JP2014241458A - Solid state image sensor and camera system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid state image sensor and a camera system capable of transmitting digital array data obtained by AD conversion to a signal processing circuit of a subsequent stage while suppressing increase in power consumption and reduction in data rate without using a sense amplifier circuit.SOLUTION: A pixel signal read-out part comprises: a holding part which holds digital signals obtained by an AD conversion part; and bus wirings for outputting the digital data held by the holding part to a transmission part. The transmission part shares a plurality of the bus wirings of a small scale as a single group, and selects and transmits the digital signals on group-by-group basis.

Description

本技術は、CMOS(Complimentary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサに代表される固体撮像素子、およびカメラシステムに関するものである。   The present technology relates to a solid-state imaging device represented by a CMOS (Complimentary Metal Oxide Semiconductor) image sensor and a camera system.

これに対して、CMOSイメージセンサは画素毎にFD(Floating Diffusion)アンプを持ち合わせており、その出力は、画素アレイの中のある一行を選択し、それらを同時に列方向へと読み出すような列並列出力型が主流である。
これは、画素内に配置されたFDアンプでは十分な駆動能力を得ることは難しく、したがってデータレートを下げることが必要で、並列処理が有利とされているからである。
On the other hand, the CMOS image sensor has an FD (Floating Diffusion) amplifier for each pixel, and its output selects a single row in the pixel array and reads them in the column direction at the same time. The output type is mainstream.
This is because it is difficult to obtain a sufficient driving capability with an FD amplifier arranged in a pixel, and therefore it is necessary to lower the data rate, and parallel processing is advantageous.

また、列並列出力型CMOSイメージセンサの画素信号読み出し(出力)回路については実に様々なものが提案されている。その最も進んだ形態のひとつが列(カラム)毎にアナログ−デジタル変換装置(以下、ADC(Analog digital converter)と略す)を備え、デジタル信号として画素信号を取り出すタイプである。   Various pixel signal readout (output) circuits for column parallel output type CMOS image sensors have been proposed. One of the most advanced forms is a type in which an analog-digital conversion device (hereinafter abbreviated as ADC (Analog digital converter)) is provided for each column and a pixel signal is extracted as a digital signal.

すなわち、CMOSイメージセンサにおいて画素信号を高速に読み出す手段として、2次元状に配置された画素の出力信号線を列毎に共有し、それ毎に読み出し回路を設け、かつ、同時に駆動することで大規模な並列処理を行う方法がある。
ここで、各列の読み出し回路でアナログ-デジタル(AD)変換まで行い、後段のデジタル信号処理回路に高速にデジタル信号を伝送するシステムにおいては、その大規模配列のデジタル出力信号を高速に伝送する手段が必要となる。
その一般的な手段として、スイッチを介して出力信号線を共有し、センスアンプ回路で読み出す方法がある。
この技術では、読み出したい出力のスイッチのみをオンし、それ以外をオフにする排他制御で信号を読み出すという方式で、スイッチを高速に順次制御して、各列のデータを順次読み出す。
この種の列並列ADC搭載CMOSイメージセンサの具体的な構成例について説明する(たとえば特許文献1や非特許文献1参照)。
That is, as a means for reading out pixel signals at high speed in a CMOS image sensor, the output signal lines of the pixels arranged in a two-dimensional manner are shared for each column, and a readout circuit is provided for each column and driven simultaneously. There is a method of performing large-scale parallel processing.
Here, in a system that performs analog-to-digital (AD) conversion in the readout circuit of each column and transmits the digital signal to the subsequent digital signal processing circuit at high speed, the digital output signal of the large-scale array is transmitted at high speed. Means are needed.
As a general means, there is a method in which an output signal line is shared through a switch and read by a sense amplifier circuit.
In this technique, a signal is read out by exclusive control in which only the output switch to be read is turned on and the others are turned off, and the switches are sequentially controlled at high speed to sequentially read the data in each column.
A specific configuration example of this type of column-parallel ADC-mounted CMOS image sensor will be described (for example, see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).

図1は、データ転送系にセンスアンプを用いた列並列ADC搭載CMOSイメージセンサの構成例を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a column parallel ADC-mounted CMOS image sensor using a sense amplifier in a data transfer system.

この固体撮像素子10は、撮像部としての画素アレイ部11、垂直走査回路12、水平走査回路13、タイミング制御回路14、カラムADC群15、参照電圧発生回路16、センスアンプ回路(S/A)17、およびデジタル信号処理回路18を有する。   The solid-state imaging device 10 includes a pixel array unit 11 as an imaging unit, a vertical scanning circuit 12, a horizontal scanning circuit 13, a timing control circuit 14, a column ADC group 15, a reference voltage generation circuit 16, and a sense amplifier circuit (S / A). 17 and a digital signal processing circuit 18.

画素アレイ部11は、フォトダイオードと画素内アンプとを含む単位画素11Aがマトリクス状(行列状)に配置されて構成される。
固体撮像素子10においては、画素アレイ部11の信号を順次読み出すための制御回路として、内部クロックを生成するタイミング制御回路14、行アドレスや行走査を制御する垂直走査回路12、列アドレスや列走査を制御する水平列走査回路13が配置される。
The pixel array unit 11 includes unit pixels 11A including photodiodes and in-pixel amplifiers arranged in a matrix (matrix).
In the solid-state imaging device 10, as a control circuit for sequentially reading out signals from the pixel array unit 11, a timing control circuit 14 that generates an internal clock, a vertical scanning circuit 12 that controls row address and row scanning, a column address and column scanning, and the like. A horizontal column scanning circuit 13 for controlling the above is arranged.

カラムADC群15は、各カラムの出力信号線19毎に配置されたAD変換部15−1、メモリ15−2、およびスイッチ15−3を含んで構成されている。
AD変換部15−1は、参照電圧発生回路16により生成される参照電圧を階段状に変化させたランプ波形RAMPと、単位画素11Aから信号線19を経由し得られるアナログ信号とを比較する画素配列の各列に対応して設けられた比較器を含む。
さらに、AD変換部15−1は、比較器の出力およびクロックを受けてアップダウンカウント(またはダウンカウント)を行いカウント値を保持する機能を有する非同期アップ/ダウンカウンタ(以下、カウンタという)を有する。
AD変換部15−1のカウンタの出力はメモリ15−2に保持され、メモリ15−2の出力はスイッチ15−3を介して対応するデータ転送線20に接続されている。
データ転送線20には、データ転送線20に対応したセンスアンプ回路17が接続され、センスアンプ回路17の出力にデジタル信号処理回路18が配置される。
The column ADC group 15 includes an AD conversion unit 15-1, a memory 15-2, and a switch 15-3 arranged for each output signal line 19 of each column.
The AD conversion unit 15-1 compares a ramp waveform RAMP obtained by changing the reference voltage generated by the reference voltage generation circuit 16 in a staircase pattern with an analog signal obtained from the unit pixel 11A via the signal line 19. A comparator is provided corresponding to each column of the array.
Further, the AD conversion unit 15-1 has an asynchronous up / down counter (hereinafter referred to as a counter) having a function of receiving an output of the comparator and a clock and performing an up / down count (or down count) and holding a count value. .
The output of the counter of the AD conversion unit 15-1 is held in the memory 15-2, and the output of the memory 15-2 is connected to the corresponding data transfer line 20 via the switch 15-3.
A sense amplifier circuit 17 corresponding to the data transfer line 20 is connected to the data transfer line 20, and a digital signal processing circuit 18 is disposed at the output of the sense amplifier circuit 17.

AD変換部15−1の保持回路としての機能を有するカウンタは、初期時にはたとえばアップカウント(またはダウンカウント)状態に有り、リセットカウントを行い、対応する比較器の出力が反転すると、アップカウント動作を停止し、カウント値が保持される。
このとき、カウンタの初期値は、AD変換の階調の任意の値、たとえば、0とする。このリセットカウント期間は、単位画素11Aのリセット成分ΔVを読み出している。
カウンタは、その後、ダウンカウント(またはアップカウント)状態となり、入射光量に対応したデータカウントを行い、対応する比較器の出力が反転すると、比較期間に応じたカウント値がメモリ15−2に保持される。
メモリ15−2に保持されたカウンタ値は、水平走査回路13により走査され、デジタル信号として、データ転送線20、センスアンプ回路17を経てデジタル信号処理回路18に入力される。
The counter having a function as a holding circuit of the AD conversion unit 15-1 is initially in, for example, an up-count (or down-count) state, performs a reset count, and performs an up-count operation when the output of the corresponding comparator is inverted. Stops and the count value is held.
At this time, the initial value of the counter is an arbitrary value of the AD conversion gradation, for example, 0. During the reset count period, the reset component ΔV of the unit pixel 11A is read out.
Thereafter, the counter enters a down-count (or up-count) state, performs data count corresponding to the incident light quantity, and when the output of the corresponding comparator is inverted, the count value corresponding to the comparison period is held in the memory 15-2. The
The counter value held in the memory 15-2 is scanned by the horizontal scanning circuit 13 and input as a digital signal to the digital signal processing circuit 18 through the data transfer line 20 and the sense amplifier circuit 17.

水平走査回路13は、たとえばスタートパルスおよびマスタクロックが供給されることで活性化され、マスタクロックに応じた駆動クロックに同期して対応するスイッチ15−3を駆動して、メモリ15−2のラッチデータをデータ転送線20に読み出させる。   The horizontal scanning circuit 13 is activated, for example, when a start pulse and a master clock are supplied, and drives the corresponding switch 15-3 in synchronization with the drive clock corresponding to the master clock to latch the memory 15-2. Data is read by the data transfer line 20.

このような構成を有する固体撮像素子10においては、1水平単位期間(1H)内で以下の処理が行われる。
すなわち、1H内において、任意の行の単位画素11Aから信号線19への1回目の読み出しをP相読み出しPR、比較器における1回目の比較をP相比較PCとする。そして、2回目の読み出しをD相読み出しDR、比較器における比較をD相比較DC、D相の処理後の後処理をD相後処理DAPとして、各動作が連続的に行われる。
In the solid-state imaging device 10 having such a configuration, the following processing is performed within one horizontal unit period (1H).
That is, in 1H, the first reading from the unit pixel 11A in any row to the signal line 19 is P-phase reading PR, and the first comparison in the comparator is P-phase comparison PC. Then, each operation is continuously performed by setting the second reading as the D-phase reading DR, the comparison in the comparator as the D-phase comparison DC, and the post-processing after the D-phase processing as the D-phase post-processing DAP.

これらのP相読み出しPR、P相比較PC、D相読み出しDR、D相比較DC、およびD相後処理DAPのタイミング制御はタイミング制御回路14において行われる。   Timing control of these P-phase readout PR, P-phase comparison PC, D-phase readout DR, D-phase comparison DC, and D-phase post-processing DAP is performed in the timing control circuit 14.

特開2005−278135号公報JP-A-2005-278135

W. Yang等 (W. Yang et. Al., “An Integrated 800x600 CMOS Image System,” ISSCC Digest of Technical Papers, pp. 304-305、 Feb., 1999)W. Yang et al. (W. Yang et. Al., “An Integrated 800x600 CMOS Image System,” ISSCC Digest of Technical Papers, pp. 304-305, Feb., 1999)

ところで、半導体プロセスの微細加工技術の進歩に伴い、CMOSトランジスタは、より小型化され、高速かつ低消費電力で動作させるべく電源電圧はより低電圧化されてきている。   By the way, with the progress of microfabrication technology for semiconductor processes, CMOS transistors have become smaller and the power supply voltage has been lowered to operate at high speed and with low power consumption.

しかし、オフリーク等の問題もあり、トランジスタの閾値電圧自体は下がっておらず、電源電圧が低くなるにつれて、センスアンプなどのアナログ回路の動作電圧マージンは少なくなってきている問題がある。   However, there is a problem such as off-leakage, and the threshold voltage of the transistor itself is not lowered, and there is a problem that the operating voltage margin of an analog circuit such as a sense amplifier is reduced as the power supply voltage is lowered.

また、複雑なランダムアクセスを必要せず、順番どおりに順次アクセスするだけでよい場合、図2に示すような、各列のデジタル出力信号をシフトレジスタ21で伝播する方法も考えられる。
しかし、これには全列の大多数のシフトレジスト用フリップフロップ回路(FF)15−4に、高速なクロック信号を与えなければならず、非常に消費電流が大きくなってしまう問題がある。
In addition, in the case where complicated random access is not required and it is only necessary to sequentially access in order, a method of propagating the digital output signals of each column through the shift register 21 as shown in FIG.
However, this requires a high-speed clock signal to be applied to the majority of the shift resist flip-flop circuits (FF) 15-4 in all the columns, resulting in a problem that current consumption becomes very large.

