JP2008103992A - Solid-state imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置および撮像システムに関し、特に、複数の画素回路が配列された行列状の各列に1つ以上のアナログデジタル変換回路(ADC)を備える高速動作可能なMOS型固体撮像装置およびそのような固体撮像装置を用いた撮像システムに関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging system, and in particular, a MOS-type solid-state imaging device capable of high-speed operation including one or more analog-digital conversion circuits (ADC) in each column of a matrix in which a plurality of pixel circuits are arranged The present invention also relates to an imaging system using such a solid-state imaging device.
近年、MOS型固体撮像装置において、高速化のために列ごとにADCを備える構成が提案されている。 In recent years, in a MOS type solid-state imaging device, a configuration including an ADC for each column has been proposed for speeding up.
この構成によるMOS型固体撮像装置は、光電変換部を含む画素回路が行列状に配列されてなる画素部と、前記配列の各列に2つ以上設けられたADCとを備え、一つの列の複数の画素回路からの出力を前記2つ以上のADCで並列処理することにより、動作の高速化を可能にする。さらには各列に複数の垂直信号線を有し、同時に複数の画素回路から信号を取り出すことによって、さらなる高速化を図る方法が提案されている。 The MOS type solid-state imaging device having this configuration includes a pixel unit in which pixel circuits including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix, and an ADC provided in two or more in each column of the array. The output from a plurality of pixel circuits is processed in parallel by the two or more ADCs, so that the operation speed can be increased. Furthermore, a method has been proposed in which a plurality of vertical signal lines are provided in each column, and signals are taken out from a plurality of pixel circuits at the same time to further increase the speed.
以下、図13、図14、図15、図16を参照しながら、特許文献1に示されている、列ごとに2つのADCが設けられたMOS型固体撮像装置について説明する。 Hereinafter, a MOS type solid-state imaging device provided with two ADCs for each column shown in Patent Document 1 will be described with reference to FIGS. 13, 14, 15, and 16.
図13は、従来の固体撮像装置の基本回路構成を示す図である。図では簡単化のために3行3列に配列された画素回路101からなる画素部100を使って説明している。
FIG. 13 is a diagram showing a basic circuit configuration of a conventional solid-state imaging device. In the figure, for the sake of simplification, description is made using a
一つの列の画素回路101の出力は、共通の垂直信号線107で、例えば相関二重サンプリング回路(以下CDSと記載)102a、102bに接続されている。垂直走査回路105からの読出し信号に応じて選択される行の画素回路からのアナログ出力が、垂直信号線107を介してCDS102a、102bでサンプリングされる。
The outputs of the
次に、各列のADC103a、103bにより、その列のCDS102a、102bでサンプリングされたアナログ信号がそれぞれデジタル信号に変換される。そして、変換されたデジタル信号が、水平走査回路104a、104bからの選択信号に応じて、列ごとに順次データバス106a、106bを介して外部へ出力される。変換されたデジタル信号を伝送しているため、高速な動作が行える。
Next, the analog signals sampled by the
図14は、従来の固体撮像装置の動作を説明するための図である。図14は、図13の固体撮像装置の2列分を示している。垂直走査回路105から一つの行の画素回路へ読出し信号が供給されると、各列の下側のCDS102aのMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ等のスイッチがONするよう制御され、その結果、CDS102aでその行の画素回路からのアナログ信号がサンプリングされる。また、他の行の画素回路へ読出し信号が供給されると、同様にして、各列の上側のCDS102bでその行の画素回路からのアナログ信号がサンプリングされる。
FIG. 14 is a diagram for explaining the operation of the conventional solid-state imaging device. FIG. 14 shows two columns of the solid-state imaging device of FIG. When a readout signal is supplied from the
このようにして異なる行の画素回路からのアナログ信号を上下に振り分けて、それぞれADC103a、103bでデジタル信号に変換する。
In this way, analog signals from pixel circuits in different rows are divided up and down and converted into digital signals by the
図15は、動作タイミングを説明するタイミングチャートである。2つの帯のそれぞれは、相異なる行に関する一連の動作、つまり画素回路からのアナログ信号読出し、CDSによるノイズ除去、ADCによる信号のアナログデジタル変換、及び変換後のデジタル信号の出力が行われる時期を示している。図面の右方向が時間の経過に対応する。 FIG. 15 is a timing chart for explaining the operation timing. Each of the two bands indicates a time when a series of operations related to different rows, that is, analog signal readout from the pixel circuit, noise removal by CDS, analog-digital conversion of the signal by ADC, and output of the converted digital signal are performed. Show. The right direction of the drawing corresponds to the passage of time.
垂直信号線107が各列に1つしかないため、読出し動作は行ごとに逐次処理されるものの、その他の動作は二重に設けられるCDS、ADC、及びデータバスによって2行分並行して実行可能であり、そのため高速動作が可能となる。
Since there is only one
さらに高速化を図るために、図16に示される固体撮像装置では、各列に2本の垂直信号線107a、107bを設けている。垂直信号線107aは、奇数行の画素回路の出力とCDS102aとを接続し、垂直信号線107bは、偶数行の画素回路の出力とCDS102bとを接続する。そして、垂直走査回路105は、1つの奇数行の画素回路、及び1つの偶数行の画素回路へ、同時に読出し信号を供給する。
In order to further increase the speed, the solid-state imaging device shown in FIG. 16 is provided with two
この構成によれば、画素回路からのアナログ信号の読出しを含めて、2行分の全ての動作が同時に実行できるため、さらに高速化が可能となる。
従来の固体撮像装置は、上記説明したように動作の高速化に一定の効果を発揮するが、固体撮像装置の高速動作への要望は、画素数のさらなる増大に伴って今後一段と高まることが予想される。しかしながら、従来の技術だけでそのような要望に応えることは困難である。 Although the conventional solid-state imaging device has a certain effect on the speeding up of the operation as described above, the demand for the high-speed operation of the solid-state imaging device is expected to further increase in the future as the number of pixels increases. Is done. However, it is difficult to meet such a demand only with the conventional technology.
