JP2016184869A - Solid-state image pickup device and driving method for the same - Google Patents

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和樹 原口
Kazuki Haraguchi
和樹 原口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state image pickup device that can increase the analog-to-digital conversion speed without greatly increasing power consumption.SOLUTION: The solid-state image pickup device includes a pixel for performing photoelectric conversion, a comparison circuit for comparing a reference signal varying with a gradient and an output signal of the pixel, and a counter for receiving a comparison result of the comparison circuit and counting up until the magnitude relationship between the reference signal and the output signal of the pixel is reversed. When the output signal of the pixel is within a first range, the comparison circuit compares the output signal of the pixel and the first reference signal. When the output signal of the pixel is within a second range, the comparison circuit compares the output signal of the pixel and the second reference signal. The comparison range of the first reference signal to be compared by the comparison circuit and the comparison range of the second reference signal to be compared by the comparison circuit are different from each other. The absolute value of the gradient of the first reference signal and the absolute value of the gradient of the second reference signal are different from each other.SELECTED DRAWING: Figure 11

Description

本発明は、固体撮像装置及び固体撮像装置の駆動方法に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and a driving method of the solid-state imaging device.

近年、列並列型アナログデジタル変換方式の固体撮像装置が普及している。列並列型アナログデジタル変換方式の固体撮像装置は、行列状に配列された複数の画素を有する画素アレイと、各列の画素信号を読み出してアナログデジタル変換を行う列アナログデジタル変換回路を備えている。列アナログデジタル変換回路は、比較器及びカウンタを有する。アナログデジタル変換の方法の一つとして、シングルスロープ方式と呼ばれる方法が知られている。   In recent years, solid-state imaging devices using a column parallel type analog-digital conversion method have become widespread. A solid-state imaging device of a column parallel type analog-digital conversion system includes a pixel array having a plurality of pixels arranged in a matrix, and a column analog-digital conversion circuit that reads out a pixel signal of each column and performs analog-digital conversion. . The column analog-digital conversion circuit includes a comparator and a counter. As one of analog-digital conversion methods, a method called a single slope method is known.

シングルスロープ方式は、比較器の一方の入力にアナログ画素信号を入力し、他方の入力に参照信号として時刻とともにある傾きを持って電位が変化するスロープ信号を入力する。カウンタは、比較開始から比較器の出力信号が反転するまでの時間をカウントし、そのカウント値を保持する。そのカウント値がデジタル信号として出力される。   In the single slope method, an analog pixel signal is input to one input of a comparator, and a slope signal whose potential changes with a certain slope with time is input to the other input as a reference signal. The counter counts the time from the start of comparison until the output signal of the comparator is inverted, and holds the count value. The count value is output as a digital signal.

このようなシングルスロープ方式の課題として、アナログデジタル変換処理にかかる時間が長いことが挙げられる。例えば、アナログ信号を10ビットのデジタル値に変換する場合、1024クロック分もの期間が必要となる。クロック周波数を変えることなく、より高分解能にする場合にはビット数に応じて指数関数的にアナログデジタル変換処理にかかる時間は増大していく。同じ時間で高分解能にする方法の一つにクロック周波数を高くすることが考えられるが、クロック周波数に比例して比較器及びカウンタ等の消費電力が増大するという課題があり、現実的でない。   One problem with such a single slope method is that it takes a long time to perform analog-digital conversion processing. For example, when an analog signal is converted into a 10-bit digital value, a period of 1024 clocks is required. In the case of higher resolution without changing the clock frequency, the time required for the analog-digital conversion process increases exponentially according to the number of bits. One way to achieve high resolution at the same time is to increase the clock frequency. However, there is a problem that the power consumption of the comparator and the counter increases in proportion to the clock frequency, which is not practical.

これに対し、特許文献1では、アナログデジタル変換処理速度を向上させる技術が開示されている。具体的には、黒信号レベルから飽和信号レベルに向かう傾きを持つ第1の参照信号と、第1の参照信号の傾きと極性の異なる傾きを持つ第2の参照信号の2つの参照信号とそれぞれに対応する2つの比較器を有する。第1の参照信号は黒信号レベルを開始電位とし、第2の参照信号は飽和信号レベルを開始電位とする。第1及び第2の参照信号は、それぞれ、画素信号と比較され、2つの比較器の内、先に反転した出力信号を用いてアナログデジタル変換を行う。このような動作を行うことで、アナログデジタル変換処理時間を短縮することが可能になる。   On the other hand, Patent Document 1 discloses a technique for improving the analog-digital conversion processing speed. Specifically, two reference signals, a first reference signal having a slope from the black signal level toward the saturation signal level, and a second reference signal having a slope different from the slope of the first reference signal, respectively. It has two comparators corresponding to. The first reference signal has a black signal level as a start potential, and the second reference signal has a saturation signal level as a start potential. The first and second reference signals are respectively compared with the pixel signal, and analog-to-digital conversion is performed using the output signal inverted first of the two comparators. By performing such an operation, it is possible to shorten the analog-digital conversion processing time.

特開2010−251957号公報JP 2010-251957 A

しかし、特許文献1の構成では、2つの参照信号を用いてアナログデジタル変換を行うために2つの参照信号を同時に出力するとともに、2つの比較器を同時に動作させる必要がある。そのため、アナログデジタル変換処理の時間を短縮できるものの、シングルスロープ方式と比べて消費電力が大幅に増加してしまう。   However, in the configuration of Patent Document 1, in order to perform analog-digital conversion using two reference signals, it is necessary to simultaneously output two reference signals and simultaneously operate two comparators. Therefore, although the time for analog-digital conversion processing can be shortened, the power consumption is greatly increased compared to the single slope method.

本発明の目的は、消費電力を大幅に増加させることなく、アナログデジタル変換速度を高速化できる固体撮像装置及び固体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 a solid-state imaging device and a driving method of the solid-state imaging device that can increase the analog-digital conversion speed without significantly increasing power consumption.

本発明の固体撮像装置は、光電変換を行う画素と、ある傾きで変化する参照信号と前記画素の出力信号とを比較する比較回路と、前記比較回路の比較結果を入力し、前記参照信号及び前記画素の出力信号の大小関係が逆転するまでカウントを行うカウンタとを有し、前記比較回路は、前記画素の出力信号が第1の範囲内である場合には、第1の参照信号と前記画素の出力信号とを比較し、前記画素の出力信号が第2の範囲内である場合には、第2の参照信号と前記画素の出力信号とを比較し、前記比較回路が比較する前記第1の参照信号の比較範囲と前記比較回路が比較する前記第2の参照信号の比較範囲は、相互に異なり、前記第1の参照信号の傾きの絶対値と前記第2の参照信号の傾きの絶対値は、相互に異なることを特徴とする。   The solid-state imaging device of the present invention inputs a pixel that performs photoelectric conversion, a comparison circuit that compares a reference signal that changes with a certain inclination with an output signal of the pixel, and a comparison result of the comparison circuit, and the reference signal and A counter that counts until the magnitude relationship of the output signals of the pixels is reversed, and the comparison circuit, when the output signal of the pixels is within a first range, When the output signal of the pixel is within the second range, the second reference signal is compared with the output signal of the pixel, and the comparison circuit compares the second output signal. The comparison range of one reference signal and the comparison range of the second reference signal compared by the comparison circuit are different from each other, and the absolute value of the slope of the first reference signal and the slope of the second reference signal are different. Absolute values are different from each other.

消費電力を大幅に増加させることなく、アナログデジタル変換速度を高速化できる。   Analog-digital conversion speed can be increased without significantly increasing power consumption.

第1の実施形態に係る固体撮像装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the solid-state imaging device which concerns on 1st Embodiment. 比較回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of a comparison circuit. デジタルアナログ変換器の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of a digital analog converter. デジタルアナログ変換器の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of a digital analog converter. 信号処理部の補正処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the correction process of a signal processing part. アナログデジタル変換を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows analog digital conversion. アナログデジタル変換を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows analog digital conversion. 第2の実施形態に係る固体撮像装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the solid-state imaging device which concerns on 2nd Embodiment. デジタルアナログ変換器の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of a digital analog converter. デジタルアナログ変換器の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of a digital analog converter. 参照信号を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows a reference signal. 第3の実施形態に係る比較回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the comparison circuit which concerns on 3rd Embodiment. デジタルアナログ変換器の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of a digital analog converter. 信号処理部の補正処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the correction process of a signal processing part. 参照信号を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows a reference signal.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。画素部100は、行列状に配置される複数の画素110を有する。画素110は、行列状に複数設けられる。複数の画素110の各々は、光電変換を行う光電変換部及び4個のトランジスタ(ともに不図示)を有し、受光量に応じた電気信号を出力する。複数の列信号線101は、複数の画素110の列毎に設けられる。垂直選択回路(VSR)102は、複数の画素110の行を順に選択し、選択した行の画素110の信号を列信号線101に出力させる。具体的には、垂直選択回路102は、画素110をリセットし、画素110のリセット解除状態におけるノイズ信号を列信号線101に出力させる。以下、この動作をN読みと呼ぶ。また、垂直選択回路102は、画素110の光電変換に基づく光信号を列信号線101に出力させる。以下、この動作をS読みと呼ぶ。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a solid-state imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention. The pixel unit 100 includes a plurality of pixels 110 arranged in a matrix. A plurality of pixels 110 are provided in a matrix. Each of the plurality of pixels 110 includes a photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion and four transistors (both not shown), and outputs an electrical signal corresponding to the amount of received light. The plurality of column signal lines 101 are provided for each column of the plurality of pixels 110. The vertical selection circuit (VSR) 102 sequentially selects the rows of the plurality of pixels 110 and outputs the signals of the pixels 110 in the selected row to the column signal line 101. Specifically, the vertical selection circuit 102 resets the pixel 110 and causes the column signal line 101 to output a noise signal in a reset release state of the pixel 110. Hereinafter, this operation is referred to as N reading. In addition, the vertical selection circuit 102 causes the column signal line 101 to output an optical signal based on the photoelectric conversion of the pixel 110. Hereinafter, this operation is referred to as S reading.

画素110は、リセット動作により正の電源電位にリセットされるため、N読み時における列信号線101の電位は、正の電源電位に対してノイズ分低下した電位になる。また、画素110は、光電変換により光を電子(負電荷)に変換するため、S読み時における列信号線101の電位は、正の電源電位に対してノイズ及び光電変換信号分低下した電位になる。すなわち、画素110の受光量が少ない場合には、列信号線101の電位は比較的高く、画素110の受光量が多い場合には、列信号線101の電位は比較的低くなる。信号処理部109は、S読みによる光信号とN読みによるノイズ信号との差分を出力することにより、リセット解除時に発生するノイズを除去する相関二重サンプリングを行う。   Since the pixel 110 is reset to a positive power supply potential by the reset operation, the potential of the column signal line 101 at the time of N reading is a potential that is lower than the positive power supply potential by noise. Further, since the pixel 110 converts light into electrons (negative charge) by photoelectric conversion, the potential of the column signal line 101 at the time of S reading is a potential that is reduced by noise and a photoelectric conversion signal with respect to the positive power supply potential. Become. That is, when the amount of light received by the pixel 110 is small, the potential of the column signal line 101 is relatively high, and when the amount of light received by the pixel 110 is large, the potential of the column signal line 101 is relatively low. The signal processing unit 109 performs correlated double sampling to remove noise generated at the time of reset cancellation by outputting a difference between an optical signal by S reading and a noise signal by N reading.