本技術は、AD変換後のデジタル配列データを、センスアンプ回路を用いることなく、消費電力の増大、データレートの低下を抑止しつつ、後段の信号処理回路に伝送することが可能な固体撮像素子およびカメラシステムを提供することにある。   The present technology provides a solid-state imaging device capable of transmitting digital array data after AD conversion to a subsequent signal processing circuit without using a sense amplifier circuit and suppressing an increase in power consumption and a decrease in data rate And providing a camera system.

本技術の第1の観点の固体撮像素子は、光電変換を行う複数の画素が行列状に配列された画素アレイ部と、上記画素アレイ部から複数の画素単位で画素信号の読み出しを行い、カラム毎にアナログデジタル変換を行うカラムAD変換部を含み、デジタル信号を出力する画素信号読み出し部と、上記画素信号読み出し部から出力されたデジタル信号を伝送する伝送部と、を有し、上記画素信号読み出し部は、上記AD変換部によるデジタル信号を保持する保持部と、上記保持部に保持されたデジタルデータを上記伝送部に出力するためのバス配線と、を含み、上記伝送部は、複数の上記バス配線を一つのグループとして共有する。   A solid-state imaging device according to a first aspect of the present technology includes a pixel array unit in which a plurality of pixels that perform photoelectric conversion are arranged in a matrix, and a pixel signal is read from the pixel array unit in units of a plurality of pixels. A pixel AD converter that performs analog-to-digital conversion every time, a pixel signal readout unit that outputs a digital signal, and a transmission unit that transmits the digital signal output from the pixel signal readout unit. The reading unit includes a holding unit that holds a digital signal from the AD conversion unit, and a bus wiring for outputting the digital data held in the holding unit to the transmission unit. The bus wiring is shared as a group.

また、本技術の第2の観点の固体撮像素子は、光電変換を行う複数の画素が行列状に配列された画素アレイ部と、上記画素アレイ部から複数の画素単位で画素信号の読み出しを行い、カラム毎にアナログデジタル変換を行うカラムAD変換部を含み、デジタル信号を出力する画素信号読み出し部と、上記画素信号読み出し部から出力されたデジタル信号を伝送する伝送部と、を有し、上記画素信号読み出し部は、カラム毎に配置され、上記AD変換部によるデジタル信号を保持する複数の保持部を含み、全体のカラムより小さい規模で複数の上記保持部を一つのグループとし、上記グループを複数単位でまとめて複数のサブグループを形成し、当該複数のサブグループをまとめて少なくとも一つのメイングループを形成し、上記グループ毎に、各カラムの上記保持部に保持されたデジタル信号を選択的に上記伝送部に伝送するバス配線がそれぞれ配置され、上記伝送部は、上記サブグループ単位で複数の上記バス配線を共有する。   The solid-state imaging device according to the second aspect of the present technology includes a pixel array unit in which a plurality of pixels that perform photoelectric conversion are arranged in a matrix, and reads out pixel signals from the pixel array unit in units of a plurality of pixels. A column AD conversion unit that performs analog-digital conversion for each column, a pixel signal reading unit that outputs a digital signal, and a transmission unit that transmits the digital signal output from the pixel signal reading unit, The pixel signal readout unit is arranged for each column and includes a plurality of holding units that hold digital signals from the AD conversion unit. The plurality of holding units on a scale smaller than the entire column are grouped, and the group is A plurality of sub-groups are formed together in a plurality of units, and the plurality of sub-groups are combined to form at least one main group. Arranged bus lines for transmitting selectively the transmitter digital signals held in the holding section of each column, respectively, the transmission unit is configured to share a plurality of the bus lines in the sub-group basis.

本技術の第3の観点のカメラシステムは、固体撮像素子と、上記固体撮像素子に被写体像を結像する光学系と、を有し、上記固体撮像素子は、光電変換を行う複数の画素が行列状に配列された画素アレイ部と、上記画素アレイ部から複数の画素単位で画素信号の読み出しを行い、カラム毎にアナログデジタル変換を行うカラムAD変換部を含み、デジタル信号を出力する画素信号読み出し部と、上記画素信号読み出し部から出力されたデジタル信号を伝送する伝送部と、を含み、上記画素信号読み出し部は、上記AD変換部によるデジタル信号を保持する保持部と、上記保持部に保持されたデジタルデータを上記伝送部に出力するためのバス配線と、を含み、上記伝送部は、複数の上記バス配線を一つのグループとして共有する。   A camera system according to a third aspect of the present technology includes a solid-state imaging device and an optical system that forms a subject image on the solid-state imaging device, and the solid-state imaging device includes a plurality of pixels that perform photoelectric conversion. A pixel signal that outputs a digital signal, including a pixel array unit arranged in a matrix and a column AD conversion unit that reads out a pixel signal from the pixel array unit in units of a plurality of pixels and performs analog-digital conversion for each column A reading unit; and a transmission unit that transmits a digital signal output from the pixel signal reading unit. The pixel signal reading unit includes a holding unit that holds a digital signal from the AD conversion unit, and a holding unit. Bus wiring for outputting the held digital data to the transmission unit, and the transmission unit shares the plurality of bus wirings as one group.

本技術の第4の観点のカメラシステムは、固体撮像素子と、上記固体撮像素子に被写体像を結像する光学系と、を有し、上記固体撮像素子は、光電変換を行う複数の画素が行列状に配列された画素部と、上記画素部から複数の画素単位で画素信号の読み出しを行い、カラム毎にアナログデジタル変換を行うカラムAD変換部を含み、デジタル信号を出力する画素信号読み出し部と、上記画素信号読み出し部から出力されたデジタル信号を伝送する伝送部と、を含み、上記画素信号読み出し部は、カラム毎に配置され、上記AD変換部によるデジタル信号を保持する複数の保持部を含み、全体のカラムより小さい規模で複数の上記保持部を一つのグループとし、上記グループを複数単位でまとめて複数のサブグループを形成し、当該複数のサブグループをまとめて少なくとも一つのメイングループを形成し、上記グループ毎に、各カラムの上記保持部に保持されたデジタル信号を選択的に上記伝送部に伝送するバス配線がそれぞれ配置され、上記伝送部は、上記サブグループ単位で複数の上記バス配線を共有する。   A camera system according to a fourth aspect of the present technology includes a solid-state imaging device and an optical system that forms a subject image on the solid-state imaging device, and the solid-state imaging device includes a plurality of pixels that perform photoelectric conversion. A pixel signal reading unit that includes a pixel unit arranged in a matrix and a column AD conversion unit that reads out pixel signals from the pixel unit in units of a plurality of pixels and performs analog-digital conversion for each column, and outputs a digital signal And a transmission unit that transmits the digital signal output from the pixel signal readout unit, wherein the pixel signal readout unit is arranged for each column, and holds a digital signal by the AD conversion unit A plurality of the holding units on a scale smaller than the entire column as one group, and the groups are grouped into a plurality of units to form a plurality of subgroups. The loops are grouped to form at least one main group, and for each of the groups, a bus wiring for selectively transmitting the digital signal held in the holding unit of each column to the transmission unit is arranged, and the transmission unit Share a plurality of bus lines in units of subgroups.

本技術によれば、AD変換後のデジタル配列データを、センスアンプ回路を用いることなく、消費電力の増大、データレートの低下を抑止しつつ、後段の信号処理回路に伝送することができる。   According to the present technology, digital array data after AD conversion can be transmitted to a subsequent signal processing circuit while suppressing an increase in power consumption and a decrease in data rate without using a sense amplifier circuit.

データ転送系にセンスアンプを用いた列並列ADC搭載CMOSイメージセンサの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example of a structure of the column parallel ADC mounting CMOS image sensor which used the sense amplifier for the data transfer system. データ転送系にセンスアンプの代わりにシフトレジスタを用いた列並列ADC搭載CMOSイメージセンサ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 the column parallel ADC mounting CMOS image sensor which used the shift register instead of the sense amplifier for the data transfer system. 本実施形態に係る列並列ADC搭載CMOSイメージセンサ(固体撮像素子)の第1の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 1st structural example of the column parallel ADC mounting CMOS image sensor (solid-state image sensor) which concerns on this embodiment. 図3のCMOSイメージセンサ(固体撮像素子)における伝送回路の動作概要を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement outline | summary of the transmission circuit in the CMOS image sensor (solid-state image sensor) of FIG. 本実施形態に係る列並列ADC搭載CMOSイメージセンサ(固体撮像素子)の第2の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd structural example of the CMOS image sensor (solid-state image sensor) mounted with column parallel ADC which concerns on this embodiment. 図5のCMOSイメージセンサ(固体撮像素子)における伝送回路の動作概要を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement outline | summary of the transmission circuit in the CMOS image sensor (solid-state image sensor) of FIG. 本実施形態に係るCMOSイメージセンサ(固体撮像素子)の積層構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the laminated structure of the CMOS image sensor (solid-state image sensor) which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るCMOSイメージセンサ(固体撮像素子)の積層される2つのチップの回路配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of circuit arrangement | positioning of two chips | tips where the CMOS image sensor (solid-state image sensor) which concerns on this embodiment is laminated | stacked. 比較例として図1の回路を一つのチップに全て配置した回路配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of circuit arrangement | positioning which arrange | positioned all the circuits of FIG. 1 on one chip as a comparative example. 本技術の実施形態に係る固体撮像素子が適用されるカメラシステムの構成の一例を示す図である。It is a figure showing an example of the composition of the camera system to which the solid-state image sensing device concerning an embodiment of this art is applied.

以下、本技術の実施形態を図面に関連付けて説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.固体撮像素子の第1の構成例
2.固体撮像素子の第2の構成例
3.固体撮像素子の積層構造
4.カメラシステムの構成例
Hereinafter, embodiments of the present technology will be described with reference to the drawings.
The description will be given in the following order.
1. 1. First configuration example of solid-state imaging device 2. Second configuration example of solid-state imaging device 3. Laminated structure of solid-state imaging device Configuration example of camera system

<1.固体撮像素子の第1の構成例>
図3は、本実施形態に係る列並列ADC搭載CMOSイメージセンサ(固体撮像素子)の第1の構成例を示す図である。
<1. First Configuration Example of Solid-State Image Sensor>
FIG. 3 is a diagram showing a first configuration example of the column parallel ADC-mounted CMOS image sensor (solid-state imaging device) according to the present embodiment.

このCMOSイメージセンサ(固体撮像素子)100は、画素アレイ部110、垂直走査回路120、タイミング制御回路130、カラムADC群140、参照電圧発生回路150、伝送回路160、およびデジタル信号処理回路170を有する。
垂直走査回路120、タイミング制御回路130、カラムADC群140、参照電圧発生回路150、およびデジタル信号処理回路170により画素信号読み出し部が形成される。
The CMOS image sensor (solid-state imaging device) 100 includes a pixel array unit 110, a vertical scanning circuit 120, a timing control circuit 130, a column ADC group 140, a reference voltage generation circuit 150, a transmission circuit 160, and a digital signal processing circuit 170. .
The vertical scanning circuit 120, the timing control circuit 130, the column ADC group 140, the reference voltage generation circuit 150, and the digital signal processing circuit 170 form a pixel signal reading unit.

画素アレイ部110は、光電変換素子(フォトダイオード)と画素内アンプとを含む単位画素110Aがマトリクス状(行列状)に配置されて構成される。
画素アレイ部110からは複数の画素単位で出力信号線LSGNに画素信号VSLの読み出しが行われる。
CMOSイメージセンサ100においては、画素アレイ部110の信号を順次読み出すための制御回路として次の回路が配置されている。
すなわち、内部クロックを生成するタイミング制御回路130、行アドレスや行走査を制御する垂直走査回路120、列アドレスや列走査を制御するデジタル処理回路170が配置される。
The pixel array unit 110 is configured by unit pixels 110A including photoelectric conversion elements (photodiodes) and in-pixel amplifiers arranged in a matrix (matrix).
The pixel array unit 110 reads the pixel signal VSL to the output signal line LSGN in units of a plurality of pixels.
In the CMOS image sensor 100, the following circuit is arranged as a control circuit for sequentially reading out signals from the pixel array unit 110.
That is, a timing control circuit 130 that generates an internal clock, a vertical scanning circuit 120 that controls row addresses and row scanning, and a digital processing circuit 170 that controls column addresses and column scanning are arranged.

