JP2008154292A - Imaging apparatus and system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance AD conversion rate and accuracy of an image sensor incorporating an AD converter in an imaging apparatus having an array parallel AD converter. <P>SOLUTION: In an imaging apparatus with sensing elements 101 arranged in matrix and an AD converter arranged for each array, the AD converter 103 holds an electric signal corresponding to a signal of the sensing element 101 becoming an analog signal in a storage section 112 as an initial value. Subsequently, the AD converter begins charge or discharge of the storage section at a rate corresponding to the magnitude of a fixed signal being inputted, and measures the time having elapsed until the electric signal at the storage section becomes equal to a reference signal after charge start time or discharge start time as a digital value. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、光電変換などに代表される、エネルギーを電気信号に変換する素子を一単位画素とし、その画素を行列状に並べた、CCD、CMOSイメージセンサ、近赤外や遠赤外イメージセンサなどの撮像装置において、列ごとにAD変換器を並べた撮像装置及び撮像システムに関する。   The present invention relates to a CCD, a CMOS image sensor, a near-infrared or far-infrared image sensor in which an element that converts energy into an electrical signal, represented by photoelectric conversion, is a unit pixel and the pixels are arranged in a matrix. The present invention relates to an imaging apparatus and an imaging system in which AD converters are arranged for each column.

今日のイメージセンサにおいては、CMOSロジックプロセスとイメージセンサプロセスの融合により、センサチップ上に複雑なアナログ回路やデジタル回路、および信号処理部などを製作することが可能である。その応用の有力なものとして、2次元状に画素が配列されたイメージセンサチップ上にアナログ・デジタル変換器(AD変換器)を搭載したものがある。   In today's image sensor, it is possible to manufacture a complicated analog circuit, digital circuit, signal processing unit, and the like on a sensor chip by integrating a CMOS logic process and an image sensor process. One of the most promising applications is that an analog / digital converter (AD converter) is mounted on an image sensor chip in which pixels are arranged two-dimensionally.

イメージセンサにAD変換器を搭載する場合、列ごとにAD変換器を設ける、列並列AD変換アーキテクチャが特に用いられる。本手法は一つあたりのAD変換器の変換レートを、一画素の読み出しレートから、一行の読み出しレートまで落とすことができることから、AD変換器自身のスピードを落とし、総合的に消費電力を下げることができ、また結果としてイメージセンサの読み出しレートの高速化も図り易い。   When an AD converter is mounted on an image sensor, a column parallel AD conversion architecture in which an AD converter is provided for each column is particularly used. This method can reduce the conversion rate of each AD converter from the readout rate of one pixel to the readout rate of one row, thereby reducing the speed of the AD converter itself and reducing the power consumption comprehensively. As a result, it is easy to increase the reading rate of the image sensor.

上記の、列並列AD変換を用いたイメージセンサは、従来、特許文献1に代表される三角波を掃印するランプ型を用いるイメージセンサと、特許文献2に代表される逐次比較(Successive Approximation)型を用いるイメージセンサ、また特許文献3に代表される、画素の出力電圧で決まる速度で参照電圧を放電する手法を用いるイメージセンサなどがあった。   The above-described image sensor using column parallel AD conversion is conventionally an image sensor using a ramp type that sweeps a triangular wave represented by Patent Document 1 and a successive approximation type represented by Patent Document 2. In addition, there are image sensors using a technique for discharging a reference voltage at a speed determined by an output voltage of a pixel, represented by Patent Document 3, as represented by Patent Document 3.

逐次比較型は精度を確保するためにどうしても回路規模が大きくなり、結果としてイメージセンサのチップサイズが大きくなってしまうことから用途が限定されてしまう。一方、ランプ型のAD変換器を用いるイメージセンサと、参照電圧放電型AD変換器を用いるイメージセンサは、回路規模をコンパクトにすることができるという点で優れている。   The successive approximation type is inevitably increased in circuit scale in order to ensure accuracy, and as a result, the chip size of the image sensor is increased, limiting the application. On the other hand, an image sensor using a lamp type AD converter and an image sensor using a reference voltage discharge type AD converter are excellent in that the circuit scale can be made compact.

図11に特許文献1に示されるランプ型AD変換器を有するイメージセンサの一例を示す。ランプ型AD変換器は、各列に電圧比較器10と、スイッチ11とデジタルデータ蓄積部12からなるデジタルメモリを有しており、なおかつデジタルメモリは共通のカウンタ5に接続されている。電圧比較器10の一端には画素からの信号がアナログ信号として転送スイッチ3を介して入力され、もう一端にはDA変換器9から三角波を印加し、各列の比較器が反転した時のカウンタの値を各列のデジタルメモリに保持する。三角波はカウンタ5に同期して電圧を変化させていくため、たとえば8ビットAD変換器の時は三角波の掃印に2の8乗ステップ、すなわち256ステップ分の処理時間が必要となる。   FIG. 11 shows an example of an image sensor having a lamp type AD converter disclosed in Patent Document 1. The ramp type AD converter has a digital memory including a voltage comparator 10, a switch 11, and a digital data storage unit 12 in each column, and the digital memory is connected to a common counter 5. A signal from the pixel is input as an analog signal to the one end of the voltage comparator 10 via the transfer switch 3, and a triangular wave is applied from the DA converter 9 to the other end, and the counter when the comparator of each column is inverted. Is stored in the digital memory of each column. Since the triangular wave changes its voltage in synchronization with the counter 5, for example, in the case of an 8-bit AD converter, the sweeping of the triangular wave requires a processing time of 2 8 steps, that is, 256 steps.

図12に特許文献3に示される参照電圧放電型AD変換器を有するイメージセンサの一例を示す。参照電圧放電型AD変換器は、電圧比較器とデジタルメモリを有することはランプ型AD変換器と同じであるが、一度比較器に一定の参照電圧を電荷として蓄積し、それをカレントミラー回路1215で電圧・電流変換された画素信号に比例した電流で放電し、比較器が反転するまでの時間をカウントする。
特開平05−048460号 米国特許第5880691号 特開2002−033962号
FIG. 12 shows an example of an image sensor having a reference voltage discharge AD converter disclosed in Patent Document 3. The reference voltage discharge type AD converter has the same voltage comparator and digital memory as the ramp type AD converter. However, the reference voltage discharge type AD converter once accumulates a constant reference voltage as a charge in the comparator, and stores it in the current mirror circuit 1215. The voltage is discharged at a current proportional to the pixel signal that has been converted to voltage and current, and the time until the comparator is inverted is counted.
JP 05-048460 A US Pat. No. 5,880,691 JP 2002-033962 A

上記、ランプ型AD変換器や参照電圧放電型AD変換器を内蔵したイメージセンサにおいては、AD変換器の高速化、高精度化を図る上での問題が生じている。   In the image sensor incorporating the lamp type AD converter or the reference voltage discharge type AD converter, there are problems in increasing the speed and accuracy of the AD converter.

