JP2022074493A - Solid-state imaging device and electronic apparatus - Google Patents

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    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array

Abstract

To suppress image quality degradation in a captured image.SOLUTION: A solid-state imaging device comprises a plurality of first semiconductor chips that each performs A/D conversion of a plurality of imaging signals. Each of the plurality of first semiconductor chips includes: a reference signal line that conveys a reference signal for the A/D conversion; a reference signal generation unit that generates the reference signal; and a plurality of analog to digital converters (ADCs) that converts the plurality of imaging signals into a plurality of digital signals on the basis of comparison between the plurality of imaging signals and the reference signal. The plurality of reference signal lines in the plurality of first semiconductor chips is electrically connected to one another. The reference signal generated by the reference signal generation unit in any one of the plurality of first semiconductor chips is supplied to the plurality of reference signal lines.SELECTED DRAWING: Figure 10

Description

本開示による実施形態は、固体撮像装置および電子機器に関する。 The embodiments according to the present disclosure relate to a solid-state image sensor and an electronic device.

映像機器の分野では、物理量のうちの光(電磁波の一例)を検知するCCD(Charge Coupled Device)型、MOS(Metal Oxide Semiconductor)型及びCMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)型の固体撮像装置が使われている。これらは、単位構成要素(固体撮像装置にあっては画素)によって電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読み出す。ここで“固体”とは半導体製であることを意味している。 In the field of video equipment, CCD (Charge Coupled Device) type, MOS (Metal Oxide Semiconductor) type and CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) type solid-state imaging devices that detect light (an example of electromagnetic waves) among physical quantities are available. It is used. These read out the physical quantity distribution converted into an electric signal by a unit component (a pixel in a solid-state image sensor) as an electric signal. Here, "solid" means that it is made of a semiconductor.

固体撮像装置としての積層型イメージセンサは、例えば、画素チップにAD(Analog to Digital)回路及びロジック回路を搭載するロジックチップを貼り合わることにより得られる。露光装置の露光範囲よりも面積が大きいチップを作る場合、複数枚のマスクパターンを繋ぎ合わせながら順次露光する処理、いわゆる繋ぎ露光が行われる場合がある。例えば、35mmサイズ又は中判サイズの大型センサの画素チップは、繋ぎ露光により作製される。一方、大型センサのロジックチップは、繋ぎ露光で作られる単一チップではなく、複数の個片化チップに分割されて画素チップに貼り合わせられる場合がある。この場合、各個片化チップが同じ設計データから作られることが多い。従って、各個片化チップは、互いに同じような回路構成を有する。 The stacked image sensor as a solid-state image sensor can be obtained, for example, by attaching a logic chip having an AD (Analog to Digital) circuit and a logic circuit to a pixel chip. When making a chip having an area larger than the exposure range of an exposure apparatus, a process of sequentially exposing a plurality of mask patterns while joining them, that is, so-called joint exposure may be performed. For example, a pixel chip of a large sensor of 35 mm size or medium format size is manufactured by joint exposure. On the other hand, the logic chip of the large sensor may be divided into a plurality of individualized chips and bonded to the pixel chip instead of a single chip made by continuous exposure. In this case, each individualized chip is often made from the same design data. Therefore, each individualized chip has a circuit configuration similar to each other.

また、ロジックチップ内のAD回路として、例えば、スロープ型カラムADC(Analog to Digital Converter)が用いられる場合がある。通常、スロープ型カラムADCでは、基準RAMP信号が一カ所のDAC(Digital to Analog Converter)で生成されて、全てのカラムADCに供給される。また、長配線又は高負荷の基準RAMP信号配線の応答を高速化したり、カラムADC内の比較器からのキックバックの影響を軽減したりするために、各カラムに基準RAMP信号をバッファする回路が挿入される場合がある(特許文献1参照)。 Further, as the AD circuit in the logic chip, for example, a slope type column ADC (Analog to Digital Converter) may be used. Normally, in a slope type column ADC, a reference RAMP signal is generated by one DAC (Digital to Analog Converter) and supplied to all column ADCs. In addition, in order to speed up the response of the long wiring or high load reference RAMP signal wiring and reduce the influence of kickback from the comparator in the column ADC, a circuit that buffers the reference RAMP signal in each column is provided. It may be inserted (see Patent Document 1).

特開2007-19682号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-19682

しかし、複数の個片化チップ内のDACで生成された基準RAMP信号がそれぞれの個片化チップのカラムADCに単純に供給される場合、個片化チップごとのDACの回路ばらつきにより、基準RAMP信号のLSB(Least Significant Bit)重みが個片化チップごとに異なってしまう可能性がある。LSB重みは、基準RAMP信号の傾きに影響する。この場合、もし均一な画素入力信号が各カラムADCに入力されても、個片化チップごとにAD出力レベルが異なってしまう。この結果、例えば、出力映像に段差(シェーディング)が視認されてしまう。すなわち、AD変換が個片化された複数のロジックチップで行われることにより、AD出力レベルのばらつきが生じて、画質が低下してしまう場合がある。 However, when the reference RAMP signal generated by the DACs in the plurality of individualized chips is simply supplied to the column ADC of each individualized chip, the reference RAMP is due to the circuit variation of the DAC for each individualized chip. The LSB (Least Significant Bit) weight of the signal may be different for each individualized chip. The LSB weight affects the slope of the reference RAMP signal. In this case, even if a uniform pixel input signal is input to each column ADC, the AD output level will be different for each individualized chip. As a result, for example, a step (shading) is visually recognized in the output image. That is, when the AD conversion is performed by a plurality of logic chips that are individualized, the AD output level may vary and the image quality may deteriorate.

そこで、本開示では、撮像画像の画質の低下を抑制することができる固体撮像装置および電子機器を提供するものである。 Therefore, the present disclosure provides a solid-state image sensor and an electronic device capable of suppressing deterioration of the image quality of a captured image.

上記の課題を解決するために、本開示によれば、
それぞれが複数の撮像信号をAD変換する複数の第1半導体チップを備え、
前記複数の第1半導体チップのそれぞれは、
前記AD変換のための参照信号を伝送する参照信号線と、
前記参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記複数の撮像信号と前記参照信号との比較に基づいて、前記複数の撮像信号を複数のデジタル信号に変換する複数のADC(Analog to Digital Converter)と、を有し、
前記複数の第1半導体チップ内の複数の前記参照信号線同士は電気的に接続され、
前記複数の第1半導体チップのうちいずれか一つのチップ内の前記参照信号生成部が生成した前記参照信号が前記複数の参照信号線に供給される、固体撮像装置が提供される。
In order to solve the above problems, according to this disclosure,
Each is equipped with a plurality of first semiconductor chips for AD conversion of a plurality of imaging signals.
Each of the plurality of first semiconductor chips
A reference signal line that transmits the reference signal for AD conversion, and
A reference signal generation unit that generates the reference signal,
It has a plurality of ADCs (Analog to Digital Converters) that convert the plurality of image pickup signals into a plurality of digital signals based on the comparison between the plurality of image pickup signals and the reference signal.
The plurality of reference signal lines in the plurality of first semiconductor chips are electrically connected to each other.
A solid-state image pickup device is provided in which the reference signal generated by the reference signal generation unit in any one of the plurality of first semiconductor chips is supplied to the plurality of reference signal lines.

前記AD変換する際には、前記一つのチップ以外の他のチップ内の前記参照信号生成部は、前記参照信号の生成を停止してもよい。 At the time of the AD conversion, the reference signal generation unit in the chip other than the one chip may stop the generation of the reference signal.

本開示によれば、それぞれが複数の撮像信号をAD変換する複数の第1半導体チップを備え、
前記複数の第1半導体チップのそれぞれは、
前記AD変換のための参照信号を伝送する参照信号線と、
前記参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記複数の撮像信号と前記参照信号との比較に基づいて、前記複数の撮像信号を複数のデジタル信号に変換する複数のADC(Analog to Digital Converter)と、
前記複数の第1半導体チップ内の前記参照信号生成部が生成する前記参照信号のアナログゲイン、又は、前記複数のデジタル信号のデジタルゲインを調整するゲイン調整部と、を有し、
前記複数の第1半導体チップ内の複数の前記参照信号線同士は電気的に接続される、固体撮像装置が提供される。
According to the present disclosure, each includes a plurality of first semiconductor chips that AD-convert a plurality of imaging signals.
Each of the plurality of first semiconductor chips
A reference signal line that transmits the reference signal for AD conversion, and
A reference signal generation unit that generates the reference signal,
A plurality of ADCs (Analog to Digital Converters) that convert the plurality of image pickup signals into a plurality of digital signals based on the comparison between the plurality of image pickup signals and the reference signal.
It has an analog gain of the reference signal generated by the reference signal generation unit in the plurality of first semiconductor chips, or a gain adjustment unit for adjusting the digital gain of the plurality of digital signals.
A solid-state image pickup device is provided in which a plurality of reference signal lines in the plurality of first semiconductor chips are electrically connected to each other.

前記ゲイン調整部は、前記複数の参照信号線における前記複数の参照信号同士の比率に基づいて前記アナログゲインを調整してもよい。 The gain adjusting unit may adjust the analog gain based on the ratio of the plurality of reference signals in the plurality of reference signal lines.

前記ゲイン調整部は、前記複数の第1半導体チップのそれぞれから出力された前記複数のデジタル信号同士を比較して前記デジタルゲインを調整してもよい。 The gain adjusting unit may adjust the digital gain by comparing the plurality of digital signals output from each of the plurality of first semiconductor chips.

前記複数の第1半導体チップのそれぞれは、
前記参照信号線上の前記参照信号を前記複数のADCのそれぞれに対応づけてバッファリングする複数のバッファ部と、
前記複数のバッファ部の出力ノードが共通に接続される出力配線と、をさらに有し、
前記複数の第1半導体チップ内の複数の前記出力配線同士は、電気的に接続されてもよい。
Each of the plurality of first semiconductor chips
A plurality of buffer units for buffering the reference signal on the reference signal line in association with each of the plurality of ADCs.
Further, it has an output wiring to which the output nodes of the plurality of buffer units are commonly connected.
The plurality of output wirings in the plurality of first semiconductor chips may be electrically connected to each other.

前記複数の第1半導体チップのそれぞれは、複数の前記参照信号線を有し、
前記複数の第1半導体チップのそれぞれにおける対応する前記参照信号線同士は電気的に接続されており、
前記複数の第1半導体チップのそれぞれにおける前記参照信号生成部は、それぞれ異なる前記参照信号線に前記参照信号を供給してもよい。
Each of the plurality of first semiconductor chips has a plurality of the reference signal lines.
The corresponding reference signal lines in each of the plurality of first semiconductor chips are electrically connected to each other.
The reference signal generation unit in each of the plurality of first semiconductor chips may supply the reference signal to different reference signal lines.

前記複数の第1半導体チップは、所定の方向に配置された2個の第1半導体チップを有し、
前記2個の第1半導体チップのそれぞれは、2本の前記参照信号線を有し、
前記2個の第1半導体チップのうち一方の前記2本の参照信号線は、前記2個の第1半導体チップのうち他方の対応する参照信号線に電気的に接続されており、
前記2個の第1半導体チップのうち一方の前記参照信号生成部から出力された前記参照信号は、前記2本の参照信号線の一方に供給され、
前記2個の第1半導体チップのうち他方の前記参照信号生成部から出力された前記参照信号は、前記2本の参照信号線の他方に供給されてもよい。
The plurality of first semiconductor chips have two first semiconductor chips arranged in a predetermined direction.
Each of the two first semiconductor chips has the two reference signal lines.
The two reference signal lines of one of the two first semiconductor chips are electrically connected to the corresponding reference signal line of the other of the two first semiconductor chips.
The reference signal output from the reference signal generation unit of one of the two first semiconductor chips is supplied to one of the two reference signal lines.
The reference signal output from the reference signal generation unit of the other of the two first semiconductor chips may be supplied to the other of the two reference signal lines.

前記2本の参照信号線は、前記複数のADCに交互に接続されてもよい。 The two reference signal lines may be alternately connected to the plurality of ADCs.

前記2本の参照信号線は、前記複数のADC中の2以上の所定個数の前記ADCを単位として交互に前記ADCに接続されてもよい。 The two reference signal lines may be alternately connected to the ADC in units of two or more predetermined number of the ADCs in the plurality of ADCs.

前記2個の第1半導体チップのそれぞれは、前記複数のバッファ部と、前記複数のバッファ部の出力ノードが共通に接続される前記出力配線とを有し、
前記2個の第1半導体チップが有する2本の前記出力配線同士は、電気的に接続されてもよい。
Each of the two first semiconductor chips has the plurality of buffer units and the output wiring to which the output nodes of the plurality of buffer units are commonly connected.
The two output wirings of the two first semiconductor chips may be electrically connected to each other.

前記複数の第1半導体チップのそれぞれは、同一サイズ、同一形状、及び同一の回路構成を有してもよい。 Each of the plurality of first semiconductor chips may have the same size, the same shape, and the same circuit configuration.

前記第1半導体チップに積層され、光電変換を行う画素アレイ部が配置される第2半導体チップをさらに備えてもよい。 A second semiconductor chip that is laminated on the first semiconductor chip and has a pixel array unit that performs photoelectric conversion may be further provided.

前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップは、ビア、バンプ、または導電材料同士の直接接合にて電気的に接続されてもよい。 The first semiconductor chip and the second semiconductor chip may be electrically connected by direct bonding between vias, bumps, or conductive materials.

前記複数のADCのそれぞれには、所定方向に配置された複数の画素で光電変換された複数の撮像信号を伝送する信号線が接続されており、
前記複数のADCは、対応する信号線上の撮像信号と前記参照信号との比較に基づいて、前記複数の撮像信号を複数の前記デジタル信号に変換してもよい。
A signal line for transmitting a plurality of imaging signals photoelectrically converted by a plurality of pixels arranged in a predetermined direction is connected to each of the plurality of ADCs.
The plurality of ADCs may convert the plurality of image pickup signals into the plurality of digital signals based on the comparison between the image pickup signal on the corresponding signal line and the reference signal.

前記参照信号は、電圧レベルが時間に応じて変化する信号であってもよい。 The reference signal may be a signal whose voltage level changes with time.

本開示によれば、撮像信号に応じたデジタル信号を出力する固体撮像装置と、
前記デジタル信号に基づいて所定の信号処理を行う信号処理部と、を備え、
前記固体撮像装置は、
それぞれが複数の撮像信号をAD変換する複数の第1半導体チップを備え、
前記複数の第1半導体チップのそれぞれは、
前記AD変換のための参照信号を伝送する参照信号線と、
前記参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記複数の撮像信号と前記参照信号との比較に基づいて、前記複数の撮像信号を複数のデジタル信号に変換する複数のADC(Analog to Digital Converter)と、を有し、
前記複数の第1半導体チップ内の複数の前記参照信号線同士は電気的に接続され、
前記複数の第1半導体チップのうちいずれか一つのチップ内の前記参照信号生成部が生成した前記参照信号が前記複数の参照信号線に供給される、電子機器が提供される。
According to the present disclosure, a solid-state image sensor that outputs a digital signal corresponding to an image pickup signal and
A signal processing unit that performs predetermined signal processing based on the digital signal is provided.
The solid-state image sensor
Each is equipped with a plurality of first semiconductor chips for AD conversion of a plurality of imaging signals.
Each of the plurality of first semiconductor chips
A reference signal line that transmits the reference signal for AD conversion, and
A reference signal generation unit that generates the reference signal,
It has a plurality of ADCs (Analog to Digital Converters) that convert the plurality of image pickup signals into a plurality of digital signals based on the comparison between the plurality of image pickup signals and the reference signal.
The plurality of reference signal lines in the plurality of first semiconductor chips are electrically connected to each other.
An electronic device is provided in which the reference signal generated by the reference signal generation unit in any one of the plurality of first semiconductor chips is supplied to the plurality of reference signal lines.

本開示によれば、撮像信号に応じたデジタル信号を出力する固体撮像装置と、
前記デジタル信号に基づいて所定の信号処理を行う信号処理部と、を備え、
前記固体撮像装置は、
それぞれが複数の撮像信号をAD変換する複数の第1半導体チップを備え、
前記複数の第1半導体チップのそれぞれは、
前記AD変換のための参照信号を伝送する参照信号線と、
前記参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記複数の撮像信号と前記参照信号との比較に基づいて、前記複数の撮像信号を複数のデジタル信号に変換する複数のADC(Analog to Digital Converter)と、
前記複数の第1半導体チップ内の前記参照信号生成部が生成する前記参照信号のアナログゲイン、又は、前記複数のデジタル信号のデジタルゲインを調整するゲイン調整部を有し
前記複数の第1半導体チップ内の複数の前記参照信号線同士は電気的に接続される、電子機器が提供される。
According to the present disclosure, a solid-state image sensor that outputs a digital signal corresponding to an image pickup signal and
A signal processing unit that performs predetermined signal processing based on the digital signal is provided.
The solid-state image sensor
Each is equipped with a plurality of first semiconductor chips for AD conversion of a plurality of imaging signals.
Each of the plurality of first semiconductor chips
A reference signal line that transmits the reference signal for AD conversion, and
A reference signal generation unit that generates the reference signal,
A plurality of ADCs (Analog to Digital Converters) that convert the plurality of image pickup signals into a plurality of digital signals based on the comparison between the plurality of image pickup signals and the reference signal.
The plurality of first semiconductor chips having a gain adjusting unit for adjusting the analog gain of the reference signal generated by the reference signal generation unit in the plurality of first semiconductor chips or the digital gain of the plurality of digital signals. An electronic device is provided in which a plurality of the reference signal lines are electrically connected to each other.

本開示に係る半導体装置の一実施形態であるCMOS固体撮像装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the CMOS solid-state image pickup apparatus which is one Embodiment of the semiconductor apparatus which concerns on this disclosure. 単位画素の構成例と、駆動部と駆動制御線と画素トランジスタの接続態様を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of a unit pixel, and the connection mode of a drive part, a drive control line, and a pixel transistor. 単位画素の構成例と、駆動部と駆動制御線と画素トランジスタの接続態様を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of a unit pixel, and the connection mode of a drive part, a drive control line, and a pixel transistor. カラムAD回路における基本動作である信号取得差分処理を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating the signal acquisition difference processing which is a basic operation in a column AD circuit. 固体撮像装置の積層型のチップ構造の概略を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows the outline of the laminated chip structure of a solid-state image sensor. ロジックチップ102の構成及び配置の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the structure and arrangement of a logic chip 102. 個片化されたロジックチップの構成及び配置の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the structure and arrangement of the individualized logic chip. 個片化されたロジックチップの構成及び配置の第1変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the 1st modification example of the structure and arrangement of the individualized logic chip. 個片化されたロジックチップの構成及び配置の第2変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the 2nd modification example of the structure and arrangement of the individualized logic chip. 比較例に係る固体撮像装置の積層型のチップ構造の一例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows an example of the laminated chip structure of the solid-state image sensor which concerns on a comparative example. 第1実施形態に係る固体撮像装置の積層型のチップ構造の一例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows an example of the laminated type chip structure of the solid-state image sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る信号線接続部の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the structure of the signal line connection part which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る信号線接続部の構成の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the structure of the signal line connection part which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る信号線接続部の構成の第1変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st modification of the structure of the signal line connection part which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る信号線接続部の構成の第1変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the 1st modification of the structure of the signal line connection part which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る参照信号供給IF部の構成の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the structure of the reference signal supply IF part which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る参照信号供給IF部の構成の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the structure of the reference signal supply IF part which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る参照信号供給IF部の構成の第1変形例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the 1st modification of the structure of the reference signal supply IF part which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る参照信号供給IF部の構成の第1変形例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the 1st modification of the structure of the reference signal supply IF part which concerns on 1st Embodiment. バッファ部の構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the structure of a buffer part. 第2実施形態に係る固体撮像装置の積層型のチップ構造の一例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows an example of the laminated type chip structure of the solid-state image sensor which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係るゲイン調整の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the gain adjustment which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係るゲイン調整の第1変形例を示す図である。It is a figure which shows the 1st modification of the gain adjustment which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る固体撮像装置の積層型のチップ構造の一例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows an example of the laminated type chip structure of the solid-state image sensor which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る参照信号供給IF部の構成の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the structure of the reference signal supply IF part which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る参照信号供給IF部の構成の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the structure of the reference signal supply IF part which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る参照信号供給IF部の構成の第1変形例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the 1st modification of the structure of the reference signal supply IF part which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る参照信号供給IF部の構成の第1変形例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the 1st modification of the structure of the reference signal supply IF part which concerns on 3rd Embodiment. DA変換回路のDACリニアリティが良い場合における第2実施形態に係るゲイン調整の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the gain adjustment which concerns on 2nd Embodiment when the DAC linearity of a DA conversion circuit is good. DA変換回路のDACリニアリティが良くない場合における第2実施形態に係るゲイン調整の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the gain adjustment which concerns on 2nd Embodiment when the DAC linearity of a DA conversion circuit is not good. DA変換回路のDACリニアリティが良くない場合における第3実施形態に係る参照信号の出力の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the output of the reference signal which concerns on 3rd Embodiment when the DAC linearity of a DA conversion circuit is not good. 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the schematic structure of a vehicle control system. 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the installation position of the vehicle exterior information detection unit and the image pickup unit.

以下、図面を参照して、固体撮像装置および電子機器の実施形態について説明する。以下では、固体撮像装置および電子機器の主要な構成部分を中心に説明するが、固体撮像装置および電子機器には、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。以下の説明は、図示又は説明されていない構成部分や機能を除外するものではない。 Hereinafter, embodiments of a solid-state image sensor and an electronic device will be described with reference to the drawings. In the following, the main components of the solid-state image sensor and the electronic device will be mainly described, but the solid-state image sensor and the electronic device may have components and functions not shown or described. The following description does not exclude components or functions not shown or described.

なお、以下においては、X-Yアドレス型の固体撮像装置の一例である、CMOS撮像素子をデバイスとして使用した場合を例に説明する。また、CMOS撮像素子は、全ての画素がNMOSあるいはPMOSよりなるものであるとして説明する。 In the following, a case where a CMOS image sensor, which is an example of an XY address type solid-state image sensor, is used as a device will be described as an example. Further, the CMOS image sensor will be described assuming that all the pixels are composed of an MIMO or a polyclonal.

ただしこれは一例であって、対象となるデバイスはMOS型の撮像デバイスに限らない。光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をする単位構成要素をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなる物理量分布検知用の半導体装置の全てに、後述する全ての実施形態が同様に適用できる。 However, this is only an example, and the target device is not limited to the MOS type imaging device. All of the semiconductor devices for physical quantity distribution detection, in which a plurality of unit components that are sensitive to electromagnetic waves input from the outside such as light and radiation are arranged in a line or matrix, are all implemented as described later. The morphology is applicable as well.

なお、本開示において、撮像装置とは、物理量の変化を検知する複数の検知部と、それぞれの検知部で検知した物理量の変化に基づいて単位信号を出力する単位信号生成部とを単位構成要素内に含む。撮像装置は、この単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための装置を使用し、物理量についての所定の検知条件の元で取得された単位信号に基づいて、所定目的用の物理情報を取得する物理情報取得装置の総称である。 In the present disclosure, the image pickup apparatus includes a plurality of detection units that detect changes in physical quantities and a unit signal generation unit that outputs a unit signal based on the changes in physical quantities detected by each detection unit. Included in. The image pickup device uses a device for detecting a physical quantity distribution in which the unit components are arranged in a predetermined order, and is a physical quantity for a predetermined purpose based on a unit signal acquired under predetermined detection conditions for the physical quantity. It is a general term for physical information acquisition devices that acquire information.

本開示に係る電子機器は、例えば、固体撮像装置1を用いたコンピュータ等である。電子機器は、固体撮像装置1と、信号処理部と、を備える。固体撮像装置1は、撮像信号に応じたデジタル信号を出力する。信号処理部は、デジタル信号に基づいて所定の信号処理を行う。なお、電子機器の詳細については、図25及び図26を参照して、後で説明する。 The electronic device according to the present disclosure is, for example, a computer using the solid-state image sensor 1. The electronic device includes a solid-state image sensor 1 and a signal processing unit. The solid-state image sensor 1 outputs a digital signal corresponding to the image pickup signal. The signal processing unit performs predetermined signal processing based on the digital signal. The details of the electronic device will be described later with reference to FIGS. 25 and 26.

<固体撮像装置の構成>
図1は、本開示に係る固体撮像装置1の一実施形態であるCMOS固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)の概略構成図である。
<Structure of solid-state image sensor>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a CMOS solid-state image sensor (CMOS image sensor) according to an embodiment of the solid-state image sensor 1 according to the present disclosure.

固体撮像装置1は、入射光量に応じた信号を出力する受光素子(電荷生成部の一例)を含む複数個の画素が行および列に配列された(すなわち2次元マトリクス状の)画素部を有し、各画素からの信号出力が電圧信号であって、CDS(Correlated Double Sampling;相関2重サンプリング)処理機能部やデジタル変換部(ADC;Analog Digital Converter)などが列並列に設けられているものである。 The solid-state imaging device 1 has a pixel unit in which a plurality of pixels including a light receiving element (an example of a charge generation unit) that outputs a signal according to the amount of incident light are arranged in rows and columns (that is, in a two-dimensional matrix shape). However, the signal output from each pixel is a voltage signal, and a CDS (Correlated Double Sampling) processing function unit, a digital converter (ADC; Analog Digital Converter), etc. are provided in parallel in a row. Is.

“列並列にCDS処理機能部やデジタル変換部が設けられている”とは、垂直列の垂直信号線19に対して実質的に並列に複数のCDS処理機能部やデジタル変換部が設けられていることを意味する。複数の各機能部は、デバイスを平面視したときに、ともに画素部(撮像部)10に対して列方向の一方の端縁側(図の下側に配されている出力側)にのみ配されている形態のものであってもよいし、画素部10に対して列方向の一方の端縁側(図の下側に配されている出力側)とその反対側である他方の端縁側(図の上側)に分けて配されている形態のものであってもよい。後者の場合、行方向の読出走査(水平走査)を行なう水平走査部も、各端縁側に分けて配して、それぞれが独立に動作可能に構成するのがよい。 "The CDS processing function unit and the digital conversion unit are provided in parallel in the column" means that a plurality of CDS processing function units and the digital conversion unit are provided substantially in parallel with the vertical signal line 19 in the vertical column. Means to be. Each of the plurality of functional units is arranged only on one edge side (output side arranged at the lower side of the figure) in the column direction with respect to the pixel unit (imaging unit) 10 when the device is viewed in a plan view. One edge side in the column direction (output side arranged at the lower side of the figure) and the other edge side opposite to the pixel portion 10 (figure). It may be in the form of being divided into (upper side). In the latter case, it is preferable that the horizontal scanning unit that performs read scanning (horizontal scanning) in the row direction is also arranged separately on each edge side so that each can operate independently.

たとえば、列並列にCDS処理機能部やデジタル変換部が設けられている典型例としては、撮像部の出力側に設けたカラム領域と呼ばれる部分に、CDS処理機能部やデジタル変換部を垂直列ごとに設け、順次出力側に読み出すカラム型のものである。また、カラム型に限らず、隣接する複数(たとえば2つ分)の垂直信号線19(垂直列)に対して1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態や、N本おき(Nは正の整数;間にN-1本を配する)のN本分の垂直信号線19(垂直列)に対して1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態などを採ることもできる。 For example, as a typical example in which a CDS processing function unit or a digital conversion unit is provided in parallel in a column, a CDS processing function unit or a digital conversion unit is provided for each vertical column in a portion called a column area provided on the output side of the imaging unit. It is a column type that is provided in the above and is read out to the output side in sequence. Further, not limited to the column type, one CDS processing function unit or digital conversion unit is assigned to a plurality of adjacent (for example, two) vertical signal lines 19 (vertical columns), and every N lines (N is). It is also possible to adopt a form in which one CDS processing function unit or digital conversion unit is assigned to N vertical signal lines 19 (vertical columns) of positive integers; N-1 lines are arranged between them).

