JP2016178436A - Imaging device and driving method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像装置及び撮像装置の駆動方法に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus and a driving method of the imaging apparatus.
デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置には、光学系により結像された光学像を受光するCMOS型イメージセンサが使用されている。また、近年では、画素数の増加や高フレームレート化に伴い、撮像装置の高速読み出しを実現する技術や低消費電力化を図る技術が必要とされている。また、CMOS型イメージセンサは、CMOS集積回路と同様のプロセスで製造できる特徴を活かし、画素毎に電荷を電気信号に変換し、画素から読み出される電気信号を列毎に、並列に処理することで読み出し速度を向上させることができる。 A CMOS type image sensor that receives an optical image formed by an optical system is used in an imaging apparatus such as a digital still camera or a digital video camera. In recent years, with the increase in the number of pixels and the increase in the frame rate, a technique for realizing high-speed reading of the imaging apparatus and a technique for reducing power consumption are required. In addition, a CMOS image sensor takes advantage of the characteristics that can be manufactured in the same process as a CMOS integrated circuit, converts charges into electrical signals for each pixel, and processes electrical signals read from the pixels in parallel for each column. The reading speed can be improved.
画素からの信号を列毎に並列に読み出す読み出し回路として、列毎に画素信号をアナログからデジタルに変換(以下、「AD変換」と記述する)する構成が知られている。このAD変換は、大まかには次のようにして行われる。先ず、垂直信号線に読み出されたアナログ電気信号を、列毎に配置されたコンパレータで参照電圧(ある傾きを持った線形に変化するスロープ波形)と比較する。それと同時に、コンパレータと同様に列毎に配置されたカウンタで一定周期のクロックに同期してカウント動作を開始する。その後、上記のアナログ電気信号と参照電圧との大小関係が逆転し、コンパレータの出力が反転した時点でカウンタのカウント動作を停止する。そして、最終的なカウンタのカウント値が、アナログ電気信号の大きさに応じたデジタル信号となる。 As a readout circuit that reads out signals from pixels in parallel for each column, a configuration is known in which pixel signals are converted from analog to digital (hereinafter referred to as “AD conversion”) for each column. This AD conversion is roughly performed as follows. First, an analog electric signal read out to a vertical signal line is compared with a reference voltage (a linearly changing slope waveform having a certain slope) by a comparator arranged for each column. At the same time, the counting operation is started in synchronization with a clock having a fixed period by a counter arranged for each column as in the comparator. Thereafter, when the magnitude relationship between the analog electric signal and the reference voltage is reversed and the output of the comparator is inverted, the counting operation of the counter is stopped. The final count value of the counter becomes a digital signal corresponding to the magnitude of the analog electric signal.
このようなAD変換手段を備えた固体撮像装置において、高速化を実現させる提案がされている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1によれば、行列状に2次元配列された複数の画素部から列毎に出力されるアナログ信号を保持する信号保持手段とスイッチ素子と、信号保持手段に保持されたアナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換手段とを備えている。更にAD変換手段による変換動作中にスイッチ素子をオフ状態に維持し、AD変換手段による変換動作と、画素部から列信号線にアナログ信号を読み出す動作とを並列に駆動することで、信号読み出しの高速化を行う。
In a solid-state imaging device provided with such AD conversion means, a proposal has been made to realize high speed (for example, see Patent Document 1). According to
特許文献1において、AD変換動作中にスイッチ素子をオフ状態に維持することで、画素の信号成分のAD変換期間に、画素信号のアナログ出力部と信号保持手段とを電気的に遮断することが可能となる。それにより、画素部内の電荷保持手段で発生するリーク成分が信号保持手段に伝達されないようにすることができるが、大きな信号が転送されることにより発生する電源変動によるノイズの伝達について考慮されていない。
In
一般的に、高輝度な被写体の像を受光した際、画素部からの光電変換信号は大きく、信号転送時に電源変動を起こし、画像信号に影響を与えることが知られている。例えば、特許文献1では、信号保持手段に保持されたリセット成分をAD変換する動作と、光電変換されたアナログ信号を画素部から読み出す動作を並列に行うようにしている。このため、高輝度な被写体の像を受光して信号保持手段やAD変換器の電源・グランドのレベル変動が発生し、リセット成分のAD変換時にノイズが発生してしまう。
In general, it is known that when a high-luminance subject image is received, the photoelectric conversion signal from the pixel portion is large, causing a power supply fluctuation during signal transfer and affecting the image signal. For example, in
本発明の目的は、高輝度な被写体の像を受光して電源変動が発生しても、アナログデジタル変換時のノイズを低減することができる撮像装置及び撮像装置の駆動方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide an imaging apparatus and a driving method of the imaging apparatus that can reduce noise at the time of analog-to-digital conversion even when a power supply fluctuation occurs due to receiving a high-luminance subject image. .
