JP2017055382A - Imaging apparatus and imaging system - Google Patents

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洋史 戸塚
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the number of elements in an imaging apparatus having an AD conversion circuit in each row of a plurality of pixels and performing multiple AD conversions to an input pixel signal.SOLUTION: An imaging apparatus has a first memory group for holding a digital value obtained by performing first AD conversion to one and the same pixel signal and a second memory group for holding a digital value obtained by performing second AD conversion of the same pixel signal. The first memory group has a bit width of N+1 bits (N is a natural number) and holds bits from the least significant bit up to the (N+1)th bit out of the digital value obtained by the first AD conversion, and the second memory group has a bit width of M bits (M is a natural number) greater than N+1 bits and holds bits from the least significant bit up to the M-th bit out of the digital value obtained by the second AD conversion.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、撮像装置及び撮像システムに関する。   The present invention relates to an imaging apparatus and an imaging system.

CMOSイメージセンサの回路構成の一種として、複数の画素の各列に対応して設けられたアナログデジタル(AD)変換回路を有するものがある。このようなCMOSイメージセンサに関連して、特許文献1には、画素からの信号を複数回にわたってAD変換し、AD変換により得られたデジタル値を加算することで、撮像装置が動作する際に発生する熱雑音を低減することができる旨が記載されている。   One type of circuit configuration of a CMOS image sensor includes an analog-digital (AD) conversion circuit provided corresponding to each column of a plurality of pixels. In relation to such a CMOS image sensor, Patent Document 1 discloses that when an imaging apparatus operates by performing AD conversion of a signal from a pixel a plurality of times and adding a digital value obtained by AD conversion. It is described that the generated thermal noise can be reduced.

また、特許文献2には、カウンタが各列の記憶手段に対してバッファを介してカウント値を出力する撮像装置が開示されている。この撮像装置の各列の記憶手段は、画素信号の電位とランプ信号の電位との大小関係が逆転するタイミングにおいて、カウント値を保持する。   Patent Document 2 discloses an imaging apparatus in which a counter outputs a count value to a storage unit in each column via a buffer. The storage means of each column of the imaging apparatus holds the count value at the timing when the magnitude relationship between the potential of the pixel signal and the potential of the ramp signal is reversed.

特開2010−103913号公報JP 2010-103913 A 特開2013−93837号公報JP 2013-93837 A

しかしながら、特許文献2の構成において、入力された画素信号に対し複数回のAD変換を行う場合、各回のAD変換結果をそれぞれ保持するための記憶手段を追加する必要が生じるため、素子数が多くなり得る。   However, in the configuration of Patent Document 2, when AD conversion is performed a plurality of times on the input pixel signal, it is necessary to add storage means for holding each AD conversion result, and thus the number of elements is large. Can be.

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、複数の画素の各列にAD変換回路を有し、入力された画素信号に対して複数回のAD変換を行う撮像装置において、素子数を低減することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems. In an imaging apparatus that includes an AD conversion circuit in each column of a plurality of pixels and performs AD conversion multiple times on an input pixel signal, the number of elements is It aims at reducing.

本発明の一観点に係る撮像装置は、複数の列をなすように配列され、光電変換により入射光に応じた画素信号を出力する複数の画素を備え、前記画素信号を前記列ごとにAD変換してデジタル値を得る撮像装置であって、前記複数の列の各々に対応して設けられ、同一の前記画素信号に対して、第1のAD変換を行って得られた前記デジタル値を保持する第1メモリ群及び第2のAD変換を行って得られた前記デジタル値を保持する第2メモリ群を有し、前記第1メモリ群は、N+1ビット(Nは自然数)のビット幅を有し、前記第1のAD変換によって得られた前記デジタル値のうちの最下位ビットから第N+1ビットまでを保持し、前記第2メモリ群は、N+1ビットより大きいMビット(Mは自然数)のビット幅を有し、前記第2のAD変換によって得られた前記デジタル値のうちの最下位ビットから第Mビットまでを保持することを特徴とする。   An imaging apparatus according to an aspect of the present invention includes a plurality of pixels that are arranged to form a plurality of columns and that output pixel signals corresponding to incident light by photoelectric conversion, and the pixel signals are AD-converted for each column. An image pickup apparatus that obtains a digital value and is provided corresponding to each of the plurality of columns and holds the digital value obtained by performing a first AD conversion on the same pixel signal And a second memory group that holds the digital value obtained by performing the second AD conversion, and the first memory group has a bit width of N + 1 bits (N is a natural number). The digital value obtained by the first AD conversion holds the least significant bit to the (N + 1) th bit, and the second memory group has M bits (M is a natural number) larger than the N + 1 bit. A width of the second A Characterized by holding the least significant bit of said digital values obtained by the conversion to the M bits.

本発明の他の一観点に係る撮像装置は、複数の列をなすように配列され、光電変換により入射光に応じた画素信号を出力する複数の画素と、前記複数の列の各々に対応して設けられ、前記画素信号と、時間に応じて変化する参照信号との大小関係の比較を行い、前記大小関係が反転したことに応じて制御信号を出力する比較器と、前記参照信号の変化が開始してからの経過時間を示すカウント値を出力するカウンタと、前記複数の列の各々に対応して設けられ、前記制御信号が出力された時点における前記カウント値を保持する第1メモリ群及び第2メモリ群と、を有し、前記比較器は、同一の前記画素信号に対して、第1の比較及び第2の比較を含む複数回の前記比較を行い、前記第1メモリ群及び前記第2メモリ群は、前記第1の比較により得られた前記カウント値及び前記第2の比較により得られた前記カウント値をそれぞれ保持し、前記第1メモリ群は、N+1ビット(Nは自然数)のビット幅を有し、前記第1の比較によって得られた前記カウント値のうちの最下位ビットから第N+1ビットまでを保持し、前記第2メモリ群は、N+1ビットより大きいMビット(Mは自然数)のビット幅を有し、前記第2の比較によって得られた前記カウント値のうちの最下位ビットから第Mビットまでを保持することを特徴とする。   An imaging apparatus according to another aspect of the present invention corresponds to each of a plurality of pixels that are arranged in a plurality of columns and that output a pixel signal corresponding to incident light by photoelectric conversion. A comparator for comparing a magnitude relationship between the pixel signal and a reference signal that changes according to time, and that outputs a control signal in response to the magnitude relationship being inverted, and a change in the reference signal A counter that outputs a count value indicating an elapsed time since the start of the first memory, and a first memory group that is provided corresponding to each of the plurality of columns and holds the count value at the time when the control signal is output And the second memory group, and the comparator performs the plurality of comparisons including the first comparison and the second comparison on the same pixel signal, and the first memory group and The second memory group is used for the first comparison. The count value obtained by the second comparison and the count value obtained by the second comparison are respectively held, and the first memory group has a bit width of N + 1 bits (N is a natural number), and The least significant bit to the (N + 1) th bit of the count value obtained by the comparison are held, and the second memory group has a bit width of M bits (M is a natural number) larger than the N + 1 bit, The least significant bit to the Mth bit of the count value obtained by the comparison of 2 are held.

複数の画素の各列にAD変換回路を有し、入力された画素信号に対して複数回のAD変換を行う撮像装置において、素子数を低減することができる。   In an imaging device that includes an AD conversion circuit in each column of a plurality of pixels and performs AD conversion a plurality of times on an input pixel signal, the number of elements can be reduced.

(a)は、第1の実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。(b)は、画素の構成を示す回路図である。FIG. 2A is a block diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus according to the first embodiment. (B) is a circuit diagram showing a configuration of a pixel. (a)は、第1の実施形態に係る第1メモリ群及び第2メモリ群の構成をより詳細に示すブロック図である。(b)は、メモリの構成をより詳細に示すブロック図である。FIG. 3A is a block diagram illustrating in more detail the configurations of a first memory group and a second memory group according to the first embodiment. (B) is a block diagram showing the configuration of the memory in more detail. (a)は、第1の実施形態に係る撮像装置の動作を示すタイミング図である。(b)は、カウント信号を示すタイミング図である。(c)は、カウント信号の変形例を示すタイミング図である。FIG. 4A is a timing diagram illustrating an operation of the imaging apparatus according to the first embodiment. (B) is a timing chart showing a count signal. (C) is a timing chart showing a modification of the count signal. 第1の実施形態に係るデジタル値の処理方法を説明する図である。It is a figure explaining the processing method of the digital value which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る第1メモリ群及び第2メモリ群の構成をより詳細に示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the 1st memory group and 2nd memory group which concern on 2nd Embodiment in detail. (a)は、第2の実施形態に係る撮像装置全体の動作を示すタイミング図である。(b)は、期間N1、N2におけるカウント信号を示すタイミング図である。(c)は、期間S1、S2におけるカウント信号を示すタイミング図である。(A) is a timing diagram showing the operation of the entire imaging apparatus according to the second embodiment. (B) is a timing chart showing count signals in periods N1 and N2. (C) is a timing chart showing count signals in periods S1 and S2. 第3の実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the imaging device which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る第1メモリ群及び第2メモリ群の構成をより詳細に示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the 1st memory group and 2nd memory group which concern on 3rd Embodiment in detail. 第3の実施形態に係る撮像装置の動作を示すタイミング図である。FIG. 10 is a timing diagram illustrating an operation of the imaging apparatus according to the third embodiment. (a)は、第4の実施形態に係る撮像装置の動作を示すタイミング図である。(b)は、カウント信号を示すタイミング図である。(A) is a timing diagram which shows operation | movement of the imaging device which concerns on 4th Embodiment. (B) is a timing chart showing a count signal. 第6の実施形態に係る撮像システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the imaging system which concerns on 6th Embodiment. (a)は、第5の実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。(b)は、画素の構成を示す回路図である。(A) is a block diagram showing the composition of the imaging device concerning a 5th embodiment. (B) is a circuit diagram showing a configuration of a pixel. 第5の実施形態に係る電圧生成回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the voltage generation circuit which concerns on 5th Embodiment. 第5の実施形態に係る第1メモリ群及び第2メモリ群の構成をより詳細に示すブロック図である。It is a block diagram which shows in more detail the structure of the 1st memory group and 2nd memory group which concern on 5th Embodiment.

[第1の実施形態]
図1(a)及び図1(b)に第1の実施形態の撮像装置を示す。図1(a)は、撮像装置の構成を示すブロック図であり、図1(b)は、画素の構成を示す回路図である。
[First Embodiment]
FIG. 1A and FIG. 1B show an imaging apparatus according to the first embodiment. FIG. 1A is a block diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus, and FIG. 1B is a circuit diagram illustrating a configuration of a pixel.

撮像装置は、画素アレイ101、垂直走査回路102、参照信号発生回路103、複数の比較器104、カウンタ105、複数の第1メモリ群107、複数の第2メモリ群108、水平走査回路109及び複数の選択回路110を有する。画素アレイ101は、複数の行及び複数の列を含む行列状に配置された複数の画素100を有する。比較器104、第1メモリ群107、第2メモリ群108及び選択回路110は画素アレイ101の各列に対応して設けられる。   The imaging apparatus includes a pixel array 101, a vertical scanning circuit 102, a reference signal generation circuit 103, a plurality of comparators 104, a counter 105, a plurality of first memory groups 107, a plurality of second memory groups 108, a horizontal scanning circuit 109, and a plurality of The selection circuit 110 is provided. The pixel array 101 includes a plurality of pixels 100 arranged in a matrix including a plurality of rows and a plurality of columns. The comparator 104, the first memory group 107, the second memory group 108, and the selection circuit 110 are provided corresponding to each column of the pixel array 101.

画素100は、光電変換部PD、リセットトランジスタM1、転送トランジスタM2、増幅トランジスタM3、選択トランジスタM4を有する。光電変換部PDは、光電変換により入射光に応じた電荷を生成する。光電変換部PDは、例えばフォトダイオードにより構成される。リセットトランジスタM1、転送トランジスタM2及び選択トランジスタM4は、それぞれ、垂直走査回路102から供給される制御信号φR、φT、φSELによって制御される。光電変換部PDは、転送トランジスタM2のソースと接続され、転送トランジスタM2のドレインは増幅トランジスタM3のゲートノードであるフローティングディフュージョンFDと接続される。転送トランジスタM2をオンにすることにより、光電変換部PDで生成された電荷がフローティングディフュージョンFDに転送される。   The pixel 100 includes a photoelectric conversion unit PD, a reset transistor M1, a transfer transistor M2, an amplification transistor M3, and a selection transistor M4. The photoelectric conversion unit PD generates charges according to incident light by photoelectric conversion. The photoelectric conversion unit PD is configured by, for example, a photodiode. The reset transistor M1, the transfer transistor M2, and the selection transistor M4 are controlled by control signals φR, φT, and φSEL supplied from the vertical scanning circuit 102, respectively. The photoelectric conversion unit PD is connected to the source of the transfer transistor M2, and the drain of the transfer transistor M2 is connected to the floating diffusion FD that is the gate node of the amplification transistor M3. By turning on the transfer transistor M2, the charge generated in the photoelectric conversion unit PD is transferred to the floating diffusion FD.

リセットトランジスタM1のソースはフローティングディフュージョンFDと接続され、リセットトランジスタM1のドレインは電源電圧を有する電源線に接続される。リセットトランジスタM1をオンにすることにより、フローティングディフュージョンFDの電圧がリセットされる。このような構成により、画素100は、フローティングディフュージョンFDの電圧がリセットされた状態に対応するリセットレベルの信号と、リセット後に電荷がフローティングディフュージョンFDに転送された後の状態に対応する光信号とを出力可能である。   The source of the reset transistor M1 is connected to the floating diffusion FD, and the drain of the reset transistor M1 is connected to a power supply line having a power supply voltage. By turning on the reset transistor M1, the voltage of the floating diffusion FD is reset. With such a configuration, the pixel 100 outputs a signal of a reset level corresponding to the state where the voltage of the floating diffusion FD is reset and an optical signal corresponding to the state after the charge is transferred to the floating diffusion FD after reset. Output is possible.

