JP2017038312A5 - - Google Patents

Description

本発明の一観点によれば、複数列を形成するように配された複数の画素と、参照信号を出力する参照信号供給部と、前記画素からの信号と前記参照信号とに応じた信号を出力する比較部と、を有し、前記比較部は、入力端子と出力端子とを含む比較回路と、前記比較回路の前記入力端子と前記出力端子とを接続する第１のスイッチと、前記比較回路の前記入力端子に一方の端子が接続されたクランプ容量と、前記クランプ容量の他方の端子に接続され、前記画素からの前記信号及び前記参照信号のいずれか一方を選択して前記他方の端子に入力する第２のスイッチと、前記参照信号が前記比較回路に入力される電気的経路に設けられたクリップ回路と、を含む固体撮像装置が提供される。

ＳＥＬスイッチＳＷ２は、制御信号ＳＥＬにより端子間の導通状態が制御されるスイッチである。ＳＥＬＢスイッチＳＷ３は、制御信号ＳＥＬの反転信号である制御信号ＳＥＬＢにより端子間の導通状態が制御されるスイッチである。例えば、制御信号ＳＥＬがハイレベルのとき、ＳＥＬスイッチＳＷ２はオンとなり、ＳＥＬＢスイッチＳＷ３はオフとなる。また、制御信号ＳＥＬがローレベルのとき、ＳＥＬスイッチＳＷ２はオフとなり、ＳＥＬＢスイッチＳＷ３はオンとなる。ＳＥＬスイッチＳＷ２及びＳＥＬＢスイッチＳＷ３を動作する際の信号レベルの関係は、この逆でもよい。つまり、ＳＥＬスイッチＳＷ２及びＳＥＬＢスイッチＳＷ３は、クランプ容量Ｃ１の第１の端子に入力される信号を、画素１２からの信号とランプ信号生成部３６からのランプ信号との間で切り替える１つのセレクトスイッチとも言える。

なお、ＦＢスイッチＳＷ４は、比較回路４４の反転入力端子の電位を初期化するためのスイッチである。比較回路４４の反転入力端子の電位を初期化するための構成は、必ずしもＦＢスイッチＳＷ４である必要はなく、例えば、比較回路４４の反転入力端子と非反転入力端子とを接続するスイッチや、反転入力端子に電圧ＶＢを供給する手段でもよい。

次いで、時刻Ｔ４において、比較回路４４の反転入力端子の電位と非反転入力端子の電圧ＶＢとの大小関係が反転したものとする。これにより、比較回路４４の出力が、ローレベルからハイレベルへと遷移する。記憶部４８は、比較回路４４の出力が反転した時刻Ｔ４においてカウンタ回路部５０から出力されたカウント値を、画素１２のリセット信号に対応したデジタルデータとして記憶する。なお、カウンタ回路部５０から出力されるカウント値は、ランプ信号のランピングの開始時刻と同期して計数が開始されている。

一方、ランプ信号バッファ回路４０の出力信号の電位が列読み出し回路部２２の出力信号の電圧ＶｓにＰ型ＭＯＳトランジスタＭＰ１の閾値電圧Ｖｔｈｐを加えた電位より大きいとき、ランプ信号バッファ回路４０の出力は（Ｖｓ＋Ｖｔｈｐ）にクリップされる。このときの比較回路４４の反転入力端子の電位は（ＶＢ−（Ｖｓ−Ｖｒ）＋Ｖｓ＋Ｖｔｈｐ＝ＶＢ＋Ｖｒ＋Ｖｔｈｐ）であり、（ＶＢ＋Ｖｒ＋Ｖｔｈｐ）が比較回路４４の反転入力端子に入力される上限値となる。なお、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＭＰ１の閾値電圧Ｖｔｈｐは、その絶対値を表す。

判定回路５４は、例えば図７に示す回路により構成することができる。判定回路５４は、下限用比較回路５６、下限用論理回路５８、上限用比較回路６０、上限用論理回路６２を含む。下限用比較回路５６及び上限用比較回路６０の非反転入力端子（図中、「＋」で示す）は、列読み出し回路部２２からの信号線３４に接続されている。下限用比較回路５６の反転入力端子（図中、「−」で示す）は、電位Ｖｌｘ（下限比較電位）のノードに接続されている。上限用比較回路６０の反転入力端子（図中、「−」で示す）は、電位Ｖｈｘ（上限比較電位）のノードに接続されている。下限用比較回路５６の出力端子は、下限用論理回路５８の入力端子に接続されている。上限用比較回路６０の出力端子は、上限用論理回路６２の入力端子に接続されている。下限用論理回路５８の出力端子は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＭＮ２のゲートに接続されている。上限用論理回路６２の出力端子は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲートに接続されている。下限用論理回路５８及び上限用論理回路６２は、制御信号ＪＵＤＧＥによって制御される。

Claims (23)

