JP2023069476A - Imaging element and imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像素子および撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging device and an imaging device.
複数の画素からそれぞれ出力された信号を並列的に処理可能な撮像素子が知られている(たとえば、特許文献1)。従来より、画素からの信号を並列的に処理することに起因する消費電流の増大が問題となっていた。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1] 国際公開WO2013/129202
An imaging device capable of processing signals output from a plurality of pixels in parallel is known (for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-100003). Conventionally, an increase in current consumption due to parallel processing of signals from pixels has been a problem.
[Prior art documents]
[Patent Literature]
[Patent Document 1] International Publication WO2013/129202
本発明の第1の態様においては、撮像素子であって、行方向に並んで配置され、アナログ信号をデジタル信号に変換する複数の変換部と、複数の変換部のうち複数の第1変換部に接続され、第1変換部でデジタル信号に変換された信号が出力される第1出力線と、複数の変換部のうち複数の第2変換部に接続され、第2変換部でデジタル信号に変換された信号が出力される第2出力線と、を備える。 In a first aspect of the present invention, an imaging device includes a plurality of conversion units arranged in a row direction for converting analog signals into digital signals, and a plurality of first conversion units among the plurality of conversion units. connected to a first output line for outputting a signal converted into a digital signal by the first conversion unit; and a second output line through which the converted signal is output.
本発明の第2の態様においては、撮像装置であって上記撮像素子を備える。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an image pickup apparatus including the above image pickup device.
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 It should be noted that the above summary of the invention does not list all the features of the invention. Subcombinations of these feature groups can also be inventions.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential for the solution of the invention.
図1は、本実施形態に係る撮像素子400の概要を示す図である。撮像素子400は、被写体を撮像する。撮像素子400は、撮像された被写体の画像データを生成する。撮像素子400は、第1半導体基板100、第2半導体基板200および第3半導体基板300を備える。図1に示すように、第1半導体基板100は、第2半導体基板200に積層されている。第2半導体基板200は第3半導体基板300に積層されている。
FIG. 1 is a diagram showing an overview of an
第1半導体基板100は、画素部110を有する。画素部110は、入射された光に基づく画素信号を出力する。なお、第1半導体基板100を画素チップと呼ぶことがある。
The
第2半導体基板200は、処理回路部210および周辺回路部230を有する。なお、第2半導体基板200を信号処理チップと呼ぶことがある。
The
第3半導体基板300は、メモリ部310および周辺回路部320を有する。なお、第3半導体基板300をメモリチップと呼ぶことがある。
The
処理回路部210は、第1半導体基板100から出力された画素信号が入力される。処理回路部210は、入力された画素信号を処理する。例えば、処理回路部210は、アナログ信号をデジタル信号に変換する処理を行う。具体的には、処理回路部210は、入力された画素信号をデジタル信号に変換する処理を行う。処理回路部210は他の信号処理を行ってもよい。
A pixel signal output from the
