およびサブミラー674を備える。メインミラー672は、レンズユニット500から入射した被写体光束に斜設される斜設位置と、被写体光束から退避する退避位置との間で回動可能に軸支される。サブミラー674は、メインミラー672に対して回動可能に軸支される。 The camera body 600 includes a main mirror 672 and a sub mirror 674 behind the body mount 660 coupled to the lens mount 550. The main mirror 672 is rotatably supported between an oblique position that is oblique to the subject light flux incident from the lens unit 500 and a retracted position that retracts from the subject light flux. The sub mirror 674 is rotatably supported by the main mirror 672.

メインミラー672が斜設位置にある場合、レンズユニット500を通じて入射した被写体光束の多くはメインミラー672に反射されてピント板652に導かれる。ピント板652は、撮像チップの受光面と共役な位置に配されて、レンズユニット500の光学系が形成した被写体像を可視化する。ピント板652に形成された被写体像は、ペンタプリズム654およびファインダ光学系656を通じてファインダ650から観察される。斜設位置にあるメインミラー672に入射した被写体光束の一部は、メインミラー672のハーフミラー領域を透過しサブミラー674に入射する。サブミラー674は、ハーフミラー領域から入射した光束の一部を、合焦光学系680に向かって反射する。合焦光学系680は、入射光束の一部を焦点検出センサ682に導く。 When the main mirror 672 is in the oblique position, most of the subject light flux incident through the lens unit 500 is reflected by the main mirror 672 and guided to the focusing plate 652. The focus plate 652 is arranged at a position conjugate with the light receiving surface of the image pickup chip to visualize the subject image formed by the optical system of the lens unit 500. The subject image formed on the focusing plate 652 is observed from the viewfinder 650 through the pentaprism 654 and the viewfinder optical system 656. A part of the subject light flux that has entered the main mirror 672 at the oblique position passes through the half mirror region of the main mirror 672 and enters the sub mirror 674. The sub mirror 674 reflects a part of the light flux incident from the half mirror area toward the focusing optical system 680. The focusing optical system 680 guides a part of the incident light flux to the focus detection sensor 682.

ピント板652、ペンタプリズム654、メインミラー672、サブミラー674は、構造体としてのミラーボックス670に支持される。撮像素子部200は、ミラーボックス670に取り付けられる。メインミラー672およびサブミラー674が退避位置に退避し、シャッタユニット340の先幕および後幕が開状態となれば、レンズユニット500を透過する被写体光束は、撮像チップの受光面に到達する。 The focusing plate 652, the penta prism 654, the main mirror 672, and the sub mirror 674 are supported by the mirror box 670 as a structure. The image pickup device section 200 is attached to the mirror box 670. When the main mirror 672 and the sub mirror 674 are retracted to the retracted positions and the front curtain and the rear curtain of the shutter unit 340 are opened, the subject light flux passing through the lens unit 500 reaches the light receiving surface of the image pickup chip.

撮像素子部200の後方には、ボディ基板620および背面表示部634が順次配置される。液晶パネル等が採用される背面表示部634は、カメラボディ600の背面に現れる。ボディ基板620には、CPU622、画像処理ASIC624等の電子回路が実装される。撮像チップの出力は、上述のガラス基板に電気的に接続された可撓性基板を介して画像処理ASIC624へ引き渡される。 A body substrate 620 and a rear display unit 634 are sequentially arranged behind the image pickup device unit 200. The rear display unit 634 that employs a liquid crystal panel or the like appears on the rear surface of the camera body 600. Electronic circuits such as a CPU 622 and an image processing ASIC 624 are mounted on the body substrate 620. The output of the image pickup chip is delivered to the image processing ASIC 624 via the flexible substrate electrically connected to the above-mentioned glass substrate.

上述の実施形態においては、撮像装置として一眼レフカメラ400を例に説明したが、カメラボディ600を撮像装置と捉えても良い。また、撮像装置は、ミラーユニットを備えるレンズ交換式カメラに限らず、ミラーユニットを持たないレンズ交換式カメラ、ミラーユニットの有無に関わらずレンズ一体式カメラであっても良い。 Although the single-lens reflex camera 400 has been described as an example of the image pickup apparatus in the above-described embodiment, the camera body 600 may be regarded as an image pickup apparatus. Further, the imaging device is not limited to the interchangeable lens camera including the mirror unit, but may be a interchangeable lens camera without the mirror unit, or a lens-integrated camera regardless of the presence or absence of the mirror unit.

図2は、第1の実施形態における撮像素子10の回路構成を示す模式図である。撮像素子10は、第1の光電変換ユニット26、第2の光電変換ユニット27、第3の光電変換ユニット29、第4の光電変換ユニット28、信号線25、相関二重サンプリング回路(以下、CDS(Correlated Double Sampling)回路32と略記する)およびAD変換回路34を複数備える。また、撮像素子10は、駆動回路30および制御部35を備える。 FIG. 2 is a schematic diagram showing the circuit configuration of the image sensor 10 according to the first embodiment. The image pickup device 10 includes a first photoelectric conversion unit 26, a second photoelectric conversion unit 27, a third photoelectric conversion unit 29, a fourth photoelectric conversion unit 28, a signal line 25, a correlated double sampling circuit (hereinafter, referred to as CDS). A plurality of (Correlated Double Sampling) circuits 32) and AD conversion circuits 34 are provided. The image sensor 10 also includes a drive circuit 30 and a control unit 35.

第1の光電変換ユニット26、第2の光電変換ユニット27、第3の光電変換ユニット29および第4の光電変換ユニット28の各々は、特に、光電変換された電荷を蓄積する複数の光電変換部を有する。本例では、第1の光電変換ユニット26、第2の光電変換ユニット27、第3の光電変換ユニット29および第4の光電変換ユニット28は、第1の方向に沿って設けられた2つの光電変換部を各々有する。 Each of the 1st photoelectric conversion unit 26, the 2nd photoelectric conversion unit 27, the 3rd photoelectric conversion unit 29, and the 4th photoelectric conversion unit 28 has a plurality of photoelectric conversion parts which accumulate the photoelectrically converted charges. Have. In the present example, the first photoelectric conversion unit 26, the second photoelectric conversion unit 27, the third photoelectric conversion unit 29, and the fourth photoelectric conversion unit 28 are two photoelectric conversion units provided along the first direction. Each has a converter.

なお、本明細書において第1の方向とは、いわゆる列方向または垂直方向であってよい。また、当該第1の方向に垂直な第2方向は、いわゆる行方向または水平方向であってよい。 In addition, in this specification, the first direction may be a so-called column direction or a vertical direction. Moreover, the second direction perpendicular to the first direction may be a so-called row direction or a horizontal direction.

少なくとも2以上の光電変換ユニットに設けられた光電変換部12に対応して、同一の分光特性を有するフィルタが設けられる。本例では、第1の光電変換ユニット26、第2の光電変換ユニット27、第3の光電変換ユニット29および第4の光電変換ユニット28の各々には、同一の分光特性を有するフィルタが設けられる。 Filters having the same spectral characteristics are provided corresponding to the photoelectric conversion units 12 provided in at least two or more photoelectric conversion units. In the present example, each of the first photoelectric conversion unit 26, the second photoelectric conversion unit 27, the third photoelectric conversion unit 29, and the fourth photoelectric conversion unit 28 is provided with a filter having the same spectral characteristic. ..

複数の第1の光電変換ユニット26には、第1の分光特性を有する第1フィルタが対応して各々設けられる。本例では、第1フィルタは赤色のカラーフィルタであってよい。また、第1の分光特性は、620nmから750nmまでの波長帯域の電磁波だけを透過する特性であってよい。 A first filter having a first spectral characteristic is provided corresponding to each of the plurality of first photoelectric conversion units 26. In this example, the first filter may be a red color filter. The first spectral characteristic may be a characteristic that only electromagnetic waves in the wavelength band from 620 nm to 750 nm are transmitted.

複数の第2の光電変換ユニット27および複数の第4の光電変換ユニット28には、第2の分光特性を有する第2フィルタが対応して各々設けられる。本例では、第2フィルタは緑色のカラーフィルタであってよい。また、第2の分光特性は、495nmから570nmまでの波長帯域の電磁波だけを透過する特性であってよい。 A second filter having a second spectral characteristic is provided corresponding to each of the plurality of second photoelectric conversion units 27 and the plurality of fourth photoelectric conversion units 28. In this example, the second filter may be a green color filter. The second spectral characteristic may be a characteristic that only electromagnetic waves in the wavelength band from 495 nm to 570 nm are transmitted.

複数の第3の光電変換ユニット29には、第3の分光特性を有する第3フィルタが対応して各々設けられる。本例では、第3フィルタは青色のカラーフィルタであってよい。また、第3の分光特性は、450nmから495nmまでの波長帯域の電磁波だけを透過する特性であってよい。 A third filter having a third spectral characteristic is provided corresponding to each of the plurality of third photoelectric conversion units 29. In this example, the third filter may be a blue color filter. Further, the third spectral characteristic may be a characteristic of transmitting only electromagnetic waves in the wavelength band of 450 nm to 495 nm.

第1の光電変換ユニット26と第2の光電変換ユニット27とは、第1の方向に沿って交互に配置される。したがって、第1の方向において最も近接する3つの第1の光電変換ユニット26において、第2番目の第1の光電変換ユニット26−2は、第1番目の第1のユニット26−1と第3番目の第1のユニット26−3との間に設けられる。つまり本例では、第1の方向に沿って、第1の光電変換ユニット26−1、第2の光電変換ユニット27−1、第1の光電変換ユニット26−2、第2の光電変換ユニット27−2、および、第1の光電変換ユニット26−3の順に設けられる。 The first photoelectric conversion units 26 and the second photoelectric conversion units 27 are alternately arranged along the first direction. Therefore, in the three first photoelectric conversion units 26 that are closest to each other in the first direction, the second first photoelectric conversion unit 26-2 is the third first photoelectric conversion unit 26-1 and the third first photoelectric conversion unit 26-2. It is provided between the second first unit 26-3. That is, in this example, along the first direction, the first photoelectric conversion unit 26-1, the second photoelectric conversion unit 27-1, the first photoelectric conversion unit 26-2, and the second photoelectric conversion unit 27. -2, and the first photoelectric conversion unit 26-3 are provided in this order.

第4の光電変換ユニット28−1は、第1の方向と垂直な第2の方向において、第1のユニット26−1に隣接して設けられる。第4の光電変換ユニット28−1と第3の光電変換ユニット29−1とは、第1の方向に沿って交互に配置される。つまり本例では、第1の方向に沿って、第4の光電変換ユニット28−1、第3の光電変換ユニット29−1、第4の光電変換ユニット28−2、第3の光電変換ユニット29−2、および、第4の光電変換ユニット28−3の順に設けられる。 The fourth photoelectric conversion unit 28-1 is provided adjacent to the first unit 26-1 in the second direction perpendicular to the first direction. The fourth photoelectric conversion unit 28-1 and the third photoelectric conversion unit 29-1 are alternately arranged along the first direction. That is, in this example, the fourth photoelectric conversion unit 28-1, the third photoelectric conversion unit 29-1, the fourth photoelectric conversion unit 28-2, and the third photoelectric conversion unit 29 are arranged along the first direction. -2, and the fourth photoelectric conversion unit 28-3 are provided in this order.