具体的に、ランプ型ADを用いたイメージセンサにおいては、一ステップあたりの単位時間の短縮が難しいため、さらなる多ビット化において高速化が困難という問題がある。三角波はアナログ電圧としてセンサ全面に供給されるため、一ステップの期間は、チップ全体で三角波の出力が安定するのに必要な、RC時定数で決定される一定の時間以上に縮めることが原理的に困難である。ゆえに、一ステップあたりの時間を縮めて高速化を図ることが難しい。また、さらなる高精度化をはかろうとすると、ステップの数自身が増えてしまい、高速化がさらに阻害される方向にある。   Specifically, in an image sensor using a lamp-type AD, it is difficult to reduce the unit time per step. Since the triangular wave is supplied to the entire surface of the sensor as an analog voltage, it is theoretically necessary to shorten the period of one step to a certain time determined by the RC time constant, which is necessary for the output of the triangular wave to be stabilized throughout the chip. It is difficult to. Therefore, it is difficult to increase the speed by reducing the time per step. In addition, if the accuracy is further increased, the number of steps itself increases, and the increase in speed is further hindered.

また、参照電圧放電型AD変換器においては、一定の電圧を放電していく際に画素の信号レベルが著しく低いと電流値も著しく低くなり、そのために非常に長い時間待たないと放電による比較器の反転が起こらないという問題があり、高速化を図ることが難しい。なおかつ電圧を電流に変換する際の回路が不十分で、充電の傾きは著しく非線形な挙動を示す。   Further, in the reference voltage discharge AD converter, if the signal level of the pixel is remarkably low when discharging a constant voltage, the current value becomes remarkably low. For this reason, it is necessary to wait for a very long time. Inversion does not occur, and it is difficult to increase the speed. In addition, the circuit for converting the voltage into the current is insufficient, and the charging slope exhibits a very nonlinear behavior.

そこで、本発明は、列並列AD変換器を有する撮像装置において、センサ全体に経時変化するアナログ電圧を印加する必要のない手法を用いて一ステップあたりの時間の短縮を図る手法、さらに画素の信号レベルによる放電時間の増加の影響を受けない精度の高い手法を提供し、AD変換器を内蔵するイメージセンサのさらなるAD変換速度と精度の向上を実現することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a technique for reducing the time per step using a technique that does not require applying an analog voltage that changes with time to the entire sensor in an imaging apparatus having a column-parallel AD converter, and further a pixel signal. An object of the present invention is to provide a highly accurate method that is not affected by the increase in discharge time depending on the level, and to further improve the AD conversion speed and accuracy of an image sensor incorporating an AD converter.

本発明の撮像装置は、行列状にセンシング素子が並べられ、該センシング素子の列ごとにAD変換器が設けられている撮像装置において、
前記AD変換器は、アナログ信号となる前記センシング素子の信号に応じた電気信号を初期値として記憶部に保持し、そののちに前記AD変換器は、入力される固定信号の大きさに応じた速度で前記記憶部の充電もしくは放電を開始し、充電開始時間又は放電開始時間から前記記憶部の電気信号が参照信号と等しくなるまでの時間を計測してデジタル値とすることを特徴とする。
In the imaging apparatus of the present invention, sensing elements are arranged in a matrix, and an AD converter is provided for each column of the sensing elements.
The AD converter holds an electrical signal corresponding to the signal of the sensing element, which is an analog signal, in the storage unit as an initial value, and then the AD converter responds to the magnitude of the input fixed signal. Charging or discharging of the storage unit is started at a speed, and the time from the charging start time or the discharge start time until the electrical signal of the storage unit becomes equal to the reference signal is measured to obtain a digital value.

このような撮像装置によれば、チップ全体で経時変化する参照電圧を印加する必要が無く、ランプ型AD変換を用いるイメージセンサと比較してAD変換器の比較器の一比較ステップに必要な時間が短縮でき、AD変換のスピードを向上させることができる。また、光信号を初期値として設定しその後一定の傾きで放電することから、参照電圧放電型にくらべて、常に比較を一定のステップ数未満で終了させることができる。   According to such an imaging apparatus, it is not necessary to apply a reference voltage that changes with time in the entire chip, and the time required for one comparison step of the comparator of the AD converter as compared with an image sensor that uses lamp-type AD conversion. Can be shortened, and the speed of AD conversion can be improved. In addition, since the optical signal is set as an initial value and then discharged at a constant slope, the comparison can always be completed in less than a certain number of steps compared to the reference voltage discharge type.

本発明の撮像装置において、前記AD変換器は積分器を有し、前記初期値は前記センシング素子の信号を前記積分器により一定時間積分することで決定され、かつ決定された前記初期値は前記積分器を用いて充電もしくは放電されるようにすることが好ましい。   In the imaging apparatus of the present invention, the AD converter includes an integrator, and the initial value is determined by integrating the signal of the sensing element by the integrator for a predetermined time, and the determined initial value is the It is preferable to be charged or discharged using an integrator.

このような撮像装置によれば、初期値の設定とその放電が同一の時定数を持った積分器を用いて行われるため、隣接AD変換器での充電特性のばらつきがAD変換誤差ばらつきに影響しない撮像装置を構成することができる。   According to such an imaging apparatus, since the setting of the initial value and the discharging thereof are performed using an integrator having the same time constant, the variation in charging characteristics between adjacent AD converters affects the variation in AD conversion errors. It is possible to configure an imaging device that does not.

本発明の撮像装置において、前記撮像装置はデジタルカウンタを有し、前記AD変換器は積分器、比較器、デジタルメモリを備え、前記積分器の出力は前記比較器の入力に接続され、前記比較器の出力は前記デジタルメモリの取り込みトリガ端子に接続され、前記デジタルカウンタが前記デジタルメモリの入力端子に接続されており、前記デジタルメモリに記憶される前記デジタルカウンタの出力が前記デジタル値であることが好ましい。   In the imaging apparatus of the present invention, the imaging apparatus includes a digital counter, the AD converter includes an integrator, a comparator, and a digital memory, and an output of the integrator is connected to an input of the comparator, and the comparison The output of the storage device is connected to the capture trigger terminal of the digital memory, the digital counter is connected to the input terminal of the digital memory, and the output of the digital counter stored in the digital memory is the digital value. Is preferred.

このような撮像装置によれば、一般的な電気回路を用いて容易に精度良いAD変換器を列ごとに設けることができる。   According to such an imaging apparatus, it is possible to easily provide an accurate AD converter for each column using a general electric circuit.