カラムADC群140は、各カラムの出力信号線LSGN毎に配置されたAD変換部141(−0〜−N)、保持部としてのメモリ142(−0〜−N)、およびバス配線143(−0〜−N)を含んで構成されている。
カラム毎に配置されるメモリ142(−0〜−N)は、AD変換部141の分解能(8ビット〜16ビット程度)のビット数に相当する数のメモリを含む。
そして、カラム毎に配置されたバス配線143は、分解能に応じた数の全てのメモリに保持されたデジタル信号を伝送回路160に伝送する。
The column ADC group 140 includes an AD conversion unit 141 (−0 to −N) arranged for each output signal line LSGN of each column, a memory 142 (−0 to −N) as a holding unit, and a bus wiring 143 (− 0 to -N).
The memory 142 (−0 to −N) arranged for each column includes a number of memories corresponding to the number of bits of the resolution (about 8 to 16 bits) of the AD conversion unit 141.
The bus wiring 143 arranged for each column transmits the digital signals held in all the memories corresponding to the resolution to the transmission circuit 160.

AD変換部141は、上記したように、分解能が8ビット〜16ビット程度のAD変換機能をもって構成される。
AD変換部141は、参照電圧発生回路150により生成される参照電圧を階段状に変化させたランプ波形RAMPと単位画素110Aから信号線LSGNを経由し得られるアナログ信号とを比較する画素配列の各列に対応して設けられた比較器を含む。
さらに、AD変換部141は、比較器の出力およびクロックを受けてアップダウンカウント(またはダウンカウント)を行いカウント値を保持する機能を有する非同期アップ/ダウンカウンタ(以下、カウンタという)を有する。
AD変換部141のカウンタの出力はメモリ142に保持され、分解能に応じた数の全てのメモリ142の出力はバス配線143(−0〜−N)を介して伝送回路160に伝送される。
As described above, the AD conversion unit 141 has an AD conversion function with a resolution of about 8 bits to 16 bits.
The AD conversion unit 141 compares each ramp waveform RAMP obtained by changing the reference voltage generated by the reference voltage generation circuit 150 in a stepped manner with an analog signal obtained from the unit pixel 110A via the signal line LSGN. Comparators provided corresponding to the columns are included.
Further, the AD conversion unit 141 has an asynchronous up / down counter (hereinafter referred to as a counter) having a function of receiving an output of the comparator and a clock and performing an up / down count (or down count) and holding a count value.
The outputs of the counters of the AD conversion unit 141 are held in the memory 142, and the outputs of all the memories 142 corresponding to the resolution are transmitted to the transmission circuit 160 via the bus wiring 143 (-0 to -N).

AD変換部141のカウンタは、初期時にはたとえばアップカウント(またはダウンカウント)状態に有り、リセットカウントを行い、対応する比較器の出力が反転すると、アップカウント動作を停止し、カウント値が保持される。
このとき、カウンタの初期値は、AD変換の階調の任意の値、たとえば、0とする。このリセットカウント期間は、単位画素110Aのリセット成分ΔVを読み出している。
カウンタは、その後、ダウンカウント(またはアップカウント)状態となり、入射光量に対応したデータカウントを行い、対応する比較器の出力が反転すると、比較期間に応じたカウント値がメモリ142に保持される。
メモリ142に保持されたカウンタ値は、バス配線143を介して伝送回路160に伝送される。
The counter of the AD conversion unit 141 is initially in, for example, an up-count (or down-count) state, performs a reset count, stops the up-count operation when the output of the corresponding comparator is inverted, and holds the count value. .
At this time, the initial value of the counter is an arbitrary value of the AD conversion gradation, for example, 0. During the reset count period, the reset component ΔV of the unit pixel 110A is read out.
Thereafter, the counter enters a down count (or up count) state, performs data count corresponding to the incident light quantity, and when the output of the corresponding comparator is inverted, the count value corresponding to the comparison period is held in the memory 142.
The counter value held in the memory 142 is transmitted to the transmission circuit 160 via the bus wiring 143.

このような構成を有するCMOSイメージセンサ100においては、1水平単位期間(1H)内で以下の処理が行われる。
すなわち、1H内において、任意の行の単位画素110Aから信号線LSGNへの1回目の読み出しをP相読み出しPR、比較器における1回目の比較をP相比較PCとする。そして、2回目の読み出しをD相読み出しDR、比較器における比較をD相比較DC、D相の処理後の後処理をD相後処理DAPとして、各動作が連続的に行われる。
これらのP相読み出しPR、P相比較PC、D相読み出しDR、D相比較DC、およびD相後処理DAPのタイミング制御はタイミング制御回路130において行われる。
In the CMOS image sensor 100 having such a configuration, the following processing is performed within one horizontal unit period (1H).
That is, in 1H, the first reading from the unit pixel 110A in any row to the signal line LSGN is P-phase reading PR, and the first comparison in the comparator is P-phase comparison PC. Then, each operation is continuously performed by setting the second reading as the D-phase reading DR, the comparison in the comparator as the D-phase comparison DC, and the post-processing after the D-phase processing as the D-phase post-processing DAP.
Timing control of these P-phase readout PR, P-phase comparison PC, D-phase readout DR, D-phase comparison DC, and D-phase post-processing DAP is performed in the timing control circuit 130.

伝送回路160は、全体のカラムNより小さい規模で複数のバス配線(カラム)143を一つのグループとして周期的に共有し、グループGRP単位でデジタル信号を選択してデジタル信号処理回路170に伝送する。
図3の例では、カラムCLM0のバス配線140−0とカラムCLM1のバス配線143−1をグループGRP0としている。
カラムCLM2のバス配線140−2とカラムCLM3のバス配線143−3をグループGRP1としている。
カラムCLM4のバス配線140−4とカラムCLM5のバス配線143−5をグループGRP2としている。
なお、図3の例では、2カラムを一つのグループとしているが、3またはそれ以上のカラムを一つのグループとすることも可能である。
The transmission circuit 160 periodically shares a plurality of bus wirings (columns) 143 as a group on a scale smaller than the entire column N, selects a digital signal in units of group GRP, and transmits the digital signal to the digital signal processing circuit 170. .
In the example of FIG. 3, the bus wiring 140-0 of the column CLM0 and the bus wiring 143-1 of the column CLM1 are set as a group GRP0.
The bus wiring 140-2 of the column CLM2 and the bus wiring 143-3 of the column CLM3 are set as a group GRP1.
The bus wiring 140-4 of the column CLM4 and the bus wiring 143-5 of the column CLM5 are set as a group GRP2.
In the example of FIG. 3, two columns are set as one group, but three or more columns can be set as one group.

伝送回路160は、グループGRP0毎に対応して配置され、選択信号S(−0,−1,・・・−N/2)に応じて、グループGRPの複数のバス配線のデジタル信号を個別に独立して選択する複数の第1のセレクタ161(−0,−1,・・・−N/2)を有する。
伝送回路160は、選択信号SAに応じて複数の第1のセレクタ161で選択された複数のデジタル信号を選択してデジタル信号処理回路に出力する第2のセレクタ162を有する。
さらに、伝送回路160は、各第1のセレクタ161(−0,−1,・・・−N/2)の出力をクロックCK(−0,−1,・・・−N/2)に再同期させて第2のセレクタ162に出力する複数の再同期回路163(−0,−1,・・・−N/2)を含む。
再同期回路163は、フリップフロップFFにより構成されている。
The transmission circuit 160 is arranged corresponding to each group GRP0, and individually receives the digital signals of the plurality of bus wirings of the group GRP according to the selection signal S (-0, -1, ... -N / 2). A plurality of first selectors 161 (−0, −1,..., −N / 2) that are independently selected are included.
The transmission circuit 160 includes a second selector 162 that selects a plurality of digital signals selected by the plurality of first selectors 161 according to the selection signal SA and outputs the selected digital signals to the digital signal processing circuit.
Further, the transmission circuit 160 regenerates the output of each first selector 161 (−0, −1,... −N / 2) to the clock CK (−0, −1,... −N / 2). A plurality of resynchronization circuits 163 (−0, −1,..., −N / 2) that are synchronized and output to the second selector 162 are included.
The resynchronization circuit 163 includes a flip-flop FF.

なお、各第1のセレクタ161および第1のセレクタ161に対応する再同期回路163は、選択信号S(−0,−1,・・・−N/2)およびクロックCK(−0,−1,・・・−N/2)により個別に駆動制御される。   Each of the first selectors 161 and the resynchronization circuits 163 corresponding to the first selectors 161 includes a selection signal S (−0, −1,... −N / 2) and a clock CK (−0, −1). ,..., -N / 2).

以上のように、本実施形態に係るCMOSイメージセンサ100は、センスアンプなどのアナログ信号処理回路は用いず、いわゆるCMOSロジック回路のみで構成されている。
各列(カラム)の出力をある程度の数の単位でグループGRPとして第1のセレクタ161を介してまとめる。その第1のセレクタ161の出力を、同様にある程度の数の単位で、次段の第2のセレクタ162を介してまとめる。
このようにピラミッド状にセレクタをつみあげ最終的に1系統ないしデジタル信号処理回路170の信号処理系統の数まで信号線を集約する。
As described above, the CMOS image sensor 100 according to this embodiment includes only a so-called CMOS logic circuit without using an analog signal processing circuit such as a sense amplifier.
The outputs of the respective columns (columns) are grouped as a group GRP through the first selector 161 in a certain number of units. Similarly, the outputs of the first selector 161 are collected in units of a certain number via the second selector 162 in the next stage.
In this way, the selectors are picked up in a pyramid shape, and finally the signal lines are gathered up to one system or the number of signal processing systems of the digital signal processing circuit 170.

セットアップタイムマージンが不足する場合、第1のセレクタ161の出力部で適宜再同期用のフリップフロップ回路FFにより構成される再同期回路163を挿入させる。
これにより、必要とされる読み出し速度に応じてセレクタの入力数と段数、および、再同期回路163を調整し、再同期回路163の数が最小限にする。
ここでセレクタ制御回路および再同期回路は、読み出したい列の出力がつながる系列の回路のみ駆動させればよい。
たとえば、クロックイネーブラーを多数用いて、クロックを分岐制御し、それを実現する。これにより、消費電力の増大化を抑える。
If the setup time margin is insufficient, a resynchronization circuit 163 constituted by a resynchronization flip-flop circuit FF is inserted at the output of the first selector 161 as appropriate.
As a result, the number of selector inputs and the number of stages and the resynchronization circuit 163 are adjusted according to the required reading speed, and the number of resynchronization circuits 163 is minimized.
Here, the selector control circuit and the resynchronization circuit need only drive the circuit of the series connected to the output of the column to be read.
For example, a lot of clock enablers are used to control the branch of the clock and realize it. Thereby, an increase in power consumption is suppressed.

図4(A)〜(G)は、図3のCMOSイメージセンサ(固体撮像素子)における伝送回路の動作概要を示す図である。
図4(A)は第2のセレクタ162の選択信号SAで選択するグループ出力を、図4(B)は第1のセレクタ161−0の選択信号S0を、図4(C)は第1のセレクタ161−0の出力部に配置された再同期回路163−0へのクロックCK0を示している。
図4(D)は第1のセレクタ161−1の選択信号S1、図4(E)は第1のセレクタ161−1の出力部に配置された再同期回路163−1へのクロックCK1を示している。
図4(F)は第1のセレクタ161−2の選択信号S2、図4(G)は第1のセレクタ161−2の出力部に配置された再同期回路163−2へのクロックCK2を示している。
4A to 4G are diagrams showing an outline of the operation of the transmission circuit in the CMOS image sensor (solid-state imaging device) of FIG.
4A shows the group output selected by the selection signal SA of the second selector 162, FIG. 4B shows the selection signal S0 of the first selector 161-0, and FIG. 4C shows the first output. The clock CK0 to the resynchronization circuit 163-0 arranged at the output part of the selector 161-0 is shown.
4D shows the selection signal S1 of the first selector 161-1 and FIG. 4E shows the clock CK1 to the resynchronization circuit 163-1 arranged at the output part of the first selector 161-1. ing.
FIG. 4F shows the selection signal S2 of the first selector 161-2, and FIG. 4G shows the clock CK2 to the resynchronization circuit 163-2 arranged at the output section of the first selector 161-2. ing.

