JP2014138364A - Imaging element and imaging device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce power consumption without deteriorating image quality in an imaging element performing AD conversion in two divided steps on a signal from a pixel.SOLUTION: An imaging element converts a signal from a pixel to a digital signal by comparing a signal supplied from pixels arranged in a matrix shape through a column signal line arranged for each column with reference voltage which changes with the lapse of time. In the conversion; the imaging element performs AD conversion by dividing the signal into high-order bits and low-order bits, and switches whether to perform AD conversion on the low-order bits or not according to a result of AD conversion on the high-order bits. When the result of the AD conversion on the high-order bits shows that a value of the low-order bits is in a region having no influence on image quality, the imaging element stops the AD conversion on the low-order bits to reduce power consumption.

Description

本発明は、撮像素子、及びそれを有する撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging element and an imaging apparatus having the imaging element.

デジタルビデオカメラ及びデジタルスチルカメラなどの撮像装置は、一般にバッテリーから電力が供給されており、撮像装置での長時間撮影を実現するために、撮像装置に搭載される電子部品は低消費電力であることが望まれている。撮像装置に搭載される主要な電子部品として、光を電気信号に変換する撮像素子が挙げられる。代表的な撮像素子として、CCD(Charge Coupled Device)型撮像素子、及びCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)型撮像素子が知られている。この中で、従来のCMOS型撮像素子として、行列状に配置された複数の画素から読み出した電気信号を列毎に設けられたアナログ・デジタル(AD:Analog Digital)変換回路にてAD変換する。そして、行単位でAD変換したデジタル信号を出力する撮像素子が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Imaging devices such as digital video cameras and digital still cameras are generally supplied with power from a battery, and electronic parts mounted on the imaging device have low power consumption in order to realize long-time shooting with the imaging device. It is hoped that. An imaging element that converts light into an electrical signal is an example of a main electronic component mounted on the imaging apparatus. As typical imaging devices, a CCD (Charge Coupled Device) type imaging device and a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) type imaging device are known. Among these, as a conventional CMOS image sensor, an electric signal read from a plurality of pixels arranged in a matrix is AD-converted by an analog / digital (AD) conversion circuit provided for each column. An image sensor that outputs a digital signal obtained by AD conversion in units of rows has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

図9は、従来の撮像素子の構成の一部を示す図である。従来のCMOS型撮像素子は、光信号を電気信号(電圧)に変換する複数の単位画素を行列状に配置した画素アレイを有し、画素アレイの列毎に画素からの信号を出力する列信号線906が設けられている。画素から読み出した信号をデジタル信号に変換するAD変換部908は、画素列毎に設けられたAD変換回路901を有する。AD変換回路901は、コンパレータ909、パワーダウン制御部910、及びカウンタ911を有する。コンパレータ909は、列信号線906の電圧と参照電圧(ランプ信号)RAMPとを比較する。パワーダウン制御部910は、コンパレータ909への電力供給を制御する。カウンタ911は、コンパレータ909の出力の論理が反転するまでの時間をカウントする。   FIG. 9 is a diagram showing a part of the configuration of a conventional image sensor. A conventional CMOS image sensor has a pixel array in which a plurality of unit pixels that convert an optical signal into an electrical signal (voltage) are arranged in a matrix, and outputs a signal from the pixel for each column of the pixel array. A line 906 is provided. An AD conversion unit 908 that converts a signal read from a pixel into a digital signal includes an AD conversion circuit 901 provided for each pixel column. The AD conversion circuit 901 includes a comparator 909, a power down control unit 910, and a counter 911. The comparator 909 compares the voltage of the column signal line 906 with a reference voltage (ramp signal) RAMP. The power down control unit 910 controls power supply to the comparator 909. The counter 911 counts the time until the output logic of the comparator 909 is inverted.

パワーダウン制御部910は、電圧の振り幅を変換するバッファ902、及び電圧の揺れ戻しによって論理回路が不安定な動作をすることを防ぐためのフリップフロップ903を有する。また、カウンタ911は、論理和演算回路(OR回路)904及びカウンタ回路905を有する。OR回路904は、クロックADCLK及びフリップフロップ903の出力を基に、カウンタ回路905にクロックを供給する。カウンタ回路905は、OR回路904の出力を基に、コンパレータ909での比較時間をカウントする。   The power-down control unit 910 includes a buffer 902 that converts a voltage amplitude, and a flip-flop 903 that prevents an unstable operation of a logic circuit due to voltage swingback. The counter 911 includes a logical sum operation circuit (OR circuit) 904 and a counter circuit 905. The OR circuit 904 supplies a clock to the counter circuit 905 based on the clock ADCLK and the output of the flip-flop 903. The counter circuit 905 counts the comparison time in the comparator 909 based on the output of the OR circuit 904.

従来のCMOS型撮像素子は、単位画素の列数分のAD変換回路901を備えており、これらを備えたAD変換部908の消費電流が大きいことが問題となっている。具体的には、各列のコンパレータ909のバイアス電流が10μA程度であり、列数が2500程度の場合には、AD変換部908の消費電流は25mAとなる。そこで、従来の撮像素子では、AD変換が終了した列のコンパレータへの電力供給を遮断することにより、消費電力の低減を図っている。   The conventional CMOS type image pickup device includes AD conversion circuits 901 corresponding to the number of columns of unit pixels, and the current consumption of the AD conversion unit 908 including these is problematic. Specifically, when the bias current of the comparator 909 in each column is about 10 μA and the number of columns is about 2500, the consumption current of the AD conversion unit 908 is 25 mA. Therefore, in the conventional imaging device, power consumption is reduced by cutting off the power supply to the comparators of the columns for which AD conversion has been completed.

図10は、従来のCMOS型撮像素子の動作の一部を示す図である。AD変換処理の開始時に、フリップフロップ903及びカウンタ回路905がリセットされるとともに、クロックADCLKの供給が開始される。フリップフロップ903は、リセットされることでハイレベルの信号を出力する。フリップフロップ903の出力、すなわちパワーダウン制御部910の出力であるパワーダウン信号がハイレベルであるとき、コンパレータ909は動作状態である。時刻t0より前では、参照電圧RAMPが列信号線906の電圧より小さいので、コンパレータ909の出力はローレベルである。また、フリップフロップ903の出力がハイレベルであるので、カウンタ回路905にはクロックADCLKが供給される。これにより、カウンタ回路905は、クロックADCLKに応じたカウント動作を行う。   FIG. 10 is a diagram showing a part of the operation of a conventional CMOS image sensor. At the start of the AD conversion process, the flip-flop 903 and the counter circuit 905 are reset and the supply of the clock ADCLK is started. The flip-flop 903 outputs a high level signal when reset. When the output of the flip-flop 903, that is, the power-down signal output from the power-down control unit 910 is at a high level, the comparator 909 is in an operating state. Prior to time t0, since the reference voltage RAMP is smaller than the voltage of the column signal line 906, the output of the comparator 909 is at a low level. Further, since the output of the flip-flop 903 is at a high level, the clock ADCLK is supplied to the counter circuit 905. Thereby, the counter circuit 905 performs a counting operation according to the clock ADCLK.

時刻t0にて、列信号線906の電圧と参照電圧RAMPとが一致すると、コンパレータ(比較器)909の出力は、ローレベルからハイレベルに変化する。フリップフロップ903は、コンパレータ909の出力の立ち上がりエッジではハイレベルを保持し、その後にローレベルを出力する。フリップフロップ903の出力がローレベルである期間は、カウンタ回路905にクロックADCLKが供給されないので、カウンタ回路905は、時刻t0におけるカウント値を保持する。また、パワーダウン制御部910の出力であるパワーダウン信号がローレベルであるので、コンパレータ909への電力の供給は停止状態になる。ここで、各列信号線906に出力される電圧は、画素に入射した光の量(輝度)に応じて異なるため、複数のコンパレータ909が停止状態となるタイミングはそれぞれ異なる。このように、従来においては、複数のAD変換回路901のうち、AD変換が終了したAD変換回路901から順次停止状態にすることで、AD変換部908の消費電流を低減している。   When the voltage of the column signal line 906 coincides with the reference voltage RAMP at time t0, the output of the comparator (comparator) 909 changes from low level to high level. The flip-flop 903 holds the high level at the rising edge of the output of the comparator 909 and then outputs the low level. Since the clock ADCLK is not supplied to the counter circuit 905 while the output of the flip-flop 903 is at a low level, the counter circuit 905 holds the count value at time t0. Further, since the power-down signal that is the output of the power-down control unit 910 is at a low level, the supply of power to the comparator 909 is stopped. Here, since the voltage output to each column signal line 906 differs according to the amount (luminance) of light incident on the pixel, the timing at which the plurality of comparators 909 are stopped is different. As described above, in the related art, the current consumption of the AD conversion unit 908 is reduced by sequentially stopping the AD conversion circuit 901 from which AD conversion has been completed among the plurality of AD conversion circuits 901.

特開2009−159271号公報JP 2009-159271 A

しかし、前述した方法は、画素からの信号を1回のAD変換でデジタル値に変換する撮像素子に適用できる技術である。画素からの信号を2回以上の複数回に分けてAD変換する撮像素子については、消費電力の低減に関して改善の余地がある。本発明の目的は、画素からの信号を複数回に分けてAD変換する撮像素子において、画質を劣化させることなく、消費電力を低減することにある。   However, the above-described method is a technique that can be applied to an image sensor that converts a signal from a pixel into a digital value by one AD conversion. An image sensor that performs AD conversion by dividing a signal from a pixel into two or more times has room for improvement in reducing power consumption. An object of the present invention is to reduce power consumption without degrading image quality in an image sensor that performs AD conversion by dividing a signal from a pixel into a plurality of times.