本例の処理回路部210は、第2半導体基板200において、画素部110と対向する位置に配置されている。すなわち、処理回路部210は光軸方向について少なくとも部分的に画素部110と重なるように配される。処理回路部210は、画素部110の駆動を制御するための制御信号を画素部110に出力してもよい。
The
周辺回路部230は、処理回路部210の駆動を制御する。周辺回路部230は、第2半導体基板200において、処理回路部210の周辺に配置されている。また、周辺回路部230は、第1半導体基板100と電気的に接続され、画素部110の駆動を制御してもよい。
The
メモリ部310は、処理回路部210で処理された画素信号を出力線302,304を介して受け取り、記憶する。図1では撮像素子400が分解図的に描かれているので出力線203,304が長く見えているが、出力線302,304は、TSV等を用いた基板間配線であるので、面内の配線に比べて短くすることができる。
The
周辺回路部320は、メモリ部310に記憶された画素信号に対してノイズ除去などの画像処理を行う。なお、撮像素子400の構造は、裏面照射型であっても、表面照射型であってもよい。以下、裏面照射型の例で説明する。
The
図2は、第1半導体基板100の平面レイアウトの一例を示す。第1半導体基板100の面内の中央付近に、画素部110が配される。
FIG. 2 shows an example of a planar layout of the
画素部110は、行方向および列方向に沿って並んで配置された複数の画素112を有する。本例の画素部110は、M×N個(M,Nは、自然数)の画素112を有する。本例では、MがNと異なる場合を図示しているが、MとNは等しくてもよい。
The
図3は、第2半導体基板200の平面レイアウトの一例を示す。第2半導体基板200の面内の中央付近に処理回路部210が配される。
FIG. 3 shows an example of a planar layout of the
処理回路部210は、行方向および列方向に沿って並んで配置された複数の画素回路212を有する。本例の処理回路部210は、M×N個の画素回路212を有する。
The
本実施形態において、画素回路212と画素112は光軸方向から見て重なった位置に配される。この場合に、画素回路212と画素112の面積は隣接するブロック間のマージンを含めて略同一であってよい。
In this embodiment, the
画素回路212は、電気的に接続された画素112の駆動を制御する。画素回路212と画素112とが電気的に接続されていることを、対応する、と呼ぶ場合がある。
The
本実施形態では、互いに重なった位置に配された画素回路212と画素112とが接続されている。しかしながら、重なった位置に配された画素回路212と画素112とが接続されることに代えて、互いに重ならない位置に配された画素回路212と画素112とが接続されてもよい。
In the present embodiment, the
処理回路部210の周辺には周辺回路部230の一例としての、画素制御回路250および読出制御回路260が配される。画素制御回路250は、画素112と画素回路212とを制御する。画素制御回路250は、例えば、画素回路212が画素112からの信号をAD変換するための制御信号を供給する。また、画素制御回路250は、例えば、画素112の露光時間を制御する。読出制御回路260は、画素回路212に記憶された画素信号をメモリ部310に出力するための読み出しを制御する。
A
図4は、画素112および画素回路212の回路構成の一例を示す。画素112は、光電変換部130と、リセット部132と、蓄積部134と、転送部136とを備える。
FIG. 4 shows an example of the circuit configuration of the
光電変換部130は、光を電荷に変換する光電変換機能と光電変換された電荷を蓄積する蓄積機能とを有する。光電変換部130は、例えば、フォトダイオードである。
The
蓄積部134は、光電変換部130で生じた電荷をその量に応じた電圧に変換する。蓄積部134は、フローティングディフュージョン(FD)の一例である。
The
リセット部132は、制御信号φRSTに基づき蓄積部134の電荷を所定の電源電圧VDDが供給される電源配線に排出する。リセット部132は、制御信号φRSTに基づき蓄積部134の電位を所定の電源電圧VDDにリセットする。リセット部132のゲート端子は、画素制御回路250に接続される。
The
転送部136は、制御信号φTXに基づき光電変換部130に蓄積された電荷を、蓄積部134に転送する。また、転送部136は、制御信号φTXに基づき光電変換部130に蓄積された電荷を所定の電源電圧VDDが供給される電源配線に排出する。転送部136は、例えば、制御信号φTXと制御信号φRSTを同時に給することで、光電変換部130に蓄積された電荷を所定の電源電圧VDDが供給される電源配線に排出する。転送部136は、光電変換部130の電荷を転送するトランスファーゲートの一例である。換言すれば、転送部136をゲートとし、光電変換部130をソースとし、蓄積部134をドレインとして、これらがいわゆる転送トランジスタを構成している。
The
画素回路212は、比較器216と制御回路214と画素メモリ220とを備える。比較器216は、蓄積部134の電圧と、画素制御回路250から給される基準電圧RAMPとを比較し、その比較結果を制御回路214に出力する。比較器216は例えば差動対により構成される。また、比較器216は例えば、蓄積部134との間にソースフォロワ回路を配してもよい。制御回路214は、比較器216からの信号とφCTLの信号に基づき、画素メモリ220を制御する。
The