カラム型を除くものは、何れの形態も、複数の垂直信号線19(垂直列)が1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を共通に使用する構成となるので、画素部10側から供給される複数列分の画素信号を1つのCDS処理機能部やデジタル変換部に供給する切替回路(スイッチ)を設ける。なお、後段の処理によっては、出力信号を保持するメモリを設けるなどの対処が必要になる。 Except for the column type, in each form, since a plurality of vertical signal lines 19 (vertical columns) are configured to use one CDS processing function unit and a digital conversion unit in common, they are supplied from the pixel unit 10 side. A switching circuit (switch) for supplying pixel signals for a plurality of rows to one CDS processing function unit or digital conversion unit is provided. Depending on the processing in the subsequent stage, it may be necessary to take measures such as providing a memory for holding the output signal.

何れにしても、複数の垂直信号線19(垂直列)に対して1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態などを採ることで、各画素信号の信号処理を画素列単位で読み出した後に行なうことで、同様の信号処理を各単位画素内で行なうものに比べて、各単位画素内の構成を簡素化し、イメージセンサの多画素化、小型化、低コスト化などに対応できる。 In any case, the signal processing of each pixel signal is read out in pixel column units by adopting a form in which one CDS processing function unit or digital conversion unit is assigned to a plurality of vertical signal lines 19 (vertical columns). By performing the same signal processing later, the configuration in each unit pixel can be simplified as compared with the case where the same signal processing is performed in each unit pixel, and it is possible to cope with the increase in the number of pixels, the miniaturization, the cost reduction, and the like of the image sensor.

また、列並列に配された複数の信号処理部にて1行分の画素信号を同時並行処理することができるので、出力回路側やデバイスの外部で1つのCDS処理機能部やデジタル変換部にて処理を行なう場合に比べて、信号処理部を低速で動作させることができ、消費電力や帯域性能やノイズなどの面で有利である。逆に言えば、消費電力や帯域性能などを同じにする場合、センサ全体の高速動作が可能となる。 In addition, since a plurality of signal processing units arranged in parallel in columns can simultaneously process pixel signals for one row, one CDS processing function unit or digital conversion unit can be used on the output circuit side or outside the device. The signal processing unit can be operated at a lower speed than in the case of performing processing, which is advantageous in terms of power consumption, band performance, noise, and the like. Conversely, if the power consumption and bandwidth performance are the same, high-speed operation of the entire sensor becomes possible.

なお、カラム型の構成の場合、低速で動作させることができ消費電力や帯域性能やノイズなどの面で有利であるとともに切替回路(スイッチ)が不要である利点もある。以下の実施形態では、特に断りのない限り、このカラム型で説明する。 In the case of the column type configuration, it can be operated at a low speed, which is advantageous in terms of power consumption, band performance, noise, etc., and also has an advantage that a switching circuit (switch) is not required. In the following embodiments, this column type will be described unless otherwise specified.

図1に示すように、固体撮像装置1は、画素形状が概ね正方状の複数の単位画素(単位構成要素の一例)3が行および列(つまり正方格子状)に配列された画素部(撮像部)10と、画素部10の外側に設けられた駆動制御部7と、画素部10の単位画素3に画素信号読出用の動作電流(読出電流)を供給する読出電流源部24と、垂直列ごとに配されたカラムAD回路25を有するカラム処理部26と、カラム処理部26にAD変換用の参照電圧を供給する参照信号生成部27と、参照信号生成部27で生成された参照信号をカラム処理部26の各カラムAD回路25に供給する参照信号供給インタフェース(IF)部28と、出力部29とを備えている。これらの各機能部は、接合される複数の半導体基板上に分けて設けられている(図4を参照)。 As shown in FIG. 1, in the solid-state imaging device 1, a pixel portion (imaging) in which a plurality of unit pixels (examples of unit components) 3 having a substantially square pixel shape are arranged in rows and columns (that is, in a square grid pattern). Section 10), a drive control section 7 provided outside the pixel section 10, and a read current source section 24 that supplies an operating current (read current) for reading a pixel signal to the unit pixel 3 of the pixel section 10. A column processing unit 26 having a column AD circuit 25 arranged for each column, a reference signal generation unit 27 that supplies a reference voltage for AD conversion to the column processing unit 26, and a reference signal generated by the reference signal generation unit 27. The reference signal supply interface (IF) unit 28 and the output unit 29 are provided. Each of these functional parts is separately provided on a plurality of semiconductor substrates to be joined (see FIG. 4).

なお、カラム処理部26の前段または後段には、必要に応じて信号増幅機能を持つAGC(Auto Gain Control) 回路などをカラム処理部26と同一の半導体領域に設けることも可能である。カラム処理部26の前段でAGCを行なう場合にはアナログ増幅、カラム処理部26の後段でAGCを行なう場合にはデジタル増幅となる。nビットのデジタル信号を単純に増幅してしまうと、階調が損なわれてしまう可能性があるため、どちらかというとアナログにて増幅した後にデジタル変換するのが好ましいと考えられる。 If necessary, an AGC (Auto Gain Control) circuit or the like having a signal amplification function may be provided in the same semiconductor region as the column processing unit 26 in the front stage or the rear stage of the column processing unit 26. When AGC is performed in the front stage of the column processing unit 26, analog amplification is performed, and when AGC is performed in the rear stage of the column processing unit 26, digital amplification is performed. If the n-bit digital signal is simply amplified, the gradation may be impaired. Therefore, it is preferable to amplify the n-bit digital signal in analog and then perform digital conversion.

駆動制御部7は、画素部10の信号を順次読み出すための制御回路機能を備えている。たとえば、駆動制御部7としては、列アドレスや列走査を制御する水平走査部(列走査回路)12と、行アドレスや行走査を制御する垂直走査部(行走査回路)14と、内部クロックを生成するなどの機能を持つ通信・タイミング制御部20とを備えている。 The drive control unit 7 has a control circuit function for sequentially reading out the signals of the pixel unit 10. For example, the drive control unit 7 includes a horizontal scanning unit (column scanning circuit) 12 that controls column addresses and column scanning, a vertical scanning unit (row scanning circuit) 14 that controls row addresses and row scanning, and an internal clock. It is provided with a communication / timing control unit 20 having a function such as generation.

図1では、簡単のため行および列の一部を省略して示しているが、現実には、各行や各列には、数十から数千の単位画素3が配置されて画素部10が構成される。このうち、上下左右に設けられる黒画素などの基準画素領域を除く部分が実際の画像形成に関わる有効部10aとなる。単位画素3は、典型的には、受光素子(電荷生成部)としてのフォトダイオードと、増幅用の半導体素子(たとえばトランジスタ)を有する画素内アンプとから構成される。 In FIG. 1, a part of rows and columns is omitted for the sake of simplicity, but in reality, tens to thousands of unit pixels 3 are arranged in each row and each column, and the pixel portion 10 is provided. It is composed. Of these, the portion excluding the reference pixel region such as the black pixels provided on the top, bottom, left, and right is the effective portion 10a related to the actual image formation. The unit pixel 3 is typically composed of a photodiode as a light receiving element (charge generation unit) and an in-pixel amplifier having a semiconductor element (for example, a transistor) for amplification.

画素内アンプとしては、たとえばフローティングディフュージョンアンプ構成のものが用いられる。一例としては、電荷生成部に対して、電荷読出部(転送ゲート部/読出ゲート部)の一例である読出選択用トランジスタ、リセットゲート部の一例であるリセットトランジスタ、垂直選択用トランジスタ、およびフローティングディフュージョンの電位変化を検知する検知素子の一例であるソースフォロア構成の増幅用トランジスタを有する、CMOSセンサとして汎用的な4つのトランジスタからなる構成のものを使用することができる。 As the in-pixel amplifier, for example, an amplifier having a floating diffusion amplifier configuration is used. As an example, for the charge generation unit, a read selection transistor which is an example of a charge reading unit (transfer gate unit / reading gate unit), a reset transistor which is an example of a reset gate unit, a vertical selection transistor, and a floating diffusion. As a CMOS sensor having an amplification transistor having a source follower configuration, which is an example of a detection element for detecting a change in electric charge, a transistor having a configuration consisting of four general-purpose transistors can be used.

あるいは、特許第2708455号公報に記載のように、電荷生成部により生成された信号電荷に対応する信号電圧を増幅するための、ドレイン線(DRN)に接続された増幅用トランジスタと、電荷生成部をリセットするためのリセットトランジスタと、垂直シフトレジスタより転送配線(TRF)を介して走査される読出選択用トランジスタ(転送ゲート部)を有する、3つのトランジスタからなる構成のものを使用することもできる。 Alternatively, as described in Japanese Patent No. 2708455, an amplification transistor connected to a drain line (DRN) for amplifying a signal voltage corresponding to the signal charge generated by the charge generation unit, and a charge generation unit. It is also possible to use a transistor consisting of three transistors having a reset transistor for resetting the voltage and a read selection transistor (transfer gate portion) scanned from the vertical shift register via the transfer wiring (TRF). ..

なお、固体撮像装置1は、色分解(色分離)フィルタを使用することで、画素部10をカラー撮像対応にすることができる。すなわち、画素部10における各電荷生成部(フォトダイオードなど)の電磁波(本例では光)が入射される受光面に、カラー画像を撮像するための複数色の色フィルタの組合せからなる色分解フィルタの何れかの色フィルタを、たとえばいわゆるベイヤ(Bayer)配列などにして設けることで、カラー画像撮像対応とする。 The solid-state image sensor 1 can make the pixel unit 10 compatible with color imaging by using a color separation (color separation) filter. That is, a color separation filter composed of a combination of color filters of a plurality of colors for capturing a color image on a light receiving surface on which an electromagnetic wave (light in this example) of each charge generating unit (photodiode or the like) in the pixel unit 10 is incident. By providing any of the color filters in the above, for example, in a so-called Bayer arrangement or the like, color image imaging is supported.

単位画素3は、行選択のための行制御線15を介して垂直走査部14と、また垂直信号線19を介してカラムAD回路25が垂直列ごとに設けられているカラム処理部26と、それぞれ接続されている。ここで、行制御線15は垂直走査部14から画素に入る配線全般を示す。 The unit pixel 3 includes a vertical scanning unit 14 via a row control line 15 for row selection, and a column processing unit 26 provided with a column AD circuit 25 for each vertical column via a vertical signal line 19. Each is connected. Here, the row control line 15 indicates the entire wiring that enters the pixel from the vertical scanning unit 14.

水平走査回路12は、カラム処理部26からカウント値を読み出す読出走査部の機能を持つ。水平走査部12や垂直走査回路14などの駆動制御部7の各要素は、画素部10とともに、例えば、半導体集積回路製造技術と同様の技術を用いて単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成され、半導体システムの一例である固体撮像素子(撮像デバイス)として構成される。 The horizontal scanning circuit 12 has a function of a read scanning unit that reads a count value from the column processing unit 26. Each element of the drive control unit 7 such as the horizontal scanning unit 12 and the vertical scanning circuit 14 is integrated with the pixel unit 10 in a semiconductor region such as single crystal silicon by using the same technique as the semiconductor integrated circuit manufacturing technique. It is formed and is configured as a solid-state image sensor (imaging device) which is an example of a semiconductor system.

水平走査部12や垂直走査部14は、後述のようにデコーダを含んで構成され、通信・タイミング制御部20から与えられる制御信号CN1,CN2に応答してシフト動作(走査)を開始するようになっている。このため、行制御線15には、単位画素3を駆動するための種々のパルス信号(たとえば、リセットパルスRST、転送パルスTRF、DRN制御パルスDRNなど)が含まれる。 The horizontal scanning unit 12 and the vertical scanning unit 14 are configured to include a decoder as described later, and start a shift operation (scanning) in response to the control signals CN1 and CN2 given from the communication / timing control unit 20. It has become. Therefore, the row control line 15 includes various pulse signals for driving the unit pixel 3 (for example, reset pulse RST, transfer pulse TRF, DRN control pulse DRN, etc.).

通信・タイミング制御部20は、図示しないが、各部の動作に必要なクロックや所定タイミングのパルス信号を供給するタイミングジェネレータTG(読出アドレス制御装置の一例)の機能ブロックと、端子5aを介してマスタークロックCLK0を受け取り、また端子5bを介して動作モードなどを指令するデータDATAを受け取り、さらに固体撮像装置1の情報を含むデータを出力する通信インタフェースの機能ブロックとを備える。 Although not shown, the communication / timing control unit 20 is mastered via a functional block of a timing generator TG (an example of a read address control device) that supplies a clock required for the operation of each unit and a pulse signal of a predetermined timing, and a terminal 5a. It also includes a functional block of a communication interface that receives clock CLK0, receives data DATA that commands an operation mode or the like via terminal 5b, and outputs data including information of the solid-state imaging device 1.

たとえば、水平アドレス信号を水平デコーダ12aへ、また垂直アドレス信号を垂直デコーダ14aへ出力し、各デコーダ12a,14aは、それを受けて対応する行もしくは列を選択する。 For example, the horizontal address signal is output to the horizontal decoder 12a and the vertical address signal is output to the vertical decoder 14a, and each of the decoders 12a and 14a receives the output and selects the corresponding row or column.

この際、単位画素3を2次元マトリックス状に配置してあるので、画素信号生成部5により生成され垂直信号線19を介して列方向に出力されるアナログの画素信号を行単位で(列並列で)アクセスし取り込む(垂直)スキャン読みを行ない、この後に、垂直列の並び方向である行方向にアクセスし画素信号(本例ではデジタル化された画素データ)を出力側へ読み出す(水平)スキャン読みを行なうようにすることで、画素信号や画素データの読出しの高速化を図るのがよい。もちろん、スキャン読みに限らず、読み出したい単位画素3を直接にアドレス指定することで、必要な単位画素3の情報のみを読み出すランダムアクセスも可能である。 At this time, since the unit pixels 3 are arranged in a two-dimensional matrix, the analog pixel signals generated by the pixel signal generation unit 5 and output in the column direction via the vertical signal line 19 are row-by-row (column parallel). (In this example) Access and capture (vertical) scan Read, then access in the row direction, which is the arrangement direction of the vertical columns, and read the pixel signal (digitized pixel data in this example) to the output side (horizontal) scan. It is preferable to speed up the reading of pixel signals and pixel data by reading. Of course, not limited to scan reading, random access to read only the necessary information of the unit pixel 3 is also possible by directly specifying the address of the unit pixel 3 to be read.

また、通信・タイミング制御部20では、端子5aを介して入力されるマスタークロック(マスタークロック)CLK0と同じ周波数のクロックCLK1や、それを2分周したクロックやより分周した低速のクロックをデバイス内の各部、たとえば水平走査部12、垂直走査部14、カラム処理部26などに供給する。以下、2分周したクロックやそれ以下の周波数のクロック全般を纏めて、低速クロックCLK2という。 Further, in the communication / timing control unit 20, the device is a clock CLK1 having the same frequency as the master clock (master clock) CLK0 input via the terminal 5a, a clock obtained by dividing it by two, or a low-speed clock obtained by dividing it by two. It is supplied to each part of the inside, for example, a horizontal scanning unit 12, a vertical scanning unit 14, a column processing unit 26, and the like. Hereinafter, the clock divided by 2 and all the clocks having a frequency lower than that are collectively referred to as a low-speed clock CLK2.

垂直走査部14は、画素部10の行を選択し、その行に必要なパルスを供給するものである。たとえば、垂直方向の読出行を規定する(画素部10の行を選択する)垂直デコーダ14aと、垂直デコーダ14aにて規定された読出アドレス上(行方向)の単位画素3に対する行制御線15にパルスを供給して駆動する垂直駆動部14bとを有する。なお、垂直デコーダ14aは、信号を読み出す行の他に、電子シャッタ用の行なども選択する。 The vertical scanning unit 14 selects a row of the pixel unit 10 and supplies the pulse required for that row. For example, the vertical decoder 14a that defines the reading line in the vertical direction (selects the line of the pixel unit 10) and the line control line 15 for the unit pixel 3 on the reading address (row direction) specified by the vertical decoder 14a. It has a vertical drive unit 14b that supplies and drives a pulse. The vertical decoder 14a selects not only a line for reading a signal but also a line for an electronic shutter.

水平走査部12は、低速クロックCLK2に同期してカラム処理部26のカラムAD回路25を順番に選択し、その信号を水平信号線(水平出力線)18に導くものである。たとえば、水平方向の読出列を規定する(カラム処理部26内の個々のカラムAD回路25を選択する)水平デコーダ12aと、水平デコーダ12aにて規定された読出アドレスに従って、カラム処理部26の各信号を水平信号線18に導く水平駆動部12bとを有する。なお、水平信号線18は、たとえばカラムAD回路25が取り扱うビット数n(nは正の整数)分、たとえば10(=n)ビットならば、そのビット数分に対応して10本配置される。 The horizontal scanning unit 12 sequentially selects the column AD circuit 25 of the column processing unit 26 in synchronization with the low-speed clock CLK2, and guides the signal to the horizontal signal line (horizontal output line) 18. For example, each of the horizontal decoder 12a that defines the horizontal reading sequence (selects the individual column AD circuit 25 in the column processing unit 26) and the column processing unit 26 according to the reading address specified by the horizontal decoder 12a. It has a horizontal drive unit 12b that guides a signal to a horizontal signal line 18. In addition, 10 horizontal signal lines 18 are arranged corresponding to the number of bits n (n is a positive integer) handled by the column AD circuit 25, for example, 10 (= n) bits, corresponding to the number of bits. ..

このような構成の固体撮像装置1において、単位画素3から出力された画素信号は、垂直列ごとに、垂直信号線19を介して、カラム処理部26のカラムAD回路25に供給される。 In the solid-state image sensor 1 having such a configuration, the pixel signal output from the unit pixel 3 is supplied to the column AD circuit 25 of the column processing unit 26 via the vertical signal line 19 for each vertical column.

カラム処理部26の各カラムAD回路25は、1列分の画素のアナログ信号Soを受けて、そのアナログ信号Soを処理する。たとえば、各カラムAD回路25は、アナログ信号を、たとえば低速クロックCLK2を用いて、たとえば10ビットのデジタル信号に変換するADC(Analog Digital Converter)回路を持つ。 Each column AD circuit 25 of the column processing unit 26 receives the analog signal So of one row of pixels and processes the analog signal So. For example, each column AD circuit 25 has an ADC (Analog Digital Converter) circuit that converts an analog signal into, for example, a 10-bit digital signal using, for example, the low-speed clock CLK2.

カラム処理部26におけるAD変換処理としては、行単位で並列に保持されたアナログ信号を、列ごとに設けられたカラムAD回路25を使用して、行ごとに並列にAD変換する方法を採る。この際には、たとえば、特許公報第2532374号や学術文献“コラム間FPNのないコラム型AD変換器を搭載したCMOSイメージセンサ”(映情学技法,IPU2000-57,pp.79-84)などに示されているシングルスロープ積分型(あるいはランプ信号比較型)のAD変換の手法を使用する。この手法は、簡単な構成でAD変換器が実現できるため、並列に設けても回路規模が大きくならないという特徴を有している。 As the AD conversion process in the column processing unit 26, a method is adopted in which analog signals held in parallel in row units are AD-converted in parallel for each row by using a column AD circuit 25 provided for each column. In this case, for example, Patent Publication No. 2532374 and the academic document "CMOS image sensor equipped with a column-type AD converter without inter-column FPN" (Emotional Technique, IPU2000-57, pp.79-84), etc. The single slope integral type (or ramp signal comparison type) AD conversion method shown in is used. Since this method can realize an AD converter with a simple configuration, it has a feature that the circuit scale does not increase even if it is provided in parallel.

ADC回路の構成については、詳細は後述するが、変換開始から参照電圧RAMPと処理対象信号電圧とが一致するまでの時間に基づいて、アナログの処理対象信号をデジタル信号に変換する。このための仕組みとしては、原理的には、コンパレータ(電圧比較器)にランプ状の参照電圧RAMPを供給すると同時にクロック信号でのカウント(計数)を開始し、垂直信号線19を介して入力されたアナログの画素信号を参照電圧RAMPと比較することによってパルス信号が得られるまでカウントすることでAD変換を行なう。 The configuration of the ADC circuit will be described in detail later, but the analog processing target signal is converted into a digital signal based on the time from the start of conversion until the reference voltage RAMP and the processing target signal voltage match. As a mechanism for this, in principle, a ramp-shaped reference voltage RAMP is supplied to the comparator, and at the same time, counting with a clock signal is started and input via the vertical signal line 19. AD conversion is performed by counting until a pulse signal is obtained by comparing the analog pixel signal with the reference voltage RAMP.

また、この際、回路構成を工夫することで、AD変換とともに、垂直信号線19を介して入力された電圧モードの画素信号に対して、画素リセット直後の信号レベル(ノイズレベル)と真の(受光光量に応じた)信号レベルVsig との差分をとる処理を行なうことができる。これにより、固定パターンノイズ(FPN;Fixed Pattern Noise )やリセットノイズといわれるノイズ信号成分を取り除くことができる。 Further, at this time, by devising the circuit configuration, the signal level (noise level) immediately after the pixel reset and the true (noise level) and the true (noise level) of the voltage mode pixel signal input via the vertical signal line 19 together with the AD conversion are obtained. It is possible to perform a process of taking a difference from the signal level Vsig (according to the amount of received light). This makes it possible to remove noise signal components called fixed pattern noise (FPN; Fixed Pattern Noise) and reset noise.

このカラムAD回路25でデジタル化された画素データは、水平走査部12からの水平選択信号により駆動される図示しない水平選択スイッチを介して水平信号線18に伝達され、さらに出力部29に入力される。なお、10ビットは一例であって、10ビット未満(たとえば8ビット)や10ビットを超えるビット数(たとえば14ビット)など、その他のビット数としてもよい。 The pixel data digitized by the column AD circuit 25 is transmitted to the horizontal signal line 18 via a horizontal selection switch (not shown) driven by a horizontal selection signal from the horizontal scanning unit 12, and further input to the output unit 29. To. Note that 10 bits is an example, and may be other bits such as less than 10 bits (for example, 8 bits) or more than 10 bits (for example, 14 bits).

このような構成によって、電荷生成部としての受光素子が行列状に配された画素部10からは、行ごとに各垂直列について画素信号が順次出力される。そして、受光素子が行列状に配された画素部10に対応する1枚分の画像すなわちフレーム画像が、画素部10全体の画素信号の集合で示されることとなる。 With such a configuration, pixel signals are sequentially output for each vertical column for each row from the pixel unit 10 in which light receiving elements as charge generation units are arranged in a matrix. Then, one image, that is, a frame image corresponding to the pixel unit 10 in which the light receiving elements are arranged in a matrix is shown as a set of pixel signals of the entire pixel unit 10.

<参照信号生成部とカラムAD回路との詳細>
参照信号生成部27は、AD変換用の参照信号を発生する機能要素であるDA変換回路(DAC;Digital Analog Converter)27aを備える。なお、カラー画像撮像対応とする場合には、参照信号生成部27としては、色対応の変化特性(傾き)や初期値を持つ個別の参照信号を比較回路に供給することができるように、画素部10における色分解フィルタを構成する色フィルタの色の種類や配列に応じて、AD変換用の参照信号を発生する機能要素であるDA変換回路を個別に備えるとともに処理対象行の切替えにより処理対象色が切り替ることに対処する切替機構を設けるのがよい。
<Details of reference signal generator and column AD circuit>
The reference signal generation unit 27 includes a DA conversion circuit (DAC; Digital Analog Converter) 27a, which is a functional element that generates a reference signal for AD conversion. In the case of color image imaging support, the reference signal generation unit 27 has pixels so that individual reference signals having color-corresponding change characteristics (inclinations) and initial values can be supplied to the comparison circuit. A DA conversion circuit, which is a functional element that generates a reference signal for AD conversion, is individually provided according to the color type and arrangement of the color filters constituting the color separation filter in the unit 10, and the processing target is switched by switching the processing target row. It is advisable to provide a switching mechanism to deal with the switching of colors.

こうすることで、参照電圧発生器(本例ではDA変換回路に相当)やこの参照電圧発生器からの配線を色分解フィルタを構成する色フィルタの数よりも少なくすることができる。また、色フィルタごとに参照電圧発生器を用意した場合に必要とされる各参照電圧発生器からのアナログ基準電圧(本例の参照信号に相当)を選択的に出力する垂直列ごとの選択手段(マルチプレクサ)も不要となるので、回路規模を縮小できる。カラー画素に応じた参照信号を比較器の入力側に伝達する信号線の数を、カラー画像を撮像するための色フィルタの色成分の数よりも少なくすることができる。 By doing so, the wiring from the reference voltage generator (corresponding to the DA conversion circuit in this example) and the reference voltage generator can be reduced to be smaller than the number of color filters constituting the color separation filter. In addition, a selection means for each vertical column that selectively outputs the analog reference voltage (corresponding to the reference signal in this example) from each reference voltage generator required when a reference voltage generator is prepared for each color filter. Since the (multiplexer) is not required, the circuit scale can be reduced. The number of signal lines that transmit the reference signal corresponding to the color pixel to the input side of the comparator can be smaller than the number of color components of the color filter for capturing a color image.

通信・タイミング制御部20から参照信号生成部27のDA変換回路27aに供給する制御データCN4は、比較処理ごとのランプ電圧の傾き(変化の度合い;時間変化量)や初期値を指示する情報も含んでいる。 The control data CN4 supplied from the communication / timing control unit 20 to the DA conversion circuit 27a of the reference signal generation unit 27 also contains information indicating the slope (degree of change; time change amount) of the lamp voltage and the initial value for each comparison process. Includes.

DA変換回路27aは、通信・タイミング制御部20からDAC用のカウントクロックCKdac の供給を受け、カウントクロックCKdac に同期して、たとえば線形的に減少する階段状の鋸歯状波(ランプ波形)を生成し、参照信号RAMPを介してカラムAD回路25に、この生成した鋸歯状波をAD変換用の参照電圧(ADC基準信号)として供給する。また、たとえばカウントクロックCKdac の周期を調整することで参照信号RAMPの傾きを変え、これにより後述する差分処理時の係数を調整し、AD変換時にアナログゲインを制御する。 The DA conversion circuit 27a receives the supply of the count clock CKdac for DAC from the communication / timing control unit 20, and generates, for example, a linearly decreasing stepped sawtooth wave (ramp waveform) in synchronization with the count clock CKdac. Then, the generated serrated wave is supplied to the column AD circuit 25 via the reference signal RAMP as a reference voltage (ADC reference signal) for AD conversion. Further, for example, the slope of the reference signal RAMP is changed by adjusting the cycle of the count clock CKdac, thereby adjusting the coefficient at the time of difference processing described later and controlling the analog gain at the time of AD conversion.