本発明に係る撮像素子は、行列状に配置された、光電変換素子を含む複数の画素と、前記複数の画素の列毎に配置され、前記複数の画素からの信号を列毎に出力する列信号線と、時間の経過にともなって所定の傾きで電圧が変化する参照電圧を出力する参照電圧生成手段と、前記列信号線を介して供給される前記画素からの信号と、前記参照電圧との比較を行ってデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換手段とを有し、前記アナログ・デジタル変換手段は、上位ビットと下位ビットとに分けて前記画素からの信号のアナログ・デジタル変換を行うとともに、前記上位ビットをアナログ・デジタル変換する第1のアナログ・デジタル変換の結果に応じて、前記下位ビットをアナログ・デジタル変換する第2のアナログ・デジタル変換を行うか否かを切り替えることを特徴とする。   An imaging device according to the present invention includes a plurality of pixels including photoelectric conversion elements arranged in a matrix, and a column that is arranged for each column of the plurality of pixels and outputs a signal from the plurality of pixels for each column. A signal line; reference voltage generating means for outputting a reference voltage whose voltage changes with a predetermined slope as time passes; a signal from the pixel supplied via the column signal line; and the reference voltage. Analog-to-digital conversion means for converting the signal from the pixel into analog signals, and converting the digital signals into high-order bits and low-order bits. A second analog-to-digital conversion for analog-to-digital conversion of the lower-order bits in accordance with a result of the first analog-to-digital conversion for analog-to-digital conversion of the upper bits. And switches whether Ukaina.

本発明によれば、画素からの信号を上位ビットと下位ビットに分けてAD変換する撮像素子にて、上位ビットのAD変換の結果に応じて、下位ビットのAD変換を行うか否かを切り替えることで、画質を劣化させることなく、消費電力を低減することができる。   According to the present invention, in an imaging device that performs AD conversion by dividing a signal from a pixel into upper bits and lower bits, whether to perform AD conversion of lower bits is switched according to the result of AD conversion of upper bits. Thus, power consumption can be reduced without degrading the image quality.

本発明の実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the imaging device which concerns on embodiment of this invention. 本実施形態における撮像素子の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the image pick-up element in this embodiment. 本実施形態におけるAD変換部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the AD conversion part in this embodiment. 本実施形態におけるコンパレータの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the comparator in this embodiment. 本実施形態におけるAD変換部の通常出力領域の動作例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation example of the normal output area | region of the AD conversion part in this embodiment. 本実施形態におけるAD変換部の低出力領域の動作例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation example of the low output area | region of the AD conversion part in this embodiment. 本実施形態におけるAD変換部の高出力領域の動作例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation example of the high output area | region of the AD conversion part in this embodiment. 本実施形態に係るガンマカーブの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the gamma curve which concerns on this embodiment. 従来の撮像素子の構成の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of structure of the conventional image pick-up element. 従来の撮像素子の動作の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of operation | movement of the conventional image pick-up element.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。図1において、光学系101は、CMOS型撮像素子の受光部に被写体像を結像させる。光学系101は、図示されていない鏡筒内に配置されたズームレンズや絞り機構等を含む。光学系101の各機構は、CPU(Central Processing Unit)104の制御により、各部を機械的に駆動してオートフォーカス等の制御を行う。   FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, an optical system 101 forms a subject image on a light receiving portion of a CMOS image sensor. The optical system 101 includes a zoom lens, a diaphragm mechanism, and the like disposed in a lens barrel (not shown). Each mechanism of the optical system 101 performs control such as autofocus by mechanically driving each part under the control of a CPU (Central Processing Unit) 104.

撮像部102は、CMOS型撮像素子を用いて被写体の撮像を行う。撮像部102では、CMOS型撮像素子の出力信号に対して、AGC(自動利得制御)、OB(オプティカルブラック)クランプ、アナログ・デジタル(AD:Analog Digital)変換といった処理を行い、デジタル撮像信号を生成して出力する。撮像部102は、システムコントロール部103に備えられた、DSP(Digital Signal Processor)107に撮像信号を出力する。   The imaging unit 102 images a subject using a CMOS image sensor. The imaging unit 102 performs processing such as AGC (automatic gain control), OB (optical black) clamping, and analog / digital (AD) conversion on the output signal of the CMOS image sensor to generate a digital imaging signal. And output. The imaging unit 102 outputs an imaging signal to a DSP (Digital Signal Processor) 107 provided in the system control unit 103.

システムコントロール部103は、CPU104、ROM(Read Only Memory)105、RAM(Random Access Memory)106、DSP107、及び外部インターフェース108等を備える。CPU104は、ROM105及びRAM106等を用いて、供給される処理プログラムを実行し、本撮像装置の各部に指示を送ることでシステム全体の制御を行う。ROM105は、撮像装置を駆動するためのファームウェア等の情報を記憶するためのものであり、RAM106は、撮像装置の制御情報を一時的に蓄えるためのものである。   The system control unit 103 includes a CPU 104, a ROM (Read Only Memory) 105, a RAM (Random Access Memory) 106, a DSP 107, an external interface 108, and the like. The CPU 104 executes the supplied processing program using the ROM 105, the RAM 106, and the like, and controls the entire system by sending instructions to each unit of the imaging apparatus. The ROM 105 is for storing information such as firmware for driving the imaging apparatus, and the RAM 106 is for temporarily storing control information of the imaging apparatus.

DSP107は、撮像部102からの撮像信号に対して各種の信号処理を行うことにより、所定のフォーマットによる静止画又は動画の映像信号(例えばYUV信号等)を生成する。外部インターフェース108には、各種エンコーダやデジタル・アナログ(DA:Digital Analog)変換器が設けられる。システムコントロール部103と、それに接続される外部要素(本例では、ディスプレイ112、メモリ媒体109、操作パネル111など)との間での各種制御信号やデータのやり取りは、外部インターフェース108を介して行われる。   The DSP 107 performs various types of signal processing on the imaging signal from the imaging unit 102 to generate a still image or moving image video signal (for example, a YUV signal) in a predetermined format. The external interface 108 is provided with various encoders and digital analog (DA) converters. Various control signals and data are exchanged via the external interface 108 between the system control unit 103 and external elements connected to the system control unit 103 (in this example, the display 112, the memory medium 109, the operation panel 111, etc.). Is called.

ディスプレイ112は、撮像装置に組み込まれた、撮像した画像を表示する表示装置である。なお、撮像装置に組み込まれた表示装置に加えて、外部の表示装置に画像データを伝送し、表示できる構成とすることも勿論可能である。メモリ媒体コントローラ110は、各種メモリカード等に撮影された画像を適宜保存可能なメモリ媒体109に係る制御を行う。メモリ媒体109は、交換可能なメモリ媒体であり、例えば各種メモリカードの他に、磁気や光を用いたディスク媒体等を用いることができる。操作パネル111は、撮像装置で撮影作業等を行うに際して、ユーザが各種の指示を行うための入力キーが設けられている。CPU104は、この操作パネル111からの入力信号を監視して、その入力内容に基づいて各種の動作制御を実行する。   The display 112 is a display device that is incorporated in the imaging device and displays a captured image. In addition to the display device incorporated in the imaging device, it is of course possible to transmit the image data to an external display device for display. The memory medium controller 110 performs control related to the memory medium 109 that can appropriately store images taken on various memory cards and the like. The memory medium 109 is a replaceable memory medium. For example, in addition to various memory cards, a disk medium using magnetism or light can be used. The operation panel 111 is provided with input keys for a user to give various instructions when performing a shooting operation or the like with the imaging apparatus. The CPU 104 monitors an input signal from the operation panel 111 and executes various operation controls based on the input content.

図2は、本実施形態における撮像部102の撮像素子の構成例を示すブロック図である。図2に示す撮像素子は、CMOS型撮像素子であり、画素アレイ201、行走査部(垂直走査部)202、AD変換部203、参照電圧生成部204、列走査部(水平走査部)205、出力部206、及びタイミング制御部207を有する。画素アレイ201は、行列状に配置された複数の単位画素208を有する。単位画素208は、画素列毎に配置された列信号線213及び画素行毎に配置された行制御線214に接続されている。単位画素208は、光電変換素子を含み、受光した光を信号電圧に変換する。単位画素208での光電変換により得られた信号電圧は、列信号線213を介してAD変換部203に出力される。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the imaging element of the imaging unit 102 in the present embodiment. 2 is a CMOS image sensor, and includes a pixel array 201, a row scanning unit (vertical scanning unit) 202, an AD conversion unit 203, a reference voltage generation unit 204, a column scanning unit (horizontal scanning unit) 205, An output unit 206 and a timing control unit 207 are included. The pixel array 201 has a plurality of unit pixels 208 arranged in a matrix. The unit pixel 208 is connected to a column signal line 213 arranged for each pixel column and a row control line 214 arranged for each pixel row. The unit pixel 208 includes a photoelectric conversion element, and converts received light into a signal voltage. A signal voltage obtained by photoelectric conversion in the unit pixel 208 is output to the AD conversion unit 203 via the column signal line 213.

行走査部202は、画素アレイ201における画素行を順次選択する行走査を行う。AD変換部203は、列信号線213毎に設けられた複数のAD変換回路301を有し、複数の列信号線213に出力された画素208からの信号電圧を並列してデジタル信号に変換する。参照電圧生成部204は、時間の経過にともなって所定の傾きで電圧が変化する参照電圧RAMPを生成する。参照電圧RAMPとして、上位ビットのAD変換に用いる上位ビット変換参照電圧(コースDAC)、及び下位ビットのAD変換に用いる下位ビット変換参照電圧(ファインDAC)が、参照電圧生成部204から各列に備えられたコンパレータ209へ供給される。列走査部205は、画素列を順次選択する列走査を行う。出力部206は、AD変換部203でのAD変換により得られたデジタル信号を外部に出力する。タイミング制御部207は、行走査部202、AD変換部203、参照電圧生成部204、及び列走査部205の動作タイミングを制御する。タイミング制御部207には、CPU104よりタイミング制御用のクロックMCLKが供給される。   The row scanning unit 202 performs row scanning that sequentially selects pixel rows in the pixel array 201. The AD conversion unit 203 includes a plurality of AD conversion circuits 301 provided for each column signal line 213, and converts signal voltages from the pixels 208 output to the plurality of column signal lines 213 into digital signals in parallel. . The reference voltage generation unit 204 generates a reference voltage RAMP whose voltage changes with a predetermined slope as time passes. As the reference voltage RAMP, an upper bit conversion reference voltage (course DAC) used for AD conversion of the upper bits and a lower bit conversion reference voltage (fine DAC) used for AD conversion of the lower bits are supplied from the reference voltage generation unit 204 to each column. It is supplied to the provided comparator 209. The column scanning unit 205 performs column scanning that sequentially selects pixel columns. The output unit 206 outputs a digital signal obtained by AD conversion in the AD conversion unit 203 to the outside. A timing control unit 207 controls operation timings of the row scanning unit 202, the AD conversion unit 203, the reference voltage generation unit 204, and the column scanning unit 205. A timing control clock MCLK is supplied from the CPU 104 to the timing control unit 207.