本発明の撮像装置は、光電変換部を含む画素と、信号を保持する保持部と、信号をアナログからデジタルに変換するアナログデジタル変換部とを有し、前記アナログデジタル変換部は、前記画素のリセット解除状態における前記画素の出力信号に基づく信号をアナログからデジタルに変換し、前記アナログデジタル変換部は、前記画素の前記光電変換部による光電変換に基づく信号を前記保持部を介して入力し、前記入力した前記画素の前記光電変換部による光電変換に基づく信号をアナログからデジタルに変換し、前記アナログデジタル変換部が前記画素のリセット解除状態における前記画素の出力信号に基づく信号をアナログからデジタルに変換する期間は、前記画素の前記光電変換部による光電変換に基づく信号が前記保持部に書き込まれる期間の前又は後であることを特徴とする。 An imaging apparatus according to the present invention includes a pixel including a photoelectric conversion unit, a holding unit that holds a signal, and an analog-to-digital conversion unit that converts a signal from analog to digital. A signal based on the output signal of the pixel in the reset release state is converted from analog to digital, and the analog-digital conversion unit inputs a signal based on photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit of the pixel via the holding unit, A signal based on photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit of the input pixel is converted from analog to digital, and the analog-digital conversion unit converts a signal based on the output signal of the pixel in a reset release state of the pixel from analog to digital. During the conversion period, a signal based on photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit of the pixel is written to the holding unit. And wherein the period is before or after being.
本発明によれば、高輝度な被写体の像を受光して電源変動が発生しても、アナログデジタル変換時のノイズを低減することができるので、撮影者の意図した画像を出力可能である。 According to the present invention, even when a power supply fluctuation occurs due to receiving a high-luminance subject image, noise during analog-digital conversion can be reduced, so that an image intended by the photographer can be output.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態による画素100の構成例を示す回路図である。画素100は、フォトダイオード101と、転送トランジスタ102と、リセットトランジスタ103と、増幅トランジスタ104と、選択トランジスタ105と、フローティングディフュージョン106とを有する。フォトダイオード101は、光を電荷に変換して蓄積する光電変換部である。フォトダイオード101のアノードは、グランド電位ノードに接続される。フォトダイオード101のカソードは、転送トランジスタ102を介して、フローティングディフュージョン106に接続される。増幅トランジスタ104のゲートは、フローティングディフュージョン106に接続される。フローティングディフュージョン106は、フローティングディフュージョン106をリセットするためのリセットトランジスタ103のソースに接続される。リセットトランジスタ103のドレインは、電源電圧ノードVDDに接続される。増幅トランジスタ104は、ドレインが電源電圧ノードVDDに接続され、ソースが選択トランジスタ105のドレインに接続される。選択トランジスタ105のソースは、出力端子OUTに接続される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a
転送トランジスタ102は、信号PTXに応じて、フォトダイオード101の電荷をフローティングディフュージョン106に転送する。フローティングディフュージョン106は、電荷を蓄積する。リセットトランジスタ103は、信号PRESに応じて、フローティングディフュージョン106をリセットする。増幅トランジスタ104は、フローティングディフュージョン106に蓄積された電荷に基づく電圧を出力する。選択トランジスタ105は、信号PSELに応じて、増幅トランジスタ104の出力電圧を出力端子OUTに出力する。出力端子OUTは、垂直出力線VL(図3)に接続される。増幅トランジスタ104は、選択トランジスタ105を介して、垂直出力線VLの負荷である定電流源301(図3)に接続されることで、ソースフォロワアンプとして機能する。なお、信号PTX、PRES及びPSELは、図2の垂直走査手段202から出力される。
The
図2は、本実施形態による撮像装置200の構成例を示す図である。撮像装置200は、画素部201、垂直走査手段202、読み出し部203、水平走査手段204、及び差分出力回路150を有する。撮像装置200は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像システムに搭載して使用することが可能である。画素部201は、行列状に配列された複数の画素100(図1)を有し、光学系により結像された光学像を受光し、画像信号を出力する。垂直走査手段202は、信号PTX、PRES及びPSELを生成し、画素部201内の画素100を行単位で順に選択する。選択された行の画素100は、画素信号を読み出し部203に出力する。読み出し部203は、1行分の画素信号をアナログからデジタルに変換する。水平走査手段204は、信号PH(図4)を読み出し部203に出力することにより、各列の画素100の信号を順に差分出力回路150に転送させる。なお、撮像装置200は、上記の各回路にタイミング信号を提供するタイミングジェネレータ等を備えても良い。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the