デジタルアナログ変換器(DAC)106は、カウント信号Cntに応じて、第1の参照信号Pslope1、第2の参照信号Pslope2、及び第3の参照信号Pslope3を生成する。そして、DAC106は、第1の参照信号Pslope1又は第2の参照信号Pslope2を信号線Aに出力し、第3の参照信号Pslope3を信号線Bに出力する。第1の参照信号Pslope1は、N読み時に使用される所定の傾きで変化する参照信号である。第2の参照信号Pslope2は、S読み時において、列信号線101のアナログ信号電位Vln(図2)が閾値電位Vthより大きい場合に使用される所定の傾きで変化する参照信号である。第3の参照信号Pslope3は、S読み時において、列信号線101のアナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより小さい場合に使用される所定の傾きで変化する参照信号である。第1の参照信号Pslope1と第2の参照信号Pslope2は、図6に示すように、傾きの極性が異なる。第1の参照信号Pslope1と第3の参照信号Pslope3は、図7に示すように、傾きの絶対値が異なる。   The digital-analog converter (DAC) 106 generates a first reference signal Pslope1, a second reference signal Pslope2, and a third reference signal Pslope3 according to the count signal Cnt. Then, the DAC 106 outputs the first reference signal Pslope 1 or the second reference signal Pslope 2 to the signal line A, and outputs the third reference signal Pslope 3 to the signal line B. The first reference signal Pslope1 is a reference signal that changes at a predetermined slope used during N reading. The second reference signal Pslope2 is a reference signal that changes at a predetermined slope used when the analog signal potential Vln (FIG. 2) of the column signal line 101 is larger than the threshold potential Vth during S reading. The third reference signal Pslope3 is a reference signal that changes at a predetermined slope that is used when the analog signal potential Vln of the column signal line 101 is smaller than the threshold potential Vth during S reading. As shown in FIG. 6, the first reference signal Pslope1 and the second reference signal Pslope2 have different inclination polarities. As shown in FIG. 7, the first reference signal Pslope1 and the third reference signal Pslope3 have different absolute values of inclination.

複数のアナログデジタル変換器103は、複数の画素110の列毎に設けられる。複数のアナログデジタル変換器103の各々は、比較回路104及びカウンタ105を有する。比較回路104及びカウンタ105は、それぞれ、画素110の列毎に複数設けられる。信号線A及びBは、各列の比較回路104に接続される。比較回路104には、画素110から列信号線101を介してアナログ信号電位Vlnが入力される。また、比較回路104には、列信号線101のアナログ信号電位Vlnを監視するための閾値電位Vthが入力される。閾値電位Vthは、例えば主被写体となることが多い信号域をカバーできる適正露出の画素信号に対応した列信号線101の電位が望ましい。比較回路104は、列信号線101のアナログ信号電位Vlnと閾値電位Vthの大小関係に応じて、信号線A及びBのいずれかの参照信号を選択し、アナログ信号電位Vlnが十分静定した後に、選択した参照信号とアナログ信号電位Vlnとを比較する。比較回路104は、選択した参照信号とアナログ信号電位Vlnの大小関係が逆転すると、出力信号を反転させる。   The plurality of analog-digital converters 103 are provided for each column of the plurality of pixels 110. Each of the plurality of analog-digital converters 103 includes a comparison circuit 104 and a counter 105. A plurality of comparison circuits 104 and counters 105 are provided for each column of pixels 110. The signal lines A and B are connected to the comparison circuit 104 in each column. The analog signal potential Vln is input to the comparison circuit 104 from the pixel 110 through the column signal line 101. Further, a threshold potential Vth for monitoring the analog signal potential Vln of the column signal line 101 is input to the comparison circuit 104. For example, the threshold potential Vth is desirably a potential of the column signal line 101 corresponding to a pixel signal with appropriate exposure that can cover a signal area that is often a main subject. The comparison circuit 104 selects one of the reference signals of the signal lines A and B according to the magnitude relationship between the analog signal potential Vln of the column signal line 101 and the threshold potential Vth, and after the analog signal potential Vln is sufficiently settled. The selected reference signal is compared with the analog signal potential Vln. The comparison circuit 104 inverts the output signal when the magnitude relationship between the selected reference signal and the analog signal potential Vln is reversed.

カウンタ105は、クロック信号CLKに同期して、カウント値のカウント動作を行う。また、カウンタ105は、制御端子及び1ビットメモリを有し、共に比較回路104によって制御される。カウンタ105は、比較回路104の比較結果が入力され、制御端子にローレベルが入力されている期間にカウント動作を行い、制御端子がローレベルからハイレベルになると同時にカウント動作を停止し、その時のカウント値を保持する。カウンタ105が保持するカウント値がデジタル信号である。これにより、アナログデジタル変換器103は、列信号線101のアナログ信号をデジタル信号に変換することができる。なお、カウンタ105の1ビットメモリについては後述する。   The counter 105 performs a count value counting operation in synchronization with the clock signal CLK. The counter 105 has a control terminal and a 1-bit memory, and both are controlled by the comparison circuit 104. The counter 105 performs a counting operation during a period when the comparison result of the comparison circuit 104 is input and a low level is input to the control terminal, and stops the counting operation at the same time as the control terminal changes from the low level to the high level. Holds the count value. The count value held by the counter 105 is a digital signal. Thereby, the analog-digital converter 103 can convert the analog signal of the column signal line 101 into a digital signal. The 1-bit memory of the counter 105 will be described later.

複数の水平転送スイッチ108は、それぞれ、各列のカウンタ105に接続される。水平選択回路(HSR)107は、各列の水平転送スイッチ108を列順にオンにする。各列のカウンタ105のカウント値は、水平転送スイッチ108を介して、列順に、信号処理部109に出力される。端子Outは、信号処理部109の入力端子に接続される。信号処理部109は、カウンタ105のカウント値をデジタル信号として入力し、所定の信号処理を行う。   Each of the plurality of horizontal transfer switches 108 is connected to the counter 105 in each column. A horizontal selection circuit (HSR) 107 turns on the horizontal transfer switch 108 of each column in the order of columns. The count value of the counter 105 of each column is output to the signal processing unit 109 in the column order via the horizontal transfer switch 108. The terminal Out is connected to the input terminal of the signal processing unit 109. The signal processing unit 109 inputs the count value of the counter 105 as a digital signal and performs predetermined signal processing.

図2は、比較回路104の構成例を示す回路図である。比較回路104は、比較器200,204と、スイッチ201,202,206,207と、インバータ(NOT回路)203,208,209と、論理積(AND)回路205とを有し、図2のように接続される。比較回路104には、信号線Aの参照信号、信号線Bの参照信号、列信号線101のアナログ信号電位Vln、閾値電位Vth、及びステート信号Psnが入力される。アナログ信号電位Vlnは、画素110の出力信号である。ステート信号Psnは、外部信号であり、S読み時にハイレベルとなる信号である。比較器200及び204は、それぞれ、プラス入力端子に入力された電位がマイナス入力端子に入力された電位より大きい場合に、ハイレベルの出力信号を出力する。   FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the comparison circuit 104. The comparison circuit 104 includes comparators 200 and 204, switches 201, 202, 206, and 207, inverters (NOT circuits) 203, 208, and 209, and a logical product (AND) circuit 205, as shown in FIG. Connected to. The comparison circuit 104 receives the reference signal of the signal line A, the reference signal of the signal line B, the analog signal potential Vln of the column signal line 101, the threshold potential Vth, and the state signal Psn. The analog signal potential Vln is an output signal of the pixel 110. The state signal Psn is an external signal, and is a signal that becomes a high level during S reading. Each of the comparators 200 and 204 outputs a high-level output signal when the potential input to the plus input terminal is higher than the potential input to the minus input terminal.

比較器200のプラス入力端子には列信号線101のアナログ信号電位Vlnが入力され、比較器200のマイナス入力端子には閾値電位Vthが入力される。インバータ203は、比較器200の出力信号の論理反転信号を出力する。スイッチ201は、比較器200の出力信号に応じて、信号線A及び比較器204のマイナス入力端子間を接続する。スイッチ202は、インバータ203の出力信号に応じて、信号線B及び比較器204のマイナス入力端子間を接続する。アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより大きい場合には、スイッチ201がオンするとともにスイッチ202がオフし、比較器204のマイナス入力端子は信号線Aに接続される。これに対し、アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより小さい場合には、スイッチ201がオフするとともにスイッチ202がオンし、比較器204のマイナス入力端子は信号線Bに接続される。   The analog signal potential Vln of the column signal line 101 is input to the plus input terminal of the comparator 200, and the threshold potential Vth is input to the minus input terminal of the comparator 200. Inverter 203 outputs a logical inversion signal of the output signal of comparator 200. The switch 201 connects the signal line A and the negative input terminal of the comparator 204 according to the output signal of the comparator 200. The switch 202 connects between the signal line B and the negative input terminal of the comparator 204 according to the output signal of the inverter 203. When the analog signal potential Vln is higher than the threshold potential Vth, the switch 201 is turned on and the switch 202 is turned off, and the negative input terminal of the comparator 204 is connected to the signal line A. On the other hand, when the analog signal potential Vln is smaller than the threshold potential Vth, the switch 201 is turned off and the switch 202 is turned on, and the negative input terminal of the comparator 204 is connected to the signal line B.

比較器204のプラス入力端子には、列信号線101のアナログ信号電位Vlnが入力される。比較器204は、プラス入力端子のアナログ信号電位Vlnとマイナス入力端子の参照信号とを比較する。論理積回路205は、比較器200の出力信号及びステート信号Psnの論理積信号を出力する。インバータ208は、論理積回路205の出力信号の論理反転信号を出力する。スイッチ206は、論理積回路205の出力信号に応じて、比較器204の出力端子及びインバータ209の入力端子間を接続する。スイッチ206がオンの場合、インバータ209は、比較器204の出力信号の論理反転信号をカウンタ105の制御端子に出力する。スイッチ207は、インバータ208の出力信号に応じて、比較器204の出力端子及びカウンタ105の制御端子間を接続する。また、比較器200の出力信号は、カウンタ105の1ビットメモリに出力される。S読み時であり、かつアナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより大きい場合には、スイッチ206がオンするとともにスイッチ207がオフする。それ以外の場合には、スイッチ206がオフするとともにスイッチ207がオンする。すなわち、N読み時には、常に、スイッチ206がオフするとともにスイッチ207がオンする。また、S読み時において、アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより大きい場合には、スイッチ206がオンするとともにスイッチ207がオフする。S読み時において、アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより小さい場合には、スイッチ206がオフするとともにスイッチ207がオンする。   The analog signal potential Vln of the column signal line 101 is input to the plus input terminal of the comparator 204. The comparator 204 compares the analog signal potential Vln at the plus input terminal with the reference signal at the minus input terminal. The logical product circuit 205 outputs a logical product signal of the output signal of the comparator 200 and the state signal Psn. The inverter 208 outputs a logical inversion signal of the output signal of the logical product circuit 205. The switch 206 connects between the output terminal of the comparator 204 and the input terminal of the inverter 209 according to the output signal of the AND circuit 205. When the switch 206 is on, the inverter 209 outputs a logic inversion signal of the output signal of the comparator 204 to the control terminal of the counter 105. The switch 207 connects between the output terminal of the comparator 204 and the control terminal of the counter 105 in accordance with the output signal of the inverter 208. The output signal of the comparator 200 is output to the 1-bit memory of the counter 105. When reading S and the analog signal potential Vln is higher than the threshold potential Vth, the switch 206 is turned on and the switch 207 is turned off. In other cases, the switch 206 is turned off and the switch 207 is turned on. That is, during N reading, the switch 206 is always turned off and the switch 207 is turned on. When the analog signal potential Vln is greater than the threshold potential Vth during S reading, the switch 206 is turned on and the switch 207 is turned off. At the time of reading S, if the analog signal potential Vln is smaller than the threshold potential Vth, the switch 206 is turned off and the switch 207 is turned on.

カウンタ105は、比較器204が比較動作を開始するとカウント値のカウント動作を開始し、制御端子がローレベルからハイレベルに反転するとカウント値のカウント動作を終了し、カウント値を保持する。カウンタ105が保持するカウント値は、アナログからデジタルに変換された値である。カウンタ105の1ビットメモリの値は、比較回路104内の比較器200の出力信号によって決定される。具体的には、カウンタ105の1ビットメモリの値は、アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより大きい場合(低輝度)は1になり、アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより小さい場合(高輝度)は0になる。信号処理部109は、カウンタ105の1ビットメモリの値に応じて、処理を変更する。   The counter 105 starts a count value counting operation when the comparator 204 starts a comparison operation. When the control terminal is inverted from a low level to a high level, the counter 105 ends the count value counting operation and holds the count value. The count value held by the counter 105 is a value converted from analog to digital. The value of the 1-bit memory of the counter 105 is determined by the output signal of the comparator 200 in the comparison circuit 104. Specifically, the value of the 1-bit memory of the counter 105 is 1 when the analog signal potential Vln is higher than the threshold potential Vth (low luminance), and when the analog signal potential Vln is lower than the threshold potential Vth (high luminance). Becomes 0. The signal processing unit 109 changes processing according to the value of the 1-bit memory of the counter 105.