さらなる高速化を実現するために、例えば、ADCの動作速度を上げるといった技術を併用することが考えられるが、高速に動作するADCを、変換精度と安定性とを維持しつつ実現することは容易ではない。 In order to achieve even higher speeds, for example, it is conceivable to use a technique such as increasing the operating speed of the ADC, but it is easy to realize an ADC that operates at high speed while maintaining conversion accuracy and stability. is not.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ADCの動作速度を上げることなく、従来に比べてさらなる高速動作が可能な2次元の固体撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a two-dimensional solid-state imaging device capable of operating at a higher speed than before without increasing the operating speed of the ADC.
前記の目的を達成するため、本発明に係る固体撮像装置は、各々が光電変換を行う複数の画素回路が行列状に配列されてなる画素部と、各列に設けられ、その列の画素回路で光電変換によって得られたアナログ信号をデジタル信号に変換する複数の変換回路と、複数の前記デジタル信号をそれぞれ独立して伝送する複数のデータバスと、前記複数の変換回路のそれぞれに対応して設けられ、対応する変換回路の出力と前記データバスの一つとを接続する複数のスイッチと、異なるデータバスに接続された複数の前記スイッチに対してそれらを同時にオンさせる選択信号を供給することにより、複数の前記データバスで前記デジタル信号を並行して伝送させる水平走査回路とを備える。 In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention includes a pixel unit in which a plurality of pixel circuits each performing photoelectric conversion are arranged in a matrix, and each column includes a pixel circuit. Corresponding to each of the plurality of conversion circuits for converting the analog signals obtained by photoelectric conversion into digital signals, the plurality of data buses for independently transmitting the plurality of digital signals, and the plurality of conversion circuits, respectively. By providing a plurality of switches that connect the output of the corresponding conversion circuit and one of the data buses, and supply a selection signal that simultaneously turns on the plurality of switches that are connected to different data buses A horizontal scanning circuit for transmitting the digital signals in parallel through the plurality of data buses.
この構成によれば、複数の列で得られたデジタル信号を、それぞれ異なるデータバスで並行して伝送できるので、デジタル信号の伝送に要する時間が短縮され、従来よりも高速に動作可能な固体撮像装置が実現できる。 According to this configuration, since digital signals obtained in a plurality of columns can be transmitted in parallel on different data buses, the time required for digital signal transmission is reduced, and solid-state imaging capable of operating at higher speed than before A device can be realized.
また、前記画素部を列方向に2分割してなる部分をそれぞれ左部分及び右部分として、前記スイッチのうち前記左部分の各列にある第1スイッチは、対応する変換回路の出力と一つの共通のデータバスとを接続し、前記スイッチのうち前記右部分の各列にある第2スイッチは、対応する変換回路の出力と他の一つの共通のデータバスとを接続し、前記水平走査回路は、前記第1スイッチの一つ及び前記第2スイッチの一つに対してそれらを同時にオンさせる選択信号を供給してもよい。 The first switch in each column of the left portion of the switches is divided into the output of the corresponding conversion circuit and one of the switches obtained by dividing the pixel portion into two parts in the column direction. A second switch in each column of the right portion of the switches connects an output of a corresponding conversion circuit and another common data bus, and the horizontal scanning circuit May supply a selection signal for simultaneously turning on one of the first switches and one of the second switches.
この構成によれば、前記左部分と右部分とに、それぞれただ一組のデータバスを設ければよいので、データバスの半導体チップ上での面積を抑制することができる。 According to this configuration, since only one set of data buses is provided in each of the left part and the right part, the area of the data bus on the semiconductor chip can be suppressed.
また、前記スイッチのうち各奇数列にある第1スイッチは、対応する変換回路の出力と一つの共通のデータバスとを接続し、前記スイッチのうち各偶数列にある第2スイッチは、対応する変換回路の出力と他の一つの共通のデータバスとを接続し、前記水平走査回路は、互いに隣接する前記第1スイッチの一つ及び前記第2スイッチの一つに対してそれらを同時にオンさせる選択信号を供給してもよい。 The first switch in each odd column among the switches connects the output of the corresponding conversion circuit and one common data bus, and the second switch in each even column among the switches corresponds. The output of the conversion circuit is connected to another common data bus, and the horizontal scanning circuit simultaneously turns on one of the first switch and one of the second switch adjacent to each other. A selection signal may be supplied.
この構成によれば、隣接する2列で得られたデジタル信号が、それぞれ異なるデータバスを介して同時に出力される。例えば各画素回路にベイヤ配列の色フィルタが設けられている場合、異なる色に関係するデジタル信号が同時に得られるので、データを配列し直すための外部の回路を設ける必要がなくなり、合理的な固体撮像システムを実現する上で役立つ。 According to this configuration, digital signals obtained in two adjacent columns are simultaneously output via different data buses. For example, when each pixel circuit is provided with a Bayer color filter, digital signals related to different colors can be obtained at the same time, so there is no need to provide an external circuit for rearranging data. Useful for realizing an imaging system.
