JP2013051575A - Solid-state imaging device, imaging device, and imaging method - Google Patents

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康孝 木村
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PROBLEM TO BE SOLVED: To enable accurate execution of AD conversion processing.SOLUTION: A reference signal of first gain and a reference signal of second gain different from the first gain that are reference signals for converting a level of an analog pixel signal obtained from a pixel into digital data are generated in reading a pixel reset level and in reading a pixel data level, the level of the analog pixel signal is compared with the reference signals, count processing is performed in parallel with the comparison processing, and a count value at the time of completion of the comparison processing with the reference signal of the first gain or the reference signal of the second gain is acquired as the digital data.

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.

特開2008−136043号公報JP 2008-136043 A

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.

本技術に係る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。It is a schematic block diagram of the CMOS solid-state imaging device which is one embodiment of the solid-state imaging device according to the present technology. 単位画素の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a unit pixel. 電圧比較部およびカウンタ部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a voltage comparison part and a counter part. カウント実行部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a count execution part. カラムAD回路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。3 is a timing chart for explaining an operation in a column AD circuit. カラムAD回路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。3 is a timing chart for explaining an operation in a column AD circuit. カラムAD回路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。3 is a timing chart for explaining an operation in a column AD circuit. カラムAD回路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。3 is a timing chart for explaining an operation in a column AD circuit. カラムAD回路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。3 is a timing chart for explaining an operation in a column AD circuit. カウント実行部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a count execution part. カラムAD回路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。3 is a timing chart for explaining an operation in a column AD circuit. カラムAD回路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。3 is a timing chart for explaining an operation in a column AD circuit. カラムAD回路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。3 is a timing chart for explaining an operation in a column AD circuit. カラムAD回路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。3 is a timing chart for explaining an operation in a column AD circuit. カラムAD回路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。3 is a timing chart for explaining an operation in a column AD circuit. 本技術に係る撮像装置の一実施の形態の構成を示す図である。It is a figure showing the composition of the 1 embodiment of the imaging device concerning this art.

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-State Imaging Device 2 Details of Reference Signal Generation Unit and Column AD Circuit 3 Configuration of Pixel Unit 4 Configuration of Voltage Comparison Unit and Counter Unit 5 Configuration of Count Execution Unit 6 AD Conversion Operation 7 Imaging Device 8 Other

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-state imaging device 1 includes a pixel unit in which a plurality of pixels including a light receiving element (an example of a charge generation unit) that outputs a signal corresponding to an incident light amount is arranged in rows and columns (that is, in a two-dimensional matrix). . In the solid-state imaging device 1, the signal output from each pixel is a voltage signal, and a CDS (Correlated Double Sampling) processing function unit, a digital conversion unit (ADC: Analog Digital Converter), and the like are arranged in parallel. It is provided.

“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 pixel array unit 10 is arranged separately on one edge side in the column direction (output side arranged on the lower side in FIG. 1) and the other edge side on the opposite side (upper side in FIG. 1). It may be in the form of being made. In the latter case, it is preferable that the horizontal scanning unit that performs readout scanning (horizontal scanning) in the row direction is also arranged separately on each edge side so that each can operate independently.

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 pixel array unit 10 side to one CDS processing function unit or digital conversion unit is provided. Depending on the subsequent processing, it is necessary to take measures such as providing a memory for holding the output signal.

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-state imaging device 1 according to the present embodiment includes a pixel array unit 10, which is also referred to as a pixel unit or an imaging unit in which a plurality of unit pixels 3 are arranged in rows and columns, and a pixel array unit 10. Drive control unit 7 provided outside the pixel, a read current source unit 24 for supplying an operation current (read current) for reading a pixel signal to the unit pixels 3 of the pixel array unit 10, and a column AD circuit arranged for each vertical column 25, a column processing unit 26, a reference signal generation unit 27 that generates a reference signal Vslop for AD conversion and supplies the reference signal Vslop to the column processing unit 26, and an output unit 29. Each of these functional units is provided on the same semiconductor substrate.

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 column processing unit 26 as needed before or after the column processing unit 26. When AGC is performed before the column processing unit 26, analog amplification is performed. When AGC is performed after the column processing unit 26, digital amplification is performed. If the n-bit digital data is simply amplified, the gradation may be lost. Therefore, it is preferable to perform digital conversion after amplification by analog.

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 pixel array unit 10. For example, the drive control unit 7 generates a horizontal scanning circuit (column scanning circuit) 12 that controls column addresses and column scanning, a vertical scanning circuit (row scanning circuit) 14 that controls row addresses and row scanning, and an internal clock. And a communication / timing control unit 20 having functions such as

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 / timing control unit 20 generates an internal clock based on the input clock (master clock) CLK0 input via the terminal 5a and the high-speed clock generated by the clock conversion unit.

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 column processing unit 26 can be converted into serial data and the video data D1 can be output outside the device. By doing so, it is possible to adopt a configuration in which high-speed operation output is performed with a smaller number of terminals than the number of bits of AD-converted digital data.

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 unit pixels 3 are arranged in each row and each column. The unit pixel 3 is typically composed of a photodiode as a light receiving element (charge generation unit) and an in-pixel amplifier having an amplifying semiconductor element (for example, a transistor).

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 unit pixel 3 as an electric signal, and various configurations can be adopted. A floating diffusion amplifier configuration is used. 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 an amplifier transistor having a source follower configuration, which is an example of a detection element that detects a change, can be used as a CMOS sensor (see, for example, FIG. 2 described later).

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-state imaging device 1 can make the pixel array unit 10 compatible with color imaging by using a color separation (color separation) filter. That is, color separation comprising a combination of a plurality of color filters for capturing a color image on a light receiving surface on which electromagnetic waves (light in this example) of each charge generation unit (photodiode, etc.) in the pixel array unit 10 are incident. By providing any one of the color filters in, for example, a so-called Bayer array, it is possible to capture color images.

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 unit pixel 3 includes a vertical scanning unit 14 via a row control line 15 for row selection, a column processing unit 26 in which a column AD circuit 25 is provided for each vertical column via a vertical signal line 19, Each is connected. Here, the row control line 15 indicates the entire wiring that enters the pixel from the vertical scanning unit 14.