なお、光電変換ユニットは、第1の方向において5個ずつ設けられるように描かれているが、第1の方向に沿って配置される光電変換ユニットの数は5つには限定されない。 Note that the photoelectric conversion units are illustrated so as to be provided in units of five in the first direction, but the number of photoelectric conversion units arranged along the first direction is not limited to five.

図3は、撮像素子10の回路構成を部分的に拡大した図である。本図は特に、第1の光電変換ユニット26と第2の光電変換ユニット27とが第1の方向に沿って交互に配置された部分の拡大図である。本例では、光電変換部12において蓄積した電荷を重み付けして出力する重み付けモードについて説明する。 FIG. 3 is a partially enlarged view of the circuit configuration of the image sensor 10. In particular, this drawing is an enlarged view of a portion in which the first photoelectric conversion units 26 and the second photoelectric conversion units 27 are alternately arranged along the first direction. In this example, a weighting mode for weighting and outputting the charges accumulated in the photoelectric conversion unit 12 will be described.

第1の光電変換ユニット26および第2の光電変換ユニット27の各々は、光電変換部12、転送部14、電荷排除部16、増幅部18、出力部20、高電位部21および電荷電圧変換部23を有する。 Each of the first photoelectric conversion unit 26 and the second photoelectric conversion unit 27 includes a photoelectric conversion unit 12, a transfer unit 14, a charge removal unit 16, an amplification unit 18, an output unit 20, a high potential unit 21, and a charge-voltage conversion unit. Have 23.

光電変換部12には、予め定められた分光特性を有するフィルタが近接して設けられる。光電変換部12は、当該フィルタを介して入射した光の光量に応じて電荷を生成(光電変換)する。また、光電変換部12は、光電変換された電荷を蓄積する。なお、蓄積される電荷は、例えば電子である。 A filter having a predetermined spectral characteristic is provided close to the photoelectric conversion unit 12. The photoelectric conversion unit 12 generates electric charges (photoelectric conversion) according to the amount of light incident through the filter. In addition, the photoelectric conversion unit 12 stores the photoelectrically converted charges. The accumulated charges are, for example, electrons.

転送部14は、光電変換部12と電荷電圧変換部23との間に設けられる。本例では、転送部14は、ゲート、ソースおよびドレインを有するトランジスタである。駆動回路30から転送部14のゲートに制御信号が与えられると、転送部14は、光電変換部12に蓄積された電荷を電荷電圧変換部23に転送する。 The transfer unit 14 is provided between the photoelectric conversion unit 12 and the charge-voltage conversion unit 23. In this example, the transfer unit 14 is a transistor having a gate, a source and a drain. When a control signal is applied from the drive circuit 30 to the gate of the transfer unit 14, the transfer unit 14 transfers the charges accumulated in the photoelectric conversion unit 12 to the charge-voltage conversion unit 23.

転送部14は、対応する光電変換部に電気的に接続される。本例では、2つの第1の転送部14−1および14−2は、第1番目の第1の光電変換ユニット26−1にある2つの光電変換部12−1および12−2に各々電気的に接続される。また、2つの第2の転送部14−5および14−6は、第2番目の第1の光電変換ユニット26−2にある2つの光電変換部12−5および12−6に各々電気的に接続される。さらに、2つの第3の転送部14−9および14−10は、第3番目の第1の光電変換ユニット26−3にある2つの光電変換部12−9および12−10に各々電気的に接続される。 The transfer unit 14 is electrically connected to the corresponding photoelectric conversion unit. In this example, the two first transfer units 14-1 and 14-2 are electrically connected to the two photoelectric conversion units 12-1 and 12-2 in the first first photoelectric conversion unit 26-1, respectively. Connected to each other. Further, the two second transfer units 14-5 and 14-6 are electrically connected to the two photoelectric conversion units 12-5 and 12-6 in the second first photoelectric conversion unit 26-2, respectively. Connected. Further, the two third transfer sections 14-9 and 14-10 are electrically connected to the two photoelectric conversion sections 12-9 and 12-10 in the third first photoelectric conversion unit 26-3, respectively. Connected.

転送部14は、光電変換部12で蓄積された電荷を光電変換ユニットの電荷電圧変換部23へ転送する。2つの第1の転送部14−1および14−2は、第1番目の第1の光電変換ユニット26−1にある2つの光電変換部12−1および12−2で蓄積された電荷を各々第1電荷電圧変換部23−1へ転送する。また、2つの第2の転送部14−5および14−6は、第2番目の第1の光電変換ユニット26−2にある2つの光電変換部で蓄積された電荷を各々第2電荷電圧変換部23−2へ転送する。さらに、2つの第3の転送部14−9および14−10は、第3番目の第1の光電変換ユニットにある2つの光電変換部12−9および12−10で蓄積された電荷を各々第3電荷電圧変換部23−3へ転送する。 The transfer unit 14 transfers the charges accumulated in the photoelectric conversion unit 12 to the charge-voltage conversion unit 23 of the photoelectric conversion unit. The two first transfer units 14-1 and 14-2 respectively charge the charges accumulated in the two photoelectric conversion units 12-1 and 12-2 in the first first photoelectric conversion unit 26-1. The data is transferred to the first charge-voltage converter 23-1. Also, the two second transfer units 14-5 and 14-6 respectively convert the charges accumulated in the two photoelectric conversion units in the second first photoelectric conversion unit 26-2 into the second charge-voltage conversion. Transfer to section 23-2. Furthermore, the two third transfer units 14-9 and 14-10 respectively transfer the charges accumulated in the two photoelectric conversion units 12-9 and 12-10 in the third first photoelectric conversion unit to the first photoelectric conversion unit 12-9. 3 charge-voltage converter 23-3.

電荷排除部16は、高電位部21と電荷電圧変換部23との間に設けられる。本例では、電荷排除部16は、ゲート、ソースおよびドレインを有するトランジスタである。駆動回路30から電荷排除部16のゲートに制御信号が与えられると、電荷排除部16は、電荷電圧変換部23の電位を高電位部21とほぼ同じ電位にする。本例では、電荷排除部16は、電荷電圧変換部23に蓄積された電子を排除する。 The charge removing unit 16 is provided between the high potential unit 21 and the charge/voltage converting unit 23. In this example, the charge exclusion unit 16 is a transistor having a gate, a source and a drain. When a control signal is applied from the drive circuit 30 to the gate of the charge eliminating unit 16, the charge eliminating unit 16 makes the electric potential of the charge-voltage converting unit 23 substantially the same as that of the high electric potential unit 21. In this example, the charge removing unit 16 removes the electrons accumulated in the charge-voltage converting unit 23.

増幅部18は、出力部20と高電位部21との間に設けられる。本例では、増幅部18は、ゲート、ソースおよびドレインを有するトランジスタである。増幅部18のゲートは、電荷電圧変換部23に電気的に接続される。これにより、増幅部18は、電荷電圧変換部23の電圧を、増幅した電圧で電流を出力部20に出力する。 The amplification unit 18 is provided between the output unit 20 and the high potential unit 21. In this example, the amplification unit 18 is a transistor having a gate, a source and a drain. The gate of the amplification unit 18 is electrically connected to the charge-voltage conversion unit 23. As a result, the amplification unit 18 outputs a current to the output unit 20 by amplifying the voltage of the charge-voltage conversion unit 23.

出力部20は、増幅部18と信号線25−1との間に設けられる。本例では、出力部20は、ゲート、ソースおよびドレインを有するトランジスタである。駆動回路30から出力部20のゲートに制御信号が与えられると、出力部20は、増幅部18が増幅した電圧で電流を信号線25−1に出力する。これにより、増幅された電荷電圧変換部23の電圧に応じた信号が、信号線25−1に信号として出力される。これにより、出力部20は、光電変換部12で蓄積された電荷に応じた信号を信号線25−1へ出力する。 The output unit 20 is provided between the amplification unit 18 and the signal line 25-1. In this example, the output unit 20 is a transistor having a gate, a source and a drain. When the control signal is applied from the drive circuit 30 to the gate of the output unit 20, the output unit 20 outputs the current to the signal line 25-1 with the voltage amplified by the amplification unit 18. As a result, a signal corresponding to the amplified voltage of the charge-voltage converter 23 is output as a signal to the signal line 25-1. As a result, the output unit 20 outputs a signal corresponding to the charges accumulated in the photoelectric conversion unit 12 to the signal line 25-1.

第1の出力部20−1は、第1の光電変換ユニット26−1にある2つの光電変換部12−1および12−2に蓄積された電荷に応じた信号を信号線25−1へ出力する。また、第2の出力部20−2は、第2の光電変換ユニット27−1にある2つの光電変換部12−3および12−4に蓄積された電荷に応じた信号を信号線25−1へ出力する。 The first output unit 20-1 outputs a signal corresponding to the charges accumulated in the two photoelectric conversion units 12-1 and 12-2 in the first photoelectric conversion unit 26-1 to the signal line 25-1. To do. Further, the second output section 20-2 outputs a signal corresponding to the charges accumulated in the two photoelectric conversion sections 12-3 and 12-4 in the second photoelectric conversion unit 27-1 to the signal line 25-1. Output to.

高電位部21は、電源電圧(VDD)に電気的に接続される。高電位部21は、電荷排除部16および増幅部18に高電位を供給する。当該高電位は、電荷排除部16の電荷排除動作および増幅部18の増幅動作を実行できれば任意の電位としてよい。なお、光電変換ユニット26−1、27−1、26−2、27−2および26−3には、共通の電源電圧(VDD)が電気的に接続される。 The high potential portion 21 is electrically connected to the power supply voltage (V DD ). The high potential section 21 supplies a high potential to the charge elimination section 16 and the amplification section 18. The high potential may be any potential as long as the charge eliminating operation of the charge eliminating unit 16 and the amplifying operation of the amplifying unit 18 can be performed. A common power supply voltage (V DD ) is electrically connected to the photoelectric conversion units 26-1, 27-1, 26-2, 27-2 and 26-3.

電荷電圧変換部23には、転送部14から転送された電荷が蓄積される。第1電荷電圧変換部23−1には、2つの第1の転送部14−1および14−2が電気的に接続される。また、第2電荷電圧変換部23−3には、2つの第2の転送部14−5および14−6が電気的に接続される。さらに、第3電荷電圧変換部23−5には、2つの第3の転送部14−9および14−10が電気的に接続される。 The charges transferred from the transfer unit 14 are accumulated in the charge-voltage converter 23. Two first transfer units 14-1 and 14-2 are electrically connected to the first charge-voltage converter 23-1. Further, two second transfer units 14-5 and 14-6 are electrically connected to the second charge-voltage converter 23-3. Further, two third transfer units 14-9 and 14-10 are electrically connected to the third charge-voltage conversion unit 23-5.

本例では、電荷電圧変換部23は、いわゆる浮遊拡散(Floating Diffusion)領域である。電荷電圧変換部23は、一端が転送部14の出力に電気的に接続され、かつ、他の一端が接地されたコンデンサであってよい。転送部14から転送された電荷は、電荷電圧変換部23の当該他の一端に蓄積される。これにより、電荷電圧変換部23において、蓄積された電荷が電位に変換される。なお、増幅部18のゲートの電位は、電荷電圧変換部23の当該一端の電位と等しくなる。 In this example, the charge-voltage converter 23 is a so-called floating diffusion region. The charge-voltage converter 23 may be a capacitor having one end electrically connected to the output of the transfer unit 14 and the other end grounded. The charges transferred from the transfer unit 14 are accumulated at the other end of the charge-voltage converter 23. As a result, the charge-voltage converter 23 converts the accumulated charge into a potential. The potential of the gate of the amplifier 18 becomes equal to the potential of the one end of the charge-voltage converter 23.