AD変換回路301は、コンパレータ209、パワーダウン制御部210、及びアップダウンカウンタ211を有する。コンパレータ209は、列信号線213の電圧と参照電圧(ランプ信号)RAMPとのうち何れが大きいかの比較を行う。パワーダウン制御部210は、コンパレータ209への電力供給を制御する。パワーダウン制御部210は、コンパレータ209の電力供給制御に係る制御信号(パワーダウン信号)を、コンパレータ209に出力する。アップダウンカウンタ211は、クロックADCLKを用いてカウント値をカウントする。メモリ212は、アップダウンカウンタ211のカウント値を保持するメモリである。なお、コンパレータ209には、アナログ回路系の電源電圧が供給され、アップダウンカウンタ211にはデジタル回路系の電源電圧が供給される。   The AD conversion circuit 301 includes a comparator 209, a power down control unit 210, and an up / down counter 211. The comparator 209 compares which of the voltage of the column signal line 213 and the reference voltage (ramp signal) RAMP is greater. The power down control unit 210 controls power supply to the comparator 209. The power-down control unit 210 outputs a control signal (power-down signal) related to power supply control of the comparator 209 to the comparator 209. The up / down counter 211 counts the count value using the clock ADCLK. The memory 212 is a memory that holds the count value of the up / down counter 211. The comparator 209 is supplied with an analog circuit power supply voltage, and the up / down counter 211 is supplied with a digital circuit power supply voltage.

図3は、本実施形態におけるAD変換部203の構成例を示す図である。AD変換部203は、列信号線213毎に設けられたAD変換回路301を有する。AD変換回路301の各々は、コンパレータ209、パワーダウン制御部210、及びアップダウンカウンタ211を有し、対応する列信号線213に出力された画素からの電圧をデジタル信号に変換する。コンパレータ209は、列信号線213の電圧と参照電圧(ランプ信号)RAMPとを比較して比較結果を出力する。コンパレータ209は、パワーダウン制御部210から供給されるパワーダウン信号SPDにより電力供給が制御される。   FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the AD conversion unit 203 in the present embodiment. The AD conversion unit 203 includes an AD conversion circuit 301 provided for each column signal line 213. Each of the AD conversion circuits 301 includes a comparator 209, a power-down control unit 210, and an up / down counter 211, and converts a voltage from a pixel output to the corresponding column signal line 213 into a digital signal. The comparator 209 compares the voltage of the column signal line 213 with the reference voltage (ramp signal) RAMP and outputs a comparison result. The power supply of the comparator 209 is controlled by a power down signal SPD supplied from the power down control unit 210.

パワーダウン制御部210は、バッファ302、フリップフロップ303、論理和演算回路(OR回路)308、310、314、論理積演算回路(AND回路)311、316、及び反転回路(NOT回路)315を有する。また、アップダウンカウンタ211は、AND回路304、312、上位ビットカウンタ回路305、及び下位ビットカウンタ回路313を有する。   The power-down control unit 210 includes a buffer 302, a flip-flop 303, logical sum operation circuits (OR circuits) 308, 310, and 314, logical product operation circuits (AND circuits) 311 and 316, and an inverting circuit (NOT circuit) 315. . The up / down counter 211 includes AND circuits 304 and 312, an upper bit counter circuit 305, and a lower bit counter circuit 313.

パワーダウン制御部210において、バッファ302は、アナログ回路系の電源電圧(例えば、3.3V)の振幅のコンパレータ209の出力を、デジタル回路系の電源電圧(例えば、1.2V)の振幅の信号に変換して出力する。フリップフロップ303は、クロック入力端子にバッファ302の出力端子が接続され、データ入力端子に電源電圧VDDが接続される。フリップフロップ303の出力は、NOT回路315、AND回路316、及びアップダウンカウンタ211のAND回路304、312に供給される。   In the power-down control unit 210, the buffer 302 outputs the output of the comparator 209 having the amplitude of the analog circuit power supply voltage (eg, 3.3V) to the signal having the amplitude of the digital circuit power supply voltage (eg, 1.2V). Convert to and output. In the flip-flop 303, the output terminal of the buffer 302 is connected to the clock input terminal, and the power supply voltage VDD is connected to the data input terminal. The output of the flip-flop 303 is supplied to the NOT circuit 315, the AND circuit 316, and the AND circuits 304 and 312 of the up / down counter 211.

AND回路316には、フリップフロップ303の出力及び自身の出力が入力される。OR回路308には、NOT回路315を介してフリップフロップ303の出力が入力されるとともに、AND回路316の出力が入力される。NOT回路315は、入力される信号を、1クロック分遅延させるととともに論理を反転して出力する。OR回路310には、信号SUP及びAND回路316の出力が入力され、OR回路314には、信号SLOW及びAND回路316の出力が入力される。信号SUP、SLOWは、アップダウンカウンタ211の上位ビットカウンタ回路305より出力される信号である。   The AND circuit 316 receives the output of the flip-flop 303 and its own output. The output of the flip-flop 303 is input to the OR circuit 308 via the NOT circuit 315 and the output of the AND circuit 316 is input. The NOT circuit 315 delays the input signal by one clock and inverts the logic to output it. The OR circuit 310 receives the signal SUP and the output of the AND circuit 316, and the OR circuit 314 receives the signal SLOW and the output of the AND circuit 316. The signals SUP and SLOW are signals output from the upper bit counter circuit 305 of the up / down counter 211.

ここで、OR回路308、310、314の各々は、コンパレータ209の電源供給の停止条件について判定を行うものであり、電源供給の停止条件に合った場合にそのOR回路308、310、314の出力がローレベルとなる。OR回路308は、フリップフロップ303の出力が2度目に反転した際に、コンパレータ209への電源供給を停止させるための出力を発生する。OR回路310は、上位ビットカウンタ回路305のカウント値が任意の上限値(第1の閾値)を上回っている状態で、フリップフロップ303の出力が1度目の反転をした場合に、コンパレータ209への電源供給を停止させるための出力を発生する。OR回路314は、上位ビットカウンタ回路305のカウント値が任意の下限値(第2の閾値)を下回っている状態で、フリップフロップ303の出力が1度目の反転をした場合に、コンパレータ209への電源供給を停止させるための出力を発生する。   Here, each of the OR circuits 308, 310, and 314 performs determination on the power supply stop condition of the comparator 209. When the power supply stop condition is met, the OR circuits 308, 310, and 314 output. Becomes low level. The OR circuit 308 generates an output for stopping the power supply to the comparator 209 when the output of the flip-flop 303 is inverted for the second time. The OR circuit 310 outputs a signal to the comparator 209 when the count value of the upper bit counter circuit 305 exceeds an arbitrary upper limit value (first threshold value) and the output of the flip-flop 303 is inverted for the first time. Generates output to stop power supply. The OR circuit 314 outputs a signal to the comparator 209 when the output of the flip-flop 303 is inverted for the first time while the count value of the upper bit counter circuit 305 is below an arbitrary lower limit value (second threshold value). Generates output to stop power supply.

AND回路311は、OR回路308、310、314の出力及び自身の出力が入力され、出力をパワーダウン制御部210の出力であるパワーダウン信号として出力する。つまり、コンパレータ209の電源供給の停止条件に合った場合に、AND回路311にはローレベルが入力され、パワーダウン信号SPDがローレベルとなる。また、AND回路311は、自身の出力が入力され、コンパレータ209の電源供給が停止になった場合、1つの画素の読み出しが終わるまで、その状態を維持するようになっている。   The AND circuit 311 receives the outputs of the OR circuits 308, 310, and 314 and its own output, and outputs the output as a power down signal that is an output of the power down control unit 210. That is, when the power supply stop condition of the comparator 209 is met, a low level is input to the AND circuit 311 and the power down signal SPD becomes a low level. The AND circuit 311 maintains its state until reading of one pixel is completed when its output is input and the power supply to the comparator 209 is stopped.

アップダウンカウンタ211において、AND回路304は、クロックADCLK及びフリップフロップ303の出力が入力され、出力が上位ビットカウンタ回路305のクロック入力端子に接続される。また、AND回路312は、クロックADCLKが入力されるとともに、フリップフロップ303の出力が反転入力され、出力が下位ビットカウンタ回路313のクロック入力端子に接続される。すなわち、AND回路304は、上位ビットカウンタ回路305にカウント用のクロックを与え、AND回路312は、下位ビットカウンタ回路313にカウント用のクロックを与える。   In the up / down counter 211, the AND circuit 304 receives the clock ADCLK and the output of the flip-flop 303, and the output is connected to the clock input terminal of the upper bit counter circuit 305. The AND circuit 312 receives the clock ADCLK, the output of the flip-flop 303 is inverted, and the output is connected to the clock input terminal of the lower bit counter circuit 313. That is, the AND circuit 304 provides a counting clock to the upper bit counter circuit 305, and the AND circuit 312 provides a counting clock to the lower bit counter circuit 313.

