JP2011019136A - Solid-state imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置に関し、特に、行列状に配置された複数の画素と、複数の画素から読み出されたアナログの画素信号をデジタル信号に変換する変換回路とを備える固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly, to a solid-state imaging device including a plurality of pixels arranged in a matrix and a conversion circuit that converts analog pixel signals read from the plurality of pixels into digital signals.
アレイ状(マトリクス状)に複数個配列された、例えば、光及び放射線などの外部から入力される電磁波、又は圧力(接触など)などの物理量変化に対して感応する単位構成要素(例えば画素)を備え、物理量分布を検知する半導体装置が様々な分野で使われている。 A plurality of unit components (for example, pixels) that are arranged in an array form (matrix form) and that are sensitive to changes in physical quantities such as electromagnetic waves input from outside such as light and radiation, or pressure (contact, etc.) In addition, semiconductor devices that detect physical quantity distribution are used in various fields.
一例として映像機器の分野では、物理量の一例である光(電磁波の一例)の変化を検知するCCD(Charge Coupled Device )型又はMOS(Metal Oxide Semiconductor:金属酸化膜半導体)型(CMOS(Complementary Metal−oxide Semiconductor)型も含む)の撮像素子(撮像デバイス)を用いた固体撮像装置が使われている。 As an example, in the field of video equipment, a CCD (Charge Coupled Device) type or a MOS (Metal Oxide Semiconductor) type (CMOS (Complementary Metal-) that detects a change in light (an example of an electromagnetic wave), which is an example of a physical quantity. A solid-state imaging device using an imaging device (imaging device) (including an oxide semiconductor type) is also used.
このMOS型の撮像素子(MOSイメージセンサ)は、画素ごとに増幅素子であるフローティングディフュージョンアンプなどを備える。また、画素信号の読出しに当たっては、アドレス制御の一例として、所謂列並列出力型又はカラム型と称される方式が多く用いられている。この方式は、画素アレイ部の中のある1行を選択し、選択した1行分を同時にアクセスして行単位で、つまり1行分の全画素について同時並列的に、画素アレイ部から画素信号を読み出す方式である。 This MOS type image pickup device (MOS image sensor) includes a floating diffusion amplifier which is an amplifying device for each pixel. In reading pixel signals, a so-called column-parallel output type or column type is often used as an example of address control. In this method, one row in the pixel array unit is selected, the selected one row is accessed simultaneously, and the pixel signals from the pixel array unit are simultaneously accessed in units of rows, that is, all pixels in one row are simultaneously parallel. Is a method of reading out.
また、固体撮像装置では、画素アレイ部から読み出されたアナログの画素信号を、アナログ−デジタル変換装置(AD変換装置:Analog Digital Converter)にてデジタルデータに変換してから外部に出力する方式が採られることもある。 In addition, in a solid-state imaging device, there is a method in which an analog pixel signal read from the pixel array unit is converted into digital data by an analog-digital converter (AD converter: Analog Digital Converter) and then output to the outside. Sometimes taken.
この点については、列並列出力型の固体撮像装置についても同様であり、その信号出力部については様々なものが考案されている。その最も進んだ形態の一例として、列ごとにAD変換装置を備え、デジタルデータの画素情報を外部に取り出す方式が考えられている。 The same applies to the column-parallel output type solid-state imaging device, and various signal output units have been devised. As an example of the most advanced form, a method of providing an AD conversion device for each column and extracting pixel information of digital data to the outside is considered.
図10は、従来のMOS固体撮像装置(MOSイメージセンサ)の構成を示すブロック図である。 FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a conventional MOS solid-state imaging device (MOS image sensor).
図10に示すこの固体撮像装置100は、画素部102と、複数のカラム信号線103と、CDS処理部104と、AD変換部105と、デジタルメモリ106と、出力部107と、垂直駆動部108と、垂直デコーダ109と、制御回路110とを備える。
This solid-
画素部102は、アレイ状(2次元マトリクス状)に配列され、入射光量に応じた電圧信号を出力する、受光素子101を含む複数個の画素を含む。この複数の画素は、複数のカラム信号線103に電圧信号を出力する。
The
CDS(Correlated Double Sampling:相関2重サンプリング)処理部104は、複数のカラム信号線103の電圧信号にCDS処理を行う。
A CDS (Correlated Double Sampling)
AD変換部(ADC:Analog Digital Converter)105は、CDS処理されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。 An AD converter (ADC: Analog Digital Converter) 105 converts an analog signal subjected to CDS processing into a digital signal.
AD変換部105におり変換されたデジタル信号は、デジタルメモリ106に出力される。また、デジタルメモリ106の出力端子は、出力部107に接続される。
The digital signal converted by the
一方、画素部102にアレイ状に配置される受光素子101は、垂直駆動部108により駆動される。この垂直駆動部108は、垂直デコーダ109により制御される。
On the other hand, the
制御回路110には、外部制御信号111が入力される。また、制御回路110は、垂直デコーダ109、デジタルメモリ106、CDS処理部104及びAD変換部105を制御する。
An
図11は、従来のデジタルメモリ106及び出力部107の詳細な構成を示す回路図である。
FIG. 11 is a circuit diagram showing a detailed configuration of the conventional
図11に示すように、AD変換部105は、複数のAD変換回路200を含む。また、デジタルメモリ106は、複数のセレクタ201と、複数のディレイ・フリップ・フロップ202とを含む。また、出力部107は、複数の出力回路203を含む。
As illustrated in FIG. 11, the
AD変換回路200により出力されるデジタル信号ADOUTは、本従来例の場合、12ビットである。なお、デジタル信号ADOUTのビット数は、必要に応じて、例えば、10ビット及び16ビット等であってもよい。
In the case of this conventional example, the digital signal ADOUT output from the
デジタルメモリ106には、画素部102内に配置される受光素子101の水平方向の画素数(n個)と同じ数のAD変換回路200が接続される。
The
また、デジタルメモリ106内には、セレクタ201及びディレイ・フリップ・フロップ202がn列×AD変換部105のデジタル信号ADOUTのビット数(本従来例の場合は12個)個、配置される。なお、以下では、図11の左側から1列〜n列とし、図11の上側から0ビット〜11ビットとする。
Further, in the
セレクタ201は、2入力のセレクタである。各セレクタ201の第1の入力端子には、対応する列のAD変換回路200により出力されるデジタル信号ADOUTの1ビットが入力される。また、各セレクタ201の制御端子には、ラッチ制御信号LATSWが入力される。また、各セレクタ201の出力信号は、対応する列のディレイ・フリップ・フロップ202に入力される。
The
各ディレイ・フリップ・フロップ202には、クロック信号DMCLKが入力される。また、各セレクタ201の第2の入力端子には、隣の列(前列)の同じビットのディレイ・フリップ・フロップ202の出力信号が入力される。
Each delay flip-
このように、1列目のセレクタ201の出力信号が入力される1列目のディレイ・フリップ・フロップ202の出力信号は、2列目のセレクタ201に入力される。このように、各ビットのn個のディレイ・フリップ・フロップ202は、セレクタ201を介して、順次シリアルに接続される。また、このシリアルなチェーン状に接続された複数のディレイ・フリップ・フロップ202の組が、AD変換回路200の出力ビット数(12ビット)だけ並列に配置される。
As described above, the output signal of the delay flip-
n列目のAD変換回路200に接続されるn列目の12個のディレイ・フリップ・フロップ202は、並列に出力部107に信号を出力する。出力部107は、AD変換部105の出力ビット数と同じ数(12個)の出力回路203を含む。各出力回路203には、各ビットのn列目のディレイ・フリップ・フロップ202の出力信号が入力される。
The 12 delay flip-
次に図12を用いて従来の固体撮像装置100の動作について説明する。図12は、固体撮像装置100の動作を示すタイミングチャートである。
Next, the operation of the conventional solid-
図12に示す、DF1[0:11]は、1列目の12個のディレイ・フリップ・フロップ202に保持されているデータである。このDF1[0:11]は、12ビットでひとつのセットとなる。同様にDF2[0:11]は、2列目の12個のディレイ・フリップ・フロップ202に保持されているデータであり、・・・DFn[0:11]はn列目の12個のディレイ・フリップ・フロップ202に保持されているデータである。また、DOUT[0:11]は、出力部107の出力信号である。
DF1 [0:11] shown in FIG. 12 is data held in 12 delay flip-
また、データD1〜Dnは、それぞれ、1〜n列目に配置された受光素子101のアナログ信号量をデジタル変換したデータである。
The data D1 to Dn are data obtained by digitally converting analog signal amounts of the
まず、固体撮像装置100は、外部制御信号111に応じて、垂直デコーダ109を制御する。これにより、垂直駆動部108は、画素部102に配置される受光素子101を駆動する。受光素子101は、受光素子101自身が感知した物理量(光又は電磁波)を電位(アナログ信号)に変換する。このアナログ信号は、カラム信号線103に出力される。出力されたアナログ信号は、CDS処理部104にてノイズが除去され、その後、AD変換部105に入力される。AD変換部105は、CDS処理部104が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号をデジタルメモリ106に出力する。
First, the solid-
AD変換部105から出力されたデジタル信号ADOUTは、複数のセレクタ201に入力される。ラッチ制御信号LATSWがHレベルの場合、セレクタ201は、AD変換部105からのデジタル信号ADOUTを出力する。また、ラッチ制御信号LATSWがLレベルの場合、セレクタ201は、入力端子に接続された、水平方向のシリアル・チェーンの前段のディレイ・フリップ・フロップ202から出力されるデータを出力する。
The digital signal ADOUT output from the
ここで、図12に示す期間t00〜t02の間、ラッチ制御信号LATSWがHレベルとなり、期間t00〜t02に含まれる時刻t01においてクロック信号DMCLKがHレベルに立ち上がる。これにより、AD変換部105に配置される全AD変換回路200により出力されるデジタル信号ADOUTが、複数のディレイ・フリップ・フロップ202にラッチされる。その後、時刻t02においてラッチ制御信号LATSWがLレベルとなり、セレクタ201が出力する信号が切り替えられる。
Here, during the period t00 to t02 shown in FIG. 12, the latch control signal LATSW becomes H level, and the clock signal DMCLK rises to H level at time t01 included in the period t00 to t02. As a result, the digital signal ADOUT output from all the
その後、クロック信号DMCLKがHレベルに立ち上がるたびに、ディレイ・フリップ・フロップ202は、入力されている前列のディレイ・フリップ・フロップ202のデータをラッチする。例えば、クロック信号の入力前に2列目のディレイ・フリップ・フロップ202に保持されていたデータD2は、当該クロック信号の入力にともない3列目のディレイ・フリップ・フロップ202にラッチされる。同時に、2列目のディレイ・フリップ・フロップ202自身は、1列目のAD変換回路200の出力データD1を保持する。
Thereafter, each time the clock signal DMCLK rises to the H level, the delay flip-
このように、クロック信号DMCLKがHレベルに立ち上がるたびに、スキャンシフト動作が行われる。これにより、出力部107からn列目のAD変換回路200のデータDnから1列目のAD変換回路200のデータD1までが順次出力される。
Thus, every time the clock signal DMCLK rises to the H level, the scan shift operation is performed. As a result, the
例えば、固体撮像装置100と類似する構成が、特許文献1に開示されている。
For example,
しかしながら、上述したようなMOS固体撮像装置には次のような課題がある。 However, the above-described MOS solid-state imaging device has the following problems.