電荷加算部22は、2以上の光電変換ユニットを電気的に接続する。電荷加算部22−1は、駆動回路30により選択された1以上の光電変換部12において蓄積された電荷を、少なくとも2以上の第1の光電変換ユニット26間で加算する。同様に電荷加算部22−2は、駆動回路30により選択された1以上の光電変換部12において蓄積された電荷を、少なくとも2以上の第2の光電変換ユニット27間で加算する。 The charge addition unit 22 electrically connects two or more photoelectric conversion units. The charge addition unit 22-1 adds the charges accumulated in the one or more photoelectric conversion units 12 selected by the drive circuit 30 between at least two or more first photoelectric conversion units 26. Similarly, the charge addition unit 22-2 adds the charges accumulated in the one or more photoelectric conversion units 12 selected by the drive circuit 30 between at least two or more second photoelectric conversion units 27.

電荷加算部22−1は、第1電荷電圧変換部23−1と、第2電荷電圧変換部23−3と、第1電荷電圧変換部23−1および第2電荷電圧変換部23−3を接続する第1接続部と、第2電荷電圧変換部23−3および第3電荷電圧変換部23−5を接続する第2接続部とを有する。同様に、電荷加算部22−2は、電荷電圧変換部23−2と、電荷電圧変換部23−4と、電荷電圧変換部23−2よび電荷電圧変換部23−4を接続する接続部等を有する。 The charge adder 22-1 includes a first charge-voltage converter 23-1, a second charge-voltage converter 23-3, a first charge-voltage converter 23-1 and a second charge-voltage converter 23-3. It has the 1st connection part which connects, and the 2nd connection part which connects the 2nd charge voltage converter 23-3 and the 3rd charge voltage converter 23-5. Similarly, the charge addition unit 22-2 connects the charge-voltage converter 23-2, the charge-voltage converter 23-4, the charge-voltage converter 23-2, and the charge-voltage converter 23-4 to each other. Have.

なお、接続部とは、複数の電荷電圧変換部23ならびに複数の電荷電圧変換部23を接続する配線および切替部を含む概念である。本例では、第1接続部は、電荷電圧変換部23−1および23−3、電荷電圧変換部23−1および23−3を接続する配線、ならびに、第1切替部24−1を含む。また、第2接続部は、荷電圧変換部23−3および23−5、電荷電圧変換部23−3および23−5を接続する配線、ならびに、第2切替部24−3を含む。 The connection unit is a concept that includes a plurality of charge-voltage conversion units 23 and wirings and switching units that connect the plurality of charge-voltage conversion units 23. In this example, the first connection unit includes the charge-voltage converters 23-1 and 23-3, a wiring connecting the charge-voltage converters 23-1 and 23-3, and the first switching unit 24-1. The second connection unit includes load voltage conversion units 23-3 and 23-5, wirings that connect the charge voltage conversion units 23-3 and 23-5, and a second switching unit 24-3.

第1切替部24−1は、第1電荷電圧変換部23−1および第2電荷電圧変換部23−3が電気的に接続される接続状態と、第1電荷電圧変換部23−1および第2電荷電圧変換部23−3が電気的に切断される切断状態とを切り替える。同様に、第2切替部24−3は、第2電荷電圧変換部23−3および第3電荷電圧変換部23−5が電気的に接続される接続状態と、第2電荷電圧変換部23−3および第3電荷電圧変換部23−5が電気的に切断される切断状態とを切り替える。 The first switching unit 24-1 includes a connection state in which the first charge-voltage converting unit 23-1 and the second charge-voltage converting unit 23-3 are electrically connected, a first charge-voltage converting unit 23-1, and a first charge-voltage converting unit 23-1. The 2 charge-voltage converter 23-3 is switched to a disconnected state in which it is electrically disconnected. Similarly, the second switching unit 24-3 includes a connection state in which the second charge-voltage converter 23-3 and the third charge-voltage converter 23-5 are electrically connected, and a second charge-voltage converter 23-. The third and third charge-voltage converters 23-5 are switched to a disconnected state in which they are electrically disconnected.

切替部24がオン状態の場合、複数の光電変換ユニットの各々における電荷電圧変換部23は電気的に接続されてほぼ同電位となる。一方、切替部24がオフ状態の場合、複数の光電変換ユニットの各々における電荷電圧変換部23は電気的に接続されない。 When the switching unit 24 is in the ON state, the charge-voltage conversion units 23 in each of the plurality of photoelectric conversion units are electrically connected and have substantially the same potential. On the other hand, when the switching unit 24 is off, the charge-voltage conversion unit 23 in each of the plurality of photoelectric conversion units is not electrically connected.

信号線25には、第1の方向に沿って配置された複数の光電変換ユニットにおける各出力部20から画素信号が出力される。出力された画素信号は、CDS回路へ入力される。 A pixel signal is output to the signal line 25 from each output section 20 in the plurality of photoelectric conversion units arranged along the first direction. The output pixel signal is input to the CDS circuit.

CDS回路32は、一つの信号線25に対応して一つ設けられる。CDS回路32は、あるタイミングにおいて、電荷排除部16をオンすることにより電荷電圧変換部23に一旦蓄積された電荷が排除された状態(リセット状態)の出力部20の出力信号(S)を記録する。次に、電荷排除部16をオフ、かつ、転送部14、増幅部18および出力部20をオンすることにより、リセット状態の後、CDS回路32は電荷電圧変換部23に電荷が蓄積された状態(蓄積状態)における出力部20の出力信号(S)を記録する。 One CDS circuit 32 is provided corresponding to one signal line 25. The CDS circuit 32 outputs the output signal (S R ) of the output unit 20 in a state in which the charge temporarily stored in the charge-voltage conversion unit 23 is removed (reset state) by turning on the charge removal unit 16 at a certain timing. Record. Next, by turning off the charge removing unit 16 and turning on the transfer unit 14, the amplifying unit 18, and the output unit 20, after the reset state, the CDS circuit 32 is in a state where the charges are accumulated in the charge-voltage converting unit 23. The output signal (S S ) of the output unit 20 in the (accumulation state) is recorded.

そして、CDS回路32は、SとSとの差を計算する。当該SとSとの差を画像の信号として用いることにより、複数の光電変換ユニット間での増幅部18の閾値バラつきに起因する画像劣化を低減することができる。なお、以降の実施例の説明において、CDS回路の動作について言及しないが、各実施例の撮像素子はCDS回路32を利用して動作してよい。 Then, the CDS circuit 32 calculates the difference between S R and S S. By using the difference between S R and S S as an image signal, it is possible to reduce image deterioration due to threshold variation of the amplification unit 18 among a plurality of photoelectric conversion units. In the following description of the embodiments, the operation of the CDS circuit is not mentioned, but the image pickup device of each embodiment may operate using the CDS circuit 32.

AD変換回路34は、CDS回路32ごとに一つ設けられる。AD変換回路34は、CDS回路32が出力したアナログ信号(SとSとの差)をデジタル信号に変換する。これにより、光電変換部12への入射光量に応じたアナログ情報が、デジタル情報に変換される。最終的には、各光電変換部12に対応するデジタル情報が、画像としてディスプレイに表示される。 One AD conversion circuit 34 is provided for each CDS circuit 32. AD conversion circuit 34 converts the analog signal CDS circuit 32 is output (the difference between S R and S S) into a digital signal. Thereby, the analog information corresponding to the amount of light incident on the photoelectric conversion unit 12 is converted into digital information. Finally, the digital information corresponding to each photoelectric conversion unit 12 is displayed on the display as an image.

制御部35は、駆動回路30を制御することにより、転送部14、電荷排除部16、出力部20および切替部24を動作させる。つまり、制御部35は、転送部14、電荷排除部16、出力部20および切替部24におけるゲートへのパルスタイミングを制御することにより、転送部14、電荷排除部16、出力部20および切替部24を制御する。 The control unit 35 controls the drive circuit 30 to operate the transfer unit 14, the charge removing unit 16, the output unit 20, and the switching unit 24. That is, the control unit 35 controls the pulse timing to the gates in the transfer unit 14, the charge removal unit 16, the output unit 20, and the switching unit 24, so that the transfer unit 14, the charge removal unit 16, the output unit 20, and the switching unit. Control 24.

制御部35は、複数の光電変換ユニットのうち少なくとも2以上の光電変換ユニットの各々において1以上の光電変換部12を選択する。同様に、制御部35は、複数の光電変換ユニットのうち少なくとも2以上のユニットの各々において1以上の光電変換部12を選択する。以下では、複数の光電変換ユニットにおける光電変換部12を選択する場合について述べる。 The control unit 35 selects one or more photoelectric conversion units 12 in each of at least two or more photoelectric conversion units among the plurality of photoelectric conversion units. Similarly, the control unit 35 selects one or more photoelectric conversion units 12 in each of at least two or more units among the plurality of photoelectric conversion units. Below, the case where the photoelectric conversion part 12 in a some photoelectric conversion unit is selected is described.

制御部35は、第1番目の第1の光電変換ユニット26−1にある1つの光電変換部12、第2番目の第1の光電変換ユニット26−2にある2つの光電変換部12、および、第3番目の第1の光電変換ユニット26−3にある1つの光電変換部12をそれぞれ選択して電荷を出力させる。光電変換部12各々は、ほぼ同一の機能および性能を有する。したがって、第1電荷電圧変換部23−1、第2電荷電圧変換部23−3および、第3電荷電圧変換部23−5には、1:2:1の比で電荷が出力される。 The control unit 35 includes one photoelectric conversion unit 12 in the first first photoelectric conversion unit 26-1, two photoelectric conversion units 12 in the second first photoelectric conversion unit 26-2, and , One of the third photoelectric conversion units 26-3 in the first photoelectric conversion unit 26-3 is selected to output charges. Each of the photoelectric conversion units 12 has almost the same function and performance. Therefore, charges are output to the first charge-voltage converter 23-1, the second charge-voltage converter 23-3, and the third charge-voltage converter 23-5 at a ratio of 1:2:1.

制御部35は、第1切替部24−1および第2切替部24−3の切替動作を行うタイミングを制御する。制御部35は、切替部24−1および24−3をオン状態にすることにより、選択された光電変換部12から電荷加算部22−1の電荷電圧変換部23−1、23−3および23−5に出力された電荷を加算させる。 The control unit 35 controls the timing of performing the switching operation of the first switching unit 24-1 and the second switching unit 24-3. The control unit 35 turns on the switching units 24-1 and 24-3 so that the charge-voltage conversion units 23-1, 23-3, and 23 of the selected photoelectric conversion unit 12 to the charge addition unit 22-1. The charges output to -5 are added.