たとえば、カラム(列)n〜カラム(列)n+aまでのデータにアクセスする場合は、まず第1のセレクタ161の選択信号Sおよび再同期回路163のクロックをアクティブにする。選択信号Sを順次制御する。
ここで、aは初段の第1のセレクタ161に入る入力数で、図3および図4はa=2とした例である。
次いで、カラム(列)n+a+1〜カラム(列)n+2aまでのデータにアクセスするときは、前の系統のクロックは停止し、アクセスする系統回路のクロックをアクティブにする。
For example, when accessing data from column (column) n to column (column) n + a, first, the selection signal S of the first selector 161 and the clock of the resynchronization circuit 163 are activated. The selection signal S is sequentially controlled.
Here, a is the number of inputs to the first selector 161 in the first stage, and FIGS. 3 and 4 are examples in which a = 2.
Next, when accessing data from column (row) n + a + 1 to column (row) n + 2a, the clock of the previous system is stopped and the clock of the system circuit to be accessed is made active.

後段のセレクタのクロックも同様に、データ処理を行っている期間のみ駆動させる。
また、初段の第1のセレクタ161の同時にアクティブにする数を増やすことで、データレートを落としてタイミングマージンをかせぐことも可能となる。換言すれば、データレート向上に目的で同時アクセス数を増やすという用途にも使える。
Similarly, the clock of the selector in the subsequent stage is driven only during the period of data processing.
In addition, by increasing the number of first selectors 161 that are activated simultaneously in the first stage, it is possible to reduce the data rate and increase the timing margin. In other words, it can also be used for increasing the number of simultaneous accesses for the purpose of improving the data rate.

<2.固体撮像素子の第2の構成例>
図5は、本実施形態に係る列並列ADC搭載CMOSイメージセンサ(固体撮像素子)の第2の構成例を示す図である。
<2. Second Configuration Example of Solid-State Image Sensor>
FIG. 5 is a diagram illustrating a second configuration example of the column-parallel ADC-mounted CMOS image sensor (solid-state imaging device) according to the present embodiment.

図5のCMOSイメージセンサ100Aが異なる点は、カラムグループの形成とそれに対応する伝送回路160Aの構成にある。   The CMOS image sensor 100A in FIG. 5 is different in the formation of a column group and the configuration of a transmission circuit 160A corresponding thereto.

図3のCMOSイメージセンサ100の回路では、各カラム(列)の読み出し回路から出力されるデジタルデータは、AD変換部141の分解能(8〜16bit程度)分のビット数がある。
このため、各カラム(列)でそのビット数分の出力信号配線が必要となるが、各列の回路幅の制約(CMOSイメージセンサでは主に画素のサイズによって決まる)から、それだけの数の配線を配置することが困難であるという物理的な問題が生じるおそれがある。
図5に、この問題を解決する回路が示されている。
なお、図5においては、図3と異なる回路部分が詳細に示されている。
In the circuit of the CMOS image sensor 100 in FIG. 3, digital data output from the readout circuit of each column has a bit number corresponding to the resolution (about 8 to 16 bits) of the AD conversion unit 141.
For this reason, output signal wirings corresponding to the number of bits are required in each column (column), but because of the circuit width limitation of each column (mainly determined by the pixel size in the CMOS image sensor), that many wirings are required. May cause a physical problem that it is difficult to place the.
FIG. 5 shows a circuit for solving this problem.
In FIG. 5, a circuit portion different from FIG. 3 is shown in detail.

図5のCMOSイメージセンサ100Aにおいては、全体のカラムより小さい規模で複数のカラムのメモリ(保持部)142を一つのグループGRPとする。
各カラムにおいては、図3の場合と同様に、AD変換部141の分解能分のビット数に相当する数のメモリ142を含んで構成されている。
そして、CMOSイメージセンサ100Aでは、グループGRPを複数単位でまとめて複数のサブグループSGRPを形成し、複数のサブグループSGRPをまとめて少なくとも一つのメイングループMGRPを形成する。
In the CMOS image sensor 100A of FIG. 5, a plurality of columns of memories (holding units) 142 having a smaller scale than the entire column are set as one group GRP.
As in the case of FIG. 3, each column includes a number of memories 142 corresponding to the number of bits corresponding to the resolution of the AD conversion unit 141.
In the CMOS image sensor 100A, the group GRP is grouped in a plurality of units to form a plurality of subgroups SGRP, and the plurality of subgroups SGRP are grouped to form at least one main group MGRP.

図5の例では、4つのカラムのメモリ(保持部)142を一つのグループとしている。
具体的には、カラムCLM0〜CLM3をグループGRP10として、カラムCLM4〜CLM7をグループGRP11としている。
さらに、カラムCLM8〜CLM11をグループGRP12とし、カラムCLM12〜CLM15をグループGRP13としている。
カラムCLM16〜CLM19をグループGRP14とし、カラムCLM20〜CLM23をグループGRP15とし、カラムCLM24〜CLM27をグループGRP16とし、カラムCLM29〜CLM31をグループGRP17としている。
In the example of FIG. 5, four columns of memory (holding units) 142 are grouped into one group.
Specifically, the columns CLM0 to CLM3 are set as a group GRP10, and the columns CLM4 to CLM7 are set as a group GRP11.
Further, the columns CLM8 to CLM11 are group GRP12, and the columns CLM12 to CLM15 are group GRP13.
Columns CLM16 to CLM19 are group GRP14, columns CLM20 to CLM23 are group GRP15, columns CLM24 to CLM27 are group GRP16, and columns CLM29 to CLM31 are group GRP17.

図5の例では、4つのグループGRP10〜GRP13により第1のサブグループSGRP10が形成され、4つのグループGRP14〜GRP17により第2のサブグループSGRP11が形成されている。
そして、第1のサブグループSGRP10と第2のサブグループSGRP11によりメイングループMGRP10が形成されている。
図示していないが、他のカラムからなるメイングループMGRP11・・・もメイングループGRP10と同様に構成される。
In the example of FIG. 5, the first subgroup SGRP10 is formed by four groups GRP10 to GRP13, and the second subgroup SGRP11 is formed by four groups GRP14 to GRP17.
The main group MGRP10 is formed by the first subgroup SGRP10 and the second subgroup SGRP11.
Although not shown, the main group MGRP11... Composed of other columns is configured in the same manner as the main group GRP10.

CMOSイメージセンサ100Aにおいては、グループGRP10〜GRP17毎に、各カラムの複数のメモリ142に保持されたデジタル信号を選択的に伝送回路160Aに伝送するバス配線143−10〜17がそれぞれ配置されている。
バス配線143−10〜17は、各グループGRP10〜GRP17内のカラム毎に全てのメモリ142に保持されたデジタル信号を伝送回路160Aに伝送する。
伝送回路160Aは、サブグループSGRP10,SGRP11単位で複数のバス配線を周期的に共有し、サブグループ単位でデジタル信号を選択してデジタル信号処理回路170Aに伝送する。
In the CMOS image sensor 100A, for each of the groups GRP10 to GRP17, bus wirings 143 to 10-17 for selectively transmitting digital signals held in the plurality of memories 142 of each column to the transmission circuit 160A are arranged. .
The bus wirings 143-10 to 17 transmit the digital signals held in all the memories 142 to the transmission circuit 160A for each column in each group GRP10 to GRP17.
The transmission circuit 160A periodically shares a plurality of bus wirings in units of subgroups SGRP10 and SGRP11, selects a digital signal in units of subgroups, and transmits the digital signal to the digital signal processing circuit 170A.

各グループGRP10〜GRP17の各カラムCLM10〜CLM31の複数のメモリ142は選択信号S0〜S3,S4〜S7でオンオフされるスイッチ144を介してバス配線143−10〜143−17に接続される。
第1のサブグループSGRP10においては、デジタル信号処理回路170Aからの選択信号SがFFからなりクロックCK10に同期する同期回路164−10でラッチされた選択信号S0〜S3が供給される。
第2のサブグループSGRP11においては、デジタル信号処理回路170Aからの選択信号SがFFからなりクロックCK11に同期する同期回路164−11でラッチされた選択信号S4〜S7が供給される。
A plurality of memories 142 of each column CLM10 to CLM31 of each group GRP10 to GRP17 are connected to bus wirings 143 to 10 to 143-17 via switches 144 that are turned on / off by selection signals S0 to S3 and S4 to S7.
In the first subgroup SGRP10, the selection signal S from the digital signal processing circuit 170A is supplied with the selection signals S0 to S3 latched by the synchronization circuit 164-10 which is composed of FF and is synchronized with the clock CK10.
In the second subgroup SGRP11, the selection signal S from the digital signal processing circuit 170A is supplied with the selection signals S4 to S7 latched by the synchronization circuit 164-11 which is composed of FF and is synchronized with the clock CK11.

第1のサブグループSGRP10では、選択信号S0によりグループGRP10のカラムCLM0、グループGRP11のカラムCLM4、グループGRP12のカラムCLM8、グループGRP13のカラムCLM12のメモリスイッチ144が選択される。
そして、カラムCLM0のメモリ142のデータがバス配線143−10に転送され、カラムCLM4のメモリ142のデータがバス配線143−11に転送される。同様に、カラムCLM8のメモリ142のデータがバス配線143−12に転送され、カラムCLM12のメモリ142のデータがバス配線143−13に転送される。
In the first subgroup SGRP10, the column switch CLM0 of the group GRP10, the column CLM4 of the group GRP11, the column CLM8 of the group GRP12, and the memory switch 144 of the column CLM12 of the group GRP13 are selected by the selection signal S0.
Then, the data in the memory 142 in the column CLM0 is transferred to the bus wiring 143-10, and the data in the memory 142 in the column CLM4 is transferred to the bus wiring 143-11. Similarly, data in the memory 142 in the column CLM8 is transferred to the bus wiring 143-12, and data in the memory 142 in the column CLM12 is transferred to the bus wiring 143-13.

第1のサブグループSGRP10では、選択信号S1によりグループGRP10のカラムCLM1、グループGRP11のカラムCLM5、グループGRP12のカラムCLM9、グループGRP13のカラムCLM13のメモリスイッチ144が選択される。
そして、カラムCLM1のメモリ142のデータがバス配線143−10に転送され、カラムCLM5のメモリ142のデータがバス配線143−11に転送される。同様に、カラムCLM9のメモリ142のデータがバス配線143−12に転送され、カラムCLM13のメモリ142のデータがバス配線143−13に転送される。
In the first subgroup SGRP10, the column switch CLM1 of the group GRP10, the column CLM5 of the group GRP11, the column CLM9 of the group GRP12, and the memory switch 144 of the column CLM13 of the group GRP13 are selected by the selection signal S1.
Then, the data in the memory 142 in the column CLM1 is transferred to the bus wiring 143-10, and the data in the memory 142 in the column CLM5 is transferred to the bus wiring 143-11. Similarly, the data in the memory 142 in the column CLM9 is transferred to the bus wiring 143-12, and the data in the memory 142 in the column CLM13 is transferred to the bus wiring 143-13.

第1のサブグループSGRP10では、選択信号S2によりグループGRP10のカラムCLM2、グループGRP11のカラムCLM6、グループGRP12のカラムCLM10、グループGRP13のカラムCLM14のメモリスイッチ144が選択される。
そして、カラムCLM2のメモリ142のデータがバス配線143−10に転送され、カラムCLM6のメモリ142のデータがバス配線143−11に転送される。同様に、カラムCLM10のメモリ142のデータがバス配線143−12に転送され、カラムCLM14のメモリ142のデータがバス配線143−13に転送される。
In the first subgroup SGRP10, the memory switch 144 of the column CLM2 of the group GRP10, the column CLM6 of the group GRP11, the column CLM10 of the group GRP12, and the column CLM14 of the group GRP13 is selected by the selection signal S2.
Then, the data in the memory 142 in the column CLM2 is transferred to the bus wiring 143-10, and the data in the memory 142 in the column CLM6 is transferred to the bus wiring 143-11. Similarly, data in the memory 142 in the column CLM10 is transferred to the bus wiring 143-12, and data in the memory 142 in the column CLM14 is transferred to the bus wiring 143-13.