画素メモリ220は、デジタル信号に変換された画素信号を記憶する。画素メモリ220は例えば、画素制御回路250より給されるカウント信号を受け、制御回路214より出力される制御信号が反転した場合に、そのときのカウント信号の値を記憶する。画素メモリ220はさらに、選択信号φSELに基づいて、記憶している画素信号を出力する。画素メモリ220の一例はSRAMである。
The
画素112および画素回路212の1フレームの動作の一例について説明する。まず、1フレームの蓄積開始時において、画素制御回路250は制御信号φTXと制御信号φRSTを同時に給することにより、光電変換部130に蓄積された電荷をリセットする。次に、1フレーム終了時の読み出し期間において、画素制御回路250は制御信号φRSTを給することで、蓄積部134の電圧を所定の電圧にリセットする。その後、画素制御回路250は、制御信号φCTLと、基準電圧RAMPと、画素メモリ220に給するカウント信号を制御することで、蓄積部134のリセット電圧に対応した値を画素メモリ220に記憶させる(DARK変換)。そして、読出制御回路260は、選択信号φSELを制御することにより、画素メモリ220に記憶されたDARK変換結果のデータを、メモリ部310へ読み出す。画素メモリ220のデータ読み出しについては、さらに後述する。さらに、画素制御回路250は制御信号φTXを給することで、光電変換部130に蓄積された電荷を蓄積部134に転送する。その後、画素制御回路250は、制御信号φCTLと、基準電圧RAMPと、画素メモリ220に給するカウント信号を制御することで、電荷転送後の蓄積部134の電圧に対応した値を画素メモリ220に記憶させる(SIG変換)。最後に、読出制御回路260は、選択信号φSELを制御することにより、画素メモリ220に記憶されたSIG変換結果のデータを、メモリ部310へ読み出す。
An example of the operation of the
本実施形態では、1つの画素112に対して、1つの画素回路212が設けられており、すべての画素112および画素回路212は同時に制御される。よって、画素部110に含まれる複数の画素112について同時刻に露光する、いわゆるグローバルシャッタ動作が可能である。また、個々の画素112に対して別個の時刻に露光するような動作も可能である。
In this embodiment, one
図5は、画素メモリ220のデータを、メモリ部310へ読み出す回路を説明する概略図である。説明しない構成については図を省略している。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a circuit for reading out data in the
処理回路部210にはM×N個の画素121に対応して、M×N個の画素メモリ220が配される。ここで、一度に多くの画素メモリ220から読み出し動作が行われると、読み出し時の電流が増えてしまう。そこで、本実施形態では下記に説明するように、複数の画素メモリ220から読み出される画素信号の出力線を束ねたり、読み出された画素信号をメモリ部310に一旦記憶するなどにより、読み出し時の電流を抑える。
The
図5において、3行2列に並んだ6個の画素メモリ220が出力線302に共通に接続されている。出力線266には画素メモリ220から読み出された画素信号が出力される。出力線266は、ビット線とも呼ばれることがある。より詳しくは、3行1列に並んだ3個の画素メモリ220が1つのサブ出力線270に接続され、これらと列方向に隣接し3行1列に並んだ3個の画素メモリ220が他のサブ出力線272に接続され、サブ出力線270とサブ出力線272が出力線302に接続されている。
In FIG. 5, six
ここで、画素メモリ220は画像信号の階調等に対応したビット数のデジタル信号を記憶するので、画素112毎に当該ビット数に応じたメモリセルを有する。例えば1画素の画素信号をモノクロの256階調で表すのに8ビットを用いるとすれば、8個のメモリセルが用いられる。よって、画素メモリ220からの出力に対しても、時分割しないとすれば、1列の画素メモリ220につき少なくとも当該ビット数分の出力線302が用いられる。図5以降において、図5の出力線302のように配線に斜線を付すことで、複数の配線を1本で代表していることを示す。
Here, since the
さらに、図5の例では、出力線302に接続された3行2列に並んだ6個の画素メモリ220と行方向に隣接する3行2列に並んだ6個の画素メモリ220が、出力線304に共通に接続されている。より詳しくは、3行1列に並んだ3個の画素メモリ220が1つのサブ出力線280に接続され、これらと列方向に隣接し3行1列に並んだ3個の画素メモリ220が他のサブ出力線282に接続され、サブ出力線280とサブ出力線282が出力線304に接続されている。
Furthermore, in the example of FIG. 5, the six
上記構成により、3行2列に並んだ6個の画素メモリ220が読出しに関してひとつにグループ化されているともいえる。説明を簡便にするためにグループ化された複数の画素メモリ220をグループ290,291と呼ぶことがある。
With the above configuration, it can be said that the six
複数のグループ290,291の間で、対応する位置の画素メモリ220は読出制御回路260の行選択線264、265に共通に接続されている。行選択線264、265には、画素メモリ220に記憶された画素信号を読み出すための制御信号の一例としての選択信号φSELが出力される。行選択線264は、ワード選択線とも呼ばれることがある。
Among the plurality of