上位ビットカウンタ回路305は、AD変換により上位ビットの値を得る第1のアナログ・デジタル変換を行う。上位ビットカウンタ回路305は、コンパレータ209の出力における最初の反転までの期間(上位ビットについての比較動作の開始からコンパレータ209の出力が反転するまでの期間)をカウントする。下位ビットカウンタ回路313は、AD変換により下位ビットの値を得る第2のアナログ・デジタル変換を行う。下位ビットカウンタ回路313は、コンパレータ209の出力における2度目の反転までの期間(下位ビットについての比較動作の開始からコンパレータ209の出力が反転するまでの期間)をカウントする。   The upper bit counter circuit 305 performs first analog / digital conversion for obtaining the value of the upper bit by AD conversion. The upper bit counter circuit 305 counts a period until the first inversion in the output of the comparator 209 (a period from the start of the comparison operation for the upper bit to the inversion of the output of the comparator 209). The lower bit counter circuit 313 performs second analog / digital conversion to obtain a lower bit value by AD conversion. The lower bit counter circuit 313 counts a period until the second inversion of the output of the comparator 209 (a period from the start of the comparison operation for the lower bits until the output of the comparator 209 is inverted).

また、上位ビットカウンタ回路305は、カウント値に応じたレベルの信号SUP、SLOWを出力する。信号SUPは、通常はローレベルであり、カウント値がある上限値より大きくなる(第1の閾値より大きくなる)ことでハイレベルとなる信号である。信号SUPは、例えば2進数で各桁を表すビットのうち第1の任意の桁以上のビットのAND演算をとることで容易に実現可能である。また、信号SLOWは、通常はローレベルであり、カウント値がある下限値より大きくなる(第2の閾値より大きくなる)ことでハイレベルとなる信号である。信号SLOWは、例えば2進数で各桁を表すビットのうち第2の任意の桁以上のビットのAND演算をとることで容易に実現可能である。なお、第1の任意の桁よりも、第2の任意の桁のほうが小さい桁である。   The upper bit counter circuit 305 outputs signals SUP and SLOW at a level corresponding to the count value. The signal SUP is normally at a low level, and is a signal that becomes a high level when the count value becomes larger than a certain upper limit value (greater than a first threshold value). The signal SUP can be easily realized by, for example, performing an AND operation on the bits of the first arbitrary digit or more among the bits representing each digit in binary number. Further, the signal SLOW is normally at a low level, and is a signal that becomes a high level when the count value becomes larger than a certain lower limit value (greater than a second threshold value). The signal SLOW can be easily realized by, for example, performing an AND operation on the bits of the second arbitrary digit or more among the bits representing each digit in binary number. Note that the second arbitrary digit is smaller than the first arbitrary digit.

図4は、本実施形態におけるコンパレータ209の構成例を示す図である。複数のコンパレータ209は、1つの駆動電流供給回路401に接続され、駆動電流の供給を受ける。出力バッファ402の出力が、パワーダウン制御部のバッファ302に入力されるとともに、上位ビットAD変換と下位ビットAD変換の参照電圧切り替え制御用のメモリ403に入力される。メモリ403の出力が、参照電圧RAMPの上位ビット変換参照電圧(コースDAC)をスイッチするためのトランジスタ405のゲートに供給される。トランジスタ406は、オートゼロ動作制御に係るトランジスタであり、ゲートに供給されるオートゼロパルスPSETによりオン/オフ制御される。   FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the comparator 209 in the present embodiment. The plurality of comparators 209 are connected to one drive current supply circuit 401 and receive supply of drive current. The output of the output buffer 402 is input to the buffer 302 of the power-down control unit, and is also input to the memory 403 for reference voltage switching control for upper bit AD conversion and lower bit AD conversion. The output of the memory 403 is supplied to the gate of the transistor 405 for switching the upper bit conversion reference voltage (course DAC) of the reference voltage RAMP. The transistor 406 is a transistor related to auto-zero operation control, and is on / off controlled by an auto-zero pulse PSET supplied to the gate.

トランジスタ407は、参照電圧(RAMP)側の入力トランジスタであり、トランジスタ408は、列信号線213側の入力トランジスタである。トランジスタ407は、ゲートにトランジスタ405を介して参照電圧RAMPの上位ビット変換参照電圧(コースDAC)が供給可能になっている。また、トランジスタ407のゲートは、一方の電極に参照電圧RAMPの下位ビット変換参照電圧(ファインDAC)が供給されるキャパシタ412の他方の電極に接続される。トランジスタ408のゲートは、一方の電極が列信号線213に接続され列信号線213の出力を受けるキャパシタ415の他方の電極に接続される。   The transistor 407 is an input transistor on the reference voltage (RAMP) side, and the transistor 408 is an input transistor on the column signal line 213 side. The transistor 407 can supply the upper bit conversion reference voltage (course DAC) of the reference voltage RAMP to the gate via the transistor 405. The gate of the transistor 407 is connected to the other electrode of the capacitor 412 to which one electrode is supplied with the lower bit conversion reference voltage (fine DAC) of the reference voltage RAMP. The gate of the transistor 408 is connected to the other electrode of the capacitor 415 that has one electrode connected to the column signal line 213 and receives the output of the column signal line 213.

トランジスタ409は、入力トランジスタ407、408に流れる電流を制限するためのものである。トランジスタ416は、駆動電流供給回路401とカレントミラーを構成する。トランジスタ410、411は、パワーダウン制御部からのパワーダウン信号SPDを受けて、駆動電流供給回路401からコンパレータへの電流供給を断つためのトランジスタである。なお、コンパレータ209は、図4に示す構成に限定されるものではなく、同様の機能を有する構成であればよい。例えば、トランジスタ411は、駆動電流供給回路401とカレントミラーを構成するP型トランジスタ416のドレイン側に直列に接続されているが、ソース側に直列に接続されてもよい。   The transistor 409 is for limiting the current flowing through the input transistors 407 and 408. The transistor 416 forms a current mirror with the drive current supply circuit 401. The transistors 410 and 411 are transistors for receiving the power down signal SPD from the power down control unit and cutting off the current supply from the drive current supply circuit 401 to the comparator. Note that the comparator 209 is not limited to the configuration illustrated in FIG. 4 and may be any configuration having a similar function. For example, the transistor 411 is connected in series to the drain side of the P-type transistor 416 constituting the drive current supply circuit 401 and the current mirror, but may be connected in series to the source side.

次に、本実施形態における撮像素子において、行走査部202により選択された画素行の画素208から列信号線213を介して出力される信号電圧のAD変換に係るAD変換部203の動作について説明する。   Next, the operation of the AD conversion unit 203 related to AD conversion of the signal voltage output from the pixel 208 in the pixel row selected by the row scanning unit 202 via the column signal line 213 in the image sensor according to the present embodiment will be described. To do.

図5は、本実施形態におけるAD変換部203の通常出力領域の動作例を示すタイミングチャートである。ここで、AD変換後の信号にて上位ビットの信号値が、0レベルから所定の下限値以下(第2の閾値以下)の範囲を領域Aとする。また、その下限値より大きく所定の上限値以下(第1の閾値以下)の範囲を領域Bとする。また、その上限値より大きく上位ビットの取り得る最大値までの範囲を領域Cとする。例えば、AD変換部203の通常出力領域が領域Bに対応し、低出力領域が領域Aに対応し、高出力領域が領域Cに対応している。また、下限値とは、遮光状態での暗電流成分のみの信号値である黒レベルに相当し、上限値とは、後述のJPEG信号における飽和付近の信号値に相当する。領域A、B、Cの各領域を、上位ビットのAD変換の時刻で述べると、図示したタイミングチャートにおいて時刻t3〜t4が領域Aに相当し、時刻t4〜t6が領域Bに相当し、時刻t6〜t7が領域Cに相当する。   FIG. 5 is a timing chart showing an operation example of the normal output region of the AD conversion unit 203 in the present embodiment. Here, a region where the signal value of the upper bits in the signal after AD conversion is from 0 level to a predetermined lower limit value or less (second threshold value or less) is defined as region A. Further, a range that is larger than the lower limit value and equal to or less than a predetermined upper limit value (first threshold value or less) is defined as a region B. Further, the range from the upper limit value to the maximum value that can be taken by the upper bits is defined as region C. For example, the normal output area of the AD conversion unit 203 corresponds to the area B, the low output area corresponds to the area A, and the high output area corresponds to the area C. The lower limit value corresponds to a black level that is a signal value of only a dark current component in a light-shielded state, and the upper limit value corresponds to a signal value near saturation in a JPEG signal described later. When the areas A, B, and C are described in terms of the AD conversion time of the upper bits, in the illustrated timing chart, the times t3 to t4 correspond to the area A, the times t4 to t6 correspond to the area B, and the time t6 to t7 correspond to the region C.

以下では、AD変換の処理内容について説明した後、本実施形態において、どのように消費電力を削減するかについて説明する。まず、図5を参照して、コンパレータ209の出力が領域Bで反転した場合について説明する。なお、本実施形態では、AD変換後のデジタル信号における上位ビットのビット数をKビットとし、下位ビットのビット数をLビットとする。   In the following, after describing the processing contents of AD conversion, how to reduce power consumption in this embodiment will be described. First, a case where the output of the comparator 209 is inverted in the region B will be described with reference to FIG. In this embodiment, the number of upper bits in the digital signal after AD conversion is K bits, and the number of lower bits is L bits.

はじめに、時刻t1〜t2のオートゼロ期間PH0にオートゼロ動作を行う。時刻t1にて、コンパレータ209のオフセット電圧除去及びコンパレータ反転電圧を設定する。このためコンパレータ209において、メモリ403をハイレベルにセットする。これにより、下位ビット変換参照電圧(ファインDAC)に接続されたキャパシタ412と入力トランジスタ407のゲートとの間に一方の端子が接続され、他方の端子が上位ビット変換参照電圧(コースDAC)に接続されたトランジスタ405をオン状態にする。   First, the auto zero operation is performed during the auto zero period PH0 from time t1 to time t2. At time t1, the offset voltage removal and comparator inversion voltage of the comparator 209 are set. Therefore, the comparator 209 sets the memory 403 to a high level. As a result, one terminal is connected between the capacitor 412 connected to the lower bit conversion reference voltage (fine DAC) and the gate of the input transistor 407, and the other terminal is connected to the upper bit conversion reference voltage (course DAC). The turned-on transistor 405 is turned on.