本発明の撮像装置において、前記積分器が、演算増幅器と、前記演算増幅器の一方の入力端子に接続される抵抗と、該一方の入力端子と出力端子との間に接続される容量とを備えているようにすることが好ましい。   In the imaging apparatus of the present invention, the integrator includes an operational amplifier, a resistor connected to one input terminal of the operational amplifier, and a capacitor connected between the one input terminal and the output terminal. It is preferable to make it.

このような撮像装置によれば、積分器を精度良く構成することができ、センシング画素の信号のレベルによらない、線形性の良い、高精度なAD変換器を撮像装置上に設けることができる。   According to such an imaging device, the integrator can be configured with high accuracy, and a highly accurate AD converter with good linearity can be provided on the imaging device regardless of the signal level of the sensing pixel. .

本発明の撮像装置において、前記積分器が、演算増幅器と、前記演算増幅器の一方の入力端子に接続されるスイッチドキャパシタ回路とを備えていることが好ましい。   In the imaging device of the present invention, it is preferable that the integrator includes an operational amplifier and a switched capacitor circuit connected to one input terminal of the operational amplifier.

このような撮像装置によれば、積分器に必要な抵抗を容量で構成でき、さらにその等価抵抗値を制御により可変にすることができるようになり、AD変換特性を必要に応じて変更できるようになる。   According to such an imaging apparatus, the resistance necessary for the integrator can be configured by a capacitance, and the equivalent resistance value can be made variable by control, and the AD conversion characteristics can be changed as necessary. become.

本発明の撮像装置において、記憶部は積分器の出力部とすることができる。   In the imaging apparatus of the present invention, the storage unit can be an output unit of an integrator.

本発明の撮像装置において、列方向に配置された前記センシング素子は垂直出力線に選択的に接続され(例えば、行方向に配列されたセンシング素子が一行ごとに選択されて垂直出力線に接続され)、前記垂直出力線と前記AD変換器は電圧増幅器を介して接続されるようにすることが好ましい。
このような撮像装置によれば、信号を増幅することで実効的な入力換算ノイズを減らすことができて、AD変換のサンプル・ホールド時の固定パターンノイズや、AD変換時のランダムノイズ、量子化誤差などの影響を低減することができる。
In the imaging apparatus of the present invention, the sensing elements arranged in the column direction are selectively connected to the vertical output lines (for example, the sensing elements arranged in the row direction are selected for each row and connected to the vertical output lines. It is preferable that the vertical output line and the AD converter are connected via a voltage amplifier.
According to such an image pickup apparatus, it is possible to reduce effective input conversion noise by amplifying a signal, fixed pattern noise at the time of sample / hold of AD conversion, random noise at the time of AD conversion, quantization The influence of errors and the like can be reduced.

本発明の撮像装置において、列方向に配置された前記センシング素子は垂直出力線に選択的に接続され、前記垂直出力線と前記AD変換器はノイズ除去回路を介して接続され、前記ノイズ除去回路は前記センシング素子のノイズ信号をセンシング後の信号から除去する機能を有することが好ましい。   In the imaging apparatus of the present invention, the sensing elements arranged in a column direction are selectively connected to a vertical output line, and the vertical output line and the AD converter are connected via a noise removal circuit, and the noise removal circuit Preferably has a function of removing the noise signal of the sensing element from the signal after sensing.

このような撮像装置によれば、AD変換後にノイズレベルを信号レベルから減算する手法に比べて、AD変換のダイナミックレンジを広げることができる。   According to such an imaging apparatus, the dynamic range of AD conversion can be expanded as compared with the technique of subtracting the noise level from the signal level after AD conversion.

本発明によれば、列並列AD変換器を有する撮像装置において、センサ全体に経時変化するアナログ電圧を印加する必要のない手法を用いて一ステップあたりの時間の短縮を図り、さらに画素の信号レベルによる放電時間の増加の影響を受けない精度の高いAD変換手法を提供することができる。   According to the present invention, in an imaging apparatus having a column-parallel AD converter, the time per step can be shortened by using a technique that does not need to apply an analog voltage that changes with time to the entire sensor. Therefore, it is possible to provide a highly accurate AD conversion technique that is not affected by the increase in the discharge time due to.

本発明の第一の実施形態を図1を用いて説明する。図1は本発明の第一の実施形態の回路図の一例を示す図である。ここではセンシング素子の一例として、センシング素子が光電変換を行う画素である場合を取り上げており、画素101が行列状に配列されて画素部102を構成し、2次元の像信号を電荷もしくは電圧等の電気信号に変換する。これら画素はたとえばフォトダイオードで構成されるCCD,CMOSセンサ、近赤外センサ、もしくは遠赤外線を熱に変えてそれをさらに電気信号に変換するセンサなどのことである。もちろんこれらの例には限定されず、センシング素子が例えば圧力センサ等であってもよい。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing an example of a circuit diagram of the first embodiment of the present invention. Here, a case where the sensing element is a pixel that performs photoelectric conversion is taken as an example of the sensing element, and the pixel 101 is arranged in a matrix to form the pixel unit 102, and a two-dimensional image signal is converted into an electric charge or a voltage. Convert to electrical signal. These pixels are, for example, a CCD, a CMOS sensor, a near-infrared sensor, or a sensor that converts far-infrared rays into heat and converts them into electric signals. Of course, it is not limited to these examples, For example, a pressure sensor etc. may be sufficient as a sensing element.

図1において、103はAD変換器であり、画素群からの信号はリセットノイズを除去するCDS(相関二重サンプリング)回路120を介してAD変換器103に入力される。   In FIG. 1, reference numeral 103 denotes an AD converter, and a signal from a pixel group is input to the AD converter 103 via a CDS (correlated double sampling) circuit 120 that removes reset noise.

CDS後の画素からの信号はサンプル・ホールド(S/H)回路104、バッファ105、スイッチ106を介して積分器107の出力112に接続されている。積分器107の一方の入力端子は抵抗108とスイッチ109を介して積分用の固定電圧(V_DE)110に接続されており、また積分器のもう一方の入力端子には参照電圧111が接続されている。   The signal from the pixel after CDS is connected to the output 112 of the integrator 107 via the sample and hold (S / H) circuit 104, the buffer 105, and the switch 106. One input terminal of the integrator 107 is connected to a fixed voltage (V_DE) 110 for integration via a resistor 108 and a switch 109, and a reference voltage 111 is connected to the other input terminal of the integrator. Yes.