例えば、それぞれの光電変換部12は予め定められた電荷蓄積期間に電荷(Q)を蓄積するとする。ここで、第1電荷電圧変換部23−1および第2電荷電圧変換部23−3の容量はそれぞれ等しいCであると仮定する。転送部14−1、転送部14−5および14−6、ならびに14−10が同時にオンされることにより、第1電荷電圧変換部23−1に電荷(Q)、第2電荷電圧変換部23−3に電荷(2Q)、および、第2電荷電圧変換部23−5に電荷(Q)がそれぞれ転送される。なお、転送部14および切替部24におけるトランジスタのオン抵抗は無視できると仮定する。第1電荷電圧変換部23−1、第2電荷電圧変換部23−3、および第3電荷電圧変換部23−5の電圧は、それぞれV(=Q/C)、2V(=2Q/C)、および、V(=Q/C)となる。 For example, it is assumed that each photoelectric conversion unit 12 accumulates the charge (Q) in a predetermined charge accumulation period. Here, it is assumed that the first charge-voltage converter 23-1 and the second charge-voltage converter 23-3 have the same capacitance C. The transfer unit 14-1, the transfer units 14-5 and 14-6, and 14-10 are turned on at the same time, so that the first charge-voltage converter 23-1 receives the charge (Q) and the second charge-voltage converter 23. The charge (2Q) is transferred to −3, and the charge (Q) is transferred to the second charge-voltage converter 23-5. It is assumed that the on resistance of the transistors in the transfer unit 14 and the switching unit 24 can be ignored. The voltages of the first charge-voltage converter 23-1, the second charge-voltage converter 23-3, and the third charge-voltage converter 23-5 are V (=Q/C) and 2V (=2Q/C), respectively. , And V (=Q/C).

ここで、切替部24−1および切替部24−3がオンされることにより、電荷加算部22において電荷(Q)、電荷(2Q)、および、電荷(Q)が混合される。電荷加算部22において電荷は合計4Q存在する。第1電荷電圧変換部23−1、第2電荷電圧変換部23−3、および、第3電荷電圧変換部23−5の合計容量は3Cであるので、第1電荷電圧変換部23−1、第2電荷電圧変換部23−3、および、第3電荷電圧変換部23−5はそれぞれ4V/3(=4Q/3C)の電圧となる。そして、増幅部18−3および出力部20−3がオンされると、電荷電圧変換部23−3の電圧に応じた電流が、信号線25−1に信号として出力される。 Here, when the switching unit 24-1 and the switching unit 24-3 are turned on, the charge (Q), the charge (2Q), and the charge (Q) are mixed in the charge adding unit 22. In the charge addition unit 22, there are a total of 4Q of charges. Since the total capacity of the first charge-voltage converter 23-1, the second charge-voltage converter 23-3, and the third charge-voltage converter 23-5 is 3C, the first charge-voltage converter 23-1, The second charge-voltage converter 23-3 and the third charge-voltage converter 23-5 each have a voltage of 4V/3 (=4Q/3C). Then, when the amplification unit 18-3 and the output unit 20-3 are turned on, a current according to the voltage of the charge-voltage conversion unit 23-3 is output as a signal to the signal line 25-1.

ここで、制御部35は、AD変換回路34よりも後段に設けられる処理回路に、切替部24−1および24−3をオンにしたことを伝えてよい。これにより処理回路は、第1の光電変換ユニット26−1、26−2および26−5において電荷混合がされたこと、および、電荷電圧変換部23−3に蓄積された電荷についての信号が出力されたことがわかる。 Here, the control unit 35 may notify a processing circuit provided at a stage subsequent to the AD conversion circuit 34 that the switching units 24-1 and 24-3 are turned on. As a result, the processing circuit outputs a signal indicating that the charges are mixed in the first photoelectric conversion units 26-1, 26-2, and 26-5, and that the charges accumulated in the charge-voltage converter 23-3 are output. You can see that it was done.

したがって、信号線25−1に信号を入力する段階において、第1の光電変換ユニット26−2に蓄積された電荷を、第1の光電変換ユニット26−1に蓄積された電荷および第1の光電変換ユニット26−3に蓄積された電荷に対して重み付けることができる。隣接する3つの光電変換ユニットにおいて、電荷を読み込む光電変換部12の数が1:2:1である本例では、第1の光電変換ユニット26−1:第1の光電変換ユニット26−2:第1の光電変換ユニット26−3の重み付けの比が1:2:1となる。これにより、重み付け処理をするに当たり、後段回路の処理を簡単にすることができる。また、読み出すべき信号が少なくなるので、後段回路が高速に動作することができる。 Therefore, at the stage of inputting a signal to the signal line 25-1, the charge accumulated in the first photoelectric conversion unit 26-2 is converted into the charge accumulated in the first photoelectric conversion unit 26-1 and the first photoelectric conversion unit 26-1. The charges accumulated in the conversion unit 26-3 can be weighted. In the present example in which the number of photoelectric conversion units 12 that read charges in the three adjacent photoelectric conversion units is 1:2:1, the first photoelectric conversion unit 26-1: the first photoelectric conversion unit 26-2: The weighting ratio of the first photoelectric conversion unit 26-3 is 1:2:1. This makes it possible to simplify the processing of the subsequent circuit when performing the weighting processing. Moreover, since the number of signals to be read is small, the post-stage circuit can operate at high speed.

制御部35は、第1の方向および第2の方向において、複数の光電変換ユニットを同様に重み付け動作させてよい。また、制御部35は、CDS回路32およびAD変換回路34等の動作を制御する。 The control unit 35 may similarly perform the weighting operation on the plurality of photoelectric conversion units in the first direction and the second direction. The control unit 35 also controls the operations of the CDS circuit 32, the AD conversion circuit 34, and the like.

(変形例:全画素読み出しモード)制御部35は、全画素読み出しモードで撮像素子10を制御してもよい。当該全画素読み出しモードでは、光電変換ユニット間での画素加算はしない点が、第1の実施形態と異なる。 (Modification: All-Pixel Read Mode) The control unit 35 may control the image sensor 10 in the all-pixel read mode. In the all-pixel reading mode, pixels are not added between photoelectric conversion units, which is different from the first embodiment.

全画素読み出しモードでは、1つの光電変換ユニット内の2つの光電変換部12をそれぞれ独立に読み出す。例えば合制御部35は、第1の光電変換ユニット26−1にある2つの光電変換部12−1および12−2を各々異なるタイミングで選択する。そして制御部35は、電荷電圧変換部23−1に蓄積された電荷を各々独立に出力部20−1へ出力させる。 In the all-pixel reading mode, the two photoelectric conversion units 12 in one photoelectric conversion unit are independently read. For example, the combined control unit 35 selects the two photoelectric conversion units 12-1 and 12-2 in the first photoelectric conversion unit 26-1 at different timings. Then, the control unit 35 causes the charge accumulated in the charge-voltage conversion unit 23-1 to be independently output to the output unit 20-1.

また、制御部35は、第2の光電変換ユニット27−1にある2つの光電変換部12−3および12−4を、第1の光電変換ユニット26−1を選択したタイミングとはさらに各々異なるタイミングで選択する。そして制御部35は、電荷電圧変換部23−2蓄積された電荷を各々独立に出力部へ出力させる。 Further, the control unit 35 further differs from the timing at which the first photoelectric conversion unit 26-1 is selected for the two photoelectric conversion units 12-3 and 12-4 in the second photoelectric conversion unit 27-1. Select at the timing. Then, the control unit 35 outputs the accumulated charges to the output unit independently of each other.

なお、制御部35は、重み付けモードと全画素読み出しモードとを組み合わせて、撮像素子10を制御してもよい。重み付けモードと全画素読み出しモードとを組み合わせることによっても、後段処理回路の負担を軽減させることができる。 The control unit 35 may control the image sensor 10 by combining the weighting mode and the all-pixel reading mode. By combining the weighting mode and the all-pixel reading mode, the load on the post-stage processing circuit can be reduced.

なお、制御部35は、出力部20から出力された各々のアナログ信号を、CDS回路およびAD変換回路で処理した後に、信号処理部36において加算処理させてもよい。例えば制御部35は、光電変換ユニットにおいて選択された1以上の光電変換部12で蓄積された電荷を、電荷電圧変換部23を介して出力部20に出力させて、出力された各々の電荷に応じた各々のアナログ信号を出力部20から信号線25へ出力させる。そして、制御部35は、各光電変換部12の電荷蓄積量に対応するアナログ信号を、信号処理部36に加算処理させてもよい。 The control unit 35 may process each analog signal output from the output unit 20 with the CDS circuit and the AD conversion circuit, and then add the analog signal with the signal processing unit 36. For example, the control unit 35 causes the output unit 20 to output the charges accumulated in the one or more photoelectric conversion units 12 selected in the photoelectric conversion unit to the output unit 20 via the charge-voltage conversion unit 23, and outputs each of the output charges. Each corresponding analog signal is output from the output unit 20 to the signal line 25. Then, the control unit 35 may cause the signal processing unit 36 to perform addition processing on the analog signal corresponding to the charge storage amount of each photoelectric conversion unit 12.

図4は、撮像素子10におけるカラーフィルタの配置を示す図である。各光電変換ユニットを太線で囲んで示す。 FIG. 4 is a diagram showing the arrangement of color filters in the image sensor 10. Each photoelectric conversion unit is shown surrounded by a thick line.

第1の光電変換ユニット26−1には、2つの赤色(R)フィルタが設けられる。第2の光電変換ユニット27−1には、2つの緑色(G)フィルタが設けられる。第3の光電変換ユニット29−1には、2つの青色(B)フィルタが設けられる。第4の光電変換ユニット28−1には、2つの緑色(G)フィルタが設けられる。第1の光電変換ユニット26−1および第2の光電変換ユニット27−1は、第1の方向において隣接する。第1の光電変換ユニット26−1および第4の光電変換ユニット28−1は、第2方向において隣接する。また、第2の光電変換ユニット27−1および第3の光電変換ユニット29−1は、第2方向において隣接する。 Two red (R) filters are provided in the first photoelectric conversion unit 26-1. The second photoelectric conversion unit 27-1 is provided with two green (G) filters. Two blue (B) filters are provided in the third photoelectric conversion unit 29-1. Two green (G) filters are provided in the fourth photoelectric conversion unit 28-1. The first photoelectric conversion unit 26-1 and the second photoelectric conversion unit 27-1 are adjacent to each other in the first direction. The first photoelectric conversion unit 26-1 and the fourth photoelectric conversion unit 28-1 are adjacent to each other in the second direction. Further, the second photoelectric conversion unit 27-1 and the third photoelectric conversion unit 29-1 are adjacent to each other in the second direction.

本例において、2つの赤色(R)フィルタ、2つの緑色(G)フィルタ、2つの緑色(G)フィルタ、および、2つの青色(B)フィルタを有するブロック39(点線)は、撮像素子10のフィルタが設けられる表面を詰められる単位ユニットである。なお、ブロック39を第1の方向に並べた領域を領域37と表記する。 In this example, a block 39 (dotted line) having two red (R) filters, two green (G) filters, two green (G) filters, and two blue (B) filters is a block of the image sensor 10. It is a unit unit that can be packed on the surface on which the filter is provided. An area in which the blocks 39 are arranged in the first direction is referred to as an area 37.

