JP2011188036A - Solid-state image sensor and imaging apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state image sensor, along with an imaging apparatus, capable of creating a comparator groups which concurrently operate and comparator groups which operate after the concurrent operation. <P>SOLUTION: The solid-state image sensor includes: a pixel array part 11 in which unit pixels 20 including photoelectric conversion elements are arranged like a matrix; a plurality of comparators 31 which are provided according to pixel columns of the pixel array part 11 and compare analog signals to be output from the unit pixels 20 through a vertical signal line 21 with a reference signal Vramp whose level gradually changes; a plurality of counters 32 which are provided for every comparator 31 and perform count operations on the basis of comparison results of the comparators 31; and a voltage supply part 19 which applies two or more kinds of voltage to the vertical signal line 21 provided according to the pixel columns of the pixel array part 11. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像素子及び撮像機器に関するものであり、特に、CMOSイメージセンサに代表される固体撮像素子及びそれを備えた撮像機器に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging device, and more particularly to a solid-state imaging device represented by a CMOS image sensor and an imaging device including the same.

近年、CCDイメージセンサに代わる固体撮像素子として、CMOSイメージセンサが注目を集めている。これは、CCD画素の製造に専用プロセスが必要であり、また、その動作に複数の電源電圧が必要であり、さらに複数の周辺ICを組み合わせて動作させる必要があるといったCCDイメージセンサの処々の問題を、CMOSイメージセンサが克服しているからである。   In recent years, a CMOS image sensor has attracted attention as a solid-state imaging device that replaces a CCD image sensor. This is because the CCD image sensor requires a dedicated process, requires a plurality of power supply voltages for its operation, and needs to be operated in combination with a plurality of peripheral ICs. This is because the CMOS image sensor overcomes this problem.

すなわち、CMOSイメージセンサは、その製造には一般的なCMOS型集積回路と同様の製造プロセスを用いることが可能であり、また単一電源での駆動が可能である。さらにCMOSイメージセンサは、CMOSプロセスを用いたアナログ回路や論理回路を同一チップ内に混在させることができるため、周辺ICの数を減らすことができる。このように、CMOSイメージセンサは、CCDイメージセンサに比べて、大きなメリットを複数持ち合わせている。   That is, a CMOS image sensor can be manufactured by using a manufacturing process similar to that of a general CMOS integrated circuit, and can be driven by a single power source. Furthermore, since the CMOS image sensor can mix analog circuits and logic circuits using a CMOS process in the same chip, the number of peripheral ICs can be reduced. As described above, the CMOS image sensor has a plurality of great advantages as compared with the CCD image sensor.

CCDイメージセンサの出力回路は、浮遊拡散層(FD:Floating Diffusion)を有するFDアンプを用いた1チャネル(ch)出力が主流である。これに対して、CMOSイメージセンサは単位画素毎にFDアンプを持ち合わせており、その出力は、画素アレイ部の中のある一行を選択し、それらを同時に列方向へと読み出すような列並列出力型が主流である。これは、単位画素内に配置されたFDアンプでは十分な駆動能力を得ることは難しく、したがってデータレートを下げることが必要で、並列処理が有利とされているからである。   The output circuit of a CCD image sensor is mainly a 1-channel (ch) output using an FD amplifier having a floating diffusion layer (FD: Floating Diffusion). On the other hand, the CMOS image sensor has an FD amplifier for each unit pixel, and its output is a column parallel output type in which one row in the pixel array unit is selected and read out in the column direction at the same time. Is the mainstream. This is because it is difficult to obtain a sufficient driving capability with an FD amplifier arranged in a unit pixel, and therefore it is necessary to lower the data rate, and parallel processing is advantageous.

この列並列出力型CMOSイメージセンサの画素信号読み出し回路については実に様々なものが提案されているが、その最も進んだ形態のひとつが列毎にアナログ−デジタル変換装置(以下、ADC(Analog digital converter)と略す)を備え、デジタル信号として画素信号を取り出すタイプである(例えば、特許文献1参照)。   Various pixel signal readout circuits for this column parallel output type CMOS image sensor have been proposed. One of the most advanced forms is an analog-digital converter (hereinafter referred to as an ADC (Analog digital converter) for each column. )), And a pixel signal is extracted as a digital signal (see, for example, Patent Document 1).

このような列並列型のADCを搭載したCMOSイメージセンサの一例を図7に示す。   An example of a CMOS image sensor equipped with such a column-parallel ADC is shown in FIG.

この固体撮像素子100は、図7に示すように、撮像部としての画素アレイ部110、カラム信号処理部群130、RAMP信号生成回路140、アンプ回路(S/A)150、信号処理回路160を有している。   As shown in FIG. 7, the solid-state imaging device 100 includes a pixel array unit 110 serving as an imaging unit, a column signal processing unit group 130, a RAMP signal generation circuit 140, an amplifier circuit (S / A) 150, and a signal processing circuit 160. Have.

画素アレイ部110は、フォトダイオードと画素内アンプとを含む単位画素111がマトリックス状(行列状)に配置されて構成される。また、固体撮像素子100においては、単位画素111から信号を順次読み出すための制御回路として、内部クロックを生成するタイミング制御回路170、行アドレスや行走査を制御する垂直走査部180、列アドレスや列走査を制御する水平走査部190が配置される。   The pixel array unit 110 includes unit pixels 111 including photodiodes and in-pixel amplifiers arranged in a matrix (matrix). In the solid-state imaging device 100, as a control circuit for sequentially reading signals from the unit pixels 111, a timing control circuit 170 that generates an internal clock, a vertical scanning unit 180 that controls row addresses and row scanning, a column address and column A horizontal scanning unit 190 that controls scanning is arranged.

カラム信号処理部群130は、コンパレータ132と、カウンタ133と、ラッチ134とからなるADC131が垂直信号線144毎に配列されており、各ADC131は、nビットデジタル信号変換機能を有している。なお、垂直信号線144は、画素アレイ部110の画素列単位で設けられる。   In the column signal processing unit group 130, ADCs 131 including a comparator 132, a counter 133, and a latch 134 are arranged for each vertical signal line 144, and each ADC 131 has an n-bit digital signal conversion function. Note that the vertical signal lines 144 are provided in units of pixel columns of the pixel array unit 110.

RAMP信号生成回路140は、電圧レベルを階段状に変化させたランプ波形(ある傾きを持った線形に電圧レベルが漸次変化するスロープ波形)である参照信号Vrampを出力する。コンパレータ132は、この参照信号Vrampの電圧と、行線毎に単位画素から垂直信号線144を経由し得られるアナログ信号の電圧Vslとを比較する。このとき、コンパレータ132と同様に画素列毎に配置されたカウンタ133が動作しており、ランプ波形である参照信号Vrampとカウンタ値が一対一の対応を取りながら変化することで垂直信号線144の電圧(アナログ信号)Vslをデジタル信号に変換する。   The RAMP signal generation circuit 140 outputs a reference signal Vramp that is a ramp waveform (a slope waveform in which the voltage level gradually changes linearly with a certain slope) in which the voltage level is changed stepwise. The comparator 132 compares the voltage of the reference signal Vramp with the voltage Vsl of the analog signal obtained from the unit pixel via the vertical signal line 144 for each row line. At this time, the counter 133 disposed for each pixel column is operating similarly to the comparator 132, and the reference signal Vramp, which is a ramp waveform, and the counter value change while taking a one-to-one correspondence, thereby causing the vertical signal line 144 to change. The voltage (analog signal) Vsl is converted into a digital signal.

