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JP2005333522A - Solid-state image pickup device - Google Patents

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JP2005333522A
JP2005333522A JP2004151436A JP2004151436A JP2005333522A JP 2005333522 A JP2005333522 A JP 2005333522A JP 2004151436 A JP2004151436 A JP 2004151436A JP 2004151436 A JP2004151436 A JP 2004151436A JP 2005333522 A JP2005333522 A JP 2005333522A
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signal
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solid
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JP2004151436A
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Japanese (ja)
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Masayuki Kusuda
将之 楠田
Kenichi Kakumoto
兼一 角本
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Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state image pickup device capable of reducing the amplitude of an image signal which is outputted when photoelectric conversion portions of horizontally adjacent pixels are coupled. <P>SOLUTION: Horizontally adjacent pixels G11, G21 are defined as one group unit, a MOS transistor T7 of the pixel G21 is turned off and a MOS transistor T9 is turned on, so that photo-diodes PD of the pixels G11, G21 can be coupled. At such a time, the pixel G21 operates as an invalid pixel but the voltage value of a signal ϕVRS applied to MOS transistors T6, T8 of the pixel G21 is made lower than a DC voltage VRS, thereby reducing the amplitude of an image signal comprised of outputs of valid and invalid pixels. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、複数の画素を備える固体撮像装置に関するもので、特に、被写体及び撮像動作に応じて感度や解像度を変化させることのできる固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device including a plurality of pixels, and more particularly to a solid-state imaging device capable of changing sensitivity and resolution according to a subject and an imaging operation.

従来、入射光量に対して線形変換する線形変換動作を行う固体撮像素子においては、そのダイナミックレンジが2桁と狭いため、広い輝度範囲の輝度分布を構成する被写体を撮像したときは、ダイナミックレンジ以外の範囲の輝度情報は出力されない。又、従来の固体撮像素子として、入射光量に対して対数変換する対数変換動作を行うものがある(特許文献1参照)。この固体撮像素子においては、そのダイナミックレンジが5〜6桁と広いため、少々広い輝度範囲の輝度分布を構成する被写体を撮像しても、輝度分布内の全輝度情報を電気信号に変換して出力することができる。しかしながら、被写体の輝度分布に対してその撮像可能領域が広くなるので、撮像可能領域内の低輝度領域又は高輝度領域において、輝度データの無い領域ができてしまう。これらに対して、本出願人は、上述の線形変換動作と対数変換動作とを切り換えることが可能なものを提案している(特許文献2参照)。   Conventionally, in a solid-state imaging device that performs a linear conversion operation that linearly converts the amount of incident light, its dynamic range is as narrow as two orders of magnitude, so when imaging a subject that constitutes a luminance distribution in a wide luminance range, other than the dynamic range The luminance information in the range is not output. Further, as a conventional solid-state imaging device, there is one that performs a logarithmic conversion operation for logarithmically converting the amount of incident light (see Patent Document 1). In this solid-state imaging device, the dynamic range is as wide as 5 to 6 digits. Therefore, even if an image of a subject constituting a luminance distribution in a slightly wide luminance range is captured, all luminance information in the luminance distribution is converted into an electrical signal. Can be output. However, since the imageable area becomes wider with respect to the luminance distribution of the subject, an area without luminance data is formed in the low luminance area or the high luminance area in the imageable area. On the other hand, the present applicant has proposed what can switch between the above-described linear conversion operation and logarithmic conversion operation (see Patent Document 2).

これらの固体撮像素子を備えた固体撮像装置において高いフレームレートを実現する場合、固体撮像素子の備える画素数が多いと、この固体撮像素子を動作させるためのパルス信号の周波数を高くする必要がある。このように高周波数のパルス信号によって駆動させた場合、その消費電力が高くなる。又、1周期の動作時間が短くなることから露光時間も短くなり、各画素において十分な露光量が得られず、固体撮像素子より得られる信号レベルが低くなる。そのため、このような固体撮像装置によって撮像された画像がコントラストの低い画像となってしまう。よって、従来は、動作させる画素と動作させない画素とをライン毎に設定し、間引き走査を行うことにより、駆動用のパルス信号の周波数を低くしている。   When realizing a high frame rate in a solid-state imaging device including these solid-state imaging elements, if the number of pixels included in the solid-state imaging element is large, it is necessary to increase the frequency of a pulse signal for operating the solid-state imaging element. . When driven by a high-frequency pulse signal in this way, the power consumption increases. In addition, since the operation time of one cycle is shortened, the exposure time is also shortened, so that a sufficient exposure amount cannot be obtained in each pixel, and the signal level obtained from the solid-state imaging device is lowered. Therefore, an image captured by such a solid-state imaging device becomes an image with low contrast. Therefore, conventionally, the frequency of the driving pulse signal is lowered by setting the pixels to be operated and the pixels not to be operated for each line and performing thinning scanning.

又、従来技術として、垂直方向に隣接した画素毎に、その内部に構成されるフォトダイオード及びキャパシタより成る光電変換部分を結合することによって、高感度撮像を行うことができる固体撮像装置が提案されている(特許文献3参照)。この固体撮像装置は、2行毎に1つの出力段となるMOSトランジスタを設けて、当該出力段となるMOSトランジスタとフォトダイオード及びキャパシタの接続ノードとの電気的な接離を行うスイッチが、各画素毎に設けられる。
特開平11−313257号公報 特開2002−77733号公報 特開平9−46596号公報
In addition, as a conventional technique, a solid-state imaging device capable of performing high-sensitivity imaging by coupling a photoelectric conversion portion including a photodiode and a capacitor formed in each pixel adjacent in the vertical direction is proposed. (See Patent Document 3). In this solid-state imaging device, a MOS transistor serving as one output stage is provided for every two rows, and a switch for electrically connecting / disconnecting the MOS transistor serving as the output stage to the connection node of the photodiode and the capacitor Provided for each pixel.
JP-A-11-313257 JP 2002-77733 A Japanese Patent Laid-Open No. 9-46596

しかしながら、このような間引き走査によると、動作させない画素が存在するため、使用する光電変換素子が少なくなることから、この固体撮像装置に使用される固体撮像素子が開口率の低い固体撮像素子と同等となり、その感度が低くなってしまう。又、特許文献3における固体撮像装置によると、画素結合が垂直方向に対してのみ行われるものであるため、垂直方向及び水平方向の解像度に対して柔軟な感度切換を行うことができない。又、出力段となるMOSトランジスタが2行ごとに1つとされるため、全画素より電気信号を読み出す場合においては、この出力段が垂直に隣接する2画素によって共通のものとなるため、制御動作が煩雑なものとなる。   However, according to such thinning scanning, since there are pixels that are not operated, fewer photoelectric conversion elements are used, so the solid-state imaging element used in this solid-state imaging device is equivalent to a solid-state imaging element with a low aperture ratio. And the sensitivity becomes low. Further, according to the solid-state imaging device disclosed in Patent Document 3, since pixel combination is performed only in the vertical direction, it is not possible to perform flexible sensitivity switching with respect to the resolution in the vertical direction and the horizontal direction. In addition, since there is one MOS transistor as an output stage for every two rows, when reading out an electrical signal from all pixels, this output stage is common to two vertically adjacent pixels, so that the control operation Becomes complicated.

一方、特許文献3のような垂直方向に結合させた場合と比較して、水平方向に隣接した画素の光電変換部分を結合する場合、画像信号を出力する有効画素と画像信号を出力しない無効画素とがそれぞれ、1画素おきに配置されることとなる。又、固体撮像素子が1フレーム分の画像信号を出力するとき、図21(a)のような1周期分の垂直同期信号に対して、図21(b)のような複数周期分の水平同期信号が出力される。この図21(b)のような水平同期信号1周期分の期間に応じて、図21(c)のように、水平方向に隣接した1行分の画素から画像信号が出力される。   On the other hand, when combining the photoelectric conversion portions of pixels adjacent in the horizontal direction as compared with the case of combining in the vertical direction as in Patent Document 3, the effective pixel that outputs the image signal and the invalid pixel that does not output the image signal Are arranged every other pixel. Further, when the solid-state imaging device outputs an image signal for one frame, horizontal synchronization for a plurality of cycles as shown in FIG. 21 (b) with respect to a vertical synchronization signal for one cycle as shown in FIG. 21 (a). A signal is output. In accordance with the period of one cycle of the horizontal synchronizing signal as shown in FIG. 21B, an image signal is output from pixels for one row adjacent in the horizontal direction as shown in FIG.

そのため、水平方向に隣接した画素全てが有効画素として働くとき、各画素から出力される画像信号の信号レベルの変化が図22(a)のようになり、又、水平方向に隣接した2画素を結合して1画素おきに無効画素が配置された状態となるとき、各画素から出力される画像信号の信号レベルの変化が図22(b)のようになる。この図22からも確認できるように、水平方向に隣接した2画素を結合した場合、無効画素から出力される画像信号の信号レベルがリセット時の値となるため、全画素を有効画素とした図22(a)に比べて、隣接した画素同士における画像信号の変化率が大きくなる。   Therefore, when all the pixels adjacent in the horizontal direction work as effective pixels, the change in the signal level of the image signal output from each pixel is as shown in FIG. When combined and an invalid pixel is arranged every other pixel, the change in the signal level of the image signal output from each pixel is as shown in FIG. As can be confirmed from FIG. 22, when two adjacent pixels in the horizontal direction are combined, the signal level of the image signal output from the invalid pixel becomes the value at the time of resetting. Compared to 22 (a), the rate of change of the image signal between adjacent pixels is increased.

その結果、水平方向に隣接した画素の光電変換部分を結合したときに固体撮像素子から出力される画像信号は、その振幅が大きい高周波信号なる。よって、この固体撮像素子からの画像信号が入力されるサンプルホールド回路やアンプ回路などでは、この振幅の大きい高周波信号においても十分に応答良く動作する必要があり、高い周波数特性が必要となる。   As a result, the image signal output from the solid-state imaging device when the photoelectric conversion portions of pixels adjacent in the horizontal direction are combined is a high-frequency signal having a large amplitude. Therefore, a sample and hold circuit or an amplifier circuit to which an image signal from the solid-state imaging device is input needs to operate with sufficient response even with a high-frequency signal having a large amplitude, and high frequency characteristics are required.

このような問題を鑑みて、本発明は、水平方向に隣接された画素の光電変換部分を結合したときに出力される画像信号の振幅を小さくすることができる固体撮像装置を提供することを目的とする。   In view of such a problem, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of reducing the amplitude of an image signal output when the photoelectric conversion portions of pixels adjacent in the horizontal direction are combined. And

上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、入射光に応じた電気信号を出力する光電変換部と該光電変換部からの出力に応じた電気信号を出力するための信号出力部とより構成される複数の画素を備える固体撮像装置において、隣接した複数の画素を1つの群単位とし、前記群単位毎に群内の少なくとも1組の画素についてそれぞれの前記光電変換部を結合状態と非結合状態とで切り換えるための切換部と、該切換部により前記光電変換部が結合状態とされる複数画素のうちの1画素を有効画素として選択し、選択した有効画素の前記信号出力部から電気信号を出力させるための選択部と、水平方向に隣接する少なくとも1組の画素の前記光電変換部を前記群単位毎に結合させるとき、前記有効画素に供給する電圧と、前記有効画素の前記光電変換部に結合する前記光電変換部を備える無効画素に供給する電圧との少なくとも一方を調整することにより、前記有効画素からの出力と前記無効画素からの出力との差を、前記有効画素及び前記無効画素の少なくとも一方に供給する電圧を調整しない場合の両者の出力差よりも小さくする画素供給電圧調整部と、を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention includes a photoelectric conversion unit that outputs an electric signal corresponding to incident light, and a signal output unit that outputs an electric signal corresponding to an output from the photoelectric conversion unit. In a solid-state imaging device including a plurality of pixels configured as described above, a plurality of adjacent pixels are set as one group unit, and each photoelectric conversion unit is coupled to at least one set of pixels in the group for each group unit. A switching unit for switching between a non-coupled state and a non-coupled state, and selecting one pixel of the plurality of pixels in which the photoelectric conversion unit is coupled by the switch unit as an effective pixel, and the signal output unit of the selected effective pixel When the selection unit for outputting an electrical signal from each other and the photoelectric conversion unit of at least one set of pixels adjacent in the horizontal direction are combined for each group unit, the voltage supplied to the effective pixel, and the effective image The difference between the output from the effective pixel and the output from the invalid pixel is adjusted by adjusting at least one of the voltage supplied to the invalid pixel including the photoelectric conversion unit coupled to the photoelectric conversion unit. And a pixel supply voltage adjusting unit that makes the output difference between the pixel and the invalid pixel less than the output difference when the voltage supplied to the invalid pixel is not adjusted.

このような固体撮像装置において、前記有効画素及び前記無効画素それぞれをリセットする際に与える直流電圧を異なる電圧値とするものとしても構わない。このとき、前記光電変換部に供給する直流電圧が異なるものとしても構わないし、前記信号出力部に供給する直流電圧が異なるものとしても構わない。   In such a solid-state imaging device, the DC voltage applied when resetting each of the effective pixel and the invalid pixel may be a different voltage value. At this time, the DC voltage supplied to the photoelectric conversion unit may be different, or the DC voltage supplied to the signal output unit may be different.

又、前記有効画素及び前記無効画素それぞれの前記信号出力部に与える参照電圧を異なる電圧値とするものとしても構わない。このとき、前記信号出力部が前記光電変換部からの電気信号を積分する積分回路によって構成されるものとし、前記参照電圧が前記積分回路に供給されるものとしても構わない。又、前記信号出力部が前記光電変換部からの電気信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路によって構成されるものとし、前記参照電圧が前記サンプルホールド回路に供給されるものとしても構わない。   In addition, reference voltages applied to the signal output units of the effective pixels and the invalid pixels may be different voltage values. At this time, the signal output unit may be configured by an integration circuit that integrates an electric signal from the photoelectric conversion unit, and the reference voltage may be supplied to the integration circuit. The signal output unit may be configured by a sample hold circuit that samples and holds an electric signal from the photoelectric conversion unit, and the reference voltage may be supplied to the sample hold circuit.

又、本発明の固体撮像装置は、入射光に応じた電気信号を出力する光電変換部と該光電変換部からの出力に応じた電気信号を出力するための信号出力部とより構成される複数の画素と、水平方向に並んだ複数の画素に応じて設けられ当該複数の画素それぞれの前記信号出力部から出力される前記電気信号を増幅して1本の出力信号線に出力する複数の出力回路と、を備える固体撮像装置において、隣接した複数の画素を1つの群単位とし、前記群単位毎に群内の少なくとも1組の画素についてそれぞれの前記光電変換部を結合状態と非結合状態とで切り換えるための切換部と、該切換部により前記光電変換部が結合状態とされる複数画素のうちの1画素を有効画素として選択し、選択した有効画素の前記信号出力部から電気信号を出力させるための選択部と、水平方向に隣接する少なくとも1組の画素の前記光電変換部を前記群単位毎に結合させるとき、前記有効画素と接続される第1出力回路に供給する電圧と、前記有効画素の前記光電変換部に結合する前記光電変換部を備える無効画素に接続される第2出力回路に供給する電圧との少なくとも一方を調整することにより、前記第1出力回路からの出力と前記第2出力回路からの出力との差を、前記第1出力回路及び前記第2出力回路の少なくとも一方の供給する電圧を調整しない場合の両者の出力の差よりも小さくする出力回路供給電圧調整部と、を有することを特徴とする。   Further, the solid-state imaging device of the present invention includes a plurality of photoelectric conversion units that output an electric signal corresponding to incident light and a signal output unit that outputs an electric signal corresponding to the output from the photoelectric conversion unit. And a plurality of outputs which are provided in accordance with a plurality of pixels arranged in the horizontal direction and which are output from the signal output unit of each of the plurality of pixels and output to one output signal line In a solid-state imaging device including a circuit, a plurality of adjacent pixels are set as one group unit, and each photoelectric conversion unit is connected to a combined state and a non-bonded state for at least one set of pixels in the group for each group unit. And a switching unit for switching at the same time, and one pixel of the plurality of pixels to which the photoelectric conversion unit is coupled by the switching unit is selected as an effective pixel, and an electric signal is output from the signal output unit of the selected effective pixel Make And a voltage supplied to a first output circuit connected to the effective pixel when the photoelectric conversion unit of at least one set of pixels adjacent in the horizontal direction is coupled for each group unit; By adjusting at least one of the voltage supplied to the second output circuit connected to the invalid pixel including the photoelectric conversion unit coupled to the photoelectric conversion unit of the pixel, the output from the first output circuit and the first An output circuit supply voltage adjusting unit that makes a difference from an output from the two output circuit smaller than a difference between outputs from at least one of the first output circuit and the second output circuit when the voltage to be supplied is not adjusted; It is characterized by having.

このような固体撮像装置において、前記出力回路それぞれが、前記画素から出力される前記電気信号をサンプルホールドするサンプルホールド部を備えるとともに、前記有効画素及び前記無効画素それぞれに接続された前記出力回路において、前記サンプルホールド部に供給される参照電圧を異なる電圧値とするものとしても構わない。又、前記無効画素それぞれに接続された前記出力回路に対して、所定の電圧値となる直流電圧を強制的に入力するものとしても構わない。   In such a solid-state imaging device, each of the output circuits includes a sample hold unit that samples and holds the electrical signal output from the pixel, and the output circuit connected to each of the effective pixel and the invalid pixel. The reference voltage supplied to the sample hold unit may have a different voltage value. Further, a DC voltage having a predetermined voltage value may be forcibly input to the output circuit connected to each invalid pixel.