図13は、一般的な切り出し動作のイメージを示す図である。 FIG. 13 is a diagram illustrating an image of a general cutout operation.
ここで切り出し動作とは、画素部102に配置される複数の受光素子101のうち、すべての受光素子101のデータを使用するのではなく、必要な領域のデータのみを使用する動作である。
Here, the cut-out operation is an operation that uses only data of a necessary region, instead of using data of all the
例えば、切り出し動作時には、図13に示す切り出し領域400に配置される受光素子101のデータのみを使用する。この切り出し動作は、不要な部分を動作させないことによる消費電力の低減、及び必要な領域のみを動作させることによる動作速度の向上(フレームレートの向上)を実現できる。
For example, at the time of the cutout operation, only data of the
しかしながら、上述した従来の固体撮像装置100で、この切り出し動作を行う場合、デジタルメモリ106は、水平方向にディレイ・フリップ・フロップ202のデータを転送する際に、切り出し領域400を含む出力領域401の分のデータを全て転送する必要がある。図13に示すように、出力領域401は、切り出し領域400の右側に位置する必要でない領域を含む。よって、この領域のデータを転送に必要な転送時間が無駄となる。その分、データ転送の高速化を妨げることとなる。またその分の消費電力も多く消費してしまう。
However, when the above-described conventional solid-
また、デジタルデータの水平方向の転送を高速化する方法として、特許文献1のように例えば、デジタルメモリ(特許文献1では、データ保持部と記載)の全列をそれぞれが複数列を含む複数ブロックに分ける方法がある。具体的には、各ブロックのデジタルメモリの後段に出力ドライバをそれぞれ1つ設ける構成をとることができるし、又は、複数のブロックのデジタルメモリのうち何れか1つのデジタルメモリの後段にのみ出力ドライバを1つ設ける構成をとることができる。
Further, as a method for speeding up the horizontal transfer of digital data, for example, as in
このようにデジタルメモリを分割することで、切り出し動作に必要な部分のみを動作させることで、切り出し動作の低消費電力化が可能となる。しかし、デジタルメモリの全体のデータを使用する全画素読み出し動作の場合、ブロック間をまたがった動作が必要となり、制御が複雑になるという別の問題が生じる。 By dividing the digital memory in this way, it is possible to reduce the power consumption of the cutting operation by operating only the part necessary for the cutting operation. However, in the case of the all-pixel reading operation using the entire data of the digital memory, an operation across blocks is required, and another problem that the control becomes complicated arises.
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、切り出し動作の高速化及び低消費電力化を実現するとともに、全画素読み出し動作の制御を容易に行える固体撮像装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of achieving a high speed and low power consumption of a cut-out operation and easily controlling an all-pixel readout operation. To do.
上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、固体撮像装置であって、行列状に配置された複数の画素と、前記複数の画素からアナログの画素信号を読み出す読み出し部と、列毎に1つ設けられ、対応する列に配置された前記画素から読み出されたアナログの画素信号をデジタル信号に変換する複数の変換回路と、列毎に1つ設けられ、対応する列の前記変換回路により変換されたデジタル信号を保持する複数のデータ保持部とを備え、前記複数のデータ保持部は、直列に接続されており、前記各データ保持部は、保持するデジタル信号を後段のデータ保持部に転送するとともに、前段のデータ保持部が保持するデジタル信号を受け取り、前記固体撮像装置は、さらに、バイパス信号線と、前記複数のデータ保持部のうち、最終段のデータ保持部以外の1つのデータ保持部に接続され、当該1つのデータ保持部に保持されるデジタル信号を前記バイパス信号線に出力するバッファと、前記最終段のデータ保持部により保持されるデジタル信号と、前記バイパス信号線のデジタル信号とから一方を選択し、選択したデジタル信号を出力する第1セレクタと、前記第1セレクタにより出力されたデジタル信号を出力する出力回路とを備える。 In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention is a solid-state imaging device, a plurality of pixels arranged in a matrix, and a reading unit that reads an analog pixel signal from the plurality of pixels, A plurality of conversion circuits for converting analog pixel signals read from the pixels arranged in the corresponding column into digital signals, one for each column, and one for each column. A plurality of data holding units that hold digital signals converted by the conversion circuit, the plurality of data holding units are connected in series, and each data holding unit receives a digital signal to be held in a subsequent stage The digital signal held by the data holding unit in the previous stage is transferred to the data holding unit, and the solid-state imaging device further includes a bypass signal line and a final one of the plurality of data holding units. Connected to one data holding unit other than the data holding unit, a buffer for outputting a digital signal held in the one data holding unit to the bypass signal line, and a digital held by the data holding unit in the final stage A first selector that selects one of the signal and the digital signal of the bypass signal line, outputs the selected digital signal, and an output circuit that outputs the digital signal output by the first selector;
この構成によれば、本発明に係る固体撮像装置は、第1セレクタがバイパス信号線のデジタル信号を選択することにより、必要な切り出し領域に含まれる画素のデータのみを、複数のデータ保持部において転送することができる。これにより、本発明に係る固体撮像装置は、切り出し動作の高速化及び低消費電力化を実現できる。 According to this configuration, in the solid-state imaging device according to the present invention, when the first selector selects the digital signal of the bypass signal line, only the data of the pixels included in the necessary cut-out area is stored in the plurality of data holding units. Can be transferred. Thereby, the solid-state imaging device according to the present invention can realize a high-speed cutting operation and low power consumption.
さらに、本発明に係る固体撮像装置は、第1セレクタが、最終段のデータ保持部に保持されるデジタル信号を選択することにより、列数分直列に接続されたデータ保持部を用いて全画素のデータを転送できる。よって、本発明に係る固体撮像装置は、デジタルメモリの全列をそれぞれが複数列を含む複数ブロックに分ける場合等に比べて、容易な制御で全画素読み出し動作を実現できる。 Furthermore, in the solid-state imaging device according to the present invention, the first selector selects all the pixels using the data holding units connected in series for the number of columns by selecting the digital signal held in the data holding unit at the final stage. Can be transferred. Therefore, the solid-state imaging device according to the present invention can realize the all-pixel reading operation with easier control than in the case where all the columns of the digital memory are divided into a plurality of blocks each including a plurality of columns.
また、前記固体撮像装置は、前記複数の画素の全ての画素の画素信号に対応するデジタル信号を出力する第1動作モードと、前記複数の画素のうち一部である複数の第1画素の画素信号に対応するデジタル信号のみを出力する第2動作モードとを有し、前記固体撮像装置は、さらに、前記第1動作モード時には、前記第1セレクタに前記最終段のデータ保持部により保持されるデジタル信号を選択させ、前記第2動作モード時には、前記第1セレクタに前記バイパス信号線のデジタル信号を選択させる制御回路を備えてもよい。 The solid-state imaging device includes: a first operation mode for outputting a digital signal corresponding to pixel signals of all pixels of the plurality of pixels; and a plurality of first pixel pixels that are a part of the plurality of pixels. A second operation mode for outputting only a digital signal corresponding to the signal, and the solid-state imaging device is further held in the first selector by the data holding unit at the final stage in the first operation mode. There may be provided a control circuit for selecting a digital signal and causing the first selector to select the digital signal of the bypass signal line in the second operation mode.
また、前記固体撮像装置は、前記最終段のデータ保持部以外の複数のデータ保持部に含まれる複数の第1データ保持部のそれぞれに対応して接続され、対応する第1データ保持部に保持されるデジタル信号を前記バイパス信号線に出力する、前記バッファを含む複数のバッファを備えてもよい。 The solid-state imaging device is connected to each of a plurality of first data holding units included in a plurality of data holding units other than the final stage data holding unit, and held in the corresponding first data holding unit. A plurality of buffers including the buffer for outputting the digital signal to be output to the bypass signal line may be provided.
この構成によれば、本発明に係る固体撮像装置は、複数の切り出し位置及び複数の切り出しサイズから任意の切り出し位置及び切り出しサイズを選択できる。 According to this configuration, the solid-state imaging device according to the present invention can select an arbitrary cutout position and cutout size from a plurality of cutout positions and a plurality of cutout sizes.
また、前記複数のバッファは、トライステートバッファであり、前記制御回路は、さらに、前記第2動作モード時には、前記複数のバッファのうちいずれか1個のバッファのみを、対応する第1データ保持部に保持されるデジタル信号を前記バイパス信号線に出力する出力状態にし、他の全てのバッファをハイ・インピーダンス状態にしてもよい。 Further, the plurality of buffers are tristate buffers, and the control circuit further includes only one of the plurality of buffers corresponding to the first data holding unit in the second operation mode. The digital signal held in the output state may be output to the bypass signal line, and all other buffers may be in a high impedance state.