積分器107の出力端子112は、比較器113の入力端子と接続されており、比較器113は積分器107の出力112と参照電圧114を比較する。ここで参照電圧111と参照電圧114に印加される電圧は同一のV_REFとしている。比較器113の出力115はnビットのメモリユニット116の取り込みトリガを決定し、カウンタ117が出力する値をホールドするようになっている。各AD変換器103のメモリユニットは水平デジタル信号線118に選択的に接続され、バッファ119を介して外部に出力される。   The output terminal 112 of the integrator 107 is connected to the input terminal of the comparator 113, and the comparator 113 compares the output 112 of the integrator 107 with the reference voltage 114. Here, the voltage applied to the reference voltage 111 and the reference voltage 114 is the same V_REF. The output 115 of the comparator 113 determines the capture trigger of the n-bit memory unit 116, and holds the value output from the counter 117. The memory unit of each AD converter 103 is selectively connected to the horizontal digital signal line 118 and output to the outside through the buffer 119.

各メモリユニットは、不図示のスイッチを介して水平デジタル信号線118と接続されており、そのスイッチを一度に一つONすることで選択的出力を行う。スイッチパルスは、アドレスをデコードする方法、もしくはデジタルシフトレジスタを用いて一列ずつ順次ONさせていく方法などがある。このようにして、デジタルメモリから水平デジタル信号線118への選択的出力が行われる。
これらバッファやスイッチ、抵抗などはすべて機能レベルで模式化されて記述されており、その具体的な実施形態には限定がない。それらはどのような製造プロセスや回路技術かを用いるかを決定した後に選択される、設計事項である。たとえばバッファを作る場合は、CMOSインバーターを使う場合、もしくは一度センスアンプと呼ばれるもので電圧を正帰還で増幅させた後に再度CMOSインバーターを介して出力する場合などがある。CMOSインバーターとは、能動的に電気信号を増幅し、出力インピーダンスを変化させて(通常は減少させて)伝達するための回路である。CMOSインバーターでは信号が反転してしまうため、そのインバーターを二つ直列に接続することでバッファと呼ばれるインピーダンス変換器を構成する。
スイッチを作る場合は、単純にMOSトランジスタ一個のゲートの電圧をオン・オフすることで制御する場合、ANDとORなどのロジックでスイッチを作る場合、MOSトランジスタではなくバイポーラートランジスタやJFET、SITなどを使う場合など、様々ある。
抵抗を作る場合は、金属を張り回して作る場合、ポリシリコンでつくる場合、シリコン基板にイオン注入して抵抗を作る場合など、様々ある。
本回路の動作を図2、図3、図4、図5を用いて説明する。図2は積分器の出力部112の電圧推移であり、図3から図5は機能レベルでの各行の時間方向に対する動作をチャートにしたものである。
Each memory unit is connected to the horizontal digital signal line 118 via a switch (not shown), and performs selective output by turning on the switch one at a time. The switch pulse includes a method of decoding an address or a method of sequentially turning on each column using a digital shift register. In this way, selective output from the digital memory to the horizontal digital signal line 118 is performed.
These buffers, switches, resistors, etc. are all described schematically at the functional level, and there is no limitation on the specific embodiments thereof. They are design items that are selected after deciding what manufacturing process and circuit technology to use. For example, when making a buffer, there are a case where a CMOS inverter is used, or a case where a voltage is once amplified by positive feedback using a so-called sense amplifier and then output again through the CMOS inverter. The CMOS inverter is a circuit for actively amplifying an electric signal and transmitting the signal by changing (usually decreasing) the output impedance. Since a signal is inverted in a CMOS inverter, an impedance converter called a buffer is configured by connecting two inverters in series.
When making a switch, simply by turning on and off the voltage of the gate of one MOS transistor, when making a switch with logic such as AND and OR, bipolar transistor, JFET, SIT, etc. instead of MOS transistor There are various cases, such as when using.
There are various cases in which the resistance is made, for example, by making the metal stretched, in the case of making it by polysilicon, and in the case of making the resistance by ion implantation into the silicon substrate.
The operation of this circuit will be described with reference to FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, and FIG. FIG. 2 is a voltage transition of the output unit 112 of the integrator, and FIGS. 3 to 5 are charts showing the operation in the time direction of each row at the function level.

基本的な原理はカウンタ117の信号が同期的にカウントアップする中、比較器113からのトリガを受けてそのときのカウンタ値をメモリ116に取り込み、画素からの信号と、積分による放電に必要とした時間の、両者の比例関係を用いてAD変換を行うというものである。   The basic principle is that, while the signal of the counter 117 is synchronously counted up, the counter value at that time is received in the memory 116 in response to the trigger from the comparator 113, and is necessary for the signal from the pixel and the discharge by integration. AD conversion is performed using the proportional relationship between the two times.

まずCDS(相関二重サンプリング)後の信号はサンプル・ホールド回路104、バッファ105、スイッチ106を介して積分器の出力112に印加される。スイッチ106がオフされて積分器の出力端子112には画素からの信号201が記憶される(積分器の出力部の容量に記憶する)。時刻202においてスイッチ109がオンし、かつ、共通カウンタ117によるカウントも開始される。参照電圧203に向かって、負の傾きを持って積分が行われていく。時刻204にて積分器の出力112は参照電圧203を横切るが、このときに比較器113はメモリユニット116へトリガをおくり、そのときのカウンタ117の値がメモリユニット116に取り込まれる。   First, a signal after CDS (correlated double sampling) is applied to the output 112 of the integrator via the sample and hold circuit 104, the buffer 105, and the switch 106. The switch 106 is turned off, and the signal 201 from the pixel is stored in the output terminal 112 of the integrator (stored in the capacity of the output unit of the integrator). At time 202, the switch 109 is turned on, and counting by the common counter 117 is also started. Integration is performed with a negative slope toward the reference voltage 203. At time 204, the integrator output 112 crosses the reference voltage 203. At this time, the comparator 113 triggers the memory unit 116, and the value of the counter 117 at that time is taken into the memory unit 116.

積分を開始してからの時間、すなわち時刻202から時刻204までの時間は画素からの信号201に比例しているので、メモリに取り込まれたカウンタの値がすなわちAD変換結果となる。   Since the time from the start of integration, that is, the time from time 202 to time 204 is proportional to the signal 201 from the pixel, the counter value taken into the memory is the AD conversion result.

本実施形態の構成はイメージセンサにおいて特に好適に用いられる。図11を用いて説明したようなランプ型ADを用いたイメージセンサにおいては、イメージセンサに要求されるAD変換精度、および大きいチップサイズという要因から、一ステップあたりの単位時間の短縮が難しいため、さらなる多ビット化において高速化が困難であった。三角波はアナログ電圧としてセンサ全面に供給されるため、一ステップの期間は、チップ全体で三角波の出力が安定するのに必要な、RC時定数で決定される一定の時間以上に縮めることが原理的に困難だからである。ゆえに、さらなる多ビット化において、ステップ数が増えてしまった場合、一ステップあたりの時間を縮めて高速化を図ることは困難であった。   The configuration of this embodiment is particularly preferably used in an image sensor. In the image sensor using the lamp-type AD as described with reference to FIG. 11, it is difficult to reduce the unit time per step because of the AD conversion accuracy required for the image sensor and the large chip size. It was difficult to increase the speed in further increasing the number of bits. Since the triangular wave is supplied to the entire surface of the sensor as an analog voltage, it is theoretically necessary to shorten the period of one step to a certain time determined by the RC time constant, which is necessary for the output of the triangular wave to be stabilized throughout the chip. Because it is difficult. Therefore, when the number of steps increases in further multi-biting, it is difficult to shorten the time per step and increase the speed.