増幅トランジスタM3のドレインは電源線に接続され、増幅トランジスタM3のソースは選択トランジスタM4のドレインと接続される。選択トランジスタM4のソースは画素100の出力線に接続される。増幅トランジスタM3は、選択トランジスタM4をオンにして不図示の電流負荷を接続することにより、ソースフォロワとして動作可能である。このとき、増幅トランジスタM3は、フローティングディフュージョンFDに転送された電荷に応じた画素信号VPIXを画素100の出力線に出力する。この出力線は、画素アレイ101の列ごとに共通に設けられており、比較器104に接続される。   The drain of the amplification transistor M3 is connected to the power supply line, and the source of the amplification transistor M3 is connected to the drain of the selection transistor M4. The source of the selection transistor M4 is connected to the output line of the pixel 100. The amplification transistor M3 can operate as a source follower by turning on the selection transistor M4 and connecting a current load (not shown). At this time, the amplification transistor M3 outputs a pixel signal VPIX corresponding to the charge transferred to the floating diffusion FD to the output line of the pixel 100. This output line is provided in common for each column of the pixel array 101 and is connected to the comparator 104.

垂直走査回路102は、上述の制御信号φR、φT、φSELを画素アレイ101の各行の画素100に出力し、画素アレイ101のうちの所定の行を選択して読み出す動作の制御を行う。比較器104には、画素100から読み出される画素信号VPIXと、参照信号発生回路103が発生する参照信号VRMPとが入力され、両者の大小関係を比較する。比較器104は比較結果を示す制御信号VCOMPを選択回路110に出力する。画素信号VPIXと参照信号VRMPの大小関係が反転すると、そのタイミングで制御信号VCOMPの極性が反転する。参照信号VRMPは電圧が時間に応じて変化する信号である。本実施形態では、参照信号VRMPは時間に対して電圧が線形に変化するランプ信号とするが、これに限定されない。例えば参照信号VRMPは、時間に対し階段状に電圧が変化する信号であってもよい。選択回路110は、制御信号VCOMPの出力先として、第1メモリ群107と第2メモリ群108のいずれかを選択する。   The vertical scanning circuit 102 outputs the control signals φR, φT, and φSEL described above to the pixels 100 in each row of the pixel array 101, and controls the operation of selecting and reading a predetermined row in the pixel array 101. The comparator 104 receives the pixel signal VPIX read from the pixel 100 and the reference signal VRMP generated by the reference signal generation circuit 103, and compares the magnitude relationship between the two. The comparator 104 outputs a control signal VCOMP indicating the comparison result to the selection circuit 110. When the magnitude relationship between the pixel signal VPIX and the reference signal VRMP is inverted, the polarity of the control signal VCOMP is inverted at that timing. The reference signal VRMP is a signal whose voltage changes with time. In the present embodiment, the reference signal VRMP is a ramp signal whose voltage changes linearly with respect to time, but is not limited thereto. For example, the reference signal VRMP may be a signal whose voltage changes stepwise with respect to time. The selection circuit 110 selects either the first memory group 107 or the second memory group 108 as an output destination of the control signal VCOMP.

カウンタ105は、複数の信号線を介して、例えば11ビットのグレイコード信号を含むカウント信号群106を出力する。カウンタ105からカウント信号群106が出力される複数の信号線は、各列の第1メモリ群107及び第2メモリ群108に共通に接続される。カウント信号群106が示す値(カウント値)は、参照信号VRMPの変化が開始してからの経過時間に対応する。第1メモリ群107及び第2メモリ群108は、制御信号VCOMPの極性が反転する時点において、カウント値をAD変換結果であるデジタル値として保持する。第1メモリ群107及び第2メモリ群108に保持されたデジタル値は、水平走査回路109から走査のための制御信号が入力されたタイミングで出力線114を介して順次撮像装置の後段の回路に出力される。本実施形態では、AD変換結果を保持するメモリ群として、第1メモリ群107及び第2メモリ群108の2つが撮像装置に設けられている。したがって、撮像装置は、AD変換を2回行い、2回分のAD変換結果を保持することができる。具体的な処理は後述するが、本実施形態では、これらの2回のAD変換結果を加算して、出力信号のノイズを低減することができる。   The counter 105 outputs a count signal group 106 including, for example, an 11-bit gray code signal via a plurality of signal lines. A plurality of signal lines from which the count signal group 106 is output from the counter 105 are commonly connected to the first memory group 107 and the second memory group 108 in each column. The value (count value) indicated by the count signal group 106 corresponds to the elapsed time since the change of the reference signal VRMP started. The first memory group 107 and the second memory group 108 hold the count value as a digital value that is an AD conversion result at the time when the polarity of the control signal VCOMP is inverted. The digital values held in the first memory group 107 and the second memory group 108 are sequentially transmitted to the subsequent circuit of the imaging device via the output line 114 at the timing when the scanning control signal is input from the horizontal scanning circuit 109. Is output. In the present embodiment, the first memory group 107 and the second memory group 108 are provided in the imaging apparatus as memory groups that hold the AD conversion results. Therefore, the imaging apparatus can perform AD conversion twice and hold the AD conversion results for two times. Although specific processing will be described later, in the present embodiment, these two AD conversion results can be added to reduce noise in the output signal.

図2(a)及び図2(b)は、第1の実施形態の第1メモリ群107及び第2メモリ群108の構成をより詳細に説明するための、画素アレイ101の1列分に対応する列回路の構成を示す図である。(a)は、第1の実施形態に係る第1メモリ群及び第2メモリ群の構成をより詳細に示すブロック図であり、(b)は、第1メモリ群及び第2メモリ群に含まれるメモリの構成をより詳細に示すブロック図である。   FIGS. 2A and 2B correspond to one column of the pixel array 101 in order to explain the configuration of the first memory group 107 and the second memory group 108 of the first embodiment in more detail. It is a figure which shows the structure of the column circuit to perform. (A) is a block diagram showing in more detail the configuration of the first memory group and the second memory group according to the first embodiment, and (b) is included in the first memory group and the second memory group. It is a block diagram which shows the structure of a memory in detail.

カウンタ105は、合計12本の信号線を介して、12個のカウント信号を含むカウント信号群106を出力する。各信号線を伝送する各カウント信号を、カウント信号106−0〜106−10、106−3Mとする。カウント信号106−0〜106−10は、カウント信号106−0を最下位ビットとし、カウント信号106−10を最上位ビットとする、11ビットのグレイコード信号を構成する。また、カウント信号106−0、106−1、106−2、106−3Mは、106−0を最下位ビットとし、106−3Mを最上位ビットとする、4ビットのグレイコード信号を構成する。   The counter 105 outputs a count signal group 106 including 12 count signals via a total of 12 signal lines. The count signals transmitted through the signal lines are referred to as count signals 106-0 to 106-10 and 106-3M. The count signals 106-0 to 106-10 constitute an 11-bit gray code signal in which the count signal 106-0 is the least significant bit and the count signal 106-10 is the most significant bit. The count signals 106-0, 106-1, 106-2, and 106-3M constitute a 4-bit gray code signal having 106-0 as the least significant bit and 106-3M as the most significant bit.

第1メモリ群107は4ビットのメモリ107−0〜107−3を含む。メモリ107−0〜107−3には、カウント信号106−0、106−1、106−2、106−3Mがそれぞれ入力される。第2メモリ群108は11ビットのメモリ108−0〜108−10を含む。メモリ108−0〜108−10には、カウント信号106−0〜106−10がそれぞれ入力される。   The first memory group 107 includes 4-bit memories 107-0 to 107-3. Count signals 106-0, 106-1, 106-2, and 106-3M are input to the memories 107-0 to 107-3, respectively. The second memory group 108 includes 11-bit memories 108-0 to 108-10. Count signals 106-0 to 106-10 are input to the memories 108-0 to 108-10, respectively.

図2(b)には、メモリ107−0〜107−3、108−0〜108−10の構成例が示されている。これらのメモリを代表して、メモリ108−0の構成のみを説明するが他のメモリも同様の構成とすることができる。本実施形態のメモリ108−0は、撮像装置の内部又は撮像装置の後段の映像信号処理部でデジタルCDS(Correlated Double Sampling)処理を行うために、2つのデータを保持可能な構成となっている。メモリ108−0は、リセットレベルの信号のAD変換結果を保持するNラッチ200−Nと、光信号のAD変換結果を保持するSラッチ200−Sとを有する。ここで第1メモリ群107に含まれるメモリの個数、すなわち第1メモリ群107のビット幅は、同一信号に対して複数回のAD変換を行った際の、各回のAD変換結果の差分値の最大値より大きい値に規定する。なお、この差分値は、主に画素信号VPIX及び参照信号VRMPに重畳されるランダムノイズ成分並びに比較器104が発生するランダムノイズ成分に起因する。これにより、2回のAD変換結果の間で値が変動しうるビットの値を複数個保持できる構成となる。   FIG. 2B shows a configuration example of the memories 107-0 to 107-3 and 108-0 to 108-10. As a representative of these memories, only the configuration of the memory 108-0 will be described, but other memories may have the same configuration. The memory 108-0 of the present embodiment has a configuration capable of holding two pieces of data in order to perform digital CDS (Correlated Double Sampling) processing in the video signal processing unit in the imaging apparatus or at the subsequent stage of the imaging apparatus. . The memory 108-0 includes an N latch 200-N that holds an AD conversion result of a reset level signal and an S latch 200-S that holds an AD conversion result of an optical signal. Here, the number of memories included in the first memory group 107, that is, the bit width of the first memory group 107 is the difference value of the AD conversion result of each time when the AD conversion is performed a plurality of times on the same signal. Specify a value larger than the maximum value. This difference value is mainly caused by a random noise component superimposed on the pixel signal VPIX and the reference signal VRMP and a random noise component generated by the comparator 104. As a result, a plurality of bit values whose values can vary between the two AD conversion results can be held.

例えば、1回目と2回目のAD変換結果の差分値の絶対値が2−1[LSB]以下の場合、第1メモリ群107に必要なビット幅はN+1ビットとなる。本実施形態では、N=3、すなわち差分値の絶対値は7[LSB]以下とし、これにより第1メモリ群107のビット幅は4ビットに設定されていることを前提とする。これは、各回のAD変換結果の上位7ビット(=11ビット−4ビット)は1回目のAD変換と2回目のAD変換において同じ値となるので、第1メモリ群107のビット幅は少なくとも4ビットあればよいためである。 For example, when the absolute value of the difference value between the first and second AD conversion results is 2 N −1 [LSB] or less, the bit width required for the first memory group 107 is N + 1 bits. In the present embodiment, it is assumed that N = 3, that is, the absolute value of the difference value is 7 [LSB] or less, whereby the bit width of the first memory group 107 is set to 4 bits. This is because the upper 7 bits (= 11 bits−4 bits) of each AD conversion result have the same value in the first AD conversion and the second AD conversion, so the bit width of the first memory group 107 is at least 4 This is because a bit is sufficient.

次に、図3(a)、図3(b)及び図3(c)のタイミング図を用いて本実施形態の撮像装置の動作を説明する。図3(a)は、第1の実施形態に係る撮像装置全体の動作を示すタイミング図である。図3(b)は、カウント信号を示すタイミング図である。図3(c)は、カウント信号の変形例を示すタイミング図である。   Next, the operation of the imaging apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the timing charts of FIGS. 3A, 3B, and 3C. FIG. 3A is a timing diagram illustrating the operation of the entire imaging apparatus according to the first embodiment. FIG. 3B is a timing chart showing the count signal. FIG. 3C is a timing chart showing a modified example of the count signal.

まず、時刻T0から時刻T1までの期間において、制御信号φRがハイレベルになり、リセットトランジスタM1がオンになる。これにより、フローティングディフュージョンFDの電圧が所定の電圧レベルにリセットされる。その後、時刻T2から時刻T3までの期間N1及び時刻T4から時刻T5までの期間N2において、リセットレベルの画素信号VPIXに対する2回のAD変換が行われる。   First, in the period from time T0 to time T1, the control signal φR becomes high level and the reset transistor M1 is turned on. As a result, the voltage of the floating diffusion FD is reset to a predetermined voltage level. Thereafter, in a period N1 from time T2 to time T3 and a period N2 from time T4 to time T5, AD conversion is performed twice on the pixel signal VPIX at the reset level.

まず、期間N1における第1のAD変換について説明する。期間N1において、選択回路110は、制御信号VCOMPの出力先として、第1メモリ群107を選択する。時刻T2において、参照信号発生回路103から出力される参照信号VRMPの電圧が減少し始める。同時刻において、カウンタ105から出力されるカウント信号群106が示すカウント値が時間とともに増加し始める。この時点では、参照信号VRMPの電圧がリセットレベルの画素信号VPIXの電圧よりも大きいので、比較器104の出力である制御信号VCOMPはハイレベルである。   First, the first AD conversion in the period N1 will be described. In the period N1, the selection circuit 110 selects the first memory group 107 as the output destination of the control signal VCOMP. At time T2, the voltage of the reference signal VRMP output from the reference signal generation circuit 103 starts to decrease. At the same time, the count value indicated by the count signal group 106 output from the counter 105 starts to increase with time. At this time, since the voltage of the reference signal VRMP is larger than the voltage of the pixel signal VPIX at the reset level, the control signal VCOMP that is the output of the comparator 104 is at the high level.

その後、参照信号VRMPの電圧が、リセットレベルの画素信号VPIXの電圧よりも小さくなる時刻T2Aにおいて、参照信号VRMPの電圧と、リセットレベルの画素信号VPIXの電圧の大小関係が反転し、制御信号VCOMPはローレベルになる。第1メモリ群107は、時刻T2Aの時点におけるカウント信号群106が示すカウント値を、AD変換後のリセットレベルのデジタル値として保持する。第1メモリ群107は4個のメモリ107−0〜107−3を含む。言い換えると、第1メモリ群107はビット幅が4ビットであるため、期間N1において第1メモリ群107に保持されるデジタル値は、カウント信号群106が示すカウント値のうちの最下位ビットから第4ビット目までの下位4ビットのみである。   Thereafter, at time T2A when the voltage of the reference signal VRMP becomes smaller than the voltage of the pixel signal VPIX at the reset level, the magnitude relationship between the voltage of the reference signal VRMP and the voltage of the pixel signal VPIX at the reset level is inverted, and the control signal VCOMP Goes low. The first memory group 107 holds the count value indicated by the count signal group 106 at the time T2A as a digital value of the reset level after AD conversion. The first memory group 107 includes four memories 107-0 to 107-3. In other words, since the first memory group 107 has a bit width of 4 bits, the digital value held in the first memory group 107 in the period N1 is the second least significant bit of the count value indicated by the count signal group 106. Only the lower 4 bits up to the 4th bit.