また、オートゼロパルスPSETをハイレベルにする。これにより、列信号線213に接続されたキャパシタ415と入力トランジスタ408のゲートとの間に一方の端子が接続され、他方の端子がコンパレータ209の出力に接続されたトランジスタ406をオン状態とする。参照電圧であるコースDAC及びファインDACは、それぞれオートゼロレベルとした状態、画素出力はリセットレベルを列信号線213に出力した状態で、オートゼロパルスPSETをローレベルにしてトランジスタ406のみをオフ状態にする。このオートゼロ動作により、時刻t2にて、コンパレータ209のオフセット電圧がキャパシタ412にゼロレベルとして保持される。   Further, the auto zero pulse PSET is set to the high level. Thereby, one terminal is connected between the capacitor 415 connected to the column signal line 213 and the gate of the input transistor 408, and the transistor 406 whose other terminal is connected to the output of the comparator 209 is turned on. The reference DAC coarse DAC and fine DAC are in the auto-zero level, the pixel output is in the reset level output to the column signal line 213, the auto-zero pulse PSET is set to low level, and only the transistor 406 is turned off. . By this auto-zero operation, the offset voltage of the comparator 209 is held at the capacitor 412 as a zero level at time t2.

次に、時刻t3〜t7の上位ビット変換期間PH1に上位ビットに係るAD変換(第1のアナログ・デジタル変換)を行う。時刻t3にて、上位ビットのAD変換を行うために、アップダウンカウンタ211の上位ビットカウンタ回路305のカウント値をリセットする。上位ビット変換期間PH1にて、参照電圧RAMPの上位ビット変換参照電圧(コースDAC)の電圧波形は、コンパレータ209の反転電圧よりも高い電位から始まって低下していく、上位ビット数分である2のK乗個のレベルを有する階段波形を発生する。そして、コンパレータ209は、列信号線213の出力レベルと上位ビット変換参照電圧(コースDAC)との比較を行う。上位ビットカウンタ回路305は、上位ビット変換期間PH1において、上位ビット変換参照電圧(コースDAC)の電圧が列信号線213の電圧より高い間、上位ビットをアップカウントする。   Next, AD conversion (first analog / digital conversion) related to the upper bits is performed in the upper bit conversion period PH1 at times t3 to t7. At time t3, the count value of the upper bit counter circuit 305 of the up / down counter 211 is reset in order to perform AD conversion of the upper bits. In the upper bit conversion period PH1, the voltage waveform of the upper bit conversion reference voltage (coarse DAC) of the reference voltage RAMP is 2 corresponding to the number of upper bits that starts from a potential higher than the inverted voltage of the comparator 209 and decreases. A staircase waveform having K power levels is generated. The comparator 209 compares the output level of the column signal line 213 with the higher-order bit conversion reference voltage (course DAC). The upper bit counter circuit 305 up-counts the upper bits while the voltage of the upper bit conversion reference voltage (course DAC) is higher than the voltage of the column signal line 213 in the upper bit conversion period PH1.

そして、図5の時刻t5に示すように、上位ビット変換参照電圧(コースDAC)の電圧が列信号線213の電圧よりも低くなった場合には、コンパレータ209の出力が反転して、フリップフロップ303の出力がハイレベルからローレベルに変化する。フリップフロップ303の出力がローレベルになることで、AND回路304を介した、上位ビットカウンタ回路305へのクロックADCLKの供給が停止される。これにより、上位ビットのカウント動作が停止し、期間CNTUにて行った上位ビットアップカウントでのカウント値が、上位ビットについてのAD変換結果として上位ビットカウンタ回路305に保持される。また、このとき、コンパレータ209の出力反転がバッファ402を通ってメモリ403に保存され、トランジスタ405をオフ状態にする。トランジスタ405がオフ状態になると、下位ビット変換参照電圧(ファインDAC)と上位ビット変換参照電圧(コースDAC)との電位差が、入力トランジスタ407に接続されるキャパシタ412に保持される。   Then, as shown at time t5 in FIG. 5, when the voltage of the upper bit conversion reference voltage (course DAC) becomes lower than the voltage of the column signal line 213, the output of the comparator 209 is inverted, and the flip-flop The output of 303 changes from high level to low level. When the output of the flip-flop 303 becomes low level, supply of the clock ADCLK to the upper bit counter circuit 305 via the AND circuit 304 is stopped. Thereby, the counting operation of the upper bits is stopped, and the count value in the upper bit up count performed in the period CNTU is held in the upper bit counter circuit 305 as an AD conversion result for the upper bits. At this time, the output inversion of the comparator 209 is stored in the memory 403 through the buffer 402, and the transistor 405 is turned off. When the transistor 405 is turned off, a potential difference between the lower bit conversion reference voltage (fine DAC) and the upper bit conversion reference voltage (course DAC) is held in the capacitor 412 connected to the input transistor 407.

上位ビットのAD変換が領域Bで完了する場合には、後述する理由により下位ビットのAD変換を行う必要がある。そこで、時刻t8〜t10の下位ビット変換期間PH2に下位ビットに係るAD変換(第2のアナログ・デジタル変換)を行う。時刻t8の時点では、キャパシタ412には既に上位ビット分の電位差がオフセットとして保持されている。そのため、コンパレータ209には最初に行ったオートゼロの反転電位から、保持されている下位ビット変換参照電圧(ファインDAC)と上位ビット変換参照電圧(コースDAC)との電位差に応じたオフセット電圧Vof分だけシフトしているように見える。   When the upper bit AD conversion is completed in the region B, it is necessary to perform the lower bit AD conversion for the reason described later. Therefore, AD conversion (second analog / digital conversion) related to the lower bits is performed in the lower bit conversion period PH2 at times t8 to t10. At time t8, the capacitor 412 already holds the potential difference for the upper bits as an offset. For this reason, the comparator 209 has an offset voltage Vof corresponding to the potential difference between the low-order bit conversion reference voltage (fine DAC) and the high-order bit conversion reference voltage (coarse DAC) held from the first auto-zero inverted potential. Looks like it ’s shifting.

時刻t8にて、下位ビットのAD変換を行うために、アップダウンカウンタ211の下位ビットカウンタ回路313のカウント値をリセットする。その後、下位ビット変換参照電圧(ファインDAC)の電圧値を段階的に変化させ、コンパレータ209が、列信号線213の出力電圧と下位ビット変換参照電圧(ファインDAC)の電圧との比較を行う。ここで、下位ビット変換参照電圧(ファインDAC)は、上位ビット変換参照電圧(コースDAC)の1ステップ分の電圧振幅をフルスケールとし、下位ビット分のカウント数の間に段階的に電圧を変化させる。下位ビットカウンタ回路313による下位ビットについてのカウント動作は、上位ビットカウントの停止値を起点としたダウンカウントを行う。   At time t8, the count value of the lower bit counter circuit 313 of the up / down counter 211 is reset to perform AD conversion of the lower bits. Thereafter, the voltage value of the lower bit conversion reference voltage (fine DAC) is changed stepwise, and the comparator 209 compares the output voltage of the column signal line 213 with the voltage of the lower bit conversion reference voltage (fine DAC). Here, the low-order bit conversion reference voltage (fine DAC) is a full-scale voltage amplitude for one step of the high-order bit conversion reference voltage (course DAC), and the voltage changes stepwise between the counts of the low-order bits. Let The count operation for the lower bits by the lower bit counter circuit 313 performs a down-count starting from the stop value of the upper bit count.

そして、図5の時刻t9に示すように、下位ビット変換参照電圧(ファインDAC)の電圧が列信号線213の電圧よりも高くなった場合には、コンパレータ209の出力が反転して、フリップフロップ303の出力がローレベルからハイレベルに変化する。フリップフロップ303の出力がハイレベルになることで、AND回路312を介した、下位ビットカウンタ回路313へのクロックADCLKの供給が停止される。これにより、下位ビットのカウント動作が停止し、期間CNTDにて行った下位ビットダウンカウントでのカウント値が、下位ビットについてのAD変換結果として下位ビットカウンタ回路313に保持される。時刻t10以降に、上位ビットカウンタ回路305及び下位ビットカウンタ回路313に保持された信号値をメモリ212に読み出すことで、1行の画素からの出力のAD変換が完了する。アップダウンカウンタ211でカウントされた値は、読み出されてメモリ212に保存された後、行出力線206を介して撮像部102より外部へ出力される。   Then, as shown at time t9 in FIG. 5, when the voltage of the lower bit conversion reference voltage (fine DAC) becomes higher than the voltage of the column signal line 213, the output of the comparator 209 is inverted, and the flip-flop The output of 303 changes from low level to high level. When the output of the flip-flop 303 becomes high level, supply of the clock ADCLK to the lower bit counter circuit 313 via the AND circuit 312 is stopped. As a result, the count operation of the lower bits is stopped, and the count value in the lower bit down count performed in the period CNTD is held in the lower bit counter circuit 313 as an AD conversion result for the lower bits. After time t10, the signal values held in the upper bit counter circuit 305 and the lower bit counter circuit 313 are read out to the memory 212, whereby the AD conversion of the output from the pixels in one row is completed. The value counted by the up / down counter 211 is read out and stored in the memory 212, and then output to the outside from the imaging unit 102 via the row output line 206.

次に、コンパレータ209への電源供給の制御について説明する。
前述のように、時刻t3〜t7の上位ビット変換期間PH1では、列信号線213の電圧と、その列信号線213の電圧と比較するための参照電圧RAMPとをコンパレータ209に入力する。コンパレータ209は、列信号線213の電圧と参照電圧RAMPとを比較して比較結果を出力する。具体的には、コンパレータ209は、列信号線213の電圧が参照電圧RAMPの上位ビット変換参照電圧(コースDAC)より大きい場合には、ローレベルを出力する。一方、コンパレータ209は、列信号線213の電圧が参照電圧RAMPの上位ビット変換参照電圧(コースDAC)より小さい場合には、ハイレベルを出力する。
Next, control of power supply to the comparator 209 will be described.
As described above, the voltage of the column signal line 213 and the reference voltage RAMP for comparison with the voltage of the column signal line 213 are input to the comparator 209 in the upper bit conversion period PH1 from time t3 to t7. The comparator 209 compares the voltage of the column signal line 213 with the reference voltage RAMP and outputs a comparison result. Specifically, the comparator 209 outputs a low level when the voltage of the column signal line 213 is higher than the upper bit conversion reference voltage (coarse DAC) of the reference voltage RAMP. On the other hand, the comparator 209 outputs a high level when the voltage of the column signal line 213 is lower than the upper bit conversion reference voltage (coarse DAC) of the reference voltage RAMP.