本実施形態の構成を用いることにより、各AD変換器の内部の積分器は、全面に与えられた固定電圧V_DEを用いてAD変換を行うので、ランプ電圧の安定のための待ち時間を設ける必要が無く、前記ランプ電圧を用いる手法に比べてステップ一つあたりの時間の短縮ができ、AD変換自身に要する時間を短縮することができる。   By using the configuration of the present embodiment, the integrator inside each AD converter performs AD conversion using the fixed voltage V_DE given to the entire surface, so it is necessary to provide a waiting time for stabilizing the lamp voltage. Therefore, the time per step can be reduced as compared with the method using the lamp voltage, and the time required for AD conversion itself can be reduced.

ここで、バッファ105は1倍バッファを用いたが、たとえば1倍以上の電圧増幅を行うバッファを用いても良い。また電圧増幅を行う際に、CDSに電圧増幅の機能を組み込むことも可能である。このように電圧増幅を行うことで、増幅後の信号に重畳されるノイズの入力換算値を低減させることができる。また、電圧増幅は、増幅率が一倍未満、もしくは一倍も含むとする。   Here, the buffer 105 is a 1 × buffer. However, for example, a buffer that performs voltage amplification of 1 × or more may be used. When performing voltage amplification, it is also possible to incorporate a voltage amplification function into the CDS. By performing voltage amplification in this way, the input conversion value of noise superimposed on the amplified signal can be reduced. Further, it is assumed that the voltage amplification includes an amplification factor of less than 1 time or 1 time.

また、実際の回路では、積分器の出力インピーダンスと、バッファ105の出力インピーダンスで決まる抵抗分割で初期値が決定されてしまうが、これに対しては、たとえばバッファの出力インピーダンスを小さくする、もしくは容量付加型のソースフォロアを最終段に設けるバッファをもちいて最大値をクリップする回路を構成する、などの手法を用いればよい。   In an actual circuit, the initial value is determined by resistance division determined by the output impedance of the integrator and the output impedance of the buffer 105. For this, for example, the output impedance of the buffer is reduced or the capacitance is reduced. A technique may be used such as forming a circuit that clips the maximum value using a buffer in which an additional source follower is provided in the final stage.

また、AD変換器を2列に一つ、複数列に一つ設けても良い。AD変換器をいくつの列に対して一つ設けるかは、許されるチップ状の回路面積と、AD変換速度のかねあいで決まる、設計項目である。   Further, one AD converter may be provided in two rows and one in a plurality of rows. The number of rows of AD converters to be provided is a design item determined by the allowable chip area and AD conversion speed.

上記の説明は一次元のライン動作についてであった。次に、図3から図5を用いて2次元的に動作させた場合について説明する。   The above description was for a one-dimensional line operation. Next, a case where the two-dimensional operation is performed will be described with reference to FIGS.

図3は最も簡単な例であり、301でCDSにてリセットレベルを減算し、302でAD変換を行い、最後に303でAD変換の結果のデジタルデータを外部に出力するという一連の動作を一行ごとに繰り返す。この手法を取り入れることで、高速動作は犠牲になるが、ノイズの少ないAD変換が可能となっている。   FIG. 3 shows the simplest example. A series of operations in which the reset level is subtracted by the CDS in 301, AD conversion is performed in 302, and finally, the digital data resulting from the AD conversion is output to the outside in 303. Repeat every time. By adopting this method, high-speed operation is sacrificed, but AD conversion with less noise is possible.

301はセンシング素子からの信号出力がCDS120に入力されてから、CDS120の出力が積分器の出力112に印加され、スイッチ106がオフされるまでの期間、302は時刻202においてスイッチ109がオンしてから、メモリユニット116にAD変換結果を取り込む(時刻204)まで期間、303は配列されたメモリユニット116から順次バッファ119を介してAD変換結果が外部に出力される期間である。   301 is a period from when the signal output from the sensing element is input to the CDS 120 to when the output of the CDS 120 is applied to the output 112 of the integrator and the switch 106 is turned off. 302 is the time when the switch 109 is turned on at time 202. Until the AD conversion result is taken into the memory unit 116 (time 204), and 303 is a period in which the AD conversion result is sequentially output from the arranged memory units 116 via the buffer 119.

図4はスピードを向上させるための手法であり、N行目のAD変換結果を出力する間にCDSにてリセットレベルを減算することを行う。動作を多重化することでAD変換のスループットおよび画像データ読み出しのスループットを向上させることが可能となっている。また、前記のノイズであるが設計によって無視できる範囲まで抑えることも十分可能である。   FIG. 4 shows a technique for improving the speed, in which the reset level is subtracted by CDS while outputting the AD conversion result of the Nth row. By multiplexing the operations, it is possible to improve the AD conversion throughput and the image data readout throughput. It is also possible to suppress the noise to a range that can be ignored by design.

図5はさらにスピードを向上させるための手法であり、N+1行目のAD変換を501にて行う間に、N行目のAD変換結果を502にて出力し、かつN+2行目のCDSを503にて行うようにした。これにより図4の回路動作に比べてさらにAD変換のスループットが向上し、画像データを高速に読み出すことが可能になる。   FIG. 5 shows a technique for further improving the speed. While the AD conversion of the (N + 1) th row is performed at 501, the AD conversion result of the Nth row is output at 502 and the CDS of the (N + 2) th row is set to 503. It was made to do in. As a result, the AD conversion throughput is further improved as compared with the circuit operation of FIG. 4, and the image data can be read out at high speed.

センシング素子の画素が光電変換画素である場合の構成例を図9に示す。図9に示す画素はCMOSセンサの一画素を示している。   FIG. 9 shows a configuration example when the pixel of the sensing element is a photoelectric conversion pixel. The pixel shown in FIG. 9 represents one pixel of the CMOS sensor.

図9において、PDはホトダイオード、Q1はホトダイオードに蓄積された電荷をフローティングディフュージョン(FD)領域(浮遊拡散領域)に転送する転送用MOSトランジスタ、Q2はFD領域をリセットするリセット用MOSトランジスタ、Q3は増幅用トランジスタ、Q4は選択用MOSトランジスタである。   In FIG. 9, PD is a photodiode, Q1 is a transfer MOS transistor that transfers charges accumulated in the photodiode to a floating diffusion (FD) region (floating diffusion region), Q2 is a reset MOS transistor that resets the FD region, and Q3 is The amplifying transistor Q4 is a selection MOS transistor.

