JP2013051575A - Solid-state imaging device, imaging device, and imaging method - Google Patents
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Abstract
Description
本技術は、固体撮像装置、撮像装置および撮像方法に関し、特に正確にAD変換処理を行うことができるようにした固体撮像装置、撮像装置および撮像方法に関する。 The present technology relates to a solid-state imaging device, an imaging device, and an imaging method, and more particularly, to a solid-state imaging device, an imaging device, and an imaging method that can accurately perform AD conversion processing.
近年では、固体撮像装置の一例として、CCD(Charge Coupled Device )イメージセンサが持つ種々の問題を克服し得るMOS(Metal Oxide Semiconductor )やCMOS(Complementary Metal-oxide Semiconductor )型のイメージセンサが注目を集めている。 In recent years, MOS (Metal Oxide Semiconductor) and CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) type image sensors that can overcome various problems of CCD (Charge Coupled Device) image sensors have attracted attention as examples of solid-state imaging devices. ing.
例えば、CMOSイメージセンサは、画素ごとにフローティングディフュージョンアンプなどによる増幅回路を持ち合わせており、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、画素アレイ部の中のある1行を選択し、その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、画素信号を画素アレイ部から読み出す、いわゆる列並列出力型あるいはカラム型と称される方式が多く用いられている。 For example, a CMOS image sensor has an amplifying circuit such as a floating diffusion amplifier for each pixel. When reading a pixel signal, one row in the pixel array unit is selected as an example of address control. A so-called column-parallel output type or column type is often used in which row signals are accessed simultaneously and in units of rows, that is, pixel signals are read from the pixel array unit simultaneously in parallel for all pixels in one row. ing.
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。 Further, in the 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 conversion device (AD conversion device; Analog Digital Converter) and then output to the outside. Sometimes taken.
本出願人は、CMOSイメージセンサにおいてAD変換を迅速に行うことを先に提案した(例えば特許文献1)。 The present applicant has previously proposed to perform AD conversion quickly in a CMOS image sensor (for example, Patent Document 1).
先の提案においては、シングルスロープのカラムADC方式の様に、ゲインAでリセット信号SrstがP相としてカウントダウンされてカウント値はTrstとなり、次にゲインAで信号レベルSsigがD相としてカウントアップされ、カウント値はTsig_Aとなる。そして、所定の信号領域以降はゲインAよりも低いゲインBでD相の信号レベルSsigがカウントアップされ、カウント値はTsig_Bとなる。 In the previous proposal, as in the single slope column ADC system, the reset signal Srst is counted down as the P phase with the gain A and the count value becomes Trst, and then the signal level Ssig is counted up as the D phase with the gain A. The count value is Tsig_A. After the predetermined signal region, the D-phase signal level Ssig is counted up with a gain B lower than the gain A, and the count value becomes Tsig_B.
なお、本明細書において、P相の読み出しは、画素リセット信号の読み出しを意味し、D相の読み出しは、画素データ信号の読み出しを意味する。 In this specification, P-phase readout means readout of a pixel reset signal, and D-phase readout means readout of a pixel data signal.
しかしながら、先の提案においては、ゲインの切り替え付近のデータに線形性が失われ、出力画像にギャップができるおそれがある。 However, in the previous proposal, there is a possibility that the data near the switching of the gain loses linearity and a gap is generated in the output image.
その要因としては、第1に、ゲインが異なることでコンパレータ出力遅延時間が異なってしまうことにより、CDSした結果にゲイン間のコンパレータ遅延差が含まれてしまうことにある。コンパレータ出力遅延時間とは、コンパレータが比較する2つの信号が一致してからコンパレータの出力が反転するまで遅延時間のことを言う。 The first factor is that the difference in comparator output delay time due to the difference in gain results in the difference in comparator delay between gains being included in the CDS result. The comparator output delay time is a delay time from when the two signals compared by the comparator match until the output of the comparator is inverted.
カウント実行部においては、コンパレート出力がインアクティブ(正転)状態のときには、カウント動作が実行され、コンパレート出力がアクティブ(反転)状態のときには、カウントが停止される。コンパレータの入力信号は、一方が画素信号電圧で理想的には一定電圧であり、もう一方が階段状の参照信号であり、後者を変化させて比較動作が行なわれる。つまり、2つの信号が一致する時点でコンパレート出力が反転する。 In the count execution unit, the count operation is executed when the comparator output is in an inactive (normal rotation) state, and the count is stopped when the comparator output is in an active (inversion) state. One of the input signals of the comparator is a pixel signal voltage, which is ideally a constant voltage, and the other is a stepped reference signal, and the latter is changed to perform a comparison operation. That is, the comparator output is inverted when the two signals match.
しかしながら実際には、2つの信号の大きさが一致してから所定の時間をおいて出力が反転するというコンパレータ出力遅延時間が存在する。この遅延時間分だけ遅れてカウント動作は停止されるので、実際にはP相のカウント値とD相のカウント値には、コンパレータ出力遅延時間分のカウント数が含まれる。さらにこのコンパレータ出力遅延時間は参照信号の変化量つまりゲインによって変化する。 However, in practice, there is a comparator output delay time in which the output is inverted after a predetermined time after the magnitudes of the two signals coincide. Since the count operation is stopped after the delay time, the count value for the comparator output delay time is actually included in the P-phase count value and the D-phase count value. Further, the comparator output delay time varies depending on the amount of change of the reference signal, that is, the gain.
よって従来の方式では、画素データレベルをゲインAで読んでいる領域では、カウント値Trst_Aとカウント値Tsigにそれぞれに含まれるコンパレータ出力遅延時間分のカウント数は同等である。従って、CDSのカウントダウン/アップによってP相とD相のカウント値のコンパレータ出力遅延時間分は相殺される。しかし、ゲインBに切り替わってしまうと、ゲインAとゲインBのコンパレータ出力遅延時間は異なるために、カウント値にその遅延時間の差分が残ってしまい、ゲイン切り替え点での画素信号値に対するAD変換値の連続性が失われてしまう。 Therefore, in the conventional method, in the area where the pixel data level is read with the gain A, the count numbers corresponding to the comparator output delay times included in the count value Trst_A and the count value Tsig are the same. Accordingly, the comparator output delay time of the count values of the P phase and the D phase is canceled by the countdown / up of the CDS. However, when switching to gain B, the comparator output delay time of gain A and gain B is different, so the difference in delay time remains in the count value, and the AD conversion value for the pixel signal value at the gain switching point The continuity of will be lost.
第2の要因としては、ゲインの切り替えによって参照信号を発生しているDACの特性としてゲイン切り替え時に参照信号の傾きが鈍り、線形性が保たれないため、データの連続性が崩れる現象が考えられる。 As a second factor, there is a phenomenon that the continuity of data is lost because the slope of the reference signal becomes dull at the time of gain switching and the linearity is not maintained as the characteristic of the DAC generating the reference signal by switching the gain. .
通常この傾きの鈍りはP相とD相のいずれにおいても、参照信号の発生開始直後から短時間の間で起こるために、画素信号との一致点では関係なく、鈍りによるカウント増分もP相とD相のCDS演算によって相殺される。 Normally, the slack of the slope occurs in both the P phase and the D phase within a short period of time immediately after the start of the generation of the reference signal. It is canceled by D-phase CDS calculation.
しかしながら、従来方式の場合、D相カウントの最中にゲインを切り替えているために、D相データ中にゲインAとゲインBの鈍り分のカウント値が含まれ、CDSによってゲインA分の鈍り分のカウント値は相殺されるが、ゲインB分の鈍り分のカウント値は残ってしまう。 However, in the case of the conventional method, since the gain is switched during the D-phase count, the count value corresponding to the dullness of the gain A and the gain B is included in the D-phase data, and the dulling amount corresponding to the gain A by the CDS. However, the count value corresponding to the dullness of the gain B remains.
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より正確にAD変換処理を行うことを目的とする。 The present technology has been made in view of such a situation, and an object thereof is to perform AD conversion processing more accurately.
本技術に係る固体撮像装置は、画素から得られるアナログの画素信号のレベルをデジタルデータに変換するための参照信号であって、第1のゲインの前記参照信号と、前記第1のゲインと異なる第2のゲインの前記参照信号を、画素リセットレベル読み出し時と画素データレベル読み出し時に生成する生成部と、前記アナログの画素信号のレベルと前記参照信号とを比較する比較部と、前記比較部での比較処理と並行してカウント処理を行ない、前記第1のゲインの前記参照信号または前記第2のゲインの前記参照信号の比較処理が完了した時点のカウント値を前記デジタルデータとして取得するカウント部とを備える固体撮像装置である。 The solid-state imaging device according to the present technology is a reference signal for converting the level of an analog pixel signal obtained from a pixel into digital data, and is different from the reference signal of the first gain and the first gain. A generating unit configured to generate the reference signal having the second gain at the time of reading a pixel reset level and a pixel data level; a comparing unit that compares the level of the analog pixel signal with the reference signal; and A counting unit that performs a counting process in parallel with the comparison process and obtains a count value at a time when the comparison process of the reference signal of the first gain or the reference signal of the second gain is completed as the digital data A solid-state imaging device.
前記比較部の比較の結果を保持する保持部をさらに備え、前記カウント部は、保持された前記比較結果に基づいて、先に得られるカウント値と後に得られるカウント値を選択することができる。 A holding unit for holding the comparison result of the comparison unit is further provided, and the counting unit can select a count value obtained earlier and a count value obtained later based on the held comparison result.
前記生成部は、前記画素リセットレベル読み出し時においては、第1の初期値から前記第1のゲインの第1の参照信号と第2の初期値から前記第2のゲインの第2の参照信号を生成し、前記画素データレベル読み出し時においては、前記第1の初期値から前記第1のゲインの第3の参照信号と前記第2の初期値から前記第2のゲインの第4の参照信号を生成することができる。 The generation unit outputs a first reference signal of the first gain from a first initial value and a second reference signal of the second gain from a second initial value at the time of reading the pixel reset level. When the pixel data level is generated and read, the third reference signal of the first gain from the first initial value and the fourth reference signal of the second gain from the second initial value are generated. Can be generated.
前記カウント部は、前記第1のゲインの一方の前記参照信号と他方の前記参照信号との間に、前記第2の参照信号が生成される場合、前記第1のゲインの一方の前記参照信号に基づく前記カウント値を保持し、他方の前記参照信号に基づくカウント時にカウント値の初期値とすることができる。 When the second reference signal is generated between the one reference signal of the first gain and the other reference signal of the first gain, the count unit is one of the reference signals of the first gain. The count value based on the reference value can be held, and the count value can be used as an initial value when counting based on the other reference signal.
前記第1のゲインと前記第2のゲインのうち、大きい方の前記参照信号による前記画素リセットレベル読み出し時と前記画素データレベル読み出し時の前記カウント処理を隣接するタイミングで行うことができる。 Of the first gain and the second gain, the count processing at the time of reading the pixel reset level and the reading of the pixel data level by the larger reference signal can be performed at adjacent timings.
前記カウント部により選択された前記カウント値の前記ゲインに基づいて、前記第1のゲインの前記参照信号と前記第2のゲインの前記参照信号の大きさによるデジタル値分解能の差を補正する補正部をさらに備えることができる。 Based on the gain of the count value selected by the count unit, a correction unit that corrects a difference in digital value resolution depending on the magnitude of the reference signal of the first gain and the reference signal of the second gain Can further be provided.
前記カウント部は、前記第1のゲインと前記第2のゲインの比の分だけ倍にして前記カウントを行うことができる。 The counting unit can perform the counting by multiplying by a ratio of the first gain and the second gain.
前記生成部は、前記画素データレベル読み出し時においては、前記第1のゲインの前記参照信号と前記第2のゲインの前記参照信号のうちの一方の生成を省略して、他方だけを生成し、生成された前記他方の参照信号に基づく前記カウント値から光学的黒レベルのデータが減算されることができる。 The generation unit omits generation of one of the reference signal of the first gain and the reference signal of the second gain at the time of reading out the pixel data level, and generates only the other, Optical black level data can be subtracted from the count value based on the other reference signal generated.
本技術に係る撮像装置は、画素から得られるアナログの画素信号のレベルをデジタルデータに変換するための参照信号であって、第1のゲインの前記参照信号と、前記第1のゲインと異なる第2のゲインの前記参照信号を、画素リセットレベル読み出し時と画素データレベル読み出し時に生成する生成部と、前記アナログの画素信号のレベルと前記参照信号とを比較する比較部と、前記比較部での比較処理と並行してカウント処理を行ない、前記第1のゲインの前記参照信号または前記第2のゲインの前記参照信号の比較処理が完了した時点のカウント値を前記デジタルデータとして取得するカウント部とである。 The imaging device according to the present technology is a reference signal for converting the level of an analog pixel signal obtained from a pixel into digital data, and the reference signal having a first gain is different from the first gain. A generating unit that generates the reference signal having a gain of 2 at the time of pixel reset level reading and pixel data level reading, a comparison unit that compares the level of the analog pixel signal and the reference signal, and A counting unit that performs a counting process in parallel with the comparison process, and obtains a count value at the time when the comparison process of the reference signal of the first gain or the reference signal of the second gain is completed as the digital data; It is.
本技術に係る撮像方法は、画素から得られるアナログの画素信号のレベルをデジタルデータに変換するための参照信号であって、第1のゲインの前記参照信号と、前記第1のゲインと異なる第2のゲインの前記参照信号を、画素リセットレベル読み出し時と画素データレベル読み出し時に生成し、前記アナログの画素信号のレベルと前記参照信号とを比較し、前記比較処理と並行してカウント処理を行ない、前記第1のゲインの前記参照信号または前記第2のゲインの前記参照信号の比較処理が完了した時点のカウント値を前記デジタルデータとして取得する撮像方法である。 The imaging method according to the present technology is a reference signal for converting the level of an analog pixel signal obtained from a pixel into digital data, and the reference signal having a first gain is different from the first gain. The reference signal having a gain of 2 is generated when the pixel reset level is read and when the pixel data level is read, the level of the analog pixel signal is compared with the reference signal, and the count process is performed in parallel with the comparison process. In the imaging method, the count value at the time when the comparison process of the reference signal of the first gain or the reference signal of the second gain is completed is acquired as the digital data.
本技術に係る固体撮像装置においては、生成部が、画素から得られるアナログの画素信号のレベルをデジタルデータに変換するための参照信号であって、第1のゲインの前記参照信号と、前記第1のゲインと異なる第2のゲインの前記参照信号を、画素リセットレベル読み出し時と画素データレベル読み出し時に生成し、比較部が、前記アナログの画素信号のレベルと前記参照信号とを比較し、カウント部が、前記比較処理と並行してカウント処理を行ない、前記第1のゲインの前記参照信号または前記第2のゲインの前記参照信号の比較処理が完了した時点のカウント値を前記デジタルデータとして取得する。 In the solid-state imaging device according to the present technology, the generation unit is a reference signal for converting the level of the analog pixel signal obtained from the pixel into digital data, the reference signal having a first gain, and the first gain The reference signal having a second gain different from the gain of 1 is generated when the pixel reset level is read and the pixel data level is read, and the comparison unit compares the level of the analog pixel signal with the reference signal, and counts The unit performs a count process in parallel with the comparison process, and obtains the count value at the time when the comparison process of the reference signal of the first gain or the reference signal of the second gain is completed as the digital data To do.
本技術によれば、正確にAD変換処理を行うことができる。 According to the present technology, it is possible to accurately perform AD conversion processing.
以下、本技術を実施するための形態(以下、実施の形態という)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1 固体撮像装置の全体概要
2 参照信号生成部とカラムAD回路の詳細
3 画素部の構成
4 電圧比較部とカウンタ部の構成
5 カウント実行部の構成
6 AD変換の動作
7 撮像装置
8 その他
Hereinafter, modes for carrying out the present technology (hereinafter referred to as embodiments) will be described. The description will be given in the following order.
1 Overview of Solid-
本技術は、物理量分布検知の半導体装置の一例である固体撮像装置およびこの固体撮像装置を利用した撮像装置に関する。固体撮像装置は、例えば光や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が配列されている。そして、単位構成要素によって電気信号に変換された物理量分布がアナログの電気信号として読み出され、デジタルデータに変換してから、外部に出力される。 The present technology relates to a solid-state imaging device which is an example of a semiconductor device for physical quantity distribution detection, and an imaging device using the solid-state imaging device. In the solid-state imaging device, for example, a plurality of unit components that are sensitive to electromagnetic waves input from the outside such as light and radiation are arranged. The physical quantity distribution converted into an electric signal by the unit component is read out as an analog electric signal, converted into digital data, and then output to the outside.
以下、図面を参照して本技術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、CMOS固体撮像装置をデバイスとして使用した場合を例に説明する。また、CMOS固体撮像装置は、全ての画素がNMOSよりなるものであるとして説明する。 Hereinafter, embodiments of the present technology will be described in detail with reference to the drawings. In the following, a case where a CMOS solid-state imaging device, which is an example of an XY address type solid-state imaging device, is used as a device will be described as an example. The CMOS solid-state imaging device will be described on the assumption that all pixels are made 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。光や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する単位構成要素をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してな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. All the semiconductor device for physical quantity distribution detection in which a plurality of unit components that are sensitive to electromagnetic waves input from outside such as light and radiation are arranged in a line or matrix form, and all implementations described later. The form of can be similarly applied.
<固体撮像装置の全体概要> <Overview of solid-state imaging device>
図1は、本技術の固体撮像装置の一実施の形態であるCMOS固体撮像装置の概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a CMOS solid-state imaging device which is an embodiment of the solid-state imaging device of the present technology.
固体撮像装置1は、入射光量に応じた信号を出力する受光素子(電荷生成部の一例)を含む複数個の画素が行および列に配列された(すなわち2次元マトリクス状の)画素部を有する。また固体撮像装置1は、各画素からの信号出力が電圧信号であって、CDS(Correlated Double Sampling ;相関2重サンプリング)処理機能部やデジタル変換部(ADC;Analog Digital Converter)などが列並列に設けられているものである。
The solid-
“列並列にCDS処理機能部やデジタル変換部が設けられている”とは、垂直列の垂直信号線(列信号線の一例)19に対して実質的に並列に複数のCDS処理機能部やデジタル変換部が設けられていることを意味する。 “A CDS processing function unit and a digital conversion unit are provided in parallel in a column” means that a plurality of CDS processing function units in substantially parallel to a vertical signal line (an example of a column signal line) 19 in a vertical column This means that a digital conversion unit is provided.