参照信号Vrampの変化は電圧の変化を時間の変化に変換するものであり、その時間をある周期(クロック)で数えることでデジタル値に変換するものである。そしてアナログ信号の電圧Vslと参照信号Vrampの電圧とが交わったとき、コンパレータ132の出力が反転し、カウンタ133の入力クロックを停止し、AD変換が完了する。以上のAD変換期間終了後、水平走査部190により、各ラッチ134に保持されたデータが、水平転送線145、アンプ回路150を経て信号処理回路160に入力され、2次元画像が生成される。このようにして、列並列出力処理が行われる。なお、水平転送線145は、たとえば2nビット幅の転送バスであり、アンプ回路150は、水平転送線145に対応して2n個設けられる。   The change in the reference signal Vramp is to convert a change in voltage into a change in time, and to convert the change into a digital value by counting the time in a certain period (clock). When the analog signal voltage Vsl and the reference signal Vramp voltage cross, the output of the comparator 132 is inverted, the input clock of the counter 133 is stopped, and AD conversion is completed. After the above AD conversion period, the data held in each latch 134 is input to the signal processing circuit 160 through the horizontal transfer line 145 and the amplifier circuit 150 by the horizontal scanning unit 190, and a two-dimensional image is generated. In this way, column parallel output processing is performed. The horizontal transfer line 145 is, for example, a transfer bus having a 2n-bit width, and 2n amplifier circuits 150 are provided corresponding to the horizontal transfer lines 145.

特開2005−278135号公報JP-A-2005-278135

しかしながら、上記従来のCMOSイメージセンサのコンパレータは共通の参照信号Vrampと各画素列の単位画素からの信号の電圧Vslとを比較するものであり、アナログ信号の電圧Vslの値により、各画素列のコンパレータが一斉動作する場合がある。このとき、IRドロップによるアナログ電源変動が大きくなり、電源経由ノイズで隣接するコンパレータや動作中のコンパレータ自身が誤動作する可能性がある。   However, the comparator of the conventional CMOS image sensor compares the common reference signal Vramp and the voltage Vsl of the signal from the unit pixel of each pixel column, and the value of the analog signal voltage Vsl Comparator may operate all at once. At this time, the analog power supply fluctuation due to the IR drop becomes large, and there is a possibility that the adjacent comparator or the operating comparator itself may malfunction due to noise via the power supply.

このようなコンパレータの誤動作による影響を確認するために、従来では、CMOSイメージセンサに所定画像を撮像させることによって、カラム信号処理部群のコンパレータのうちその出力が一斉に反転する第1コンパレータ群とその後に出力が反転する第2コンパレータ群とを作り出すようにしている。そして、一斉に反転動作する第1コンパレータ群の動作結果が、その後に反転動作する第2コンパレータ群へ与える誤動作影響を、その時の撮像結果を通して確認していた。   In order to confirm the influence of such comparator malfunctions, conventionally, a CMOS image sensor picks up a predetermined image, and among the comparators of the column signal processing unit group, a first comparator group whose outputs are simultaneously inverted Thereafter, a second comparator group whose output is inverted is created. Then, the operation effect of the first comparator group that performs the inverting operation all at once is confirmed through the imaging result at that time to affect the second comparator group that performs the inverting operation thereafter.

例えば、図8(a)に示すような撮像用画像200を用意する。この撮像用画像200は、一斉に反転動作をさせるための画像領域と、その後に反転動作させて一斉反転動作の影響を確認するための画像領域が設けられている。この撮像用画像200を図8(b)に示すようにCMOSイメージセンサの画素部に重ねて、CMOSイメージセンサにより撮像させる。そして、CMOSイメージセンサの時の撮像結果により、誤動作の影響を確認する。このときの撮像結果が、例えば、図8(c)に示すように、一部の領域が撮像用画像200とは異なる画像となったとき、第1コンパレータ群の動作結果が、第2コンパレータ群に影響を与えていることになる。これは、第1コンパレータ群のコンパレータ132の出力が一斉反転するときに生じるノイズにより、比較動作を行っている第2コンパレータ群のコンパレータが誤動作して生じたものである。   For example, an imaging image 200 as shown in FIG. The imaging image 200 is provided with an image region for performing a reversal operation all at once and an image region for confirming the influence of the simultaneous reversal operation by performing a reversal operation thereafter. As shown in FIG. 8B, the imaging image 200 is superimposed on the pixel portion of the CMOS image sensor and is imaged by the CMOS image sensor. Then, the influence of malfunction is confirmed based on the imaging result when the CMOS image sensor is used. When the imaging result at this time is, for example, as shown in FIG. 8C, a partial region is an image different from the imaging image 200, the operation result of the first comparator group is the second comparator group. It will have an influence on. This is because the comparator of the second comparator group performing the comparison operation malfunctions due to noise generated when the outputs of the comparators 132 of the first comparator group are simultaneously inverted.

この影響をCMOSイメージセンサ間で比較する場合、厳密な影響比較を行うためには、第1コンパレータ群と第2コンパレータ群とを、CMOSイメージセンサ間で同じにしなければならず、また、このことは、測定の再現性の面についても同様のことが言える。   When comparing this effect between CMOS image sensors, in order to perform a strict effect comparison, the first comparator group and the second comparator group must be the same between CMOS image sensors. The same can be said about the reproducibility of measurement.

しかしながら、画素部の小型化が進んでいるため、画素間の間隔が極めて狭く、所定画像にCMOSイメージセンサを画素列単位の精度で位置合わせすることは困難である。   However, since the pixel portion has been downsized, the interval between the pixels is extremely narrow, and it is difficult to align the CMOS image sensor with a precision in units of pixel columns on a predetermined image.

そこで、本発明は、一斉に動作するコンパレータ群とその後に動作するコンパレータ群とを作り出すことができる固体撮像素子及び撮像機器を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device and an imaging device capable of creating a group of comparators that operate simultaneously and a group of comparators that operate thereafter.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、光電変換素子を含む単位画素が行列状に配置された画素アレイ部と、前記画素アレイ部の画素列に対応して設けられ、前記単位画素から垂直信号線を通して出力されるアナログ信号を、電圧レベルが漸次変化する参照信号と比較する複数のコンパレータと、前記コンパレータ毎に設けられ、前記コンパレータの比較結果に基づきカウント動作を行なう複数のカウンタと、前記画素アレイ部の画素列に対応して設けられた前記垂直信号線に、2種類以上の電圧を印加する電圧供給部と、を備えた固体撮像素子とした。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is provided corresponding to a pixel array unit in which unit pixels including photoelectric conversion elements are arranged in a matrix, and a pixel column of the pixel array unit, A plurality of comparators that compare an analog signal output from the unit pixel through a vertical signal line with a reference signal whose voltage level gradually changes, and a plurality of comparators that are provided for each of the comparators and that perform a counting operation based on the comparison result of the comparator And a voltage supply unit that applies two or more kinds of voltages to the vertical signal lines provided corresponding to the pixel columns of the pixel array unit.