カラムAD回路25は、参照信号生成部27のDA変換回路27aで生成される参照信号RAMPと、行制御線15(V1,V2,…)ごとに単位画素3から垂直信号線19(H1,H2,…)を経由し得られるアナログの画素信号とを比較する電圧比較部(コンパレータ)252と、電圧比較部252が比較処理を完了するまでの時間をカウントし、その結果を保持するカウンタ部254とを備えて構成されnビットAD変換機能を有している。 The column AD circuit 25 includes a reference signal RAMP generated by the DA conversion circuit 27a of the reference signal generation unit 27, and a vertical signal line 19 (H1, H2) from the unit pixel 3 for each row control line 15 (V1, V2, ...). , ...) The voltage comparison unit (comparator) 252 that compares with the analog pixel signal obtained via) and the counter unit 254 that counts the time until the voltage comparison unit 252 completes the comparison process and holds the result. It is configured with and has an n-bit AD conversion function.

通信・タイミング制御部20は、電圧比較部252が画素信号のリセット成分ΔVと信号成分Vsig の何れについて比較処理を行なっているのかに応じてカウンタ部254におけるカウント処理のモードを切り替える制御部の機能を持つ。この通信・タイミング制御部20から各カラムAD回路25のカウンタ部254には、カウンタ部254がダウンカウントモードで動作するのかアップカウントモードで動作するのかを指示するための制御信号CN5が入力されている。 The communication / timing control unit 20 is a function of a control unit that switches the mode of count processing in the counter unit 254 according to whether the voltage comparison unit 252 is performing comparison processing for the reset component ΔV or the signal component Vsig of the pixel signal. have. A control signal CN5 for instructing whether the counter unit 254 operates in the down count mode or the up count mode is input from the communication / timing control unit 20 to the counter unit 254 of each column AD circuit 25. There is.

参照信号供給IF部28は、参照信号生成部27で生成された参照信号を参照信号線251を介して受け取り、参照信号出力線281に出力する。電圧比較部252の一方の入力端子RAMPは、参照信号供給IF部28を介して、参照信号生成部27で生成される階段状の参照信号RAMPが参照信号出力線281から入力され、他方の入力端子には、それぞれ対応する垂直列の垂直信号線19が接続され、画素部10からの画素信号電圧が個々に入力される。 The reference signal supply IF unit 28 receives the reference signal generated by the reference signal generation unit 27 via the reference signal line 251 and outputs the reference signal to the reference signal output line 281. In one input terminal RAMP of the voltage comparison unit 252, the stepped reference signal RAMP generated by the reference signal generation unit 27 is input from the reference signal output line 281 via the reference signal supply IF unit 28, and the other input. Vertical signal lines 19 in the corresponding vertical rows are connected to the terminals, and the pixel signal voltage from the pixel unit 10 is individually input.

また、電圧比較部252には、通信・タイミング制御部20から、2種類のリセット信号PSET,NSETやその他の制御信号(纏めて比較制御信号CN7ともいう)が供給され、また電圧比較部252の出力信号はカウンタ部254に供給される。 Further, two types of reset signals PSET and NSET and other control signals (collectively referred to as comparison control signal CN7) are supplied to the voltage comparison unit 252 from the communication / timing control unit 20, and the voltage comparison unit 252 also supplies the voltage comparison unit 252. The output signal is supplied to the counter unit 254.

カウンタ部254のクロック端子CKには、他のカウンタ部254のクロック端子CKと共通に、通信・タイミング制御部20からカウントクロックCK0が入力されている。 A count clock CK0 is input from the communication / timing control unit 20 to the clock terminal CK of the counter unit 254 in common with the clock terminal CK of the other counter units 254.

このカウンタ部254は、その構成については図示を割愛するが、一般的にラッチで構成されるデータ記憶部の配線形態を同期カウンタ形式に変更することで実現でき、1本のカウントクロックCK0の入力で、内部カウントを行なうようになっている。n個のラッチの組合せでnビットのカウンタ部254を実現でき、2系統のn個のラッチで構成されたデータ記憶部の回路規模に対して半分になる。加えて、列ごとのカウンタ部が不要になるから、全体としては、大幅にコンパクトになる。 Although the configuration of the counter unit 254 is omitted from the illustration, it can be realized by changing the wiring form of the data storage unit generally configured by the latch to the synchronous counter type, and the input of one count clock CK0. So, it is designed to perform internal counting. The n-bit counter unit 254 can be realized by combining n latches, which is half the circuit scale of the data storage unit composed of two n latches. In addition, since the counter unit for each column is not required, the overall size is significantly reduced.

ここで、カウンタ部254は、詳細は後述するが、カウントモードに拘わらず共通のアップダウンカウンタ(U/D CNT)を用いて、ダウンカウント動作とアップカウント動作とを切り替えて(具体的には交互に)カウント処理を行なうことが可能に構成されている。また、カウンタ部254は、カウント出力値がカウントクロックCK0に同期して出力される同期カウンタを使用する。 Here, although the details of the counter unit 254 will be described later, the counter unit 254 uses a common up / down counter (U / D CNT) regardless of the count mode to switch between the down count operation and the up count operation (specifically, the up count operation). It is configured to be able to perform counting processing (alternately). Further, the counter unit 254 uses a synchronization counter in which the count output value is output in synchronization with the count clock CK0.

なお、同期カウンタの場合、すべてのフリップフロップ(カウンタ基本要素)の動作がカウントクロックCK0で制限される。よって、より高周波数動作が要求される場合には、カウンタ部254としては、その動作制限周波数が最初のフリップフロップ(カウンタ基本要素)の制限周波数でのみ決められるため高速動作に適する非同期カウンタの使用がより好ましい。 In the case of a synchronous counter, the operation of all flip-flops (counter basic elements) is limited by the count clock CK0. Therefore, when higher frequency operation is required, the counter unit 254 uses an asynchronous counter suitable for high-speed operation because its operation limiting frequency is determined only by the limiting frequency of the first flip-flop (counter basic element). Is more preferable.

カウンタ部254には、水平走査部12から制御線12cを介して制御パルスが入力される。カウンタ部254は、カウント結果を保持するラッチ機能を有しており、制御線12cを介しての制御パルスによる指示があるまでは、カウンタ出力値を保持する。 A control pulse is input to the counter unit 254 from the horizontal scanning unit 12 via the control line 12c. The counter unit 254 has a latch function for holding the count result, and holds the counter output value until instructed by the control pulse via the control line 12c.

このような構成のカラムAD回路25は、先にも述べたように、垂直信号線19(H1,H2,…)ごとに配置され、列並列構成のADCブロックであるカラム処理部26が構成される。 As described above, the column AD circuit 25 having such a configuration is arranged for each vertical signal line 19 (H1, H2, ...), And the column processing unit 26, which is an ADC block having a column parallel configuration, is configured. To.

個々のカラムAD回路25の出力側は、水平信号線18に接続されている。先にも述べたように、水平信号線18は、カラムAD回路25のビット幅であるnビット幅分の信号線を有し、図示しないそれぞれの出力線に対応したn個のセンス回路を経由して出力部29に接続される。 The output side of each column AD circuit 25 is connected to the horizontal signal line 18. As described above, the horizontal signal line 18 has a signal line corresponding to the bit width of the column AD circuit 25, which is n bits wide, and passes through n sense circuits corresponding to each output line (not shown). Then, it is connected to the output unit 29.

このような構成において、カラムAD回路25は、画素信号読出期間において、カウント動作を行ない、所定のタイミングでカウント結果を出力する。すなわち、先ず、電圧比較部252では、参照信号生成部27からのランプ波形電圧と、垂直信号線19を介して入力される画素信号電圧とを比較し、双方の電圧が同じになると、電圧比較部252のコンパレータ出力が反転(本例ではHレベルからLレベルへ遷移)する。 In such a configuration, the column AD circuit 25 performs a counting operation during the pixel signal reading period and outputs a counting result at a predetermined timing. That is, first, the voltage comparison unit 252 compares the lamp waveform voltage from the reference signal generation unit 27 with the pixel signal voltage input via the vertical signal line 19, and when both voltages are the same, the voltage comparison is performed. The comparator output of unit 252 is inverted (transition from H level to L level in this example).

カウンタ部254は、参照信号生成部27から発せられるランプ波形電圧に同期してダウンカウントモードもしくはアップカウントモードでカウント動作を開始しており、コンパレータ出力の反転した情報がカウンタ部254に通知されると、カウント動作を停止し、その時点のカウント値を画素データとしてラッチ(保持・記憶)することでAD変換を完了する。 The counter unit 254 starts the counting operation in the down count mode or the up count mode in synchronization with the lamp waveform voltage emitted from the reference signal generation unit 27, and the inverted information of the comparator output is notified to the counter unit 254. Then, the counting operation is stopped, and the AD conversion is completed by latching (holding / storing) the count value at that time as pixel data.

この後、カウンタ部254は、所定のタイミングで水平走査部12から制御線12cを介して入力される水平選択信号CH(i)によるシフト動作に基づいて、記憶・保持した画素データを、順次、カラム処理部26外や画素部10を有するチップ外へ出力端子5cから出力する。 After that, the counter unit 254 sequentially stores and retains pixel data based on the shift operation by the horizontal selection signal CH (i) input from the horizontal scanning unit 12 via the control line 12c at a predetermined timing. The data is output from the output terminal 5c to the outside of the column processing unit 26 or the outside of the chip having the pixel unit 10.

なお、本実施形態の説明としては直接関連しないため特に図示しないが、その他の各種信号処理回路なども、固体撮像装置1の構成要素に含まれる場合がある。 Although not shown in particular because it is not directly related to the description of the present embodiment, various other signal processing circuits and the like may be included in the components of the solid-state image sensor 1.

<画素部>
図2A及び図2Bは、図1に示した固体撮像装置1に使用される単位画素3の構成例と、駆動部と駆動制御線と画素トランジスタの接続態様を示す図である。画素部10内の単位画素(画素セル)3の構成は、通常のCMOSイメージセンサと同様であり、本実施形態では、CMOSセンサとして汎用的な4TR構成のものや、たとえば、特許第2708455号公報に記載のように、3つのトランジスタからなる3TR構成のものを使用することができる。もちろん、これらの画素構成は一例であり、通常のCMOSイメージセンサのアレイ構成であれば、何れのものでも使用できる。
<Pixel part>
2A and 2B are diagrams showing a configuration example of a unit pixel 3 used in the solid-state image sensor 1 shown in FIG. 1 and a connection mode of a drive unit, a drive control line, and a pixel transistor. The configuration of the unit pixel (pixel cell) 3 in the pixel unit 10 is the same as that of a normal CMOS image sensor, and in the present embodiment, a general-purpose 4TR configuration as a CMOS sensor, or, for example, Japanese Patent No. 2708455 As described in the above, a 3TR configuration consisting of three transistors can be used. Of course, these pixel configurations are an example, and any ordinary CMOS image sensor array configuration can be used.

画素内アンプとしては、たとえばフローティングディフュージョンアンプ構成のものが用いられる。一例としては、電荷生成部に対して、電荷読出部(転送ゲート部/読出ゲート部)の一例である読出選択用トランジスタ、リセットゲート部の一例であるリセットトランジスタ、垂直選択用トランジスタ、およびフローティングディフュージョンの電位変化を検知する検知素子の一例であるソースフォロア構成の増幅用トランジスタを有する、CMOSセンサとして汎用的な4つのトランジスタからなる構成(以下4TR構成ともいう)のものを使用することができる。 As the in-pixel amplifier, for example, an amplifier having a floating diffusion amplifier configuration is used. As an example, for the charge generation unit, a read selection transistor which is an example of a charge reading unit (transfer gate unit / reading gate unit), a reset transistor which is an example of a reset gate unit, a vertical selection transistor, and a floating diffusion. As a CMOS sensor, a transistor having an amplification transistor having a source follower configuration, which is an example of a detection element for detecting a change in the potential of the above, can be used as a CMOS sensor having a configuration consisting of four transistors (hereinafter, also referred to as a 4TR configuration).

たとえば、図2Aに示す4TR構成の単位画素3は、光を受光して電荷に変換する光電変換機能とともに、その電荷を蓄積する電荷蓄積機能の各機能を兼ね備えた電荷生成部32と、電荷生成部32に対して、電荷読出部(転送ゲート部/読出ゲート部)の一例である読出選択用トランジスタ(転送トランジスタ)34、リセットゲート部の一例であるリセットトランジスタ36、垂直選択用トランジスタ40、およびフローティングディフュージョン38の電位変化を検知する検知素子の一例であるソースフォロア構成の増幅用トランジスタ42を有する。 For example, the unit pixel 3 having a 4TR configuration shown in FIG. 2A has a charge generation unit 32 having both a photoelectric conversion function of receiving light and converting it into an electric charge and a charge accumulating function of accumulating the electric charge, and an electric charge generation unit. A read selection transistor (transfer transistor) 34, which is an example of a charge reading unit (transfer gate unit / reading gate unit), a reset transistor 36, which is an example of a reset gate unit, a vertical selection transistor 40, and a unit 32. It has an amplification transistor 42 having a source follower configuration, which is an example of a detection element that detects a change in the electric charge of the floating diffusion 38.

この単位画素3は、電荷蓄積部の機能を備えた電荷注入部の一例であるフローティングディフュージョン38とからなるFDA(Floating Diffusion Amp)構成の画素信号生成部5を有するものとなっている。フローティングディフュージョン38は寄生容量を持った拡散層である。 The unit pixel 3 has a pixel signal generation unit 5 having an FDA (Floating Diffusion Amp) configuration including a floating diffusion 38, which is an example of a charge injection unit having a function of a charge storage unit. The floating diffusion 38 is a diffusion layer having a parasitic capacitance.

読出選択用トランジスタ(第2の転送部)34は、転送信号φTRGが供給される転送駆動バッファ250により転送配線(読出選択線TX)55を介して駆動されるようになっている。リセットトランジスタ36は、リセット信号φRSTが供給されるリセット駆動バッファ252によりリセット配線(RST)56を介して駆動されるようになっている。垂直選択用トランジスタ40は、垂直選択信号φVSELが供給される選択駆動バッファ254により垂直選択線(SEL)52を介して駆動されるようになっている。各駆動バッファは、垂直走査部14の垂直駆動部14bによって駆動可能になっている。 The read selection transistor (second transfer unit) 34 is driven by the transfer drive buffer 250 to which the transfer signal φTRG is supplied via the transfer wiring (read selection line TX) 55. The reset transistor 36 is driven via the reset wiring (RST) 56 by the reset drive buffer 252 to which the reset signal φRST is supplied. The vertical selection transistor 40 is driven via the vertical selection line (SEL) 52 by the selection drive buffer 254 to which the vertical selection signal φVSEL is supplied. Each drive buffer can be driven by the vertical drive unit 14b of the vertical scanning unit 14.

画素信号生成部5におけるリセットトランジスタ36は、ソースがフローティングディフュージョン38に、ドレインが電源Vddにそれぞれ接続され、ゲート(リセットゲートRG)にはリセットパルスRSTがリセット駆動バッファから入力される。 In the reset transistor 36 in the pixel signal generation unit 5, the source is connected to the floating diffusion 38 and the drain is connected to the power supply Vdd, and the reset pulse RST is input to the gate (reset gate RG) from the reset drive buffer.

垂直選択用トランジスタ40は、一例として、ドレインが増幅用トランジスタ42のソースに、ソースが画素線51にそれぞれ接続され、ゲート(特に垂直選択ゲートSELVという)が垂直選択線52に接続されている。なおこのような接続構成に限らず、ドレインが電源Vddに、ソースが増幅用トランジスタ42のドレインにそれぞれ接続され、垂直選択ゲートSELVが垂直選択線52に接続されるようにしてもよい。 As an example, in the vertical selection transistor 40, the drain is connected to the source of the amplification transistor 42, the source is connected to the pixel line 51, and the gate (particularly referred to as the vertical selection gate SELV) is connected to the vertical selection line 52. Not limited to such a connection configuration, the drain may be connected to the power supply Vdd, the source may be connected to the drain of the amplification transistor 42, and the vertical selection gate SELV may be connected to the vertical selection line 52.

垂直選択線52には、垂直選択信号SELが印加される。増幅用トランジスタ42は、ゲートがフローティングディフュージョン38に接続され、ドレインが垂直選択用トランジスタ40を介して電源Vddに、ソースは画素線51に接続され、さらに垂直信号線53(19)に接続されるようになっている。 A vertical selection signal SEL is applied to the vertical selection line 52. The amplification transistor 42 has a gate connected to the floating diffusion 38, a drain connected to the power supply Vdd via the vertical selection transistor 40, a source connected to the pixel line 51, and further connected to the vertical signal line 53 (19). It has become like.

さらに垂直信号線53は、その一端がカラム処理部26側に延在するとともに、その経路において、読出電流源部24が接続され、増幅用トランジスタ42との間で、略一定の動作電流(読出電流)が供給されるソースフォロワ構成が採られるようになっている。 Further, one end of the vertical signal line 53 extends to the column processing unit 26 side, and a read current source unit 24 is connected in the path thereof, and a substantially constant operating current (read) is connected to the vertical signal line 53 with the amplification transistor 42. A source follower configuration in which a current) is supplied is adopted.

具体的には、読出電流源部24は、各垂直列に設けられたNMOS型のトランジスタ(特に負荷MOSトランジスタという)242と、全垂直列に対して共用される電流生成部245およびゲートおよびドレインが共通に接続されソースがソース線248に接続されたNMOS型のトランジスタ246を有する基準電流源部244とを備えている。 Specifically, the read current source unit 24 includes a MOSFET-type transistor (particularly referred to as a load MOS transistor) 242 provided in each vertical column, a current generation unit 245 shared for all vertical columns, and a gate and drain. Is provided with a reference current source unit 244 having an MOSFET type transistor 246 to which the current source is commonly connected and the source is connected to the source line 248.

各負荷MOSトランジスタ242は、ドレインが対応する列の垂直信号線53に接続され、ソースが接地線であるソース線248に共通に接続されている。これにより、各垂直列の負荷MOSトランジスタ242は基準電流源部244のトランジスタ246との間でゲート同士が接続されカレントミラー回路を構成するように接続されている。 Each load MOS transistor 242 is connected to a vertical signal line 53 in which the drain corresponds to the corresponding row, and is commonly connected to a source line 248 whose source is the ground line. As a result, the load MOS transistors 242 in each vertical row are connected so as to form a current mirror circuit in which the gates are connected to each other with the transistor 246 of the reference current source unit 244.

ソース線248は、水平方向の端部(図1の左右の垂直列)で基板バイアスである接地(GND)に接続され、負荷MOSトランジスタ242の接地に対する動作電流(読出電流)が、チップの左右両端から供給されるような構成となっている。 The source line 248 is connected to the ground (GND) which is the substrate bias at the horizontal end (vertical row on the left and right in FIG. 1), and the operating current (read current) with respect to the ground of the load MOS transistor 242 is the left and right of the chip. It is configured to be supplied from both ends.

電流生成部245には、必要時にのみ所定電流を出力するようにするための負荷制御信号SFLACTが、図示しない負荷制御部から供給されるようになっている。電流生成部245は、信号読出し時には、負荷制御信号SFLACTのアクティブ状態が入力されることで、各増幅用トランジスタ42に接続された負荷MOSトランジスタ242によって、予め決められた定電流を流し続けるようになっている。つまり、負荷MOSトランジスタ242は、選択行の増幅用トランジスタ42とソースフォロアを組んで読出電流を増幅用トランジスタ42に供給することで垂直信号線53への信号出力をさせる。 A load control signal SFLACT for outputting a predetermined current only when necessary is supplied to the current generation unit 245 from a load control unit (not shown). At the time of signal reading, the current generation unit 245 receives an active state of the load control signal SFLACT so that the load MOS transistor 242 connected to each amplification transistor 42 continues to flow a predetermined constant current. It has become. That is, the load MOS transistor 242 forms a source follower with the amplification transistor 42 in the selected row and supplies a read current to the amplification transistor 42 to output a signal to the vertical signal line 53.

このような4TR構成では、フローティングディフュージョン38は増幅用トランジスタ42のゲートに接続されているので、増幅用トランジスタ42はフローティングディフュージョン38の電位(以下FD電位という)に対応した信号を電圧モードで、画素線51を介して垂直信号線19(53)に出力する。 In such a 4TR configuration, since the floating diffusion 38 is connected to the gate of the amplification transistor 42, the amplification transistor 42 outputs a signal corresponding to the potential of the floating diffusion 38 (hereinafter referred to as FD potential) in a voltage mode. It is output to the vertical signal line 19 (53) via the line 51.

リセットトランジスタ36は、フローティングディフュージョン38をリセットする。読出選択用トランジスタ(転送トランジスタ)34は、電荷生成部32にて生成された信号電荷をフローティングディフュージョン38に転送する。垂直信号線19には多数の画素が接続されているが、画素を選択するのには、選択画素のみ垂直選択用トランジスタ40をオンする。すると選択画素のみが垂直信号線19と接続され、垂直信号線19には選択画素の信号が出力される。 The reset transistor 36 resets the floating diffusion 38. The read selection transistor (transfer transistor) 34 transfers the signal charge generated by the charge generation unit 32 to the floating diffusion 38. A large number of pixels are connected to the vertical signal line 19, but in order to select a pixel, only the selected pixel turns on the vertical selection transistor 40. Then, only the selected pixel is connected to the vertical signal line 19, and the signal of the selected pixel is output to the vertical signal line 19.

これに対して、電荷生成部と3つのトランジスタからなる構成(以下3TR構成ともいう)とすることで、単位画素3におけるトランジスタが占める面積を少なくし、画素サイズを小さくすることができる(たとえば特許第2708455号公報参照)。 On the other hand, by adopting a configuration consisting of a charge generation unit and three transistors (hereinafter also referred to as a 3TR configuration), the area occupied by the transistors in the unit pixel 3 can be reduced and the pixel size can be reduced (for example, a patent). (See No. 2708455).

たとえば、図2Bに示す3TR構成の単位画素3は、光電変換を行なうことで受光した光に対応する信号電荷を生成する電荷生成部32(たとえばフォトダイオード)と、電荷生成部32により生成された信号電荷に対応する信号電圧を増幅するための、ドレイン線(DRN)に接続された増幅用トランジスタ42と、電荷生成部32をリセットするためのリセットトランジスタ36とを、それぞれ有している。また、図示しない垂直走査回路14より転送配線(TRF)55を介して走査される読出選択用トランジスタ(転送ゲート部)34が、電荷生成部32と増幅用トランジスタ42のゲートとの間に設けられている。 For example, the unit pixel 3 having a 3TR configuration shown in FIG. 2B is generated by a charge generation unit 32 (for example, a photodiode) that generates a signal charge corresponding to the received light by performing photoelectric conversion, and a charge generation unit 32. It has an amplification transistor 42 connected to a drain line (DRN) for amplifying a signal voltage corresponding to a signal charge, and a reset transistor 36 for resetting a charge generation unit 32, respectively. Further, a read selection transistor (transfer gate unit) 34 scanned from a vertical scanning circuit 14 (not shown) via the transfer wiring (TRF) 55 is provided between the charge generation unit 32 and the gate of the amplification transistor 42. ing.

増幅用トランジスタ42のゲートおよびリセットトランジスタ36のソースは読出選択用トランジスタ34を介して電荷生成部32に、リセットトランジスタ36のドレインおよび増幅用トランジスタ42のドレインはドレイン線に、それぞれ接続されている。また、増幅用トランジスタ42のソースは垂直信号線53に接続されている。 The gate of the amplification transistor 42 and the source of the reset transistor 36 are connected to the charge generation unit 32 via the read-selection transistor 34, and the drain of the reset transistor 36 and the drain of the reset transistor 42 are connected to the drain line, respectively. Further, the source of the amplification transistor 42 is connected to the vertical signal line 53.

読出選択用トランジスタ34は、転送配線55を介して転送駆動バッファ250により駆動されるようになっている。リセットトランジスタ36は、リセット配線56を介してリセット駆動バッファ252により駆動されるようになっている。 The read selection transistor 34 is driven by the transfer drive buffer 250 via the transfer wiring 55. The reset transistor 36 is driven by the reset drive buffer 252 via the reset wiring 56.

転送駆動バッファ250、リセット駆動バッファ252とも基準電圧である0Vと、電源電圧の2値で動作する。特に、この画素における読出選択用トランジスタ34のゲートに供給されるローレベル電圧は0Vである。 Both the transfer drive buffer 250 and the reset drive buffer 252 operate at two values of 0V, which is the reference voltage, and the power supply voltage. In particular, the low level voltage supplied to the gate of the read selection transistor 34 in this pixel is 0V.

この3TR構成の単位画素3においては、4TR構成と同様に、フローティングディフュージョン38は増幅用トランジスタ42のゲートに接続されているので、増幅用トランジスタ42はフローティングディフュージョン38の電位に対応した信号を垂直信号線53に出力する。 In the unit pixel 3 of the 3TR configuration, since the floating diffusion 38 is connected to the gate of the amplification transistor 42 as in the 4TR configuration, the amplification transistor 42 transmits a signal corresponding to the potential of the floating diffusion 38 as a vertical signal. Output to line 53.

リセットトランジスタ36は、リセット配線(RST)56が行方向に延びており、ドレイン線(DRN)57は殆どの画素に共通になっている。このドレイン線57は、ドレイン駆動信号φDRNが供給されるドレイン駆動バッファ(以下DRN駆動バッファという)240により駆動される。リセットトランジスタ36はリセット駆動バッファ252により駆動され、フローティングディフュージョン38の電位を制御する。 In the reset transistor 36, the reset wiring (RST) 56 extends in the row direction, and the drain line (DRN) 57 is common to most pixels. The drain line 57 is driven by a drain drive buffer (hereinafter referred to as a DRN drive buffer) 240 to which a drain drive signal φDRN is supplied. The reset transistor 36 is driven by the reset drive buffer 252 and controls the potential of the floating diffusion 38.

ドレイン線57が行方向に分離されているが、このドレイン線57は1行分の画素の信号電流を流さなければならないので、実際には列方向に電流を流せるように、全行共通の配線となる。電荷生成部32(光電変換素子)にて生成された信号電荷は読出選択用トランジスタ34によりフローティングディフュージョン38に転送される。 The drain line 57 is separated in the row direction, but since this drain line 57 must carry the signal current of one line of pixels, the wiring common to all lines so that the current can actually flow in the column direction. It becomes. The signal charge generated by the charge generation unit 32 (photoelectric conversion element) is transferred to the floating diffusion 38 by the read selection transistor 34.

ここで、3TR構成の単位画素3には、4TR構成とは異なり、増幅用トランジスタ42と直列に接続される垂直選択用トランジスタ40が設けられていない。垂直信号線53には多数の画素が接続されているが、画素の選択は、選択トランジスタではなく、FD電位の制御により行なう。通常は、FD電位をロー(Low)にしている。画素を選択するときは、選択画素のFD電位をハイ(High)にすることで、選択画素の信号を垂直信号線53に出す。その後、選択画素のFD電位をローに戻す。この操作は1行分の画素に対して同時に行なわれる。 Here, unlike the 4TR configuration, the unit pixel 3 in the 3TR configuration is not provided with the vertical selection transistor 40 connected in series with the amplification transistor 42. Although a large number of pixels are connected to the vertical signal line 53, the selection of pixels is performed by controlling the FD potential, not by the selection transistor. Normally, the FD potential is set to Low. When selecting a pixel, the FD potential of the selected pixel is set to High, so that the signal of the selected pixel is output to the vertical signal line 53. After that, the FD potential of the selected pixel is returned to low. This operation is performed simultaneously for one row of pixels.