信号φRSTをハイレベルとしてリセット用MOSトランジスタQ2をオンしてFD領域をリセットし、ノイズ信号Nとして選択トランジスタQ4を介して出力する。そして、ホトダイオードPDに蓄積された電荷を信号φTXをハイレベルとして転送用MOSトランジスタQ1を介してにFD領域に読み出す。この浮遊拡散領域FDの容量CFDにより信号電荷Qsig をQsig /CFDに電圧変換し、浮遊拡散領域FDとゲートが接続される増幅用MOSトランジスタにより信号が増幅されて、選択用MOSトランジスタから信号Sを読み出す。信号SはCDS回路によりノイズ信号Nが減算処理される。このような画素が行列状に配されて図1の画素部102が構成される。行方向に配された一画素行の各画素は、転送用トランジスタQ1のゲートが共通の転送線に接続され、リセット用トランジスタQ2のゲートが共通のリセット線に接続され、選択用トランジスタQ4のゲートが共通の選択線に接続され、不図示の垂直走査回路により、行ごとに順次、φRST,φTX,φTが各行ごとに設けられたリセット線、転送線、選択線に印加されて、行ごとに信号転送動作、リセット動作、画素選択動作(信号出力動作)が制御される。なお、1つの増幅用トランジスタQ3のゲートに複数の転送トランジスタを介して複数のホトダイオードを接続し、増幅用トランジスタ、リセット用トランジスタを共用するような構成としてもよい。 The signal φRST is set to the high level to turn on the reset MOS transistor Q2 to reset the FD region, and the noise signal N is output via the selection transistor Q4. Then, the charge accumulated in the photodiode PD is read out to the FD region through the transfer MOS transistor Q1 with the signal φTX set to the high level. The signal charge Q sig by capacitance C FD of the floating diffusion region FD and a voltage converted to Q sig / C FD, is a signal by the amplification MOS transistor the floating diffusion region FD and the gate is connected to the amplifier, the MOS transistor for selection Read signal S from. The signal S is subtracted from the noise signal N by the CDS circuit. Such pixels are arranged in a matrix to form the pixel portion 102 of FIG. In each pixel row arranged in the row direction, the gate of the transfer transistor Q1 is connected to the common transfer line, the gate of the reset transistor Q2 is connected to the common reset line, and the gate of the selection transistor Q4 Are connected to a common selection line, and φRST, φTX, and φT are sequentially applied to a reset line, a transfer line, and a selection line provided for each row by a vertical scanning circuit (not shown). A signal transfer operation, a reset operation, and a pixel selection operation (signal output operation) are controlled. A configuration may be adopted in which a plurality of photodiodes are connected to the gate of one amplifying transistor Q3 via a plurality of transfer transistors, and the amplifying transistor and the resetting transistor are shared.

図6は本発明の第二の実施形態を説明する図である。第一の実施形態では積分器の出力に直接画素の信号の値を書き込んでいたが、本実施形態では画素の信号と参照電圧の両者を積分している。   FIG. 6 is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention. In the first embodiment, the value of the pixel signal is directly written in the output of the integrator. However, in this embodiment, both the pixel signal and the reference voltage are integrated.

画素701からの出力はCDS回路702にてリセットレベルを除去され、それがサンプル・ホールド(S/H)回路703にて保持されてバッファ704、スイッチ705を介して積分器に入力される。積分器の入力はスイッチ705にて、画素からの信号、もしくは積分用固定電圧(V_DE)706を切り換えることが可能となっている。707は積分器の出力部である。   The reset level of the output from the pixel 701 is removed by the CDS circuit 702, which is held by the sample and hold (S / H) circuit 703 and input to the integrator via the buffer 704 and the switch 705. An input of the integrator can be switched by a switch 705 between a signal from a pixel or a fixed voltage for integration (V_DE) 706. Reference numeral 707 denotes an output unit of the integrator.

次に図7を併せて用いて回路動作を説明する。図7は積分器の出力部707の信号の時間に対する変化を示したものである。まず期間801にて積分器をリセットして出力をV_REFに初期化し、その後時刻802にスイッチ705をフローティングから画素からの信号へ切り換えて入力電圧を積分する。一定時間、入力信号を積分することで最終到達点803は入力信号の大きさというパラメータのみで決定されることとなる。   Next, the circuit operation will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows the change of the signal of the output unit 707 of the integrator with respect to time. First, in the period 801, the integrator is reset to initialize the output to V_REF, and then at time 802, the switch 705 is switched from floating to a signal from the pixel to integrate the input voltage. By integrating the input signal for a certain time, the final arrival point 803 is determined only by the parameter of the magnitude of the input signal.

その後スイッチ705を参照電圧側に切り換え、V_REF方向へ負の傾きで積分を開始する。その際に共通カウンタもカウントを開始する。804に積分器の出力はV_REFと交差するが、その際にメモリにトリガ信号を送り、カウンタの値がラッチされる。   Thereafter, the switch 705 is switched to the reference voltage side, and integration is started with a negative slope in the V_REF direction. At that time, the common counter also starts counting. At 804, the integrator output crosses V_REF, but at that time, a trigger signal is sent to the memory, and the value of the counter is latched.

本実施形態の効果は以下の通りである。実施形態1においては、単位ステップあたりの時間を短縮できるという効果があり、本実施形態においてもその効果はそのまま享受できる。   The effects of this embodiment are as follows. In the first embodiment, there is an effect that the time per unit step can be shortened, and the effect can be enjoyed as it is also in the present embodiment.

実施形態1においては、入力信号は積分せず、固定電圧と固定のRC時定数で放電していきその放電時間を計測するため、RC時定数にずれがあると放電の特性に差が出てそれがAD変換の列ごとのばらつきにつながる場合があった。   In the first embodiment, the input signal is not integrated, and the discharge is performed with a fixed voltage and a fixed RC time constant, and the discharge time is measured. This sometimes leads to variations in AD conversion columns.

特にイメージセンサにおいてはこの列間ばらつきが目に見える形で画像に影響するため、極力そのばらつきを抑えることが望ましい。本実施形態では、入力も出力も同じ積分器で、同じRC時定数で積分するために、たとえ列ごとのADCのRC時定数に誤差があってもその誤差を無効化することが可能となる。   In particular, in an image sensor, this variation between columns affects the image in a visible manner, and therefore it is desirable to suppress the variation as much as possible. In this embodiment, since both the input and output are integrated by the same integrator and the same RC time constant is used, even if there is an error in the RC time constant of the ADC for each column, the error can be invalidated. .