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 horizontal scanning circuit 12 has a function of a reading scanning unit that reads a count value from the column processing unit 26 to the horizontal signal line 18.

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 horizontal scanning unit 12 and the vertical scanning circuit 14 is integrally formed with the pixel array unit 10 in a semiconductor region such as single crystal silicon using a technique similar to the semiconductor integrated circuit manufacturing technique. And configured as a solid-state imaging device which is an example of a semiconductor system.

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-state imaging device 1 according to the present embodiment is configured to form a part.

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-state imaging device 1 may be configured as one chip in which each unit is integrally formed in the semiconductor region. Although not shown, in addition to various signal processing units such as the pixel array unit 10, the drive control unit 7, and the column processing unit 26, an optical system such as a photographing lens, an optical low-pass filter, or an infrared light cut filter. It is good also as a module-like form which has the imaging function packaged together in the state which also contains.

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 horizontal scanning unit 12 and the vertical scanning unit 14 include, for example, a decoder, and start a shift operation (scanning) in response to control signals CN1 and CN2 supplied from the communication / timing control unit 20. . Therefore, for example, the row control line 15 includes various pulse signals (for example, pixel reset pulse RST, transfer pulse TRG, drain line control pulse DRN, etc.) for driving the unit pixel 3.

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 / timing control unit 20 includes a functional block of a timing generator TG (an example of a read address control device) that supplies a clock signal necessary for the operation of each unit and a pulse signal having a predetermined timing. The communication / timing control unit 20 receives a master clock CLK0 supplied from an external main control unit (for example, a camera control unit 900 in FIG. 16 described later) via a terminal 5a, and receives an external main control signal via a terminal 5b. A function block of a communication interface that receives data instructing an operation mode supplied from the control unit and outputs data including information of the solid-state imaging device 1 to an external main control unit is provided.

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 horizontal decoder 12a and the vertical address signal is output to the vertical decoder 14a, and each decoder 12a, 14a receives it and selects a corresponding row or column.

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 unit pixels 3 are arranged in a two-dimensional matrix, analog pixel signals generated by the pixel signal generation unit 5 and output in the column direction via the vertical signal lines 19 are arranged in a row unit (column parallel). (In) Access and capture (vertical) scan reading is performed. Then, by accessing the row direction, which is the arrangement direction of the vertical columns, and reading the pixel signal (in this example, digitized pixel data) to the output side (horizontal) scan reading, the pixel signal or It is preferable to increase the reading speed of pixel data. Of course, not only scanning reading but also random access for reading out only the information of the necessary unit pixel 3 is possible by directly addressing the unit pixel 3 to be read out.

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 / timing control unit 20, the clock CLK1 having the same frequency as the input clock (master clock) CLK0 input via the terminal 5a, a clock obtained by dividing the clock CLK1, or a low-speed clock obtained by further dividing the device are used as devices. For example, the horizontal scanning unit 12, the vertical scanning unit 14, the column processing unit 26, and the like. Hereinafter, the clocks divided by two and the clocks with lower frequencies are collectively referred to as a low-speed clock CLK2.

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 vertical scanning unit 14 selects a row of the pixel array unit 10 and supplies a necessary pulse to the row. For example, a vertical decoder 14a that defines a readout row in the vertical direction (selects a row of the pixel array unit 10), and a row control line 15 for the unit pixel 3 on the readout address (in the row direction) defined by the vertical decoder 14a. And a vertical drive unit 14b for driving by supplying pulses. Note that the vertical decoder 14a selects a row for electronic shutter, in addition to a row from which a signal is read.

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 horizontal scanning unit 12 sequentially selects the column AD circuit 25 of the column processing unit 26 in synchronization with the low-speed clock CLK2, and guides the signal to a horizontal signal line (horizontal output line) 18. For example, the horizontal decoder 12a (which selects individual column AD circuits 25 in the column processing unit 26) that defines the horizontal readout column, and each of the column processing unit 26 according to the readout address that is defined by the horizontal decoder 12a. A horizontal drive unit 12b for guiding a signal to the horizontal signal line 18. For example, if the number of horizontal signal lines 18 is n (n is a positive integer) handled by the column AD circuit 25, for example, 10 (= n) bits, 10 horizontal signal lines 18 are arranged corresponding to the number of bits. .

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-state imaging device 1 having such a configuration, the pixel signal output from the unit pixel 3 is supplied to the column AD circuit 25 of the column processing unit 26 via the vertical signal line 19 for each vertical column.

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 column processing unit 26 receives the analog signal So of the pixels for one column and processes the analog signal So. For example, each column AD circuit 25 has an ADC circuit that converts an analog signal into, for example, a 10-bit digital signal using, for example, a low-speed clock CLK2.

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 column processing unit 26, a method is adopted in which analog signals held in parallel in units of rows are subjected to AD conversion in parallel for each row using the column AD circuit 25 provided for each column. At this time, a single slope integration type (or ramp signal comparison type) AD conversion technique is used. Since this method can realize an AD converter with a simple configuration, it has a feature that the circuit scale does not increase even if it is provided in parallel.

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 vertical signal line 19 is compared with the reference signal Vslop, thereby performing AD conversion by counting the number of clocks until a pulse signal indicating the comparison result is obtained.

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 vertical signal line 19, the signal level immediately after pixel reset (referred to as noise level or reset level) and the true signal level Vsig (depending on the amount of received light) Can be processed. As a result, noise signal components called fixed pattern noise (FPN) and reset noise can be removed.

<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 signal generation unit 27 includes a DA conversion circuit (DAC: Digital Analog Converter) 27a. The reference signal generator 27 generates a reference signal Vslop, which is a stepped sawtooth wave, in synchronization with the count clock CKdac from the initial value indicated by the control data CN4 from the communication / timing controller 20. The generated stepped sawtooth reference signal Vslop is supplied to each column AD circuit 25 of the column processing unit 26 as a reference voltage (ADC standard signal) for AD conversion. Although not shown, a noise prevention filter may be provided.

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 terminal 5a, for example, based on a high-speed clock generated based on the multiplied clock generated by the multiplier circuit. Can be changed.

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 / timing control unit 20 to the DA conversion circuit 27a of the reference signal generation unit 27 is time-dependent so that the reference signal Vslop for each comparison process basically has the same slope (change rate). It also includes information that makes the rate of change of digital data the same. Specifically, in synchronization with the count clock CKdac, the count value is changed by one per unit time, and the count value is converted into a voltage signal by a current addition type DA converter circuit.