図3は、読み出し部203の1列分の構成例を示す回路図である。図3の読み出し部203の構成は、画素100の列毎に設けられる。また、垂直出力線(列出力線)VLも、画素100の列毎に設けられる。複数列の読み出し部203は、それぞれ、複数列の列出力線VLを介して、複数列の画素100に接続される。1本の列出力線VLには、同じ列の複数の画素100が接続される。選択トランジスタ105のソースは、列出力線VLに接続される。定電流源301は、列出力線VLの負荷であり、列出力線VLに接続される。
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration example of one column of the
次に、読み出し部203の構成を説明する。容量302は、列出力線VL及び増幅アンプ304の入力端子間に接続される。容量303及びスイッチ305の並列接続回路は、増幅アンプ304の入力端子及び出力端子間に接続される。増幅アンプ304は、容量302及び列出力線VLを介して画素100から入力した信号を増幅する。増幅アンプ304の増幅度は、容量302及び303の比により決まる。スイッチ305は、容量302及び303をリセット(読み出し部203をリセット)するためのスイッチであり、信号PC0R(図4)により制御される。
Next, the configuration of the
スイッチ306は、信号PTN(図4)に応じて、画素100のリセット解除時における増幅アンプ304の出力信号をコンパレータ310に出力するためのスイッチである。容量308は、信号を保持する保持部である。スイッチ307は、信号PTS(図4)に応じて、画素100の光電変換部による光電変換に基づく信号の出力時における増幅アンプ304の出力信号を容量308に蓄積するためのスイッチである。スイッチ309は、容量308に蓄積されている信号をコンパレータ310に出力するためのスイッチである。
The
ランプ電圧生成器311は、各列に共通に設けられ、ある傾きを持った線形に変化するスロープ波形の参照信号RAMP(図4)を各列のコンパレータ310に出力する。コンパレータ310は、ランプ電圧生成器311が出力する参照信号RAMPと、スイッチ306又は309により出力される信号とを比較し、両者の大小関係が逆転すると、出力信号を反転させる。
The ramp voltage generator 311 is provided in common for each column, and outputs a reference signal RAMP (FIG. 4) having a slope and linearly changing with a certain slope to the
クロック供給手段313は、各列に共通に設けられ、一定周期のクロック信号を各列のカウンタ312に出力する。カウンタ312は、参照信号RAMPのスロープ波形の生成が開始されると、クロック供給手段313から供給されるクロックに同期したカウント動作を開始する。その後、コンパレータ310の出力信号が反転した時点で、カウンタ312のカウント動作を停止する。その後、スイッチ306がオンしているときのカウンタ312のカウント値は、Nラッチ314aに記憶される。また、スイッチ309がオンしているときのカウンタ312のカウント値は、Sラッチ314bに記憶される。Nラッチ314a及びSラッチ314bのカウント値は、画素100が出力するアナログ信号に応じたデジタル信号である。すなわち、読み出し部203は、画素100が出力する信号をアナログからデジタルに変換するアナログデジタル変換部を有する。アナログデジタル変換部は、コンパレータ310、ランプ電圧生成器311、カウンタ312、クロック供給手段313、Nラッチ314a及びSラッチ314bを有する。Nラッチ314aは、画素100のリセット解除時におけるデジタル信号を記憶する。Sラッチ314aは、画素100の光電変換部による光電変換に基づく信号の出力時におけるデジタル信号を記憶する。その後、図2の水平走査手段204は、Nラッチ314a及びSラッチ314bに記憶されたデジタル信号を列毎に順に差分出力回路150に転送する。差分出力回路150は、Nラッチ314a及びSラッチ314bに記憶されているデジタル信号の差分を出力することにより、ノイズを除去した画素信号を出力することができる。
The
図4は、本実施形態による撮像装置200の駆動方法を示すタイミングチャートであり、撮像装置200がローリングシャッタ動作を行ったときの読み出し動作を示す。各信号がハイレベルになることにより、各信号に対応するトランジスタ及びスイッチがオンするものとする。
FIG. 4 is a timing chart showing a driving method of the
時刻T1〜T3では、信号PRES及びPC0Rがハイレベルである。すると、リセットトランジスタ103がオンし、全画素100のフローティングディフュージョン106がリセット状態になる。また、スイッチ305がオンし、全列の読み出し部203の容量302及び303がリセット、つまり読み出し部203がリセットされている。
At times T1 to T3, the signals PRES and PC0R are at a high level. Then, the
時刻T2〜T8では、0行目の画素100の信号PSELがハイレベルになり、0行目の画素100の選択トランジスタ105がオンする。次に、時刻T3では、信号PRES及びPC0Rがローレベルになる。すると、リセットトランジスタ103がオフし、全画素100のフローティングディフュージョン106のリセットが解除される。また、スイッチ305がオフし、全列の読み出し部203の容量302及び303のリセットが解除される。
At times T2 to T8, the signal PSEL of the
また、時刻T3〜T5では、信号PTNがハイレベルになり、スイッチ306がオンし、増幅アンプ304の出力信号がコンパレータ310に入力される。ここで、増幅アンプ304の出力信号は、フローティングディフュージョン106のリセット解除後の信号(つまりリセット成分)である。
Further, at time T3 to T5, the signal PTN becomes high level, the
時刻T4〜T5では、ランプ電圧生成器311は、スロープ波形の参照信号RAMPをコンパレータ310に出力する。参照信号RAMPは、時間と共にレベルが大きくなる。カウンタ312は、時刻T4で、クロック信号に同期してカウント動作を開始する。コンパレータ310は、参照信号RAMPが増幅アンプ304の出力信号より大きくなると、出力信号を反転させる。すると、カウンタ312は、カウント動作を終了する。カウンタ312のカウント値は、リセット成分としてNラッチ314aにラッチされる。これにより、リセット成分がアナログからデジタルに変換される。時刻T5では、ランプ電圧生成器311は、参照信号RAMPを初期値に戻す。