また、前記複数のバッファは、前記最終段のデータ保持部以外の全てのデータ保持部のそれぞれに対応して接続され、対応するデータ保持部に保持されるデジタル信号を前記バイパス信号線に出力してもよい。 Further, the plurality of buffers are connected corresponding to all of the data holding units other than the data holding unit in the final stage, and output the digital signals held in the corresponding data holding units to the bypass signal line. May be.
この構成によれば、本発明に係る固体撮像装置は、切り出し位置及び切り出しサイズを任意に変更できる。 According to this configuration, the solid-state imaging device according to the present invention can arbitrarily change the cutout position and the cutout size.
また、前記制御回路は、前記第1動作モード及び前記第2動作モードの一方を指定するとともに、前記第2動作モードにおいて、前記複数のバッファのうちいずれか1個のバッファを指定する、前記列の数より少ないビット数の第1信号を生成し、前記固体撮像装置は、さらに、前記第1信号を、前記列の数と同じビット数の第2信号に変換するデコーダ回路を備え、前記デコーダ回路は、前記第2信号の複数のビットのうち、1つのみを第1論理にするとともに、他の全てを第2論理にし、前記第2信号の各ビットは、前記複数のバッファのいずれか又は前記第1セレクタに対応しており、前記各バッファは、対応する前記第2信号のビットが前記第1論理の場合に前記出力状態となり、対応する前記第2信号のビットが前記第2論理の場合にハイ・インピーダンス状態となり、前記第1セレクタは、対応する前記第2信号のビットが前記第1論理の場合に、前記最終段のデータ保持部により保持されるデジタル信号を選択し、対応する前記第2信号のビットが前記第2論理の場合に、前記バイパス信号線のデジタル信号を選択してもよい。 The control circuit designates one of the first operation mode and the second operation mode, and designates one of the plurality of buffers in the second operation mode. The solid-state imaging device further includes a decoder circuit that converts the first signal into a second signal having the same number of bits as the number of columns, and the decoder The circuit sets only one of the plurality of bits of the second signal to the first logic and sets all other bits to the second logic, and each bit of the second signal is one of the plurality of buffers. Or corresponding to the first selector, and each buffer is in the output state when the corresponding bit of the second signal is the first logic, and the corresponding bit of the second signal is the second logic. Place When the corresponding bit of the second signal is the first logic, the first selector selects the digital signal held by the data holding unit at the final stage, and the corresponding When the bit of the second signal is the second logic, the digital signal of the bypass signal line may be selected.
この構成によれば、制御回路は、第1動作モード及び第2動作モードの指定と、切り出し位置の指定とを第1信号を用いて行うことができるので、配線数を削減できる。さらに、固体撮像装置は、第1動作モード時に、全てのバッファをハイ・インピーダンス状態にすることにより、消費電力を低減できる。 According to this configuration, the control circuit can perform the designation of the first operation mode and the second operation mode and the designation of the cut-out position using the first signal, so that the number of wirings can be reduced. Furthermore, the solid-state imaging device can reduce power consumption by setting all the buffers to a high impedance state in the first operation mode.
また、前記バイパス信号線は、前記バッファのみから信号が供給されてもよい。 The bypass signal line may be supplied with a signal only from the buffer.
この構成によれば、本発明に係る固体撮像装置は、切り出し位置を可変にする場合に比べて、回路増加を抑制できる。 According to this configuration, the solid-state imaging device according to the present invention can suppress an increase in circuit compared to a case where the cutout position is variable.
また、前記バッファは、トライステートバッファであり、前記制御回路は、さらに、前記第1動作モード時には、前記バッファをハイ・インピーダンス状態にし、前記第2動作モード時には、前記バッファを、当該バッファに接続された第1データ保持部に保持されるデジタル信号を前記バイパス信号線に出力する出力状態にしてもよい。 The buffer is a tri-state buffer, and the control circuit further places the buffer in a high impedance state during the first operation mode, and connects the buffer to the buffer during the second operation mode. The digital signal held in the first data holding unit may be in an output state in which it is output to the bypass signal line.
この構成によれば、本発明に係る固体撮像装置は、第1動作モード時にバッファが動作しないように制御できるので、消費電力を削減できる。 According to this configuration, since the solid-state imaging device according to the present invention can be controlled so that the buffer does not operate in the first operation mode, power consumption can be reduced.
また、前記固体撮像装置は、さらに、前記第2動作モード時に、前記第1画素が含まれない列の前記データ保持部の動作を停止する動作停止部を備えてもよい。 The solid-state imaging device may further include an operation stop unit that stops the operation of the data holding unit in a column that does not include the first pixel in the second operation mode.
この構成によれば、本発明に係る固体撮像装置は、第2動作モード時において必要のないデータ保持部を停止できるので、消費電力を削減できる。 According to this configuration, the solid-state imaging device according to the present invention can stop unnecessary data holding units in the second operation mode, so that power consumption can be reduced.
また、前記各データ保持部は、クロック信号が入力されるたびに、保持するデジタル信号を後段のデータ保持部に転送するとともに、前段のデータ保持部が保持するデジタル信号を受け取り、前記動作停止部は、前記第2動作モード時に、前記第1画素が含まれない列の前記データ保持部への前記クロック信号の供給を停止してもよい。 In addition, each time a clock signal is input, each data holding unit transfers a digital signal to be held to a subsequent data holding unit, and receives the digital signal held by the previous data holding unit, and the operation stop unit In the second operation mode, supply of the clock signal to the data holding unit in a column not including the first pixel may be stopped.
また、前記バイパス信号線の長さは、前記バッファの位置から、前記出力回路の位置までの長さであってもよい。 The length of the bypass signal line may be a length from the position of the buffer to the position of the output circuit.
この構成によれば、本発明に係る固体撮像装置は、切り出し位置に依存して、水平方向のバイパス信号線の転送時間を最適化できるので、より高速動作を実現できる。 According to this configuration, the solid-state imaging device according to the present invention can optimize the transfer time of the bypass signal line in the horizontal direction depending on the cut-out position, so that higher speed operation can be realized.
また、前記バイパス信号線の水平方向の長さは、前記複数のデータ保持部が配置される領域の水平方向の長さの1/2以下であってもよい。 The horizontal length of the bypass signal line may be ½ or less of the horizontal length of the area where the plurality of data holding units are arranged.
また、前記各データ保持部はフリップフロップであり、前記固体撮像装置は、さらに、
列毎に1つ設けられ、対応する列の前記変換回路により変換されたデジタル信号と、前段のデータ保持部に保持されるデジタル信号とから一方を選択し、選択したデジタル信号を対応する列のデータ保持部に出力する複数の第2セレクタを備えてもよい。
Each of the data holding units is a flip-flop, and the solid-state imaging device further includes:
One is provided for each column, and one of the digital signals converted by the conversion circuit in the corresponding column and the digital signal held in the previous data holding unit is selected, and the selected digital signal is selected in the corresponding column. A plurality of second selectors that output to the data holding unit may be provided.
なお、本発明は、このような固体撮像装置として実現できるだけでなく、このような固体撮像装置を制御する固体撮像装置の制御方法として実現してもよい。 Note that the present invention can be realized not only as such a solid-state imaging device but also as a control method of a solid-state imaging device that controls such a solid-state imaging device.
さらに、本発明は、このような固体撮像装置の機能の一部又は全てを実現する半導体集積回路(LSI)として実現したり、このような固体撮像装置を備えるカメラとして実現したりできる。 Furthermore, the present invention can be realized as a semiconductor integrated circuit (LSI) that realizes part or all of the functions of such a solid-state imaging device, or can be realized as a camera including such a solid-state imaging device.
以上より、本発明は、切り出し動作の高速化及び低消費電力化を実現するとともに、全画素読み出し動作の制御を容易に行える固体撮像装置を提供できる。 As described above, the present invention can provide a solid-state imaging device that can speed up the cut-out operation and reduce power consumption and can easily control the all-pixel readout operation.
以下、図面を使用して本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下においては、X−Yアドレス型の固体撮像装置の一例である、MOS固体撮像装置を使用した場合を例に説明する。また、MOS固体撮像装置は、全ての画素がNMOSより構成されるとして説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, a case where a MOS solid-state imaging device, which is an example of an XY address type solid-state imaging device, is used will be described as an example. The MOS solid-state imaging device will be described on the assumption that all pixels are composed of NMOS.
ただしこれは一例であって、対象となるデバイスはMOS型の固体撮像装置に限らない。例えば、ライン状又はマトリクス状に複数個配列された、光又は放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性を有する複数の単位構成要素を備える、物理量分布検知用の半導体装置の全てに、後述する全ての実施の形態が同様に適用できる。 However, this is an example, and the target device is not limited to the MOS type solid-state imaging device. For example, all of the semiconductor devices for physical quantity distribution detection including a plurality of unit components that are sensitive to electromagnetic waves input from the outside, such as light or radiation, arranged in a line or matrix. All the embodiments described later can be similarly applied.
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置は、全列数に相当する段数接続されたスキャンシフト回路の出力データと、切り出し動作で使用するバイパス信号線のデータとのうちいずれを出力するかを切り替える出力セレクタを備える。これにより、本発明に係る固体撮像装置は、切り出し動作の高速化及び低消費電力化を実現するとともに、全画素読み出し動作の制御を容易に行える。
(Embodiment 1)
Which of the output data of the scan shift circuit connected in the number of stages corresponding to the total number of columns and the data of the bypass signal line used in the cut-out operation is output by the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. An output selector for switching between. As a result, the solid-state imaging device according to the present invention can realize a high-speed cutting operation and low power consumption, and can easily control the all-pixel reading operation.