これらの固体撮像装置において、前記各画素の前記光電変換部において、入射光量に対して線形的に変化する前記電気信号を出力するものとしても構わないし、前記各画素の前記光電変換部において、入射光量に対して自然対数的に変化する前記電気信号を出力するものとしても構わない。   In these solid-state imaging devices, the photoelectric conversion unit of each pixel may output the electrical signal that linearly changes with respect to the amount of incident light. In the photoelectric conversion unit of each pixel, The electric signal that changes logarithmically with respect to the amount of light may be output.

更に、垂直方向に隣接した複数の画素と水平方向に隣接した複数の画素とを1つの群単位とし、前記群単位毎に前記光電変換部を、(a)全ての画素について結合する、(b)垂直方向に並ぶ全ての画素について結合する、及び、(c)水平方向に並ぶ全ての画素について結合する、のいずれかに切り換え可能であり、前記光電変換部が結合された画素のうちの1画素の前記信号出力部より前記電気信号を出力するものとしても構わない。   Further, a plurality of pixels adjacent in the vertical direction and a plurality of pixels adjacent in the horizontal direction are set as one group unit, and the photoelectric conversion unit is combined for each of the group units (a) for all the pixels. One of the pixels to which the photoelectric conversion unit is combined can be switched to any one of (1) combining all the pixels arranged in the vertical direction, and (c) combining all the pixels arranged in the horizontal direction. The electric signal may be output from the signal output unit of the pixel.

本発明によると、有効画素及び無効画素それぞれに対して異なる電圧値となる直流電圧を供給するため、水平方向に隣接する有効画素及び無効画素それぞれから出力される電気信号の信号レベルの差を小さくすることができる。よって、各画素より出力される電気信号による画像信号の振幅を小さくすることができるため、固体撮像装置が多画素化して画像信号が高周波信号となる場合においても、後段の回路において応答可能とすることができる。   According to the present invention, since a DC voltage having a different voltage value is supplied to each of the effective pixel and the invalid pixel, the difference in signal level between the electric signals output from the effective pixel and the invalid pixel adjacent in the horizontal direction is reduced. can do. Therefore, since the amplitude of the image signal by the electrical signal output from each pixel can be reduced, even when the solid-state imaging device has a large number of pixels and the image signal becomes a high-frequency signal, the subsequent circuit can respond. be able to.

又、有効画素及び無効画素それぞれに接続される出力回路に対して異なる電圧値となる直流電圧を供給するため、水平方向に隣接する有効画素及び無効画素それぞれから出力される電気信号の信号レベルの差を小さくすることができる。よって、同様に、各画素より出力される電気信号による画像信号の振幅を小さくすることができ、高周波信号となる画像信号に対しても、後段の回路において応答可能とすることができる。更に、出力回路に与える直流電圧の電圧値を異なるものとするため、有効画素及び無効画素の画素構成を同一とすることができ、又、有効画素及び無効画素を同様に動作させることができる。   Further, in order to supply direct current voltages having different voltage values to the output circuits connected to the effective pixels and the ineffective pixels, the signal levels of the electric signals output from the effective pixels and the ineffective pixels adjacent to each other in the horizontal direction. The difference can be reduced. Therefore, similarly, the amplitude of the image signal by the electric signal output from each pixel can be reduced, and the subsequent circuit can respond to the image signal that becomes a high-frequency signal. Furthermore, since the voltage values of the DC voltage applied to the output circuit are different, the pixel configurations of the effective pixel and the invalid pixel can be made the same, and the effective pixel and the invalid pixel can be operated in the same manner.

本発明の実施形態について、図面を参照して以下に説明する。図1は、以下の各実施形態で共通となる固体撮像装置の構成を示すブロック図である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a solid-state imaging device that is common to the following embodiments.

図1の固体撮像装置は、複数の画素がマトリクス状に配置された固体撮像素子1と、固体撮像素子1を垂直方向に走査するための信号を出力する垂直走査回路2と、固体撮像素子1を水平方向に走査するための信号を出力する水平走査回路3と、後述する固体撮像素子1における各画素内の光電変換部の結合制御を行う結合制御回路4と、各画素の光電変換部と信号出力部との接続を制御する画素出力制御回路5と、垂直走査回路2及び水平走査回路3及び結合制御回路4及び画素出力制御回路5それぞれの動作タイミングを設定するためのタイミング信号を与えるタイミングジェネレータ6と、を備える。又、図1には図示していないが、固体撮像素子1からの電気信号を増幅して装置外部に出力する出力アンプも備える。   The solid-state imaging device of FIG. 1 includes a solid-state imaging device 1 in which a plurality of pixels are arranged in a matrix, a vertical scanning circuit 2 that outputs a signal for scanning the solid-state imaging device 1 in the vertical direction, and the solid-state imaging device 1. A horizontal scanning circuit 3 that outputs a signal for scanning the image in the horizontal direction, a coupling control circuit 4 that controls coupling of photoelectric conversion units in each pixel in the solid-state imaging device 1 described later, and a photoelectric conversion unit of each pixel The pixel output control circuit 5 for controlling the connection with the signal output unit, and the timing for giving the timing signals for setting the operation timings of the vertical scanning circuit 2, the horizontal scanning circuit 3, the coupling control circuit 4 and the pixel output control circuit 5, respectively. And a generator 6. Although not shown in FIG. 1, an output amplifier that amplifies an electrical signal from the solid-state imaging device 1 and outputs the amplified signal to the outside of the apparatus is also provided.

このような構成の固体撮像装置によると、固体撮像素子1に対して垂直走査回路2及び水平走査回路3にタイミングジェネレータ6からのタイミング信号に同期した信号を与えることで、固体撮像素子1の各画素の光電変換部への入射光量に応じた電気信号が順に出力アンプに出力される。そして、出力アンプにおいて、各画素の出力となる電気信号が増幅されて画像信号として装置外部に出力される。   According to the solid-state imaging device having such a configuration, each of the solid-state imaging device 1 is provided with a signal synchronized with the timing signal from the timing generator 6 to the vertical scanning circuit 2 and the horizontal scanning circuit 3 to the solid-state imaging device 1. An electrical signal corresponding to the amount of light incident on the photoelectric conversion unit of the pixel is sequentially output to the output amplifier. Then, in the output amplifier, the electric signal that is output from each pixel is amplified and output to the outside of the apparatus as an image signal.

結合制御回路4からは、固体撮像素子1に対して、水平方向に隣接したa個(aは2以上の整数)の画素の光電変換部の結合を制御する信号φShと、垂直方向に隣接したb個(bは1以上の整数)の画素の光電変換部の結合を制御する信号φSvとが、与えられる。この信号φSh,φSvの組合せによって、結合される画素が特定され、これにより結合される画素数も決定される。即ち、信号φSh,φSvを発生する結合制御回路4と後述するスイッチSaとで、各群内の少なくとも一組の画素についてそれぞれの光電変換部を結合状態と非結合状態とで切り換えるための切換手段を構成している。   The coupling control circuit 4 is adjacent to the solid-state imaging device 1 in the vertical direction with a signal φSh that controls the coupling of photoelectric conversion units of a pixels (a is an integer of 2 or more) adjacent in the horizontal direction. A signal φSv for controlling coupling of photoelectric conversion units of b pixels (b is an integer of 1 or more) is provided. The combined pixels are specified by the combination of the signals φSh and φSv, and the number of combined pixels is thereby determined. That is, switching means for switching the photoelectric conversion units between the coupled state and the uncoupled state for at least one set of pixels in each group by the coupling control circuit 4 that generates the signals φSh and φSv and a switch Sa described later. Is configured.

又、結合制御回路4からは結合される画素を示す信号が画素出力制御回路5に与えられる。この結合制御回路4からの信号が与えられる画素出力制御回路5は、信号φSh,φSvの組合せによって結合されるa×b個の画素群を1つの群単位とし、各群単位毎に同一位置に配置される各画素のフォトダイオードと他の素子との電気的な接続を接離するためのa×b種類の信号φS11〜Sabを固体撮像素子1に出力する。   A signal indicating a pixel to be combined is supplied from the combination control circuit 4 to the pixel output control circuit 5. The pixel output control circuit 5 to which the signal from the coupling control circuit 4 is given has a × b pixel groups coupled by a combination of the signals φSh and φSv as one group unit, and is placed at the same position for each group unit. The a × b type signals φS11 to Sab for connecting / separating the electrical connection between the photodiode of each pixel to be arranged and another element are output to the solid-state imaging element 1.

固体撮像素子1内の各画素がPチャネルのMOSトランジスタで構成される場合、ローとなる信号φShが結合制御回路4から固体撮像素子1に与えられると、固体撮像素子1における水平方向に隣接したa個の画素の光電変換部が結合され、又、ローとなる信号φSvが結合制御回路4から固体撮像素子1に与えられるとき、固体撮像素子1における垂直方向に隣接したb個の画素の光電変換部が結合される。又、ローとなる信号φSxy(1≦x≦a、1≦y≦b)が画素出力制御回路5から固体撮像素子1に与えられるとき、各群単位毎にx行y列の位置に配置される画素の光電変換部と信号出力部とが電気的に接続され、当該画素の光電変換部で生成された電気信号が信号出力部より出力可能な状態とされる。   When each pixel in the solid-state imaging device 1 is configured by a P-channel MOS transistor, when the signal φSh that is low is supplied from the coupling control circuit 4 to the solid-state imaging device 1, the solid-state imaging device 1 is adjacent in the horizontal direction. When the photoelectric conversion units of a pixels are combined and a low signal φSv is given from the coupling control circuit 4 to the solid-state imaging device 1, the photoelectric conversion of b pixels adjacent in the vertical direction in the solid-state imaging device 1 is performed. The conversion units are combined. Further, when a low signal φSxy (1 ≦ x ≦ a, 1 ≦ y ≦ b) is given from the pixel output control circuit 5 to the solid-state imaging device 1, it is arranged at the position of x rows and y columns for each group unit. The photoelectric conversion unit and the signal output unit of the pixel are electrically connected, and the electrical signal generated by the photoelectric conversion unit of the pixel can be output from the signal output unit.

このように構成される固体撮像装置における固体撮像素子1の構成とその動作について、以下の各実施形態において説明する。尚、図1に示す固体撮像装置の構成は、以下に示す各実施形態において共通の構成となる。   The configuration and operation of the solid-state imaging device 1 in the solid-state imaging device configured as described above will be described in the following embodiments. The configuration of the solid-state imaging device shown in FIG. 1 is a common configuration in the following embodiments.

<第1の実施形態>
本発明の第1の実施形態について、図面を参照して説明する。図2は、本実施形態における固体撮像素子の内部構成を示すブロック図である。尚、本実施形態では、1行2列の画素群を1つの群単位とする。本実施形態では、垂直方向に光電変換部が結合することがないため、結合制御回路4からは信号φShのみが出力される。
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of the solid-state imaging device in the present embodiment. In this embodiment, a pixel group of 1 row and 2 columns is set as one group unit. In the present embodiment, since the photoelectric conversion unit is not coupled in the vertical direction, only the signal φSh is output from the coupling control circuit 4.

図2の固体撮像素子1は、画素G11,G21の2画素と画素G11,G21内の光電変換部の電気的な接離を行うスイッチSaとで構成される群単位U11〜Umnがn行m列のマトリクス状に配置される。そして、信号線11a−1〜11a−m,11b−1〜11b−mが、列毎に設置される。信号線11a−1,11a−2,…,11a−mそれぞれに群単位U11〜U1n,U21〜U2n,…,Um1〜Umnそれぞれの画素G11が接続されるとともに、信号線11b−1,11b−2,…,11b−mそれぞれに群単位U11〜U1n,U21〜U2n,…,Um1〜Umnそれぞれの画素G21が接続される。   In the solid-state imaging device 1 of FIG. 2, the group units U11 to Umn that are composed of two pixels G11 and G21 and a switch Sa that electrically connects and separates the photoelectric conversion units in the pixels G11 and G21 include n rows m. Arranged in a matrix of columns. The signal lines 11a-1 to 11a-m and 11b-1 to 11b-m are installed for each column. .., 11a-m are connected to the pixels G11 of the group units U11 to U1n, U21 to U2n,..., Um1 to Umn, respectively, and the signal lines 11b-1, 11b- , 11b-m are connected to the respective pixel G21 of the group units U11 to U1n, U21 to U2n,..., Um1 to Umn.

又、信号線11a−1〜11a−m,11b−1〜11b−mのそれぞれには、MOSトランジスタQ1a−1〜Q1a−m,Q1b−1〜Q1b−mそれぞれのソースと、スイッチSHa−1〜SHa−m,SHb−1〜SHb−mそれぞれの一端とが接続される。そして、スイッチSHa−1〜SHa−m,SHb−1〜SHb−mそれぞれの他端には、一端に直流電圧VPSが印加されたキャパシタCa−1〜Ca−m,Cb−1〜Cb−mそれぞれの他端と、MOSトランジスタQ2a−1〜Q2a−m,Q2b−1〜Q2b−mそれぞれのゲートとが接続される。   The signal lines 11a-1 to 11a-m and 11b-1 to 11b-m are connected to the sources of the MOS transistors Q1a-1 to Q1a-m and Q1b-1 to Q1b-m, and the switch Sha-1. To one end of each of ~ SHa-m and SHb-1 to SHb-m. The switches SHa-1 to SHa-m, SHb-1 to SHb-m are respectively connected to capacitors Ca-1 to Ca-m, Cb-1 to Cb-m having a DC voltage VPS applied to one end. The other ends are connected to the gates of the MOS transistors Q2a-1 to Q2a-m and Q2b-1 to Q2b-m.

更に、MOSトランジスタQ2a−1〜Q2a−m,Q2b−1〜Q2b−mそれぞれのソースに、MOSトランジスタQ3a−1〜Q3a−m,Q3b−1〜Q3b−mそれぞれのドレインが接続され、このMOSトランジスタQ3a−1〜Q3a−m,Q3b−1〜Q3b−mそれぞれのソースに、最終的な出力信号線12を介して、MOSトランジスタQ4のドレインが接続される。このとき、MOSトランジスタQ1a−1〜Q1a−m,Q1b−1〜Q1b−m,Q4それぞれのソースに直流電圧VPSが印加されるとともに、MOSトランジスタQ2a−1〜Q2a−m,Q2b−1〜Q2b−mそれぞれのドレインに直流電圧VPDが印加される。   Further, the drains of the MOS transistors Q3a-1 to Q3a-m and Q3b-1 to Q3b-m are connected to the sources of the MOS transistors Q2a-1 to Q2a-m and Q2b-1 to Q2b-m, respectively. The drain of the MOS transistor Q4 is connected to the sources of the transistors Q3a-1 to Q3a-m and Q3b-1 to Q3b-m via the final output signal line 12. At this time, the DC voltage VPS is applied to the sources of the MOS transistors Q1a-1 to Q1a-m, Q1b-1 to Q1b-m, Q4, and the MOS transistors Q2a-1 to Q2a-m, Q2b-1 to Q2b. -DC voltage VPD is applied to each drain.

又、MOSトランジスタQ1a−1〜Q1a−m,Q1b−1〜Q1b−m,Q4それぞれのゲートに直流電圧VGが印加される。又、MOSトランジスタQ3a−1〜Q3a−m,Q3b−1〜Q3b−mのゲートが、水平走査回路2と接続される。尚、MOSトランジスタQ1a−1〜Q1a−m,Q1b−1〜Q1b−m,Q2a−1〜Q2a−m,Q2b−1〜Q2b−m,Q3a−1〜Q3a−m,Q3b−1〜Q3b−m,Q4はそれぞれ、PチャネルのMOSトランジスタである。   The DC voltage VG is applied to the gates of the MOS transistors Q1a-1 to Q1a-m, Q1b-1 to Q1b-m, and Q4. The gates of the MOS transistors Q3a-1 to Q3a-m and Q3b-1 to Q3b-m are connected to the horizontal scanning circuit 2. MOS transistors Q1a-1 to Q1a-m, Q1b-1 to Q1b-m, Q2a-1 to Q2a-m, Q2b-1 to Q2b-m, Q3a-1 to Q3a-m, Q3b-1 to Q3b- m and Q4 are P-channel MOS transistors, respectively.

このように固体撮像素子1が構成されることで、ゲート及びソースに直流電圧が印加されるMOSトランジスタQ1a−1〜Q1a−m,Q1b−1〜Q1b−mは抵抗又は定電流源と等価であり、群単位U11〜Umnの画素G11,G21内の後述するMOSトランジスタT3とソースフォロワ型の増幅回路を構成する。よって、スイッチSHa−1〜SHa−m,SHb−1〜SHb−mをONとすることで、MOSトランジスタQ1a−1〜Q1a−m,Q1b−1〜Q1b−mのドレインに現れる出力電圧が、1行分の各画素の増幅された画像信号として、キャパシタCa−1〜Ca−m,Cb−1〜Cb−mにサンプルホールドされる。   By configuring the solid-state imaging device 1 in this way, the MOS transistors Q1a-1 to Q1a-m and Q1b-1 to Q1b-m in which a DC voltage is applied to the gate and source are equivalent to resistors or constant current sources. A MOS transistor T3 (to be described later) in the pixels G11 and G21 of the group units U11 to Umn and a source follower type amplifier circuit are configured. Therefore, by turning on the switches SHa-1 to SHa-m and SHb-1 to SHb-m, the output voltage appearing at the drains of the MOS transistors Q1a-1 to Q1a-m and Q1b-1 to Q1b-m The amplified image signals of each pixel for one row are sampled and held in the capacitors Ca-1 to Ca-m and Cb-1 to Cb-m.