このようにFD電位を制御するためには、1)選択行FD電位をハイにするときに、ドレイン線57をハイにし、選択行のリセットトランジスタ36を通して、そのFD電位をハイにする、2)選択行FD電位をローに戻すときに、ドレイン線57をローにし、選択行のリセットトランジスタ36を通して、そのFD電位をローにする、という動作を行なう。 In order to control the FD potential in this way, 1) when the selected row FD potential is set high, the drain line 57 is set high, and the FD potential is set high through the reset transistor 36 of the selected row 2). When the FD potential of the selected row is returned to low, the drain line 57 is lowered, and the FD potential is lowered through the reset transistor 36 of the selected row.

このような4TRもしくは3TRの構成を持つ単位画素3を具備した画素部10を駆動するには、各駆動バッファ240,250,252,254(纏めて駆動部ともいう)から駆動用の各配線52,55,56,57(纏めて駆動制御線ともいう)を介して、単位画素3を構成する各トランジスタ34,36,40(纏めて画素トランジスタともいう)を駆動する。 In order to drive the pixel unit 10 provided with the unit pixel 3 having such a 4TR or 3TR configuration, each drive buffer 240, 250, 252, 254 (collectively referred to as a drive unit) to drive each wiring 52 , 55, 56, 57 (collectively referred to as drive control lines) are used to drive the transistors 34, 36, 40 (collectively referred to as pixel transistors) constituting the unit pixel 3.

<固体撮像装置の動作>
図3は、図1に示した固体撮像装置1のカラムAD回路25における基本動作である信号取得差分処理を説明するためのタイミングチャートである。
<Operation of solid-state image sensor>
FIG. 3 is a timing chart for explaining signal acquisition difference processing, which is a basic operation in the column AD circuit 25 of the solid-state image sensor 1 shown in FIG. 1.

画素部10の各単位画素3で感知されたアナログの画素信号をデジタル信号に変換する仕組みとしては、たとえば、所定の傾きで下降するランプ波形状の参照信号RAMPと単位画素3からの画素信号における基準成分や信号成分の各電圧とが一致する点を探し、この比較処理で用いる参照信号RAMPの生成時点から、画素信号における基準成分や信号成分に応じた電気信号と参照信号とが一致した時点までをカウントクロックでカウント(計数)することで、基準成分や信号成分の各大きさに対応したカウント値を得る手法を採る。 As a mechanism for converting an analog pixel signal sensed by each unit pixel 3 of the pixel unit 10 into a digital signal, for example, in a ramp wave-shaped reference signal RAMP descending with a predetermined inclination and a pixel signal from the unit pixel 3. Search for a point that matches each voltage of the reference component and signal component, and from the time when the reference signal RAMP used in this comparison process is generated, the time when the electrical signal corresponding to the reference component and signal component in the pixel signal and the reference signal match. By counting (counting) up to, the count value corresponding to each size of the reference component and the signal component is adopted.

ここで、垂直信号線19から出力される画素信号は、時間系列として、基準成分としての画素信号の雑音を含むリセット成分ΔVの後に信号成分Vsig が現れるものである。1回目の処理を基準成分(リセット成分ΔV)について行なう場合、2回目の処理は基準成分(リセット成分ΔV)に信号成分Vsig を加えた信号についての処理となる。以下具体的に説明する。 Here, in the pixel signal output from the vertical signal line 19, the signal component Vsig appears after the reset component ΔV including the noise of the pixel signal as the reference component as a time series. When the first processing is performed on the reference component (reset component ΔV), the second processing is the processing on the signal obtained by adding the signal component Vsig to the reference component (reset component ΔV). This will be described in detail below.

1回目の読出しのため、先ず通信・タイミング制御部20は、モード制御信号CN5をローレベルにしてカウンタ部254をダウンカウントモードに設定するとともに、リセット制御信号CN6を所定期間アクティブ(本例ではハイレベル)にしてカウンタ部254のカウント値を初期値“0”にリセットさせる(t8)。 For the first read, the communication / timing control unit 20 first sets the mode control signal CN5 to a low level, sets the counter unit 254 to the down count mode, and activates the reset control signal CN6 for a predetermined period (high in this example). Level) and reset the count value of the counter unit 254 to the initial value “0” (t8).

そして、垂直走査部14による行走査によってある行が選択され、その選択行Vαの単位画素3から垂直信号線19(H1,H2,…)への1回目の読出しが安定した後、通信・タイミング制御部20は、参照信号生成部27に向けて、参照信号RAMP生成用の制御データCN4(ここではオフセットOFF と傾きβを含む)を供給する。 Then, a certain row is selected by row scanning by the vertical scanning unit 14, and after the first reading from the unit pixel 3 of the selected row Vα to the vertical signal line 19 (H1, H2, ...) Is stable, the communication / timing The control unit 20 supplies the control data CN4 for generating the reference signal RAMP (here, including the offset OFF and the inclination β) to the reference signal generation unit 27.

このとき同時に、通信・タイミング制御部20は、アクティブLのリセット信号PSETをある短い期間だけ電圧比較部252に与える(t9)。これにより、電圧比較部252の各入力端の電位が所定電位にセットされ、電圧比較部252の動作点が行の選択動作ごとに適正レベルに決定される。 At the same time, the communication / timing control unit 20 gives the reset signal PSET of the active L to the voltage comparison unit 252 for a short period of time (t9). As a result, the potential of each input end of the voltage comparison unit 252 is set to a predetermined potential, and the operating point of the voltage comparison unit 252 is determined to be an appropriate level for each row selection operation.

制御データCN4が供給された参照信号生成部27においては、先ず、Vα行上に存在する色のカラー画素特性に合わせた傾きβを持ち全体として鋸歯状(RAMP状)に時間変化させた階段状の波形(RAMP波形)を持った参照信号RAMPをDA変換回路27aにて生成し、対応するカラムAD回路25の電圧比較部252の一方の入力端子RAMPに、比較電圧として供給する。 In the reference signal generation unit 27 to which the control data CN4 is supplied, first, the reference signal generation unit 27 has a slope β that matches the color pixel characteristics of the colors existing on the Vα row, and has a stepped shape that is time-changed in a sawtooth shape (RAMP shape) as a whole. A reference signal RAMP having the above waveform (RAMP waveform) is generated by the DA conversion circuit 27a and supplied as a comparison voltage to one input terminal RAMP of the voltage comparison unit 252 of the corresponding column AD circuit 25.

各列の電圧比較部252は、このRAMP波形の比較電圧と画素部10から供給される対応列の垂直信号線19(Hα)の画素信号電圧とを比較する。 The voltage comparison unit 252 in each row compares the comparison voltage of the RAMP waveform with the pixel signal voltage of the vertical signal line 19 (Hα) in the corresponding row supplied from the pixel unit 10.

また、電圧比較部252の入力端子RAMPへの参照信号RAMPの入力と同時に、電圧比較部252における比較時間を、行ごとに配置されたカウンタ部254で計測するために、参照信号生成部27から発せられるランプ波形電圧に同期して(t10)、カウンタ部254のクロック端子に通信・タイミング制御部20からカウントクロックCK0を入力し、1回目のカウント動作として、初期値“0”からダウンカウントを開始する。すなわち、負の方向にカウント処理を開始する。 Further, in order to measure the comparison time in the voltage comparison unit 252 at the same time as the input of the reference signal RAMP to the input terminal RAMP of the voltage comparison unit 252 by the counter unit 254 arranged for each row, the reference signal generation unit 27 Synchronized with the emitted lamp waveform voltage (t10), the count clock CK0 is input from the communication / timing control unit 20 to the clock terminal of the counter unit 254, and the down count is started from the initial value "0" as the first count operation. Start. That is, the counting process is started in the negative direction.

電圧比較部252は、参照信号生成部27からのランプ状の参照信号RAMPと垂直信号線19を介して入力される画素信号電圧Vxとを比較し、双方の電圧が同じになったときに、コンパレータ出力をHレベルからLレベルへ反転させる(t12)。つまり、リセット成分Vrst に応じた電圧信号と参照信号RAMPとを比較して、リセット成分Vrst の大きさに対応した時間経過後にアクティブロー(L)のパルス信号を生成して、カウンタ部254に供給する。 The voltage comparison unit 252 compares the lamp-shaped reference signal RAMP from the reference signal generation unit 27 with the pixel signal voltage Vx input via the vertical signal line 19, and when both voltages become the same, The comparator output is inverted from the H level to the L level (t12). That is, the voltage signal corresponding to the reset component Vrst is compared with the reference signal RAMP, and an active low (L) pulse signal is generated after a lapse of time corresponding to the magnitude of the reset component Vrst and supplied to the counter unit 254. do.

この結果を受けて、カウンタ部254は、コンパレータ出力の反転とほぼ同時にカウント動作を停止し、その時点のカウント値を画素データとしてラッチ(保持・記憶)することでAD変換を完了する(t12)。つまり、電圧比較部252に供給するランプ状の参照信号RAMPの生成とともにダウンカウントを開始し、比較処理によってアクティブロー(L)のパルス信号が得られるまでクロックCK0でカウント(計数)することで、リセット成分Vrst の大きさに対応したカウント値を得る。 In response to this result, the counter unit 254 stops the counting operation almost at the same time as the inversion of the comparator output, and latches (holds / stores) the count value at that time as pixel data to complete the AD conversion (t12). .. That is, the down count is started at the same time as the generation of the lamp-shaped reference signal RAMP supplied to the voltage comparison unit 252, and the clock CK0 counts (counts) until the active low (L) pulse signal is obtained by the comparison process. Obtain the count value corresponding to the magnitude of the reset component Vrst.

通信・タイミング制御部20は、所定のダウンカウント期間を経過すると(t14)、電圧比較部252への制御データの供給と、カウンタ部254へのカウントクロックCK0の供給とを停止する。これにより、電圧比較部252は、ランプ状の参照信号RAMPの生成を停止する。 When the predetermined down count period elapses (t14), the communication / timing control unit 20 stops the supply of the control data to the voltage comparison unit 252 and the supply of the count clock CK0 to the counter unit 254. As a result, the voltage comparison unit 252 stops the generation of the lamp-shaped reference signal RAMP.

この1回目の読出し時は、画素信号電圧VxにおけるリセットレベルVrst を電圧比較部252で検知してカウント動作を行なっているので、単位画素3のリセット成分ΔVを読み出していることになる。 At the time of this first reading, since the reset level Vrst in the pixel signal voltage Vx is detected by the voltage comparison unit 252 and the counting operation is performed, the reset component ΔV of the unit pixel 3 is read.

このリセット成分ΔV内には、単位画素3ごとにバラ付く雑音がオフセットとして含まれている。しかし、このリセット成分ΔVのバラ付きは一般に小さく、またリセットレベルVrst は概ね全画素共通であるので、任意の垂直信号線19の画素信号電圧Vxにおけるリセット成分ΔVの出力値はおおよそ既知である。 Noise that varies from unit pixel 3 to the reset component ΔV is included as an offset. However, since the variation of the reset component ΔV is generally small and the reset level Vrst is generally common to all pixels, the output value of the reset component ΔV at the pixel signal voltage Vx of any vertical signal line 19 is approximately known.

したがって、1回目のリセット成分ΔVの読出し時には、RAMP電圧の変化特性を調整することにより、ダウンカウント期間(t10~t14;比較期間)を短くすることで、1回目の比較期間を短くすることが可能である。本実施形態では、リセット成分ΔVについての比較処理の最長期間を、7ビット分のカウント期間(128クロック)にして、リセット成分ΔVの比較を行なっている。 Therefore, at the time of reading the reset component ΔV for the first time, the down count period (t10 to t14; comparison period) can be shortened by adjusting the change characteristic of the RAMP voltage, thereby shortening the comparison period for the first time. It is possible. In the present embodiment, the reset component ΔV is compared by setting the maximum period of the comparison process for the reset component ΔV to a count period (128 clocks) for 7 bits.

続いての2回目の読出し時には、リセット成分ΔVに加えて、単位画素3ごとの入射光量に応じた電気信号成分Vsig を読み出し、1回目の読出しと同様の動作を行なう。すなわち、先ず通信・タイミング制御部20は、モード制御信号CN5をハイレベルにしてカウンタ部254をアップカウントモードに設定する(t18)。そして、選択行Vαの単位画素3から垂直信号線19(H1,H2,…)への2回目の読出しが安定した後、通信・タイミング制御部20は、信号成分Vsig についてのAD変換処理のため、参照信号RAMP生成用の制御データCN4をDA変換回路27aに供給する。このときには、通信・タイミング制御部20は、1回目の処理とは異なり、リセット信号PSETをアクティブLにすることはしない。 At the time of the subsequent second reading, in addition to the reset component ΔV, the electrical signal component Vsig corresponding to the amount of incident light for each unit pixel 3 is read, and the same operation as the first reading is performed. That is, first, the communication / timing control unit 20 sets the mode control signal CN5 to a high level and sets the counter unit 254 to the upcount mode (t18). Then, after the second reading from the unit pixel 3 of the selected line Vα to the vertical signal line 19 (H1, H2, ...) Is stable, the communication / timing control unit 20 performs AD conversion processing for the signal component Vsig. , The control data CN4 for generating the reference signal RAMP is supplied to the DA conversion circuit 27a. At this time, unlike the first processing, the communication / timing control unit 20 does not set the reset signal PSET to active L.

これを受けて、参照信号生成部27においては、先ず、Vα行上に存在するある色のカラー画素特性に合わせた傾きβを持ち全体として鋸歯状(RAMP状)に時間変化させた階段状の波形(RAMP波形)を持つとともに、リセット成分ΔV用の初期値Varに対してオフセットOFF だけ下がった参照信号RAMPをDA変換回路27aにて生成し、対応するカラムAD回路25の電圧比較部252の一方の入力端子RAMPに、比較電圧として供給する。 In response to this, in the reference signal generation unit 27, first, a stepped shape having a slope β matching the color pixel characteristics of a certain color existing on the Vα row and being changed over time in a sawtooth shape (RAMP shape) as a whole. The DA conversion circuit 27a generates a reference signal RAMP that has a waveform (RAMP waveform) and is offset OFF from the initial value Var for the reset component ΔV, and is generated by the voltage comparison unit 252 of the corresponding column AD circuit 25. It is supplied as a comparison voltage to one input terminal RAMP.

各列の電圧比較部252は、このRAMP波形の比較電圧と画素部10から供給される対応列の垂直信号線19(Hα)の画素信号電圧とを比較する。 The voltage comparison unit 252 in each row compares the comparison voltage of the RAMP waveform with the pixel signal voltage of the vertical signal line 19 (Hα) in the corresponding row supplied from the pixel unit 10.

電圧比較部252の入力端子RAMPへの参照信号RAMPの入力と同時に、電圧比較部252における比較時間を、行ごとに配置されたカウンタ部254で計測するために、参照信号生成部27から発せられるランプ波形電圧に同期して(t20)、カウンタ部254のクロック端子に通信・タイミング制御部20からカウントクロックCK0を入力し、2回目のカウント動作として、1回目の読出し時に取得された単位画素3のリセット成分ΔVに対応するカウント値から、1回目とは逆にアップカウントを開始する。すなわち、正の方向にカウント処理を開始する。 At the same time as the input of the reference signal RAMP to the input terminal RAMP of the voltage comparison unit 252, it is emitted from the reference signal generation unit 27 in order to measure the comparison time in the voltage comparison unit 252 by the counter unit 254 arranged for each row. Synchronized with the lamp waveform voltage (t20), the count clock CK0 is input from the communication / timing control unit 20 to the clock terminal of the counter unit 254, and the unit pixel 3 acquired at the time of the first reading is performed as the second counting operation. From the count value corresponding to the reset component ΔV of, the up count is started in the reverse of the first time. That is, the counting process is started in the positive direction.

電圧比較部252は、参照信号生成部27からのランプ状の参照信号RAMPと垂直信号線19を介して入力される画素信号電圧Vxとを比較し、双方の電圧が同じになったときに、コンパレータ出力をHレベルからLレベルへ反転させる(t22)。つまり、信号成分Vsig に応じた電圧信号と参照信号RAMPとを比較して、信号成分Vsig の大きさに対応した時間経過後にアクティブロー(L)のパルス信号を生成して、カウンタ部254に供給する。 The voltage comparison unit 252 compares the lamp-shaped reference signal RAMP from the reference signal generation unit 27 with the pixel signal voltage Vx input via the vertical signal line 19, and when both voltages become the same, The comparator output is inverted from the H level to the L level (t22). That is, the voltage signal corresponding to the signal component Vsig is compared with the reference signal RAMP, and an active low (L) pulse signal is generated after a lapse of time corresponding to the magnitude of the signal component Vsig and supplied to the counter unit 254. do.

この結果を受けて、カウンタ部254は、コンパレータ出力の反転とほぼ同時にカウント動作を停止し、その時点のカウント値を画素データとしてラッチ(保持・記憶)することでAD変換を完了する(t22)。つまり、電圧比較部252に供給するランプ状の参照信号RAMPの生成とともにダウンカウントを開始し、比較処理によってアクティブロー(L)のパルス信号が得られるまでクロックCK0でカウント(計数)することで、信号成分Vsig の大きさに対応したカウント値を得る。 In response to this result, the counter unit 254 stops the counting operation almost at the same time as the inversion of the comparator output, and latches (holds / stores) the count value at that time as pixel data to complete the AD conversion (t22). .. That is, the down count is started at the same time as the generation of the lamp-shaped reference signal RAMP supplied to the voltage comparison unit 252, and the clock CK0 counts (counts) until the active low (L) pulse signal is obtained by the comparison process. Obtain the count value corresponding to the magnitude of the signal component Vsig.

通信・タイミング制御部20は、所定のダウンカウント期間を経過すると(t24)、電圧比較部252への制御データの供給と、カウンタ部254へのカウントクロックCK0の供給とを停止する。これにより、参照信号生成部27は、ランプ状の参照信号RAMPの生成を停止する。 When the predetermined down count period elapses (t24), the communication / timing control unit 20 stops the supply of the control data to the voltage comparison unit 252 and the supply of the count clock CK0 to the counter unit 254. As a result, the reference signal generation unit 27 stops the generation of the lamp-shaped reference signal RAMP.

この2回目の読出し時は、画素信号電圧Vxにおける信号成分Vsig を電圧比較部252で検知してカウント動作を行なっているので、単位画素3の信号成分Vsig を読み出していることになる。 At the time of this second reading, since the signal component Vsig in the pixel signal voltage Vx is detected by the voltage comparison unit 252 and the counting operation is performed, the signal component Vsig of the unit pixel 3 is read.

ここで、本実施形態においては、カウンタ部254におけるカウント動作を、1回目の読出し時にはダウンカウント、2回目の読出し時にはアップカウントとし、カウント結果を同じ格納場所に保持するので、カウンタ部254内で自動的に、式(1)で示す減算が行なわれ、この減算結果に応じたカウント値がカウンタ部254に保持される。 Here, in the present embodiment, the counting operation in the counter unit 254 is a down count at the time of the first reading and an up counting at the time of the second reading, and the count result is held in the same storage location. The subtraction represented by the equation (1) is automatically performed, and the count value corresponding to the subtraction result is held in the counter unit 254.

Figure 2022074493000002
Figure 2022074493000002

ここで、式(1)は、式(2)のように変形でき、結果としては、カウンタ部254に保持されるカウント値は信号成分Vsig に応じたものとなる。なお、ここでは、高精度なカラー画像撮像を行なうべく、初期値とゲインを色対応別に制御する観点から黒基準についても考慮しているが、一般的には(モノクロ撮像を含む)、最後の項の黒基準の項を無視することもできる。 Here, the equation (1) can be modified as in the equation (2), and as a result, the count value held in the counter unit 254 corresponds to the signal component Vsig. Here, in order to perform high-precision color image imaging, the black standard is also considered from the viewpoint of controlling the initial value and gain for each color correspondence, but in general (including monochrome imaging), the last one. It is also possible to ignore the black reference term of the term.

Figure 2022074493000003
Figure 2022074493000003

つまり、上述のような一連の動作において、1回目の読出し時におけるダウンカウントと2回目の読出し時におけるアップカウントといった、2回の読出しとカウント処理によるカウンタ部254内での減算処理によって、単位画素3ごとのバラ付きを含んだリセット成分ΔVとカラムAD回路25ごとのオフセット成分とを除去することができる。また、単位画素3ごとの入射光量に応じた信号成分Vsig に黒基準成分の補正を加えた信号についてのデジタル信号のみを簡易な構成で取り出すことができる。 That is, in the series of operations as described above, the unit pixel is subjected to the subtraction processing in the counter unit 254 by the two reading and counting processing such as the down count at the first reading and the up counting at the second reading. It is possible to remove the reset component ΔV including the variation for each of 3 and the offset component for each column AD circuit 25. Further, only the digital signal of the signal obtained by adding the correction of the black reference component to the signal component Vsig according to the amount of incident light for each unit pixel 3 can be extracted with a simple configuration.

この際、回路バラ付きやリセット雑音も除去できる利点がある。つまり、2回目のカウント後の出力値が、雑音成分を除去した純粋なデジタル信号量を表すこととなる。よって、本実施形態のカラムAD回路25は、アナログの画素信号をデジタルの画素データに変換するデジタル変換部としてだけでなく、CDS(Correlated Double Sampling ;相関2重サンプリング)処理機能部としても動作することとなる。 At this time, there is an advantage that circuit variation and reset noise can be removed. That is, the output value after the second count represents a pure digital signal amount with the noise component removed. Therefore, the column AD circuit 25 of the present embodiment operates not only as a digital conversion unit that converts an analog pixel signal into digital pixel data, but also as a CDS (Correlated Double Sampling) processing function unit. It will be.

また、式(2)で得られるカウント値が示す画素データは正の信号電圧を示すので、補数演算などが不要となり、既存のシステムとの親和性が高い。 Further, since the pixel data indicated by the count value obtained in the equation (2) indicates a positive signal voltage, complement calculation or the like becomes unnecessary, and the affinity with the existing system is high.

<チップ構造の構成例>
上述した構成例に係る固体撮像装置1のチップ(半導体集積回路)構造としては、例えば、積層型のチップ構造を採ることができる。図4は、固体撮像装置1の積層型のチップ構造の概略を示す分解斜視図である。
<Example of chip structure configuration>
As the chip (semiconductor integrated circuit) structure of the solid-state image sensor 1 according to the configuration example described above, for example, a laminated chip structure can be adopted. FIG. 4 is an exploded perspective view showing an outline of the laminated chip structure of the solid-state image sensor 1.

図4に示すように、積層型のチップ構造、所謂、積層構造は、第2半導体チップである画素チップ101、及び、第1半導体チップであるロジックチップ102の少なくとも2つのチップが積層された構造となっている。そして、図2A又は図2Bに示す単位画素3の回路構成において、電荷生成部32のそれぞれが画素チップ101上に配置され、電荷生成部32以外の素子の全てや、単位画素3の他の回路部分の素子などがロジックチップ102上に配置される。画素チップ101とロジックチップ102とは、ビア(VIA)、Cu-Cu接合、バンプなどの接続部を介して電気的に接続される。 As shown in FIG. 4, the laminated chip structure, the so-called laminated structure, is a structure in which at least two chips of a pixel chip 101, which is a second semiconductor chip, and a logic chip 102, which is a first semiconductor chip, are laminated. It has become. Then, in the circuit configuration of the unit pixel 3 shown in FIG. 2A or FIG. 2B, each of the charge generation units 32 is arranged on the pixel chip 101, and all the elements other than the charge generation unit 32 and other circuits of the unit pixel 3 are arranged. The element or the like of the portion is arranged on the logic chip 102. The pixel chip 101 and the logic chip 102 are electrically connected via a connection portion such as a via (VIA), a Cu—Cu junction, or a bump.

尚、ここでは、電荷生成部32を画素チップ101に配置し、電荷生成部32以外の素子や単位画素3の他の回路部分の素子などをロジックチップ102に配置する構成例を例示したが、この構成例に限られるものではない。 Although the configuration example in which the charge generation unit 32 is arranged on the pixel chip 101 and the elements other than the charge generation unit 32 and the elements of other circuit portions of the unit pixel 3 are arranged on the logic chip 102 is illustrated here. It is not limited to this configuration example.

例えば、図2A又は図2Bに示す単位画素3の回路構成において、電荷生成部32及び読出選択用トランジスタ34の各素子を画素チップ101に配置し、電荷生成部32及び読出選択用トランジスタ34以外の素子や単位画素3の他の回路部分の素子などをロジックチップ102に配置する構成とすることができる。また、電荷生成部32、読出選択用トランジスタ34、リセットトランジスタ36及びフローティングディフュージョン38を画素チップ101に配置し、それ以外の素子をロジックチップ102に配置する構成とすることができる。 For example, in the circuit configuration of the unit pixel 3 shown in FIG. 2A or FIG. 2B, each element of the charge generation unit 32 and the read selection transistor 34 is arranged on the pixel chip 101, and other than the charge generation unit 32 and the read selection transistor 34. The element, the element of the other circuit portion of the unit pixel 3, and the like can be arranged on the logic chip 102. Further, the charge generation unit 32, the read selection transistor 34, the reset transistor 36, and the floating diffusion 38 can be arranged on the pixel chip 101, and the other elements can be arranged on the logic chip 102.

図5は、ロジックチップ102の構成及び配置の一例を示す平面図である。なお、図5の画素チップ101及びロジックチップ102は、図4と比較して、上下の配置が逆であることに留意されたい。図5に示す例では、ロジックチップ102に、垂直走査部14、カラム処理部26、DA変換回路27a及びロジック(logic)回路が配置されている。ロジック回路は、例えば、図1に示す回路構成のうち、画素部10、垂直走査部14、カラム処理部26及びDA変換回路27a(参照信号生成部27)以外の他の回路である。ロジックチップ102は、図5の画素チップ101上の破線に示す位置で貼り合わされる。 FIG. 5 is a plan view showing an example of the configuration and arrangement of the logic chip 102. It should be noted that the pixel chip 101 and the logic chip 102 in FIG. 5 are arranged upside down as compared with those in FIG. In the example shown in FIG. 5, a vertical scanning unit 14, a column processing unit 26, a DA conversion circuit 27a, and a logic circuit are arranged on the logic chip 102. The logic circuit is, for example, a circuit other than the pixel unit 10, the vertical scanning unit 14, the column processing unit 26, and the DA conversion circuit 27a (reference signal generation unit 27) in the circuit configuration shown in FIG. The logic chip 102 is bonded at the position shown by the broken line on the pixel chip 101 of FIG.

<マルチチップ構造の構成例>
近年、大型センサでは、大きな画素チップ101に個片化された複数のロジックチップ102を貼り合わせる構造が採用されている。すなわち、固体撮像装置1は、それぞれが複数の撮像信号をAD変換する複数のロジックチップを備える。図6は、個片化されたロジックチップ102の構成及び配置の一例を示す平面図である。
<Structure example of multi-chip structure>
In recent years, a large sensor has adopted a structure in which a plurality of individual logic chips 102 are bonded to a large pixel chip 101. That is, each of the solid-state image pickup devices 1 includes a plurality of logic chips that AD-convert a plurality of image pickup signals. FIG. 6 is a plan view showing an example of the configuration and arrangement of the individualized logic chip 102.