その後、期間N2における第2のAD変換が行われる。期間N2において、選択回路110は、制御信号VCOMPの出力先として、第2メモリ群108を選択する。上述と同様のAD変換が行われ、時刻T4Aにおいて、第2メモリ群108は時刻T4Aの時点におけるカウント信号群106が示すカウント値を、AD変換後のリセットレベルのデジタル値として保持する。第2メモリ群108は11個のメモリ108−0〜108−10を含む。言い換えると、第2メモリ群108はビット幅が11ビットであるため、期間N2において第2メモリ群108に保持されるデジタル値は、カウント信号群106が示すカウント値の最下位ビットから第11ビット目までとなる。なお、期間N1及び期間N2においてAD変換により得られるデジタル値は、各メモリのNラッチ200−Nに保持される。また、期間N2における第2のAD変換に用いられる参照信号VRMPの波形は、期間N1における第1のAD変換に用いられる参照信号VRMPの波形と同一とする。   After that, second AD conversion is performed in the period N2. In the period N2, the selection circuit 110 selects the second memory group 108 as an output destination of the control signal VCOMP. AD conversion similar to that described above is performed, and at time T4A, the second memory group 108 holds the count value indicated by the count signal group 106 at the time T4A as a digital value of the reset level after AD conversion. The second memory group 108 includes eleven memories 108-0 to 108-10. In other words, since the second memory group 108 has a bit width of 11 bits, the digital value held in the second memory group 108 in the period N2 is the 11th bit from the least significant bit of the count value indicated by the count signal group 106. Until the eyes. Note that digital values obtained by AD conversion in the periods N1 and N2 are held in the N latch 200-N of each memory. The waveform of the reference signal VRMP used for the second AD conversion in the period N2 is the same as the waveform of the reference signal VRMP used for the first AD conversion in the period N1.

その後、時刻T6から時刻T7の期間において制御信号φTがハイレベルになり、転送トランジスタM2がオンになる。これにより、入射光により光電変換部PDで発生した電荷がフローティングディフュージョンFDに転送される。この電荷の転送とともに、画素信号VPIXの電圧が低下する。時刻T7において、画素信号VPIXの電圧は、電荷転送により光信号に応じた値になる。その後、時刻T8から時刻T9までの期間S1及び時刻T10から時刻T11までの期間S2において、光信号のレベルの画素信号VPIXに対する2回のAD変換が行われる。   Thereafter, in the period from time T6 to time T7, the control signal φT becomes high level, and the transfer transistor M2 is turned on. Thereby, the electric charge which generate | occur | produced in photoelectric conversion part PD with incident light is transferred to floating diffusion FD. Along with this charge transfer, the voltage of the pixel signal VPIX decreases. At time T7, the voltage of the pixel signal VPIX becomes a value corresponding to the optical signal by charge transfer. Thereafter, in a period S1 from time T8 to time T9 and a period S2 from time T10 to time T11, AD conversion is performed twice on the pixel signal VPIX at the level of the optical signal.

期間S1、S2におけるAD変換動作は、デジタル値が各メモリのSラッチ200−Sに保持される点を除いて、期間N1、N2におけるAD変換動作と同様であるため、説明を省略する。   The AD conversion operation in the periods S1 and S2 is the same as the AD conversion operation in the periods N1 and N2 except that the digital value is held in the S latch 200-S of each memory, and thus description thereof is omitted.

次に図3(b)を参照しながら、カウント信号群106の動作タイミングを説明する。図3(b)は、期間S1と期間S2における、カウント信号群106のうちの下位6ビットの各カウント信号106−0〜106−5と、カウント信号106−3Mの波形を示している。   Next, the operation timing of the count signal group 106 will be described with reference to FIG. FIG. 3B shows waveforms of the count signals 106-0 to 106-5 of the lower 6 bits of the count signal group 106 and the count signal 106-3M in the period S1 and the period S2.

期間S1の開始時刻である時刻T8において、カウント信号106−0〜106−2と106−3Mはグレイコードの値で「0000」(10進数で「0」)を示している。時刻T8以降、時間経過に応じて値が増加し、グレイコードの値で「1000」(10進数で「15」)になると、その次は、再び「0000」に戻る。また、カウント信号106−3〜106−10は常にローレベル(0)である。このように、期間S1においては、カウント信号106−0〜106−2と106−3Mで構成された4ビットのグレイコード信号が、0〜15までのカウントを繰り返している。よって、制御信号VCOMPのレベルが反転する時刻T8Aにおいて、第1メモリ群107のSラッチ200−Sには、0〜15までのカウント値のいずれかがグレイコードで保持される。   At time T8, which is the start time of the period S1, the count signals 106-0 to 106-2 and 106-3M indicate “0000” as the gray code value (“0” in decimal). After time T8, the value increases as time elapses. When the gray code value becomes “1000” (decimal number “15”), the value then returns to “0000” again. The count signals 106-3 to 106-10 are always at a low level (0). Thus, in the period S1, the 4-bit gray code signal composed of the count signals 106-0 to 106-2 and 106-3M repeats counting from 0 to 15. Therefore, at time T8A when the level of the control signal VCOMP is inverted, one of the count values from 0 to 15 is held in gray code in the S latch 200-S of the first memory group 107.

期間S2の開始時刻である時刻T10において、カウント信号106−0〜106−10はグレイコードの値で「0・・・0000」(10進数で「0」)を示している。時刻T10以降、時間の経過に応じてカウント信号106−0〜106−10が示す値が増加する。このように、期間S2においては、カウント信号106−0〜106−10で構成された11ビットのグレイコードでのカウントが行われる。よって、制御信号VCOMPのレベルが反転する時刻T10Aにおいて、第2メモリ群108のSラッチ200−Sには、カウント値が11ビットのグレイコードで保持される。   At time T10, which is the start time of the period S2, the count signals 106-0 to 106-10 indicate “0... 0000” (“0” in decimal) as the gray code value. After time T10, the value indicated by the count signals 106-0 to 106-10 increases with the passage of time. Thus, in the period S2, counting is performed with an 11-bit gray code composed of the count signals 106-0 to 106-10. Therefore, at time T10A when the level of the control signal VCOMP is inverted, the count value is held in the 11-bit gray code in the S latch 200-S of the second memory group 108.

このように、本実施形態では、期間S1、S2の2つの期間に2回のAD変換が行われる。期間S2に保持されるカウント値は11ビット、すなわちカウント信号群106のすべてのビットであり、期間S1に保持されるカウント値はカウント信号群106のうちの下位4ビットである。このようにして期間S1、S2に得られたデジタル値を用いて、AD変換を2回行った結果を加算、あるいは平均化することで、AD変換結果に含まれるノイズを低減できる。   Thus, in the present embodiment, AD conversion is performed twice in the two periods S1 and S2. The count value held in the period S2 is 11 bits, that is, all the bits of the count signal group 106, and the count value held in the period S1 is the lower 4 bits of the count signal group 106. By using the digital values obtained in the periods S1 and S2 in this way and adding or averaging the results of performing AD conversion twice, noise included in the AD conversion results can be reduced.

なお、図3(b)のカウント信号では、期間S1に出力されるカウント信号と期間S2に出力されるカウント信号とが異なっている。特に、期間S1において、AD変換の動作に関係しないカウント信号106−3〜106−10を常にローレベルとしている。これにより、期間S1にもカウント信号106−3〜106−10のレベルを変化させる場合と比べ、消費電力が低減される。しかしながら、図3(c)に示されたカウント信号の変形例のように、期間S1、S2におけるカウント信号は同一の動作タイミングであってもよい。すなわち、第1のAD変換の際にカウンタ105が出力するカウント値と、第2のAD変換の際にカウンタ105が出力するカウント値とを同一にしてもよい。この場合、カウンタ105の動作が簡略化される。   Note that in the count signal in FIG. 3B, the count signal output in the period S1 is different from the count signal output in the period S2. In particular, in the period S1, the count signals 106-3 to 106-10 that are not related to the AD conversion operation are always at a low level. As a result, the power consumption is reduced as compared with the case where the level of the count signals 106-3 to 106-10 is also changed in the period S1. However, as in the modified example of the count signal shown in FIG. 3C, the count signals in the periods S1 and S2 may have the same operation timing. In other words, the count value output from the counter 105 during the first AD conversion may be the same as the count value output from the counter 105 during the second AD conversion. In this case, the operation of the counter 105 is simplified.

次に、第1メモリ群107及び第2メモリ群108に保持されたデジタル値を用いて2回のAD変換結果を加算した結果に相当する信号を得るための処理方法について、図4を参照しつつ説明する。上述したように、各メモリ群に保持されるデジタル値は、期間S1に保持される下位4ビットのデジタル値と期間S2に保持される全11ビットのデジタル値である。したがって、これらを単純加算しても所望の値とはならないので、以下に述べる演算処理が必要となる。なお、これらのデジタル値に対する演算処理は、グレイコードからバイナリコードに変換された後に行われる。   Next, a processing method for obtaining a signal corresponding to a result obtained by adding two AD conversion results using the digital values held in the first memory group 107 and the second memory group 108 will be described with reference to FIG. I will explain. As described above, the digital values held in each memory group are the lower 4-bit digital value held in the period S1 and the total 11-bit digital value held in the period S2. Therefore, even if these are simply added, the desired value is not obtained, and the arithmetic processing described below is required. Note that the arithmetic processing for these digital values is performed after conversion from gray code to binary code.

ここで、期間S1において保持される下位4ビットをS1(Lo)とする。また、期間S2において保持される全ビットをS2(ALL)、下位4ビットをS2(Lo)、上位7ビットをS2(Hi)とする。さらに、本実施形態では期間S1において保持されるデジタル値には上位7ビットが保持されないが、仮にこのデジタル値に全11ビットが存在した場合の値をS1(ALL)、上位7ビットをS1(Hi)とする。ただし、上述したように複数回行われるAD変換後のデジタル値の上位ビットは、同じ値であることが前提であるため、下式が成立する。
S1(Hi)=S2(Hi)
Here, it is assumed that the lower 4 bits held in the period S1 are S1 (Lo). Further, all the bits held in the period S2 are S2 (ALL), the lower 4 bits are S2 (Lo), and the upper 7 bits are S2 (Hi). Further, in this embodiment, the upper 7 bits are not held in the digital value held in the period S1, but if all 11 bits exist in this digital value, the value is S1 (ALL), and the upper 7 bits are S1 ( Hi). However, since the high-order bits of the digital value after AD conversion performed a plurality of times as described above are assumed to be the same value, the following equation is established.
S1 (Hi) = S2 (Hi)

本処理は、第1メモリ群107及び第2メモリ群108に保持されたデジタル値を用いて、2回のAD変換結果の和であるS1(ALL)+S2(ALL)を求めることが目的である。また、各メモリ群に保持された既知の値は、S1(Lo)とS2(ALL)である。この観点でS1(ALL)+S2(ALL)を以下のように式変形する。
S1(ALL)+S2(ALL)
=S1(Hi)+S1(Lo)+S2(Hi)+S2(Lo)
=2×S2(Hi)+S2(Lo)+S1(Lo)
=2×{S2(Hi)+S2(Lo)}+S1(Lo)−S2(Lo)
=2×S2(ALL)+diff
ここで、diff=S1(Lo)−S2(Lo)である。
The purpose of this processing is to obtain S1 (ALL) + S2 (ALL), which is the sum of two AD conversion results, using the digital values held in the first memory group 107 and the second memory group 108. . The known values held in each memory group are S1 (Lo) and S2 (ALL). From this point of view, S1 (ALL) + S2 (ALL) is transformed as follows.
S1 (ALL) + S2 (ALL)
= S1 (Hi) + S1 (Lo) + S2 (Hi) + S2 (Lo)
= 2 × S2 (Hi) + S2 (Lo) + S1 (Lo)
= 2 * {S2 (Hi) + S2 (Lo)} + S1 (Lo) -S2 (Lo)
= 2 × S2 (ALL) + diff
Here, diff = S1 (Lo) −S2 (Lo).

すなわち、第2メモリ群108に保持された値であるS2(ALL)の2倍と、差分値diff(4ビット値)とを加算することで、2回のAD変換結果の和であるS1(ALL)+S2(ALL)と同じ値が算出可能である。   That is, by adding twice the value S2 (ALL), which is the value held in the second memory group 108, and the difference value diff (4-bit value), S1 (the sum of two AD conversion results) ALL) + S2 (ALL) can be calculated.

ただし、S1(Lo)及びS2(Lo)の取り得る値は0〜15であるため、上式の差分値diffをそのまま適用すると下位ビットから上位ビットへの繰り上げ又は繰り下げに起因する誤差が生じ得る。そのため、差分値diffに対して、S1(Lo)及びS2(Lo)の組み合わせによっては繰り上げ、あるいは、繰り下げの桁処理が必要となる場合がある。桁処理の内容は以下のようにS1(Lo)−S2(Lo)の値によって決定される。
(Case1)−8<S1(Lo)−S2(Lo)<8の場合
⇒桁処理なし(diff=S1(Lo)−S2(Lo)とする)
(Case2)S1(Lo)−S2(Lo)≦−8の場合
⇒桁処理あり(diff=S1(Lo)−S2(Lo)+2とする)
(Case3)8≦S1(Lo)−S2(Lo)の場合
⇒桁処理あり(diff=S1(Lo)−S2(Lo)−2とする)
However, since the possible values of S1 (Lo) and S2 (Lo) are 0 to 15, if the difference value diff of the above expression is applied as it is, an error due to carry-up or carry-down from the lower bits to the higher bits may occur. . Therefore, depending on the combination of S1 (Lo) and S2 (Lo) with respect to the difference value diff, it may be necessary to carry out carry-up or carry-down digit processing. The contents of the digit processing are determined by the value of S1 (Lo) -S2 (Lo) as follows.
(Case 1) −8 <S1 (Lo) −S2 (Lo) <8 ⇒ No digit processing (diff = S1 (Lo) −S2 (Lo))
(Case2) When S1 (Lo) −S2 (Lo) ≦ −8 ⇒ Digit processing (diff = S1 (Lo) −S2 (Lo) +2 4 )
(Case3) 8 ≦ S1 (Lo ) -S2 Yes ⇒ digit processing case (Lo) (diff = S1 ( Lo) -S2 (Lo) and - 24)

以下、図4を参照し、具体例を挙げつつ桁処理の内容について説明する。
(Case1)−8<S1(Lo)−S2(Lo)<8の場合
Bin[0]〜Bin[3]は、S1又はS2をバイナリ変換した後のビットごとの波形のうちの下位4ビットを示している。S2(ALL)行は、Bin[0]〜Bin[3]の取り得る値の一例を示している。
Hereinafter, the contents of the digit processing will be described with reference to FIG.
When (Case1) -8 <S1 (Lo) -S2 (Lo) <8 Bin [0] to Bin [3] are the lower 4 bits of the waveform for each bit after binary conversion of S1 or S2. Show. The S2 (ALL) line shows an example of values that can be taken by Bin [0] to Bin [3].