アップダウンカウンタ211の上位ビットカウンタ回路305のカウント値が所定の下限値を超える(領域Aを超えて領域Bに入る)時刻t4で、上位ビットカウンタ回路305から出力される信号SLOWがローレベルからハイレベルに遷移する。信号SLOWがハイレベルになることによって、OR回路314の出力が常にハイレベルになる。したがって、コンパレータ209の出力反転に伴ってフリップフロップ303の出力が反転してローレベルになっても、OR回路308、310、314の出力はハイレベルを維持する。これにより、パワーダウン制御部210から出力されるパワーダウン信号SPDがローレベルになることがなくなる。このように、時刻t4〜t6の領域Bの期間では、上位ビットのAD変換が終了しても、コンパレータ209への電源供給を停止させない。   At time t4 when the count value of the upper bit counter circuit 305 of the up / down counter 211 exceeds a predetermined lower limit value (exceeding the area A and entering the area B), the signal SLOW output from the upper bit counter circuit 305 is changed from the low level. Transition to high level. When the signal SLOW becomes high level, the output of the OR circuit 314 always becomes high level. Therefore, even if the output of the flip-flop 303 is inverted and becomes low level as the output of the comparator 209 is inverted, the outputs of the OR circuits 308, 310, and 314 are maintained at high level. As a result, the power-down signal SPD output from the power-down control unit 210 does not become low level. Thus, in the period of the region B from the time t4 to the time t6, the power supply to the comparator 209 is not stopped even if AD conversion of the upper bits is completed.

次に、時刻t7にて上位ビットのAD変換を行うための動作が完了した後、時刻t8にて下位ビットのAD変換が始まる。時刻t8における、コンパレータ209の初期状態は、列信号線213の電圧が参照電圧RAMPより大きく、コンパレータ209はローレベルを出力している。ここから、列信号線213の電圧と参照電圧RAMPとの大小関係が反転するまでの期間、アップダウンカウンタ211の下位ビットカウンタ回路313はダウンカウントを行う。時刻t9にて、コンパレータ209の出力が反転してハイレベルになると、フリップフロップ303の出力がハイレベルとなり、OR回路308への入力が、すべてローレベルとなる。このため、パワーダウン制御部210から出力されるパワーダウン信号SPDにあたる、AND回路311の出力が、ローレベルになり、コンパレータ209への電源供給が停止される。   Next, after the operation for AD conversion of the upper bits is completed at time t7, AD conversion of the lower bits starts at time t8. In the initial state of the comparator 209 at time t8, the voltage of the column signal line 213 is higher than the reference voltage RAMP, and the comparator 209 outputs a low level. From this point, the lower bit counter circuit 313 of the up / down counter 211 performs down-counting until the magnitude relationship between the voltage of the column signal line 213 and the reference voltage RAMP is inverted. At time t9, when the output of the comparator 209 is inverted and becomes high level, the output of the flip-flop 303 becomes high level, and all the inputs to the OR circuit 308 become low level. For this reason, the output of the AND circuit 311 corresponding to the power-down signal SPD output from the power-down control unit 210 becomes a low level, and the power supply to the comparator 209 is stopped.

以上が、コンパレータ209への電源供給の制御に関する説明である。このように、領域Bでは、下位ビットのAD変換が終了した直後にコンパレータ209への電力供給を停止することで、消費電力を削減することができる。また、領域Bでは、AD変換の分解能をJビットとしたとき、1回でAD変換する場合には2のJ乗回の電圧比較が必要となるが、本実施形態のように2回に分けたAD変換では、(2のK乗)+(2のL乗)回の電圧比較(J=K+L)で得ることができる。したがって、AD変換に要する時間を短縮することができ、消費電力も削減することができる。   The above is the description regarding the control of power supply to the comparator 209. As described above, in the region B, the power consumption can be reduced by stopping the power supply to the comparator 209 immediately after the AD conversion of the lower bits is completed. Also, in the region B, when the AD conversion resolution is J bits, when AD conversion is performed once, voltage comparison of 2 times the J power is necessary, but it is divided into two as in this embodiment. In the AD conversion, the voltage can be obtained by (2 = Kth power) + (2th power L) voltage comparison (J = K + L). Therefore, the time required for AD conversion can be shortened, and power consumption can also be reduced.

次に、上位ビットのAD変換時に、領域A、領域Cでコンパレータ209の出力が反転する場合について説明する。この場合には、上位ビットのAD変換のみで信号値が確定し、AD変換部203が使用されない期間においては、パワーダウン制御部210によりコンパレータ209への電力供給が停止されるため、その期間は電力消費を抑えることができる。   Next, the case where the output of the comparator 209 is inverted in the areas A and C during AD conversion of the upper bits will be described. In this case, since the signal value is determined only by the AD conversion of the upper bits and the power supply to the comparator 209 is stopped by the power-down control unit 210 during the period when the AD conversion unit 203 is not used, the period is Power consumption can be reduced.

図6は、本実施形態におけるAD変換部203の低出力領域の動作例を示すタイミングチャートである。図6を参照して、コンパレータ209の出力が、時刻t3〜t4の間に当たる領域Aの範囲で反転する場合について説明する。   FIG. 6 is a timing chart showing an operation example of the low output region of the AD conversion unit 203 in the present embodiment. With reference to FIG. 6, the case where the output of the comparator 209 is inverted in the range of the region A corresponding to the time t3 to t4 will be described.

領域Aでは、アップダウンカウンタ211の上位ビットカウンタ回路305のカウント値が、所定の下限値以下(第2の閾値以下)であるので、上位ビットカウンタ回路305から出力される信号SLOWはローレベルである。図6の時刻t4に示すように、上位ビット変換参照電圧(コースDAC)の電圧が列信号線213の電圧よりも低くなり、コンパレータ209の出力がハイレベルからローレベルに反転すると、フリップフロップ303の出力がローレベルに反転する。このとき、フリップフロップ303の出力反転を受けて、AND回路316の出力がローレベルに反転することにより、OR回路314への入力がすべてローレベルになる。このため、AND回路311の出力がローレベルに反転し、パワーダウン制御部210から出力されるパワーダウン信号SPDがローレベルになり、コンパレータ209への電力供給が停止される。   In the region A, the count value of the upper bit counter circuit 305 of the up / down counter 211 is equal to or lower than a predetermined lower limit value (lower than the second threshold value), so that the signal SLOW output from the upper bit counter circuit 305 is low level. is there. As shown at time t4 in FIG. 6, when the voltage of the upper bit conversion reference voltage (coarse DAC) becomes lower than the voltage of the column signal line 213 and the output of the comparator 209 is inverted from high level to low level, the flip-flop 303 Is inverted to low level. At this time, in response to the output inversion of the flip-flop 303, the output of the AND circuit 316 is inverted to the low level, so that all the inputs to the OR circuit 314 become the low level. For this reason, the output of the AND circuit 311 is inverted to a low level, the power-down signal SPD output from the power-down control unit 210 becomes a low level, and the power supply to the comparator 209 is stopped.

また、AND回路311は、自身の出力を入力されているため、AND回路311のその他の3つの入力がハイレベルとなっても、AND回路311の出力はローレベルを維持し続ける。パワーダウン制御部210の出力を受けた後の動作は、図5で説明したので省略する。このようにコンパレータ209の出力が領域Aで反転した場合には、下位ビットのAD変換を行わずに、下位ビットのAD変換の期間はコンパレータ209への電力供給を停止させることにより、消費電力の削減が可能となる。なお、AD変換を行わなかった下位ビットは、例えばすべて0にしておけばよい。   Further, since the AND circuit 311 receives its own output, the output of the AND circuit 311 continues to maintain the low level even if the other three inputs of the AND circuit 311 become the high level. The operation after receiving the output of the power-down control unit 210 has been described with reference to FIG. As described above, when the output of the comparator 209 is inverted in the area A, the power supply to the comparator 209 is stopped during the AD conversion period of the lower bits without performing the AD conversion of the lower bits. Reduction is possible. For example, all lower bits that have not undergone AD conversion may be set to 0.

図7は、本実施形態におけるAD変換部203の高出力領域の動作例を示すタイミングチャートである。図7を参照して、コンパレータ209の出力が、時刻t6〜t7の間に当たる領域Cの範囲で反転する場合について説明する。   FIG. 7 is a timing chart showing an operation example of the high output area of the AD conversion unit 203 in the present embodiment. With reference to FIG. 7, the case where the output of the comparator 209 is inverted in the range of the region C corresponding to the time t6 to t7 will be described.

領域Cでは、アップダウンカウンタ211の上位ビットカウンタ回路305のカウント値が、所定の上限値を超えている(第1の閾値より大きい)ので、上位ビットカウンタ回路305から出力される信号SUPはハイレベルである。信号SUPは、OR回路310に反転入力されローレベルになっている。図7の時刻t6に示すように、上位ビット変換参照電圧(コースDAC)の電圧が列信号線213の電圧よりも低くなり、コンパレータ209の出力がハイレベルからローレベルに反転すると、フリップフロップ303の出力がローレベルに反転する。このとき、フリップフロップ303の出力反転を受けて、AND回路316の出力がローレベルに反転することにより、OR回路310への入力がすべてローレベルになる。このため、AND回路311の出力がローレベルに反転し、パワーダウン制御部210から出力されるパワーダウン信号SPDがローレベルになり、コンパレータ209への電力供給が停止される。   In region C, the count value of the upper bit counter circuit 305 of the up / down counter 211 exceeds a predetermined upper limit (greater than the first threshold value), so the signal SUP output from the upper bit counter circuit 305 is high. Is a level. The signal SUP is inverted and input to the OR circuit 310 and is at a low level. As shown at time t6 in FIG. 7, when the voltage of the upper bit conversion reference voltage (coarse DAC) becomes lower than the voltage of the column signal line 213 and the output of the comparator 209 is inverted from high level to low level, the flip-flop 303 Is inverted to low level. At this time, in response to the output inversion of the flip-flop 303, the output of the AND circuit 316 is inverted to the low level, so that all the inputs to the OR circuit 310 become the low level. For this reason, the output of the AND circuit 311 is inverted to a low level, the power-down signal SPD output from the power-down control unit 210 becomes a low level, and the power supply to the comparator 209 is stopped.

