JP4469806B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
1)1フレームを出力するための時間が増加するという点。
2)水平出力線を駆動するためのインバータの消費電力が大きいという点。
3)逐次変換型A/D変換器の参照電圧発生器の整定時間(Settling Time)を短くしなくてはならない。
1) シフトレジスタ等の選択手段を用いることで、出力バッファの駆動能力を大幅に削減でき、低消費電力化が実現できる。
2) パイプラインにすることで、十分な期間をかけてA/D変換を行うことができ、比較器に必要とされる動作速度の要求を緩和し、低消費電力化、レイアウト時の省面積化が実現できる。
3) 逐次変換型A/D変換手段が必要とする参照電圧が変化してから安定するまで、ある程度の時間が求められるが、パイプラインにすることでより安定するまで待つことの時間を長くすることができ、参照電圧の精度を増すことができる。
(実施例1)
図1を用いて本発明の撮像装置の第1の実施例を説明する。イメージセンサは主に画素101、それを複数個並べた画素列102、画素列102を複数並べた画素行列103を有する。各画素列の画素は共通の出力線に接続しており、ある一列に着目し、その出力線を104とする。出力線104は信号保持手段となるサンプル・ホールド回路105に接続され、そのサンプル・ホールド回路105の出力は逐次変換型A/D変換器106に接続されている。逐次変換型A/D変換器106の出力は待ち行列107(例えば、FIFOバッファ(先入れ先出しバッファ))に接続されており、その段数をここではたとえば1段とする。待ち行列107の出力は選択手段となるシフトレジスタ108に出力されており、シフトレジスタ108の最終段は出力の為のバッファ109に接続されている。
1) 各行の駆動すべき水平出力線がシフトレジスタになったことで、各行の出力バッファ(ここではFIFO107)の駆動能力を大幅に削減でき、低消費電力化が実現できた。
2) パイプラインにすることで、1水平ラインアクセス期間をかけてA/D変換を行うことができ、比較器に必要とされる動作速度の要求を緩和し、低消費電力化、レイアウト時の省面積化が実現できた。
3) 逐次変換型A/D変換器が必要とする参照電圧が変化してから安定するまで、ある程度の時間が求められるが、パイプラインにすることでより安定するまで待つことの時間を長くすることが出来、参照電圧の精度を増すことができた。
(実施例2)
本発明の撮像装置の第2の実施例を図7を用いて説明する。画素701の集合が列状に並んだ画素列702、画素列702に属する画素が共通に接続される垂直出力線703を有し、また別な画素列群と垂直出力線704,705,706がそれぞれ接続されている。
1) まず、第1の実施例と同等の効果が得られる。
2) それに加えて、たとえば列の数が多くなり、結果を出力する時間が比較する時間に比べて長くなってしまったときに、さらにパイプラインを細かくすることで、同等の読み出しスピードを保ちながら列あたりのA/D変換器の数を減らすことができ、省面積化を実現できた。
(実施例3)
本発明の撮像装置の第3の実施例を図9を用いて説明する。図7と同一の部位には同じ番号を付記している。A/D変換器712の出力は、1対4のデマルチプレクサ(De-mulitiplexer)901によって1段のFIFOバッファ902〜905へ接続され、それらの出力はシフトレジスタ906へ接続され、シフトレジスタ906の出力はバッファ907を介して外部へ信号を出力する構成になっている。
1) まず、実施例1で説明した効果と同等の効果を得ることができる。
2) 合わせて、比較器を複数の列で共有することによって、省面積化を図ることができる。
(実施例4)
本発明の撮像装置の第4の実施例を図11を用いて説明する。
(実施例5)
たとえば列に接続される画素数が増加した場合、もしくは画素のサイズが大きい場合など、ノイズ信号、光電変換信号などを画素から読み出すのに長い時間が必要となることがある。その際に、図6で示した無効期間604の長さが、比較、および出力の時間に比べて無視できなくなる場合がある。
102 画素列
103 画素行列
104 出力線
105 サンプル・ホールド回路
106 逐次変換型A/D変換器
107 待ち行列
108 シフトレジスタ
109 バッファ
701 画素
702 画素列
703,704,705,706 垂直出力線
707,708,709,710 サンプル・ホールド回路
711 マルチプレクサ
712 逐次変換型A/D変換器
713 FIFOバッファ
714 シフトレジスタ
715 バッファ
901 デマルチプレクサ
902,903,904,905 FIFOバッファ
906 シフトレジスタ
907 バッファ
1101 フォトダイオード
1102 垂直転送部
1103 垂直シフトレジスタ
1104 画素列
1105 画素行列
1106 転送ゲート
1107 フローティングディフュージョンアンプ
1108 サンプル・ホールド回路
1109 逐次変換型A/D変換器
1110 FIFOバッファ
1111 シフトレジスタ
1112 バッファ
1201 サンプル・ホールド回路
Claims (4)
- 光電変換部と、該光電変換部からの電荷を増幅する第1の増幅部と、を含む画素が複数配された画素列を複数含む画素領域を有し、
各画素列に対応して設けられた、前記画素から信号を読み出すための共通出力線と、
少なくとも1つの共通出力線に対応して設けられ、前記画素からの信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換手段と、
前記アナログ・デジタル変換手段に対応して設けられ、前記アナログ・デジタル変換手段から出力される前記デジタル信号のうち少なくとも1ビットの信号を保持する待ち行列手段と、を有する撮像装置であって、
前記待ち行列手段に保持された前記1ビットの信号を選択的に出力させる選択手段と、前記1ビットの信号が出力される出力部とを、前記画素領域、前記共通出力線及び前記アナログ・デジタル変換手段と共に同一の半導体チップに配し、
前記アナログ・デジタル変換手段の入力部前段にサンプル・ホールド回路を有し、該サンプル・ホールド回路で保持された信号を増幅する第2の増幅部を有し、該第2の増幅部で増幅された信号が、前記アナログ・デジタル変換手段に入力され、
前記アナログ・デジタル変換手段は、前記画素からの信号を変換した前記デジタル信号を1ビットずつ出力し、
前記アナログ・デジタル変換手段が前記画素からの信号を前記デジタル信号に変換する動作と、前記選択手段が前記待ち行列手段毎に保持された1ビットの信号を転送し前記出力部から出力させる動作とを並行して行うことを特徴とする撮像装置。 - 前記画素からのリセット出力と、光電変換後の画素出力との差分処理を行う差分回路を有し、該差分回路において差分処理をした後に、前記第2の増幅部により増幅することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記画素からのリセット出力を増幅する第3の増幅部と、前記画素からの光電変換後の画素出力を増幅する第4の増幅部とを有し、前記第2の増幅部は、前記第3の増幅部で増幅されたリセット出力と前記第4の増幅部で増幅された画素出力との差分を増幅することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記第2の増幅部は、1倍よりも大きいゲインを設定可能であることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
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