以降、本ケースでは、S2(ALL)が「55」(バイナリ値で「110111」)である場合について説明する。S2(Lo)行は、S2(ALL)が「55」の時の下位4ビットの値「7」(バイナリ値で「0111」)を示している。S2(ALL)が「55」のとき、S1(ALL)の取り得る範囲は「55」±7[LSB]である。S1(Lo)行は、S1(ALL)の下位4ビットである「0」〜「14」(バイナリ値で「0000」〜「1110」)を示している。   Hereinafter, in this case, a case where S2 (ALL) is “55” (binary value “110111”) will be described. The S2 (Lo) line indicates the lower 4 bits of value “7” (binary value “0111”) when S2 (ALL) is “55”. When S2 (ALL) is “55”, the possible range of S1 (ALL) is “55” ± 7 [LSB]. The S1 (Lo) row indicates “0” to “14” (binary values “0000” to “1110”) which are the lower 4 bits of S1 (ALL).

S1(Lo)−S2(Lo)行は、S1(Lo)からS2(Lo)を引いた値であり、diff行は桁処理を行った後の結果を示している。なお、本ケースでは桁処理は発生しないため、S1(Lo)−S2(Lo)行と同じ値となる。   The S1 (Lo) -S2 (Lo) row is a value obtained by subtracting S2 (Lo) from S1 (Lo), and the diff row shows the result after digit processing. Since digit processing does not occur in this case, the value is the same as that in the S1 (Lo) -S2 (Lo) line.

S1+S2(期待値)行は、S2(ALL)が「55」の時に、S1(ALL)が取り得る範囲(「55」±7[LSB])におけるAD変換結果の加算値S1(ALL)+S2(ALL)の期待値を示している。   The S1 + S2 (expected value) line indicates that when S2 (ALL) is “55”, the AD conversion result addition value S1 (ALL) + S2 (in the range that can be taken by S1 (ALL) (“55” ± 7 [LSB]) ALL) is an expected value.

S1+S2(Simple)行は、仮に上述の桁処理を施さなかった場合に得られる計算値である下式を示している。
2×S2(ALL)+S1(Lo)−S2(Lo)
The S1 + S2 (Simple) line shows the following expression, which is a calculated value obtained when the above digit processing is not performed.
2 × S2 (ALL) + S1 (Lo) −S2 (Lo)

S1+S2行は、桁処理を施した後の計算値である下式を示している。
2×S2(ALL)+diff
The S1 + S2 line shows the following expression, which is a calculated value after digit processing.
2 x S2 (ALL) + diff

この値がS1+S2(期待値)と等しくなるように桁処理が行われる必要がある。本ケースでは−8<S1(Lo)−S2(Lo)<8であるため、図示されたS1の取り得る範囲において、S1+S2(Simple)とS1+S2(期待値)に差は生じない。したがって、本ケースでは桁処理が不要である。   Digit processing needs to be performed so that this value is equal to S1 + S2 (expected value). In this case, since −8 <S1 (Lo) −S2 (Lo) <8, there is no difference between S1 + S2 (Simple) and S1 + S2 (expected value) in the illustrated range of S1. Therefore, digit processing is not necessary in this case.

(Case2)S1(Lo)−S2(Lo)≦−8の場合
本ケースでは、S2(ALL)が「63」(バイナリ値で「111111」)であり、S2(Lo)が「15」(バイナリ値で「1111」)となる場合を示している。
(Case 2) S1 (Lo) −S2 (Lo) ≦ −8 In this case, S2 (ALL) is “63” (binary value “111111”), and S2 (Lo) is “15” (binary). In this case, the value is “1111”).

ここで、例えば、S1(ALL)がS2(ALL)より「1」大きい「64」(バイナリ値で「1000000」)の場合を考える。この時、実際に第1メモリ群107に保持される値S1(Lo)は「0」(バイナリ値で「0000」)となり、桁処理を行わない場合、下式のようになる。
S1(Lo)−S2(Lo)=0−15=−15
Here, for example, consider the case where S1 (ALL) is “64” (binary value “1000000”) which is “1” larger than S2 (ALL). At this time, the value S1 (Lo) actually held in the first memory group 107 is “0” (binary value “0000”), and when digit processing is not performed, the following equation is obtained.
S1 (Lo) -S2 (Lo) = 0-15 = -15

したがって、桁処理を行わない場合の2回のAD変換結果の和に相当するS1+S2(Simple)行の値は下式のようになる。
2×S2(ALL)+S1(Lo)−S2(Lo)=63×2−15=111
Therefore, the value of the S1 + S2 (Simple) row corresponding to the sum of the two AD conversion results when the digit processing is not performed is expressed by the following equation.
2 * S2 (ALL) + S1 (Lo) -S2 (Lo) = 63 * 2-15 = 111

この結果は、S1+S2(期待値)である「127」と異なる。この理由は以下の通りである。S2(ALL)の値「63」の下位4ビットS2(Lo)は、「15」(バイナリ値で「1111」)である。ここで、S2(ALL)の「63」より「1」だけ大きいS1(ALL)の下位ビットの値であるS1(Lo)は「15」の次の値の「16」ではなく「0」となる。これは、下位ビットのビット幅が4ビットしかないためである。よって、桁処理を行わない場合の、S1+S2(Simple)は、S1+S2(期待値)と「16」だけずれた値となる。   This result is different from “127” which is S1 + S2 (expected value). The reason is as follows. The lower 4 bits S2 (Lo) of the value “63” of S2 (ALL) is “15” (binary value “1111”). Here, S1 (ALL), which is the value of the lower bit of S1 (ALL) which is larger by “1” than “63” of S2 (ALL), is “0” instead of “16” which is the next value of “15”. Become. This is because the bit width of the lower bits is only 4 bits. Therefore, when digit processing is not performed, S1 + S2 (Simple) is a value shifted from S1 + S2 (expected value) by “16”.

そのため、この値のずれの「16」を補正するために繰り上げの桁処理としてdiffを下式で定義する必要がある。
diff=S1(Lo)−S2(Lo)+2
Therefore, it is necessary to define diff as a carry-up digit process by the following equation in order to correct this value deviation “16”.
diff = S1 (Lo) −S2 (Lo) +2 4

このdiffを用いてS1(ALL)+S2(ALL)を計算すると、繰り上げ処理後のS1(ALL)+S2(ALL)の値は、下式のようになる。
2×S2(ALL)+diff=2×63−15+16=127
When S1 (ALL) + S2 (ALL) is calculated using this diff, the value of S1 (ALL) + S2 (ALL) after the carry-over process is expressed by the following equation.
2 × S2 (ALL) + diff = 2 × 63−15 + 16 = 127

これにより、S1+S2(期待値)と一致する結果が得られる。上述の例は、S1(Lo)が「0」の場合であるが、「1」〜「6」の場合も同様の処理が必要となる。また、S1(Lo)が「8」〜「15」の場合は上述の桁処理は行わない。   As a result, a result matching S1 + S2 (expected value) is obtained. The above example is a case where S1 (Lo) is “0”, but the same processing is required in the case of “1” to “6”. When S1 (Lo) is “8” to “15”, the above digit processing is not performed.

(Case3)8≦S1(Lo)−S2(Lo)の場合
本ケースでは、S2(ALL)が「64」(バイナリ値で「1000000」)であり、S2(Lo)が「0」(バイナリ値で「0000」)となる場合を示している。
(Case 3) 8 ≦ S1 (Lo) −S2 (Lo) In this case, S2 (ALL) is “64” (binary value “1000000”), and S2 (Lo) is “0” (binary value). Is “0000”).

ここで、例えば、S1(ALL)がS2(ALL)より「1」小さい「63」(バイナリ値で「111111」)の場合を考える。この時、実際に第1メモリ群107に保持される値S1(Lo)は「15」(バイナリ値で「1111」)となり、桁処理を行わない場合、
S1(Lo)−S2(Lo)=15−0=15
Here, for example, consider the case where S1 (ALL) is “63” (binary value “111111”) which is “1” smaller than S2 (ALL). At this time, the value S1 (Lo) actually held in the first memory group 107 is “15” (binary value “1111”), and when digit processing is not performed,
S1 (Lo) -S2 (Lo) = 15-0 = 15

したがって、桁処理を行わない場合の2回のAD変換結果の和に相当するS1+S2(Simple)行の値は下式のようになる。
2×S2(ALL)+S1(Lo)−S2(Lo)=64×2+15=143
Therefore, the value of the S1 + S2 (Simple) row corresponding to the sum of the two AD conversion results when the digit processing is not performed is expressed by the following equation.
2 * S2 (ALL) + S1 (Lo) -S2 (Lo) = 64 * 2 + 15 = 143

この結果は、S1+S2(期待値)である「127」と異なる。本ケースではCase2とは逆に繰り下げの桁処理としてdiffを下式で定義する必要がある。
diff=S1(Lo)−S2(Lo)−2
This result is different from “127” which is S1 + S2 (expected value). In this case, it is necessary to define diff by the following equation as a carry-down digit process, contrary to Case2.
diff = S1 (Lo) -S2 (Lo) -2 4

このdiffを用いてS1(ALL)+S2(ALL)を計算すると、繰り下げ処理後のS1(ALL)+S2(ALL)の値は、下式のようになる。
2×S2(ALL)+diff=2×64+15−16=127
When S1 (ALL) + S2 (ALL) is calculated using this diff, the value of S1 (ALL) + S2 (ALL) after the carry-down process is expressed by the following equation.
2 * S2 (ALL) + diff = 2 * 64 + 15-16 = 127

これにより、S1+S2(期待値)と一致する結果が得られる。上述の例は、S1(Lo)が「15」の場合であるが、「9」〜「14」の場合も同様の処理を行う必要がある。また、S1(Lo)が「0」〜「7」の場合は上述の桁処理を行わない。   As a result, a result matching S1 + S2 (expected value) is obtained. The above example is a case where S1 (Lo) is “15”, but the same processing needs to be performed in the case of “9” to “14”. Further, when S1 (Lo) is “0” to “7”, the above digit processing is not performed.

上述の桁処理の説明は光信号のAD変換結果についてのものであるが、画素リセットレベルのAD変換結果に対しても同様の処理を行うことができる。桁処理の終了後、デジタルCDS処理を行うことでリセットレベルに含まれるノイズが除去された画像データを得ることができる。なお、上述の桁処理方法は、各メモリ群の後段であれば撮像装置の内部で行われてもよく、撮像装置の後段の映像信号処理部等で行われてもよい。   The above description of the digit processing is for the AD conversion result of the optical signal, but the same processing can be performed for the AD conversion result of the pixel reset level. After the digit processing is completed, digital CDS processing can be performed to obtain image data from which noise included in the reset level is removed. Note that the digit processing method described above may be performed inside the imaging device as long as it is a subsequent stage of each memory group, or may be performed by a video signal processing unit or the like subsequent to the imaging apparatus.

以上説明したように、本実施形態によれば、同一画素から出力された画素信号に対し、複数回のAD変換を行い、これにより得られたAD変換結果を加算することで、ノイズを小さくすることができる。この加算において、第1メモリ群107のビット幅を想定されるノイズに応じて信号の全ビット数よりも少なくしている。これにより、第1メモリ群107内のメモリの個数を信号の全ビット数と同じに設定した場合と比べて少なくすることができる。例えば、上述の例では11個から4個に低減されている。したがって、撮像装置の素子数を低減することができる。   As described above, according to this embodiment, noise is reduced by performing multiple AD conversions on pixel signals output from the same pixel and adding the AD conversion results obtained thereby. be able to. In this addition, the bit width of the first memory group 107 is made smaller than the total number of bits of the signal according to the assumed noise. As a result, the number of memories in the first memory group 107 can be reduced as compared with the case where the number of bits of the signal is set equal to the total number of bits. For example, in the above example, the number is reduced from 11 to 4. Therefore, the number of elements of the imaging device can be reduced.

なお、上述の説明においてカウンタ105から出力されるカウント信号はグレイコードとしているが、グレイコード以外の形式であってもよい。例えば、通常の2進数を用いたバイナリコードであってもよい。しかしながら、グレイコードは、カウント値の増加時に反転するビットが1つのみであることから、カウント値の増加と比較器出力の変化のタイミングずれの影響が小さくなるため、カウント信号にはグレイコードを適用することがより好ましい。   In the above description, the count signal output from the counter 105 is a gray code, but may be in a format other than the gray code. For example, it may be a binary code using a normal binary number. However, since the gray code has only one bit to be inverted when the count value increases, the influence of the timing difference between the increase in the count value and the change in the comparator output is reduced. It is more preferable to apply.