各グループ290,291毎に、当該グループに含まれる画素メモリ220が選択信号φSELで一つずつ選択され、選択された画素メモリ220の画素信号がそれぞれの出力線302、304に出力される。換言すれば、各グループ290,291内では逐次読み出しで、グループ間では同時読み出しであると言える。
One
各グループ290、291には、少なくとも2つの行方向に並んだ画素メモリ220が含まれることが好ましい。一方、読み出しを早くする観点からは、処理回路部210の全体として、行方向について2つ以上にグループ化されていることが好ましい。同様に、各グループ290,291には、少なくとも2つの列方向に並んだ画素メモリ220が含まれることが好ましいが、処理回路部210の全体として、列方向について2つ以上にグループ化されていることが好ましい。
Each
図6は、第3半導体基板300の平面レイアウトの一例を示す。第3半導体基板300の面内の中央付近にメモリ部310が配される。
FIG. 6 shows an example of a planar layout of the
メモリ部310は、行方向および列方向に沿って並んで配置された複数のメモリブロック312を有する。メモリブロック312の個数は、処理回路部210に含まれる画素メモリ220のグループの数と同じであってよい。例えば、画素メモリ220がp行q列にグループ化されている場合に、メモリ部310は(M/p)×(N/q)個のメモリブロック312を有してよい。なお、メモリブロック312とグループ290とが出力線302で電気的に接続されていることを、対応する、と呼ぶ場合がある。
The
本実施形態において、メモリブロック312と対応する画素メモリ220のグループ290とは光軸方向から見て重なった位置に配される。この場合に、メモリブロック312とグループ290の面積は隣接するブロック間のマージンを含めて略同一であってよい。ただし、メモリブロック312の数や配置は図6の例に限られない。
In this embodiment, the
メモリ部310の周辺には周辺回路部320が配される。周辺回路部320にはCDS回路322が含まれる。CDS回路322は、例えばSIG変換の結果からDARK変換の結果を画素毎に引き算することでCDS(相関2重サンプリング)を行う、ノイズ除去部の一例となっている。
A
図7は、メモリブロック312を模式的に示す。メモリブロック312は一つの出力線302に対してk画素分のメモリ対350を有する。メモリ対350のそれぞれは、1画素分の、DARK変換の結果を記憶するDARKメモリ352と、SIG変換の結果を記憶するSIGメモリ354とを有する。DARKメモリ352,SIGメモリ354はそれぞれSRAMであってよい。
FIG. 7 schematically shows
よって、一つのメモリブロック312は対応する一つのグループ290に含まれるk画素に対応して、2k個のメモリを有する。図5のようにグループ290が6個の画素に対応する画素メモリ220を有する場合に、メモリブロック312は2×6=12個のメモリを有する。なお、2k個以上のメモリを設けてもよい。
Therefore, one
図5で説明したように、グループ290内で複数の画素メモリ220からDARK変換の結果の画素信号が出力線302に逐次読み出されるので、各画素信号が各DARKメモリ352に記憶される。次に、グループ290内で複数の画素メモリ220からSIG変換の結果の画素信号が出力線302に逐次読み出されるので、各画素信号が各SIGメモリ354に記憶される。その後、各画素に対応するメモリ対350ごとに記憶されたDARK変換の結果とSIG変換の結果がCDS回路322に読み出されてノイズ除去処理がされる。
As described with reference to FIG. 5, the pixel signals resulting from the DARK conversion are sequentially read from the plurality of
付言すれば、本実施形態では、比較器216でデジタル信号に変換された画素信号を一旦記憶するラッチとしての画素メモリ220とは別個に、その下流にメモリブロック312を設けた。これにより早く読み出さないといけない区間を短くして、読み出し時に流れる電流を小さくすることができる。
In addition, in this embodiment, a
図8は、画素メモリ220のデータを、メモリ部310へ読み出す他の回路を説明する概略図である。図1から図7までと同じ構成については同じ参照番号を付して説明を省略する。また、図8には一つのグループ292を図示した。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating another circuit for reading out data in the
図8において、3行2列に並んだ6個の画素メモリ220が出力線302に共通に接続されている。ただし、図5とは異なり、行方向に隣接した画素メモリ220から共通の出力線302に直接的に接続されている。これにより出力に関する配線の数をさらに減らすことができる。
In FIG. 8, six
図9は、図8の行方向に隣接した画素回路212、213の配置の例を模式的に示す。図9において、一方の画素回路212と他方の画素回路213とは、互いに少なくとも一部の配置が出力線302を中心に線対称である。図9の例では、比較器216、制御回路214および画素メモリ220の並び順が線対称になっている。各回路の素子の並びも線対称であってよい。さらに、画素112まで含めて線対称の配置であってもよい。
FIG. 9 schematically shows an arrangement example of