At times T4 to T5, the ramp voltage generator 311 outputs a reference signal RAMP having a slope waveform to the
また、時刻T5〜T6では、0行目の画素100の信号PTXがハイレベルになり、転送トランジスタ102がオンする。すると、0行目の画素100において、転送トランジスタ102は、フォトダイオード101の電荷をフローティングディフュージョン106に転送する。フォトダイオード101が光電変換により生成した電荷は、フローティングディフュージョン106に転送される。
Further, at time T5 to T6, the signal PTX of the
また、時刻T5〜T7では、信号PTSがハイレベルになり、スイッチ307がオンし、増幅アンプ304の出力信号が容量308に保持される。次に、時刻T8〜T10では、信号PADがハイレベルになり、スイッチ309がオンする。すると、容量308に保持されている信号は、コンパレータ310に出力される。
At times T5 to T7, the signal PTS goes high, the
また、時刻T8〜T10では、ランプ電圧生成器311は、スロープ波形の参照信号RAMPをコンパレータ310に出力する。参照信号RAMPは、時間と共にレベルが大きくなる。カウンタ312は、時刻T8で、クロック信号に同期してカウント動作を開始する。コンパレータ310は、参照信号RAMPが増幅アンプ304の出力信号より大きくなると、出力信号を反転させる。すると、カウンタ312は、カウント動作を終了する。カウンタ312のカウント値は、光電変換信号としてSラッチ314bにラッチされる。これにより、光電変換信号がアナログからデジタルに変換される。
In addition, at times T8 to T10, the ramp voltage generator 311 outputs a reference signal RAMP having a slope waveform to the
その後、時刻T11〜T15では、読み出し部203は、信号PHに応じて、Nラッチ314a及びSラッチ314bに記憶された0行目の信号を、差分出力回路150に順次列毎に出力する。差分出力回路150は、Sラッチ314bの信号及びNラッチ314aの信号の差分を出力する。
Thereafter, at times T11 to T15, the
時刻T9では、1行目の画素100の信号PSELがローレベルからハイレベルに変化することにより、1行目の画素100の選択トランジスタ105がオンする。時刻T8〜T11では、信号PRES及びPC0Rがハイレベルである。すると、リセットトランジスタ103がオンし、全画素100のフローティングディフュージョン106がリセット状態になる。また、スイッチ305がオンし、全列の読み出し部203の容量302及び303がリセット、つまり読み出し部203がリセットされる。
At time T9, the signal PSEL of the
次に、時刻T11では、信号PRES及びPC0Rがローレベルになる。すると、リセットトランジスタ103がオフし、全画素100のフローティングディフュージョン106のリセットが解除される。また、スイッチ305がオフし、全列の読み出し部203の容量302及び303のリセットが解除される。
Next, at time T11, the signals PRES and PC0R become low level. Then, the
また、時刻T11では、信号PTNがハイレベルになり、スイッチ306がオンし、増幅アンプ304の出力信号がコンパレータ310に入力される。ここで、増幅アンプ304の出力信号は、フローティングディフュージョン106のリセット解除後の信号(つまりリセット成分)である。
At time T11, the signal PTN goes high, the
次に、時刻T12〜T13では、ランプ電圧生成器311は、スロープ波形の参照信号RAMPをコンパレータ310に出力する。カウンタ312は、時刻T12で、クロック信号に同期してカウント動作を開始する。コンパレータ310は、参照信号RAMPが増幅アンプ304の出力信号より大きくなると、出力信号を反転させる。すると、カウンタ312は、カウント動作を終了する。カウンタ312のカウント値は、リセット成分としてNラッチ314aにラッチされる。
Next, at times T12 to T13, the ramp voltage generator 311 outputs a reference signal RAMP having a slope waveform to the
また、時刻T13〜T14では、1行目の画素100の信号PTXがハイレベルになり、転送トランジスタ102がオンする。すると、1行目の画素100において、転送トランジスタ102は、フォトダイオード101の電荷をフローティングディフュージョン106に転送する。フォトダイオード101が光電変換により生成した電荷は、フローティングディフュージョン106に転送される。
In addition, from time T13 to T14, the signal PTX of the
また、時刻T13〜T15では、信号PTSがハイレベルになり、スイッチ307がオンし、増幅アンプ304の出力信号が容量308に保持される。次に、時刻T16〜T17では、信号PADがハイレベルになり、スイッチ309がオンする。すると、容量308に保持されている信号は、コンパレータ310に出力される。
At times T13 to T15, the signal PTS goes high, the
また、時刻T16〜T17では、ランプ電圧生成器311は、スロープ波形の参照信号RAMPをコンパレータ310に出力する。カウンタ312は、時刻T16で、クロック信号に同期してカウント動作を開始する。コンパレータ310は、参照信号RAMPが増幅アンプ304の出力信号より大きくなると、出力信号を反転させる。すると、カウンタ312は、カウント動作を終了する。カウンタ312のカウント値は、光電変換信号としてSラッチ314bにラッチされる。
In addition, at times T16 to T17, the ramp voltage generator 311 outputs a reference signal RAMP having a slope waveform to the
その後、時刻T18〜T19では、読み出し部203は、信号PHに応じて、Nラッチ314a及びSラッチ314bに記憶された1行目の信号を、差分出力回路150に順次列毎に出力する。差分出力回路150は、Sラッチ314bの信号及びNラッチ314aの信号の差分を出力する。
Thereafter, at times T18 to T19, the