図8は本発明の第三の実施形態を説明する図面である。構成はスイッチドキャパシタ601を除いて図1と同様である。スイッチ602を切り換えながらスイッチドキャパシタ601を、第一の実施形態の抵抗108と等価な抵抗として動作させることで積分器動作を実現している。   FIG. 8 is a view for explaining a third embodiment of the present invention. The configuration is the same as in FIG. 1 except for the switched capacitor 601. The integrator operation is realized by operating the switched capacitor 601 as a resistor equivalent to the resistor 108 of the first embodiment while switching the switch 602.

本回路を用いた際のラインとしての動作、および2次元センサとしての動作は第一の実施形態に準ずる。第一の実施形態に対する利点は、積分器のRC時定数を決定する際に、抵抗を用いた場合は固定値になってしまうが、スイッチトキャパシタを用いた場合はスイッチの周波数を切り換えることで様々な抵抗値を実現することができるようになることである。これにより設計の自由度が広がり、いろいろなシーンがもたらす様々な画像信号に対応することが可能になる。   The operation as a line and the operation as a two-dimensional sensor when using this circuit are the same as in the first embodiment. The advantage of the first embodiment is that when the RC time constant of the integrator is determined, a fixed value is used when a resistor is used. However, when a switched capacitor is used, various advantages can be obtained by switching the frequency of the switch. It is to be able to realize a proper resistance value. As a result, the degree of freedom of design is widened, and it becomes possible to cope with various image signals caused by various scenes.

以下、図10に基づいて、本発明の固体撮像素子をスチルカメラに適用した場合の一実施形態について詳述する。   Hereinafter, an embodiment when the solid-state imaging device of the present invention is applied to a still camera will be described in detail with reference to FIG.

図10は、本発明の撮像装置を「スチルビデオカメラ」に適用した場合を示すブロック図である。   FIG. 10 is a block diagram showing a case where the imaging apparatus of the present invention is applied to a “still video camera”.

図10において、2101はレンズのプロテクトとメインスイッチを兼ねるバリア、2102は被写体の光学像を固体撮像素子(撮像装置)2104に結像させるレンズ、2103はレンズ2102を通った光量を可変するための絞り、2104はレンズ2102で結像された被写体を画像信号として取り込むための固体撮像素子、2107は出力された画像データに各種の補正を行ったりデータを圧縮する信号処理部、2108は固体撮像素子2104、撮像信号処理回路2105、信号処理部2107に、各種タイミング信号を出力するタイミング発生部、2109は各種演算とスチルビデオカメラ全体を制御する全体制御・演算部、2110は画像データを一時的に記憶する為のメモリ部、2111は記録媒体に記録または読み出しを行うためのインターフェース部、2112は画像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、2113は外部コンピュータ等と通信する為のインターフェース部である。   In FIG. 10, reference numeral 2101 denotes a barrier that doubles as a lens protect and main switch, 2102 denotes a lens that forms an optical image of a subject on a solid-state imaging device (imaging device) 2104, and 2103 denotes a variable amount of light passing through the lens 2102 Aperture 2104 is a solid-state image sensor for capturing an object imaged by the lens 2102 as an image signal, 2107 is a signal processing unit for performing various corrections on the output image data and compressing the data, and 2108 is a solid-state image sensor 2104, an imaging signal processing circuit 2105, a timing generation unit that outputs various timing signals to the signal processing unit 2107, 2109 an overall control / operation unit that controls various operations and the entire still video camera, and 2110 temporarily stores image data. Memory unit for storing, 2111 records or reads out on a recording medium Interface unit Utame, 2112 removable recording medium such as a semiconductor memory for recording or reading of the image data, the 2113 is an interface unit for communicating with an external computer or the like.

次に、前述の構成における撮影時のスチルビデオカメラの動作について説明する。
バリア2101がオープンされるとメイン電源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンし、更に撮像系回路の電源がオンされる。
Next, the operation of the still video camera at the time of shooting in the above configuration will be described.
When the barrier 2101 is opened, the main power supply is turned on, the control system power supply is turned on, and the imaging system circuit power supply is turned on.

それから、露光量を制御する為に、全体制御・演算部2109は絞り2103を開放にし、固体撮像素子2104から出力された信号は信号処理部2107に入力される。   Then, in order to control the exposure amount, the overall control / arithmetic unit 2109 opens the diaphragm 2103, and the signal output from the solid-state imaging device 2104 is input to the signal processing unit 2107.

そのデータを基に露出の演算を全体制御・演算部2109で行う。   Based on the data, the exposure calculation is performed by the overall control / calculation unit 2109.

この測光を行った結果により明るさを判断し、その結果に応じて全体制御・演算部2109は絞りを制御する。   The brightness is determined based on the result of the photometry, and the overall control / calculation unit 2109 controls the aperture according to the result.

次に、固体撮像素子2104から出力された信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離の演算を全体制御・演算部2109で行う。その後、レンズを駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断した時は、再びレンズを駆動し測距を行う。   Next, based on the signal output from the solid-state imaging device 2104, the high-frequency component is extracted and the distance to the subject is calculated by the overall control / calculation unit 2109. Thereafter, the lens is driven to determine whether or not it is in focus. When it is determined that the lens is not in focus, the lens is driven again to perform distance measurement.

そして、合焦が確認された後に本露光が始まる。   Then, after the in-focus state is confirmed, the main exposure starts.

露光が終了すると、固体撮像素子2104から出力された画像信号は、信号処理部2107を通り全体制御・演算部2109によりメモリ部に書き込まれる。   When the exposure is completed, the image signal output from the solid-state imaging device 2104 passes through the signal processing unit 2107 and is written into the memory unit by the overall control / calculation unit 2109.

その後、メモリ部2110に蓄積されたデータは、全体制御・演算部2109の制御により記録媒体制御I/F部を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体2112に記録される。   Thereafter, the data stored in the memory unit 2110 is recorded on a removable recording medium 2112 such as a semiconductor memory through the recording medium control I / F unit under the control of the overall control / arithmetic unit 2109.

また、外部I/F部2113を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。   Further, the image may be processed by inputting directly to a computer or the like through the external I / F unit 2113.

本発明はCCD、CMOSイメージセンサ、近赤外や遠赤外イメージセンサなどの撮像装置において、列ごとに高速・高精度なAD変換器を並べた撮像装置に適用される。   The present invention is applied to an imaging apparatus in which high-speed and high-precision AD converters are arranged for each column in an imaging apparatus such as a CCD, a CMOS image sensor, a near-infrared or far-infrared image sensor.