第1のサブグループSGRP10では、選択信号S3によりグループGRP10のカラムCLM3、グループGRP11のカラムCLM7、グループGRP12のカラムCLM11、グループGRP13のカラムCLM15のメモリスイッチ144が選択される。
そして、カラムCLM3のメモリ142のデータがバス配線143−10に転送され、カラムCLM7のメモリ142のデータがバス配線143−11に転送される。同様に、カラムCLM11のメモリ142のデータがバス配線143−12に転送され、カラムCLM15のメモリ142のデータがバス配線143−13に転送される。
In the first subgroup SGRP10, the memory switch 144 of the column CLM3 of the group GRP10, the column CLM7 of the group GRP11, the column CLM11 of the group GRP12, and the column CLM15 of the group GRP13 is selected by the selection signal S3.
Then, the data in the memory 142 in the column CLM3 is transferred to the bus wiring 143-10, and the data in the memory 142 in the column CLM7 is transferred to the bus wiring 143-11. Similarly, the data in the memory 142 in the column CLM11 is transferred to the bus wiring 143-12, and the data in the memory 142 in the column CLM15 is transferred to the bus wiring 143-13.

第2のサブグループSGRP11では、選択信号S4によりグループGRP14のカラムCLM16、グループGRP15のカラムCLM20、グループGRP16のカラムCLM24、グループGRP17のカラムCLM28のメモリスイッチ144が選択される。
そして、カラムCLM16のメモリ142のデータがバス配線143−14に転送され、カラムCLM20のメモリ142のデータがバス配線143−15に転送される。同様に、カラムCLM24のメモリ142のデータがバス配線143−16に転送され、カラムCLM28のメモリ142のデータがバス配線143−17に転送される。
In the second subgroup SGRP11, the memory switch 144 of the column CLM16 of the group GRP14, the column CLM20 of the group GRP15, the column CLM24 of the group GRP16, and the column CLM28 of the group GRP17 is selected by the selection signal S4.
Then, the data in the memory 142 in the column CLM16 is transferred to the bus wiring 143-14, and the data in the memory 142 in the column CLM20 is transferred to the bus wiring 143-15. Similarly, the data in the memory 142 in the column CLM24 is transferred to the bus wiring 143-16, and the data in the memory 142 in the column CLM28 is transferred to the bus wiring 143-17.

第2のサブグループSGRP11では、選択信号S5によりグループGRP14のカラムCLM17、グループGRP15のカラムCLM21、グループGRP16のカラムCLM25、グループGRP17のカラムCLM29のメモリスイッチ144が選択される。
そして、カラムCLM17のメモリ142のデータがバス配線143−14に転送され、カラムCLM21のメモリ142のデータがバス配線143−15に転送される。同様に、カラムCLM25のメモリ142のデータがバス配線143−16に転送され、カラムCLM29のメモリ142のデータがバス配線143−17に転送される。
In the second subgroup SGRP11, the memory switch 144 of the column CLM17 of the group GRP14, the column CLM21 of the group GRP15, the column CLM25 of the group GRP16, and the column CLM29 of the group GRP17 is selected by the selection signal S5.
Then, the data in the memory 142 in the column CLM17 is transferred to the bus wiring 143-14, and the data in the memory 142 in the column CLM21 is transferred to the bus wiring 143-15. Similarly, the data in the memory 142 in the column CLM25 is transferred to the bus wiring 143-16, and the data in the memory 142 in the column CLM29 is transferred to the bus wiring 143-17.

第2のサブグループSGRP11では、選択信号S6によりグループGRP14のカラムCLM18、グループGRP15のカラムCLM22、グループGRP16のカラムCLM26、グループGRP17のカラムCLM30のメモリスイッチ144が選択される。
そして、カラムCLM18のメモリ142のデータがバス配線143−14に転送され、カラムCLM22のメモリ142のデータがバス配線143−15に転送される。同様に、カラムCLM26のメモリ142のデータがバス配線143−16に転送され、カラムCLM30のメモリ142のデータがバス配線143−17に転送される。
In the second subgroup SGRP11, the memory switch 144 of the column CLM18 of the group GRP14, the column CLM22 of the group GRP15, the column CLM26 of the group GRP16, and the column CLM30 of the group GRP17 is selected by the selection signal S6.
Then, the data in the memory 142 in the column CLM18 is transferred to the bus wiring 143-14, and the data in the memory 142 in the column CLM22 is transferred to the bus wiring 143-15. Similarly, the data in the memory 142 in the column CLM26 is transferred to the bus wiring 143-16, and the data in the memory 142 in the column CLM30 is transferred to the bus wiring 143-17.

第2のサブグループSGRP11では、選択信号S7によりグループGRP14のカラムCLM19、グループGRP15のカラムCLM23、グループGRP16のカラムCLM27、グループGRP17のカラムCLM31のメモリスイッチ144が選択される。
そして、カラムCLM19のメモリ142のデータがバス配線143−14に転送され、カラムCLM23のメモリ142のデータがバス配線143−15に転送される。同様に、カラムCLM27のメモリ142のデータがバス配線143−16に転送され、カラムCLM31のメモリ142のデータがバス配線143−17に転送される。
In the second subgroup SGRP11, the memory switch 144 of the column CLM19 of the group GRP14, the column CLM23 of the group GRP15, the column CLM27 of the group GRP16, and the column CLM31 of the group GRP17 is selected by the selection signal S7.
The data in the memory 142 in the column CLM19 is transferred to the bus wiring 143-14, and the data in the memory 142 in the column CLM23 is transferred to the bus wiring 143-15. Similarly, data in the memory 142 in the column CLM27 is transferred to the bus wiring 143-16, and data in the memory 142 in the column CLM31 is transferred to the bus wiring 143-17.

伝送回路160Aは、サブグループSGRP10、SGRP11毎に対応して配置され、サブグループSGRP10、SGRP11の複数のバス配線のデジタル信号を選択する複数の第1のセレクタ161−10,160−11を有する。
第1のセレクタ161−10には、第1のサブグループSGRP10のバス配線143−10〜13が接続されている。
第2のセレクタ161−11には、第2のサブグループSGRP11のバス配線143−14〜17が接続されている。
The transmission circuit 160A includes a plurality of first selectors 161-10 and 160-11 that are arranged corresponding to each of the subgroups SGRP10 and SGRP11 and select digital signals of a plurality of bus lines of the subgroups SGRP10 and SGRP11.
The first selector 161-10 is connected to the bus wirings 143-10 to 13-13 of the first subgroup SGRP10.
The second selector 161-11 is connected to the bus wirings 143-14 to 17-17 of the second subgroup SGRP11.

伝送回路160Aは、複数の第1のセレクタ161−10,161−11で選択された複数のデジタル信号を選択してデジタル信号処理回路170Aに出力する第2のセレクタ162Aを有する。
そして、伝送回路160Aは、複数の第1のセレクタ160−10,161−11の出力をクロックCK10に再同期させて第2のセレクタ162Aに出力する複数の再同期回路を163−10,163−11を含む。
The transmission circuit 160A includes a second selector 162A that selects a plurality of digital signals selected by the plurality of first selectors 161-10 and 161-11 and outputs the selected digital signal to the digital signal processing circuit 170A.
The transmission circuit 160A then resynchronizes the outputs of the first selectors 160-10 and 161-11 with the clock CK10 and outputs the resynchronization circuits to the second selector 162A. 11 is included.

第1のセレクタ161−10で選択されたデジタル信号は再同期回路163−10で再同期処理され、第2のセレクタ162Aの第1のバスBS10、第1のセレクタSL10を介してデジタル信号処理回路170Aに伝送される。
第1のセレクタ161−11で選択されたデジタル信号は再同期回路163−11で再同期処理され、第2のセレクタ162Aの第2のバスBS11、第2のセレクタSL11を介してデジタル信号処理回路170Aに伝送される。
The digital signal selected by the first selector 161-10 is re-synchronized by the resynchronization circuit 163-10, and the digital signal processing circuit passes through the first bus BS10 and the first selector SL10 of the second selector 162A. 170A.
The digital signal selected by the first selector 161-11 is resynchronized by the resynchronization circuit 163-11, and the digital signal processing circuit passes through the second bus BS11 and the second selector SL11 of the second selector 162A. 170A.

なお、各第1のセレクタ161および第1のセレクタ161に対応する再同期回路163は、選択信号SおよびクロックCKにより個別に駆動制御される。   Each first selector 161 and the resynchronization circuit 163 corresponding to the first selector 161 are individually driven and controlled by the selection signal S and the clock CK.

また、CMOSイメージセンサ100Aにおいては、各バス配線143−10〜17は、読み出しが完了した後も対応するグループGRP10〜GRP17内のいずれかのカラムのメモリの保持データで信号が確定した状態に保持される。
これにより、各バス配線143−10〜17がフォローティングとなりハイインピーダンスHiZになることを防止し、不定な情報の出力を防止している。
Further, in the CMOS image sensor 100A, the bus wirings 143-10 to 17-17 are held in a state in which the signal is determined by the data held in the memory of any column in the corresponding group GRP10 to GRP17 even after the reading is completed. Is done.
This prevents each of the bus wirings 143-10 to 17 from following and becoming high impedance HiZ, thereby preventing indefinite information output.

CMOSイメージセンサ100Aのデジタル信号処理回路170Aは、メイングループMGRP単位で、読み出されたデジタル信号を並べ替える並べ替え部171を含んで構成される。   The digital signal processing circuit 170A of the CMOS image sensor 100A includes a rearrangement unit 171 that rearranges the read digital signals in units of main groups MGRP.

以上のように、図5のCMOSイメージセンサ100Aでは、各カラム(列)の出力信号出力するバス配線143を各ビットそれぞれ、スイッチ144を介して複数カラムで共有し、出力配線数を共有カラム(列)数分の1に減少させる。   As described above, in the CMOS image sensor 100A of FIG. 5, the bus wiring 143 for outputting the output signal of each column (column) is shared by a plurality of columns for each bit via the switch 144, and the number of output wirings is shared ( Column) Decrease by a fraction.

図6は、図5のCMOSイメージセンサ(固体撮像素子)における伝送回路の動作概要を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing an outline of the operation of the transmission circuit in the CMOS image sensor (solid-state imaging device) of FIG.

図5のCMOSイメージセンサ100Aは、上述したように、共有カラム(列)数を4、同時アクセス数8とした場合の例である。
アクセス列を制御するスキャン回路を、その出力バス配線143を共有するカラム(列)単位のグループGRPで設け、その共有内の各カラムのデータを、順次アクセスする。
ここで共有する数は小規模であり負荷も小さいため、全カラム(列)で共有して読み出すときに用いたセンスアンプ回路は必要とせず、ロジック回路で直接信号出力は可能である。
また、先に述べたように、同時にアクセスする回路を増やすことでシステム全体のデータレートを落とさず、この共有配線部のデータレートを落とすことができるため、タイミングマージンの問題は解消可能である。
As described above, the CMOS image sensor 100A in FIG. 5 is an example in which the number of shared columns (rows) is four and the number of simultaneous accesses is eight.
A scan circuit for controlling an access column is provided in a group GRP in a column (column) unit sharing the output bus wiring 143, and data in each column in the share is sequentially accessed.
Since the number shared here is small and the load is small, the sense amplifier circuit used when reading by sharing in all the columns (rows) is not required, and the signal can be directly output by the logic circuit.
Further, as described above, since the data rate of the shared wiring section can be reduced without increasing the data rate of the entire system by increasing the number of circuits that are accessed simultaneously, the problem of timing margin can be solved.

ここで、前述のとおり、複数カラムを同時にアクセスする場合は、最終的に集約されたデータの出力順は、カラム(列)の番号順とは異なるものとなる。
このため、カラム(列)番順に処理する必要がある場合は、後段のデジタル信号処理回路170でデータの並べ替えが必要となる。
並べ替えのために、「共有列数」x「同時アクセス数」のメモリが必要となる。
Here, as described above, when a plurality of columns are accessed simultaneously, the output order of the finally aggregated data is different from the order of the column numbers.
For this reason, when it is necessary to perform processing in the order of columns (rows), it is necessary to rearrange data in the digital signal processing circuit 170 at the subsequent stage.
For rearrangement, a memory of “number of shared columns” × “number of simultaneous accesses” is required.

