固體攝像裝置和使用該固體攝像裝置的相機的製作方法
2023-05-05 21:14:31 1
專利名稱：固體攝像裝置和使用該固體攝像裝置的相機的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有一維或二維的像素信號加算(加法運算)單元的固體攝像裝置和使用該固體攝像裝置的相機。
背景技術：
現有技術中，在固體攝像裝置中，作為披露對像素信號加算的方法，例如，有日本專利申請特開2000-106653號。圖14是現有例，表示由(2H行存儲器+2H行加算電路)206將二維的像素信號加算。具體的加算電路部分的電路構成示於圖15，例如，是由輸出線108-1、108-2接收像素信號並經MOS開關123-1、126-1將像素信號存儲於電容C2-2、C3-1等之後，使MOS開關123-1、126-1變為ON，由布線117-1得到加算(平均)輸出的電路。
這樣，在現有例中，像素加算單元的輸入部與進行通常輸出(非加算)的輸出線共同連接。
然而，在這種共同輸出線中，通常輸出，與沒有加算單元的場合比較，信號線的負載增加，導致輸出時間延遲。以下，對圖14、圖15的示例進行說明。在圖中，通常(非加算)輸出是輸出到布線117-1，由於此時存在加算電路的MOS開關123-1、123-2、123-3，會附加浮置電容。可以預料，在上述日本專利申請特開2000-106653號中，隨著開關數的增加，附加的浮置電容的值變大，根據加算的程度，浮置電容有很大影響，會出現信號增益下降，響應速度降低等等。
發明內容
本發明的目的是，在具有多個像素信號加算(平均化)的電路的固體攝像裝置中，實現可以減輕從像素輸出的負載，可以抑制增益降低、速度延遲等等的固體攝像裝置。
為達到上述目的，本發明的固體攝像裝置的特徵在於包括排列成為一維或二維、輸出經過光電變換的信號的多個像素；將發自一個像素或排列成為一行的多個像素的輸出信號分別輸出的多個輸出線；與上述多個輸出線分別連接、將上述各輸出信號任意加算並輸出的信號加算電路；以及將上述各輸出信號不加算而輸出的信號輸出電路；上述輸出線，與上述信號加算電路和上述信號輸出電路分別連接的路徑不同。
在本發明中，通過使從像素輸出送往加算電路、輸出電路的路徑獨立，可以減輕從像素輸出的負載，可以抑制增益降低、速度延遲等等。並且，可以對將加算信號輸出和非加算信號輸出(例如，個別信號輸出)向固體攝像裝置外部輸出的定時(timing)進行獨立控制。
圖1為示出本發明的實施方式1的固體攝像裝置的一部分構成的電路圖。
圖2為示出在使加算電路有效的場合的驅動定時的示圖。
圖3為示出非加算狀態的定時的示圖。
圖4為示出本發明的實施方式2的固體攝像裝置的一部分構成的電路圖。
圖5為示出本發明的實施方式3的固體攝像裝置的一部分構成的電路圖。
圖6為示出本發明的實施方式4的固體攝像裝置的一部分構成的電路圖。
圖7為示出本發明的實施方式5的固體攝像裝置的一部分構成的電路圖。
圖8為示出採用運算放大器的加算器的示圖。
圖9為示出採用源極跟隨器的讀出電路的示圖。
圖10為示出本發明的實施方式1的固體攝像裝置的構成的框圖。
圖11為示出本發明的實施方式6的固體攝像裝置的一部分構成的電路圖。
圖12為示出將本發明的固體攝像裝置應用於「靜止攝像機」的場合的框圖。
圖13為示出將本發明的固體攝像裝置應用於攝像機的場合的框圖。
圖14為示出現有的固體攝像裝置的構成的框圖。
圖15為示出現有的固體攝像裝置的加算部的構成的電路圖。
具體實施例方式
下面利用附圖對本發明的實施方式進行詳細說明。