図6に示す例では、2つに分割されたロジックチップ102が水平方向に並べて配置されている。また、2つのロジックチップ102のそれぞれは、垂直走査部14、カラム処理部26、DA変換回路27a及びロジック回路等の構成及び配置が同じである。これは、例えば、2つのロジックチップ102が同一マスクで設計されているためである。尚、2つのロジックチップ102の面積の和は、図5に示すロジックチップ102の面積とほぼ同じである。 In the example shown in FIG. 6, the logic chips 102 divided into two are arranged side by side in the horizontal direction. Further, each of the two logic chips 102 has the same configuration and arrangement of the vertical scanning unit 14, the column processing unit 26, the DA conversion circuit 27a, the logic circuit, and the like. This is because, for example, the two logic chips 102 are designed with the same mask. The sum of the areas of the two logic chips 102 is substantially the same as the area of the logic chips 102 shown in FIG.

通常、露光装置の露光範囲より面積が大きいチップを製造する場合、複数毎のマスクパターンを繋ぎ合わせながら順次露光していく処理、いわゆる繋ぎ露光が用いられる場合がある。例えば、35mmサイズ又は中判サイズの大型センサの画素チップ101は、繋ぎ露光により作製される。一方、大型センサのロジックチップ102は、繋ぎ露光で作られる単一チップではなく、複数の個片化チップに分割されて画素チップに貼り合わせられる場合がある。 Usually, when manufacturing a chip having an area larger than the exposure range of an exposure apparatus, a process of sequentially exposing while connecting a plurality of mask patterns, so-called joint exposure, may be used. For example, a pixel chip 101 of a large sensor having a size of 35 mm or a medium format is manufactured by joint exposure. On the other hand, the logic chip 102 of the large sensor may be divided into a plurality of individualized chips and bonded to the pixel chip instead of a single chip made by joint exposure.

ロジックチップ102を個片化チップに分割することにより、繋ぎ露光が不要になる。繋ぎ露光を行うには、特殊な設計ルール、製造装置及び製造工程が必要になる。この結果、コストが高くなってしまう。ロジックチップ102を個片化チップに分割することにより、一括露光により、低コストでロジックチップ102を製造することができる。また、個片化ロジックチップを同一マスクで設計することができ、マスク代を削減することができる。複数のロジックチップ102のそれぞれは、同一のマスクで設計されるため、同一サイズ、同一形状、及び同一の回路構成を有する。また、個片化されたチップを選別して、良品だけを選んで画素チップ101に貼り合わせることにより、積層チップの歩留まりを向上させることができる。 By dividing the logic chip 102 into individualized chips, joint exposure becomes unnecessary. Joint exposure requires special design rules, manufacturing equipment and manufacturing processes. As a result, the cost becomes high. By dividing the logic chip 102 into individualized chips, the logic chip 102 can be manufactured at low cost by batch exposure. In addition, the individualized logic chip can be designed with the same mask, and the mask cost can be reduced. Since each of the plurality of logic chips 102 is designed with the same mask, they have the same size, the same shape, and the same circuit configuration. Further, by selecting the individualized chips, selecting only non-defective products and attaching them to the pixel chip 101, the yield of the laminated chips can be improved.

図7は、個片化されたロジックチップ102の構成及び配置の第1変形例を示す平面図である。図7に示す例では、図6と比較して、垂直走査部14がロジックチップ102ではなく画素チップ101に配置されている。この場合でも、2つのロジックチップ102のそれぞれは、カラム処理部26、DA変換回路27a及びロジック回路等の構成及び配置が同じである。 FIG. 7 is a plan view showing a first modification example of the configuration and arrangement of the individualized logic chip 102. In the example shown in FIG. 7, the vertical scanning unit 14 is arranged not on the logic chip 102 but on the pixel chip 101 as compared with FIG. Even in this case, each of the two logic chips 102 has the same configuration and arrangement of the column processing unit 26, the DA conversion circuit 27a, the logic circuit, and the like.

図8は、個片化されたロジックチップ102の構成及び配置の第2変形例を示す平面図である。図8に示す例では、図7と比較して、4つのロジックチップ102に分割されている。また、4つのロジックチップは、同じ設計データから、左右及び上下の反転を組み合わせて製造されている。4つのロジックチップは、図8の画素チップ101の上下の各側に2つずつ貼り付けられる。 FIG. 8 is a plan view showing a second modification of the configuration and arrangement of the individualized logic chip 102. In the example shown in FIG. 8, it is divided into four logic chips 102 as compared with FIG. 7. Further, the four logic chips are manufactured from the same design data by combining left-right and up-down inversion. Two of the four logic chips are attached to the upper and lower sides of the pixel chip 101 of FIG.

図9は、比較例に係る固体撮像装置1の積層型のチップ構造の一例を示す概略図である。 FIG. 9 is a schematic view showing an example of a laminated chip structure of the solid-state image sensor 1 according to a comparative example.

複数のロジックチップ102のそれぞれは、参照信号線251と、DA変換回路27aL(参照信号生成部27)と、カラム処理部26と、を有する。カラム処理部26には、図1に示すように、複数のカラムAD回路25が含まれる。図9に示す例では、図6又は図7のように、2つのロジックチップ102が画素チップ101に貼り合わされている。以下では、この2つのロジックチップ102は、左チップ102L、及び、右チップ102Rと呼ぶ。左チップ102Lは、DA変換回路27aL、参照信号線251L及びカラム処理部26Lを有する。右チップ102Rは、DA変換回路27aR、参照信号線251R及びカラム処理部26Rを有する。 Each of the plurality of logic chips 102 has a reference signal line 251, a DA conversion circuit 27aL (reference signal generation unit 27), and a column processing unit 26. As shown in FIG. 1, the column processing unit 26 includes a plurality of column AD circuits 25. In the example shown in FIG. 9, two logic chips 102 are attached to the pixel chip 101 as shown in FIG. 6 or 7. Hereinafter, the two logic chips 102 will be referred to as a left chip 102L and a right chip 102R. The left chip 102L has a DA conversion circuit 27aL, a reference signal line 251L, and a column processing unit 26L. The right chip 102R has a DA conversion circuit 27aR, a reference signal line 251R, and a column processing unit 26R.

また、固体撮像装置1は、信号線ピッチ変換部103L、103Rをさらに備える。信号線ピッチ変換部103L、103Rは、画素チップ101内の画素配列(画素部10)から伸びる垂直信号線19を左チップ102L及び右チップ102Rと接続可能にするように、画素チップ101の垂直信号線19間のピッチを変換する。信号線ピッチ変換部103L、103Rにより、例えば、画素チップ101における左チップ102Lと右チップ102Rとの間の領域に配置された垂直信号線19の位置を調整することができる。 Further, the solid-state image sensor 1 further includes signal line pitch conversion units 103L and 103R. The signal line pitch conversion units 103L and 103R are vertical signals of the pixel chip 101 so that the vertical signal line 19 extending from the pixel array (pixel unit 10) in the pixel chip 101 can be connected to the left chip 102L and the right chip 102R. Convert the pitch between the lines 19. The signal line pitch conversion units 103L and 103R can, for example, adjust the position of the vertical signal line 19 arranged in the region between the left chip 102L and the right chip 102R in the pixel chip 101.

信号線ピッチ変換部103Lは、画素チップ101と左チップ102Lとの間に設けられている。信号線ピッチ変換部103Rは、画素チップ101と右チップ102Rとの間に設けられている。図9に示す接続部104は、左チップ102Lと信号線ピッチ変換部103Lとの間、及び、右チップ102Rと信号線ピッチ変換部103Rとの間を電気的に接続する。接続部104は、例えば、図4を参照して説明したビア、Cu-Cu接合、バンプなどである。 The signal line pitch conversion unit 103L is provided between the pixel chip 101 and the left chip 102L. The signal line pitch conversion unit 103R is provided between the pixel chip 101 and the right chip 102R. The connection unit 104 shown in FIG. 9 electrically connects between the left chip 102L and the signal line pitch conversion unit 103L, and between the right chip 102R and the signal line pitch conversion unit 103R. The connecting portion 104 is, for example, a via, a Cu—Cu junction, a bump, or the like described with reference to FIG.

しかし、図9に示す例では、左右のDA変換回路27aL、27aRの回路ばらつきにより、ロジックチップ102L、102Rごとにランプ状の参照信号RAMP_L、RAMP_RのLSB(Least Significant Bit)重みが異なってしまう可能性がある。LSB重みは、参照信号RAMPの傾きに影響する。例えば、参照信号RAMPの生成のための抵抗及び電流値のばらつきによって、図3に示す参照信号RAMPの傾きβが異なってしまう。この場合、水平方向に均一な画素入力信号が左チップ102L及び右チップ102Rに入力されても、左チップ102Lと右チップ102Rとの間でAD出力レベルが異なってしまう。AD出力レベルの差により、固体撮像装置1の出力映像の中央に段差(シェーディング)が視認されてしまう。すなわち、AD変換が個片化された複数のロジックチップで行われることにより、AD出力レベルのばらつきが生じて、画質が低下してしまう場合がある。 However, in the example shown in FIG. 9, the LSB (Least Significant Bit) weights of the lamp-shaped reference signals RAMP_L and RAMP_R may differ for each of the logic chips 102L and 102R due to the circuit variation of the left and right DA conversion circuits 27aL and 27aR. There is sex. The LSB weight affects the slope of the reference signal RAMP. For example, the slope β of the reference signal RAMP shown in FIG. 3 differs depending on the variation in the resistance and the current value for generating the reference signal RAMP. In this case, even if a horizontally uniform pixel input signal is input to the left chip 102L and the right chip 102R, the AD output level differs between the left chip 102L and the right chip 102R. Due to the difference in the AD output level, a step (shading) is visually recognized in the center of the output image of the solid-state image sensor 1. That is, when the AD conversion is performed by a plurality of logic chips that are individualized, the AD output level may vary and the image quality may deteriorate.

<第1実施形態>
図10は、第1実施形態に係る固体撮像装置1の積層型のチップ構造の一例を示す概略図である。
<First Embodiment>
FIG. 10 is a schematic view showing an example of a laminated chip structure of the solid-state image sensor 1 according to the first embodiment.

図10に示す例では、固体撮像装置1は、信号線接続部253と、スイッチ255L、255Rと、をさらに備える。 In the example shown in FIG. 10, the solid-state image sensor 1 further includes a signal line connection unit 253 and switches 255L and 255R.

信号線接続部253は、左チップ102Lの参照信号線251Lと、右チップ102Rの参照信号線251Rと、を電気的に接続する。信号線接続部253は、画素チップ101を経由している。尚、信号線接続部253の詳細については、図11A及び図11Bを参照して、後で説明する。 The signal line connection unit 253 electrically connects the reference signal line 251L of the left chip 102L and the reference signal line 251R of the right chip 102R. The signal line connecting portion 253 passes through the pixel chip 101. The details of the signal line connecting portion 253 will be described later with reference to FIGS. 11A and 11B.

スイッチ255Lは、DA変換回路27aLとカラム処理部26Lとの間に設けられ、DA変換回路27aLとカラム処理部26Lとの間の電気的な接続を切り替える。 The switch 255L is provided between the DA conversion circuit 27aL and the column processing unit 26L, and switches the electrical connection between the DA conversion circuit 27aL and the column processing unit 26L.

スイッチ255Rは、DA変換回路27aRとカラム処理部26Rとの間に設けられ、DA変換回路27aRとカラム処理部26Rとの間の電気的な接続を切り替える。 The switch 255R is provided between the DA conversion circuit 27aR and the column processing unit 26R, and switches the electrical connection between the DA conversion circuit 27aR and the column processing unit 26R.

図10に示す例では、スイッチ255L及びスイッチ255Rは、それぞれ閉状態及び開状態である。これにより、DA変換回路27aLを有効化し、かつ、DA変換回路27aRを無効化することができる。この場合、左チップ102LのDA変換回路27aLで生成された参照信号RAMP_Lが、参照信号線251L、251Rを介してカラム処理部26L、26Rの両方に供給される。この結果、図9を参照して説明した、DA変換回路27aL、27aRの回路ばらつきによる、LSB重みの差の影響を抑制することができる。従って、出力映像の段差及びシェーディング等の画質の低下を抑制することができる。 In the example shown in FIG. 10, the switch 255L and the switch 255R are in the closed state and the open state, respectively. As a result, the DA conversion circuit 27aL can be enabled and the DA conversion circuit 27aR can be disabled. In this case, the reference signal RAMP_L generated by the DA conversion circuit 27aL of the left chip 102L is supplied to both the column processing units 26L and 26R via the reference signal lines 251L and 251R. As a result, the influence of the difference in LSB weight due to the circuit variation of the DA conversion circuits 27aL and 27aR described with reference to FIG. 9 can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress deterioration of image quality such as steps in the output image and shading.

図10において斜線で示すDA変換回路27aRは、スタンバイ状態である。この場合、DA変換回路27aRは、参照信号RAMP_Rの生成を停止する。DA変換回路27aRは、内部電流パスを切断し、省電力状態である。 The DA conversion circuit 27aR shown by diagonal lines in FIG. 10 is in a standby state. In this case, the DA conversion circuit 27aR stops the generation of the reference signal RAMP_R. The DA conversion circuit 27aR cuts the internal current path and is in a power saving state.

尚、必ずしもスイッチ255L、255Rを設ける場合に限られず、DA変換回路27aRの出力のインピーダンスを高くすればよい。例えば、DA変換回路27aRの出力側の配線を切断するように、左チップ102Lの製造に用いたマスクとは別のマスクを用いて右チップ102Rを製造してもよい。 It should be noted that the impedance of the output of the DA conversion circuit 27aR may be increased, not necessarily limited to the case where the switches 255L and 255R are provided. For example, the right chip 102R may be manufactured using a mask different from the mask used for manufacturing the left chip 102L so as to cut the wiring on the output side of the DA conversion circuit 27aR.

次に、信号線接続部253の詳細について説明する。 Next, the details of the signal line connecting portion 253 will be described.

図11Aは、第1実施形態に係る信号線接続部253の構成の一例を示す断面図である。図11Bは、第1実施形態に係る信号線接続部253の構成の一例を示す平面図である。また、図11A及び図11Bに示す例では、図10に示す接続部104は、Cu-Cu接続又はバンプ接続である。尚、図11A及び図11Bでは、信号線ピッチ変換部103L、103Rは省略されている。 FIG. 11A is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the signal line connecting portion 253 according to the first embodiment. FIG. 11B is a plan view showing an example of the configuration of the signal line connecting portion 253 according to the first embodiment. Further, in the examples shown in FIGS. 11A and 11B, the connection portion 104 shown in FIG. 10 is a Cu—Cu connection or a bump connection. In FIGS. 11A and 11B, the signal line pitch conversion units 103L and 103R are omitted.

図11Aに示す例では、2つのロジックチップ102L、102Rが画素チップ101に積層されている。より詳細には、図11Aの下方から上方向に向かって、ロジックチップ102L、102Rの基板1021及び配線層1022、並びに、画素チップ101の配線層1012及び基板1011の順に積層されている。基板1011及び基板1021は、例えば、シリコン基板である。画素チップ101の基板1011には、光電変換を行う単位画素3が配列された画素アレイ部が配置される。ロジックチップ102L、102Rの基板1021には、カラム処理部26等の後段回路が配置される。配線層1012、1022のそれぞれは、単層又は複数層の絶縁膜と、単層又は複数層の配線と、を含む。また、ロジックチップ102L、102R及び画素チップ101は、貼合面Sにおいて、バンプ、または導電材料同士の直接接合にて電気的に接続される。基板1021及び基板1011は、配線層1012、1022を介して電気的に接続される。 In the example shown in FIG. 11A, two logic chips 102L and 102R are laminated on the pixel chip 101. More specifically, from the lower side to the upper side of FIG. 11A, the substrate 1021 and the wiring layer 1022 of the logic chips 102L and 102R, and the wiring layer 1012 and the substrate 1011 of the pixel chip 101 are laminated in this order. The substrate 1011 and the substrate 1021 are, for example, silicon substrates. On the substrate 1011 of the pixel chip 101, a pixel array unit in which unit pixels 3 for performing photoelectric conversion are arranged is arranged. Subsequent circuits such as a column processing unit 26 are arranged on the substrate 1021 of the logic chips 102L and 102R. Each of the wiring layers 1012 and 1022 includes a single-layer or multi-layer insulating film and a single-layer or multi-layer wiring. Further, the logic chips 102L, 102R and the pixel chip 101 are electrically connected on the bonding surface S by bumps or direct bonding between conductive materials. The substrate 1021 and the substrate 1011 are electrically connected via the wiring layers 1012 and 1022.

信号線接続部253は、画素チップ101を介して、左チップ102Lの参照信号線251Lと、右チップ102Rの参照信号線251Rと、を電気的に接続する。信号線接続部253は、配線W1と、パッドP1、P2と、ビアV1、V2と、を有する。配線W1、パッドP1及びビアV1は、画素チップ101に配置される。パッドP2及びビアV2は、ロジックチップである左チップ102L及び右チップ102Rに配置される。配線W1、パッドP1、P2及びビアV1、V2の材料には、導電性材料が用いられる。 The signal line connection unit 253 electrically connects the reference signal line 251L of the left chip 102L and the reference signal line 251R of the right chip 102R via the pixel chip 101. The signal line connecting portion 253 has a wiring W1, pads P1 and P2, and vias V1 and V2. The wiring W1, the pad P1, and the via V1 are arranged on the pixel chip 101. The pad P2 and the via V2 are arranged on the left chip 102L and the right chip 102R, which are logic chips. A conductive material is used as the material for the wiring W1, the pads P1, P2, and the vias V1 and V2.

配線W1は、画素チップ101の配線層1012内の或る層に設けられる。パッドP1、P2は、貼合面Sにおいて画素チップ101とロジックチップ102とを電気的に接続するために設けられる。ビアV1は、チップの積層方向と略平行に設けられ、配線W1とパッドP1とを電気的に接続する。ビアV2は、チップの積層方向と略平行に設けられ、参照信号線251LとパッドP2とを電気的に接続する。なお、ビアV2は、複数の配線層と電気的に接続するように設けられていてもよい。 The wiring W1 is provided on a certain layer in the wiring layer 1012 of the pixel chip 101. The pads P1 and P2 are provided to electrically connect the pixel chip 101 and the logic chip 102 on the bonding surface S. The via V1 is provided substantially parallel to the stacking direction of the chips, and electrically connects the wiring W1 and the pad P1. The via V2 is provided substantially parallel to the stacking direction of the chips, and electrically connects the reference signal line 251L and the pad P2. The via V2 may be provided so as to be electrically connected to a plurality of wiring layers.

図11Aに示すように、参照信号線251Lは、左チップ102L側のビアV2、パッドP2及びパッドP1を介して、配線W1と電気的に接続されている。同様に、参照信号線251Rは、右チップ102R側のビアV2、パッドP2及びパッドP1を介して、配線W1と電気的に接続されている。この結果、参照信号線251L、251Rは、電気的に接続される。 As shown in FIG. 11A, the reference signal line 251L is electrically connected to the wiring W1 via the via V2, the pad P2, and the pad P1 on the left chip 102L side. Similarly, the reference signal line 251R is electrically connected to the wiring W1 via the via V2, the pad P2, and the pad P1 on the right chip 102R side. As a result, the reference signal lines 251L and 251R are electrically connected.

図11Bに示すように、図11Aの上方向又は下方向から見ると、左チップ102L側のビアV1、V2の位置において、参照信号線251Lと配線W1とが重なる。同様に、右チップ102R側のビアV1、V2の位置において、参照信号線251Rと配線W1とが重なる。 As shown in FIG. 11B, when viewed from above or below in FIG. 11A, the reference signal line 251L and the wiring W1 overlap at the positions of the vias V1 and V2 on the left chip 102L side. Similarly, the reference signal line 251R and the wiring W1 overlap at the positions of the vias V1 and V2 on the right chip 102R side.

図12Aは、第1実施形態に係る信号線接続部253の構成の第1変形例を示す断面図である。図12Bは、第1実施形態に係る信号線接続部253の構成の第1変形例を示す平面図である。また、図12A及び図12Bに示す例では、図10に示す接続部104は、TSV(Through Silicon Via)である。従って、ロジックチップ102L、102R及び画素チップ101は、貼合面Sにおいて、ビア、または導電材料同士の直接接合にて電気的に接続される。 FIG. 12A is a cross-sectional view showing a first modification of the configuration of the signal line connecting portion 253 according to the first embodiment. FIG. 12B is a plan view showing a first modification of the configuration of the signal line connecting portion 253 according to the first embodiment. Further, in the example shown in FIGS. 12A and 12B, the connection portion 104 shown in FIG. 10 is a TSV (Through Silicon Via). Therefore, the logic chips 102L, 102R and the pixel chip 101 are electrically connected on the bonding surface S by direct bonding between vias or conductive materials.

図12A及び図12Bに示す信号線接続部253は、配線W2、W3と、ビアV3、V4と、を有する。配線W2、W3及びビアV4は、画素チップ101に配置される。ビアV3、V4は、画素チップ101の基板1011(例えば、シリコン基板)を貫通するように設けられる。また、ビアV3は、画素チップ101を貫通して左チップ102L及び右チップ102Rに達するように配置される。配線W2、W3及びビアV3、V4の材料には、導電性材料が用いられる。 The signal line connecting portion 253 shown in FIGS. 12A and 12B has wirings W2 and W3 and vias V3 and V4. The wirings W2, W3 and via V4 are arranged on the pixel chip 101. The vias V3 and V4 are provided so as to penetrate the substrate 1011 (for example, a silicon substrate) of the pixel chip 101. Further, the via V3 is arranged so as to penetrate the pixel chip 101 and reach the left chip 102L and the right chip 102R. A conductive material is used as the material for the wirings W2 and W3 and the vias V3 and V4.

配線W2は、画素チップ101の基板1011上に設けられる。配線W3は、画素チップ101の配線層1012内の層に設けられる。ビアV3は、画素チップ101とロジックチップ102とを電気的に接続するために設けられる。ビアV3は、チップの積層方向と略平行に設けられ、配線W2と参照信号線251L及び参照信号線251Rとを電気的に接続する。ビアV4は、チップの積層方向と略平行に設けられ、配線W2と配線W3とを電気的に接続する。 The wiring W2 is provided on the substrate 1011 of the pixel chip 101. The wiring W3 is provided in a layer in the wiring layer 1012 of the pixel chip 101. The via V3 is provided to electrically connect the pixel chip 101 and the logic chip 102. The via V3 is provided substantially parallel to the stacking direction of the chips, and electrically connects the wiring W2 with the reference signal line 251L and the reference signal line 251R. The via V4 is provided substantially parallel to the stacking direction of the chips, and electrically connects the wiring W2 and the wiring W3.

図12Aに示すように、参照信号線251Lは、左チップ102L側のビアV3、配線W2及びビアV4を介して、配線W3と電気的に接続されている。同様に、参照信号線251Rは、右チップ102R側のビアV3、配線W2及びビアV4を介して、配線W3と電気的に接続されている。この結果、参照信号線251L、251Rは、電気的に接続される。 As shown in FIG. 12A, the reference signal line 251L is electrically connected to the wiring W3 via the via V3, the wiring W2, and the via V4 on the left chip 102L side. Similarly, the reference signal line 251R is electrically connected to the wiring W3 via the via V3, the wiring W2, and the via V4 on the right chip 102R side. As a result, the reference signal lines 251L and 251R are electrically connected.

図12Bに示すように、図12Aの上方向又は下方向から見ると、左チップ102L側のビアV3の位置において、参照信号線251Lと左チップ102L側の配線W2とが重なる。左チップ102L側のビアV4の位置において、左チップ102L側の配線W2と配線W3とが重なる。同様に、右チップ102R側のビアV3の位置において、参照信号線251Rと右チップ102R側の配線W2とが重なる。右チップ102R側のビアV4の位置において、右チップ102R側の配線W2と配線W3とが重なる。 As shown in FIG. 12B, when viewed from above or below in FIG. 12A, the reference signal line 251L and the wiring W2 on the left chip 102L side overlap at the position of the via V3 on the left chip 102L side. At the position of the via V4 on the left chip 102L side, the wiring W2 and the wiring W3 on the left chip 102L side overlap. Similarly, at the position of the via V3 on the right chip 102R side, the reference signal line 251R and the wiring W2 on the right chip 102R side overlap. At the position of the via V4 on the right chip 102R side, the wiring W2 and the wiring W3 on the right chip 102R side overlap.

次に、図1に示す参照信号供給IF部28の内部構成の詳細を説明する。 Next, the details of the internal configuration of the reference signal supply IF unit 28 shown in FIG. 1 will be described.

図13A及び図13Bは、第1実施形態に係る参照信号供給IF部28の構成の一例を示す概略構成図である。図13A及び図13Bは、それぞれ左チップ102L及び右チップ102Rの参照信号供給IF部28を示す。 13A and 13B are schematic configuration diagrams showing an example of the configuration of the reference signal supply IF unit 28 according to the first embodiment. 13A and 13B show the reference signal supply IF unit 28 of the left chip 102L and the right chip 102R, respectively.

図13Aに示す例では、DA変換回路27aLで生成された参照信号RAMP_Lが参照信号線251Lに供給される。参照信号線251L上に、カラムAD回路25の数に応じた複数のノードNLが設けられる。ノードNLは、カラムAD回路25の参照信号出力線281と接続されている。これにより、各カラムAD回路25に参照信号RAMP_Lが供給される。 In the example shown in FIG. 13A, the reference signal RAMP_L generated by the DA conversion circuit 27aL is supplied to the reference signal line 251L. A plurality of nodes NL corresponding to the number of column AD circuits 25 are provided on the reference signal line 251L. The node NL is connected to the reference signal output line 281 of the column AD circuit 25. As a result, the reference signal RAMP_L is supplied to each column AD circuit 25.

図13Bに示す例では、上記のように、右チップ102Rの参照信号線251Rは、左チップ102Lの参照信号線251Lと電気的に接続されている。従って、参照信号線251Rには、参照信号RAMP_Lが供給される。参照信号線251R上に、カラムAD回路25の数に応じた複数のノードNRが設けられる。ノードNRは、カラムAD回路25の参照信号出力線281と接続されている。これにより、各カラムAD回路25には参照信号RAMP_Lが供給される。 In the example shown in FIG. 13B, as described above, the reference signal line 251R of the right chip 102R is electrically connected to the reference signal line 251L of the left chip 102L. Therefore, the reference signal RAMP_L is supplied to the reference signal line 251R. A plurality of node NRs corresponding to the number of column AD circuits 25 are provided on the reference signal line 251R. The node NR is connected to the reference signal output line 281 of the column AD circuit 25. As a result, the reference signal RAMP_L is supplied to each column AD circuit 25.

図14A及び図14Bは、第1実施形態に係る参照信号供給IF部28の構成の第1変形例を示す概略構成図である。図14A及び図14Bは、それぞれ左チップ102L及び右チップ102Rの参照信号供給IF部28を示す。 14A and 14B are schematic configuration diagrams showing a first modification of the configuration of the reference signal supply IF unit 28 according to the first embodiment. 14A and 14B show the reference signal supply IF unit 28 of the left chip 102L and the right chip 102R, respectively.

図14A及び図14Bに示す例では、参照信号供給IF部28は、複数のバッファ部282と、出力配線283と、を有する。 In the example shown in FIGS. 14A and 14B, the reference signal supply IF unit 28 has a plurality of buffer units 282 and an output wiring 283.

複数のバッファ部282は、参照信号線251上の参照信号RAMPを複数のカラムAD回路25のそれぞれに対応づけてバッファリングする。これにより、長配線又は高負荷の参照信号線251L、251Rの応答を高速化したり、電圧比較部252からのキックバックの影響を軽減したりすることができる。バッファ部282は、カラムAD回路25とノードNL及びノードNRとの間に複数設けられる。 The plurality of buffer units 282 buffer the reference signal RAMP on the reference signal line 251 in association with each of the plurality of column AD circuits 25. This makes it possible to speed up the response of the long wiring or high-load reference signal lines 251L and 251R, and to reduce the influence of kickback from the voltage comparison unit 252. A plurality of buffer units 282 are provided between the column AD circuit 25 and the node NL and the node NR.

