JP7800059B2 - Image sensor and image pickup device - Google Patents
Image sensor and image pickup deviceInfo
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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 imaging element and an imaging device.
複数の画素からそれぞれ出力された信号を並列的に処理可能な撮像素子が知られている(たとえば、特許文献1)。従来より、画素からの信号を並列的に処理することに起因する消費電流の増大が問題となっていた。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1] 国際公開WO2013/129202
An image sensor capable of processing signals output from a plurality of pixels in parallel is known (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-121997). Conventionally, an increase in current consumption due to parallel processing of signals from the pixels has been a problem.
[Prior art documents]
[Patent Documents]
[Patent Document 1] International Publication WO2013/129202
本発明の第1の態様においては、撮像素子であって、行方向に並んで配置され、アナログ信号をデジタル信号に変換する複数の変換部と、複数の変換部のうち複数の第1変換部に接続され、第1変換部でデジタル信号に変換された信号が出力される第1出力線と、複数の変換部のうち複数の第2変換部に接続され、第2変換部でデジタル信号に変換された信号が出力される第2出力線と、を備える。 In a first aspect of the present invention, an image sensor includes a plurality of conversion units arranged in a row direction and converting analog signals into digital signals; first output lines connected to a plurality of first conversion units among the plurality of conversion units and outputting signals converted into digital signals by the first conversion units; and second output lines connected to a plurality of second conversion units among the plurality of conversion units and outputting signals converted into digital signals by the second conversion units.
本発明の第2の態様においては、撮像装置であって上記撮像素子を備える。 A second aspect of the present invention is an imaging device comprising the above-described imaging element.
なお、上記の発明の概要は、本発明の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 list all of the features of the present invention. Subcombinations of these features may also constitute inventions.
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。 The present invention will be described below through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the scope of the invention as claimed. Furthermore, not all of the combinations of features described in the embodiments are necessarily essential to the solution of the invention.
図1は、本実施形態に係る撮像素子400の概要を示す図である。撮像素子400は、被写体を撮像する。撮像素子400は、撮像された被写体の画像データを生成する。撮像素子400は、第1半導体基板100、第2半導体基板200および第3半導体基板300を備える。図1に示すように、第1半導体基板100は、第2半導体基板200に積層されている。第2半導体基板200は第3半導体基板300に積層されている。 Figure 1 is a diagram showing an overview of an image sensor 400 according to this embodiment. The image sensor 400 captures an image of a subject. The image sensor 400 generates image data of the captured subject. The image sensor 400 includes a first semiconductor substrate 100, a second semiconductor substrate 200, and a third semiconductor substrate 300. As shown in Figure 1, the first semiconductor substrate 100 is stacked on the second semiconductor substrate 200. The second semiconductor substrate 200 is stacked on the third semiconductor substrate 300.
第1半導体基板100は、画素部110を有する。画素部110は、入射された光に基づく画素信号を出力する。なお、第1半導体基板100を画素チップと呼ぶことがある。 The first semiconductor substrate 100 has a pixel section 110. The pixel section 110 outputs a pixel signal based on incident light. The first semiconductor substrate 100 is sometimes called a pixel chip.
第2半導体基板200は、処理回路部210および周辺回路部230を有する。なお、第2半導体基板200を信号処理チップと呼ぶことがある。 The second semiconductor substrate 200 has a processing circuit section 210 and a peripheral circuit section 230. The second semiconductor substrate 200 is sometimes referred to as a signal processing chip.
第3半導体基板300は、メモリ部310および周辺回路部320を有する。なお、第3半導体基板300をメモリチップと呼ぶことがある。 The third semiconductor substrate 300 has a memory section 310 and a peripheral circuit section 320. The third semiconductor substrate 300 is sometimes referred to as a memory chip.
処理回路部210は、第1半導体基板100から出力された画素信号が入力される。処理回路部210は、入力された画素信号を処理する。例えば、処理回路部210は、アナログ信号をデジタル信号に変換する処理を行う。具体的には、処理回路部210は、入力された画素信号をデジタル信号に変換する処理を行う。処理回路部210は他の信号処理を行ってもよい。 The processing circuit unit 210 receives the pixel signals output from the first semiconductor substrate 100. The processing circuit unit 210 processes the input pixel signals. For example, the processing circuit unit 210 converts analog signals into digital signals. Specifically, the processing circuit unit 210 converts the input pixel signals into digital signals. The processing circuit unit 210 may also perform other signal processing.
本例の処理回路部210は、第2半導体基板200において、画素部110と対向する位置に配置されている。すなわち、処理回路部210は光軸方向について少なくとも部分的に画素部110と重なるように配される。処理回路部210は、画素部110の駆動を制御するための制御信号を画素部110に出力してもよい。 In this example, the processing circuit unit 210 is disposed on the second semiconductor substrate 200 at a position facing the pixel unit 110. In other words, the processing circuit unit 210 is disposed so as to at least partially overlap the pixel unit 110 in the optical axis direction. The processing circuit unit 210 may output a control signal to the pixel unit 110 for controlling the driving of the pixel unit 110.
周辺回路部230は、処理回路部210の駆動を制御する。周辺回路部230は、第2半導体基板200において、処理回路部210の周辺に配置されている。また、周辺回路部230は、第1半導体基板100と電気的に接続され、画素部110の駆動を制御してもよい。 The peripheral circuit unit 230 controls the driving of the processing circuit unit 210. The peripheral circuit unit 230 is arranged around the processing circuit unit 210 on the second semiconductor substrate 200. The peripheral circuit unit 230 may also be electrically connected to the first semiconductor substrate 100 and control the driving of the pixel unit 110.
メモリ部310は、処理回路部210で処理された画素信号を出力線302,304を介して受け取り、記憶する。図1では撮像素子400が分解図的に描かれているので出力線203,304が長く見えているが、出力線302,304は、TSV等を用いた基板間配線であるので、面内の配線に比べて短くすることができる。 The memory unit 310 receives and stores pixel signals processed by the processing circuit unit 210 via output lines 302 and 304. In Figure 1, the image sensor 400 is shown in an exploded view, so the output lines 203 and 304 appear long, but because the output lines 302 and 304 are inter-substrate wiring using TSVs or the like, they can be shorter than in-plane wiring.
周辺回路部320は、メモリ部310に記憶された画素信号に対してノイズ除去などの画像処理を行う。なお、撮像素子400の構造は、裏面照射型であっても、表面照射型であってもよい。以下、裏面照射型の例で説明する。 The peripheral circuit unit 320 performs image processing such as noise removal on the pixel signals stored in the memory unit 310. The structure of the image sensor 400 may be either a back-illuminated type or a front-illuminated type. The following explanation uses a back-illuminated type as an example.
図2は、第1半導体基板100の平面レイアウトの一例を示す。第1半導体基板100の面内の中央付近に、画素部110が配される。 Figure 2 shows an example of the planar layout of the first semiconductor substrate 100. The pixel section 110 is arranged near the center of the surface of the first semiconductor substrate 100.
画素部110は、行方向および列方向に沿って並んで配置された複数の画素112を有する。本例の画素部110は、M×N個(M,Nは、自然数)の画素112を有する。本例では、MがNと異なる場合を図示しているが、MとNは等しくてもよい。 The pixel unit 110 has a plurality of pixels 112 arranged side by side in the row and column directions. In this example, the pixel unit 110 has M x N pixels 112 (M and N are natural numbers). In this example, the case where M is different from N is illustrated, but M and N may be equal.
図3は、第2半導体基板200の平面レイアウトの一例を示す。第2半導体基板200の面内の中央付近に処理回路部210が配される。 Figure 3 shows an example of the planar layout of the second semiconductor substrate 200. The processing circuit unit 210 is arranged near the center of the surface of the second semiconductor substrate 200.
処理回路部210は、行方向および列方向に沿って並んで配置された複数の画素回路212を有する。本例の処理回路部210は、M×N個の画素回路212を有する。 The processing circuit unit 210 has multiple pixel circuits 212 arranged in rows and columns. In this example, the processing circuit unit 210 has M x N pixel circuits 212.
本実施形態において、画素回路212と画素112は光軸方向から見て重なった位置に配される。この場合に、画素回路212と画素112の面積は隣接するブロック間のマージンを含めて略同一であってよい。 In this embodiment, the pixel circuit 212 and the pixel 112 are arranged in an overlapping position when viewed from the optical axis direction. In this case, the areas of the pixel circuit 212 and the pixel 112 may be approximately the same, including the margin between adjacent blocks.
画素回路212は、電気的に接続された画素112の駆動を制御する。画素回路212と画素112とが電気的に接続されていることを、対応する、と呼ぶ場合がある。 The pixel circuit 212 controls the driving of the electrically connected pixel 112. The electrical connection between the pixel circuit 212 and the pixel 112 is sometimes referred to as "corresponding."
本実施形態では、互いに重なった位置に配された画素回路212と画素112とが接続されている。しかしながら、重なった位置に配された画素回路212と画素112とが接続されることに代えて、互いに重ならない位置に配された画素回路212と画素112とが接続されてもよい。 In this embodiment, pixel circuits 212 and pixels 112 that are arranged in overlapping positions are connected. However, instead of connecting pixel circuits 212 and pixels 112 that are arranged in overlapping positions, pixel circuits 212 and pixels 112 that are arranged in non-overlapping positions may be connected.
処理回路部210の周辺には周辺回路部230の一例としての、画素制御回路250および読出制御回路260が配される。画素制御回路250は、画素112と画素回路212とを制御する。画素制御回路250は、例えば、画素回路212が画素112からの信号をAD変換するための制御信号を供給する。また、画素制御回路250は、例えば、画素112の露光時間を制御する。読出制御回路260は、画素回路212に記憶された画素信号をメモリ部310に出力するための読み出しを制御する。 A pixel control circuit 250 and a readout control circuit 260, which are examples of the peripheral circuit 230, are arranged around the processing circuit unit 210. The pixel control circuit 250 controls the pixels 112 and pixel circuits 212. The pixel control circuit 250 supplies, for example, a control signal that causes the pixel circuit 212 to AD convert the signal from the pixel 112. The pixel control circuit 250 also controls, for example, the exposure time of the pixel 112. The readout control circuit 260 controls the reading of the pixel signals stored in the pixel circuit 212 to be output to the memory unit 310.
図4は、画素112および画素回路212の回路構成の一例を示す。画素112は、光電変換部130と、リセット部132と、蓄積部134と、転送部136とを備える。 Figure 4 shows an example of the circuit configuration of the pixel 112 and pixel circuit 212. The pixel 112 includes a photoelectric conversion unit 130, a reset unit 132, a storage unit 134, and a transfer unit 136.
光電変換部130は、光を電荷に変換する光電変換機能と光電変換された電荷を蓄積する蓄積機能とを有する。光電変換部130は、例えば、フォトダイオードである。 The photoelectric conversion unit 130 has a photoelectric conversion function that converts light into electric charges and a storage function that stores the photoelectrically converted electric charges. The photoelectric conversion unit 130 is, for example, a photodiode.