まず、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置500の構成を説明する。
First, the configuration of the solid-
図1は、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置500の構成を示すブロック図である。なお、図10と同様の要素には同一の符号を付している。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a solid-
図1に示す固体撮像装置500は、画素部102と、複数のカラム信号線103と、CDS処理部104と、AD変換部105と、垂直駆動部108と、垂直デコーダ109と、デジタルメモリ501と、水平デコーダ502と、制御回路503と、出力部504とを備える。
A solid-
この固体撮像装置500は、複数の画素の全ての画素の画素信号に対応するデジタル信号を出力する全画素読み出し動作を行う第1動作モードと、複数の画素のうち一部である複数の第1画素の画素信号に対応するデジタル信号のみを出力する切り出し動作を行う第2動作モードとを有する。
The solid-
画素部102は、行列状(2次元マトリクス状)に配列され、入射光量に応じたアナログの電圧信号(画素信号)を出力する複数個の画素を含む。各画素は、光を電気信号に変換する受光素子101を含む。なお、以下では、画素部102内に配置される受光素子101の列数(水平方向の画素数)はn列であるとする。
The
各カラム信号線103は、列毎に設けられ、対応する列に配置された複数の画素から画素信号が出力される。
Each
CDS(Correlated Double Sampling:相関2重サンプリング)処理部104は、n個のカラム信号線103の画素信号のそれぞれにCDS処理を行うことにより、n個のアナログ信号を生成する。
A CDS (Correlated Double Sampling)
AD変換部(ADC:Analog Digital Converter)105は、CDS処理部104によりCDS処理されたn個のアナログ信号を、それぞれデジタル信号ADOUTに変換し、変換したn個のデジタル信号ADOUTをデジタルメモリ501に出力する。
An AD conversion unit (ADC: Analog Digital Converter) 105 converts n analog signals subjected to CDS processing by the
デジタルメモリ501は、AD変換部105により出力されるn個のデジタル信号ADOUTを保持するとともに、保持するn個のデジタル信号ADOUTを順時出力部504に出力する。言い換えると、このデジタルメモリ501は、n個のデジタル信号ADOUTを並列に取得し、出力したn個のデジタル信号ADOUTを直列に出力するシフトレジスタである。
The
出力部504は、デジタルメモリ501により出力されるデジタル信号を固体撮像装置500の外部に出力する。
The
水平デコーダ502は、デジタルメモリ501を制御する。具体的には、水平デコーダ502は、全画素読み出し動作と切り出し動作との切り替えを制御するとともに、切り出し動作時の切り出し位置を制御する。
The
垂直駆動部108は、本発明の読み出し部に相当し、複数の画素を駆動することにより、複数の画素から画素信号を読み出す。垂直デコーダ109は、垂直駆動部108を制御する。
The
制御回路503には、外部制御信号111が外部から入力される。この外部制御信号111は、全画素読み出し動作又は切り出し動作を指定する信号と、切り出し動作時の切り出し位置及び切り出し範囲を指定する信号とを含む。
An
制御回路503は、外部制御信号111に応じて、垂直デコーダ109、デジタルメモリ501、水平デコーダ502、CDS処理部104及びAD変換部105を制御する。
The
図2は、AD変換部105、デジタルメモリ501及び出力部504の詳細な構成を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating detailed configurations of the
図2に示すように、AD変換部105は、n個のAD変換回路200を含む。各AD変換回路200は、画素部102の各列に対応し、対応する列に配置された画素の画素信号をデジタル信号ADOUTに変換する。また、このAD変換回路200は、本発明の変換回路に相当する。
As illustrated in FIG. 2, the
各デジタル信号ADOUTは、本発明の実施の形態1の場合、12ビットである。なお、デジタル信号ADOUTのビット数は12ビットに限定されず、必要に応じて、例えば、10ビット又は16ビット等であってもよい。 Each digital signal ADOUT is 12 bits in the first embodiment of the present invention. Note that the number of bits of the digital signal ADOUT is not limited to 12 bits, and may be, for example, 10 bits or 16 bits as necessary.
また、AD変換部105は、n個のデジタル信号ADOUT[0:11]をデジタルメモリ501に出力する。
Further, the
デジタルメモリ501は、n列×デジタル信号ADOUTのビット数x(本発明の実施の形態1の場合は12個)個のセレクタ201と、n列×xビット個のディレイ・フリップ・フロップ202と、n−1列×xビット個のバッファ600と、x本のバイパス信号線601とを含む。
The
また、n列×xビットにおける列及びビットの組み合わせごとに、1つのセレクタ201及び1つのディレイ・フリップ・フロップ202が対応して配置されている。
Further, one
同様に、n−1列×xビットにおける列及びビットの組み合わせごとに、1つのバッファ600が対応して配置されている。言い換えると、複数のバッファ600は、最終段(n列目)のディレイ・フリップ・フロップ202以外の全てのディレイ・フリップ・フロップ202のそれぞれに対応して接続される。また、xビットのビットごとに、1つのバイパス信号線601が対応して配置されている。
Similarly, one
なお、以下では、図2の左側から1列〜n列とし、図2の上側から0ビット〜11ビットとする。 In the following, it is assumed that there are 1 to n columns from the left side of FIG. 2, and 0 to 11 bits from the upper side of FIG.
また、デジタルメモリ501には、ラッチ制御信号LATSWと、クロック信号DMCLKと、バイパス制御信号BPEN[1:n]とが入力される。
Further, the latch control signal LATSW, the clock signal DMCLK, and the bypass control signal BPEN [1: n] are input to the
ラッチ制御信号LATSW及びクロック信号DMCLKは、制御回路503により生成される。また、バイパス制御信号BPEN[1:n]は、水平デコーダ502により生成される。このバイパス制御信号BPEN[1:n]は、nビットの信号である。
The latch control signal LATSW and the clock signal DMCLK are generated by the
ディレイ・フリップ・フロップ202は、本発明のデータ保持部に対応する。このディレイ・フリップ・フロップ202は、対応する列のAD変換回路200により変換されたデジタル信号ADOUTを保持する。また、各ビットのn個のディレイ・フリップ・フロップ202は、直列に接続されている。各ディレイ・フリップ・フロップ202は、クロック信号DMCLKが入力されるたびに、保持するデジタル信号を後段のディレイ・フリップ・フロップ202に転送するとともに、前段のディレイ・フリップ・フロップ202が保持するデジタル信号を受け取る。
The delay flip-
各セレクタ201は、2入力のセレクタである。このセレクタ201は、本発明の第2セレクタに相当し、対応する列のAD変換回路200により変換されたデジタル信号ADOUTと、前段のディレイ・フリップ・フロップ202に保持されるデジタル信号とから一方を選択し、選択した信号を対応する列のディレイ・フリップ・フロップ202に出力する。
Each
具体的には、各セレクタ201の第1の入力端子には、対応する列のAD変換回路200により出力されたデジタル信号ADOUT[0:11]のうち、対応するビットの1ビットの信号が入力される。また、各セレクタ201の第2の入力端子には、前列の対応するビットのディレイ・フリップ・フロップ202の出力信号が入力される。また、各セレクタ201の制御端子には、ラッチ制御信号LATSWが入力される。また、各セレクタ201の出力端子は、対応する列及びビットのディレイ・フリップ・フロップ202の入力端子に接続される。
Specifically, a 1-bit signal corresponding to the corresponding bit among the digital signals ADOUT [0:11] output from the
また、各セレクタ201は、ラッチ制御信号LATSWがH(ハイ)レベルの場合、第1の入力端子に入力されている、AD変換回路200により出力されたデジタル信号ADOUTを出力する。また、セレクタ201は、ラッチ制御信号LATSWがL(ロー)レベルの場合、第2の入力端子に接続されている水平方向のシリアル・チェーンにおける前段のディレイ・フリップ・フロップ202が出力する信号を出力する。
Each
また、各ディレイ・フリップ・フロップ202のクロック端子には、クロック信号DMCLKが入力される。
The clock signal DMCLK is input to the clock terminal of each delay flip-
このように、1列目のセレクタ201の出力信号が入力される1列目のディレイ・フリップ・フロップ202の出力信号は、2列目のセレクタ201に入力される。このように、各ビットのn個のディレイ・フリップ・フロップ202は、それぞれ、セレクタ201を介して、順次シリアルに接続される。また、このシリアルなチェーン状に接続された各ビットのn個のディレイ・フリップ・フロップ202の組が、xビット(12ビット)個、並列に配置される。
As described above, the output signal of the delay flip-
また、n列目の12個のディレイ・フリップ・フロップ202は、出力信号を並列に出力部504に出力する。
Further, the 12 delay flip-
バッファ600は、対応するディレイ・フリップ・フロップ202に保持されるデジタル信号をバイパス信号線601に出力する。
The
具体的には、各バッファ600の入力端子は、対応する列及びビットのディレイ・フリップ・フロップ202の出力端子に接続される。各バッファ600は、トライステートバッファであり、対応する列のバイパス制御信号BPENに応じて、出力状態(Hレベル又はLレベルの信号を出力する状態)とハイ・インピーダンス状態(信号を出力しない状態)とを切り替えられる。例えば、1列目のバッファ600にはバイパス制御信号BPEN[1]が接続される。同様にk列のバッファ600にはバイパス制御信号BPEN[k]が接続される(k=1〜n−1)。
Specifically, the input terminal of each
また、各ビットのn−1個のバッファ600の出力端子は、対応するビットの1つのバイパス信号線601に共通に接続される。
The output terminals of the (n−1) buffers 600 for each bit are commonly connected to one
出力部504は、x個の出力回路602と、x個の出力セレクタ603と、インバータ604とを備える。
The
出力セレクタ603は、本発明の第1セレクタに相当する。この出力セレクタ603は、最終段のディレイ・フリップ・フロップ202により保持されるデジタル信号と、バイパス信号線601のデジタル信号とから一方を選択し、選択したデジタル信号を出力する。
The
つまり、各出力セレクタ603の2つの入力端子には、対応するビットのスキャンチェーンの最終段(n列目)のディレイ・フリップ・フロップ202の出力端子と、対応するビットのバイパス信号線601とが接続される。また、出力セレクタ603の出力端子は対応するビットの出力回路602の入力端子に接続される。また、各出力セレクタ603の制御端子には、バイパス制御信号BPEN[n]がインバータ604を介して入力される。
That is, the two input terminals of each
また、各出力セレクタ603は、バイパス制御信号BPEN[n]がHレベルの場合、n列目の対応するビットのディレイ・フリップ・フロップ202の出力データを出力し、バイパス制御信号BPEN[n]がLレベルの場合、対応するビットのバイパス信号線601のデータを出力する。
Each
出力回路602は、対応するビットの出力セレクタ603により出力されたデジタル信号を外部に出力する。
The
以下、水平デコーダ502の構成について説明する。
Hereinafter, the configuration of the
図3は、水平デコーダ502の詳細な構成を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a detailed configuration of the
水平デコーダ502は、水平アドレス信号HAD[0:y]をバイパス制御信号BPEN[1:n]に変換する。言い換えると、水平デコーダ502は、水平アドレス信号HAD[0:y]をデコードすることにより、バイパス制御信号BPEN[1:n]を生成する。ここで、y<nである。
The
また、水平アドレス信号HAD[0:y]は、制御回路503により生成される。この水平アドレス信号HAD[0:y]は、全画素読み出し動作及び切り出し動作の一方を指定するとともに、切り出し動作において、複数列のバッファ600のうちいずれか1列のバッファを指定する(切り出し位置を指定する)信号である。
Further, the horizontal address signal HAD [0: y] is generated by the
また、バイパス制御信号BPEN[1:n]の各ビットは、上述したように複数列のバッファ600のいずれか又は出力セレクタ603に対応している。具体的には、バイパス制御信号BPEN[1:n−1]の各ビットは、それぞれ、1〜n−1列目のx個のバッファ600に対応し、バイパス制御信号BPEN[n]は出力セレクタ603に対応する。
Each bit of the bypass control signal BPEN [1: n] corresponds to one of the plurality of columns of
なお、上述したようにバイパス制御信号BPEN[n]がHレベルになった場合、全列のデータが転送される。これは切り出し位置としてn列目が選択されたことと等価である。つまり、バイパス制御信号BPEN[1:n]の各ビットは、画素部102の各列に対応している。
As described above, when the bypass control signal BPEN [n] becomes H level, the data of all columns is transferred. This is equivalent to the selection of the nth column as the cutout position. That is, each bit of the bypass control signal BPEN [1: n] corresponds to each column of the
この水平デコーダ502は、y個のインバータ701と、3×n個の4入力NAND素子702と、n個の3入力NOR素子703とを備える。
The
水平アドレス信号HAD[0:y]は、水平方向の画素数を固有に選択するために必要な本数が用意される。ここでは、水平アドレス信号HADは、12ビットであり、y=11であるとする。 The horizontal address signal HAD [0: y] is prepared in the number necessary for uniquely selecting the number of pixels in the horizontal direction. Here, it is assumed that the horizontal address signal HAD is 12 bits and y = 11.
