JP2022110938A - Read-out circuit and optical sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、読出回路および光センサに関する。 The present invention relates to readout circuits and photosensors.
CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)イメージセンサは、フォトダイオードアレイと、フォトダイオードの出力をデジタル信号に変換して順次出力する読出回路とを有する。読出回路の重要な構成要素は、フォトダイオードの出力をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器(Analog-to-digital Converter)である。 A CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) image sensor has a photodiode array and a readout circuit that converts the output of the photodiodes into digital signals and sequentially outputs the digital signals. An important component of the readout circuit is the Analog-to-digital Converter, which converts the photodiode output to a digital signal.
読出回路のアナログデジタル変換器(以下、AD変換器と呼ぶ)には、回路構成が簡単なSS-ADC(Single Slope Analog-to-Digital Converter)が用いられる(例えば、特許文献1~2参照)。SS-ADCは、単調に増加(または減少)するランプ電圧が入力電圧を超えるまで(または下回るまで)に、カウンタが数えるクロック信号の数によって入力電圧をデジタル信号に変換する。
An SS-ADC (Single Slope Analog-to-Digital Converter) with a simple circuit configuration is used for the analog-to-digital converter (hereinafter referred to as an AD converter) of the readout circuit (see, for example,
SS-ADCには、変換速度を高速化すると、カウンタの消費電力が無視できなくなるという問題がある。この問題を解決するため、アナログデジタル変換(以下、AD変換と呼ぶ)により得るデジタル信号の上位ビットと下位ビットとを、別々の回路で生成する技術が複数提案されている(例えば、特許文献1~2参照)。 The SS-ADC has a problem that the power consumption of the counter cannot be ignored when the conversion speed is increased. In order to solve this problem, a number of techniques have been proposed for generating the upper bits and lower bits of a digital signal obtained by analog-to-digital conversion (hereinafter referred to as AD conversion) using separate circuits (for example, Patent Document 1). 2).
これらの技術では、デジタル信号の上位ビットは比較回路と論理回路によって生成され、デジタル信号の下位ビットはSS-ADCによって生成される。この回路構成によれば、SS-ADCによって生成される下位ビットのビット数が減るので、カウンタのクロック周波数を減らせる。カウンタの消費電力はクロック周波数に大きく依存するので、上記技術によれば、SS-ADCの消費電力を抑制できる。 In these techniques, the high-order bits of the digital signal are produced by comparison circuits and logic circuits, and the low-order bits of the digital signal are produced by the SS-ADC. With this circuit configuration, the number of lower bits generated by the SS-ADC is reduced, so the clock frequency of the counter can be reduced. Since the power consumption of the counter greatly depends on the clock frequency, the power consumption of the SS-ADC can be suppressed according to the above technique.
SS-ADCは下位ビットだけを生成する上記複数の技術には、ランプ電圧が単調に増加(または、減少)する範囲やランプ電圧の数に相違はあるが、アナログ信号のAD変換のために使用されるSS-ADCは1つだけという共通点がある。 SS-ADC generates only the lower bits The above techniques differ in the range in which the ramp voltage monotonically increases (or decreases) and the number of ramp voltages, but they can be used for analog-to-digital conversion of analog signals. They have in common that only one SS-ADC is used.
CMOSイメージセンサは、可視光のイメージを撮像する装置である。一方、赤外線イメージセンサは、赤外線のイメージ(所謂、熱画像)を撮像する装置である。 A CMOS image sensor is a device that captures an image of visible light. On the other hand, an infrared image sensor is a device that captures an infrared image (a so-called thermal image).
シリコンのフォトダイオードは、近赤外波長域の一部を除き赤外線波長域では感度を有さない。このため、赤外線イメージセンサは、シリコンとは異なる材料で形成されたフォトダイオードアレイ(すなわち、赤外線センサアレイ)を有する。赤外線イメージセンサは更に、シリコン・チップに形成された読出回路を有する。赤外線イメージセンサは、この読出回路によって、赤外線センサアレイに結像された赤外線像を画像信号に変換し出力する。 Silicon photodiodes have no sensitivity in the infrared wavelength region except for a portion of the near-infrared wavelength region. For this reason, infrared image sensors have photodiode arrays (ie, infrared sensor arrays) made of materials different from silicon. The infrared image sensor also has a readout circuit formed on the silicon chip. The infrared image sensor converts an infrared image formed on the infrared sensor array into an image signal by this readout circuit and outputs the image signal.
具体的には、赤外線イメージセンサは読出回路によって、赤外線センサアレイの出力(例えば、光電流)からアナログ信号(例えば、光電流の積分値に応じた電圧)を生成し、生成したアナログ信号を出力する。出力されたアナログ信号は、赤外線イメージセンサと同じ回路基板上に設けられたアナログデジタル変換器(以下、外付けAD変換器と呼ぶ)によってデジタル信号に変換される。 Specifically, the infrared image sensor uses a readout circuit to generate an analog signal (e.g., a voltage corresponding to the integrated value of the photocurrent) from the output of the infrared sensor array (e.g., photocurrent) and output the generated analog signal. do. The output analog signal is converted into a digital signal by an analog-to-digital converter (hereinafter referred to as an external AD converter) provided on the same circuit board as the infrared image sensor.
この構成では、赤外線イメージセンサから出力されたアナログ信号(すなわち、画像信号)は、アナログデジタル変換器に伝送される線路上で外来ノイズの混入によって擾乱を受ける。そこでCMOSイメージセンサと同様に、読出回路にSS-ADCを搭載して、外来ノイズの混入を抑制する技術が検討されている。 In this configuration, the analog signal (that is, the image signal) output from the infrared image sensor is disturbed by the mixture of external noise on the line transmitted to the analog-to-digital converter. Therefore, as in the case of CMOS image sensors, a technique of mounting an SS-ADC in a readout circuit to suppress the mixing of external noise is being studied.
しかし赤外線イメージセンサの読出回路にSS-ADCを搭載する場合、次のような問題が発生する。赤外線イメージセンサは、常温背景に対して微小な温度差の目標物体を検出する装置である。従って、赤外線イメージセンサの外付けAD変換器には、CMOSイメージセンサのSS-ADCより高分解能のアナログデジタル変換器が用いられる。例えば、赤外線イメージセンサの外付けAD変換器の分解能は14bitである。一方、CMOSイメージセンサのSS-ADCの分解能は11bitである。 However, when the SS-ADC is mounted on the readout circuit of the infrared image sensor, the following problems occur. An infrared image sensor is a device that detects a target object with a minute temperature difference against a normal temperature background. Therefore, an analog-to-digital converter with a higher resolution than the SS-ADC of the CMOS image sensor is used for the external AD converter of the infrared image sensor. For example, the resolution of the external AD converter of the infrared image sensor is 14 bits. On the other hand, the resolution of the SS-ADC of the CMOS image sensor is 11 bits.
外付けAD変換器と同様の高分解能(すなわち、14bit)をSS-ADCで実現しようとすると、カウンタのカウント数が大幅(例えば、8倍)に増加する。このため、外付けAD変換器を用いる赤外線イメージセンサのフレームレートを、SS-ADCを搭載した赤外線イメージセンサで実現しようとすると、カウンタのカウント速度(すなわち、動作速度)は大幅に増加する。 If the SS-ADC achieves the same high resolution (ie, 14 bits) as that of an external AD converter, the count number of the counter increases significantly (eg, 8 times). Therefore, if an infrared image sensor equipped with an SS-ADC is used to achieve the frame rate of an infrared image sensor that uses an external AD converter, the count speed (that is, operation speed) of the counter increases significantly.
カウント速度の増加はクロック周波数の増加により実現されるので、カウント速度を増加させると、クロック周波数が増加する。その結果、カウンタの消費電力が増加し、カウンタは発熱する。赤外線センサが熱型センサ(例えば、ボロメータ等)の場合、カウンタが発熱すると熱型センサの温度が上昇し、赤外線イメージの撮像が困難になる。赤外線センサが冷却型センサ(例えば、HgCdTe赤外線検出器やタイプII超格子赤外線検出器)の場合には、カウンタが発熱すると冷却型センサの冷却が困難になりその結果、赤外線イメージの撮像が困難になる。 An increase in count rate is achieved by an increase in clock frequency, so increasing the count rate increases the clock frequency. As a result, the power consumption of the counter increases and the counter generates heat. If the infrared sensor is a thermal sensor (for example, a bolometer or the like), heat generated by the counter increases the temperature of the thermal sensor, making it difficult to capture an infrared image. If the infrared sensor is a cooled sensor (e.g., a HgCdTe infrared detector or a type II superlattice infrared detector), heat generated by the counter will make it difficult to cool the cooled sensor, resulting in difficulty in capturing an infrared image. Become.
SS-ADCはアナログ信号とランプ電圧を比較してデジタル信号を生成するが、ランプ電圧の生成にもカウンタが用いられる。従って、赤外線イメージの撮像のための高分解能を読出回路に搭載したSS-ADCで実現しようとすると、ランプ電圧源のカウンタも発熱し、赤外線イメージの撮像が更に困難になる。赤外線イメージセンサが高フレームレート化や高精細化されると、カウンタの発熱による問題は更に大きくなる。 The SS-ADC compares an analog signal and a ramp voltage to generate a digital signal, and a counter is also used to generate the ramp voltage. Therefore, if an SS-ADC equipped with a readout circuit is used to achieve a high resolution for capturing an infrared image, the counter of the ramp voltage source will also generate heat, making capturing an infrared image even more difficult. As the infrared image sensor has a higher frame rate and higher definition, the problem caused by the heat generation of the counter becomes more serious.
そこで、本発明は、このような問題を解決することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to solve such a problem.
一つの実施の形態では、読出回路は、複数の第1光検出器の出力から生成される複数の第1検出信号それぞれに対して、前記複数の第1検出信号の一つである第1アナログ信号を、前記第1アナログ信号の電圧に応じた第1ビット列を含む第1デジタル信号に変換するアナログデジタル変換を行う読出回路であって、第1電圧から前記第1電圧とは異なる第2電圧に至る電圧範囲を分割することで得られる複数のサブ範囲間の境界と前記第1アナログ信号の電圧を比較することで、前記第1ビット列のうちの最上位ビットを含み最下位ビットを含まない第1上位ビット列を含む第1上位ビット列信号を生成する第1上位ビット列生成部と、複数の第1アナログデジタル変換器のいずれかによって、前記第1ビット列のうちの前記第1上位ビット列以外の部分を含む第1下位ビット列信号を生成するユニットであって、前記複数の第1アナログデジタル変換器はそれぞれ、前記第1アナログ信号の電圧が前記複数のサブ範囲のうちの特定の第1サブ範囲内の電圧である場合に前記第1下位ビット列信号を生成し、前記複数の第1アナログデジタル変換器それぞれの前記第1サブ範囲は互いに異なる第1下位ビット列生成部と、前記第1上位ビット列信号および前記第1下位ビット列信号に基づいて、前記第1デジタル信号を生成するデジタル信号生成部とを有する。 In one embodiment, the readout circuit outputs a first analog one of the plurality of first detection signals for each of the plurality of first detection signals generated from the outputs of the plurality of first photodetectors. A readout circuit for performing analog-to-digital conversion for converting a signal into a first digital signal including a first bit string according to the voltage of the first analog signal, the readout circuit performing analog-to-digital conversion from a first voltage to a second voltage different from the first voltage. by comparing the voltage of the first analog signal with the boundary between a plurality of sub-ranges obtained by dividing the voltage range up to A portion of the first bit string other than the first high-order bit string by one of a first high-order bit string generator for generating a first high-order bit string signal including a first high-order bit string and a plurality of first analog-to-digital converters wherein each of the plurality of first analog-to-digital converters is configured such that the voltage of the first analog signal is within a specific first sub-range of the plurality of sub-ranges a first low-order bit string generating section for generating the first low-order bit string signal when the voltages of the plurality of first analog-to-digital converters are different from each other in the first sub-ranges; the first high-order bit string signal; and a digital signal generator that generates the first digital signal based on the first lower bit string signal.