なお、上述の説明では、第1メモリ群107のビット幅は4ビットであり、第2メモリ群108のビット幅は11ビットであり、カウント信号群106が示すカウント値も11ビットとしているがこれに限定されない。すなわち、これらのビット数は本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意の値とすることができる。より詳細には、以下のように一般化される。1回目と2回目のAD変換結果の差分値の絶対値が2−1[LSB](Nは自然数)以下の場合、第1メモリ群107のビット幅はN+1ビットとする。このとき、第2メモリ群108のビット幅及びカウント信号群106が示すカウント値のビット数はN+1より大きいMビット(Mは自然数)とする。この場合、第1メモリ群107は、カウント信号群106のうちの最下位ビットから第N+1ビットまでを保持する。第2メモリ群108は、カウント信号群106のうちの最下位ビットから第Mビットまでを保持する。 In the above description, the bit width of the first memory group 107 is 4 bits, the bit width of the second memory group 108 is 11 bits, and the count value indicated by the count signal group 106 is 11 bits. It is not limited to. That is, the number of bits can be set to an arbitrary value without departing from the gist of the present invention. More specifically, it is generalized as follows. When the absolute value of the difference value between the first and second AD conversion results is 2 N −1 [LSB] (N is a natural number) or less, the bit width of the first memory group 107 is N + 1 bits. At this time, the bit width of the second memory group 108 and the number of bits of the count value indicated by the count signal group 106 are set to M bits (M is a natural number) larger than N + 1. In this case, the first memory group 107 holds from the least significant bit to the (N + 1) th bit of the count signal group 106. The second memory group 108 holds the least significant bit to the Mth bit of the count signal group 106.

この場合、上述の桁処理は以下のようにNを用いて一般化することができる。
(Case1)−(2−1)<S1(Lo)−S2(Lo)<(2−1)の場合
⇒桁処理なし
(Case2)S1(Lo)−S2(Lo)≦−(2−1)の場合
⇒桁処理あり(diff=S1(Lo)−S2(Lo)+2N+1とする)
(Case3)(2−1)≦S1(Lo)−S2(Lo)の場合
⇒桁処理あり(diff=S1(Lo)−S2(Lo)−2N+1とする)
In this case, the above digit processing can be generalized using N as follows.
(Case 1) − (2 N −1) <S1 (Lo) −S2 (Lo) <(2 N −1) ⇒ No digit processing (Case 2) S1 (Lo) −S2 (Lo) ≦ − (2 N -1) => Digit processing (diff = S1 (Lo) -S2 (Lo) +2 N + 1 )
When (Case 3) (2 N −1) ≦ S1 (Lo) −S2 (Lo) ⇒ Digit processing (diff = S1 (Lo) −S2 (Lo) −2N + 1 )

上述の説明では、撮像装置は、2回のAD変換を行い、AD変換結果を2つのメモリ群に保持する構成となっているが、AD変換の回数及びメモリ群の個数は2つに限られない。例えば、3回以上の複数回AD変換を行い、AD変換結果を3つ以上の複数個のメモリ群に保持する構成としてもよい。   In the above description, the imaging apparatus is configured to perform AD conversion twice and hold the AD conversion results in two memory groups. However, the number of AD conversions and the number of memory groups are limited to two. Absent. For example, the AD conversion may be performed three or more times, and the AD conversion result may be held in three or more memory groups.

上述の説明では、複数回のAD変換で得られたデジタル値を単純加算しているが、この加算は単純加算でなくてもよい。例えば、上述の加算処理を、加算後の値を加算が行われた信号の個数で除算することにより、平均化処理に置き換えてもよい。   In the above description, digital values obtained by a plurality of AD conversions are simply added. However, this addition may not be simple addition. For example, the above-described addition process may be replaced with an averaging process by dividing the added value by the number of added signals.

[第2の実施形態]
図5は、第2の実施形態の第1メモリ群107及び第2メモリ群118の構成を説明するための図である。なお、本実施形態において、撮像装置の構成は図1に示す第1の実施形態の構成と同様のため、説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a diagram for explaining the configuration of the first memory group 107 and the second memory group 118 according to the second embodiment. In the present embodiment, the configuration of the imaging apparatus is the same as that of the first embodiment shown in FIG.

第1メモリ群107の構成は、第1の実施形態と同様である。第2メモリ群118の構成は、メモリ108−4〜108−10が7ビット幅のリップルカウンタ118−4に置き換えられている点で第1の実施形態の第2メモリ群108の構成と異なる。すなわち、第2メモリ群118は、下位4ビットのメモリ118−0〜118−3とリップルカウンタ118−4とを含む。メモリ118−0〜118−3には、第1メモリ群107と同じカウント信号106−0、106−1、106−2、106−3Mが、カウンタ105から入力される。さらに、カウント信号106−3Mは、メモリ118−3を介して、リップルカウンタ118−4に入力される。リップルカウンタ118−4は、カウント信号106−3Mの立下りエッジをカウントする。すなわち、カウント信号106−3Mがハイレベルからローレベルになる際にリップルカウンタ118−4に保持される値が増加又は減少する。ここで、第1メモリ群107のビット幅の設定方法は、第1実施形態で述べたものと同様であるため説明を省略する。   The configuration of the first memory group 107 is the same as that of the first embodiment. The configuration of the second memory group 118 is different from the configuration of the second memory group 108 of the first embodiment in that the memories 108-4 to 108-10 are replaced with a 7-bit width ripple counter 118-4. That is, the second memory group 118 includes lower-order 4-bit memories 118-0 to 118-3 and a ripple counter 118-4. The same count signals 106-0, 106-1, 106-2, 106-3M as the first memory group 107 are input from the counter 105 to the memories 118-0 to 118-3. Further, the count signal 106-3M is input to the ripple counter 118-4 via the memory 118-3. The ripple counter 118-4 counts the falling edge of the count signal 106-3M. That is, when the count signal 106-3M changes from the high level to the low level, the value held in the ripple counter 118-4 increases or decreases. Here, the method for setting the bit width of the first memory group 107 is the same as that described in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

次に、図6(a)、図6(b)及び図6(c)のタイミング図を用いて本実施形態の撮像装置の動作を説明する。図6(a)は、第2の実施形態に係る撮像装置全体の動作を示すタイミング図である。図6(b)は、期間N1、N2におけるカウント信号を示すタイミング図である。図3(c)は、期間S1、S2におけるカウント信号を示すタイミング図である。図6(a)に示されている、制御信号φR、φT、参照信号VRMP、画素信号VPIX、制御信号VCOMPの動作タイミングは第1の実施形態と同様であり、期間N1、N2、S1、S2にAD変換が行われる点も第1の実施形態と同様である。よって、これらについての詳細な説明を省略する。   Next, the operation of the imaging apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the timing charts of FIGS. 6 (a), 6 (b), and 6 (c). FIG. 6A is a timing chart showing the operation of the entire imaging apparatus according to the second embodiment. FIG. 6B is a timing chart showing count signals in the periods N1 and N2. FIG. 3C is a timing chart showing count signals in the periods S1 and S2. The operation timings of the control signals φR and φT, the reference signal VRMP, the pixel signal VPIX, and the control signal VCOMP shown in FIG. 6A are the same as those in the first embodiment, and the periods N1, N2, S1, and S2 The AD conversion is performed in the same manner as in the first embodiment. Therefore, the detailed description about these is abbreviate | omitted.

以下、本実施形態における第1の実施形態との差異点である、期間N2、S2におけるリップルカウンタ118−4の動作について説明する。図6(b)に示されているように、期間N2において、リップルカウンタ118−4は、カウント信号106−3Mの立下りエッジに応じてカウントダウンを行う。言い換えると、下位ビットのカウント値が15から0に戻るときにリップルカウンタ118−4に保持されるカウント値が1だけ小さくなる。その後、時刻T4Aにおいて制御信号VCOMPの極性が反転する。このとき、その時点のカウント信号106−0〜106−2、106−3Mの値が、第2メモリ群118のメモリ118−0〜118−3内の各Nラッチ200−Nに保持される。さらにこのとき、リップルカウンタ118−4に供給されるカウント信号106−3Mの変化が停止するように制御され、リップルカウンタ118−4もこれ以降、期間S2のAD変換が開始するまでは時刻T4A時点のカウント値N(Hi)を保持する。   Hereinafter, the operation of the ripple counter 118-4 in the periods N2 and S2, which is a difference from the first embodiment in the present embodiment, will be described. As shown in FIG. 6B, in the period N2, the ripple counter 118-4 counts down according to the falling edge of the count signal 106-3M. In other words, when the lower bit count value returns from 15 to 0, the count value held in the ripple counter 118-4 decreases by one. Thereafter, at time T4A, the polarity of the control signal VCOMP is inverted. At this time, the values of the count signals 106-0 to 106-2 and 106-3M at that time are held in the N latches 200-N in the memories 118-0 to 118-3 of the second memory group 118. Further, at this time, the change of the count signal 106-3M supplied to the ripple counter 118-4 is controlled to stop, and the ripple counter 118-4 is also at time T4A until AD conversion in the period S2 starts thereafter. The count value N (Hi) is held.

図6(c)に示されているように、上述の動作に後続する期間S2において、リップルカウンタ118−4は、カウント信号106−3Mの立下りエッジに応じて、カウントアップを行う。この動作において、リップルカウンタ118−4のカウント値の初期値は時刻T4A時点のカウント値N(Hi)である。その後、時刻T10Aにおいて制御信号VCOMPの極性が反転する。このとき、その時点のカウント信号106−0〜106−2、106−3Mの値が、第2メモリ群118のメモリ118−0〜118−3内の各Sラッチ200−Sに保持される。さらにこのとき、リップルカウンタ118−4に供給されるカウント信号106−3Mの変化が停止するように制御される。   As illustrated in FIG. 6C, in the period S2 subsequent to the above-described operation, the ripple counter 118-4 performs count-up according to the falling edge of the count signal 106-3M. In this operation, the initial value of the count value of the ripple counter 118-4 is the count value N (Hi) at time T4A. Thereafter, at time T10A, the polarity of the control signal VCOMP is inverted. At this time, the values of the count signals 106-0 to 106-2 and 106-3M at that time are held in the S latches 200-S in the memories 118-0 to 118-3 of the second memory group 118. Further, at this time, control is performed so that the change of the count signal 106-3M supplied to the ripple counter 118-4 stops.

ここで、期間S2におけるカウントは、時刻T4A時点のカウント値N(Hi)を初期値として行われるため、リップルカウンタ118−4に保持される上位ビット値は、デジタルCDS処理が行われた後の値である。言い換えると、リップルカウンタ118−4には、(S2(Hi)−N2(Hi))に相当するCDS処理後の上位ビット値が保持される。   Here, since the count in the period S2 is performed using the count value N (Hi) at the time T4A as an initial value, the upper bit value held in the ripple counter 118-4 is the value after the digital CDS processing is performed. Value. In other words, the ripple counter 118-4 holds the upper bit value after the CDS processing corresponding to (S2 (Hi) −N2 (Hi)).

次に、各メモリ群に保持されたデジタル値の処理方法について説明する。上述のように、デジタルCDS処理された上位ビットが既に得られている。よって、下位ビットのみの処理が必要となる。リセットレベルに対する2回のAD変換で得られた下位ビットの値同士の差分値をdiff_Nとし、光信号に対する2回のAD変換で得られた下位ビットの値同士の差分値をdiff_Sとする。差分値diff_N、diff_Sに対して、第1の実施形態で述べた桁処理を施し、それぞれ桁処理後の差分値を得る。得られた差分値と、リップルカウンタに保持された値を用いて以下の値を算出することにより、デジタルCDS後の信号を得ることができる。
2×(S2(Hi)−N2(Hi))+(diff_S)−(diff_N)
Next, a method for processing digital values held in each memory group will be described. As described above, the upper bits subjected to the digital CDS processing have already been obtained. Therefore, it is necessary to process only the lower bits. A difference value between lower bit values obtained by two AD conversions for the reset level is diff_N, and a difference value between lower bit values obtained by two AD conversions for the optical signal is diff_S. The digit processing described in the first embodiment is performed on the difference values diff_N and diff_S to obtain the difference values after digit processing. A signal after digital CDS can be obtained by calculating the following value using the obtained difference value and the value held in the ripple counter.
2 × (S2 (Hi) −N2 (Hi)) + (diff_S) − (diff_N)

本実施形態においても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、上述の説明では、第1メモリ群107のビット幅は4ビットであり、第2メモリ群118のメモリ118−0〜118−3に対応するビット幅も4ビットである。また、リップルカウンタ118−4のビット幅は7ビットである。しかしながら、第1の実施形態と同様にこのビット数には限定されない。すなわち、これらのビット数は本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意の値とすることができる。より詳細には、以下のように一般化される。1回目と2回目のAD変換結果の差分値の絶対値が2−1[LSB](Nは自然数)以下の場合、第1メモリ群107のビット幅はN+1ビットとする。このとき、第2メモリ群118内の複数のメモリのビット幅もN+1ビットとする。また、第2メモリ群118内のリップルカウンタ118−4のビット幅はM−(N+1)ビット(Mは自然数)とする。この場合、第1メモリ群107と、第2メモリ群118内の複数のメモリとは、カウント信号群106のうちの最下位ビットから第N+1ビットまでを保持する。第2メモリ群118は、カウント信号群106のうちの第N+2ビットからから第Mビットまでを保持する。
Also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
In the above description, the bit width of the first memory group 107 is 4 bits, and the bit width corresponding to the memories 118-0 to 118-3 of the second memory group 118 is also 4 bits. The bit width of the ripple counter 118-4 is 7 bits. However, the number of bits is not limited as in the first embodiment. That is, the number of bits can be set to an arbitrary value without departing from the gist of the present invention. More specifically, it is generalized as follows. When the absolute value of the difference value between the first and second AD conversion results is 2 N −1 [LSB] (N is a natural number) or less, the bit width of the first memory group 107 is N + 1 bits. At this time, the bit widths of the plurality of memories in the second memory group 118 are also set to N + 1 bits. The bit width of the ripple counter 118-4 in the second memory group 118 is M- (N + 1) bits (M is a natural number). In this case, the first memory group 107 and the plurality of memories in the second memory group 118 hold the least significant bit to the (N + 1) th bit of the count signal group 106. The second memory group 118 holds from the (N + 2) th bit to the Mth bit of the count signal group 106.