また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の固体撮像素子において、前記電圧供給部は、前記垂直信号線毎に、前記2種類以上の電圧を選択的に印加することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first aspect, the voltage supply unit selectively applies the two or more types of voltages for each of the vertical signal lines. And

また、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の固体撮像素子において、前記電圧供給部は、各前記垂直信号線に印加する電圧を所定期間毎に切り替え可能としたことを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the solid-state imaging device according to claim 2, wherein the voltage supply unit can switch the voltage applied to each of the vertical signal lines every predetermined period. To do.

また、請求項4に記載の発明は、固体撮像素子を備え、前記固体撮像素子は、光電変換素子を含む単位画素が行列状に配置された画素アレイ部と、前記画素アレイ部の画素列に対応して設けられ、前記単位画素から垂直信号線を通して出力されるアナログ信号を、レベルが漸次変化する参照信号と比較する複数のコンパレータと、前記コンパレータ毎に設けられ、前記コンパレータの比較結果に基づきカウント動作を行なう複数のカウンタと、前記画素アレイ部の画素列に対応して設けられた前記垂直信号線に、2種類以上の電圧を印加する電圧供給部と、を備えた撮像機器とした。   The invention according to claim 4 includes a solid-state image sensor, and the solid-state image sensor includes a pixel array unit in which unit pixels including photoelectric conversion elements are arranged in a matrix, and a pixel column of the pixel array unit. Correspondingly provided, a plurality of comparators for comparing analog signals output from the unit pixels through vertical signal lines with reference signals whose levels gradually change, and provided for each comparator, based on the comparison result of the comparators The imaging device includes a plurality of counters that perform a counting operation and a voltage supply unit that applies two or more types of voltages to the vertical signal lines provided corresponding to the pixel columns of the pixel array unit.

本発明によれば、垂直信号線に電圧供給部から2種類以上の電圧を印加することで、一斉に動作するコンパレータ群とその後に動作するコンパレータ群とを作り出すことができる。そのため、所定画像を用意して撮像させる場合に比べて、コンパレータの一斉動作影響の測定について、正確性及び再現性を向上することができる。   According to the present invention, by applying two or more kinds of voltages from the voltage supply unit to the vertical signal line, it is possible to create a comparator group that operates simultaneously and a comparator group that operates thereafter. Therefore, compared with the case where a predetermined image is prepared and captured, the accuracy and reproducibility can be improved in measuring the simultaneous operation effect of the comparator.

本発明の一実施形態に係る撮像機器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the imaging device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the solid-state image sensor which concerns on one Embodiment of this invention. AD変換処理の説明図である。It is explanatory drawing of AD conversion processing. 図2に示す電圧供給部の具体的構成を示す図である。It is a figure which shows the specific structure of the voltage supply part shown in FIG. 検査モードのタイミングを示す図である。It is a figure which shows the timing of inspection mode. 検査モードの出力画像の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the output image of test | inspection mode. 従来の固体撮像素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional solid-state image sensor. 従来のコンパレータの一斉動作影響の測定方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measuring method of the simultaneous operation influence of the conventional comparator.

以下、発明を実施するための形態(以下、「実施形態」とする)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.全体概要
2.撮像機器の構成
3.固体撮像素子の構成及び動作
Hereinafter, modes for carrying out the invention (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described. The description will be given in the following order.
1. Overall overview 2. Configuration of imaging device Configuration and operation of solid-state image sensor

[1.全体概要]
本実施形態の撮像機器は、固体撮像素子を有しており、この固体撮像素子は、入射光を信号電荷に変換する光電変換素子を含む単位画素が行列状に配置され、所定数の画素列毎に垂直信号線がそれぞれ配線された画素アレイ部を有するCMOSイメージセンサである。
[1. Overall overview]
The imaging apparatus according to the present embodiment includes a solid-state imaging device. In the solid-state imaging device, unit pixels including photoelectric conversion elements that convert incident light into signal charges are arranged in a matrix, and a predetermined number of pixel columns. This is a CMOS image sensor having a pixel array section in which vertical signal lines are respectively wired.

この固体撮像素子は、列並列ADC搭載CMOSイメージセンサであり、単位画素から垂直信号線を通して出力されるアナログ信号を、レベルが漸次変化する参照信号と比較する複数のコンパレータと、コンパレータ毎に設けられ、コンパレータの比較結果に基づきカウント動作を行なう複数のカウンタとを有している。   This solid-state image sensor is a CMOS image sensor equipped with a column parallel ADC, and is provided for each of a plurality of comparators for comparing an analog signal output from a unit pixel through a vertical signal line with a reference signal whose level gradually changes. And a plurality of counters that perform a counting operation based on the comparison result of the comparator.

そして、画素アレイ部の画素列に対応して設けられた垂直信号線に、2種類以上の電圧を印加する電圧供給部を備えている。   A voltage supply unit that applies two or more kinds of voltages to the vertical signal lines provided corresponding to the pixel columns of the pixel array unit is provided.

このように、本実施形態に係る固体撮像装置では、垂直信号線に電圧供給部から2種類以上の電圧を印加することで、一斉に動作する第1コンパレータ群とそれ以外のコンパレータ群とを作り出すことができる。そのため、所定画像を用意して撮像させる場合に比べて、コンパレータの一斉動作影響の測定について、正確性及び再現性を向上することができる。   As described above, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, by applying two or more kinds of voltages from the voltage supply unit to the vertical signal line, the first comparator group that operates simultaneously and the other comparator groups are created. be able to. Therefore, compared with the case where a predetermined image is prepared and captured, the accuracy and reproducibility can be improved in measuring the simultaneous operation effect of the comparator.

また、電圧供給部を、垂直信号線毎に、2種類以上の電圧を選択的に印加することができるように構成することで、一斉に動作する第1コンパレータ群とそれ以外の第2コンパレータ群とを自由に作り出すことができ、コンパレータの一斉動作影響の測定について、状況設定の自由度を向上することができる。   Further, the voltage supply unit is configured so that two or more kinds of voltages can be selectively applied to each vertical signal line, so that the first comparator group that operates simultaneously and the other second comparator group. Can be freely created, and the degree of freedom in setting the situation can be improved for the measurement of the simultaneous operation effect of the comparator.

電圧供給部は、各垂直信号線に印加する電圧を所定期間毎に切り替え可能に構成することで、第1コンパレータ群と第2コンパレータ群とを順次変更することができ、状況設定を変えながら連続してコンパレータの一斉動作影響の測定を行うことができる。   The voltage supply unit is configured so that the voltage applied to each vertical signal line can be switched every predetermined period, so that the first comparator group and the second comparator group can be sequentially changed, and the situation setting is continuously changed. Thus, the simultaneous operation effect of the comparator can be measured.

以下、本実施形態おける撮像装置及び固体撮像素子の具体的な一例を図面を参照して説明する。   Hereinafter, specific examples of the imaging device and the solid-state imaging device in the present embodiment will be described with reference to the drawings.

[2.撮像機器の構成及び動作]
まず、本実施形態おける撮像機器の構成について図面を用いて説明する。
[2. Configuration and operation of imaging equipment]
First, the configuration of the imaging device in the present embodiment will be described with reference to the drawings.