また、前記複数のデータバスは複数組設けられ、前記変換回路は各列に複数設けられ、各列の複数の変換回路は、その列の異なる行の画素回路で得られたアナログ信号をそれぞれ独立してデジタル信号に変換し、同じ列の異なる変換回路に対応するスイッチは、対応する変換回路の出力と相異なる組のデータバスの一つとを接続し、前記水平走査回路は、前記データバスの各組について、一つの組の異なるデータバスに接続された複数の前記スイッチに対してそれらを同時にオンさせる選択信号を供給することにより、複数組の前記データバスで前記デジタル信号を伝送させてもよい。 In addition, a plurality of sets of the plurality of data buses are provided, a plurality of the conversion circuits are provided in each column, and a plurality of conversion circuits in each column independently provide analog signals obtained by pixel circuits in different rows of the column. The switches corresponding to the different conversion circuits in the same column connect the output of the corresponding conversion circuit and one of the data buses of a different set, and the horizontal scanning circuit is connected to the data bus. For each set, a plurality of switches connected to one set of different data buses may be supplied with a selection signal for simultaneously turning them on, so that the digital signals may be transmitted through a plurality of sets of the data buses. Good.
また、前記固体撮像装置は、さらに、各列に設けられ、その列の奇数行にある各画素回路とその列の前記複数の変換回路の一つとを接続する第1垂直信号線と、各列に設けられ、その列の偶数行にある各画素回路とその列の前記複数の変換回路の他の一つとを接続する第2垂直信号線とを備え、前記複数の変換回路は、前記第1垂直信号線によって伝送されるアナログ信号と第2垂直信号線によって伝送されるアナログ信号とをそれぞれ並行してデジタル信号に変換し、前記水平走査回路は、前記データバスの各組について同時に、前記選択信号の供給を行うことにより、複数組の前記データバスで並行して前記デジタル信号を伝送させてもよい。 The solid-state imaging device is further provided with a first vertical signal line provided in each column, connecting each pixel circuit in an odd row of the column and one of the plurality of conversion circuits in the column, and each column. And a second vertical signal line connecting each pixel circuit in the even-numbered row of the column and the other one of the plurality of conversion circuits in the column, the plurality of conversion circuits including the first conversion circuit The analog signal transmitted through the vertical signal line and the analog signal transmitted through the second vertical signal line are each converted into a digital signal in parallel, and the horizontal scanning circuit simultaneously selects the data bus for each set of the data buses. By supplying signals, the digital signals may be transmitted in parallel through a plurality of sets of the data buses.
また、前記固体撮像装置は、前記画素部を行方向に2分割してなる部分をそれぞれ上部分及び下部分として、さらに、各列に設けられ、その列の前記上部分の各行にある画素回路とその列の前記複数の変換回路の一つとを接続する第1垂直信号線と、各列に設けられ、その列の前記下部分の各行にある画素回路とその列の前記複数の変換回路の他の一つとを接続する第2垂直信号線とを備え、前記複数の変換回路は、前記第1垂直信号線によって伝送されるアナログ信号と第2垂直信号線によって伝送されるアナログ信号とをそれぞれ並行してデジタル信号に変換し、前記水平走査回路は、前記データバスの各組について同時に、前記選択信号の供給を行うことにより、複数組の前記データバスで並行して前記デジタル信号を伝送させてもよい。 The solid-state imaging device may further include a pixel circuit divided into two in the row direction, each having an upper portion and a lower portion, and provided in each column, and a pixel circuit in each row in the upper portion of the column And a first vertical signal line connecting each of the plurality of conversion circuits in the column, a pixel circuit provided in each column and in each row in the lower portion of the column, and the plurality of conversion circuits in the column A second vertical signal line for connecting to the other one, and the plurality of conversion circuits each receive an analog signal transmitted by the first vertical signal line and an analog signal transmitted by the second vertical signal line, respectively. In parallel, the signals are converted into digital signals, and the horizontal scanning circuit simultaneously supplies the selection signals to each set of the data buses so that the digital signals are transmitted in parallel on a plurality of sets of the data buses. Even .
これらの構成によれば、1つの列の複数の画素回路で得られたアナログ信号の処理を、画素回路からの読出しを含めて、完全に同時実行できるため、さらに高速に動作する固体撮像素子が得られる。 According to these configurations, processing of analog signals obtained by a plurality of pixel circuits in one column can be executed completely simultaneously including reading from the pixel circuits, so that a solid-state imaging device that operates at higher speed can be obtained. can get.
また、前記変換回路を、シングルスロープ積分型アナログデジタル変換回路にすることで、回路構成が簡単で高性能な変換回路が実現できる。 Further, by making the conversion circuit a single slope integration type analog-digital conversion circuit, a high-performance conversion circuit with a simple circuit configuration can be realized.
また、さらに、各列に設けられ、その列の画素回路と変換回路との間に接続されたノイズ除去回路を備えることで、ノイズの少ない固体撮像装置が実現できる。 Furthermore, a solid-state imaging device with less noise can be realized by providing a noise removal circuit provided in each column and connected between the pixel circuit and the conversion circuit in that column.