又、水平走査回路2によってMOSトランジスタQ3a−1,Q3b−1,Q3a−2,Q3b−2,…,Q3a−m,Q3b−mのゲートに順に信号を与えてONとすることで、各MOSトランジスタのドレインを順にMOSトランジスタQ4のソースに接続する。このとき、ゲート及びソースに直流電圧が印加されるMOSトランジスタQ4は抵抗又は定電流源と等価であり、MOSトランジスタQ2a−1〜Q2a−m,Q2b−1〜Q2b−mそれぞれとソースフォロワ型の増幅回路を構成する。よって、キャパシタCa−1〜Ca−m,Cb−1〜Cb−mにサンプルホールドされた出力電圧が増幅されて出力信号線12より順に画像信号として外部に出力される。   Further, each of the MOS transistors Q3a-1, Q3b-1, Q3a-2, Q3b-2,..., Q3a-m, Q3b-m is sequentially turned on by applying a signal to the gates of the MOS transistors Q3a-1, Q3b-1, Q3b-2,. The drain of the transistor is sequentially connected to the source of the MOS transistor Q4. At this time, the MOS transistor Q4 in which a DC voltage is applied to the gate and the source is equivalent to a resistor or a constant current source, and each of the MOS transistors Q2a-1 to Q2a-m and Q2b-1 to Q2b-m is a source follower type. An amplifier circuit is configured. Therefore, the output voltages sampled and held in the capacitors Ca-1 to Ca-m and Cb-1 to Cb-m are amplified and sequentially output from the output signal line 12 to the outside as image signals.

このような構成の固体撮像素子1における各群単位Ukl内に備えられた画素G11,G21の構成を図3に示す。尚、画素G11,G21は互いにほぼ等価な回路構成となる。この図3の画素G11,G21それぞれにおいて、pnフォトダイオードPDが感光素子として働く。このフォトダイオードPDのアノードが、MOSトランジスタT7のドレインと接続され、MOSトランジスタT7のソースが、MOSトランジスタT1のゲート及びドレイン、MOSトランジスタT2のゲートに接続されている。MOSトランジスタT2のソースに、一端に直流電圧VPSが印加されたキャパシタC1の他端が接続される。キャパシタC1とMOSトランジスタT2のソースとの接続ノードに、MOSトランジスタT5のドレイン及びMOSトランジスタT8のドレインが接続される。   FIG. 3 shows the configuration of the pixels G11 and G21 provided in each group unit Ukl in the solid-state imaging device 1 having such a configuration. The pixels G11 and G21 have substantially equivalent circuit configurations. In each of the pixels G11 and G21 in FIG. 3, the pn photodiode PD functions as a photosensitive element. The anode of the photodiode PD is connected to the drain of the MOS transistor T7, and the source of the MOS transistor T7 is connected to the gate and drain of the MOS transistor T1 and the gate of the MOS transistor T2. The other end of the capacitor C1 to which the DC voltage VPS is applied at one end is connected to the source of the MOS transistor T2. The drain of the MOS transistor T5 and the drain of the MOS transistor T8 are connected to a connection node between the capacitor C1 and the source of the MOS transistor T2.

又、MOSトランジスタT5のソースには、一端に信号φVDが与えられたキャパシタC2の他端と、MOSトランジスタT4のゲート及びMOSトランジスタT6のドレインとが接続される。このMOSトランジスタT4のソースにはMOSトランジスタT3のドレインが接続され、MOSトランジスタT3のソースは信号線11a,11b(図2の信号線11a−1〜11a−m,11b−1〜11b−mに対応する)へ接続されている。更に、フォトダイオードPDのカソード及びMOSトランジスタT2,T4のドレインには直流電圧VPDが印加される。一方、MOSトランジスタT1のソースには信号φVPSが入力される。又、MOSトランジスタT3,T5,T8,T6のゲートに、信号φV,φSW,φRSa,φRSbがそれぞれ入力される。尚、MOSトランジスタT1〜T8は、それぞれ、PチャネルのMOSトランジスタである。   The source of the MOS transistor T5 is connected to the other end of the capacitor C2 to which the signal φVD is applied at one end, the gate of the MOS transistor T4, and the drain of the MOS transistor T6. The source of the MOS transistor T4 is connected to the drain of the MOS transistor T3, and the source of the MOS transistor T3 is connected to the signal lines 11a and 11b (signal lines 11a-1 to 11a-m, 11b-1 to 11b-m in FIG. 2). Connected to the corresponding). Further, a DC voltage VPD is applied to the cathode of the photodiode PD and the drains of the MOS transistors T2 and T4. On the other hand, the signal φVPS is input to the source of the MOS transistor T1. Further, signals φV, φSW, φRSa, and φRSb are input to the gates of the MOS transistors T3, T5, T8, and T6, respectively. The MOS transistors T1 to T8 are P-channel MOS transistors, respectively.

このように構成された画素において、MOSトランジスタT3及び出力信号線11a,11bを介して、MOSトランジスタQa,Qbのドレイン(図2のMOSトランジスタQ1a−1〜Q1a−m,Q1b−1〜Q1b−mに相当する)が、MOSトランジスタT4のソースに接続される。よって、MOSトランジスタT3がONのとき、MOSトランジスタT4はソースフォロワのMOSトランジスタとして動作し、MOSトランジスタQa,Qbの増幅回路によって増幅された電圧信号を信号線11a,11bに出力する。   In the pixel thus configured, the drains of the MOS transistors Qa and Qb (MOS transistors Q1a-1 to Q1a-m, Q1b-1 to Q1b- in FIG. 2) are connected via the MOS transistor T3 and the output signal lines 11a and 11b. (corresponding to m) is connected to the source of the MOS transistor T4. Therefore, when the MOS transistor T3 is ON, the MOS transistor T4 operates as a source follower MOS transistor, and outputs voltage signals amplified by the amplifier circuits of the MOS transistors Qa and Qb to the signal lines 11a and 11b.

これらの共通の構成を備える画素G11,G21において、MOSトランジスタT7に与える制御信号及びMOSトランジスタT6,T8のソースに与える電圧を異なるものとする。即ち、画素G11において、MOSトランジスタT7のゲートに信号φS11を与えるとともに、MOSトランジスタT6,T8のソースに直流電圧VPSに近い値となる直流電圧VRSを印加し、又、画素G21において、MOSトランジスタT7のゲートに信号φS21を与えるとともに、MOSトランジスタT6,T8のソースに信号φVRSを印加する。   In the pixels G11 and G21 having these common configurations, the control signal applied to the MOS transistor T7 and the voltage applied to the sources of the MOS transistors T6 and T8 are different. That is, in the pixel G11, the signal φS11 is given to the gate of the MOS transistor T7, the DC voltage VRS that is close to the DC voltage VPS is applied to the sources of the MOS transistors T6 and T8, and the MOS transistor T7 in the pixel G21. The signal φS21 is applied to the gate of the transistor and the signal φVRS is applied to the sources of the MOS transistors T6 and T8.

この画素G11,G21において、フォトダイオードPD及びMOSトランジスタT1,T7によって光電変換部が構成されるとともに、その他の素子となるMOSトランジスタT2〜T6,T8及びキャパシタC1,C2によって信号出力部が構成される。画素間には、画素G11のフォトダイオードPDのアノードにドレインが接続されるとともに画素G21のフォトダイオードPDのアノードにソースが接続されるMOSトランジスタT9を備える。このMOSトランジスタT9もPチャネルのMOSトランジスタであり、そのゲートに信号φShが与えられることで、前述のスイッチSaとして動作する。   In the pixels G11 and G21, the photodiode PD and the MOS transistors T1 and T7 constitute a photoelectric conversion unit, and the other MOS transistors T2 to T6 and T8 and the capacitors C1 and C2 constitute a signal output unit. The Between the pixels, there is provided a MOS transistor T9 having a drain connected to the anode of the photodiode PD of the pixel G11 and a source connected to the anode of the photodiode PD of the pixel G21. The MOS transistor T9 is also a P-channel MOS transistor, and operates as the above-described switch Sa when a signal φSh is applied to its gate.

尚、信号線への信号読み出しを行うための画素内スイッチの制御信号φVは垂直走査回路2によって与えられ、又、出力回路内スイッチQ3は水平走査回路3によって制御されるが、これ以外の信号φVRS,φRSb,φRSa,φVD,φVPS,φSWなどの各種信号は垂直走査回路2や水平走査回路3から与えるようにしても構わないし、別途電源から供給するようにしても構わない。これは、後の実施形態についても同様である。   Note that the control signal φV for the intra-pixel switch for reading the signal to the signal line is given by the vertical scanning circuit 2, and the output circuit switch Q 3 is controlled by the horizontal scanning circuit 3. Various signals such as φVRS, φRSb, φRSa, φVD, φVPS, and φSW may be supplied from the vertical scanning circuit 2 or the horizontal scanning circuit 3, or may be supplied from a separate power source. The same applies to later embodiments.

このように固体撮像素子1が構成されるとき、群単位U11〜Umnそれぞれを構成する画素G11,G21内のMOSトランジスタT7のゲートに与える信号φS11,φS21の値が画素出力制御回路5によって切り換えられるとともに、群単位U11〜Umnそれぞれに設けられるMOSトランジスタT9のゲートに与える信号φShの値が結合制御回路4によって切り換えられることによって、読み出される水平方向の有効画素数が切り換えられる。即ち、MOSトランジスタT7,T9及びこれらの制御信号φS11,φS21,φShによって、選択した有効画素の信号出力部から電気信号を出力させるための選択手段が構成されており、信号φS11,φS21,φShそれぞれの値を切り換えることで、水平方向の解像度が設定される。以下に、このような固体撮像素子1を備える固体撮像装置の動作について以下に説明する。   When the solid-state imaging device 1 is configured in this way, the values of the signals φS11 and φS21 given to the gates of the MOS transistors T7 in the pixels G11 and G21 constituting the group units U11 to Umn are switched by the pixel output control circuit 5. At the same time, the value of the signal φSh given to the gate of the MOS transistor T9 provided in each of the group units U11 to Umn is switched by the coupling control circuit 4, whereby the number of horizontal effective pixels to be read is switched. That is, the MOS transistors T7, T9 and their control signals φS11, φS21, φSh constitute selection means for outputting an electric signal from the signal output unit of the selected effective pixel, and the signals φS11, φS21, φSh, respectively. The horizontal resolution is set by switching the value of. Below, operation | movement of a solid-state imaging device provided with such a solid-state image sensor 1 is demonstrated below.

尚、信号φVPSは2値の電圧信号で、入射光量が所定値を超えたときにMOSトランジスタT1をサブスレッショルド領域で動作させるための電圧をローとし、この電圧よりも高くローの信号φVPSを与えた時よりも大きい電流がMOSトランジスタT2に流れうるようにする電圧をハイとする。又、信号φVDも2値の電圧信号で、キャパシタC2を積分動作させる際の電圧値をVHとし、画像信号読み出し時の電圧値を積分動作時よりも低いVLとする。又、信号φVRSも2値の電圧信号で、直流電圧VRSと等しい電圧値をVhとし、この電圧値Vhよりも低い電圧値をVlとする。   The signal φVPS is a binary voltage signal. When the amount of incident light exceeds a predetermined value, the voltage for operating the MOS transistor T1 in the subthreshold region is set to low, and a signal φVPS higher than this voltage is given. The voltage that allows a larger current to flow through the MOS transistor T2 is set to high. The signal φVD is also a binary voltage signal, the voltage value when the capacitor C2 is integrated is VH, and the voltage value when the image signal is read is VL lower than that during the integration operation. The signal φVRS is also a binary voltage signal, a voltage value equal to the DC voltage VRS is set to Vh, and a voltage value lower than the voltage value Vh is set to Vl.

1.全画素読み出し
画素結合を行うことなくそれぞれの画素出力を読み出す場合(本明細書では「全画素読み出し」と呼ぶ)は、結合制御回路4によって、ハイとなる信号φShが、固体撮像素子1の群単位U11〜UmnそれぞれにおけるMOSトランジスタT9のゲートに与えられて、MOSトランジスタT9がOFFとされる。又、画素出力制御回路5によって、信号φS11,φS21それぞれの切換タイミングを同一のタイミングとし、固体撮像素子1の群単位U11〜Umnそれぞれにおける画素G11,G21内のMOSトランジスタT7を同一のタイミングで動作させる。更に、信号φVRSをVhとしてその電圧値を直流電圧VRSと等しい値として、固体撮像素子1の群単位U11〜Umnそれぞれにおける画素G11,G21内のMOSトランジスタT6,T8のソースに与える。
1. All-pixel readout When reading out each pixel output without performing pixel combination (referred to as “all-pixel readout” in this specification), a signal φSh that is set to high by the coupling control circuit 4 Given to the gate of the MOS transistor T9 in each of the units U11 to Umn, the MOS transistor T9 is turned off. Further, the pixel output control circuit 5 sets the switching timings of the signals φS11 and φS21 to the same timing, and operates the MOS transistors T7 in the pixels G11 and G21 in the group units U11 to Umn of the solid-state imaging device 1 at the same timing. Let Further, the signal φVRS is set to Vh, and the voltage value is made equal to the DC voltage VRS, and is given to the sources of the MOS transistors T6 and T8 in the pixels G11 and G21 in the group units U11 to Umn of the solid-state imaging device 1, respectively.

この群単位U11〜Umnそれぞれの画素G11,G21による撮像動作について、図面を参照して以下に説明する。尚、図4は、図3のように群単位U11〜Umnそれぞれを構成する画素G11,G21に与えられる各信号の変遷を示すタイミングチャートである。   The imaging operation by the pixels G11 and G21 of the group units U11 to Umn will be described below with reference to the drawings. FIG. 4 is a timing chart showing the transition of each signal applied to the pixels G11 and G21 constituting the group units U11 to Umn as shown in FIG.

図3の画素G11,G21において撮像動作が行われるとき、信号φS11,φS21をローとしてMOSトランジスタT7をONとするとともに信号φVPSをローとすることによって、フォトダイオードPDより入射光量に応じた光電荷がMOSトランジスタT1に流れ込む。よって、画素G11,G21のMOSトランジスタT1,T2のゲートに入射光量に応じた電圧が現れ、MOSトランジスタT2を入射光量に応じた電流が流れる。このとき、信号φRSa,φSWそれぞれをハイとして、画素G11,G21それぞれのMOSトランジスタT5,T8をOFFとするため、キャパシタC1にMOSトランジスタT2を通じて負の電荷が流れ込み、積分動作が行われる。   When an imaging operation is performed in the pixels G11 and G21 in FIG. 3, the signals φS11 and φS21 are set low to turn on the MOS transistor T7 and the signal φVPS is set to low, so that the photocharge corresponding to the amount of incident light is received from the photodiode PD. Flows into the MOS transistor T1. Therefore, a voltage corresponding to the amount of incident light appears at the gates of the MOS transistors T1 and T2 of the pixels G11 and G21, and a current corresponding to the amount of incident light flows through the MOS transistor T2. At this time, since the signals φRSa and φSW are set to high and the MOS transistors T5 and T8 of the pixels G11 and G21 are turned off, negative charge flows into the capacitor C1 through the MOS transistor T2, and an integration operation is performed.

このとき、被写体の輝度が低いと、MOSトランジスタT1がカットオフ状態であるために、MOSトランジスタT1のゲートに光電荷が蓄積され、MOSトランジスタT1,T2のゲートに入射光量に対して線形的に比例した電圧が現れる。そして、キャパシタC1とMOSトランジスタT2との接続ノードに現れる電圧が、入射光量の積分値に線形的に比例した値となる。又、被写体の輝度が高く、MOSトランジスタT1のゲートに蓄積された光電荷量に応じた電圧が低くなると、MOSトランジスタT1がサブスレッショルド領域で動作を行うため、入射光量に対して自然対数的に比例した電圧がMOSトランジスタT1のゲートに現れる。そして、キャパシタC1とMOSトランジスタT2との接続ノードに現れる電圧が、入射光量の積分値に自然対数的に比例した値となる。   At this time, if the luminance of the subject is low, the MOS transistor T1 is in a cut-off state, so that photocharge is accumulated at the gate of the MOS transistor T1, and linearly with respect to the incident light quantity at the gates of the MOS transistors T1 and T2. A proportional voltage appears. The voltage appearing at the connection node between the capacitor C1 and the MOS transistor T2 becomes a value linearly proportional to the integral value of the incident light quantity. When the luminance of the subject is high and the voltage corresponding to the amount of photocharge accumulated at the gate of the MOS transistor T1 is low, the MOS transistor T1 operates in the subthreshold region, so that the logarithm of the incident light amount is natural logarithmically. A proportional voltage appears at the gate of the MOS transistor T1. The voltage appearing at the connection node between the capacitor C1 and the MOS transistor T2 is a value that is naturally logarithmically proportional to the integrated value of the incident light quantity.

そして、信号φRSbをローとしてMOSトランジスタT6をONとすることで、MOSトランジスタT4のゲートとキャパシタC2との接続ノードの電圧をリセットした後、ローのパルス信号φSWを与えて、MOSトランジスタT5をONとする。このようにして、MOSトランジスタT5がONとなることで、MOSトランジスタT2のソースとキャパシタC1との接続ノードに現れる電圧がキャパシタC2にサンプルホールドされる。   Then, by setting the signal φRSb to low and turning on the MOS transistor T6, the voltage at the connection node between the gate of the MOS transistor T4 and the capacitor C2 is reset, and then a low pulse signal φSW is applied to turn on the MOS transistor T5. And Thus, when the MOS transistor T5 is turned on, the voltage appearing at the connection node between the source of the MOS transistor T2 and the capacitor C1 is sampled and held in the capacitor C2.