<3.固体撮像素子の積層構造>
図7は、本実施形態に係る固体撮像素子の積層構造の一例を示す図である。
<3. Layered structure of solid-state image sensor>
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a stacked structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment.

図3に示すCMOSイメージセンサ(固体撮像素子)200は、第1チップ(上チップ)210と第2チップ(下チップ)220の積層構造を有する。
積層される第1チップ210と第2チップ220は、第1チップ210に形成されたビア(TCV)により電気的に接続される。
このCMOSイメージセンサ(固体撮像素子)200は、ウェハレベルで貼り合わせ後、ダイシングで切り出した積層構造の半導体装置として形成される。
A CMOS image sensor (solid-state imaging device) 200 shown in FIG. 3 has a stacked structure of a first chip (upper chip) 210 and a second chip (lower chip) 220.
The first chip 210 and the second chip 220 to be stacked are electrically connected by vias (TCV) formed in the first chip 210.
The CMOS image sensor (solid-state imaging device) 200 is formed as a semiconductor device having a laminated structure that is cut out by dicing after bonding at a wafer level.

図8は、本実施形態に係るCMOSイメージセンサ(固体撮像素子)の積層される2つのチップの回路配置例を示す図である。
図9は、比較例として図1の回路を一つのチップに全て配置した回路配置例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a circuit arrangement example of two chips on which the CMOS image sensor (solid-state imaging device) according to this embodiment is stacked.
FIG. 9 is a diagram showing a circuit arrangement example in which all the circuits of FIG. 1 are arranged on one chip as a comparative example.

上下2チップの積層構造において、第1チップ210はアイレ状に複数の画素を含む画素アレイ部110および垂直(V)走査回路120が配置されたアナログチップ(センサチップ)で構成される。
第2チップ120は第1チップ210からTCV(Through Contact VIA)を介して転送されるアナログ信号をAD変換するカラムADC140よびデジタル信号処理回路(ロジック回路)170を含むロジックチップ(デジタルチップ)で構成される。
ボンディングパッドBPDおよび入出力回路は第2チップ220に形成されており、第1チップ210には、第2チップ220にワイヤーボンドするための開口部OPNが形成されている。
第1チップ210と第2チップ220間の電気的接続は、たとえばビア(TCV)を通して行われる。
TCV(ビア)の配置位置はチップ端、もしくはパッド(PAD)と回路領域の間とする。
たとえば、制御信号ならびに電力供給用TCVは主にチップ角部の4箇所に集中し、第1チップ210の信号配線領域を削減することができる。
第1チップ210の配線層数削減により、電源線抵抗が増加し、IR-Dropが増大する課題に対し、TCVを有効に配置することで、第2チップ220の配線を用いて第1チップ210の電源のノイズ対策や安定供給等のための強化を行うことが可能である。
In the stacked structure of upper and lower two chips, the first chip 210 is configured by an analog chip (sensor chip) in which a pixel array unit 110 including a plurality of pixels and a vertical (V) scanning circuit 120 are arranged in an illegitimate shape.
The second chip 120 includes a column ADC 140 that converts an analog signal transferred from the first chip 210 via a TCV (Through Contact VIA) and a logic chip (digital chip) including a digital signal processing circuit (logic circuit) 170. Is done.
The bonding pad BPD and the input / output circuit are formed in the second chip 220, and the opening OPN for wire bonding to the second chip 220 is formed in the first chip 210.
The electrical connection between the first chip 210 and the second chip 220 is made, for example, through a via (TCV).
The TCV (via) is arranged at the chip end or between the pad (PAD) and the circuit area.
For example, the control signal and the power supply TCV are mainly concentrated at the four corners of the chip, and the signal wiring area of the first chip 210 can be reduced.
By reducing the number of wiring layers of the first chip 210 and increasing the power line resistance and increasing IR-Drop, the first chip 210 can be used by using the wiring of the second chip 220 by effectively arranging the TCV. It is possible to reinforce power supply noise countermeasures and stable supply.

このように図7および図8の積層型のCMOSイメージセンサ200では、図9の比較例と異なり、カラムADC群140(A)の各カラム回路とデジタル信号処理回路170(A)を隣接接続してもチップサイズに直接影響しないという利点がある。   As described above, in the stacked CMOS image sensor 200 of FIGS. 7 and 8, unlike the comparative example of FIG. 9, each column circuit of the column ADC group 140 (A) and the digital signal processing circuit 170 (A) are adjacently connected. However, there is an advantage that the chip size is not directly affected.

以上説明したように、本実施形態によれば、センスアンプ等のアナログ回路を必要としない。そして、本実施形態によれば、CMOSロジック回路のみで、低消費電力駆動、高速データレート対応、および、配線領域の物理的な制約の問題を解消しつつ、大規模なデジタル配列データ信号を後段のデジタル信号処理回路へ伝送可能とする。
また、積層型として構成した場合、カラムADC群の各カラムとデジタル信号処理回路を隣接接続してもチップサイズに直接影響しないという利点がある。
As described above, according to this embodiment, an analog circuit such as a sense amplifier is not required. Then, according to the present embodiment, a large-scale digital array data signal can be transferred to a subsequent stage only with a CMOS logic circuit, while solving the problems of low power consumption driving, high-speed data rate compatibility, and physical limitations of the wiring area. Can be transmitted to the digital signal processing circuit.
In the case of a stacked type, there is an advantage that even if each column of the column ADC group and the digital signal processing circuit are adjacently connected, the chip size is not directly affected.

このような効果を有する固体撮像素子は、デジタルカメラやビデオカメラの撮像デバイスとして適用することができる。   A solid-state imaging device having such an effect can be applied as an imaging device for a digital camera or a video camera.

<4.カメラシステムの構成例>
図10は、本技術の実施形態に係る固体撮像素子が適用されるカメラシステムの構成の一例を示す図である。
<4. Configuration example of camera system>
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a configuration of a camera system to which the solid-state imaging device according to the embodiment of the present technology is applied.

本カメラシステム300は、図10に示すように、本実施形態に係るCMOSイメージセンサ(固体撮像素子)100,200が適用可能な撮像デバイス310を有する。
さらに、カメラシステム300は、この撮像デバイス310の画素領域に入射光を導く(被写体像を結像する)光学系、たとえば入射光(像光)を撮像面上に結像させるレンズ420を有する。
カメラシステム300は、撮像デバイス310を駆動する駆動回路(DRV)330と、撮像デバイス310の出力信号を処理する信号処理回路(PRC)340と、を有する。
As shown in FIG. 10, the camera system 300 includes an imaging device 310 to which the CMOS image sensors (solid-state imaging devices) 100 and 200 according to the present embodiment can be applied.
Furthermore, the camera system 300 includes an optical system that guides incident light (images a subject image) to the pixel region of the imaging device 310, for example, a lens 420 that forms incident light (image light) on the imaging surface.
The camera system 300 includes a drive circuit (DRV) 330 that drives the imaging device 310 and a signal processing circuit (PRC) 340 that processes an output signal of the imaging device 310.

駆動回路330は、撮像デバイス310内の回路を駆動するスタートパルスやクロックパルスを含む各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ(図示せず)を有し、所定のタイミング信号で撮像デバイス310を駆動する。   The drive circuit 330 includes a timing generator (not shown) that generates various timing signals including a start pulse and a clock pulse that drive a circuit in the imaging device 310, and drives the imaging device 310 with a predetermined timing signal. .

また、信号処理回路340は、撮像デバイス310の出力信号に対して所定の信号処理を施す。
信号処理回路340で処理された画像信号は、たとえばメモリなどの記録媒体に記録される。記録媒体に記録された画像情報は、プリンタなどによってハードコピーされる。また、信号処理回路340で処理された画像信号を液晶ディスプレイ等からなるモニターに動画として映し出される。
Further, the signal processing circuit 340 performs predetermined signal processing on the output signal of the imaging device 310.
The image signal processed by the signal processing circuit 340 is recorded on a recording medium such as a memory. The image information recorded on the recording medium is hard copied by a printer or the like. The image signal processed by the signal processing circuit 340 is displayed as a moving image on a monitor including a liquid crystal display.

上述したように、デジタルスチルカメラ等の撮像装置において、撮像デバイス310として、先述した固体撮像素子100,200を搭載することで、低消費電力で、高精度なカメラが実現できる。   As described above, by mounting the above-described solid-state imaging devices 100 and 200 as the imaging device 310 in an imaging device such as a digital still camera, a highly accurate camera with low power consumption can be realized.