(實施方式1)圖1為表示本發明的最佳示圖，是示出本發明的實施方式1的固體攝像裝置的一部分構成的電路圖。圖1所示的構成，是示出圖10所示的固體攝像裝置的像素部的部分區域(由3×3像素構成的區域)、針對該部分區域的信號加算電路、非加算電路(例如，個別信號輸出電路)、讀出電路以及掃描電路的構成。圖10示出的固體攝像裝置的構成包括像素以二維方式排列的多個像素部、對像素部的多個像素的每一個進行控制的掃描電路4』、加算電路及非加算電路、讀出電路3、掃描電路4以及未圖示的輸出放大器5。
另外，在本實施方式及後述的其他實施方式中，說明的是像素以二維方式排列的示例，但對於像素以一維方式排列時各實施方式的構成(實施方式3除外)當然也可以應用(在像素以一維方式排列時與像素以二維方式排列時選擇一個像素行時是一樣的)。
另外，在圖1中雖然未圖示，但如圖7所示，在共同輸出線Pix-out1、Pix-out2、Pix-out3上分別連接有電容C501～C503；在反相輸入端子上分別連接有電容C501～C503的、作為增益超過1的放大器的運算放大器25；設置在運算放大器25輸出端子和反相輸入端子之間的電容C511～C513；與電容C511～C513並聯的開關電晶體M51～M53。在運算放大器25的非反相輸入端子(+)上施加參考電壓(Vref)。另外，在後述的實施方式2至實施方式4中，則省略了電容C501～C503、運算放大器25、電容C511～C513以及開關電晶體M51～M53。
在圖1中，1是像素，像素1由光電二極體D1，MOS電晶體MS0、MS1、MS2、MS3構成。MOS電晶體MS0是用來將電荷從光電二極體D1發送到輸出電晶體MS2的柵部及其浮置電容(FD)的電晶體。MS1是用來使FD部分復位的開關電晶體，MS3是將輸出電晶體MS2得到的信號在所要求的定時輸出的開關電晶體。在水平方向上排列的各像素的開關電晶體MS3的柵與分別施加有信號SEL1～SEL3(利用未圖示的掃描電路順序使信號SEL1～SEL3變成高電平)的信號線L1～L3共同連接，而在垂直方向上排列的各像素的開關電晶體MS3的源與共同輸出線Pix-out1、Pix-out2、Pix-out3共同連接。就是說，在信號SEL1變成高電平而使與信號線L1相連接的開關電晶體MS3導通時，連接到信號線L1的像素的輸出經開關電晶體MS3輸出到共同輸出線Pix-out1、Pix-out2、Pix-out3。此處所說明的像素稱為CMOS感測器，但像素並不特別限定為CMOS感測器，也可以應用VMIS(閾值電壓調製圖像感測器)、BCAST(埋置電荷儲存器和感測電晶體陣列)、LBCAST(橫向埋置電荷儲存器和感測電晶體陣列)等等。特別是對於BCAST及LBCAST，通過以JFET電晶體代替放大用MOS電晶體，可以在無本質改變的情況下實現。另外，在本實施方式的像素中可以使用將儲存於光電變換部中的信號電荷導入到在像素中設置的電晶體的控制電極，將放大的信號從主電極輸出類型的感測器。作為放大用電晶體，有使用SIT的SIT型圖像感測器(A.Yusa，J.Nishizawa等，「SIT image sensorDesign consideration andcharacteristics，」IEEE Trans.Vol.ED-33，pp.735-742，June 1986)，使用雙極電晶體的BASIS(N.Tanaka等，「A 310K pixel bipolar imager(BASIS)，」IEEE Trans.Electron Devices，Vol.35，pp.646-652，May1990)，以及使用控制電極耗盡JFET的CMD(中村等，「柵儲存型MOS光電電晶體圖像感測器」，電視學會志，41，11，pp.1075-1082，Nov.，1987)等等。
輸出到共同輸出線Pix-out1、Pix-out2、Pix-out3的像素的輸出信號，如圖7所示，經電容C501～C503連接到運算放大器25的反相輸入端子(-)。結果，經過放大輸出到輸出線amp-out1、amp-out2、amp-out3而輸入到信號加算電路2及開關電晶體MX1、MX2、MX3。電容C501和電容C511的容量比、電容C502和電容C512的容量比、電容C503和電容C513的容量比由增益決定。