一つの側面では、本発明によれば、アナログデジタル変換器が搭載された読出回路の消費電力を抑制できる。 According to one aspect of the present invention, power consumption of a readout circuit equipped with an analog-to-digital converter can be suppressed.
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。図面が異なっても同じ構造を有する部分等には同一の符号を付し、その説明を省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to matters described in the claims and equivalents thereof. Parts having the same structure are denoted by the same reference numerals even if the drawings are different, and the description thereof will be omitted.
(実施の形態1)
(1)構造
(1-1)機能ブロック
図1は、実施の形態1の読出回路2の機能ブロック図の一例である。図2は、読出回路2における信号の流れを示す図である。読出回路2は、複数の第1光検出器(図示せず)の出力から生成される複数の第1検出信号D1(図2参照)それぞれに対して、複数の第1検出信号D1の一つである第1アナログ信号a1を第1デジタル信号d1に変換するAD変換を行う回路である。
(Embodiment 1)
(1) Structure (1-1) Functional Block FIG. 1 is an example of a functional block diagram of the
複数の第1光検出器は例えば、縦一列に配置された複数のタイプII超格子赤外線検出器である。複数の第1光検出器は、縦一列に配置された複数のHgCdTe赤外線検出器または縦一列に配置された複数のシリコンフォトダイオードであっても良い。 The plurality of first photodetectors are, for example, a plurality of type II superlattice infrared detectors arranged in tandem. The plurality of first photodetectors may be a plurality of HgCdTe infrared detectors arranged in a column or a plurality of silicon photodiodes arranged in a column.
読出回路2(図1参照)は、第1上位ビット列生成部hbg1と、第1下位ビット列生成部lbg1と、デジタル信号生成部4とを有する。図3は、第1上位ビット列生成部hbg1および第1下位ビット列生成部lbg1が生成する信号の一例を説明する図である。
The readout circuit 2 (see FIG. 1) has a first high-order bit string generator hbg1, a first low-order bit string generator lbg1, and a
読出回路2が行うAD変換が生成する第1デジタル信号d1は、第1アナログ信号a1の電圧に応じたビット列(以下、第1ビット列BS1と呼ぶ)を含む信号である。第1上位ビット列生成部hbg1(図2参照)は、第1ビット列BS1(図3参照)の上位ビット列(以下、第1上位ビット列HBS1と呼ぶ)を含む信号(以下、第1上位ビット列信号hbs1と呼ぶ)を生成する。第1上位ビット列HBS1は、第1ビット列BS1のうちの最上位ビットMSBを含み最下位ビットLSBを含まないビット列である(以下、同様)。
The first digital signal d1 generated by AD conversion performed by the
第1下位ビット列生成部lbg1(図2参照)は、第1ビット列BS1の下位ビット列(以下、第1下位ビット列LBS1と呼ぶ)を含む信号(以下、第1下位ビット列信号lbs1と呼ぶ)を生成する。第1下位ビット列LBS1は、第1ビット列BS1のうちの第1上位ビット列HBS1以外の部分である。 A first low-order bit string generator lbg1 (see FIG. 2) generates a signal (hereinafter referred to as a first low-order bit string signal lbs1) including a low-order bit string of the first bit string BS1 (hereinafter referred to as a first low-order bit string LBS1). . The first lower bit string LBS1 is the portion of the first bit string BS1 other than the first upper bit string HBS1.
デジタル信号生成部4(図2参照)は、第1上位ビット列信号hbs1および第1下位ビット列信号lbs1に基づいて、第1デジタル信号d1を生成する。 The digital signal generator 4 (see FIG. 2) generates the first digital signal d1 based on the first upper bit string signal hbs1 and the first lower bit string signal lbs1.
―第2上位ビット列生成部hbg2および第2下位ビット列生成部lbg2等―
読出回路2は更に、複数の第1光検出器とは異なるi番目の複数の光検出器(iは2以上の整数、以下同様)から生成されるi番目の複数の検出信号それぞれに対して、AD変換を行う。i番目の複数の検出信号それぞれに対するAD変換は、i番目の複数の検出信号の一つであるi番目のアナログ信号を、i番目のアナログ信号の電圧に応じたビット列を含む信号(以下、i番目のデジタル信号と呼ぶ)に変換する処理である。上述した複数の第1検出信号D1(図2参照)は、1番目の複数の検出信号である。上記「i番目のアナログ信号の電圧に応じたビット列」は以下、i番目のビット列と呼ばれる。
-Second high-order bit string generator hbg2, second low-order bit string generator lbg2, etc.-
For each of the i-th detection signals generated from the i-th photodetectors (i is an integer equal to or greater than 2, the same shall apply hereinafter) different from the plurality of first photodetectors, the
例えば読出回路2は、複数の第1光検出器とは異なる複数の第2光検出器の出力から生成される複数の第2検出信号D2夫々に対して、複数の第2検出信号D2の一つである第2アナログ信号a2を、第2デジタル信号d2に変換するAD変換を行う。第2デジタル信号d2は、第2アナログ信号a2の電圧に応じた第2ビット列を含む信号である。なお、図2に示す符号「DN」の「N」は、2以上の整数である(以下、同様)。
For example, the
読出回路2は、第1上位ビット列生成部hbg1とは異なるi番目の上位ビット列生成部(例えば、第2上位ビット列生成部hbg2)を有する。読出回路2は更に、第1下位ビット列生成部lbg1とは異なるi番目の下位ビット列生成部(例えば、第2下位ビット列生成部lbg2)を有する。
The
i番目の上位ビット列生成部は、i番目のビット列の上位ビット列を含む信号(以下、i番目の上位ビット列信号と呼ぶ)を生成する回路である。「i番目のビット列の上位ビット列」(以下、i番目の上位ビット列と呼ぶ)は、i番目のビット列のうちの最上位ビットを含み最下位ビットを含まないビット列である。 The i-th high-order bit string generator is a circuit that generates a signal including the high-order bit string of the i-th bit string (hereinafter referred to as the i-th high-order bit string signal). "High-order bit string of i-th bit string" (hereinafter referred to as i-th high-order bit string) is a bit string that includes the most significant bit and does not include the least significant bit of the i-th bit string.
例えば、第2上位ビット列生成部hbg2は、第2アナログ信号a2の電圧に応じた第2ビット列のうちの上位ビット列(以下、第2上位ビット列と呼ぶ)を含む信号(以下、第2上位ビット列信号hbs2と呼ぶ)を生成する。第2上位ビット列は、第2ビット列のうちの最上位ビットを含み最下位ビットを含まないビット列である。 For example, the second high-order bit string generation unit hbg2 generates a signal (hereinafter referred to as a second high-order bit string signal hbs2). The second high-order bit string is a bit string that includes the most significant bit and does not include the least significant bit of the second bit string.
i番目の下位ビット列生成部は、i番目のビット列のうちのi番目の上位ビット列以外の部分を含む信号(以下、i番目の下位ビット列信号と呼ぶ)を生成する回路である。「i番目のビット列のうちのi番目の上位ビット列以外の部分」は以下、i番目の下位ビット列と呼ばれる。 The i-th low-order bit string generator is a circuit that generates a signal (hereinafter referred to as an i-th low-order bit string signal) including a portion of the i-th bit string other than the i-th high-order bit string. "A portion of the i-th bit string other than the i-th upper bit string" is hereinafter referred to as the i-th lower bit string.
例えば、第2下位ビット列生成部lbg2は、第2ビット列のうちの第2上位ビット列以外の部分を含む信号(以下、第2下位ビット列信号lbs2と呼ぶ)を生成する。なおi番目のビット列の桁数は、第1ビット列BS1の桁数と同じである。i番目の上位ビット列の桁数は、第1上位ビット列HBS1の桁数と同じである。 For example, the second low-order bit string generator lbg2 generates a signal (hereinafter referred to as a second low-order bit string signal lbs2) including a portion of the second bit string other than the second high-order bit string. The number of digits of the i-th bit string is the same as the number of digits of the first bit string BS1. The number of digits of the i-th high-order bit string is the same as the number of digits of the first high-order bit string HBS1.
デジタル信号生成部4は、i番目の上位ビット列信号およびi番目の下位ビット列信号に基づいて、i番目のデジタル信号を生成する。例えばデジタル信号生成部4は、第2上位ビット列信号hbs2および第2下位ビット列信号lbs2に基づいて、第2デジタル信号d2を生成する。
The
(1-2)ハードウエア構成
図4は、読出回路2のハードウエア構成の一例を示す図である。
(1-2) Hardware Configuration FIG. 4 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the
図4に示すように、読出回路2は、参照電圧生成回路6と、ランプ電圧生成回路8と、第1上下ビット列生成回路bgc1~第N上下ビット列生成回路bgcNと、デジタル信号生成回路10と、制御回路12とを有する。制御回路12は、ランプ電圧生成回路8等を制御する回路(例えば、論路回路)である。
As shown in FIG. 4, the
j番目(jは1以上の整数、以下同様)の上位ビット列生成部(図1参照)は、参照電圧生成回路6と、j番目の上下ビット列生成回路と、制御回路12とによって実現される。例えば、第1上位ビット列生成部hbg1(図1参照)は、参照電圧生成回路6(図4参照)と、第1上下ビット列生成回路bgc1と、制御回路12とによって実現される。
The j-th (j is an integer equal to or greater than 1, hereinafter the same) high-order bit string generator (see FIG. 1) is realized by the reference
同様に、j番目の下位ビット列生成部は、参照電圧生成回路6と、ランプ電圧生成回路8と、j番目の上下ビット列生成回路と、制御回路12とによって実現される。例えば、第1下位ビット列生成部lbg1(図1参照)は、参照電圧生成回路6(図4参照)と、ランプ電圧生成回路8と、第1上下ビット列生成回路bgc1と、制御回路12とによって実現される。
Similarly, the j-th low-order bit string generator is realized by the reference
デジタル信号生成部4(図1参照)は、デジタル信号生成回路10によって実現される。第1~第N上下ビット列生成回路は、所謂カラム型のAD変換器である。
The digital signal generator 4 (see FIG. 1) is implemented by a digital
―参照電圧生成回路6―
図5は、参照電圧生成回路6のハードウエア構成の一例を示す図である。図5に示すように、参照電圧生成回路6は例えば、直列に接続された複数の抵抗13と、隣接する抵抗13の間に入力端子が接続され複数のバッファー回路14とを有する。
-Reference Voltage Generation Circuit 6-
FIG. 5 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the reference
直列に接続された複数の抵抗13の一端E1には、第1電圧VLが接続される。直列に接続された複数の抵抗13の他端E2には、第1電圧VLとは異なる第2電圧VHが接続される。以下の説明では特に断らない限り、第2電圧VHは第1電圧VLより高い電圧である。ただし第2電圧VHは、第1電圧VLより低くても良い。
A first voltage VL is connected to one end E1 of the
複数のバッファー回路14は、第1電圧VLから第2電圧VHに至る電圧範囲[VL,VH](以下、ADC範囲と呼ぶ)を分割することで得られる複数のサブ範囲間の境界(以下、境界電圧と呼ぶ)を出力する。図5に示す例では、境界電圧は、第1バッファー回路B1の出力V1、第2バッファー回路B2の出力V2、および第3バッファー回路B3の出力V3である。
A plurality of
以下の説明では、複数の抵抗13の抵抗値は互いに等しく、複数のサブ範囲はADC範囲を等分することで得られる範囲である。
In the following description, the resistance values of the
―ランプ電圧生成回路8―
図6は、ランプ電圧生成回路8のハードウエア構成の一例を示す図である。ランプ電圧生成回路8は、それぞれが別々の電圧範囲を走査する複数のランプ電圧源16を有する。
- Ramp voltage generation circuit 8 -
FIG. 6 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the ramp
各ランプ電圧源16は、2つの入力端子を有する。2つの入力端子の一方には、第1電圧VLまたは複数のバッファー回路14(図5参照)の一つが接続される。2つの入力端子の他方には、別のバッファー回路14または第2電圧VHが接続される。各ランプ電圧源16は、2つの入力端子に入力される2つの電圧の一方から他方に向かって変化するランプ電圧を出力する。各ランプ電圧源16は更に、制御回路12に接続された制御端子(図示せず)を有する。
Each
図6に示す例では、第1ランプ電圧源R1の2つの入力端子には、第1電圧VLと第1バッファー回路B1の出力端子とが接続される。従って、第1ランプ電圧源R1は例えば、サブ範囲[VL,V1]の一端(例えば、第1電圧VL)から他端(例えば、境界電圧V1)に向かって増加するランプ電圧を出力する。 In the example shown in FIG. 6, the first voltage VL and the output terminal of the first buffer circuit B1 are connected to the two input terminals of the first ramp voltage source R1. Thus, the first ramp voltage source R1, for example, outputs a ramp voltage that increases from one end (eg, first voltage VL) of the sub-range [VL, V1] toward the other end (eg, boundary voltage V1).