また、本発明は、固体撮像装置として実現できるだけでなく、上述したような固体撮像装置を備える撮像システムとして実現することもできる。 In addition, the present invention can be realized not only as a solid-state imaging device but also as an imaging system including the solid-state imaging device as described above.
本発明に係る固体撮像装置によれば、複数の列で得られたデジタル信号を、それぞれ異なるデータバスで並行して伝送できるので、デジタル信号の伝送に要する時間が短縮される。これにより、高速なADCを設けることなく、従来よりも高速に動作可能な固体撮像装置が実現できる。 According to the solid-state imaging device according to the present invention, digital signals obtained in a plurality of columns can be transmitted in parallel on different data buses, so that the time required for transmitting the digital signals is shortened. As a result, a solid-state imaging device capable of operating at a higher speed than before can be realized without providing a high-speed ADC.
以下、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本実施の形態の固体撮像装置10の基本回路構成を示す図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a basic circuit configuration of a solid-
本実施の形態では、簡単化のため6行3列に配列された画素回路30を備えた固体撮像装置の例を用いて説明する。説明の便宜上、画素回路30が配列されてなる画素部を列方向に(つまり列と平行な分割線で)2分割してなる部分を、それぞれ左部分11及び右部分12と呼ぶ。
In the present embodiment, an example of a solid-state imaging device including
垂直走査回路21は、行ごとに順次、その行の画素回路へ読出し信号を供給する。読出し信号を与えられた行の各画素回路で光電変換の結果得られたアナログ信号が、CDS14、15に入力される。変換制御回路28は、アナログデジタル変換のための制御信号を出力し、列ごとのADC16、17は、その制御信号に従って各列のアナログ信号をデジタル信号に変換する。
The
水平走査回路18は、列数の半分の選択信号を順次1つずつ出力し、1つの選択信号を左部分11にある1つの列と右部分12にある1つの列とに同時に供給する。選択信号を供給された左部分11の列のデジタル信号はデータバス19に出力され、選択信号を供給された右部分12の列のデジタル信号はデータバス20に出力される。
The
この結果、全ての列のデジタル信号を伝送するために要する時間が、従来のように1つのデータバスを用いて転送出力する場合に比べて半分で済み、動作の高速化が可能になる。 As a result, the time required for transmitting the digital signals of all the columns is half as compared with the case of transferring and outputting using one data bus as in the prior art, and the operation speed can be increased.
ここで、列ごとの信号はデジタル信号に変換されてから伝送されるため、そのデータの取り扱いが容易になる。すなわち、高速転送時の信号劣化が発生しにくく、複数のデータバスで転送した場合でも、データバス間の特性(例えばデータバスを構成する信号線の寄生容量等)の差の影響を無視できる。これにより、データバス間での信号のばらつきが生じにくいメリットが得られる。 Here, since the signal for each column is transmitted after being converted into a digital signal, the data can be easily handled. That is, signal degradation during high-speed transfer is unlikely to occur, and even when data is transferred via a plurality of data buses, the influence of differences in characteristics between data buses (for example, parasitic capacitance of signal lines constituting the data bus) can be ignored. As a result, a merit is obtained in which signal variations between the data buses hardly occur.
図2は、固体撮像装置10の主要部の一例を示す図であり、ADC16、17、データバス19、20の回路構成の一例が示される。図2は、ADC16、17がシングルスロープ積分型アナログデジタル変換回路であり、デジタル信号が3ビットで表される場合の例を、ADC16、17のそれぞれ1列分について示している。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a main part of the solid-
ADC16の1つの列に対応する部分は、演算器である比較器22、比較器22の出力側にゲートが接続される3つのMOSトランジスタからなる転送スイッチ25、転送スイッチ25の3つのMOSトランジスタにそれぞれ接続される3つの容量からなるメモリ26、メモリ26の3つの容量にそれぞれ接続される3つのMOSトランジスタからなる読出しスイッチ27から構成される。
A portion corresponding to one column of the
ADC16は、同様の回路を画素部の左部分11の各列に対応して備えている。ADC17もまた、同様の回路を画素部の右部分12の各列に対応して備えている。
The
変換制御回路28は、信号線23、24を介して、それぞれシングルスロープのランプ波信号、及びランプ波信号が上昇又は下降する間に3ビット値をカウントするカウント信号をADC16、17へ供給する。
The
図3は、固体撮像装置10の動作を説明するための図である。
垂直走査回路21から一つの行の画素回路へ読出し信号が供給されると、その行の画素回路は光電変換で得られたアナログ信号を各列の垂直信号線32へ出力する。CDS14、15は、各列の垂直信号線32からアナログ信号をサンプリングし、ADC16、17へ出力する。
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the solid-
When a readout signal is supplied from the
なお、CDSは、一般にアナログ信号をサンプリングすることによってそのアナログ信号のノイズを除去する機能を持つ。すなわち、CDS14、15は、ノイズ除去回路の一例である。
Note that the CDS generally has a function of removing noise from an analog signal by sampling the analog signal. That is, the
CDS14、15は、各列のアナログ信号を、ADC16、17の比較器22へ出力する。ADC16、17は、変換制御回路28からのランプ波信号及びカウント信号に従って、各列のアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換した結果のデジタル信号をメモリ26に記憶する。
The
ここまでの動作は、1つの行の全ての列について同時に行われる。
次に、水平走査回路18は、ADC16、17のそれぞれ1つの列の読出しスイッチ27へ、選択信号33を同時に供給する。これにより、2つの列で変換されたデジタル信号が、それぞれデータバス19、20を介して同時に伝送される。
The operation so far is performed simultaneously for all the columns in one row.