本発明の撮像装置の第一の実施形態の回路構成の一例を示す図面である。It is drawing which shows an example of the circuit structure of 1st embodiment of the imaging device of this invention. 本発明の撮像装置の第一の実施形態の動作の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of operation | movement of 1st embodiment of the imaging device of this invention. 本発明の撮像装置の第一の実施形態の動作の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of operation | movement of 1st embodiment of the imaging device of this invention. 本発明の撮像装置の第一の実施形態の動作の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of operation | movement of 1st embodiment of the imaging device of this invention. 本発明の撮像装置の第一の実施形態の動作の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of operation | movement of 1st embodiment of the imaging device of this invention. 本発明の撮像装置の第二の実施形態の回路構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the circuit structure of 2nd embodiment of the imaging device of this invention. 本発明の撮像装置の第二の実施形態の動作の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of operation | movement of 2nd embodiment of the imaging device of this invention. 本発明の撮像装置の第三の実施形態の回路構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the circuit structure of 3rd embodiment of the imaging device of this invention. CMOSセンサの一画素を示す図である。It is a figure which shows one pixel of a CMOS sensor. 本発明の撮像装置を「スチルビデオカメラ」に適用した場合を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the case where the imaging device of this invention is applied to a "still video camera". 一従来例を示す図である。It is a figure which shows one prior art example. 一従来例を示す図である。It is a figure which shows one prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

101 画素
102 画素部
103 AD変換器
104 サンプル・ホールド回路
105 バッファ
106 スイッチ
107 積分器
108 抵抗
109 スイッチ
110 積分用の固定電圧
111 参照電圧
112 積分器の出力端子
113 比較器
114 参照電圧
115 比較器の出力
116 メモリユニット
117 カウンタ
118 水平デジタル信号線
120 CDS(相関二重サンプリング)回路
601 スイッチドキャパシタ
602 スイッチ
701 画素
702 CDS回路
703 サンプル・ホールド(S/H)回路
704 バッファ
705 スイッチ
706 積分用固定電圧(V_DE)
707 積分器の出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Pixel 102 Pixel part 103 AD converter 104 Sample hold circuit 105 Buffer 106 Switch 107 Integrator 108 Resistor 109 Switch 110 Fixed voltage for integration 111 Reference voltage 112 Output terminal of integrator 113 Comparator 114 Reference voltage 115 Comparator of comparator Output 116 Memory unit 117 Counter 118 Horizontal digital signal line 120 CDS (correlated double sampling) circuit 601 Switched capacitor 602 Switch 701 Pixel 702 CDS circuit 703 Sample hold (S / H) circuit 704 Buffer 705 Switch 706 Fixed voltage for integration (V_DE)
707 Output of integrator

Claims (9)

行列状にセンシング素子が並べられ、該センシング素子の列ごとにAD変換器が設けられている撮像装置において、
前記AD変換器は、アナログ信号となる前記センシング素子の信号に応じた電気信号を初期値として記憶部に保持し、そののちに前記AD変換器は、入力される固定信号の大きさに応じた速度で前記記憶部の充電もしくは放電を開始し、充電開始時間又は放電開始時間から前記記憶部の電気信号が参照信号と等しくなるまでの時間を計測してデジタル値とすることを特徴とする撮像装置。
In an imaging device in which sensing elements are arranged in a matrix and an AD converter is provided for each column of the sensing elements,
The AD converter holds an electrical signal corresponding to the signal of the sensing element, which is an analog signal, in the storage unit as an initial value, and then the AD converter responds to the magnitude of the input fixed signal. Charging or discharging the storage unit at a speed, and measuring the time from the charge start time or discharge start time until the electrical signal of the storage unit becomes equal to a reference signal to obtain a digital value apparatus.
前記AD変換器は積分器を有し、前記初期値は前記センシング素子の信号を前記積分器により一定時間積分することで決定され、かつ決定された前記初期値は前記積分器を用いて充電もしくは放電されることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。   The AD converter includes an integrator, and the initial value is determined by integrating the signal of the sensing element with the integrator for a certain period of time, and the determined initial value is charged using the integrator or The imaging apparatus according to claim 1, wherein the imaging apparatus is discharged. 前記撮像装置はデジタルカウンタを有し、前記AD変換器は積分器、比較器、デジタルメモリを備え、前記積分器の出力は前記比較器の入力に接続され、前記比較器の出力は前記デジタルメモリの取り込みトリガ端子に接続され、前記デジタルカウンタが前記デジタルメモリの入力端子に接続されており、前記デジタルメモリに記憶される前記デジタルカウンタの出力が前記デジタル値であることを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。   The imaging apparatus includes a digital counter, the AD converter includes an integrator, a comparator, and a digital memory. An output of the integrator is connected to an input of the comparator, and an output of the comparator is the digital memory. The digital counter is connected to an input terminal of the digital memory, and the output of the digital counter stored in the digital memory is the digital value. Or the imaging device of 2. 前記積分器は、演算増幅器と、前記演算増幅器の一方の入力端子に接続される抵抗と、該一方の入力端子と出力端子との間に接続される容量とを備えていることを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。   The integrator includes an operational amplifier, a resistor connected to one input terminal of the operational amplifier, and a capacitor connected between the one input terminal and the output terminal. The imaging device according to claim 3. 前記積分器は、演算増幅器と、前記演算増幅器の一方の入力端子に接続されるスイッチドキャパシタ回路とを備えていることを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 3, wherein the integrator includes an operational amplifier and a switched capacitor circuit connected to one input terminal of the operational amplifier. 前記記憶部は前記積分器の出力部であることを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 2, wherein the storage unit is an output unit of the integrator. 列方向に配置された前記センシング素子は垂直出力線に選択的に接続され、前記垂直出力線と前記AD変換器は電圧増幅器を介して接続されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の撮像装置。   The sensing elements arranged in a column direction are selectively connected to a vertical output line, and the vertical output line and the AD converter are connected via a voltage amplifier. The imaging apparatus of Claim 1. 列方向に配置された前記センシング素子は垂直出力線に選択的に接続され、前記垂直出力線と前記AD変換器はノイズ除去回路を介して接続され、前記ノイズ除去回路は前記センシング素子のノイズ信号をセンシング後の信号から除去する機能を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の撮像装置。   The sensing elements arranged in a column direction are selectively connected to a vertical output line, the vertical output line and the AD converter are connected via a noise removal circuit, and the noise removal circuit is a noise signal of the sensing element. The imaging device according to claim 1, wherein the imaging device has a function of removing a signal from a signal after sensing. 請求項1〜8のいずれかの請求項に記載の撮像装置と、該撮像装置へ光を結像する光学系と、該撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回路とを有することを特徴とする撮像システム。   An image pickup apparatus according to claim 1, an optical system that forms an image of light on the image pickup apparatus, and a signal processing circuit that processes an output signal from the image pickup apparatus. An imaging system.
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