同様に、第2ランプ電圧源R2の2つの入力端子には、第1バッファー回路B1の出力端子と第2バッファー回路B2の出力端子とが接続される。従って、第2ランプ電圧源R2は例えば、サブ範囲[V1,V2]の一端(例えば、境界電圧V1)から他端(例えば、境界電圧V2)に向かって増加するランプ電圧を出力する。 Similarly, two input terminals of the second ramp voltage source R2 are connected to the output terminal of the first buffer circuit B1 and the output terminal of the second buffer circuit B2. Thus, the second ramp voltage source R2, for example, outputs a ramp voltage that increases from one end (eg, boundary voltage V1) of the sub-range [V1, V2] to the other end (eg, boundary voltage V2).
第3ランプ電圧源R3の2つの入力端子には、第2バッファー回路B2の出力端子と第3バッファー回路B3の出力端子とが接続される。従って、第3ランプ電圧源R3は例えば、サブ範囲[V2,V3]の一端(例えば、境界電圧V2)から他端(例えば、境界電圧V3)に向かって増加するランプ電圧を出力する。 Two input terminals of the third ramp voltage source R3 are connected to the output terminal of the second buffer circuit B2 and the output terminal of the third buffer circuit B3. Thus, the third ramp voltage source R3, for example, outputs a ramp voltage that increases from one end (eg, boundary voltage V2) of the sub-range [V2, V3] to the other end (eg, boundary voltage V3).
第4ランプ電圧源R4の2つの入力端子には、第3バッファー回路B3の出力端子と第2電圧VHとが接続される。従って、第4ランプ電圧源R4は例えば、サブ範囲[V3,VH]の一端(例えば、境界電圧V3)から他端(例えば、第2電圧VH)に向かって増加するランプ電圧を出力する。 Two input terminals of the fourth ramp voltage source R4 are connected to the output terminal of the third buffer circuit B3 and the second voltage VH. Therefore, the fourth ramp voltage source R4, for example, outputs a ramp voltage that increases from one end (eg, boundary voltage V3) of the sub-range [V3, VH] toward the other end (eg, second voltage VH).
―第1上下ビット列生成回路bgc1―
図7は、第1上下ビット列生成回路bgc1(図4参照)のハードウエア構成の一例を示す図である。第2上下ビット列生成回路bgc2~第N上下ビット列生成回路bgcNそれぞれのハードウエア構成は、第1上下ビット列生成回路bgc1のハードウエア構成と実質的に同じである。従って、第2上下ビット列生成回路bgc2~第N上下ビット列生成回路bgcNの説明は省略する。
-First upper and lower bit string generation circuit bgc1-
FIG. 7 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the first upper and lower bit string generation circuit bgc1 (see FIG. 4). The hardware configuration of each of the second upper and lower bit string generation circuit bgc2 to the Nth upper and lower bit string generation circuit bgcN is substantially the same as the hardware configuration of the first upper and lower bit string generation circuit bgc1. Therefore, description of the second upper and lower bit string generation circuit bgc2 to the Nth upper and lower bit string generation circuit bgcN is omitted.
第1上下ビット列生成回路bgc1は、後述する画素回路(図示せず)に接続された負荷トランジスタ20と、負荷トランジスタ20に並列に接続された雑音除去用のキャパシタ22とを有する。
The first upper and lower bit string generation circuit bgc1 has a
第1上下ビット列生成回路bgc1は更に、複数のアナログデジタル変換器(以下、第1アナログデジタル変換器と呼ぶ)18を含む。各第1アナログデジタル変換器18の入力端子(以下、アナログ信号端子と呼ぶ)には、負荷トランジスタ20の画素回路側の一端が接続される。各第1アナログデジタル変換器18の別の入力端子(以下、ランプ電圧端子と呼ぶ)には、複数のランプ電圧源16(図6参照)のいずれかの出力端子が接続される。
The first upper and lower bit string generation circuit bgc1 further includes a plurality of analog-to-digital converters (hereinafter referred to as first analog-to-digital converters) 18 . One end of the
複数の第1アナログデジタル変換器18の数と複数のサブ範囲の数とは等しく、各第1アナログデジタル変換器18には別々のサブ範囲が割り当てられる。図7に示す例では、複数の第1アナログデジタル変換器18は、4つのSS-ADC(Single Slope Analog-to-Digital Converter)である。
The number of first analog-to-
1番目のSS-ADC(以下、SS-ADC1と呼ぶ)のランプ電圧端子には、第1ランプ電圧源R1の出力端子が接続される。2番目のSS-ADC(以下、SS-ADC2と呼ぶ)のランプ電圧端子には、第2ランプ電圧源R2の出力端子が接続される。3番目のSS-ADC(以下、SS-ADC3と呼ぶ)のランプ電圧端子には、第3ランプ電圧源R3の出力端子が接続される。4番目のSS-ADC(以下、SS-ADC4と呼ぶ)のランプ電圧端子には、第4ランプ電圧源R4の出力端子が接続される。 The output terminal of the first ramp voltage source R1 is connected to the ramp voltage terminal of the first SS-ADC (hereinafter referred to as SS-ADC1). The output terminal of the second ramp voltage source R2 is connected to the ramp voltage terminal of the second SS-ADC (hereinafter referred to as SS-ADC2). The output terminal of the third ramp voltage source R3 is connected to the ramp voltage terminal of the third SS-ADC (hereinafter referred to as SS-ADC3). The output terminal of the fourth ramp voltage source R4 is connected to the ramp voltage terminal of the fourth SS-ADC (hereinafter referred to as SS-ADC4).
第1上下ビット列生成回路bgc1は更に、複数の比較器24を有する。各比較器の非反転入力端子には、負荷トランジスタ20の画素回路側の一端が接続される。
The first upper and lower bit string
各比較器の反転入力端子には、複数のバッファー回路14(図5参照)のいずれかの出力端子が接続される。図7に示す例では、複数の比較器24は3つのオペアンプである。
An output terminal of one of a plurality of buffer circuits 14 (see FIG. 5) is connected to the inverting input terminal of each comparator. In the example shown in FIG. 7, the plurality of
1番目の比較器C1(以下、第1比較器と呼ぶ)の反転入力端子には、第1バッファー回路B1(図5参照)の出力端子が接続される。2番目の比較器C2(以下、第2比較器と呼ぶ)の反転入力端子には、第2バッファー回路B2の出力端子が接続される。3番目の比較器C3(以下、第3比較器と呼ぶ)の反転入力端子には、第3バッファー回路B3の出力端子が接続される。 The output terminal of the first buffer circuit B1 (see FIG. 5) is connected to the inverting input terminal of the first comparator C1 (hereinafter referred to as the first comparator). The output terminal of the second buffer circuit B2 is connected to the inverting input terminal of the second comparator C2 (hereinafter referred to as the second comparator). The output terminal of the third buffer circuit B3 is connected to the inverting input terminal of the third comparator C3 (hereinafter referred to as the third comparator).
第1上下ビット列生成回路bgc1は更に、判定回路26を有する。判定回路26は例えば、倫理回路である。判定回路26の機能については、後述する(「(2-2)ハードウエアの動作」参照)。
The first upper and lower bit string
判定回路26は、複数の入力端子を有する。図7に示す例では、判定回路26は3つの入力端子を有する。1番目の入力端子には、第1比較器C1の出力端子が接続される。2番目の入力端子には、第2比較器C2の出力端子が接続される。3番目の入力端子には、第3比較器C3の出力端子が接続される。
The
判定回路26は、複数の出力端子を有する。図7に示す例では、判定回路26は5つの出力端子を有する。1番目の出力端子には、SS-ADC1の入力端子であってランプ電圧端子およびアナログ信号端子とは異なる入力端子(以下、EN端子と呼ぶ)が接続される。2番目の出力端子には、SS-ADC2のEN端子が接続される。3番目の出力端子には、SS-ADC3のEN端子が接続される。4番目の出力端子には、SS-ADC4のEN端子が接続される。5番目の出力端子には、デジタル信号生成回路10(図4参照)の入力端子の一つが接続される。
The
判定回路26は更に、制御回路12に接続された制御端子(図示せず)を有する。
The
―デジタル信号生成回路10―
図8は、デジタル信号生成回路10のハードウエア構成の一例を示す図である。デジタル信号生成回路10は、上下ビット列結合回路28と、メモリ30(例えば、Static Random Access Memory)とを有する。上下ビット列結合回路28は例えば、論理回路である。
-Digital signal generation circuit 10-
FIG. 8 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the digital
上下ビット列結合回路28の複数の入力端子には、判定回路26の出力端子と、SS-ADC1~4それぞれの出力端子とが接続される。メモリ30の入力端子には、上下ビット列結合回路28の出力端子が接続される。メモリ30の出力端子は、読出回路2の出力ポートが接続される。
A plurality of input terminals of the upper and lower bit
上下ビット列結合回路28の機能については、後述する(「(2-2)ハードウエアの動作」参照)。
The function of the upper and lower bit
(2)動作
(2-1)読出回路の動作
図9は、読出回路2の動作の一例を示すフローチャートである。図9は、複数の第1検出信号D1それぞれに対して、読出回路2がAD変換を行う手順の一例を示すフローチャートである。
(2) Operation (2-1) Operation of Readout Circuit FIG. 9 is a flowchart showing an example of the operation of the
―ステップS2―
読出回路2は先ず、ADC範囲を分割することで得られる複数のサブ範囲間の境界電圧と第1アナログ信号a1を比較することで、第1ビット列BS1(図3参照)の第1上位ビット列HBS1を含む第1上位ビット列信号hbs1を生成する。第1ビット列BS1は、第1アナログ信号a1の電圧に応じたビット列である。
-Step S2-
The
ADC範囲は、図5を参照して説明した電圧範囲である(「― 参照電圧生成回路6 ―」参照)。ADC範囲の最小値(すなわち、第1電圧VL)は好ましくは、複数の第1検出信号D1がとり得る電圧の最小値(例えば、グランド電位)である。ADC範囲の最大値(すなわち、第2電圧VH)は好ましくは、複数の第1検出信号D1がとり得る電圧の最大値(例えば、後述する画素回路のリセット電圧)である。 The ADC range is the voltage range described with reference to FIG. 5 (see "-reference voltage generation circuit 6-"). The minimum value of the ADC range (that is, the first voltage VL) is preferably the minimum value of voltages that the plurality of first detection signals D1 can take (for example, ground potential). The maximum value of the ADC range (that is, the second voltage VH) is preferably the maximum value of voltages that the plurality of first detection signals D1 can take (for example, a reset voltage of a pixel circuit, which will be described later).
ADC範囲がこの好適な範囲と一致しない場合には、アナログ信号の一部がAD変換されない等の問題が起こり得る。しかしこの様な問題は、読出回路2の使用状態や使用目的によっては無視できる。例えば、ADC範囲の最大値(すなわち、第2電圧VH)は、複数の第1検出信号D1がとり得る電圧の最大値より高くても良い。同様に、ADC範囲の最小値(すなわち、第1電圧VL)は、複数の第1検出信号D1がとり得る電圧の最小値より低くても良い。
If the ADC range does not match this preferred range, problems may occur, such as not AD converting part of the analog signal. However, such a problem can be ignored depending on the state of use and purpose of use of the
ステップS2は、第1上位ビット列生成部hbg1(図2参照)によって実行される。 Step S2 is executed by the first high-order bit string generator hbg1 (see FIG. 2).