另外，2是信號加算電路，信號加算電路2中電容CA1、CA2、CA3分別是用來對共同輸出線Pix-out1、Pix-out2、Pix-out3上的像素信號進行箝位的電容。箝位電容CA1、CA2、CA3的一個端子經開關電晶體MA1、MA2、MA3與共同輸出線Pix-out1、Pix-out2、Pix-out3相連接。箝位電容CA1、CA2、CA3的另一個端子在與後述的讀出電路3的開關電晶體MR0共同連接的同時，經開關電晶體MA0與未圖示的電壓源(電位VCL)相連接。
箝位電容CA1、CA2、CA3的另一個端子(共同端)，在像素復位時或FD復位時使VCL箝位。之後，在輸出像素信號時，共同輸出線Pix-out1、Pix-out2、Pix-out3的加算(平均)信號輸出以電位VCL作為基準出現。開關電晶體MA1、MA2、MA3，是用來使像素的共同輸出線和箝位電路分離、結合的開關。通過對開關電晶體MA1、MA2、MA3適當進行控制，也可以選擇共同輸出線Pix-out1、Pix-out2、Pix-out3進行加算。例如，在使開關電晶體MA1、MA3導通，而使開關電晶體MA2斷開時，就可得到共同輸出線Pix-out1和Pix-out3的加算(平均)信號輸出。
另外，開關電晶體MX1、MX2、MX3是為了解決上述的浮置電容附加的問題而插入的開關。(開關電晶體MX1、MX2、MX3構成以非加算方式輸出的個別信號輸出電路(非加算電路)的)信號加算電路動作時，使開關電晶體MX1、MX2、MX3斷開，排除與節點a、b、c相關的浮置電容，而在非加算時使開關電晶體MA1、MA2、MA3斷開，排除信號加算電路的影響。施加到開關電晶體MX1、MX2、MX3和開關電晶體MA1、MA2、MA3上的加算、非加算的切換信號，可以由感測器的內部的定時發生器生成，並且也可以由相機系統或視頻系統產生。一般，優選是由通信端子從相機系統或視頻系統發送模式切換信號，直接或經定時發生器對感測器進行控制。增益的切換，例如，可以由使用者利用切換開關進行。以圖12所示的靜止相機為例進行說明。利用未圖示的切換開關將增益切換指示信號發送到整體控制和運算部309。於是，從定時發生部308發送固體攝像元件(固體攝像裝置)的開關電晶體MX1、MX2、MX3和開關電晶體MA1、MA2、MA3加算、非加算的切換信號線。
3是讀出電路，將加算電路2的輸出和/或非加算時的個別信號輸出經開關電晶體MR0～MR3分別臨時存放於電容C0、C1、C2、C3，以掃描電路4的掃描順序選擇開關電晶體MR4～MR7經放大器5順序輸出。
圖2為示出在使加算電路有效的場合的驅動定時的示圖。信號SEL1為高電平時使像素的第1行的開關電晶體MS3導通，在開關電晶體MA1、MA2、MA3為導通狀態時，使開關電晶體MS1導通，在使像素內的FD(浮置擴散)部分固定為像素復位電位Vres的同時，使箝位電路接通(使開關電晶體MA0導通)，箝位電容CA1、CA2、CA3的共同的節點(加算輸出)與電位VCL相連接。由此，復位後的各像素輸出(固定模式噪聲)輸出到箝位電容CA1、CA2、CA3，保持初始狀態(各像素的固定模式噪聲保持為箝位電容CA1、CA2、CA3的狀態)。之後，在開關電晶體MS1、開關電晶體MA0為斷開的狀態下，使像素的第1行的電晶體MA0導通，將儲存於像素內光電二極體D1中的電荷傳送到FD。與該電荷相對應的各像素的輸出，輸出到箝位電容CA1、CA2、CA3的一個端子(此時的電位變化是從像素輸出減去了固定模式噪聲部分後的電位)，箝位電容CA1、CA2、CA3的另一個共同端子上的是除去了噪聲的各像素髮出的信號的加算(平均)輸出。此加算輸出，通過使信號Pread成為高電平，經開關電晶體MR0將加算結果寫入到電容C0，之後，掃描電路4掃描圖2的斜線的區間，從輸出放大器5讀出電容C0的行的數據。