Next, the
水平走査回路18が順次異なる2列へ選択信号を供給することにより、各列のデジタル信号は2列分ずつ同時に、データバス19、20を介して外部へ出力される。この結果、図4のタイミングチャートに示されるように、全ての列のデジタル信号を伝送するために要する時間が、従来のように1つのデータバスを用いて転送出力する場合に比べて半分になり、動作の高速化が可能になる。
When the
なお、ここまでに、画素部の左部分11の1つの列で得られるデジタル信号と、右部分12の1つの列で得られるデジタル信号とを、それぞれデータバス19、20で同時に伝送する例について説明したが、本発明は画素部を2分割する場合に限定されるものではない。
Heretofore, an example in which a digital signal obtained in one column of the
例えば、画素部の分割数をさらに3等分、4等分と増やし、その分割数と同数のデータバスを用いて各分割部分から1つの列のデジタル信号を同時に伝送しても、もちろん構わない。その場合はさらに高速化を図ることが可能になる。 For example, it is of course possible to further increase the number of divisions of the pixel portion to 3 and 4 and transmit a digital signal of one column from each divided portion simultaneously using the same number of data buses as the number of divisions. . In that case, it is possible to further increase the speed.
また、画素部の左部分11のデジタル信号と右部分12のデジタル信号とを同時に出力する以外に、隣接する奇数列のデジタル信号と偶数列のデジタル信号とを同時に出力する変形例を考えることもできる。
In addition to simultaneously outputting the digital signal of the
図5は、そのような変形例に係る固体撮像装置の基本回路構成を示す図である。図1の構成と比べて、画素部の左部分11及び右部分12の分割はもはや考慮されず、ADC16及びデータバス19は各奇数列の信号を処理し、ADC17及びデータバス20は各偶数列の信号を処理するよう変更される。
FIG. 5 is a diagram illustrating a basic circuit configuration of a solid-state imaging device according to such a modification. Compared to the configuration of FIG. 1, the division of the
図1に示されるような、画素部を左部分11及び右部分12に分割して考える構成では、左部分11にはデータバス19のみを引き通し、右部分12にはデータバス20のみを引き通すことにより、半導体チップ上でデータバスが占める面積を抑制することができる。これにより、この固体撮像装置を実現する半導体チップの小型化に役立つ。
In the configuration in which the pixel portion is divided into the
これに対し、この変形例に係る構成では、隣接する2列で得られたデジタル信号が、それぞれ異なるデータバスを介して同時に出力される。例えば各画素回路にベイヤ配列の色フィルタが設けられている場合、異なる色に関係するデジタル信号が同時に得られるので、データを配列し直すための外部の回路を設ける必要がなくなり、合理的な固体撮像システムを実現する上で役立つ。 On the other hand, in the configuration according to this modification, digital signals obtained in two adjacent columns are simultaneously output via different data buses. For example, when each pixel circuit is provided with a Bayer color filter, digital signals related to different colors can be obtained at the same time, so there is no need to provide an external circuit for rearranging data. Useful for realizing an imaging system.
(第2の実施の形態)
図6は、第2の実施の形態の固体撮像装置の基本回路構成を示す図である。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a diagram illustrating a basic circuit configuration of the solid-state imaging device according to the second embodiment.
垂直走査回路21からの行ごとの読出し信号に応じて、奇数行の各画素回路からのアナログ信号がCDS14a、15aでサンプリングされ、ADC16a、17aでデジタル信号に変換される。また、偶数行の各画素回路からのアナログ信号がCDS14b、15bでサンプリングされ、ADC16b、17bでデジタル信号に変換される。
In response to the readout signal for each row from the
水平走査回路18a、18bは、列数の半分の選択信号を順次1つずつ出力し、1つの選択信号を2つの列のデジタル信号の選択に用いる。
The
奇数行のデジタル信号は、水平走査回路18aによる制御に従って、データバス19a、20aを介して2列分ずつ出力され、偶数行のデジタル信号は水平走査回路18bによる制御に従って、データバス19b、20bを介して2列分ずつ出力される。
Odd-row digital signals are output by two columns via
この結果、信号を上下に振り分けて処理することで高速化を図った上で、さらに各行の画素信号を転送出力する時間を従来の半分とし、さらなる高速化を実現する。ここで列ごとの信号はデジタル信号に変換されてから伝送されるため、そのデータの取り扱いが容易になる。この場合の具体的なメリットは、第1の実施の形態で述べたとおりである。 As a result, the processing speed is increased by distributing the signals up and down, and the time for transferring and outputting the pixel signals of each row is halved compared to the conventional method, thereby further increasing the speed. Here, since the signal for each column is transmitted after being converted to a digital signal, the data can be easily handled. The specific merit in this case is as described in the first embodiment.
図7は、本実施の形態に係る固体撮像装置の動作を説明するための図である。
垂直走査回路21から1つの奇数行の画素回路へ読出し信号が供給されると、その行の画素回路は光電変換によって得られたアナログ信号を各列の垂直信号線32へ出力し、CDS14a、15aは、各列の垂直信号線32からアナログ信号をサンプリングする。
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the solid-state imaging device according to the present embodiment.