図5は、撮像素子10の領域37において重み付けモードの例を示す図である。なお、光電変換部12の位置については、図3も合わせて参照する。制御部35は、第1番目の第1の光電変換ユニット26−1において、第2番目の第1の光電変換ユニット26−2側にある光電変換部12−2を選択して電荷を出力させ、第3番目の第1の光電変換ユニット26−3において、第2番目の第1の光電変換ユニット26−2側にある光電変換部12−9を選択して電荷を出力させる。そして、電荷加算部22−1は、出力された電荷を加算する。当該制御方法により、各色の画素情報に対応する信号を1:2:1で重み付けることができる。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the weighting mode in the area 37 of the image sensor 10. Note that the position of the photoelectric conversion unit 12 is also referred to with reference to FIG. 3. The control unit 35 selects the photoelectric conversion unit 12-2 on the second first photoelectric conversion unit 26-2 side in the first first photoelectric conversion unit 26-1 to output the charge. In the third first photoelectric conversion unit 26-3, the photoelectric conversion unit 12-9 on the second first photoelectric conversion unit 26-2 side is selected to output electric charges. Then, the charge addition unit 22-1 adds the output charges. By the control method, the signal corresponding to the pixel information of each color can be weighted 1:2:1.

第1の光電変換ユニット26−1において、第1の光電変換ユニット26−2とは逆側の光電変換部12−1を選択する場合には、第1の光電変換ユニット26−2側の光電変換部12−2は重み付けに寄与することができなくなる。つまり、光電変換部12−2は無駄になる。これに対して、第1の光電変換ユニット26−1において、第1の光電変換ユニット26−2側の光電変換部12−2を選択し、かつ、第1の光電変換ユニット26−3において、第1の光電変換ユニット26−2側の光電変換部12−9を選択することにより、重み付けに寄与しない光電変換部12を減らすことができる。 In the first photoelectric conversion unit 26-1, when the photoelectric conversion unit 12-1 on the opposite side to the first photoelectric conversion unit 26-2 is selected, the photoelectric conversion unit 26-2 side photoelectric The conversion unit 12-2 cannot contribute to weighting. That is, the photoelectric conversion unit 12-2 is wasted. On the other hand, in the first photoelectric conversion unit 26-1, the photoelectric conversion unit 12-2 on the first photoelectric conversion unit 26-2 side is selected, and in the first photoelectric conversion unit 26-3, By selecting the photoelectric conversion unit 12-9 on the first photoelectric conversion unit 26-2 side, the photoelectric conversion units 12 that do not contribute to weighting can be reduced.

なお、第1の方向に等間隔で並ぶ第1の光電変換ユニット26−1、26−2および26−3において、それぞれ第1の光電変換ユニット26−2側の1つの赤色(R)フィルタ、2つの赤色(RおよびR)フィルタおよび第1の光電変換ユニット26−2側の1つの赤色(R)フィルタが設けられた領域を領域38とする。 In the first photoelectric conversion units 26-1, 26-2, and 26-3 arranged at equal intervals in the first direction, one red (R 2 ) filter on the side of the first photoelectric conversion unit 26-2 is used. A region in which two red (R 3 and R 4 ) filters and one red (R 9 ) filter on the first photoelectric conversion unit 26-2 side are provided is referred to as a region 38.

制御部35は、青色(B)フィルタおよび緑色(G)フィルタについても同様に、上述の赤色(R)フィルタにおける領域38の例と同様に、光電変換部12を選択することにより、画素領域全体において、重み付けに寄与しない光電変換部12を減らすことができる。 Similarly for the blue (B) filter and the green (G) filter, the control unit 35 selects the photoelectric conversion unit 12 in the same manner as the example of the region 38 in the above-described red (R) filter, and thereby the entire pixel region is selected. In, it is possible to reduce the number of photoelectric conversion units 12 that do not contribute to weighting.

図6は、撮像素子10の領域38において重み付けモードの例を説明するタイミングチャート図である。なお、光電変換部12、転送部14、電荷排除部16および出力部20の位置については、図3も合わせて参照する。ここでは、特に赤色(R)フィルタR、R、R、および、Rに対応して設けられた光電変換部12−2、12−5、12−6および12−9に蓄積された電荷が電荷加算される例を説明する。 FIG. 6 is a timing chart illustrating an example of the weighting mode in the area 38 of the image sensor 10. Note that the positions of the photoelectric conversion unit 12, the transfer unit 14, the charge removal unit 16, and the output unit 20 are also referred to with reference to FIG. Here is accumulated particularly red (R) filter R 2, R 5, R 6 and, in the photoelectric conversion unit 12-2,12-5,12-6 and 12-9 provided corresponding to R 9 An example in which electric charges are added will be described.

制御部35は、駆動回路30を通じて転送部14−2(TX_R)、転送部14−5(TX_R)、転送部14−6(TX_R)および転送部14−9(TX_R)のゲートにパルス信号を与える。当該パルス信号により、各転送部14はオンまたはオフする。 The control unit 35 controls the gates of the transfer unit 14-2 (TX_R 2 ), the transfer unit 14-5 (TX_R 5 ), the transfer unit 14-6 (TX_R 6 ), and the transfer unit 14-9 (TX_R 9 ) through the drive circuit 30. Give a pulse signal to. Each transfer unit 14 is turned on or off by the pulse signal.

制御部35は、駆動回路30を通じて電荷排除部16−1、16−3および16−5(RST 1,RST 3,RST 5)のゲートにパルス信号を与える。電荷排除部16は、電荷電圧変換部23に蓄積された電荷を排除する。 The control unit 35 gives a pulse signal to the gates of the charge removing units 16-1, 16-3 and 16-5 (RST 1, RST 3, RST 5) through the drive circuit 30. The charge removing unit 16 removes the charges accumulated in the charge-voltage converting unit 23.

制御部35は、駆動回路30を通じて出力部20のゲートにパルス信号を与える。当該パルス信号により、出力部20はオンまたはオフする。本例では、オンされる出力部は、光電変換部12−2、12−5、12−6および12−9に対応して設けられたいずれかの出力部20であればよい。例えば、出力部20−3(SEL 3)のゲートがオンする。 The control unit 35 gives a pulse signal to the gate of the output unit 20 through the drive circuit 30. The output unit 20 is turned on or off according to the pulse signal. In this example, the output unit to be turned on may be any output unit 20 provided corresponding to the photoelectric conversion units 12-2, 12-5, 12-6, and 12-9. For example, the gate of the output unit 20-3 (SEL 3) is turned on.

制御部35は、駆動回路30を通じて切替部24−1および24−3のゲートにパルス信号を与える。当該パルス信号により、切替部24―1および24−3のゲートはオンまたはオフする。切替部24―1および24−3は、赤色(R)フィルタR、R、R、および、Rに対応して設けられた光電変換部12−2、12−5、12−6および12−9に蓄積された電荷を電荷加算する。 The control unit 35 gives a pulse signal to the gates of the switching units 24-1 and 24-3 through the drive circuit 30. The pulse signals turn on or off the gates of the switching units 24-1 and 24-3. Switching unit 24-1 and 24-3, a red (R) filter R 2, R 5, R 6 , and the photoelectric conversion unit provided corresponding to R 9 12-2,12-5,12-6 And the charges accumulated in 12-9 are added.

光電変換部12−2に電気的に接続された転送部14−2(TX_R)は、タイミングtでオンする。これにより転送部14−2は、光電変換部12−2に蓄積された電荷を電荷電圧変換部23−1に排除する(電荷排除動作)。そして、当該電荷は、電荷電圧変換部23−1に蓄積される。当該電荷排除動作のタイミングから、光電変換部12−1における電荷蓄積期間が開始する。 The transfer unit 14-2 (TX_R 2 ) electrically connected to the photoelectric conversion unit 12-2 is turned on at timing t 1 . As a result, the transfer unit 14-2 eliminates the charges accumulated in the photoelectric conversion unit 12-2 into the charge-voltage conversion unit 23-1 (charge elimination operation). Then, the charge is accumulated in the charge-voltage converter 23-1. The charge accumulation period in the photoelectric conversion unit 12-1 starts from the timing of the charge elimination operation.

電荷排除部16−1(RST 1)は、タイミングtでオンする。これにより電荷排除部16−1は、電荷排除動作により電荷電圧変換部23−1に排除された電荷を排除する。 The charge removal unit 16-1 (RST 1) turns on at timing t 5 . As a result, the charge removal unit 16-1 removes the charges removed by the charge-voltage conversion unit 23-1 by the charge removal operation.

転送部14−2(TX_R)は、タイミングtで再びオンする。これにより転送部14−1は、光電変換部12−1に蓄積された電荷を電荷電圧変換部23−1に転送する(電荷転送動作)。タイミングtまでで、光電変換部12−1における電荷蓄積期間が終了するする。つまり、転送部14−2(TX_R)がオンするタイミング(タイミングt)から転送部14−1(TX_R)が次にオンするタイミング(タイミングt)までの期間が、赤色(R)フィルタRに対応して設けられた光電変換部12−1の電荷蓄積期間となる。 The transfer unit 14-2 (TX_R 2 ) is turned on again at the timing t 8 . As a result, the transfer unit 14-1 transfers the charges accumulated in the photoelectric conversion unit 12-1 to the charge-voltage conversion unit 23-1 (charge transfer operation). Until the timing t 8, to charge accumulation period in the photoelectric conversion unit 12-1 is finished. That is, the period from the timing (timing t 1 ) when the transfer unit 14-2 (TX_R 2 ) is turned on to the timing (timing t 8 ) when the transfer unit 14-1 (TX_R 2 ) is next turned on is red (R). This is the charge accumulation period of the photoelectric conversion unit 12-1 provided corresponding to the filter R 2 .

同様に、光電変換部12−5、12−6および12−9における電荷蓄積期間もまた、転送部14がオンするタイミング(タイミングt)から、転送部14が次にオンするタイミング(タイミングt)までの期間となる。本例では、光電変換部12−2、12−5、12−6および12−9における電荷蓄積期間は同一である。 Similarly, the charge accumulation periods in the photoelectric conversion units 12-5, 12-6, and 12-9 are also from the timing (timing t 1 ) when the transfer unit 14 is turned on to the timing (timing t) when the transfer unit 14 is turned on next. Up to 8 ). In this example, the charge accumulation periods in the photoelectric conversion units 12-2, 12-5, 12-6, and 12-9 are the same.

タイミングtにおいては、切替部24−1(CON 1,2_5,6)および切替部24−3(CON 5,6_7,8)が同時にオンする。したがって、電荷電圧変換部23−1および23−3に蓄積された電荷は互いに加算される。よって、電荷電圧変換部23−1および23−3の電圧は等しくなる。 At timing t 8, the switching unit 24-1 (CON 1,2_5,6) and the switching section 24-3 (CON 5,6_7,8) are turned on simultaneously. Therefore, the charges accumulated in the charge-voltage converters 23-1 and 23-3 are added to each other. Therefore, the voltages of the charge-voltage converters 23-1 and 23-3 become equal.

なお、タイミングtにおいては、出力部20−3(SEL 3)がオン状態である。したがって、混合された電荷に応じた信号が信号線25−1へ出力される。これにより、赤色(R)フィルタR、R、R、および、Rに対応して設けられた光電変換部12−2、12−5、12−6および12−9に蓄積された電荷を加算することができる。よって、R、RおよびR、ならびにRを用いて、赤色(R)フィルタに対応する画素信号を1:2:1の比で重み付けすることができる。 Incidentally, at the timing t 8, the output unit 20-3 (SEL 3) is in an on state. Therefore, a signal corresponding to the mixed charges is output to the signal line 25-1. Thus, red (R) filter R 2, R 5, R 6 , and stored in the photoelectric conversion unit 12-2,12-5,12-6 and 12-9 provided corresponding to R 9 The charges can be added. Thus, R 2 , R 5 and R 6 , and R 9 can be used to weight the pixel signal corresponding to the red (R) filter with a ratio of 1:2:1.