―ステップS4―
ステップS2の後、読出回路2は、複数の第1アナログデジタル変換器18(図7参照)のいずれかによって、第1ビット列BS1の第1下位ビット列LBS1を含む第1下位ビット列信号lbs1を生成する。
-Step S4-
After step S2,
ステップS4は、第1下位ビット列生成部lbg1によって実行される。 Step S4 is executed by the first lower bit string generator lbg1.
―ステップS6―
ステップS4の後、読出回路2は、第1上位ビット列信号hbs1(図2参照)および第1下位ビット列信号lbs1に基づいて、第1デジタル信号d1を生成する。読出回路2は、生成した第1デジタル信号d1を出力する。
-Step S6-
After step S4,
ステップS6は、デジタル信号生成部4によって実行される。
Step S6 is executed by the
ステップS6の後、読出回路2はステップS2に戻って、新たな第1アナログ信号a1に対して、ステップS2~S6を実行する。
After step S6,
i番目の複数の検出信号Di(例えば、複数の第2検出信号D2)それぞれに対して読出回路2が行うAD変換は、図9を参照して説明したAD変換と実質的に同じである。具体的には、以下の読み替えを行うことで、複数の第1検出信号D1に対するAD変換の説明は、複数の検出信号Diに対するAD変換の説明に変換される。
AD conversion performed by the
「複数の第1検出信号D1」は、「i番目の複数の検出信号Di」と読み替える。更に「第1アナログ信号a1」は、「i番目のアナログ信号ai」と読み替える。「第1デジタル信号d1」は、「i番目のデジタル信号di」と読み替える。 The “plurality of first detection signals D1” should be read as “the i-th plurality of detection signals Di”. Further, "first analog signal a1" is read as "i-th analog signal ai". The "first digital signal d1" is read as "i-th digital signal di".
「第1ビット列BS1」は、「i番目のビット列」と読み替える。「第1上位ビット列HBS1」は、「i番目の上位ビット列」と読み替える。「第1上位ビット列生成部hbg1」は、「i番目の上位ビット列生成部hbgi」と読み替える。 The "first bit string BS1" is read as "i-th bit string". The "first high-order bit string HBS1" should be read as "i-th high-order bit string". The “first high-order bit string generation unit hbg1” is read as “i-th high-order bit string generation unit hbgi”.
「複数の第1アナログデジタル変換器18」は、「i番目の複数のアナログデジタル変換器」と読み替える。「第1下位ビット列」は、「i番目の下位ビット列」と読み替える。「第1下位ビット列生成部lbg1」は、「i番目の下位ビット列生成部lbgi」と読み替える。「第1下位ビット列生成部lbg1」は、「i番目の下位ビット列生成部lbgi」と読み替える。
The "plurality of first analog-to-
(2-2)ハードウエアの動作
図10は、第1上下ビット列生成回路bgc1(図4参照)における信号の流れの一例を説明する図である。ここでは、第1上下ビット列生成回路bgc1が行う動作を説明する。但し、読出回路2が生成する第1デジタル信号d1は、6ビットのデジタル信号とする。第1上位ビット列は、2ビットのビット列とする。第1下位ビット列は、4ビットのビット列とする。第2上下ビット列生成回路bgc2~第N上下ビット列生成回路bgcNの動作は、第1上下ビット列生成回路bgc1の動作と実質的には同じである。
(2-2) Hardware Operation FIG. 10 is a diagram illustrating an example of signal flow in the first upper and lower bit string generation circuit bgc1 (see FIG. 4). Here, the operation performed by the first upper and lower bit string generation circuit bgc1 will be described. However, the first digital signal d1 generated by the
読出回路2が起動されると、参照電圧生成回路6(図5参照)の複数の抵抗13の一端E1に、第1電圧VLが接続される。第1電圧VLは例えば、グランド電位(すなわち、0V)である。一方、複数の抵抗13の他端E2には、第2電圧VHが接続される。第2電圧VHは例えば、画素回路のリセット電圧(実施の形態2参照)である。以下の説明では、第1電圧VLは0Vとする。
When the
複数の抵抗13の両端に第1電圧VLおよび第2電圧VHが接続(すなわち、印加)されると、第1バッファー回路B1は、境界電圧V1(=VH/4)を第1比較器C1(図10参照)の反転端子に入力する。第2バッファー回路B2は、境界電圧V2(=2・VH/4)を第2比較器C2の反転端子に入力する。第3バッファー回路B3は、境界電圧V3(=3・VH/4)を第3比較器C3の反転端子に入力する。
When the first voltage VL and the second voltage VH are connected (that is, applied) across the plurality of
制御回路12(図4参照)は例えば、読出回路2の外部からの読出要求に応答して、図示されていないアナログ信号生成回路(実施の形態2参照)を制御して、複数の第1光検出器の出力から複数の第1検出信号D1を生成する。制御回路12は更にアナログ信号生成回路を制御して、生成された第1検出信号D1のうちの一つであるアナログ信号32を各比較器C1~C3の非反転端子に入力させる。アナログ信号32は、上述した第1アナログ信号a1である。第1アナログ信号a1は例えば、複数の第1光検出器の出力から生成される複数の第1検出信号D1から順次選択されるアナログ信号である。
For example, the control circuit 12 (see FIG. 4) controls an analog signal generation circuit (not shown) (see Embodiment 2) in response to a read request from the outside of the read
第1比較器C1は、入力されたアナログ信号32の電圧が境界電圧V1以上の場合には、信号レベルが高い信号(すなわち、ハイレベルの信号)を出力する。一方、第1比較器C1は、入力されたアナログ信号32の電圧が境界電圧V1より低い場合には、信号レベルが低い信号(すなわち、ローレベルの信号)を出力する。第2~第3比較器C2,C3についても、同様である。
The first comparator C1 outputs a signal with a high signal level (that is, a high level signal) when the voltage of the
―上位ビット列の生成―
第1比較器C1~第3比較器C3(図10参照)の出力34は、判定回路26に入力される。判定回路26は、第1比較器C1~第3比較器C3の出力34に基づいて、第1ビット列BS1(図3参照)の第1上位ビット列HBS1を含む第1上位ビット列信号hbs1を生成する。生成された第1上位ビット列信号hbs1は、デジタル信号生成回路10(図8参照)の上下ビット列結合回路28に入力される。
―Generation of upper bit string―
―下位ビット列の生成―
判定回路26(図10参照)は更に、第1比較器C1~第3比較器C3の出力34に基づいて、SS-ADC1~4のいずれか(例えば、SS-ADC3)を選択する。
―Generation of low-order bit string―
The decision circuit 26 (see FIG. 10) further selects one of the SS-
その後、制御回路12は、複数のランプ電圧源16(図6参照)と判定回路26に制御信号を送信する。複数のランプ電圧源16に送信される制御信号は以後、第1制御信号と呼ばれる。判定回路26に送信される制御信号は以後、第2制御信号と呼ばれる。
The
複数のランプ電圧源16はそれぞれ、第1制御信号に応答してランプ電圧を出力する。図11は、複数のランプ電圧源16が生成するランプ電圧の時間変化を示す図である。横軸は、複数のランプ電圧源16が第1制御信号を受信してからの経過時間(以下、掃引時間と呼ぶ)である。掃引時間の原点は、複数のランプ電圧源16が一斉にランプ電圧の出力を始める時刻である。縦軸は、ランプ電圧の大きさ(すなわち、電圧)である。
A plurality of
図11に示すように、第1ランプ電圧源R1(図6参照)は、サブ範囲[VL,V1]の一端(第1電圧VL)から他端(境界電圧V1)に向かって階段状に増加するランプ電圧RV1を生成する。生成されたランプ電圧RV1は、SS-ADC1に入力される。 As shown in FIG. 11, the first ramp voltage source R1 (see FIG. 6) increases stepwise from one end (first voltage VL) of the sub-range [VL, V1] to the other end (boundary voltage V1). A ramp voltage RV1 is generated. The generated ramp voltage RV1 is input to SS-ADC1.
ランプ電圧RV1は、第1デジタル信号d1の下位ビット列(すなわち、第1下位ビット列)のビット数(ここでは、4ビット)に応じた回数(ここでは、15回)だけ増加して、略境界電圧V1に到達する。ランプ電圧RV1の1ステップ当りの電圧は、サブ範囲[VL,V1]の幅(=V1-VL)を24等分した電圧である。後述するランプ電圧RV2~RV3についても、同様である。 The ramp voltage RV1 is increased by the number of times (here, 15 times) corresponding to the number of bits (here, 4 bits) of the low-order bit string (that is, the first low-order bit string) of the first digital signal d1. Reach V1. The voltage per step of the ramp voltage RV1 is a voltage obtained by equally dividing the width (=V1 - VL) of the sub-range [VL, V1] by 24. The same applies to lamp voltages RV2 to RV3, which will be described later.
同様に、第2ランプ電圧源R2は、サブ範囲[V1,V2]の一端(境界電圧V1)から他端(境界電圧V2)に向かって階段状に増加するランプ電圧RV2を生成する。生成されたランプ電圧RV2は、SS-ADC2に入力される。同様に、第3ランプ電圧源R3は、サブ範囲[V2,V3]の一端(境界電圧V2)から他端(境界電圧V3)に向かって階段状に増加するランプ電圧RV3を生成する。生成されたランプ電圧RV3は、SS-ADC3に入力される。同様に、第4ランプ電圧源R4は、サブ範囲[V3,VH]の一端(境界電圧V3)から他端(第2電圧VH)に向かって階段状に増加するランプ電圧RV4を生成する。生成されたランプ電圧RV4は、SS-ADC4に入力される。 Similarly, the second ramp voltage source R2 generates a ramp voltage RV2 that increases stepwise from one end (boundary voltage V1) of the sub-range [V1, V2] to the other end (boundary voltage V2). The generated ramp voltage RV2 is input to SS-ADC2. Similarly, the third ramp voltage source R3 generates a ramp voltage RV3 that increases stepwise from one end (boundary voltage V2) to the other end (boundary voltage V3) of the sub-range [V2, V3]. The generated ramp voltage RV3 is input to SS-ADC3. Similarly, the fourth ramp voltage source R4 generates a ramp voltage RV4 that increases stepwise from one end (boundary voltage V3) of the sub-range [V3, VH] to the other end (second voltage VH). The generated ramp voltage RV4 is input to SS-ADC4.
一方、判定回路26は上記第2制御信号(図示せず)を受信すると、第1~第3比較器の出力34に基づいて選択したSS-ADC(例えば、SS-ADC3)に、ハイレベルのADC選択信号36を送信する。一方、選択されなかったSS-ADC(例えば、SS-ADC1,2,4)には、ローレベルのADC選択信号36が送信される。
On the other hand, when the
ハイレベルのADC選択信号36を受信したSS-ADC(例えば、SS-ADC3)は、ランプ電圧(例えば、ランプ電圧RV3)に基づいて第1下位ビット列信号lbs1を生成し、デジタル信号生成回路10に送信する。ローレベルのADC選択信号36を受信したSS-ADC(例えば、SS-ADC1,2,4)は、AD変換を行わない。
The SS-ADC (for example, SS-ADC3) that has received the high-level
デジタル信号生成回路10の上下ビット列結合回路28(図8参照)は、受信した第1上位ビット列信号hbs1と受信した第1下位ビット列信号lbs1に基づいて第1デジタル信号d1を生成する。具体的には、第1上位ビット列信号hbs1が含む第1上位ビット列HBS1(図3参照)と、第1下位ビット列信号lbs1が含む第1下位ビット列LBS1とが結合されて、第1デジタル信号d1が生成される。生成された第1デジタル信号d1は、メモリ30に記録される。
The upper and lower bit string coupling circuit 28 (see FIG. 8) of the digital
同様の手順により、制御回路12とi番目の上下ビット列生成回路(iは2以上N以下の整数)とデジタル信号生成回路10が協働して、複数の検出信号Diうちの一つであるアナログ信号aiからi番目のデジタル信号diを生成する。生成されたi番目のデジタル信号diは、メモリ30に記録される。
By the same procedure, the
その後、制御回路12は、メモリ30に第1デジタル信号d1~第Nデジタル信号dNを順次出力させる。
After that, the
ステップS2~ステップS6は、複数の検出信号Dj(jは1以上N以下の整数)それぞれに対するAD変換が完了するまで繰り返される。 Steps S2 to S6 are repeated until AD conversion for each of a plurality of detection signals Dj (j is an integer from 1 to N) is completed.