When a readout signal is supplied from the
この後、垂直走査回路21から1つの偶数行の画素回路へ読出し信号が供給されると、その行の画素回路は光電変換によって得られたアナログ信号を各列の垂直信号線32へ出力し、CDS14b、15bは、各列の垂直信号線32からアナログ信号をサンプリングする。
Thereafter, when a readout signal is supplied from the
ADC16a、17aは、CDS14a、15aでサンプリングされたアナログ信号をデジタル信号に変換する。変換されたデジタル信号は、水平走査回路18aから2列へ同時に供給される選択信号に従って、データバス19a、20aを介して2列分同時に伝送され、外部へ出力される。
The
他方、ADC16b、17bは、CDS14b、15bでサンプリングされたアナログ信号をデジタル信号に変換する。変換されたデジタル信号は、水平走査回路18bから2列へ同時に供給される選択信号に従って、データバス19b、20bを介して2列分同時に伝送され、外部へ出力される。
On the other hand, the
この結果、図8のタイミングチャートに示されるように、各行の全ての列のデジタル信号を伝送するために要する時間が、従来のように1つのデータバスを用いて転送出力する場合に比べて半分になる。 As a result, as shown in the timing chart of FIG. 8, the time required to transmit the digital signals of all the columns in each row is half that in the case of transferring and outputting using one data bus as in the conventional case. become.
しかも、相異なる行に関する一連の動作に関して、画素回路からのアナログ信号読出しは同時には行えないものの、CDSによるノイズ除去、ADCによる信号のアナログデジタル変換、及び変換後のデジタル信号の出力は、それぞれ二重化されたCDS、ADC、及びデータバスによって、並行して実行できるため、第1の実施の形態と比べても大幅な高速動作が可能となる。 In addition, regarding a series of operations related to different rows, analog signal readout from the pixel circuit cannot be performed simultaneously, but noise removal by CDS, analog-to-digital conversion of the signal by ADC, and output of the converted digital signal are respectively duplexed. Since it can be executed in parallel by the CDS, ADC, and data bus, the operation can be significantly faster than in the first embodiment.
なお、画素部の分割数を3以上としてもよいこと、及び隣接する奇数列及び偶数列のデジタル信号を同時に伝送してもよいことは、第1の実施の形態で述べたとおりである。 As described in the first embodiment, the number of divisions of the pixel portion may be 3 or more, and digital signals in adjacent odd and even columns may be transmitted simultaneously.
(第3の実施の形態)
図9は、第3の実施の形態の固体撮像装置の基本回路構成を示す図である。
(Third embodiment)
FIG. 9 is a diagram illustrating a basic circuit configuration of the solid-state imaging device according to the third embodiment.
図6に示される固体撮像装置と比べて、列ごとに2つの垂直信号線32a、32bが設けられる点が異なる。
Compared with the solid-state imaging device shown in FIG. 6, the difference is that two
垂直信号線32aは、奇数行の各画素回路の出力とCDS14a、15aとを接続し、垂直信号線32bは、偶数行の各画素回路の出力とCDS14b、15bとを接続する。垂直走査回路21は、隣接する2行に同時に読出し信号を供給する。
The
この構成によれば、図10のタイミングチャートに示されるように、画素回路からのアナログ信号の読出しを含めて、隣接する2行分の全ての動作が同時に実行できるため、さらなる高速動作が可能となる。 According to this configuration, as shown in the timing chart of FIG. 10, all operations for two adjacent rows including the reading of the analog signal from the pixel circuit can be performed simultaneously, so that even higher speed operation is possible. Become.
また、各列に設けられる垂直信号線32a、32bを、それぞれ画素部の上部分及び下部分に設ける変形例を考えることもできる。ここで、上部分及び下部分とは、画素部を行方向に(つまり行と平行な分割線で)2分割してなる部分を言う。
Further, a modification in which the
図11は、そのような変形例に係る固体撮像装置の基本回路構成を示す図である。図9の構成と比べて、次の点が異なる。すなわち、垂直信号線32aは、画素部の下部分の各行の画素回路の出力とCDS14a、15aとを接続し、垂直信号線32bは、画素部の上部分の各行の画素回路の出力とCDS14b、15bとを接続する。そして、垂直走査回路21は、下部分の1つの行及び上部分の1つの行に同時に読出し信号を供給する。
FIG. 11 is a diagram illustrating a basic circuit configuration of a solid-state imaging device according to such a modification. Compared to the configuration of FIG. 9, the following points are different. That is, the
この構成によれば、画素部の下部分には垂直信号線32aのみを引き通し、上部分には垂直信号線32bのみを引き通すことにより、半導体チップ上で垂直信号線が占める面積を抑制することができる。これにより、画素回路が占める面積を相対的に大きく取ることができるので、固体撮像素子に求められる特性の1つである開口率を向上する上で役立つ。
According to this configuration, only the
(第4の実施の形態)
本発明は、ここまでに説明した固体撮像装置として実現できるだけでなく、そのような固体撮像装置を用いた固体撮像システムとして実現することもできる。
(Fourth embodiment)
The present invention can be realized not only as the solid-state imaging device described so far, but also as a solid-state imaging system using such a solid-state imaging device.
図12は、第4の実施の形態に係る固体撮像システムの機能的な構成の一例を示すブロック図である。 FIG. 12 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of a solid-state imaging system according to the fourth embodiment.