上記で説明した動作を繰り返すことで、0行目から最終行までの画素信号を読み出すことができる。図4の下部には、各時刻に行われている動作を模式的に示している。時刻T4〜T5では、アナログデジタル変換部は、画素100のリセット解除状態における画素100の出力信号に基づく信号をアナログからデジタルに変換する(N_AD)。その後、時刻T5〜T7では、スイッチ307は、画素100の光電変換部による光電変換に基づく信号を容量308に書き込む(S転送)。その後、時刻T8〜T10では、アナログデジタル変換部は、容量308に書き込まれた画素100の光電変換部による光電変換に基づく信号をアナログからデジタルに変換する(S_AD)。
By repeating the operation described above, pixel signals from the 0th row to the last row can be read out. The operation performed at each time is schematically shown in the lower part of FIG. From time T4 to T5, the analog-to-digital converter converts a signal based on the output signal of the
アナログデジタル変換部は、画素100のリセット解除状態における画素100の出力信号に基づく信号をアナログからデジタルに変換する(N_AD)。アナログデジタル変換部は、画素100の光電変換部からの出力信号に基づく信号を容量308を介して入力し、その入力した画素の光電変換部からの出力信号に基づく信号をアナログからデジタルに変換する(S_AD)。
The analog-to-digital conversion unit converts a signal based on the output signal of the
時刻T3〜T5では、第3のスイッチ306は、画素100のリセット解除状態における画素100の出力信号に基づく信号をアナログデジタル変換部に入力する。その後、時刻T5〜T7では、第1のスイッチ307は、画素100の光電変換部からの出力信号に基づく信号を容量308に書き込む。その後、時刻T8〜T10では、第2のスイッチ309は、容量308に書き込まれた画素100の光電変換部からの出力信号に基づく信号をアナログデジタル変換部に入力する。
At times T3 to T5, the
ここで、注目するべきは、時刻T3〜T5では、リセット成分の信号が増幅アンプ304からコンパレータ310に転送され、アナログデジタル変換が行われる。これに対し、時刻T5〜T7では、光電変換信号が増幅アンプ304から容量308に転送され、その後、時刻T8〜T10では、容量308に保持されている信号がコンパレータ310に出力され、アナログデジタル変換が行われる。それと同時に、時刻T8〜T11では、画素100のフローティングディフュージョン106及び読み出し部203がリセットされる。
Here, it should be noted that at time T3 to T5, the signal of the reset component is transferred from the
つまり、光電変換信号が増幅アンプ304から容量308に転送されている時刻T5〜T7では、リセット成分の信号がアナログからデジタルに変換されていない。このため、高輝度な被写体の像を受光して容量308やアナログデジタル変換部の電源・グランドの電位変動が発生したとしても、リセット成分の信号のアナログデジタル変換時にノイズの影響を受けることはない。また、本実施形態は、スイッチ307に対応する容量308及びスイッチ309を有するが、スイッチ306に対応する容量及びスイッチを有しないので、半導体チップサイズを小型化できる。
That is, at time T5 to T7 when the photoelectric conversion signal is transferred from the
上記の様子を示したのが図5(A)である。図5(A)は、右方向に時間の経過を示しており、0行目から2行目の読み出し動作の並列処理の過程がわかるように示している。図5(A)において、0行目の画素100及び読み出し部203のリセット動作(リセット)、0行目のリセット成分の転送(N転送)、0行目のリセット成分のアナログデジタル変換(N_AD)、0行目の光電変換信号の転送(S転送)の順で処理が行われる。その後、1行目の画素100及び読み出し部203のリセット動作(リセット)と並行して、0行目の光電変換信号のアナログデジタル変換(S_AD)が行われる。その後、1行目のリセット成分の転送(N転送)、1行目のリセット成分のアナログデジタル変換(N_AD)、1行目の光電変換信号の転送(S転送)の順で処理が行われる。例えば、1行目で高輝度な被写体の像を受光していたとしても、その信号の転送時にアナログデジタル変換動作が行われていないので、ノイズを受けることはない。これにより、画質が向上する。
FIG. 5A shows the above situation. FIG. 5A shows the passage of time in the right direction so that the parallel processing process of the read operation from the 0th row to the 2nd row can be seen. In FIG. 5A, the reset operation (reset) of the
一方、図5(B)は、本実施形態の動作を行わない場合の読み出し動作を示しており、1行目の光電変換信号の転送(S転送)が行われるのと並行して、1行目のリセット成分のアナログデジタル変換(N_AD)が行われている。このため、1行目で高輝度な被写体の像を受光していた場合、光電変換信号の転送(S転送)時に1行目のリセット成分のアナログデジタル変換(N_AD)が行われているので、ノイズを受けてしまう。これにより、画質が低下する。 On the other hand, FIG. 5B shows a read operation when the operation of the present embodiment is not performed. In parallel with the transfer of the photoelectric conversion signal (S transfer) of the first row, Analog-digital conversion (N_AD) of the eye reset component is performed. For this reason, when a high-brightness subject image is received in the first row, the analog-to-digital conversion (N_AD) of the reset component in the first row is performed when the photoelectric conversion signal is transferred (S transfer). I get noise. This degrades the image quality.