インバータ701は、水平アドレス信号HAD[0:11]の対応するビットの信号の論理を反転させた反転水平アドレス信号を生成する。
The
3個のNAND素子702及び1個のNOR素子703が各列に対応して配置される。
Three
各列の3個の4入力NAND素子702の12個の入力端子は、12ビットの水平アドレス信号HAD[0:11]の各ビットに対応し、対応するビットの水平アドレス信号HAD及び反転水平アドレス信号のうちいずれか一方が入力される。また、この12個の入力端子に入力される水平アドレス信号HAD及び反転水平アドレス信号の組み合わせは、各列の3個の4入力NAND素子702ごとに異なる。
Twelve input terminals of the three 4-
各NOR素子703の入力端子は、対応する列の3個のNAND素子702の出力端子が接続される。また、各NOR素子703は、対応する列のバイパス制御信号BPEN[k](k=1〜n)を生成する。
The input terminals of each NOR
以上の構成により、水平デコーダ502は、水平アドレス信号HAD[0:11]の論理に応じて、バイパス制御信号BPEN[1:n]のnビットのうち、1ビットのみをHレベルにし、その他の全てのビットをLレベルにする。
With the above configuration, the
次に、図4を用いて本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置500の動作を説明する。
Next, the operation of the solid-
まず、固体撮像装置500の切り出し動作を説明する。
First, the cut-out operation of the solid-
図4は、固体撮像装置500の切り出し動作を示すタイミングチャートである。
FIG. 4 is a timing chart showing the cut-out operation of the solid-
図4に示す、DF1[0:11]は、1列目の12個のディレイ・フリップ・フロップ202に保持されているデータである。このDF1[0:11]は、12ビットでひとつのセットとなる。同様にDF2[0:11]は、2列目の12個のディレイ・フリップ・フロップ202に保持されているデータであり、・・・DFn[0:11]はn列目の12個のディレイ・フリップ・フロップ202に保持されているデータである。また、DOUT[0:11]は、出力部504の出力信号である。
DF1 [0:11] shown in FIG. 4 is data held in 12 delay flip-
また、データD1〜Dnは、それぞれ、1〜n列目に配置された受光素子101のアナログ信号量をデジタル変換したデータである。
The data D1 to Dn are data obtained by digitally converting analog signal amounts of the
まず、制御回路503は、外部制御信号111に応じて、垂直デコーダ109を制御する。これにより、垂直デコーダ109による制御に従い、垂直駆動部108は、画素部102に配置される受光素子101を駆動する。具体的には、垂直駆動部108は、垂直デコーダ109により指定された1つの行を選択する。また、垂直デコーダ109は、切り出し領域に含まれる行を順時指定する。
First, the
垂直駆動部108により選択された行に配置されるn個の受光素子101は、受光素子101自身が感知した物理量(光又は電磁波)を変換した電位(アナログ信号)を、対応する列のカラム信号線103に出力する。
The n
次に、CDS処理部104は、n個のカラム信号線103のn個のアナログ信号にCDS処理を行うことによりノイズを除去する。次に、AD変換部105は、CDS処理部104によりCDS処理されたn個のアナログ信号をn個のデジタル信号ADOUTに変換し、このn個のデジタル信号ADOUTをデジタルメモリ501に出力する。
Next, the
AD変換部105から出力されたn個のデジタル信号ADOUTは、それぞれ対応する列のセレクタ201に入力される。
The n digital signals ADOUT output from the
次に、制御回路503は、図4に示す期間t10〜t12の間、ラッチ制御信号LATSWをHレベルにし、当該期間t10〜t12に含まれる時刻t11においてクロック信号DMCLKをHレベルに立ち上げる。これにより、n×x個のディレイ・フリップ・フロップ202は、AD変換部105により出力されるn個のデジタル信号ADOUTの全てをラッチする。
Next, the
同時に、時刻t11において、制御回路503は、切り出し動作を指定するとともに、切り出し位置に相当するm列(m=1〜n−1)を指定する水平アドレス信号HAD[0:11]を生成する。これにより、水平デコーダ502は、水平アドレス信号HAD[0:11]に応じて、バイパス制御信号BPEN[m]のみをHレベルにし、その他のバイパス制御信号BPEN[k](k=1〜m−1、m+1〜n)をLレベルにする。
At the same time, at time t11, the
これにより、Hレベルとなるバイパス制御信号BPEN[m]に接続されるm列目のx個のトライステートバッファ600が出力状態となる。つまり、m列目のx個のディレイ・フリップ・フロップ202が保持するデータが、それぞれx個のバイパス信号線601に出力される。
As a result, the x number of
また、バイパス制御信号BPEN[n]がLレベルであるため、x個の出力セレクタ603のそれぞれは、対応するビットの出力回路602に、対応するビットのバイパス信号線601の信号を出力する。
Further, since the bypass control signal BPEN [n] is at the L level, each of the
このように、制御回路503は、切り出し動作時には、複数の出力セレクタ603に複数のバイパス信号線601のデジタル信号を選択させるとともに、複数のバッファ600のうちいずれか1列のバッファ600のみを、ディレイ・フリップ・フロップ202に保持されるデジタル信号をバイパス信号線601に出力する出力状態にし、他の全ての列のバッファ600をハイ・インピーダンス状態にする。
As described above, the
これにより、m列目のx個のディレイ・フリップ・フロップ202の出力信号が、それぞれ対応するビットのバイパス信号線601を通じて、対応するビットの出力回路602に出力される。
As a result, the output signals of the x delay flip-
その後、時刻t12において、制御回路503は、ラッチ制御信号LATSWをLレベルにする。これにより、各セレクタ201は、前段の対応するビットのディレイ・フリップ・フロップ202により出力されるデータを出力する。
Thereafter, at time t12, the
時刻t12以降、クロック信号DMCLKがHレベルに立ち上がるたびに、ディレイ・フリップ・フロップ202は、入力されているデータをラッチする。よって、クロック入力前に2列目のディレイ・フリップ・フロップ202に保持されていたデータD2は、3列目のディレイ・フリップ・フロップ202にラッチされる。また、2列目のディレイ・フリップ・フロップ202自身は、1列目のAD変換回路200の出力データD1を保持する。
After time t12, every time the clock signal DMCLK rises to H level, the delay flip-
同様に、m列目のディレイ・フリップ・フロップ202は最初、m列目のデータDmを保持しているが、クロック信号DMCLKがHレベルに立ち上がると、m−1列目のデータDm−1を保持し、このデータDm−1を出力する。
Similarly, the delay flip-
このように、クロック信号DMCLKがHレベルに立ち上がるたびに、スキャンシフト動作が行われることにより、出力部504は、m列目のデータDmから、1列目のデータD1までを順次出力できる。
Thus, every time the clock signal DMCLK rises to the H level, the scan shift operation is performed, so that the
図5は、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置500の切り出し動作のイメージを示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an image of the cut-out operation of the solid-
上述したように、水平アドレス信号HAD[0:11]に応じて、バイパス制御信号BPEN[m](mは目的の切り出し位置)がHレベルになるため、クロック信号DMCLKに応じて、出力部504からは、切り出し位置mからのデータが出力される。
As described above, since the bypass control signal BPEN [m] (m is a target cut-out position) becomes H level according to the horizontal address signal HAD [0:11], the
よって、制御回路503は、切り出し領域900の水平画素数に相当するh回、クロック信号DMCLKを入力することにより、必要な切り出し部分のデータのみを、出力部504から出力できる。
Therefore, the
一方、全画素読み出し動作時には、制御回路503は、全画素読み出し動作を指定する水平アドレス信号HAD[0:11]を生成する。これにより、水平デコーダ502は、バイパス制御信号BPEN[n]のみがHレベルとなるバイパス制御信号BPEN[1:n]を生成する。よって、出力セレクタ603は、最終段のディレイ・フリップ・フロップ202により保持されるデジタル信号を選択する。
On the other hand, during the all-pixel reading operation, the
このように、制御回路503は、全画素読み出し動作時には、出力セレクタ603に最終段のディレイ・フリップ・フロップ202により保持されるデジタル信号を選択させる。
In this manner, the
また、制御回路503は、全水平画素数に相当するn回、クロック信号DMCLKを入力することにより、全画素のデータを、出力部504から出力させることができる。
Further, the
以上より、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置500は、必要な切り出し領域900に含まれる画素のデータのみをデジタルメモリ501において転送することができる。これにより、切り出し領域900以外の領域も転送することが必要となっていた従来の方式に比べ、消費する電力を削減することができる。また、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置500は、必要な部分を転送する際に入力するクロック数に無駄がなく、高速な転送を実現できる。
As described above, the solid-
さらに、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置500は、全列数に相当する段数接続されたスキャンシフト回路の出力データと、切り出し動作で使用するバイパス信号線601のデータとのうちいずれを出力するかを切り替える出力セレクタ603を備える。これにより、固体撮像装置500は、全画素読み出し動作の際には、高速なクロック信号を用いて全画素のデータを転送できる。よって、固体撮像装置500は、特許文献1記載のようにデジタルメモリの全列をそれぞれが複数列を含む複数ブロックに分ける場合等に比べて、容易な制御で通常の全画素読み出し動作を実現できる。
Further, the solid-
さらに、制御回路503が、水平アドレス信号HADを制御することで、任意のバイパス制御信号BPENを制御することが可能となる。つまり、固体撮像装置500は、切り出し位置及び切り出しサイズを任意に変更できる。
Furthermore, the
また、水平デコーダ502は、切り出し動作と全画素読み出し動作を指定するとともに、切り出し動作時の切り出し位置を指定する水平アドレス信号HAD[0:11]をバイパス制御信号BPEN[1:n]に変換する。また、デジタルメモリ501は、このバイパス制御信号BPEN[1:n]を用いて切り出し動作と全画素読み出し動作を切り替えるとともに、切り出し動作時の切り出し位置を切り替える。このように、動作モードを指定する信号と切り出し位置を指定する信号とを共用することにより、固体撮像装置500は、配線数を削減できる。
In addition, the
さらに、固体撮像装置500は、全画素読み出し動作時には、全てのバッファ600をハイ・インピーダンス状態にする。これにより、全画素読み出し動作時の消費電力を低減できる。
Furthermore, the solid-
(実施の形態2)