此時，作為加算輸入開關的開關電晶體MA1、MA2、MA3導通，信號THRU為低電平，而開關電晶體MX1～MX3為斷開。
在圖2、圖3中，以標記×示出的期間表示由於開關斷開(OFF)而成為不定的狀態。
圖3為示出非加算狀態的定時的示圖。
由於加算電路不動作，開關電晶體MA0斷開，作為加算輸入開關的開關電晶體MA1、MA2、MA3為斷開，信號THRU端子為高電平，而開關電晶體MX1～MX3為斷開。圖3中像素選擇為SEL2，這是因為選擇與圖2不同的行。像素的動作的MS1、Pread的定時相同。
信號SEL2為高電平時使像素的第2行的開關電晶體MS3導通，信號THRU為高電平時，在使開關電晶體MX1、MX2、MX3為斷開狀態下，使開關電晶體MS1導通。於是，使像素內的FD(浮置擴散)部分固定為像素復位電位Vres。之後，在開關電晶體MS1為斷開的狀態下，使像素的第2行的電晶體MS0導通，將儲存於像素內光電二極體D1中的電荷傳送到FD。與該電荷相對應的各像素的輸出，通過使信號Pread成為高電平，經開關電晶體MR1～MR3寫入到電容C3。之後，掃描電路4掃描圖3的斜線的區間，從輸出放大器讀出電容C1～C3的數據。
此時，作為加算輸入開關的開關電晶體MA1、MA2、MA3斷開，信號THRU為高電平，而開關電晶體MX1～MX3為斷開。
(實施方式2)圖4為示出本發明的實施方式2的固體攝像裝置的一部分構成的電路圖。
基本構成及其動作與實施方式1相同，但像素12是不進行傳送的類型，加算電路22利用電容分割進行加算(平均)這一點是不同的。
像素12由光電二極體D1、MOS電晶體MS1、MS2、MS3構成。與圖1的像素相比，刪除了MOS電晶體MS0，來自光電二極體D1的信號，發送到輸出電晶體MS2的柵部及其浮置電容(FD)。
信號加算電路22包括開關電晶體MA1～MA3；經開關電晶體MA1～MA3與共同輸出線Pix-out1、Pix-out2、Pix-out3分別相連接的3個電容；與3個電容分別連接且與開關電晶體MA1～MA3分別串聯的開關電晶體MA11～MA13。通過使開關電晶體MA11～MA13導通，使保持於3個電容上的信號進行加算。
在實施方式2中，也與實施方式1一樣，通過分別進行加算、非加算(個別信號輸出)，可排出、抑制附加於輸出線上的浮置電容。
(實施方式3)圖5為示出本發明的實施方式3的固體攝像裝置的一部分構成的電路圖。
基本構成及其動作與實施方式1相同，但信號加算電路23在箝位之後，利用電容分割進行加算(平均)這一點是不同的。由於利用箝位電路進行行(水平)方向的信號加算，利用抽樣保持(S/H)電路進行列(垂直)方向的信號加算，可以得到二維的信號加算結果。
在信號加算電路23中，箝位電容CA1、CA2、CA3的一個端子，經開關電晶體MA1、MA2、MA3與共同輸出線Pix-out1、Pix-out2、Pix-out3相連接。箝位電容CA1、CA2、CA3的另一個端子，與共同連接的開關電晶體MA01～MA03共同連接。
開關電晶體MA01～MA03，分別與3個電容相連接，而分別與3個電容相連接並且分別與開關電晶體MA01～MA03串聯的開關電晶體MA11～MA13，與讀出電路3的開關電晶體MR0相連接。