図1に示すように、撮像機器1は、固体撮像素子2、信号処理回路3、システムコントローラ4、入力部5、光学ブロック6を具備している。また、この撮像機器1には、光学ブロック6内の機構を駆動するためのドライバ7、固体撮像素子2を駆動するためのタイミングジェネレータ(TG)8などが設けられている。固体撮像素子2は、CMOSイメージセンサである。   As shown in FIG. 1, the imaging device 1 includes a solid-state imaging device 2, a signal processing circuit 3, a system controller 4, an input unit 5, and an optical block 6. The imaging device 1 is provided with a driver 7 for driving a mechanism in the optical block 6, a timing generator (TG) 8 for driving the solid-state imaging device 2, and the like. The solid-state image sensor 2 is a CMOS image sensor.

光学ブロック6は、被写体からの光を固体撮像素子2へ集光するためのレンズ、レンズを移動させてフォーカス合わせやズーミングを行うための駆動機構、メカシャッタ、絞りなどを具備している。ドライバ7は、システムコントローラ4からの制御信号に応じて、光学ブロック6内の機構の駆動を制御する。   The optical block 6 includes a lens for condensing light from the subject onto the solid-state imaging device 2, a drive mechanism for moving the lens to perform focusing and zooming, a mechanical shutter, a diaphragm, and the like. The driver 7 controls the driving of the mechanism in the optical block 6 in accordance with a control signal from the system controller 4.

固体撮像素子2は、TG8から出力されるタイミング信号に基づいて駆動され、被写体からの入射光を電気信号に変換する。TG8は、システムコントローラ4の制御の下でタイミング信号を出力する。   The solid-state imaging device 2 is driven based on the timing signal output from the TG 8 and converts incident light from the subject into an electrical signal. The TG 8 outputs a timing signal under the control of the system controller 4.

信号処理回路3は、固体撮像素子2からのデジタル信号に対するAF(Auto Focus)、AE(Auto Exposure)、欠陥画素の検出処理及び補正処理、ホワイトバランス調整、マトリクス処理などの各種カメラ信号処理を実行する。   The signal processing circuit 3 executes various camera signal processing such as AF (Auto Focus), AE (Auto Exposure), detection processing and correction processing of defective pixels, white balance adjustment, matrix processing, etc. on the digital signal from the solid-state imaging device 2. To do.

システムコントローラ4は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などから構成される。CPUはROMに記憶されたプログラムを実行することにより、この撮像機器1の各部を統括的に制御し、また、その制御のための各種演算を実行する。入力部5は、ユーザの操作入力を受け付ける操作キー、ダイアル、レバーなどを含み、操作入力に応じた制御信号をシステムコントローラ4に出力する。   The system controller 4 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like. The CPU executes the programs stored in the ROM, thereby controlling the respective units of the imaging device 1 in an integrated manner and executing various calculations for the control. The input unit 5 includes operation keys, dials, levers, and the like that receive user operation inputs, and outputs a control signal corresponding to the operation inputs to the system controller 4.

信号処理回路3から出力された画像データは、図示しないグラフィックインタフェース回路に供給されて表示用の画像信号に変換され、これにより図示しないモニタにカメラスルー画像が表示される。また、入力部5へのユーザの入力操作などによりシステムコントローラ4に対して画像の記録が指示されると、信号処理回路3からの画像データはCODEC(enCOder,DECoder)に供給され、圧縮符号化処理が施されて記録媒体に記録される。静止画像の記録の際には、信号処理回路3からは1フレーム分の画像データがCODECに供給され、動画像の記録の際には、処理された画像データがCODECに連続的に供給される。   The image data output from the signal processing circuit 3 is supplied to a graphic interface circuit (not shown) and converted into a display image signal, whereby a camera-through image is displayed on a monitor (not shown). When the system controller 4 is instructed to record an image by a user input operation to the input unit 5 or the like, the image data from the signal processing circuit 3 is supplied to a CODEC (enCOder, DEcoder) and compressed and encoded. The processing is performed and recorded on the recording medium. When recording a still image, the signal processing circuit 3 supplies one frame of image data to the CODEC, and when recording a moving image, the processed image data is continuously supplied to the CODEC. .

[3.固体撮像素子2の構成]
次に、本実施形態に係る固体撮像素子2の構成について図面を用いて説明する。
[3. Configuration of solid-state imaging device 2]
Next, the configuration of the solid-state imaging device 2 according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.

固体撮像素子2は、半導体基板上に、図2に示すように、画素アレイ部11、垂直走査部12、カラム信号処理部群13、水平走査部14、出力部15、タイミング制御回路16、RAMP信号生成回路17、信号処理回路18等を有して構成される。半導体基板10は、例えばシリコン基板からなる。なお、垂直走査部12、水平走査部14及びタイミング制御回路16は、画素アレイ部11やカラム信号処理部群13を制御する制御部として機能する。   As shown in FIG. 2, the solid-state imaging device 2 includes a pixel array unit 11, a vertical scanning unit 12, a column signal processing unit group 13, a horizontal scanning unit 14, an output unit 15, a timing control circuit 16, and a RAMP. The signal generation circuit 17 and the signal processing circuit 18 are included. The semiconductor substrate 10 is made of, for example, a silicon substrate. The vertical scanning unit 12, the horizontal scanning unit 14, and the timing control circuit 16 function as a control unit that controls the pixel array unit 11 and the column signal processing unit group 13.

画素アレイ部11は、撮像領域を構成し、入射光を信号電荷に変換する光電変換部を含む単位画素20が行列状(m行×n列)に配置され、画素列毎に垂直信号線211〜21nが配線されている。 The pixel array unit 11 constitutes an imaging region, unit pixels 20 including photoelectric conversion units that convert incident light into signal charges are arranged in a matrix (m rows × n columns), and a vertical signal line 21 for each pixel column. 1 to 21 n are wired.

タイミング制御回路16は、固体撮像素子2外の制御装置により制御されて、垂直走査部12、カラム信号処理部群13及び水平走査部14などの動作の基準となるクロック信号や制御信号などを生成する。タイミング制御回路16は、このように生成した制御信号を、垂直走査部12、カラム信号処理部群13及び水平走査部14などに入力する。   The timing control circuit 16 is controlled by a control device outside the solid-state image pickup device 2 to generate a clock signal, a control signal, and the like that serve as a reference for operations of the vertical scanning unit 12, the column signal processing unit group 13, the horizontal scanning unit 14, and the like. To do. The timing control circuit 16 inputs the control signal thus generated to the vertical scanning unit 12, the column signal processing unit group 13, the horizontal scanning unit 14, and the like.

垂直走査部12は、例えばシフトレジスタによって構成される。この垂直走査部12は、行転送信号φTRG1〜φTRGm及び行選択信号φSEL1〜φSELmを出力して画素アレイ部11の各単位画素20を行単位で順次垂直方向に選択走査する。これにより、各単位画素20の光電変換部において受光量に応じて生成された信号電荷に基づく画素信号が垂直信号線211〜21nを通してカラム信号処理部群13に供給される。また、垂直走査部12は、各行の単位画素20に共通に印加される行リセット信号φRST1〜φRSTmを供給して、単位画素20のリセットを行う。なお、垂直信号線211〜21nには、グランドとの間に定電流源26が接続される。 The vertical scanning unit 12 is configured by a shift register, for example. The vertical scanning unit 12 outputs row transfer signals φTRG1 to φTRGm and row selection signals φSEL1 to φSELm to selectively scan each unit pixel 20 of the pixel array unit 11 in the vertical direction sequentially in units of rows. As a result, pixel signals based on signal charges generated in accordance with the amount of received light in the photoelectric conversion units of the unit pixels 20 are supplied to the column signal processing unit group 13 through the vertical signal lines 21 1 to 21 n . Further, the vertical scanning unit 12 resets the unit pixels 20 by supplying row reset signals φRST1 to φRSTm that are commonly applied to the unit pixels 20 of each row. A constant current source 26 is connected between the vertical signal lines 21 1 to 21 n and the ground.