[第3の実施形態]
図7は、第3の実施形態に係る撮像装置の構成を示す図である。図1に示す第1の実施形態の撮像装置と異なり、本実施形態の撮像装置は、比較器104に代えて第1比較器111及び第2比較器112を有する。また、本実施形態の撮像装置は、選択回路110に代えて第1比較器111及び第2比較器112の前段に選択回路113を有する。参照信号VRMPは選択回路113を介して第1比較器111及び第2比較器112に入力される。第1比較器111から比較結果として出力される制御信号VCOMP1は、第1メモリ群107に入力される。第2比較器112から比較結果として出力される制御信号VCOMP2は、第2メモリ群108に入力される。
[Third Embodiment]
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus according to the third embodiment. Unlike the imaging device of the first embodiment shown in FIG. 1, the imaging device of this embodiment has a first comparator 111 and a second comparator 112 instead of the comparator 104. In addition, the imaging apparatus according to the present embodiment includes a selection circuit 113 in front of the first comparator 111 and the second comparator 112 instead of the selection circuit 110. The reference signal VRMP is input to the first comparator 111 and the second comparator 112 via the selection circuit 113. A control signal VCOMP1 output as a comparison result from the first comparator 111 is input to the first memory group 107. The control signal VCOMP2 output as a comparison result from the second comparator 112 is input to the second memory group 108.

図8は、第3の実施形態に係る第1メモリ群107及び第2メモリ群108の構成をより詳細に示すブロック図である。第1比較器111から出力される制御信号VCOMP1は、第1メモリ群107内の各メモリ107−0〜107−3に入力される。第2比較器112から出力される制御信号VCOMP2は、第2メモリ群108内の各メモリ108−0〜108−10に接続される。その他の構成は第1の実施形態と同様であるため説明を省略する。   FIG. 8 is a block diagram showing in more detail the configuration of the first memory group 107 and the second memory group 108 according to the third embodiment. The control signal VCOMP1 output from the first comparator 111 is input to each of the memories 107-0 to 107-3 in the first memory group 107. The control signal VCOMP2 output from the second comparator 112 is connected to the memories 108-0 to 108-10 in the second memory group 108. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.

次に、図9のタイミング図を参照して、本実施形態の動作を、特に、第1の実施形態と異なる点について説明する。なお、カウント信号群106の動作については、図3(b)、又は図3(c)と同様であるため、図示及び説明を省略する。   Next, with reference to the timing chart of FIG. 9, the operation of the present embodiment will be described, particularly regarding differences from the first embodiment. Note that the operation of the count signal group 106 is the same as that in FIG. 3B or FIG.

選択回路113は、期間N1と期間S1のAD変換時においては、参照信号VRMPを第1比較器111に入力させる。これにより、第1比較器111においてAD変換が行われ、第1メモリ群107にデジタル値が保持される。また、選択回路113は、期間N2と期間S2のAD変換時においては、参照信号VRMPを第2比較器112に入力させる。これにより、第2比較器112においてAD変換が行われ、第2メモリ群108にデジタル値が保持される。その他の処理は第1実施形態と同様のため説明を省略する。   The selection circuit 113 inputs the reference signal VRMP to the first comparator 111 during AD conversion in the periods N1 and S1. As a result, AD conversion is performed in the first comparator 111, and the digital value is held in the first memory group 107. The selection circuit 113 inputs the reference signal VRMP to the second comparator 112 during AD conversion in the periods N2 and S2. Thereby, AD conversion is performed in the second comparator 112, and the digital value is held in the second memory group 108. Since other processes are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.

本実施形態においても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施形態では、画素100の各列に対応する比較器及びメモリ群は2個ずつ設けられているが、この個数は複数個であれば任意に変更可能であり、例えば3個以上であってもよい。
Also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
In this embodiment, two comparators and memory groups corresponding to each column of the pixels 100 are provided. However, the number can be arbitrarily changed as long as it is plural, for example, three or more. There may be.

[第4の実施形態]
次に、第4の実施形態を説明する。図10(a)は、第4の実施形態に係る撮像装置の動作を示すタイミング図である。図10(b)は、カウント信号を示すタイミング図である。本実施形態の撮像装置の構成は図7及び図8に示すものと同様である。本実施形態では、第2比較器112の入力端子に対して所定の入力オフセット電圧Voffを加えてAD変換を実施することで、期間N1のAD変換期間と期間N2のAD変換期間とを重ねることができる点が第3の実施形態と異なる。また、同様に、期間S1のAD変換期間と期間S2のAD変換期間とを重ねることもできる。この入力オフセット電圧Voffの付加は、一例として、第2比較器112に入力される参照信号VRMPの電圧を変化させることで実現できる。図10(a)において、第2比較器112に入力される参照信号VRMPに対して入力オフセット電圧Voffを加えた波形が破線で示されている。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 10A is a timing diagram illustrating an operation of the imaging apparatus according to the fourth embodiment. FIG. 10B is a timing chart showing the count signal. The configuration of the imaging apparatus of the present embodiment is the same as that shown in FIGS. In the present embodiment, AD conversion is performed by applying a predetermined input offset voltage Voff to the input terminal of the second comparator 112, thereby overlapping the AD conversion period of the period N1 and the AD conversion period of the period N2. This is different from the third embodiment. Similarly, the AD conversion period of the period S1 and the AD conversion period of the period S2 can be overlapped. As an example, the addition of the input offset voltage Voff can be realized by changing the voltage of the reference signal VRMP input to the second comparator 112. In FIG. 10A, the waveform obtained by adding the input offset voltage Voff to the reference signal VRMP input to the second comparator 112 is indicated by a broken line.

T2までの期間の動作は図9と同様であるため説明を省略する。時刻T2から時刻T3までの期間N1において、第1比較器111におけるリセットレベルのAD変換が行われる。時刻T2から時刻T4までの期間N2において、第2比較器112におけるリセットレベルのAD変換が行われる。第2比較器112に入力される参照信号VRMPには入力オフセット電圧Voffが付加されているので、期間N1のAD変換レンジと期間N2のAD変換レンジを一致させるため、期間N2は期間N1よりも長くなる。   The operation in the period up to T2 is the same as that in FIG. In a period N1 from time T2 to time T3, AD conversion of the reset level in the first comparator 111 is performed. In a period N2 from time T2 to time T4, the AD conversion at the reset level in the second comparator 112 is performed. Since the input offset voltage Voff is added to the reference signal VRMP input to the second comparator 112, the AD conversion range in the period N1 and the AD conversion range in the period N2 are matched, so that the period N2 is longer than the period N1. become longer.

時刻T6から時刻T7の期間において制御信号φTがハイレベルになり、転送トランジスタM2がオンになる。これにより、入射光により光電変換部PDで発生した電荷がフローティングディフュージョンFDに転送される。   In the period from time T6 to time T7, the control signal φT becomes high level, and the transfer transistor M2 is turned on. Thereby, the electric charge which generate | occur | produced in photoelectric conversion part PD with incident light is transferred to floating diffusion FD.

時刻T8から時刻T9までの期間S1において、第1比較器111における光信号のAD変換が行われる。時刻T8から時刻T10までの期間S2において、第2比較器112における光信号のAD変換が行われる。上述の期間N1と期間N2の関係と同様に、期間S2は期間S1よりも長くなる。   In a period S1 from time T8 to time T9, AD conversion of the optical signal in the first comparator 111 is performed. In a period S2 from time T8 to time T10, AD conversion of the optical signal in the second comparator 112 is performed. Similar to the above-described relationship between the period N1 and the period N2, the period S2 is longer than the period S1.

図10(b)に示す期間S1、S2におけるカウント信号群106のタイミング図と併せて、AD変換動作の一例を説明する。図10(b)に示されるように、期間S1、S2の間、カウント信号106−0〜106−10及び106−3Mは、いずれも変動し、AD変換時のカウントに供される。   An example of the AD conversion operation will be described together with a timing chart of the count signal group 106 in the periods S1 and S2 shown in FIG. As shown in FIG. 10B, during the periods S1 and S2, the count signals 106-0 to 106-10 and 106-3M both vary and are used for counting during AD conversion.

画素信号VPIXと参照信号VRMP(実線)の大小関係が反転するタイミングT8Aにおいて、第1比較器111から出力される制御信号VCOMP1の極性が反転する。これにより、カウント信号106−0〜106−2、106−3Mで構成される4ビット幅のデジタル値が第1メモリ群107の各Sラッチ200−Sに保持される。同様に、画素信号VPIXと参照信号VRMP(破線)の大小関係が反転するタイミングT8Bにおいて、第2比較器112から出力される制御信号VCOMP2の極性が反転する。カウント信号106−0〜106−10で構成される11ビット幅のデジタル値が第2メモリ群108の各Sラッチ200−Sに保持される。   At timing T8A when the magnitude relationship between the pixel signal VPIX and the reference signal VRMP (solid line) is inverted, the polarity of the control signal VCOMP1 output from the first comparator 111 is inverted. As a result, a 4-bit digital value composed of the count signals 106-0 to 106-2 and 106-3M is held in each S latch 200-S of the first memory group 107. Similarly, at the timing T8B when the magnitude relationship between the pixel signal VPIX and the reference signal VRMP (broken line) is inverted, the polarity of the control signal VCOMP2 output from the second comparator 112 is inverted. An 11-bit digital value composed of the count signals 106-0 to 106-10 is held in each S latch 200-S of the second memory group 108.

以降の取得されたデジタル値に対する処理は、期間S2に保持された変換結果に対して、所定の入力オフセット電圧Voffに相当する値の減算を要することを除き、上述の処理と同様のため説明を省略する。   The subsequent processing for the acquired digital value is the same as the processing described above except that the conversion result held in the period S2 requires subtraction of a value corresponding to the predetermined input offset voltage Voff. Omitted.

第1の実施形態では、期間N2における第2のAD変換に用いられる参照信号VRMPの波形は、期間N1における第1のAD変換に用いられる参照信号VRMPの波形と同一としており、また、期間N1と期間N2とは互いに異なる期間とされている。これに対し本実施形態では、撮像装置は、複数の比較器を有し、かつ第2比較器112の入力端子に対して所定の入力オフセット電圧Voffを加えてAD変換を行う。よって、本実施形態によれば、第1の実施形態の効果が得られることに加え、期間N1と期間N2の少なくとも一部を重ねることができ、期間S1と期間S2の少なくとも一部を重ねることもできる。   In the first embodiment, the waveform of the reference signal VRMP used for the second AD conversion in the period N2 is the same as the waveform of the reference signal VRMP used for the first AD conversion in the period N1, and the period N1 And the period N2 are different periods. In contrast, in the present embodiment, the imaging apparatus includes a plurality of comparators, and performs AD conversion by applying a predetermined input offset voltage Voff to the input terminal of the second comparator 112. Therefore, according to this embodiment, in addition to obtaining the effects of the first embodiment, at least a part of the period N1 and the period N2 can be overlapped, and at least a part of the period S1 and the period S2 can be overlapped. You can also.

なお、本実施形態では参照信号VRMPに入力オフセット電圧Voffに相当する電圧を加算したものとして説明したが、画素信号VPIXに入力オフセット電圧Voffを加算してもよい。   In the present embodiment, the reference signal VRMP is described as being added with a voltage corresponding to the input offset voltage Voff. However, the input offset voltage Voff may be added to the pixel signal VPIX.

上述の第3又は第4の実施形態の変形例として、参照信号発生回路103が2つの参照信号VRMPを出力可能に構成し、2つの参照信号VRMPを選択回路113を介さずに第1比較器111及び第2比較器112にそれぞれ入力させてもよい。この場合、各AD変換時において、参照信号発生回路103が2つの参照信号VRMPの波形を個別に制御し得るようにする。これにより、期間N1のAD変換期間と期間N2のAD変換期間とを重ねることができ、期間S1のAD変換期間と期間S2のAD変換期間とを重ねることもできる。また、第3又は第4の実施形態の各メモリ群を図5に示す第2の実施形態の構成と同様の構成としてもよく、同様の動作が可能である。   As a modification of the above-described third or fourth embodiment, the reference signal generation circuit 103 is configured to be able to output two reference signals VRMP, and the first comparator without the two reference signals VRMP via the selection circuit 113 111 and the second comparator 112 may be input. In this case, at each AD conversion, the reference signal generation circuit 103 can individually control the waveforms of the two reference signals VRMP. Accordingly, the AD conversion period of the period N1 and the AD conversion period of the period N2 can be overlapped, and the AD conversion period of the period S1 and the AD conversion period of the period S2 can be overlapped. Further, each memory group of the third or fourth embodiment may have the same configuration as that of the second embodiment shown in FIG. 5, and the same operation is possible.

[第5の実施形態]
次に、第5の実施形態を説明する。図12(a)は、第5の実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図であり、図12(b)は、画素100の構成を示す回路図である。図1及び図7に示す撮像装置と異なり、図12(a)に示す本実施形態の撮像装置は、比較器104、制御回路201、及び電圧生成回路202を含む逐次比較型AD変換回路210と、第1メモリ群207と第2メモリ群208とを列ごとに有する。また、本実施形態の撮像装置には、参照信号発生回路103及びカウンタ105が設けられていない。図12(b)に示す画素100の構成は図1(b)と同様であるため、その説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment will be described. FIG. 12A is a block diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus according to the fifth embodiment, and FIG. 12B is a circuit diagram illustrating a configuration of the pixel 100. Unlike the imaging device illustrated in FIGS. 1 and 7, the imaging device according to the present embodiment illustrated in FIG. 12A includes a successive approximation AD conversion circuit 210 including a comparator 104, a control circuit 201, and a voltage generation circuit 202. The first memory group 207 and the second memory group 208 are provided for each column. Further, the image pickup apparatus of this embodiment is not provided with the reference signal generation circuit 103 and the counter 105. The configuration of the pixel 100 illustrated in FIG. 12B is the same as that in FIG.