図7、撮像素子10の領域37においてダイナミックレンジモードの例を説明する図である。光電変換部12、転送部14、増幅部18および出力部20の位置については、図3も合わせて参照する。 FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a dynamic range mode in a region 37 of the image sensor 10. For the positions of the photoelectric conversion unit 12, the transfer unit 14, the amplification unit 18, and the output unit 20, refer also to FIG.

本例において、制御部35は、第1の光電変換ユニット26−1にある2つの光電変換部12−1および12−2を選択し、各々の光電変換部12−1および12−2に蓄積された電荷を加算する。なお、撮像素子10において転送部14−1および14−2は、ともに電荷電圧変換部23に電気的に接続されている。したがって、転送部14−1および14−2のトランジスタがオンすれば、光電変換部12−1および12−2に蓄積された電荷は、電荷電圧変換部23−1へ出力されて、かつ、加算される。制御部35は、増幅部18−1のトランジスタをオンさせることにより、当該加算された電荷を第1の出力部20−1に出力させる。 In this example, the control unit 35 selects the two photoelectric conversion units 12-1 and 12-2 in the first photoelectric conversion unit 26-1 and stores them in the respective photoelectric conversion units 12-1 and 12-2. The added charges are added. In addition, in the image sensor 10, the transfer units 14-1 and 14-2 are both electrically connected to the charge-voltage conversion unit 23. Therefore, when the transistors of the transfer units 14-1 and 14-2 are turned on, the charges accumulated in the photoelectric conversion units 12-1 and 12-2 are output to the charge-voltage conversion unit 23-1 and added. To be done. The control unit 35 turns on the transistor of the amplification unit 18-1 to output the added charge to the first output unit 20-1.

同様に、制御部35は、第2の光電変換ユニット27−1にある2つの光電変換部12−3および12−4を選択し、各々の光電変換部12−3および12−4に蓄積された電荷を加算する。制御部35は、増幅部18−2のトランジスタをオンさせることにより、当該加算された電荷を第2の出力部20−2に出力させる第1の出力部20−1および第2の出力部20−2からそれぞれ出力される画素信号は、異なるタイミングで、ともに信号線25−1へ出力される。 Similarly, the control unit 35 selects the two photoelectric conversion units 12-3 and 12-4 in the second photoelectric conversion unit 27-1 and stores them in the respective photoelectric conversion units 12-3 and 12-4. Added charge. The control unit 35 turns on the transistor of the amplification unit 18-2 to output the added charge to the second output unit 20-2. The first output unit 20-1 and the second output unit 20. The pixel signals output from -2 are output to the signal line 25-1 at different timings.

図8は、第2の実施形態における撮像素子40の回路構成を示す模式図である。第2の実施形態の撮像素子40において、電荷排除部16、増幅部18、出力部20および電荷電圧変換部23の各1つに対して、同一の分光特性を有するフィルタが設けられた光電変換部12が4つずつ設けられる点が、第1の実施形態の撮像素子10と異なる。加えて、当該4つの光電変換部12は、第1の方向において、2つの光電変換部12を有する2つの第1の光電変換ユニット26の間に、2つの光電変換部12を有する第2の光電変換ユニット27を備える点が異なる。 FIG. 8 is a schematic diagram showing the circuit configuration of the image sensor 40 according to the second embodiment. In the image pickup device 40 of the second embodiment, photoelectric conversion in which a filter having the same spectral characteristic is provided for each of the charge elimination unit 16, the amplification unit 18, the output unit 20, and the charge-voltage conversion unit 23. The difference from the image sensor 10 of the first embodiment is that four units 12 are provided. In addition, the four photoelectric conversion units 12 include the second photoelectric conversion units 12 between the two first photoelectric conversion units 26 including the two photoelectric conversion units 12 in the first direction. The difference is that the photoelectric conversion unit 27 is provided.

本例では、第1の方向において順に、第1の光電変換ユニット26−1、第2の光電変換ユニット27−1、第1の光電変換ユニット26−2、および、第2の光電変換ユニット27−2が設けられている。第1の光電変換ユニット26−1は、赤色(R)のフィルタが設けられた光電変換部12−1および12−2を有する。第2の光電変換ユニット27−1は、緑色(G)のフィルタが設けられた光電変換部12−3および12−4を有する。第1の光電変換ユニット26−2は、赤色(R)のフィルタが設けられた光電変換部12−5および12−6を有する。第2の光電変換ユニット27−2は、緑色(G)のフィルタが設けられた光電変換部12−7および12−8を有する。 In this example, the first photoelectric conversion unit 26-1, the second photoelectric conversion unit 27-1, the first photoelectric conversion unit 26-2, and the second photoelectric conversion unit 27 are sequentially arranged in the first direction. -2 is provided. The first photoelectric conversion unit 26-1 has photoelectric conversion units 12-1 and 12-2 provided with a red (R) filter. The second photoelectric conversion unit 27-1 has photoelectric conversion units 12-3 and 12-4 provided with a green (G) filter. The first photoelectric conversion unit 26-2 has photoelectric conversion units 12-5 and 12-6 provided with a red (R) filter. The second photoelectric conversion unit 27-2 has photoelectric conversion units 12-7 and 12-8 provided with a green (G) filter.

光電変換部12−1、12−2、12−5および12−6は、それぞれ転送部14−1、14−2、14−5および14−6に接続される。転送部14−1、14−2、14−5および14−6は、電荷電圧変換部23−1に共通に接続される。電荷排除部16−1、増幅部18−1、出力部20−1および高電位部21の構成は、第1の実施形態における撮像素子10と同様である。 The photoelectric conversion units 12-1, 12-2, 12-5 and 12-6 are connected to the transfer units 14-1, 14-2, 14-5 and 14-6, respectively. The transfer units 14-1, 14-2, 14-5 and 14-6 are commonly connected to the charge-voltage conversion unit 23-1. The configurations of the charge elimination unit 16-1, the amplification unit 18-1, the output unit 20-1, and the high potential unit 21 are the same as those of the image pickup device 10 according to the first embodiment.

光電変換部12−3、12−4、12−7および12−8は、それぞれ転送部14−3、14−4、14−7および14−8に接続される。転送部14−3、14−4、14−7および14−8は、電荷電圧変換部23−2に共通に接続される。電荷排除部16−2、増幅部18−2、出力部20−2および高電位部21の構成は、第1の実施形態における撮像素子10と同様である。 The photoelectric conversion units 12-3, 12-4, 12-7 and 12-8 are connected to the transfer units 14-3, 14-4, 14-7 and 14-8, respectively. The transfer units 14-3, 14-4, 14-7, and 14-8 are commonly connected to the charge-voltage conversion unit 23-2. The configurations of the charge removing unit 16-2, the amplifying unit 18-2, the output unit 20-2, and the high-potential unit 21 are the same as those of the image sensor 10 according to the first embodiment.

また、第1の方向において順に、第1の光電変換ユニット26−3、第2の光電変換ユニット27−3、第1の光電変換ユニット26−4、および、第2の光電変換ユニット27−4が設けられている。第1の光電変換ユニット26−3は、赤色(R)のフィルタが設けられた光電変換部12−9および12−10を有する。第2の光電変換ユニット27−3は、緑色(G)のフィルタが設けられた光電変換部12−11および12−12を有する。第1の光電変換ユニット26−4は、赤色(R)のフィルタが設けられた光電変換部12−13および12−14を有する。第2の光電変換ユニット27−4は、緑色(G)のフィルタが設けられた光電変換部12−15および12−16を有する。 The first photoelectric conversion unit 26-3, the second photoelectric conversion unit 27-3, the first photoelectric conversion unit 26-4, and the second photoelectric conversion unit 27-4 are sequentially arranged in the first direction. Is provided. The first photoelectric conversion unit 26-3 has photoelectric conversion units 12-9 and 12-10 provided with a red (R) filter. The second photoelectric conversion unit 27-3 has photoelectric conversion units 12-11 and 12-12 provided with a green (G) filter. The first photoelectric conversion unit 26-4 has photoelectric conversion units 12-13 and 12-14 provided with a red (R) filter. The second photoelectric conversion unit 27-4 has photoelectric conversion units 12-15 and 12-16 provided with a green (G) filter.

光電変換部12−9、12−10、12−13および12−14は、それぞれ転送部14−9、14−10、14−13および14−14に接続される。転送部14−9、14−10、14−13および14−14は、電荷電圧変換部23−3に共通に接続される。電荷排除部16−3、増幅部18−3、出力部20−3および高電位部21の構成は、第1の実施形態における撮像素子10と同様である。 The photoelectric conversion units 12-9, 12-10, 12-13 and 12-14 are connected to the transfer units 14-9, 14-10, 14-13 and 14-14, respectively. The transfer units 14-9, 14-10, 14-13, and 14-14 are commonly connected to the charge-voltage conversion unit 23-3. The configurations of the charge removing unit 16-3, the amplifying unit 18-3, the output unit 20-3, and the high-potential unit 21 are the same as those of the image sensor 10 according to the first embodiment.

光電変換部12−11、12−12、12−15および12−16は、それぞれ転送部14−11、14−12、14−15および14−16に接続される。転送部14−11、14−12、14−15および14−16は、電荷電圧変換部23−4に共通に接続される。電荷排除部16−4、増幅部18−4、出力部20−4および高電位部21の構成は、第1の実施形態における撮像素子10と同様である。 The photoelectric conversion units 12-11, 12-12, 12-15 and 12-16 are connected to the transfer units 14-11, 14-12, 14-15 and 14-16, respectively. The transfer units 14-11, 14-12, 14-15 and 14-16 are commonly connected to the charge-voltage conversion unit 23-4. The configurations of the charge elimination unit 16-4, the amplification unit 18-4, the output unit 20-4, and the high potential unit 21 are the same as those of the image pickup device 10 according to the first embodiment.