カラム信号処理部群13は、画素アレイ部11の画素列(カラム毎)に対応してそれぞれ配置される複数のカラム信号処理部301〜30nを有する。各カラム信号処理部301〜30nは、各単位画素20から出力される信号の電圧に応じたデジタル信号を出力する。具体的には、カラム信号処理部301〜30nは、画素アレイ部11のアナログ出力を、参照信号Vrampを使用したAPGA対応積分型AD変換及びデジタルCDSを行って、デジタル信号に変換して出力する。 The column signal processing unit group 13 includes a plurality of column signal processing units 30 1 to 30 n arranged corresponding to the pixel columns (for each column) of the pixel array unit 11. Each of the column signal processing units 30 1 to 30 n outputs a digital signal corresponding to the voltage of the signal output from each unit pixel 20. Specifically, the column signal processing units 30 1 to 30 n convert the analog output of the pixel array unit 11 into digital signals by performing APGA-compatible integral AD conversion and digital CDS using the reference signal Vramp. Output.

水平走査部14は、例えばシフトレジスタによって構成され、列走査パルスを順次出力して、カラム信号処理部群13により信号処理を施した信号をカラム信号処理部群13から水平信号線40に出力させる。出力部15は、カラム信号処理部群13から水平信号線40を通して順次に供給される信号に対し、所定の信号処理を行って出力する。   The horizontal scanning unit 14 is configured by, for example, a shift register, and sequentially outputs column scanning pulses to output a signal subjected to signal processing by the column signal processing unit group 13 from the column signal processing unit group 13 to the horizontal signal line 40. . The output unit 15 performs predetermined signal processing and outputs the signals sequentially supplied from the column signal processing unit group 13 through the horizontal signal line 40.

カラム信号処理部301〜30nは、図2に示すように、コンパレータ31、カウンタ32、ラッチ33を有している。コンパレータ31は、画素アレイ部11の単位画素20から出力される信号と段階的に値が変化する参照信号Vrampとを比較し、これらの大小関係が入れ替わったときに、その出力を反転する。この参照信号Vrampは、レベルが漸次変化し、ある傾きを持った線形に変化するスロープ波形であるランプ信号であり、RAMP信号生成回路17により生成される。カウンタ32は、画素アレイ部11から出力される信号と参照信号Vrampとの大小関係が入れ替わる時間量である比較時間をカウントする。カウンタ32とラッチ33によりアナログデジタル変換手段が構成される。ラッチ33は、カウンタ32による比較時間のカウント結果を保持する。各ラッチ33の出力は、水平信号線40に接続されており、各ラッチ33から出力される信号は、所定の信号処理を施されて信号処理回路18から出力される。 As shown in FIG. 2, the column signal processing units 30 1 to 30 n include a comparator 31, a counter 32, and a latch 33. The comparator 31 compares the signal output from the unit pixel 20 of the pixel array unit 11 with the reference signal Vramp whose value changes stepwise, and inverts the output when the magnitude relationship is switched. The reference signal Vramp is a ramp signal having a slope waveform that changes in level and changes linearly with a certain slope, and is generated by the RAMP signal generation circuit 17. The counter 32 counts a comparison time that is an amount of time for which the magnitude relationship between the signal output from the pixel array unit 11 and the reference signal Vramp is switched. The counter 32 and the latch 33 constitute analog-digital conversion means. The latch 33 holds the count result of the comparison time by the counter 32. The output of each latch 33 is connected to the horizontal signal line 40, and the signal output from each latch 33 is subjected to predetermined signal processing and output from the signal processing circuit 18.

画素アレイ部11の列毎に設けられた垂直信号線211〜21nに単位画素20から読み出された信号は、コンパレータ31で参照信号Vrampと比較される。このとき、コンパレータ31と同様に列毎に配置されたカウンタ32が動作しており、参照信号Vrampの電圧とカウンタ32のカウンタ値が一対一の対応を取りながら変化することで垂直信号線211〜21nに読み出された信号をデジタル変換する。すなわち、参照信号Vrampの電圧の変化は電圧の変化を時間の変化に変換するものであり、その時間をカウンタ32によりある周期(クロック)で数えることでデジタル値に変換される。そして、垂直信号線211〜21nに読み出された信号と参照信号Vrampが交わったとき、図3に示すように、コンパレータ31の出力が反転し、カウンタ32の入力クロックを停止し、カウンタ32のカウント値をラッチ33に保持させる。これにより、アナログデジタル変換が完了する。 The signals read from the unit pixels 20 on the vertical signal lines 21 1 to 21 n provided for each column of the pixel array unit 11 are compared with the reference signal Vramp by the comparator 31. At this time, the counter 32 arranged for each column is operating similarly to the comparator 31, and the vertical signal line 21 1 is changed by changing the voltage of the reference signal Vramp and the counter value of the counter 32 in a one-to-one correspondence. The signal read out to 21 n is digitally converted. That is, the change in the voltage of the reference signal Vramp is to convert the change in voltage into a change in time, and the time is counted by a counter 32 at a certain period (clock), and converted into a digital value. When the signals read out to the vertical signal lines 21 1 to 21 n intersect with the reference signal Vramp, as shown in FIG. 3, the output of the comparator 31 is inverted, the input clock of the counter 32 is stopped, and the counter The count value of 32 is held in the latch 33. Thereby, analog-digital conversion is completed.

以上のアナログデジタル変換期間終了後、水平走査部14により、各ラッチ33に保持されたデータが、水平信号線40に転送され、出力部15を介して信号処理回路18に入力される。なお、信号処理回路18では、出力部15の出力に所定の信号処理を行って2次元画像を生成する。この場合、信号処理回路18では、例えば、縦線欠陥や点欠陥の補正、信号のクランプなどや、パラレル−シリアル変換、圧縮、符号化、加算、平均、間欠動作などデジタル信号処理などを行うことができる。   After the above analog-digital conversion period is completed, the data held in each latch 33 is transferred to the horizontal signal line 40 by the horizontal scanning unit 14 and input to the signal processing circuit 18 via the output unit 15. The signal processing circuit 18 performs predetermined signal processing on the output of the output unit 15 to generate a two-dimensional image. In this case, the signal processing circuit 18 performs, for example, digital signal processing such as correction of vertical line defects and point defects, signal clamping, parallel-serial conversion, compression, encoding, addition, averaging, intermittent operation, and the like. Can do.

本実施形態に係る固体撮像素子2では、さらに、画素アレイ部11の画素列に対応して設けられた垂直信号線21に、2種類以上の電圧を印加する電圧供給部19を備えている。   The solid-state imaging device 2 according to the present embodiment further includes a voltage supply unit 19 that applies two or more kinds of voltages to the vertical signal lines 21 provided corresponding to the pixel columns of the pixel array unit 11.