画素100から出力される画素信号VPIXは、比較器104の一方の入力端子に入力される。電圧生成回路202は、制御回路201から出力される制御信号VCTRLに基づき、二分探索を逐次行う逐次比較動作のための電圧信号VDACを、比較器104の他方の入力端子に出力する。また、電圧生成回路202には、不図示の電圧源から基準電圧VREFが入力される。比較器104は、画素信号VPIXと、電圧信号VDACとを逐次比較して比較結果を示す信号を制御回路201に出力する。制御回路201は、比較器104からの信号を受けて、制御信号VCTRLを電圧生成回路202に出力する。また、制御回路201は、逐次比較により得られた比較結果を選択回路110に出力する。選択回路110は、比較結果であるデジタル値の出力先として、第1メモリ群207と第2メモリ群208のいずれかを選択する。   A pixel signal VPIX output from the pixel 100 is input to one input terminal of the comparator 104. Based on the control signal VCTRL output from the control circuit 201, the voltage generation circuit 202 outputs a voltage signal VDAC for a successive comparison operation that sequentially performs a binary search to the other input terminal of the comparator 104. Further, the voltage generation circuit 202 receives a reference voltage VREF from a voltage source (not shown). The comparator 104 sequentially compares the pixel signal VPIX and the voltage signal VDAC and outputs a signal indicating the comparison result to the control circuit 201. The control circuit 201 receives the signal from the comparator 104 and outputs a control signal VCTRL to the voltage generation circuit 202. In addition, the control circuit 201 outputs the comparison result obtained by the successive comparison to the selection circuit 110. The selection circuit 110 selects either the first memory group 207 or the second memory group 208 as an output destination of the digital value that is the comparison result.

図13は、電圧生成回路202の構成を示す回路図である。電圧生成回路202は、バイナリウェイトの容量値を有する複数のキャパシタcp0〜cp12と、複数のキャパシタcp1〜cp12にそれぞれ直列接続された複数のスイッチsw1〜sw12とを有する。バイナリウェイトとは、公比2の等比数列をなす重み(容量値)の集合のことである。図13の例では、キャパシタcp0〜12は順に1C、1C、2C、4C・・・2048Cの容量値を有する。   FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of the voltage generation circuit 202. The voltage generation circuit 202 includes a plurality of capacitors cp0 to cp12 having a binary weight capacitance value, and a plurality of switches sw1 to sw12 connected in series to the plurality of capacitors cp1 to cp12, respectively. The binary weight is a set of weights (capacity values) forming a geometric sequence with a common ratio of 2. In the example of FIG. 13, the capacitors cp <b> 0 to 12 have capacitance values of 1C, 1C, 2C, 4C,.

電圧生成回路202は、制御信号VCTRLに基づいて複数のスイッチsw1〜sw12の各々が切り替えられることにより、入力された基準電圧VREFを分圧し、電圧信号VDACとして出力する回路である。キャパシタcp0〜cp12の一端は電圧生成回路202の出力端子に接続される。キャパシタcp0の他端は接地電位GNDに接続される。複数のキャパシタcp1〜cp12の他端は、対応する複数のスイッチsw1〜sw12の一端にそれぞれ接続される。複数のスイッチsw1〜sw12の他端は、制御信号VCTRLに基づき、基準電圧VREF又は接地電位GNDのいずれかに接続されるように切り替え可能な端子となっている。すなわち、複数のスイッチsw1〜sw12は、キャパシタcp1〜cp12のうちの1つ以上を選択するか、あるいはいずれも選択しないという動作を行うスイッチ回路を構成する。   The voltage generation circuit 202 is a circuit that divides the input reference voltage VREF and outputs it as a voltage signal VDAC by switching each of the plurality of switches sw1 to sw12 based on the control signal VCTRL. One ends of the capacitors cp0 to cp12 are connected to the output terminal of the voltage generation circuit 202. The other end of the capacitor cp0 is connected to the ground potential GND. The other ends of the plurality of capacitors cp1 to cp12 are respectively connected to one ends of the corresponding plurality of switches sw1 to sw12. The other ends of the plurality of switches sw1 to sw12 are terminals that can be switched to be connected to either the reference voltage VREF or the ground potential GND based on the control signal VCTRL. That is, the plurality of switches sw1 to sw12 constitute a switch circuit that performs an operation of selecting one or more of the capacitors cp1 to cp12 or not selecting any of them.

基準電圧VREFは、逐次比較型AD変換回路210の外部から供給される定電圧であり、接地電位GNDよりも高い電圧値を有する。複数のスイッチsw1〜sw12の接続状態が切り替わることにより、複数のキャパシタcp1〜12の各々には基準電圧VREF又は接地電位GNDが供給される。これにより、基準電圧VREFが入力される端子と、電圧信号VDACが出力される端子との間に接続される合成容量値が変化し、電圧信号VDACの電圧が変化する。言い換えると、電圧生成回路202は、スイッチsw1〜sw12を制御する制御信号VCTRLに基づいて電圧信号VDACの電圧を変化させるデジタルアナログ変換回路である。図13の構成では、スイッチsw1〜sw12の個数が12個であるため12ビットの逐次比較動作を実現できる。   The reference voltage VREF is a constant voltage supplied from the outside of the successive approximation AD converter circuit 210 and has a voltage value higher than the ground potential GND. When the connection state of the plurality of switches sw1 to sw12 is switched, the reference voltage VREF or the ground potential GND is supplied to each of the plurality of capacitors cp1 to cp12. As a result, the combined capacitance value connected between the terminal to which the reference voltage VREF is input and the terminal to which the voltage signal VDAC is output changes, and the voltage of the voltage signal VDAC changes. In other words, the voltage generation circuit 202 is a digital-analog conversion circuit that changes the voltage of the voltage signal VDAC based on the control signal VCTRL that controls the switches sw1 to sw12. In the configuration of FIG. 13, since the number of switches sw1 to sw12 is 12, a 12-bit successive approximation operation can be realized.

図14は、第5の実施形態の第1メモリ群207と第2メモリ群208の、画素アレイ101の1列分に対応する列回路の構成を示す図である。第1メモリ群207は、最下位から4ビット分の比較結果を保持する複数のメモリ207−0〜207−3を有し、第2メモリ群208は最下位から最上位までの12ビット分の比較結果を保持する複数のメモリ208−0〜208−11を有する。各メモリは、図2(b)と同様に2つのデータを保持可能な構成となっている。第1メモリ群207のビット幅は、上述の第1の実施形態等と同様に、同一信号に対して複数回のAD変換を行った際の、各回のAD変換結果の差分値の最大値より大きい値に規定する。本実施形態における差分値は、主に画素信号VPIX及び電圧生成回路202の出力である電圧信号VDACに重畳されるランダムノイズ成分並びに比較器104が発生するランダムノイズ成分に起因する。これにより、2回のAD変換結果の間で値が変動しうるビットの値を複数個保持できる構成となる。   FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of column circuits corresponding to one column of the pixel array 101 in the first memory group 207 and the second memory group 208 of the fifth embodiment. The first memory group 207 has a plurality of memories 207-0 to 207-3 holding comparison results for 4 bits from the least significant bit, and the second memory group 208 is for 12 bits from the least significant bit to the most significant bit. A plurality of memories 208-0 to 208-11 holding comparison results are provided. Each memory has a configuration capable of holding two pieces of data as in FIG. The bit width of the first memory group 207 is based on the maximum value of the difference value of each AD conversion result when AD conversion is performed a plurality of times on the same signal, as in the first embodiment. Specify a large value. The difference value in this embodiment is mainly caused by the random noise component superimposed on the pixel signal VPIX and the voltage signal VDAC that is the output of the voltage generation circuit 202 and the random noise component generated by the comparator 104. As a result, a plurality of bit values whose values can vary between the two AD conversion results can be held.

次にAD変換の動作について説明する。本実施形態においても、これまでに述べた他の実施形態と同様に画素のリセットレベル及び光信号レベルのそれぞれに対して、2回ずつAD変換が行われる。各AD変換動作は、逐次比較型AD変換回路210により逐次比較動作によって実施される。リセットレベル及び光信号レベルの1回目のAD変換結果は、第1メモリ群207に最下位から4ビットがそれぞれ保持され、同2回目のAD変換結果は、第2メモリ群208に最下位から12ビットまでのすべてのビットが保持される。   Next, the AD conversion operation will be described. Also in this embodiment, AD conversion is performed twice for each of the pixel reset level and the optical signal level, as in the other embodiments described so far. Each AD conversion operation is performed by the successive approximation operation by the successive approximation AD conversion circuit 210. The first AD conversion result of the reset level and the optical signal level is held in the first memory group 207 from the least significant 4 bits, and the second AD conversion result is stored in the second memory group 208 from the least significant 12 bits. All bits up to the bit are retained.

その後、保持されたAD変換結果がバイナリコードでない場合はバイナリコードに変換後、バイナリコードである場合はそのまま、2回のAD変換結果を加算した結果に相当する信号を得るための処理が行われる。当該処理の内容は、第1の実施形態にて説明した内容のうち、バイナリコードへの変換後の処理と同様であるため詳細な説明を省略する。   After that, if the held AD conversion result is not a binary code, it is converted into a binary code, and if it is a binary code, a process for obtaining a signal corresponding to the result of adding the two AD conversion results is performed. . The contents of the process are the same as the processes after conversion to binary code among the contents described in the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

以上説明したように、本実施形態によれば、逐次比較型AD変換回路を有する撮像装置においても、同一画素から出力された画素信号に対し、複数回のAD変換を行い、これにより得られたAD変換結果を加算することで、ノイズを小さくすることができる。   As described above, according to the present embodiment, even in an imaging apparatus having a successive approximation AD conversion circuit, a plurality of AD conversions are performed on the pixel signal output from the same pixel, and thus obtained. By adding the AD conversion results, noise can be reduced.

[第6の実施形態]
図11には、第6の実施形態に係る撮像システム800の構成が示されている。撮像システム800は、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ等を含み得る。撮像システム800は、光学部810、撮像装置10、映像信号処理部830、記録・通信部840、タイミング制御部850、システム制御部860及び再生・表示部870を含む。撮像装置10には、上述の第1乃至第5の実施形態の撮像装置が用いられる。
[Sixth Embodiment]
FIG. 11 shows a configuration of an imaging system 800 according to the sixth embodiment. The imaging system 800 can include, for example, a digital still camera, a digital camcorder, a surveillance camera, and the like. The imaging system 800 includes an optical unit 810, an imaging device 10, a video signal processing unit 830, a recording / communication unit 840, a timing control unit 850, a system control unit 860, and a playback / display unit 870. As the imaging device 10, the imaging devices according to the first to fifth embodiments described above are used.

レンズ等の光学系である光学部810は、被写体からの光を撮像装置10の、複数の画素100が2次元状に配列された画素アレイ101に結像させ、被写体の像を形成する。撮像装置10は、タイミング制御部850からの信号に基づくタイミングで、画素アレイ101に結像された光に応じた信号を出力する。撮像装置10から出力された信号は、映像信号処理部である映像信号処理部830に入力され、映像信号処理部830が、プログラム等によって定められた方法にしたがって信号処理を行う。なお、映像信号処理部830で行われる信号処理は、第1の実施形態等で述べたデジタルCDS、桁処理等を含んでもよい。映像信号処理部830での処理によって得られた信号は画像データとして記録・通信部840に送られる。記録・通信部840は、画像を形成するための信号を再生・表示部870に送り、再生・表示部870に動画又は静止画像を再生・表示させる。あるいは、映像信号処理部830からの出力信号が直接再生・表示部870に送られ、動画又は静止画像の再生・表示が行われる構成を有してもよい。記録・通信部840は、また、映像信号処理部830からの信号を受けて、システム制御部860と通信を行うほか、不図示の記録媒体に、画像を形成するための信号を記録する動作も行う。   An optical unit 810 that is an optical system such as a lens forms an image of a subject by forming light from the subject on a pixel array 101 in which a plurality of pixels 100 are two-dimensionally arranged. The imaging device 10 outputs a signal corresponding to the light imaged on the pixel array 101 at a timing based on the signal from the timing control unit 850. The signal output from the imaging device 10 is input to a video signal processing unit 830 that is a video signal processing unit, and the video signal processing unit 830 performs signal processing according to a method determined by a program or the like. Note that the signal processing performed by the video signal processing unit 830 may include the digital CDS, digit processing, and the like described in the first embodiment. The signal obtained by the processing in the video signal processing unit 830 is sent to the recording / communication unit 840 as image data. The recording / communication unit 840 sends a signal for forming an image to the reproduction / display unit 870 and causes the reproduction / display unit 870 to reproduce / display a moving image or a still image. Alternatively, an output signal from the video signal processing unit 830 may be directly sent to the reproduction / display unit 870 to reproduce / display a moving image or a still image. The recording / communication unit 840 receives a signal from the video signal processing unit 830 and communicates with the system control unit 860, and also records an operation for recording a signal for forming an image on a recording medium (not shown). Do.

システム制御部860は、撮像システムの動作を統括的に制御するものであり、光学部810、タイミング制御部850、記録・通信部840、及び再生・表示部870の駆動を制御する。また、システム制御部860は、例えば記録媒体である不図示の記憶装置を備える。この記憶装置に撮像システムの動作を制御するのに必要なプログラム等が記録される。また、システム制御部860は、例えばユーザの操作に応じて駆動モードを切り替える信号を撮像システム内に供給する。具体的な例としては、読み出す行の変更、リセットする行の変更、電子ズームに伴う画角の変更、電子防振に伴う画角のずらし等である。タイミング制御部850は、システム制御部860による制御に基づいて撮像装置10及び映像信号処理部830の駆動タイミングを制御する。   The system control unit 860 comprehensively controls the operation of the imaging system, and controls driving of the optical unit 810, the timing control unit 850, the recording / communication unit 840, and the reproduction / display unit 870. Further, the system control unit 860 includes a storage device (not shown) that is a recording medium, for example. Programs and the like necessary for controlling the operation of the imaging system are recorded in this storage device. Further, the system control unit 860 supplies a signal for switching the drive mode in accordance with, for example, a user operation in the imaging system. Specific examples include a change in a row to be read, a change in a row to be reset, a change in the angle of view associated with electronic zoom, and a shift in angle of view associated with electronic image stabilization. The timing control unit 850 controls the drive timing of the imaging device 10 and the video signal processing unit 830 based on control by the system control unit 860.

以上のように、本実施形態の撮像システム800は、上述の第1乃至第5の実施形態のいずれかの撮像装置10を適用して撮像動作を行うことが可能である。   As described above, the imaging system 800 of this embodiment can perform an imaging operation by applying the imaging device 10 of any of the first to fifth embodiments described above.