電荷加算部22は、同色のカラーフィルタが設けられた第1の光電変換ユニット26同士または第2の光電変換ユニット27同士を電気的に接続する。本例では、電荷加算部22−1は、電荷電圧変換部23−1、切替部24−1および電荷電圧変換部23−3を有する。切替部24−1は、電荷電圧変換部23−1および電荷電圧変換部23−3の間に設けられる。電荷加算部22−1は、電荷電圧変換部23−1および23−3に蓄積された電荷を、切替部24−1を通じて加算する。これにより、光電変換部12−1、12−2、12−5および12−6、ならびに、光電変換部12−9、12−10、12−13および12−14において蓄積された電荷が加算される。 The charge addition unit 22 electrically connects the first photoelectric conversion units 26 or the second photoelectric conversion units 27 having the color filters of the same color to each other. In this example, the charge addition unit 22-1 includes a charge/voltage conversion unit 23-1, a switching unit 24-1, and a charge/voltage conversion unit 23-3. The switching unit 24-1 is provided between the charge-voltage converter 23-1 and the charge-voltage converter 23-3. The charge addition unit 22-1 adds the charges accumulated in the charge/voltage conversion units 23-1 and 23-3 through the switching unit 24-1. Thereby, the charges accumulated in the photoelectric conversion units 12-1, 12-2, 12-5 and 12-6 and the photoelectric conversion units 12-9, 12-10, 12-13 and 12-14 are added. It

電荷加算部22−2は、電荷電圧変換部23−2、切替部24−2および電荷電圧変換部23−4を有する。切替部24−2は、電荷電圧変換部23−2および電荷電圧変換部23−4の間に設けられる。電荷加算部22−2は、電荷電圧変換部23−2および23−4に蓄積された電荷を切替部24−2を通じて加算する。これにより、光電変換部12−3、12−4、12−7および12−8、ならびに、光電変換部12−11、12−12、12−15および12−16において蓄積された電荷が加算される。 The charge addition unit 22-2 includes a charge/voltage conversion unit 23-2, a switching unit 24-2, and a charge/voltage conversion unit 23-4. The switching unit 24-2 is provided between the charge-voltage converter 23-2 and the charge-voltage converter 23-4. The charge addition unit 22-2 adds the charges accumulated in the charge/voltage conversion units 23-2 and 23-4 through the switching unit 24-2. As a result, the charges accumulated in the photoelectric conversion units 12-3, 12-4, 12-7 and 12-8, and the photoelectric conversion units 12-11, 12-12, 12-15 and 12-16 are added. It

なお、電荷排除部16、増幅部18、出力部20、電荷電圧変換部23、高電位部21、信号線25、駆動回路30、CDS回路32、AD変換回路34および制御部35の接続関係および機能は、第1の実施形態の撮像素子10と同じである。 It should be noted that the charge elimination unit 16, the amplification unit 18, the output unit 20, the charge-voltage conversion unit 23, the high potential unit 21, the signal line 25, the drive circuit 30, the CDS circuit 32, the AD conversion circuit 34, and the control unit 35 are connected and The function is the same as that of the image sensor 10 of the first embodiment.

本例では、電荷排除部16、増幅部18、出力部20および電荷電圧変換部23の各1つに対して、4つの光電変換部12を設けた。4つの光電変換部12からの信号を出力するために7つのトランジスタ(光電変換部12に4つのトランジスタ、電荷排除部16、増幅部18、出力部20および電荷電圧変換部23の各1つのトランジスタ)を用いた、いわゆる1.75トランジスタの構成である。 In this example, four photoelectric conversion units 12 are provided for each one of the charge elimination unit 16, the amplification unit 18, the output unit 20, and the charge-voltage conversion unit 23. Seven transistors for outputting the signals from the four photoelectric conversion units 12 (four transistors in the photoelectric conversion unit 12, one charge removal unit 16, one amplification unit 18, one output transistor, and one charge-voltage conversion unit 23). ) Is used to form a so-called 1.75 transistor.

なお、第1の実施形態は、2つの光電変換部12からの信号を出力するために5つのトランジスタ(光電変換部12に2つのトランジスタ、電荷排除部16、増幅部18、出力部20および電荷電圧変換部23の各1つのトランジスタ)を用いたので、いわゆる2.5トランジスタの構成である。本例のように、1.75トランジスタの構成にすることにより、光電変換部12一つあたりに必要なトランジスタの数を減らすことができる。また、これにより、消費電力を減らすことができる。 In addition, in the first embodiment, five transistors (two transistors in the photoelectric conversion unit 12, a charge removal unit 16, an amplification unit 18, an output unit 20, and a charge) are provided in order to output signals from the two photoelectric conversion units 12. Since each one transistor of the voltage converter 23 is used, the configuration is a so-called 2.5 transistor. With the configuration of 1.75 transistors as in this example, the number of transistors required for each photoelectric conversion unit 12 can be reduced. Further, this can reduce power consumption.

なお本例では、電荷排除部16、増幅部18、出力部20および電荷電圧変換部23の各1つずつに対して、同一の分光特性を有するフィルタが設けられる4つの光電変換部12が配置された。しかし、同一の分光特性を有するフィルタが設けられる光電変換部12の数は、4つに限定されない。例えば、4つではなく5つとしてもよい。 In this example, four photoelectric conversion units 12 provided with filters having the same spectral characteristics are arranged for each of the charge removal unit 16, the amplification unit 18, the output unit 20, and the charge-voltage conversion unit 23. Was done. However, the number of photoelectric conversion units 12 provided with filters having the same spectral characteristic is not limited to four. For example, the number may be five instead of four.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It is obvious to those skilled in the art that various changes or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiment added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順序で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the devices, systems, programs, and methods shown in the claims, the specification, and the drawings is "preceding" and "prior to prior". It should be noted that the output of the previous process can be realized in any order unless it is used in the subsequent process. The operation flow in the claims, the specification, and the drawings is described by using “first,” “next,” and the like for the sake of convenience, but it is essential that the operations are performed in this order. Not a thing.

10 撮像素子、12 光電変換部、14 転送部、16 電荷排除部、18 増幅部、20 出力部、21 高電位部、22 電荷加算部、23 電荷電圧変換部、24 切替部、25 信号線、26 第1の光電変換ユニット、27 第2の光電変換ユニット、28 第4の光電変換ユニット、29 第3の光電変換ユニット、30 駆動回路、32 CDS回路、34 AD変換回路、35 制御部、36 信号処理部、37 領域、38 領域、39 ブロック、40 撮像素子、200 撮像素子部、340 シャッタユニット、410 光軸、400 一眼レフカメラ、500 レンズユニット、550 レンズマウント、600 カメラボディ、620 ボディ基板、622 CPU、624 画像処理ASIC、634 背面表示部、650 ファインダ、652 ピント板、654 ペンタプリズム、656 ファインダ光学系、660 ボディマウント、670 ミラーボックス、672 メインミラー、674 サブミラー、680 合焦光学系、682 焦点検出センサ 10 image pickup device, 12 photoelectric conversion unit, 14 transfer unit, 16 charge elimination unit, 18 amplification unit, 20 output unit, 21 high potential unit, 22 charge addition unit, 23 charge/voltage conversion unit, 24 switching unit, 25 signal line, 26 1st photoelectric conversion unit, 27 2nd photoelectric conversion unit, 28 4th photoelectric conversion unit, 29 3rd photoelectric conversion unit, 30 drive circuit, 32 CDS circuit, 34 AD conversion circuit, 35 Control part, 36 Signal processing unit, 37 region, 38 region, 39 block, 40 image sensor, 200 image sensor unit, 340 shutter unit, 410 optical axis, 400 single-lens reflex camera, 500 lens unit, 550 lens mount, 600 camera body, 620 body substrate , 622 CPU, 624 Image processing ASIC, 634 Rear display section, 650 viewfinder, 652 focus plate, 654 pentaprism, 656 viewfinder optical system, 660 body mount, 670 mirror box, 672 main mirror, 674 sub-mirror, 680 focusing optical system , 682 Focus detection sensor

Claims (21)