図10は、画素メモリ220のデータを、メモリ部310へ読み出すさらに他の回路を説明する概略図である。図1から図9までと同じ構成については同じ参照番号を付して説明を省略する。また、図10には一つのグループ293を図示した。
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating still another circuit for reading out data in the
図10において、3行1列に並んだ3個の画素メモリ220が1つのサブ出力線270に接続され、これらと列方向に隣接し3行1列に並んだ3個の画素メモリ220が他のサブ出力線272に接続されている。2つのサブ出力線270,272は切替部274を介してそのいずれかが出力線302に接続される。
In FIG. 10, three
切替部274は選択信号φSELと連動して操作される。切替部274は、サブ出力線270に画素信号が出力される場合にはサブ出力線270を出力線302に接続する。一方、切替部274は、サブ出力線272に画素信号が出力される場合にはサブ出力線272を出力線302に接続する。これにより配線容量をさらに削減することができる。
The
図11は、画素メモリ220のデータを、メモリ部310へ読み出すさらに他の回路を説明する概略図である。図1から図10までと同じ構成については同じ参照番号を付して説明を省略する。また、図11には一つのグループ294を図示した。
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating still another circuit for reading out data in the
図11のグループ294は、図8のグループ292と図10のグループ293とを組み合わせた形態である。まず、3行2列に並んだ6個の画素メモリ220がサブ出力線270に直接的に接続され、さらに他の3行2列に並んだ6個の画素メモリ220がサブ出力線272に直接的に接続されている。2つのサブ出力線270,272は切替部274を介してそのいずれかが出力線302に接続される。これにより配線容量をさらに削減することができる。
図12は、画素メモリ220のデータを、メモリ部310へ読み出すさらに他の回路を説明する概略図である。図1から図11までと同じ構成については同じ参照番号を付して説明を省略する。また、図12には一つのグループ295を図示した。
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating still another circuit for reading the data in the
グループ295は、図10のグループ293において行選択線265を省略した形態に対応する。各グループ295内において行方向の画素メモリ220からの出力は切替部274で実質的に切り替えることができるから、行方向を選択する行選択線の数を省略してもグループ293内で逐次読み出しをすることができる。
図13は、画素メモリ220のデータを、メモリ部310へ読み出すさらに他の回路を説明する概略図である。図1から図12までと同じ構成については同じ参照番号を付して説明を省略する。また、図13には一つのグループ296を図示した。
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating still another circuit for reading the data in the
グループ296は、図11のグループ294において行選択線265を省略した形態に対応する。各グループ295内において行方向の画素メモリ220からの出力は切替部274で実質的に切り替えることができるから、行方向を選択する行選択線の数を省略してもグループ295内で逐次読み出しをすることができる。
図14は、他の撮像素子402の概要を示す図である。撮像素子402において、撮像素子400と同じ構成について同じ参照番号を付して説明を省略する。
FIG. 14 is a diagram showing an outline of another
撮像素子402は、撮像素子400とは、第3半導体基板300においてメモリ部310および周辺回路部320に代えて、CDS部314および出力部326を有する点が異なる。CDS部314は複数のCDSブロック316を有する。CDSブロック316の数、配置、および、画素メモリ220との接続関係は、撮像素子400のメモリブロック312と同じであってよい。出力部326はCDS部314に記憶された画素信号を読み出す。
The
図15は、CDSブロック316を模式的に示す。CDSブロック316は、グレイコード・バイナリ変換回路360、CDS回路362および複数の兼用メモリ364を有する。
FIG. 15 schematically shows the
グレイコード・バイナリ変換回路360は、出力線302に出力された画素信号をグレイコードからバイナリへ変換してCDS回路362に出力する。CDS回路362は特に記載する点を除き上記したCDS回路322と同じ機能を有する。
The Gray code/
複数の兼用メモリ364はそれぞれ、スイッチ366を介して選択的に信号線367と接続すると共に、スイッチ368を介して選択的に信号線369と接続する。兼用メモリ364は対応する画素メモリ220のグループの画素数k+1個であることが好ましい。例えば、図5の例でグループ290に6個の画素分の画素メモリ600が含まれる場合に、CDSブロック316には7個の画素分の兼用メモリ364が含まれることが好ましい。なお、兼用メモリ364の数はそれより多くてよい。兼用メモリ364はそれぞれSRAMであってよい。説明のために、兼用メモリに(0)から(k)まで番号を付けて区別する。