複数の各機能部は、デバイスを平面視したときに、ともに画素アレイ部10に対して列方向の一方の端縁側(図1の下側に配されている出力側)にのみ配されている形態のものであってもよい。あるいは、画素アレイ部10に対して列方向の一方の端縁側(図1の下側に配されている出力側)とその反対側である他方の端縁側(図1の上側)に分けて配されている形態のものであってもよい。後者の場合、行方向の読出走査(水平走査)を行なう水平走査部も、各端縁側に分けて配して、それぞれが独立に動作可能に構成するのがよい。
Each of the plurality of functional units is disposed only on one end side in the column direction with respect to the pixel array unit 10 (an output side disposed on the lower side in FIG. 1) when the device is viewed in plan. It may be in the form. Alternatively, the
例えば、列並列にCDS処理機能部やデジタル変換部が設けられている典型例としては、撮像部の出力側に設けたカラム領域と呼ばれる部分に、CDS処理機能部やデジタル変換部を垂直列ごとに設け、順次出力側に読み出すカラム型のものである。また、カラム型(列並列型)に限らず、隣接する複数(例えば2つ分)の垂直信号線19(垂直列)に対して1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態を採ることもできる。さらに、N本おき(Nは正の整数;間にN−1本を配する)のN本分の垂直信号線19(垂直列)に対して1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態などを採ることもできる。 For example, as a typical example in which a CDS processing function unit and a digital conversion unit are provided in parallel in a column, a CDS processing function unit and a digital conversion unit are arranged for each vertical column in a portion called a column area provided on the output side of the imaging unit. And is a column type that sequentially reads out to the output side. Further, not only the column type (column parallel type) but also a mode in which one CDS processing function unit or digital conversion unit is assigned to a plurality of adjacent (for example, two) vertical signal lines 19 (vertical columns). You can also. Further, one CDS processing function unit or digital conversion unit is allocated to every N vertical signal lines 19 (vertical columns) every N (N is a positive integer; N-1 in between). Forms can also be taken.
カラム型を除くものは、何れの形態も、複数の垂直信号線19(垂直列)が1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を共通に使用する構成となる。そこで、画素アレイ部10側から供給される複数列分の画素信号を1つのCDS処理機能部やデジタル変換部に供給する切替回路(スイッチ)が設けられる。なお、後段の処理によっては、出力信号を保持するメモリを設けるなどの対処が必要になる。
Except for the column type, in any form, a plurality of vertical signal lines 19 (vertical columns) commonly use one CDS processing function unit and digital conversion unit. Therefore, a switching circuit (switch) that supplies pixel signals for a plurality of columns supplied from the
何れにしても、複数の垂直信号線19(垂直列)に対して1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態などを採ることができる。これにより、各画素信号の信号処理を画素列単位で読み出した後に行なうことで、同様の信号処理を各単位画素内で行なうものに比べて、各単位画素内の構成を簡素化することができる。また、イメージセンサの多画素化、小型化、低コスト化などに対応できる。 In any case, it is possible to adopt a form in which one CDS processing function unit or digital conversion unit is assigned to a plurality of vertical signal lines 19 (vertical columns). Thereby, the signal processing of each pixel signal is performed after being read out in units of pixel columns, so that the configuration in each unit pixel can be simplified as compared with the case where similar signal processing is performed in each unit pixel. . In addition, it is possible to cope with the increase in the number of pixels, the size reduction, and the cost reduction of the image sensor.
さらに、列並列に配された複数の信号処理部にて1行分の画素信号を同時並行処理することができるので、出力回路側やデバイスの外部で1つのCDS処理機能部やデジタル変換部にて処理を行なう場合に比べて、信号処理部を低速で動作させることができる。そして、消費電力や帯域性能やノイズなどの面で有利である。逆に言えば、消費電力や帯域性能などを同じにする場合、センサ全体の高速動作が可能となる。 In addition, one row of pixel signals can be processed in parallel by a plurality of signal processing units arranged in parallel in a column, so that one CDS processing function unit or digital conversion unit can be provided on the output circuit side or outside the device. Therefore, the signal processing unit can be operated at a lower speed than when processing is performed. This is advantageous in terms of power consumption, bandwidth performance, noise, and the like. In other words, when the power consumption and bandwidth performance are the same, the entire sensor can be operated at high speed.
なお、カラム型の構成の場合、低速で動作させることができ消費電力や帯域性能やノイズなどの面で有利であるとともに切替回路(スイッチ)が不要である利点もある。以下の実施の形態では、特に断りのない限り、このカラム型で説明する。 In the case of a column type configuration, it can be operated at a low speed, which is advantageous in terms of power consumption, bandwidth performance, noise, and the like, and has an advantage that a switching circuit (switch) is unnecessary. In the following embodiments, this column type will be described unless otherwise specified.
図1に示すように、本実施の形態の固体撮像装置1は、複数の単位画素3が行および列に配列された画素部や撮像部などとも称される画素アレイ部10、画素アレイ部10の外側に設けられた駆動制御部7、画素アレイ部10の単位画素3に画素信号読出用の動作電流(読出電流)を供給する読出電流源部24、垂直列ごとに配されたカラムAD回路25を有するカラム処理部26、AD変換用の参照信号Vslopを生成し、カラム処理部26に供給する参照信号生成部27、および出力部29を備えている。これらの各機能部は、同一の半導体基板上に設けられている。
As shown in FIG. 1, the solid-
なお、参照信号Vslopは、全体的にある傾きを持って線形に変化する波形(例えばランプ波形)を持つ信号であればよく、その変化が滑らかなスロープ状を呈するものであってもよいし、階段状に順次変化するものであってもよい。 The reference signal Vslop may be a signal having a waveform (for example, a ramp waveform) that changes linearly with a certain slope as a whole, and the change may have a smooth slope shape. It may be one that changes stepwise.
本実施の形態のカラムAD回路25は、画素信号Soの基準レベルであるリセットレベルSrst と信号レベルSsig とを独立にデジタルデータに変換するAD変換部の機能を備えている。また、カラムAD回路25は、差分処理部の機能を備えている。すなわち、リセットレベルSrst のAD変換結果と信号レベルSsig のAD変換結果との間で差分処理を実行することで、リセットレベルSrst と信号レベルSsig の差で示される信号成分のデジタルデータを取得する機能を備えている。 The column AD circuit 25 according to the present embodiment has a function of an AD converter that converts the reset level Srst and the signal level Ssig, which are reference levels of the pixel signal So, into digital data independently. Further, the column AD circuit 25 has a function of a difference processing unit. That is, a function of acquiring digital data of a signal component indicated by a difference between the reset level Srst and the signal level Ssig by executing a difference process between the AD conversion result of the reset level Srst and the AD conversion result of the signal level Ssig. It has.
なお、カラム処理部26の前段または後段には、必要に応じて信号増幅機能を持つAGC(Auto Gain Control) 回路などをカラム処理部26と同一の半導体領域に設けることも可能である。カラム処理部26の前段でAGCを行なう場合にはアナログ増幅、カラム処理部26の後段でAGCを行なう場合にはデジタル増幅となる。nビットのデジタルデータを単純に増幅してしまうと、階調が損なわれてしまう可能性があるため、どちらかというとアナログにて増幅した後にデジタル変換するのが好ましいと考えられる。
In addition, an AGC (Auto Gain Control) circuit having a signal amplification function or the like can be provided in the same semiconductor region as the
駆動制御部7は、画素アレイ部10の信号を順次読み出すための制御回路機能を備えている。例えば駆動制御部7としては、列アドレスや列走査を制御する水平走査回路(列走査回路)12と、行アドレスや行走査を制御する垂直走査回路(行走査回路)14と、内部クロックを生成するなどの機能を持つ通信・タイミング制御部20とを備えている。
The drive control unit 7 has a control circuit function for sequentially reading signals from the
なお、図示を省略するが、高速クロック生成部の一例であって、入力されたクロック周波数よりも高速のクロック周波数のパルスを生成するクロック変換部を設けるようにしてもよい。通信・タイミング制御部20は、端子5aを介して入力される入力クロック(マスタークロック)CLK0やクロック変換部で生成された高速クロックに基づいて内部クロックを生成する。
Although not shown in the drawing, a clock conversion unit that is an example of a high-speed clock generation unit and generates a pulse having a clock frequency faster than the input clock frequency may be provided. The communication /
クロック変換部で生成された高速クロックを源とする信号を用いることで、AD変換処理などを高速に動作させることができるようになる。また、高速クロックを用いて、高速の計算を必要とする動き抽出や圧縮処理を行なうことができる。さらに、カラム処理部26から出力されるパラレルデータをシリアルデータ化してデバイス外部に映像データD1を出力することもできる。こうすることで、AD変換されたデジタルデータのビット分よりも少ない端子で高速動作出力する構成を採ることができる。
By using a signal derived from the high-speed clock generated by the clock converter, AD conversion processing and the like can be operated at high speed. Also, motion extraction and compression processing requiring high-speed calculation can be performed using a high-speed clock. Furthermore, the parallel data output from the
図1では、簡単のため行および列の一部を省略して示しているが、現実には、各行や各列には、数十から数千の単位画素3が配置される。この単位画素3は、典型的には、受光素子(電荷生成部)としてのフォトダイオードと、増幅用の半導体素子(例えばトランジスタ)を有する画素内アンプとから構成される。
In FIG. 1, some of the rows and columns are omitted for the sake of simplicity, but in reality, tens to thousands of
画素内アンプとしては、単位画素3の電荷生成部で生成・蓄積された信号電荷を電気信号として出力することができるものであればよく、様々な構成を採ることができるが、一般的には、フローティングディフュージョンアンプ構成のものが用いられる。例えば、電荷生成部に対して、電荷読出部(転送ゲート部/読出ゲート部)の一例である読出選択用トランジスタ、リセットゲート部の一例であるリセットトランジスタ、垂直選択用トランジスタ、およびフローティングディフュージョンの電位変化を検知する検知素子の一例であるソースフォロア構成の増幅用トランジスタを有する、CMOSセンサとして汎用的な4つのトランジスタからなる構成のものを使用することができる(例えば後述の図2を参照)。
The intra-pixel amplifier is not limited as long as it can output the signal charge generated and accumulated in the charge generation unit of the
あるいは、特許第2708455号公報に記載のように、電荷生成部により生成された信号電荷に対応する信号電圧を増幅するための、ドレイン線(DRN)に接続された増幅用トランジスタと、電荷生成部をリセットするためのリセットトランジスタと、垂直シフトレジスタより転送配線(TRF)を介して走査される読出選択用トランジスタ(転送ゲート部)を有する、3つのトランジスタからなる構成のものを使用することもできる。 Alternatively, as described in Japanese Patent No. 2708455, an amplifying transistor connected to a drain line (DRN) for amplifying a signal voltage corresponding to the signal charge generated by the charge generating unit, and the charge generating unit It is also possible to use a transistor composed of three transistors, each having a reset transistor for resetting and a read selection transistor (transfer gate portion) scanned from a vertical shift register via a transfer wiring (TRF). .
なお、固体撮像装置1は、色分解(色分離)フィルタを使用することで、画素アレイ部10をカラー撮像対応にすることができる。すなわち、画素アレイ部10における各電荷生成部(フォトダイオードなど)の電磁波(本例では光)が入射される受光面に、カラー画像を撮像するための複数色の色フィルタの組合せからなる色分解フィルタの何れかの色フィルタを、例えばいわゆるベイヤ(Bayer)配列などにして設けることで、カラー画像撮像対応とする。
Note that the solid-
単位画素3は、行選択のための行制御線15を介して垂直走査部14と、また垂直信号線19を介してカラムAD回路25が垂直列ごとに設けられているカラム処理部26と、それぞれ接続されている。ここで、行制御線15は垂直走査部14から画素に入る配線全般を示す。
The
水平走査回路12は、カラム処理部26からカウント値を水平信号線18へ読み出す読出走査部の機能を持つ。
The
水平走査部12や垂直走査回路14などの駆動制御部7の各要素は、画素アレイ部10とともに、半導体集積回路製造技術と同様の技術を用いて単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成され、半導体システムの一例である固体撮像装置として構成される。
Each element of the drive control unit 7 such as the
これらの各機能部は、半導体集積回路製造技術と同様の技術を用いて単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成されたいわゆる1チップもの(同一の半導体基板上に設けられているもの)として、半導体システムの一例であるCMOSイメージセンサとして、本実施の形態の固体撮像装置1の一部をなすように構成される。
Each of these functional units is a so-called one-chip unit (provided on the same semiconductor substrate) integrally formed in a semiconductor region such as single crystal silicon using a technique similar to the semiconductor integrated circuit manufacturing technique. As a CMOS image sensor which is an example of a semiconductor system, the solid-
なお、固体撮像装置1は、このように各部が半導体領域に一体的に形成された1チップとして形成された形態であってもよい。また、図示を省略するが、画素アレイ部10、駆動制御部7、カラム処理部26などの各種の信号処理部の他に、撮影レンズ、光学ローパスフィルタ、あるいは赤外光カットフィルタなどの光学系をも含む状態で、これらを纏めてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態としてもよい。
In addition, the solid-
水平走査部12や垂直走査部14は、例えばデコーダを含んで構成され、通信・タイミング制御部20から与えられる制御信号CN1,CN2に応答してシフト動作(走査)を開始するようになっている。このため、例えば、行制御線15には、単位画素3を駆動するための種々のパルス信号(例えば、画素リセットパルスRST 、転送パルスTRG 、ドレイン線制御パルスDRN など)が含まれる。
The
通信・タイミング制御部20は、図示しないが、各部の動作に必要なクロックや所定タイミングのパルス信号を供給するタイミングジェネレータTG(読出アドレス制御装置の一例)の機能ブロックを有する。また通信・タイミング制御部20は、端子5aを介して外部の主制御部(例えば後述する図16のカメラ制御部900)から供給されるマスタークロックCLK0を受け取り、また端子5bを介して外部の主制御部から供給される動作モードなどを指令するデータを受け取り、さらに固体撮像装置1の情報を含むデータを外部の主制御部に出力する通信インタフェースの機能ブロックを備える。
Although not shown, the communication /
例えば、水平アドレス信号を水平デコーダ12aへ、また垂直アドレス信号を垂直デコーダ14aへ出力し、各デコーダ12a,14aは、それを受けて対応する行もしくは列を選択する。
For example, the horizontal address signal is output to the
この際、単位画素3を2次元マトリックス状に配置してあるので、画素信号生成部5により生成され垂直信号線19を介して列方向に出力されるアナログの画素信号を行単位で(列並列で)アクセスし取り込む(垂直)スキャン読みが行なわれる。そしてその後に、垂直列の並び方向である行方向にアクセスし画素信号(本例ではデジタル化された画素データ)を出力側へ読み出す(水平)スキャン読みを行なうようにすることで、画素信号や画素データの読出しの高速化を図るのがよい。もちろん、スキャン読みに限らず、読み出したい単位画素3を直接にアドレス指定することで、必要な単位画素3の情報のみを読み出すランダムアクセスも可能である。
At this time, since the
また、通信・タイミング制御部20では、端子5aを介して入力される入力クロック(マスタークロック)CLK0と同じ周波数のクロックCLK1や、それを2分周したクロックやより分周した低速のクロックをデバイス内の各部、例えば水平走査部12、垂直走査部14、カラム処理部26などに供給する。以下、2分周したクロックやそれ以下の周波数のクロック全般を纏めて、低速クロックCLK2とも言う。
In the communication /
垂直走査部14は、画素アレイ部10の行を選択し、その行に必要なパルスを供給するものである。例えば、垂直方向の読出行を規定する(画素アレイ部10の行を選択する)垂直デコーダ14aと、垂直デコーダ14aにて規定された読出アドレス上(行方向)の単位画素3に対する行制御線15にパルスを供給して駆動する垂直駆動部14bとを有する。なお、垂直デコーダ14aは、信号を読み出す行の他に、電子シャッタ用の行なども選択する。
The
水平走査部12は、低速クロックCLK2に同期してカラム処理部26のカラムAD回路25を順番に選択し、その信号を水平信号線(水平出力線)18に導くものである。例えば、水平方向の読出列を規定する(カラム処理部26内の個々のカラムAD回路25を選択する)水平デコーダ12aと、水平デコーダ12aにて規定された読出アドレスに従って、カラム処理部26の各信号を水平信号線18に導く水平駆動部12bとを有する。なお、水平信号線18は、例えばカラムAD回路25が取り扱うビット数n(nは正の整数)分、例えば10(=n)ビットならば、そのビット数分に対応して10本配置される。
The
このような構成の固体撮像装置1において、単位画素3から出力された画素信号は、垂直列ごとに、垂直信号線19を介して、カラム処理部26のカラムAD回路25に供給される。
In the solid-
カラム処理部26の各カラムAD回路25は、1列分の画素のアナログ信号Soを受けて、そのアナログ信号Soを処理する。例えば、各カラムAD回路25は、アナログ信号を、例えば低速クロックCLK2を用いて、例えば10ビットのデジタル信号に変換するADC回路を持つ。
Each column AD circuit 25 of the
カラム処理部26におけるAD変換処理としては、行単位で並列に保持されたアナログ信号を、列ごとに設けられたカラムAD回路25を使用して、行ごとに並列にAD変換する方法を採る。この際には、シングルスロープ積分型(あるいはランプ信号比較型)のAD変換の手法を使用する。この手法は、簡単な構成でAD変換器が実現できるため、並列に設けても回路規模が大きくならないという特徴を有している。
As the AD conversion processing in the
シングルスロープ積分型のAD変換に当たっては、変換開始から参照信号Vslopと処理対象信号電圧とが一致するまでの時間に基づいて、アナログの処理対象信号をデジタル信号に変換する。このための仕組みとしては、原理的には、コンパレータ(電圧比較部252)にランプ状の参照信号Vslopを供給するとともに、クロック信号でのカウント(計数)を開始する。そして、垂直信号線19を介して入力されたアナログの画素信号を参照信号Vslopと比較することによって、比較結果を示すパルス信号が得られるまでのクロック数をカウントすることでAD変換を行なう。
In the single slope integration type AD conversion, the analog processing target signal is converted into a digital signal based on the time from the start of conversion until the reference signal Vslop matches the processing target signal voltage. As a mechanism for this, in principle, a ramp-like reference signal Vslop is supplied to the comparator (voltage comparison unit 252), and counting with the clock signal is started. Then, the analog pixel signal input via the
また、この際、回路構成を工夫することで、AD変換とともに、いわゆるCDS処理を行うことができる。すなわち、垂直信号線19を介して入力された電圧モードの画素信号に対して、画素リセット直後の信号レベル(ノイズレベルもしくはリセットレベルと称する)と真の(受光光量に応じた)信号レベルVsig との差分をとる処理を行なうことができる。これにより、固定パターンノイズ(FPN;Fixed Pattern Noise )やリセットノイズと言われるノイズ信号成分を取り除くことができる。
At this time, by devising the circuit configuration, so-called CDS processing can be performed together with AD conversion. That is, for the voltage mode pixel signal input via the
<参照信号生成部とカラムAD回路の詳細> <Details of reference signal generator and column AD circuit>
参照信号生成部27は、DA変換回路(DAC;Digital Analog Converter)27aを有して構成されている。参照信号生成部27は、通信・タイミング制御部20からの制御データCN4で示される初期値からカウントクロックCKdac に同期して、階段状の鋸歯状波である参照信号Vslopを生成する。生成された階段状の鋸歯状波の参照信号Vslopは、カラム処理部26の個々のカラムAD回路25に、AD変換用の参照電圧(ADC基準信号)として供給される。なお、図示を省略しているが、ノイズ防止用のフィルタを設けるとよい。
The reference
なお、この参照信号Vslopは、例えば逓倍回路で生成される逓倍クロックを基に生成される高速クロックを基準とすることで、端子5aを介して入力されるマスタークロックCLK0に基づき生成するよりも高速に変化させることができる。
The reference signal Vslop is faster than the reference signal Vslop generated based on the master clock CLK0 input via the
通信・タイミング制御部20から参照信号生成部27のDA変換回路27aに供給する制御データCN4は、比較処理ごとの参照信号Vslopが基本的には同じ傾き(変化率)となるように、時間に対するデジタルデータの変化率を同じにする情報も含んでいる。具体的には、カウントクロックCKdac に同期して、単位時間ごとに1ずつカウント値を変化させ、そのカウント値を電流加算型のDA変換回路で電圧信号に変換するようにする。
The control data CN4 supplied from the communication /
本実施の形態のDA変換回路27aは、通信・タイミング制御部20の制御の下で参照信号Vslopの変化特性(具体的には傾き)を変更可能になっている。
The DA conversion circuit 27a of the present embodiment can change the change characteristic (specifically, the slope) of the reference signal Vslop under the control of the communication /
参照信号Vslopの傾き調整は、例えばカウントクロックCKdac の周波数(クロック周期)を変更する手法を採ることで、高精度に調整することができる。例えば、DA変換回路27aに供給するカウントクロックCKdac を、カウントクロックCKOと同じにしたり、カウントクロックCKOに対して2倍速、4倍速にするなど、カウントクロックCKOに対して2^k倍速にすることができる。なお、「^」は、べき乗を表す。 The inclination of the reference signal Vslop can be adjusted with high accuracy by adopting, for example, a method of changing the frequency (clock period) of the count clock CKdac. For example, the count clock CKdac supplied to the DA converter circuit 27a is set to the same speed as the count clock CKO, or double speed or quadruple speed with respect to the count clock CKO. Can do. “^” Represents a power.