図3は、図1のDAC106の構成例を示す回路図である。DAC106は、上述したように、略線形のスロープ信号である参照信号Pslope1,Pslope2,Pslope3を生成する。DAC106は、n個の単位ブロック301と、スロープ信号生成用の抵抗器R1,R2とを有する。単位ブロック301は、バイアス電位によって一定の電流を供給する定電流源302と、スイッチS1,S2とを有し、各回路は図3の様に接続される。なお、図3では、スイッチS11,S12の様に、単位ブロック301の番号に対応する数字が語尾に付記されている。スイッチS1nは、n番目の単位ブロック301内のスイッチS1であることを示している。スイッチS2nは、n番目の単位ブロック301内のスイッチS2であることを示している。スイッチS1及びS2は、カウント信号Cntにより制御される。抵抗器R2の抵抗定数は抵抗R1のk倍とし、定電流源302によって流れる電流をIとする。スイッチS1は、定電流源302及び抵抗R1間に接続される。スイッチS2は、定電流源302及び抵抗R2間に接続される。信号線Aは、抵抗R1に接続され、参照信号Pslope1又はPslope2が出力される。信号線Bは、抵抗R2に接続され、参照信号Pslope3が出力される。   FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of the DAC 106 of FIG. As described above, the DAC 106 generates the reference signals Pslope1, Pslope2, and Pslope3, which are substantially linear slope signals. The DAC 106 includes n unit blocks 301 and resistors R1 and R2 for generating slope signals. The unit block 301 has a constant current source 302 that supplies a constant current according to a bias potential, and switches S1 and S2, and each circuit is connected as shown in FIG. In FIG. 3, like the switches S11 and S12, numbers corresponding to the numbers of the unit blocks 301 are added to the end of the word. The switch S1n indicates that it is the switch S1 in the nth unit block 301. The switch S2n indicates that it is the switch S2 in the nth unit block 301. The switches S1 and S2 are controlled by a count signal Cnt. The resistance constant of the resistor R2 is k times the resistance R1, and the current flowing through the constant current source 302 is I. The switch S1 is connected between the constant current source 302 and the resistor R1. The switch S2 is connected between the constant current source 302 and the resistor R2. The signal line A is connected to the resistor R1, and the reference signal Pslope1 or Pslope2 is output. The signal line B is connected to the resistor R2, and the reference signal Pslope3 is output.

信号線Aの電位は、n個のスイッチS1のうちのオンしているスイッチS1の個数に対して電流Iと抵抗R1を乗じた値の電位になる。信号線Bの電位は、n個のスイッチS2のうちのオンしているスイッチS2の個数に対して電流Iと抵抗R2を乗じた値の電位になる。よって、スイッチS1及びS2がオンしている個数を順次増減することで、傾きの極性と傾きの絶対値が異なる略線形のスロープ信号(参照信号)が信号線A及びBに出力される。   The potential of the signal line A is a potential obtained by multiplying the number of switches S1 that are turned on among the n switches S1 by the current I and the resistance R1. The potential of the signal line B is a potential obtained by multiplying the number of switches S2 that are turned on among the n switches S2 by the current I and the resistance R2. Therefore, by increasing or decreasing the number of switches S1 and S2 that are turned on sequentially, substantially linear slope signals (reference signals) having different slope polarities and absolute slope values are output to the signal lines A and B.

図4は、参照信号Pslope1〜Pslope3の生成時のDAC106の動作を説明するための図である。ここでは、各参照電位がある傾きを持って略線形に変化し始める電位を開始電位、変化し終える電位を終了電位とする。図4では、参照信号Pslope1〜Pslope3のそれぞれの開始電位と終了電位等をオンする単位ブロック301の個数i,jと定電流値Iと抵抗定数R1,R2で示す。電位VnはN読み時の終了電位である。電位Vfは飽和時の列信号線101の電位である。nは全ての単位ブロック301の数である。iは第1の参照信号Pslope1が終了電位Vnになる時にオンしている単位ブロック301の数である。jは第2の参照信号Pslope2が閾値電位Vthになる時にオンしている単位ブロック301の数である。kは抵抗R1に対する抵抗R2の抵抗比である。   FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the DAC 106 when the reference signals Pslope1 to Pslope3 are generated. Here, a potential that starts to change approximately linearly with a certain inclination of each reference potential is a start potential, and a potential that finishes changing is an end potential. In FIG. 4, the numbers i and j of unit blocks 301 for turning on the start potential and the end potential of the reference signals Pslope1 to Pslope3, the constant current value I, and the resistance constants R1 and R2 are shown. The potential Vn is an end potential at the time of N reading. The potential Vf is the potential of the column signal line 101 at the time of saturation. n is the number of all unit blocks 301. i is the number of unit blocks 301 that are turned on when the first reference signal Pslope1 reaches the end potential Vn. j is the number of unit blocks 301 that are turned on when the second reference signal Pslope2 becomes the threshold potential Vth. k is a resistance ratio of the resistor R2 to the resistor R1.

第1の参照信号Pslope1は、N読み時の参照信号である。第1の参照信号Pslope1の開始電位は、n個のスイッチS11〜S1nを全てオンした時の信号線Aの電位nIR1である。そこから、順次、オフするスイッチS1の数を一個ずつ増やしていく。第1の参照信号Pslope1の終了電位は、i個のスイッチS1がオンしている時の信号線Aの電位iIR1(=Vn)となる。この第1の参照信号Pslope1の傾きを−αとする。   The first reference signal Pslope1 is a reference signal for N reading. The start potential of the first reference signal Pslope1 is the potential nIR1 of the signal line A when all the n switches S11 to S1n are turned on. From there, the number of switches S1 to be turned off is increased one by one. The end potential of the first reference signal Pslope1 is the potential iIR1 (= Vn) of the signal line A when i switches S1 are on. The inclination of the first reference signal Pslope1 is set to -α.

第2の参照信号Pslope2は、S読み時において、アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより大きい第1の範囲内である場合に用いる参照信号である。第2の参照信号Pslope2の開始電位は、j個のスイッチS1がオンしている時の信号線Aの電位jIR1(=Vth)である。そこから、順次、オンするスイッチS1の数を一個ずつ増やしていく。第2の参照信号Pslope2の終了電位は、全てのスイッチS1がオンしている時の信号線Aの電位nIR1となる。図6に示すように、第2の参照信号Pslope2の傾きは、第1のPslope1の傾きに対し、絶対値が同じであり、極性が異なり、αとなる。   The second reference signal Pslope2 is a reference signal used when the analog signal potential Vln is within a first range larger than the threshold potential Vth during S reading. The starting potential of the second reference signal Pslope2 is the potential jIR1 (= Vth) of the signal line A when j switches S1 are on. From there, the number of switches S1 to be turned on is increased one by one. The end potential of the second reference signal Pslope2 is the potential nIR1 of the signal line A when all the switches S1 are on. As shown in FIG. 6, the slope of the second reference signal Pslope2 has the same absolute value as the slope of the first Pslope1, has a different polarity, and becomes α.

第3の参照信号Pslope3は、S読み時において、アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより小さい第2の範囲内である場合に用いる参照信号である。第3の参照信号Pslope3の開始電位は、j/k個のスイッチS2がオンしている時の信号線Bの電位(j/k)IR2(=Vth)である。そこから、順次、オフするスイッチS2の数を一個ずつ増やしていく。第3の参照信号Pslope3の終了電位は、飽和時の電位Vfとなる。第3の参照信号Pslope3の傾きは、抵抗R1に対してk倍の抵抗定数である抵抗R2を用いているので、−kαとなる。図7に示すように、第3の参照信号Pslope3の傾きは、第1の参照信号Pslope1の傾きに対して、極性が同じであり、絶対値が大きい。また、第3の参照信号Pslope3の傾きは、第2の参照信号Pslope2の傾きに対して、極性が異なり、絶対値が大きい。   The third reference signal Pslope3 is a reference signal used when the analog signal potential Vln is in the second range smaller than the threshold potential Vth during S reading. The starting potential of the third reference signal Pslope3 is the potential (j / k) IR2 (= Vth) of the signal line B when the j / k switches S2 are on. From there, the number of switches S2 to be turned off is increased one by one. The end potential of the third reference signal Pslope3 is the saturation potential Vf. The slope of the third reference signal Pslope3 is −kα because the resistor R2 having a resistance constant k times that of the resistor R1 is used. As shown in FIG. 7, the slope of the third reference signal Pslope3 has the same polarity and a larger absolute value than the slope of the first reference signal Pslope1. The slope of the third reference signal Pslope3 has a different polarity and a larger absolute value than the slope of the second reference signal Pslope2.

ここで、一般的に多く撮影される適正露出画像の高輝度側の信号の分布を考えると、飽和レベルの半分付近の信号を持つ画素110が支配的であると考えられる。そこで、飽和レベルと黒レベルの中間電位である閾値電位Vthを第3の参照信号Pslope3の開始電位とすることで、早くカウンタ105が止まることになり、消費電力を低減することができる。また、抵抗R1に対する抵抗R2の抵抗比kは閾値電位Vthによって一義的に決まり、黒レベル電位から閾値電位Vthの差に対する閾値電位Vthと飽和レベルの差の比と、抵抗R1に対する抵抗R2の抵抗比は同じkとなる。これによって、1つのある傾きの参照信号で黒レベルから飽和レベルまでフルスイングするときと比べて、高速にアナログデジタル変換を行うことが可能となる。   Here, considering the distribution of signals on the high luminance side of a proper exposure image that is generally photographed in large numbers, it is considered that the pixel 110 having a signal near half the saturation level is dominant. Therefore, by setting the threshold potential Vth, which is an intermediate potential between the saturation level and the black level, as the start potential of the third reference signal Pslope3, the counter 105 is quickly stopped, and power consumption can be reduced. The resistance ratio k of the resistor R2 to the resistor R1 is uniquely determined by the threshold potential Vth, the ratio of the difference between the threshold potential Vth and the saturation level with respect to the difference between the black level potential and the threshold potential Vth, and the resistance of the resistor R2 to the resistor R1. The ratio is the same k. As a result, analog-digital conversion can be performed at a higher speed than when a full swing is performed from a black level to a saturation level with a single reference signal having a certain inclination.

次に、図1の信号処理部109の補正処理について説明する。前述したように、比較回路104は、比較動作において状況に応じて異なる参照信号を用いるため、カウンタ105のカウント値の補正が必要になる。そのため、信号処理部109は、カウンタ105の1ビットメモリの値とステート信号Psnによって、デジタル値に対して補正処理を行う。   Next, correction processing of the signal processing unit 109 in FIG. 1 will be described. As described above, since the comparison circuit 104 uses different reference signals depending on the situation in the comparison operation, the count value of the counter 105 needs to be corrected. Therefore, the signal processing unit 109 performs correction processing on the digital value based on the value of the 1-bit memory of the counter 105 and the state signal Psn.

図5は、図1の信号処理部109の補正処理を示すフローチャートである。図1の端子Outのデジタル値をC、閾値電位Vthに対応するデジタル値をCthとする。信号処理部109は、端子Outからデジタル値Cを入力する。ステップS501では、信号処理部109は、ステート信号Psnを基に、S読み時及びN読み時のいずれであるかを判断する。信号処理部109は、ステート信号Psnがローレベルである場合には、N読み時であると判断し、入力したデジタル値Cはリセットに基づく信号であるので、ステップS503に進む。これに対し、信号処理部109は、ステート信号Psnがハイレベルである場合には、S読み時であると判断し、入力したデジタル値Cは光電変換に基づく信号であるので、ステップS502に進む。   FIG. 5 is a flowchart showing the correction processing of the signal processing unit 109 of FIG. The digital value at the terminal Out in FIG. 1 is C, and the digital value corresponding to the threshold potential Vth is Cth. The signal processing unit 109 inputs the digital value C from the terminal Out. In step S501, the signal processing unit 109 determines whether S reading or N reading is performed based on the state signal Psn. When the state signal Psn is at a low level, the signal processing unit 109 determines that N reading is in progress, and the input digital value C is a signal based on reset, and thus the process proceeds to step S503. On the other hand, when the state signal Psn is at a high level, the signal processing unit 109 determines that the S reading is in progress, and the input digital value C is a signal based on photoelectric conversion, and thus the process proceeds to step S502. .