また、AND回路311は、自身の出力を入力されているため、AND回路311のその他の3つの入力がハイレベルとなっても、AND回路311の出力はローレベルを維持し続ける。パワーダウン制御部210の出力を受けた後の動作は、図5で説明したので省略する。このようにコンパレータ209の出力が領域Cで反転した場合には、下位ビットのAD変換を行わずに、下位ビットのAD変換の期間はコンパレータ209への電力供給を停止させることにより、消費電力の削減が可能となる。なお、AD変換を行わなかった下位ビットは、例えばすべて0にしておけばよい。   Further, since the AND circuit 311 receives its own output, the output of the AND circuit 311 continues to maintain the low level even if the other three inputs of the AND circuit 311 become the high level. The operation after receiving the output of the power-down control unit 210 has been described with reference to FIG. As described above, when the output of the comparator 209 is inverted in the region C, the power supply to the comparator 209 is stopped during the AD conversion period of the lower bits without performing the AD conversion of the lower bits. Reduction is possible. For example, all lower bits that have not undergone AD conversion may be set to 0.

次に、コンパレータ209の出力が領域Aとあるいは領域Cで反転した場合には、下位ビットのAD変換を行わなくても画質劣化がほとんど起きない理由について説明する。図8は、本実施形態に係るガンマカーブの一例を示す図である。図8において、信号値の幅81が上位ビットの信号精度であり、信号値の幅82が下位ビットの信号精度である。撮像部102の出力をJPEGなどの画像に変換する際、通常はガンマカーブを使用して短いビット長で、広いダイナミックレンジを得ようとする。ここでは、領域Aは、黒レベル以下の入力信号領域とした。また、領域Bは、入力信号に対してJPEG出力がリニアに変化する領域から、ニー特性を持ち始めた領域である。また、領域Cは、入力信号の変化に対してJPEG出力がほとんど変化しない、飽和近傍の領域である。   Next, the reason why image quality degradation hardly occurs even if the lower bit AD conversion is not performed when the output of the comparator 209 is inverted in the region A and the region C will be described. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a gamma curve according to the present embodiment. In FIG. 8, the signal value width 81 is the upper bit signal accuracy, and the signal value width 82 is the lower bit signal accuracy. When converting the output of the image pickup unit 102 into an image such as JPEG, it is usual to obtain a wide dynamic range with a short bit length using a gamma curve. Here, the area A is an input signal area below the black level. In addition, the region B is a region in which the knee characteristic starts to appear from a region where the JPEG output changes linearly with respect to the input signal. Region C is a region near saturation where the JPEG output hardly changes with changes in the input signal.

まず、領域Aについて説明する。CMOS型撮像素子では、画素毎に暗電流成分にばらつきが出ることで、黒レベルの信号値にばらつきが出る。そこで、RAW信号を扱う場合、黒レベルを0とせず、ダイナミックレンジに対して数パーセント程度浮かせる。例えばフルレンジで0〜16385の出力値に対して、1024を黒レベルとするなどしている。入力信号が黒レベル以下の場合でのJPEG出力は、黒つぶれしてしまい有効ビット長が短くとも画質に影響を与えない。このため、領域Aでは、電力消費を抑えるため下位ビットのAD変換を行わなくとも画質を劣化させない。領域Bでは、入力信号の変化量に対してJPEG出力の変化量が大きい領域であるため、有効ビット長が長くとれないと、画質低下を招く。領域Cでは、入力信号の変化量に対してJPEG出力がほとんど変化しないため、有効ビット長が短くとも画質に影響を与えない。このため、領域Cでは、電力消費を抑えるため下位ビットのAD変換を行わなくとも画質を劣化させない。   First, the region A will be described. In a CMOS image sensor, variations in the dark current component occur from pixel to pixel, resulting in variations in the black level signal value. Therefore, when the RAW signal is handled, the black level is not set to 0, but is floated about several percent with respect to the dynamic range. For example, 1024 is set to the black level for an output value of 0 to 16385 in the full range. The JPEG output when the input signal is below the black level is blacked out and does not affect the image quality even if the effective bit length is short. For this reason, in the area A, the image quality is not deteriorated even if AD conversion of lower bits is not performed in order to reduce power consumption. In the area B, since the change amount of the JPEG output is large with respect to the change amount of the input signal, if the effective bit length cannot be made long, the image quality is deteriorated. In region C, the JPEG output hardly changes with respect to the amount of change in the input signal. Therefore, even if the effective bit length is short, the image quality is not affected. For this reason, in the area C, the image quality is not deteriorated even if AD conversion of lower bits is not performed in order to suppress power consumption.

なお、上位ビットのAD変換結果が、領域Aあるいは領域Cに有る場合に、下位ビットのAD変換を完全に止めるのではなく、下位ビットのAD変換の変換条件を領域Bとは異なるように切り替えて下位ビットのAD変換を行うようにしても良い。例えば、上位ビットのAD変換結果が領域Aあるいは領域Cに有る場合に、下位ビット変換参照電圧(ファインDAC)の傾きを2倍、4倍などと急峻にして、下位ビットのAD変換を行ってもよい。この場合には、下位ビットのAD変換期間を、それぞれ1/2、1/4に短縮することによって消費電力の削減が可能となる。なお、このように参照電圧の傾きを変えると、下位ビットのAD変換結果が傾きを変えなかった場合と相違するが、傾きを2倍にしたときは上位側に1ビットシフトし、4倍にしたときは上位側に2ビットシフトすることで、同等の出力を得ることができる。この場合、ビットシフトによって空いた下位ビットには、例えば0を入れておけばよい。任意の値を入れてよい理由は、図8での説明と同様、領域Aと領域Cでは、JPEG出力に対して下位ビットの出力結果がほとんど依存しないためである。   When the upper bit AD conversion result is in region A or region C, the lower bit AD conversion is not completely stopped, but the conversion condition of the lower bit AD conversion is changed to be different from that in region B. Thus, AD conversion of the lower bits may be performed. For example, when the upper bit AD conversion result is in the area A or C, the lower bit conversion reference voltage (fine DAC) is steeped twice or four times to perform AD conversion of the lower bits. Also good. In this case, the power consumption can be reduced by reducing the AD conversion period of the lower bits to 1/2 and 1/4, respectively. If the slope of the reference voltage is changed in this way, the AD conversion result of the lower bits is different from the case where the slope is not changed. However, when the slope is doubled, the bit is shifted by 1 bit to the upper side and quadrupled. In such a case, an equivalent output can be obtained by shifting by 2 bits to the upper side. In this case, for example, 0 may be inserted in the lower bits vacated by the bit shift. The reason why an arbitrary value may be entered is that the output result of the lower bits hardly depends on the JPEG output in the area A and the area C as in the description in FIG.

なお、特殊なガンマカーブを用いてJPEG出力を得る場合には、領域Aと領域Cのどちらかのみ下位ビットのAD変換を行わないなどの方法を用いてもよい。また、領域Aと領域Cのどちらかのみ下位ビット変換参照電圧(ファインDAC)の傾きを2倍、4倍などと急峻にするように変換条件を制御して下位ビットのAD変換を行うようにしてもよい。前述のように、どちらの方法を用いても、2回に分けてAD変換を行う方式で、電力の消費を抑えることができる。   Note that when a JPEG output is obtained using a special gamma curve, a method of not performing AD conversion of lower bits only in either the area A or the area C may be used. Also, the lower bit AD conversion is performed by controlling the conversion conditions so that the slope of the lower bit conversion reference voltage (fine DAC) is sharply doubled, quadrupled, etc. in only one of the areas A and C. May be. As described above, whichever method is used, power consumption can be suppressed by performing AD conversion in two steps.

なお、前述した構成において、システムの構成要素となる単位デバイスや単位モジュールの組み合わせ方、セットの規模等については、製品化の実情等に基づいて適宜選択可能であり、本実施形態に係る撮像装置は、種々の変形を幅広く含むものとする。   In the configuration described above, the combination of unit devices and unit modules, which are constituent elements of the system, the scale of the set, and the like can be selected as appropriate based on the actual state of commercialization, and the imaging apparatus according to the present embodiment Includes a wide variety of variations.

なお、前述した本実施形態におけるAD変換部は、以下の第1〜第4のステップを実行するAD変換方法を含んでいる。第1のステップは、画素からのアナログ信号が変換されるデジタル信号の上位ビットのための上位ビット変換参照電圧を生成し出力するステップである。第2のステップは、アナログ信号と上位ビット変換参照信電圧とを比較器により比較し、アナログ信号と上位ビット変換参照電圧との大小関係が入れ替わるまでの時間量からデジタル信号の上位ビットのデジタル値を求めるステップである。第3のステップは、デジタル信号の下位ビットのための下位ビット変換参照電圧を生成し出力するステップである。第4のステップは、アナログ信号と下位ビット変換参照電圧とを比較器により比較して大小関係が入れ替わるまでの時間量から求めたデジタル信号の下位ビットのデジタル値を基に、アナログ信号をAD変換したときのデジタル値を決定するステップである。   In addition, the AD conversion part in this embodiment mentioned above contains the AD conversion method which performs the following 1st-4th steps. The first step is a step of generating and outputting an upper bit conversion reference voltage for the upper bits of the digital signal to which the analog signal from the pixel is converted. In the second step, the analog signal and the upper bit conversion reference signal are compared by a comparator, and the digital value of the upper bit of the digital signal is calculated from the amount of time until the magnitude relationship between the analog signal and the upper bit conversion reference voltage is switched. This is a step for obtaining. The third step is a step of generating and outputting a lower bit conversion reference voltage for the lower bits of the digital signal. The fourth step is AD conversion of the analog signal based on the digital value of the lower bit of the digital signal obtained from the amount of time until the magnitude relationship is switched by comparing the analog signal with the lower bit conversion reference voltage. This is a step of determining a digital value when the above is performed.