この固体撮像システムは、ここまでに説明した固体撮像装置を用いて被写体を撮像するシステムであり、レンズ51、絞り52、固体撮像装置10、全体制御部53、タイミング発生部54、信号処理部55、メモリ部56、外部I/F(Interface)57、記録媒体I/F58、及び記録媒体59から構成される。
This solid-state imaging system is a system for imaging a subject using the solid-state imaging device described so far, and includes a
レンズ51及び絞り52は、固体撮像装置10へ被写体像を結像させる光学系である。固体撮像装置10は、図1に示される固体撮像装置であり、被写体像を撮像して得た各画素のデジタル信号を信号処理部55へ出力する。デジタル信号は、2つのデータバスで2画素分ずつ同時に、固体撮像装置10から信号処理部55へと伝送される。
The
信号処理部55は、メモリ部56を作業メモリとして用いて、各画素のデジタル信号から被写体像を表す画像データを生成する。
The
全体制御部53は、これらの動作を総括的に制御する。すなわち、被写体像に含まれる空間的な高周波成分や光量に応じてレンズ51及び絞り52を調整することにより好ましいピント及び露出を得ると共に、タイミング発生部54を制御して固体撮像装置10及び信号処理部55を駆動するためのタイミング信号を発生させる。
The
生成された画像データは、外部I/F57から、例えばUSB(Universal Serial Bus)ケーブルや無線LAN(Local Area Network)を介して外部装置へ出力され、また、記録媒体I/F58に取り付けられた、例えばSD(Secure Digital)メモリカードといった記録媒体59に保存される。全体制御部は、これらの動作の制御も行う。
The generated image data is output from the external I /
この構成によれば、各画素のデジタル信号は、2画素分ずつ同時に、固体撮像装置10から信号処理部55へと伝送されるので、既に説明したように動作の高速化が実現される。
According to this configuration, since the digital signal of each pixel is simultaneously transmitted by two pixels from the solid-
なお、固体撮像装置10には、図1に示される固体撮像装置のみならず、ここまでに説明した他の固体撮像装置を用いてもよいことは明らかである。
It is obvious that the solid-
以上、本発明の固体撮像装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。 As described above, the solid-state imaging device of the present invention has been described based on the embodiment, but the present invention is not limited to this embodiment. The present invention includes various modifications made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.
本発明は、高速化のために列ごとのADCを有する固体撮像装置に有用であり、動画対応のデジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等に利用可能である。 The present invention is useful for a solid-state imaging device having an ADC for each column for speeding up, and can be used for a digital camera, a digital video camera, and the like that support moving images.
10 固体撮像装置
11 左部分
12 右部分
14、14a、14b CDS
16、16a、16b、17、17a、17b ADC
18、18a、18b 水平走査回路
19、19a、19b、20、20a、20b データバス
21 垂直走査回路
22 比較器
23、24 信号線
25 転送スイッチ
26 メモリ
27 スイッチ
28 変換制御回路
30 画素回路
32、32a、32b 垂直信号線
33 選択信号
51 レンズ
52 絞り
53 全体制御部
54 タイミング発生部
55 信号処理部
56 メモリ部
57 外部I/F
58 記録媒体I/F
59 記録媒体
100 画素部
101 画素回路
102a、102b CDS
103a、103b ADC
104a、104b 水平走査回路
105 垂直走査回路
106a、106b データバス
107、107a、107b 垂直信号線
DESCRIPTION OF
16, 16a, 16b, 17, 17a, 17b ADC
18, 18a, 18b
58 Recording medium I / F
59 Recording medium 100
103a, 103b ADC
104a, 104b
Claims (9)
各列に設けられ、その列の画素回路で光電変換によって得られたアナログ信号をデジタル信号に変換する複数の変換回路と、
複数の前記デジタル信号をそれぞれ独立して伝送する複数のデータバスと、
前記複数の変換回路のそれぞれに対応して設けられ、対応する変換回路の出力と前記データバスの一つとを接続する複数のスイッチと、
異なるデータバスに接続された複数の前記スイッチに対してそれらを同時にオンさせる選択信号を供給することにより、複数の前記データバスで前記デジタル信号を並行して伝送させる水平走査回路と
を備えることを特徴とする固体撮像装置。 A pixel portion in which a plurality of pixel circuits each performing photoelectric conversion are arranged in a matrix;
A plurality of conversion circuits that are provided in each column and convert an analog signal obtained by photoelectric conversion in the pixel circuit of the column into a digital signal;
A plurality of data buses for independently transmitting a plurality of the digital signals;
A plurality of switches provided corresponding to each of the plurality of conversion circuits, and connecting the output of the corresponding conversion circuit and one of the data buses;
A horizontal scanning circuit for transmitting the digital signals in parallel on the plurality of data buses by supplying selection signals for simultaneously turning on the plurality of switches connected to different data buses. A solid-state imaging device.
前記スイッチのうち前記左部分の各列にある第1スイッチは、対応する変換回路の出力と一つの共通のデータバスとを接続し、
前記スイッチのうち前記右部分の各列にある第2スイッチは、対応する変換回路の出力と他の一つの共通のデータバスとを接続し、
前記水平走査回路は、前記第1スイッチの一つ及び前記第2スイッチの一つに対してそれらを同時にオンさせる選択信号を供給する
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 A portion formed by dividing the pixel portion into two in the column direction is defined as a left portion and a right portion, respectively.