Each of the multiple shared
CDSブロック316においてまず、対応する複数の画素メモリ220から逐次DARK変換の結果が出力され、それらがグレイコード・バイナリ変換回路360でグレイコードからバイナリへ変換される。さらにCDS回路にφBYPS信号を与えて当該回路をバイパスして、グレイコードからバイナリへ変換後のDARK変換の結果をそのまま兼用メモリに記憶する。この場合に兼用メモリ(1)から(k)のスイッチ368を順次オンオフすることで、信号線369に出力される1番目の画素からk番目の画素までDARK変換の結果をそれぞれ記憶させる。
In the
次に、対応する複数の画素メモリ220から逐次SIG変換の結果が出力され、それらがグレイコード・バイナリ変換回路360でグレイコードからバイナリへ変換される。ここで、j番目の画素(jは1からkまでの整数)のSIG変換の結果がグレイコードからバイナリへ変換された場合に、兼用メモリ(j)に記憶されたDARK変換の結果がスイッチ366をオンにすることで信号線367に出力されてCDS回路362に入力されるとともに、SIG変換の結果もCDS回路362に入力される。これによりCDS回路362でCDS処理がなされ、その結果が兼用メモリ(j-1)のスイッチ368がオンされて記憶される。これがj=1からkまで繰り返される。
Next, the results of the SIG conversion are sequentially output from the corresponding plurality of
付言すれば、兼用メモリ(j)は、j番目のDARK変換の結果を記憶するメモリであるとともに、(j+1)番目のCDS処理の結果を記憶するメモリでもある。本実施形態では、比較器216でデジタル信号に変換された画素信号を一旦記憶するラッチとしての画素メモリ220とは別個に、その下流に複数の兼用メモリ364を設けた。これにより早く読み出さないといけない区間を短くして、読み出し時に流れる電流を小さくすることができる。
In addition, the shared memory (j) is a memory for storing the result of the jth DARK conversion and also a memory for storing the result of the (j+1)th CDS processing. In this embodiment, apart from the
図16は、他のCDSブロック318を模式的に示す。CDSブロック318において、図15のCDSブロック316と同じ構成については同じ参照番号を付して説明を省略する。
FIG. 16 schematically shows another
CDSブロック318は、k個の兼用メモリ364を有するとともに、ひとつのバッファメモリ370を有する。バッファメモリ370はSRAMであってよく、二つ以上あってもよい。
The
CDSブロック318においてまず、対応する複数の画素メモリ220から逐次DARK変換の結果が出力され、それらがグレイコード・バイナリ変換回路360でグレイコードからバイナリへ変換される。さらに、CDS回路にφBYPS信号を与えて当該回路をバイパスして、グレイコードからバイナリへ変換後のDARK変換の結果をそのまま兼用メモリ(0)から(k-1)に順次記憶する。
First, in the
次に、対応する複数の画素メモリ220から逐次SIG変換の結果が出力され、それらがグレイコード・バイナリ変換回路360でグレイコードからバイナリへ変換される。ここで、j番目の画素(jは1からkまでの整数)のSIG変換の結果がグレイコードからバイナリへ変換された場合に、兼用メモリ(j―1)に記憶されたDARK変換の結果がスイッチ366をオンにすることで信号線367を介してバッファメモリ370にバッファされる。当該バッファメモリ370のDRAK変換の結果と、グレイコード・バイナリ変換回路360から出力されたj番目のSIG変換の結果がCDS回路362に入力される。これによりCDS回路362でCDS処理がなされ、その結果がすでに空になった兼用メモリ(j-1)のスイッチ368がオンされて記憶される。
Next, the results of the SIG conversion are sequentially output from the corresponding plurality of
付言すれば、兼用メモリ(j)は、j番目のDARK変換の結果を記憶するメモリであるとともに、j番目のCDS処理の結果を記憶するメモリでもある。バッファメモリ370はk個の画素に胸中して用いられるバッファである。本実施形態では、比較器216でデジタル信号に変換された画素信号を一旦記憶するラッチとしての画素メモリ220とは別個に、その下流に複数の兼用メモリ364および少なくとも一つのバッファメモリ370を設けた。これにより早く読み出さないといけない区間を短くして、読み出し時に流れる電流を小さくすることができる。
In addition, shared memory (j) is a memory for storing the result of the jth DARK conversion and also a memory for storing the result of the jth CDS processing.