なお、第1デジタル信号d1のビット数をnとすると、第1デジタル信号d1の最小単位”1b”に相当する第1アナログ信号a1の電圧幅ΔVは、(VH-VL)/2nである。第1デジタル信号d1の最小値”0b”に相当する電圧は、VLである。第1デジタル信号d1の最大値”11・・・1b”に相当する電圧は、VH-ΔVである。 If the number of bits of the first digital signal d1 is n, the voltage width ΔV of the first analog signal a1 corresponding to the minimum unit "1b" of the first digital signal d1 is (VH−VL)/ 2n . . A voltage corresponding to the minimum value "0b" of the first digital signal d1 is VL. The voltage corresponding to the maximum value "11 . . . 1b" of the first digital signal d1 is VH-ΔV.
―判定回路26の真理値表38―
図12は、第1アナログ信号a1に対して判定回路26が行う処理の真理値表38の一例である。真理値表38の1列目には、第1比較器C1の出力34の信号レベルが記載されている。真理値表38の2~3列目についても同様である。真理値表38に記載された「H」は、信号レベルがハイレベルであることを示している。「L」は、信号レベルがローレベルであることを示している。
-Truth Table 38 of Judgment Circuit 26-
FIG. 12 is an example of the truth table 38 of the processing performed by the
真理値表38の4列目には、SS-ADC1に送信されるADC選択信号36の信号レベルが記載されている。真理値表38の5~7列目についても同様である。
The fourth column of the truth table 38 describes the signal level of the
真理値表38の8~9列目には、判定回路26が生成する第1上位ビット列信号hbs1が含む第1上位ビット列HBS1が記載されている。真理値表38の8列目には、第1上位ビット列HBS1の最上位ビットが記載されている。真理値表38の9列目には、第1上位ビット列HBS1の最下位ビットが記載されている。図12に示す例では、第1上位ビット列HBS1の桁数は2ビットである。
The eighth and ninth columns of the truth table 38 describe the first high-order bit string HBS1 included in the first high-order bit string signal hbs1 generated by the
真理値表38の下から2番目の行40は、第1~第2比較器C1,C2の出力34がハイレベルで第3比較器C3の出力34がローレベルの場合、ADC選択信号36のうちSS-ADC3に送信される信号のみがハイレベルである事を示している。すなわち、下から2番目の行40は、第1アナログ信号a1の電圧が境界電圧V2より高く境界電圧V3より低い場合、SS-ADC3に送信されるADC選択信号36のみがハイレベルであることを示している。
The
換言するならば、下から2番目の行40は、第1アナログ信号a1の電圧が特定のサブ範囲[V2,V3]内の電圧である場合、SS-ADC3が第1下位ビット列信号lbs1を生成することを示している。下から2番目の以外の行(すなわち、下から1,3,4番目の行)についても同様である。
In other words, the
すなわち、図12は、複数の第1アナログデジタル変換器18はそれぞれ、第1アナログ信号a1の電圧が複数のサブ範囲のうちの特定のサブ範囲内の電圧である場合に、第1下位ビット列信号lbs1を生成する事を示している(ステップS4参照)。
That is, in FIG. 12, each of the plurality of first analog-to-
図12は更に、複数の第1アナログデジタル変換器18それぞれの上記特定のサブ範囲(以下、第1サブ範囲と呼ぶ)は互いに異なること示している。例えば、図12の下から4番目の行はSS-ADC1の第1サブ範囲が[VL,V1]であることを示し、下から3番目の行はSS-ADC2の第1サブ範囲が[V1,V2]であることを示している。下から2番目の行はSS-ADC3の第1サブ範囲が[V2,V3]であることを示し、下から1番目の行はSS-ADC4の第1サブ範囲が[V3,VH]であることを示している。
FIG. 12 further shows that the specific sub-ranges (hereinafter referred to as first sub-ranges) of each of the plurality of first analog-to-
第2上下ビット列生成回路bgc2等(図4参照)に含まれる複数のアナログデジタル変換器(以下、複数の第2アナログデジタル変換器と呼ぶ)についても、同様である。例えば、第2上下ビット列生成回路bgc2は複数の第2アナログデジタル変換器を含み、複数の第2アナログデジタル変換器のいずれかによって第2下位ビット列信号lbs2を生成する。複数の第2アナログデジタル変換器はそれぞれ、第2アナログ信号a2の電圧が複数のサブ範囲のうちの特定の第2サブ範囲内の電圧である場合に、第2下位ビット列信号lbs2を生成する。複数の第2アナログデジタル変換器それぞれの第2サブ範囲は、互いに異なる範囲である。複数の第2アナログデジタル変換器は、複数の第1アナログデジタル変換器(すなわち、第1上下ビット列生成回路bgc1に含まれる複数の第1アナログデジタル変換器)とは異なる装置である。 The same applies to a plurality of analog-to-digital converters (hereinafter referred to as a plurality of second analog-to-digital converters) included in the second upper and lower bit string generation circuits bgc2 and the like (see FIG. 4). For example, the second upper and lower bit string generation circuit bgc2 includes a plurality of second analog-to-digital converters, and generates the second lower-order bit string signal lbs2 by any one of the plurality of second analog-to-digital converters. Each of the plurality of second analog-to-digital converters generates a second lower bit string signal lbs2 when the voltage of the second analog signal a2 is within a specific second sub-range of the plurality of sub-ranges. The second sub-ranges of each of the plurality of second analog-to-digital converters are ranges different from each other. The plurality of second analog-to-digital converters is a device different from the plurality of first analog-to-digital converters (that is, the plurality of first analog-to-digital converters included in the first upper and lower bit string generation circuit bgc1).
真理値表38の下から2番目の行40は更に、第1~第2比較器C1,C2の出力34がハイレベルで第3比較器C3の出力34がローレベルの場合、判定回路26は、ビット列「10」を含む第1上位ビット列信号hbs1を生成することを示している。真理値表38の他の行も、第1~第3比較器C1,C2,C3の出力に基づいて判定回路26が生成する第1上位ビット列信号hbs1の内容(すなわち、第1上位ビット列HBS1)を示している。すなわち図12は、判定回路26は、ADC範囲を分割することで得られる複数のサブ範囲間の境界V1,V2,V3と第1アナログ信号a1の電圧を比較することで、第1上位ビット列信号を生成することを示している(ステップS2参照)。第2上下ビット列生成回路bgc2等(図4参照)に含まれる判定回路についても、同様である。例えば、第2上下ビット列生成回路bgc2の判定回路26は、ADC範囲を分割することで得られる複数のサブ範囲間の境界V1,V2,V3と第2アナログ信号a2の電圧を比較することで、第2上位ビット列信号hbs2を生成する。
The
ところで、図11等を参照して説明した例では、第1デジタル信号d1のビット数は6ビットである。一方、複数のSS-ADC18が生成する第1下位ビット列信号lbs1のビット数は4ビットである。従って複数のSS-ADC18が受信するクロックの周波数(以下、クロック周波数と呼ぶ)は、第1アナログ信号a1を単独でAD変換するSS-ADC(以下、単独変換SS-ADCと呼ぶ)のクロック周波数より格段に低くできる。ただし読出回路2のAD変換の速度(以下、AD変換速度と呼ぶ)と、単独変換SS-ADCのAD変換速度は同じとする。
By the way, in the example described with reference to FIG. 11 and the like, the number of bits of the first digital signal d1 is 6 bits. On the other hand, the number of bits of the first lower bit string signal lbs1 generated by the plurality of SS-
SS-ADCの消費電力(特に、カウンタの消費電力)は、クロック周波数の増加に伴い非線形的に増加する。従って、複数のSS-ADC18の消費電力は、単独変換SS-ADCの消費電力より低くなる。第2アナログ信号a2等をAD変換する際の消費電力についても同様である。
The power consumption of the SS-ADC (especially the power consumption of the counter) increases non-linearly as the clock frequency increases. Therefore, the power consumption of multiple SS-
更に実施の形態1では、第1アナログ信号a1をAD変換する際に動作するSS-ADCは、複数のSS-ADC18のうちの一つだけである(真理値表38の第4~第7列参照)。従って、実施の形態1の読出回路2によれば、複数の第1検出信号D1をAD変換する際の消費電力は更に抑制できる。
Furthermore, in
或いは、複数のSS-ADC18のクロック周波数が単独変換SS-ADCのクロック周波数と同じ場合には、読出回路2のAD変換速度を単独変換SS-ADCのAD変換速度より格段に速くできる。すなわち、読出回路2のフレーム周波数を格段に高くできる。
Alternatively, if the clock frequency of the plurality of SS-
(3)変形例
(3-1)変形例1
以上例では、複数の第1アナログデジタル変換器18はそれぞれ、第1アナログ信号a1の電圧がそれぞれの特定のサブ範囲内(例えば、[VL,V1])にある場合にのみ動作する。しかし複数の第1アナログデジタル変換器18は、第1アナログ信号a1の電圧がそれぞれの特定のサブ範囲内(すなわち、第1サブ範囲内)であるか否に拘わらず動作しても良い。
(3) Modification (3-1)
In the above example, each of the plurality of first analog-to-
この場合には、上下ビット列結合回路28(図8参照)は、判定回路26が入力する第1上位ビット列信号hbs1に基づいて、複数の第1アナログデジタル変換器18が出力する複数の信号の中から第1下位ビット列信号lbs1を抽出する。上下ビット列結合回路28は、抽出された第1下位ビット列信号lbs1が含む第1下位ビット列と第1上位ビット列信号hbs1が含む第1上位ビット列とを結合して、第1デジタル信号d1を生成する。
In this case, the upper and lower bit string combination circuit 28 (see FIG. 8) selects one of the plurality of signals output from the plurality of first analog-to-
この場合であっても、SS-ADCの消費電力はクロック周波数に対して非線形的に増加するので、第1アナログ信号a1を単独でAD変換するSS-ADCの消費電力より、クロック周波数を下げた複数のSS-ADC18の消費電力は低くなる。
Even in this case, the power consumption of the SS-ADC increases nonlinearly with respect to the clock frequency. The power consumption of multiple SS-
(3-2)変形例2
以上の例では、第1上位ビット列HBS1のビット数は2ビットである。しかし第1上位ビット列HBS1のビット数は、2ビット以外であっても良い。第2上位ビット列等のビット数についても同様である。
(3-2)
In the above example, the number of bits of the first high-order bit string HBS1 is 2 bits. However, the number of bits of the first high-order bit string HBS1 may be other than 2 bits. The same applies to the number of bits of the second high-order bit string and the like.
この場合、第1上位ビット列等のビット数をmビット(mは2以外の整数)にすると、ADC範囲の分割数は2mになる。mが3以上であれば、複数の第1アナログデジタル変換器18が生成するデジタル信号のビット数は更に少なくなる。従って、読出回路2の消費電力も更に低くなる。
In this case, if the number of bits of the first high-order bit string or the like is m bits ( m is an integer other than 2), the number of divisions of the ADC range is 2m. If m is 3 or more, the number of bits of the digital signals generated by the plurality of first analog-to-
mが1であれば、複数の第1アナログデジタル変換器18の数が2つになるので、読出回路2の構成は簡素化される。
If m is 1, the number of first analog-to-
(3-3)変形例3
以上例では、ADC範囲は等分される。しかし、ADC範囲は不均一に分割されても良い。例えば、ADC範囲を等分した場合の1番目のサブ領域の幅と、ADC範囲を不均一に分割した場合の1番目のサブ領域の幅が等しくなくても、その差が第1デジタル信号d1の1ビット分より小さければ、変換誤差は1ビット以下である。従って、1ビット以下の変換誤差が許容される場合には、上記不均一な分割が行われても問題はない。許容される変換誤差が更に大きければ、更に不均一な分割が行われても問題はない。
(3-3) Modification 3
In the above example, the ADC range is divided equally. However, the ADC range may be divided unevenly. For example, even if the width of the first sub-region when the ADC range is divided equally and the width of the first sub-region when the ADC range is divided unevenly are not equal, the difference between them is the first digital signal d1. is less than 1 bit, the conversion error is less than 1 bit. Therefore, if a conversion error of 1 bit or less is allowed, there is no problem even if the non-uniform division is performed. If the allowed conversion error is larger, even more non-uniform partitioning is not a problem.