なお、本技術は以下のような構成をとることができる。
(1)光電変換を行う複数の画素が行列状に配列された画素アレイ部と、
上記画素アレイ部から複数の画素単位で画素信号の読み出しを行い、カラム毎にアナログデジタル変換を行うカラムAD変換部を含み、デジタル信号を出力する画素信号読み出し部と、
上記画素信号読み出し部から出力されたデジタル信号を伝送する伝送部と、を有し、
上記画素信号読み出し部は、
上記AD変換部によるデジタル信号を保持する保持部と、
上記保持部に保持されたデジタルデータを上記伝送部に出力するためのバス配線と、を含み、
上記伝送部は、
複数の上記バス配線を一つのグループとして共有する
固体撮像素子。
(2)上記画素信号読み出し部の各保持部は、
上記AD変換部の分解能分のビット数に相当する数のメモリを含み、
上記バス配線は、
全てのメモリに保持されたデジタル信号を上記伝送部に伝送する
上記(1)記載の固体撮像素子。
(3)上記伝送部は、
上記グループ毎に対応して配置され、当該グループの複数のバス配線のデジタル信号を選択する複数の第1のセレクタと、
上記複数の第1のセレクタで選択された複数のデジタル信号を選択して上記デジタル信号処理部に出力する第2のセレクタと、を含む
上記(1)または(2)記載の固体撮像素子。
(4)上記複数の第1のセレクタの出力をクロックに再同期させて上記第2のセレクタに出力する複数の再同期回路を含む
上記(3)記載の固体撮像素子。
(5)上記各第1のセレクタおよび当該第1のセレクタに対応する上記再同期回路は、個別に駆動制御される
上記(4)記載の固体撮像素子。
(6)上記画素信号読み出し部から出力され伝送されたデジタル信号を処理するデジタル信号処理部を有し、
上記伝送部は、
グループ単位でデジタル信号を選択して上記デジタル信号処理部に伝送する
上記(1)から(5)のいずれか一に記載の固体撮像素子。
(7)第1チップと、
第2チップと、を有し、
上記第1チップと上記第2チップは貼り合わされた積層構造を有し、
上記第1チップは、
少なくとも上記画素アレイ部が配置され、
上記第2チップは、
少なくとも上記画素信号読み出し部および上記デジタル信号処理部が配置され、
上記第1チップと上記第2チップ間の配線は、
上記第1チップに形成されたビアを通して接続される
上記(6)記載の固体撮像素子。
(8)光電変換を行う複数の画素が行列状に配列された画素アレイ部と、
上記画素アレイ部から複数の画素単位で画素信号の読み出しを行い、カラム毎にアナログデジタル変換を行うカラムAD変換部を含み、デジタル信号を出力する画素信号読み出し部と、
上記画素信号読み出し部から出力されたデジタル信号を伝送する伝送部と、を有し、
上記画素信号読み出し部は、
カラム毎に配置され、上記AD変換部によるデジタル信号を保持する複数の保持部を含み、
全体のカラムより小さい規模で複数の上記保持部を一つのグループとし、上記グループを複数単位でまとめて複数のサブグループを形成し、当該複数のサブグループをまとめて少なくとも一つのメイングループを形成し、
上記グループ毎に、各カラムの上記保持部に保持されたデジタル信号を選択的に上記伝送部に伝送するバス配線がそれぞれ配置され、
上記伝送部は、
上記サブグループ単位で複数の上記バス配線を共有する
固体撮像素子。
(9)上記画素信号読み出し部は、
各保持部が、上記AD変換部の分解能分のビット数に相当する数のメモリを含み、
各グループの各カラムの上記メモリのデータが選択信号に応じて対応する上記バス配線に転送し、
上記バス配線は、
各グループ内のカラム毎に全てのメモリに保持されたデジタル信号を上記伝送部に伝送する
上記(9)記載の固体撮像素子。
(10)上記伝送部は、
上記サブグループ毎に対応して配置され、当該サブグループの複数のバス配線のデジタル信号を選択する複数の第1のセレクタと、
上記複数の第1のセレクタで選択された複数のデジタル信号を選択して上記デジタル信号処理部に出力する第2のセレクタと、を含む
上記(8)または(9)記載の固体撮像素子。
(11)上記複数の第1のセレクタの出力をクロックに再同期させて上記第2のセレクタに出力する複数の再同期回路を含む
上記(10)記載の固体撮像素子。
(12)上記各第1のセレクタおよび当該第1のセレクタに対応する上記再同期回路は、個別に駆動制御される
上記(11)記載の固体撮像素子。
(13)上記各バス配線は、
対応するグループ内のいずれかのカラムの上記メモリの保持データで信号が確定した状態に保持される
上記(8)から(12)のいずれか一に記載の固体撮像素子。
(14)上記デジタル信号処理部は、
上記メイングループ単位で、読み出されたデジタル信号を並べ替える並べ替え部を含む
上記(8)から(13)のいずれか一に記載の固体撮像素子。
(15)上記画素信号読み出し部から出力され伝送されたデジタル信号を処理するデジタル信号処理部を有し、
上記伝送部は、
サブグループ単位でデジタル信号を選択して上記デジタル信号処理部に伝送する
上記(8)から(14)のいずれか一に記載の固体撮像素子。
(16)第1チップと、
第2チップと、を有し、
上記第1チップと上記第2チップは貼り合わされた積層構造を有し、
上記第1チップは、
少なくとも上記画素アレイ部が配置され、
上記第2チップは、
少なくとも上記画素信号読み出し部および上記デジタル信号処理部が配置され、
上記第1チップと上記第2チップ間の配線は、
上記第1チップに形成されたビアを通して接続される
上記(8)から(15)のいずれか一に記載の固体撮像素子。
(17)固体撮像素子と、
上記固体撮像素子に被写体像を結像する光学系と、を有し、
上記固体撮像素子は、
光電変換を行う複数の画素が行列状に配列された画素アレイ部と、
上記画素アレイ部から複数の画素単位で画素信号の読み出しを行い、カラム毎にアナログデジタル変換を行うカラムAD変換部を含み、デジタル信号を出力する画素信号読み出し部と、
上記画素信号読み出し部から出力されたデジタル信号を伝送する伝送部と、を含み、
上記画素信号読み出し部は、
上記AD変換部によるデジタル信号を保持する保持部と、
上記保持部に保持されたデジタルデータを上記伝送部に出力するためのバス配線と、を含み、
上記伝送部は、
複数の上記バス配線を一つのグループとして共有する
カメラシステム。
(18)
固体撮像素子と、
上記固体撮像素子に被写体像を結像する光学系と、を有し、
上記固体撮像素子は、
光電変換を行う複数の画素が行列状に配列された画素部と、
上記画素部から複数の画素単位で画素信号の読み出しを行い、カラム毎にアナログデジタル変換を行うカラムAD変換部を含み、デジタル信号を出力する画素信号読み出し部と、
上記画素信号読み出し部から出力されたデジタル信号を伝送する伝送部と、を含み、
上記画素信号読み出し部は、
カラム毎に配置され、上記AD変換部によるデジタル信号を保持する複数の保持部を含み、
全体のカラムより小さい規模で複数の上記保持部を一つのグループとし、上記グループを複数単位でまとめて複数のサブグループを形成し、当該複数のサブグループをまとめて少なくとも一つのメイングループを形成し、
上記グループ毎に、各カラムの上記保持部に保持されたデジタル信号を選択的に上記伝送部に伝送するバス配線がそれぞれ配置され、
上記伝送部は、
上記サブグループ単位で複数の上記バス配線を共有する
カメラシステム。
In addition, this technique can take the following structures.
(1) a pixel array unit in which a plurality of pixels that perform photoelectric conversion are arranged in a matrix;
A pixel signal readout unit that reads out a pixel signal from the pixel array unit in units of a plurality of pixels and includes a column AD conversion unit that performs analog-digital conversion for each column, and outputs a digital signal;
A transmission unit for transmitting a digital signal output from the pixel signal readout unit,
The pixel signal readout unit is
A holding unit for holding a digital signal by the AD conversion unit;
A bus wiring for outputting the digital data held in the holding unit to the transmission unit, and
The transmission unit is
A solid-state imaging device that shares a plurality of the above-mentioned bus wirings as one group.
(2) Each holding unit of the pixel signal readout unit is
Including a number of memories corresponding to the number of bits corresponding to the resolution of the AD converter,
The above bus wiring
The solid-state imaging device according to (1), wherein digital signals held in all memories are transmitted to the transmission unit.
(3) The transmission unit
A plurality of first selectors arranged corresponding to each group, for selecting digital signals of a plurality of bus wires in the group;
The solid-state imaging device according to (1) or (2), further including: a second selector that selects a plurality of digital signals selected by the plurality of first selectors and outputs the selected digital signals to the digital signal processing unit.
(4) The solid-state imaging device according to (3), including a plurality of resynchronization circuits that resynchronize outputs of the plurality of first selectors with a clock and output the same to the second selector.
(5) The solid-state imaging device according to (4), wherein the first selector and the resynchronization circuit corresponding to the first selector are individually driven and controlled.
(6) a digital signal processing unit that processes a digital signal output from the pixel signal reading unit and transmitted;
The transmission unit is
The solid-state imaging device according to any one of (1) to (5), wherein a digital signal is selected in a group unit and transmitted to the digital signal processing unit.
(7) a first chip;
A second chip,
The first chip and the second chip have a laminated structure bonded together,
The first chip is
At least the pixel array section is disposed;
The second chip is
At least the pixel signal readout unit and the digital signal processing unit are arranged,
The wiring between the first chip and the second chip is
The solid-state imaging device according to (6), wherein the solid-state imaging device is connected through a via formed in the first chip.
(8) a pixel array unit in which a plurality of pixels that perform photoelectric conversion are arranged in a matrix;
A pixel signal readout unit that reads out a pixel signal from the pixel array unit in units of a plurality of pixels and includes a column AD conversion unit that performs analog-digital conversion for each column, and outputs a digital signal;
A transmission unit for transmitting a digital signal output from the pixel signal readout unit,
The pixel signal readout unit is
A plurality of holding units that are arranged for each column and hold digital signals by the AD conversion unit,
A plurality of the holding units having a smaller scale than the entire column are grouped together, and the groups are grouped into a plurality of units to form a plurality of subgroups, and the plurality of subgroups are grouped to form at least one main group. ,
For each group, a bus wiring for selectively transmitting a digital signal held in the holding unit of each column to the transmission unit is arranged,
The transmission unit is
A solid-state imaging device that shares the plurality of bus wirings in units of the subgroups.
(9) The pixel signal readout unit
Each holding unit includes a number of memories corresponding to the number of bits corresponding to the resolution of the AD conversion unit,
The data in the memory in each column of each group is transferred to the corresponding bus wiring in response to the selection signal,
The above bus wiring
The solid-state imaging device according to (9), wherein a digital signal held in all memories is transmitted to the transmission unit for each column in each group.
(10) The transmission unit is
A plurality of first selectors arranged corresponding to each of the subgroups for selecting digital signals of a plurality of bus wirings of the subgroup;
The solid-state imaging device according to (8) or (9), further including: a second selector that selects a plurality of digital signals selected by the plurality of first selectors and outputs the selected digital signal to the digital signal processing unit.
(11) The solid-state imaging device according to (10), including a plurality of resynchronization circuits that resynchronize outputs of the plurality of first selectors with a clock and output the same to the second selector.
(12) The solid-state imaging device according to (11), wherein the first selector and the resynchronization circuit corresponding to the first selector are individually driven and controlled.
(13) Each bus wiring is
The solid-state imaging device according to any one of (8) to (12), wherein the signal is held in a state where the signal is fixed by the data held in the memory in any column in the corresponding group.
(14) The digital signal processing unit
The solid-state imaging device according to any one of (8) to (13), including a rearrangement unit that rearranges the read digital signals in units of the main group.
(15) a digital signal processing unit that processes the digital signal output from the pixel signal reading unit and transmitted;
The transmission unit is
The solid-state imaging device according to any one of (8) to (14), wherein a digital signal is selected in units of subgroups and transmitted to the digital signal processing unit.
(16) a first chip;
A second chip,
The first chip and the second chip have a laminated structure bonded together,
The first chip is
At least the pixel array section is disposed;
The second chip is
At least the pixel signal readout unit and the digital signal processing unit are arranged,
The wiring between the first chip and the second chip is
The solid-state imaging device according to any one of (8) to (15), which is connected through a via formed in the first chip.
(17) a solid-state imaging device;
An optical system for forming a subject image on the solid-state imaging device,
The solid-state imaging device is
A pixel array unit in which a plurality of pixels that perform photoelectric conversion are arranged in a matrix;
A pixel signal readout unit that reads out a pixel signal from the pixel array unit in units of a plurality of pixels and includes a column AD conversion unit that performs analog-digital conversion for each column, and outputs a digital signal;
A transmission unit for transmitting a digital signal output from the pixel signal readout unit,
The pixel signal readout unit is
A holding unit for holding a digital signal by the AD conversion unit;
A bus wiring for outputting the digital data held in the holding unit to the transmission unit, and
The transmission unit is
A camera system that shares a plurality of bus wirings as a group.
(18)
A solid-state image sensor;
An optical system for forming a subject image on the solid-state imaging device,
The solid-state imaging device is
A pixel unit in which a plurality of pixels that perform photoelectric conversion are arranged in a matrix;
A pixel signal readout unit that reads out a pixel signal from the pixel unit in units of a plurality of pixels and includes a column AD conversion unit that performs analog-digital conversion for each column, and outputs a digital signal;
A transmission unit for transmitting a digital signal output from the pixel signal readout unit,
The pixel signal readout unit is
A plurality of holding units that are arranged for each column and hold digital signals by the AD conversion unit,
A plurality of the holding units having a smaller scale than the entire column are grouped together, and the groups are grouped into a plurality of units to form a plurality of subgroups, and the plurality of subgroups are grouped to form at least one main group. ,
For each group, a bus wiring for selectively transmitting a digital signal held in the holding unit of each column to the transmission unit is arranged,
The transmission unit is
A camera system sharing a plurality of the bus wirings in units of the subgroups.

100・・・固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)、110・・・画素アレイ部、110・・・行選択回路、130・・・タイミング制御回路、140・・・ADC群、141・・・AD変換部、142・・・メモリ(保持部)、143・・・バス配線、150・・・参照電圧発生回路、160・・・伝送回路、161・・・第1のセレクタ、162・・・第2のセレクタ、163・・・再同期回路、170・・・デジタル信号処理回路、200・・・固体撮像素子、210・・・第1チップ(アナログチップ)、220・・・第2チップ(ロジックチップ、デジタルチップ)、300・・・カメラシステム、310・・・撮像デバイス、320・・・レンズ、330・・・駆動回路、340・・・信号処理回路。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Solid-state imaging device (CMOS image sensor), 110 ... Pixel array part, 110 ... Row selection circuit, 130 ... Timing control circuit, 140 ... ADC group, 141 ... AD conversion 142, memory (holding unit), 143, bus wiring, 150, reference voltage generation circuit, 160, transmission circuit, 161, first selector, 162, second. 163... Resynchronization circuit, 170... Digital signal processing circuit, 200... Solid-state image sensor, 210... First chip (analog chip), 220. , Digital chip), 300 ... camera system, 310 ... imaging device, 320 ... lens, 330 ... drive circuit, 340 ... signal processing circuit.