蓄積部134は、光電変換部130で生じた電荷をその量に応じた電圧に変換する。蓄積部134は、フローティングディフュージョン(FD)の一例である。 The storage unit 134 converts the charge generated by the photoelectric conversion unit 130 into a voltage corresponding to the amount of charge. The storage unit 134 is an example of a floating diffusion (FD).
リセット部132は、制御信号φRSTに基づき蓄積部134の電荷を所定の電源電圧VDDが供給される電源配線に排出する。リセット部132は、制御信号φRSTに基づき蓄積部134の電位を所定の電源電圧VDDにリセットする。リセット部132のゲート端子は、画素制御回路250に接続される。 The reset unit 132 discharges the charge in the storage unit 134 to a power supply line that supplies a predetermined power supply voltage VDD based on the control signal φRST. The reset unit 132 resets the potential of the storage unit 134 to the predetermined power supply voltage VDD based on the control signal φRST. The gate terminal of the reset unit 132 is connected to the pixel control circuit 250.
転送部136は、制御信号φTXに基づき光電変換部130に蓄積された電荷を、蓄積部134に転送する。また、転送部136は、制御信号φTXに基づき光電変換部130に蓄積された電荷を所定の電源電圧VDDが供給される電源配線に排出する。転送部136は、例えば、制御信号φTXと制御信号φRSTを同時に給することで、光電変換部130に蓄積された電荷を所定の電源電圧VDDが供給される電源配線に排出する。転送部136は、光電変換部130の電荷を転送するトランスファーゲートの一例である。換言すれば、転送部136をゲートとし、光電変換部130をソースとし、蓄積部134をドレインとして、これらがいわゆる転送トランジスタを構成している。 The transfer unit 136 transfers the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 130 to the storage unit 134 based on the control signal φTX. The transfer unit 136 also discharges the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 130 to the power supply wiring that supplies a predetermined power supply voltage VDD based on the control signal φTX. For example, by simultaneously supplying the control signal φTX and the control signal φRST, the transfer unit 136 discharges the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 130 to the power supply wiring that supplies a predetermined power supply voltage VDD. The transfer unit 136 is an example of a transfer gate that transfers the charge of the photoelectric conversion unit 130. In other words, the transfer unit 136 serves as the gate, the photoelectric conversion unit 130 serves as the source, and the storage unit 134 serves as the drain, forming a so-called transfer transistor.
画素回路212は、比較器216と制御回路214と画素メモリ220とを備える。比較器216は、蓄積部134の電圧と、画素制御回路250から給される基準電圧RAMPとを比較し、その比較結果を制御回路214に出力する。比較器216は例えば差動対により構成される。また、比較器216は例えば、蓄積部134との間にソースフォロワ回路を配してもよい。制御回路214は、比較器216からの信号とφCTLの信号に基づき、画素メモリ220を制御する。 The pixel circuit 212 includes a comparator 216, a control circuit 214, and a pixel memory 220. The comparator 216 compares the voltage of the storage unit 134 with a reference voltage RAMP supplied from the pixel control circuit 250, and outputs the comparison result to the control circuit 214. The comparator 216 is configured, for example, as a differential pair. A source follower circuit may also be disposed between the comparator 216 and the storage unit 134, for example. The control circuit 214 controls the pixel memory 220 based on the signal from the comparator 216 and the φCTL signal.
画素メモリ220は、デジタル信号に変換された画素信号を記憶する。画素メモリ220は例えば、画素制御回路250より給されるカウント信号を受け、制御回路214より出力される制御信号が反転した場合に、そのときのカウント信号の値を記憶する。画素メモリ220はさらに、選択信号φSELに基づいて、記憶している画素信号を出力する。画素メモリ220の一例はSRAMである。 The pixel memory 220 stores pixel signals converted into digital signals. For example, the pixel memory 220 receives a count signal supplied by the pixel control circuit 250, and when the control signal output from the control circuit 214 is inverted, stores the value of the count signal at that time. The pixel memory 220 also outputs the stored pixel signals based on the selection signal φSEL. An example of the pixel memory 220 is an SRAM.
画素112および画素回路212の1フレームの動作の一例について説明する。まず、1フレームの蓄積開始時において、画素制御回路250は制御信号φTXと制御信号φRSTを同時に給することにより、光電変換部130に蓄積された電荷をリセットする。次に、1フレーム終了時の読み出し期間において、画素制御回路250は制御信号φRSTを給することで、蓄積部134の電圧を所定の電圧にリセットする。その後、画素制御回路250は、制御信号φCTLと、基準電圧RAMPと、画素メモリ220に給するカウント信号を制御することで、蓄積部134のリセット電圧に対応した値を画素メモリ220に記憶させる(DARK変換)。そして、読出制御回路260は、選択信号φSELを制御することにより、画素メモリ220に記憶されたDARK変換結果のデータを、メモリ部310へ読み出す。画素メモリ220のデータ読み出しについては、さらに後述する。さらに、画素制御回路250は制御信号φTXを給することで、光電変換部130に蓄積された電荷を蓄積部134に転送する。その後、画素制御回路250は、制御信号φCTLと、基準電圧RAMPと、画素メモリ220に給するカウント信号を制御することで、電荷転送後の蓄積部134の電圧に対応した値を画素メモリ220に記憶させる(SIG変換)。最後に、読出制御回路260は、選択信号φSELを制御することにより、画素メモリ220に記憶されたSIG変換結果のデータを、メモリ部310へ読み出す。 An example of the operation of the pixel 112 and pixel circuit 212 for one frame will be described below. First, at the start of accumulation for one frame, the pixel control circuit 250 simultaneously supplies the control signal φTX and the control signal φRST to reset the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 130. Next, during the readout period at the end of one frame, the pixel control circuit 250 supplies the control signal φRST to reset the voltage of the accumulation unit 134 to a predetermined voltage. The pixel control circuit 250 then controls the control signal φCTL, the reference voltage RAMP, and the count signal supplied to the pixel memory 220 to store a value corresponding to the reset voltage of the accumulation unit 134 in the pixel memory 220 (DARK conversion). The readout control circuit 260 then controls the selection signal φSEL to read the DARK conversion result data stored in the pixel memory 220 to the memory unit 310. Data readout from the pixel memory 220 will be described further below. Furthermore, the pixel control circuit 250 supplies a control signal φTX to transfer the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 130 to the storage unit 134. After that, the pixel control circuit 250 controls the control signal φCTL, the reference voltage RAMP, and the count signal supplied to the pixel memory 220 to store in the pixel memory 220 a value corresponding to the voltage of the storage unit 134 after the charge transfer (SIG conversion). Finally, the readout control circuit 260 controls the selection signal φSEL to read out the data resulting from the SIG conversion stored in the pixel memory 220 to the memory unit 310.
本実施形態では、1つの画素112に対して、1つの画素回路212が設けられており、すべての画素112および画素回路212は同時に制御される。よって、画素部110に含まれる複数の画素112について同時刻に露光する、いわゆるグローバルシャッタ動作が可能である。また、個々の画素112に対して別個の時刻に露光するような動作も可能である。 In this embodiment, one pixel circuit 212 is provided for each pixel 112, and all pixels 112 and pixel circuits 212 are controlled simultaneously. This allows for so-called global shutter operation, in which multiple pixels 112 included in the pixel unit 110 are exposed at the same time. It is also possible to perform an operation in which each pixel 112 is exposed at a different time.
図5は、画素メモリ220のデータを、メモリ部310へ読み出す回路を説明する概略図である。説明しない構成については図を省略している。 Figure 5 is a schematic diagram illustrating the circuit that reads data from the pixel memory 220 to the memory unit 310. Components that are not explained are omitted from the diagram.
処理回路部210にはM×N個の画素121に対応して、M×N個の画素メモリ220が配される。ここで、一度に多くの画素メモリ220から読み出し動作が行われると、読み出し時の電流が増えてしまう。そこで、本実施形態では下記に説明するように、複数の画素メモリ220から読み出される画素信号の出力線を束ねたり、読み出された画素信号をメモリ部310に一旦記憶するなどにより、読み出し時の電流を抑える。 The processing circuit unit 210 is provided with M x N pixel memories 220 corresponding to the M x N pixels 121. If read operations are performed from many pixel memories 220 at once, the current during readout increases. Therefore, in this embodiment, as explained below, the current during readout is reduced by bundling the output lines of pixel signals read out from multiple pixel memories 220 and temporarily storing the read pixel signals in the memory unit 310.
図5において、3行2列に並んだ6個の画素メモリ220が出力線302に共通に接続されている。出力線266には画素メモリ220から読み出された画素信号が出力される。出力線266は、ビット線とも呼ばれることがある。より詳しくは、3行1列に並んだ3個の画素メモリ220が1つのサブ出力線270に接続され、これらと列方向に隣接し3行1列に並んだ3個の画素メモリ220が他のサブ出力線272に接続され、サブ出力線270とサブ出力線272が出力線302に接続されている。 In FIG. 5, six pixel memories 220 arranged in three rows and two columns are commonly connected to an output line 302. Pixel signals read from the pixel memories 220 are output to output line 266. The output line 266 is sometimes called a bit line. More specifically, three pixel memories 220 arranged in three rows and one column are connected to one sub-output line 270, and three pixel memories 220 adjacent to these in the column direction, also arranged in three rows and one column, are connected to another sub-output line 272, and the sub-output line 270 and the sub-output line 272 are connected to the output line 302.
ここで、画素メモリ220は画像信号の階調等に対応したビット数のデジタル信号を記憶するので、画素112毎に当該ビット数に応じたメモリセルを有する。例えば1画素の画素信号をモノクロの256階調で表すのに8ビットを用いるとすれば、8個のメモリセルが用いられる。よって、画素メモリ220からの出力に対しても、時分割しないとすれば、1列の画素メモリ220につき少なくとも当該ビット数分の出力線302が用いられる。図5以降において、図5の出力線302のように配線に斜線を付すことで、複数の配線を1本で代表していることを示す。 Here, the pixel memory 220 stores a digital signal with a bit count corresponding to the gradation of the image signal, and therefore each pixel 112 has a memory cell corresponding to that bit count. For example, if 8 bits are used to represent the pixel signal of one pixel in 256 monochrome gradations, eight memory cells are used. Therefore, if the output from the pixel memory 220 is not time-shared, at least the same number of output lines 302 as the corresponding bits are used per column of pixel memory 220. In Figure 5 and subsequent figures, lines are shaded, as in the output line 302 in Figure 5, to indicate that multiple lines are represented by a single line.
さらに、図5の例では、出力線302に接続された3行2列に並んだ6個の画素メモリ220と行方向に隣接する3行2列に並んだ6個の画素メモリ220が、出力線304に共通に接続されている。より詳しくは、3行1列に並んだ3個の画素メモリ220が1つのサブ出力線280に接続され、これらと列方向に隣接し3行1列に並んだ3個の画素メモリ220が他のサブ出力線282に接続され、サブ出力線280とサブ出力線282が出力線304に接続されている。 Furthermore, in the example of Figure 5, the six pixel memories 220 arranged in three rows and two columns connected to output line 302 and the six pixel memories 220 arranged in three rows and two columns adjacent to them in the row direction are commonly connected to output line 304. More specifically, three pixel memories 220 arranged in three rows and one column are connected to one sub-output line 280, and three pixel memories 220 arranged in three rows and one column adjacent to them in the column direction are connected to another sub-output line 282, and the sub-output lines 280 and 282 are connected to output line 304.