箝位電容CA1、CA2、CA3的另一個共同端子上是除去了噪聲的從各像素髮出的信號的加算(平均)輸出。例如，在來自第1行的像素的信號輸出到共同輸出線Pix-out1、Pix-out2、Pix-out3時，通過使開關電晶體MA1～MA3導通，對來自各像素的除去噪聲的像素信號輸出進行加算。通過使開關電晶體MA01導通，將第1行像素的加算信號輸出保持於第1電容中。之後，在來自第2行的像素的信號輸出到共同輸出線Pix-out1、Pix-out2、Pix-out3時，通過使開關電晶體MA1～MA3導通，對來自各像素的除去噪聲的像素信號輸出進行加算。通過使開關電晶體MA02導通，將第2行像素的加算信號輸出保持於第2電容中。之後，同樣通過利用來自第3行的像素的信號使開關電晶體MA02導通，也將第3行像素的加算信號輸出保持於第3電容中。通過使開關電晶體MA11～MA13導通，可對保持於第1～第3電容中的信號進行加算。
這樣，就可以將第1～3行、第1～3列的3×3的像素的像素信號輸出進行加算而輸出。
通過對開關電晶體MA1、MA2、MA3、MA01、MA02、MA03、MA11、MA12、MA13進行適當控制，可以任意進行垂直方向信號加算、水平方向信號加算、傾斜方向信號加算或把這些信號加算相組合的加算。
在實施方式3中，也通過對像素信號輸出分別進行信號加算、信號非加算(個別信號輸出)排出、抑制附加於輸出線上的浮置電容。
(實施方式4)圖6為示出本發明的實施方式4的固體攝像裝置的一部分構成的電路圖。
基本構成與實施方式1相同，但信號加算電路2的輸出由放大器24接收這一點不同。由於箝位電路的輸出本身是高阻抗，缺乏驅動能力，在向電容C0傳送信號和電容分割時，輸出電平低。因此使用如放大器24這樣的阻抗變換單元。在實施方式4中，也通過對像素信號輸出分別進行信號加算、信號非加算(個別信號輸出)來排出、抑制附加於輸出線上的浮置電容。
(實施方式5)圖11為示出本發明的實施方式6的固體攝像裝置的一部分構成的電路圖。此處，為簡化起見，示出的是一個存儲器單元、一列大小的讀出單元，但實際上與像素數相對應，存儲器構成以二維形式排列的存儲器部分，讀出單元針對每一列設置。像素數和存儲器單元數根據需要設定，存儲器單元數也可以小於像素數。例如，在將來自多個像素的信號加算或間隔剔除存儲於存儲器單元時，存儲器單元數可以小於像素數。
在圖11中，運算放大器25，其反相輸入端子(-)與作為箝位電容的耦合電容的電容C501相連接，對像素的箝位信號進行放大。運算放大器25是反饋型的放大器，其輸出經電容C511傳送到負輸入端子(-)。此外，運算放大器25的增益由電容C501和電容C511的比決定。正輸入端子(+)固定為箝位電位Vres。負輸入端子(-)，通過將脈衝C施加於開關電晶體M51進行導通，箝位於箝位電位Vres，這是因為運算放大器的輸入端子成為虛擬短路(imaginary short)狀態。
電容C501的箝位動作，在通過使開關電晶體M51導通，將電容C501的運算放大器25的反相輸入(-)側設定為箝位電位Vres的狀態下，利用復位用電晶體MS1使圖1所示的像素的放大用電晶體MS2的柵極復位為規定的電位，將來自像素的噪聲輸入到電容C501。之後，使開關電晶體M51導通而使電容C501的運算放大器25的反相輸入側成為浮置狀態，在像素中，將光信號從光電二極體D1經電荷傳送電晶體MS0發送到放大用電晶體MS2的柵極，將放大的信號從像素輸入到電容C501。電容C501的輸入側端子的電位變化量成為從信號中除去了噪聲分量的量，從像素除去了噪聲的信號輸入到運算放大器25。
利用運算放大器25放大了的信號，寫入到存儲器單元501。存儲器單元501由放大用電晶體502、存儲器選擇電晶體503、寫入電晶體500以及存儲器單元電容504構成。電流供給用電晶體505，象放大用電晶體502作為源跟隨器工作一樣，供給電流。寫入(兼作讀出)電晶體500也可以使用由存儲器單元電容504構成的DRAM型的存儲器。通過使用放大型存儲器，在從存儲器向儲存電容讀出中，由於存儲器單元501具有的放大作用，信號電壓不會被降低。