なお、ここで示した参照信号Vslopの傾き変更手法は一例であって、このような手法に限定されない。例えば、参照信号生成部27に与えるカウントクロックCKdac の周期を一定にしつつ、カウンタ出力値をx、制御データCN4に含まれている参照信号Vslopの傾き(変化率)をβ、電位の初期値をαとして、次式(1)によって算出される電位yを出力することができる。
y=α−β*x (1)
Note that the method of changing the slope of the reference signal Vslop shown here is an example, and the method is not limited to such a method. For example, while keeping the cycle of the count clock CKdac given to the
y = α−β * x (1)
また、制御データCN4に含まれているランプ電圧の傾き(変化率)を指示する情報により、1つのカウントクロックCKdac ごとの電圧変化分ΔSLPを調整するなど、任意の回路を用いることができる。参照信号Vslopの傾きの調整は、例えばクロック周期を変える以外に、単位電流源の電流量を変えることによって、クロック当たりのΔSLPを調整することでも実現できる。 Further, an arbitrary circuit can be used such as adjusting the voltage change ΔSLP for each count clock CKdac based on the information indicating the slope (rate of change) of the lamp voltage included in the control data CN4. The adjustment of the slope of the reference signal Vslop can be realized by adjusting ΔSLP per clock by changing the current amount of the unit current source, for example, in addition to changing the clock cycle.
カラムAD回路25は、電圧比較部(コンパレータ)252とカウンタ部254とを備えて構成され、nビットAD変換機能を有している。電圧比較部(コンパレータ)252は、参照信号生成部27のDA変換回路27aで生成される参照信号Vslopと、行制御線15(V0,V1,…)ごとに単位画素3から垂直信号線19(H0,H1,…)を経由し得られるアナログの画素信号を比較する。カウンタ部254は、電圧比較部252が比較処理を完了するまでの時間をカウントし、その結果を保持する。
The column AD circuit 25 includes a voltage comparison unit (comparator) 252 and a
本実施の形態では、列ごとに配された電圧比較部252にDA変換回路27aから参照信号Vslopが共通に供給され、各電圧比較部252が処理を担当する画素信号電圧Vxについて、共通の参照信号Vslopを使用して比較処理を行なうようになっている。
In the present embodiment, the reference signal Vslop is commonly supplied from the DA converter circuit 27a to the
通信・タイミング制御部20は、電圧比較部252が画素信号のリセットレベルVrst と信号成分Vsig の何れについて比較処理を行なっているのかに応じてカウンタ部254におけるカウント処理のモードを切り替える制御部の機能を持つ。この通信・タイミング制御部20から各カラムAD回路25のカウンタ部254には、カウンタ部254がダウンカウントモードで動作するのかアップカウントモードで動作するのかを指示するため等の制御信号CN5が入力されている。制御信号CN5は、後述する図3のカウントモード制御信号UDC、データ保持制御パルスHLDC、カウントクロック制御信号TH等を含んでいる。
The communication /
電圧比較部252の一方の入力端子RAMPは、他の電圧比較部252の入力端子RAMPと共通にされている。この入力端子RAMPには、参照信号生成部27で生成される階段状の参照信号Vslopが入力され、他方の入力端子には、それぞれ対応する垂直列の垂直信号線19が接続され、画素アレイ部10からの画素信号電圧が個々に入力される。電圧比較部252の出力信号はカウンタ部254に供給される。
One input terminal RAMP of the
カウンタ部254のクロック端子CKには、他のカウンタ部254のクロック端子CKと共通に、通信・タイミング制御部20からカウントクロックCKOが入力されている。
The count clock CKO from the communication /
このカウンタ部254は、その構成については図示を省略するが、ラッチで構成されたデータ記憶部256の配線形態を同期カウンタ形式に変更することで実現でき、1本のカウントクロックCKOの入力で、内部カウントを行なうようになっている。カウントクロックCKOも、参照信号Vslopと同様に、逓倍回路で生成される逓倍クロック(高速クロック)を使用することができ、この場合、端子5aを介して入力されるマスタークロックCLK0を使用するよりも高分解能にできる。
The
カウンタ部254は、カウントモードに拘わらず共通のアップダウンカウンタ(U/D CNT)を用いて、ダウンカウント動作とアップカウント動作とを切り替えて(具体的には交互に)カウント処理を行なうことが可能に構成されている。
Regardless of the count mode, the
また、本実施の形態のカウンタ部254としては、カウント出力値がカウントクロックCKOに同期せずに出力される非同期カウンタを使用するのが好ましい。基本的には、同期カウンタを使用することもできるが、同期カウンタの場合、全てのフリップフロップ(カウンタ基本要素であって、例えば後述する図4のフリップフロップ511)の動作がカウントクロックCKOで制限される。よって、より高周波数動作が要求される場合には、カウンタ部254としては、その動作制限周波数が最初のフリップフロップ(カウンタ基本要素)の制限周波数でのみ決められるため高速動作に適する非同期カウンタの使用がより好ましいのである。
As the
カウンタ部254には、水平走査回路12から制御線12cを介して制御パルスが入力される。カウンタ部254は、カウント結果を保持するラッチ機能を有しており、制御線12cを介しての制御パルスによる指示があるまでは、カウンタ出力値を保持する。
A control pulse is input to the
個々のカラムAD回路25の出力側は、例えば、カウンタ部254の出力を水平信号線18に接続することができる。あるいは、図示のように、カウンタ部254の後段に、このカウンタ部254の保持したカウント結果を保持するnビットのメモリ装置としてのデータ記憶部256と、カウンタ部254とデータ記憶部256との間に配されたスイッチ258とを備える構成を採ることもできる。
On the output side of each column AD circuit 25, for example, the output of the
データ記憶部256を備える構成を採る場合、スイッチ258には、他の垂直列のスイッチ258と共通に、通信・タイミング制御部20から、所定のタイミングで、制御パルスとしてのメモリ転送指示パルスCN8が供給される。スイッチ258は、メモリ転送指示パルスCN8が供給されると、対応するカウンタ部254のカウント値をデータ記憶部256に転送する。データ記憶部256は、転送されたカウント値を保持・記憶する。
When the configuration including the data storage unit 256 is adopted, the switch 258 receives a memory transfer instruction pulse CN8 as a control pulse from the communication /
なお、カウンタ部254のカウント値を所定のタイミングでデータ記憶部256に保持させる仕組みは、両者間にスイッチ258を配する構成に限られない。例えば、カウンタ部254とデータ記憶部256とを直接に接続しつつ、カウンタ部254の出力イネーブルをメモリ転送指示パルスCN8で制御することで実現することもできる。あるいは、データ記憶部256のデータ取込タイミングを決めるラッチクロックとしてメモリ転送指示パルスCN8を用いることでも実現できる。
Note that the mechanism for holding the count value of the
データ記憶部256には、水平走査回路12から制御線12cを介して制御パルスが入力される。データ記憶部256は、制御線12cを介しての制御パルスによる指示があるまでは、カウンタ部254から取り込んだカウント値を保持する。
A control pulse is input to the data storage unit 256 from the
水平走査回路12は、カラム処理部26の各電圧比較部252とカウンタ部254とが、それぞれが担当する処理を行なうのと並行して、各データ記憶部256が保持していたカウント値を読み出す読出走査部の機能を持つ。
The
データ記憶部256の出力は、水平信号線18に接続されている。水平信号線18は、カラムAD回路25のビット幅であるnビット幅分の信号線を有し、図示しないそれぞれの出力線に対応したn個のセンス回路を経由して出力回路28に接続される。
The output of the data storage unit 256 is connected to the
特に、データ記憶部256を備えた構成とすれば、カウンタ部254が保持したカウント結果を、データ記憶部256に転送することができる。このため、カウンタ部254のカウント動作、すなわちAD変換処理と、カウント結果の水平信号線18への読出動作とを独立して制御可能であり、AD変換処理と外部への信号の読出動作とを並行して行なうパイプライン動作が実現できる。
In particular, if the data storage unit 256 is provided, the count result held by the
このような構成において、カラムAD回路25は、水平ブランキング期間に相当する画素信号読出期間において、カウント動作を行ない、所定のタイミングでカウント結果を出力する。すなわち、先ず、電圧比較部252では、参照信号生成部27からのランプ波形電圧の参照信号と、垂直信号線19を介して入力される画素信号電圧とを比較し、双方の電圧が同じになると、電圧比較部252のコンパレート出力が反転する。例えば、電圧比較部252は、電源電位などのHレベルをインアクティブ状態として、画素信号電圧と参照信号Vslopとが一致したときに、Lレベルのアクティブ状態へ遷移する。
In such a configuration, the column AD circuit 25 performs a count operation in the pixel signal readout period corresponding to the horizontal blanking period, and outputs a count result at a predetermined timing. That is, first, the
カウンタ部254は、参照信号生成部27から発せられるランプ波形電圧に同期してダウンカウントモードもしくはアップカウントモードでカウント動作を開始する。コンパレート出力の反転した情報がカウンタ部254に通知されると、カウンタ部254はカウント動作を停止し、その時点のカウント値を画素データとしてラッチ(保持・記憶)することでAD変換を完了する。
The
その後、カウンタ部254は、所定のタイミングで水平走査回路12から制御線12cを介して入力される水平選択信号CH(i)によるシフト動作に基づいて、記憶・保持した画素データを、順次、カラム処理部26外や画素アレイ部10を有するチップ外へ出力端子5cから出力する。
Thereafter, the
なお、本実施の形態の説明としては直接関連しないため特に図示しないが、その他の各種信号処理回路なども、固体撮像装置1の構成要素に含まれる。
Although not specifically illustrated because it is not directly related to the description of the present embodiment, other various signal processing circuits and the like are also included in the components of the solid-
<画素部の構成> <Configuration of pixel portion>
図2は、図1に示した単位画素3の構成例を示す図である。画素アレイ部10内の単位画素(画素セル)3の構成は、通常のCMOSイメージセンサと同様であり、本実施の形態では、CMOSセンサとして汎用的な4TR構成のものを使用することができる。また例えば、特許第2708455号公報に記載のように、3つのトランジスタからなる3TR構成のものを使用することもできる。もちろん、これらの画素構成は一例であり、通常のCMOSイメージセンサのアレイ構成であれば、何れのものでも使用できる。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the
画素内アンプとしては、例えばフローティングディフュージョンアンプ構成のものが用いられる。例えば、電荷生成部に対して、電荷読出部(転送ゲート部/読出ゲート部)の一例である読出選択用トランジスタ、リセットゲート部の一例であるリセットトランジスタ、垂直選択用トランジスタ、およびフローティングディフュージョンの電位変化を検知する検知素子の一例であるソースフォロア構成の増幅用トランジスタを有する、CMOSセンサとして汎用的な4つのトランジスタからなる構成(すなわち4TR構成)のものを使用することができる。 For example, a floating diffusion amplifier configuration is used as the intra-pixel amplifier. For example, with respect to the charge generation unit, potentials of a read selection transistor that is an example of a charge readout unit (transfer gate unit / read gate unit), a reset transistor that is an example of a reset gate unit, a vertical selection transistor, and a floating diffusion A CMOS sensor having a general-purpose four-transistor configuration (that is, a 4TR configuration) having an amplifying transistor having a source follower configuration, which is an example of a detection element for detecting a change, can be used.
例えば、図2に示す4TR構成の単位画素3は、光を受光して電荷に変換する光電変換機能とともに、その電荷を蓄積する電荷蓄積機能の各機能を兼ね備えた電荷生成部32を有する。そして、電荷生成部32に対して、電荷読出部(転送ゲート部/読出ゲート部)の一例である読出選択用トランジスタ(転送トランジスタ)34、リセットゲート部の一例であるリセットトランジスタ36、垂直選択用トランジスタ40、およびフローティングディフュージョン38の電位変化を検知する検知素子の一例であるソースフォロア構成の増幅用トランジスタ42を有する。
For example, the
この単位画素3は、電荷蓄積部の機能を備えた電荷注入部の一例であるフローティングディフュージョン38とからなるFDA(Floating Diffusion Amp)構成の画素信号生成部5を有するものとなっている。フローティングディフュージョン38は寄生容量を持った拡散層である。
The
読出選択用トランジスタ(第2の転送部)34は、転送信号φTRGが供給される転送駆動バッファBF1により転送配線(読出選択線TX)55を介して駆動されるようになっている。リセットトランジスタ36は、リセット信号φRSTが供給されるリセット駆動バッファBF2によりリセット配線(RST)56を介して駆動されるようになっている。垂直選択用トランジスタ40は、垂直選択信号φVSELが供給される選択駆動バッファBF3により垂直選択線(SEL)52を介して駆動されるようになっている。各駆動バッファは、垂直走査部14の垂直駆動部14bによって駆動可能になっている。
The read selection transistor (second transfer unit) 34 is driven via a transfer wiring (read selection line TX) 55 by a transfer drive buffer BF1 to which a transfer signal φTRG is supplied. The
画素信号生成部5におけるリセットトランジスタ36は、ソースがフローティングディフュージョン38に、ドレインが電源Vddにそれぞれ接続され、ゲート(リセットゲートRG)には画素リセットパルスRST がリセット駆動バッファから入力される。
The
垂直選択用トランジスタ40は、一例として、ドレインが増幅用トランジスタ42のソースに、ソースが画素線51にそれぞれ接続され、ゲート(特に垂直選択ゲートSELVという)が垂直選択線52に接続されている。なおこのような接続構成に限らず、ドレインが電源Vddに、ソースが増幅用トランジスタ42のドレインにそれぞれ接続され、垂直選択ゲートSELVが垂直選択線52に接続されるようにしてもよい。
For example, in the
垂直選択線52には、垂直選択信号SELが印加される。増幅用トランジスタ42は、ゲートがフローティングディフュージョン38に接続され、ドレインが垂直選択用トランジスタ40を介して電源Vddに、ソースは画素線51に接続され、さらに垂直信号線53(19)に接続されるようになっている。
A vertical selection signal SEL is applied to the
さらに垂直信号線53は、その一端がカラム処理部26側に延在するとともに、その経路において、読出電流源部24が接続され、増幅用トランジスタ42との間で、略一定の動作電流(読出電流)が供給されるソースフォロワ構成が採られるようになっている。
Further, one end of the
具体的には、読出電流源部24は、各垂直列に設けられたNMOS型のトランジスタ(特に負荷MOSトランジスタという)242と、全垂直列に対して共用される電流生成部245およびゲートおよびドレインが共通に接続されソースがソース線248に接続されたNMOS型のトランジスタ246を有する基準電流源部244とを備えている。
Specifically, the read
各負荷MOSトランジスタ242は、ドレインが対応する列の垂直信号線53に接続され、ソースが接地線であるソース線248に共通に接続されている。これにより、各垂直列の負荷MOSトランジスタ242は基準電流源部244のトランジスタ246との間でゲート同士が接続されカレントミラー回路を構成し、垂直信号線19に対し電流源として機能するように接続されている。
Each
ソース線248は、水平方向の端部(図1の左右の垂直列)で基板バイアスである接地(GND)に接続され、負荷MOSトランジスタ242の接地に対する動作電流(読出電流)が、チップの左右両端から供給されるような構成となっている。
The
電流生成部245には、必要時にのみ所定電流を出力するようにするための負荷制御信号SFLACTが、図示しない負荷制御部から供給されるようになっている。電流生成部245は、信号読出し時には、負荷制御信号SFLACTのアクティブ状態が入力されることで、各増幅用トランジスタ42に接続された負荷MOSトランジスタ242によって、予め決められた定電流を流し続けるようになっている。つまり、負荷MOSトランジスタ242は、選択行の増幅用トランジスタ42とソースフォロアを組んで読出電流を増幅用トランジスタ42に供給することで垂直信号線53への信号出力をさせる。
A load control signal SFLACT for outputting a predetermined current only when necessary is supplied to the
このような4TR構成では、フローティングディフュージョン38は増幅用トランジスタ42のゲートに接続されている。その結果、増幅用トランジスタ42はフローティングディフュージョン38の電位(以下FD電位という)に対応した信号を電圧モードで、画素線51を介して垂直信号線19(53)に出力する。
In such a 4TR configuration, the floating
リセットトランジスタ36は、フローティングディフュージョン38をリセットする。読出選択用トランジスタ(転送トランジスタ)34は、電荷生成部32にて生成された信号電荷をフローティングディフュージョン38に転送する。垂直信号線19には多数の画素が接続されているが、画素を選択するのには、選択画素のみ垂直選択用トランジスタ40をオンする。すると選択画素のみが垂直信号線19と接続され、垂直信号線19には選択画素の信号が出力される。
The
<電圧比較部とカウンタ部の構成> <Configuration of voltage comparison unit and counter unit>
図3は、電圧比較部252およびカウンタ部254の構成を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram illustrating the configuration of the
図3において横方向に示されている各垂直信号線19は、図1において縦方向に示されている。各垂直信号線19に対応する各列の電圧比較部252は、画素アレイ部10から読み出された画素信号電圧Vxが参照信号生成部27から供給された参照信号Vslopeと一致したとき、コンパレート出力VCOをインアクティブ状態からアクティブ状態に反転する。
Each
カウンタ部254は、ラッチ部501、クロック/クリア制御部502、およびカウント実行部503を備える。
The
本技術においては、異なるゲインの読み出しが行なわれるが、どのゲインの結果を選択、出力させるかは、次のように制御される。すなわちD相期間の読み出しのうち、先の(第1のゲインでの)読み出し時にコンパレート出力VCOが反転したかがラッチ部501に保持される。そして、後の(第2のゲインでの)読み出しの前にラッチ部出力Vrstが反転している場合(アクティブ状態となっている場合)、前の読み出し時の結果が最終結果として出力される。これに対して、ラッチ部出力Vrstが反転していない場合(インアクティブ状態となっている場合)、前のCDS結果がリセットされ、後のゲインでのD相が読み出される。
In the present technology, different gains are read out. Which gain result is selected and output is controlled as follows. In other words, the
その際、D相の信号からP相の信号を減算処理するCDS演算が必要であり、かつ、その減算するP相の信号はD相の信号と同じゲインで読み出したものである必要がある。一般的にP相の信号はD相の信号よりも先に読み出すために、先に読んだ同じゲインのP相の信号を記憶しておく必要がある。このために、P相の信号のカウントを保持するラッチ部(PREG)513_00〜513_09(図4を参照して後述する)がカウント実行部503に設けられている。
At that time, it is necessary to perform a CDS operation for subtracting the P-phase signal from the D-phase signal, and the P-phase signal to be subtracted needs to be read with the same gain as the D-phase signal. In general, since the P-phase signal is read before the D-phase signal, it is necessary to store the P-phase signal having the same gain read earlier. For this purpose, the
クロック/クリア制御部502は、ラッチ部501の出力Vrstに基づいて、AD変換制御部20Aから供給されるカウントクロックCKOおよびクリア信号CLRのカウント実行部503への出力を制御する。カウント実行部503は、クロック/クリア制御部502からのカウントクロックCINおよびクリア信号CLRに基づいてカウント動作をする。
The clock /
通信・タイミング制御部20により構成されるAD変換制御部20Aは、参照信号生成部27にゲイン変更指示信号CHNGを供給する。また、AD変換制御部20Aはカウント実行部503に、カウントモード制御信号UDC、データ保持制御パルスHLDC、カウントクロック制御信号TH、スルー信号RT、およびホールド信号RHを供給する。
The AD
なお、ゲイン変更指示信号CHNGには、画素や回路のノイズ特性などに適したゲインを設定する値が用いられ、ゲイン設定のオン/オフタイミングは外部の主制御部から供給される。またその他の制御信号のオン/オフタイミングも外部の主制御部から供給される。 The gain change instruction signal CHNG uses a value for setting a gain suitable for the noise characteristics of the pixels and circuits, and the gain setting on / off timing is supplied from an external main control unit. In addition, on / off timings of other control signals are also supplied from an external main control unit.