上記構成により、3行2列に並んだ6個の画素メモリ220が読出しに関してひとつにグループ化されているともいえる。説明を簡便にするためにグループ化された複数の画素メモリ220をグループ290,291と呼ぶことがある。 With the above configuration, it can be said that the six pixel memories 220 arranged in three rows and two columns are grouped together for readout. For ease of explanation, the grouped multiple pixel memories 220 are sometimes referred to as groups 290 and 291.
複数のグループ290,291の間で、対応する位置の画素メモリ220は読出制御回路260の行選択線264、265に共通に接続されている。行選択線264、265には、画素メモリ220に記憶された画素信号を読み出すための制御信号の一例としての選択信号φSELが出力される。行選択線264は、ワード選択線とも呼ばれることがある。 Among multiple groups 290, 291, pixel memories 220 at corresponding positions are commonly connected to row selection lines 264, 265 of the readout control circuit 260. A selection signal φSEL, which is an example of a control signal for reading out pixel signals stored in the pixel memories 220, is output to the row selection lines 264, 265. The row selection line 264 is sometimes also called a word selection line.
各グループ290,291毎に、当該グループに含まれる画素メモリ220が選択信号φSELで一つずつ選択され、選択された画素メモリ220の画素信号がそれぞれの出力線302、304に出力される。換言すれば、各グループ290,291内では逐次読み出しで、グループ間では同時読み出しであると言える。 For each group 290, 291, the pixel memories 220 included in that group are selected one by one by the selection signal φSEL, and the pixel signals of the selected pixel memories 220 are output to the respective output lines 302, 304. In other words, sequential readout occurs within each group 290, 291, and simultaneous readout occurs between groups.
各グループ290、291には、少なくとも2つの行方向に並んだ画素メモリ220が含まれることが好ましい。一方、読み出しを早くする観点からは、処理回路部210の全体として、行方向について2つ以上にグループ化されていることが好ましい。同様に、各グループ290,291には、少なくとも2つの列方向に並んだ画素メモリ220が含まれることが好ましいが、処理回路部210の全体として、列方向について2つ以上にグループ化されていることが好ましい。 It is preferable that each group 290, 291 includes pixel memories 220 arranged in at least two rows. On the other hand, from the perspective of speeding up readout, it is preferable that the processing circuit unit 210 as a whole be divided into two or more groups in the row direction. Similarly, it is preferable that each group 290, 291 includes pixel memories 220 arranged in at least two columns, but it is also preferable that the processing circuit unit 210 as a whole be divided into two or more groups in the column direction.
図6は、第3半導体基板300の平面レイアウトの一例を示す。第3半導体基板300の面内の中央付近にメモリ部310が配される。 Figure 6 shows an example of a planar layout of the third semiconductor substrate 300. The memory section 310 is arranged near the center of the surface of the third semiconductor substrate 300.
メモリ部310は、行方向および列方向に沿って並んで配置された複数のメモリブロック312を有する。メモリブロック312の個数は、処理回路部210に含まれる画素メモリ220のグループの数と同じであってよい。例えば、画素メモリ220がp行q列にグループ化されている場合に、メモリ部310は(M/p)×(N/q)個のメモリブロック312を有してよい。なお、メモリブロック312とグループ290とが出力線302で電気的に接続されていることを、対応する、と呼ぶ場合がある。 The memory unit 310 has multiple memory blocks 312 arranged side by side in the row and column directions. The number of memory blocks 312 may be the same as the number of groups of pixel memories 220 included in the processing circuit unit 210. For example, if the pixel memories 220 are grouped into p rows and q columns, the memory unit 310 may have (M/p) x (N/q) memory blocks 312. Note that the electrical connection between a memory block 312 and a group 290 via an output line 302 is sometimes referred to as "corresponding."
本実施形態において、メモリブロック312と対応する画素メモリ220のグループ290とは光軸方向から見て重なった位置に配される。この場合に、メモリブロック312とグループ290の面積は隣接するブロック間のマージンを含めて略同一であってよい。ただし、メモリブロック312の数や配置は図6の例に限られない。 In this embodiment, the memory block 312 and the corresponding group 290 of pixel memory 220 are arranged in an overlapping position when viewed from the optical axis direction. In this case, the areas of the memory block 312 and the group 290 may be approximately the same, including the margin between adjacent blocks. However, the number and arrangement of the memory blocks 312 are not limited to the example in Figure 6.
メモリ部310の周辺には周辺回路部320が配される。周辺回路部320にはCDS回路322が含まれる。CDS回路322は、例えばSIG変換の結果からDARK変換の結果を画素毎に引き算することでCDS(相関2重サンプリング)を行う、ノイズ除去部の一例となっている。 A peripheral circuit unit 320 is arranged around the memory unit 310. The peripheral circuit unit 320 includes a CDS circuit 322. The CDS circuit 322 is an example of a noise removal unit that performs CDS (correlated double sampling) by, for example, subtracting the result of the DARK conversion from the result of the SIG conversion for each pixel.
図7は、メモリブロック312を模式的に示す。メモリブロック312は一つの出力線302に対してk画素分のメモリ対350を有する。メモリ対350のそれぞれは、1画素分の、DARK変換の結果を記憶するDARKメモリ352と、SIG変換の結果を記憶するSIGメモリ354とを有する。DARKメモリ352,SIGメモリ354はそれぞれSRAMであってよい。 Figure 7 shows a schematic diagram of the memory block 312. The memory block 312 has memory pairs 350 for k pixels for one output line 302. Each memory pair 350 has a DARK memory 352 that stores the results of DARK conversion for one pixel, and a SIG memory 354 that stores the results of SIG conversion. The DARK memory 352 and the SIG memory 354 may each be SRAM.
よって、一つのメモリブロック312は対応する一つのグループ290に含まれるk画素に対応して、2k個のメモリを有する。図5のようにグループ290が6個の画素に対応する画素メモリ220を有する場合に、メモリブロック312は2×6=12個のメモリを有する。なお、2k個以上のメモリを設けてもよい。 Therefore, one memory block 312 has 2k memories corresponding to the k pixels included in one corresponding group 290. If a group 290 has pixel memories 220 corresponding to six pixels as shown in Figure 5, then the memory block 312 has 2 x 6 = 12 memories. However, more than 2k memories may be provided.
図5で説明したように、グループ290内で複数の画素メモリ220からDARK変換の結果の画素信号が出力線302に逐次読み出されるので、各画素信号が各DARKメモリ352に記憶される。次に、グループ290内で複数の画素メモリ220からSIG変換の結果の画素信号が出力線302に逐次読み出されるので、各画素信号が各SIGメモリ354に記憶される。その後、各画素に対応するメモリ対350ごとに記憶されたDARK変換の結果とSIG変換の結果がCDS回路322に読み出されてノイズ除去処理がされる。 As explained in Figure 5, pixel signals resulting from DARK conversion are sequentially read out from multiple pixel memories 220 within group 290 to output line 302, and each pixel signal is stored in each DARK memory 352. Next, pixel signals resulting from SIG conversion are sequentially read out from multiple pixel memories 220 within group 290 to output line 302, and each pixel signal is stored in each SIG memory 354. After that, the results of DARK conversion and SIG conversion stored for each memory pair 350 corresponding to each pixel are read out to CDS circuit 322 and subjected to noise removal processing.
付言すれば、本実施形態では、比較器216でデジタル信号に変換された画素信号を一旦記憶するラッチとしての画素メモリ220とは別個に、その下流にメモリブロック312を設けた。これにより早く読み出さないといけない区間を短くして、読み出し時に流れる電流を小さくすることができる。 In addition, in this embodiment, a memory block 312 is provided downstream of the pixel memory 220, which acts as a latch that temporarily stores the pixel signal converted to a digital signal by the comparator 216. This shortens the period that must be read out quickly, reducing the current that flows during readout.
図8は、画素メモリ220のデータを、メモリ部310へ読み出す他の回路を説明する概略図である。図1から図7までと同じ構成については同じ参照番号を付して説明を省略する。また、図8には一つのグループ292を図示した。 Figure 8 is a schematic diagram illustrating another circuit that reads data from pixel memory 220 to memory unit 310. Components that are the same as those in Figures 1 to 7 are given the same reference numbers and will not be described again. Also, Figure 8 illustrates one group 292.
図8において、3行2列に並んだ6個の画素メモリ220が出力線302に共通に接続されている。ただし、図5とは異なり、行方向に隣接した画素メモリ220から共通の出力線302に直接的に接続されている。これにより出力に関する配線の数をさらに減らすことができる。 In Figure 8, six pixel memories 220 arranged in three rows and two columns are commonly connected to an output line 302. However, unlike Figure 5, adjacent pixel memories 220 in the row direction are directly connected to the common output line 302. This allows the number of output wirings to be further reduced.
図9は、図8の行方向に隣接した画素回路212、213の配置の例を模式的に示す。図9において、一方の画素回路212と他方の画素回路213とは、互いに少なくとも一部の配置が出力線302を中心に線対称である。図9の例では、比較器216、制御回路214および画素メモリ220の並び順が線対称になっている。各回路の素子の並びも線対称であってよい。さらに、画素112まで含めて線対称の配置であってもよい。 Figure 9 shows a schematic example of the arrangement of pixel circuits 212 and 213 adjacent to each other in the row direction of Figure 8. In Figure 9, at least a portion of the arrangement of one pixel circuit 212 and the other pixel circuit 213 is line-symmetrical with respect to the output line 302. In the example of Figure 9, the arrangement of the comparator 216, control circuit 214, and pixel memory 220 is line-symmetrical. The arrangement of the elements of each circuit may also be line-symmetrical. Furthermore, the arrangement may be line-symmetrical, even including the pixel 112.
図10は、画素メモリ220のデータを、メモリ部310へ読み出すさらに他の回路を説明する概略図である。図1から図9までと同じ構成については同じ参照番号を付して説明を省略する。また、図10には一つのグループ293を図示した。 Figure 10 is a schematic diagram illustrating yet another circuit that reads data from pixel memory 220 to memory unit 310. Components that are the same as those in Figures 1 to 9 are given the same reference numbers and will not be described again. Also, Figure 10 illustrates one group 293.
図10において、3行1列に並んだ3個の画素メモリ220が1つのサブ出力線270に接続され、これらと列方向に隣接し3行1列に並んだ3個の画素メモリ220が他のサブ出力線272に接続されている。2つのサブ出力線270,272は切替部274を介してそのいずれかが出力線302に接続される。 In FIG. 10, three pixel memories 220 arranged in three rows and one column are connected to one sub-output line 270, and three pixel memories 220 adjacent to these in the column direction, also arranged in three rows and one column, are connected to another sub-output line 272. One of the two sub-output lines 270, 272 is connected to output line 302 via a switching unit 274.