ステップS502では、信号処理部109は、カウンタ105の1ビットメモリの値が1及び0のいずれであるかを判断する。信号処理部109は、カウンタ105の1ビットメモリの値が1である場合には、アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより大きい場合(低輝度)であるので、ステップS504に進む。これに対し、信号処理部109は、カウンタ105の1ビットメモリの値が0である場合には、アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより小さい場合(高輝度)であるので、ステップS505に進む。   In step S502, the signal processing unit 109 determines whether the value of the 1-bit memory of the counter 105 is 1 or 0. When the value of the 1-bit memory of the counter 105 is 1, the signal processing unit 109 is in the case where the analog signal potential Vln is greater than the threshold potential Vth (low luminance), and thus the process proceeds to step S504. On the other hand, when the value of the 1-bit memory of the counter 105 is 0, the signal processing unit 109 is in the case where the analog signal potential Vln is smaller than the threshold potential Vth (high luminance), and thus the process proceeds to step S505.

ステップS503では、信号処理部109は、入力されたデジタル値Cを補正せず、デジタル値Cをそのまま最終デジタル値とし、補正処理を終了する。ステップS504では、信号処理部109は、デジタル値Cthからデジタル値Cを減算した値を最終デジタル値とし、補正処理を終了する。ステップS505では、信号処理部109は、デジタル値Cにkを乗算し、その乗算結果にデジタル値Cthを加算した値を最終デジタル値とし、補正処理を終了する。   In step S503, the signal processing unit 109 does not correct the input digital value C, uses the digital value C as it is as the final digital value, and ends the correction process. In step S504, the signal processing unit 109 sets a value obtained by subtracting the digital value C from the digital value Cth as a final digital value, and ends the correction process. In step S505, the signal processing unit 109 multiplies the digital value C by k, adds the digital value Cth to the multiplication result, and sets the final digital value, and ends the correction process.

図6は、ある一行の画素110を読み出す際のアナログ信号電位Vlnと参照信号Pslope1,Pslope2とカウンタ105の出力値を示すタイミングチャートであり、固体撮像装置の駆動方法を示す。図6では、S読み時のアナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthよりも大きい列の画素110を読み出す際のタイミングチャートを示している。N読みは、時刻T604より前のステート信号Psnがローレベルの期間で行われる。S読みは、時刻T604より後のステート信号Psnがハイレベルの期間で行われる。   FIG. 6 is a timing chart showing the analog signal potential Vln, the reference signals Pslope1, Pslope2, and the output value of the counter 105 when reading out a certain row of pixels 110, and shows a driving method of the solid-state imaging device. FIG. 6 shows a timing chart when reading out the pixels 110 in the column in which the analog signal potential Vln during S reading is larger than the threshold potential Vth. N reading is performed in a period in which the state signal Psn before time T604 is at a low level. The S reading is performed in a period in which the state signal Psn after time T604 is at a high level.

まず、時刻T601の前では、画素110が正の電源電位にリセットされるリセットが解除され、列信号線101のアナログ信号電位Vlnは、正の電源電位に対してノイズ分低下した電位になっている。比較回路104は、アナログ信号電位Vlnと閾値電位Vthの比較を行う。アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより大きいので、スイッチ201がオンし、信号線Aが比較器204のマイナス入力端子に接続される。ステート信号PsnがN読みを示すローレベルであるので、スイッチ207がオンし、比較器204の出力信号はそのままカウンタ105の制御端子に出力される。   First, before the time T601, the reset for resetting the pixel 110 to the positive power supply potential is released, and the analog signal potential Vln of the column signal line 101 becomes a potential that is lower than the positive power supply potential by noise. Yes. The comparison circuit 104 compares the analog signal potential Vln and the threshold potential Vth. Since the analog signal potential Vln is higher than the threshold potential Vth, the switch 201 is turned on and the signal line A is connected to the negative input terminal of the comparator 204. Since the state signal Psn is at a low level indicating N reading, the switch 207 is turned on, and the output signal of the comparator 204 is output to the control terminal of the counter 105 as it is.

時刻T601では、ステート信号PsnがN読みを示すローレベルであるので、DAC106は、第1の参照信号Pslope1の生成を開始し、第1の参照信号Pslope1を信号線Aに出力する。時刻T601では、信号線Aは、第1の参照信号Pslope1の開始電位nIR1になり、カウンタ105は、カウント値のカウントを開始する。時刻T601〜T603では、第1の参照信号Pslope1は、時間経過と共に線形に小さくなる。時刻T603では、信号線Aは、第1の参照信号Pslope1の終了電位Vnになる。   At time T601, since the state signal Psn is at a low level indicating N reading, the DAC 106 starts generating the first reference signal Pslope1 and outputs the first reference signal Pslope1 to the signal line A. At time T601, the signal line A becomes the start potential nIR1 of the first reference signal Pslope1, and the counter 105 starts counting the count value. From time T601 to T603, the first reference signal Pslope1 decreases linearly with time. At time T603, the signal line A becomes the end potential Vn of the first reference signal Pslope1.

時刻T601〜T603では、アナログデジタル変換器103は、N読み時のアナログデジタル変換を行う。時刻T602では、アナログ信号電位Vlnと第1の参照信号Pslope1の大小関係が逆転するので、比較器204の出力信号は、ローレベルからハイレベルに反転する。すると、カウンタ105は、カウント値のカウントを終了し、その時のカウント値を保持する。   At times T601 to T603, the analog-digital converter 103 performs analog-digital conversion during N reading. At time T602, the magnitude relationship between the analog signal potential Vln and the first reference signal Pslope1 is reversed, so that the output signal of the comparator 204 is inverted from the low level to the high level. Then, the counter 105 finishes counting the count value and holds the count value at that time.

次に、時刻T603〜T604では、水平選択回路107は、各列の水平転送スイッチ108を列順にオンにする。各列のカウンタ105に保持されているカウント値は、列順に、端子Outを介して、信号処理部109にデジタル値Cとして出力される。信号処理部109は、図5のステップS503に示したように、デジタル値Cをそのまま最終デジタル値とする。   Next, at times T603 to T604, the horizontal selection circuit 107 turns on the horizontal transfer switch 108 of each column in the column order. The count value held in the counter 105 of each column is output as a digital value C to the signal processing unit 109 via the terminal Out in the column order. As shown in step S503 in FIG. 5, the signal processing unit 109 uses the digital value C as it is as the final digital value.

以上のように、N読み時では、アナログ信号電位Vlnは、正の電源電位に近い電位になるので、第1の参照信号Pslope1は開始電位から終了電位Vnまで線形に小さくすることで、カウンタ105のカウント期間T601〜T602が短くなる。これにより、消費電力を低減することができる。   As described above, at the time of N reading, the analog signal potential Vln becomes a potential close to the positive power supply potential. Therefore, the first reference signal Pslope1 is linearly decreased from the start potential to the end potential Vn, so that the counter 105 Count periods T601 to T602 are shortened. Thereby, power consumption can be reduced.

時刻T604では、ステート信号Psnがローレベルからハイレベルに反転し、N読みからS読みに切り換わる。カウンタ105のカウント値は、リセットされる。画素110は、光電変換に基づく光信号を列信号線101に出力する。列信号線101のアナログ信号電位Vlnは、正の電源電位に対してノイズ及び光電変換信号分低下した電位になる。比較回路104は、アナログ信号電位Vlnと閾値電位Vthの比較を行う。アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより大きいので、スイッチ201がオンし、信号線Aが比較器204のマイナス入力端子に接続される。ステート信号PsnがS読みを示すハイレベルであるので、スイッチ206がオンし、比較器204の出力信号の論理反転信号がカウンタ105の制御端子に出力される。   At time T604, the state signal Psn is inverted from the low level to the high level, and switched from N reading to S reading. The count value of the counter 105 is reset. The pixel 110 outputs an optical signal based on photoelectric conversion to the column signal line 101. The analog signal potential Vln of the column signal line 101 is a potential that is reduced by noise and a photoelectric conversion signal with respect to the positive power supply potential. The comparison circuit 104 compares the analog signal potential Vln and the threshold potential Vth. Since the analog signal potential Vln is higher than the threshold potential Vth, the switch 201 is turned on and the signal line A is connected to the negative input terminal of the comparator 204. Since the state signal Psn is at a high level indicating S reading, the switch 206 is turned on, and a logical inversion signal of the output signal of the comparator 204 is output to the control terminal of the counter 105.

その後、アナログ信号電位Vlnが十分静定した時刻T605〜T607では、アナログデジタル変換器103は、S読み時のアナログデジタル変換を行う。時刻T605では、ステート信号PsnがS読みを示すハイレベルであるので、DAC106は、第2の参照信号Pslope2の生成を開始し、第2の参照信号Pslope2を信号線Aに出力する。時刻T605では、信号線Aは、第2の参照信号Pslope2の開始電位Vthになり、カウンタ105は、カウント値のカウントを開始する。時刻T605〜T607では、第2の参照信号Pslope2は、時間経過と共に線形に大きくなる。時刻T607では、信号線Aは、第2の参照信号Pslope2の終了電位nIR1になる。   Thereafter, at time T605 to T607 when the analog signal potential Vln is sufficiently settled, the analog-digital converter 103 performs analog-digital conversion at the time of S reading. At time T605, since the state signal Psn is at a high level indicating S reading, the DAC 106 starts generating the second reference signal Pslope2 and outputs the second reference signal Pslope2 to the signal line A. At time T605, the signal line A becomes the start potential Vth of the second reference signal Pslope2, and the counter 105 starts counting the count value. From time T605 to T607, the second reference signal Pslope2 increases linearly with time. At time T607, the signal line A becomes the end potential nIR1 of the second reference signal Pslope2.

時刻T606では、アナログ信号電位Vlnと第1の参照信号Pslope1の大小関係が逆転するので、比較器204の出力信号は、ハイレベルからローレベルに反転する。すると、カウンタ105は、カウント値のカウントを終了し、その時のカウント値を保持する。この時、アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより大きいので、カウンタ105の1ビットメモリには、1が保持される。   At time T606, the magnitude relationship between the analog signal potential Vln and the first reference signal Pslope1 is reversed, so that the output signal of the comparator 204 is inverted from the high level to the low level. Then, the counter 105 finishes counting the count value and holds the count value at that time. At this time, since the analog signal potential Vln is higher than the threshold potential Vth, 1 is held in the 1-bit memory of the counter 105.

次に、時刻T607以降では、水平選択回路107は、各列の水平転送スイッチ108を列順にオンにする。各列のカウンタ105に保持されているカウント値は、列順に、端子Outを介して、信号処理部109にデジタル値Cとして出力される。信号処理部109は、図5のステップS504に示したように、デジタル値Cthからデジタル値Cを減算した値を最終デジタル値とする。その後、信号処理部109は、S読み時の最終デジタル値とN読み時の最終デジタル値の差分を、ノイズを除去した画素信号として出力する。   Next, after time T607, the horizontal selection circuit 107 turns on the horizontal transfer switch 108 of each column in the column order. The count value held in the counter 105 of each column is output as a digital value C to the signal processing unit 109 via the terminal Out in the column order. As shown in step S504 in FIG. 5, the signal processing unit 109 sets a value obtained by subtracting the digital value C from the digital value Cth as the final digital value. Thereafter, the signal processing unit 109 outputs a difference between the final digital value at the time of S reading and the final digital value at the time of N reading as a pixel signal from which noise has been removed.

以上のように、S読み時では、アナログ信号電位Vlnは、閾値電位Vthに近い場合が統計的に多いので、第2の参照信号Pslope2は開始電位Vthから終了電位まで線形に大きくすることで、カウンタ105のカウント期間T605〜T606が短くなる。これにより、消費電力を低減することができる。   As described above, at the time of S reading, the analog signal potential Vln is statistically frequently near the threshold potential Vth. Therefore, the second reference signal Pslope2 is linearly increased from the start potential Vth to the end potential. The count period T605 to T606 of the counter 105 is shortened. Thereby, power consumption can be reduced.

図7は、ある一行の画素110を読み出す際のアナログ信号電位Vlnと参照信号Pslope1,Pslope3とカウンタ105の出力値を示すタイミングチャートであり、固体撮像装置の駆動方法を示す。図7では、S読み時のアナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthよりも小さい列の画素110を読み出す際のタイミングチャートを示している。N読みは、時刻T704より前のステート信号Psnがローレベルである期間で行われる。時刻T704より前のN読みの動作は、図6の時刻T604より前のN読みの動作と同じである。   FIG. 7 is a timing chart showing the analog signal potential Vln, the reference signals Pslope1, Pslope3, and the output value of the counter 105 when reading out a certain row of pixels 110, and shows a driving method of the solid-state imaging device. FIG. 7 shows a timing chart when reading out the pixels 110 in the column in which the analog signal potential Vln during S reading is smaller than the threshold potential Vth. N reading is performed in a period in which the state signal Psn before time T704 is at a low level. The N reading operation before time T704 is the same as the N reading operation before time T604 in FIG.