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 / timing control unit 20.

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 reference signal generator 27, the counter output value is x, the slope (rate of change) of the reference signal Vslop included in the control data CN4 is β, and the initial potential value is As α, the potential y calculated by the following equation (1) can be output.
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 counter unit 254, and has an n-bit AD conversion function. The voltage comparison unit (comparator) 252 receives the reference signal Vslop generated by the DA conversion circuit 27a of the reference signal generation unit 27 and the vertical signal line 19 (from the unit pixel 3 for each row control line 15 (V0, V1,...). The analog pixel signals obtained via H0, H1,. The counter unit 254 counts the time until the voltage comparison unit 252 completes the comparison process, and holds the result.

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 voltage comparison units 252 arranged for each column, and the pixel signal voltage Vx that each voltage comparison unit 252 takes charge of is used as a common reference. Comparison processing is performed using the signal Vslop.

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 / timing control unit 20 functions as a control unit that switches the count processing mode in the counter unit 254 according to which of the reset level Vrst and the signal component Vsig of the pixel signal the voltage comparison unit 252 is performing comparison processing. have. From this communication / timing control unit 20, a control signal CN5 for instructing whether the counter unit 254 operates in the down-count mode or the up-count mode is input to the counter unit 254 of each column AD circuit 25. ing. The control signal CN5 includes a count mode control signal UDC, a data holding control pulse HLDC, a count clock control signal TH, etc., which will be described later.

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 voltage comparison unit 252 is shared with the input terminal RAMP of the other voltage comparison unit 252. The stepped reference signal Vslop generated by the reference signal generation unit 27 is input to the input terminal RAMP, and the corresponding vertical column vertical signal lines 19 are connected to the other input terminals, respectively. Pixel signal voltages from 10 are individually input. The output signal of the voltage comparison unit 252 is supplied to the counter unit 254.

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 / timing control unit 20 is input to the clock terminal CK of the counter unit 254 in common with the clock terminals CK of the other counter units 254.

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 counter unit 254 is not shown in its configuration, but can be realized by changing the wiring form of the data storage unit 256 formed of a latch to a synchronous counter form. With the input of one count clock CKO, An internal count is performed. Similarly to the reference signal Vslop, the count clock CKO can also use a multiplied clock (high-speed clock) generated by a multiplier circuit. In this case, the count clock CKO is more than using the master clock CLK0 input through the terminal 5a. High resolution can be achieved.

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 counter unit 254 uses a common up / down counter (U / D CNT) to perform a count process by switching between a down count operation and an up count operation (specifically, alternately). It is configured to be possible.

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 counter unit 254 of the present embodiment, it is preferable to use an asynchronous counter whose count output value is output without being synchronized with the count clock CKO. Basically, a synchronous counter can be used, but in the case of a synchronous counter, the operation of all flip-flops (counter basic elements, for example, flip-flop 511 in FIG. 4 described later) is limited by the count clock CKO. Is done. Therefore, when higher frequency operation is required, the counter unit 254 uses an asynchronous counter suitable for high speed operation because its operation limit frequency is determined only by the limit frequency of the first flip-flop (counter basic element). Is more preferable.

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 counter unit 254 from the horizontal scanning circuit 12 through the control line 12c. The counter unit 254 has a latch function for holding the count result, and holds the counter output value until an instruction by a control pulse through the control line 12c is given.

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 counter unit 254 can be connected to the horizontal signal line 18. Alternatively, as shown in the figure, a data storage unit 256 as an n-bit memory device that holds the count result held by the counter unit 254, and the counter unit 254 and the data storage unit 256 are arranged at the subsequent stage of the counter unit 254. It is also possible to adopt a configuration comprising a switch 258 arranged in

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 / timing control unit 20 at a predetermined timing in common with the switches 258 in the other vertical columns. Supplied. When the memory transfer instruction pulse CN8 is supplied, the switch 258 transfers the count value of the corresponding counter unit 254 to the data storage unit 256. The data storage unit 256 holds and stores the transferred count value.

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 counter unit 254 in the data storage unit 256 at a predetermined timing is not limited to the configuration in which the switch 258 is arranged between them. For example, it can be realized by controlling the output enable of the counter unit 254 with the memory transfer instruction pulse CN8 while directly connecting the counter unit 254 and the data storage unit 256. Alternatively, it can also be realized by using the memory transfer instruction pulse CN8 as a latch clock for determining the data take-in timing of the data storage unit 256.

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 horizontal scanning circuit 12 through the control line 12c. The data storage unit 256 holds the count value fetched from the counter unit 254 until there is an instruction by a control pulse through the control line 12c.

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 horizontal scanning circuit 12 reads the count value held by each data storage unit 256 in parallel with the voltage comparison unit 252 and the counter unit 254 of the column processing unit 26 performing the processing that they are responsible for. It has the function of a readout scanning unit.

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 horizontal signal line 18. The horizontal signal line 18 has a signal line of an n-bit width which is the bit width of the column AD circuit 25, and is connected to the output circuit 28 via n sense circuits corresponding to the respective output lines (not shown). 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 counter unit 254 can be transferred to the data storage unit 256. Therefore, the counting operation of the counter unit 254, that is, the AD conversion process and the reading operation of the count result to the horizontal signal line 18 can be controlled independently, and the AD conversion process and the signal reading operation to the outside can be performed. Pipeline operations performed in parallel can be realized.

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 voltage comparison unit 252 compares the reference signal of the ramp waveform voltage from the reference signal generation unit 27 with the pixel signal voltage input via the vertical signal line 19, and when both voltages are the same. The comparator output of the voltage comparator 252 is inverted. For example, the voltage comparison unit 252 sets the H level such as the power supply potential to the inactive state, and transitions to the L level active state when the pixel signal voltage matches the reference signal Vslop.

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 counter unit 254 starts the count operation in the down count mode or the up count mode in synchronization with the ramp waveform voltage generated from the reference signal generation unit 27. When the counter output is notified to the counter unit 254, the counter unit 254 stops the count operation and latches (holds / stores) the count value at that time as pixel data to complete the AD conversion. .