The first switch in each column of the left portion of the switches connects the output of the corresponding conversion circuit and one common data bus,
The second switch in each column of the right portion of the switches connects the output of the corresponding conversion circuit and another common data bus,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the horizontal scanning circuit supplies a selection signal for simultaneously turning on one of the first switch and one of the second switch.
前記スイッチのうち各偶数列にある第2スイッチは、対応する変換回路の出力と他の一つの共通のデータバスとを接続し、
前記水平走査回路は、互いに隣接する前記第1スイッチの一つ及び前記第2スイッチの一つに対してそれらを同時にオンさせる選択信号を供給する
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The first switch in each odd column among the switches connects the output of the corresponding conversion circuit and one common data bus,
The second switch in each even column of the switches connects the output of the corresponding converter circuit and another common data bus,
2. The solid-state imaging according to claim 1, wherein the horizontal scanning circuit supplies a selection signal for simultaneously turning on one of the first switch and one of the second switches adjacent to each other. apparatus.
前記変換回路は各列に複数設けられ、
各列の複数の変換回路は、その列の異なる行の画素回路で得られたアナログ信号をそれぞれ独立してデジタル信号に変換し、
同じ列の異なる変換回路に対応するスイッチは、対応する変換回路の出力と相異なる組のデータバスの一つとを接続し、
前記水平走査回路は、前記データバスの各組について、一つの組の異なるデータバスに接続された複数の前記スイッチに対してそれらを同時にオンさせる選択信号を供給することにより、複数組の前記データバスで前記デジタル信号を伝送させる
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 A plurality of sets of the plurality of data buses are provided,
A plurality of the conversion circuits are provided in each column,
The plurality of conversion circuits in each column independently convert the analog signals obtained by the pixel circuits in different rows of the column into digital signals,
The switches corresponding to different conversion circuits in the same column connect the output of the corresponding conversion circuit and one of the data buses of a different set,
The horizontal scanning circuit supplies a plurality of sets of the data buses by supplying a selection signal for simultaneously turning on the plurality of switches connected to one set of different data buses for each set of the data buses. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the digital signal is transmitted by a bus.
各列に設けられ、その列の奇数行にある各画素回路とその列の前記複数の変換回路の一つとを接続する第1垂直信号線と、
各列に設けられ、その列の偶数行にある各画素回路とその列の前記複数の変換回路の他の一つとを接続する第2垂直信号線とを備え、
前記複数の変換回路は、前記第1垂直信号線によって伝送されるアナログ信号と第2垂直信号線によって伝送されるアナログ信号とをそれぞれ並行してデジタル信号に変換し、
前記水平走査回路は、前記データバスの各組について同時に、前記選択信号の供給を行うことにより、複数組の前記データバスで並行して前記デジタル信号を伝送させる
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 further includes:
A first vertical signal line provided in each column and connecting each pixel circuit in an odd row of the column and one of the plurality of conversion circuits in the column;
A second vertical signal line provided in each column and connecting each pixel circuit in an even row of the column and the other one of the plurality of conversion circuits in the column;
The plurality of conversion circuits convert an analog signal transmitted through the first vertical signal line and an analog signal transmitted through the second vertical signal line into digital signals in parallel,
5. The horizontal scanning circuit transmits the digital signals in parallel on a plurality of sets of data buses by supplying the selection signals simultaneously to each set of the data buses. The solid-state imaging device described.
各列に設けられ、その列の前記上部分の各行にある画素回路とその列の前記複数の変換回路の一つとを接続する第1垂直信号線と、
各列に設けられ、その列の前記下部分の各行にある画素回路とその列の前記複数の変換回路の他の一つとを接続する第2垂直信号線とを備え、
前記複数の変換回路は、前記第1垂直信号線によって伝送されるアナログ信号と第2垂直信号線によって伝送されるアナログ信号とをそれぞれ並行してデジタル信号に変換し、
前記水平走査回路は、前記データバスの各組について同時に、前記選択信号の供給を行うことにより、複数組の前記データバスで並行して前記デジタル信号を伝送させる
ことを特徴とする請求項4に記載の固体撮像装置。 In the solid-state imaging device, the pixel unit is divided into two parts in a row direction, and an upper part and a lower part, respectively,
A first vertical signal line provided in each column and connecting a pixel circuit in each row of the upper portion of the column to one of the plurality of conversion circuits in the column;
A second vertical signal line provided in each column and connecting a pixel circuit in each row in the lower part of the column and the other one of the plurality of conversion circuits in the column;
The plurality of conversion circuits convert an analog signal transmitted through the first vertical signal line and an analog signal transmitted through the second vertical signal line into digital signals in parallel,
5. The horizontal scanning circuit transmits the digital signals in parallel on a plurality of sets of data buses by supplying the selection signals simultaneously to each set of the data buses. The solid-state imaging device described.
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 the conversion circuit is a single slope integration type analog-digital conversion circuit.
各列に設けられ、その列の画素回路と変換回路との間に接続されたノイズ除去回路を備える
ことを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device further includes:
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a noise removal circuit provided in each column and connected between a pixel circuit and a conversion circuit in the column.
前記固体撮像装置へ被写体像を結像させる光学系と、
前記固体撮像装置からの出力信号を処理する信号処理部と
を備えることを特徴とする撮像システム。 A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 8,
An optical system for forming a subject image on the solid-state imaging device;
An imaging system comprising: a signal processing unit that processes an output signal from the solid-state imaging device.
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