S読みは、時刻T704より後のステート信号Psnがハイレベルの期間で行われる。時刻T704では、ステート信号Psnがローレベルからハイレベルに反転し、N読みからS読みに切り換わる。カウンタ105のカウント値は、リセットされる。画素110は、光電変換に基づく光信号を列信号線101に出力する。列信号線101のアナログ信号電位Vlnは、正の電源電位に対してノイズ及び光電変換信号分低下した電位になる。比較回路104は、アナログ信号電位Vlnと閾値電位Vthの比較を行う。アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより小さいので、スイッチ202がオンし、信号線Bが比較器204のマイナス入力端子に接続される。また、スイッチ207がオンし、比較器204の出力信号がそのままカウンタ105の制御端子に出力される。   The S reading is performed in a period in which the state signal Psn after time T704 is at a high level. At time T704, the state signal Psn is inverted from the low level to the high level, and switched from N reading to S reading. The count value of the counter 105 is reset. The pixel 110 outputs an optical signal based on photoelectric conversion to the column signal line 101. The analog signal potential Vln of the column signal line 101 is a potential that is reduced by noise and a photoelectric conversion signal with respect to the positive power supply potential. The comparison circuit 104 compares the analog signal potential Vln and the threshold potential Vth. Since the analog signal potential Vln is smaller than the threshold potential Vth, the switch 202 is turned on, and the signal line B is connected to the negative input terminal of the comparator 204. Further, the switch 207 is turned on, and the output signal of the comparator 204 is output to the control terminal of the counter 105 as it is.

その後、アナログ信号電位Vlnが十分静定した時刻T705〜T707では、アナログデジタル変換器103は、S読み時のアナログデジタル変換を行う。時刻T705では、ステート信号PsnがS読みを示すハイレベルであるので、DAC106は、第3の参照信号Pslope3の生成を開始し、第3の参照信号Pslope3を信号線Bに出力する。時刻T705では、信号線Bは、第3の参照信号Pslope2の開始電位Vthになり、カウンタ105は、カウント値のカウントを開始する。時刻T705〜T707では、第3の参照信号Pslope3は、時間経過と共に線形に小さくなる。時刻T707では、信号線Bは、第3の参照信号Pslope3の終了電位Vfになる。   Thereafter, at time T705 to T707 when the analog signal potential Vln is sufficiently settled, the analog-digital converter 103 performs analog-digital conversion at the time of S reading. At time T705, since the state signal Psn is at a high level indicating S reading, the DAC 106 starts generating the third reference signal Pslope3 and outputs the third reference signal Pslope3 to the signal line B. At time T705, the signal line B becomes the start potential Vth of the third reference signal Pslope2, and the counter 105 starts counting the count value. At times T705 to T707, the third reference signal Pslope3 decreases linearly with time. At time T707, the signal line B becomes the end potential Vf of the third reference signal Pslope3.

時刻T706では、アナログ信号電位Vlnと第1の参照信号Pslope1の大小関係が逆転するので、比較器204の出力信号は、ローレベルからハイレベルに反転する。すると、カウンタ105は、カウント値のカウントを終了し、その時のカウント値を保持する。この時、アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより小さいので、カウンタ105の1ビットメモリには、0が保持される。   At time T706, the magnitude relationship between the analog signal potential Vln and the first reference signal Pslope1 is reversed, so that the output signal of the comparator 204 is inverted from the low level to the high level. Then, the counter 105 finishes counting the count value and holds the count value at that time. At this time, since the analog signal potential Vln is smaller than the threshold potential Vth, 0 is held in the 1-bit memory of the counter 105.

次に、時刻T707以降では、水平選択回路107は、各列の水平転送スイッチ108を列順にオンにする。各列のカウンタ105に保持されているカウント値は、列順に、端子Outを介して、信号処理部109にデジタル値Cとして出力される。信号処理部109は、図5のステップS505に示したように、デジタル値Cにkを乗算し、その乗算結果にデジタル値Cthを加算した値を最終デジタル値とする。その後、信号処理部109は、S読み時の最終デジタル値とN読み時の最終デジタル値の差分を、ノイズを除去した画素信号として出力する。   Next, after time T707, the horizontal selection circuit 107 turns on the horizontal transfer switch 108 of each column in the column order. The count value held in the counter 105 of each column is output as a digital value C to the signal processing unit 109 via the terminal Out in the column order. As shown in step S505 in FIG. 5, the signal processing unit 109 multiplies the digital value C by k, and adds the digital value Cth to the multiplication result as the final digital value. Thereafter, the signal processing unit 109 outputs a difference between the final digital value at the time of S reading and the final digital value at the time of N reading as a pixel signal from which noise has been removed.

以上のように、S読み時では、アナログ信号電位Vlnは、閾値電位Vthに近い場合が統計的に多いので、第3の参照信号Pslope3は開始電位Vthから終了電位まで線形に大きくすることで、カウンタ105のカウント期間T705〜T706が短くなる。これにより、消費電力を低減することができる。   As described above, at the time of S reading, the analog signal potential Vln is statistically frequently near the threshold potential Vth. Therefore, the third reference signal Pslope3 is linearly increased from the start potential Vth to the end potential. The count period T705 to T706 of the counter 105 is shortened. Thereby, power consumption can be reduced.

比較回路104が比較する第2の参照信号Pslope2の比較範囲と比較回路104が比較する第3の参照信号Pslope3の比較範囲は、相互に異なる。第2の参照信号Pslope2の傾きの絶対値と第3の参照信号Pslope3の傾きの絶対値は、相互に異なる。図7のS読み時のようにアナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより小さい場合に画素110が受光した光の輝度は、図6のS読み時のようにアナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより大きい場合に画素110が受光した光の輝度よりも高い。第3の参照信号Pslope3の傾きの絶対値は、第2の参照信号Pslope2の傾きの絶対値より大きい。   The comparison range of the second reference signal Pslope2 compared by the comparison circuit 104 and the comparison range of the third reference signal Pslope3 compared by the comparison circuit 104 are different from each other. The absolute value of the slope of the second reference signal Pslope2 and the absolute value of the slope of the third reference signal Pslope3 are different from each other. The luminance of the light received by the pixel 110 when the analog signal potential Vln is smaller than the threshold potential Vth as in S reading in FIG. 7 is such that the analog signal potential Vln is greater than the threshold potential Vth as in S reading in FIG. In this case, the luminance of the light received by the pixel 110 is higher. The absolute value of the slope of the third reference signal Pslope3 is greater than the absolute value of the slope of the second reference signal Pslope2.

本実施形態によれば、S読み時に、アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより大きい場合には、図6のように、第2の参照信号Pslope2は開始電位Vthから終了電位nIR1まで線形に大きくなる。これに対し、S読み時に、アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより小さい場合には、図7のように、第3の参照信号Pslope3は開始電位Vthから終了電位Vfまで線形に小さくなる。したがって、本実施形態は、参照信号が開始電位Vfから終了電位nIR1まで線形に変化する場合に比べ、アナログデジタル変換時間を短くすることができる。   According to the present embodiment, when the analog signal potential Vln is larger than the threshold potential Vth during S reading, the second reference signal Pslope2 increases linearly from the start potential Vth to the end potential nIR1 as shown in FIG. . On the other hand, when the analog signal potential Vln is smaller than the threshold potential Vth during S reading, the third reference signal Pslope3 decreases linearly from the start potential Vth to the end potential Vf as shown in FIG. Therefore, this embodiment can shorten the analog-to-digital conversion time compared to the case where the reference signal changes linearly from the start potential Vf to the end potential nIR1.

また、本実施形態は、第3の参照信号Pslope3の傾きの絶対値を第2の参照信号Pslope2の傾きの絶対値より大きくすることにより、図7の高輝度時の画素信号のアナログデジタル変換時間を短くすることができる。また、図6のように、視認しやすい暗部の信号域では、第2の参照信号Pslope2の傾きの絶対値を第3の参照信号Pslope3の傾きの絶対値より小さくする。これにより、クロック信号を高周波数化することなく、高分解能にアナログデジタル変換を行うことが可能となる。また、図7では、アナログデジタル変換時間の高速化の為に、明部の信号域では、第3の参照信号Pslope3の傾きの絶対値が第2の参照信号Pslope2の傾きの絶対値より大きくなる。しかし、明部の信号域では光ショットノイズが増加するので、暗部に対してアナログデジタル変換の分解能が落ちることに対する画質への影響は殆どない。   Further, in the present embodiment, the absolute value of the slope of the third reference signal Pslope3 is made larger than the absolute value of the slope of the second reference signal Pslope2, thereby making the analog-digital conversion time of the pixel signal at the time of high luminance in FIG. Can be shortened. Also, as shown in FIG. 6, in the dark signal region that is easily visible, the absolute value of the slope of the second reference signal Pslope2 is made smaller than the absolute value of the slope of the third reference signal Pslope3. As a result, analog-digital conversion can be performed with high resolution without increasing the frequency of the clock signal. In FIG. 7, the absolute value of the slope of the third reference signal Pslope3 is larger than the absolute value of the slope of the second reference signal Pslope2 in the bright signal range in order to increase the analog-digital conversion time. . However, since light shot noise increases in the signal region of the bright part, there is almost no influence on the image quality when the resolution of the analog-digital conversion is lowered in the dark part.

(第2の実施形態)
第1の実施形態では、閾値電位Vthを固定としたが、被写体に応じて閾値電位Vthを可変にできるようにしてもよい。本発明の第2の実施形態では、測光センサを設け、測光センサの結果に応じて、閾値電位Vthと参照信号の傾きを変更する実施形態を示す。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the threshold potential Vth is fixed, but the threshold potential Vth may be variable according to the subject. The second embodiment of the present invention shows an embodiment in which a photometric sensor is provided and the threshold potential Vth and the slope of the reference signal are changed according to the result of the photometric sensor.

図8は、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。本実施形態の固体撮像装置(図8)は、第1の実施形態の固体撮像装置(図1)に対して、DAC106の代わりにDAC806を設け、測光センサ810及び測光演算部811を追加したものである。以下、本実施形態が第1の実施形態と異なる点を説明する。測光センサ810は、被写体の輝度(明るさ)を検出し、検出した輝度を測光演算部811に出力する。測光演算部811は、測光センサ810により検出された被写体の輝度を基に、被写体が適正露出(基準値)より明るい被写体及び暗い被写体のいずであるかを判断し、その判断結果をDAC806に出力する。この時、測光演算部811は、判断結果に応じて、適正露出より暗い被写体の場合は閾値電位VthをVth1に設定し、適正露出より明るい被写体の場合は閾値電位VthをVth1よりも低いVth2に設定する。   FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration example of a solid-state imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention. The solid-state imaging device (FIG. 8) of the present embodiment is obtained by adding a DAC 806 instead of the DAC 106 to the solid-state imaging device (FIG. 1) of the first embodiment, and adding a photometric sensor 810 and a photometric calculation unit 811. It is. Hereinafter, the points of the present embodiment different from the first embodiment will be described. The photometric sensor 810 detects the luminance (brightness) of the subject and outputs the detected luminance to the photometric calculation unit 811. Based on the luminance of the subject detected by the photometric sensor 810, the photometry calculation unit 811 determines whether the subject is a subject that is brighter or darker than the appropriate exposure (reference value), and the determination result is sent to the DAC 806. Output. At this time, the photometry calculating unit 811 sets the threshold potential Vth to Vth1 for an object darker than the appropriate exposure, and sets the threshold potential Vth to Vth2 lower than Vth1 for an object brighter than the appropriate exposure according to the determination result. Set.

図9は、図8のDAC806の構成例を示す回路図である。DAC806は、略線形のスロープ信号である参照信号Pslope1〜Pslope5を生成し、参照信号Pslope1〜Pslope3のいずれかを信号線Aに出力し、参照信号Pslope4及びPslope5のいずれかを信号線Bに出力する。図9のDAC806は、図3のDAC106に対して、抵抗R1及びR2の代わりに、抵抗器Ra1,Ra2,Rb1,Rb2及びスイッチSa1,Sa2,Sb1,Sb2を設けたものである。以下、図9のDAC806が図3のDAC106と異なる点を説明する。   FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration example of the DAC 806 in FIG. The DAC 806 generates reference signals Pslope1 to Pslope5 which are substantially linear slope signals, outputs any one of the reference signals Pslope1 to Pslope3 to the signal line A, and outputs any one of the reference signals Pslope4 and Pslope5 to the signal line B. . The DAC 806 of FIG. 9 is obtained by providing resistors Ra1, Ra2, Rb1, Rb2 and switches Sa1, Sa2, Sb1, Sb2 instead of the resistors R1 and R2 with respect to the DAC 106 of FIG. Hereinafter, differences between the DAC 806 in FIG. 9 and the DAC 106 in FIG. 3 will be described.