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 counter unit 254 sequentially stores the stored and held pixel data in the column based on the shift operation by the horizontal selection signal CH (i) input from the horizontal scanning circuit 12 through the control line 12c at a predetermined timing. The data is output from the output terminal 5c outside the processing unit 26 and outside the chip having the pixel array unit 10.

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-state imaging device 1.

<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 unit pixel 3 illustrated in FIG. The configuration of the unit pixel (pixel cell) 3 in the pixel array unit 10 is the same as that of a normal CMOS image sensor, and in this embodiment, a general-purpose 4TR configuration can be used as the CMOS sensor. Further, for example, as described in Japanese Patent No. 2708455, a 3TR configuration including three transistors can be used. Of course, these pixel configurations are merely examples, and any CMOS image sensor array configuration can be used.

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 unit pixel 3 having a 4TR configuration illustrated in FIG. 2 includes a charge generation unit 32 having both a photoelectric conversion function of receiving light and converting the light into a charge, and a charge storage function of storing the charge. Then, with respect to the charge generation unit 32, a read selection transistor (transfer transistor) 34 which is an example of a charge readout unit (transfer gate unit / read gate unit), a reset transistor 36 which is an example of a reset gate unit, and a vertical selection The transistor 40 and the amplifying transistor 42 having a source follower configuration, which is an example of a detection element that detects a potential change of the floating diffusion 38, are included.

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 unit pixel 3 includes a pixel signal generation unit 5 having an FDA (Floating Diffusion Amp) configuration including a floating diffusion 38 which is an example of a charge injection unit having a function of a charge storage unit. The floating diffusion 38 is a diffusion layer having parasitic capacitance.

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 reset transistor 36 is driven via a reset wiring (RST) 56 by a reset driving buffer BF2 to which a reset signal φRST is supplied. The vertical selection transistor 40 is driven via a vertical selection line (SEL) 52 by a selection drive buffer BF3 to which a vertical selection signal φVSEL is supplied. Each drive buffer can be driven by the vertical drive unit 14 b of the vertical scanning unit 14.

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 reset transistor 36 in the pixel signal generation unit 5 has a source connected to the floating diffusion 38 and a drain connected to the power supply Vdd, and a pixel reset pulse RST is input to the gate (reset gate RG) from the reset drive buffer.

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 vertical selection transistor 40, the drain is connected to the source of the amplification transistor 42, the source is connected to the pixel line 51, and the gate (particularly, the vertical selection gate SELV) is connected to the vertical selection line 52. The connection configuration is not limited to this, and the drain may be connected to the power supply Vdd, the source may be connected to the drain of the amplifying transistor 42, and the vertical selection gate SELV may be connected to the vertical selection line 52.

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 vertical selection line 52. The amplification transistor 42 has a gate connected to the floating diffusion 38, a drain connected to the power source Vdd via the vertical selection transistor 40, a source connected to the pixel line 51, and further connected to the vertical signal line 53 (19). It is like that.

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 vertical signal line 53 extends to the column processing unit 26 side, and the read current source unit 24 is connected along the path, and a substantially constant operating current (read) is performed between the vertical signal line 53 and the amplifying transistor 42. A source follower configuration in which (current) is supplied is adopted.

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 current source unit 24 includes an NMOS type transistor (in particular, a load MOS transistor) 242 provided in each vertical column, a current generation unit 245 shared by all the vertical columns, and a gate and a drain. And a reference current source unit 244 having an NMOS type transistor 246 whose source is connected to the source line 248.

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 load MOS transistor 242 has a drain connected to the vertical signal line 53 of the corresponding column and a source connected in common to a source line 248 that is a ground line. As a result, the load MOS transistors 242 in each vertical column are connected to each other so as to function as a current source with respect to the vertical signal line 19 by connecting the gates to the transistor 246 of the reference current source unit 244 to form a current mirror circuit. Has been.

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 source line 248 is connected to the ground (GND) which is the substrate bias at the end in the horizontal direction (the left and right vertical columns in FIG. 1), and the operating current (reading current) with respect to the ground of the load MOS transistor 242 is It is configured to be supplied from both ends.

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 current generation unit 245 from a load control unit (not shown). When the signal is read, the current generation unit 245 receives an active state of the load control signal SFLACT so that the load MOS transistor 242 connected to each amplification transistor 42 continues to flow a predetermined constant current. It has become. In other words, the load MOS transistor 242 makes a signal output to the vertical signal line 53 by assembling the amplifying transistor 42 and the source follower in the selected row and supplying the read current to the amplifying transistor 42.

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 diffusion 38 is connected to the gate of the amplifying transistor 42. As a result, the amplifying transistor 42 outputs a signal corresponding to the potential of the floating diffusion 38 (hereinafter referred to as FD potential) to the vertical signal line 19 (53) via the pixel line 51 in the voltage mode.

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 reset transistor 36 resets the floating diffusion 38. The read selection transistor (transfer transistor) 34 transfers the signal charge generated by the charge generator 32 to the floating diffusion 38. A large number of pixels are connected to the vertical signal line 19. To select a pixel, the vertical selection transistor 40 is turned on only for the selected pixel. Then, only the selected pixel is connected to the vertical signal line 19, and the signal of the selected pixel is output to the vertical signal line 19.

<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 voltage comparison unit 252 and the counter unit 254.

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 vertical signal line 19 shown in the horizontal direction in FIG. 3 is shown in the vertical direction in FIG. When the pixel signal voltage Vx read from the pixel array unit 10 matches the reference signal Vslope supplied from the reference signal generation unit 27, the voltage comparison unit 252 in each column corresponding to each vertical signal line 19 compares. Inverts the output VCO from the inactive state to the active state.

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 counter unit 254 includes a latch unit 501, a clock / clear control unit 502, and a count execution unit 503.

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 latch unit 501 holds whether the comparator output VCO is inverted during the previous reading (with the first gain) during the reading of the D phase period. When the latch unit output Vrst is inverted before the subsequent reading (with the second gain) (in the active state), the result of the previous reading is output as the final result. On the other hand, when the latch unit output Vrst is not inverted (when inactive), the previous CDS result is reset and the D phase at the subsequent gain is read.

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 count execution unit 503 is provided with latch units (PREG) 513_00 to 513_09 (described later with reference to FIG. 4) that hold the count of the P-phase signal.