このようにして、MOSトランジスタT2のソースとキャパシタC1との接続ノードに現れる電圧をキャパシタC2にサンプルホールドすると、信号φSWをハイとする。その後、ローレベルのパルス信号φVを与えてMOSトランジスタT3をONとするとともに、信号φVDの電圧値をVHからVLに切り換える。このとき、MOSトランジスタT4において、キャパシタC2でサンプルホールドされた入射光量の積分値に応じた電圧に対応する電流が流れる。よって、信号線4a,4bそれぞれに、入射光量の積分値に線形的に又は自然対数的に比例した電圧値となる画素G11,G21それぞれの画像信号が現れる。   In this way, when the voltage appearing at the connection node between the source of the MOS transistor T2 and the capacitor C1 is sampled and held in the capacitor C2, the signal φSW becomes high. Thereafter, a low level pulse signal φV is applied to turn on the MOS transistor T3, and the voltage value of the signal φVD is switched from VH to VL. At this time, in the MOS transistor T4, a current corresponding to a voltage corresponding to the integrated value of the incident light quantity sampled and held by the capacitor C2 flows. Therefore, the image signals of the pixels G11 and G21 each having a voltage value linearly or logarithmically proportional to the integrated value of the incident light amount appear on the signal lines 4a and 4b, respectively.

その後、信号φVをハイとしてMOSトランジスタT3をOFFとするとともに信号φVDの電圧値をVHとした後、信号φS11,φS21をハイとしてMOSトランジスタT7をOFFとすることで、フォトダイオードPDとMOSトランジスタT1,T2との間を電気的に切断する。このとき、MOSトランジスタT1のソース側より正の電荷が流れ込み、MOSトランジスタT1のゲート及びドレイン、そしてMOSトランジスタT2のゲートに蓄積された負の電荷が再結合され、ある程度まで、MOSトランジスタT1のゲート及びドレインのポテンシャルが上がる。   Thereafter, the signal φV is set high to turn off the MOS transistor T3 and the voltage value of the signal φVD is set to VH. Then, the signals φS11 and φS21 are set high and the MOS transistor T7 is turned off, whereby the photodiode PD and the MOS transistor T1 are turned off. , T2 is electrically disconnected. At this time, positive charges flow from the source side of the MOS transistor T1, and the negative charges accumulated in the gate and drain of the MOS transistor T1 and the gate of the MOS transistor T2 are recombined, and to some extent, the gate of the MOS transistor T1. And the potential of the drain increases.

そして、次に、信号φVPSをハイにし、MOSトランジスタT1のソース電圧を高くすることで、MOSトランジスタT1のソース側から流入する正の電荷の量が増加し、MOSトランジスタT1のゲート及びドレイン、そしてMOSトランジスタT2のゲートに蓄積された負の電荷が速やかに再結合される。このとき、信号φRSaをローとして、MOSトランジスタT8をONにして、キャパシタC1とMOSトランジスタT2のゲートとの接続ノードの電圧を初期化する。   Then, by raising the signal φVPS and increasing the source voltage of the MOS transistor T1, the amount of positive charges flowing from the source side of the MOS transistor T1 increases, and the gate and drain of the MOS transistor T1 and The negative charges accumulated at the gate of the MOS transistor T2 are quickly recombined. At this time, the signal φRSa is set to low, the MOS transistor T8 is turned on, and the voltage at the connection node between the capacitor C1 and the gate of the MOS transistor T2 is initialized.

その後、信号φS11,φS21をローとしてMOSトランジスタT7をONとし、MOSトランジスタT1,T2とフォトダイオードPDとの間を電気的に接続する。そして、フォトダイオードPDに残留している負の電荷を再結合して、フォトダイオードPD及びMOSトランジスタT1,T2のポテンシャルを初期化した後、信号φVPSをローとするとともに信号φRSaをハイとして、次の撮像動作に備える。   Thereafter, the signals φS11 and φS21 are set to low to turn on the MOS transistor T7, and the MOS transistors T1 and T2 and the photodiode PD are electrically connected. Then, after negative charges remaining in the photodiode PD are recombined to initialize the potential of the photodiode PD and the MOS transistors T1 and T2, the signal φVPS is set low and the signal φRSa is set high. To prepare for the imaging operation.

このように各信号を画素G11,G21に与えることによって、画素G11,G21それぞれを有効画素として動作させることができる。このとき、群単位U11〜Um1,U12〜Um2,…,U1n〜Umnの順で、群単位U11〜Umnそれぞれを構成する画素G11,G21を動作させることで、行毎に画像信号を出力することができる。そして、スイッチSHa−1〜SHa−m,SHb−1〜SHb−mをONとすることで、画素G11,G21から出力される画像信号を、キャパシタCa−1〜Ca−m,Cb−1〜Cb−mに各行毎にサンプルホールドする。   Thus, by giving each signal to the pixels G11 and G21, each of the pixels G11 and G21 can be operated as an effective pixel. At this time, by operating the pixels G11 and G21 constituting the group units U11 to Umn in the order of the group units U11 to Um1, U12 to Um2, ..., U1n to Umn, an image signal is output for each row. Can do. Then, by turning on the switches SHa-1 to SHa-m and SHb-1 to SHb-m, the image signals output from the pixels G11 and G21 are converted to capacitors Ca-1 to Ca-m, Cb-1 to Sample hold for each row in Cb-m.

このようにして、キャパシタCa−1〜Ca−m,Cb−1〜Cb−mに1行分の画像信号がサンプルホールドされると、水平走査回路2によってMOSトランジスタQ3a−1,Q3b−1,Q3a−2,Q3b−2,…,Q3a−m,Q3b−mのゲートに順に信号を与えてONとする。このようにすることで、キャパシタCa−1〜Ca−m,Cb−1〜Cb−mにサンプルホールドされた1行分の画像信号が順番に増幅されて、各画素毎の画像信号として出力信号線12より出力される。   When the image signals for one row are sampled and held in the capacitors Ca-1 to Ca-m and Cb-1 to Cb-m in this way, the horizontal scanning circuit 2 causes the MOS transistors Q3a-1, Q3b-1, Signals are sequentially applied to the gates of Q3a-2, Q3b-2,..., Q3a-m, Q3b-m to turn it ON. In this way, the image signals for one row sampled and held in the capacitors Ca-1 to Ca-m and Cb-1 to Cb-m are sequentially amplified, and the output signal is output as an image signal for each pixel. Output from line 12.

2.水平方向2画素結合読み出し
各群内に含まれる複数画素のフォトダイオードを電気的に接続する場合(本明細書では、「画素結合読み出し」と呼ぶ)は、結合制御回路4によって、ローとなる信号φShが、固体撮像素子1の群単位U11〜UmnそれぞれにおけるMOSトランジスタT9のゲートに与えられて、MOSトランジスタT9がONとされる。又、画素出力制御回路5によって、信号φS21をハイとし、固体撮像素子1の群単位U11〜Umnそれぞれにおける画素G21内のMOSトランジスタT7をOFFとする。
2. Horizontal two-pixel combined readout When the photodiodes of a plurality of pixels included in each group are electrically connected (referred to as “pixel combined readout” in this specification), a signal that becomes low by the coupling control circuit 4 φSh is given to the gate of the MOS transistor T9 in each of the group units U11 to Umn of the solid-state imaging device 1, and the MOS transistor T9 is turned on. Further, the pixel output control circuit 5 sets the signal φS21 to high, and turns off the MOS transistor T7 in the pixel G21 in each of the group units U11 to Umn of the solid-state imaging device 1.

よって、画素G11,G21のフォトダイオードPDがMOSトランジスタT9を通じて電気的に接続され、2つのフォトダイオードPDで発生した光電荷が画素G11のMOSトランジスタT1に流れ込む。更に、信号φVRSをVlとしてその電圧値を直流電圧VRSよりも低い値として、固体撮像素子1の群単位U11〜Umnそれぞれにおける画素G21内のMOSトランジスタT6,T8のソースに与える。後の説明から明らかとなるが、この制御信号φVRSが無効画素に供給する電圧を調整するための画素供給電圧調整手段を構成する。   Therefore, the photodiodes PD of the pixels G11 and G21 are electrically connected through the MOS transistor T9, and the photoelectric charges generated by the two photodiodes PD flow into the MOS transistor T1 of the pixel G11. Further, the signal φVRS is set to Vl, and the voltage value is set to a value lower than the DC voltage VRS, and is given to the sources of the MOS transistors T6 and T8 in the pixel G21 in each of the group units U11 to Umn of the solid-state imaging device 1. As will be apparent from the following description, a pixel supply voltage adjusting means for adjusting the voltage supplied to the invalid pixel by the control signal φVRS is configured.

この群単位U11〜Umnそれぞれの画素G11,G21による撮像動作について、図面を参照して以下に説明する。尚、図5は、図3のように群単位U11〜Umnそれぞれを構成する画素G11,G21に与えられる各信号の変遷を示すタイミングチャートである。又、信号φS11,φS21,φVRS,φSh以外の信号については、画素G11,G21共通の信号となる。   The imaging operation by the pixels G11 and G21 of the group units U11 to Umn will be described below with reference to the drawings. FIG. 5 is a timing chart showing the transition of each signal applied to the pixels G11 and G21 constituting the group units U11 to Umn as shown in FIG. Further, signals other than the signals φS11, φS21, φVRS, and φSh are signals common to the pixels G11 and G21.

図3の画素G11,G21において撮像動作が行われるとき、信号φS11をローとして画素G11のMOSトランジスタT7をONとするとともに信号φVPSをローとする。このとき、信号φS21がハイであるとともに信号φShがローであるため、画素G21のMOSトランジスタT7がOFFであるとともにMOSトランジスタT9がONとなる。よって、画素G11,G21のフォトダイオードPDより入射光量に応じた光電荷が画素G11のMOSトランジスタT1に流れ込み、画素G11のMOSトランジスタT1,T2のゲートに入射光量に応じた電圧が現れ、画素G11のMOSトランジスタT2を入射光量に応じた電流が流れる。このとき、信号φRSa,φSWそれぞれをハイとしてMOSトランジスタT5,T8をOFFとし、画素G11のキャパシタC1にMOSトランジスタT2を通じて負の電荷が流れ込み、積分動作が行われる。   When an imaging operation is performed in the pixels G11 and G21 in FIG. 3, the signal φS11 is set low, the MOS transistor T7 of the pixel G11 is turned ON, and the signal φVPS is set low. At this time, since the signal φS21 is high and the signal φSh is low, the MOS transistor T7 of the pixel G21 is OFF and the MOS transistor T9 is ON. Therefore, photoelectric charges corresponding to the amount of incident light flow from the photodiode PD of the pixels G11 and G21 into the MOS transistor T1 of the pixel G11, and a voltage corresponding to the amount of incident light appears at the gates of the MOS transistors T1 and T2 of the pixel G11. Current corresponding to the amount of incident light flows through the MOS transistor T2. At this time, the signals φRSa and φSW are set high, the MOS transistors T5 and T8 are turned OFF, negative charges flow into the capacitor C1 of the pixel G11 through the MOS transistor T2, and an integration operation is performed.

そして、信号φRSbをローとして画素G11,G21のMOSトランジスタT6をONとすることで、MOSトランジスタT4のゲートとキャパシタC2との接続ノードの電圧をリセットする。このとき、画素G11において、MOSトランジスタT4のゲートとキャパシタC2との接続ノードの電圧が、MOSトランジスタT6のソースに与えられる直流電圧VRSに近い電圧値にリセットされる。又、画素G21において、MOSトランジスタT4のゲートとキャパシタC2との接続ノードの電圧が、MOSトランジスタT6のソースに与えられる直流電圧φVRSの電圧値Vlに応じた電圧値、即ち、直流電圧VRSよりも低い電圧値にリセットされる。   Then, by setting the signal φRSb to low and turning on the MOS transistors T6 of the pixels G11 and G21, the voltage at the connection node between the gate of the MOS transistor T4 and the capacitor C2 is reset. At this time, in the pixel G11, the voltage at the connection node between the gate of the MOS transistor T4 and the capacitor C2 is reset to a voltage value close to the DC voltage VRS applied to the source of the MOS transistor T6. In the pixel G21, the voltage at the connection node between the gate of the MOS transistor T4 and the capacitor C2 is higher than the voltage value corresponding to the voltage value Vl of the DC voltage φVRS applied to the source of the MOS transistor T6, that is, the DC voltage VRS. Reset to a lower voltage value.

その後、ローのパルス信号φSWを与えて、画素G11,G21のMOSトランジスタT5をONとする。このようにして、画素G11において、MOSトランジスタT5がONとなることで、MOSトランジスタT2のソースとキャパシタC1との接続ノードに現れる電圧がキャパシタC2にサンプルホールドされる。又、画素G21においては、キャパシタC2には、リセットされたときの電圧値が現れる。   Thereafter, a low pulse signal φSW is applied to turn on the MOS transistors T5 of the pixels G11 and G21. Thus, in the pixel G11, when the MOS transistor T5 is turned on, the voltage appearing at the connection node between the source of the MOS transistor T2 and the capacitor C1 is sampled and held in the capacitor C2. In addition, in the pixel G21, the voltage value at the time of reset appears in the capacitor C2.

そして、信号φSWをハイとすると、ローレベルのパルス信号φVを与えて画素G11,G21のMOSトランジスタT3をONとするとともに、信号φVDの電圧値をVHからVLに切り換える。このとき、画素G11では、MOSトランジスタT4において、キャパシタC2でサンプルホールドされた入射光量の積分値に応じた電圧に対応する電流が流れる。よって、信号線4aに、入射光量の積分値に線形的に又は自然対数的に比例した電圧値となる画素G11の画像信号が現れる。又、画素G21では、MOSトランジスタT4において、キャパシタC2のリセット後の電圧(直流電圧VRSよりも低い電圧)に対応する電流が流れる。よって、信号線4bに、直流電圧φVRSの電圧値Vlに応じた値となる画素G21の画像信号が現れる。   When the signal φSW is high, a low level pulse signal φV is applied to turn on the MOS transistors T3 of the pixels G11 and G21, and the voltage value of the signal φVD is switched from VH to VL. At this time, in the pixel G11, a current corresponding to a voltage corresponding to the integrated value of the incident light quantity sampled and held by the capacitor C2 flows in the MOS transistor T4. Therefore, an image signal of the pixel G11 having a voltage value linearly or naturally logarithmically proportional to the integral value of the incident light amount appears on the signal line 4a. In the pixel G21, a current corresponding to the reset voltage (voltage lower than the DC voltage VRS) of the capacitor C2 flows in the MOS transistor T4. Therefore, an image signal of the pixel G21 having a value corresponding to the voltage value Vl of the DC voltage φVRS appears on the signal line 4b.

その後、信号φVをハイとして画素G11,G21のMOSトランジスタT3をOFFとするとともに信号φVDの電圧値をVHとした後、信号φS11をハイとしてMOSトランジスタT7をOFFとすることで、画素G11のフォトダイオードPDとMOSトランジスタT1,T2との間を電気的に切断し、リセット動作を開始する。そして、次に、信号φVPSをハイにして、画素G11,G21のMOSトランジスタT1のゲート及びドレイン、そしてMOSトランジスタT2のゲートをリセットする。   Thereafter, the signal φV is set to high to turn off the MOS transistors T3 of the pixels G11 and G21, and the voltage value of the signal φVD is set to VH. Then, the signal φS11 is set to high and the MOS transistor T7 is turned off. The diode PD and the MOS transistors T1 and T2 are electrically disconnected, and the reset operation is started. Then, the signal φVPS is set to high to reset the gate and drain of the MOS transistor T1 and the gate of the MOS transistor T2 of the pixels G11 and G21.

このとき、信号φRSaをローとして、MOSトランジスタT8をONにして、キャパシタC1とMOSトランジスタT2のゲートとの接続ノードの電圧を初期化する。このようにすることで、画素G11において、MOSトランジスタT2のゲートとキャパシタC1との接続ノードの電圧が、MOSトランジスタT8のソースに与えられる直流電圧VRSに近い電圧値にリセットされる。又、画素G21において、MOSトランジスタT2のゲートとキャパシタC1との接続ノードの電圧が、MOSトランジスタT8のソースに与えられる直流電圧φVRSの電圧値Vlに応じた電圧値、即ち、直流電圧VRSよりも低い電圧値にリセットされる。   At this time, the signal φRSa is set to low, the MOS transistor T8 is turned on, and the voltage at the connection node between the capacitor C1 and the gate of the MOS transistor T2 is initialized. Thus, in the pixel G11, the voltage at the connection node between the gate of the MOS transistor T2 and the capacitor C1 is reset to a voltage value close to the DC voltage VRS applied to the source of the MOS transistor T8. In the pixel G21, the voltage at the connection node between the gate of the MOS transistor T2 and the capacitor C1 is higher than the voltage value corresponding to the voltage value Vl of the DC voltage φVRS applied to the source of the MOS transistor T8, that is, the DC voltage VRS. Reset to a lower voltage value.

その後、信号φS11をローとして、画素G11のMOSトランジスタT7をONとして、MOSトランジスタT1,T2とフォトダイオードPDとの間を電気的に接続する。このようにすることで、フォトダイオードPDに残留している負の電荷を再結合して、画素G11,G21のフォトダイオードPD及びMOSトランジスタT1,T2のポテンシャルを初期化した後、信号φVPSをローとするとともに信号φRSaをハイとして、次の撮像動作に備える。   Thereafter, the signal φS11 is set to low, the MOS transistor T7 of the pixel G11 is turned on, and the MOS transistors T1, T2 and the photodiode PD are electrically connected. In this way, the negative charge remaining in the photodiode PD is recombined to initialize the photodiode PD of the pixels G11 and G21 and the potentials of the MOS transistors T1 and T2, and then the signal φVPS is set to low. And the signal φRSa is set high to prepare for the next imaging operation.