上記実施の形態1では、全ての列のディレイ・フリップ・フロップ202の出力に対してバッファ600を配置する例を述べたが、本発明の実施の形態2では、1つの列のディレイ・フリップ・フロップ202の出力に対してのみバッファ600を配置する例を説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the example in which the
図6は、本発明の実施の形態2に係る固体撮像装置1000のブロック図である。なお、図1と同様の要素には、同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。
FIG. 6 is a block diagram of a solid-
図6に示す固体撮像装置1000は、図1に示す固体撮像装置500に対して、デジタルメモリ1001と、制御回路1003と、出力部1004との構成が異なる。また、固体撮像装置1000は、図1に示す水平デコーダ502を備えない。
The solid-
制御回路1003は、上述したnビットのバイパス制御信号BPEN[1:n]の代わりに、バイパス制御信号BPSELを生成し、このバイパス制御信号BPSELをデジタルメモリ1001に出力する。
The
デジタルメモリ1001は、AD変換部105により出力されるn個のデジタル信号ADOUTを保持するとともに、保持するn個のデジタル信号ADOUTを順時出力部1004に出力する。
The
出力部1004は、デジタルメモリ501により出力されるデジタル信号を固体撮像装置500の外部に出力する。
The
図7は、AD変換部105、デジタルメモリ1001及び出力部1004の詳細な構成を示す回路図である。なお、図2と同様の要素には同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。
FIG. 7 is a circuit diagram showing detailed configurations of the
上述した図2に示すデジタルメモリ501は、n−1列×xビット個のバッファ600を備えていたが、図7に示すデジタルメモリ1001は、x個のバッファ600を備える点がデジタルメモリ501と異なる。
The
また、xビットのビットごとに、1つのバッファ600が対応して配置されている。
In addition, one
このx個のバッファ600のそれぞれの入力端子は、m列目の対応するビットのディレイ・フリップ・フロップ202の出力端子に接続される。各バッファ600は、トライステートバッファであり、バイパス制御信号BPSELに応じて、出力状態(Hレベル又はLレベルの信号を出力する状態)とハイ・インピーダンス状態(信号を出力しない状態)とを切り替える。
Each input terminal of the x number of
また、x個のバッファ600それぞれの出力端子は、対応するビットのバイパス信号線601に接続される。言い換えると、x本のバイパス信号線601それぞれには、対応するビットのバッファ600のみから信号が供給される。
The output terminals of the x buffers 600 are connected to the
出力部1004は、x個の出力回路602と、x個の出力セレクタ603とを備える。
The
各出力セレクタ603には、対応するビットのスキャンチェーンの最終段(n列目)のディレイ・フリップ・フロップ202の出力端子と、対応するビットのバイパス信号線601とが接続される。また、出力セレクタ603の出力端子は出力回路602の入力端子に接続される。また、各出力セレクタ603の制御端子には、バイパス制御信号BPSELが入力される。
Each
また、各出力セレクタ603は、バイパス制御信号BPSELがLレベルの場合、n列目の対応するビットのディレイ・フリップ・フロップ202の出力データを出力し、バイパス制御信号BPEN[n]がHレベルの場合、対応するビットのバイパス信号線601のデータを出力する。
Each
また、制御回路1003は、全画素読み出し動作時には、バイパス制御信号BPSELをLレベルにすることにより、各出力セレクタ603に、最終段の対応するビットのディレイ・フリップ・フロップ202に保持されるデジタル信号を選択させるとともに、x個のバッファ600をハイ・インピーダンス状態にする。また、制御回路1003は、切り出し動作時には、バイパス制御信号BPSELをHレベルにすることにより、各出力セレクタ603に、対応するビットのバイパス信号線601のデジタル信号を選択させるとともに、x個のバッファ600を出力状態にする。
Further, the
ここでバイパス信号線601は、デジタルメモリ1001の水平方向の長さと同程度の長さであってもよいし、切り出し位置mの位置(バッファ600の配置位置)から出力セレクタ603に至る間にのみ配置されてもよい。言い換えると、バイパス信号線601の長さは、バッファ600の位置から、対応するビットの出力回路602の位置までの長さでもよい。
Here, the
前者の場合は、設定した切り出し位置mに依存せず性能が一定となるため制御が容易である。一方、後者の場合は、切り出し位置mに依存して、水平方向のバイパス信号線601の転送時間を最適化できるので、より高速動作を実現できる。
In the former case, since the performance is constant without depending on the set cut-out position m, the control is easy. On the other hand, in the latter case, it is possible to optimize the transfer time of the
また、図5に示すように、通常、切り出し位置mは、水平方向において、全n列の中心に対して出力部504が配置される側に位置する。つまり、上記後者の場合、バイパス信号線601の水平方向の長さは、デジタルメモリ1001(複数のディレイ・フリップ・フロップ202が配置される領域)の水平方向の長さの1/2以下となる。
As shown in FIG. 5, the cutout position m is normally located on the side where the
次に、図8を用いて本発明の実施の形態2に係る固体撮像装置1000の動作を説明する。
Next, the operation of the solid-
まず、固体撮像装置1000の切り出し動作を説明する。
First, the cut-out operation of the solid-
図8は、固体撮像装置1000の動作を示すタイミングチャートである。
FIG. 8 is a timing chart showing the operation of the solid-
まず、制御回路1003は、外部制御信号111に応じて、垂直デコーダ109を制御する。これにより、垂直デコーダ109による制御に従い、垂直駆動部108は、画素部102に配置される受光素子101を駆動する。具体的には、垂直駆動部108は、垂直デコーダ109により指定された1つの行を選択する。また、垂直デコーダ109は、切り出し領域に含まれる行を順時指定する。
First, the
垂直駆動部108により選択された行に配置されるn個の受光素子101は、受光素子101自身が感知した物理量(光又は電磁波)を変換した電位(アナログ信号)を、対応する列のカラム信号線103に出力する。
The n
次に、CDS処理部104は、n個のカラム信号線103のn個のアナログ信号にCDS処理を行うことによりノイズを除去する。次に、AD変換部105は、CDS処理部104によりCDS処理されたn個のアナログ信号をn個のデジタル信号ADOUTに変換し、このn個のデジタル信号ADOUTをデジタルメモリ501に出力する。
Next, the
AD変換部105から出力されたn個のデジタル信号ADOUTは、それぞれ対応する列のセレクタ201に入力される。
The n digital signals ADOUT output from the
次に、制御回路1003は、図8に示す期間t20〜t12の間、ラッチ制御信号LATSWをHレベルにし、当該期間t10〜t12に含まれる時刻t11においてクロック信号DMCLKをHレベルに立ち上げる。これにより、n×x個のディレイ・フリップ・フロップ202は、AD変換部105により出力されるn個のデジタル信号ADOUTの全てをラッチする。
Next, the
同時に、時刻t21において、制御回路1003は、バイパス制御信号BPSELをHレベルにする。
At the same time, the
これにより、x個のトライステートバッファ600は出力状態となる。よって、m列目のディレイ・フリップ・フロップ202のデータが、バイパス信号線601に出力される。
As a result, the x
また、バイパス制御信号BPSELがHレベルであるため、x個の出力セレクタ603のそれぞれは、対応するビットの出力回路602に、対応するビットのバイパス信号線601の信号を出力する。
Since the bypass control signal BPSEL is at the H level, each of the
よって、m列目のx個のディレイ・フリップ・フロップ202の出力信号が、それぞれ対応するビットのバイパス信号線601を通じて、対応する出力回路602に出力される。
Therefore, the output signals of the x delay flip-
その後、時刻t22において、制御回路1003は、ラッチ制御信号LATSWをLレベルにする。これにより、各セレクタ201は、前段の対応するビットのディレイ・フリップ・フロップ202により出力されるデータを出力する。
Thereafter, at time t22, the
時刻t22以降、クロック信号DMCLKがHレベルに立ち上がるたびに、ディレイ・フリップ・フロップ202は、入力されているデータをラッチする。よって、クロック入力前に2列目のディレイ・フリップ・フロップ202に保持されていたデータD2は、3列目のディレイ・フリップ・フロップ202にラッチされる。また、2列目のディレイ・フリップ・フロップ202自身は、1列目のAD変換回路200の出力データD1を保持することとなる。
After time t22, every time the clock signal DMCLK rises to H level, the delay flip-
同様に、m列目のディレイ・フリップ・フロップ202は最初、m列目のデータDmを保持しているが、クロック信号DMCLKがHレベルに立ち上がると、m−1列目のデータDm−1を保持し、このデータDm−1を出力する。
Similarly, the delay flip-
このように、クロック信号DMCLKがHレベルに立ち上がるたびに、スキャンシフト動作が行われることにより、出力部1004は、m列目のデータDmから、1列目のデータD1までを順次出力できる。
Thus, every time the clock signal DMCLK rises to the H level, the scan shift operation is performed, so that the
また、本発明の実施の形態2に係る固体撮像装置1000の切り出し動作のイメージを示す図は、図5と同様である。
Moreover, the figure which shows the image of the cutting-out operation | movement of the solid-
上述したように、バイパス制御信号BPSELがHレベルになるため、クロック信号DMCLKに応じて、出力部1004からは、切り出し位置mからのデータが出力される。
As described above, since the bypass control signal BPSEL becomes H level, the data from the cut-out position m is output from the
よって、制御回路1003は、切り出し領域900の水平画素数に相当するh回、クロック信号DMCLKを入力することにより、必要な切り出し部分のデータのみを、出力部1004から出力できる。
Therefore, the
一方、画素部102に含まれる全画素のデータを出力する全画素読み出し動作の場合には、制御回路1003は、バイパス制御信号BPSELをLレベルにする。
On the other hand, in the case of the all-pixel reading operation for outputting the data of all the pixels included in the
これにより、x個の出力セレクタ603のそれぞれは、対応するビットのn列目のディレイ・フリップ・フロップ202の出力データを、対応する出力回路602に出力する。
Accordingly, each of the
よって、制御回路1003は、全水平画素数に相当するn回、クロック信号DMCLKを入力することにより、全画素のデータを、出力部1004から出力させることができる。
Therefore, the