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 / clear control unit 502 controls the output of the count clock CKO and the clear signal CLR supplied from the AD conversion control unit 20A to the count execution unit 503 based on the output Vrst of the latch unit 501. The count execution unit 503 performs a count operation based on the count clock CIN and the clear signal CLR from the clock / clear control unit 502.

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 conversion control unit 20 </ b> A configured by the communication / timing control unit 20 supplies the gain change instruction signal CHNG to the reference signal generation unit 27. Further, the AD conversion control unit 20A supplies the count execution unit 503 with the count mode control signal UDC, the data holding control pulse HLDC, the count clock control signal TH, the through signal RT, and the hold signal RH.

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 counter unit 254 is an AD conversion result of one gain. Which gain result is output is determined by the state of the comparator output VCO at the time of the D-phase read executed first. For this purpose, the result of the comparator output VCO of the voltage comparison unit 252 is stored in the latch unit 501. Based on the output Vrst of the latch unit 501, the clock / clear control unit 502 controls the output of the count clock CKO and the clear signal CLO at the time of AD conversion operation with another gain to be executed later. Controls whether to operate.

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 / clear control unit 502 transmits the input count clock CKO as it is to the count execution unit 503 as the count clock CIN. On the other hand, when the comparator output VCO (the output Vrst of the latch unit 501) is inverted to the active state, the clock / clear control unit 502 stops the transmission of the count clock CKO (that is, the output of the count clock CIN).

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 count execution unit 503 stops the operation of the counter and holds a count value reflecting the pixel signal voltage Vx at that time. That is, the count execution unit 503 converts the pixel signal voltage Vx into digital data and holds it.

<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 count execution unit 503 of the counter unit 254. Here, a configuration corresponding to 10 bits is shown. In FIG. 4, one count execution unit 503 corresponding to one vertical signal line 19 is configured by a group of components shown in the horizontal direction including D-type flip-flops (FF) 511_00 to 511_09. . Note that the flip-flops 511_00 to 511_09 are simply referred to as flip-flops 511 when it is not necessary to distinguish them individually. The same applies to other components.

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 count execution unit 503 in each column corresponding to each vertical signal line 19 has, as a basic configuration, an asynchronous counter in which D-type flip-flops 511_00 to 511_09 are connected in cascade and the count output of the previous stage is input to the clock terminal CK of the subsequent stage. The structure is adopted.

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 / clear control unit 502 And a function unit for switching whether to do.

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 count execution unit 503 first includes flip-flops 511_00 to 511_09. Further, the count execution unit 503 can hold the data of the inverting output terminal NQ between the inverting output terminal NQ of the flip-flops 511_00 to 511_09 (indicated by a bar above Q in the figure) and the D input terminal. Data holding units (HOLD) 512_00 to 512_09. The data holding units 512_00 to 512_09 are controlled by respective data holding control pulses HLDC00 to 09. The data holding unit 512 has a function of holding the count output regardless of the input state of the flip-flop 511, and can be realized by, for example, exclusive OR.

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 count execution unit 503 includes count mode switching units (U / D) 514_00 to 514_08 that switch the count mode to one of up-counting and down-counting between the stages of the flip-flops 511. The count mode switching unit 514 switches whether to output the data of the inverted output terminal NQ of the previous flip-flop 511 as it is or to invert the data based on the count mode control signal UDC. The count mode switching unit 514 can be realized by, for example, exclusive OR.

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 mode switching unit 514 has the inverted output terminal NQ of the flip-flop 511 so that the count execution unit 503 performs an up-count operation when the count mode control signal UDC is at a high level and performs a down-count operation when the count mode control signal UDC is at a low level. Toggles inversion / non-inversion of data.

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 count execution unit 503 includes count clock switching units (SEL) 515_00 to 515_08 in the subsequent stage of the count mode switching unit 514 between the stages of the flip-flops 511. Count clock switching units (SEL) 515_00 to 515_08 switch the output pulse of the count mode switching unit 514 and the count clock CIN from the clock / clear control unit 502 based on the count clock control signals TH00 to TH08. To the clock terminal CK of the flip-flop 511.

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 mode switching unit 514 when the count clock control signal TH is inactive L. When the count clock control signal TH is switched to active H, the count clock switching unit 515 transmits the count clock CIN from the clock / clear control unit 502.

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 / clear control unit 502. ing.

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 count execution unit 503 operates as an asynchronous binary counter. In addition, the count execution unit 503 operates the count clock switching unit 515 based on the count clock control signal TH. Thus, the count execution unit 503 has a function of transmitting the clock input of each flip-flop 511 to the clock input of the flip-flop 511 on the subsequent stage side (upper bit side).

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 counter unit 254 does not change the frequency, and adopts a mechanism for speeding up the frequency dividing operation for each bit by the above-described countermeasure in the counter unit 254. As a result, a situation in which the power consumption greatly increases in the counter unit 254 does not occur.

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 entire counter unit 254 operates at a high speed, resulting in an increase in power consumption. When increasing the slope of the reference signal Vslop, the frequency of the count clock CKdac supplied from the communication / timing controller 20 to the DAC 27a is increased. In this case as well, the power consumption increases in the reference signal generation unit 27, but the counter unit 254 is arranged in each column in the column processing unit 26. Therefore, the degree of “increase in power consumption” depends on the column processing. The unit 26 is larger than the reference signal generation unit 27 in comparison.

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 signal generation unit 27 employs a method of increasing the frequency of the count clock CKdac to increase the inclination of the reference signal Vslop with high accuracy. It is preferable not to increase the power consumption. For this purpose, it is effective to take a mechanism for speeding up the frequency division operation for each bit by the above-described countermeasure in the counter unit 254 while keeping the frequency of the count clock CKO constant.

<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 vertical drive circuit 14b sets the pixel selection signal VSEL to active H and sets the pixel reset signal RST to active H, thereby resetting the readout pixel. The reset voltage of this pixel is Srst. At the same time, the AD conversion control unit 20A sets the clear signal CLO to active H and sets the count value of the count execution unit 503 to zero. That is, the clock / clear control unit 502 outputs a clear signal CLR and clears each flip-flop 511 when the clear signal CLO from the AD conversion control unit 20A becomes active H.