図5(A)と図5(B)を比較すると、本実施形態の図5(A)の方がわずかに読み出し時間が長くなっている。ただし、本実施形態の図5(A)は、次行の画素100及び読み出し部203のリセット動作と並行して、前行の光電変換信号のアナログデジタル変換が行われており、十分な読み出し速度が確保されている。
Comparing FIG. 5A and FIG. 5B, the readout time is slightly longer in FIG. 5A of this embodiment. However, in FIG. 5A of this embodiment, analog-digital conversion of the photoelectric conversion signal of the previous row is performed in parallel with the reset operation of the
以上のように、本実施形態では、リセット成分の転送(N転送)、リセット成分のアナログデジタル変換(N_AD)、光電変換信号の転送(S転送)の順で処理が行われている。また、本実施形態では、光電変換信号のアナログデジタル変換(S_AD)と画素100及び読み出し部203のリセット動作が並行に行われている。なお、本実施形態は、この順序で行う処理に限られることない。リセット成分の転送(N転送)及びリセット成分のアナログデジタル変換(N_AD)と、光電変換信号の転送(S転送)及び光電変換信号のアナログデジタル変換(S_AD)との処理順序が逆でもよい。光電変換信号の転送(S転送)とリセット成分のアナログデジタル変換(N_AD)又は光電変換信号のアナログデジタル変換(S_AD)が並列処理されなければよい。
As described above, in this embodiment, processing is performed in the order of reset component transfer (N transfer), reset component analog-to-digital conversion (N_AD), and photoelectric conversion signal transfer (S transfer). In this embodiment, the analog-digital conversion (S_AD) of the photoelectric conversion signal and the reset operation of the
すなわち、まず、スイッチ307は、画素100の光電変換部よる光電変換に基づく信号を容量308に書き込む(S転送)。その後、アナログデジタル変換部は、容量308に書き込まれた画素100の光電変換部による光電変換に基づく信号をアナログからデジタルに変換する(S_AD)。その後、アナログデジタル変換部は、画素100のリセット解除状態における画素100の出力信号に基づく信号をアナログからデジタルに変換する(N_AD)。
That is, first, the
画素100のリセット解除状態における画素100の出力信号に基づく信号をアナログからデジタルに変換する期間(N_AD)は、画素100の光電変換部による光電変換に基づく信号が容量308に書き込まれる期間(S転送)とは重ならない。画素100のリセット解除状態における画素100の出力信号に基づく信号をアナログからデジタルに変換する期間(N_AD)は、画素100の光電変換部による光電変換に基づく信号が容量308に書き込まれる期間(S転送)の前又は後である。
A period (N_AD) in which a signal based on the output signal of the
差分出力回路150は、アナログデジタル変換部により変換された画素の光電変換部による光電変換に基づく信号と、アナログデジタル変換部により変換された画素のリセット解除状態における画素の出力信号に基づく信号との差分を出力する。
The
(第2の実施形態)
図6は、本発明の第2の実施形態による画素100及び読み出し部203の一列分の構成例を示す回路図である。本実施形態(図6)は、第1の実施形態(図3)に対して、読み出し部203内のスイッチ306を削除したものである。図6のスイッチ307は、図3のスイッチ306及び307を共通化したスイッチであり、信号PTSN(図7)により駆動される。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration example of one column of the
図7は、本実施形態による撮像装置200の駆動方法を示すタイミングチャートであり、撮像装置200がローリングシャッタ動作を行ったときの読み出し動作を示す。以下、本実施形態(図7)が第1の実施形態(図4)と異なる点を説明する。図7の信号PTSNは、図4の信号PTS及びPTNを共通化した信号であり、図4の信号PTS及びPTNの論理和(OR)信号である。信号PTSNは、時刻T3〜T7、T11〜T15、T18〜T19でハイレベルになる。また、信号PADは、時刻T8〜T10、T16〜T17の他、時刻T4〜T5、T12〜T13等でもハイレベルになる。
FIG. 7 is a timing chart showing a method for driving the
時刻T3〜T5では、信号PTSNのハイレベルにより、スイッチ307がオンし、ノイズ成分が増幅アンプ304から容量308に転送される。時刻T4〜T5では、信号PADのハイレベルにより、スイッチ309がオンし、容量308のノイズ成分はコンパレータ310に転送される。これにより、ノイズ成分は、アナログからデジタルに変換される。
At times T3 to T5, the
また、時刻T5〜T7では、信号PTSNのハイレベルにより、スイッチ307がオンし、光電変換信号が増幅アンプ304から容量308に転送される。時刻T8〜T10では、信号PADのハイレベルにより、スイッチ309がオンし、容量308の光電変換信号はコンパレータ310に転送される。これにより、光電変換信号は、アナログからデジタルに変換される。
At times T5 to T7, the
以上のように、時刻T4〜T5では、第1のスイッチ307及び第2のスイッチ309は、画素100のリセット解除状態における画素100の出力信号に基づく信号をアナログデジタル変換部に入力する。その後、時刻T5〜T7では、第1のスイッチ307は、画素100の光電変換部による光電変換に基づく信号を容量308に書き込む。その後、時刻T8〜T10では、第2のスイッチ309は、容量308に書き込まれた画素100の光電変換部による光電変換に基づく信号をアナログデジタル変換部に入力する。
As described above, from time T4 to T5, the
本実施形態は、第1の実施形態に対し、図3のスイッチ306を削減し、信号PTS及びPTNを信号PTSNとして共通化することにより、制御負荷を軽減することができる利点を有する。
Compared with the first embodiment, the present embodiment has an advantage that the control load can be reduced by reducing the
なお、上記実施形態は、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 in a limited manner. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
100 画素、101 フォトダイオード、306,307,309 スイッチ、308 容量、310 コンパレータ、311 ランプ電圧生成器、312 カウンタ、313 クロック供給手段、314a,314b ラッチ 100 pixels, 101 photodiode, 306, 307, 309 switch, 308 capacitor, 310 comparator, 311 ramp voltage generator, 312 counter, 313 clock supply means, 314a, 314b latch