本技術では、1H、すなわち1水平走査期間中に複数のゲインのAD変換を行なうが、最終的にカウンタ部254から出力されるAD変換出力結果は、1つのゲインのAD変換結果である。どのゲインの結果を出力するかは、先に実行するD相読み出し時のコンパレート出力VCOの状態によって決定される。そのために電圧比較部252のコンパレート出力VCOの結果がラッチ部501に記憶される。そしてクロック/クリア制御部502は、ラッチ部501の出力Vrstに基づいて、後に実行する別のゲインでのAD変換動作時のカウントクロックCKO、クリア信号CLOの出力を制御し、カウント実行部503を動作させるか否かを制御する。
In the present technology, AD conversion of a plurality of gains is performed during 1H, that is, one horizontal scanning period. The AD conversion output result finally output from the
クロック/クリア制御部502は、コンパレータ出力VCO(ラッチ部501の出力Vrst)がインアクティブ状態にあるとき、入力されたカウントクロックCKOをそのままカウントクロックCINとしてカウント実行部503に伝達する。一方、コンパレート出力VCO(ラッチ部501の出力Vrst)がアクティブ状態に反転したとき、クロック/クリア制御部502は、カウントクロックCKOの伝達(すなわちカウントクロックCINの出力)を停止する。
When the comparator output VCO (output Vrst of the latch unit 501) is in an inactive state, the clock /
カウントクロックCINの出力が停止されることにより、カウント実行部503は、カウンタの動作を停止し、その時点の画素信号電圧Vxを反映したカウント値を保持する。すなわちカウント実行部503は、画素信号電圧Vxをデジタルデータに変換して保持することとなる。
When the output of the count clock CIN is stopped, the
<カウント実行部の構成> <Configuration of count execution unit>
図4は、カウンタ部254のカウント実行部503の一構成例を示す図である。ここでは、10ビットに対応した構成で示している。図4において、D型のフリップフロップ(FF)511_00〜511_09を含む横方向に示されている構成要素のグループにより、1本の垂直信号線19に対応する1つのカウント実行部503が構成される。なお、フリップフロップ511_00〜511_09を個々に区別する必要が無い場合、単にフリップフロップ511と記載する。他の構成要素についても同様とする。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the
各垂直信号線19に対応する各列のカウント実行部503は、基本構成としては、D型のフリップフロップ511_00〜511_09を縦続接続し、前段のカウント出力を後段のクロック端子CKに入力する非同期カウンタの構成を採っている。
The
また、フリップフロップ511のそれぞれは、自身の反転出力NQをD入力端子に戻す際に、反転出力NQに対するホールド機能のオン/オフを制御可能な構成を採る。加えて、段間には、カウントモードをアップカウントとダウンカウントの何れかに切り替える機能部と、カウントクロックを前段のカウント出力に基づくパルスとするのかクロック/クリア制御部502からのカウントクロックCINとするのかを切り替える機能部とを有する。
Further, each flip-flop 511 adopts a configuration capable of controlling on / off of the hold function for the inverted output NQ when returning its inverted output NQ to the D input terminal. In addition, between the stages, there is a function unit for switching the count mode to either up-counting or down-counting, and whether the count clock is a pulse based on the count output of the previous stage or the count clock CIN from the clock /
具体的には、カウント実行部503は、先ず、フリップフロップ511_00〜511_09 を有する。またカウント実行部503においては、フリップフロップ511_00〜511_09の反転出力端子NQ(図ではQの上にバーを付して示す)とD入力端子との間に、反転出力端子NQのデータを保持可能なデータ保持部(HOLD)512_00〜512_09を有する。各データ保持部512_00〜512_09は、各別のデータ保持制御パルスHLDC00〜09によって制御されるようになっている。データ保持部512は、フリップフロップ511の入力の状態を問わずカウント出力を保持する機能を持ち、例えば排他的論理和で実現できる。
Specifically, the
例えば、データ保持部512は、データ保持制御パルスHLDCがアクティブH(H:ハイレベル)のとき入力データ(フリップフロップ511の反転出力NQ)を保持し、インアクティブL(L:ローレベル)のとき保持動作を解除して、入力データ(フリップフロップ511の反転出力NQ)をそのままフリップフロップ511のD入力端子に伝達する。 For example, the data holding unit 512 holds the input data (the inverted output NQ of the flip-flop 511) when the data holding control pulse HLDC is active H (H: high level), and is inactive L (L: low level). The holding operation is released, and the input data (inverted output NQ of the flip-flop 511) is directly transmitted to the D input terminal of the flip-flop 511.
また、フリップフロップ511_00〜511_09の反転出力端子NQとD入力端子との間に、反転出力端子NQのデータを保持可能なラッチ部513_00〜513_09が設けられている。各ラッチ部513_00〜513_09は、各別のホールド信号RH00〜09と、スルー信号RT00〜09によって制御されるようになっている。 In addition, latch units 513_00 to 513_09 capable of holding data of the inverted output terminal NQ are provided between the inverted output terminals NQ and D input terminals of the flip-flops 511_00 to 511_09. The latch units 513_00 to 513_09 are controlled by respective hold signals RH00 to 09 and through signals RT00 to 09.
ラッチ部513は、ホールド信号RHが入力されたとき入力データ(フリップフロップ511の反転出力NQ)を保持する。そしてラッチ部513は、スルー信号RTが入力されたとき保持動作を解除して、入力データ(フリップフロップ511の反転出力NQ)をそのままフリップフロップ511のD入力端子に伝達する。つまり、保持されたデータがフリップフロップ511に初期値として設定される。 The latch unit 513 holds input data (the inverted output NQ of the flip-flop 511) when the hold signal RH is input. When the through signal RT is input, the latch unit 513 cancels the holding operation and transmits the input data (the inverted output NQ of the flip-flop 511) to the D input terminal of the flip-flop 511 as it is. That is, the retained data is set as an initial value in the flip-flop 511.
各フリップフロップ511のリセット端子Rには、リセット制御信号CLRが共通に入力されるようになっている。フリップフロップ511は、例えば、リセット制御信号CLRがアクティブHのときには非反転出力QをLレベルに、反転出力NQをHレベルにセットする。 A reset control signal CLR is commonly input to the reset terminal R of each flip-flop 511. For example, when the reset control signal CLR is active H, the flip-flop 511 sets the non-inverted output Q to L level and the inverted output NQ to H level.
また、カウント実行部503は、各フリップフロップ511の段間に、カウントモードをアップカウントとダウンカウントの何れか一方に切り替えるカウントモード切替部(U/D)514_00 〜514_08を有する。カウントモード切替部514は、前段のフリップフロップ511の反転出力端子NQのデータをそのまま出力するのか、反転して出力するのかを、カウントモード制御信号UDCに基づいて切り替える。このカウントモード切替部514は、例えば排他的論理和で実現できる。
In addition, the
例えば、カウントモード切替部514は、カウントモード制御信号UDCがハイレベルのときにはカウント実行部503がアップカウント動作をし、ローレベルのときにはダウンカウント動作をするように、フリップフロップ511の反転出力端子NQのデータの反転/非反転を切り替える。
For example, the count
また、カウント実行部503は、各フリップフロップ511の段間において、カウントモード切替部514の後段に、カウントクロック切替部(SEL)515_00〜515_08を有する。カウントクロック切替部(SEL)515_00〜515_08は、カウントモード切替部514の出力パルスと、クロック/クリア制御部502からのカウントクロックCINとを、カウントクロック制御信号TH00〜TH08に基づいて切り替えて、後段のフリップフロップ511のクロック端子CKに供給する。
The
各カウントクロック切替部515_00 〜515_08は、各別のカウントクロック制御信号TH00〜TH08によって制御されるようになっている。カウントクロック制御信号TH00〜TH08は、前段側が先にアクティブになり、順次遅れた所定のタイミングで後段側がアクティブになるようになっている(詳細は後述する)。 The count clock switching units 515_00 to 515_08 are controlled by different count clock control signals TH00 to TH08. In the count clock control signals TH00 to TH08, the front side becomes active first, and the rear side becomes active at a predetermined timing sequentially delayed (details will be described later).
例えば、カウントクロック切替部515は、カウントクロック制御信号THがインアクティブLのときにはカウントモード切替部514の出力を伝達する。カウントクロック制御信号THがアクティブHに切り替わると、カウントクロック切替部515は、クロック/クリア制御部502からのカウントクロックCINを伝達する。
For example, the count clock switching unit 515 transmits the output of the count
カウントクロック切替部515は、クロック/クリア制御部502からのカウントクロックCINの取込み形態として、図4に示す例では、カラム別に、前段のフリップフロップ511に入力されるクロックパルスを取り扱うように配線されている。
In the example shown in FIG. 4, the count clock switching unit 515 is wired so as to handle the clock pulse input to the preceding flip-flop 511 for each column as a form of taking in the count clock CIN from the clock /
図4に示す例では、カウントクロックCINを順次上位ビット側のフリップフロップ511に伝達する際、下位側のフリップフロップ511のデータ出力自体は無効なものとして取り扱われるものの、実際には動作したままとなっている。 In the example shown in FIG. 4, when the count clock CIN is sequentially transmitted to the flip-flop 511 on the upper bit side, the data output itself of the lower flip-flop 511 is treated as invalid, but actually remains operating. It has become.
カウント実行部503は、非同期バイナリカウンタとして動作するようになっている。また、カウント実行部503は、カウントクロック切替部515をカウントクロック制御信号THに基づいて動作させる。これによりカウント実行部503は、各段のフリップフロップ511それぞれのクロック入力を後段側(上位ビット側)のフリップフロップ511のクロック入力に伝達する機能を持つ。
The
換言すれば、下位ビット出力に使用されていたより高速のクロックを順次所定のタイミングで後段側(上位ビット側)に伝達していくことで、カウントクロックCINに対する上位ビット出力の分周動作を順次高速にしていくようになっている。例えば、切替え前にカウントクロックCINに対して1/4分周動作をしていたものを、切替え後にはカウントクロックCINに対して1/2分周動作をするように変更することができる。 In other words, the higher-speed clock used for the lower-order bit output is sequentially transmitted to the subsequent stage (upper-bit side) at a predetermined timing, so that the high-order bit output frequency dividing operation with respect to the count clock CIN is sequentially performed at a higher speed. It is supposed to continue. For example, what has been divided by ¼ with respect to the count clock CIN before switching can be changed to perform ½ division with respect to the count clock CIN after switching.
カウントクロックの切替え後には、それまでのクロックより高速のクロックでカウント動作(分周動作)をすることになるので、参照信号Vslopの傾きとの関係を調整することで、AD変換の線形性を保持しつつ高速なAD変換が可能となる。この点については、後で詳しく説明する。 After the count clock is switched, the count operation (frequency division operation) is performed with a clock faster than the previous clock. Therefore, by adjusting the relationship with the slope of the reference signal Vslop, the linearity of the AD conversion can be improved. High-speed AD conversion is possible while maintaining. This point will be described in detail later.
なお、カウンタ部254に供給されるカウントクロックCKOは周波数を変更せずに、カウンタ部254内での上述のような対処でビット別に分周動作を高速化させる仕組みを採っているので、高速化に伴ってカウンタ部254内で消費電力が大きく増加してしまうような事態は発生しない。
Note that the count clock CKO supplied to the
分周動作を高速化させる仕組みとしてカウントクロックCKOの周波数を高速にすることも考えられるが、この場合、カウンタ部254全体が高速で動作することになり、消費電力が増加してしまう。参照信号Vslopの傾きを大きくする際、通信・タイミング制御部20からDAC27aに供給されるカウントクロックCKdacの周波数が高速にされる。この場合にも、同様に参照信号生成部27では消費電力が増加するが、カラム処理部26ではカウンタ部254が各列に配置されているので、「消費電力が増加」の度合いが、カラム処理部26の方が参照信号生成部27よりも比べものにならないほど大きい。
Although it is conceivable to increase the frequency of the count clock CKO as a mechanism for speeding up the frequency division operation, in this case, the
このようなことを踏まえると、参照信号生成部27ではカウントクロックCKdac の周波数を高速にする手法を採って参照信号Vslopの傾きを精度よく大きくするが、カウンタ部254では、カラム処理部26での消費電力増加を招かぬようにするのが好ましい。そのために、カウントクロックCKOの周波数を一定にしたままで、カウンタ部254内での上述のような対処でビット別に分周動作の高速化を図る仕組みをとることが有効である。
Considering this, the reference
<AD変換の動作> <Operation of AD conversion>
図5は、カラムAD回路25における動作を説明するためのタイミングチャートである。以下この図5を参照して、AD変換動作時のカラムAD回路25における信号取得差分処理について説明する。 FIG. 5 is a timing chart for explaining the operation in the column AD circuit 25. Hereinafter, with reference to FIG. 5, signal acquisition difference processing in the column AD circuit 25 during AD conversion operation will be described.
時刻t1において、垂直駆動回路14bは、画素選択信号VSELをアクティブHにし、画素リセット信号RSTをアクティブHにすることで、読み出し画素をリセットさせる。この画素のリセット電圧をSrstとする。また、このとき同時にAD変換制御部20Aは、クリア信号CLOをアクティブHにし、カウント実行部503のカウント値を0にする。すなわち、クロック/クリア制御部502は、AD変換制御部20Aからのクリア信号CLOがアクティブHになったとき、クリア信号CLRを出力し、各フリップフロップ511をクリアさせる。
At time t1, the
次にゲインa(後述するゲインbより小さいゲイン)でリセット電圧を読み出す処理が行われる。すなわち時刻t10において、AD変換制御部20Aは、ゲイン変更指示信号CHNGを参照信号生成部27に出力し、参照信号として、初期値SLP_ini_aの電圧からゲインaのランプ波を発生させる。カウンタ動作もランプ波のクロックと同期することで、参照信号Vslopが画素リセット電圧Srstと一致するまでカウンタはカウントクロックCINをカウントダウンする。カウントダウン動作を実行させるため、AD変換制御部20Aは、カウントモード切替部514にインアクティブLのカウントモード制御信号UDCを出力している。
Next, a process of reading the reset voltage with a gain a (a gain smaller than a gain b described later) is performed. That is, at time t10, the AD
またこのとき、AD変換制御部20Aは、データ保持部512に供給するデータ保持制御パルスHLDCをインアクティブLとし、入力データ(フリップフロップ511の反転出力NQ)を保持させず、そのままD入力端子に入力させる。
At this time, the AD
時刻t12において、参照信号Vslopと画素リセット電圧Srstが一致すると、所定のコンパレータ出力遅延時間を経てコンパレート出力VCOがハイレベルHからローレベルLに反転する。このときクロック/クリア制御部502は、カウントクロックCINのカウント実行部503への供給を停止する。これによりカウント動作は停止し、画素リセットレベルVrst_a がカウント値Drst_aにAD変換される。カウントダウンされているため、このカウント値Drst_aは負の値である。
When the reference signal Vslop coincides with the pixel reset voltage Srst at time t12, the comparator output VCO is inverted from the high level H to the low level L through a predetermined comparator output delay time. At this time, the clock /
次に、時刻t14において、AD変換制御部20Aは、ホールド信号RHをアクティブHにし、ラッチ部513にリセットレベルDrst_aを記憶させる。この記憶された値は、後述する時刻t36において読み出され、フリップフロップ511にカウント値の初期値として設定される。
Next, at time t14, the AD
以上により、P相のゲインaでのAD変換処理が行われたことになる。 As described above, the AD conversion processing with the P-phase gain a is performed.