電圧供給部19は、第1電圧V1を生成する第1電源41と、第2電圧V2を生成する第2電源42とを有しており、第1電源41は第1電圧V1の電圧値を、第2電源42は第2電圧V2の電圧値をそれぞれ変更可能に構成されている。   The voltage supply unit 19 includes a first power supply 41 that generates the first voltage V1 and a second power supply 42 that generates the second voltage V2. The first power supply 41 determines the voltage value of the first voltage V1. The second power source 42 is configured to be able to change the voltage value of the second voltage V2.

各垂直信号線211〜21nには、第1電圧V1を出力する第1出力回路431〜43nと、第2電圧V2を出力する第2出力回路441〜44nとが接続されている。そして、電圧供給部19には、水平走査部14からの出力信号Vsel1〜Vselnに基づいて、垂直信号線211〜21nに第1電圧V1を印加するのか第2電圧V2を印加するのかを選択するための選択回路451〜45nが設けられている。なお、垂直信号線211〜21nを総称して垂直信号線21とし、第1出力回路431〜43nを総称して第1出力回路43とし、第2出力回路441〜44nを総称して第2出力回路44とし、選択回路451〜45nを総称して選択回路45という場合がある。また、出力信号Vsel1〜Vselnを総称して出力信号Vselという場合がある。 The vertical signal lines 21 1 to 21 n are connected to first output circuits 43 1 to 43 n that output the first voltage V1 and second output circuits 44 1 to 44 n that output the second voltage V2. ing. The voltage supply unit 19 applies the first voltage V1 or the second voltage V2 to the vertical signal lines 21 1 to 21 n based on the output signals Vsel 1 to Vsel n from the horizontal scanning unit 14. Selection circuits 45 1 to 45 n are provided for selecting whether or not. The vertical signal lines 21 1 to 21 n are collectively referred to as the vertical signal line 21, the first output circuits 43 1 to 43 n are collectively referred to as the first output circuit 43, and the second output circuits 44 1 to 44 n are In some cases, the second output circuit 44 is collectively referred to, and the selection circuits 45 1 to 45 n are collectively referred to as the selection circuit 45. Further, the output signals Vsel 1 to Vsel n may be collectively referred to as an output signal Vsel.

選択回路45は、垂直走査部12から出力される制御信号Pselによって、垂直信号線21に印加する電圧を選択しない非選択動作状態か、垂直信号線21に印加する電圧を選択する選択動作状態か、いずれかの状態になる。すなわち、垂直走査部12によって、垂直信号線21に第1又は第2電圧V1,V2を印加する検査モードと、第1又は第2電圧V1,V2を印加することなく、垂直信号線21に画素アレイ部11の単位画素20からの信号を出力させる通常モードとのいずれかのモードが選択される。   The selection circuit 45 is in a non-selection operation state in which a voltage to be applied to the vertical signal line 21 is not selected or a selection operation state in which a voltage to be applied to the vertical signal line 21 is selected according to the control signal Psel output from the vertical scanning unit 12. , Either state. That is, an inspection mode in which the vertical scanning unit 12 applies the first or second voltage V1, V2 to the vertical signal line 21, and a pixel on the vertical signal line 21 without applying the first or second voltage V1, V2. One of the normal mode for outputting a signal from the unit pixel 20 of the array unit 11 is selected.

ここで、電圧供給部19の具体的構成を図4に示す。なお、図面の構成上、一部の第1出力回路43、第2出力回路44、選択回路45を図示している。   Here, a specific configuration of the voltage supply unit 19 is shown in FIG. Note that some of the first output circuit 43, the second output circuit 44, and the selection circuit 45 are illustrated in the drawing configuration.

図4に示すように、第1出力回路43は、カスコード接続されたMOSトランジスタTr1,Tr2からなり、MOSトランジスタTr1のゲートに第1電源41から第1電圧V1が入力される。そして、MOSトランジスタTr2のゲートが選択回路45に接続されており、選択回路45によってMOSトランジスタTr2のON/OFFが制御される。MOSトランジスタTr2のソースは垂直信号線21に接続されており、MOSトランジスタTr2がON状態になると、第1出力回路43は、ソースフォロワ回路として、第1電圧V1を垂直信号線21に印加する。   As shown in FIG. 4, the first output circuit 43 includes cascode-connected MOS transistors Tr1 and Tr2, and the first voltage V1 is input from the first power supply 41 to the gate of the MOS transistor Tr1. The gate of the MOS transistor Tr2 is connected to the selection circuit 45, and the ON / OFF of the MOS transistor Tr2 is controlled by the selection circuit 45. The source of the MOS transistor Tr2 is connected to the vertical signal line 21, and when the MOS transistor Tr2 is turned on, the first output circuit 43 applies the first voltage V1 to the vertical signal line 21 as a source follower circuit.

また、第2出力回路44は、カスコード接続されたMOSトランジスタTr3,Tr4からなり、MOSトランジスタTr3のゲートに第2電源42から第2電圧V2が入力される。そして、MOSトランジスタTr4のゲートが選択回路45に接続されており、選択回路45によってMOSトランジスタTr4のON/OFFが制御される。MOSトランジスタTr4のソースは垂直信号線21に接続されており、MOSトランジスタTr4がON状態になると、第2出力回路44は、ソースフォロワ回路として、第2電圧V2を垂直信号線21に印加する。   The second output circuit 44 includes cascode-connected MOS transistors Tr3 and Tr4, and the second voltage V2 is input from the second power supply 42 to the gate of the MOS transistor Tr3. The gate of the MOS transistor Tr4 is connected to the selection circuit 45, and the ON / OFF of the MOS transistor Tr4 is controlled by the selection circuit 45. The source of the MOS transistor Tr4 is connected to the vertical signal line 21, and when the MOS transistor Tr4 is turned on, the second output circuit 44 applies the second voltage V2 to the vertical signal line 21 as a source follower circuit.

選択回路45は、2つのAND回路と、1つのインバータ回路から構成される。2つのAND回路の一方の入力には、垂直走査部12の電源選択回路50から出力される制御信号Pselが入力される。また、一方のAND回路の他方の入力は、水平走査部14のFFから出力信号Vselが入力され、出力は第1出力回路43のMOSトランジスタTr2のゲートに接続される。また、他方のAND回路の他方の入力には、RAMP信号生成回路17が接続されて参照信号Vrampが入力され、出力には、第2出力回路44のMOSトランジスタTr4のゲートが接続される。   The selection circuit 45 includes two AND circuits and one inverter circuit. A control signal Psel output from the power supply selection circuit 50 of the vertical scanning unit 12 is input to one input of the two AND circuits. The other input of one AND circuit receives the output signal Vsel from the FF of the horizontal scanning unit 14, and the output is connected to the gate of the MOS transistor Tr 2 of the first output circuit 43. Further, the RAMP signal generation circuit 17 is connected to the other input of the other AND circuit and the reference signal Vramp is input, and the gate of the MOS transistor Tr4 of the second output circuit 44 is connected to the output.