切替部274は選択信号φSELと連動して操作される。切替部274は、サブ出力線270に画素信号が出力される場合にはサブ出力線270を出力線302に接続する。一方、切替部274は、サブ出力線272に画素信号が出力される場合にはサブ出力線272を出力線302に接続する。これにより配線容量をさらに削減することができる。 The switching unit 274 is operated in conjunction with the selection signal φSEL. When a pixel signal is output to the sub-output line 270, the switching unit 274 connects the sub-output line 270 to the output line 302. On the other hand, when a pixel signal is output to the sub-output line 272, the switching unit 274 connects the sub-output line 272 to the output line 302. This allows for further reduction in wiring capacitance.
図11は、画素メモリ220のデータを、メモリ部310へ読み出すさらに他の回路を説明する概略図である。図1から図10までと同じ構成については同じ参照番号を付して説明を省略する。また、図11には一つのグループ294を図示した。 Figure 11 is a schematic diagram illustrating yet another circuit that reads data from pixel memory 220 to memory unit 310. Components that are the same as those in Figures 1 to 10 are given the same reference numbers and will not be described again. Also, Figure 11 illustrates one group 294.
図11のグループ294は、図8のグループ292と図10のグループ293とを組み合わせた形態である。まず、3行2列に並んだ6個の画素メモリ220がサブ出力線270に直接的に接続され、さらに他の3行2列に並んだ6個の画素メモリ220がサブ出力線272に直接的に接続されている。2つのサブ出力線270,272は切替部274を介してそのいずれかが出力線302に接続される。これにより配線容量をさらに削減することができる。 Group 294 in Figure 11 is a combination of group 292 in Figure 8 and group 293 in Figure 10. First, six pixel memories 220 arranged in three rows and two columns are directly connected to sub-output line 270, and another six pixel memories 220 arranged in three rows and two columns are directly connected to sub-output line 272. One of the two sub-output lines 270, 272 is connected to output line 302 via switching unit 274. This allows for further reduction in wiring capacitance.
図12は、画素メモリ220のデータを、メモリ部310へ読み出すさらに他の回路を説明する概略図である。図1から図11までと同じ構成については同じ参照番号を付して説明を省略する。また、図12には一つのグループ295を図示した。 Figure 12 is a schematic diagram illustrating yet another circuit that reads data from pixel memory 220 to memory unit 310. Components that are the same as those in Figures 1 to 11 are given the same reference numbers and descriptions will be omitted. Also, one group 295 is illustrated in Figure 12.
グループ295は、図10のグループ293において行選択線265を省略した形態に対応する。各グループ295内において行方向の画素メモリ220からの出力は切替部274で実質的に切り替えることができるから、行方向を選択する行選択線の数を省略してもグループ293内で逐次読み出しをすることができる。 Group 295 corresponds to group 293 in Figure 10 in which the row selection line 265 is omitted. Within each group 295, the output from the pixel memory 220 in the row direction can essentially be switched by the switching unit 274, so sequential readout within group 293 is possible even if the number of row selection lines selecting the row direction is omitted.
図13は、画素メモリ220のデータを、メモリ部310へ読み出すさらに他の回路を説明する概略図である。図1から図12までと同じ構成については同じ参照番号を付して説明を省略する。また、図13には一つのグループ296を図示した。 Figure 13 is a schematic diagram illustrating yet another circuit that reads data from pixel memory 220 to memory unit 310. Components that are the same as those in Figures 1 to 12 are given the same reference numbers and will not be described again. Also, Figure 13 illustrates one group 296.
グループ296は、図11のグループ294において行選択線265を省略した形態に対応する。各グループ295内において行方向の画素メモリ220からの出力は切替部274で実質的に切り替えることができるから、行方向を選択する行選択線の数を省略してもグループ295内で逐次読み出しをすることができる。 Group 296 corresponds to group 294 in Figure 11 in which the row selection line 265 is omitted. Within each group 295, the output from the pixel memory 220 in the row direction can essentially be switched by the switching unit 274, so sequential readout within group 295 is possible even if the number of row selection lines for selecting the row direction is omitted.
図14は、他の撮像素子402の概要を示す図である。撮像素子402において、撮像素子400と同じ構成について同じ参照番号を付して説明を省略する。 Figure 14 is a diagram showing an overview of another image sensor 402. In the image sensor 402, the same components as those in the image sensor 400 are assigned the same reference numerals and their descriptions are omitted.
撮像素子402は、撮像素子400とは、第3半導体基板300においてメモリ部310および周辺回路部320に代えて、CDS部314および出力部326を有する点が異なる。CDS部314は複数のCDSブロック316を有する。CDSブロック316の数、配置、および、画素メモリ220との接続関係は、撮像素子400のメモリブロック312と同じであってよい。出力部326はCDS部314に記憶された画素信号を読み出す。 The image sensor 402 differs from the image sensor 400 in that it has a CDS section 314 and an output section 326 instead of the memory section 310 and peripheral circuit section 320 on the third semiconductor substrate 300. The CDS section 314 has multiple CDS blocks 316. The number, arrangement, and connection relationship of the CDS blocks 316 to the pixel memory 220 may be the same as those of the memory block 312 of the image sensor 400. The output section 326 reads out the pixel signals stored in the CDS section 314.
図15は、CDSブロック316を模式的に示す。CDSブロック316は、グレイコード・バイナリ変換回路360、CDS回路362および複数の兼用メモリ364を有する。 Figure 15 shows a schematic diagram of the CDS block 316. The CDS block 316 includes a Gray code-to-binary conversion circuit 360, a CDS circuit 362, and multiple dual-purpose memories 364.
グレイコード・バイナリ変換回路360は、出力線302に出力された画素信号をグレイコードからバイナリへ変換してCDS回路362に出力する。CDS回路362は特に記載する点を除き上記したCDS回路322と同じ機能を有する。 The Gray code to binary conversion circuit 360 converts the pixel signal output to the output line 302 from Gray code to binary and outputs the converted signal to the CDS circuit 362. The CDS circuit 362 has the same functions as the CDS circuit 322 described above, except where otherwise noted.
複数の兼用メモリ364はそれぞれ、スイッチ366を介して選択的に信号線367と接続すると共に、スイッチ368を介して選択的に信号線369と接続する。兼用メモリ364は対応する画素メモリ220のグループの画素数k+1個であることが好ましい。例えば、図5の例でグループ290に6個の画素分の画素メモリ600が含まれる場合に、CDSブロック316には7個の画素分の兼用メモリ364が含まれることが好ましい。なお、兼用メモリ364の数はそれより多くてよい。兼用メモリ364はそれぞれSRAMであってよい。説明のために、兼用メモリに(0)から(k)まで番号を付けて区別する。 Each of the multiple dual-purpose memories 364 is selectively connected to signal line 367 via switch 366 and selectively connected to signal line 369 via switch 368. It is preferable that the number of dual-purpose memories 364 is k+1, which is the number of pixels in the corresponding pixel memory 220 group. For example, in the example of Figure 5, if group 290 includes pixel memories 600 for six pixels, it is preferable that CDS block 316 includes dual-purpose memories 364 for seven pixels. However, the number of dual-purpose memories 364 may be greater than that. Each dual-purpose memory 364 may be an SRAM. For ease of explanation, the dual-purpose memories are numbered (0) to (k) to distinguish them.
CDSブロック316においてまず、対応する複数の画素メモリ220から逐次DARK変換の結果が出力され、それらがグレイコード・バイナリ変換回路360でグレイコードからバイナリへ変換される。さらにCDS回路にφBYPS信号を与えて当該回路をバイパスして、グレイコードからバイナリへ変換後のDARK変換の結果をそのまま兼用メモリに記憶する。この場合に兼用メモリ(1)から(k)のスイッチ368を順次オンオフすることで、信号線369に出力される1番目の画素からk番目の画素までDARK変換の結果をそれぞれ記憶させる。 In the CDS block 316, the results of the DARK conversion are first output sequentially from the corresponding multiple pixel memories 220, and then converted from Gray code to binary by the Gray code-to-binary conversion circuit 360. The φBYPS signal is then sent to the CDS circuit to bypass this circuit, and the DARK conversion results after the Gray code-to-binary conversion are stored directly in the dual-purpose memory. In this case, by sequentially turning on and off the switches 368 for dual-purpose memories (1) to (k), the results of the DARK conversion are stored for each of the first through kth pixels output to the signal line 369.
次に、対応する複数の画素メモリ220から逐次SIG変換の結果が出力され、それらがグレイコード・バイナリ変換回路360でグレイコードからバイナリへ変換される。ここで、j番目の画素(jは1からkまでの整数)のSIG変換の結果がグレイコードからバイナリへ変換された場合に、兼用メモリ(j)に記憶されたDARK変換の結果がスイッチ366をオンにすることで信号線367に出力されてCDS回路362に入力されるとともに、SIG変換の結果もCDS回路362に入力される。これによりCDS回路362でCDS処理がなされ、その結果が兼用メモリ(j-1)のスイッチ368がオンされて記憶される。これがj=1からkまで繰り返される。 Next, the results of the SIG conversion are output sequentially from the corresponding multiple pixel memories 220 and are converted from Gray code to binary by the Gray code-to-binary conversion circuit 360. Here, when the result of the SIG conversion for the jth pixel (j is an integer from 1 to k) is converted from Gray code to binary, the result of the DARK conversion stored in the dual-purpose memory (j) is output to signal line 367 by turning on switch 366 and input to the CDS circuit 362, and the result of the SIG conversion is also input to the CDS circuit 362. This causes CDS processing to be performed by the CDS circuit 362, and the switch 368 of the dual-purpose memory (j-1) is turned on to store the result. This is repeated for j = 1 to k.
付言すれば、兼用メモリ(j)は、j番目のDARK変換の結果を記憶するメモリであるとともに、(j+1)番目のCDS処理の結果を記憶するメモリでもある。本実施形態では、比較器216でデジタル信号に変換された画素信号を一旦記憶するラッチとしての画素メモリ220とは別個に、その下流に複数の兼用メモリ364を設けた。これにより早く読み出さないといけない区間を短くして、読み出し時に流れる電流を小さくすることができる。 In addition, the dual-purpose memory (j) is a memory that stores the results of the jth DARK conversion, and also stores the results of the (j+1)th CDS processing. In this embodiment, multiple dual-purpose memories 364 are provided downstream of the pixel memory 220, which acts as a latch that temporarily stores the pixel signal converted to a digital signal by the comparator 216. This shortens the period that must be read out quickly, making it possible to reduce the current that flows during readout.
図16は、他のCDSブロック318を模式的に示す。CDSブロック318において、図15のCDSブロック316と同じ構成については同じ参照番号を付して説明を省略する。 Figure 16 shows a schematic diagram of another CDS block 318. In CDS block 318, the same components as those in CDS block 316 in Figure 15 are given the same reference numbers and will not be described again.
CDSブロック318は、k個の兼用メモリ364を有するとともに、ひとつのバッファメモリ370を有する。バッファメモリ370はSRAMであってよく、二つ以上あってもよい。 The CDS block 318 has k multipurpose memories 364 and one buffer memory 370. The buffer memory 370 may be an SRAM, and there may be two or more of them.