次にゲインb(上述したゲインaより大きいゲイン、すなわち参照信号Vslopの傾きが小さいゲイン)でリセット電圧を読み出す処理が行われる。 Next, a process of reading the reset voltage with a gain b (a gain larger than the above-described gain a, that is, a gain with a small inclination of the reference signal Vslop) is performed.
時刻t16において、AD変換制御部20Aは、カウンタクリア信号CLOをアクティブHにする。これによりカウンタはクリアされ、カウント値は0になる。
At time t16, the AD
ランプ電圧がゲインbの初期値SLP_ini_b(ゲインaの初期値SLP_ini_aとは異なる値)になったところで、時刻t20においてAD変換制御部20Aは、ゲイン変更指示信号CHNGを参照信号生成部27に出力し、初期値SLP_ini_bの電圧からゲインbの参照信号Vslopを発生させる。カウンタ動作もランプ波のクロックと同期することで、参照信号Vslopが画素リセット電圧Srstと一致するまでカウンタはカウントダウンする。カウントダウン動作を実行させるため、AD変換制御部20Aは、カウントモード切替部514にインアクティブLのカウントモード制御信号UDCを出力している。
When the lamp voltage reaches the initial value SLP_ini_b of gain b (a value different from the initial value SLP_ini_a of gain a), AD
時刻t21において参照信号Vslopが画素電圧Vx_0と一致すると、コンパレート出力VCOは反転する。このときカウントは停止し、ゲインbでのリセット電圧レベルVrst_bがカウント値Drst_bとしてAD変換されたことになる。カウントダウンされているため、このカウント値Drst_bは負の値である。 When the reference signal Vslop matches the pixel voltage Vx_0 at time t21, the comparator output VCO is inverted. At this time, the count is stopped, and the reset voltage level Vrst_b at the gain b is AD converted as the count value Drst_b. Since the countdown is performed, the count value Drst_b is a negative value.
以上により、P相のゲインbでのAD変換処理が行われたことになる。 Thus, AD conversion processing with the P-phase gain b is performed.
次に電荷生成部32に蓄積された光チャージをフローティングディフュージョン38に転送する処理が行われる。つまり、D相の読み出しが行われる。そのために先ず時刻t22において、AD変換制御部20Aは、カウンタにカウントアップ動作を実行させるために、カウントモード切替部514のカウントモード制御信号UDCをアクティブHにする。
Next, a process of transferring the optical charge accumulated in the
時刻t24〜t26の期間において、垂直駆動回路14bは、画素転送信号TRGをアクティブHにする。これにより画素光信号量に応じた電圧分(Vsig)だけ画素電圧Vx_0が変化する。
In the period from time t24 to t26, the
時刻t30において、直前のP相の読み出し時におけるゲインと同じゲインbでのAD変換処理が開始される。この場合においても、直前のP相の読み出し時と同様に、参照信号Vslopがゲインbの初期値SLP_ini_bになったところで、AD変換制御部20Aは、ゲイン変更指示信号CHNGを参照信号生成部27に出力し、初期値SLP_ini_bの電圧からゲインbの参照信号Vslopを発生させる。
At time t30, AD conversion processing with the same gain b as that at the time of reading the previous P phase is started. Also in this case, when the reference signal Vslop reaches the initial value SLP_ini_b of the gain b, the AD
量子化ステップの概念に基づき、画素電圧のどの電圧までを大きいゲインbで読むのかが予め決められており、その電圧までのカウント分だけカウントが行われる。図5の例においては、画素電圧Vx_0はゲインbでの全カウント値Dsig_bよりも電圧レベルが大きいため、参照信号Vslopは画素電圧Vx_0と一致せず、時刻t32まで、全カウント分のカウントアップが行われている。このためコンパレート出力VCOは反転しない。この場合、後述するように、より小さいゲインaでの読み出しがさらに行われるので、予め決められた閾値の電圧が、ゲイン切り替え点となる。 Based on the concept of the quantization step, it is determined in advance which voltage of the pixel voltage is to be read with a large gain b, and counting is performed for the count up to that voltage. In the example of FIG. 5, since the pixel voltage Vx_0 has a voltage level higher than the total count value Dsig_b at the gain b, the reference signal Vslop does not match the pixel voltage Vx_0, and the count up for all counts is performed until time t32. Has been done. For this reason, the comparator output VCO is not inverted. In this case, as will be described later, since readout is further performed with a smaller gain a, a voltage with a predetermined threshold value becomes a gain switching point.
以上により、D相のゲインbでのAD変換処理が行われたことになる。ただし、このとき得られるカウント値Dsig_bは、画素電圧Vx_0が参照信号Vslopと一致しない状態の値なので、画素データレベルを表していない。 As described above, AD conversion processing with the D-phase gain b is performed. However, the count value Dsig_b obtained at this time does not represent the pixel data level because the pixel voltage Vx_0 does not match the reference signal Vslop.
カウント動作終了直後の時刻t34において、AD変換制御部20Aは、ラッチ部501のラッチ信号VCOHLをアクティブHにする。これにより、ラッチ部501は、電圧比較部252のコンパレート出力VCOをラッチする。いまの場合、コンパレート出力VCOが反転していないことが記憶される。
At time t34 immediately after the end of the count operation, the AD
時刻t36において、AD変換制御部20Aは、ラッチ部513にスルー信号RTを出力する。いまラッチ部501の出力Vrstは、電圧比較部252のコンパレート出力VCOが反転していないことを表している。そこで時刻t14においてラッチ部513に保持された、ゲインaの画素リセットレベルのカウント値Drst_aがフリップフロップ511に強制的に設定される。
At time t36, the AD
時刻t40において、ゲインaでのAD変換処理が開始される。この場合においても、最初のゲインaでのP相の読み出し時と同様に、ランプ電圧がゲインaの初期値SLP_ini_aになったところで、AD変換制御部20Aは、ゲイン変更指示信号CHNGを参照信号生成部27に出力し、初期値SLP_ini_aの電圧からゲインaの参照信号Vslopを発生させる。
At time t40, AD conversion processing with gain a is started. Also in this case, the AD
時刻t42において、参照信号Vslopが画素電圧Vx_0と一致し、所定のコンパレータ出力遅延時間を経てコンパレート出力VCOが反転するまでカウントアップされる。これによりゲインaで画素データレベルVrst_aがカウント値DsigとしてAD変換されたことになる。このカウント値Dsigが、最終的に出力されるカウント値となる。 At time t42, the count up is performed until the reference signal Vslop coincides with the pixel voltage Vx_0 and the comparator output VCO is inverted after a predetermined comparator output delay time. As a result, the pixel data level Vrst_a is AD converted as the count value Dsig with the gain a. This count value Dsig is the count value that is finally output.
ゲインaでカウントダウンされた画素リセットレベルDrst_aからカウントアップが開始されるので、最終的なカウント値Dsigは、ゲインaでの画素リセットレベルと画素データレベルの差分電圧のAD変換、つまり同一ゲインでのCDSを行った値になる。その結果、固定パターンノイズ、リセットノイズといったノイズ信号成分を取り除くことができる。 Since the count-up starts from the pixel reset level Drst_a counted down by the gain a, the final count value Dsig is AD conversion of the differential voltage between the pixel reset level and the pixel data level at the gain a, that is, at the same gain. The value obtained by CDS. As a result, noise signal components such as fixed pattern noise and reset noise can be removed.
また、画素リセットレベルのカウント値Drst_aと、画素データレベルのカウント値Dsigのカウント時のゲインは、いずれもゲインaであるから、コンパレータ出力遅延時間は同じである。従って、CDS処理によりコンパレータ出力遅延時間は相殺される。また参照信号Vslop発生直後の傾きの鈍りによる影響も、CDS処理により相殺される。 Further, since the gain at the time of counting the count value Drst_a of the pixel reset level and the count value Dsig of the pixel data level is the gain a, the comparator output delay time is the same. Therefore, the comparator output delay time is canceled by the CDS processing. In addition, the influence of the slack of the slope immediately after the generation of the reference signal Vslop is canceled out by the CDS processing.
一方、図6は、図5と同じAD変換動作において、時刻t30から開始された画素データレベルの読み出し時の画素電圧Vx_0の値が小さく、ゲインbの読み出し領域内の大きさであった場合の例を表している。 On the other hand, FIG. 6 shows the case where the value of the pixel voltage Vx_0 when reading the pixel data level started from time t30 is small and the magnitude of the gain b is within the reading region in the same AD conversion operation as that of FIG. An example is shown.
図6の例の場合、時刻t30において、ゲインbでのAD変換処理が開始される。この場合においても、直前のP相の読み出し時と同様に、参照信号Vslopがゲインbの初期値SLP_ini_bになったところで、AD変換制御部20Aは、ゲイン変更指示信号CHNGを参照信号生成部27に出力し、初期値SLP_ini_bの電圧からゲインbの参照信号Vslopを発生させる。
In the case of the example of FIG. 6, AD conversion processing with the gain b is started at time t30. Also in this case, when the reference signal Vslop reaches the initial value SLP_ini_b of the gain b, the AD
時刻t32において、参照信号Vslopが画素電圧Vx_0と一致するので、そのときから所定のコンパレータ出力遅延時間を経てコンパレート出力VCOが反転し、カウントは停止する。これによりゲインbで画素データレベルVsigがカウント値DsigとしてAD変換されたことになる。 At time t32, since the reference signal Vslop matches the pixel voltage Vx_0, the comparator output VCO is inverted after a predetermined comparator output delay time, and the count stops. As a result, the pixel data level Vsig is AD converted with the gain b as the count value Dsig.
ゲインbでカウントダウンされた画素リセットレベルのカウント値Drst_bからカウントアップが開始されるので、最終的なカウント値Dsigは、ゲインbでの画素リセットレベルと画素データレベルの差分電圧のAD変換、つまり同一ゲインでのCDSを行った値になる。その結果、固定パターンノイズ、リセットノイズといったノイズ信号成分を取り除くことができる。 Since the count-up starts from the count value Drst_b of the pixel reset level counted down by the gain b, the final count value Dsig is AD conversion of the differential voltage between the pixel reset level and the pixel data level at the gain b, that is, the same This is the value obtained by performing CDS with gain. As a result, noise signal components such as fixed pattern noise and reset noise can be removed.
次に時刻t34においてラッチ信号VCOHLがアクティブHとされ、電圧比較部252のコンパレート出力VCOがラッチ部501に保持される。電圧比較部252のコンパレート出力VCOは反転しているので、ラッチ部501の出力Vrstも反転する。
Next, at time t34, the latch signal VCOHL is set to active H, and the comparator output VCO of the
ラッチ部501の出力Vrstが反転すると、クロック/クリア制御部502は、カウントクロックCKOをそのままカウントクロックCINとして出力するのを停止する。これにより、カウント動作は行われず、その後の時刻t36におけるラッチ部513のスルー信号RTは実質的に無効化され、時刻t32で保持されたカウント値はそのまま維持される。つまり時刻t40から時刻t42におけるゲインaでのAD変換読み出しのカウント動作は実行されない。
When the output Vrst of the
結果的に時刻t32で保持されたAD変換のカウント値Dsigが最終的なCDS読み出し値となる。このより大きいゲインbでの読み出しに関しては、画素リセット信号の読み出し時間と画素データ信号の読み出しタイミングが隣接しており、CDSのカットオフ周波数特性によりノイズ除去効果が期待できる。 As a result, the AD conversion count value Dsig held at time t32 becomes the final CDS read value. With respect to readout with a larger gain b, the readout time of the pixel reset signal and the readout timing of the pixel data signal are adjacent to each other, and a noise removal effect can be expected by the cutoff frequency characteristic of the CDS.
また、画素リセットレベルのカウント値Drst_bと、画素データレベルのカウント値Dsigのカウント時のゲインは、いずれもゲインbであるから、コンパレータ出力遅延時間は同じである。従って、CDS処理によりコンパレータ出力遅延時間は相殺される。また参照信号Vslop発生直後の傾きの鈍りによる影響も、CDS処理により相殺される。 Further, since the gain at the time of counting the count value Drst_b of the pixel reset level and the count value Dsig of the pixel data level is the gain b, the comparator output delay time is the same. Therefore, the comparator output delay time is canceled by the CDS processing. In addition, the influence of the slack of the slope immediately after the generation of the reference signal Vslop is canceled out by the CDS processing.
図5と図6を比較して明らかなように、本技術では、明るい画素は図5に示されるように、大きいゲインでAD変換が行われ、暗い画素は図6に示されるように、小さいゲインでAD変換が行われる。 As is clear from comparison between FIG. 5 and FIG. 6, in the present technology, bright pixels are AD-converted with a large gain as shown in FIG. 5, and dark pixels are small as shown in FIG. 6. AD conversion is performed with the gain.
図5と図6の例の、その他の効果を挙げると次のようになる。 Other effects of the examples of FIGS. 5 and 6 are as follows.
1 アナログCDSに比べて、高ゲイン読み出しのサンプリング周波数を上げたデジタルCDSでAD変換を行うために、ノイズ除去の効果が高い。
2 低ゲイン読み出しでのCDSについては、信号読み出しのゲイン切り替え点を背景ノイズが無視できる様な領域で設定しているために、CDSにおけるノイズ除去効果が低いサンプリング周波数であっても問題がない。
3 読み出しゲインの設定方法は、背景ノイズと光ショットノイズの関係から最適な量子化ステップおよびゲイン切り替えポイントが設定される。一方、従来の方式ではそのセンサに実装されるAD変換器のビット幅のフルカウント値が画素飽和信号量をカバーできるような量子化ステップを、そのセンサの0dBゲインとして設定している。よって本方式の低ゲイン側の量子化ステップは、従来の方式の0dBゲインよりも量子化ステップが粗く設定されるので、低ゲイン側のフルカウント値は従来方式のフルカウント値よりも小さくなる。これによりAD変換の総カウント値を削減することが可能であり、AD変換時間および消費電力は軽減される。
4 高ゲイン読み出しカウントは、光ショットノイズと背景ノイズの関係によりゲイン切り替えポイントが設定されるが、そのカウント値は低く抑えられる。低ゲインのカウント値については上述のとおりカウント値は小さい。更にコンパレータ反転信号を後段回路に送り、後段回路にてゲインによるデータの重みの違いを合わせる処理をする場合、AD変換器ではそれぞれのゲインでの読み出しカウント値のビット幅を保障していれば良い。即ちAD変換器のビット数は本方式が画素信号量をAD変換して表現可能なビット幅よりも少ないビット幅に抑えられるということになる。これによりAD変換器の回路部品の数を少なく抑えることが可能である。
5 従来方式では、被写体が明るい箇所と暗い箇所が混在していた場合、暗いところを撮像したい場合には高ゲインで読み出しを行うために明るいところは白く飛んでしまっていた。逆に明るいところを撮像したい場合には、暗いところは階調がとれず黒つぶれしてしまった。ところが、本方式は暗い場所は高ゲイン読み出しで行い、明るい場所は低ゲインで読み出すことになり、暗い箇所も階調がとれ撮像可能でありながら、明るい箇所も読み出せるために読み出しレンジも広くカバーできることになる。つまり、今まで必要としたゲインの設定が不要となる。
1 Compared to analog CDS, noise conversion is highly effective because AD conversion is performed with a digital CDS with a higher sampling frequency for high gain reading.
2 For CDS with low gain readout, the gain switching point for signal readout is set in an area where background noise can be ignored, so there is no problem even if the sampling frequency has a low noise removal effect in CDS.
3. The readout gain setting method sets the optimal quantization step and gain switching point from the relationship between background noise and light shot noise. On the other hand, in the conventional method, a quantization step that allows the full count value of the bit width of the AD converter mounted on the sensor to cover the pixel saturation signal amount is set as the 0 dB gain of the sensor. Therefore, the quantization step on the low gain side of the present method is set to be coarser than the 0 dB gain of the conventional method, so the full count value on the low gain side is smaller than the full count value of the conventional method. As a result, the total count value of AD conversion can be reduced, and AD conversion time and power consumption are reduced.
4. In the high gain read count, the gain switching point is set depending on the relationship between the light shot noise and the background noise, but the count value is kept low. As described above, the low gain count value is small. Further, when the comparator inversion signal is sent to the subsequent circuit and the processing to match the difference in data weight depending on the gain in the subsequent circuit, the AD converter only needs to guarantee the bit width of the read count value at each gain. . That is, the number of bits of the AD converter can be suppressed to a bit width smaller than the bit width that can be expressed by AD conversion of the pixel signal amount. As a result, the number of circuit components of the AD converter can be reduced.
5. In the conventional method, when a bright part and a dark part of the subject are mixed, when a dark part is to be imaged, the bright part is whitened in order to perform readout with high gain. On the other hand, when it is desired to take an image of a bright place, the dark place is blacked out without gradation. However, this method uses high-gain readout for dark places and low-gain places for bright places, so that even dark places can be imaged with gradation, while bright places can be read, so the readout range is wide. It will be possible. That is, it is not necessary to set the gain that has been required so far.