変形例3によれば、読出回路2の設計の自由度が増す。
According to Modification 3, the degree of freedom in designing the
図11等を参照して説明した例では、第1デジタル信号d1~第Nデジタル信号dNは、6ビットのデジタル信号である。しかし第1デジタル信号d1~第Nデジタル信号dNは、6ビット以外のデジタル信号(例えば、14ビットのデジタル信号)であっても良い。 In the example described with reference to FIG. 11 and the like, the first digital signal d1 to the Nth digital signal dN are 6-bit digital signals. However, the first digital signal d1 to the Nth digital signal dN may be digital signals other than 6-bit digital signals (for example, 14-bit digital signals).
以上の例では読出回路2は、第2上位ビット列生成部hbg2~第N上位ビット列生成部hbgNおよび第2下位ビット列生成部lbg2~第N下位ビット列生成部lbgNを有する。しかし読出回路2は、これらのユニットは有さなくても良い。
In the above example, the
実施の形態1の読出回路2は、例えば第1デジタル信号d1の第1上位ビット列HBS1を複数の比較器24により検出し、第1下位ビット列LBS1を複数のSS-ADC18により検出する。従って、複数のSS-ADC18が検出するビット列の桁数が少なくなるので、実施の形態1によれば、複数のSS-ADC18のクロック周波数を低減して、読出回路2の消費電力を抑制することが可能になる。
The
(実施の形態2)
実施の形態2の光センサは、実施の形態1の読出回路2と略同じ読出回路を有する装置である。従って、実施の形態1と同じ構成等については、説明を省略または簡単にする。
(Embodiment 2)
The photosensor of the second embodiment is a device having a readout circuit substantially the same as the
(1)機能ブロックおよび動作
図13は、実施の形態2の光センサ100の機能ブロック図の一例である。図14は、光センサ100における信号の流れを示す図である。光センサ100は、複数の第1光検出器101aが縦一列に配置された第1光検出器アレイpda1と、第1光検出器アレイpda1に接続された読出回路102とを有する。光センサ100は更に、複数の第1光検出器101aとは異なる複数の光検出器101(例えば、複数の第2光検出器101b)が縦一列に配置された光検出器アレイpda(例えば、第2光検出器アレイpda2)を有する。複数の第1光検出器101aは、実施の形態1で説明した複数の光検出器である。複数の第2光検出器101b等についても同様である。
(1) Functional Blocks and Operations FIG. 13 is an example of a functional block diagram of
図15は、実施の形態2の読出回路102の機能ブロック図の一例である。図16は、読出回路102における信号の流れを示す図である。実施の形態2の読出回路102は、複数の第1光検出器101aの出力105aから複数の第1検出信号D1を生成するアナログ信号生成部107を有する。
FIG. 15 is an example of a functional block diagram of
アナログ信号生成部107は更に、複数の第1光検出器101aとは異なる複数の光検出器101(例えば、複数の第2光検出器101b)の出力105から複数の検出信号D(例えば、複数の第2検出信号D2)を生成する。
The
読出回路102の機能ブロックは、アナログ信号生成部107を有すること以外は、実施の形態1の読出回路2(図1参照〉と実質的に同じである。
The functional blocks of
(2)ハードウエア構成
(2-1)光センサ100の斜視図
図17は、実施の形態2の光センサ100の斜視図の一例である。光センサ100は、センサチップ109、バンプ111、および読出回路チップ113を有する。センサチップ109の表面には、映像(例えば、赤外線像)が結像される。
(2) Hardware Configuration (2-1) Perspective View of
(2-2)センサチップ109
図18は、センサチップ109の構造の一例を示す平面図である。図18に示すように、センサチップ109は、互いに並行する複数の光検出器アレイpda1,pdaを有する。複数の光検出器アレイpda1,pdaは、それぞれの光検出器101がセンサチップ109上の格子点に位置するように配置された複数の1次元センサアレイである。すなわち、センサチップ109は2次元光センサアレイである。
(2-2)
FIG. 18 is a plan view showing an example of the structure of the
(2-3)読出回路チップ113
(2-3-1)アナログ信号生成回路110
読出回路チップ113(図17参照)には、読出回路102が設けられる。図19は、読出回路102のハードウエア構成の一例を示す図である。読出回路102のハードウエア構成は、アナログ信号生成回路110を有すること以外は、実施の形態1の読出回路2のハードウエア構成と実質的に同じである。但し実施の形態2の制御回路12は、第1上下ビット列生成回路bgc1等に加えアナログ信号生成回路110も制御する。
(2-3)
(2-3-1) Analog
A
アナログ信号生成部107(図15参照)は、アナログ信号生成回路110により実現される。
The analog signal generation section 107 (see FIG. 15) is implemented by the analog
―アナログ信号生成回路110の構造―
図20は、アナログ信号生成回路110の構造の一例を示す平面図である。アナログ信号生成回路110は、読出回路チップ113(図17参照)上の格子点に配置された複数の画素回路115を有する。複数の画素回路115はそれぞれ光検出器101a,101(図18参照)と対向するように配置され、バンプ111(図17参照)を介して光検出器101a,101に接続される。図20には、複数の光検出器101a,101を含む光検出器アレイpda1,pdaの位置が破線で示されている。
-Structure of Analog Signal Generation Circuit 110-
FIG. 20 is a plan view showing an example of the structure of the analog
アナログ信号生成回路110は更に、垂直走査回路117と、垂直走査回路117に接続された複数の行配線119とを有する。アナログ信号生成回路110は更に、第1上下ビット列生成回路bgc1~第N上下ビット列生成回路bgcN(図19参照)に接続された複数の列配線121を有する。アナログ信号生成回路110は更に、制御回路12(図19参照)と画素回路115とを接続する制御線123を有する。
The analog
図21は、画素回路115の一例を示す回路図である。画素回路115は、バイアス・トランジスタ125、リセット・トランジスタ127、および出力トランジスタ129を有する。画素回路115は更に、行選択トランジスタ131およびキャパシタ133を有する。
FIG. 21 is a circuit diagram showing an example of the
図21には、センサチップ109に配置された光検出器101a,101も示されている。出力トランジスタ129は、行選択トランジスタ131と列配線121(図21参照)を介して、負荷トランジスタ20(図7参照)に接続される。出力トランジスタ129と負荷トランジスタ20は、ソースフォロア回路を形成する。
Also shown in FIG. 21 are
―アナログ信号生成回路110の動作―
先ず、バイアス・トランジスタ125(図21参照)のゲートに、制御回路12によってグランド電位(すなわち、基準電位)が印加される。するとバイアス・トランジスタ125が非導通になり、画素回路115が光検出器101a,101から電気的に切り離される。この状態で、リセット・トランジスタ127が、制御回路12(図19参照)からの信号に応答して導通する。すると、リセット・トランジスタ127を介して、キャパシタ133がリセット電位VRまで充電される。
-Operation of Analog Signal Generation Circuit 110-
First, a ground potential (ie, a reference potential) is applied by the
この充電により、キャパシタ133のリセット・トランジスタ127側の電位は、略リセット電位VRになる。その後、制御回路12からリセット・トランジスタ127への信号は停止し、リセット・トランジスタ127は非導通になる。
Due to this charging, the potential of the
リセット・トランジスタ127が非導通になった後に、バイアス・トランジスタ125のゲートに、制御回路12が出力するバイアス信号が印加される。バイアス信号の電圧は、光検出器101a,101に印加されるバイアス電圧VBにバイアス・トランジスタ125の閾値Vthを加えた電圧(=VB+Vth)である。バイアス信号の印加により、バイアス・トランジスタ125は導通し、光検出器101a,101にはバイアス電圧VB(=(VB+Vth)-Vth)が印加される。
A bias signal output by
すると、キャパシタ133に蓄えられていた電荷は、光検出器101a,101が出力する電流により徐々に減少する。バイアス信号は一定の時間継続した後停止し、バイアス・トランジスタ125のゲートには再び制御回路12によってグランド電位が印加され、バイアス・トランジスタ125は非導通になる。
Then, the charge stored in the
バイアス・トランジスタ125が導通している間に光検出器101a,101が出力する電流の時間積分に相当する電荷が、キャパシタ133から失われる。その結果、キャパシタ133のリセット・トランジスタ127側には、光検出器101a,101から出力される光電流の強度に応じた電位が発生する。具体的には、リセット電位VRからキャパシタ133のリセット・トランジスタ127側の電位Vcを差し引いた電圧(=VR-Vc)が、光検出器101a,101から出力される電流の大きさに略比例する。
Charge is lost from
バイアス・トランジスタ125が非導通になった後、行配線119(図20参照)を介して垂直走査回路117が入力する信号により、行選択トランジスタ131が導通する。すると、出力トランジスタ129が負荷トランジスタ20(図10参照)に接続され、ソースフォロワ・トランジスタとして動作する。その結果、キャパシタ133のリセット・トランジスタ127側の電位Vc(以下、キャパシタ電圧Vcと呼ぶ)が増幅されて第1上下ビット列生成回路bgc1~第N上下ビット列生成回路bgcN(図19参照)に入力される。
After
各行配線119には複数の画素回路115(図20参照)が接続される。同一の行配線119に接続された画素回路115はそれぞれ、別々の光検出器101a,101(図18参照)に接続されている。増幅されたキャパシタ電圧Vcの列配線121への出力は、同一の行配線119に接続された複数の光検出器101a,101ごとに順次行われる。
A plurality of pixel circuits 115 (see FIG. 20) are connected to each
図14等を参照して説明した複数の第1光検出器101aの出力105aは、光検出器101aが出力する電流である。図16等を参照して説明した複数の第1検出信号D1は、画素回路115の出力(すなわち、出力トランジスタ129により増幅されたキャパシタ電圧Vc)である。画素回路115の出力は以下、画素出力と呼ばれる。複数の第2光検出器101b等の出力105b、および複数の第2検出信号D2等についても同様である。
The
画素出力は例えば、読出回路チップ113の各画素回路115で一斉に生成される(すなわち、グローバルシャッター)。画素出力は、同一の行配線119に接続された複数の画素回路115ごとに順次生成されても良い(すなわち、ローリングシャッタ)。
The pixel outputs are, for example, generated simultaneously by each
(2-3-2)アナログ信号生成回路110以外の回路
アナログ信号生成回路110(図19参照)以外の回路(例えば、参照電圧生成回路6)は、図5~8を参照して説明した実施の形態1の回路と実質的に同じ回路である。ここでは、実施の形態1では説明しなかったランプ電圧源16(図6参照)およびSS-ADC1のハードウエア構成の一例を説明する。
(2-3-2) Circuits other than the analog
―ランプ電圧源のハードウエア構成―
図22は、第1ランプ電圧源R1のハードウエア構成の一例を示す図である。図23は、第1ランプ電圧源R1における信号の流れを示す図である。
―Hardware Configuration of Ramp Voltage Source―
FIG. 22 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the first ramp voltage source R1. FIG. 23 shows the signal flow in the first ramp voltage source R1.