スイッチSa1及び抵抗Ra1の直列接続回路は、信号線A及びグランド電位ノード間に接続される。スイッチSa2及び抵抗Ra2の直列接続回路は、信号線A及びグランド電位ノード間に接続される。スイッチSb1及び抵抗Rb1の直列接続回路は、信号線B及びグランド電位ノード間に接続される。スイッチSb2及び抵抗Rb2の直列接続回路は、信号線B及びグランド電位ノード間に接続される。   A series connection circuit of the switch Sa1 and the resistor Ra1 is connected between the signal line A and the ground potential node. A series connection circuit of the switch Sa2 and the resistor Ra2 is connected between the signal line A and the ground potential node. A series connection circuit of the switch Sb1 and the resistor Rb1 is connected between the signal line B and the ground potential node. A series connection circuit of the switch Sb2 and the resistor Rb2 is connected between the signal line B and the ground potential node.

抵抗Rb1の抵抗定数は、抵抗Ra1の抵抗定数のg倍である。抵抗Rb2の抵抗定数は、抵抗Ra2の抵抗定数のh倍である。また、抵抗Ra1に対する抵抗Rb1の抵抗比gは、閾値電位Vth1によって一義的に決まる。黒レベル電位から閾値電位Vth1の差に対する閾値電位Vth1と飽和レベルの差の比と、抵抗Ra1に対する抵抗Rb1の抵抗比は同じgとなる。同様に、抵抗Ra2に対する抵抗Rb2の抵抗比hは、閾値電位Vth2によって一義的に決まる。黒レベル電位から閾値電位Vth2の差に対する閾値電位Vth2と飽和レベルの差の比と、抵抗Ra2に対する抵抗Rb2の抵抗比は同じhとなる。   The resistance constant of the resistor Rb1 is g times the resistance constant of the resistor Ra1. The resistance constant of the resistor Rb2 is h times the resistance constant of the resistor Ra2. Further, the resistance ratio g of the resistor Rb1 to the resistor Ra1 is uniquely determined by the threshold potential Vth1. The ratio of the difference between the threshold potential Vth1 and the saturation level with respect to the difference between the black level potential and the threshold potential Vth1, and the resistance ratio of the resistor Rb1 to the resistor Ra1 are the same g. Similarly, the resistance ratio h of the resistor Rb2 to the resistor Ra2 is uniquely determined by the threshold potential Vth2. The ratio of the difference between the threshold potential Vth2 and the saturation level with respect to the difference between the black level potential and the threshold potential Vth2 is the same as the resistance ratio of the resistor Rb2 with respect to the resistor Ra2.

スイッチSa1,Sa2,Sb1,Sb2は、測光演算部811によって制御される。測光演算部811は、被写体が適正露出よりも暗い場合はスイッチSa1及びSb1をオン状態にし、スイッチSa2及びSb2をオフ状態にする。逆に、測光演算部811は、被写体が適正露出よりも明るい場合はスイッチSa1及びSb1をオフ状態にし、スイッチSa2及びSb2をオン状態にする。   The switches Sa1, Sa2, Sb1, and Sb2 are controlled by the photometric calculation unit 811. When the subject is darker than the appropriate exposure, the photometry calculation unit 811 turns on the switches Sa1 and Sb1 and turns off the switches Sa2 and Sb2. Conversely, when the subject is brighter than the appropriate exposure, the photometry calculation unit 811 turns off the switches Sa1 and Sb1 and turns on the switches Sa2 and Sb2.

図10は、参照信号Pslope1〜Pslope5の開始電位と終了電位等をオンする単位ブロック301の個数i,p,qと定電流値Iと抵抗定数Ra1,Ra2,Rb1,Rb2で示した図である。電位VnはN読み時の終了電位である。電位Vfは、飽和時の列信号線101の電位である。nは全ての単位ブロック301の数である。iは第1の参照信号Pslope1が電位Vnになる時にオンしている単位ブロック301の数である。pは第2の参照信号Pslope2が閾値電位Vth1になる時にオンしている単位ブロック301の数である。qは第3の参照信号Pslope3が閾値電位Vth2になる時にオンしている単位ブロック301の数である。gは抵抗Ra1に対する抵抗Ra2の抵抗比である。hは抵抗Rb1に対する抵抗Rb2の抵抗比を示している。   FIG. 10 is a diagram showing the number i, p, q of unit blocks 301 for turning on the start potential and end potential of the reference signals Pslope 1 to Pslope 5, the constant current value I, and the resistance constants Ra1, Ra2, Rb1, Rb2. . The potential Vn is an end potential at the time of N reading. The potential Vf is the potential of the column signal line 101 at the time of saturation. n is the number of all unit blocks 301. i is the number of unit blocks 301 that are turned on when the first reference signal Pslope1 becomes the potential Vn. p is the number of unit blocks 301 that are turned on when the second reference signal Pslope2 becomes the threshold potential Vth1. q is the number of unit blocks 301 that are turned on when the third reference signal Pslope3 becomes the threshold potential Vth2. g is the resistance ratio of the resistor Ra2 to the resistor Ra1. h represents the resistance ratio of the resistor Rb2 to the resistor Rb1.

第1の参照信号Pslope1は、第1の実施形態と同様に、N読み時の参照信号である。第1の参照信号Pslope1の開始電位は、n個のスイッチS11〜S1nを全てオンした時の信号線Aの電位nIRa1である。そこから、順次、オフするスイッチS1を一個ずつ増やしていく。第1の参照信号Pslope1の終了電位は、i個のスイッチS1がオンしている時の信号線Aの電位iIRa1(=Vn)である。第1の参照信号Pslope1の傾きを−αとする。   The first reference signal Pslope1 is a reference signal for N reading, as in the first embodiment. The start potential of the first reference signal Pslope1 is the potential nIRa1 of the signal line A when all the n switches S11 to S1n are turned on. From there, the switches S1 to be turned off are sequentially increased one by one. The end potential of the first reference signal Pslope1 is the potential iIRa1 (= Vn) of the signal line A when i switches S1 are on. The inclination of the first reference signal Pslope1 is set to -α.

第2の参照信号Pslope2は、S読み時において、被写体が適正露出よりも暗い場合の閾値電位Vth1に対してアナログ信号電位Vlnが大きい場合に用いる参照信号である。第2の参照信号Pslope2の開始電位は、p個のスイッチS1がオンしている時の信号線Aの電位pIRa1(=Vth1)である。そこから、順次、オンするスイッチS1を一個ずつ増やしていく。第2の参照信号Pslope2の終了電位は、全てのスイッチS1がオンしている時の信号線Aの電位nIRa1である。第2の参照信号Pslope2の傾きは、第1の参照信号Pslope1に対して、絶対値が同じであり、極性が異なり、αとなる。   The second reference signal Pslope2 is a reference signal used when the analog signal potential Vln is larger than the threshold potential Vth1 when the subject is darker than the appropriate exposure during S reading. The starting potential of the second reference signal Pslope2 is the potential pIRa1 (= Vth1) of the signal line A when the p switches S1 are on. From there, the switches S1 to be turned on are sequentially increased one by one. The end potential of the second reference signal Pslope2 is the potential nIRa1 of the signal line A when all the switches S1 are on. The slope of the second reference signal Pslope2 has the same absolute value, different polarity, and α with respect to the first reference signal Pslope1.

第3の参照信号Pslope3は、S読み時において、被写体が適正露出よりも明るい場合の閾値電位Vth2に対してアナログ信号電位Vlnが大きい場合に用いる参照信号である。第3の参照信号Pslope3の開始電位は、q個のスイッチS1がオンしている時の信号線Aの電位qIRa2(=Vth2)である。そこから、順次、オフするスイッチS1を一個ずつ増やしていく。第3の参照信号Pslope3の終了電位は、全てのスイッチS1がオンしている時の信号線Aの電位nIRa1である。第3の参照信号Pslope3の傾きをβとする。第3の参照信号Pslope3は、抵抗Ra1よりも抵抗定数が大きい抵抗Ra2を用いている為、第3の参照信号Pslope3の傾きβは第2の参照信号Pslope2の傾きαより大きい傾きとなる。   The third reference signal Pslope3 is a reference signal used when the analog signal potential Vln is larger than the threshold potential Vth2 when the subject is brighter than the appropriate exposure during S reading. The starting potential of the third reference signal Pslope3 is the potential qIRa2 (= Vth2) of the signal line A when the q switches S1 are on. From there, the switches S1 to be turned off are sequentially increased one by one. The end potential of the third reference signal Pslope3 is the potential nIRa1 of the signal line A when all the switches S1 are on. Let the slope of the third reference signal Pslope3 be β. Since the third reference signal Pslope3 uses a resistor Ra2 having a resistance constant larger than that of the resistor Ra1, the slope β of the third reference signal Pslope3 is larger than the slope α of the second reference signal Pslope2.

第4の参照信号Pslope4は、S読み時において、被写体が適正露出よりも暗い場合の閾値電位Vth2に対してアナログ信号電位Vlnが小さい場合に用いる参照信号である。第4の参照信号Pslope4の開始電位は、p/g個のスイッチS2がオンしている時の信号線Bの電位(p/g)IRb1(=Vth2)である。そこから、順次、オフするスイッチS2を一個ずつ増やしていく。第4の参照信号Pslope4の終了電位は電位Vfである。第4の参照信号Pslope4の傾きは、抵抗Ra1に対してg倍の抵抗定数である抵抗Rb1を用いているので、−gαとなる。第4の参照信号Pslope4の傾きは、第2の参照信号Pslope2の傾きに対して、極性が異なり、絶対値がg倍である。   The fourth reference signal Pslope4 is a reference signal used when the analog signal potential Vln is smaller than the threshold potential Vth2 when the subject is darker than the appropriate exposure during S reading. The starting potential of the fourth reference signal Pslope4 is the potential (p / g) IRb1 (= Vth2) of the signal line B when the p / g switches S2 are on. From there, the switches S2 to be turned off are sequentially increased one by one. The end potential of the fourth reference signal Pslope4 is the potential Vf. The inclination of the fourth reference signal Pslope4 is −gα because the resistor Rb1 having a resistance constant g times that of the resistor Ra1 is used. The slope of the fourth reference signal Pslope4 is different in polarity from the slope of the second reference signal Pslope2 and has an absolute value of g times.

第5の参照信号Pslope5は、S読み時において、被写体が適正露出よりも明るい場合の閾値電位Vth2に対してアナログ信号電位Vlnが小さい場合に用いる参照信号である。第5の参照信号Pslope5の開始電位は、q/h個のスイッチS2がオンしている時の信号線Bの電位(q/h)IRb2(=Vth2)である。そこから、順次、オフするスイッチS2を一個ずつ増やしていく。第5の参照信号Pslope5の終了電位は、電位Vfである。第5の参照信号Pslope5の傾きは、抵抗Ra2に対してh倍の抵抗定数である抵抗Rb2を用いているので、−hβとなる。第5の参照信号Pslope5の傾きは、第3の参照信号Pslope3の傾きに対して、極性が異なり、絶対値がh倍である。   The fifth reference signal Pslope5 is a reference signal used when the analog signal potential Vln is smaller than the threshold potential Vth2 when the subject is brighter than the appropriate exposure during S reading. The starting potential of the fifth reference signal Pslope5 is the potential (q / h) IRb2 (= Vth2) of the signal line B when the q / h switches S2 are on. From there, the switches S2 to be turned off are sequentially increased one by one. The end potential of the fifth reference signal Pslope5 is the potential Vf. The slope of the fifth reference signal Pslope5 is −hβ because the resistor Rb2 that is a resistance constant h times that of the resistor Ra2 is used. The inclination of the fifth reference signal Pslope5 is different in polarity from the inclination of the third reference signal Pslope3, and the absolute value thereof is h times.

参照信号Pslope2,Pslope3,Pslope4,Pslope5の傾きの絶対値は、相互に異なる。   The absolute values of the slopes of the reference signals Pslope2, Pslope3, Pslope4, and Pslope5 are different from each other.