図7は、ゲインaでの読み出しの際にカウント動作するカウント最小分解能を、ゲインaとゲインbの比で乗算したものでカウントした例を示す。すなわち、図5と図6の実施の形態では、ゲインaとゲインbのカウントの最小分解能は1であった。つまり、単位時間当たりの電圧の変化、すなわち1カウント当たりの電位差は1であった。その結果、ゲインaでの読み出し結果だった場合、水平転送後にAD変換結果のカウント値をゲイン比b/a倍して補正を加える必要がある。このため、例えば後述する図16に示されるように補正部301を設けることができる。しかしながら、図7の実施の形態のように、カウント自体をゲイン比倍でカウントすれば、水平転送後の処理は不要になり、構成を簡略化することができる。つまり、図7のカウント値Drst_aは、図5と図6のカウント値Drst_aのb/a倍の値であり、図7のカウント値Dsigは、図5のカウント値Dsigのb/a倍の値である。
FIG. 7 shows an example in which counting is performed by multiplying the minimum count resolution that performs the counting operation at the time of reading with the gain a by the ratio of the gain a and the gain b. That is, in the embodiment of FIGS. 5 and 6, the minimum resolution of the gain a and gain b counts is 1. That is, the change in voltage per unit time, that is, the potential difference per count was 1. As a result, when the read result is gain a, it is necessary to correct the count value of the AD conversion result after the horizontal transfer by multiplying the gain ratio b / a. For this reason, for example, a
図8は、AD変換動作の異なる方式の実施の形態を示す。この方式では、まずゲインbでの画素リセットレベルと画素データレベルの読み出しからなるCDS読み出しが行われる。この例では、ゲインbでの時刻t10からの読み出しで、カウントダウンにより画素リセットレベルVrst_b のカウント値Drst_bが得られる。 FIG. 8 shows an embodiment of a different method of AD conversion operation. In this method, first, CDS reading including reading of a pixel reset level and a pixel data level with a gain b is performed. In this example, the count value Drst_b of the pixel reset level Vrst_b is obtained by counting down by reading from the time t10 with the gain b.
そして、時刻t16においてカウントモード制御信号UDCがアクティブHにされ、カウントアップモードが設定される。時刻t20からの読み出しで、カウントアップにより画素データレベルのカウント値(Drst_b+Dsig_b)が得られる。ただし、画素データレベルの読み出し時の画素電圧Vx_0の値が大きく、画素電圧Vx_0と参照信号Vslopとは交叉していない。従って、この画素データレベルのカウント値(Drst_b+Dsig_b)は実際の画素データレベルに対応していない。 At time t16, the count mode control signal UDC is set to active H, and the count up mode is set. By reading out from time t20, the count value (Drst_b + Dsig_b) of the pixel data level is obtained by counting up. However, the value of the pixel voltage Vx_0 when reading the pixel data level is large, and the pixel voltage Vx_0 and the reference signal Vslop do not cross each other. Therefore, the count value (Drst_b + Dsig_b) of this pixel data level does not correspond to the actual pixel data level.
そこで、画素データレベルの読み出しが行われた直後、時刻t24においてラッチ信号VCOHLがアクティブHにされる。図8の例の場合、画素データレベルはゲインbの全カウント分の電圧に達しておらず、電圧比較部252のコンパレート出力VCOは反転せず、ラッチ部501内のデータもそのままである。そして、時刻t26において、カウンタのリセット信号CLOをアクティブHにすることにより、カウント値が0にクリアされる。
Therefore, immediately after the pixel data level is read, the latch signal VCOHL is set to active H at time t24. In the case of the example of FIG. 8, the pixel data level does not reach the voltage corresponding to all the counts of the gain b, the comparator output VCO of the
次にゲインaでの画素データレベルの読み出しと画素リセットレベルの読み出しが行われる。時刻t30において初期値SLP_ini_aの電圧からゲインaの参照信号Vslopが発生される。時刻t32において、参照信号Vslopが画素電圧Vx_0と一致するので電圧比較部252のコンパレート出力VCOは反転し、カウントアップ動作は停止する。これによりカウント値(Drst_a+Dsig)が得られる。
Next, readout of the pixel data level and readout of the pixel reset level at the gain a are performed. At time t30, a reference signal Vslop with a gain a is generated from the voltage of the initial value SLP_ini_a. At time t32, since the reference signal Vslop matches the pixel voltage Vx_0, the comparator output VCO of the
さらに、時刻t33において画素リセットが行なわれ、画素電圧Vx_0は画素リセットレベルSrstとなる。時刻t36でカウントモード制御信号UDCがインアクティブLにされ、カウントダウンモードが設定される。時刻t40において初期値SLP_ini_aの電圧からゲインaの参照信号Vslopが発生され、画素リセットレベルSrstと比較される。時刻t42において電圧比較部252のコンパレート出力VCOが反転したところでカウントダウン動作は停止する。カウント値(Drst_a+Dsig)から画素リセットレベルのカウント値Drst_aの分だけカウントダウンされるので、カウント値Dsigが得られる。
Further, pixel reset is performed at time t33, and the pixel voltage Vx_0 becomes the pixel reset level Srst. At time t36, the count mode control signal UDC is set to inactive L, and the countdown mode is set. At time t40, a reference signal Vslop with a gain a is generated from the voltage of the initial value SLP_ini_a and compared with the pixel reset level Srst. The countdown operation stops when the comparator output VCO of the
ゲインbでのAD変換結果は時刻t26においてクリアされており、ゲインaでの画素データ信号と画素リセット信号の差分カウントDsigが最終的なカウント値となる。 The AD conversion result with the gain b is cleared at time t26, and the difference count Dsig between the pixel data signal and the pixel reset signal with the gain a becomes the final count value.
図9は、図8と同じAD変換動作において、時刻t20から開始されたゲインbでの画素データレベルが小さく、ゲインbの読み出し領域内であった場合の例を表している。時刻t20において初期値SLP_ini_bの電圧からゲインbの参照信号Vslopが発生される。時刻t22において、参照信号Vslopが画素電圧Vx_0と一致するので電圧比較部252のコンパレート出力VCOは反転し、カウントアップ動作は停止する。これによりカウント値(Drst_b+Dsig)が得られる。
FIG. 9 shows an example in the case where the pixel data level at the gain b started from the time t20 is small and within the readout region of the gain b in the same AD conversion operation as in FIG. At time t20, a reference signal Vslop with a gain b is generated from the voltage of the initial value SLP_ini_b. At time t22, since the reference signal Vslop matches the pixel voltage Vx_0, the comparator output VCO of the
さらに時刻t24においてラッチ信号VCOHLがアクティブHにされ、ラッチ部501内のデータは反転する。これにより、カウンタのクリア信号CLO、カウンタクロック信号はゲートされる。よって、時刻t26において、カウンタのクリア信号CLOはアクティブHにされるが、カウント値としてはゲインbのCDS結果Dsigが保持される。更にその後のゲインaでの画素データ信号および画素リセット信号の読み出しカウント動作も停止され、結果的にゲインbのCDS結果が出力される。
Further, at time t24, the latch signal VCOHL is set to active H, and the data in the
図8と図9の方式は、図5と図6の実施の形態で必要であった低ゲイン(つまりゲインa)の画素リセットレベルの読み出し結果を記憶するラッチ部513が不要であり、回路部品の増加を低く抑えられる方式となる。 The method shown in FIGS. 8 and 9 does not require the latch unit 513 for storing the readout result of the pixel reset level with the low gain (that is, gain a), which is necessary in the embodiment shown in FIGS. This is a method that can keep the increase in the amount low.
低ゲインの読み出しでは、画素リセットレベルの読み出しと画素データレベルの読み出しとの間に、画素リセット(図8の時刻t33における画素リセット)があるためにkTCノイズ(すなわち画素リセットノイズ)がCDSによってキャンセルされないため残存するが、信号レベルが比較的高い領域から読み出し結果が使用されるためにノイズ成分は目立たない。 In low gain readout, there is a pixel reset (pixel reset at time t33 in FIG. 8) between readout of the pixel reset level and readout of the pixel data level, so kTC noise (ie pixel reset noise) is canceled by the CDS. However, since the read result is used from the region where the signal level is relatively high, the noise component is not conspicuous.
図10は、図8と図9の読み出し方式におけるカウント実行部503の構成例を示すブロック図である。この構成は、図4に示されるカウント実行部503におけるラッチ部513を省略した構成であり、その他の構成は、図4に示されるカウント実行部503と同様である。
FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration example of the
すなわち、図5乃至図7の読み出し方式の場合、ゲインaのP相とD相の読み出しの間に、ゲインbのP相とD相の読み出しが行われるので、ゲインaのP相の読み出しの結果を、D相の読み出しの時まで保持しておく必要がある。このためラッチ部513が必要となる。 That is, in the case of the readout method of FIGS. 5 to 7, since the P phase and D phase of gain b are read during the readout of the P phase and D phase of gain a, the reading of the P phase of gain a is performed. It is necessary to hold the result until the D phase is read. For this reason, the latch part 513 is required.
それに対して、図8と図9の読み出し方式の場合、ゲインbのP相の読み出しに続いてD相の読み出しが行われ、ゲインaのP相の読み出しに続いてD相の読み出しが行われる。従って、ラッチ部513が不要となる。 On the other hand, in the case of the readout method of FIGS. 8 and 9, D phase readout is performed following P phase readout of gain b, and D phase readout is performed following P phase readout of gain a. . Therefore, the latch portion 513 is not necessary.
従って、図10のカウント実行部503は、図4に示される場合より、構成が簡略化され、低コストにすることができる。
Therefore, the
図11は、さらに別のAD変換動作方式の実施の形態を示す。この実施の形態においては、まず時刻t10,t20において、ゲインbでのCDS読み出しが行なわれる。 FIG. 11 shows still another embodiment of the AD conversion operation method. In this embodiment, first, CDS reading with gain b is performed at times t10 and t20.
すなわち、時刻t10において初期値SLP_ini_bの電圧からゲインbの参照信号Vslopが発生される。時刻t12において、参照信号Vslopが画素電圧Vx_0と一致するので電圧比較部252のコンパレート出力VCOは反転し、カウントダウン動作は停止する。これによりカウント値Drst_bが得られる。
That is, the reference signal Vslop with the gain b is generated from the voltage of the initial value SLP_ini_b at time t10. At time t12, since the reference signal Vslop matches the pixel voltage Vx_0, the comparator output VCO of the
さらに時刻t14〜t18の期間において、垂直駆動回路14bは、画素転送信号TRGをアクティブHにする。これにより画素光信号量に応じた電圧分(Vsig)だけ画素電圧Vx_0が変化する。時刻t20において初期値SLP_ini_bの電圧からゲインbの参照信号Vslopが発生される。時刻t22において、参照信号Vslopが画素電圧Vx_0と一致する前に最大値に達したので、カウントアップ動作は停止する。これによりカウント値(Drst_b+Dsig_b)が得られる。ただし、電圧比較部252のコンパレート出力VCOは反転しておらず、このカウント値(Drst_b+Dsig_b)は、画素データレベルに対応していない。
Further, in the period from time t14 to t18, the
次に時刻t24において、ラッチ信号VCOHLがアクティブHにされ、電圧比較部252のコンパレート出力VCOがラッチされる。この場合、コンパレート出力VCOは反転していないため、ラッチ部501内のデータも反転せず、時刻t26におけるカウンタクリアCLOにより、カウント値は0にクリアされる。
Next, at time t24, the latch signal VCOHL is set to active H, and the comparator output VCO of the
次にゲインaで画素データレベルを読み出す処理が実行される。時刻t30において初期値SLP_ini_aの電圧からゲインaの参照信号Vslopが発生される。時刻t32において、参照信号Vslopが画素電圧Vx_0と一致するので電圧比較部252のコンパレート出力VCOは反転し、カウントアップ動作は停止する。これによりカウント値(Drst_a+Dsig)が得られる。
Next, a process of reading the pixel data level with a gain a is executed. At time t30, a reference signal Vslop with a gain a is generated from the voltage of the initial value SLP_ini_a. At time t32, since the reference signal Vslop matches the pixel voltage Vx_0, the comparator output VCO of the
水平駆動回路12bによるAD変換結果の水平転送後、予めラインバッファなどに記憶された水平方向の光学的黒レベル(OPB(Optical Black)領域)のデータが画素リセットレベルとして補正部301によりAD変換結果から減算され、擬似的にCDSが行なわれる。つまり、光学的黒レベルの値Vobは、画素リセットレベルDrst_aの値とほぼ等しいので、補正部301が有するラインバッファに記憶されている光学的黒レベルの値Vobをカウント値(Drst_a+Dsig)から減算することで、擬似的にCDSを行うことができる。なおその場合、ゲインaでの読み出しと判別できる様に、電圧比較部252のコンパレート出力VCOのラッチデータも水平転送され、それが反転しているときOPBデータと減算処理が行なわれる。
After the horizontal transfer of the AD conversion result by the
水平OPBを代用する場合は、1フレーム期間中に水平OPB領域をゲインを変えた読み出しが可能な機能を追加し、ゲインbのデータだけでなく、ゲインaのデータも必要であり、ゲインbおよびゲインaの読み出しができるようにする。 When substituting the horizontal OPB, a function capable of reading out the horizontal OPB area while changing the gain during one frame period is added, and not only the data of the gain b but also the data of the gain a are required. The gain a can be read out.
OPB領域のゲインbおよびゲインaでの読み出しを行うために、次のような方法が考えられる。 In order to perform reading with the gain b and gain a in the OPB region, the following method can be considered.
例えばOPB領域のゲインbでの読み出しは、図11に示されるように行い、OPB領域のゲインaでの読み出しは、次の図12に示されるように行うことができる。 For example, reading with the gain b in the OPB region can be performed as shown in FIG. 11, and reading with the gain a in the OPB region can be performed as shown in FIG.
図12の例においては、時刻t1に画素リセット信号RSTをアクティブHにすることで、読み出し画素がリセットされ、画素電圧Vx_0が画素リセットレベルSrstになる。時刻t14に画素転送信号TRGがアクティブHとされ、画素電圧Vx_0が画素リセットレベルSrstから画素データレベルVsigに変化する。 In the example of FIG. 12, by setting the pixel reset signal RST to active H at time t1, the readout pixel is reset and the pixel voltage Vx_0 becomes the pixel reset level Srst. At time t14, the pixel transfer signal TRG is set to active H, and the pixel voltage Vx_0 changes from the pixel reset level Srst to the pixel data level Vsig.
時刻t30においてゲインbの初期値SLP_ini_aの電圧からゲインaの参照信号Vslopが発生される。時刻t32において、参照信号Vslopが画素電圧Vx_0と一致し、所定のコンパレータ出力遅延時間を経てコンパレート出力VCOが反転するまでカウントアップされる。これによりゲインaで画素データレベルVsigがカウント値DsigとしてAD変換されたことになる。このカウント値Dsigが、OPB領域のゲインaでの読み出し結果となる。 At time t30, a reference signal Vslop with a gain a is generated from the voltage of the initial value SLP_ini_a of the gain b. At time t32, the reference signal Vslop coincides with the pixel voltage Vx_0 and is counted up until the comparator output VCO is inverted after a predetermined comparator output delay time. As a result, the pixel data level Vsig is AD-converted as the count value Dsig with the gain a. This count value Dsig is the result of reading with the gain a in the OPB area.
また、OPB領域のゲインaおよびゲインbでの読み出しを行うために、図11に示されるような読み出しをして、ゲインaでのOPB領域でのカウント値を得る場合には、ゲインbでのコンパレート出力VCOの反転を無視して、ゲインaでの画素データレベルVsigの読み出しを行う方法が考えられる。図13は、この場合の例を表している。 Further, in order to perform reading with the gain a and gain b in the OPB area, when reading is performed as shown in FIG. 11 to obtain the count value in the OPB area with gain a, A method of reading the pixel data level Vsig with the gain a while ignoring the inversion of the comparator output VCO is conceivable. FIG. 13 shows an example of this case.
図13の例においては、時刻t1に画素リセット信号RSTをアクティブHにすることで、読み出し画素がリセットされ、画素電圧Vx_0が画素リセットレベルSrstになる。時刻t10においてゲインbの初期値SLP_ini_bの電圧からゲインbの参照信号Vslopが発生される。時刻t12において、参照信号Vslopが画素電圧Vx_0と一致するので電圧比較部252のコンパレート出力VCOは反転し、カウントダウン動作は停止する。これによりカウント値Drst_bが得られる。
In the example of FIG. 13, by setting the pixel reset signal RST to active H at time t1, the readout pixel is reset and the pixel voltage Vx_0 becomes the pixel reset level Srst. At time t10, a reference signal Vslop of gain b is generated from the voltage of initial value SLP_ini_b of gain b. At time t12, since the reference signal Vslop matches the pixel voltage Vx_0, the comparator output VCO of the
時刻t14に画素転送信号TRGがアクティブHとされ、画素電圧Vx_0が画素リセットレベルSrstから画素データレベルVsigに変化する。 At time t14, the pixel transfer signal TRG is set to active H, and the pixel voltage Vx_0 changes from the pixel reset level Srst to the pixel data level Vsig.
さらに時刻t20においてゲインbの初期値SLP_ini_bの電圧からゲインbの参照信号Vslopが発生される。時刻t22において、参照信号Vslopが画素電圧Vx_0と一致するので電圧比較部252のコンパレート出力VCOは反転し、カウントアップ動作は停止する。ゲインbでカウントダウンされた画素リセットレベルDrst_bからカウントアップが開始されるので、最終的なカウント値Dsigは、ゲインbでの画素リセットレベルと画素データレベルの差分電圧のAD変換、つまり同一ゲインでのCDSを行った値になる。
Further, at time t20, a reference signal Vslop of gain b is generated from the voltage of initial value SLP_ini_b of gain b. At time t22, since the reference signal Vslop matches the pixel voltage Vx_0, the comparator output VCO of the
ただし後述するように、この例では、このカウント値は利用されない。すなわち、次に時刻t26において、カウンタのリセット信号CLOをアクティブHにすることにより、カウント値が0にクリアされる。 However, as will be described later, this count value is not used in this example. That is, at time t26, the counter reset signal CLO is set to active H to clear the count value to zero.
その後、時刻t30においてゲインaの初期値SLP_ini_aの電圧からゲインaの参照信号Vslopが発生される。時刻t32において、参照信号Vslopが画素電圧Vx_0と一致するので電圧比較部252のコンパレート出力VCOは反転し、カウントアップ動作は停止する。リセットされたレベル0からカウントアップが開始されるので、最終的なカウント値Dsigは、ゲインaでの画素リセットレベルのAD変換値になる。
Thereafter, the reference signal Vslop of gain a is generated from the voltage of the initial value SLP_ini_a of gain a at time t30. At time t32, since the reference signal Vslop matches the pixel voltage Vx_0, the comparator output VCO of the
図14は、図11と同じAD変換動作において、時刻t20から開始されたゲインbでの画素信号の読み出しレベルが小さく、ゲインbの読み出し領域内であった場合の例を表している。この場合、最終的なAD変換の結果はゲインbでのCDS読み出し結果となる。 FIG. 14 illustrates an example in which the pixel signal readout level at the gain b started from the time t20 is small and is within the readout region of the gain b in the same AD conversion operation as in FIG. In this case, the final AD conversion result is the CDS read result with the gain b.