第1ランプ電圧源R1は、イネーブル端子135に制御回路12が接続されたカウンタ137を有する。第1ランプ電圧源R1は更に、カウンタ137、第1電圧VL、および第1バッファー回路B1に接続されたデジタルアナログ変換器139(以下、DAC139と呼ぶ)を有する。
The first ramp voltage source R1 has a
カウンタ137は、制御回路12からの第1制御信号CS1(「実施の形態1」参照)がイネーブル端子135に入力されると、クロック回路(図示せず)が発生するクロックCRのカウントを開始する。カウンタ137は、カウント数CNTが2nになるまでクロックCRをカウントする。nは、第1下位ビット列LBS1等の桁数である。
When the first control signal CS1 (see "
DAC139は、第1電圧VLと、第1バッファー回路B1の出力V1と、カウンタ137のカウント数CNTに基づいて、第1電圧VLから境界電圧V1の直前まで増加するランプ電圧RV1(図11参照)を生成する。ランプ電圧RV1は例えば、VL+(CNT-1)×(V1―VL)/2nである。
The
第1ランプ電圧源R1以外のランプ電圧源のハードウエア構成および動作は、第1ランプ電圧源R1のハードウエア構成および動作と実質的に同じである。 The hardware configuration and operation of the ramp voltage sources other than the first ramp voltage source R1 are substantially the same as the hardware configuration and operation of the first ramp voltage source R1.
―SS-ADC1のハードウエア構成―
図24は、SS-ADC1のハードウエア構成の一例を示す図である。図25は、SS-ADC1における信号の流れを示す図である。
-Hardware configuration of SS-ADC1-
FIG. 24 is a diagram showing an example of the hardware configuration of SS-ADC1. FIG. 25 is a diagram showing signal flow in the SS-ADC1.
図24に示すように、SS-ADC1は、列配線121(図21参照)に非反転入力端子が接続され、第1ランプ電圧源R1に反転端子が接続された比較器141を有する。SS-ADC1は更に、比較器141の出力端子にイネーブル端子149が接続されカウンタ143を有する。SS-ADC1は更に、カウンタ143とクロック回路(図示せず)の間に配置されたスイッチ回路145を有する。
As shown in FIG. 24, the SS-ADC1 has a
制御回路12(図19参照)は、判定回路26(図10参照)等を介してSS-ADC1を制御する。制御回路12は先ず、画素回路115(図20参照)および垂直走査回路117を制御して、画素出力poを生成する。画素出力po(図25参照)は列配線121を介して、比較器141の非反転端子に入力される。図25に示す例では、画素出力poは第1アナログ信号a1である。
The control circuit 12 (see FIG. 19) controls the SS-
制御回路12(図19参照)は更に、判定回路26(図10参照)に第2制御信号(「実施の形態1」参照)を送信して、複数の第1アナログデジタル変換器18(図10参照)の一つを選択させる。判定回路(図10参照)26は、選択した第1アナログデジタル変換器18にハイレベルのADC選択信号36を送信し、他の第1アナログデジタル変換器18にはローレベルのADC選択信号36を送信する。第1アナログデジタル変換器18の選択は例えば、図12に示す真理値表に基づいて行われる。ここではハイレベルのADC選択信号36は、SS-ADC1に送信されるとする。
The control circuit 12 (see FIG. 19) further transmits a second control signal (see "
SS-ADC1に送信されたADC選択信号36(図25参照)は、スイッチ回路145に入力される。ハイレベルのADC選択信号36が入力されると、スイッチ回路145は閉じ、カウンタ143をクロック回路に接続する。
The ADC selection signal 36 (see FIG. 25) sent to the SS-ADC1 is input to the
制御回路12は更に、複数のランプ電圧源16それぞれに第1制御信号CS1(図23参照)を送信する。複数のランプ電圧源16はそれぞれ、第1制御信号CS1に応答してランプ電圧RV1~RV4を生成する。制御回路12は、ランプ電圧RV1~RV4の生成が開始するタイミングと、カウンタ143がクロックCRのカウントを始めるタイミングが一致するように、第1~第2制御信号を送信する。
The
生成されたランプ電圧RV1は、SS-ADC1の比較器141の反転端子に入力される。比較器141の出力147(以下、比較器出力と呼ぶ)は、ランプ電圧RV1が画素出力poを超えるまではハイレベルに保たれる。ランプ電圧RV1が画素出力poを超えると、比較器出力147はローレベルになる。
The generated ramp voltage RV1 is input to the inverting terminal of the
カウンタ143は比較器出力147に応答して、ランプ電圧RV1が画素出力poを超えるまでは、クロックCRをカウントする。ランプ電圧RV1が画素出力poを超えると、カウンタ143はクロックCRのカウントを終了する。
ランプ電圧RV1の増加が終了するとカウンタ143は、ランプ電圧RV1が画素出力poを超えた時点のカウント数CNTに応じたビット列(例えば、カウント数CNTの2進数表記)を含む信号をメモリ30に入力する。この信号が、第1デジタル信号d1の下位ビット列(すなわち、第1下位ビット列LBS1)を含む第1下位ビット列信号lbs1(図10参照)である。以上の説明から明らかなように、第1下位ビット列LBS1は例えば、ランプ電圧RV1が画素出力poを超えた時点のカウント数CNTの2進数表記である。
When the ramp voltage RV1 finishes increasing, the
SS-ADC1以外のSS-ADC2~SS-ADC4のハードウエア構成および動作も、SS-ADC1のハードウエア構成および動作と実質的に同じである。 The hardware configuration and operation of SS-ADC2 to SS-ADC4 other than SS-ADC1 are also substantially the same as the hardware configuration and operation of SS-ADC1.
以上の説明から明らかなように、実施の形態2の光センサ100(図17参照)は実施の形態1の読出回路2と略同じ読出回路102を有するので、実施の形態2によれば、光センサ100の消費電力を抑制することができる。
As is clear from the above description, the optical sensor 100 (see FIG. 17) of the second embodiment has the
以上、本発明の実施形態について説明したが、実施の形態1~2は、例示であって制限的なものではない。例えば実施の形態1~2では、複数の第1アナログデジタル変換器18は、SS-ADCである。しかし、複数の第1アナログデジタル変換器18はSS-ADC以外のアナログデジタル変換器であっても良い。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the first and second embodiments are illustrative and not restrictive. For example, in
例えば、複数の第1アナログデジタル変換器18は、デルタシグマ型のアナログデジタル変換器、逐次比較型のアナログデジタル変換器、サイクリック型のアナログデジタル変換器および組合せ型のアナログデジタル変換器のいずれかであっても良い。複数の第2アナログデジタル変換器等についても、同様である。
For example, the plurality of first analog-to-
更に、実施の形態1~2では、複数のSS-ADS18は、単調に増加するランプ電圧に基づいて、第1アナログ信号a1等を第1デジタル信号d1等に変換する。しかし、複数のSS-ADS18は、単調に減少するランプ電圧に基づいて、第1アナログ信号a1等を第1デジタル信号d1等に変換しても良い。
Furthermore, in
以上の実施の形態1~2に関し、更に以下の付記を開示する。 The following additional remarks are disclosed with respect to the first and second embodiments described above.
(付記1)
複数の第1光検出器の出力から生成される複数の第1検出信号それぞれに対して、前記複数の第1検出信号の一つである第1アナログ信号を、前記第1アナログ信号の電圧に応じた第1ビット列を含む第1デジタル信号に変換するアナログデジタル変換を行う読出回路であって、
第1電圧から前記第1電圧とは異なる第2電圧に至る電圧範囲を分割することで得られる複数のサブ範囲間の境界と前記第1アナログ信号の電圧を比較することで、前記第1ビット列のうちの最上位ビットを含み最下位ビットを含まない第1上位ビット列を含む第1上位ビット列信号を生成する第1上位ビット列生成部と、
複数の第1アナログデジタル変換器のいずれかによって、前記第1ビット列のうちの前記第1上位ビット列以外の部分を含む第1下位ビット列信号を生成するユニットであって、前記複数の第1アナログデジタル変換器はそれぞれ、前記第1アナログ信号の電圧が前記複数のサブ範囲のうちの特定の第1サブ範囲内の電圧である場合に前記第1下位ビット列信号を生成し、前記複数の第1アナログデジタル変換器それぞれの前記第1サブ範囲は互いに異なる第1下位ビット列生成部と、
前記第1上位ビット列信号および前記第1下位ビット列信号に基づいて、前記第1デジタル信号を生成するデジタル信号生成部とを有する
読出回路。
(Appendix 1)
For each of a plurality of first detection signals generated from outputs of a plurality of first photodetectors, a first analog signal, which is one of the plurality of first detection signals, is set to the voltage of the first analog signal. A reading circuit that performs analog-to-digital conversion for converting into a first digital signal containing a corresponding first bit string,
comparing the voltage of the first analog signal with a boundary between a plurality of sub-ranges obtained by dividing a voltage range from a first voltage to a second voltage different from the first voltage to obtain the first bit string; a first high-order bit string generator for generating a first high-order bit string signal including a first high-order bit string that includes the most significant bit and does not include the least significant bit;
A unit for generating a first lower bit string signal including a portion of said first bit string other than said first upper bit string by any one of a plurality of first analog-to-digital converters, said plurality of first analog-to-digital converters Each converter generates the first lower bit string signal when the voltage of the first analog signal is within a specific first sub-range of the plurality of sub-ranges, and the plurality of first analog a first low-order bit string generator in which the first sub-ranges of each of the digital converters are different from each other;
and a digital signal generator that generates the first digital signal based on the first high-order bit string signal and the first low-order bit string signal.
(付記2)
前記第1電圧は、前記複数の第1検出信号がとり得る電圧の最小値以下であり、
前記第2電圧は、前記複数の第1検出信号がとり得る電圧の最大値以上であることを
特徴とする付記1に記載の読出回路。
(Appendix 2)
wherein the first voltage is equal to or lower than the minimum voltage that the plurality of first detection signals can take;
The readout circuit according to
(付記3)
前記複数の第1アナログデジタル変換器はそれぞれ、前記第1アナログ信号の電圧がそれぞれの前記第1サブ範囲内にある場合にのみ動作するように構成されていることを
特徴とする付記1または2に記載の読出回路。
(Appendix 3)
(付記4)
前記複数の第1アナログデジタル変換器はそれぞれ、前記第1サブ範囲の一端から他端に向かって変化するランプ電圧に基づいて、前記第1下位ビット列信号を生成することを
特徴とする付記1~3のいずれか1項に記載の読出回路。
(Appendix 4)
Each of the plurality of first analog-to-digital converters generates the first lower bit string signal based on a ramp voltage that varies from one end to the other end of the first sub-range. 4. The readout circuit according to any one of 3.
(付記5)
更に、前記複数の第1光検出器とは異なる複数の第2光検出器の出力から生成される複数の第2検出信号それぞれに対して、前記複数の第2検出信号の一つである第2アナログ信号を、前記第2アナログ信号の電圧に応じた第2ビット列を含む第2デジタル信号に変換するアナログデジタル変換を行う読出回路であって、
更に、前記複数のサブ範囲間の前記境界と前記第2アナログ信号の電圧を比較することで、前記第2ビット列のうちの最上位ビットを含み最下位ビットを含まない第2上位ビット列を含む第2上位ビット列信号を生成する、前記第1上位ビット列生成部とは異なる第2上位ビット列生成部と、
前記複数の第1アナログデジタル変換器とは異なる複数の第2アナログデジタル変換器のいずれかによって前記第2ビット列のうちの前記第2上位ビット列以外の部分を含む第2下位ビット列信号を生成するユニットであって、前記複数の第2アナログデジタル変換器はそれぞれ、前記第2アナログ信号の電圧が前記複数のサブ範囲のうちの特定の第2サブ範囲内の電圧である場合に前記第2下位ビット列信号を生成し、前記複数の第2アナログデジタル変換器それぞれの前記第2サブ範囲は互いに異なる、前記第1下位ビット列生成部とは異なる第2下位ビット列生成部とを有し、
前記デジタル信号生成部は更に、前記第2上位ビット列信号および前記第2下位ビット列信号に基づいて、前記第2デジタル信号を生成することを
特徴とする付記1~4のいずれか1項に記載の読出回路。
(Appendix 5)
Further, for each of the plurality of second detection signals generated from the outputs of the plurality of second photodetectors different from the plurality of first photodetectors, the second detection signal, which is one of the plurality of second detection signals, A reading circuit that performs analog-to-digital conversion for converting two analog signals into a second digital signal that includes a second bit string according to the voltage of the second analog signal,
Furthermore, by comparing the voltage of the second analog signal with the boundary between the plurality of sub-ranges, a second bit string including a second upper bit string including the most significant bit and excluding the least significant bit of the second bit string is obtained. a second high-order bit string generating section, different from the first high-order bit string generating section, for generating a 2 high-order bit string signal;
A unit for generating a second lower bit string signal including a portion of the second bit string other than the second upper bit string by one of a plurality of second analog to digital converters different from the plurality of first analog to digital converters. wherein each of the plurality of second analog-to-digital converters converts the second lower bit string when the voltage of the second analog signal is within a specific second sub-range among the plurality of sub-ranges a second lower bit string generator different from the first lower bit string generator for generating a signal, wherein the second sub-ranges of each of the plurality of second analog-to-digital converters are different from each other;
5. The digital signal generation unit further generates the second digital signal based on the second high-order bit string signal and the second low-order bit string signal. readout circuit.