Claims (18)

光電変換を行う複数の画素が行列状に配列された画素アレイ部と、
上記画素アレイ部から複数の画素単位で画素信号の読み出しを行い、カラム毎にアナログデジタル変換を行うカラムAD変換部を含み、デジタル信号を出力する画素信号読み出し部と、
上記画素信号読み出し部から出力されたデジタル信号を伝送する伝送部と、を有し、
上記画素信号読み出し部は、
上記AD変換部によるデジタル信号を保持する保持部と、
上記保持部に保持されたデジタルデータを上記伝送部に出力するためのバス配線と、を含み、
上記伝送部は、
複数の上記バス配線を一つのグループとして共有する
固体撮像素子。
A pixel array unit in which a plurality of pixels that perform photoelectric conversion are arranged in a matrix;
A pixel signal readout unit that reads out a pixel signal from the pixel array unit in units of a plurality of pixels and includes a column AD conversion unit that performs analog-digital conversion for each column, and outputs a digital signal;
A transmission unit for transmitting a digital signal output from the pixel signal readout unit,
The pixel signal readout unit is
A holding unit for holding a digital signal by the AD conversion unit;
A bus wiring for outputting the digital data held in the holding unit to the transmission unit, and
The transmission unit is
A solid-state imaging device that shares a plurality of the above-mentioned bus wirings as one group.
上記画素信号読み出し部の各保持部は、
上記AD変換部の分解能分のビット数に相当する数のメモリを含み、
上記バス配線は、
全てのメモリに保持されたデジタル信号を上記伝送部に伝送する
請求項1記載の固体撮像素子。
Each holding unit of the pixel signal readout unit is
Including a number of memories corresponding to the number of bits corresponding to the resolution of the AD converter,
The above bus wiring
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein digital signals held in all memories are transmitted to the transmission unit.
上記伝送部は、
上記グループ毎に対応して配置され、当該グループの複数のバス配線のデジタル信号を選択する複数の第1のセレクタと、
上記複数の第1のセレクタで選択された複数のデジタル信号を選択して上記デジタル信号処理部に出力する第2のセレクタと、を含む
請求項1記載の固体撮像素子。
The transmission unit is
A plurality of first selectors arranged corresponding to each group, for selecting digital signals of a plurality of bus wires in the group;
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising: a second selector that selects a plurality of digital signals selected by the plurality of first selectors and outputs the selected digital signals to the digital signal processing unit.
上記複数の第1のセレクタの出力をクロックに再同期させて上記第2のセレクタに出力する複数の再同期回路を含む
請求項3記載の固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 3, further comprising a plurality of resynchronization circuits that resynchronize outputs of the plurality of first selectors with a clock and output the second selectors to the second selector.
上記各第1のセレクタおよび当該第1のセレクタに対応する上記再同期回路は、個別に駆動制御される
請求項4記載の固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the first selector and the resynchronization circuit corresponding to the first selector are individually driven and controlled.
上記画素信号読み出し部から出力され伝送されたデジタル信号を処理するデジタル信号処理部を有し、
上記伝送部は、
グループ単位でデジタル信号を選択して上記デジタル信号処理部に伝送する
請求項1記載の固体撮像素子。
A digital signal processing unit that processes a digital signal output from the pixel signal reading unit and transmitted;
The transmission unit is
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein digital signals are selected in groups and transmitted to the digital signal processing unit.
第1チップと、
第2チップと、を有し、
上記第1チップと上記第2チップは貼り合わされた積層構造を有し、
上記第1チップは、
少なくとも上記画素アレイ部が配置され、
上記第2チップは、
少なくとも上記画素信号読み出し部および上記デジタル信号処理部が配置され、
上記第1チップと上記第2チップ間の配線は、
上記第1チップに形成されたビアを通して接続される
請求項6記載の固体撮像素子。
A first chip;
A second chip,
The first chip and the second chip have a laminated structure bonded together,
The first chip is
At least the pixel array section is disposed;
The second chip is
At least the pixel signal readout unit and the digital signal processing unit are arranged,
The wiring between the first chip and the second chip is
The solid-state imaging device according to claim 6, wherein the solid-state imaging device is connected through a via formed in the first chip.
光電変換を行う複数の画素が行列状に配列された画素アレイ部と、
上記画素アレイ部から複数の画素単位で画素信号の読み出しを行い、カラム毎にアナログデジタル変換を行うカラムAD変換部を含み、デジタル信号を出力する画素信号読み出し部と、
上記画素信号読み出し部から出力されたデジタル信号を伝送する伝送部と、を有し、
上記画素信号読み出し部は、
カラム毎に配置され、上記AD変換部によるデジタル信号を保持する複数の保持部を含み、
全体のカラムより小さい規模で複数の上記保持部を一つのグループとし、上記グループを複数単位でまとめて複数のサブグループを形成し、当該複数のサブグループをまとめて少なくとも一つのメイングループを形成し、
上記グループ毎に、各カラムの上記保持部に保持されたデジタル信号を選択的に上記伝送部に伝送するバス配線がそれぞれ配置され、
上記伝送部は、
上記サブグループ単位で複数の上記バス配線を共有する
固体撮像素子。
A pixel array unit in which a plurality of pixels that perform photoelectric conversion are arranged in a matrix;
A pixel signal readout unit that reads out a pixel signal from the pixel array unit in units of a plurality of pixels and includes a column AD conversion unit that performs analog-digital conversion for each column, and outputs a digital signal;
A transmission unit for transmitting a digital signal output from the pixel signal readout unit,
The pixel signal readout unit is
A plurality of holding units that are arranged for each column and hold digital signals by the AD conversion unit,
A plurality of the holding units having a smaller scale than the entire column are grouped together, and the groups are grouped into a plurality of units to form a plurality of subgroups, and the plurality of subgroups are grouped to form at least one main group. ,
For each group, a bus wiring for selectively transmitting a digital signal held in the holding unit of each column to the transmission unit is arranged,
The transmission unit is
A solid-state imaging device that shares the plurality of bus wirings in units of the subgroups.
上記画素信号読み出し部は、
各保持部が、上記AD変換部の分解能分のビット数に相当する数のメモリを含み、
各グループの各カラムの上記メモリのデータが選択信号に応じて対応する上記バス配線に転送し、
上記バス配線は、
各グループ内のカラム毎に全てのメモリに保持されたデジタル信号を上記伝送部に伝送する
請求項9記載の固体撮像素子。
The pixel signal readout unit is
Each holding unit includes a number of memories corresponding to the number of bits corresponding to the resolution of the AD conversion unit,
The data in the memory in each column of each group is transferred to the corresponding bus wiring in response to the selection signal,
The above bus wiring
The solid-state imaging device according to claim 9, wherein digital signals held in all memories are transmitted to the transmission unit for each column in each group.
上記伝送部は、
上記サブグループ毎に対応して配置され、当該サブグループの複数のバス配線のデジタル信号を選択する複数の第1のセレクタと、
上記複数の第1のセレクタで選択された複数のデジタル信号を選択して上記デジタル信号処理部に出力する第2のセレクタと、を含む
請求項8記載の固体撮像素子。
The transmission unit is
A plurality of first selectors arranged corresponding to each of the subgroups for selecting digital signals of a plurality of bus wirings of the subgroup;
The solid-state imaging device according to claim 8, further comprising: a second selector that selects a plurality of digital signals selected by the plurality of first selectors and outputs the selected digital signals to the digital signal processing unit.
上記複数の第1のセレクタの出力をクロックに再同期させて上記第2のセレクタに出力する複数の再同期回路を含む
請求項10記載の固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 10, further comprising: a plurality of resynchronization circuits that resynchronize outputs of the plurality of first selectors with a clock and output the same to the second selector.
上記各第1のセレクタおよび当該第1のセレクタに対応する上記再同期回路は、個別に駆動制御される
請求項11記載の固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 11, wherein the first selector and the resynchronization circuit corresponding to the first selector are individually driven and controlled.
上記各バス配線は、
対応するグループ内のいずれかのカラムの上記メモリの保持データで信号が確定した状態に保持される
請求項8記載の固体撮像素子。
Each bus wiring above
The solid-state imaging device according to claim 8, wherein the signal is held in a state where the signal is determined by the data held in the memory in any column in the corresponding group.
上記デジタル信号処理部は、
上記メイングループ単位で、読み出されたデジタル信号を並べ替える並べ替え部を含む
請求項8記載の固体撮像素子。
The digital signal processor is
The solid-state imaging device according to claim 8, further comprising a rearrangement unit that rearranges the read digital signals in units of the main group.
上記画素信号読み出し部から出力され伝送されたデジタル信号を処理するデジタル信号処理部を有し、
上記伝送部は、
サブグループ単位でデジタル信号を選択して上記デジタル信号処理部に伝送する
請求項8記載の固体撮像素子。
A digital signal processing unit that processes a digital signal output from the pixel signal reading unit and transmitted;
The transmission unit is
The solid-state imaging device according to claim 8, wherein a digital signal is selected in units of subgroups and transmitted to the digital signal processing unit.
第1チップと、
第2チップと、を有し、
上記第1チップと上記第2チップは貼り合わされた積層構造を有し、
上記第1チップは、
少なくとも上記画素アレイ部が配置され、
上記第2チップは、
少なくとも上記画素信号読み出し部および上記デジタル信号処理部が配置され、
上記第1チップと上記第2チップ間の配線は、
上記第1チップに形成されたビアを通して接続される
請求項15記載の固体撮像素子。
A first chip;
A second chip,
The first chip and the second chip have a laminated structure bonded together,
The first chip is
At least the pixel array section is disposed;
The second chip is
At least the pixel signal readout unit and the digital signal processing unit are arranged,
The wiring between the first chip and the second chip is
The solid-state imaging device according to claim 15, wherein the solid-state imaging device is connected through a via formed in the first chip.
固体撮像素子と、
上記固体撮像素子に被写体像を結像する光学系と、を有し、
上記固体撮像素子は、
光電変換を行う複数の画素が行列状に配列された画素アレイ部と、
上記画素アレイ部から複数の画素単位で画素信号の読み出しを行い、カラム毎にアナログデジタル変換を行うカラムAD変換部を含み、デジタル信号を出力する画素信号読み出し部と、
上記画素信号読み出し部から出力されたデジタル信号を伝送する伝送部と、を含み、
上記画素信号読み出し部は、
上記AD変換部によるデジタル信号を保持する保持部と、
上記保持部に保持されたデジタルデータを上記伝送部に出力するためのバス配線と、を含み、
上記伝送部は、
複数の上記バス配線を一つのグループとして共有する
カメラシステム。
A solid-state image sensor;
An optical system for forming a subject image on the solid-state imaging device,
The solid-state imaging device is
A pixel array unit in which a plurality of pixels that perform photoelectric conversion are arranged in a matrix;
A pixel signal readout unit that reads out a pixel signal from the pixel array unit in units of a plurality of pixels and includes a column AD conversion unit that performs analog-digital conversion for each column, and outputs a digital signal;
A transmission unit for transmitting a digital signal output from the pixel signal readout unit,
The pixel signal readout unit is
A holding unit for holding a digital signal by the AD conversion unit;
A bus wiring for outputting the digital data held in the holding unit to the transmission unit, and
The transmission unit is
A camera system that shares a plurality of bus wirings as a group.
固体撮像素子と、
上記固体撮像素子に被写体像を結像する光学系と、を有し、
上記固体撮像素子は、
光電変換を行う複数の画素が行列状に配列された画素部と、
上記画素部から複数の画素単位で画素信号の読み出しを行い、カラム毎にアナログデジタル変換を行うカラムAD変換部を含み、デジタル信号を出力する画素信号読み出し部と、
上記画素信号読み出し部から出力されたデジタル信号を伝送する伝送部と、を含み、
上記画素信号読み出し部は、
カラム毎に配置され、上記AD変換部によるデジタル信号を保持する複数の保持部を含み、
全体のカラムより小さい規模で複数の上記保持部を一つのグループとし、上記グループを複数単位でまとめて複数のサブグループを形成し、当該複数のサブグループをまとめて少なくとも一つのメイングループを形成し、
上記グループ毎に、各カラムの上記保持部に保持されたデジタル信号を選択的に上記伝送部に伝送するバス配線がそれぞれ配置され、
上記伝送部は、
上記サブグループ単位で複数の上記バス配線を共有する
カメラシステム。
A solid-state image sensor;
An optical system for forming a subject image on the solid-state imaging device,
The solid-state imaging device is
A pixel unit in which a plurality of pixels that perform photoelectric conversion are arranged in a matrix;
A pixel signal readout unit that reads out a pixel signal from the pixel unit in units of a plurality of pixels and includes a column AD conversion unit that performs analog-digital conversion for each column, and outputs a digital signal;
A transmission unit for transmitting a digital signal output from the pixel signal readout unit,
The pixel signal readout unit is
A plurality of holding units that are arranged for each column and hold digital signals by the AD conversion unit,
A plurality of the holding units having a smaller scale than the entire column are grouped together, and the groups are grouped into a plurality of units to form a plurality of subgroups, and the plurality of subgroups are grouped to form at least one main group. ,
For each group, a bus wiring for selectively transmitting a digital signal held in the holding unit of each column to the transmission unit is arranged,
The transmission unit is
A camera system sharing a plurality of the bus wirings in units of the subgroups.
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