以上、本実施形態によれば、読み出し時に流れる電流を小さくすることができる。なお、上記実施形態においては、1つの画素112に1つの制御回路214が設けられている。これに代えて、複数の画素112に対して1つの制御回路214が設けられてもよい。その場合に1つの制御回路214に対応する複数の画素112を画素ブロックと呼ぶとすれば、1つの画素ブロックに含まれる画素112はm行n列(mは2以上でMより小さい自然数、nは2以上でNより小さい自然数)に配列されたものであり、当該画素ブロックが行列方向に複数配されたものであってよい。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to reduce the current that flows during reading. Note that one
なお、上記実施形態はいずれも、第1半導体基板100、第2半導体基板300および第3半導体基板300を有する三層構造である。これに代えて、第2半導体基板200に上記実施形態の第3半導体基板の構成および機能を設けてもよい。すなわち、図5から図13、図15および図16の少なくともいずれかの配線構造を保ちつつ、処理回路部210等とメモリ部310等(またはCDS部314)が同一の半導体基板に設けられてもよい。
It should be noted that each of the above-described embodiments has a three-layer structure having a
図17は、実施例に係る撮像装置500の構成例を示すブロック図である。撮像装置500は、撮像素子400と、システム制御部501と、駆動部502と、測光部503と、ワークメモリ504と、記録部505と、表示部506と、駆動部514と、撮影レンズ520とを備える。撮像素子400に代えて撮像素子402が用いられてもよい。
FIG. 17 is a block diagram showing a configuration example of an
撮影レンズ520は、光軸OAに沿って入射する被写体光束を撮像素子400へと導く。撮影レンズ520は、複数の光学レンズ群から構成され、シーンからの被写体光束をその焦点面近傍に結像させる。撮影レンズ520は、撮像装置500に対して着脱できる交換式レンズであってもよい。なお、図17では瞳近傍に配置された仮想的な1枚のレンズで当該撮影レンズ520を代表している。
The photographing
駆動部514は、撮影レンズ520を駆動する。一例において、駆動部514は、撮影レンズ520の光学レンズ群を移動させて合焦位置を変更する。また、駆動部514は、撮影レンズ520内の虹彩絞りを駆動して撮像素子400に入射する被写体光束の光量を制御してよい。
A driving
駆動部502は、システム制御部501からの指示に従って撮像素子400のタイミング制御、領域制御等の電荷蓄積制御を実行する制御回路を有する。また、操作部508は、レリーズボタン等により撮像者からの指示を受け付ける。
The
撮像素子400は、画素信号をシステム制御部501の画像処理部511へ引き渡す。画像処理部511は、ワークメモリ504をワークスペースとして種々の画像処理を施した画像データを生成する。例えば、JPEGファイル形式の画像データを生成する場合は、ベイヤー配列で得られた信号からカラー映像信号を生成した後に圧縮処理を実行する。生成された画像データは、記録部505に記録されるとともに、表示信号に変換されて予め設定された時間の間、表示部506に表示される。
The
測光部503は、画像データを生成する一連の撮影シーケンスに先立ち、シーンの輝度分布を検出する。測光部503は、例えば100万画素程度のAEセンサを含む。システム制御部501の演算部512は、測光部503の出力を受けてシーンの領域ごとの輝度を算出する。
A
演算部512は、算出した輝度分布に従ってシャッタ速度、絞り値、ISO感度を決定する。測光部503は撮像素子400で兼用してもよい。なお、演算部512は、撮像装置500を動作させるための各種演算も実行する。駆動部502は、一部または全部が撮像素子400に搭載されてよい。システム制御部501の一部が撮像素子400に搭載されてもよい。
A
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It is obvious to those skilled in the art that various modifications and improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the description of the scope of claims that forms with such modifications or improvements can also be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The execution order of each process such as actions, procedures, steps, and stages in the devices, systems, programs, and methods shown in the claims, the specification, and the drawings is particularly "before", "before etc., and it should be noted that they can be implemented in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the specification, and the drawings, even if the description is made using "first," "next," etc. for the sake of convenience, it means that it is essential to carry out in this order. not a thing