Claims (9)
信号を保持する保持部と、
信号をアナログからデジタルに変換するアナログデジタル変換部とを有し、
前記アナログデジタル変換部は、前記画素のリセット解除状態における前記画素の出力信号に基づく信号をアナログからデジタルに変換し、
前記アナログデジタル変換部は、前記画素の前記光電変換部による光電変換に基づく信号を前記保持部を介して入力し、前記入力した前記画素の前記光電変換部による光電変換に基づく信号をアナログからデジタルに変換し、
前記アナログデジタル変換部が前記画素のリセット解除状態における前記画素の出力信号に基づく信号をアナログからデジタルに変換する期間は、前記画素の前記光電変換部による光電変換に基づく信号が前記保持部に書き込まれる期間の前又は後であることを特徴とする撮像装置。 A pixel including a photoelectric conversion unit;
A holding unit for holding a signal;
An analog-to-digital converter that converts the signal from analog to digital,
The analog-to-digital conversion unit converts a signal based on the output signal of the pixel in the reset release state of the pixel from analog to digital,
The analog-to-digital conversion unit inputs a signal based on photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit of the pixel via the holding unit, and converts the input signal based on photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit of the pixel from analog to digital Converted to
During the period in which the analog-to-digital conversion unit converts the signal based on the output signal of the pixel in the reset release state of the pixel from analog to digital, a signal based on photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit of the pixel is written to the holding unit An imaging device characterized by being before or after a predetermined period.
その後、前記画素の前記光電変換部による光電変換に基づく信号が前記保持部に書き込まれ、
その後、前記アナログデジタル変換部は、前記保持部に書き込まれた前記画素の前記光電変換部による光電変換に基づく信号をアナログからデジタルに変換することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 The analog-to-digital conversion unit converts a signal based on the output signal of the pixel in the reset release state of the pixel from analog to digital,
Thereafter, a signal based on photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit of the pixel is written to the holding unit,
2. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the analog-to-digital conversion unit converts a signal based on photoelectric conversion of the pixel written in the holding unit by the photoelectric conversion unit from analog to digital.
その後、前記アナログデジタル変換部は、前記保持部に書き込まれた前記画素の前記光電変換部による光電変換に基づく信号をアナログからデジタルに変換し、
その後、前記アナログデジタル変換部は、前記画素のリセット解除状態における前記画素の出力信号に基づく信号をアナログからデジタルに変換することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 A signal based on photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit of the pixel is written to the holding unit,
Thereafter, the analog-to-digital conversion unit converts a signal based on photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit of the pixel written in the holding unit from analog to digital,
2. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the analog-to-digital conversion unit converts a signal based on an output signal of the pixel in a reset release state of the pixel from analog to digital.
前記保持部に書き込まれた前記画素の前記光電変換部による光電変換に基づく信号を前記アナログデジタル変換部に入力するための第2のスイッチと、
前記画素のリセット解除状態における前記画素の出力信号に基づく信号を前記アナログデジタル変換部に入力するための第3のスイッチと
を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像装置。 A first switch for writing a signal based on photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit of the pixel to the holding unit;
A second switch for inputting a signal based on photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit of the pixel written in the holding unit to the analog-digital conversion unit;
4. The device according to claim 1, further comprising: a third switch for inputting a signal based on an output signal of the pixel in a reset release state of the pixel to the analog-digital conversion unit. Imaging device.