そして、制御信号Pselがアクティブな状態(Hレベルの電圧)のときに、出力信号VselがHレベルのときには、第1出力回路43から第1電圧V1が垂直信号線21に印加される。一方、制御信号Pselがアクティブな状態のときに、出力信号VselがLレベルのときには、第2出力回路44から第2電圧V2が垂直信号線21に印加される。なお、制御信号Pselが非アクティブな状態(Lレベルの電圧)のときには、第1及び第2出力回路43,44から第1電圧V1及び第2電圧V2が垂直信号線21に印加されない。   When the control signal Psel is in an active state (H level voltage) and the output signal Vsel is at the H level, the first voltage V1 is applied from the first output circuit 43 to the vertical signal line 21. On the other hand, when the control signal Psel is active and the output signal Vsel is at the L level, the second voltage V2 is applied from the second output circuit 44 to the vertical signal line 21. When the control signal Psel is in an inactive state (L level voltage), the first voltage V1 and the second voltage V2 are not applied to the vertical signal line 21 from the first and second output circuits 43 and 44.

このように電圧供給部19では、垂直信号線21毎に、2つのソースフォロワ回路を有し、第1電源41及び第2電源42で第1電圧V1と第2電圧V2とを生成する。そして、2つのソースフォロワ回路のいずれかを垂直信号線21に接続して、第1電圧V1又は第2電圧V2を垂直信号線21に独立して印加可能としている。また、垂直走査部12から出力される制御信号Pselにより、選択回路45による選択を不可として、2つのソースフォロワ回路を垂直信号線21に接続しないようにすることができる。   As described above, the voltage supply unit 19 includes two source follower circuits for each vertical signal line 21, and the first power supply 41 and the second power supply 42 generate the first voltage V <b> 1 and the second voltage V <b> 2. One of the two source follower circuits is connected to the vertical signal line 21 so that the first voltage V1 or the second voltage V2 can be applied to the vertical signal line 21 independently. Further, the selection by the selection circuit 45 is disabled by the control signal Psel output from the vertical scanning unit 12, and the two source follower circuits can be prevented from being connected to the vertical signal line 21.

また、水平走査部14は、シリアル接続されたn個のフリップフロップFFから構成されている。そして、水平走査部14から出力される出力信号Vselにより、上述のように垂直信号線21に第1電圧V1を印加するか第2電圧V2を印加するかを選択することができるようにしている。このように、単位画素20からの信号を読み出すときに用いる水平走査部14のn個のフリップフロップFFを用いて、垂直信号線21に印加する電圧を選択することができるようにしており、回路規模が増大することを抑制している。   The horizontal scanning unit 14 is composed of n flip-flops FF connected in series. The output signal Vsel output from the horizontal scanning unit 14 can select whether to apply the first voltage V1 or the second voltage V2 to the vertical signal line 21 as described above. . In this way, the voltage applied to the vertical signal line 21 can be selected using the n flip-flops FF of the horizontal scanning unit 14 used when reading the signal from the unit pixel 20. Suppressing the increase in scale.

以上のように構成された固体撮像素子2の検査モード時の動作について図5のタイミングチャートを参照して具体的に説明する。   An operation in the inspection mode of the solid-state imaging device 2 configured as described above will be specifically described with reference to a timing chart of FIG.

図5に示すように、検査モード時では、3回の水平同期タイミングを1周期として、固体撮像素子2から1ライン分の画像信号を出力するようにしている。すなわち、(A)水平走査部FF設定期間、(B)ソースフォロワ設定によるAD変換期間、(C)1行AD変換結果出力期間を1周期として、1ライン分の画像信号が出力され、これらの処理が、この1フレームの各フレーム毎に実行されることで1フレーム分の画像が出力される。   As shown in FIG. 5, in the inspection mode, the image signal for one line is output from the solid-state imaging device 2 with three horizontal synchronization timings as one cycle. That is, (A) horizontal scanning unit FF setting period, (B) AD conversion period by source follower setting, (C) one row AD conversion result output period is set as one cycle, and image signals for one line are output. An image for one frame is output by executing the processing for each frame of the one frame.

まず始めに、タイミングt1〜t2の間に、タイミング制御回路16から水平走査部14の各フリップフロップFFの出力を設定するための信号を出力し、各フリップフロップFFの値をシフトさせていくことで、フリップフロップFFの出力をHレベルかLレベルのいずれかに設定する。これにより、各出力信号Vsel1〜Vselnにより選択回路451〜45nを所定の状態に制御することができる。 First, during timing t1 to t2, a signal for setting the output of each flip-flop FF of the horizontal scanning unit 14 is output from the timing control circuit 16 to shift the value of each flip-flop FF. Thus, the output of the flip-flop FF is set to either the H level or the L level. Thus, the selection circuits 45 1 to 45 n can be controlled to a predetermined state by the output signals Vsel 1 to Vsel n .

次に、タイミングt2〜t3の間で、垂直走査部12から出力される制御信号Pselをアクティブにすることで、選択回路45による制御によって、各出力信号Vselに応じた電圧(第1電圧V1又は第2電圧V2)が垂直信号線21に印加される。そして、垂直信号線21に印加された電圧と参照信号Vrampとが、コンパレータ31によって比較される。このとき、コンパレータ31と同様に列毎に配置されたカウンタ32が動作しており、参照信号Vrampの電圧とカウンタ32のカウンタ値が一対一の対応を取りながら変化することで垂直信号線21に読み出された信号をデジタル変換する。そして、垂直信号線21に読み出された信号と参照信号Vrampが交わったとき、コンパレータ31の出力が反転し、カウンタ32の入力クロックを停止し、カウンタ32のカウント値をラッチ33に保持させてアナログデジタル変換を完了する。   Next, by activating the control signal Psel output from the vertical scanning unit 12 between timings t <b> 2 and t <b> 3, a voltage corresponding to each output signal Vsel (first voltage V <b> 1 or A second voltage V2) is applied to the vertical signal line 21. The comparator 31 compares the voltage applied to the vertical signal line 21 with the reference signal Vramp. At this time, the counter 32 arranged for each column is operating similarly to the comparator 31, and the vertical signal line 21 is changed by changing the voltage of the reference signal Vramp and the counter value of the counter 32 in a one-to-one correspondence. Digitally convert the read signal. When the signal read to the vertical signal line 21 and the reference signal Vramp intersect, the output of the comparator 31 is inverted, the input clock of the counter 32 is stopped, and the count value of the counter 32 is held in the latch 33. Complete analog-to-digital conversion.

次に、タイミングt3〜t4の間で、各ラッチ33に保持したデータが水平信号線40及び出力部15を介して、信号処理回路18に入力され、所定の信号処理を施されて、信号処理回路18から1ライン分の画像信号として出力される。   Next, between the timings t3 and t4, the data held in each latch 33 is input to the signal processing circuit 18 via the horizontal signal line 40 and the output unit 15, and subjected to predetermined signal processing to perform signal processing. It is output from the circuit 18 as an image signal for one line.

以降、タイミングt4から、上記タイミングt1〜t4までの処理と同様の処理が繰り返し行われ、1フレーム分の画像が出力される。   Thereafter, processing similar to the processing from timing t4 to timing t1 to t4 is repeatedly performed, and an image for one frame is output.