從存儲器單元501讀出信號，是通過使存儲器選擇電晶體503、開關電晶體MX1導通進行的。所選擇的存儲器單元的輸出，利用脈衝TS使開關電晶體506導通而抽樣到儲存電容508。之後，通過使開關電晶體M51導通使運算放大器25的反相輸入端子和輸出端子短路，將運算放大器25的偏置寫入存儲器單元501。寫入存儲器單元的偏置的讀出和抽樣，與寫入到存儲器單元的信號的讀出、抽樣相同。從存儲器單元的偏置輸出向存儲單元509的抽樣，是通過將脈衝TN施加於開關電晶體507進行的。儲存電容508上的電壓，加到經過放大的像素信號和運算放大器25的偏置上，包含放大用電晶體502的偏置。另一方面，儲存電容509上的電壓加到運算放大器25的偏置上，包含放大用電晶體502的偏置。
在上述動作之後進行的水平掃描，由水平掃描電路514進行。水平掃描電路514對作為開關對的電晶體510和電晶體511進行掃描，將儲存電容508和509上的電壓分別傳送到水平掃描線512及513。差動放大器515將運算放大器25及放大用電晶體502的偏置除去而輸出具有高SN比的感測信號。
以上說明的各實施方式的信號加算電路、讀出電路歸根結底僅是示例，除此之外，使用採用運算放大器的加算器(圖8)、採用源跟隨器的讀出系統(圖9)等當然也可以實現本發明的效果。在圖8中，開關電晶體MA1～MA3經電容C1001～C1003與運算放大器的反相輸入端子共同連接。C1011是設置於運算放大器的輸出端子和反相輸入端子之間的電容，M1001是與電容C1001並聯的開關電晶體。在運算放大器的非反相輸入端子上施加參考電壓(Vref)。在圖9中，源跟隨器由MOS電晶體MC112和MC113構成。
在各本實施方式中，固體攝像裝置可以設置於同一半導體基板上，但為了使差動放大器515產生的噪聲不影響其他電路部件，也可以將差動放電器設置於基板之外。
另外，在本實施方式中，在考慮一條垂直輸出線時，連接兩個MOS電晶體MA1、MX1即可，可以使輸出的負載(浮置電容)減小。
根據圖12，對將本發明的固體攝像裝置應用於運動圖像對應的靜止相機的場合(攝像系統)的一實施方式予以詳述。
圖12為示出將本發明的固體攝像裝置應用於運動圖像對應的「靜止攝像機」的場合的框圖。
在圖12中，301是兼作鏡頭的保護器和主開關的屏障，302是將被攝體的光學像成像於固體攝像元件(固體攝像裝置)304的鏡頭，303是用來使通過鏡頭302的光量可變的光圈(diaphragm)，304是用來將由鏡頭302成像的被攝體作為圖像信號取得的固體攝像元件，306是對由固體攝像元件304輸出的圖像信號減小模擬數字變換的A/D變換器，307是對由A/D變換器306輸出的圖像數據進行各種修正和數據壓縮的信號處理部，308是向攝像元件304、攝像信號處理電路305、A/D變換器306、信號處理部307輸出各種定時信號的定時發生部，309是對各種運算和靜止攝像機整體進行控制的整體控制運算部，310是用來臨時存儲圖像數據的存儲器部，311是用來對記錄介質進行記錄或讀出的接口部，312是用來進行圖像數據的記錄或讀出的半導體存儲器等的可裝入和取下的記錄介質，313是用來與外部計算機等進行通信的接口部。
下面對上述構成的攝影時的靜止攝像機的動作予以說明。
屏障301打開時，主電源接通，之後控制系統的電源接通，並且A/D變換器306等的攝像系統電路的電源接通。
因此，為了控制曝光量，整體控制和運算部309使光圈303打開，從固體攝像元件304輸出的信號經A/D變換器306進行變換之後，輸入到信號處理部307。由整體控制和運算部309根據該數據進行曝光的運算。
利用進行這一測光的結果判斷明亮度，並由整體控制和運算部309根據該結果控制光圈。
之後，根據從攝像元件304輸出的信號，由整體控制和運算部309取出高頻分量並進行到被攝體的距離的運算。之後，驅動鏡頭判斷是否對焦，在判斷未對焦時，再次驅動鏡頭進行測距。於是，在確認對焦之後，本曝光開始。
在曝光結束時，從攝像元件304輸出的圖像信號由A/D變換器306進行A/D變換，並通過信號處理部307由整體控制和運算部309寫入到存儲器部310。