このように各信号を画素G11,G21に与えることによって、画素G11を有効画素として動作させるとともに、画素G21を無効画素として動作させることができる。このとき、スイッチSHa−1〜SHa−m,SHb−1〜SHb−m及びMOSトランジスタQ3a−1〜Q3b−m,Q3b−1〜Q3b−mを、全画素読み出しのときと同様に動作させることで、各画素毎の画像信号が出力信号線12より出力される。このとき、図6に示すように、有効画素及び無効画素それぞれからの画像信号が交互に出力されるが、従来と比較して、無効画素において出力される画像信号の電圧値を低くすることができる。よって、有効画素の画像信号と無効画素の画像信号の信号レベルの差が小さくなり、固体撮像素子1から出力される画像信号の振幅を小さくすることができる。   Thus, by giving each signal to the pixels G11 and G21, the pixel G11 can be operated as an effective pixel, and the pixel G21 can be operated as an invalid pixel. At this time, the switches SHa-1 to SHa-m, SHb-1 to SHb-m, and the MOS transistors Q3a-1 to Q3b-m, Q3b-1 to Q3b-m are operated in the same manner as in the case of all pixel readout. Thus, an image signal for each pixel is output from the output signal line 12. At this time, as shown in FIG. 6, the image signals from the effective pixels and the invalid pixels are alternately output, but the voltage value of the image signal output from the invalid pixels can be lowered as compared with the conventional case. it can. Therefore, the difference in signal level between the effective pixel image signal and the invalid pixel image signal is reduced, and the amplitude of the image signal output from the solid-state imaging device 1 can be reduced.

<第2の実施形態>
本発明の第2の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、本実施形態における固体撮像素子の内部構成の概略については、第1の実施形態と同様、図2のような構成となる。又、図7は、本実施形態における固体撮像素子に備えられる各群単位Uklの内部構成を示す回路図である。又、本実施形態においても、1行2列の画素群を1つの群単位とする。
<Second Embodiment>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, about the outline of the internal structure of the solid-state image sensor in this embodiment, it becomes a structure like FIG. 2 similarly to 1st Embodiment. FIG. 7 is a circuit diagram showing an internal configuration of each group unit Ukl provided in the solid-state imaging device according to the present embodiment. Also in this embodiment, a pixel group of one row and two columns is set as one group unit.

図7に示す各群単位Ukl内に備えられた画素G11,G21は、図3と異なり、画素G21のMOSトランジスタT6,T8のソースに対して、信号φVRSの代わりに画素G11と同じく直流電圧VRSが与えられる。又、画素G21のキャパシタC2に対して、信号φVDの代わりに信号φVDxが与えられる。この信号φVDxは、3値の電圧信号であり、信号φVDと同様の電圧値VH,VLと、電圧値VLよりも低い値となる電圧値VLxとが切り換えられる。その他の構成については、図3の構成と同一の構成となるので、その詳細な説明は省略する。   Pixels G11 and G21 provided in each group unit Ukl shown in FIG. 7 are different from FIG. 3 in that the DC voltage VRS is applied to the sources of the MOS transistors T6 and T8 of the pixel G21 instead of the signal φVRS. Is given. Further, the signal φVDx is given to the capacitor C2 of the pixel G21 instead of the signal φVD. This signal φVDx is a ternary voltage signal, and is switched between voltage values VH and VL similar to the signal φVD and a voltage value VLx that is lower than the voltage value VL. The other configurations are the same as those shown in FIG. 3, and thus detailed description thereof is omitted.

このように固体撮像素子1が構成されるとき、第1の実施形態と同様、信号φS11,φS21の値が画素出力制御回路5によって切り換えられるとともに、信号φShの値が結合制御回路4によって切り換えられることによって、読み出される水平方向の有効画素数が切り換えられる。このようにして、第1の実施形態と同様にして、信号φS11,φS21,φShそれぞれの値を切り換えることで、全画素読み出し動作又は水平方向2画素結合読み出し動作が行われる。   When the solid-state imaging device 1 is configured in this way, the values of the signals φS11 and φS21 are switched by the pixel output control circuit 5 and the value of the signal φSh is switched by the coupling control circuit 4 as in the first embodiment. As a result, the number of effective pixels in the horizontal direction to be read is switched. In this way, as in the first embodiment, by switching the values of the signals φS11, φS21, and φSh, an all-pixel reading operation or a horizontal two-pixel combined reading operation is performed.

そして、全画素読み出し動作のときは、信号φVDxが、信号φVDと同様、2つの電圧値VH,VLの間で切り換えが行われ、又、水平方向2画素結合読み出し動作のときは、信号φVDxが、2つの電圧値VH,VLxの間で切り換えが行われる。尚、本実施形態における全画素読み出し動作時の各信号の切り換えタイミングが、図8のタイミングチャートで表されるとともに、又、水平方向2画素結合読み出し動作時の各信号の切り換えタイミングが、図9のタイミングチャートで表される。   When the all-pixel readout operation is performed, the signal φVDx is switched between the two voltage values VH and VL as in the case of the signal φVD. When the horizontal-direction two-pixel combined readout operation is performed, the signal φVDx is Switching between the two voltage values VH and VLx is performed. The switching timing of each signal during the all-pixel reading operation in this embodiment is shown in the timing chart of FIG. 8, and the switching timing of each signal during the horizontal two-pixel combined reading operation is shown in FIG. It is represented by the timing chart.

即ち、本実施形態において、第1の実施形態と同様、信号φS11,φS21の値を同一のタイミングで切り換えるとともに信号φShを常にハイとして、固体撮像素子1が全画素読み出し動作を行うとき、ローのパルス信号φVを与える間、信号φVDと同様、信号φVDxの電圧値をVHからVLに切り換える。このように、信号φVDxの電圧値をVHからVLに切り換える以外の各信号の動作タイミングについては、第1の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。   That is, in this embodiment, as in the first embodiment, when the values of the signals φS11 and φS21 are switched at the same timing and the signal φSh is always set to high, and the solid-state imaging device 1 performs the all-pixel reading operation, While the pulse signal φV is applied, the voltage value of the signal φVDx is switched from VH to VL in the same manner as the signal φVD. As described above, the operation timing of each signal other than switching the voltage value of the signal φVDx from VH to VL is the same as that of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

又、第1の実施形態と同様、信号φS21の値を常にハイとするとともに信号φShを常にローとして、固体撮像素子1が水平方向2画素結合読み出し動作を行うとき、ローのパルス信号φVを与える間、信号φVDと異なり、信号φVDxの電圧値をVHからVLxに切り換える。このように、信号φVDxの電圧値をVHからVLxに切り換える以外の各信号の動作タイミングについては、第1の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。   Similarly to the first embodiment, when the value of the signal φS21 is always high and the signal φSh is always low, and the solid-state imaging device 1 performs the horizontal two-pixel combined readout operation, the low pulse signal φV is given. Meanwhile, unlike the signal φVD, the voltage value of the signal φVDx is switched from VH to VLx. As described above, the operation timing of each signal other than switching the voltage value of the signal φVDx from VH to VLx is the same as that in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

このように、本実施形態では、水平方向2画素結合読み出し動作時において、無効画素となる画素G21に設けられたサンプルホールド用のキャパシタC2に与える信号φVDxの電圧値を、有効画素として動作させるときと異なる電圧値とする。即ち、無効画素となる画素G21より画像信号が出力されるとき、信号φVDxの電圧値を、有効画素として動作させたときの電圧値VLよりも低いVLxとすることで、無効画素において出力される画像信号の電圧値を低くすることができる。このようにして、第1の実施形態と同様、有効画素の画像信号と無効画素の画像信号の信号レベルの差を小さくすることができ、固体撮像素子1から出力される画像信号の振幅を小さくすることができる。   Thus, in the present embodiment, during the horizontal two-pixel combined readout operation, when the voltage value of the signal φVDx applied to the sample-hold capacitor C2 provided in the pixel G21 serving as the invalid pixel is operated as the valid pixel. And a different voltage value. That is, when an image signal is output from the pixel G21 that is an invalid pixel, the voltage value of the signal φVDx is set to VLx that is lower than the voltage value VL when the pixel is operated as a valid pixel. The voltage value of the image signal can be lowered. In this way, as in the first embodiment, the difference in signal level between the image signal of the effective pixel and the image signal of the invalid pixel can be reduced, and the amplitude of the image signal output from the solid-state imaging device 1 can be reduced. can do.

尚、第1及び第2の実施形態において、各群単位Ukl内に備えられた画素G11,G21の構成を、図10及び図11のように、MOSトランジスタT5,T8及びキャパシタC1を削除して、MOSトランジスタT2のソースをキャパシタC2xとMOSトランジスタT4のゲートとの接続ノードに接続させた構成としても構わない。即ち、信号出力部がMOSトランジスタT2〜T4,T6及びキャパシタC2xで構成される。   In the first and second embodiments, the configuration of the pixels G11 and G21 provided in each group unit Ukl is the same as in FIGS. 10 and 11, except that the MOS transistors T5 and T8 and the capacitor C1 are deleted. The source of the MOS transistor T2 may be connected to the connection node between the capacitor C2x and the gate of the MOS transistor T4. That is, the signal output unit is composed of MOS transistors T2 to T4 and T6 and a capacitor C2x.

このとき、キャパシタC2xは、第1及び第2の実施形態と異なり、サンプルホールド動作でなく、キャパシタC1と同様の積分動作を行う。そして、図10のように、画素G21のMOSトランジスタT6のソースに与える信号φVRSを与えることで、又は、図11のように、キャパシタC2xに信号φVDxを与えることで、画素G21を無効画素で動作させるときの画像信号の振幅を小さくすることができる。   At this time, unlike the first and second embodiments, the capacitor C2x performs an integration operation similar to that of the capacitor C1 instead of the sample hold operation. Then, as shown in FIG. 10, the signal φVRS given to the source of the MOS transistor T6 of the pixel G21 or the signal φVDx given to the capacitor C2x as shown in FIG. In this case, the amplitude of the image signal can be reduced.

<第3の実施形態>
本発明の第3の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、本実施形態における固体撮像素子の内部構成の概略については、第1の実施形態と同様、図2のような構成となる。又、図12は、本実施形態における固体撮像素子に備えられる各群単位Uklの内部構成を示す回路図である。又、本実施形態においても、1行2列の画素群を1つの群単位とする。
<Third Embodiment>
A third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, about the outline of the internal structure of the solid-state image sensor in this embodiment, it becomes a structure like FIG. 2 similarly to 1st Embodiment. FIG. 12 is a circuit diagram showing an internal configuration of each group unit Ukl provided in the solid-state imaging device according to the present embodiment. Also in this embodiment, a pixel group of one row and two columns is set as one group unit.

図12に示す各群単位Ukl内に備えられた画素G11,G21は、図3と異なり、MOSトランジスタT2のソースにMOSトランジスタT3のドレインが接続され、MOSトランジスタT4〜T6,T8及びキャパシタC1,C2が除かれた構成となる。即ち、信号出力部がMOSトランジスタT2,T3で構成される。又、画素G21のMOSトランジスタT1のソースに3値の電圧信号である信号φVPSxが与えられる。   The pixels G11 and G21 provided in each group unit Ukl shown in FIG. 12 are different from FIG. 3 in that the drain of the MOS transistor T3 is connected to the source of the MOS transistor T2, and the MOS transistors T4 to T6 and T8 and the capacitors C1, The configuration is such that C2 is removed. That is, the signal output unit is composed of MOS transistors T2 and T3. Further, a signal φVPSx which is a ternary voltage signal is given to the source of the MOS transistor T1 of the pixel G21.

尚、本実施形態において、信号φVPSをハイとするときの電圧値をVxとし、信号φVPSをローとするときの電圧値をVyとする。このとき、信号φVPSxは、信号φVPSと同様の電圧値Vx,Vyと、電圧値Vyよりも低い値となる電圧値Vzとが切り換えられる。本実施形態は、図3の構成からMOSトランジスタT4〜T6,T8及びキャパシタC1,C2を省略した回路構成となっており、MSOトランジスタT1及びフォトダイオードPDをリセットした後、MOSトランジスタT1のゲートに現れる電圧値を基に画素出力を得るようにしているが、信号を増幅して出力する点は図3の構成と共通しているため、特徴部分のみを詳しく説明する。   In the present embodiment, the voltage value when the signal φVPS is high is Vx, and the voltage value when the signal φVPS is low is Vy. At this time, the signal φVPSx is switched between voltage values Vx and Vy similar to the signal φVPS and a voltage value Vz that is lower than the voltage value Vy. This embodiment has a circuit configuration in which the MOS transistors T4 to T6, T8 and the capacitors C1 and C2 are omitted from the configuration of FIG. 3, and after resetting the MSO transistor T1 and the photodiode PD, the MOS transistor T1 is connected to the gate of the MOS transistor T1. The pixel output is obtained based on the voltage value that appears, but since the signal is amplified and output in common with the configuration of FIG. 3, only the characteristic portion will be described in detail.

このように固体撮像素子1が構成されるとき、第1の実施形態と同様、信号φS11,φS21の値が画素出力制御回路5によって切り換えられるとともに、信号φShの値が結合制御回路4によって切り換えられることによって、読み出される水平方向の有効画素数が切り換えられる。このようにして、第1の実施形態と同様にして、信号φS11,φS21,φShそれぞれの値を切り換えることで、全画素読み出し動作又は水平方向2画素結合読み出し動作が行われる。   When the solid-state imaging device 1 is configured in this way, the values of the signals φS11 and φS21 are switched by the pixel output control circuit 5 and the value of the signal φSh is switched by the coupling control circuit 4 as in the first embodiment. As a result, the number of effective pixels in the horizontal direction to be read is switched. In this way, as in the first embodiment, by switching the values of the signals φS11, φS21, and φSh, an all-pixel reading operation or a horizontal two-pixel combined reading operation is performed.

そして、全画素読み出し動作のときは、信号φVPSxが、信号φVPSと同様、2つの電圧値Vx,Vyの間で切り換えられ、又、水平方向2画素結合読み出し動作のときは、信号φVPSxが、2つの電圧値Vx,Vzの間で切り換えられる。尚、本実施形態における全画素読み出し動作時の各信号の切り換えタイミングが、図13のタイミングチャートで表されるとともに、又、水平方向2画素結合読み出し動作時の各信号の切り換えタイミングが、図14のタイミングチャートで表される。   Then, during the all-pixel readout operation, the signal φVPSx is switched between two voltage values Vx and Vy, similarly to the signal φVPS, and during the horizontal two-pixel combined readout operation, the signal φVPSx is 2 It is switched between two voltage values Vx, Vz. Note that the switching timing of each signal during the all-pixel readout operation in this embodiment is represented by the timing chart of FIG. 13, and the switching timing of each signal during the horizontal two-pixel combined readout operation is shown in FIG. It is represented by the timing chart.

具体的には、本実施形態において、固体撮像素子1が全画素読み出し動作を行う場合は、パルス信号φVが与えられて信号読み出しを行うと撮像動作が終了し、リセット動作が開始される。リセット期間においては、信号φS11,φS21をローからハイに切り換えて画素G11,G21のMOSトランジスタT7をOFFとするとともに、信号φVPS,φVPSxそれぞれの電圧値をVyからVxに切り換える。その後、信号φS11,φS21をハイからローに切り換えて画素G11,G21のMOSトランジスタT7をONとした後、再び、信号φVPS,φVPSxそれぞれの電圧値をVyとすることで、リセット動作を終了して次の撮像動作が開始される。   Specifically, in the present embodiment, when the solid-state imaging device 1 performs the all-pixel reading operation, when the pulse signal φV is given and the signal reading is performed, the imaging operation is ended and the resetting operation is started. In the reset period, the signals φS11 and φS21 are switched from low to high to turn off the MOS transistors T7 of the pixels G11 and G21, and the voltage values of the signals φVPS and φVPSx are switched from Vy to Vx. Thereafter, the signals φS11 and φS21 are switched from high to low to turn on the MOS transistors T7 of the pixels G11 and G21, and then the reset operation is completed by setting the voltage values of the signals φVPS and φVPSx to Vy again. The next imaging operation is started.

それに対して、固体撮像素子1が水平方向2画素結合読み出し動作を行うときは、画素G11,G21それぞれで撮像動作を行う間、画素G11のMOSトランジスタT1に与える信号φVPSの電圧値をVyとし、画素G21のMOSトランジスタT1に与える信号φVPSxの電圧値をVzとする。そして、パルス信号φVが与えられ撮像動作が終了してリセット動作が開始すると、まず、信号φS11をローからハイに切り換えて画素G11のMOSトランジスタT7をOFFとした後、信号φVPSの電圧値をVyからVxに切り換えるとともに、信号φVPSxの電圧値をVzからVxに切り換える。その後、信号φS11をハイからローに切り換えて画素G11のMOSトランジスタT7をONとした後、再び、信号φVPS,φVPSxそれぞれの電圧値をVy、Vzとすることで、リセット動作を終了して次の撮像動作を行う。   On the other hand, when the solid-state imaging device 1 performs the two-pixel combined readout operation in the horizontal direction, the voltage value of the signal φVPS given to the MOS transistor T1 of the pixel G11 is Vy while performing the imaging operation in each of the pixels G11 and G21. The voltage value of the signal φVPSx given to the MOS transistor T1 of the pixel G21 is Vz. When the pulse signal φV is applied and the imaging operation is completed and the reset operation is started, first, the signal φS11 is switched from low to high to turn off the MOS transistor T7 of the pixel G11, and then the voltage value of the signal φVPS is set to Vy. Is switched from Vz to Vx, and the voltage value of the signal φVPSx is switched from Vz to Vx. Thereafter, the signal φS11 is switched from high to low to turn on the MOS transistor T7 of the pixel G11, and then the voltage values of the signals φVPS and φVPSx are set to Vy and Vz again to complete the reset operation and Perform imaging operation.