本発明を適用し得る実施形態は、上述の実施形態のみに限定されない。例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を、他の実施形態に追加した実施形態、あるいは他の実施形態の一部の構成と置換した実施形態も本発明を適用し得る実施形態であると理解されるべきである。   Embodiments to which the present invention can be applied are not limited to the above-described embodiments. For example, an embodiment in which a part of the configuration of any of the embodiments is added to another embodiment, or an embodiment in which a part of the configuration of another embodiment is replaced is also an embodiment to which the present invention can be applied. Should be understood.

また、第6の実施形態に示した撮像システムは、本発明の撮像装置を適用しうる撮像システムの一例を示したものであり、本発明の撮像装置を適用可能な撮像システムは図11に示した構成に限定されるものではない。   The imaging system shown in the sixth embodiment is an example of an imaging system to which the imaging apparatus of the present invention can be applied. An imaging system to which the imaging apparatus of the present invention can be applied is shown in FIG. It is not limited to the configuration.

100 画素
104 比較器
105 カウンタ
107 第1メモリ群
108 第2メモリ群
100 pixels 104 comparator 105 counter 107 first memory group 108 second memory group

Claims (18)

複数の列をなすように配列され、光電変換により入射光に応じた画素信号を出力する複数の画素を備え、前記画素信号を前記列ごとにAD変換してデジタル値を得る撮像装置であって、
前記複数の列の各々に対応して設けられ、同一の前記画素信号に対して、第1のAD変換を行って得られた前記デジタル値を保持する第1メモリ群及び第2のAD変換を行って得られた前記デジタル値を保持する第2メモリ群を有し、
前記第1メモリ群は、N+1ビット(Nは自然数)のビット幅を有し、前記第1のAD変換によって得られた前記デジタル値のうちの最下位ビットから第N+1ビットまでを保持し、
前記第2メモリ群は、N+1ビットより大きいMビット(Mは自然数)のビット幅を有し、前記第2のAD変換によって得られた前記デジタル値のうちの最下位ビットから第Mビットまでを保持する
ことを特徴とする撮像装置。
An imaging apparatus that includes a plurality of pixels arranged in a plurality of columns and that outputs a pixel signal corresponding to incident light by photoelectric conversion, and obtains a digital value by performing AD conversion on the pixel signal for each column. ,
A first memory group and a second AD conversion which are provided corresponding to each of the plurality of columns and hold the digital value obtained by performing the first AD conversion on the same pixel signal. A second memory group for holding the digital value obtained by performing,
The first memory group has a bit width of N + 1 bits (N is a natural number) and holds from the least significant bit to the (N + 1) th bit of the digital value obtained by the first AD conversion,
The second memory group has a bit width of M bits (M is a natural number) larger than N + 1 bits, and includes the least significant bit to the Mth bit of the digital value obtained by the second AD conversion. An imaging device characterized by being held.
前記複数の列の各々に対応して設けられ、前記画素信号と、逐次比較動作のための電圧信号とを比較して二分探索を逐次行うことにより、前記第1のAD変換及び前記第2のAD変換を行う逐次比較型AD変換回路を更に有することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。   The first AD conversion and the second AD are performed by sequentially performing a binary search by comparing the pixel signal and a voltage signal for successive approximation operation, provided corresponding to each of the plurality of columns. The imaging apparatus according to claim 1, further comprising a successive approximation AD conversion circuit that performs AD conversion. 前記第1メモリ群に保持された前記デジタル値から、前記第2メモリ群に保持された前記デジタル値のうちの最下位ビットから第N+1ビットまでの値を減算した差分値を取得し、
前記第2メモリ群に保持された前記デジタル値の2倍と、前記差分値とを加算して得られた値を出力する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
Obtaining a difference value obtained by subtracting a value from the least significant bit to the (N + 1) th bit of the digital value held in the second memory group from the digital value held in the first memory group;
The imaging apparatus according to claim 1, wherein a value obtained by adding twice the digital value held in the second memory group and the difference value is output.
前記第1メモリ群に保持された前記デジタル値から、前記第2メモリ群に保持された前記デジタル値のうちの最下位ビットから第N+1ビットまでの値を減算した差分値を取得し、
前記差分値が、−(2−1)[LSB]以上であり、かつ2−1[LSB]以下の場合は、前記第2メモリ群に保持された前記デジタル値の2倍と、前記差分値とを加算して得られた値を出力し、
前記差分値が、2−1[LSB]より大きい場合は、前記第2メモリ群に保持された前記デジタル値の2倍と、前記差分値とを加算し、前記加算の結果から2N+1を減算して得られた値を出力し、
前記差分値が、−(2−1)[LSB]より小さい場合は、前記第2メモリ群に保持された前記デジタル値の2倍と、前記差分値とを加算し、前記加算の結果に2N+1を加算して得られた値を出力する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
Obtaining a difference value obtained by subtracting a value from the least significant bit to the (N + 1) th bit of the digital value held in the second memory group from the digital value held in the first memory group;
When the difference value is equal to or greater than − (2 N −1) [LSB] and equal to or less than 2 N −1 [LSB], the digital value held in the second memory group is doubled; Output the value obtained by adding the difference value,
When the difference value is larger than 2 N −1 [LSB], the digital value held twice in the second memory group and the difference value are added, and 2 N + 1 is calculated from the result of the addition. Output the value obtained by subtraction,
When the difference value is smaller than − (2 N −1) [LSB], the difference value is added to twice the digital value held in the second memory group, and the result of the addition is added. The value obtained by adding 2 N + 1 is output. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the imaging apparatus outputs the value obtained by adding 2 N + 1 .
複数の列をなすように配列され、光電変換により入射光に応じた画素信号を出力する複数の画素と、
前記複数の列の各々に対応して設けられ、前記画素信号と、時間に応じて変化する参照信号との大小関係の比較を行い、前記大小関係が反転したことに応じて制御信号を出力する比較器と、
前記参照信号の変化が開始してからの経過時間を示すカウント値を出力するカウンタと、
前記複数の列の各々に対応して設けられ、前記制御信号が出力された時点における前記カウント値を保持する第1メモリ群及び第2メモリ群と、を有し、
前記比較器は、同一の前記画素信号に対して、第1の比較及び第2の比較を含む複数回の前記比較を行い、
前記第1メモリ群及び前記第2メモリ群は、前記第1の比較により得られた前記カウント値及び前記第2の比較により得られた前記カウント値をそれぞれ保持し、
前記第1メモリ群は、N+1ビット(Nは自然数)のビット幅を有し、前記第1の比較によって得られた前記カウント値のうちの最下位ビットから第N+1ビットまでを保持し、
前記第2メモリ群は、N+1ビットより大きいMビット(Mは自然数)のビット幅を有し、前記第2の比較によって得られた前記カウント値のうちの最下位ビットから第Mビットまでを保持する
ことを特徴とする撮像装置。
A plurality of pixels arranged in a plurality of columns and outputting a pixel signal corresponding to incident light by photoelectric conversion;
Comparing the magnitude relationship between the pixel signal and a reference signal that changes with time, provided corresponding to each of the plurality of columns, and outputs a control signal in response to the magnitude relationship being inverted. A comparator;
A counter that outputs a count value indicating an elapsed time from the start of the change of the reference signal;
A first memory group and a second memory group which are provided corresponding to each of the plurality of columns and hold the count value at the time when the control signal is output;
The comparator performs a plurality of the comparisons including a first comparison and a second comparison on the same pixel signal;
The first memory group and the second memory group respectively hold the count value obtained by the first comparison and the count value obtained by the second comparison,
The first memory group has a bit width of N + 1 bits (N is a natural number), and holds from the least significant bit to the N + 1th bit of the count value obtained by the first comparison,
The second memory group has a bit width of M bits (M is a natural number) larger than N + 1 bits, and holds from the least significant bit to the Mth bit of the count value obtained by the second comparison. An imaging apparatus characterized by:
前記カウント値は、複数のビットを含むグレイコードであることを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 5, wherein the count value is a gray code including a plurality of bits. 前記カウンタは、前記比較器の各々に対して共通の前記カウント値を出力することを特徴とする請求項5又は6に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 5, wherein the counter outputs the common count value to each of the comparators. 前記比較器は、前記複数の列の各々に対応して1個ずつ設けられることを特徴とする請求項5乃至7のいずれか1項に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 5, wherein one comparator is provided corresponding to each of the plurality of columns. 前記比較器は、前記複数の列の各々に対応して複数個ずつ設けられることを特徴とする請求項5乃至7のいずれか1項に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 5, wherein a plurality of the comparators are provided corresponding to each of the plurality of columns. 前記複数の列のうちの同一の列に対応する複数の前記比較器は、互いに異なる入力オフセット電圧を有することを特徴とする請求項9に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 9, wherein the plurality of comparators corresponding to the same column among the plurality of columns have different input offset voltages. 前記第1の比較の際に前記カウンタが出力する前記カウント値は、N+1ビットのグレイコードであり、
前記第2の比較の際に前記カウンタが出力する前記カウント値は、Mビットのグレイコードである
ことを特徴とする請求項5乃至10のいずれか1項に記載の撮像装置。
The count value output by the counter during the first comparison is an N + 1 bit Gray code,
11. The imaging apparatus according to claim 5, wherein the count value output by the counter in the second comparison is an M-bit Gray code.
前記第1の比較の際に前記カウンタが出力するカウント値と、前記第2の比較の際に前記カウンタが出力するカウント値とは同一である
ことを特徴とする請求項5乃至10のいずれか1項に記載の撮像装置。
11. The count value output by the counter during the first comparison and the count value output by the counter during the second comparison are the same. The imaging apparatus according to item 1.
前記第2メモリ群は、
N+1ビットのビット幅を有し、前記第2の比較によって得られた前記カウント値のうちの最下位ビットから第N+1ビットまでを保持する複数のメモリと、
M−(N+1)ビットのビット幅を有し、前記第2の比較によって得られた前記カウント値と前記第1の比較によって得られた前記カウント値との差分に相当するカウント値のうちの第N+2ビットから第Mビットまでを保持するリップルカウンタと
を有することを特徴とする請求項5乃至12のいずれか1項に記載の撮像装置。
The second memory group includes
A plurality of memories having a bit width of N + 1 bits and holding from the least significant bit to the (N + 1) th bit of the count value obtained by the second comparison;
A bit width of M− (N + 1) bits, and the first of the count values corresponding to the difference between the count value obtained by the second comparison and the count value obtained by the first comparison The imaging apparatus according to claim 5, further comprising a ripple counter that holds N + 2 bits to the Mth bit.
前記比較器は、前記第1の比較及び前記第2の比較の際に、同一の前記参照信号を用いて前記比較を行い、
前記第1の比較及び前記第2の比較は、互いに異なる期間に行われる
ことを特徴とする請求項5乃至13のいずれか1項に記載の撮像装置。
The comparator performs the comparison using the same reference signal in the first comparison and the second comparison,
The imaging device according to any one of claims 5 to 13, wherein the first comparison and the second comparison are performed in different periods.
前記比較器は、
前記第1の比較の際に、前記画素信号と、第1の参照信号との大小関係を比較し、
前記第2の比較の際に、前記画素信号と、前記第1の参照信号とは異なる第2の参照信号との大小関係を比較する
ことを特徴とする請求項5乃至14のいずれか1項に記載の撮像装置。
The comparator is
In the first comparison, the magnitude relationship between the pixel signal and the first reference signal is compared,
15. The magnitude relation between the pixel signal and a second reference signal different from the first reference signal is compared in the second comparison. The imaging device described in 1.
前記第1メモリ群に保持された前記カウント値から、前記第2メモリ群に保持された前記カウント値のうちの最下位ビットから第N+1ビットまでの値を減算した差分値を取得し、
前記第2メモリ群に保持された前記カウント値の2倍と、前記差分値とを加算して得られた値を出力する
ことを特徴とする請求項5乃至15のいずれか1項に記載の撮像装置。
Obtaining a difference value obtained by subtracting a value from the least significant bit to the (N + 1) th bit of the count value held in the second memory group from the count value held in the first memory group;
16. The value obtained by adding twice the count value held in the second memory group and the difference value is output. 16. Imaging device.
前記第1メモリ群に保持された前記カウント値から、前記第2メモリ群に保持された前記カウント値のうちの最下位ビットから第N+1ビットまでの値を減算した差分値を取得し、
前記差分値が、−(2−1)[LSB]以上であり、かつ2−1[LSB]以下の場合は、前記第2メモリ群に保持された前記カウント値の2倍と、前記差分値とを加算して得られた値を出力し、
前記差分値が、2−1[LSB]より大きい場合は、前記第2メモリ群に保持された前記カウント値の2倍と、前記差分値とを加算し、前記加算の結果から2N+1を減算して得られた値を出力し、
前記差分値が、−(2−1)[LSB]より小さい場合は、前記第2メモリ群に保持された前記カウント値の2倍と、前記差分値とを加算し、前記加算の結果に2N+1を加算して得られた値を出力する
ことを特徴とする請求項5乃至15のいずれか1項に記載の撮像装置。
Obtaining a difference value obtained by subtracting a value from the least significant bit to the (N + 1) th bit of the count value held in the second memory group from the count value held in the first memory group;
When the difference value is equal to or greater than − (2 N −1) [LSB] and equal to or less than 2 N −1 [LSB], the count value held in the second memory group is doubled; Output the value obtained by adding the difference value,
If the difference value is larger than 2 N −1 [LSB], the difference value is added to twice the count value held in the second memory group, and 2 N + 1 is calculated from the result of the addition. Output the value obtained by subtraction,
When the difference value is smaller than − (2 N −1) [LSB], the difference value is added to twice the count value held in the second memory group, and the result of the addition is added. The imaging apparatus according to claim 5, wherein a value obtained by adding 2 N + 1 is output.
請求項1乃至17のいずれか1項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置から出力された信号を処理する信号処理部と
を有することを特徴とする撮像システム。
An imaging device according to any one of claims 1 to 17,
An image pickup system comprising: a signal processing unit that processes a signal output from the image pickup apparatus.
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