之後，存儲於存儲器部310的數據，藉助整體控制和運算部309的控制，通過記錄介質控制I/F部311記錄到半導體存儲器等可裝入和取下的記錄介質312上。
另外，也可以通過外部I/F部313直接輸入到計算機等進行圖像加工。
另外，根據圖13，對於將本發明的固體攝像裝置應用於攝像機的場合(攝像系統)的示例予以詳述。
圖13為示出將本發明的固體攝像裝置應用於攝像機的場合的框圖。401是攝影鏡頭，具有用來進行調焦的聚焦鏡頭401A，進行變焦動作的變焦鏡頭401B及成像用鏡頭401C。
402是光圈，403是將在攝像面成像的被攝體像進行光電變換而變換為電攝像信號的固體攝像元件(固體攝像裝置)、404是對由固體攝像元件403輸出的攝像信號進行抽樣保持並且將電平放大的抽樣保持電路(S/H電路)，輸出影像信號。
405是對由抽樣保持電路404輸出的影像信號實施伽瑪校正、色分離、消隱處理等規定處理的處理電路405，輸出亮度信號Y及色度信號C。由處理電路405輸出的色度信號C，由色信號校正電路421進行白平衡及色平衡的校正，作為色差信號R-Y、B-Y輸出。
另外，由處理電路405輸出的亮度信號Y和由色信號校正電路421輸出的色差信號R-Y、B-Y，由編碼電路(ENC電路)調製並作為標準電視信號輸出。於是，供給未圖示的錄像機或電子取景器等的監控EVF。
其次，406是可變光圈(iris，或叫虹彩光圈)控制電路，根據由抽樣保持電路404供給的影像信號，控制可變光圈驅動電路407，為使影像信號成為規定水平的一定值而對可以控制光圈402的開口量的ig表進行自動控制。413、414是從由抽樣保持電路404輸出的影像信號中抽出為進行對焦檢測所需要的高頻分量的不同頻帶限制的帶通濾波器(BPF)413、414。第1帶通濾波器413(BPF1)及第2帶通濾波器414(BPF2)輸出的信號分別由門電路415及聚焦選通框架信號進行選通，由峰值檢測電路416檢測並在保持的同時輸入到邏輯控制電路417。
此信號稱為焦點電壓，利用此焦點電壓進行對焦。
另外，418是檢測聚焦鏡頭401A的移動位置的聚焦編碼器，419是檢測變焦鏡頭401B的焦距的變焦編碼器，420是檢測光圈402的開口量的可變光圈編碼器。這些編碼器的檢測值供給進行系統控制的邏輯控制電路417。邏輯控制電路417，根據與設定的對焦檢測區域內相當的影像信號，進行針對被攝體的對焦檢測的調焦。就是說，取得由各個帶通濾波器413、414供給的高頻分量的峰值信息，將聚焦電機410的轉動方向、轉速、轉動/停止等控制信號供給聚焦驅動電路409以便驅動聚焦鏡頭401A達到使高頻分量的峰值成為最大的位置，並對其進行控制。
本發明可以應用於具有一維或二維的像素信號加算單元的固體攝像裝置，可以應用於與運動圖像對應的數位相機(靜止相機)、數碼攝像機等等。
權利要求
1.一種固體攝像裝置，其特徵在於包括排列成一維或二維、輸出經過光電變換的信號的多個像素；將發自一個像素或排列成一列的多個像素的輸出信號分別輸出的多個輸出線；與上述多個輸出線分別連接、將上述各輸出信號進行任意加算並輸出的信號加算電路；以及將上述各輸出信號不加算而輸出的信號輸出電路；上述輸出線，與上述信號加算電路和上述信號輸出電路分別連接的路徑不同。
2.如權利要求1所述的固體攝像裝置，其中包括將來自上述像素的信號輸入到上述信號加算電路及上述信號輸出電路的、對來自上述像素的信號以超過1的增益進行放大的多個放大器。
3.如權利要求1或2所述的固體攝像裝置，其中在上述信號加算電路和/或上述信號輸出電路之後包括放大單元或阻抗變換單元。
4.如權利要求1或2所述的固體攝像裝置，其中上述信號加算電路具有與上述多個輸出線相連接的多個開關單元；以及一個端子與上述多個開關單元分別連接，而另一端子共同連接的多個電容。