出力配線283は、複数のバッファ部282の出力側を電気的に接続させ、複数のバッファ部282の出力ノードが共通に接続されるようにする。すなわち、出力配線283は、複数のバッファ部282間でバッファ部282の出力をショートさせることができる。これにより、バッファ部282の出力を平均化することができ、バッファ部282から発生するランダムノイズを軽減することができる。バッファ部282とカラムAD回路25との間の参照信号出力線281上に、ノードNOが設けられている。ノードNOは、出力配線283と電気的に接続される。また、出力配線283は、参照信号RAMP_Oを各カラムAD回路25に供給する。左チップ102Lの出力配線283、及び、右チップ102Rの出力配線283は、電気的に接続される。より詳細には、左チップ102Lの出力配線283、及び、右チップ102Rの出力配線283は、画素チップ101を介して電気的に接続される。従って、左チップ102Lと右チップ102Rとの間でバッファ部282の出力が平均化される。 The output wiring 283 electrically connects the output sides of the plurality of buffer units 282 so that the output nodes of the plurality of buffer units 282 are commonly connected. That is, the output wiring 283 can short-circuit the output of the buffer unit 282 between the plurality of buffer units 282. As a result, the output of the buffer unit 282 can be averaged, and the random noise generated from the buffer unit 282 can be reduced. A node NO is provided on the reference signal output line 281 between the buffer unit 282 and the column AD circuit 25. The node NO is electrically connected to the output wiring 283. Further, the output wiring 283 supplies the reference signal RAMP_O to each column AD circuit 25. The output wiring 283 of the left chip 102L and the output wiring 283 of the right chip 102R are electrically connected. More specifically, the output wiring 283 of the left chip 102L and the output wiring 283 of the right chip 102R are electrically connected via the pixel chip 101. Therefore, the output of the buffer unit 282 is averaged between the left chip 102L and the right chip 102R.

図15は、バッファ部282の構成の一例を示す回路図である。図15に示す例では、バッファ部282は、参照信号RAMP_Lが入力されて参照信号RAMP_Oを出力するソースフォロワ回路である。 FIG. 15 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the buffer unit 282. In the example shown in FIG. 15, the buffer unit 282 is a source follower circuit to which the reference signal RAMP_L is input and the reference signal RAMP_O is output.

バッファ部282は、トランジスタ2821と、電流源2822と、を有する。トランジスタ2821は、例えば、P型トランジスタである。参照信号RAMP_Lは、参照信号線251L、251Rと接続されるトランジスタ2821のゲートに入力される。参照信号RAMP_Oは、出力配線283と接続される、トランジスタ2821のソースと電流源2822との間のノードから出力される。 The buffer unit 282 includes a transistor 2821 and a current source 2822. The transistor 2821 is, for example, a P-type transistor. The reference signal RAMP_L is input to the gate of the transistor 2821 connected to the reference signal lines 251L and 251R. The reference signal RAMP_O is output from the node between the source of the transistor 2821 and the current source 2822, which is connected to the output wiring 283.

以上のように、第1実施形態では、左チップ102Lの参照信号線251L、及び、右チップ102Rの参照信号線251Rが電気的に接続されている。左チップ102LのDA変換回路27aLで生成された参照信号RAMP_Lが参照信号線251L、251Rに供給される。右チップ102RのDA変換回路27aRは無効化される。これにより、分割された複数のロジックチップ102間におけるLSB重みのばらつきの影響を抑制することができる。従って、分割された複数のロジックチップ102間におけるAD出力のばらつきを抑制することができる。この結果、画質の低下を抑制することができる。 As described above, in the first embodiment, the reference signal line 251L of the left chip 102L and the reference signal line 251R of the right chip 102R are electrically connected. The reference signal RAMP_L generated by the DA conversion circuit 27aL of the left chip 102L is supplied to the reference signal lines 251L and 251R. The DA conversion circuit 27aR of the right chip 102R is invalidated. Thereby, the influence of the variation of the LSB weight among the plurality of divided logic chips 102 can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress variations in AD output among the plurality of divided logic chips 102. As a result, deterioration of image quality can be suppressed.

尚、分割されたロジックチップ102の数は、2つに限られない。第1実施形態は、ロジックチップ102の数が3つ以上の場合にも適用することができる。この場合、複数のロジックチップ102内の複数の参照信号線251同士は電気的に接続される。複数のロジックチップ102のうちいずれか一つのロジックチップ102内のDA変換回路27aが生成した参照信号RAMPが複数の参照信号線251に供給される。AD変換する際には、一つのロジックチップ102以外の他のロジックチップ102内のDA変換回路27aは、参照信号RAMPの生成を停止する。また、図14A及び図14Bに示す出力配線283について、複数のロジックチップ102内の複数の出力配線283同士は、電気的に接続される。 The number of divided logic chips 102 is not limited to two. The first embodiment can also be applied when the number of logic chips 102 is three or more. In this case, the plurality of reference signal lines 251 in the plurality of logic chips 102 are electrically connected to each other. The reference signal RAMP generated by the DA conversion circuit 27a in any one of the plurality of logic chips 102 is supplied to the plurality of reference signal lines 251. At the time of AD conversion, the DA conversion circuit 27a in the other logic chips 102 other than one logic chip 102 stops the generation of the reference signal RAMP. Further, with respect to the output wirings 283 shown in FIGS. 14A and 14B, the plurality of output wirings 283s in the plurality of logic chips 102 are electrically connected to each other.

<第2実施形態>
図16は、第2実施形態に係る固体撮像装置1の積層型のチップ構造の一例を示す概略図である。第2実施形態は、右チップ102RのDA変換回路27aRを有効化している点で、第1実施形態とは異なっている。
<Second Embodiment>
FIG. 16 is a schematic view showing an example of a laminated chip structure of the solid-state image sensor 1 according to the second embodiment. The second embodiment is different from the first embodiment in that the DA conversion circuit 27aR of the right chip 102R is enabled.

固体撮像装置1は、信号レベル取得部105と、ゲイン調整部106と、をさらに備える。なお、信号レベル取得部105及びゲイン調整部106は、複数のロジックチップ102(左チップ102L及び右チップ102R)内にそれぞれ設けられていてもよい。 The solid-state image sensor 1 further includes a signal level acquisition unit 105 and a gain adjustment unit 106. The signal level acquisition unit 105 and the gain adjustment unit 106 may be provided in a plurality of logic chips 102 (left chip 102L and right chip 102R), respectively.

信号レベル取得部105は、参照信号RAMP_L、RAMP_Rの信号レベルを取得する。信号レベル取得部105は、例えば、DA変換回路27aL、27aRのLSB重みを取得する。 The signal level acquisition unit 105 acquires the signal levels of the reference signals RAMP_L and RAMP_R. The signal level acquisition unit 105 acquires, for example, the LSB weights of the DA conversion circuits 27aL and 27aR.

ゲイン調整部106は、信号レベル取得部105が取得した信号レベルに基づいて、信号の補正処理を行う。ゲイン調整部106は、例えば、DA変換回路27aR、27aLが生成する参照信号RAMP_L、RAMP_Rのアナログゲインを調整し、又は、カラム処理部26R、26LによりAD変換されたデジタル信号のデジタルゲインを調整する。 The gain adjusting unit 106 performs signal correction processing based on the signal level acquired by the signal level acquisition unit 105. The gain adjusting unit 106 adjusts, for example, the analog gain of the reference signals RAMP_L and RAMP_R generated by the DA conversion circuits 27aR and 27aL, or adjusts the digital gain of the digital signal AD-converted by the column processing units 26R and 26L. ..

図17は、第2実施形態に係るゲイン調整の一例を示す図である。 FIG. 17 is a diagram showing an example of gain adjustment according to the second embodiment.

図17に示す例では、調整前におけるDA変換回路27aLのLSB重みは、DA変換回路27aRのLSB重みよりも高い。信号線接続部253により参照信号線251L、251Rをショートしない場合、破線で示すように、LSB重みに差が生じている。この場合、図9を参照して説明した比較例のように、固体撮像装置1の出力映像の中央に段差が視認されてしまう。 In the example shown in FIG. 17, the LSB weight of the DA conversion circuit 27aL before adjustment is higher than the LSB weight of the DA conversion circuit 27aR. When the reference signal lines 251L and 251R are not short-circuited by the signal line connecting portion 253, there is a difference in the LSB weights as shown by the broken line. In this case, as in the comparative example described with reference to FIG. 9, a step is visually recognized in the center of the output image of the solid-state image sensor 1.

信号線接続部253により参照信号線251L、251Rをショートする場合、実線で示すように、DA変換回路27aLとDA変換回路27aRとの間で、水平方向にLSB重みがなだらかに変化する。これは、参照信号線251L、251R及び信号線接続部253に有限のインピーダンスが存在するためである。このなだらかに変化するLSB重みの形状は、固体撮像装置1の出力映像の水平シェーディングにつながる。 When the reference signal lines 251L and 251R are short-circuited by the signal line connecting portion 253, the LSB weight changes gently in the horizontal direction between the DA conversion circuit 27aL and the DA conversion circuit 27aR, as shown by the solid line. This is because the reference signal lines 251L and 251R and the signal line connection portion 253 have a finite impedance. This gently changing shape of the LSB weight leads to horizontal shading of the output image of the solid-state image sensor 1.

次に、LSB重みの違いの影響を抑制するための方法について説明する。 Next, a method for suppressing the influence of the difference in LSB weights will be described.

まず、信号レベル取得部105は、左右のDA変換回路27aL、27aRのLSB重みのずれ量の情報を取得する。信号レベル取得部105は、例えば、DA変換回路27a、27aRの出力を電圧計(図示せず)等で直接測定する。なお、信号レベル取得部105は、例えば、テスト用の回路から全カラムの垂直信号線19(vsl)に共通の信号量を与えた場合において、センサ(固体撮像装置1)から出力されたAD変換結果(例えば、画像)から、左端と右端との出力平均差から算出してもよい。 First, the signal level acquisition unit 105 acquires information on the amount of deviation of the LSB weights of the left and right DA conversion circuits 27aL and 27aR. The signal level acquisition unit 105 directly measures, for example, the outputs of the DA conversion circuits 27a and 27aR with a voltmeter (not shown) or the like. In addition, the signal level acquisition unit 105, for example, when a common signal amount is given to the vertical signal line 19 (vsl) of all columns from the test circuit, AD conversion output from the sensor (solid-state image sensor 1). From the result (for example, an image), it may be calculated from the output average difference between the left end and the right end.

次に、信号レベル取得部105は、センサ選別時にLSB重みのずれ量を測定し、取得した情報をROM(Read Only Memory)等の記憶部に書き込む。なお、信号レベル取得部105は、センサの実動作ごとに、動的に取得してもよい。 Next, the signal level acquisition unit 105 measures the amount of deviation of the LSB weight at the time of sensor selection, and writes the acquired information in a storage unit such as a ROM (Read Only Memory). The signal level acquisition unit 105 may dynamically acquire the signal level for each actual operation of the sensor.

次に、ゲイン調整部106は、取得したLSB重みのずれ量から、左右のDA変換回路27aL、27RのLSB重みを揃えるように、DA変換回路27aL、27Rを調整する。調整手段の一例として、アナログゲインが用いられる。スロープ型のAD変換回路のDA変換回路27aは、アナログゲインを設定できる機能を有する場合が多い。アナログゲインの設定は、例えば、ISO感度の調整、及び、RGBのオートホワイトバランスの調整によく用いられる。このアナログゲインの設定値は、LSB重みと直結する。ゲイン調整部106は、複数の参照信号線251における複数の参照信号RAMP同士の比率に基づいてアナログゲインを調整する。例えば、ゲイン調整部106は、左チップ102LのDA変換回路27aLにはセンサに入力されたアナログゲインを左チップ102LのDA変換回路27aLにそのまま入力する。一方、ゲイン調整部106は、DA変換回路27aLに入力されたアナログゲインに、左右のDA変換回路27aLのLSB重みのずれ(比率)と掛け合わせたアナログゲインを右チップ102RのDA変換回路27aRに入力する。これにより、図17に示すように、アナログゲイン調整後のLSB重みは、左右のDA変換回路27aL、27aRでほぼ同じになる。この結果、シェーディング等の画質の低下を抑制することができる。 Next, the gain adjusting unit 106 adjusts the DA conversion circuits 27aL and 27R so that the LSB weights of the left and right DA conversion circuits 27aL and 27R are aligned from the acquired LSB weight deviation amount. An analog gain is used as an example of the adjusting means. The DA conversion circuit 27a of the slope type AD conversion circuit often has a function of setting an analog gain. The analog gain setting is often used, for example, for adjusting the ISO sensitivity and adjusting the RGB auto white balance. The set value of this analog gain is directly linked to the LSB weight. The gain adjusting unit 106 adjusts the analog gain based on the ratio of the plurality of reference signal RAMPs in the plurality of reference signal lines 251. For example, the gain adjusting unit 106 directly inputs the analog gain input to the sensor to the DA conversion circuit 27aL of the left chip 102L to the DA conversion circuit 27aL of the left chip 102L. On the other hand, the gain adjusting unit 106 multiplies the analog gain input to the DA conversion circuit 27aL by the deviation (ratio) of the LSB weights of the left and right DA conversion circuits 27aL to the DA conversion circuit 27aR of the right chip 102R. input. As a result, as shown in FIG. 17, the LSB weights after the analog gain adjustment are substantially the same in the left and right DA conversion circuits 27aL and 27aR. As a result, deterioration of image quality such as shading can be suppressed.

図18は、第2実施形態に係るゲイン調整の第1変形例を示す図である。 FIG. 18 is a diagram showing a first modification of the gain adjustment according to the second embodiment.

まず、カラム処理部26L、26Rは、左右のDA変換回路27aL、27aRのLSB重みがずれたままの状態で信号をAD変換する。その後、ゲイン調整部106は、AD変換された信号を後段のデジタル処理でゲイン補正する。従って、ゲイン調整部106は、複数のロジックチップ102のそれぞれから出力された複数のデジタル信号同士を比較してデジタルゲインを調整する。図18に示すように、LSB重みは、参照信号線251L、251R上の位置、すなわち、カラムAD回路25の位置によって変化する。ゲイン調整部106は、例えば、カラムAD回路25に適用するデジタルゲインの値と、参照信号線251L、251R上の位置におけるLSB重みと、の積が一定になるように、デジタルゲインの値及び形状を決める。デジタルゲインの形状とは、参照信号線251L、251R上の位置に対するデジタルゲインの値を示す形状である。図17に示すデジタルゲインの形状は、LSB重みの形状とは、大小関係が逆になる。このようにデジタル処理で補正することにより、図18に示すように、デジタルゲイン補正後のデジタル信号レベルの形状は、ほぼフラットになる。 First, the column processing units 26L and 26R perform AD conversion of the signal while the LSB weights of the left and right DA conversion circuits 27aL and 27aR remain deviated. After that, the gain adjusting unit 106 gain-corrects the AD-converted signal by digital processing in the subsequent stage. Therefore, the gain adjusting unit 106 adjusts the digital gain by comparing the plurality of digital signals output from each of the plurality of logic chips 102. As shown in FIG. 18, the LSB weight changes depending on the position on the reference signal lines 251L and 251R, that is, the position of the column AD circuit 25. The gain adjusting unit 106 has, for example, a digital gain value and a shape so that the product of the digital gain value applied to the column AD circuit 25 and the LSB weight at the positions on the reference signal lines 251L and 251R is constant. To decide. The shape of the digital gain is a shape showing the value of the digital gain with respect to the positions on the reference signal lines 251L and 251R. The shape of the digital gain shown in FIG. 17 has a magnitude relationship opposite to that of the shape of the LSB weight. By correcting by digital processing in this way, as shown in FIG. 18, the shape of the digital signal level after the digital gain correction becomes substantially flat.

以上のように、第2実施形態では、参照信号の信号レベルの差を補正することにより、複数のDA変換回路27aL、か27aRら参照信号RAMP_L、RAMP_Rが供給される場合でも、出力映像の水平シェーディング等の画質の低下を抑制することができる。 As described above, in the second embodiment, by correcting the difference in the signal level of the reference signal, even when the reference signals RAMP_L and RAMP_R are supplied from a plurality of DA conversion circuits 27aL or 27aR, the output image is horizontal. It is possible to suppress deterioration of image quality such as shading.

また、第2実施形態では、第1実施形態と比較して、複数のDA変換回路27aL、27aRが参照信号RAMPを供給するため、参照信号線251L、251Rの応答を早くすることができる。また、通常、ノイズ及び線形性等のDA変換回路27aL、27aRのアナログ特性を確保するために、トランジスタ、抵抗及びキャパシタ等のアナログ素子の面積を大きくする必要がある。第2実施形態では、左右のDA変換回路27aL、27aRをショートすることにより、見た目上2倍の面積のDA変換回路に相当する特性が得られる。すなわち、第1実施形態と比較して、同じ設計データにより複製されるDA変換回路27aを有効に利用することができ、面積効率が高い。さらに、必要なアナログ特性に応じて、個々のDA変換回路27aL、27aRの面積を小さくすることができる。 Further, in the second embodiment, since the plurality of DA conversion circuits 27aL and 27aR supply the reference signal RAMP as compared with the first embodiment, the response of the reference signal lines 251L and 251R can be accelerated. In addition, it is usually necessary to increase the area of analog elements such as transistors, resistors and capacitors in order to secure the analog characteristics of the DA conversion circuits 27aL and 27aR such as noise and linearity. In the second embodiment, by short-circuiting the left and right DA conversion circuits 27aL and 27aR, characteristics corresponding to a DA conversion circuit having an apparently twice the area can be obtained. That is, as compared with the first embodiment, the DA conversion circuit 27a duplicated by the same design data can be effectively used, and the area efficiency is high. Further, the area of each DA conversion circuit 27aL, 27aR can be reduced according to the required analog characteristics.

尚、第2実施形態に係る参照信号供給IF部28内部構成は、図13A及び図13B、又は、図14A及び図14Bを参照して説明した参照信号供給IF部28の内部構成と同様である。 The internal configuration of the reference signal supply IF unit 28 according to the second embodiment is the same as the internal configuration of the reference signal supply IF unit 28 described with reference to FIGS. 13A and 13B or FIGS. 14A and 14B. ..

尚、分割されたロジックチップ102の数は、2つに限られない。第2実施形態は、ロジックチップ102の数が3つ以上の場合にも適用することができる。 The number of divided logic chips 102 is not limited to two. The second embodiment can also be applied when the number of logic chips 102 is three or more.

<第3実施形態>
図19は、第3実施形態に係る固体撮像装置1の積層型のチップ構造の一例を示す概略図である。第3実施形態は、DA変換回路27aL、27aRとカラムAD回路25との接続関係によりLSB重みのずれの影響を抑制する点で、第1実施形態及び第2実施形態とは異なっている。第3実施形態は、1つのDA変換回路27aで生成された参照信号RAMPが1つの参照信号線251に供給される点で、第1実施形態と共通している。第3実施形態は、DA変換回路27aL、27aRの両方を有効化している点で、第2実施形態と共通している。また、第3実施形態では、ゲイン調整は行われなくてもよい。
<Third Embodiment>
FIG. 19 is a schematic view showing an example of a laminated chip structure of the solid-state image sensor 1 according to the third embodiment. The third embodiment is different from the first embodiment and the second embodiment in that the influence of the deviation of the LSB weight is suppressed by the connection relationship between the DA conversion circuits 27aL and 27aR and the column AD circuit 25. The third embodiment is common to the first embodiment in that the reference signal RAMP generated by one DA conversion circuit 27a is supplied to one reference signal line 251. The third embodiment is common to the second embodiment in that both the DA conversion circuits 27aL and 27aR are enabled. Further, in the third embodiment, the gain adjustment may not be performed.

図19に示す例では、左チップ102Lの参照信号線251Lは、第1参照信号線251LLと、第2参照信号線251LRと、を含む。右チップ102Rの参照信号線251Rは、第1参照信号線251RLと、第2参照信号線251RRと、を含む。なお、図19では、図14A及び図14Bで説明した出力配線283も示されている。 In the example shown in FIG. 19, the reference signal line 251L of the left chip 102L includes a first reference signal line 251LL and a second reference signal line 251LR. The reference signal line 251R of the right chip 102R includes a first reference signal line 251RL and a second reference signal line 251RR. Note that FIG. 19 also shows the output wiring 283 described with reference to FIGS. 14A and 14B.

左チップ102Lの第1参照信号線251LL、及び、右チップ102Rの第1参照信号線251RLは、信号線接続部253を介して、電気的に接続される。 The first reference signal line 251LL of the left chip 102L and the first reference signal line 251RL of the right chip 102R are electrically connected via the signal line connecting portion 253.

左チップ102LのDA変換回路27aLは、第1参照信号251LL、251RLに参照信号RAMP_Lを供給するが、第2参照信号251LR、251RRには参照信号RAMP_Lを供給しない。 The DA conversion circuit 27aL of the left chip 102L supplies the reference signal RAMP_L to the first reference signals 251LL and 251RL, but does not supply the reference signal RAMP_L to the second reference signals 251LR and 251RR.

左チップ102Lの第1参照信号線251LLは、DA変換回路27aLで生成された参照信号RAMP_Lをカラム処理部26Lに供給する。右チップ102Rの第1参照信号線251RLは、DA変換回路27aLで生成された参照信号RAMP_Lをカラム処理部26Rに供給する。 The first reference signal line 251LL of the left chip 102L supplies the reference signal RAMP_L generated by the DA conversion circuit 27aL to the column processing unit 26L. The first reference signal line 251RL of the right chip 102R supplies the reference signal RAMP_L generated by the DA conversion circuit 27aL to the column processing unit 26R.

左チップ102Lの第2参照信号線251LR、及び、右チップ102Rの第2参照信号線251RRは、信号線接続部253を介して、電気的に接続される。 The second reference signal line 251LR of the left chip 102L and the second reference signal line 251RR of the right chip 102R are electrically connected via the signal line connecting portion 253.

右チップ102RのDA変換回路27aRは、第2参照信号251LR、251RRに参照信号RAMP_Rを供給するが、第1参照信号251LL、251RLには参照信号RAMP_Rを供給しない。 The DA conversion circuit 27aR of the right chip 102R supplies the reference signal RAMP_R to the second reference signals 251LR and 251RR, but does not supply the reference signal RAMP_R to the first reference signals 251LL and 251RL.

左チップ102Lの第2参照信号線251LRは、DA変換回路27aRで生成された参照信号RAMP_Rをカラム処理部26Lに供給する。右チップ102Rの第2参照信号線251RRは、DA変換回路27aRで生成された参照信号RAMP_Lを、カラム処理部26Rに供給する。 The second reference signal line 251LR of the left chip 102L supplies the reference signal RAMP_R generated by the DA conversion circuit 27aR to the column processing unit 26L. The second reference signal line 251RR of the right chip 102R supplies the reference signal RAMP_L generated by the DA conversion circuit 27aR to the column processing unit 26R.

左チップ102Lの出力配線283、及び、右チップ102Rの出力配線283は、信号線接続部253を介して、電気的に接続される。 The output wiring 283 of the left chip 102L and the output wiring 283 of the right chip 102R are electrically connected via the signal line connecting portion 253.

次に、図1に示す参照信号供給IF部28の内部構成、及び、DA変換回路27aとカラムAD回路25との間の接続の詳細を説明する。 Next, the internal configuration of the reference signal supply IF unit 28 shown in FIG. 1 and the details of the connection between the DA conversion circuit 27a and the column AD circuit 25 will be described.

図20A及び図20Bは、第3実施形態に係る参照信号供給IF部28の構成の一例を示す概略構成図である。図20A及び図20Bは、それぞれ左チップ102L及び右チップ102Rの参照信号供給IF部28を示す。 20A and 20B are schematic configuration diagrams showing an example of the configuration of the reference signal supply IF unit 28 according to the third embodiment. 20A and 20B show the reference signal supply IF unit 28 of the left chip 102L and the right chip 102R, respectively.

図20Aに示す例では、左チップ102LのカラムAD回路25は、第1参照信号線251LLと接続するカラムAD回路25LLと、第2参照信号線251LRと接続するカラムAD回路25LRと、に分けられる。第1参照信号線251LLは、参照信号RAMP_Lを、複数のカラムAD回路25のうち複数のカラムAD回路25LLに供給する。第2参照信号線251LRは、参照信号RAMP_Rを、複数のカラムAD回路25のうち複数のカラムAD回路25LRに供給する。 In the example shown in FIG. 20A, the column AD circuit 25 of the left chip 102L is divided into a column AD circuit 25LL connected to the first reference signal line 251LL and a column AD circuit 25LR connected to the second reference signal line 251LR. .. The first reference signal line 251LL supplies the reference signal RAMP_L to the plurality of column AD circuits 25LL among the plurality of column AD circuits 25. The second reference signal line 251LR supplies the reference signal RAMP_R to the plurality of column AD circuits 25LR among the plurality of column AD circuits 25.

カラムAD回路25LL、及び、カラムAD回路25LRは、第1参照信号線251LL及び第2参照信号線251LRに沿って、交互に配置される。すなわち、第1参照信号線251LL及び第2参照信号線251LRは、複数のカラムAD回路25に交互に接続される。 The column AD circuit 25LL and the column AD circuit 25LR are alternately arranged along the first reference signal line 251LL and the second reference signal line 251LL. That is, the first reference signal line 251LL and the second reference signal line 251LR are alternately connected to the plurality of column AD circuits 25.

図20Aに示す例では、DA変換回路27aLで生成された参照信号RAMP_Lは、第1参照信号線251LLに供給される。第1参照信号線251LL上に、カラムAD回路25LLの数に応じた複数のノードNLLが設けられる。ノードNLLは、カラムAD回路25LLの参照信号出力線281と接続されている。 In the example shown in FIG. 20A, the reference signal RAMP_L generated by the DA conversion circuit 27aL is supplied to the first reference signal line 251LL. A plurality of nodes NLL corresponding to the number of column AD circuits 25LL are provided on the first reference signal line 251LL. The node NLL is connected to the reference signal output line 281 of the column AD circuit 25LL.

また、DA変換回路27aRで生成された参照信号RAMP_Rは、第2参照信号線251LRに供給される。第2参照信号線251LR上に、カラムAD回路25LRの数に応じた複数のノードNLRが設けられる。ノードNLRは、カラムAD回路25LRの参照信号出力線281と接続されている。 Further, the reference signal RAMP_R generated by the DA conversion circuit 27aR is supplied to the second reference signal line 251LR. A plurality of node NLRs corresponding to the number of column AD circuits 25LR are provided on the second reference signal line 251LR. The node NLR is connected to the reference signal output line 281 of the column AD circuit 25LR.

図20Bに示す例では、右チップ102RのカラムAD回路25は、第1参照信号線251RLと接続するカラムAD回路25RLと、第2参照信号線251RRと接続するカラムAD回路25RRと、に分けられる。第1参照信号線251RLは、参照信号RAMP_Lを、複数のカラムAD回路25のうち複数のカラムAD回路25RLに供給する。第2参照信号線251RRは、参照信号RAMP_Rを、複数のカラムAD回路25のうち複数のカラムAD回路25RRに供給する。 In the example shown in FIG. 20B, the column AD circuit 25 of the right chip 102R is divided into a column AD circuit 25RL connected to the first reference signal line 251RL and a column AD circuit 25RR connected to the second reference signal line 251RR. .. The first reference signal line 251RL supplies the reference signal RAMP_L to the plurality of column AD circuits 25RL among the plurality of column AD circuits 25. The second reference signal line 251RR supplies the reference signal RAMP_R to the plurality of column AD circuits 25RR among the plurality of column AD circuits 25.