CDSブロック318においてまず、対応する複数の画素メモリ220から逐次DARK変換の結果が出力され、それらがグレイコード・バイナリ変換回路360でグレイコードからバイナリへ変換される。さらに、CDS回路にφBYPS信号を与えて当該回路をバイパスして、グレイコードからバイナリへ変換後のDARK変換の結果をそのまま兼用メモリ(0)から(k-1)に順次記憶する。 In the CDS block 318, the results of the DARK conversion are first output sequentially from the corresponding pixel memories 220, and then converted from Gray code to binary by the Gray code-to-binary conversion circuit 360. Furthermore, the φBYPS signal is sent to the CDS circuit to bypass this circuit, and the DARK conversion results after the Gray code-to-binary conversion are stored as is in dual-purpose memories (0) to (k-1) sequentially.
次に、対応する複数の画素メモリ220から逐次SIG変換の結果が出力され、それらがグレイコード・バイナリ変換回路360でグレイコードからバイナリへ変換される。ここで、j番目の画素(jは1からkまでの整数)のSIG変換の結果がグレイコードからバイナリへ変換された場合に、兼用メモリ(j―1)に記憶されたDARK変換の結果がスイッチ366をオンにすることで信号線367を介してバッファメモリ370にバッファされる。当該バッファメモリ370のDRAK変換の結果と、グレイコード・バイナリ変換回路360から出力されたj番目のSIG変換の結果がCDS回路362に入力される。これによりCDS回路362でCDS処理がなされ、その結果がすでに空になった兼用メモリ(j-1)のスイッチ368がオンされて記憶される。 Next, the results of the SIG conversion are output sequentially from the corresponding multiple pixel memories 220 and are converted from Gray code to binary by the Gray code-to-binary conversion circuit 360. Here, when the SIG conversion result of the jth pixel (j is an integer from 1 to k) is converted from Gray code to binary, the DARK conversion result stored in the dual-purpose memory (j-1) is buffered in the buffer memory 370 via signal line 367 by turning on switch 366. The DARK conversion result in the buffer memory 370 and the jth SIG conversion result output from the Gray code-to-binary conversion circuit 360 are input to the CDS circuit 362. This causes CDS processing to be performed by the CDS circuit 362, and the result is stored by turning on switch 368 of the dual-purpose memory (j-1), which has already been emptied.
付言すれば、兼用メモリ(j)は、j番目のDARK変換の結果を記憶するメモリであるとともに、j番目のCDS処理の結果を記憶するメモリでもある。バッファメモリ370はk個の画素に胸中して用いられるバッファである。本実施形態では、比較器216でデジタル信号に変換された画素信号を一旦記憶するラッチとしての画素メモリ220とは別個に、その下流に複数の兼用メモリ364および少なくとも一つのバッファメモリ370を設けた。これにより早く読み出さないといけない区間を短くして、読み出し時に流れる電流を小さくすることができる。 In addition, the dual-purpose memory (j) is a memory that stores the results of the jth DARK conversion and also stores the results of the jth CDS processing. The buffer memory 370 is a buffer used exclusively for k pixels. In this embodiment, in addition to the pixel memory 220, which acts as a latch that temporarily stores the pixel signals converted to digital signals by the comparator 216, multiple dual-purpose memories 364 and at least one buffer memory 370 are provided downstream. This shortens the period that must be read out quickly, making it possible to reduce the current that flows during readout.
以上、本実施形態によれば、読み出し時に流れる電流を小さくすることができる。なお、上記実施形態においては、1つの画素112に1つの制御回路214が設けられている。これに代えて、複数の画素112に対して1つの制御回路214が設けられてもよい。その場合に1つの制御回路214に対応する複数の画素112を画素ブロックと呼ぶとすれば、1つの画素ブロックに含まれる画素112はm行n列(mは2以上でMより小さい自然数、nは2以上でNより小さい自然数)に配列されたものであり、当該画素ブロックが行列方向に複数配されたものであってよい。 As described above, according to this embodiment, the current that flows during readout can be reduced. In the above embodiment, one control circuit 214 is provided for one pixel 112. Alternatively, one control circuit 214 may be provided for multiple pixels 112. In this case, if the multiple pixels 112 corresponding to one control circuit 214 are called a pixel block, the pixels 112 included in one pixel block are arranged in m rows and n columns (m is a natural number that is 2 or greater and less than M, and n is a natural number that is 2 or greater and less than N), and multiple pixel blocks may be arranged in the row and column directions.
なお、上記実施形態はいずれも、第1半導体基板100、第2半導体基板300および第3半導体基板300を有する三層構造である。これに代えて、第2半導体基板200に上記実施形態の第3半導体基板の構成および機能を設けてもよい。すなわち、図5から図13、図15および図16の少なくともいずれかの配線構造を保ちつつ、処理回路部210等とメモリ部310等(またはCDS部314)が同一の半導体基板に設けられてもよい。 All of the above embodiments have a three-layer structure having a first semiconductor substrate 100, a second semiconductor substrate 300, and a third semiconductor substrate 300. Alternatively, the second semiconductor substrate 200 may be provided with the configuration and functions of the third semiconductor substrate of the above embodiments. In other words, the processing circuit unit 210, etc. and the memory unit 310, etc. (or the CDS unit 314) may be provided on the same semiconductor substrate while maintaining at least one of the wiring structures shown in Figures 5 to 13, 15, and 16.
図17は、実施例に係る撮像装置500の構成例を示すブロック図である。撮像装置500は、撮像素子400と、システム制御部501と、駆動部502と、測光部503と、ワークメモリ504と、記録部505と、表示部506と、駆動部514と、撮影レンズ520とを備える。撮像素子400に代えて撮像素子402が用いられてもよい。 Figure 17 is a block diagram showing an example configuration of an imaging device 500 according to an embodiment. The imaging device 500 includes an imaging element 400, a system control unit 501, a drive unit 502, a photometry unit 503, a work memory 504, a recording unit 505, a display unit 506, a drive unit 514, and a photographing lens 520. An imaging element 402 may be used instead of the imaging element 400.
撮影レンズ520は、光軸OAに沿って入射する被写体光束を撮像素子400へと導く。撮影レンズ520は、複数の光学レンズ群から構成され、シーンからの被写体光束をその焦点面近傍に結像させる。撮影レンズ520は、撮像装置500に対して着脱できる交換式レンズであってもよい。なお、図17では瞳近傍に配置された仮想的な1枚のレンズで当該撮影レンズ520を代表している。 The taking lens 520 guides the subject light beam incident along the optical axis OA to the image sensor 400. The taking lens 520 is composed of a group of multiple optical lenses, and focuses the subject light beam from the scene near its focal plane. The taking lens 520 may be an interchangeable lens that can be attached to and detached from the imaging device 500. Note that in Figure 17, the taking lens 520 is represented by a single virtual lens placed near the pupil.
駆動部514は、撮影レンズ520を駆動する。一例において、駆動部514は、撮影レンズ520の光学レンズ群を移動させて合焦位置を変更する。また、駆動部514は、撮影レンズ520内の虹彩絞りを駆動して撮像素子400に入射する被写体光束の光量を制御してよい。 The driver 514 drives the photographing lens 520. In one example, the driver 514 moves the optical lens group of the photographing lens 520 to change the focus position. The driver 514 may also drive an iris diaphragm within the photographing lens 520 to control the amount of subject light entering the image sensor 400.
駆動部502は、システム制御部501からの指示に従って撮像素子400のタイミング制御、領域制御等の電荷蓄積制御を実行する制御回路を有する。また、操作部508は、レリーズボタン等により撮像者からの指示を受け付ける。 The drive unit 502 has a control circuit that performs charge accumulation control such as timing control and area control of the image sensor 400 in accordance with instructions from the system control unit 501. The operation unit 508 also accepts instructions from the photographer using a release button, etc.
撮像素子400は、画素信号をシステム制御部501の画像処理部511へ引き渡す。画像処理部511は、ワークメモリ504をワークスペースとして種々の画像処理を施した画像データを生成する。例えば、JPEGファイル形式の画像データを生成する場合は、ベイヤー配列で得られた信号からカラー映像信号を生成した後に圧縮処理を実行する。生成された画像データは、記録部505に記録されるとともに、表示信号に変換されて予め設定された時間の間、表示部506に表示される。 The image sensor 400 passes pixel signals to the image processing unit 511 of the system control unit 501. The image processing unit 511 generates image data by performing various image processes using the work memory 504 as a workspace. For example, when generating image data in JPEG file format, a color video signal is generated from the signal obtained using the Bayer array, and then compression processing is performed. The generated image data is recorded in the recording unit 505 and converted into a display signal, which is displayed on the display unit 506 for a preset time.
測光部503は、画像データを生成する一連の撮影シーケンスに先立ち、シーンの輝度分布を検出する。測光部503は、例えば100万画素程度のAEセンサを含む。システム制御部501の演算部512は、測光部503の出力を受けてシーンの領域ごとの輝度を算出する。 The photometry unit 503 detects the luminance distribution of the scene prior to a series of shooting sequences that generate image data. The photometry unit 503 includes, for example, an AE sensor with approximately 1 million pixels. The calculation unit 512 of the system control unit 501 receives the output of the photometry unit 503 and calculates the luminance for each region of the scene.
演算部512は、算出した輝度分布に従ってシャッタ速度、絞り値、ISO感度を決定する。測光部503は撮像素子400で兼用してもよい。なお、演算部512は、撮像装置500を動作させるための各種演算も実行する。駆動部502は、一部または全部が撮像素子400に搭載されてよい。システム制御部501の一部が撮像素子400に搭載されてもよい。 The calculation unit 512 determines the shutter speed, aperture value, and ISO sensitivity according to the calculated luminance distribution. The image sensor 400 may also serve as the photometry unit 503. The calculation unit 512 also performs various calculations to operate the image capture device 500. Part or all of the drive unit 502 may be mounted on the image sensor 400. Part of the system control unit 501 may be mounted on the image sensor 400.
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、多様な変更また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。その様な変更また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。 The present invention has been described above using embodiments, but the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It will be clear to those skilled in the art that various modifications and improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the claims that such modifications and improvements can also be included within 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, specifications, and drawings is not specifically stated as "before," "prior to," or the like, and it should be noted that processes can be performed in any order, unless the output of a previous process is used in a subsequent process. Even if the operational flow in the claims, specifications, and drawings is described using "first," "next," etc. for convenience, this does not mean that it is necessary to perform the processes in that order.