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 conversion control unit 20A outputs the gain change instruction signal CHNG to the reference signal generation unit 27, and generates a ramp wave of gain a from the voltage of the initial value SLP_ini_a as the reference signal. The counter operation is also synchronized with the ramp wave clock, so that the counter counts down the count clock CIN until the reference signal Vslop matches the pixel reset voltage Srst. In order to execute the countdown operation, the AD conversion control unit 20A outputs an inactive L count mode control signal UDC to the count mode switching unit 514.

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 conversion control unit 20A sets the data holding control pulse HLDC supplied to the data holding unit 512 to inactive L, does not hold the input data (inverted output NQ of the flip-flop 511), and directly inputs it to the D input terminal. Let them enter.

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 / clear control unit 502 stops supplying the count clock CIN to the count execution unit 503. As a result, the count operation is stopped, and the pixel reset level Vrst_a is AD converted to the count value Drst_a. Since the countdown is performed, the count value Drst_a is a negative value.

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 conversion control unit 20A sets the hold signal RH to active H, and causes the latch unit 513 to store the reset level Drst_a. This stored value is read at time t36, which will be described later, and set in the flip-flop 511 as the initial value of the count value.

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 conversion control unit 20A sets the counter clear signal CLO to active H. As a result, the counter is cleared and the count value becomes zero.

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 conversion control unit 20A outputs gain change instruction signal CHNG to reference signal generation unit 27 at time t20. The reference signal Vslop with the gain b is generated from the voltage of the initial value SLP_ini_b. The counter operation is also synchronized with the ramp wave clock, so that the counter counts down until the reference signal Vslop matches the pixel reset voltage Srst. In order to execute the countdown operation, the AD conversion control unit 20A outputs an inactive L count mode control signal UDC to the count mode switching unit 514.

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 charge generation unit 32 to the floating diffusion 38 is performed. That is, D-phase reading is performed. Therefore, first, at time t22, the AD conversion control unit 20A sets the count mode control signal UDC of the count mode switching unit 514 to active H in order to cause the counter to perform a count-up operation.

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 vertical drive circuit 14b sets the pixel transfer signal TRG to active H. As a result, the pixel voltage Vx_0 changes by a voltage (Vsig) corresponding to the pixel light signal amount.

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 conversion control unit 20A sends the gain change instruction signal CHNG to the reference signal generation unit 27 when the reference signal Vslop reaches the initial value SLP_ini_b of the gain b. The reference signal Vslop of gain b is generated from the voltage of the initial value SLP_ini_b.

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 conversion control unit 20A sets the latch signal VCOHL of the latch unit 501 to active H. Accordingly, the latch unit 501 latches the comparator output VCO of the voltage comparison unit 252. In this case, it is stored that the comparator output VCO is not inverted.

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 conversion control unit 20A outputs the through signal RT to the latch unit 513. Now, the output Vrst of the latch unit 501 indicates that the comparator output VCO of the voltage comparison unit 252 is not inverted. Therefore, the count value Drst_a of the pixel reset level of gain a held in the latch unit 513 at time t14 is forcibly set in the flip-flop 511.

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 conversion control unit 20A generates the gain change instruction signal CHNG as the reference signal when the ramp voltage reaches the initial value SLP_ini_a of the gain a, as in the case of reading the P phase with the first gain a. The reference signal Vslop with a gain a is generated from the voltage of the initial value SLP_ini_a.

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 conversion control unit 20A sends the gain change instruction signal CHNG to the reference signal generation unit 27 when the reference signal Vslop reaches the initial value SLP_ini_b of the gain b. The reference signal Vslop of gain b is generated from the voltage of the initial value SLP_ini_b.

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 voltage comparison unit 252 is held in the latch unit 501. Since the comparator output VCO of the voltage comparison unit 252 is inverted, the output Vrst of the latch unit 501 is also inverted.

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 latch unit 501 is inverted, the clock / clear control unit 502 stops outputting the count clock CKO as it is as the count clock CIN. Thereby, the count operation is not performed, and the through signal RT of the latch unit 513 at the subsequent time t36 is substantially invalidated, and the count value held at the time t32 is maintained as it is. In other words, the AD conversion read count operation with the gain a from the time t40 to the time t42 is not executed.

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 correction unit 301 can be provided as shown in FIG. However, if the count itself is counted at a gain ratio multiple as in the embodiment of FIG. 7, the processing after horizontal transfer becomes unnecessary, and the configuration can be simplified. That is, the count value Drst_a in FIG. 7 is a value b / a times the count value Drst_a in FIGS. 5 and 6, and the count value Dsig in FIG. 7 is a value b / a times the count value Dsig in FIG. It is.

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 voltage comparison unit 252 is not inverted, and the data in the latch unit 501 remains unchanged. At time t26, the counter reset signal CLO is set to active H, whereby the count value is cleared to zero.

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 voltage comparison unit 252 is inverted and the count-up operation is stopped. As a result, a count value (Drst_a + Dsig) is obtained.

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 voltage comparison unit 252 is inverted at time t42. Since the count value (Drst_a + Dsig) is counted down by the count value Drst_a of the pixel reset level, the count value Dsig is obtained.

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 voltage comparison unit 252 is inverted, and the count-up operation is stopped. As a result, a count value (Drst_b + Dsig) is obtained.

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 latch unit 501 is inverted. 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 the CDS result Dsig of gain b is held as the count value. Furthermore, the subsequent pixel data signal and pixel reset signal readout count operations at gain a are also stopped, and as a result, a CDS result at gain b is output.

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 count execution unit 503 in the reading method of FIGS. 8 and 9. This configuration is a configuration in which the latch unit 513 in the count execution unit 503 shown in FIG. 4 is omitted, and the other configuration is the same as that of the count execution unit 503 shown in FIG.

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 count execution unit 503 in FIG. 10 is simplified in configuration and can be manufactured at a lower cost than the case shown in FIG.

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 voltage comparison unit 252 is inverted and the countdown operation is stopped. Thereby, the count value Drst_b is obtained.

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 vertical drive circuit 14b sets the pixel transfer signal TRG to active H. As a result, the pixel voltage Vx_0 changes by a voltage (Vsig) corresponding to the pixel light signal amount. 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, the count-up operation stops because the maximum value is reached before the reference signal Vslop matches the pixel voltage Vx_0. As a result, a count value (Drst_b + Dsig_b) is obtained. However, the comparator output VCO of the voltage comparison unit 252 is not inverted, and this count value (Drst_b + Dsig_b) does not correspond to the pixel data level.