前記保持部に書き込まれた前記画素の前記光電変換部による光電変換に基づく信号を前記アナログデジタル変換部に入力するための第2のスイッチと、
前記画素のリセット解除状態における前記画素の出力信号に基づく信号を前記アナログデジタル変換部に入力するための第3のスイッチとを有し、
前記第3のスイッチは、前記画素のリセット解除状態における前記画素の出力信号に基づく信号を前記アナログデジタル変換部に入力し、
その後、前記第1のスイッチは、前記画素の前記光電変換部による光電変換に基づく信号を前記保持部に書き込み、
その後、前記第2のスイッチは、前記保持部に書き込まれた前記画素の前記光電変換部による光電変換に基づく信号を前記アナログデジタル変換部に入力することを特徴とする請求項2記載の撮像装置。 A first switch for writing a signal based on photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit of the pixel to the holding unit;
A second switch for inputting a signal based on photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit of the pixel written in the holding unit to the analog-digital conversion unit;
A third switch for inputting a signal based on the output signal of the pixel in the reset release state of the pixel to the analog-digital conversion unit;
The third switch inputs a signal based on the output signal of the pixel in the reset release state of the pixel to the analog-digital conversion unit,
Thereafter, the first switch writes a signal based on photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit of the pixel to the holding unit,
3. The imaging apparatus according to claim 2, wherein the second switch inputs a signal based on photoelectric conversion of the pixel written in the holding unit by the photoelectric conversion unit to the analog-digital conversion unit. .
前記保持部に書き込まれた前記画素の出力信号に基づく信号を前記アナログデジタル変換部に入力するための第2のスイッチと
を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像装置。 A first switch for writing a signal based on the output signal of the pixel to the holding unit;
4. The device according to claim 1, further comprising: a second switch for inputting a signal based on the output signal of the pixel written in the holding unit to the analog-digital conversion unit. Imaging device.
前記保持部に書き込まれた前記画素の出力信号に基づく信号を前記アナログデジタル変換部に入力するための第2のスイッチとを有し、
前記第1のスイッチ及び前記第2のスイッチは、前記画素のリセット解除状態における前記画素の出力信号に基づく信号を前記アナログデジタル変換部に入力し、
その後、前記第1のスイッチは、前記画素の前記光電変換部による光電変換に基づく信号を前記保持部に書き込み、
その後、前記第2のスイッチは、前記保持部に書き込まれた前記画素の前記光電変換部による光電変換に基づく信号を前記アナログデジタル変換部に入力することを特徴とする請求項2記載の撮像装置。 A first switch for writing a signal based on the output signal of the pixel to the holding unit;
A second switch for inputting a signal based on the output signal of the pixel written in the holding unit to the analog-digital conversion unit;
The first switch and the second switch input a signal based on the output signal of the pixel in the reset release state of the pixel to the analog-digital conversion unit,
Thereafter, the first switch writes a signal based on photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit of the pixel to the holding unit,
3. The imaging apparatus according to claim 2, wherein the second switch inputs a signal based on photoelectric conversion of the pixel written in the holding unit by the photoelectric conversion unit to the analog-digital conversion unit. .
信号を保持する保持部と、
信号をアナログからデジタルに変換するアナログデジタル変換部とを有する撮像装置の駆動方法であって、
前記アナログデジタル変換部により、前記画素のリセット解除状態における前記画素の出力信号に基づく信号をアナログからデジタルに変換するステップと、
前記アナログデジタル変換部により、前記画素の前記光電変換部による光電変換に基づく信号を前記保持部を介して入力し、前記入力した前記画素の前記光電変換部による光電変換に基づく信号をアナログからデジタルに変換するステップとを有し、
前記アナログデジタル変換部が前記画素のリセット解除状態における前記画素の出力信号に基づく信号をアナログからデジタルに変換する期間は、前記画素の前記光電変換部による光電変換に基づく信号が前記保持部に書き込まれる期間の前又は後であることを特徴とする撮像装置の駆動方法。 A pixel including a photoelectric conversion unit;
A holding unit for holding a signal;
A method for driving an imaging apparatus having an analog-to-digital converter that converts a signal from analog to digital,
Converting the signal based on the output signal of the pixel in the reset release state of the pixel from analog to digital by the analog-digital conversion unit;
The analog-to-digital conversion unit inputs a signal based on photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit of the pixel via the holding unit, and the input signal based on photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit of the pixel is converted from analog to digital. And converting to
During the period in which the analog-to-digital conversion unit converts the signal based on the output signal of the pixel in the reset release state of the pixel from analog to digital, a signal based on photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit of the pixel is written to the holding unit A method for driving an imaging apparatus, characterized by being before or after a predetermined period.
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