このように、本実施形態では、水平方向2画素結合読み出し動作時において、無効画素となる画素G21に設けられた光電変換用のMOSトランジスタT1のソースに与える信号φVPSxの電圧値を、有効画素として動作させるときと異なる電圧値とする。即ち、無効画素となる画素G21が撮像動作を行うとき、信号φVPSxの電圧値を、有効画素として動作させたときの電圧値Vyよりも低いVzとすることで、無効画素において出力される画像信号の電圧値を低くすることができる。このようにして、第1の実施形態と同様、有効画素の画像信号と無効画素の画像信号の信号レベルの差を小さくすることができ、固体撮像素子1から出力される画像信号の振幅を小さくすることができる。   As described above, in the present embodiment, the voltage value of the signal φVPSx given to the source of the photoelectric conversion MOS transistor T1 provided in the pixel G21 which is an invalid pixel during the horizontal two-pixel combined readout operation is used as an effective pixel. The voltage value is different from that when operating. That is, when the pixel G21 that is an invalid pixel performs an imaging operation, the voltage value of the signal φVPSx is set to Vz that is lower than the voltage value Vy when operated as an effective pixel, so that the image signal output in the invalid pixel The voltage value can be lowered. In this way, as in the first embodiment, the difference in signal level between the image signal of the effective pixel and the image signal of the invalid pixel can be reduced, and the amplitude of the image signal output from the solid-state imaging device 1 can be reduced. can do.

<第4の実施形態>
本発明の第4の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、本実施形態における固体撮像素子の内部構成の概略については、第1の実施形態と同様、図2のような構成となる。又、図15は、本実施形態における固体撮像素子に備えられる各群単位Uklの内部構成を示す回路図である。又、本実施形態においても、1行2列の画素群を1つの群単位とする。
<Fourth Embodiment>
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, about the outline of the internal structure of the solid-state image sensor in this embodiment, it becomes a structure like FIG. 2 similarly to 1st Embodiment. FIG. 15 is a circuit diagram showing the internal configuration of each group unit Ukl provided in the solid-state imaging device according to this embodiment. Also in this embodiment, a pixel group of one row and two columns is set as one group unit.

図15に示す各群単位Ukl内に備えられた画素G11,G21は、図12と異なり、そのドレインにMOSトランジスタT7のソースが接続されたMOSトランジスタT10を備えるとともに、MOSトランジスタT10のドレインとMOSトランジスタT7のソースとの接続ノードにMOSトランジスタT2のゲートが接続され、MOSトランジスタT1が除かれた構成となる。即ち、信号出力部がフォトダイオードPD及びMOSトランジスタT7,T10で構成される。又、画素G11,G21それぞれMOSトランジスタT10のゲートには、信号φRSが入力される。   Unlike in FIG. 12, the pixels G11 and G21 provided in each group unit Ukl shown in FIG. 15 include a MOS transistor T10 whose drain is connected to the source of the MOS transistor T7, and the drain and MOS of the MOS transistor T10. The gate of the MOS transistor T2 is connected to the connection node with the source of the transistor T7, and the MOS transistor T1 is removed. That is, the signal output unit is composed of a photodiode PD and MOS transistors T7 and T10. Further, the signal φRS is input to the gates of the MOS transistors T10 in the pixels G11 and G21.

このとき、画素G11のMOSトランジスタT10のソースに直流電圧VRSが印加されるとともに、画素G21のMOSトランジスタT10のソースに2値の電圧信号である信号φVRSが与えられる。尚、本実施形態において、信号φVRSは、第1の実施形態と同様、直流電圧VRSと等しい電圧値をVhとし、この電圧値Vhよりも低い電圧値をVlとする。又、その他の構成については、図12の構成と同一の構成となるので、その詳細な説明は省略する。   At this time, the DC voltage VRS is applied to the source of the MOS transistor T10 of the pixel G11, and the signal φVRS that is a binary voltage signal is applied to the source of the MOS transistor T10 of the pixel G21. In the present embodiment, the signal φVRS has a voltage value equal to the DC voltage VRS as Vh and a voltage value lower than the voltage value Vh as Vl, as in the first embodiment. Other configurations are the same as those shown in FIG. 12, and detailed description thereof is omitted.

このように固体撮像素子1が構成されるとき、第1の実施形態と同様、信号φS11,φS21の値が画素出力制御回路5によって切り換えられるとともに、信号φShの値が結合制御回路4によって切り換えられることによって、読み出される水平方向の有効画素数が切り換えられる。このようにして、第1の実施形態と同様にして、信号φS11,φS21,φShそれぞれの値を切り換えることで、全画素読み出し動作又は水平方向2画素結合読み出し動作が行われる。   When the solid-state imaging device 1 is configured in this way, the values of the signals φS11 and φS21 are switched by the pixel output control circuit 5 and the value of the signal φSh is switched by the coupling control circuit 4 as in the first embodiment. As a result, the number of effective pixels in the horizontal direction to be read is switched. In this way, as in the first embodiment, by switching the values of the signals φS11, φS21, and φSh, an all-pixel reading operation or a horizontal two-pixel combined reading operation is performed.

そして、第1の実施形態と同様、全画素読み出し動作のときは、信号φVRSの電圧値がVhとされて直流電圧VRSと等しい電圧値とされ、又、水平方向2画素結合読み出し動作のときは、信号φVRSの電圧値がVlとされて直流電圧VRSよりも低い電圧値とされる。尚、本実施形態における全画素読み出し動作時の各信号の切り換えタイミングが、図16のタイミングチャートで表されるとともに、又、水平方向2画素結合読み出し動作時の各信号の切り換えタイミングが、図17のタイミングチャートで表される。   As in the first embodiment, during the all-pixel reading operation, the voltage value of the signal φVRS is set to Vh to be equal to the DC voltage VRS, and during the horizontal two-pixel combined reading operation. The voltage value of the signal φVRS is set to Vl, which is lower than the DC voltage VRS. The switching timing of each signal during the all-pixel reading operation in the present embodiment is shown in the timing chart of FIG. 16, and the switching timing of each signal during the horizontal two-pixel combined reading operation is shown in FIG. It is represented by the timing chart.

即ち、本実施形態において、固体撮像素子1が全画素読み出し動作を行うとき、パルス信号φVが与えられて撮像動作が終了すると、信号φS11,φS21をハイとして画素G11,G21のMOSトランジスタT7をOFFとするとともに、信号φRSをローとしてMOSトランジスタT10をONとする。よって、画素G11,G21それぞれのMOSトランジスタT2のゲート電圧が直流電圧VRSに応じた電圧値にリセットされる。その後、信号φRSをハイとしてMOSトランジスタT10をOFFとするとともに、信号φS11,φS21をハイからローに切り換えて画素G11,G21のMOSトランジスタT7をONとする。そして、一時的に、信号φRSをローとしてMOSトランジスタT10をONとした後、再び、信号φRSをハイとしてMOSトランジスタT10をOFFとして、リセット動作を終了して次の撮像動作を行う。   That is, in this embodiment, when the solid-state imaging device 1 performs the all-pixel reading operation, when the pulse signal φV is given and the imaging operation is completed, the signals φS11 and φS21 are set to high and the MOS transistors T7 of the pixels G11 and G21 are turned off. In addition, the signal φRS is set low to turn on the MOS transistor T10. Therefore, the gate voltage of the MOS transistor T2 of each of the pixels G11 and G21 is reset to a voltage value corresponding to the DC voltage VRS. Thereafter, the signal φRS is set to high to turn off the MOS transistor T10, and the signals φS11 and φS21 are switched from high to low to turn on the MOS transistors T7 in the pixels G11 and G21. Then, after temporarily setting the signal φRS to low and turning on the MOS transistor T10, the signal φRS is set to high and the MOS transistor T10 is turned off again, and the reset operation is terminated and the next imaging operation is performed.

それに対して、固体撮像素子1が水平方向2画素結合読み出し動作を行うときは、パルス信号φVが与えられて撮像動作が終了すると、信号φS11をハイとして画素G11のMOSトランジスタT7をOFFとするとともに、信号φRSをローとして画素G11,G21それぞれのMOSトランジスタT10をONとする。よって、画素G11のMOSトランジスタT2のゲート電圧が直流電圧VRSに応じた電圧値にリセットされるとともに、画素G21のMOSトランジスタT2のゲート電圧が直流電圧VRSよりも低い電圧値Vlに応じた電圧値にリセットされる。   On the other hand, when the solid-state imaging device 1 performs the two-pixel combined readout operation in the horizontal direction, when the pulse signal φV is given and the imaging operation is finished, the signal φS11 is set high and the MOS transistor T7 of the pixel G11 is turned off. The signal φRS is set to low to turn on the MOS transistors T10 of the pixels G11 and G21. Therefore, the gate voltage of the MOS transistor T2 in the pixel G11 is reset to a voltage value corresponding to the DC voltage VRS, and the voltage value corresponding to the voltage value Vl in which the gate voltage of the MOS transistor T2 in the pixel G21 is lower than the DC voltage VRS. Reset to.

その後、全画素読み出し動作時と同様、信号φRSをハイとして画素G11,G21それぞれMOSトランジスタT10をOFFとするとともに、信号φS11をハイからローに切り換えて画素G11のMOSトランジスタT7をONとする。そして、一時的に、信号φRSをローとした後、再び、信号φRSをハイとしてMOSトランジスタT10をOFFとして、リセット動作を終了して次の撮像動作を行う。   Thereafter, as in the all-pixel reading operation, the signal φRS is set to high to turn off the MOS transistors T10 for the pixels G11 and G21, and the signal φS11 is switched from high to low to turn on the MOS transistor T7 of the pixel G11. Then, after temporarily setting the signal φRS to low, the signal φRS is set to high again, the MOS transistor T10 is turned off, the reset operation is terminated, and the next imaging operation is performed.

このように、本実施形態では、水平方向2画素結合読み出し動作時において、無効画素となる画素G21に設けられたリセット用のMOSトランジスタT10のソースに与える信号φVRSの電圧値を、有効画素として動作させるときと異なる電圧値とする。即ち、無効画素となる画素G21がリセット動作を行うとき、信号φVRSの電圧値を、有効画素として動作させたときの電圧値Vh(=VRS)よりも低いVlとすることで、無効画素において出力される画像信号の電圧値を低くすることができる。このようにして、第1の実施形態と同様、有効画素の画像信号と無効画素の画像信号の信号レベルの差を小さくすることができ、固体撮像素子1から出力される画像信号の振幅を小さくすることができる。   Thus, in this embodiment, during the horizontal two-pixel combined readout operation, the voltage value of the signal φVRS given to the source of the reset MOS transistor T10 provided in the pixel G21 serving as an invalid pixel operates as an effective pixel. The voltage value is different from that when That is, when the pixel G21 which is an invalid pixel performs a reset operation, the voltage value of the signal φVRS is set to Vl lower than the voltage value Vh (= VRS) when operated as a valid pixel, so that the invalid pixel outputs The voltage value of the image signal to be generated can be lowered. In this way, as in the first embodiment, the difference in signal level between the image signal of the effective pixel and the image signal of the invalid pixel can be reduced, and the amplitude of the image signal output from the solid-state imaging device 1 can be reduced. can do.

<第5の実施形態>
本発明の第5の実施形態について、図面を参照して説明する。図18は、本実施形態における固体撮像素子の内部構成を示すブロック図である。尚、本実施形態では、1行2列の画素群を1つの群単位とする。尚、図18の固体撮像素子の構成において、図2の構成と同一の部分について同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
<Fifth Embodiment>
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 18 is a block diagram illustrating an internal configuration of the solid-state imaging device according to the present embodiment. In this embodiment, a pixel group of 1 row and 2 columns is set as one group unit. In the configuration of the solid-state imaging device in FIG. 18, the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図18の固体撮像素子1a(図1の固体撮像素子1に相当する)は、図2の固体撮像素子1と異なり、キャパシタCb−1〜Cb−mに対して、直流電圧VPSの代わりに信号φVPSyが与えられた構成とされる。この信号φVPSyは2値の電圧信号であり、直流電圧VPSと等しい電圧値をV1とし、この電圧値V1よりも低い電圧値をV2とする。そして、全画素読み出し動作のときは、信号φVPSyの電圧値がV1とされて直流電圧VPSと等しい電圧値とされ、又、水平方向2画素結合読み出し動作のときは、信号φVPSyの電圧値がV2とされて直流電圧VPSよりも低い電圧値とされる。後の説明から明らかとなるが、信号φVPSyが、無効画素に接続される出力回路に供給する電圧を調整するための出力回路供給電圧調整手段を構成する。   18 differs from the solid-state imaging device 1 of FIG. 2 in that the solid-state imaging device 1a (corresponding to the solid-state imaging device 1 of FIG. 1) has a signal instead of the DC voltage VPS for the capacitors Cb-1 to Cb-m. The configuration is such that φVPSy is given. This signal φVPSy is a binary voltage signal, and a voltage value equal to the DC voltage VPS is V1, and a voltage value lower than the voltage value V1 is V2. In the all-pixel reading operation, the voltage value of the signal φVPSy is set to V1 to be equal to the DC voltage VPS. In the horizontal two-pixel combined reading operation, the voltage value of the signal φVPPSy is V2. The voltage value is lower than the DC voltage VPS. As will be apparent from the following description, the signal φVPSy constitutes output circuit supply voltage adjusting means for adjusting the voltage supplied to the output circuit connected to the invalid pixel.

又、このように構成される固体撮像素子1aにおける各群単位Ukl内に備えられた画素G11,G21の構成は、上述の第1〜第4の実施形態における構成のいずれかと同様の構成とする。このとき、MOSトランジスタT7に与える信号φS11,φS21以外の信号については、画素G11,G21それぞれに与える信号を同一の信号としても構わない。即ち、図3又は図10又は図15のような構成としたとき、画素G21のMOSトランジスタT6,T8,T10のソースに直流電圧VRSを印加し、又、図7又は図11のような構成としたとき、画素G21のキャパシタC2に信号φVDを与え、又、図12のような構成としたとき、画素G21のMOSトランジスタT1のソースに信号φVPSを与える。   In addition, the configuration of the pixels G11 and G21 provided in each group unit Ukl in the solid-state imaging device 1a configured as described above is the same as any of the configurations in the first to fourth embodiments described above. . At this time, with respect to signals other than the signals φS11 and φS21 given to the MOS transistor T7, the signals given to the pixels G11 and G21 may be the same signal. That is, in the configuration as shown in FIG. 3, FIG. 10 or FIG. 15, the DC voltage VRS is applied to the sources of the MOS transistors T6, T8, T10 of the pixel G21, and the configuration as shown in FIG. In this case, the signal φVD is applied to the capacitor C2 of the pixel G21, and in the configuration shown in FIG. 12, the signal φVPS is applied to the source of the MOS transistor T1 of the pixel G21.

この各群単位Ukl内に備えられた画素G11,G21は、信号φS21以外の各信号の切り換えタイミングは、上述の第1〜第4の実施形態における固体撮像素子1に設けられた各群単位Ukl内に備えられた画素G11と同様である。又、信号φS21についても、上述の第1〜第4の実施形態と同様、全画素読み出し動作のときは信号φS11と同様のタイミングで切り換えが行われ、又、水平方向2画素結合読み出し動作のときは常にハイとされる。よって、各群単位Ukl内に備えられた画素G11,G21の動作については、上述の第1〜第4の実施形態を参照するものとして、その詳細な説明については省略する。   In the pixels G11 and G21 provided in each group unit Ukl, the switching timing of each signal other than the signal φS21 is the group unit Ukl provided in the solid-state imaging device 1 in the first to fourth embodiments described above. This is the same as the pixel G11 provided inside. Similarly to the first to fourth embodiments, the signal φS21 is switched at the same timing as the signal φS11 during the all-pixel reading operation, and when the horizontal two-pixel combined reading operation is performed. Is always high. Therefore, the operation of the pixels G11 and G21 provided in each group unit Ukl is referred to the first to fourth embodiments described above, and detailed description thereof is omitted.

このように固体撮像素子1aが構成されるとき、第1の実施形態と同様、信号φS11,φS21の値が画素出力制御回路5によって切り換えられるとともに、信号φShの値が結合制御回路4によって切り換えられることによって、読み出される水平方向の有効画素数が切り換えられる。このようにして、第1の実施形態と同様にして、信号φS11,φS21,φShそれぞれの値を切り換えることで、全画素読み出し動作又は水平方向2画素結合読み出し動作が行われる。   When the solid-state imaging device 1a is configured in this way, the values of the signals φS11 and φS21 are switched by the pixel output control circuit 5 and the value of the signal φSh is switched by the coupling control circuit 4 as in the first embodiment. As a result, the number of effective pixels in the horizontal direction to be read is switched. In this way, as in the first embodiment, by switching the values of the signals φS11, φS21, and φSh, an all-pixel reading operation or a horizontal two-pixel combined reading operation is performed.