上記「(B)ソースフォロワ設定によるAD変換期間」では、一部のソースフォロワ回路の電圧設定は、AD変換結果が低いレベル(画素が低い輝度)となるように設定し、残りのソースフォロワ回路の電圧設定は、AD変換結果が高いレベル(画素が高い輝度)となるように設定する。第1電圧V1を第2電圧V2よりも高くして、第1出力回路43から垂直信号線21へ第1電圧V1を印加することで、AD変換結果が高いレベルとなる。また、このとき、第2電圧V2は第1電圧V1よりも低く、出力回路43から垂直信号線21へ第2電圧V2を印加することで、AD変換結果が低いレベルとなる。   In the above “(B) AD conversion period by source follower setting”, the voltage settings of some of the source follower circuits are set so that the AD conversion result is at a low level (pixels have low luminance), and the remaining source follower circuits Is set so that the AD conversion result is at a high level (pixels have high luminance). By making the first voltage V1 higher than the second voltage V2 and applying the first voltage V1 from the first output circuit 43 to the vertical signal line 21, the AD conversion result becomes a high level. At this time, the second voltage V2 is lower than the first voltage V1, and by applying the second voltage V2 from the output circuit 43 to the vertical signal line 21, the AD conversion result becomes a low level.

例えば、図6(a)に示すように、中央の画素の輝度が低く、周囲の輝度が高い画像となるように設定したり、図6(b)に示すように、端の一部の輝度が低く、その他の輝度が高い画像となるように設定したりすることができる。このとき、AD変換結果が低いレベルとなる電圧が印加された垂直信号線21に接続されたコンパレータ31の出力が先に一斉に反転する。その後、AD変換結果が高いレベルとなる電圧が印加された垂直信号線21に接続されたコンパレータ31の出力が出力する。このとき、AD変換結果が高いレベルとなる電圧が印加された垂直信号線21に接続されたコンパレータ31の出力が、垂直信号線21に印加された電圧に応じた値にならなければ、先に一斉に動作するコンパレータ31からの影響があると判定できる。   For example, as shown in FIG. 6A, it is set so that the center pixel has a low luminance and the surrounding luminance is high, or as shown in FIG. Can be set so as to produce an image with a low brightness and other high brightness. At this time, the outputs of the comparators 31 connected to the vertical signal line 21 to which the voltage at which the AD conversion result is at a low level are applied are simultaneously inverted. Thereafter, the output of the comparator 31 connected to the vertical signal line 21 to which a voltage at which the AD conversion result is at a high level is applied is output. At this time, if the output of the comparator 31 connected to the vertical signal line 21 to which the voltage at which the AD conversion result is at a high level is applied does not become a value corresponding to the voltage applied to the vertical signal line 21, It can be determined that there is an influence from the comparators 31 operating simultaneously.

また、図6(c)に示すように、中央の画素の輝度が高く、周囲の輝度が低い画像となるように設定したり、図6(d)に示すように、端の一部の輝度が高く、その他の輝度が低い画像となるように設定したりしてもよい。   Further, as shown in FIG. 6 (c), it is set so that the center pixel has a high luminance and the surrounding luminance is low, or as shown in FIG. The image may be set so as to be an image with a high brightness and other low brightness.

電圧供給部19は、各垂直信号線21に印加する電圧を所定期間毎に切り替えることができるように構成されており、図6(a)〜図6(d)に示す画像以外に様々な画像に対応することができ、一斉動作影響の測定をより精度よく行うことができる。   The voltage supply unit 19 is configured to be able to switch the voltage applied to each vertical signal line 21 every predetermined period, and various images other than the images shown in FIGS. 6A to 6D. It is possible to measure the influence of simultaneous operation with higher accuracy.

以上のように固体撮像素子2では、画素列単位で一斉に動作する第1コンパレータ群とその後に動作するコンパレータ群とを作り出すことができる。そのため、所定画像を用意して撮像させる場合に比べて、コンパレータの一斉動作影響の測定について、正確性及び再現性を向上することができる。   As described above, in the solid-state imaging device 2, it is possible to create the first comparator group that operates simultaneously in units of pixel columns and the comparator group that operates thereafter. Therefore, compared with the case where a predetermined image is prepared and captured, the accuracy and reproducibility can be improved in measuring the simultaneous operation effect of the comparator.

以上、本発明の実施形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。   Although some of the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, these are exemplifications, and the present invention is implemented in other forms with various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art. Is possible.

1 撮像機器
2 固体撮像素子
11 画素アレイ部
12 垂直走査部
13 カラム信号処理部群
14 水平走査部
19 電圧供給部
41 第1電源
42 第2電源
43 第1出力回路
44 第2出力回路
45 選択回路
Tr1〜Tr4 MOSトランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Imaging device 2 Solid-state image sensor 11 Pixel array part 12 Vertical scanning part 13 Column signal processing part group 14 Horizontal scanning part 19 Voltage supply part 41 1st power supply 42 2nd power supply 43 1st output circuit 44 2nd output circuit 45 Selection circuit Tr1-Tr4 MOS transistors

Claims (4)

光電変換素子を含む単位画素が行列状に配置された画素アレイ部と、
前記画素アレイ部の画素列に対応して設けられ、前記単位画素から垂直信号線を通して出力されるアナログ信号を、電圧レベルが漸次変化する参照信号と比較する複数のコンパレータと、
前記コンパレータ毎に設けられ、前記コンパレータの比較結果に基づきカウント動作を行なう複数のカウンタと、
前記画素アレイ部の画素列に対応して設けられた前記垂直信号線に、2種類以上の電圧を印加する電圧供給部と、を備えた固体撮像素子。
A pixel array unit in which unit pixels including photoelectric conversion elements are arranged in a matrix;
A plurality of comparators that are provided corresponding to the pixel columns of the pixel array unit and that compare analog signals output from the unit pixels through vertical signal lines with reference signals whose voltage levels gradually change;
A plurality of counters provided for each of the comparators, and performing a counting operation based on a comparison result of the comparators;
A solid-state imaging device comprising: a voltage supply unit that applies two or more kinds of voltages to the vertical signal lines provided corresponding to the pixel columns of the pixel array unit.
前記電圧供給部は、前記垂直信号線毎に、前記2種類以上の電圧を選択的に印加する
請求項1に記載の固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the voltage supply unit selectively applies the two or more types of voltages for each of the vertical signal lines.
前記電圧供給部は、各前記垂直信号線に印加する電圧を所定期間毎に切り替え可能とした請求項2に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the voltage supply unit can switch a voltage applied to each of the vertical signal lines every predetermined period. 固体撮像素子を備え、
前記固体撮像素子は、
光電変換素子を含む単位画素が行列状に配置された画素アレイ部と、
前記画素アレイ部の画素列に対応して設けられ、前記単位画素から垂直信号線を通して出力されるアナログ信号を、レベルが漸次変化する参照信号と比較する複数のコンパレータと、
前記コンパレータ毎に設けられ、前記コンパレータの比較結果に基づきカウント動作を行なう複数のカウンタと、
前記画素アレイ部の画素列に対応して設けられた前記垂直信号線に、2種類以上の電圧を印加する電圧供給部と、を備えた撮像機器。
Equipped with a solid-state image sensor,
The solid-state imaging device is
A pixel array unit in which unit pixels including photoelectric conversion elements are arranged in a matrix;
A plurality of comparators that are provided corresponding to the pixel columns of the pixel array unit and that compare analog signals output from the unit pixels through vertical signal lines with reference signals whose levels gradually change;
A plurality of counters provided for each of the comparators, and performing a counting operation based on a comparison result of the comparators;
An imaging apparatus comprising: a voltage supply unit that applies two or more types of voltages to the vertical signal lines provided corresponding to the pixel columns of the pixel array unit.
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