(付記6)
複数の第1光検出器と、前記複数の第1光検出器の出力から複数の第1検出信号を生成し、生成した前記複数の第1検出信号それぞれに対して、前記複数の第1検出信号の一つである第1アナログ信号を前記第1アナログ信号の電圧に応じた第1ビット列を含む第1デジタル信号に変換するアナログデジタル変換を行う読出回路とを有する光センサであって、
前記読出回路は、アナログ信号生成部と、第1上位ビット列生成部と、第1下位ビット列生成部と、デジタル信号生成部とを有し、
前記アナログ信号生成部は、前記複数の第1検出信号を生成し、
前記第1上位ビット列生成部は、第1電圧から前記第1電圧とは異なる第2電圧に至る電圧範囲を分割することで得られる複数のサブ範囲間の境界と前記第1アナログ信号の電圧を比較することで、前記第1ビット列のうちの最上位ビットを含み最下位ビットを含まない第1上位ビット列を含む第1上位ビット列信号を生成し、
前記第1下位ビット列生成部は、複数の第1アナログデジタル変換器のいずれかによって、前記第1ビット列のうち前記第1上位ビット列以外の部分を含む第1下位ビット列信号を生成し、
前記複数の第1アナログデジタル変換器はそれぞれ、前記第1アナログ信号の電圧が前記複数のサブ範囲のうちの特定の第1サブ範囲内の電圧である場合に前記第1下位ビット列信号を生成し、前記複数の第1アナログデジタル変換器それぞれの前記第1サブ範囲は互いに異なり、
前記デジタル信号生成部は、前記第1上位ビット列信号および前記第1下位ビット列信号に基づいて、前記第1デジタル信号を生成する
光センサ。
(Appendix 6)
a plurality of first photodetectors; generating a plurality of first detection signals from outputs of the plurality of first photodetectors; and generating the plurality of first detection signals for each of the generated plurality of first detection signals a readout circuit that performs analog-to-digital conversion for converting a first analog signal, which is one of the signals, into a first digital signal that includes a first bit string according to the voltage of the first analog signal,
The readout circuit has an analog signal generator, a first upper bit string generator, a first lower bit string generator, and a digital signal generator,
The analog signal generator generates the plurality of first detection signals,
The first high-order bit string generation unit divides a voltage range from a first voltage to a second voltage different from the first voltage, and divides the boundaries between a plurality of sub-ranges and the voltage of the first analog signal. generating a first high-order bit string signal including a first high-order bit string including the most significant bit and excluding the least significant bit of the first bit string by comparison;
The first low-order bit string generator generates a first low-order bit string signal including a portion of the first bit string other than the first high-order bit string by one of a plurality of first analog-to-digital converters,
Each of the plurality of first analog-to-digital converters generates the first lower bit string signal when the voltage of the first analog signal is within a specific first sub-range of the plurality of sub-ranges. , the first sub-ranges of each of the plurality of first analog-to-digital converters are different from each other;
The optical sensor, wherein the digital signal generator generates the first digital signal based on the first high-order bit string signal and the first low-order bit string signal.
2,102 :読出回路
4 :デジタル信号生成部
18 :第1アナログデジタル変換器
100 :光センサ
101a :第1光検出器
101b :第2光検出器
102 :読出回路
107 :アナログ信号生成部
BS1 :第1ビット列
D1 :第1検出信号
D2 :第2検出信号
HBS1 :第1上位ビット列
LBS1 :第1下位ビット列
a1 :第1アナログ信号
a2 :第2アナログ信号
d1 :第1デジタル信号
d2 :第2デジタル信号
hbg1 :第1上位ビット列生成部
hbg2 :第2上位ビット列生成部
lbg1 :第1下位ビット列生成部
lbg2 :第2下位ビット列生成部
2, 102: readout circuit 4: digital signal generator 18: first analog-to-digital converter 100:
Claims (5)
第1電圧から前記第1電圧とは異なる第2電圧に至る電圧範囲を分割することで得られる複数のサブ範囲間の境界と前記第1アナログ信号の電圧を比較することで、前記第1ビット列のうちの最上位ビットを含み最下位ビットを含まない第1上位ビット列を含む第1上位ビット列信号を生成する第1上位ビット列生成部と、
複数の第1アナログデジタル変換器のいずれかによって、前記第1ビット列のうちの前記第1上位ビット列以外の部分を含む第1下位ビット列信号を生成するユニットであって、前記複数の第1アナログデジタル変換器はそれぞれ、前記第1アナログ信号の電圧が前記複数のサブ範囲のうちの特定の第1サブ範囲内の電圧である場合に前記第1下位ビット列信号を生成し、前記複数の第1アナログデジタル変換器それぞれの前記第1サブ範囲は互いに異なる第1下位ビット列生成部と、
前記第1上位ビット列信号および前記第1下位ビット列信号に基づいて、前記第1デジタル信号を生成するデジタル信号生成部とを有する
読出回路。 For each of a plurality of first detection signals generated from outputs of a plurality of first photodetectors, a first analog signal, which is one of the plurality of first detection signals, is set to the voltage of the first analog signal. A reading circuit that performs analog-to-digital conversion for converting into a first digital signal containing a corresponding first bit string,
comparing the voltage of the first analog signal with a boundary between a plurality of sub-ranges obtained by dividing a voltage range from a first voltage to a second voltage different from the first voltage to obtain the first bit string; a first high-order bit string generator for generating a first high-order bit string signal including a first high-order bit string that includes the most significant bit and does not include the least significant bit;
A unit for generating a first lower bit string signal including a portion of said first bit string other than said first upper bit string by any one of a plurality of first analog-to-digital converters, said plurality of first analog-to-digital converters Each converter generates the first lower bit string signal when the voltage of the first analog signal is within a specific first sub-range of the plurality of sub-ranges, and the plurality of first analog a first low-order bit string generator in which the first sub-ranges of each of the digital converters are different from each other;
and a digital signal generator that generates the first digital signal based on the first high-order bit string signal and the first low-order bit string signal.
特徴とする請求項1に記載の読出回路。 2. The method of claim 1, wherein each of said plurality of first analog-to-digital converters is configured to operate only when the voltage of said first analog signal is within said respective first sub-range. Readout circuit as described.
特徴とする請求項1または2に記載の読出回路。 2. Each of the plurality of first analog-to-digital converters generates the first low-order bit string signal based on a ramp voltage varying from one end to the other end of the first sub-range. 3. or the readout circuit according to 2.
更に、前記複数のサブ範囲間の前記境界と前記第2アナログ信号の電圧を比較することで、前記第2ビット列のうちの最上位ビットを含み最下位ビットを含まない第2上位ビット列を含む第2上位ビット列信号を生成する、前記第1上位ビット列生成部とは異なる第2上位ビット列生成部と、
前記複数の第1アナログデジタル変換器とは異なる複数の第2アナログデジタル変換器のいずれかによって前記第2ビット列のうちの前記第2上位ビット列以外の部分を含む第2下位ビット列信号を生成するユニットであって、前記複数の第2アナログデジタル変換器はそれぞれ、前記第2アナログ信号の電圧が前記複数のサブ範囲のうちの特定の第2サブ範囲内の電圧である場合に前記第2下位ビット列信号を生成し、前記複数の第2アナログデジタル変換器それぞれの前記第2サブ範囲は互いに異なる、前記第1下位ビット列生成部とは異なる第2下位ビット列生成部とを有し、
前記デジタル信号生成部は更に、前記第2上位ビット列信号および前記第2下位ビット列信号に基づいて、前記第2デジタル信号を生成することを
特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の読出回路。 Further, for each of the plurality of second detection signals generated from the outputs of the plurality of second photodetectors different from the plurality of first photodetectors, the second detection signal, which is one of the plurality of second detection signals, A reading circuit that performs analog-to-digital conversion for converting two analog signals into a second digital signal that includes a second bit string according to the voltage of the second analog signal,
Furthermore, by comparing the voltage of the second analog signal with the boundary between the plurality of sub-ranges, a second bit string including a second upper bit string including the most significant bit and excluding the least significant bit of the second bit string is obtained. a second high-order bit string generating section, different from the first high-order bit string generating section, for generating a 2 high-order bit string signal;
A unit for generating a second lower bit string signal including a portion of the second bit string other than the second upper bit string by one of a plurality of second analog to digital converters different from the plurality of first analog to digital converters. wherein each of the plurality of second analog-to-digital converters converts the second lower bit string when the voltage of the second analog signal is within a specific second sub-range among the plurality of sub-ranges a second lower bit string generator different from the first lower bit string generator for generating a signal, wherein the second sub-ranges of each of the plurality of second analog-to-digital converters are different from each other;
4. The digital signal generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the digital signal generator further generates the second digital signal based on the second high-order bit string signal and the second low-order bit string signal. readout circuit.
前記読出回路は、アナログ信号生成部と、第1上位ビット列生成部と、第1下位ビット列生成部と、デジタル信号生成部とを有し、
前記アナログ信号生成部は、前記複数の第1検出信号を生成し、
前記第1上位ビット列生成部は、第1電圧から前記第1電圧とは異なる第2電圧に至る電圧範囲を分割することで得られる複数のサブ範囲間の境界と前記第1アナログ信号の電圧を比較することで、前記第1ビット列のうちの最上位ビットを含み最下位ビットを含まない第1上位ビット列を含む第1上位ビット列信号を生成し、
前記第1下位ビット列生成部は、複数の第1アナログデジタル変換器のいずれかによって、前記第1ビット列のうち前記第1上位ビット列以外の部分を含む第1下位ビット列信号を生成し、
前記複数の第1アナログデジタル変換器はそれぞれ、前記第1アナログ信号の電圧が前記複数のサブ範囲のうちの特定の第1サブ範囲内の電圧である場合に前記第1下位ビット列信号を生成し、前記複数の第1アナログデジタル変換器それぞれの前記第1サブ範囲は互いに異なり、
前記デジタル信号生成部は、前記第1上位ビット列信号および前記第1下位ビット列信号に基づいて、前記第1デジタル信号を生成する
光センサ。 a plurality of first photodetectors; generating a plurality of first detection signals from outputs of the plurality of first photodetectors; and generating the plurality of first detection signals for each of the generated plurality of first detection signals a readout circuit that performs analog-to-digital conversion for converting a first analog signal, which is one of the signals, into a first digital signal that includes a first bit string according to the voltage of the first analog signal,
The readout circuit has an analog signal generator, a first upper bit string generator, a first lower bit string generator, and a digital signal generator,
The analog signal generator generates the plurality of first detection signals,
The first high-order bit string generation unit divides a voltage range from a first voltage to a second voltage different from the first voltage, and divides the boundaries between a plurality of sub-ranges and the voltage of the first analog signal. generating a first high-order bit string signal including a first high-order bit string including the most significant bit and excluding the least significant bit of the first bit string by comparison;
The first low-order bit string generator generates a first low-order bit string signal including a portion of the first bit string other than the first high-order bit string by one of a plurality of first analog-to-digital converters,
Each of the plurality of first analog-to-digital converters generates the first lower bit string signal when the voltage of the first analog signal is within a specific first sub-range of the plurality of sub-ranges. , the first sub-ranges of each of the plurality of first analog-to-digital converters are different from each other;
The optical sensor, wherein the digital signal generator generates the first digital signal based on the first high-order bit string signal and the first low-order bit string signal.
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