そして、全画素読み出し動作のときは、第1の実施形態と同様、各行の画素G11,G21から画像信号を出力する際、スイッチSHa−1〜SHa−m,SHb−1〜SHb−mをONとすることで、キャパシタCa−1〜Ca−m,Cb−1〜Cb−mにサンプルホールドされる。このとき、信号φVPSyをV1として、キャパシタCb−1〜Cb−mに与える電圧値を電圧値VPSと等しい値とする。このようにすることで、例えば、群単位U1l〜Umlそれぞれにおける画素G11,G21それぞれの画像信号が出力されるとき、群単位U1l〜Umlそれぞれの画素G11からの画像信号がキャパシタCa−1〜Ca−mにサンプルホールドされるとともに、群単位U1l〜Umlそれぞれの画素G21からの画像信号がキャパシタCb−1〜Cb−mにサンプルホールドされる。   In the all-pixel readout operation, as in the first embodiment, when the image signals are output from the pixels G11 and G21 in each row, the switches SHa-1 to SHa-m and SHb-1 to SHb-m are turned on. As a result, the capacitors Ca-1 to Ca-m and Cb-1 to Cb-m are sampled and held. At this time, the signal φVPSy is set to V1, and the voltage value applied to the capacitors Cb-1 to Cb-m is set equal to the voltage value VPS. In this way, for example, when the image signals of the pixels G11 and G21 in each of the group units U1l to Uml are output, the image signals from the pixels G11 of the group units U1l to Uml are output from the capacitors Ca-1 to Ca. -M is sampled and held, and image signals from the pixels G21 in the group units U1l to Uml are sampled and held in the capacitors Cb-1 to Cb-m.

そして、MOSトランジスタQ3a−1,Q3b−1,Q3a−2,Q3b−2,…,Q3a−m,Q3b−mのゲートに順に信号を与えてONとする。このようにすることで、キャパシタCa−1,Cb−1,Ca−2,Cb−2,…,Ca−m,Cb−mにサンプルホールドされた各電圧信号が順番に、MOSトランジスタQ4とによってソースフォロワアンプを構成するMOSトランジスタQ2a−1,Q2b−1,Q2a−2,Q2b−2,…,Q2a−m,Q2b−mそれぞれで増幅される。このようにして増幅された群単位U1l〜Umlそれぞれにおける画素G11,G21それぞれの画像信号が、1画素分毎に出力信号線12より出力される。   Then, signals are sequentially applied to the gates of the MOS transistors Q3a-1, Q3b-1, Q3a-2, Q3b-2,..., Q3a-m, Q3b-m to turn them on. By doing so, the voltage signals sampled and held in the capacitors Ca-1, Cb-1, Ca-2, Cb-2,..., Ca-m, Cb-m are sequentially supplied by the MOS transistor Q4. Amplified by MOS transistors Q2a-1, Q2b-1, Q2a-2, Q2b-2,..., Q2a-m, Q2b-m constituting the source follower amplifier. The image signals of the pixels G11 and G21 in the group units U1l to Uml thus amplified are output from the output signal line 12 for each pixel.

それに対して、水平方向2画素結合読み出し動作のときは、スイッチSHb−1〜SHb−mを常にOFFとして、各行の画素G11,G21から画像信号を出力する際、スイッチSHa−1〜SHa−mのみをONとすることで、画素11からの画像信号のみがキャパシタCa−1〜Ca−mにサンプルホールドされる。このとき、信号φVPSyをV2として、キャパシタCb−1〜Cb−mに与える電圧値を電圧値VPSよりも低い値とする。   On the other hand, in the horizontal two-pixel combined readout operation, the switches SHb-1 to SHb-m are always turned OFF, and the switches SHa-1 to SHa-m are output when the image signals are output from the pixels G11 and G21 in each row. Only the image signal from the pixel 11 is sampled and held in the capacitors Ca-1 to Ca-m. At this time, the signal φVPSy is set to V2, and the voltage value applied to the capacitors Cb-1 to Cb-m is set to a value lower than the voltage value VPS.

そして、全画素読み出し動作時と同様、MOSトランジスタQ3a−1,Q3b−1,Q3a−2,Q3b−2,…,Q3a−m,Q3b−mのゲートに順に信号を与えてONとする。このようにすることで、キャパシタCa−1,Cb−1,Ca−2,Cb−2,…,Ca−m,Cb−mにサンプルホールドされた各電圧信号が順番に、MOSトランジスタQ4とによってソースフォロワアンプを構成するMOSトランジスタQ3a−1,Q2b−1,Q2a−2,Q2b−2,…,Q2a−m,Q2b−mそれぞれで増幅される。   Then, similarly to the all-pixel reading operation, signals are sequentially applied to the gates of the MOS transistors Q3a-1, Q3b-1, Q3a-2, Q3b-2,..., Q3a-m, Q3b-m to turn them ON. By doing so, the voltage signals sampled and held in the capacitors Ca-1, Cb-1, Ca-2, Cb-2,..., Ca-m, Cb-m are sequentially supplied by the MOS transistor Q4. Amplified by MOS transistors Q3a-1, Q2b-1, Q2a-2, Q2b-2,..., Q2a-m, Q2b-m constituting the source follower amplifier.

このとき、キャパシタCb−1〜Cb−mそれぞれの電圧信号は、信号φVPSyの電圧値V2に応じた電圧信号であり、直流電圧VPSよりも低い電圧値となる電圧信号である。このように増幅された群単位U1l〜Umlそれぞれの画素G11からの画像信号と、同様に増幅された群単位U1l〜Umlそれぞれの画素G21に対する電圧信号とが、1画素分毎に交互に出力信号線12より出力される。即ち、出力信号線12より有効画素となる画素G11からの画像信号と無効画素G21に応じた電圧信号とが交互に出力されるが、無効画素G21に応じた電圧信号を直流電圧VPSよりも低い電圧値が増幅された信号とする。よって、有効画素の画像信号と無効画素の電圧信号の信号レベルの差を小さくすることができ、固体撮像素子1aから出力される画像信号の振幅を小さくすることができる。   At this time, the voltage signals of the capacitors Cb-1 to Cb-m are voltage signals corresponding to the voltage value V2 of the signal φVPSy, and are voltage signals having a voltage value lower than the DC voltage VPS. The image signals from the pixels G11 of the group units U1l to Uml thus amplified and the voltage signals for the pixels G21 of the group units U1l to Uml thus amplified alternately are output signals for every one pixel. Output from line 12. That is, the image signal from the pixel G11 that is an effective pixel and the voltage signal corresponding to the invalid pixel G21 are alternately output from the output signal line 12, but the voltage signal corresponding to the invalid pixel G21 is lower than the DC voltage VPS. The signal is an amplified voltage value. Therefore, the difference between the signal levels of the effective pixel image signal and the invalid pixel voltage signal can be reduced, and the amplitude of the image signal output from the solid-state imaging device 1a can be reduced.

<第6の実施形態>
本発明の第5の実施形態について、図面を参照して説明する。図19は、本実施形態における固体撮像素子の内部構成を示すブロック図である。尚、本実施形態では、1行2列の画素群を1つの群単位とする。尚、図19の固体撮像素子の構成において、図2の構成と同一の部分について同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
<Sixth Embodiment>
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 19 is a block diagram illustrating an internal configuration of the solid-state imaging device according to the present embodiment. In this embodiment, a pixel group of 1 row and 2 columns is set as one group unit. In the configuration of the solid-state imaging device in FIG. 19, the same parts as those in the configuration in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図19の固体撮像素子1b(図1の固体撮像素子1に相当する)は、図2の固体撮像素子1のような構成に、一端に直流電圧V2が印加されるとともに他端がMOSトランジスタQ3b−1〜Q3b−mそれぞれのゲートに接続されたスイッチSb―1〜Sb−mを付加した構成となる。尚、直流電圧V2は、第5の実施形態の信号φVPSyにおける電圧値V2と同様、直流電圧VPSよりも低い電圧値である。そして、全画素読み出し動作のときは、スイッチSb―1〜Sb−mをOFFとされるとともに、又、水平方向2画素結合読み出し動作のときは、スイッチSb―1〜Sb−mをONとされる。スイッチSb−1〜Sb−mが無効画素に接続される出力回路に供給する電圧を調整するための出力回路供給電圧調整手段を構成する。   The solid-state imaging device 1b (corresponding to the solid-state imaging device 1 in FIG. 1) of FIG. 19 has a configuration similar to that of the solid-state imaging device 1 in FIG. 2, with a DC voltage V2 applied to one end and a MOS transistor Q3b at the other end. The switches Sb-1 to Sb-m connected to the gates of -1 to Q3b-m are added. Note that the DC voltage V2 is a voltage value lower than the DC voltage VPS, like the voltage value V2 in the signal φVPSy of the fifth embodiment. The switches Sb-1 to Sb-m are turned off during the all-pixel reading operation, and the switches Sb-1 to Sb-m are turned on during the horizontal two-pixel combined reading operation. The The switches Sb-1 to Sb-m constitute output circuit supply voltage adjusting means for adjusting the voltage supplied to the output circuit connected to the invalid pixel.

このとき、固体撮像素子1bにおける各群単位Ukl内に備えられた画素G11,G21の構成は、第5の実施形態と同様、上述の第1〜第4の実施形態における構成のいずれかと同様の構成とする。又、MOSトランジスタT7に与える信号φS11,S21以外の信号については、画素G11,G21それぞれに与える信号を同一の信号としても構わない。   At this time, the configurations of the pixels G11 and G21 provided in each group unit Ukl in the solid-state imaging device 1b are the same as any of the configurations in the first to fourth embodiments described above, as in the fifth embodiment. The configuration. For signals other than the signals φS11 and S21 given to the MOS transistor T7, the signals given to the pixels G11 and G21 may be the same signal.

このように固体撮像素子1bが構成されるとき、第1の実施形態と同様、信号φS11,φS21の値が画素出力制御回路5によって切り換えられるとともに、信号φShの値が結合制御回路4によって切り換えられることによって、読み出される水平方向の画素数が切り換えられる。このようにして、第1の実施形態と同様にして、信号φS11,φS21,φShそれぞれの値を切り換えることで、全画素読み出し動作又は水平方向2画素結合読み出し動作が行われる。   When the solid-state imaging device 1b is configured in this manner, the values of the signals φS11 and φS21 are switched by the pixel output control circuit 5 and the value of the signal φSh is switched by the coupling control circuit 4 as in the first embodiment. As a result, the number of horizontal pixels to be read is switched. In this way, as in the first embodiment, by switching the values of the signals φS11, φS21, and φSh, an all-pixel reading operation or a horizontal two-pixel combined reading operation is performed.

そして、全画素読み出し動作のときは、第5の実施形態と同様、各行の画素G11,G21から画像信号を出力する際、スイッチSHa−1〜SHa−m,SHb−1〜SHb−mをONとすることで、キャパシタCa−1〜Ca−m,Cb−1〜Cb−mにサンプルホールドされる。このとき、スイッチSb1〜Sb−mはOFFとされる。そして、MOSトランジスタQ3a−1,Q3b−1,Q3a−2,Q3b−2,…,Q3a−m,Q3b−mのゲートに順に信号を与えてONとして、増幅された群単位U1l〜Umlそれぞれにおける画素G11,G21それぞれの画像信号が、1画素分毎に出力信号線12より出力される。   In the all-pixel readout operation, as in the fifth embodiment, when the image signals are output from the pixels G11 and G21 in each row, the switches SHa-1 to SHa-m and SHb-1 to SHb-m are turned on. As a result, the capacitors Ca-1 to Ca-m and Cb-1 to Cb-m are sampled and held. At this time, the switches Sb1 to Sb-m are turned off. Then, signals are sequentially given to the gates of the MOS transistors Q3a-1, Q3b-1, Q3a-2, Q3b-2,..., Q3a-m, Q3b-m to turn them on, and in each of the amplified group units U1l to Uml. The image signals of the pixels G11 and G21 are output from the output signal line 12 for each pixel.

それに対して、水平方向2画素結合読み出し動作のときは、スイッチSHb−1〜SHb−mを常にOFFとするとともに、スイッチSb−1〜Sb−mを常にONとする。よって、第5の実施形態と同様、各行の画素G11,G21から画像信号を出力する際、スイッチSHa−1〜SHa−mのみをONとすることで、画素11からの画像信号のみがキャパシタCa−1〜Ca−mにサンプルホールドされる。このとき、スイッチSb−1〜Sb−mを常にONとされるため、MOSトランジスタQ2b−1〜Q2b−mのゲートに電圧値VPSよりも低い電圧値V2が印加される。   On the other hand, in the horizontal two-pixel combined readout operation, the switches SHb-1 to SHb-m are always turned off and the switches Sb-1 to Sb-m are always turned on. Therefore, as in the fifth embodiment, when outputting image signals from the pixels G11 and G21 in each row, only the switches Sha-1 to SHa-m are turned ON, so that only the image signal from the pixels 11 is output from the capacitor Ca. Sampled and held at −1 to Ca−m. At this time, since the switches Sb-1 to Sb-m are always turned on, a voltage value V2 lower than the voltage value VPS is applied to the gates of the MOS transistors Q2b-1 to Q2b-m.

そして、全画素読み出し動作時と同様、MOSトランジスタQ3a−1,Q3b−1,Q3a−2,Q3b−2,…,Q3a−m,Q3b−mのゲートに順に信号を与えてONとする。このようにすることで、キャパシタCa−1〜Ca−mにサンプルホールドされた画像信号がMOSトランジスタQ2a−1〜Q2a−mで増幅されるとともに、スイッチSb−1〜Sb−mを介して与えられる電圧値V2がMOSトランジスタQ2b−1〜Q2b−mで増幅される。   Then, similarly to the all-pixel reading operation, signals are sequentially applied to the gates of the MOS transistors Q3a-1, Q3b-1, Q3a-2, Q3b-2,..., Q3a-m, Q3b-m to turn them ON. In this way, the image signals sampled and held in the capacitors Ca-1 to Ca-m are amplified by the MOS transistors Q2a-1 to Q2a-m and given through the switches Sb-1 to Sb-m. The voltage value V2 obtained is amplified by the MOS transistors Q2b-1 to Q2b-m.

よって、第5の実施形態と同様、増幅された群単位U1l〜Umlそれぞれの画素G11からの画像信号と、同様に増幅された群単位U1l〜Umlそれぞれの画素G21に対する電圧信号とが、1画素分毎に交互に出力信号線12より出力される。即ち、出力信号線12より有効画素となる画素G11からの画像信号と無効画素G21に応じた電圧信号とが交互に出力されるが、無効画素G21に応じた電圧信号を直流電圧VPSよりも低い電圧値が増幅された信号とする。よって、有効画素の画像信号と無効画素の電圧信号の信号レベルの差を小さくすることができ、固体撮像素子1aから出力される画像信号の振幅を小さくすることができる。   Therefore, as in the fifth embodiment, the amplified image signal from the pixel G11 of each of the group units U1l to Uml and the voltage signal for the pixel G21 of each of the group units U1l to Uml that are amplified in the same manner are one pixel. The signal is alternately output from the output signal line 12 every minute. That is, the image signal from the pixel G11 that is an effective pixel and the voltage signal corresponding to the invalid pixel G21 are alternately output from the output signal line 12, but the voltage signal corresponding to the invalid pixel G21 is lower than the DC voltage VPS. The signal is an amplified voltage value. Therefore, the difference between the signal levels of the effective pixel image signal and the invalid pixel voltage signal can be reduced, and the amplitude of the image signal output from the solid-state imaging device 1a can be reduced.

尚、第1〜第6の実施形態において、群単位U1l〜Umlそれぞれについて、1行2列の画素G11,G21による画素群を1つの群単位とするものとしたが、このような画素群によって形成されることに限定されるものではない。よって、例えば、群単位U1l〜Umlそれぞれについて、2行2列の画素G11〜G22による画素群を1つの群単位とするものとしても構わないし、2行3列の画素G11〜G32による画素群を1つの群単位とするものとしても構わない。   In the first to sixth embodiments, for each of the group units U1l to Uml, the pixel group composed of the pixels G11 and G21 in one row and two columns is set as one group unit. It is not limited to being formed. Therefore, for example, for each of the group units U11 to Uml, the pixel group of the pixels G11 to G22 in 2 rows and 2 columns may be set as one group unit, or the pixel group of the pixels G11 to G32 in 2 rows and 3 columns may be One group unit may be used.

このとき、例えば、群単位U1l〜Umlそれぞれが2行2列の画素G11〜G22の4画素により構成されるとき、群単位Uklにおいて、図20のように、水平方向に隣接する画素G11,G21それぞれの光電変換部の電気的な接離を行うスイッチSa1と、水平方向に隣接する画素G12,G22それぞれの光電変換部の電気的な接離を行うスイッチSa2と、垂直方向に隣接する画素G11,G12それぞれの光電変換部の電気的な接離を行うスイッチSc1と、垂直方向に隣接する画素G21,G22それぞれの光電変換部の電気的な接離を行うスイッチSc2と、を備える。   At this time, for example, when each of the group units U11 to Uml is configured by four pixels G2 to G22 of 2 rows and 2 columns, the pixels G11 and G21 adjacent in the horizontal direction in the group unit Ukl as shown in FIG. A switch Sa1 that performs electrical contact / separation of each photoelectric conversion unit, a switch Sa2 that performs electrical contact / separation of each of the photoelectric conversion units adjacent to the pixels G12 and G22 in the horizontal direction, and a pixel G11 adjacent in the vertical direction , G12 includes a switch Sc1 that electrically contacts and separates the photoelectric conversion units, and a switch Sc2 that electrically connects and separates the photoelectric conversion units of the pixels G21 and G22 adjacent in the vertical direction.