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 voltage comparison unit 252 is latched. In this case, since the comparator output VCO is not inverted, the data in the latch unit 501 is not inverted, and the count value is cleared to 0 by the counter clear CLO at time t26.

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 voltage comparison unit 252 is inverted and the count-up operation is stopped. As a result, a count value (Drst_a + Dsig) is obtained.

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 horizontal drive circuit 12b, the data of the horizontal optical black level (OPB (Optical Black) area) stored in advance in a line buffer or the like is used as the pixel reset level by the correction unit 301 to obtain the AD conversion result. Is subtracted from CD to perform pseudo CDS. That is, since the optical black level value Vob is substantially equal to the pixel reset level Drst_a, the optical black level value Vob stored in the line buffer of the correction unit 301 is subtracted from the count value (Drst_a + Dsig). Therefore, it is possible to perform CDS in a pseudo manner. In this case, the latch data of the comparator output VCO of the voltage comparison unit 252 is also horizontally transferred so that it can be determined that the reading is performed with the gain a, and when it is inverted, the subtraction process is performed with the OPB data.

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 voltage comparison unit 252 is inverted and the countdown operation is stopped. Thereby, the count value Drst_b is obtained.

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 voltage comparison unit 252 is inverted, and the count-up operation is stopped. 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.

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 voltage comparison unit 252 is inverted and the count-up operation is stopped. Since the count-up is started from the reset level 0, the final count value Dsig becomes an AD conversion value of the pixel reset level at the gain a.

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 conversion control unit 20A uses the gain change instruction signal CHNG as the reference signal generation unit 27 when the reference signal Vslop reaches the initial value SLP_ini_b of the gain b. And a reference signal Vslop of gain b is generated from the voltage of the initial value SLP_ini_b.

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 voltage comparison unit 252 is held in the latch unit 501. Since the comparator output VCO of the voltage comparison unit 252 is inverted, the output Vrst of the latch unit 501 is also inverted.

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 voltage comparison unit 252 is horizontally transferred. However, in this example, since the latch data of the comparator output VCO is not inverted, the subtraction process for OPB data is not performed.

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 count execution unit 503 has the configuration shown in FIG. 10 (that is, the configuration without the latch unit 513).

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 voltage comparison unit 252. In other words, if it is determined whether to use the immediately preceding D-phase result (results of CDS), or to clear the count value and count the next gain reading, it is possible to obtain two or more gains. Reading is possible. The same applies to other reading methods.

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 count execution unit 503 has the configuration shown in FIG. 4 (that is, the configuration having the latch unit 513).

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-state imaging apparatus 1 described above. The imaging device 8 is an imaging device that obtains a visible light color image.

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-state imaging device 1 described above can be applied not only to the solid-state imaging device but also to the imaging device. In this case, the imaging apparatus also changes the slope of the reference signal Vslop in accordance with the magnitude of the signal component Vsig, and changes the frequency dividing operation of the counter in accordance with the change in the slope of the reference signal Vslop (with higher speed). Go). Further, when changing the frequency dividing operation, it is possible to adopt a mechanism in which the lower bit output is sequentially invalidated and only the frequency dividing operation of the remaining upper bit output is changed. As a result, AD conversion can be realized at high speed without requiring correction for the AD conversion result accompanying the change in the inclination of the reference signal Vslop and without impairing the substantial conversion accuracy.

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 / timing control unit 20. To.

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 lens 802 for guiding light L carrying an image of the subject Z under the illumination device 801 such as a fluorescent lamp to the imaging device side, and an optical low-pass filter. 804. Further, for example, a color filter group 812 in which R, G, and B color filters are arranged in a Bayer array, a pixel array unit 10, and a drive control unit 7 that drives the pixel array unit 10 are provided. Further, the column processing unit 26 that performs CDS processing, AD conversion processing, and the like on the pixel signal output from the pixel array unit 10, and the reference signal generation unit 27 that supplies the reference signal Vslop to the column processing unit 26 are horizontally transferred. A correction unit 301 that corrects the counted value to a gain, or subtracts optical black level data from the pixel data level count value, and a camera signal processing unit that processes the imaging signal output from the column processing unit 26 810.

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-pass filter 804 is for blocking high frequency components higher than the Nyquist frequency in order to prevent aliasing distortion. Further, as indicated by a dotted line in the drawing, an infrared light cut filter 805 that reduces the infrared light component can be provided in combination with the optical low-pass filter 804. This is the same as a general imaging device.

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 column processing unit 26 includes an imaging signal processing unit 820 and a camera control unit 900 that functions as a main control unit that controls the entire imaging apparatus 8.

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 signal processing unit 820 outputs digital imaging signals supplied from the AD conversion function unit of the column processing unit 26 when a color filter other than the primary color filter is used as R (red), G (green), B A signal separation unit 822 having a primary color separation function for separating into (blue) primary color signals is included. The color signal processing unit 830 performs signal processing on the color signal C based on the primary color signals R, G, and B separated by the signal separation unit 822.

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 signal processing unit 820 also converts the luminance signal Y / color signal C into a luminance signal processing unit 840 that performs signal processing on the luminance signal Y based on the primary color signals R, G, and B separated by the signal separation unit 822. And an encoder unit 860 that generates a video signal VD based on the encoder 860.

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 encoder unit 860.

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 signal separation unit 822. A luminance signal generation unit is included. In addition, a low frequency luminance signal generation unit that generates a luminance signal YL including only a component having a relatively low frequency based on a primary color signal adjusted in white balance supplied from a white balance amplifier, and two types of luminance signals YH, A luminance signal generation unit that generates a luminance signal Y based on YL and supplies the luminance signal Y to the encoder unit 860.

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 encoder unit 860 digitally modulates the color difference signals RY and BY with a digital signal corresponding to the color signal subcarrier, and then synthesizes the digital image with the luminance signal Y generated by the luminance signal processing unit 840. The signal is converted into a signal VD (= Y + S + C; S is a synchronization signal, and C is a chroma signal).