5.如權利要求1或2所述的固體攝像裝置，其中上述信號加算電路具有與上述多個輸出線相連接的多個第1開關單元；與上述多個第1開關單元相連接、儲存輸出到上述多個輸出線的輸出信號的多個儲存電容；以及設置於上述多個儲存電容和共用線之間的多個第2開關單元。
6.如權利要求1或2所述的固體攝像裝置，其中上述信號加算電路具有與上述多個輸出線相連接的第1開關單元；一個端子與上述多個第1開關單元分別連接，而另一端子共同連接的多個電容；與上述共同連接的上述另一端子相連接的多個第2開關單元；與上述多個第2開關單元相連接、儲存輸出到上述多個輸出線的輸出信號的多個儲存電容；以及設置於上述多個儲存電容和共用線之間的多個第3開關單元。
7.如權利要求1或2所述的固體攝像裝置，其中上述信號加算電路具有與上述多個輸出線相連接的多個開關單元；一個端子與上述多個開關單元分別連接，而另一端子共同連接的多個電容；以及共同連接的另一個端子與輸入端子相連接，而輸出端子與上述輸入端子經電容連接的運算放大器。
8.如權利要求1或2所述的固體攝像裝置，其中上述信號輸出電路具有與上述多個輸出線相連接，同時進行通斷控制的多個第4開關單元。
9.如權利要求2所述的固體攝像裝置，其特徵在於各輸出線，經由用來通過對來自上述像素的信號進行箝位以除去上述像素的噪聲的耦合電容，與上述放大器相連接。
10.如權利要求9所述的固體攝像裝置，其特徵在於在上述耦合電容作為第1耦合電容時，上述放大器是反饋型放大器，且具有使上述放大器的輸出端子與輸入端子電容耦合的第2耦合電容、和使上述放大器的輸出端子與上述輸入端子電容耦合的第3耦合電容，由上述第1耦合電容和上述第2耦合電容的比決定以第1模式讀出時的增益，並由上述第1耦合電容和上述第3耦合電容的比決定以第2模式讀出時的增益。
11.如權利要求1或2所述的固體攝像裝置，其特徵在於包括保持上述信號加算電路和/或上述信號輸出電路的輸出信號的存儲器部。
12.如權利要求11所述的固體攝像裝置，其特徵在於上述存儲器部是至少具有信號儲存電容、用來寫入信號的電晶體以及用來對該信號進行放大的電晶體，且與上述多個像素的至少一部分相對應的多個放大型存儲器單元。
13.如權利要求12所述的固體攝像裝置，其特徵在於包括針對上述存儲器部的放大型存儲器單元的各列配置的、用來輸出來自上述放大器和上述存儲器部的放大型存儲器單元的輸出偏置以及上述存儲器部的放大型存儲器單元的信號的電路單元。
14.如權利要求13所述的固體攝像裝置，其中上述電路單元具有儲存上述輸出偏置的第1儲存電容；將上述輸出偏置傳送到上述第1儲存電容的第1傳送電晶體；存儲來自上述放大型存儲器單元的第2儲存電容；以及把來自上述放大型儲存器單元的信號傳送到上述第2儲存電容的第2傳送電晶體。
15.如權利要求14所述的固體攝像裝置，其中包括將來自上述電路單元的上述輸出偏置和上述信號減法運算的單元。
16.一種相機，其特徵在於具有如權利要求1或2所述的固體攝像裝置；使光成像於上述固體攝像裝置的光學系統；以及對從上述固體攝像裝置輸出的輸出信號進行處理的信號處理電路。
全文摘要
提供一種固體攝像裝置和使用該固體攝像裝置的相機，目的在於要在具有多個像素信號相加(平均化)的電路的固體攝像裝置中，減輕從像素輸出的負載，可以抑制增益降低、速度延遲等等。該固體攝像裝置包括排列成一維或二維、輸出經過光電變換的信號的多個像素；將發自一個像素或排列成一行的多個像素的輸出信號分別輸出的多個輸出線；將來自多個輸出線的各輸出信號任意加算並輸出的信號加算電路；以及將來自多個輸出線的各輸出信號不加算而作為個別信號輸出的信號輸出電路。
文檔編號H04N5/374GK1705349SQ20051007276
公開日2005年12月7日 申請日期2005年5月19日 優先權日2004年6月2日
發明者菊池伸 申請人:佳能株式會社