すなわち、時刻t20において、ゲインbでの画素データレベルのAD変換処理が開始される。この場合においても、直前の画素リセットレベルの読み出し時と同様に、参照信号Vslopがゲインbの初期値SLP_ini_bになったところで、AD変換制御部20Aは、ゲイン変更指示信号CHNGを参照信号生成部27に出力し、初期値SLP_ini_bの電圧からゲインbの参照信号Vslopを発生させる。
That is, at time t20, AD conversion processing of the pixel data level with the gain b is started. Even in this case, when the reference signal Vslop reaches the initial value SLP_ini_b of the gain b, the AD
時刻t22において、参照信号Vslopが画素電圧Vx_0と一致するので、そのときから所定のコンパレータ出力遅延時間を経てコンパレート出力VCOが反転し、カウントは停止する。これによりゲインbで画素データレベルVsigがカウント値DsigとしてAD変換されたことになる。 At time t22, since the reference signal Vslop matches the pixel voltage Vx_0, the comparator output VCO is inverted after a predetermined comparator output delay time, and the count is stopped. As a result, the pixel data level Vsig is AD converted with the gain b as the count value Dsig.
ゲインbでカウントダウンされた画素リセットレベルDrst_bからカウントアップが開始されるので、最終的なカウント値Dsigは、ゲインbでの画素リセットレベルと画素データレベルの差分電圧のAD変換、つまり同一ゲインでのCDSを行った値になる。その結果、固定パターンノイズ、リセットノイズといったノイズ信号成分を取り除くことができる。 Since the count-up starts from the pixel reset level Drst_b counted down by the gain b, the final count value Dsig is AD conversion of the differential voltage between the pixel reset level and the pixel data level at the gain b, that is, at the same gain. The value obtained by CDS. As a result, noise signal components such as fixed pattern noise and reset noise can be removed.
また、画素リセットレベルのカウント値Drst_bと、画素データレベルのカウント値Dsigのカウント時のゲインは、いずれもゲインbであるから、コンパレータ出力遅延時間は同じである。従って、CDS処理によりコンパレータ出力遅延時間は相殺される。また参照信号Vslop発生直後の傾きの鈍りによる影響も、CDS処理により相殺される。 Further, since the gain at the time of counting the count value Drst_b of the pixel reset level and the count value Dsig of the pixel data level is the gain b, the comparator output delay time is the same. Therefore, the comparator output delay time is canceled by the CDS processing. In addition, the influence of the slack of the slope immediately after the generation of the reference signal Vslop is canceled out by the CDS processing.
次に時刻t24においてラッチ信号VCOHLがアクティブHとされ、電圧比較部252のコンパレート出力VCOがラッチ部501に保持される。電圧比較部252のコンパレート出力VCOは反転しているので、ラッチ部501の出力Vrstも反転する。
Next, at time t24, the latch signal VCOHL is set to active H, and the comparator output VCO of the
これにより、カウンタのクリア信号CLO、カウンタクロック信号はゲートされる。よって、時刻t26において、カウンタのクリア信号CLOはアクティブHにされるが、無効化され、カウント値としてはゲインbのCDS結果Dsigが保持される。 As a result, the counter clear signal CLO and the counter clock signal are gated. Therefore, at time t26, the counter clear signal CLO is set to active H but invalidated, and the CDS result Dsig of gain b is held as the count value.
さらにカウントクロックもゲートされるために、時刻t30から時刻t32におけるゲインaでのAD変換読み出しのカウント動作も停止され、カウント値は保持される。 Further, since the count clock is also gated, the count operation for AD conversion reading with the gain a from time t30 to time t32 is also stopped, and the count value is held.
結果的に時刻t22で保持されたAD変換のカウント値Dsigが最終的なCDS読み出し値となる。このゲインbでの読み出しに関しては、画素リセット信号の読み出し時間と画素データ信号の読み出し時間が隣接しており、CDSのカットオフ周波数特性によりノイズ除去効果が期待できる。 As a result, the AD conversion count value Dsig held at time t22 becomes the final CDS read value. Regarding the readout with the gain b, the readout time of the pixel reset signal and the readout time of the pixel data signal are adjacent to each other, and a noise removal effect can be expected by the cutoff frequency characteristic of the CDS.
また、画素リセットレベルDrst_bのカウント時と、画素データレベルのカウント値Dsigのカウント時のゲインは、いずれもゲインbであるから、コンパレータ出力遅延時間は同じである。従って、CDS処理によりコンパレータ出力遅延時間は相殺される。また参照信号Vslop発生直後の傾きの鈍りによる影響も、CDS処理により相殺される。 In addition, the gain at the time of counting the pixel reset level Drst_b and the count at the time of counting the count value Dsig of the pixel data level is the gain b, so the comparator output delay time is the same. Therefore, the comparator output delay time is canceled by the CDS processing. In addition, the influence of the slack of the slope immediately after the generation of the reference signal Vslop is canceled out by the CDS processing.
図11における場合と同様に、電圧比較部252のコンパレート出力VCOのラッチデータが水平転送される。しかし、この例の場合、コンパレート出力VCOのラッチデータは反転していないので、OPBデータの減算処理は行われない。
As in the case of FIG. 11, the latch data of the comparator output VCO of the
図11と図14の例の場合、カウント実行部503は、図10に示される構成(すなわち、ラッチ部513を有しない構成)となる。
In the case of the example of FIGS. 11 and 14, the
図11と図14の方式は、低ゲインの画素リセットレベルの読み出しがない代わりに水平OPB画素を低ゲインで読み出し、その結果を各列の低ゲインの画素データレベルカウント値から差し引くことでCDSを行なう方式である。このため、1H毎に低ゲインの画素リセットレベルを読み出す必要が無いので、全画素を読むための総読み出し時間を短縮することができる。ただし、後段に低ゲイン読み出しでの水平OPB読み出し結果を記憶するラインバッファが必要となる。また、1フレーム毎に、水平OPB領域をゲインを変えて読み出し、ラインバッファに記憶しておく必要がある。 The method shown in FIGS. 11 and 14 reads out the horizontal OPB pixel at low gain instead of reading out the low gain pixel reset level, and subtracts the result from the low gain pixel data level count value of each column to calculate the CDS. It is a method to perform. For this reason, since it is not necessary to read out a low gain pixel reset level every 1H, the total readout time for reading all the pixels can be shortened. However, a line buffer for storing the horizontal OPB readout result in the low gain readout is required in the subsequent stage. Further, it is necessary to read out the horizontal OPB area by changing the gain for each frame and store it in the line buffer.
また水平OPBとの差分により、画素のVthばらつき成分(すなわち、トランジスタのランダムばらつき成分)やkTCノイズ成分がCDSによりキャンセルできないが、信号レベルが比較的高い領域からデータが使用されるために画質的には目立たない。 Also, due to the difference from the horizontal OPB, the Vth variation component of the pixel (that is, the random variation component of the transistor) and the kTC noise component cannot be canceled by CDS, but the data is used from the region where the signal level is relatively high, so that the image quality is high. It doesn't stand out.
図15は、ゲインの違う読み出しを3回行った場合を説明するタイミングチャートである。最初に、ゲインa,b,cでP相の読み出しが行われ、次にゲインc,b,aでD相の読み出しが行われる。 FIG. 15 is a timing chart for explaining a case where reading with different gains is performed three times. First, P-phase readout is performed with gains a, b, and c, and then D-phase readout is performed with gains c, b, and a.
ゲインa,b,cでの読み出しのうち、どのゲインでのデータを使用するかは、D相の電圧比較部252の反転の有無により判断される。すなわち、直前のD相結果(結果的にはCDSの結果)を使用するか、カウント値をクリアして、次のゲインの読み出しをカウントするかの判断を行なえば、2種類以上のゲインでの読み出しが可能である。他の読み出し方法についても同様に適用できる。
Of the readings with gains a, b, and c, which gain data is used is determined by the presence or absence of inversion of the D-phase
図15の例の場合、カウント実行部503は、図4に示される構成(すなわち、ラッチ部513を有する構成)となる。
In the example of FIG. 15, the
図15の方式は、3種類のゲインで読み出す方式である。これと同じ様にゲインの異なる読み出しを増やすことで4以上の複数のゲインでの読み出しも可能である。これにより量子化ステップの最適化がさらに進み、色再現などの効果を上げることができる。 The method of FIG. 15 is a method of reading with three types of gains. Similarly, it is possible to read with a plurality of gains of 4 or more by increasing the number of readouts having different gains. As a result, optimization of the quantization step further proceeds, and effects such as color reproduction can be improved.
<撮像装置> <Imaging device>
図16は、上述の固体撮像装置1と同様の仕組みを利用した物理情報取得装置の一例である撮像装置の概略構成を示す図である。この撮像装置8は、可視光カラー画像を得る撮像装置になっている。
FIG. 16 is a diagram illustrating a schematic configuration of an imaging apparatus which is an example of a physical information acquisition apparatus using a mechanism similar to that of the solid-
上述した固体撮像装置1の仕組みは固体撮像装置のみではなく、撮像装置にも適用可能である。この場合、撮像装置としても、信号成分Vsig の大きさに合わせて、参照信号Vslopの傾きを変化させるとともに、参照信号Vslopの傾き変化に合わせてカウンタの分周動作を変化させる(より高速にしていく)。さらに、分周動作を変化させる際には、下位ビット出力を順次無効にして残りの上位ビット出力の分周動作のみを変化させる仕組みを採ることができる。これにより、参照信号Vslopの傾き変化に伴うAD変換結果に対する補正を要することなく、また実質的な変換精度を損なうことなく、AD変換を高速に実現できるようになる。
The mechanism of the solid-
この際、参照信号Vslopの傾き変化点や傾きの大きさの制御、並びに傾き変化を相殺するためのカウンタの分周速度の高速化の制御は、外部の主制御部において任意に指定できるようにする。すなわち、光ショットノイズと量子化ノイズとの関係に基づいてより高精度を求めるか高速性を求めるかといった目的に応じたモード切替指示を通信・タイミング制御部20に対するデータ設定で任意に指定できるようにする。
At this time, the control of the slope change point and the slope magnitude of the reference signal Vslop and the control for increasing the frequency dividing speed of the counter for canceling the slope change can be arbitrarily designated by the external main control unit. To do. That is, it is possible to arbitrarily designate a mode switching instruction according to the purpose of obtaining higher accuracy or higher speed based on the relationship between light shot noise and quantization noise by data setting for the communication /
具体的には、撮像装置8は、蛍光灯などの照明装置801の下にある被写体Zの像を担持する光Lを撮像装置側に導光して結像させる撮影レンズ802、および光学ローパスフィルタ804を備える。また、例えばR,G,Bの色フィルタがベイヤ配列とされている色フィルタ群812、画素アレイ部10、および画素アレイ部10を駆動する駆動制御部7を備える。さらに、画素アレイ部10から出力された画素信号に対してCDS処理やAD変換処理などを施すカラム処理部26、カラム処理部26に参照信号Vslopを供給する参照信号生成部27、水平転送されてきたカウント値をゲイン倍に補正したり、光学的黒レベルのデータを画素データレベルのカウント値から減算処理する補正部301、およびカラム処理部26から出力された撮像信号を処理するカメラ信号処理部810を備えている。
Specifically, the imaging device 8 includes a photographing
光学ローパスフィルタ804は、折返し歪みを防ぐために、ナイキスト周波数以上の高周波成分を遮断するためのものである。また、図中に点線で示しように、光学ローパスフィルタ804と合わせて、赤外光成分を低減させる赤外光カットフィルタ805を設けることもできる。この点は、一般的な撮像装置と同様である。
The optical low-
カラム処理部26の後段に設けられたカメラ信号処理部810は、撮像信号処理部820と、撮像装置8の全体を制御する主制御部として機能するカメラ制御部900とを有する。
The camera signal processing unit 810 provided at the subsequent stage of the
撮像信号処理部820は、色フィルタとして原色フィルタ以外のものが使用されているときにカラム処理部26のAD変換機能部から供給されるデジタル撮像信号をR(赤),G(緑),B(青)の原色信号に分離する原色分離機能を具備した信号分離部822を有する。また、信号分離部822によって分離された原色信号R,G,Bに基づいて色信号Cに関しての信号処理を行なう色信号処理部830を有する。
The imaging
また撮像信号処理部820は、信号分離部822によって分離された原色信号R,G,Bに基づいて輝度信号Yに関しての信号処理を行なう輝度信号処理部840と、輝度信号Y/色信号Cに基づいて映像信号VDを生成するエンコーダ部860とを有する。
The imaging
色信号処理部830は、図示を省略するが、例えば、ホワイトバランスアンプ、ガンマ補正部、色差マトリクス部などを有する。ホワイトバランスアンプは、図示しないホワイトバランスコントローラから供給されるゲイン信号に基づき、信号分離部822の原色分離機能部から供給される原色信号のゲインを調整(ホワイトバランス調整)し、ガンマ補正部および輝度信号処理部840に供給する。 Although not shown, the color signal processing unit 830 includes, for example, a white balance amplifier, a gamma correction unit, a color difference matrix unit, and the like. The white balance amplifier adjusts the gain of the primary color signal supplied from the primary color separation function unit of the signal separation unit 822 (white balance adjustment) based on the gain signal supplied from a white balance controller (not shown), and the gamma correction unit and brightness The signal is supplied to the signal processing unit 840.
ガンマ補正部は、ホワイトバランスが調整された原色信号に基づいて、忠実な色再現のためのガンマ(γ)補正を行ない、ガンマ補正された各色用の出力信号R,G,Bを色差マトリクス部に入力する。色差マトリクス部は、色差マトリクス処理を行なって得た色差信号R−Y,B−Yをエンコーダ部860に入力する。
The gamma correction unit performs gamma (γ) correction for faithful color reproduction based on the primary color signal whose white balance is adjusted, and outputs the output signals R, G, and B for each color subjected to gamma correction as a color difference matrix unit To enter. The color difference matrix unit inputs the color difference signals RY and BY obtained by performing the color difference matrix processing to the
輝度信号処理部840は、図示を省略するが、例えば、信号分離部822の原色分離機能部から供給される原色信号に基づいて比較的周波数が高い成分までをも含む輝度信号YHを生成する高周波輝度信号生成部を有する。また、ホワイトバランスアンプから供給されるホワイトバランスが調整された原色信号に基づいて比較的周波数が低い成分のみを含む輝度信号YLを生成する低周波輝度信号生成部と、2種類の輝度信号YH,YLに基づいて輝度信号Yを生成しエンコーダ部860に供給する輝度信号生成部とを有する。
Although not shown, the luminance signal processing unit 840 generates, for example, a high frequency signal that generates a luminance signal YH including a component having a relatively high frequency based on the primary color signal supplied from the primary color separation function unit of the
エンコーダ部860は、色信号副搬送波に対応するデジタル信号で色差信号R−Y,B−Yをデジタル変調した後、輝度信号処理部840にて生成された輝度信号Yと合成して、デジタル映像信号VD(=Y+S+C;Sは同期信号、Cはクロマ信号)に変換する。
The
エンコーダ部860から出力されたデジタル映像信号VDは、さらに後段の図示を省略したカメラ信号出力部に供給され、モニター出力や記録メディアへのデータ記録などに供される。この際、必要に応じて、DA変換によってデジタル映像信号VDがアナログ映像信号Vに変換される。
The digital video signal VD output from the
本実施の形態のカメラ制御部900は、コンピュータが行なう演算と制御の機能を超小型の集積回路に集約させたCPU(Central Processing Unit )を代表例とする電子計算機の中枢をなすマイクロプロセッサ(microprocessor)902を有する。また読出専用の記憶部であるROM(ReAD Only Memory)904、随時書込みおよび読出しが可能であるとともに揮発性の記憶部の一例であるRAM(Random Access Memory)906、図示を省略したその他の周辺部材を有している。マイクロプロセッサ902、ROM904、およびRAM906を纏めて、マイクロコンピュータ(microcomputer )とも称する。
The
なお、上記において“揮発性の記憶部”とは、装置の電源がオフされた場合には、記憶内容を消滅してしまう形態の記憶部を意味する。一方、“不揮発性の記憶部”とは、装置のメイン電源がオフされた場合でも、記憶内容を保持し続ける形態の記憶部を意味する。記憶内容を保持し続けることができるものであればよく、半導体製のメモリ素子自体が不揮発性を有するものに限らず、バックアップ電源を備えることで、揮発性のメモリ素子を“不揮発性”を呈するように構成するものであってもよい。 In the above description, the “volatile storage unit” means a storage unit in which the stored contents are lost when the power of the apparatus is turned off. On the other hand, the “nonvolatile storage unit” means a storage unit in a form that keeps stored contents even when the main power supply of the apparatus is turned off. Any memory device can be used as long as it can retain the stored contents. The semiconductor memory device itself is not limited to a nonvolatile memory device, and a backup power supply is provided to make a volatile memory device “nonvolatile”. You may comprise as follows.
また、半導体製のメモリ素子により構成することに限らず、磁気ディスクや光ディスクなどの媒体を利用して構成してもよい。例えば、ハードディスク装置を不揮発性の記憶部として利用できる。また、CD−ROMなどの記録媒体から情報を読み出す構成を採ることでも不揮発性の記憶部として利用できる。 Further, the present invention is not limited to a semiconductor memory element, and may be configured using a medium such as a magnetic disk or an optical disk. For example, a hard disk device can be used as a nonvolatile storage unit. In addition, it is possible to use as a nonvolatile storage unit by adopting a configuration for reading information from a recording medium such as a CD-ROM.