以上より、本発明の実施の形態2に係る固体撮像装置1000は、実施の形態1に係る固体撮像装置500と同様に、全列数に相当する段数接続されたスキャンシフト回路の出力データと、切り出し動作で使用するバイパス信号線601のデータとのうちいずれを出力するかを切り替える出力セレクタ603を備える。これにより、固体撮像装置1000は、全画素読み出し動作の際には、高速なクロック信号を用いて全画素のデータを転送できる。よって、固体撮像装置1000は、特許文献1記載のようにデジタルメモリの全列をそれぞれが複数列を含む複数ブロックに分ける場合等に比べて、容易な制御で通常の全画素読み出し動作を実現できる。
As described above, the solid-
さらに、本発明の実施の形態2に係る固体撮像装置1000は、切り出し位置を固定位置(m列目)とすることで、実施の形態1に係る固体撮像装置500に比べて、回路増加を抑えることができる。
Furthermore, the solid-
また、固体撮像装置1000は、全画素読み出し動作時には、全てのバッファ600をハイ・インピーダンス状態にする。これにより、全画素読み出し動作時の消費電力を低減できる。
The solid-
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3では、上記実施の形態2に係る固体撮像装置1000の変形例を説明する。本発明の実施の形態3に係る固体撮像装置1000は、実施の形態2に係る固体撮像装置1000に対して、デジタルメモリ1001の構成が異なる。
(Embodiment 3)
In the third embodiment of the present invention, a modification of the solid-
図9は、本発明の実施の形態3に係るデジタルメモリ1001Aの回路図である。なお、図7と同様の要素には、同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。
FIG. 9 is a circuit diagram of a
図9に示すデジタルメモリ1001Aは、図7に示すデジタルメモリ1001の構成に加え、さらに、動作停止部1400を備える。
A
動作停止部1400は、切り出し動作時に、切り出し動作時にデータが読み出される第1画素が含まれない列のディレイ・フリップ・フロップ202の動作を停止する。具体的には、動作停止部1400は、切り出し動作時に、第1画素が含まれない列のディレイ・フリップ・フロップ202へのクロック信号DMCLKの供給を停止する。
The
この動作停止部1400は、複数のAND素子1401と、インバータ1402とを備える。
The
インバータ1402には、バイパス制御信号BPSELが入力される。
A bypass control signal BPSEL is input to the
複数のAND素子1401は、n列のうち、切り出し動作時に使用されない列に配置される。また、この切り出し動作時に使用されない列のそれぞれに、1個のAND素子1401が対応して配置される。
The plurality of AND
また、各AND素子1401には、クロック信号DMCLKと、インバータ1402の出力信号とが入力される。また、各AND素子1401の出力端子は、対応する列のx個のディレイ・フリップ・フロップ202のクロック端子に接続される。
Each AND
なお、切り出し動作時に使用する領域に含まれる列に対応するh個のディレイ・フリップ・フロップ202のクロック端子には、上記実施の形態2と同様にクロック信号DMCLKがそのまま入力される。
Note that the clock signal DMCLK is inputted as it is to the clock terminals of the h delay flip-
以上の構成により、切り出し動作時にバイパス制御信号BPSELがHレベルとなると、動作停止部1400は、切り出し動作時に使用されない列のディレイ・フリップ・フロップ202のクロック入力端子をLレベルに固定する。よって、切り出し動作時において、水平方向にデータを転送する際に、これらのディレイ・フリップ・フロップ202は動作しない。よって、本発明の実施の形態3に係る固体撮像装置1000は、切り出し動作時の消費電力を抑制できる。
With the above configuration, when the bypass control signal BPSEL becomes H level during the cutout operation, the
なお、全画素読み出し動作時には、バイパス制御信号BPSELがHレベルとなるので、全てのディレイ・フリップ・フロップ202にクロック信号DMCLKが供給される。
During the all-pixel reading operation, the bypass control signal BPSEL is at the H level, so that the clock signal DMCLK is supplied to all the delay flip-
以上、本発明の実施の形態1〜3に係る固体撮像装置について説明したが、本発明は、この実施の形態1〜3に限定されるものではない。 The solid-state imaging device according to the first to third embodiments of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the first to third embodiments.
例えば、上記実施の形態1では、n列目を除く全ての列にバッファ600が配置される例を説明し、上記実施の形態2では、m列目のみにバッファ600が配置される例を説明したが、n列目を除く1列目〜n−1列目のうち、2列以上にバッファ600が配置されてもよい。例えば、所定の列ごとに、バッファ600が配置されてもよい。
For example, in the first embodiment, an example in which the
また、上記実施の形態1〜3に係る固体撮像装置は典型的には、集積回路であるLSIとして実現される。なお、当該固体撮像装置に含まれる全ての処理部を含むように1チップ化されてもよいし、当該固体撮像装置を複数チップで構成してもよい。 The solid-state imaging devices according to the first to third embodiments are typically realized as an LSI that is an integrated circuit. Note that one chip may be included so as to include all processing units included in the solid-state imaging device, or the solid-state imaging device may be configured by a plurality of chips.
また、集積回路化はLSIに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。また、LSI製造後にプログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)、又はLSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。 Further, the circuit integration is not limited to LSI, and may be realized by a dedicated circuit or a general-purpose processor. Further, an FPGA (Field Programmable Gate Array) that can be programmed after manufacturing the LSI or a reconfigurable processor that can reconfigure the connection and setting of the circuit cells inside the LSI may be used.
また、本発明の実施の形態1〜3に係る固体撮像装置の機能の一部又は全てを、CPU等のプロセッサがプログラムを実行することにより実現してもよい。 Moreover, you may implement | achieve part or all of the function of the solid-state imaging device which concerns on Embodiment 1-3 of this invention, when processors, such as CPU, run a program.
さらに、本発明は上記プログラムであってもよいし、上記プログラムが記録された記録媒体であってもよい。また、上記プログラムは、インターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。 Further, the present invention may be the above program or a recording medium on which the above program is recorded. Needless to say, the program can be distributed via a transmission medium such as the Internet.
また、上記実施の形態1〜3に係る、固体撮像装置、及びその変形例の機能のうち少なくとも一部を組み合わせてもよい。 Moreover, you may combine at least one part among the functions of the solid-state imaging device which concerns on the said Embodiment 1-3, and its modification.
また、上記で用いた数字(ビット数等)は、すべて本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。さらに、ハイ/ローにより表される論理レベル又はオン/オフにより表されるスイッチング状態は、本発明を具体的に説明するために例示するものであり、例示された論理レベル又はスイッチング状態の異なる組み合わせにより、同等な結果を得ることも可能である。さらに、上で示した論理回路の構成は本発明を具体的に説明するために例示するものであり、異なる構成の論理回路により同等の入出力関係を実現することも可能である。また、構成要素間の接続関係は、本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明の機能を実現する接続関係はこれに限定されない。 Moreover, all the numbers (bit number etc.) used above are illustrated in order to specifically describe the present invention, and the present invention is not limited to the illustrated numbers. Furthermore, the logic levels represented by high / low or the switching states represented by on / off are illustrative for the purpose of illustrating the present invention, and different combinations of the illustrated logic levels or switching states. Therefore, it is possible to obtain an equivalent result. Furthermore, the configuration of the logic circuit shown above is exemplified for specifically explaining the present invention, and an equivalent input / output relationship can be realized by a logic circuit having a different configuration. In addition, the connection relationship between the components is exemplified for specifically explaining the present invention, and the connection relationship for realizing the function of the present invention is not limited to this.