100 第1半導体基板、110 画素部、112 画素、130 光電変換部、132 リセット部、134 蓄積部、136 転送部、200 第2半導体基板、210 処理回路部、212、213 画素回路、214 制御回路、216 比較器、220 画素メモリ、230 周辺回路部、250 画素制御回路、260 読出制御回路、264、265 行選択線、270、272、280、282 サブ出力線、274 切替部、290、291、292 グループ、302、304 出力線、310 メモリ部、312 メモリブロック、314 CDS部、316、318 CDSブロック、320 周辺回路部、322、362 CDS回路、326 出力部、350 メモリ対、352 DARKメモリ、354 SIGメモリ、360 グレイコード・バイナリ変換回路、364 兼用メモリ、366、368 スイッチ、367、369 信号線、370 バッファメモリ、400、402 撮像素子、500 撮像装置、501 システム制御部、502 駆動部、503 測光部、504 ワークメモリ、505 記録部、506 表示部、508 操作部、511 画像処理部、512 演算部、514 駆動部、520 撮影レンズ 100 First semiconductor substrate, 110 Pixel section, 112 Pixel, 130 Photoelectric conversion section, 132 Reset section, 134 Storage section, 136 Transfer section, 200 Second semiconductor substrate, 210 Processing circuit section, 212, 213 Pixel circuit, 214 Control circuit, 216 Comparator, 220 Pixel memory, 230 Peripheral circuit section, 250 Pixel control circuit, 260 Readout control circuit, 264, 265 Row selection line, 270, 272, 280, 282 Sub-output line, 274 Switching section, 290, 291, 292 Group, 302, 304 Output line, 310 Memory section, 312 Memory block, 314 CDS section, 316, 318 CDS block, 320 Peripheral circuit section, 322, 362 CDS circuit, 326 Output section, 350: Memory pair, 352: DARK memory, 354: SIG memory, 360: Gray code/binary conversion circuit, 364: Dual-purpose memory, 366, 368: Switch, 367, 369: Signal line, 370: Buffer memory, 400, 402: Image sensor, 500: Image capture device, 501: System control section, 502: Drive section, 503: Photometric section, 504: Work memory, 505: Recording section, 506: Display section, 508: Operation section, 511: Image processing section, 512: Calculation section, 514: Drive section, 520: Photographing lens
Claims (59)
第1半導体基板とともに積層される半導体基板であって、前記第1光電変換部で変換された電荷に基づく第1信号からデジタル信号に変換された第1デジタル信号を記憶する第1記憶部と、前記第2光電変換部で変換された電荷に基づく第2信号からデジタル信号に変換された第2デジタル信号を記憶する第2記憶部と、前記第3光電変換部で変換された電荷に基づく第3信号からデジタル信号に変換された第3デジタル信号を記憶する第3記憶部とを含む第1回路部を有する第2半導体基板と、
前記第1半導体基板とともに積層される半導体基板であって、前記第1記憶部から読み出された前記第1デジタル信号を記憶する第4記憶部と、前記第2記憶部から読み出された前記第2デジタル信号を記憶する第5記憶部と、前記第3記憶部から読み出された前記第3デジタル信号を記憶する第6記憶部とを含み、前記第1半導体基板と前記第2半導体基板とが積層される第3方向において前記第1回路部と対向する位置に配置される第2回路部を有する第3半導体基板と、
前記第1記憶部と前記第4記憶部とを電気的に接続する接続部であって、前記第3方向において前記第1回路部と前記第2回路部との間に配置され、前記第1記憶部から読み出された前記第1デジタル信号が出力される第1接続部と、
前記第2記憶部と前記第5記憶部とを電気的に接続する接続部であって、前記第3方向において前記第1回路部と前記第2回路部との間に配置され、前記第2記憶部から読み出された前記第2デジタル信号が出力される第2接続部と、
前記第3記憶部と前記第6記憶部とを電気的に接続する接続部であって、前記第3方向において前記第1回路部と前記第2回路部との間に配置され、前記第3記憶部から読み出された前記第3デジタル信号が出力される第3接続部と
を備える撮像素子。 a first semiconductor substrate having a pixel unit including a first photoelectric conversion unit that converts light into electric charges, a second photoelectric conversion unit that converts light into electric charges and is arranged alongside the first photoelectric conversion unit in a first direction, and a third photoelectric conversion unit that converts light into electric charges and is arranged alongside the first photoelectric conversion unit in a second direction that intersects with the first direction;
a second semiconductor substrate having a first circuit unit, the second semiconductor substrate being a semiconductor substrate laminated together with the first semiconductor substrate, the first circuit unit including a first storage unit that stores a first digital signal obtained by converting a first signal based on charges converted by the first photoelectric conversion unit into a digital signal, a second storage unit that stores a second digital signal obtained by converting a second signal based on charges converted by the second photoelectric conversion unit into a digital signal, and a third storage unit that stores a third digital signal obtained by converting a third signal based on charges converted by the third photoelectric conversion unit into a digital signal;
a third semiconductor substrate that is stacked together with the first semiconductor substrate, the third semiconductor substrate including a fourth memory unit that stores the first digital signal read from the first memory unit, a fifth memory unit that stores the second digital signal read from the second memory unit, and a sixth memory unit that stores the third digital signal read from the third memory unit, and the third semiconductor substrate has a second circuit unit that is disposed at a position facing the first circuit unit in a third direction in which the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are stacked;
a first connection portion that electrically connects the first storage portion and the fourth storage portion, the first connection portion being disposed between the first circuit portion and the second circuit portion in the third direction, and through which the first digital signal read out from the first storage portion is output;
a second connection portion that electrically connects the second storage portion and the fifth storage portion, the second connection portion being disposed between the first circuit portion and the second circuit portion in the third direction, and through which the second digital signal read from the second storage portion is output;
an imaging element comprising: a connection portion that electrically connects the third memory portion and the sixth memory portion, the third connection portion being arranged between the first circuit portion and the second circuit portion in the third direction, and through which the third digital signal read out from the third memory portion is output .
前記第4記憶部は、前記第3方向において前記第1記憶部と対向する位置に配置され、
前記第5記憶部は、前記第3方向において前記第2記憶部と対向する位置に配置され、
前記第6記憶部は、前記第3方向において前記第3記憶部と対向する位置に配置される、
撮像素子。 2. The imaging device according to claim 1,
the fourth storage unit is disposed at a position facing the first storage unit in the third direction,
the fifth storage unit is disposed at a position facing the second storage unit in the third direction,
the sixth storage unit is disposed at a position facing the third storage unit in the third direction;
Image sensor.
前記第1接続部は、前記第3方向において前記第1記憶部と前記第4記憶部との間に配置され、
前記第2接続部は、前記第3方向において前記第2記憶部と前記第5記憶部との間に配置され、
前記第3接続部は、前記第3方向において前記第3記憶部と前記第6記憶部との間に配置される、
撮像素子。 3. The imaging device according to claim 2,
the first connection portion is disposed between the first storage portion and the fourth storage portion in the third direction;
the second connection portion is disposed between the second storage portion and the fifth storage portion in the third direction;
the third connection portion is disposed between the third memory portion and the sixth memory portion in the third direction;
Image sensor.
前記第1接続部は、前記第1記憶部から読み出された前記第1デジタル信号が出力される第1出力線を有し、
前記第2接続部は、前記第2記憶部から読み出された前記第2デジタル信号が出力される第2出力線を有し、
前記第3接続部は、前記第3記憶部から読み出された前記第3デジタル信号が出力される第3出力線を有する、
撮像素子。 4. The imaging device according to claim 1,
the first connection unit has a first output line through which the first digital signal read from the first storage unit is output;
the second connection unit has a second output line through which the second digital signal read from the second storage unit is output,
the third connection unit has a third output line through which the third digital signal read from the third storage unit is output;
Image sensor.
前記第1接続部は、前記第1記憶部と前記第1出力線との間を電気的に接続または電気的に切断するための第1スイッチを有し、
前記第2接続部は、前記第2記憶部と前記第2出力線との間を電気的に接続または電気的に切断するための第2スイッチを有し、
前記第3接続部は、前記第3記憶部と前記第3出力線との間を電気的に接続または電気的に切断するための第3スイッチを有する、
撮像素子。 5. The imaging device according to claim 4,
the first connection unit has a first switch for electrically connecting or disconnecting the first storage unit and the first output line;
the second connection unit has a second switch for electrically connecting or disconnecting the second storage unit and the second output line;
the third connection unit has a third switch for electrically connecting or disconnecting the third storage unit and the third output line;
Image sensor.
前記第1接続部は、前記第1記憶部から読み出された前記第1デジタル信号が出力される第1貫通電極を有し、
前記第2接続部は、前記第2記憶部から読み出された前記第1デジタル信号が出力される第2貫通電極を有し、
前記第3接続部は、前記第3記憶部から読み出された前記第3デジタル信号が出力される第3貫通電極を有する、
撮像素子。 6. The imaging device according to claim 1,
the first connection unit has a first through electrode through which the first digital signal read from the first storage unit is output;
the second connection unit has a second through electrode through which the first digital signal read from the second storage unit is output,
the third connection unit has a third through electrode through which the third digital signal read from the third storage unit is output.
Image sensor.
前記第3半導体基板は、前記第4記憶部から読み出された前記第1デジタル信号、前記第5記憶部から読み出された前記第2デジタル信号および前記第6記憶部から読み出された前記第3デジタル信号のうち、少なくとも前記第4記憶部から読み出された前記第1デジタル信号に対して信号処理を行う信号処理部を有する、
撮像素子。 7. The imaging device according to claim 1,
the third semiconductor substrate has a signal processing unit that performs signal processing on at least the first digital signal read from the fourth storage unit, of the first digital signal read from the fourth storage unit, the second digital signal read from the fifth storage unit, and the third digital signal read from the sixth storage unit;
Image sensor.
前記信号処理部は、前記信号処理として、前記第4記憶部から読み出された前記第1デジタル信号に含まれるノイズを除去するための処理を行う、
撮像素子。 8. The imaging device according to claim 7,
the signal processing unit performs, as the signal processing, processing for removing noise contained in the first digital signal read from the fourth storage unit.
Image sensor.
前記信号処理部は、前記信号処理として、前記第4記憶部から読み出された前記第1デジタル信号に対して相関二重サンプリング処理を行う、
撮像素子。 9. The imaging device according to claim 7,
the signal processing unit performs correlated double sampling on the first digital signal read from the fourth storage unit as the signal processing.
Image sensor.
前記第4記憶部は、前記第1記憶部から読み出された前記第1デジタル信号を記憶する第1記憶回路と、前記第1記憶部から読み出されたデジタル信号であって前記第1デジタル信号に対して信号処理を行うための第4デジタル信号を記憶する第2記憶回路とを有する、
撮像素子。 7. The imaging device according to claim 1,
the fourth storage unit includes a first storage circuit that stores the first digital signal read from the first storage unit, and a second storage circuit that stores a fourth digital signal that is read from the first storage unit and is used to perform signal processing on the first digital signal.
Image sensor.
前記第3半導体基板は、前記第2記憶回路から読み出された前記第4デジタル信号を用いて、前記第1記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号に対して信号処理を行う信号処理部を有する、the third semiconductor substrate has a signal processing unit that performs signal processing on the first digital signal read out from the first storage circuit by using the fourth digital signal read out from the second storage circuit;
撮像素子。Image sensor.
前記信号処理部は、前記信号処理として、前記第2記憶回路から読み出された前記第4デジタル信号を用いて、前記第1記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号に含まれるノイズを除去するための処理を行う、the signal processing unit performs, as the signal processing, a process for removing noise contained in the first digital signal read out from the first storage circuit, using the fourth digital signal read out from the second storage circuit.
撮像素子。Image sensor.
前記信号処理部は、前記信号処理として、前記第2記憶回路から読み出された前記第4デジタル信号を用いて、前記第1記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号に対して相関二重サンプリング処理を行う、the signal processing unit performs correlated double sampling on the first digital signal read out from the first storage circuit using the fourth digital signal read out from the second storage circuit, as the signal processing.