カラムAD回路25RL、及び、カラムAD回路25RRは、第1参照信号線251RL及び第2参照信号線251RRに沿って、交互に配置される。すなわち、第1参照信号線251RL及び第2参照信号線251RRは、複数のカラムAD回路25に交互に接続される。 The column AD circuit 25RL and the column AD circuit 25RR are alternately arranged along the first reference signal line 251RL and the second reference signal line 251RR. That is, the first reference signal line 251RL and the second reference signal line 251RR are alternately connected to the plurality of column AD circuits 25.

図20Bに示す例では、DA変換回路27aLで生成された参照信号RAMP_Lは、第1参照信号線251RLに供給される。第1参照信号線251RL上に、カラムAD回路25RLの数に応じた複数のノードNRLが設けられる。ノードNRLは、カラムAD回路25RLの参照信号出力線281と接続されている。 In the example shown in FIG. 20B, the reference signal RAMP_L generated by the DA conversion circuit 27aL is supplied to the first reference signal line 251RL. A plurality of node NRLs corresponding to the number of column AD circuits 25RL are provided on the first reference signal line 251RL. The node NRL is connected to the reference signal output line 281 of the column AD circuit 25RL.

また、DA変換回路27aRで生成された参照信号RAMP_Rは、第2参照信号線251RRに供給される。第2参照信号線251RR上に、カラムAD回路25RRの数に応じた複数のノードNRRが設けられる。ノードNRRは、カラムAD回路25RRの参照信号出力線281と接続されている。 Further, the reference signal RAMP_R generated by the DA conversion circuit 27aR is supplied to the second reference signal line 251RR. A plurality of node NRRs corresponding to the number of column AD circuits 25RR are provided on the second reference signal line 251RR. The node NRR is connected to the reference signal output line 281 of the column AD circuit 25RR.

ここで、参照信号供給IF部28は、複数のバッファ部282と、出力配線283と、を有する。図20A及び図20Bに示すバッファ部282及び出力配線283は、図14A及び図14Bを参照して説明したバッファ部282及び出力配線283と同じである。 Here, the reference signal supply IF unit 28 has a plurality of buffer units 282 and an output wiring 283. The buffer unit 282 and the output wiring 283 shown in FIGS. 20A and 20B are the same as the buffer unit 282 and the output wiring 283 described with reference to FIGS. 14A and 14B.

バッファ部282は、カラムAD回路LLとノードNLLとの間、カラムAD回路LRとノードNLRとの間、カラムAD回路RLとノードNRLとの間、及び、カラムAD回路RRとノードNRRとの間に複数設けられる。 The buffer unit 282 is provided between the column AD circuit LL and the node NLL, between the column AD circuit LR and the node NLR, between the column AD circuit RL and the node NRL, and between the column AD circuit RR and the node NRR. It is provided in multiple places.

出力配線283は、複数のバッファ部282の出力側をショートする。これにより、DA変換回路27aLが生成した参照信号RAMP_L、及び、DA変換回路27aRが生成した参照信号RAMP_Rを平均化した参照信号RAMP_Oを各カラムAD回路25に供給することができる。すなわち、DA変換回路27aL、27aR間に回路ばらつきが存在しても、各カラムAD回路25には、参照信号線251L、251R上の位置によらず、より均一な参照信号RAMP_Oが供給される。この結果、出力映像のシェーディング等の画質の低下を抑制することができる。また、左チップ102L及び右チップ102Rの出力配線283同士は、電気的に接続される。これにより、左チップ102Lと右チップ102Rとの間でバッファ部282の出力を平均化することができる。 The output wiring 283 shorts the output side of the plurality of buffer units 282. Thereby, the reference signal RAMP_L generated by the DA conversion circuit 27aL and the reference signal RAMP_O obtained by averaging the reference signal RAMP_R generated by the DA conversion circuit 27aR can be supplied to each column AD circuit 25. That is, even if there is a circuit variation between the DA conversion circuits 27aL and 27aR, a more uniform reference signal RAMP_O is supplied to each column AD circuit 25 regardless of the position on the reference signal lines 251L and 251R. As a result, deterioration of image quality such as shading of the output video can be suppressed. Further, the output wirings 283 of the left chip 102L and the right chip 102R are electrically connected to each other. As a result, the output of the buffer unit 282 can be averaged between the left chip 102L and the right chip 102R.

図21A及び図21Bは、第3実施形態に係る参照信号供給IF部28の構成の第1変形例を示す概略構成図である。図21A及び図21Bは、それぞれ左チップ102L及び右チップ102Rの参照信号供給IF部28を示す。 21A and 21B are schematic configuration diagrams showing a first modification of the configuration of the reference signal supply IF unit 28 according to the third embodiment. 21A and 21B show the reference signal supply IF unit 28 of the left chip 102L and the right chip 102R, respectively.

図21Aに示す例では、図20Aと比較して、カラムAD回路25LL及びカラムAD回路25LRは、第1参照信号線251LL及び第2参照信号線251LRに沿って、2つのカラムAD回路25ごとに交互に配置される。すなわち、第1参照信号線251LL及び第2参照信号線251LRは、複数のカラムAD回路25中の2以上の所定個数のカラムAD回路25を単位Uとして交互にカラムAD回路25に接続される。 In the example shown in FIG. 21A, as compared to FIG. 20A, the column AD circuit 25LL and the column AD circuit 25LR are provided for every two column AD circuits 25 along the first reference signal line 251LL and the second reference signal line 251LR. Arranged alternately. That is, the first reference signal line 251LL and the second reference signal line 251LR are alternately connected to the column AD circuit 25 with two or more predetermined number of column AD circuits 25 in the plurality of column AD circuits 25 as the unit U.

同様に、図21Bに示す例では、図20Bと比較して、カラムAD回路25RL及びカラムAD回路25RRは、第1参照信号線251RL及び第2参照信号線251RRに沿って、2つのカラムAD回路25ごとに交互に配置される。すなわち、第1参照信号線251RL及び第2参照信号線251RRは、複数のカラムAD回路25中の2以上の所定個数のカラムAD回路25を単位Uとして交互にカラムAD回路25に接続される。 Similarly, in the example shown in FIG. 21B, as compared to FIG. 20B, the column AD circuit 25RL and the column AD circuit 25RR are two column AD circuits along the first reference signal line 251RL and the second reference signal line 251RR. It is arranged alternately every 25. That is, the first reference signal line 251RL and the second reference signal line 251RR are alternately connected to the column AD circuit 25 with two or more predetermined number of column AD circuits 25 in the plurality of column AD circuits 25 as the unit U.

単位Uの所定個数が大きくなるほど、ロジックチップ102を製造しやすい。一方、単位Uの所定個数が大きくなるほど、シェーディングが生じやすくなる可能性がある。従って、単位Uの所定個数は、製造しやすさ及び必要な性能に応じて変更される場合がある。 The larger the predetermined number of units U, the easier it is to manufacture the logic chip 102. On the other hand, as the predetermined number of units U becomes larger, shading may be more likely to occur. Therefore, the predetermined number of units U may be changed depending on the ease of manufacture and the required performance.

以上のように、第3実施形態では、2つのDA変換回路27aL、27aRで生成される参照信号RAMP_L、RAMP_Rが並んだ複数のカラムAD回路25に交互に供給される。また、出力配線283によりバッファ部282の出力側がショートされる。これにより、参照信号線251L、251R上の位置によらず、各カラムAD回路25に供給される参照信号RAMPのLSB重みをより均一にすることができる。従って、左右のDA変換回路27aL、27aRに回路ばらつきがあっても、DA変換回路27aL、27aRが生成する参照信号RAMPをより適切に平均化することができる。この結果、出力映像の水平シェーディング等の画質の低下を抑制することができる。 As described above, in the third embodiment, the reference signals RAMP_L and RAMP_R generated by the two DA conversion circuits 27aL and 27aR are alternately supplied to the plurality of column AD circuits 25 in which they are arranged. Further, the output side of the buffer unit 282 is short-circuited by the output wiring 283. Thereby, the LSB weight of the reference signal RAMP supplied to each column AD circuit 25 can be made more uniform regardless of the position on the reference signal lines 251L and 251R. Therefore, even if there are circuit variations in the left and right DA conversion circuits 27aL and 27aR, the reference signal RAMP generated by the DA conversion circuits 27aL and 27aR can be more appropriately averaged. As a result, deterioration of image quality such as horizontal shading of the output video can be suppressed.

また、第3実施形態では、第2実施形態と同様に、参照信号線251L、251Rの応答を早くすることができ、個々のDA変換回路27aL、27aRの面積を小さくすることができる。 Further, in the third embodiment, as in the second embodiment, the response of the reference signal lines 251L and 251R can be accelerated, and the area of each DA conversion circuit 27aL and 27aR can be reduced.

また、第3実施形態では、第2実施形態と比較して、信号レベル取得部105及びゲイン調整部106が不要である。また、第3実施形態では、DACリニアリティが悪い場合であっても、より適切にDA変換回路27aL、27aRの出力を平均化することができ、シェーディングを抑制することができる。DACリニアリティは、DA変換回路27aにおける、理想のアナログ出力と実際のアナログ出力との間の出力特性の直線性を示す。 Further, in the third embodiment, the signal level acquisition unit 105 and the gain adjustment unit 106 are unnecessary as compared with the second embodiment. Further, in the third embodiment, even when the DAC linearity is poor, the outputs of the DA conversion circuits 27aL and 27aR can be more appropriately averaged, and shading can be suppressed. The DAC linearity indicates the linearity of the output characteristics between the ideal analog output and the actual analog output in the DA conversion circuit 27a.

図22は、DA変換回路27aL、27aRのDACリニアリティが良い場合における第2実施形態に係るDA変換回路27aL、27aRの出力特性の一例を示す図である。 FIG. 22 is a diagram showing an example of the output characteristics of the DA conversion circuits 27aL and 27aR according to the second embodiment when the DAC linearity of the DA conversion circuits 27aL and 27aR is good.

点線で示すDA変換回路27aLの出力特性は、ほぼ直線である。破線で示すDA変換回路27aRの出力特性は、ほぼ直線である。また、DA変換回路27aLの出力特性(点線)と理想出力レベルrefとの交点PLにおける実際の出力レベルは、DA変換回路27aRの出力特性(破線)と理想出力レベルrefとの交点PRにおける実際の出力レベルよりも低い。理想出力レベルrefは、例えば、左右のDA変換回路27aL、27aRのLSB重みのずれが測定された或る理想出力レベルである。実線で示すDA変換回路27aLの出力特性は、交点PLと交点PRとの間の実際の出力レベルの差を小さくするように、アナログゲインの調整がされたDA変換回路27aLの出力特性を示す。 The output characteristics of the DA conversion circuit 27aL shown by the dotted line are substantially linear. The output characteristics of the DA conversion circuit 27aR shown by the broken line are substantially linear. Further, the actual output level at the intersection PL between the output characteristic (dotted line) of the DA conversion circuit 27aL and the ideal output level ref is the actual output level at the intersection PR between the output characteristic (broken line) of the DA conversion circuit 27aR and the ideal output level ref. Lower than the output level. The ideal output level ref is, for example, a certain ideal output level in which the deviation of the LSB weights of the left and right DA conversion circuits 27aL and 27aR is measured. The output characteristics of the DA conversion circuit 27aL shown by the solid line show the output characteristics of the DA conversion circuit 27aL whose analog gain has been adjusted so as to reduce the difference in the actual output level between the intersection PL and the intersection PR.

DACリニアリティが良い場合、破線で示すDA変換回路27aRの出力特性、及び、実線で示すDA変換回路27aLの出力特性は、理想出力の広い範囲においてほぼ一致する。従って、或る出力レベルで取得されたLSB重みのずれを他の出力レベルに適用しても、実際の出力レベルの誤差は小さい。 When the DAC linearity is good, the output characteristics of the DA conversion circuit 27aR shown by the broken line and the output characteristics of the DA conversion circuit 27aL shown by the solid line are almost the same in a wide range of the ideal output. Therefore, even if the LSB weight deviation acquired at one output level is applied to another output level, the error of the actual output level is small.

図23は、DA変換回路27aL、27aRのDACリニアリティが良くない場合における第2実施形態に係るDA変換回路27aL、27aRの出力特性の一例を示す図である。 FIG. 23 is a diagram showing an example of the output characteristics of the DA conversion circuits 27aL and 27aR according to the second embodiment when the DAC linearity of the DA conversion circuits 27aL and 27aR is not good.

DACリニアリティが良くない場合、破線で示すDA変換回路27aRの出力特性、及び、実線で示すDA変換回路27aLの出力特性は、理想出力レベルref以外の理想出力では一致せずにずれてしまう。従って、或る出力レベルで取得されたLSB重みのずれを他の出力レベルに適用すると、実際の出力レベルに大きな誤差が生じてしまう。 When the DAC linearity is not good, the output characteristics of the DA conversion circuit 27aR shown by the broken line and the output characteristics of the DA conversion circuit 27aL shown by the solid line do not match and shift at ideal outputs other than the ideal output level ref. Therefore, if the LSB weight deviation acquired at one output level is applied to another output level, a large error will occur in the actual output level.

図24は、DA変換回路27aL、27aRのDACリニアリティが良くない場合における第3実施形態に係るDA変換回路27aL、27aRの出力特性の一例を示す図である。 FIG. 24 is a diagram showing an example of the output characteristics of the DA conversion circuits 27aL and 27aR according to the third embodiment when the DAC linearity of the DA conversion circuits 27aL and 27aR is not good.

第3実施形態では、図20A及び図20Bを参照して説明した、DA変換回路27aL、27aRとカラムAD回路25との間の接続により、DA変換回路27aL、27aRの出力特性を平均化することができる。一点鎖線で示す平均化されたDA変換回路27aL、27aRの出力特性は、点線で示すDA変換回路27aLの出力特性と、破線で示すDA変換回路27aLの出力特性と、を平均化した出力特性である。理想出力の全範囲で出力特性は平均化される。従って、第3実施形態では、DA変換回路27aL、27aRのDACリニアリティが良くない場合であっても、実際の出力レベルの誤差を抑制することができ、シェーディング等の画質の低下を抑制することができる。 In the third embodiment, the output characteristics of the DA conversion circuits 27aL and 27aR are averaged by the connection between the DA conversion circuits 27aL and 27aR and the column AD circuit 25 described with reference to FIGS. 20A and 20B. Can be done. The output characteristics of the averaged DA conversion circuits 27aL and 27aR shown by the alternate long and short dash line are the output characteristics obtained by averaging the output characteristics of the DA conversion circuit 27aL shown by the dotted line and the output characteristics of the DA conversion circuit 27aL shown by the broken line. be. The output characteristics are averaged over the entire range of ideal outputs. Therefore, in the third embodiment, even when the DAC linearity of the DA conversion circuits 27aL and 27aR is not good, the error of the actual output level can be suppressed, and the deterioration of the image quality such as shading can be suppressed. can.

尚、分割されたロジックチップ102の数は、2つに限られない。第3実施形態は、ロジックチップ102の数が3つ以上の場合にも適用することができる。この場合、複数のロジックチップ102のそれぞれは、複数の参照信号線251を有する。複数のロジックチップ102のそれぞれにおける対応する参照信号線251同士は電気的に接続される。複数のロジックチップ102のそれぞれにおけるDA変換回路27aは、それぞれ異なる参照信号線251に参照信号RAMPを供給する。 The number of divided logic chips 102 is not limited to two. The third embodiment can also be applied when the number of logic chips 102 is three or more. In this case, each of the plurality of logic chips 102 has a plurality of reference signal lines 251. The corresponding reference signal lines 251 in each of the plurality of logic chips 102 are electrically connected to each other. The DA conversion circuit 27a in each of the plurality of logic chips 102 supplies the reference signal RAMP to the different reference signal lines 251.

また、上記実施形態では、光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をするCMOS型の固体撮像装置について例示したが、物理量の変化を検知するあらゆるものに、上記実施形態で説明した仕組みを適用でき、光などに限らず、たとえば、指紋に関する情報を圧力に基づく電気的特性の変化や光学的特性の変化に基づき指紋の像を検知する指紋認証装置(特開2002-7984や特開2001-125734などを参照)など、その他の物理的な変化を検知する仕組みにおいて、アナログ信号をデジタル信号に変換する際の参照信号線上のノイズ対策として、上記実施形態を同様に適用することができる。 Further, in the above embodiment, a CMOS type solid-state imaging device that is sensitive to an external electromagnetic wave such as light or radiation has been exemplified, but any device that detects a change in a physical quantity can be used in the above embodiment. The mechanism described above can be applied, and not limited to light, for example, a fingerprint authentication device that detects a fingerprint image based on changes in electrical characteristics and optical characteristics based on pressure (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-7984). And Japanese Patent Laid-Open No. 2001-125734), the above embodiment is similarly applied as a noise countermeasure on the reference signal line when converting an analog signal into a digital signal in a mechanism for detecting other physical changes. be able to.

<移動体への応用例>
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
<Example of application to moving objects>
The technique according to the present disclosure (the present technique) can be applied to various products. For example, the technology according to the present disclosure is realized as a device mounted on a moving body of any kind such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility, an airplane, a drone, a ship, and a robot. You may.

図25は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。 FIG. 25 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a moving body control system to which the technique according to the present disclosure can be applied.

車両制御システム12000は、通信ネットワーク12001を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図25に示した例では、車両制御システム12000は、駆動系制御ユニット12010、ボディ系制御ユニット12020、車外情報検出ユニット12030、車内情報検出ユニット12040、及び統合制御ユニット12050を備える。また、統合制御ユニット12050の機能構成として、マイクロコンピュータ12051、音声画像出力部12052、及び車載ネットワークI/F(interface)12053が図示されている。 The vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via the communication network 12001. In the example shown in FIG. 25, the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an outside information detection unit 12030, an in-vehicle information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050. Further, as a functional configuration of the integrated control unit 12050, a microcomputer 12051, an audio image output unit 12052, and an in-vehicle network I / F (interface) 12053 are shown.

駆動系制御ユニット12010は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット12010は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。 The drive system control unit 12010 controls the operation of the device related to the drive system of the vehicle according to various programs. For example, the drive system control unit 12010 has a driving force generator for generating a driving force of a vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting the driving force to the wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism for adjusting and a braking device for generating braking force of the vehicle.

ボディ系制御ユニット12020は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット12020は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット12020には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット12020は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。 The body system control unit 12020 controls the operation of various devices mounted on the vehicle body according to various programs. For example, the body system control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as headlamps, back lamps, brake lamps, turn signals or fog lamps. In this case, the body system control unit 12020 may be input with radio waves transmitted from a portable device that substitutes for the key or signals of various switches. The body system control unit 12020 receives inputs of these radio waves or signals and controls a vehicle door lock device, a power window device, a lamp, and the like.

車外情報検出ユニット12030は、車両制御システム12000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット12030には、撮像部12031が接続される。車外情報検出ユニット12030は、撮像部12031に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット12030は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。 The vehicle outside information detection unit 12030 detects information outside the vehicle equipped with the vehicle control system 12000. For example, the image pickup unit 12031 is connected to the vehicle outside information detection unit 12030. The vehicle outside information detection unit 12030 causes the image pickup unit 12031 to capture an image of the outside of the vehicle and receives the captured image. The vehicle outside information detection unit 12030 may perform object detection processing or distance detection processing such as a person, a vehicle, an obstacle, a sign, or a character on the road surface based on the received image.

撮像部12031は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部12031は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部12031が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。 The image pickup unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electric signal according to the amount of the light received. The image pickup unit 12031 can output an electric signal as an image or can output it as distance measurement information. Further, the light received by the image pickup unit 12031 may be visible light or invisible light such as infrared light.

車内情報検出ユニット12040は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット12040には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部12041が接続される。運転者状態検出部12041は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット12040は、運転者状態検出部12041から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。 The in-vehicle information detection unit 12040 detects information in the vehicle. For example, a driver state detection unit 12041 that detects a driver's state is connected to the vehicle interior information detection unit 12040. The driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that images the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 determines the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. It may be calculated, or it may be determined whether or not the driver has fallen asleep.

マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット12010に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。 The microcomputer 12051 calculates the control target value of the driving force generator, the steering mechanism, or the braking device based on the information inside and outside the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, and the drive system control unit. A control command can be output to 12010. For example, the microcomputer 12051 realizes ADAS (Advanced Driver Assistance System) functions including vehicle collision avoidance or impact mitigation, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, vehicle lane deviation warning, and the like. It is possible to perform cooperative control for the purpose of.

また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。 Further, the microcomputer 12051 controls the driving force generating device, the steering mechanism, the braking device, and the like based on the information around the vehicle acquired by the outside information detection unit 12030 or the inside information detection unit 12040, so that the driver can control the driver. It is possible to perform coordinated control for the purpose of automatic driving that runs autonomously without depending on the operation.

また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット12020に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。 Further, the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on the information outside the vehicle acquired by the vehicle outside information detection unit 12030. For example, the microcomputer 12051 controls the headlamps according to the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the outside information detection unit 12030, and performs cooperative control for the purpose of anti-glare such as switching the high beam to the low beam. It can be carried out.

音声画像出力部12052は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図25の例では、出力装置として、オーディオスピーカ12061、表示部12062及びインストルメントパネル12063が例示されている。表示部12062は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。 The audio-image output unit 12052 transmits an output signal of at least one of audio and an image to an output device capable of visually or audibly notifying information to the passenger or the outside of the vehicle. In the example of FIG. 25, an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are exemplified as output devices. The display unit 12062 may include, for example, at least one of an onboard display and a head-up display.

図26は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。 FIG. 26 is a diagram showing an example of the installation position of the image pickup unit 12031.

図26では、車両12100は、撮像部12031として、撮像部12101,12102,12103,12104,12105を有する。 In FIG. 26, the vehicle 12100 has image pickup units 12101, 12102, 12103, 12104, 12105 as image pickup units 12031.

撮像部12101,12102,12103,12104,12105は、例えば、車両12100のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部12101及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として車両12100の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部12102,12103は、主として車両12100の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部12104は、主として車両12100の後方の画像を取得する。撮像部12101及び12105で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。 The image pickup units 12101, 12102, 12103, 12104, 12105 are provided, for example, at positions such as the front nose, side mirrors, rear bumpers, back doors, and the upper part of the windshield in the vehicle interior of the vehicle 12100. The image pickup unit 12101 provided in the front nose and the image pickup section 12105 provided in the upper part of the windshield in the vehicle interior mainly acquire an image in front of the vehicle 12100. The image pickup units 12102 and 12103 provided in the side mirror mainly acquire images of the side of the vehicle 12100. The image pickup unit 12104 provided in the rear bumper or the back door mainly acquires an image of the rear of the vehicle 12100. The images in front acquired by the image pickup units 12101 and 12105 are mainly used for detecting a preceding vehicle, a pedestrian, an obstacle, a traffic light, a traffic sign, a lane, or the like.

なお、図26には、撮像部12101ないし12104の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲12111は、フロントノーズに設けられた撮像部12101の撮像範囲を示し、撮像範囲12112,12113は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部12102,12103の撮像範囲を示し、撮像範囲12114は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部12104の撮像範囲を示す。例えば、撮像部12101ないし12104で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両12100を上方から見た俯瞰画像が得られる。 Note that FIG. 26 shows an example of the photographing range of the imaging units 12101 to 12104. The imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided on the front nose, the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging range of the imaging units 12102 and 12103 provided on the side mirrors, respectively, and the imaging range 12114 indicates the imaging range. The imaging range of the imaging unit 12104 provided on the rear bumper or the back door is shown. For example, by superimposing the image data captured by the image pickup units 12101 to 12104, a bird's-eye view image of the vehicle 12100 can be obtained.

撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。 At least one of the image pickup units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information. For example, at least one of the image pickup units 12101 to 12104 may be a stereo camera including a plurality of image pickup elements, or may be an image pickup element having pixels for phase difference detection.

例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を基に、撮像範囲12111ないし12114内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両12100に対する相対速度)を求めることにより、特に車両12100の進行路上にある最も近い立体物で、車両12100と略同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ12051は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。 For example, the microcomputer 12051 has a distance to each three-dimensional object within the imaging range 12111 to 12114 based on the distance information obtained from the imaging unit 12101 to 12104, and a temporal change of this distance (relative speed with respect to the vehicle 12100). By obtaining can. Further, the microcomputer 12051 can set an inter-vehicle distance to be secured in advance in front of the preceding vehicle, and can perform automatic braking control (including follow-up stop control), automatic acceleration control (including follow-up start control), and the like. In this way, it is possible to perform coordinated control for the purpose of automatic driving or the like that autonomously travels without relying on the driver's operation.

例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両12100の周辺の障害物を、車両12100のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ12051は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ12061や表示部12062を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット12010を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。 For example, the microcomputer 12051 converts three-dimensional object data related to a three-dimensional object into two-wheeled vehicles, ordinary vehicles, large vehicles, pedestrians, electric poles, and other three-dimensional objects based on the distance information obtained from the image pickup units 12101 to 12104. It can be classified and extracted and used for automatic avoidance of obstacles. For example, the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into obstacles that are visible to the driver of the vehicle 12100 and obstacles that are difficult to see. Then, the microcomputer 12051 determines the collision risk indicating the risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or higher than the set value and there is a possibility of collision, the microcomputer 12051 via the audio speaker 12061 or the display unit 12062. By outputting an alarm to the driver and performing forced deceleration and avoidance steering via the drive system control unit 12010, driving support for collision avoidance can be provided.

撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部12101ないし12104の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。 At least one of the image pickup units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays. For example, the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether or not a pedestrian is present in the captured image of the imaging unit 12101 to 12104. Such recognition of a pedestrian is, for example, a procedure for extracting feature points in an image captured by an image pickup unit 12101 to 12104 as an infrared camera, and pattern matching processing is performed on a series of feature points indicating the outline of an object to determine whether or not the pedestrian is a pedestrian. It is done by the procedure to determine. When the microcomputer 12051 determines that a pedestrian is present in the captured image of the image pickup unit 12101 to 12104 and recognizes the pedestrian, the audio image output unit 12052 determines the square contour line for emphasizing the recognized pedestrian. The display unit 12062 is controlled so as to superimpose and display. Further, the audio image output unit 12052 may control the display unit 12062 so as to display an icon or the like indicating a pedestrian at a desired position.

以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部12031,12101,12102,12103,12104,12105や、運転者状態検出部12041等に適用され得る。具体的には、これらの撮像部や検出部に対して、例えば、本開示の固体撮像装置1を適用することができる。そして、本開示に係る技術を適用することにより、撮影画像の画質の低下を抑制することができるため、より安全な車両走行を実現することが可能になる。また、本開示に係る電子機器は、例えば、車両制御システム12000に適用され得る。電子機器内の信号処理部は、例えば、マイクロコンピュータ12051に適用され得る。 The example of the vehicle control system to which the technique according to the present disclosure can be applied has been described above. The technique according to the present disclosure can be applied to, for example, the image pickup unit 12031, 12101, 12102, 12103, 12104, 12105, the driver state detection unit 12041, and the like among the configurations described above. Specifically, for example, the solid-state image pickup device 1 of the present disclosure can be applied to these image pickup units and detection units. Then, by applying the technique according to the present disclosure, it is possible to suppress deterioration of the image quality of the captured image, so that safer vehicle driving can be realized. Further, the electronic device according to the present disclosure can be applied to, for example, the vehicle control system 12000. The signal processing unit in the electronic device may be applied to, for example, the microcomputer 12051.