更に、本発明の主旨を逸脱しない限り、本実施の形態に対して当業者が思いつく範囲内の変更を施した各種変形例も本発明に含まれる。 Further, various modifications in which the present embodiment is modified within the scope conceivable by those skilled in the art are also included in the present invention without departing from the gist of the present invention.
本発明は、固体撮像装置に適用でき、特に、MOS固体撮像装置に適用できる。また、本発明は、固体撮像装置を備えるデジタルスチルカメラ及びデジタルビデオカメラ等のカメラに適用できる。 The present invention can be applied to a solid-state imaging device, and in particular to a MOS solid-state imaging device. Further, the present invention can be applied to cameras such as a digital still camera and a digital video camera provided with a solid-state imaging device.
100、500、1000 固体撮像装置
101 受光素子
102 画素部
103 カラム信号線
104 CDS処理部
105 AD変換部
106、501、1001、1001A デジタルメモリ
107、504、1004 出力部
108 垂直駆動部
109 垂直デコーダ
110、503、1003 制御回路
111 外部制御信号
200 AD変換回路
201 セレクタ
202 ディレイ・フリップ・フロップ
203、602 出力回路
400、900 切り出し領域
401 出力領域
502 水平デコーダ
600 バッファ
601 バイパス信号線
603 出力セレクタ
604、701、1402 インバータ
702 NAND素子
703 NOR素子
1400 動作停止部
1401 AND素子
ADOUT デジタル信号
BPEN、BPSEL バイパス制御信号
DMCLK クロック信号
LATSW ラッチ制御信号
HAD 水平アドレス信号
100, 500, 1000 Solid-
Claims (13)
行列状に配置された複数の画素と、
前記複数の画素からアナログの画素信号を読み出す読み出し部と、
列毎に1つ設けられ、対応する列に配置された前記画素から読み出されたアナログの画素信号をデジタル信号に変換する複数の変換回路と、
列毎に1つ設けられ、対応する列の前記変換回路により変換されたデジタル信号を保持する複数のデータ保持部とを備え、
前記複数のデータ保持部は、直列に接続されており、
前記各データ保持部は、保持するデジタル信号を後段のデータ保持部に転送するとともに、前段のデータ保持部が保持するデジタル信号を受け取り、
前記固体撮像装置は、さらに、
バイパス信号線と、
前記複数のデータ保持部のうち、最終段のデータ保持部以外の1つのデータ保持部に接続され、当該1つのデータ保持部に保持されるデジタル信号を前記バイパス信号線に出力するバッファと、
前記最終段のデータ保持部により保持されるデジタル信号と、前記バイパス信号線のデジタル信号とから一方を選択し、選択したデジタル信号を出力する第1セレクタと、
前記第1セレクタにより出力されたデジタル信号を出力する出力回路とを備える
固体撮像装置。 A solid-state imaging device,
A plurality of pixels arranged in a matrix;
A readout unit that reads out an analog pixel signal from the plurality of pixels;
A plurality of conversion circuits that are provided for each column and convert analog pixel signals read from the pixels arranged in the corresponding columns into digital signals;
A plurality of data holding units that are provided for each column and hold digital signals converted by the conversion circuit of the corresponding column;
The plurality of data holding units are connected in series,
Each data holding unit transfers a digital signal to be held to a subsequent data holding unit, and receives a digital signal held by the previous data holding unit,
The solid-state imaging device further includes:
A bypass signal line;
A buffer connected to one data holding unit other than the data holding unit at the last stage among the plurality of data holding units, and outputs a digital signal held in the one data holding unit to the bypass signal line;
A first selector that selects one of the digital signal held by the data holding unit in the final stage and the digital signal of the bypass signal line, and outputs the selected digital signal;
A solid-state imaging device comprising: an output circuit that outputs a digital signal output by the first selector.
前記固体撮像装置は、さらに、
前記第1動作モード時には、前記第1セレクタに前記最終段のデータ保持部により保持されるデジタル信号を選択させ、前記第2動作モード時には、前記第1セレクタに前記バイパス信号線のデジタル信号を選択させる制御回路を備える
請求項1記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device outputs a digital signal corresponding to pixel signals of all pixels of the plurality of pixels, and pixel signals of a plurality of first pixels that are a part of the plurality of pixels. A second operation mode for outputting only a corresponding digital signal;
The solid-state imaging device further includes:
In the first operation mode, the first selector selects the digital signal held by the data holding unit at the final stage, and in the second operation mode, the first selector selects the digital signal of the bypass signal line. The solid-state imaging device of Claim 1.
前記最終段のデータ保持部以外の複数のデータ保持部に含まれる複数の第1データ保持部のそれぞれに対応して接続され、対応する第1データ保持部に保持されるデジタル信号を前記バイパス信号線に出力する、前記バッファを含む複数のバッファを備える
請求項2記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device
A digital signal connected to each of a plurality of first data holding units included in a plurality of data holding units other than the data holding unit at the last stage is connected to the bypass signal. The solid-state imaging device according to claim 2, further comprising a plurality of buffers including the buffer that outputs to a line.
前記制御回路は、さらに、前記第2動作モード時には、前記複数のバッファのうちいずれか1個のバッファのみを、対応する第1データ保持部に保持されるデジタル信号を前記バイパス信号線に出力する出力状態にし、他の全てのバッファをハイ・インピーダンス状態にする
請求項3記載の固体撮像装置。 The plurality of buffers are tri-state buffers;
In the second operation mode, the control circuit further outputs a digital signal held in the corresponding first data holding unit to only one of the plurality of buffers to the bypass signal line. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the output state is set and all other buffers are set to a high impedance state.
請求項3又は4記載の固体撮像装置。 The plurality of buffers are connected to each of all data holding units other than the data holding unit in the final stage, and output a digital signal held in the corresponding data holding unit to the bypass signal line. The solid-state imaging device according to 3 or 4.
前記固体撮像装置は、さらに、
前記第1信号を、前記列の数と同じビット数の第2信号に変換するデコーダ回路を備え、
前記デコーダ回路は、前記第2信号の複数のビットのうち、1つのみを第1論理にするとともに、他の全てを第2論理にし、
前記第2信号の各ビットは、前記複数のバッファのいずれか又は前記第1セレクタに対応しており、
前記各バッファは、対応する前記第2信号のビットが前記第1論理の場合に前記出力状態となり、対応する前記第2信号のビットが前記第2論理の場合にハイ・インピーダンス状態となり、
前記第1セレクタは、対応する前記第2信号のビットが前記第1論理の場合に、前記最終段のデータ保持部により保持されるデジタル信号を選択し、対応する前記第2信号のビットが前記第2論理の場合に、前記バイパス信号線のデジタル信号を選択する
請求項5記載の固体撮像装置。 The control circuit specifies one of the first operation mode and the second operation mode, and specifies any one of the plurality of buffers in the second operation mode. Generating a first signal with fewer bits,
The solid-state imaging device further includes:
A decoder circuit for converting the first signal into a second signal having the same number of bits as the number of columns;
The decoder circuit sets only one of the plurality of bits of the second signal to the first logic, and sets all other bits to the second logic,
Each bit of the second signal corresponds to one of the plurality of buffers or the first selector,
Each of the buffers is in the output state when the corresponding bit of the second signal is the first logic, and is in a high impedance state when the corresponding bit of the second signal is the second logic,
The first selector selects a digital signal held by the data holding unit in the final stage when the bit of the corresponding second signal is the first logic, and the bit of the corresponding second signal is The solid-state imaging device according to claim 5, wherein a digital signal of the bypass signal line is selected in the case of the second logic.
請求項2記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the bypass signal line is supplied with a signal only from the buffer.
前記制御回路は、さらに、前記第1動作モード時には、前記バッファをハイ・インピーダンス状態にし、前記第2動作モード時には、前記バッファを、当該バッファに接続された第1データ保持部に保持されるデジタル信号を前記バイパス信号線に出力する出力状態にする
請求項7記載の固体撮像装置。 The buffer is a tri-state buffer;
The control circuit further sets the buffer in a high impedance state during the first operation mode, and stores the buffer in a first data holding unit connected to the buffer during the second operation mode. The solid-state imaging device according to claim 7, wherein a signal is output to the bypass signal line.
前記第2動作モード時に、前記第1画素が含まれない列の前記データ保持部の動作を停止する動作停止部を備える
請求項7又は8記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device further includes:
The solid-state imaging device according to claim 7, further comprising an operation stop unit that stops the operation of the data holding unit in a column that does not include the first pixel in the second operation mode.
前記動作停止部は、前記第2動作モード時に、前記第1画素が含まれない列の前記データ保持部への前記クロック信号の供給を停止する
請求項9記載の固体撮像装置。 Each of the data holding units transfers a digital signal to be held to a subsequent data holding unit each time a clock signal is input, and receives the digital signal held by the previous data holding unit,
The solid-state imaging device according to claim 9, wherein the operation stop unit stops the supply of the clock signal to the data holding unit in a column that does not include the first pixel in the second operation mode.
請求項7〜10のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 7, wherein a length of the bypass signal line is a length from a position of the buffer to a position of the output circuit.
請求項11に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 11, wherein a horizontal length of the bypass signal line is equal to or less than ½ of a horizontal length of an area where the plurality of data holding units are arranged.
前記固体撮像装置は、さらに、
列毎に1つ設けられ、対応する列の前記変換回路により変換されたデジタル信号と、前段のデータ保持部に保持されるデジタル信号とから一方を選択し、選択したデジタル信号を対応する列のデータ保持部に出力する複数の第2セレクタを備える
請求項1〜12のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 Each of the data holding units is a flip-flop,
The solid-state imaging device further includes:
One is provided for each column, and one of the digital signals converted by the conversion circuit in the corresponding column and the digital signal held in the previous data holding unit is selected, and the selected digital signal is selected in the corresponding column. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a plurality of second selectors that output to the data holding unit.
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