撮像素子。Image sensor.
前記第1回路部は、前記第1信号をデジタル信号に変換するための第1変換部と、前記第2信号をデジタル信号に変換するための第2変換部と、前記第3信号をデジタル信号に変換するための第3変換部とを含み、the first circuit unit includes a first conversion unit for converting the first signal into a digital signal, a second conversion unit for converting the second signal into a digital signal, and a third conversion unit for converting the third signal into a digital signal;
前記第1記憶部は、前記第1変換部を用いて前記第1信号からデジタル信号に変換された前記第1デジタル信号を記憶し、the first storage unit stores the first digital signal converted from the first signal into a digital signal by the first conversion unit;
前記第2記憶部は、前記第2変換部を用いて前記第2信号からデジタル信号に変換された前記第2デジタル信号を記憶し、the second storage unit stores the second digital signal converted from the second signal into a digital signal by the second conversion unit;
前記第3記憶部は、前記第3変換部を用いて前記第3信号からデジタル信号に変換された前記第3デジタル信号を記憶する、the third storage unit stores the third digital signal converted from the third signal into a digital signal by the third conversion unit;
撮像素子。Image sensor.
前記第2光電変換部は、前記第1方向において前記第1光電変換部の隣に配置され、the second photoelectric conversion unit is disposed adjacent to the first photoelectric conversion unit in the first direction,
前記第3光電変換部は、前記第2方向において前記第1光電変換部の隣に配置される、the third photoelectric conversion unit is disposed adjacent to the first photoelectric conversion unit in the second direction.
撮像素子。Image sensor.
前記画素部は、光を電荷に変換する光電変換部であって前記第1方向において前記第1光電変換部の隣に配置される第4光電変換部を含み、the pixel unit includes a fourth photoelectric conversion unit that converts light into electric charges and is disposed adjacent to the first photoelectric conversion unit in the first direction;
前記第1記憶部は、前記第1光電変換部で変換された電荷に基づく第1信号からデジタル信号に変換された第1デジタル信号を記憶する第1記憶回路と、前記第4光電変換部で変換された電荷に基づく第4信号からデジタル信号に変換された第4デジタル信号を記憶する第2記憶回路とを含み、the first storage unit includes a first storage circuit that stores a first digital signal obtained by converting a first signal based on the charge converted by the first photoelectric conversion unit into a digital signal, and a second storage circuit that stores a fourth digital signal obtained by converting a fourth signal based on the charge converted by the fourth photoelectric conversion unit into a digital signal,
前記第4記憶部は、前記第1記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号を記憶する第3記憶回路と、前記第2記憶回路から読み出された前記第4デジタル信号を記憶する第4記憶回路とを含み、the fourth storage unit includes a third storage circuit that stores the first digital signal read from the first storage circuit, and a fourth storage circuit that stores the fourth digital signal read from the second storage circuit;
前記第1接続部は、前記第1記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号と、前記第2記憶回路から読み出された前記第4デジタル信号とが出力される、the first connection section outputs the first digital signal read from the first storage circuit and the fourth digital signal read from the second storage circuit;
撮像素子。Image sensor.
前記第1接続部は、前記第1記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号と、前記第2記憶回路から読み出された前記第4デジタル信号とが出力される第1出力線を有する、the first connection unit has a first output line through which the first digital signal read from the first storage circuit and the fourth digital signal read from the second storage circuit are output;
撮像素子。Image sensor.
前記第1接続部は、前記第1記憶回路と前記第1出力線との間を電気的に接続または電気的に切断するための第1スイッチを有する、the first connection unit has a first switch for electrically connecting or disconnecting the first memory circuit and the first output line;
撮像素子。Image sensor.
前記第1接続部は、前記第2記憶回路と前記第1出力線との間を電気的に接続または電気的に切断するための第2スイッチを有する、the first connection unit has a second switch for electrically connecting or disconnecting the second memory circuit and the first output line;
撮像素子。Image sensor.
前記第1接続部は、前記第1記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号と、前記第2記憶回路から読み出された前記第4デジタル信号とが出力される第1貫通電極を有する、the first connection portion has a first through electrode through which the first digital signal read from the first memory circuit and the fourth digital signal read from the second memory circuit are output;
撮像素子。Image sensor.
前記第3半導体基板は、前記第3記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号と、前記第4記憶回路から読み出された前記第4デジタル信号とのうち、少なくとも前記第3記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号に対して信号処理を行う信号処理部を有する、the third semiconductor substrate has a signal processing unit that performs signal processing on at least the first digital signal read out from the third storage circuit, of the first digital signal read out from the third storage circuit and the fourth digital signal read out from the fourth storage circuit;
撮像素子。Image sensor.
前記信号処理部は、前記信号処理として、前記第3記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号に含まれるノイズを除去するための処理を行う、the signal processing unit performs, as the signal processing, processing for removing noise contained in the first digital signal read out from the third storage circuit.
撮像素子。Image sensor.
前記信号処理部は、前記信号処理として、前記第3記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号に対して相関二重サンプリング処理を行う、the signal processing unit performs correlated double sampling on the first digital signal read from the third storage circuit as the signal processing.
撮像素子。Image sensor.
前記第4記憶部は、前記第1記憶回路から読み出されたデジタル信号であって前記第1デジタル信号に対して信号処理を行うための第5デジタル信号を記憶する第5記憶回路と、前記第2記憶回路から読み出されたデジタル信号であって前記第4デジタル信号に対して信号処理を行うための第6デジタル信号を記憶する第6記憶回路とを有する、the fourth storage unit includes a fifth storage circuit that stores a fifth digital signal that is a digital signal read from the first storage circuit and is used to perform signal processing on the first digital signal, and a sixth storage circuit that stores a sixth digital signal that is a digital signal read from the second storage circuit and is used to perform signal processing on the fourth digital signal;
撮像素子。Image sensor.
前記第3半導体基板は、前記第5記憶回路から読み出された前記第5デジタル信号を用いて、前記第3記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号に対して第1信号処理を行い、かつ、前記第6記憶回路から読み出された前記第6デジタル信号を用いて、前記第4記憶回路から読み出された前記第4デジタル信号に対して第2信号処理を行う信号処理部を有する、the third semiconductor substrate has a signal processing unit that performs first signal processing on the first digital signal read from the third storage circuit using the fifth digital signal read from the fifth storage circuit, and that performs second signal processing on the fourth digital signal read from the fourth storage circuit using the sixth digital signal read from the sixth storage circuit;
撮像素子。Image sensor.
前記信号処理部は、前記第1信号処理として、前記第5記憶回路から読み出された前記第5デジタル信号を用いて、前記第3記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号に含まれるノイズを除去するための処理を行い、かつ、前記第2信号処理として、前記第6記憶回路から読み出された前記第6デジタル信号を用いて、前記第4記憶回路から読み出された前記第4デジタル信号に含まれるノイズを除去するための処理を行う、the signal processing unit performs, as the first signal processing, a process for removing noise contained in the first digital signal read from the third storage circuit, using the fifth digital signal read from the fifth storage circuit, and performs, as the second signal processing, a process for removing noise contained in the fourth digital signal read from the fourth storage circuit, using the sixth digital signal read from the sixth storage circuit.
撮像素子。Image sensor.
前記信号処理部は、前記第1信号処理として、前記第5記憶回路から読み出された前記第5デジタル信号を用いて、前記第3記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号に対して相関二重サンプリング処理を行い、かつ、前記第2信号処理として、前記第6記憶回路から読み出された前記第6デジタル信号を用いて、前記第4記憶回路から読み出された前記第4デジタル信号に対して相関二重サンプリング処理を行う、the signal processing unit performs, as the first signal processing, a correlated double sampling process on the first digital signal read from the third storage circuit using the fifth digital signal read from the fifth storage circuit, and performs, as the second signal processing, a correlated double sampling process on the fourth digital signal read from the fourth storage circuit using the sixth digital signal read from the sixth storage circuit.
撮像素子。Image sensor.
前記第1回路部は、前記第1信号をデジタル信号に変換するための第1変換部と、前記第2信号をデジタル信号に変換するための第2変換部と、前記第3信号をデジタル信号に変換するための第3変換部と、前記第4信号をデジタル信号に変換するための第4変換部とを含み、the first circuit unit includes a first conversion unit for converting the first signal into a digital signal, a second conversion unit for converting the second signal into a digital signal, a third conversion unit for converting the third signal into a digital signal, and a fourth conversion unit for converting the fourth signal into a digital signal;
前記第1記憶部は、前記第1変換部を用いて前記第1信号からデジタル信号に変換された前記第1デジタル信号と、前記第4変換部を用いて前記第4信号からデジタル信号に変換された前記第4デジタル信号とを記憶し、the first storage unit stores the first digital signal converted from the first signal into a digital signal using the first conversion unit and the fourth digital signal converted from the fourth signal into a digital signal using the fourth conversion unit;
前記第2記憶部は、前記第2変換部を用いて前記第2信号からデジタル信号に変換された前記第2デジタル信号を記憶し、the second storage unit stores the second digital signal converted from the second signal into a digital signal by the second conversion unit;
前記第3記憶部は、前記第3変換部を用いて前記第3信号からデジタル信号に変換された前記第3デジタル信号を記憶する、the third storage unit stores the third digital signal converted from the third signal into a digital signal by the third conversion unit;
撮像素子。Image sensor.
前記画素部は、光を電荷に変換する光電変換部であって前記第2方向において前記第1光電変換部の隣に配置される第5光電変換部を含み、the pixel unit includes a fifth photoelectric conversion unit that converts light into electric charges and is disposed adjacent to the first photoelectric conversion unit in the second direction;
前記第1記憶部は、前記第5光電変換部で変換された電荷に基づく第5信号からデジタル信号に変換された第5デジタル信号を記憶する第3記憶回路を含み、the first storage unit includes a third storage circuit configured to store a fifth digital signal obtained by converting a fifth signal based on the electric charge converted by the fifth photoelectric conversion unit into a digital signal;
前記第4記憶部は、前記第1記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号を記憶する第4記憶回路と、前記第2記憶回路から読み出された前記第4デジタル信号を記憶する第5記憶回路と、前記第3記憶回路から読み出された前記第5デジタル信号を記憶する第6記憶回路とを含み、the fourth storage unit includes a fourth storage circuit that stores the first digital signal read from the first storage circuit, a fifth storage circuit that stores the fourth digital signal read from the second storage circuit, and a sixth storage circuit that stores the fifth digital signal read from the third storage circuit;
前記第1接続部は、前記第1記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号と、前記第2記憶回路から読み出された前記第4デジタル信号と、前記第3記憶回路から読み出された前記第5デジタル信号とが出力される、the first connection section outputs the first digital signal read from the first storage circuit, the fourth digital signal read from the second storage circuit, and the fifth digital signal read from the third storage circuit;
撮像素子。Image sensor.
前記第1接続部は、前記第1記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号と、前記第2記憶回路から読み出された前記第4デジタル信号と、前記第3記憶回路から読み出された前記第5デジタル信号とが出力される第1出力線を有する、the first connection unit has a first output line through which the first digital signal read from the first storage circuit, the fourth digital signal read from the second storage circuit, and the fifth digital signal read from the third storage circuit are output;
撮像素子。Image sensor.