図11は、本実施形態の参照信号Pslope1〜Pslope5を示す図である。まず、N読み時のアナログデジタル変換が開始するまでの間に、測光センサ811は被写体の輝度を検出する。測光演算部811は、被写体が適正露出よりも暗い場合には閾値電位VthをVth1に設定し、被写体が適正露出よりも明るい場合には閾値電位VthをVth2に設定する。   FIG. 11 is a diagram illustrating the reference signals Pslope1 to Pslope5 of the present embodiment. First, the photometric sensor 811 detects the luminance of the subject before analog-digital conversion for N reading starts. The metering calculation unit 811 sets the threshold potential Vth to Vth1 when the subject is darker than the proper exposure, and sets the threshold potential Vth to Vth2 when the subject is brighter than the proper exposure.

N読みが開始し、N読み時のアナログデジタル変換期間では、測光演算部811は、スイッチSa1をオン状態にする。信号線Aには、第1の参照信号Pslope1が出力される。   N reading starts, and in the analog-digital conversion period at the time of N reading, the photometric calculation unit 811 turns on the switch Sa1. The first reference signal Pslope1 is output to the signal line A.

次に、S読みのアナログデジタル変換が開始する。測光演算部811は、被写体が適正露出よりも暗い場合はスイッチSa1及びSb1をオン状態にし、スイッチSa2及びSb2をオフ状態にする。これにより、信号線Aには第2の参照信号Pslope2が出力され、信号線Bには第4の参照信号Pslope4が出力される。閾値電位VthはVth1に設定されている。アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vth1より大きい第1の範囲内である場合には、比較器204は、アナログ信号電位Vlnと信号線Aの第2の参照信号Pslope2を比較し、比較器204の出力信号の論理反転信号がカウンタ105の制御端子に入力される。また、アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vth1より小さい第2の範囲内である場合には、比較器204は、アナログ信号電位Vlnと信号線Bの第4の参照信号Pslope4を比較し、比較器204の出力信号がそのままカウンタ105の制御端子に入力される。   Next, S-read analog-to-digital conversion starts. When the subject is darker than the appropriate exposure, the photometry calculation unit 811 turns on the switches Sa1 and Sb1 and turns off the switches Sa2 and Sb2. As a result, the second reference signal Pslope2 is output to the signal line A, and the fourth reference signal Pslope4 is output to the signal line B. The threshold potential Vth is set to Vth1. When the analog signal potential Vln is within the first range larger than the threshold potential Vth1, the comparator 204 compares the analog signal potential Vln with the second reference signal Pslope2 of the signal line A, and outputs the comparator 204. A logically inverted signal of the signal is input to the control terminal of the counter 105. When the analog signal potential Vln is within the second range smaller than the threshold potential Vth1, the comparator 204 compares the analog signal potential Vln with the fourth reference signal Pslope4 of the signal line B, and compares the comparator 204. Is directly input to the control terminal of the counter 105.

これに対し、測光演算部811は、被写体が適正露出よりも明るい場合はスイッチSa1及びSb1をオフ状態にし、スイッチSa2及びSb2をオン状態にする。これにより、信号線Aには第3の参照信号Pslope3が出力され、信号線Bには第5の参照信号Pslope1が出力される。閾値電位VthはVth2に設定されている。アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vth2より大きい第3の範囲内である場合には、比較器204は、アナログ信号電位Vlnと信号線Aの第3の参照信号Pslope3を比較し、比較器204の出力信号の論理反転信号がカウンタ105の制御端子に入力される。また、アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vth2より小さい第4の範囲内である場合には、比較器204は、アナログ信号電位Vlnと信号線Bの第5の参照信号Pslope5を比較し、比較器204の出力信号がそのままカウンタ105の制御端子に入力される。   On the other hand, when the subject is brighter than the appropriate exposure, the photometry calculation unit 811 turns off the switches Sa1 and Sb1 and turns on the switches Sa2 and Sb2. As a result, the third reference signal Pslope3 is output to the signal line A, and the fifth reference signal Pslope1 is output to the signal line B. The threshold potential Vth is set to Vth2. When the analog signal potential Vln is within the third range that is greater than the threshold potential Vth2, the comparator 204 compares the analog signal potential Vln with the third reference signal Pslope3 of the signal line A, and outputs the comparator 204. A logically inverted signal of the signal is input to the control terminal of the counter 105. When the analog signal potential Vln is within the fourth range smaller than the threshold potential Vth2, the comparator 204 compares the analog signal potential Vln with the fifth reference signal Pslope5 of the signal line B, and compares the comparator 204. Is directly input to the control terminal of the counter 105.

その他の点については、本実施形態は、第1の実施形態と同様の動作を行う。本実施形態によれば、被写体の輝度に応じて閾値電位Vthを変えることが可能となる。これによって、被写体の輝度に適したアナログデジタル変換となるので、被写体の輝度に依らず高画質な画像を得ることができる。また、本実施形態では、被写体の輝度を適正露出より明るいか暗いかで閾値電位Vthを二値制御したが、これに限らず三値以上の制御を行ってもよい。また、本実施形態では、測光センサ810による被写体の輝度に応じて、閾値電位Vthを変更したが、これに限定されない。例えば、閾値電位Vth1を用いるアナログデジタル変換を暗部高画質モード(第1のモード)、閾値電位Vth2を用いるアナログデジタル変換を通常モード(第2のモード)とし、ユーザーに選択してもらってもよい。   In other respects, the present embodiment performs the same operation as the first embodiment. According to the present embodiment, the threshold potential Vth can be changed according to the luminance of the subject. As a result, analog-to-digital conversion suitable for the luminance of the subject is performed, so that a high-quality image can be obtained regardless of the luminance of the subject. In this embodiment, the threshold potential Vth is binary-controlled based on whether the luminance of the subject is brighter or darker than the appropriate exposure. However, the present invention is not limited to this, and control of three or more values may be performed. In the present embodiment, the threshold potential Vth is changed according to the luminance of the subject by the photometric sensor 810, but the present invention is not limited to this. For example, analog / digital conversion using the threshold potential Vth1 may be selected as a dark mode high image quality mode (first mode), and analog / digital conversion using the threshold potential Vth2 may be selected as a normal mode (second mode).

(第3の実施形態)
第1の実施形態ではS読み時の参照信号Pslope2及びPslope3は傾きの極性が異なる例を示したが、これに限定されない。本発明の第3の実施形態では、第1の実施形態の参照信号Pslope1〜Pslope3の傾きの極性が同一である例を示す。以下、第3の実施形態が第1の実施形態と異なる点を説明する。
(Third embodiment)
In the first embodiment, the reference signals Pslope2 and Pslope3 at the time of S reading are different in inclination polarity. However, the present invention is not limited to this. The third embodiment of the present invention shows an example in which the polarities of the slopes of the reference signals Pslope1 to Pslope3 of the first embodiment are the same. Hereinafter, the points of the third embodiment different from the first embodiment will be described.

本実施形態では、参照信号Pslope1〜Pslope3の傾きの極性がすべて同一であることから、比較開始時のアナログ信号電位Vlnと参照信号の大小関係は変わらない。その為、第1の実施形態の図2で示したアナログ信号電位Vlnと参照信号の比較を行う比較器204の出力信号を反転させるためのスイッチ206,207、インバータ208,209、論理積回路205が不要となる。   In this embodiment, since the reference signals Pslope1 to Pslope3 all have the same polarity, the magnitude relationship between the analog signal potential Vln at the start of the comparison and the reference signal does not change. Therefore, switches 206 and 207, inverters 208 and 209, and an AND circuit 205 for inverting the output signal of the comparator 204 that compares the analog signal potential Vln shown in FIG. 2 of the first embodiment and the reference signal. Is no longer necessary.

図12は、本発明の第3の実施形態に係る比較回路104の構成例を示す回路図である。図12の比較回路104は、図2の比較回路104に対して、スイッチ206,207、インバータ208,209、論理積回路205を削除したものである。比較回路104は、アナログ信号電位Vlnと閾値電位Vthとの大小関係に応じて信号線Aと信号線Bのどちらを参照信号とするかを選択するための比較器200、スイッチ201,202、インバータ203を有する。さらに、比較回路104は、選択された参照信号とアナログ信号電位Vlnとを比較するための比較器204を有する。比較器204の出力信号は、常に、そのままカウンタ105の制御端子に入力される。   FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration example of the comparison circuit 104 according to the third embodiment of the present invention. The comparison circuit 104 in FIG. 12 is obtained by deleting the switches 206 and 207, the inverters 208 and 209, and the logical product circuit 205 from the comparison circuit 104 in FIG. The comparison circuit 104 includes a comparator 200, switches 201 and 202, an inverter for selecting which of the signal line A and the signal line B is a reference signal according to the magnitude relationship between the analog signal potential Vln and the threshold potential Vth. 203. Further, the comparison circuit 104 includes a comparator 204 for comparing the selected reference signal with the analog signal potential Vln. The output signal of the comparator 204 is always input to the control terminal of the counter 105 as it is.

図13は、本実施形態に係る参照信号Pslope1〜Pslope3のそれぞれの開始電位と終了電位等をオンする単位ブロックの個数i,jと定電流値Iと抵抗定数R1,R2で示した図である。本実施形態(図13)の第1の参照信号Pslope1は、第1の実施形態(図4)の第1の参照信号Pslope1と同じである。また、本実施形態(図13)の第3の参照信号Pslope3は、第1の実施形態(図4)の第3の参照信号Pslope3と同じである。本実施形態(図13)の第2の参照信号Pslope2は、第1の実施形態(図4)の第2の参照信号Pslope2と傾きが異なる。以下、本実施形態(図13)の第2の参照信号Pslopeを説明する。   FIG. 13 is a diagram showing the number of unit blocks i, j, constant current value I, and resistance constants R1, R2 for turning on the start potential and end potential of the reference signals Pslope1-Pslope3 according to the present embodiment. . The first reference signal Pslope1 of the present embodiment (FIG. 13) is the same as the first reference signal Pslope1 of the first embodiment (FIG. 4). Further, the third reference signal Pslope3 of the present embodiment (FIG. 13) is the same as the third reference signal Pslope3 of the first embodiment (FIG. 4). The second reference signal Pslope2 of the present embodiment (FIG. 13) has a different slope from the second reference signal Pslope2 of the first embodiment (FIG. 4). Hereinafter, the second reference signal Pslope of this embodiment (FIG. 13) will be described.

第2の参照信号Pslope2は、S読み時において、アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより小さい場合に用いる参照信号である。第2の参照信号Pslope2の開始電位は、全てのスイッチS1がオンしている時の信号線Aの電位nIR1である。そこから、順次。オフするスイッチS1を一個ずつ増やしていく。第2の参照信号Pslope2の終了電位は、j個のスイッチS1がオンしている時の信号線Aの電位jIR1(=Vth)である。第2の参照信号Pslope2の傾きは、第1の参照信号Pslope1と同じく−αである。   The second reference signal Pslope2 is a reference signal used when the analog signal potential Vln is smaller than the threshold potential Vth during S reading. The starting potential of the second reference signal Pslope2 is the potential nIR1 of the signal line A when all the switches S1 are on. From there, sequentially. The switches S1 to be turned off are increased one by one. The end potential of the second reference signal Pslope2 is the potential jIR1 (= Vth) of the signal line A when j switches S1 are on. The slope of the second reference signal Pslope2 is −α, similar to the first reference signal Pslope1.

図14は、本実施形態に係る信号処理部109の補正処理を示すフローチャートである。信号処理部109が端子Outから入力するデジタル値をCとし、閾値電位Vthに対応するデジタル値をCthとする。ステップS1401では、S読み時において、信号処理部109は、カウンタ105の1ビットメモリの値が1及び0のいずれであるかを判断する。信号処理部109は、カウンタ105の1ビットメモリの値が1である場合には、アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより大きい場合(低輝度)であるので、ステップS1402に進む。これに対し、信号処理部109は、カウンタ105の1ビットメモリの値が0である場合には、アナログ信号電位Vlnが閾値電位Vthより小さい場合(高輝度)であるので、ステップS1403に進む。   FIG. 14 is a flowchart showing the correction processing of the signal processing unit 109 according to this embodiment. The digital value input from the terminal Out by the signal processing unit 109 is C, and the digital value corresponding to the threshold potential Vth is Cth. In step S1401, at the time of reading S, the signal processing unit 109 determines whether the value of the 1-bit memory of the counter 105 is 1 or 0. When the value of the 1-bit memory of the counter 105 is 1, the signal processing unit 109 proceeds to step S1402 because the analog signal potential Vln is greater than the threshold potential Vth (low luminance). On the other hand, when the value of the 1-bit memory of the counter 105 is 0, the signal processing unit 109 is in the case where the analog signal potential Vln is smaller than the threshold potential Vth (high luminance), and thus the process proceeds to step S1403.