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 encoder unit 860 is further supplied to a camera signal output unit not shown in the subsequent stage, and is used for monitor output, data recording on a recording medium, and the like. At this time, the digital video signal VD is converted into the analog video signal V by DA conversion as necessary.

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 camera control unit 900 according to the present embodiment is a microprocessor (microprocessor) that forms the center of an electronic computer whose representative example is a CPU (Central Processing Unit) in which functions of computation and control performed by a computer are integrated into an ultra-small integrated circuit. ) 902. Also, a ROM (ReAD Only Memory) 904 that is a read-only storage unit, a RAM (Random Access Memory) 906 that is an example of a volatile storage unit that can be written and read at any time, and other peripheral members that are not shown have. The microprocessor 902, the ROM 904, and the RAM 906 are collectively referred to as a microcomputer.

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 camera control unit 900 controls the entire system. In particular, in relation to the speeding up of the above-described AD conversion processing, the reference signal generation unit 27 controls the inclination change of the reference signal Vslop and the counter unit 254 divides the frequency. It has a function of adjusting the on / off timing of various control pulses for speed control.

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 ROM 904 stores a control program for the camera control unit 900. In this example, in particular, the camera control unit 900 stores a program for setting on / off timings of various control pulses.

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 RAM 906 stores data for the camera control unit 900 to perform various processes.

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 camera control unit 900 is configured so that a recording medium 924 such as a memory card can be inserted and removed, and can be connected to a communication network such as the Internet. For example, the camera control unit 900 includes a memory reading unit 907 and a communication I / F (interface) 908 in addition to the microprocessor 902, the ROM 904, and the RAM 906.

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 recording medium 924 includes, for example, program data for causing the microprocessor 902 to perform software processing, the convergence range of the photometric data DL based on the luminance system signal from the luminance signal processing unit 840, and exposure control processing (including electronic shutter control). Used for. Also, for registering data such as various set values such as the inclination change control of the reference signal Vslop in the reference signal generation unit 27 and the on / off timing of various control pulses for frequency division speed control in the counter unit 254. Used for

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 memory reading unit 907 stores (installs) the data read from the recording medium 924 in the RAM 906. The communication I / F 908 mediates transfer of communication data with a communication network such as the Internet.

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 column processing unit 26 in a module form separately from the pixel array unit 10, as described for the solid-state imaging device 1, Needless to say, the one-chip solid-state imaging device 1 integrally formed on the same semiconductor substrate as the pixel array unit 10 may be used.

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 pixel array unit 10, the drive control unit 7, the column processing unit 26, the reference signal generation unit 27, and the camera signal processing unit 810, the imaging device 8 includes a photographing lens 802, an optical low-pass filter 804, or infrared light. It is shown in a state including an optical system such as a cut filter 805. This aspect is suitable when a module-like form having an imaging function that is packaged as a whole is packaged.

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-state imaging device 1 described above, as illustrated, a pixel array unit 10 (imaging unit) and a pixel array such as a column processing unit 26 having an AD conversion function and a difference (CDS) processing function. The solid-state imaging device 1 is provided in the form of a module having an imaging function in a state where signal processing units closely related to the unit 10 side (excluding the camera signal processing unit following the column processing unit 26) are packaged together As a result, the entire imaging device 8 may be configured by providing a camera signal processing unit 810 as a remaining signal processing unit in the subsequent stage of the solid-state imaging device 1 provided in the form of the module.

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-state imaging device 1 is provided in the form of a module having an imaging function in a state where the pixel array unit 10 and the optical system such as the photographing lens 802 are packaged together. In addition to the solid-state imaging device 1 provided in the form of a module, a camera signal processing unit 810 may be provided in the module to constitute the entire imaging device 8.

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-state imaging device 1, a camera signal processing unit 810 corresponding to the camera signal processing unit 200 may be included. In this case, the solid-state imaging device 1 and the imaging device 8 are practically the same. It can also be regarded as a thing.

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-state imaging device 1 described above, and can be the same as the basic configuration and operation of the solid-state imaging device 1 described above. . Further, by adopting a mechanism for performing control in which the change in the slope of the reference signal Vslop and the change in the counter frequency division speed are linked, it is possible to substantially and without correcting the AD conversion result accompanying the change in the slope of the reference signal Vslop. AD conversion can be performed at high speed without impairing conversion accuracy.

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 recording medium 924 such as a non-volatile semiconductor memory card such as a flash memory, an IC card, or a miniature card. Furthermore, the program may be downloaded and acquired or updated via a communication network such as the Internet from a server or the like.

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 recording medium 924 includes the solid-state imaging device 1 described in the above embodiment (particularly, a control in which a change in inclination of the reference signal Vslop and a change in counter frequency division speed are linked). Part or all of the functions in the AD conversion speed-up process). Therefore, a program and a storage medium storing the program can be provided. For example, the AD conversion speed-up processing program for performing control in conjunction with the change in the inclination of the reference signal Vslop and the change in the counter dividing speed, that is, the software installed in the RAM 906 or the like is the AD conversion described for the solid-state imaging device 1. As with the high-speed processing, the control pulse setting function for realizing high-speed AD conversion processing is provided as software.

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 microprocessor 902 after being read into the RAM 906. For example, the microprocessor 902 executes a control pulse setting process based on a program stored in the ROM 904 and the RAM 906, which are examples of recording media, to link the change in the slope of the reference signal Vslop with the change in the counter dividing speed. By performing the control, the function of speeding up the AD conversion process can be realized in software.

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 SYMBOLS 1 Solid-state imaging device, 3 unit pixel, 10 pixel array part, 12 horizontal scanning circuit, 14 vertical scanning circuit, 15 row control line, 18 horizontal signal line, 19 vertical signal line, 20 communication / timing control part, 24 reading current source Unit, 25 column AD circuit, 26 column processing unit, 27 reference signal generation unit, 27 ADA conversion circuit, 28 output circuit, 32 charge generation unit, 252 voltage comparison unit, 254 counter unit, 256 data storage unit, 501 latch unit, 502 Clock / clear control unit, 503 count execution unit, 511 flip-flop, 512 data holding unit, 513 latch unit, 514 count mode switching unit, 515 count clock switching unit

Claims (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。
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
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.
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
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.
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
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.
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
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.
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
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.
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
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.
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
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.
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。
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.
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。
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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