100 第1半導体基板、110 画素部、112 画素、130 光電変換部、132 リセット部、134 蓄積部、136 転送部、200 第2半導体基板、210 処理回路部、212、213 画素回路、214 制御回路、216 比較器、220 画素メモリ、230 周辺回路部、250 画素制御回路、260 読出制御回路、264、265 行選択線、270、272、280、282 サブ出力線、274 切替部、290、291、292 グループ、302、304 出力線、310 メモリ部、312 メモリブロック、314 CDS部、316、318 CDSブロック、320 周辺回路部、322、362 CDS回路、326 出力部、350 メモリ対、352 DARKメモリ、354 SIGメモリ、360 グレイコード・バイナリ変換回路、364 兼用メモリ、366、368 スイッチ、367、369 信号線、370 バッファメモリ、400、402 撮像素子、500 撮像装置、501 システム制御部、502 駆動部、503 測光部、504 ワークメモリ、505 記録部、506 表示部、508 操作部、511 画像処理部、512 演算部、514 駆動部、520 撮影レンズ
100
Claims (10)
前記複数の変換部のうち複数の第1変換部に接続され、前記第1変換部でデジタル信号に変換された信号が出力される第1出力線と、
前記複数の変換部のうち複数の第2変換部に接続され、前記第2変換部でデジタル信号に変換された信号が出力される第2出力線と、
を備える撮像素子。 a plurality of conversion units arranged side by side in the row direction for converting analog signals into digital signals;
a first output line connected to a plurality of first conversion units among the plurality of conversion units and outputting a signal converted into a digital signal by the first conversion unit;
a second output line connected to a plurality of second conversion units among the plurality of conversion units and outputting a signal converted into a digital signal by the second conversion unit;
An image sensor.
前記複数の第1変換部のうちの他の変換部の信号が出力される第2サブ出力線と、
前記第1出力線との接続を前記第1サブ出力線と前記第2サブ出力線のいずれかに切り替える第1切替部と
をさらに備える請求項1に記載の撮像素子。 a first sub-output line for outputting a signal from one of the plurality of first conversion units;
a second sub-output line for outputting a signal from another one of the plurality of first converters;
2. The imaging device according to claim 1, further comprising a first switching unit that switches connection with the first output line to either the first sub-output line or the second sub-output line.
前記記憶部は、前記複数の第1変換部の個数と少なくとも同じ個数の記憶領域を有する請求項1から3のいずれか1項に記載の撮像素子。 further comprising a storage unit that stores the signal output to the first output line;
The imaging device according to any one of claims 1 to 3, wherein the storage section has at least the same number of storage areas as the plurality of first conversion sections.
前記第1半導体基板と積層され、前記記憶部が配された第2半導体基板と
を備える請求項4から8のいずれか1項に記載の撮像素子。 a first semiconductor substrate on which the plurality of conversion units are arranged;
9. The imaging device according to any one of claims 4 to 8, further comprising a second semiconductor substrate laminated with the first semiconductor substrate and provided with the storage section.
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