ステップS1402では、信号処理部109は、入力されたデジタル値Cを補正せず、デジタル値Cをそのまま最終デジタル値とし、補正処理を終了する。ステップS1403では、信号処理部109は、デジタル値Cにkを乗算し、その乗算結果にデジタル値Cthを加算した値を最終デジタル値とし、補正処理を終了する。なお、N読み時には、第1の実施形態(図5)のステップS503と同様に、信号処理部109は、入力されたデジタル値Cを補正せず、デジタル値Cをそのまま最終デジタル値とし、補正処理を終了する。   In step S1402, the signal processing unit 109 does not correct the input digital value C, uses the digital value C as it is as the final digital value, and ends the correction process. In step S1403, the signal processing unit 109 multiplies the digital value C by k, adds the digital value Cth to the multiplication result, and sets the final digital value, and ends the correction process. When reading N, as in step S503 of the first embodiment (FIG. 5), the signal processing unit 109 does not correct the input digital value C, but uses the digital value C as it is as the final digital value. End the process.

図15は、本実施形態に係る参照信号を示す図である。本実施形態では、第1の実施形態と同様に、N読み時には第1の参照信号Pslope1が用いられ、S読み時には第2の参照信号Pslope2又は第3の参照信号Pslope3が用いられる。第1の参照信号Pslope1は、第1の実施形態(図6及び図7)の第1の参照信号Pslope1と同じである。第3の参照信号Pslope3は、第1の実施形態(図7)の第3の参照信号Pslope3と同じである。   FIG. 15 is a diagram illustrating a reference signal according to the present embodiment. In the present embodiment, as in the first embodiment, the first reference signal Pslope1 is used during N reading, and the second reference signal Pslope2 or the third reference signal Pslope3 is used during S reading. The first reference signal Pslope1 is the same as the first reference signal Pslope1 of the first embodiment (FIGS. 6 and 7). The third reference signal Pslope3 is the same as the third reference signal Pslope3 of the first embodiment (FIG. 7).

第2の参照信号Pslope2は、第1の実施形態(図6)の第2の参照信号Pslope2に対して、傾きの極性が異なる。第2の参照信号Pslope2は、開始電位nIR1から終了電位Vthまで線形に小さくなる。第2の参照信号Pslope2の傾きは−αである。   The second reference signal Pslope2 has a slope polarity different from that of the second reference signal Pslope2 of the first embodiment (FIG. 6). The second reference signal Pslope2 decreases linearly from the start potential nIR1 to the end potential Vth. The slope of the second reference signal Pslope2 is −α.

本実施形態では、第1の実施形態と同様に、第3の参照信号Pslope3の傾きの絶対値を大きくすることにより、高輝度時の画素信号のアナログデジタル変換時間の高速化が可能となる。また、視認しやすい暗部の信号域では、第2の参照信号Pslope2の傾きの絶対値を小さくすることで、クロック周波数を高周波数化することなく、高分解能にアナログデジタル変換を行うことが可能となる。   In the present embodiment, as in the first embodiment, it is possible to increase the analog-digital conversion time of the pixel signal at high luminance by increasing the absolute value of the slope of the third reference signal Pslope3. Also, in the dark signal region that is easy to visually recognize, the absolute value of the slope of the second reference signal Pslope2 can be reduced to enable analog-digital conversion with high resolution without increasing the clock frequency. Become.

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.

103 アナログデジタル変換器、104 比較回路、105 カウンタ、110 画素 103 analog-digital converter, 104 comparison circuit, 105 counter, 110 pixels

Claims (10)

光電変換を行う画素と、
ある傾きで変化する参照信号と前記画素の出力信号とを比較する比較回路と、
前記比較回路の比較結果を入力し、前記参照信号及び前記画素の出力信号の大小関係が逆転するまでカウントを行うカウンタとを有し、
前記比較回路は、前記画素の出力信号が第1の範囲内である場合には、第1の参照信号と前記画素の出力信号とを比較し、前記画素の出力信号が第2の範囲内である場合には、第2の参照信号と前記画素の出力信号とを比較し、
前記比較回路が比較する前記第1の参照信号の比較範囲と前記比較回路が比較する前記第2の参照信号の比較範囲は、相互に異なり、
前記第1の参照信号の傾きの絶対値と前記第2の参照信号の傾きの絶対値は、相互に異なることを特徴とする固体撮像装置。
A pixel that performs photoelectric conversion;
A comparison circuit that compares a reference signal that changes at a certain inclination with an output signal of the pixel;
A counter that inputs the comparison result of the comparison circuit and counts until the magnitude relationship between the reference signal and the output signal of the pixel is reversed;
The comparison circuit compares the first reference signal and the output signal of the pixel when the output signal of the pixel is within the first range, and the output signal of the pixel is within the second range. In some cases, the second reference signal is compared with the output signal of the pixel;
The comparison range of the first reference signal compared with the comparison circuit and the comparison range of the second reference signal compared with the comparison circuit are different from each other.
The solid-state imaging device, wherein the absolute value of the slope of the first reference signal and the absolute value of the slope of the second reference signal are different from each other.
前記画素の出力信号が前記第2の範囲内である場合に前記画素が受光した光の輝度は、前記画素の出力信号が前記第1の範囲内である場合に前記画素が受光した光の輝度よりも高く、
前記第2の参照信号の傾きの絶対値は、前記第1の参照信号の傾きの絶対値より大きいことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
The luminance of light received by the pixel when the output signal of the pixel is within the second range is the luminance of light received by the pixel when the output signal of the pixel is within the first range. Higher than
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein an absolute value of the slope of the second reference signal is larger than an absolute value of the slope of the first reference signal.
前記第1の参照信号の傾きの極性と前記第2の参照信号の傾きの極性は、相互に異なることを特徴とする請求項1又は2記載の固体撮像装置。   3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the polarity of the slope of the first reference signal and the polarity of the slope of the second reference signal are different from each other. 前記比較回路は、前記画素の出力信号が閾値より大きい場合には、前記第1の参照信号と前記画素の出力信号とを比較し、前記画素の出力信号が前記閾値より小さい場合には、前記第2の参照信号と前記画素の出力信号とを比較し、
前記第1の参照信号及び前記第2の参照信号は、前記閾値から変化を開始することを特徴とする請求項3記載の固体撮像装置。
The comparison circuit compares the first reference signal with the output signal of the pixel when the output signal of the pixel is larger than a threshold value, and compares the first reference signal with the output signal of the pixel when the output signal of the pixel is smaller than the threshold value. Comparing the second reference signal and the output signal of the pixel;
The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the first reference signal and the second reference signal start to change from the threshold value.
前記比較回路は、前記画素のリセット解除状態における信号を入力する場合には、第3の参照信号と前記画素の出力信号とを比較し、前記画素の光電変換信号を入力する場合には、前記第1の参照信号と前記画素の出力信号とを比較し、又は前記第2の参照信号と前記画素の出力信号とを比較し、
前記第3の参照信号の傾きの絶対値は、前記第2の参照信号の傾きの絶対値と異なることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
The comparison circuit compares a third reference signal with the output signal of the pixel when the signal in the reset release state of the pixel is input, and when the photoelectric conversion signal of the pixel is input, Comparing the first reference signal and the output signal of the pixel, or comparing the second reference signal and the output signal of the pixel;
5. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein an absolute value of an inclination of the third reference signal is different from an absolute value of an inclination of the second reference signal.
前記第3の参照信号の傾きの絶対値は、前記第1の参照信号の傾きの絶対値と同じであることを特徴とする請求項5記載の固体撮像装置。   6. The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the absolute value of the slope of the third reference signal is the same as the absolute value of the slope of the first reference signal. さらに、被写体の明るさを検出する測光センサを有し、
前記比較回路は、
前記被写体の明るさが基準値より暗い場合、前記画素の出力信号が前記第1の範囲内である場合には、前記第1の参照信号と前記画素の出力信号とを比較し、前記画素の出力信号が前記第2の範囲内である場合には、前記第2の参照信号と前記画素の出力信号とを比較し、
前記被写体の明るさが前記基準値より明るい場合、前記画素の出力信号が第3の範囲内である場合には、第3の参照信号と前記画素の出力信号とを比較し、前記画素の出力信号が第4の範囲内である場合には、第4の参照信号と前記画素の出力信号とを比較し、
前記第1〜第4の参照信号の傾きの絶対値は、相互に異なることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
Furthermore, it has a photometric sensor that detects the brightness of the subject,
The comparison circuit is
When the brightness of the subject is darker than a reference value, and when the output signal of the pixel is within the first range, the first reference signal and the output signal of the pixel are compared, and If the output signal is within the second range, compare the second reference signal and the output signal of the pixel;
When the brightness of the subject is brighter than the reference value and the output signal of the pixel is within the third range, a third reference signal and the output signal of the pixel are compared, and the output of the pixel If the signal is within the fourth range, compare the fourth reference signal with the output signal of the pixel;
5. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein absolute values of inclinations of the first to fourth reference signals are different from each other.
前記比較回路は、
第1のモードでは、前記画素の出力信号が前記第1の範囲内である場合には、前記第1の参照信号と前記画素の出力信号とを比較し、前記画素の出力信号が前記第2の範囲内である場合には、前記第2の参照信号と前記画素の出力信号とを比較し、
第2のモードでは、前記画素の出力信号が第3の範囲内である場合には、第3の参照信号と前記画素の出力信号とを比較し、前記画素の出力信号が第4の範囲内である場合には、第4の参照信号と前記画素の出力信号とを比較し、
前記第1〜第4の参照信号の傾きの絶対値は、相互に異なることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
The comparison circuit is
In the first mode, when the output signal of the pixel is within the first range, the first reference signal and the output signal of the pixel are compared, and the output signal of the pixel is the second signal. The second reference signal is compared with the output signal of the pixel,
In the second mode, when the output signal of the pixel is within the third range, the third reference signal is compared with the output signal of the pixel, and the output signal of the pixel is within the fourth range. The fourth reference signal is compared with the output signal of the pixel,
5. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein absolute values of inclinations of the first to fourth reference signals are different from each other.
前記画素は、行列状に複数設けられ、
前記比較回路及び前記カウンタは、それぞれ、前記画素の列毎に複数設けられることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
A plurality of the pixels are provided in a matrix,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a plurality of the comparison circuits and the counters are provided for each column of the pixels.
光電変換を行う画素と、
ある傾きで変化する参照信号と前記画素の出力信号とを比較する比較回路と、
前記比較回路の比較結果を入力し、前記参照信号及び前記画素の出力信号の大小関係が逆転するまでカウントを行うカウンタとを有する固体撮像装置の駆動方法であって、
前記比較回路が、前記画素の出力信号が第1の範囲内である場合には、第1の参照信号と前記画素の出力信号とを比較するステップと、
前記比較回路が、前記画素の出力信号が第2の範囲内である場合には、第2の参照信号と前記画素の出力信号とを比較するステップとを有し、
前記比較回路が比較する前記第1の参照信号の比較範囲と前記比較回路が比較する前記第2の参照信号の比較範囲は、相互に異なり、
前記第1の参照信号の傾きの絶対値と前記第2の参照信号の傾きの絶対値は、相互に異なることを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
A pixel that performs photoelectric conversion;
A comparison circuit that compares a reference signal that changes at a certain inclination with an output signal of the pixel;
A solid-state imaging device driving method comprising: a counter that inputs a comparison result of the comparison circuit and performs counting until a magnitude relationship between the reference signal and the output signal of the pixel is reversed;
The comparison circuit, when the output signal of the pixel is within a first range, comparing the first reference signal and the output signal of the pixel;
The comparison circuit includes a step of comparing a second reference signal and the output signal of the pixel when the output signal of the pixel is within a second range;
The comparison range of the first reference signal compared with the comparison circuit and the comparison range of the second reference signal compared with the comparison circuit are different from each other.
The solid-state imaging device driving method, wherein an absolute value of the slope of the first reference signal and an absolute value of the slope of the second reference signal are different from each other.
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