1. 複数列を形成するように配された複数の画素と、
   参照信号を出力する参照信号供給部と、
   前記画素からの信号と前記参照信号とに応じた信号を出力する比較部と、を有し、
   前記比較部は、
   入力端子と出力端子とを含む比較回路と、
   前記比較回路の前記入力端子と前記出力端子とを接続する第１のスイッチと、
   前記比較回路の前記入力端子に一方の端子が接続されたクランプ容量と、
   前記クランプ容量の他方の端子に接続され、前記画素からの前記信号及び前記参照信号のいずれか一方を選択して前記他方の端子に入力する第２のスイッチと、
   前記参照信号が前記比較回路に入力される電気的経路に設けられたクリップ回路と、を含む
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記参照信号供給部と前記第２のスイッチとの間に設けられたバッファ回路を更に有する
   ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記クリップ回路は、前記クランプ容量と前記比較回路の前記入力端子との間のノードの電位をクリップする
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
4. 前記クリップ回路は、前記バッファ回路の出力端子と前記第２のスイッチとの間のノードの電位をクリップする
   ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
5. 前記クリップ回路は、前記画素からの前記信号の電位に応じて、前記比較回路に入力される信号の電位をクリップする
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
6. 前記クリップ回路は、前記比較回路の前記入力端子に入力される電位に応じて、前記比較回路に入力される信号の電位をクリップする
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
7. 前記クリップ回路は、前記比較回路に入力される信号の電位の上限及び下限のうちの少なくとも一方をクリップする
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
8. 前記クリップ回路は、入力される信号の電位が所定の電位より大きいか小さいかの判定を行う判定回路を有し、前記判定回路による判定結果に応じてクリップ動作を行う
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
9. 前記比較部は、前記第２のスイッチが前記画素からの前記信号を選択して前記クランプ容量に入力している期間に、前記第１のスイッチによって前記比較回路の前記入力端子と前記出力端子をショートし、前記画素からの前記信号を前記クランプ容量にサンプリングするように構成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
10. 前記比較部は、前記複数の画素の所定の列毎に設けられている
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
11. 前記画素からの前記信号を読み出して前記比較部に出力する読み出し回路部を更に有する
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
12. 前記読み出し回路部は、電流源を含む
    ことを特徴とする請求項１１記載の固体撮像装置。
13. 前記読み出し回路部は、電流源と、前記画素からの前記信号を増幅する列アンプとを含む
    ことを特徴とする請求項１１記載の固体撮像装置。
14. 前記比較回路は、差動増幅回路を含む
    ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
15. 前記差動増幅回路は、所定の電位が入力される非反転入力端子と、前記クランプ容量の前記一方の端子が接続される反転入力端子とを含む
    ことを特徴とする請求項１４記載の固体撮像装置。
16. 前記比較回路は、シングルエンド型増幅器である
    ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
17. 前記第２のスイッチは、２つのスイッチを含み、
    前記第２のスイッチは、前記２つのスイッチのうちの一方をオン、他方をオフにして前記画素からの前記信号を選択する第１の状態と、前記２つのスイッチのうちの前記一方をオフ、前記他方をオンにして前記参照信号を選択する第２の状態と、を切り替える
    ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
18. 前記２つのスイッチのうちの前記一方に供給される制御信号と、前記２つのスイッチのうちの前記他方に供給される制御信号とは、互いに反転された信号である
    ことを特徴とする請求項１７記載の固体撮像装置。
19. 前記比較部は、前記複数列の各々に設けられている
    ことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
20. 第１の信号と第２の信号とに応じた信号を出力する比較器であって、
    入力端子と出力端子とを含む比較回路と、
    前記比較回路の前記入力端子と前記出力端子とを接続する第１のスイッチと、
    前記比較回路の前記入力端子に一方の端子が接続されたクランプ容量と、
    前記クランプ容量の他方の端子に接続され、前記第１の信号又は前記第２の信号のいずれか一方を選択して前記他方の端子に入力する第２のスイッチと、
    前記第２の信号が前記比較回路に入力される電気的経路に設けられたクリップ回路と、を有する比較部と
    を有することを特徴とする比較器。
21. 前記第２のスイッチは、２つのスイッチを含み、
    前記第２のスイッチは、前記２つのスイッチのうちの一方をオン、他方をオフにして前記第１の信号を選択する第１の状態と、前記２つのスイッチのうちの前記一方をオフ、前記他方をオンにして前記第２の信号を選択する第２の状態と、を切り替える
    ことを特徴とする請求項２０記載の比較器。
22. 前記２つのスイッチのうちの前記一方に供給される制御信号と、前記２つのスイッチのうちの前記他方に供給される制御信号とは、互いに反転された信号である
    ことを特徴とする請求項２１記載の比較器。
23. 請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置が出力する信号を用いて画像を生成する信号処理部と
    を有することを特徴とする撮像システム。