列方向において互いに隣り合って配置され、第1分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第1光電変換部と、前記第1光電変換部毎に1つずつ配置され、前記第1光電変換部の電荷を転送するための複数の第1転送ゲートと、列方向において互いに隣り合って配置され、前記第1分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第2光電変換部と、前記第2光電変換部毎に1つずつ配置され、前記第2光電変換部の電荷を転送するための複数の第2転送ゲートと、を有する撮像素子と、
前記複数の第1光電変換部のうち、前記第1転送ゲートにより電荷が転送される前記第1光電変換部の数と、前記複数の第2光電変換部のうち、前記第2転送ゲートにより電荷が転送される前記第2光電変換部の数と、が異なる数となるように前記第1転送ゲートと前記第2転送ゲートとを駆動する駆動回路と、
を備える撮像装置。
A plurality of first photoelectric conversion units arranged adjacent to each other in the column direction and converting light transmitted through a filter having the first spectral characteristic into electric charges; A plurality of first transfer gates for transferring charges of the first photoelectric conversion unit, and a plurality of first transfer gates arranged adjacent to each other in the column direction and converting light transmitted through the filter having the first spectral characteristic into charges. An image pickup device having two photoelectric conversion units and a plurality of second transfer gates, one for each of the second photoelectric conversion units, for transferring charges of the second photoelectric conversion unit;
Among the plurality of first photoelectric conversion unit, wherein the number of said first photoelectric conversion unit in which the first charge by the transfer gate are transferred among the plurality of second photoelectric conversion unit, charge by the second transfer gate A driving circuit that drives the first transfer gate and the second transfer gate so that the number of the second photoelectric conversion units to which
An imaging device including.
前記撮像素子は、前記第1転送ゲートにより前記第1光電変換部からの電荷が転送される第1電荷電圧変換部と、前記第2転送ゲートにより前記第2光電変換部からの電荷が転送される第2電荷電圧変換部と、を有し、
前記駆動回路は、前記第1転送ゲートにより前記第1光電変換部からの電荷を前記第1電荷電圧変換部に転送している期間に前記第2転送ゲートにより前記第2光電変換部からの電荷を前記第2電荷電圧変換部に転送するように前記第1転送ゲートと前記第2転送ゲートとを駆動する請求項1に記載の撮像装置。
In the image pickup device, the first charge-voltage conversion unit in which the charge from the first photoelectric conversion unit is transferred by the first transfer gate, and the charge from the second photoelectric conversion unit in the second transfer gate are transferred. And a second charge-voltage converter that
The drive circuit is configured to charge the second photoelectric conversion unit by the second transfer gate during a period in which the first transfer gate transfers the charge from the first photoelectric conversion unit to the first charge-voltage conversion unit. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the first transfer gate and the second transfer gate are driven so as to transfer the charge to the second charge-voltage converter.
前記撮像素子は、前記第1電荷電圧変換部と前記第2電荷電圧変換部とを接続する接続部を有する請求項2に記載の撮像装置。 The image pickup device according to claim 2, wherein the image pickup element includes a connection portion that connects the first charge-voltage converter and the second charge-voltage converter. 前記接続部は、前記第1電荷電圧変換部と前記第2電荷電圧変換部とを接続するためのトランジスタを有する請求項3に記載の撮像装置。 The image pickup device according to claim 3, wherein the connection unit includes a transistor for connecting the first charge-voltage converter and the second charge-voltage converter. 前記駆動回路は、前記第1転送ゲートにより電荷が転送される前記第1光電変換部の数と、前記第2転送ゲートにより電荷が転送される前記第2光電変換部の数と、が異なる数となる場合、前記接続部により前記第1電荷電圧変換部と前記第2電荷電圧変換部とを接続させる請求項3又は請求項4に記載の撮像装置。 In the drive circuit, the number of the first photoelectric conversion units to which the charges are transferred by the first transfer gate is different from the number of the second photoelectric conversion units to which the charges are transferred by the second transfer gate. In such a case, the image pickup device according to claim 3 or 4, wherein the connection unit connects the first charge-voltage converter and the second charge-voltage converter. 前記撮像素子は、光が入射される第1領域と、光が入射される前記第1領域とは異なる第2領域と、を有し、
前記複数の第1光電変換部は、前記第1領域において配置され、
前記複数の第2光電変換部は、前記第2領域において配置される請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の撮像装置。
The image pickup device has a first region on which light is incident and a second region different from the first region on which light is incident,
The plurality of first photoelectric conversion units are arranged in the first region,
It said plurality second photoelectric conversion unit of the image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 5 which is arranged in the second region.
前記撮像素子は、光を電荷に変換する複数の第3光電変換部と、前記第3光電変換部毎に1つずつ配置され、前記第3光電変換部の電荷を転送するための第3転送ゲートと、を有し、
前記駆動回路は、前記複数の第2光電変換部のうち、前記第2転送ゲートにより電荷が転送される前記第2光電変換部の数と、前記複数の第3光電変換部のうち、前記第3転送ゲートにより電荷が転送される前記第3光電変換部の数と、が異なる数となるように前記第2転送ゲートと前記第3転送ゲートとを駆動する請求項1に記載の撮像装置。
The image pickup device is provided with a plurality of third photoelectric conversion units that convert light into electric charges, and one third photoelectric conversion unit for each of the third photoelectric conversion units, and a third transfer for transferring the electric charges of the third photoelectric conversion units. And a gate,
Wherein the driving circuit, among the plurality of second photoelectric conversion unit, the number of the second photoelectric conversion unit which charges are transferred by the second transfer gate, among the plurality of third photoelectric conversion unit, the first The imaging device according to claim 1, wherein the second transfer gate and the third transfer gate are driven so that the number of the third photoelectric conversion units to which the charges are transferred by the three transfer gates are different from each other.
前記撮像素子は、前記第1転送ゲートにより前記第1光電変換部からの電荷が転送される第1電荷電圧変換部と、前記第2転送ゲートにより前記第2光電変換部からの電荷が転送される第2電荷電圧変換部と、前記第3転送ゲートにより前記第3光電変換部からの電荷が転送される第3電荷電圧変換部と、を有し、
前記駆動回路は、前記第1転送ゲートにより前記第1光電変換部からの電荷を前記第1電荷電圧変換部に転送している期間に前記第3転送ゲートにより前記第3光電変換部からの電荷を前記第3電荷電圧変換部に転送し、前記第2転送ゲートにより前記第2光電変換部からの電荷を前記第2電荷電圧変換部に転送している期間に前記第3転送ゲートにより前記第3光電変換部からの電荷を前記第3電荷電圧変換部に転送するように前記第1転送ゲート、前記第2転送ゲート及び前記第3転送ゲートを駆動する請求項7に記載の撮像装置。
In the image pickup device, the first charge-voltage conversion unit in which the charge from the first photoelectric conversion unit is transferred by the first transfer gate, and the charge from the second photoelectric conversion unit in the second transfer gate are transferred. A second charge-voltage converter, and a third charge-voltage converter to which the charge from the third photoelectric converter is transferred by the third transfer gate,
The drive circuit is configured to charge the third photoelectric conversion unit by the third transfer gate while the first transfer gate transfers the electric charge from the first photoelectric conversion unit to the first charge-voltage conversion unit. To the third charge-voltage converter, and the third transfer gate causes the third charge-voltage converter to transfer the charge from the second photoelectric converter to the second charge-voltage converter. The imaging device according to claim 7, wherein the first transfer gate, the second transfer gate, and the third transfer gate are driven so as to transfer charges from a 3-photoelectric conversion unit to the third charge-voltage conversion unit.
前記撮像素子は、前記第1電荷電圧変換部、前記第2電荷電圧変換部及び前記第3電荷電圧変換部を接続する接続部を有する請求項8に記載の撮像装置。 The image pickup device according to claim 8, wherein the image pickup device includes a connection unit that connects the first charge-voltage converter, the second charge-voltage converter, and the third charge-voltage converter. 前記接続部は、前記第1電荷電圧変換部と前記第2電荷電圧変換部とを接続するための第1トランジスタと前記第2電荷電圧変換部と前記第3電荷電圧変換部とを接続するための第2トランジスタとを有する請求項9に記載の撮像装置。 The connection unit connects a first transistor for connecting the first charge-voltage converter and the second charge-voltage converter, the second charge-voltage converter, and the third charge-voltage converter. 10. The imaging device according to claim 9, further comprising: 前記駆動回路は、前記第1転送ゲートにより電荷が転送される前記第1光電変換部の数と、前記第2転送ゲートにより電荷が転送される前記第2光電変換部の数と、が異なる数となる場合、前記接続部により前記第1電荷電圧変換部と前記第2電荷電圧変換部とを接続させる請求項9又は請求項10に記載の撮像装置。 In the drive circuit, the number of the first photoelectric conversion units to which the charges are transferred by the first transfer gate is different from the number of the second photoelectric conversion units to which the charges are transferred by the second transfer gate. In such a case, the imaging device according to claim 9 or 10, wherein the connection section connects the first charge-voltage conversion section and the second charge-voltage conversion section. 前記駆動回路は、前記第2転送ゲートにより電荷が転送される前記第2光電変換部の数と、前記第3転送ゲートにより電荷が転送される前記第3光電変換部の数と、が異なる数となる場合、前記接続部により前記第2電荷電圧変換部と前記第3電荷電圧変換部とを接続させる請求項9から請求項11のいずれか一項に記載の撮像装置。 In the drive circuit, the number of the second photoelectric conversion units to which the charges are transferred by the second transfer gate and the number of the third photoelectric conversion units to which the charges are transferred by the third transfer gate are different from each other. In such a case, the imaging device according to any one of claims 9 to 11, wherein the second charge-voltage converter and the third charge-voltage converter are connected by the connection unit. 前記撮像素子は、光が入射される第1領域と、光が入射される前記第1領域とは異なる第2領域と、を有し、
前記複数の第1光電変換部は、前記第1領域において配置され、
前記複数の第2光電変換部は、前記第2領域において配置される請求項7から請求項12のいずれか一項に記載の撮像装置。
The image pickup device has a first region on which light is incident and a second region different from the first region on which light is incident,
The plurality of first photoelectric conversion units are arranged in the first region,
The imaging device according to any one of claims 7 to 12, wherein the plurality of second photoelectric conversion units are arranged in the second region.
列方向において互いに隣り合って配置され、第1分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第1光電変換部と、
前記第1光電変換部毎に1つずつ配置され、前記第1光電変換部の電荷を転送するための複数の第1転送ゲートと、
列方向において互いに隣り合って配置され、前記第1分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第2光電変換部と、
前記第2光電変換部毎に1つずつ配置され、前記第2光電変換部の電荷を転送するための複数の第2転送ゲートと、を備え、
前記複数の第1光電変換部のうち、前記第1転送ゲートにより電荷が転送される前記第1光電変換部の数と、前記複数の第2光電変換部のうち、前記第2転送ゲートにより電荷が転送される前記第2光電変換部の数と、は異なる撮像素子。
A plurality of first photoelectric conversion units that are arranged adjacent to each other in the column direction and that convert light transmitted through the filter having the first spectral characteristic into electric charges;
A plurality of first transfer gates, one for each of the first photoelectric conversion units, for transferring charges of the first photoelectric conversion unit;
A plurality of second photoelectric conversion units that are arranged adjacent to each other in the column direction and that convert light transmitted through the filter having the first spectral characteristic into electric charges;
A plurality of second transfer gates, one for each of the second photoelectric conversion units, for transferring charges of the second photoelectric conversion unit;
Among the plurality of first photoelectric conversion unit, wherein the number of said first photoelectric conversion unit in which the first charge by the transfer gate are transferred among the plurality of second photoelectric conversion unit, charge by the second transfer gate An image pickup device different from the number of the second photoelectric conversion units to which is transferred.
前記第1転送ゲートにより前記第1光電変換部からの電荷が転送される第1電荷電圧変換部と、
前記第2転送ゲートにより前記第2光電変換部からの電荷が転送される第2電荷電圧変換部と、
前記第1電荷電圧変換部と前記第2電荷電圧変換部とを接続する接続部と、
を有する請求項14に記載の撮像素子。
A first charge-voltage conversion unit to which charges from the first photoelectric conversion unit are transferred by the first transfer gate;
A second charge-voltage conversion unit to which the charges from the second photoelectric conversion unit are transferred by the second transfer gate;
A connection unit that connects the first charge-voltage conversion unit and the second charge-voltage conversion unit;
The image sensor according to claim 14, further comprising:
前記接続部は、前記第1電荷電圧変換部と前記第2電荷電圧変換部とを接続するトランジスタを有する請求項15に記載の撮像素子。 The image pickup device according to claim 15, wherein the connection unit includes a transistor that connects the first charge-voltage converter and the second charge-voltage converter. 前記第1電荷電圧変換部は、前記第1転送ゲートにより電荷が転送される前記第1光電変換部の数と前記第2転送ゲートにより電荷が転送される前記第2光電変換部の数とが異なる場合、前記接続部により前記第2電荷電圧変換部と接続される請求項15又は請求項16に記載の撮像素子。 In the first charge-voltage conversion unit, the number of the first photoelectric conversion units to which the charges are transferred by the first transfer gate and the number of the second photoelectric conversion units to which the charges are transferred by the second transfer gate are set. The image pickup device according to claim 15 or 16, wherein when different, the connection unit is connected to the second charge-voltage conversion unit. 前記複数の第1光電変換部は、光が入射される第1領域において配置され、
前記複数の第2光電変換部は、光が入射される前記第1領域とは異なる第2領域において配置される請求項14から請求項17のいずれか一項に記載の撮像素子。
The plurality of first photoelectric conversion units are arranged in a first region where light is incident,
The image sensor according to any one of claims 14 to 17, wherein the plurality of second photoelectric conversion units are arranged in a second region different from the first region on which light is incident.
列方向において互いに隣り合って配置され、前記第1分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第3光電変換部と、
前記第3光電変換部毎に1つずつ配置され、前記第3光電変換部の電荷を転送するための第3転送ゲートと、を備え、
前記複数の第1光電変換部のうち、前記第1転送ゲートにより電荷が転送される前記第1光電変換部の数と、前記複数の第3光電変換部のうち、前記第3転送ゲートにより電荷が転送される前記第3光電変換部の数と、は異なる請求項14から請求項18のいずれか一項に記載の撮像素子。
A plurality of third photoelectric conversion units that are arranged adjacent to each other in the column direction and that convert light transmitted through the filter having the first spectral characteristic into electric charges;
A third transfer gate arranged for each of the third photoelectric conversion units and configured to transfer charges of the third photoelectric conversion unit,
Among the plurality of first photoelectric conversion unit, wherein the number of said first photoelectric conversion unit in which the first charge by the transfer gate are transferred, the plurality of third of the photoelectric conversion unit, charge by the third transfer gate 19. The image sensor according to claim 14, wherein the number is different from the number of the third photoelectric conversion units to which is transferred.
前記複数の第2光電変換部のうち、前記第2転送ゲートにより電荷が転送される前記第2光電変換部の数と、前記複数の第3光電変換部のうち、前記第3転送ゲートにより電荷が転送される前記第3光電変換部の数と、は異なる請求項19に記載の撮像素子。 Among the plurality of second photoelectric conversion unit, wherein the number of said second photoelectric conversion portion where the second charge by the transfer gate are transferred, the plurality of third of the photoelectric conversion unit, charge by the third transfer gate 20. The image sensor according to claim 19, which is different from the number of the third photoelectric conversion units to which is transferred. 請求項14から請求項20のいずれか一項に記載の撮像素子を備える撮像装置。 An image pickup apparatus comprising the image pickup device according to any one of claims 14 to 20.
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