なお、本技術は以下のような構成を取ることができる。
(1)それぞれが複数の撮像信号をAD変換する複数の第1半導体チップを備え、
前記複数の第1半導体チップのそれぞれは、
前記AD変換のための参照信号を伝送する参照信号線と、
前記参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記複数の撮像信号と前記参照信号との比較に基づいて、前記複数の撮像信号を複数のデジタル信号に変換する複数のADC(Analog to Digital Converter)と、を有し、
前記複数の第1半導体チップ内の複数の前記参照信号線同士は電気的に接続され、
前記複数の第1半導体チップのうちいずれか一つのチップ内の前記参照信号生成部が生成した前記参照信号が前記複数の参照信号線に供給される、固体撮像装置。
(2)前記AD変換する際には、前記一つのチップ以外の他のチップ内の前記参照信号生成部は、前記参照信号の生成を停止する、(1)に記載の固体撮像装置。
(3)それぞれが複数の撮像信号をAD変換する複数の第1半導体チップを備え、
前記複数の第1半導体チップのそれぞれは、
前記AD変換のための参照信号を伝送する参照信号線と、
前記参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記複数の撮像信号と前記参照信号との比較に基づいて、前記複数の撮像信号を複数のデジタル信号に変換する複数のADC(Analog to Digital Converter)と、
前記複数の第1半導体チップ内の前記参照信号生成部が生成する前記参照信号のアナログゲイン、又は、前記複数のデジタル信号のデジタルゲインを調整するゲイン調整部と、を有し、
前記複数の第1半導体チップ内の複数の前記参照信号線同士は電気的に接続される、固体撮像装置。
(4)前記ゲイン調整部は、前記複数の参照信号線における前記複数の参照信号同士の比率に基づいて前記アナログゲインを調整する、(3)に記載の固体撮像装置。
(5)前記ゲイン調整部は、前記複数の第1半導体チップのそれぞれから出力された前記複数のデジタル信号同士を比較して前記デジタルゲインを調整する、(3)に記載の固体撮像装置。
(6)前記複数の第1半導体チップのそれぞれは、
前記参照信号線上の前記参照信号を前記複数のADCのそれぞれに対応づけてバッファリングする複数のバッファ部と、
前記複数のバッファ部の出力ノードが共通に接続される出力配線と、をさらに有し、
前記複数の第1半導体チップ内の複数の前記出力配線同士は、電気的に接続される、(1乃至(5)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(7)前記複数の第1半導体チップのそれぞれは、複数の前記参照信号線を有し、
前記複数の第1半導体チップのそれぞれにおける対応する前記参照信号線同士は電気的に接続されており、
前記複数の第1半導体チップのそれぞれにおける前記参照信号生成部は、それぞれ異なる前記参照信号線に前記参照信号を供給する、(6)に記載の固体撮像装置。
(8)前記複数の第1半導体チップは、所定の方向に配置された2個の第1半導体チップを有し、
前記2個の第1半導体チップのそれぞれは、2本の前記参照信号線を有し、
前記2個の第1半導体チップのうち一方の前記2本の参照信号線は、前記2個の第1半導体チップのうち他方の対応する参照信号線に電気的に接続されており、
前記2個の第1半導体チップのうち一方の前記参照信号生成部から出力された前記参照信号は、前記2本の参照信号線の一方に供給され、
前記2個の第1半導体チップのうち他方の前記参照信号生成部から出力された前記参照信号は、前記2本の参照信号線の他方に供給される、(7)に記載の固体撮像装置。
(9)前記2本の参照信号線は、前記複数のADCに交互に接続される、(8)に記載の固体撮像装置。
(10)前記2本の参照信号線は、前記複数のADC中の2以上の所定個数の前記ADCを単位として交互に前記ADCに接続される、(8)に記載の固体撮像装置。
(11)前記2個の第1半導体チップのそれぞれは、前記複数のバッファ部と、前記複数のバッファ部の出力ノードが共通に接続される前記出力配線とを有し、
前記2個の第1半導体チップが有する2本の前記出力配線同士は、電気的に接続される、(8)乃至(10)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(12)前記複数の第1半導体チップのそれぞれは、同一サイズ、同一形状、及び同一の回路構成を有する、(1)乃至(11)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(13)前記第1半導体チップに積層され、光電変換を行う画素アレイ部が配置される第2半導体チップをさらに備える、(1)乃至(12)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(14)前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップは、ビア、バンプ、または導電材料同士の直接接合にて電気的に接続される、(13)に記載の固体撮像装置。
(15)前記複数のADCのそれぞれには、所定方向に配置された複数の画素で光電変換された複数の撮像信号を伝送する信号線が接続されており、
前記複数のADCは、対応する信号線上の撮像信号と前記参照信号との比較に基づいて、前記複数の撮像信号を複数の前記デジタル信号に変換する、(1)乃至(14)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(16)前記参照信号は、電圧レベルが時間に応じて変化する信号である、(1)乃至(15)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(17)撮像信号に応じたデジタル信号を出力する固体撮像装置と、
前記デジタル信号に基づいて所定の信号処理を行う信号処理部と、を備え、
前記固体撮像装置は、
それぞれが複数の撮像信号をAD変換する複数の第1半導体チップを備え、
前記複数の第1半導体チップのそれぞれは、
前記AD変換のための参照信号を伝送する参照信号線と、
前記参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記複数の撮像信号と前記参照信号との比較に基づいて、前記複数の撮像信号を複数のデジタル信号に変換する複数のADC(Analog to Digital Converter)と、を有し、
前記複数の第1半導体チップ内の複数の前記参照信号線同士は電気的に接続され、
前記複数の第1半導体チップのうちいずれか一つのチップ内の前記参照信号生成部が生成した前記参照信号が前記複数の参照信号線に供給される、電子機器。
(18)撮像信号に応じたデジタル信号を出力する固体撮像装置と、
前記デジタル信号に基づいて所定の信号処理を行う信号処理部と、を備え、
前記固体撮像装置は、
それぞれが複数の撮像信号をAD変換する複数の第1半導体チップを備え、
前記複数の第1半導体チップのそれぞれは、
前記AD変換のための参照信号を伝送する参照信号線と、
前記参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記複数の撮像信号と前記参照信号との比較に基づいて、前記複数の撮像信号を複数のデジタル信号に変換する複数のADC(Analog to Digital Converter)と、
前記複数の第1半導体チップ内の前記参照信号生成部が生成する前記参照信号のアナログゲイン、又は、前記複数のデジタル信号のデジタルゲインを調整するゲイン調整部を有し
前記複数の第1半導体チップ内の複数の前記参照信号線同士は電気的に接続される、電子機器。
The present technology can have the following configurations.
(1) Each is provided with a plurality of first semiconductor chips for AD conversion of a plurality of imaging signals.
Each of the plurality of first semiconductor chips
A reference signal line that transmits the reference signal for AD conversion, and
A reference signal generation unit that generates the reference signal,
It has a plurality of ADCs (Analog to Digital Converters) that convert the plurality of image pickup signals into a plurality of digital signals based on the comparison between the plurality of image pickup signals and the reference signal.
The plurality of reference signal lines in the plurality of first semiconductor chips are electrically connected to each other.
A solid-state image pickup device in which the reference signal generated by the reference signal generation unit in any one of the plurality of first semiconductor chips is supplied to the plurality of reference signal lines.
(2) The solid-state image pickup device according to (1), wherein when the AD conversion is performed, the reference signal generation unit in a chip other than the one chip stops the generation of the reference signal.
(3) Each is provided with a plurality of first semiconductor chips for AD conversion of a plurality of imaging signals.
Each of the plurality of first semiconductor chips
A reference signal line that transmits the reference signal for AD conversion, and
A reference signal generation unit that generates the reference signal,
A plurality of ADCs (Analog to Digital Converters) that convert the plurality of image pickup signals into a plurality of digital signals based on the comparison between the plurality of image pickup signals and the reference signal.
It has an analog gain of the reference signal generated by the reference signal generation unit in the plurality of first semiconductor chips, or a gain adjustment unit for adjusting the digital gain of the plurality of digital signals.
A solid-state image pickup device in which a plurality of reference signal lines in the plurality of first semiconductor chips are electrically connected to each other.
(4) The solid-state image pickup device according to (3), wherein the gain adjusting unit adjusts the analog gain based on the ratio of the plurality of reference signals in the plurality of reference signal lines.
(5) The solid-state image pickup device according to (3), wherein the gain adjusting unit adjusts the digital gain by comparing the plurality of digital signals output from each of the plurality of first semiconductor chips.
(6) Each of the plurality of first semiconductor chips is
A plurality of buffer units for buffering the reference signal on the reference signal line in association with each of the plurality of ADCs.
Further, it has an output wiring to which the output nodes of the plurality of buffer units are commonly connected.
The solid-state image pickup device according to any one of (1) to (5), wherein the plurality of output wirings in the plurality of first semiconductor chips are electrically connected to each other.
(7) Each of the plurality of first semiconductor chips has a plurality of the reference signal lines.
The corresponding reference signal lines in each of the plurality of first semiconductor chips are electrically connected to each other.
The solid-state image pickup device according to (6), wherein the reference signal generation unit in each of the plurality of first semiconductor chips supplies the reference signal to different reference signal lines.
(8) The plurality of first semiconductor chips have two first semiconductor chips arranged in a predetermined direction.
Each of the two first semiconductor chips has the two reference signal lines.
The two reference signal lines of one of the two first semiconductor chips are electrically connected to the corresponding reference signal line of the other of the two first semiconductor chips.
The reference signal output from the reference signal generation unit of one of the two first semiconductor chips is supplied to one of the two reference signal lines.
The solid-state image pickup device according to (7), wherein the reference signal output from the reference signal generation unit of the other of the two first semiconductor chips is supplied to the other of the two reference signal lines.
(9) The solid-state image pickup device according to (8), wherein the two reference signal lines are alternately connected to the plurality of ADCs.
(10) The solid-state image pickup device according to (8), wherein the two reference signal lines are alternately connected to the ADC in units of two or more predetermined number of the ADCs in the plurality of ADCs.
(11) Each of the two first semiconductor chips has the plurality of buffer units and the output wiring to which the output nodes of the plurality of buffer units are commonly connected.
The solid-state image pickup device according to any one of (8) to (10), wherein the two output wirings of the two first semiconductor chips are electrically connected to each other.
(12) The solid-state image pickup device according to any one of (1) to (11), wherein each of the plurality of first semiconductor chips has the same size, the same shape, and the same circuit configuration.
(13) The solid-state image pickup apparatus according to any one of (1) to (12), further comprising a second semiconductor chip laminated on the first semiconductor chip and having a pixel array unit for performing photoelectric conversion.
(14) The solid-state image pickup device according to (13), wherein the first semiconductor chip and the second semiconductor chip are electrically connected by direct bonding of vias, bumps, or conductive materials.
(15) A signal line for transmitting a plurality of imaging signals photoelectrically converted by a plurality of pixels arranged in a predetermined direction is connected to each of the plurality of ADCs.
The plurality of ADCs are any one of (1) to (14), which converts the plurality of image pickup signals into the plurality of digital signals based on the comparison between the image pickup signal on the corresponding signal line and the reference signal. The solid-state imaging device according to the section.
(16) The solid-state image sensor according to any one of (1) to (15), wherein the reference signal is a signal whose voltage level changes with time.
(17) A solid-state image sensor that outputs a digital signal according to the image pickup signal, and
A signal processing unit that performs predetermined signal processing based on the digital signal is provided.
The solid-state image sensor
Each is equipped with a plurality of first semiconductor chips for AD conversion of a plurality of imaging signals.
Each of the plurality of first semiconductor chips
A reference signal line that transmits the reference signal for AD conversion, and
A reference signal generation unit that generates the reference signal,
It has a plurality of ADCs (Analog to Digital Converters) that convert the plurality of image pickup signals into a plurality of digital signals based on the comparison between the plurality of image pickup signals and the reference signal.
The plurality of reference signal lines in the plurality of first semiconductor chips are electrically connected to each other.
An electronic device in which the reference signal generated by the reference signal generation unit in any one of the plurality of first semiconductor chips is supplied to the plurality of reference signal lines.
(18) A solid-state image sensor that outputs a digital signal according to the image pickup signal, and
A signal processing unit that performs predetermined signal processing based on the digital signal is provided.
The solid-state image sensor
Each is equipped with a plurality of first semiconductor chips for AD conversion of a plurality of imaging signals.
Each of the plurality of first semiconductor chips
A reference signal line that transmits the reference signal for AD conversion, and
A reference signal generation unit that generates the reference signal,
A plurality of ADCs (Analog to Digital Converters) that convert the plurality of image pickup signals into a plurality of digital signals based on the comparison between the plurality of image pickup signals and the reference signal.
The plurality of first semiconductor chips having a gain adjusting unit for adjusting the analog gain of the reference signal generated by the reference signal generation unit in the plurality of first semiconductor chips or the digital gain of the plurality of digital signals. An electronic device in which a plurality of the reference signal lines are electrically connected to each other.

本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。 The aspects of the present disclosure are not limited to the individual embodiments described above, but also include various modifications that can be conceived by those skilled in the art, and the effects of the present disclosure are not limited to the above-mentioned contents. That is, various additions, changes and partial deletions are possible without departing from the conceptual idea and purpose of the present disclosure derived from the contents specified in the claims and their equivalents.

1 固体撮像装置、3 単位画素、10 画素部、19 垂直信号線、25 カラムAD回路、251 参照信号線、251LL 第1参照信号線、251RL 第1参照信号線、251LR 第2参照信号線、251RR 第2参照信号線、26 カラム処理部、27 参照信号生成部、27a DA変換回路、28 参照信号供給IF部、32 電荷生成部、101 画素チップ、102 ロジックチップ、102L 左チップ、102R 右チップ、104 接続部、105 信号レベル取得部、106 ゲイン調整部、253 信号線接続部、282 バッファ部、283 出力配線、RAMP 参照信号、U 単位 1 solid-state imager, 3 unit pixel, 10 pixel part, 19 vertical signal line, 25 column AD circuit, 251 reference signal line, 251LL first reference signal line, 251RL first reference signal line, 251LR second reference signal line, 251RR 2nd reference signal line, 26 column processing unit, 27 reference signal generation unit, 27a DA conversion circuit, 28 reference signal supply IF unit, 32 charge generation unit, 101 pixel chip, 102 logic chip, 102L left chip, 102R right chip, 104 connection part, 105 signal level acquisition part, 106 gain adjustment part, 253 signal line connection part, 282 buffer part, 283 output wiring, RAMP reference signal, U unit

Claims (18)

それぞれが複数の撮像信号をAD変換する複数の第1半導体チップを備え、
前記複数の第1半導体チップのそれぞれは、
前記AD変換のための参照信号を伝送する参照信号線と、
前記参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記複数の撮像信号と前記参照信号との比較に基づいて、前記複数の撮像信号を複数のデジタル信号に変換する複数のADC(Analog to Digital Converter)と、を有し、
前記複数の第1半導体チップ内の複数の前記参照信号線同士は電気的に接続され、
前記複数の第1半導体チップのうちいずれか一つのチップ内の前記参照信号生成部が生成した前記参照信号が前記複数の参照信号線に供給される、固体撮像装置。
Each is equipped with a plurality of first semiconductor chips for AD conversion of a plurality of imaging signals.
Each of the plurality of first semiconductor chips
A reference signal line that transmits the reference signal for AD conversion, and
A reference signal generation unit that generates the reference signal,
It has a plurality of ADCs (Analog to Digital Converters) that convert the plurality of image pickup signals into a plurality of digital signals based on the comparison between the plurality of image pickup signals and the reference signal.
The plurality of reference signal lines in the plurality of first semiconductor chips are electrically connected to each other.
A solid-state image pickup device in which the reference signal generated by the reference signal generation unit in any one of the plurality of first semiconductor chips is supplied to the plurality of reference signal lines.
前記AD変換する際には、前記一つのチップ以外の他のチップ内の前記参照信号生成部は、前記参照信号の生成を停止する、請求項1に記載の固体撮像装置。 The solid-state image pickup device according to claim 1, wherein when the AD conversion is performed, the reference signal generation unit in a chip other than the one chip stops the generation of the reference signal. それぞれが複数の撮像信号をAD変換する複数の第1半導体チップを備え、
前記複数の第1半導体チップのそれぞれは、
前記AD変換のための参照信号を伝送する参照信号線と、
前記参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記複数の撮像信号と前記参照信号との比較に基づいて、前記複数の撮像信号を複数のデジタル信号に変換する複数のADC(Analog to Digital Converter)と、
前記複数の第1半導体チップ内の前記参照信号生成部が生成する前記参照信号のアナログゲイン、又は、前記複数のデジタル信号のデジタルゲインを調整するゲイン調整部と、を有し、
前記複数の第1半導体チップ内の複数の前記参照信号線同士は電気的に接続される、固体撮像装置。
Each is equipped with a plurality of first semiconductor chips for AD conversion of a plurality of imaging signals.
Each of the plurality of first semiconductor chips
A reference signal line that transmits the reference signal for AD conversion, and
A reference signal generation unit that generates the reference signal,
A plurality of ADCs (Analog to Digital Converters) that convert the plurality of image pickup signals into a plurality of digital signals based on the comparison between the plurality of image pickup signals and the reference signal.
It has an analog gain of the reference signal generated by the reference signal generation unit in the plurality of first semiconductor chips, or a gain adjustment unit for adjusting the digital gain of the plurality of digital signals.
A solid-state image pickup device in which a plurality of reference signal lines in the plurality of first semiconductor chips are electrically connected to each other.
前記ゲイン調整部は、前記複数の参照信号線における前記複数の参照信号同士の比率に基づいて前記アナログゲインを調整する、請求項3に記載の固体撮像装置。 The solid-state image sensor according to claim 3, wherein the gain adjusting unit adjusts the analog gain based on the ratio of the plurality of reference signals in the plurality of reference signal lines. 前記ゲイン調整部は、前記複数の第1半導体チップのそれぞれから出力された前記複数のデジタル信号同士を比較して前記デジタルゲインを調整する、請求項3に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the gain adjusting unit adjusts the digital gain by comparing the plurality of digital signals output from each of the plurality of first semiconductor chips. 前記複数の第1半導体チップのそれぞれは、
前記参照信号線上の前記参照信号を前記複数のADCのそれぞれに対応づけてバッファリングする複数のバッファ部と、
前記複数のバッファ部の出力ノードが共通に接続される出力配線と、をさらに有し、
前記複数の第1半導体チップ内の複数の前記出力配線同士は、電気的に接続される、請求項1に記載の固体撮像装置。
Each of the plurality of first semiconductor chips
A plurality of buffer units for buffering the reference signal on the reference signal line in association with each of the plurality of ADCs.
Further, it has an output wiring to which the output nodes of the plurality of buffer units are commonly connected.
The solid-state image pickup device according to claim 1, wherein the plurality of output wirings in the plurality of first semiconductor chips are electrically connected to each other.
前記複数の第1半導体チップのそれぞれは、複数の前記参照信号線を有し、
前記複数の第1半導体チップのそれぞれにおける対応する前記参照信号線同士は電気的に接続されており、
前記複数の第1半導体チップのそれぞれにおける前記参照信号生成部は、それぞれ異なる前記参照信号線に前記参照信号を供給する、請求項6に記載の固体撮像装置。
Each of the plurality of first semiconductor chips has a plurality of the reference signal lines.
The corresponding reference signal lines in each of the plurality of first semiconductor chips are electrically connected to each other.
The solid-state image pickup device according to claim 6, wherein the reference signal generation unit in each of the plurality of first semiconductor chips supplies the reference signal to different reference signal lines.
前記複数の第1半導体チップは、所定の方向に配置された2個の第1半導体チップを有し、
前記2個の第1半導体チップのそれぞれは、2本の前記参照信号線を有し、
前記2個の第1半導体チップのうち一方の前記2本の参照信号線は、前記2個の第1半導体チップのうち他方の対応する参照信号線に電気的に接続されており、
前記2個の第1半導体チップのうち一方の前記参照信号生成部から出力された前記参照信号は、前記2本の参照信号線の一方に供給され、
前記2個の第1半導体チップのうち他方の前記参照信号生成部から出力された前記参照信号は、前記2本の参照信号線の他方に供給される、請求項7に記載の固体撮像装置。
The plurality of first semiconductor chips have two first semiconductor chips arranged in a predetermined direction.
Each of the two first semiconductor chips has the two reference signal lines.
The two reference signal lines of one of the two first semiconductor chips are electrically connected to the corresponding reference signal line of the other of the two first semiconductor chips.
The reference signal output from the reference signal generation unit of one of the two first semiconductor chips is supplied to one of the two reference signal lines.
The solid-state image pickup device according to claim 7, wherein the reference signal output from the reference signal generation unit of the other of the two first semiconductor chips is supplied to the other of the two reference signal lines.
前記2本の参照信号線は、前記複数のADCに交互に接続される、請求項8に記載の固体撮像装置。 The solid-state image pickup device according to claim 8, wherein the two reference signal lines are alternately connected to the plurality of ADCs. 前記2本の参照信号線は、前記複数のADC中の2以上の所定個数の前記ADCを単位として交互に前記ADCに接続される、請求項8に記載の固体撮像装置。 The solid-state image pickup device according to claim 8, wherein the two reference signal lines are alternately connected to the ADC in units of two or more predetermined number of the ADCs in the plurality of ADCs. 前記2個の第1半導体チップのそれぞれは、前記複数のバッファ部と、前記複数のバッファ部の出力ノードが共通に接続される前記出力配線とを有し、
前記2個の第1半導体チップが有する2本の前記出力配線同士は、電気的に接続される、請求項8に記載の固体撮像装置。
Each of the two first semiconductor chips has the plurality of buffer units and the output wiring to which the output nodes of the plurality of buffer units are commonly connected.
The solid-state image pickup device according to claim 8, wherein the two output wirings of the two first semiconductor chips are electrically connected to each other.
前記複数の第1半導体チップのそれぞれは、同一サイズ、同一形状、及び同一の回路構成を有する、請求項1に記載の固体撮像装置。 The solid-state image pickup device according to claim 1, wherein each of the plurality of first semiconductor chips has the same size, the same shape, and the same circuit configuration. 前記第1半導体チップに積層され、光電変換を行う画素アレイ部が配置される第2半導体チップをさらに備える、請求項1に記載の固体撮像装置。 The solid-state image pickup device according to claim 1, further comprising a second semiconductor chip laminated on the first semiconductor chip and having a pixel array unit for performing photoelectric conversion. 前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップは、ビア、バンプ、または導電材料同士の直接接合にて電気的に接続される、請求項13に記載の固体撮像装置。 The solid-state image pickup device according to claim 13, wherein the first semiconductor chip and the second semiconductor chip are electrically connected by direct bonding of vias, bumps, or conductive materials. 前記複数のADCのそれぞれには、所定方向に配置された複数の画素で光電変換された複数の撮像信号を伝送する信号線が接続されており、
前記複数のADCは、対応する信号線上の撮像信号と前記参照信号との比較に基づいて、前記複数の撮像信号を複数の前記デジタル信号に変換する、請求項1に記載の固体撮像装置。
A signal line for transmitting a plurality of imaging signals photoelectrically converted by a plurality of pixels arranged in a predetermined direction is connected to each of the plurality of ADCs.
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the plurality of ADCs convert the plurality of imaging signals into the plurality of digital signals based on the comparison between the imaging signal on the corresponding signal line and the reference signal.
前記参照信号は、電圧レベルが時間に応じて変化する信号である、請求項1に記載の固体撮像装置。 The solid-state image sensor according to claim 1, wherein the reference signal is a signal whose voltage level changes with time. 撮像信号に応じたデジタル信号を出力する固体撮像装置と、
前記デジタル信号に基づいて所定の信号処理を行う信号処理部と、を備え、
前記固体撮像装置は、
それぞれが複数の撮像信号をAD変換する複数の第1半導体チップを備え、
前記複数の第1半導体チップのそれぞれは、
前記AD変換のための参照信号を伝送する参照信号線と、
前記参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記複数の撮像信号と前記参照信号との比較に基づいて、前記複数の撮像信号を複数のデジタル信号に変換する複数のADC(Analog to Digital Converter)と、を有し、
前記複数の第1半導体チップ内の複数の前記参照信号線同士は電気的に接続され、
前記複数の第1半導体チップのうちいずれか一つのチップ内の前記参照信号生成部が生成した前記参照信号が前記複数の参照信号線に供給される、電子機器。
A solid-state image sensor that outputs a digital signal according to the image pickup signal,
A signal processing unit that performs predetermined signal processing based on the digital signal is provided.
The solid-state image sensor
Each is equipped with a plurality of first semiconductor chips for AD conversion of a plurality of imaging signals.
Each of the plurality of first semiconductor chips
A reference signal line that transmits the reference signal for AD conversion, and
A reference signal generation unit that generates the reference signal,
It has a plurality of ADCs (Analog to Digital Converters) that convert the plurality of image pickup signals into a plurality of digital signals based on the comparison between the plurality of image pickup signals and the reference signal.
The plurality of reference signal lines in the plurality of first semiconductor chips are electrically connected to each other.
An electronic device in which the reference signal generated by the reference signal generation unit in any one of the plurality of first semiconductor chips is supplied to the plurality of reference signal lines.
撮像信号に応じたデジタル信号を出力する固体撮像装置と、
前記デジタル信号に基づいて所定の信号処理を行う信号処理部と、を備え、
前記固体撮像装置は、
それぞれが複数の撮像信号をAD変換する複数の第1半導体チップを備え、
前記複数の第1半導体チップのそれぞれは、
前記AD変換のための参照信号を伝送する参照信号線と、
前記参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記複数の撮像信号と前記参照信号との比較に基づいて、前記複数の撮像信号を複数のデジタル信号に変換する複数のADC(Analog to Digital Converter)と、
前記複数の第1半導体チップ内の前記参照信号生成部が生成する前記参照信号のアナログゲイン、又は、前記複数のデジタル信号のデジタルゲインを調整するゲイン調整部と、を有し、
前記複数の第1半導体チップ内の複数の前記参照信号線同士は電気的に接続される、電子機器。
A solid-state image sensor that outputs a digital signal according to the image pickup signal,
A signal processing unit that performs predetermined signal processing based on the digital signal is provided.
The solid-state image sensor
Each is equipped with a plurality of first semiconductor chips for AD conversion of a plurality of imaging signals.
Each of the plurality of first semiconductor chips
A reference signal line that transmits the reference signal for AD conversion, and
A reference signal generation unit that generates the reference signal,
A plurality of ADCs (Analog to Digital Converters) that convert the plurality of image pickup signals into a plurality of digital signals based on the comparison between the plurality of image pickup signals and the reference signal.
It has an analog gain of the reference signal generated by the reference signal generation unit in the plurality of first semiconductor chips, or a gain adjustment unit for adjusting the digital gain of the plurality of digital signals.
An electronic device in which a plurality of reference signal lines in the plurality of first semiconductor chips are electrically connected to each other.
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WO2024038757A1 (en) * 2022-08-17 2024-02-22 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Semiconductor device and electronic equipment

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