前記第1接続部は、前記第1記憶回路と前記第1出力線との間を電気的に接続または電気的に切断するための第1スイッチを有する、the first connection unit has a first switch for electrically connecting or disconnecting the first memory circuit and the first output line;
撮像素子。Image sensor.
前記第1スイッチは、前記第3記憶回路と前記第1出力線との間を電気的に接続または電気的に切断するために用いられる、the first switch is used to electrically connect or disconnect the third memory circuit and the first output line;
撮像素子。Image sensor.
前記第1接続部は、前記第2記憶回路と前記第1出力線との間を電気的に接続または電気的に切断するための第2スイッチを有する、the first connection unit has a second switch for electrically connecting or disconnecting the second memory circuit and the first output line;
撮像素子。Image sensor.
前記第1接続部は、前記第1出力線と電気的に接続される配線であって、前記第1記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号と、前記第3記憶回路から読み出された前記第5デジタル信号とが出力される第1配線と、前記第1出力線と電気的に接続される配線であって、前記第2記憶回路から読み出された前記第4デジタル信号が出力される第2配線とを有する、the first connection unit includes a first wiring electrically connected to the first output line, through which the first digital signal read from the first memory circuit and the fifth digital signal read from the third memory circuit are output, and a second wiring electrically connected to the first output line, through which the fourth digital signal read from the second memory circuit is output.
撮像素子。Image sensor.
前記第1接続部は、前記第1配線と前記第1出力線との間を電気的に接続または電気的に切断するための第1スイッチを有する、the first connection unit has a first switch for electrically connecting or disconnecting the first wiring and the first output line;
撮像素子。Image sensor.
前記第1接続部は、前記第2配線と前記第1出力線との間を電気的に接続または電気的に切断するための第2スイッチを有する、the first connection unit has a second switch for electrically connecting or disconnecting the second wiring and the first output line;
撮像素子。Image sensor.
前記第1接続部は、前記第1記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号と、前記第2記憶回路から読み出された前記第4デジタル信号と、前記第3記憶回路から読み出された前記第5デジタル信号とが出力される第1貫通電極を有する、the first connection portion has a first through electrode through which the first digital signal read from the first memory circuit, the fourth digital signal read from the second memory circuit, and the fifth digital signal read from the third memory circuit are output;
撮像素子。Image sensor.
前記第3半導体基板は、前記第4記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号と、前記第5記憶回路から読み出された前記第4デジタル信号と、前記第6記憶回路から読み出された前記第5デジタル信号とのうち、少なくとも前記第4記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号に対して信号処理を行う信号処理部を有する、the third semiconductor substrate has a signal processing unit that performs signal processing on at least the first digital signal read out from the fourth storage circuit, out of the first digital signal read out from the fourth storage circuit, the fourth digital signal read out from the fifth storage circuit, and the fifth digital signal read out from the sixth storage circuit;
撮像素子。Image sensor.
前記信号処理部は、前記信号処理として、前記第4記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号に含まれるノイズを除去するための処理を行う、the signal processing unit performs, as the signal processing, processing for removing noise contained in the first digital signal read out from the fourth storage circuit.
撮像素子。Image sensor.
前記信号処理部は、前記信号処理として、前記第4記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号に対して相関二重サンプリング処理を行う、the signal processing unit performs correlated double sampling on the first digital signal read from the fourth storage circuit as the signal processing.
撮像素子。Image sensor.
前記第4記憶部は、前記第1記憶回路から読み出されたデジタル信号であって前記第1デジタル信号に対して信号処理を行うための第6デジタル信号を記憶する第7記憶回路と、前記第2記憶回路から読み出されたデジタル信号であって前記第4デジタル信号に対して信号処理を行うための第7デジタル信号を記憶する第8記憶回路と、前記第3記憶回路から読み出されたデジタル信号であって前記第5デジタル信号に対して信号処理を行うための第8デジタル信号を記憶する第9記憶回路とを有する、the fourth storage unit has a seventh storage circuit that stores a sixth digital signal that is a digital signal read from the first storage circuit and is used to perform signal processing on the first digital signal, an eighth storage circuit that stores a seventh digital signal that is a digital signal read from the second storage circuit and is used to perform signal processing on the fourth digital signal, and a ninth storage circuit that stores an eighth digital signal that is a digital signal read from the third storage circuit and is used to perform signal processing on the fifth digital signal.
撮像素子。Image sensor.
前記第3半導体基板は、前記第7記憶回路から読み出された前記第6デジタル信号を用いて、前記第4記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号に対して第1信号処理を行う信号処理部を有する、the third semiconductor substrate has a signal processing unit that performs first signal processing on the first digital signal read out from the fourth storage circuit by using the sixth digital signal read out from the seventh storage circuit;
撮像素子。Image sensor.
前記信号処理部は、前記第1信号処理として、前記第7記憶回路から読み出された前記第6デジタル信号を用いて、前記第4記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号に含まれるノイズを除去するための処理を行う、the signal processing unit performs, as the first signal processing, processing for removing noise contained in the first digital signal read out from the fourth storage circuit, using the sixth digital signal read out from the seventh storage circuit.
撮像素子。Image sensor.
前記信号処理部は、前記第1信号処理として、前記第7記憶回路から読み出された前記第6デジタル信号を用いて、前記第4記憶回路から読み出された前記第1デジタル信号に対して相関二重サンプリング処理を行う、the signal processing unit performs, as the first signal processing, a correlated double sampling process on the first digital signal read out from the fourth storage circuit, using the sixth digital signal read out from the seventh storage circuit.
撮像素子。Image sensor.
前記信号処理部は、前記第8記憶回路から読み出された前記第7デジタル信号を用いて、前記第5記憶回路から読み出された前記第4デジタル信号に対して第2信号処理を行う、the signal processing unit performs second signal processing on the fourth digital signal read out from the fifth storage circuit using the seventh digital signal read out from the eighth storage circuit.
撮像素子。Image sensor.
前記信号処理部は、前記第2信号処理として、前記第8記憶回路から読み出された前記第7デジタル信号を用いて、前記第5記憶回路から読み出された前記第4デジタル信号に含まれるノイズを除去するための処理を行う、the signal processing unit performs, as the second signal processing, a process for removing noise contained in the fourth digital signal read out from the fifth storage circuit, using the seventh digital signal read out from the eighth storage circuit.
撮像素子。Image sensor.
前記信号処理部は、前記第2信号処理として、前記第8記憶回路から読み出された前記第7デジタル信号を用いて、前記第5記憶回路から読み出された前記第4デジタル信号に対して相関二重サンプリング処理を行う、the signal processing unit performs, as the second signal processing, a correlated double sampling process on the fourth digital signal read out from the fifth storage circuit, using the seventh digital signal read out from the eighth storage circuit.
撮像素子。Image sensor.
前記信号処理部は、前記第9記憶回路から読み出された前記第8デジタル信号を用いて、前記第6記憶回路から読み出された前記第5デジタル信号に対して第3信号処理を行う、the signal processing unit performs third signal processing on the fifth digital signal read out from the sixth storage circuit using the eighth digital signal read out from the ninth storage circuit.
撮像素子。Image sensor.
前記信号処理部は、前記第3信号処理として、前記第9記憶回路から読み出された前記第8デジタル信号を用いて、前記第6記憶回路から読み出された前記第5デジタル信号に含まれるノイズを除去するための処理を行う、the signal processing unit performs, as the third signal processing, a process for removing noise contained in the fifth digital signal read out from the sixth storage circuit, using the eighth digital signal read out from the ninth storage circuit.
撮像素子。Image sensor.
前記信号処理部は、前記第3信号処理として、前記第9記憶回路から読み出された前記第8デジタル信号を用いて、前記第6記憶回路から読み出された前記第5デジタル信号に対して相関二重サンプリング処理を行う、the signal processing unit performs, as the third signal processing, a correlated double sampling process on the fifth digital signal read out from the sixth storage circuit, using the eighth digital signal read out from the ninth storage circuit.
撮像素子。Image sensor.
前記第1回路部は、前記第1信号をデジタル信号に変換するための第1変換部と、前記第2信号をデジタル信号に変換するための第2変換部と、前記第3信号をデジタル信号に変換するための第3変換部と、前記第4信号をデジタル信号に変換するための第4変換部と、前記第5信号をデジタル信号に変換するための第5変換部とを含み、the first circuit unit includes a first conversion unit for converting the first signal into a digital signal, a second conversion unit for converting the second signal into a digital signal, a third conversion unit for converting the third signal into a digital signal, a fourth conversion unit for converting the fourth signal into a digital signal, and a fifth conversion unit for converting the fifth signal into a digital signal;
前記第1記憶部は、前記第1変換部を用いて前記第1信号からデジタル信号に変換された前記第1デジタル信号と、前記第4変換部を用いて前記第4信号からデジタル信号に変換された前記第4デジタル信号と、前記第5変換部を用いて前記第5信号からデジタル信号に変換された前記第5デジタル信号とを記憶し、the first storage unit stores the first digital signal converted from the first signal into a digital signal using the first conversion unit, the fourth digital signal converted from the fourth signal into a digital signal using the fourth conversion unit, and the fifth digital signal converted from the fifth signal into a digital signal using the fifth conversion unit;
前記第2記憶部は、前記第2変換部を用いて前記第2信号からデジタル信号に変換された前記第2デジタル信号を記憶し、the second storage unit stores the second digital signal converted from the second signal into a digital signal by the second conversion unit;
前記第3記憶部は、前記第3変換部を用いて前記第3信号からデジタル信号に変換された前記第3デジタル信号を記憶する、the third storage unit stores the third digital signal converted from the third signal into a digital signal by the third conversion unit;
撮像素子。Image sensor.
前記第2記憶部は、前記第1方向において前記第1記憶部と並んで配置され、the second storage unit is disposed alongside the first storage unit in the first direction;
前記第3記憶部は、前記第2方向において前記第1記憶部と並んで配置される、the third storage unit is disposed alongside the first storage unit in the second direction;
撮像素子。Image sensor.
前記第5記憶部は、前記第1方向において前記第4記憶部と並んで配置され、the fifth storage unit is disposed alongside the fourth storage unit in the first direction,
前記第6記憶部は、前記第2方向において前記第5記憶部と並んで配置される、the sixth storage unit is disposed alongside the fifth storage unit in the second direction;
撮像素子。Image sensor.
前記第1回路部は、前記第3方向において前記画素部と対向する位置に配置される、the first circuit unit is disposed at a position facing the pixel unit in the third direction;
撮像素子。Image sensor.
前記撮像素子と電気的に接続され、画像データを生成する生成部を備える撮像装置。an imaging device comprising a generation unit electrically connected to the imaging element and configured to generate image data;
前記撮像素子に光を射出する光学系を駆動するための駆動部を備える撮像装置。An imaging device comprising a driving unit for driving an optical system that emits light to the imaging element.
前記光学系を着脱可能な取付部を備える撮像装置。An imaging device comprising a mounting portion to which the optical system can be detachably attached.
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