尚、図20では、群単位Uklのみの構成を示すとともに、画素G11〜G22として、その一部となるフォトダイオードPD及びMOSトランジスタT7とを表記する。よって、スイッチSa1,Sa2,Sc1,Sc2それぞれの接点が、フォトダイオードPDのアノードとMOSトランジスタT7のドレインとの接続ノードに接続される。又、不図示であるが、例えば、画素G11,G21の構成を図3のような構成とするとき、画素G12を画素G11と同様の構成とするとともに、画素G22を画素G21と同様の構成とし、画素G12,G22についても図3のような構成とする。以下、画素G11,G21の構成及び画素G12,G22の構成それぞれが、図3のような構成であるものとして説明する。   In FIG. 20, the configuration of only the group unit Ukl is shown, and the photodiode PD and the MOS transistor T7 which are a part of the pixels G11 to G22 are shown. Therefore, the contacts of the switches Sa1, Sa2, Sc1, and Sc2 are connected to the connection node between the anode of the photodiode PD and the drain of the MOS transistor T7. Although not shown, for example, when the configurations of the pixels G11 and G21 are as shown in FIG. 3, the pixel G12 is configured similarly to the pixel G11, and the pixel G22 is configured similar to the pixel G21. The pixels G12 and G22 are configured as shown in FIG. In the following description, it is assumed that the configurations of the pixels G11 and G21 and the configurations of the pixels G12 and G22 are as shown in FIG.

このように構成されるとき、全画素読み出し動作時においては、スイッチSa1,Sa2,Sc1,Sc2それぞれをOFFとするとともに、画素G11〜G22それぞれのMOSトランジスタT7を各行毎に同一のタイミングで動作させる。このとき、水平方向に画素を結合していないので、信号φVRSを直流電圧VRSと等しい電圧値Vhとする。又、垂直方向2画素結合読み出し動作時においては、スイッチSa1,Sa2をOFFとするとともに、スイッチSc1,Sc2それぞれをONとし、又、画素G12,G22それぞれのMOSトランジスタT7をOFFとするとともに、画素G11,G21それぞれのMOSトランジスタT7を各行毎に同一のタイミングで動作させる。このとき、水平方向に画素を結合していないので、全画素読み出し動作時と同様、信号φVRSを直流電圧VRSと等しい電圧値Vhとする。   In such a configuration, in the all-pixel reading operation, the switches Sa1, Sa2, Sc1, and Sc2 are turned off, and the MOS transistors T7 of the pixels G11 to G22 are operated at the same timing for each row. . At this time, since the pixels are not coupled in the horizontal direction, the signal φVRS is set to a voltage value Vh equal to the DC voltage VRS. In the vertical two-pixel combined readout operation, the switches Sa1 and Sa2 are turned off, the switches Sc1 and Sc2 are turned on, the MOS transistors T7 of the pixels G12 and G22 are turned off, and the pixels The MOS transistors T7 of G11 and G21 are operated at the same timing for each row. At this time, since the pixels are not coupled in the horizontal direction, the signal φVRS is set to a voltage value Vh equal to the DC voltage VRS as in the case of the all-pixel reading operation.

又、水平方向2画素結合読み出し動作時においては、スイッチSa1,Sa2をONとするとともに、スイッチSc1,Sc2それぞれをOFFとし、又、画素G21,G22それぞれのMOSトランジスタT7をOFFとするとともに、画素G11,G12それぞれのMOSトランジスタT7を各行毎に同一のタイミングで動作させる。このとき、水平方向に画素を結合しているので、信号φVRSを直流電圧VRSよりも低い電圧値Vlとする。更に、4画素結合読み出し動作時においては、スイッチSa1,Sa2,Sc1,Sc2それぞれをONとし、又、画素G12,G21,G22それぞれのMOSトランジスタT7をOFFとする。このとき、水平方向に画素を結合しているので、水平方向2画素結合読み出し動作時と同様、水平方向に画素を結合しているので、信号φVRSを直流電圧VRSよりも低い電圧値Vlとする。   In the horizontal two-pixel combined readout operation, the switches Sa1 and Sa2 are turned on, the switches Sc1 and Sc2 are turned off, the MOS transistors T7 of the pixels G21 and G22 are turned off, and the pixels The MOS transistors T7 of G11 and G12 are operated at the same timing for each row. At this time, since the pixels are coupled in the horizontal direction, the signal φVRS is set to a voltage value Vl lower than the DC voltage VRS. Further, during the four-pixel combined readout operation, the switches Sa1, Sa2, Sc1, and Sc2 are turned on, and the MOS transistors T7 of the pixels G12, G21, and G22 are turned off. At this time, since the pixels are combined in the horizontal direction, the pixels are combined in the horizontal direction as in the case of the horizontal two-pixel combined read operation, so that the signal φVRS is set to a voltage value Vl lower than the DC voltage VRS. .

このように、水平方向に画素が結合されるとき、結合されて無効画素となる画素に対して、そのリセット電圧を変更したり、又は、その出力時におけるポテンシャル状態を変更したりすることで、無効画素となる画素からの出力電圧にオフセット電圧を与える。よって、水平方向に隣接する有効画素のからの出力電圧との電圧差を小さくすることができ、固体撮像素子1から出力される画像信号の振幅を小さくすることができる。尚、上述において、固体撮像素子1内の各画素を構成するMOSトランジスタをPチャネルのMOSトランジスタとしたが、NチャネルのMOSトランジスタによって構成されるものとしても構わない。このとき、その極性や印加する電圧関係が逆の極性となるが、その接続関係や信号の切り換えタイミング等については、上述の各実施形態と同様となる。   Thus, when the pixels are combined in the horizontal direction, by changing the reset voltage for the pixels that are combined and become invalid pixels, or by changing the potential state at the time of output, An offset voltage is applied to an output voltage from a pixel that becomes an invalid pixel. Therefore, the voltage difference from the output voltage from the effective pixels adjacent in the horizontal direction can be reduced, and the amplitude of the image signal output from the solid-state imaging device 1 can be reduced. In the above description, the MOS transistor constituting each pixel in the solid-state imaging device 1 is a P-channel MOS transistor, but may be an N-channel MOS transistor. At this time, the polarity and the relationship between applied voltages are opposite to each other, but the connection relationship, signal switching timing, and the like are the same as those in the above-described embodiments.

は、本発明の実施形態である固体撮像装置の内部構成を示すブロック図である。These are block diagrams which show the internal structure of the solid-state imaging device which is embodiment of this invention. は、第1〜第6の実施形態の固体撮像装置における固体撮像素子の内部構成を示すブロック図である。These are block diagrams which show the internal structure of the solid-state image sensor in the solid-state imaging device of 1st-6th embodiment. は、第1の実施形態の固体撮像素子に設けられた1つの群単位を構成する画素の構成を示す回路図である。These are circuit diagrams which show the structure of the pixel which comprises one group unit provided in the solid-state image sensor of 1st Embodiment. は、図3の画素構成の固体撮像素子における全画素読み出し時の動作を示すタイミングチャートである。FIG. 4 is a timing chart showing an operation at the time of reading all pixels in the solid-state imaging device having the pixel configuration of FIG. 3. は、図3の画素構成の固体撮像素子における水平方向2画素結合読み出し時の動作を示すタイミングチャートである。These are timing charts showing the operation at the time of horizontal two-pixel combined readout in the solid-state imaging device having the pixel configuration of FIG. は、図2の固体撮像素子から出力される画像信号の状態を示す図である。These are figures which show the state of the image signal output from the solid-state image sensor of FIG. は、第2の実施形態の固体撮像素子に設けられた1つの群単位を構成する画素の構成を示す回路図である。These are circuit diagrams which show the structure of the pixel which comprises one group unit provided in the solid-state image sensor of 2nd Embodiment. は、図7の画素構成の固体撮像素子における全画素読み出し時の動作を示すタイミングチャートである。FIG. 8 is a timing chart showing an operation at the time of reading all pixels in the solid-state imaging device having the pixel configuration of FIG. 7. は、図7の画素構成の固体撮像素子における水平方向2画素結合読み出し時の動作を示すタイミングチャートである。FIG. 8 is a timing chart showing an operation at the time of horizontal two-pixel combined readout in the solid-state imaging device having the pixel configuration of FIG. 7. は、図2の固体撮像素子に設けられた1つの群単位を構成する画素の別の構成を示す回路図である。These are circuit diagrams which show another structure of the pixel which comprises one group unit provided in the solid-state image sensor of FIG. は、図2の固体撮像素子に設けられた1つの群単位を構成する画素の別の構成を示す回路図である。These are circuit diagrams which show another structure of the pixel which comprises one group unit provided in the solid-state image sensor of FIG. は、第3の実施形態の固体撮像素子に設けられた1つの群単位を構成する画素の構成を示す回路図である。These are circuit diagrams which show the structure of the pixel which comprises one group unit provided in the solid-state image sensor of 3rd Embodiment. は、図12の画素構成の固体撮像素子における全画素読み出し時の動作を示すタイミングチャートである。FIG. 13 is a timing chart showing an operation at the time of reading all pixels in the solid-state imaging device having the pixel configuration of FIG. は、図12の画素構成の固体撮像素子における水平方向2画素結合読み出し時の動作を示すタイミングチャートである。FIG. 13 is a timing chart showing an operation at the time of horizontal two-pixel combined readout in the solid-state imaging device having the pixel configuration of FIG. 12. は、第4の実施形態の固体撮像素子に設けられた1つの群単位を構成する画素の構成を示す回路図である。These are circuit diagrams which show the structure of the pixel which comprises one group unit provided in the solid-state image sensor of 4th Embodiment. は、図15の画素構成の固体撮像素子における全画素読み出し時の動作を示すタイミングチャートである。FIG. 16 is a timing chart showing an operation at the time of reading all pixels in the solid-state imaging device having the pixel configuration of FIG. は、図15の画素構成の固体撮像素子における水平方向2画素結合読み出し時の動作を示すタイミングチャートである。FIG. 16 is a timing chart showing an operation at the time of horizontal two-pixel combined readout in the solid-state imaging device having the pixel configuration of FIG. 15. は、第5の実施形態の固体撮像装置における固体撮像素子の内部構成を示すブロック図である。These are block diagrams which show the internal structure of the solid-state image sensor in the solid-state imaging device of 5th Embodiment. は、第6の実施形態の固体撮像装置における固体撮像素子の内部構成を示すブロック図である。These are block diagrams which show the internal structure of the solid-state image sensor in the solid-state imaging device of 6th Embodiment. は、固体撮像素子に設けられた1つの群単位を別の構成を示すブロック図である。These are block diagrams which show another structure for one group unit provided in the solid-state image sensor. は、従来の固体撮像装置における信号の状態を示すタイミングチャートである。These are the timing charts which show the state of the signal in the conventional solid-state imaging device. は、従来の固体撮像装置の固体撮像素子より出力される画像信号の状態を示す図である。These are figures which show the state of the image signal output from the solid-state image sensor of the conventional solid-state imaging device.

符号の説明Explanation of symbols

1 固体撮像素子
2 垂直走査回路
3 水平走査回路
4 結合制御回路
5 画素出力制御回路
6 タイミングジェネレータ
11a−1〜11a−m,11b−1〜11b−m 信号線
12 出力信号線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid-state image sensor 2 Vertical scanning circuit 3 Horizontal scanning circuit 4 Coupling control circuit 5 Pixel output control circuit 6 Timing generator 11a-1 to 11a-m, 11b-1 to 11b-m Signal line 12 Output signal line

Claims (8)

入射光に応じた電気信号を出力する光電変換部と該光電変換部からの出力に応じた電気信号を出力するための信号出力部とより構成される複数の画素を備える固体撮像装置において、
隣接した複数の画素を1つの群単位とし、前記群単位毎に群内の少なくとも1組の画素についてそれぞれの前記光電変換部を結合状態と非結合状態とで切り換えるための切換部と、
該切換部により前記光電変換部が結合状態とされる複数画素のうちの1画素を有効画素として選択し、選択した有効画素の前記信号出力部から電気信号を出力させるための選択部と、
水平方向に隣接する少なくとも1組の画素の前記光電変換部を前記群単位毎に結合させるとき、前記有効画素に供給する電圧と、前記有効画素の前記光電変換部に結合する前記光電変換部を備える無効画素に供給する電圧との少なくとも一方を調整することにより、前記有効画素からの出力と前記無効画素からの出力との差を、前記有効画素及び前記無効画素の少なくとも一方に供給する電圧を調整しない場合の両者の出力差よりも小さくする画素供給電圧調整部と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。
In a solid-state imaging device including a plurality of pixels configured by a photoelectric conversion unit that outputs an electric signal according to incident light and a signal output unit for outputting an electric signal according to an output from the photoelectric conversion unit,
A plurality of adjacent pixels as one group unit, and a switching unit for switching each photoelectric conversion unit between a coupled state and a non-coupled state for at least one set of pixels in the group for each group unit;
A selection unit for selecting one of the plurality of pixels in which the photoelectric conversion unit is combined by the switching unit as an effective pixel, and outputting an electric signal from the signal output unit of the selected effective pixel;
When the photoelectric conversion units of at least one set of pixels adjacent in the horizontal direction are combined for each group unit, the voltage supplied to the effective pixel and the photoelectric conversion unit combined with the photoelectric conversion unit of the effective pixel The voltage supplied to at least one of the effective pixel and the invalid pixel is determined by adjusting at least one of the voltage supplied to the invalid pixel and the difference between the output from the effective pixel and the output from the invalid pixel. A pixel supply voltage adjustment unit that makes the output difference between the two when not adjusted,
A solid-state imaging device.
前記有効画素及び前記無効画素それぞれをリセットする際に与える直流電圧を異なる電圧値とすることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。   2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the DC voltage applied when resetting each of the effective pixel and the invalid pixel is set to a different voltage value. 前記有効画素及び前記無効画素それぞれの前記信号出力部に与える参照電圧を異なる電圧値とすることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein reference voltages given to the signal output units of the effective pixels and the ineffective pixels are set to different voltage values. 入射光に応じた電気信号を出力する光電変換部と該光電変換部からの出力に応じた電気信号を出力するための信号出力部とより構成される複数の画素と、水平方向に並んだ複数の画素に応じて設けられ当該複数の画素それぞれの前記信号出力部から出力される前記電気信号を増幅して1本の出力信号線に出力する複数の出力回路と、を備える固体撮像装置において、
隣接した複数の画素を1つの群単位とし、前記群単位毎に群内の少なくとも1組の画素についてそれぞれの前記光電変換部を結合状態と非結合状態とで切り換えるための切換部と、
該切換部により前記光電変換部が結合状態とされる複数画素のうちの1画素を有効画素として選択し、選択した有効画素の前記信号出力部から電気信号を出力させるための選択部と、
水平方向に隣接する少なくとも1組の画素の前記光電変換部を前記群単位毎に結合させるとき、前記有効画素と接続される第1出力回路に供給する電圧と、前記有効画素の前記光電変換部に結合する前記光電変換部を備える無効画素に接続される第2出力回路に供給する電圧との少なくとも一方を調整することにより、前記第1出力回路からの出力と前記第2出力回路からの出力との差を、前記第1出力回路及び前記第2出力回路の少なくとも一方の供給する電圧を調整しない場合の両者の出力の差よりも小さくする出力回路供給電圧調整部と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。
A plurality of pixels configured by a photoelectric conversion unit that outputs an electrical signal according to incident light and a signal output unit for outputting an electrical signal according to an output from the photoelectric conversion unit, and a plurality of pixels arranged in a horizontal direction A solid-state imaging device comprising: a plurality of output circuits that are provided in accordance with the pixels of the plurality of pixels and that amplify the electrical signal output from the signal output unit of each of the plurality of pixels and output the signal to one output signal line.
A plurality of adjacent pixels as one group unit, and a switching unit for switching each photoelectric conversion unit between a coupled state and a non-coupled state for at least one set of pixels in the group for each group unit;
A selection unit for selecting one of the plurality of pixels in which the photoelectric conversion unit is combined by the switching unit as an effective pixel, and outputting an electric signal from the signal output unit of the selected effective pixel;
A voltage supplied to a first output circuit connected to the effective pixel when the photoelectric conversion units of at least one set of pixels adjacent in the horizontal direction are coupled for each group unit; and the photoelectric conversion unit of the effective pixel The output from the first output circuit and the output from the second output circuit are adjusted by adjusting at least one of the voltage supplied to the second output circuit connected to the invalid pixel including the photoelectric conversion unit coupled to An output circuit supply voltage adjustment unit that makes the difference between the output voltage and the output voltage of at least one of the first output circuit and the second output circuit smaller than the difference between the outputs of the two when not adjusted,
A solid-state imaging device.
前記出力回路それぞれが、前記画素から出力される前記電気信号をサンプルホールドするサンプルホールド部を備えるとともに、
前記有効画素及び前記無効画素それぞれに接続された前記出力回路において、前記サンプルホールド部に供給される参照電圧を異なる電圧値とすることを特徴とする請求項4に記載の固体撮像装置。
Each of the output circuits includes a sample hold unit that samples and holds the electrical signal output from the pixel,
The solid-state imaging device according to claim 4, wherein in the output circuit connected to each of the effective pixel and the invalid pixel, the reference voltage supplied to the sample and hold unit is set to different voltage values.
前記無効画素それぞれに接続された前記出力回路に対して、所定の電圧値となる直流電圧を強制的に入力することを特徴とする請求項4に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 4, wherein a DC voltage having a predetermined voltage value is forcibly input to the output circuit connected to each of the invalid pixels. 前記各画素の前記光電変換部において、入射光量に対して線形的に変化する前記電気信号を出力することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion unit of each pixel outputs the electric signal that linearly changes with respect to an incident light amount. 前記各画素の前記光電変換部において、入射光量に対して自然対数的に変化する前記電気信号を出力することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 6, wherein the photoelectric conversion unit of each pixel outputs the electrical signal that varies logarithmically with respect to an incident light amount.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2020010090A (en) * 2018-07-03 2020-01-16 凸版印刷株式会社 Image processing apparatus and image processing method

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