また、本実施形態におけるAD変換部は、下位ビット変換参照電圧が、アナログ信号と上位ビット変換参照電圧との大小関係が入れ替わるまでの時間量から求めた上位ビットのデジタル値に対応した電圧を基準にした信号であるとするAD変換方法を含む。さらに、本実施形態におけるAD変換部は、以下の第1要素及び第2要素を有するAD変換方法を含む。第1要素は、上位ビット変換参照電圧及び下位ビット変換参照電圧が段階的に値が変化する信号であることである。第2要素は、下位ビット変換参照電圧が、上位ビット変換参照電圧の単位ステップ分の振幅をフルスケールとする下位ビット分のカウント数の間に段階的に値が変化する信号であることである。   In addition, the AD conversion unit in this embodiment uses the voltage corresponding to the digital value of the upper bit obtained from the amount of time until the magnitude relationship between the analog signal and the upper bit conversion reference voltage is switched. Including an AD conversion method that the signal is an analog signal. Furthermore, the AD conversion unit in the present embodiment includes an AD conversion method having the following first element and second element. The first element is that the upper bit conversion reference voltage and the lower bit conversion reference voltage are signals whose values change stepwise. The second element is that the lower-bit conversion reference voltage is a signal whose value changes stepwise between lower-bit counts with the full-scale amplitude of the upper-bit conversion reference voltage as a unit step. .

本実施形態によれば、1画素からの出力を2回に分けてAD変換を行うAD変換部において、上位ビットのAD変換の結果が、領域Aや領域Cといった所定の領域にある場合、下位ビットのAD変換を中止して、コンパレータへの電力供給を停止する。これにより、画質を劣化させることなく、消費電力を低減することが可能となる。   According to the present embodiment, in the AD conversion unit that performs AD conversion by dividing the output from one pixel into two times, when the result of AD conversion of the upper bits is in a predetermined region such as region A or region C, Stops AD conversion of bits and stops power supply to the comparator. This makes it possible to reduce power consumption without degrading the image quality.

なお、前記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。   The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.

102:撮像部 103:システムコントロール部 104:CPU(Central Processing Unit) 107:DSP(Digital Signal Processor) 201:画素アレイ 203:AD変換部 208:画素 209:コンパレータ 210:パワーダウン制御部 211:アップダウンカウンタ 212:メモリ 213:列信号線 301:AD変換回路 102: Imaging unit 103: System control unit 104: CPU (Central Processing Unit) 107: DSP (Digital Signal Processor) 201: Pixel array 203: AD conversion unit 208: Pixel 209: Comparator 210: Power-down control unit 211: Up-down Counter 212: Memory 213: Column signal line 301: AD conversion circuit

Claims (10)

行列状に配置された、光電変換素子を含む複数の画素と、
前記複数の画素の列毎に配置され、前記複数の画素からの信号を列毎に出力する列信号線と、
時間の経過にともなって所定の傾きで電圧が変化する参照電圧を出力する参照電圧生成手段と、
前記列信号線を介して供給される前記画素からの信号と、前記参照電圧との比較を行ってデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換手段とを有し、
前記アナログ・デジタル変換手段は、
上位ビットと下位ビットとに分けて前記画素からの信号のアナログ・デジタル変換を行うとともに、
前記上位ビットをアナログ・デジタル変換する第1のアナログ・デジタル変換の結果に応じて、前記下位ビットをアナログ・デジタル変換する第2のアナログ・デジタル変換を行うか否かを切り替えることを特徴とする撮像素子。
A plurality of pixels including photoelectric conversion elements arranged in a matrix;
A column signal line arranged for each column of the plurality of pixels and outputting a signal from the plurality of pixels for each column;
A reference voltage generating means for outputting a reference voltage whose voltage changes with a predetermined slope as time passes;
A signal from the pixel supplied via the column signal line, and an analog / digital conversion unit that compares the reference voltage with the signal to convert the signal into a digital signal;
The analog / digital conversion means includes:
While performing analog-digital conversion of the signal from the pixel divided into upper bits and lower bits,
Whether to perform the second analog-to-digital conversion for analog-to-digital conversion of the lower-order bits is switched according to the result of the first analog-to-digital conversion for analog-to-digital conversion of the upper bits. Image sensor.
前記第1のアナログ・デジタル変換により得られた前記上位ビットの値が第1の閾値より大きい場合に、前記第2のアナログ・デジタル変換を行わないことを特徴とする請求項1記載の撮像素子。   2. The image sensor according to claim 1, wherein the second analog-to-digital conversion is not performed when a value of the upper bit obtained by the first analog-to-digital conversion is larger than a first threshold value. . 前記第1のアナログ・デジタル変換により得られた前記上位ビットの値が第2の閾値以下である場合に、前記第2のアナログ・デジタル変換を行わないことを特徴とする請求項1又は2記載の撮像素子。   3. The second analog / digital conversion is not performed when the value of the upper bit obtained by the first analog / digital conversion is equal to or less than a second threshold value. Image sensor. 前記アナログ・デジタル変換手段は、
前記列信号線を介して供給される前記画素からの信号と、前記参照電圧との比較を行う比較手段を有し、
前記第2のアナログ・デジタル変換を行わない場合には、前記第1のアナログ・デジタル変換にて前記画素からの信号と前記参照電圧との大小関係が反転するのに応じて、前記比較手段への電源供給を停止させることを特徴とする請求項2又は3記載の撮像素子。
The analog / digital conversion means includes:
Comparing means for comparing a signal from the pixel supplied via the column signal line with the reference voltage;
When the second analog-to-digital conversion is not performed, according to the magnitude relationship between the signal from the pixel and the reference voltage being inverted in the first analog-to-digital conversion, the comparison means is supplied. The image pickup device according to claim 2, wherein the power supply is stopped.
前記第2のアナログ・デジタル変換を行う場合には、前記第2のアナログ・デジタル変換にて前記画素からの信号と前記参照電圧との大小関係が反転するのに応じて、前記比較手段への電源供給を停止させることを特徴とする請求項4記載の撮像素子。   When the second analog-digital conversion is performed, the comparison to the comparison unit is performed in accordance with the magnitude relationship between the signal from the pixel and the reference voltage being inverted in the second analog-digital conversion. The image sensor according to claim 4, wherein power supply is stopped. 行列状に配置された、光電変換素子を含む複数の画素と、
前記複数の画素の列毎に配置され、前記複数の画素からの信号を列毎に出力する列信号線と、
時間の経過にともなって所定の傾きで電圧が変化する参照電圧を出力する参照電圧生成手段と、
前記列信号線を介して供給される前記画素からの信号と、前記参照電圧との比較を行ってデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換手段とを有し、
前記アナログ・デジタル変換手段は、
上位ビットと下位ビットとに分けて前記画素からの信号のアナログ・デジタル変換を行うとともに、
前記上位ビットをアナログ・デジタル変換する第1のアナログ・デジタル変換の結果に応じて、前記下位ビットをアナログ・デジタル変換する第2のアナログ・デジタル変換の変換条件を制御することを特徴とする撮像素子。
A plurality of pixels including photoelectric conversion elements arranged in a matrix;
A column signal line arranged for each column of the plurality of pixels and outputting a signal from the plurality of pixels for each column;
A reference voltage generating means for outputting a reference voltage whose voltage changes with a predetermined slope as time passes;
A signal from the pixel supplied via the column signal line, and an analog / digital conversion unit that compares the reference voltage with the signal to convert the signal into a digital signal;
The analog / digital conversion means includes:
While performing analog-digital conversion of the signal from the pixel divided into upper bits and lower bits,
An imaging method for controlling a conversion condition of a second analog / digital conversion for converting the lower bit into an analog-to-digital conversion according to a result of the first analog-to-digital conversion for converting the upper bit into an analog-to-digital conversion element.
前記第1のアナログ・デジタル変換により得られた前記上位ビットの値が第1の閾値より大きい場合に、前記第2のアナログ・デジタル変換に用いる前記参照電圧の傾きを前記所定の傾きより大きくすることを特徴とする請求項6記載の撮像素子。   When the value of the upper bit obtained by the first analog / digital conversion is larger than a first threshold, the slope of the reference voltage used for the second analog / digital conversion is made larger than the predetermined slope. The imaging device according to claim 6. 前記第1のアナログ・デジタル変換により得られた前記上位ビットの値が第2の閾値以下である場合に、前記第2のアナログ・デジタル変換に用いる前記参照電圧の傾きを前記所定の傾きより大きくすることを特徴とする請求項6又は7記載の撮像素子。   When the value of the upper bit obtained by the first analog / digital conversion is equal to or lower than a second threshold value, the slope of the reference voltage used for the second analog / digital conversion is larger than the predetermined slope. The image pickup device according to claim 6, wherein the image pickup device is an image pickup device. 前記アナログ・デジタル変換手段は、
前記列信号線を介して供給される前記画素からの信号と、前記参照電圧との比較を行う比較手段を有し、
前記第2のアナログ・デジタル変換にて前記画素からの信号と前記参照電圧との大小関係が反転するのに応じて、前記比較手段への電源供給を停止させることを特徴とする請求項6〜8の何れか1項に記載の撮像素子。
The analog / digital conversion means includes:
Comparing means for comparing a signal from the pixel supplied via the column signal line with the reference voltage;
7. The power supply to the comparison unit is stopped in response to the magnitude relationship between the signal from the pixel and the reference voltage being inverted in the second analog / digital conversion. The imaging device according to any one of 8.
請求項1〜9の何れか1項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子から出力される撮像信号に対して信号処理を行う信号処理手段を含む制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。
The image sensor according to any one of claims 1 to 9,
An image pickup apparatus comprising: control means including signal processing means for performing signal processing on an image pickup signal output from the image pickup element.
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