カメラ制御部900は、システム全体を制御するものであり、特に上述のAD変換処理の高速化との関係においては、参照信号生成部27における参照信号Vslopの傾き変化制御やカウンタ部254における分周速度制御のための各種の制御パルスのオン/オフタイミングを調整する機能を有している。
The
ROM904にはカメラ制御部900の制御プログラムなどが格納されているが、特に本例では、カメラ制御部900によって、各種の制御パルスのオン/オフタイミングを設定するためのプログラムが格納されている。
The
RAM906にはカメラ制御部900が各種処理を行なうためのデータなどが格納されている。
The
また、カメラ制御部900は、メモリカードなどの記録媒体924を挿脱可能に構成し、またインターネットなどの通信網との接続が可能に構成している。例えば、カメラ制御部900は、マイクロプロセッサ902、ROM904、およびRAM906の他に、メモリ読出部907および通信I/F(インタフェース)908を備える。
The
記録媒体924は、例えば、マイクロプロセッサ902にソフトウェア処理をさせるためのプログラムデータや、輝度信号処理部840からの輝度系信号に基づく測光データDLの収束範囲や露光制御処理(電子シャッタ制御を含む)のために利用される。また参照信号生成部27における参照信号Vslopの傾き変化制御やカウンタ部254における分周速度制御のための各種の制御パルスのオン/オフタイミングなど、様々な設定値などのデータを登録するなどのために利用される。
The
メモリ読出部907は、記録媒体924から読み出したデータをRAM906に格納(インストール)する。通信I/F908は、インターネットなどの通信網との間の通信データの受け渡しを仲介する。
The
なお、このような撮像装置8は、駆動制御部7およびカラム処理部26を、画素アレイ部10と別体にしてモジュール状のもので示しているが、固体撮像装置1について述べたように、これらが画素アレイ部10と同一の半導体基板上に一体的に形成されたワンチップものの固体撮像装置1を利用してもよいのは言うまでもない。
In addition, although such an imaging device 8 shows the drive control unit 7 and the
また、撮像装置8は、画素アレイ部10、駆動制御部7、カラム処理部26、参照信号生成部27、カメラ信号処理部810の他に、撮影レンズ802、光学ローパスフィルタ804、あるいは赤外光カットフィルタ805などの光学系をも含む状態で図示されている。この態様は、これらを纏めてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態とする場合に好適である。
In addition to the
上述の固体撮像装置1におけるモジュールとの関係においては、図示のように、画素アレイ部10(撮像部)と、AD変換機能や差分(CDS)処理機能を具備したカラム処理部26などの画素アレイ部10側と密接に関連した信号処理部(カラム処理部26の後段のカメラ信号処理部は除く)が纏めてパッケージングされた状態で撮像機能を有するモジュール状の形態で固体撮像装置1を提供するようにし、そのモジュール状の形態で提供された固体撮像装置1の後段に、残りの信号処理部であるカメラ信号処理部810を設けて撮像装置8の全体を構成するようにしてもよい。
In the relationship with the module in the solid-
または、図示を省略するが、画素アレイ部10と撮影レンズ802などの光学系とが纏めてパッケージングされた状態で撮像機能を有するモジュール状の形態で固体撮像装置1を提供するようにし、そのモジュール状の形態で提供された固体撮像装置1に加えて、カメラ信号処理部810もモジュール内に設けて、撮像装置8の全体を構成するようにしてもよい。
Alternatively, although not shown, the solid-
また、固体撮像装置1におけるモジュールの形態として、カメラ信号処理部200に相当するカメラ信号処理部810を含めてもよく、この場合には、事実上、固体撮像装置1と撮像装置8とが同一のものと見なすこともできる。
Further, as a module form in the solid-
このような撮像装置8は、「撮像」を行なうための、例えば、カメラや撮像機能を有する携帯機器として提供される。なお、「撮像」は、通常のカメラ撮影時の像の撮り込みだけではなく、広義の意味として、指紋検出なども含むものである。 Such an imaging device 8 is provided as a portable device having, for example, a camera or an imaging function for performing “imaging”. Note that “imaging” includes not only capturing an image during normal camera shooting but also includes fingerprint detection in a broad sense.
このような構成の撮像装置8においては、上述の固体撮像装置1の全ての機能を包含して構成されており、上述の固体撮像装置1の基本的な構成および動作と同様とすることができる。また、参照信号Vslopの傾き変化とカウンタ分周速度変化とを連動させた制御を行なう仕組みを採ることで、参照信号Vslopの傾き変化に伴うAD変換結果に対する補正を要することなく、また実質的な変換精度を損なうことなく、AD変換を高速に実現できる。
The imaging device 8 having such a configuration is configured to include all the functions of the solid-
例えば、上述した処理をコンピュータに実行させるプログラムは、フラッシュメモリ、ICカード、あるいはミニチュアーカードなどの不揮発性の半導体メモリカードなどの記録媒体924を通じて配布される。さらに、サーバなどからインターネットなどの通信網を経由して前記プログラムをダウンロードして取得する、あるいは更新してもよい。
For example, a program that causes a computer to execute the above-described processing is distributed through a
記録媒体924の一例としてのICカードやミニチュアーカードなどの半導体メモリには、上記実施の形態で説明した固体撮像装置1(特に参照信号Vslopの傾き変化とカウンタ分周速度変化とを連動させた制御を行なうAD変換高速化処理に関わる機能)における処理の一部または全ての機能を格納することができる。したがって、プログラムや当該プログラムを格納した記憶媒体を提供することができる。例えば、参照信号Vslopの傾き変化とカウンタ分周速度変化とを連動させた制御を行なうAD変換高速化処理用のプログラム、すなわちRAM906などにインストールされるソフトウェアは、固体撮像装置1について説明したAD変換高速化処理と同様に、AD変換処理の高速化を実現するための制御パルス設定機能をソフトウェアとして備える。
A semiconductor memory such as an IC card or a miniature card as an example of the
ソフトウェアは、RAM906に読み出された後にマイクロプロセッサ902により実行される。例えばマイクロプロセッサ902は、記録媒体の一例であるROM904およびRAM906に格納されたプログラムに基づいて制御パルス設定処理を実行することにより、参照信号Vslopの傾き変化とカウンタ分周速度変化とを連動させた制御を行なうことでAD変換処理を高速化する機能をソフトウェア的に実現することができる。
The software is executed by the
以上、本技術について実施の形態を用いて説明したが、本技術の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。技術の要旨を逸脱しない範囲で上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本技術の技術的範囲に含まれる。 As mentioned above, although this technique was demonstrated using embodiment, the technical scope of this technique is not limited to the range as described in the said embodiment. Various changes or improvements can be added to the above-described embodiment without departing from the gist of the technology, and embodiments to which such changes or improvements are added are also included in the technical scope of the present technology.
また、上記の実施の形態は、クレーム(請求項)に係る技術を限定するものではなく、また実施の形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが技術の解決手段に必須であるとは限らない。上述した実施の形態には種々の段階の技術が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の技術を抽出できる。実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が技術として抽出され得る。 The above embodiments do not limit the technology according to the claims (claims), and all the combinations of features described in the embodiments are essential to the technical solution. Is not limited. The above-described embodiments include technologies at various stages, and various technologies can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. Even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, as long as the effect is obtained, the configuration from which these constituent requirements are deleted can be extracted as a technique.
<その他> <Others>
本技術は、以下のような構成もとることができる。 The present technology can be configured as follows.
(1)
画素から得られるアナログの画素信号のレベルをデジタルデータに変換するための参照信号であって、第1のゲインの前記参照信号と、前記第1のゲインと異なる第2のゲインの前記参照信号を、画素リセットレベル読み出し時と画素データレベル読み出し時に生成する生成部と、
前記アナログの画素信号のレベルと前記参照信号とを比較する比較部と、
前記比較部での比較処理と並行してカウント処理を行ない、前記第1のゲインの前記参照信号または前記第2のゲインの前記参照信号の比較処理が完了した時点のカウント値を前記デジタルデータとして取得するカウント部と
を備える固体撮像装置。
(2)
前記比較部の比較の結果を保持する保持部をさらに備え、
前記カウント部は、保持された前記比較結果に基づいて、先に得られるカウント値と後に得られるカウント値を選択する
前記(1)に記載の固体撮像装置。
(3)
前記生成部は、前記画素リセットレベル読み出し時においては、第1の初期値から前記第1のゲインの第1の参照信号と第2の初期値から前記第2のゲインの第2の参照信号を生成し、前記画素データレベル読み出し時においては、前記第1の初期値から前記第1のゲインの第3の参照信号と前記第2の初期値から前記第2のゲインの第4の参照信号を生成する
前記(1)または(2)に記載の固体撮像装置。
(4)
前記カウント部は、前記第1のゲインの一方の前記参照信号と他方の前記参照信号との間に、前記第2の参照信号が生成される場合、前記第1のゲインの一方の前記参照信号に基づく前記カウント値を保持し、他方の前記参照信号に基づくカウント時にカウント値の初期値とする
前記(1)、(2)または(3)に記載の固体撮像装置。
(5)
前記第1のゲインと前記第2のゲインのうち、大きい方の前記参照信号による前記画素リセットレベル読み出し時と前記画素データレベル読み出し時の前記カウント処理を隣接するタイミングで行う
前記(1)乃至(4)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(6)
前記カウント部により選択された前記カウント値の前記ゲインに基づいて、前記第1のゲインの前記参照信号と前記第2のゲインの前記参照信号の大きさによるデジタル値分解能の差を補正する補正部をさらに備える
前記(1)乃至(5)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(7)
前記カウント部は、前記第1のゲインと前記第2のゲインの比の分だけ倍にして前記カウントを行う
前記(1)乃至(6)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(8)
前記生成部は、前記画素データレベル読み出し時においては、前記第1のゲインの前記参照信号と前記第2のゲインの前記参照信号のうちの一方の生成を省略して、他方だけを生成し、
生成された前記他方の参照信号に基づく前記カウント値から光学的黒レベルのデータが減算される
前記(1)乃至(7)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(9)
画素から得られるアナログの画素信号のレベルをデジタルデータに変換するための参照信号であって、第1のゲインの前記参照信号と、前記第1のゲインと異なる第2のゲインの前記参照信号を、画素リセットレベル読み出し時と画素データレベル読み出し時に生成する生成部と、
前記アナログの画素信号のレベルと前記参照信号とを比較する比較部と、
前記比較部での比較処理と並行してカウント処理を行ない、前記第1のゲインの前記参照信号または前記第2のゲインの前記参照信号の比較処理が完了した時点のカウント値を前記デジタルデータとして取得するカウント部と
を備える撮像装置。
(10)
画素から得られるアナログの画素信号のレベルをデジタルデータに変換するための参照信号であって、第1のゲインの前記参照信号と、前記第1のゲインと異なる第2のゲインの前記参照信号を、画素リセットレベル読み出し時と画素データレベル読み出し時に生成し、
前記アナログの画素信号のレベルと前記参照信号とを比較し、
前記比較処理と並行してカウント処理を行ない、前記第1のゲインの前記参照信号または前記第2のゲインの前記参照信号の比較処理が完了した時点のカウント値を前記デジタルデータとして取得する
撮像方法。
(1)
A reference signal for converting the level of an analog pixel signal obtained from a pixel into digital data, the reference signal having a first gain and the reference signal having a second gain different from the first gain. A generation unit for generating a pixel reset level read time and a pixel data level read time;
A comparison unit that compares the level of the analog pixel signal with the reference signal;
Count processing is performed in parallel with the comparison processing in the comparison section, and the count value at the time when the comparison processing of the reference signal of the first gain or the reference signal of the second gain is completed is used as the digital data. A solid-state imaging device comprising: a count unit to acquire.
(2)
A holding unit for holding the comparison result of the comparison unit;
The solid-state imaging device according to (1), wherein the count unit selects a count value obtained earlier and a count value obtained later based on the held comparison result.
(3)
The generation unit outputs a first reference signal of the first gain from a first initial value and a second reference signal of the second gain from a second initial value at the time of reading the pixel reset level. When the pixel data level is generated and read, the third reference signal of the first gain from the first initial value and the fourth reference signal of the second gain from the second initial value are generated. The solid-state imaging device according to (1) or (2).
(4)
When the second reference signal is generated between the one reference signal of the first gain and the other reference signal of the first gain, the count unit is one of the reference signals of the first gain. The solid-state imaging device according to (1), (2), or (3), wherein the count value based on is held and used as an initial value of the count value when counting based on the other reference signal.
(5)
Of the first gain and the second gain, the count processing when the pixel reset level is read and the pixel data level is read by the larger reference signal is performed at adjacent timings. 4) The solid-state imaging device according to any one of
(6)
Based on the gain of the count value selected by the count unit, a correction unit that corrects a difference in digital value resolution depending on the magnitude of the reference signal of the first gain and the reference signal of the second gain The solid-state imaging device according to any one of (1) to (5).
(7)
The solid-state imaging device according to any one of (1) to (6), wherein the count unit performs the counting by multiplying by a ratio of the first gain and the second gain.
(8)
The generation unit omits generation of one of the reference signal of the first gain and the reference signal of the second gain at the time of reading out the pixel data level, and generates only the other,
The solid-state imaging device according to any one of (1) to (7), wherein optical black level data is subtracted from the count value based on the generated other reference signal.
(9)
A reference signal for converting the level of an analog pixel signal obtained from a pixel into digital data, the reference signal having a first gain and the reference signal having a second gain different from the first gain. A generation unit for generating a pixel reset level read time and a pixel data level read time;
A comparison unit that compares the level of the analog pixel signal with the reference signal;
Count processing is performed in parallel with the comparison processing in the comparison section, and the count value at the time when the comparison processing of the reference signal of the first gain or the reference signal of the second gain is completed is used as the digital data. An imaging device comprising: a count unit to acquire.
(10)
A reference signal for converting the level of an analog pixel signal obtained from a pixel into digital data, the reference signal having a first gain and the reference signal having a second gain different from the first gain. , Generated at pixel reset level readout and pixel data level readout,
Comparing the level of the analog pixel signal with the reference signal;
A counting process is performed in parallel with the comparison process, and a count value at the time when the comparison process of the reference signal of the first gain or the reference signal of the second gain is completed is acquired as the digital data. .
1 固体撮像装置,3 単位画素,10 画素アレイ部,12 水平走査回路,14 垂直走査回路,15 行制御線,18 水平信号線,19 垂直信号線,20 通信・タイミング制御部,24 読出電流源部,25 カラムAD回路,26 カラム処理部,27 参照信号生成部,27ADA変換回路,28 出力回路,32 電荷生成部,252 電圧比較部,254 カウンタ部,256 データ記憶部,501 ラッチ部,502 クロック/クリア制御部,503 カウント実行部,511 フリップフロップ,512 データ保持部,513 ラッチ部,514 カウントモード切替部,515 カウントクロック切替部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記アナログの画素信号のレベルと前記参照信号とを比較する比較部と、
前記比較部での比較処理と並行してカウント処理を行ない、前記第1のゲインの前記参照信号または前記第2のゲインの前記参照信号の比較処理が完了した時点のカウント値を前記デジタルデータとして取得するカウント部と
を備える固体撮像装置。 A reference signal for converting the level of an analog pixel signal obtained from a pixel into digital data, the reference signal having a first gain and the reference signal having a second gain different from the first gain. A generation unit for generating a pixel reset level read time and a pixel data level read time;
A comparison unit that compares the level of the analog pixel signal with the reference signal;
Count processing is performed in parallel with the comparison processing in the comparison section, and the count value at the time when the comparison processing of the reference signal of the first gain or the reference signal of the second gain is completed is used as the digital data. A solid-state imaging device comprising: a count unit to acquire.
前記カウント部は、保持された前記比較結果に基づいて、先に得られるカウント値と後に得られるカウント値を選択する
請求項1に記載の固体撮像装置。 A holding unit for holding the comparison result of the comparison unit;
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the count unit selects a count value obtained earlier and a count value obtained later based on the held comparison result.
請求項2に記載の固体撮像装置。 The generation unit outputs a first reference signal of the first gain from a first initial value and a second reference signal of the second gain from a second initial value at the time of reading the pixel reset level. When the pixel data level is generated and read, the third reference signal of the first gain from the first initial value and the fourth reference signal of the second gain from the second initial value are generated. The solid-state imaging device according to claim 2.
請求項3に記載の固体撮像装置。 When the second reference signal is generated between the one reference signal of the first gain and the other reference signal of the first gain, the count unit is one of the reference signals of the first gain. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the count value based on is held and used as an initial value of the count value when counting based on the other reference signal.
請求項4に記載の固体撮像装置。 5. The count processing at the time of reading the pixel reset level and the reading of the pixel data level by the reference signal, which is the larger of the first gain and the second gain, is performed at adjacent timings. Solid-state imaging device.
請求項5に記載の固体撮像装置。 Based on the gain of the count value selected by the count unit, a correction unit that corrects a difference in digital value resolution depending on the magnitude of the reference signal of the first gain and the reference signal of the second gain The solid-state imaging device according to claim 5.
請求項5に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the counting unit performs the counting by multiplying by a ratio of the first gain and the second gain.
生成された前記他方の参照信号に基づく前記カウント値から光学的黒レベルのデータが減算される
請求項2に記載の固体撮像装置。 The generation unit omits generation of one of the reference signal of the first gain and the reference signal of the second gain at the time of reading out the pixel data level, and generates only the other,
The solid-state imaging device according to claim 2, wherein optical black level data is subtracted from the count value based on the generated other reference signal.
前記アナログの画素信号のレベルと前記参照信号とを比較する比較部と、
前記比較部での比較処理と並行してカウント処理を行ない、前記第1のゲインの前記参照信号または前記第2のゲインの前記参照信号の比較処理が完了した時点のカウント値を前記デジタルデータとして取得するカウント部と
を備える撮像装置。 A reference signal for converting the level of an analog pixel signal obtained from a pixel into digital data, the reference signal having a first gain and the reference signal having a second gain different from the first gain. A generation unit for generating a pixel reset level read time and a pixel data level read time;
A comparison unit that compares the level of the analog pixel signal with the reference signal;
Count processing is performed in parallel with the comparison processing in the comparison section, and the count value at the time when the comparison processing of the reference signal of the first gain or the reference signal of the second gain is completed is used as the digital data. An imaging device comprising: a count unit to acquire.
前記アナログの画素信号のレベルと前記参照信号とを比較し、
前記比較処理と並行してカウント処理を行ない、前記第1のゲインの前記参照信号または前記第2のゲインの前記参照信号の比較処理が完了した時点のカウント値を前記デジタルデータとして取得する
撮像方法。 A reference signal for converting the level of an analog pixel signal obtained from a pixel into digital data, the reference signal having a first gain and the reference signal having a second gain different from the first gain. , Generated at pixel reset level readout and pixel data level readout,
Comparing the level of the analog pixel signal with the reference signal;
A counting process is performed in parallel with the comparison process, and a count value at the time when the comparison process of the reference signal of the first gain or the reference signal of the second gain is completed is acquired as the digital data. .
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2011
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