JP6004685B2 - 固体撮像装置及びその駆動方法 - Google Patents
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Description
図1乃至4を参照しながら、第1実施形態の固体撮像装置1を説明する。固体撮像装置1は、図1に例示されるように、撮像部10及び変換部30を備えている。撮像部10は、複数の画素101が配された画素部20を備えており、ここでは簡易化のため、2行×2列の画素101を描いている。変換部30は、撮像部10から出力された画素信号、又は該画素信号を増幅した信号等のアナログ信号をデジタル信号に変換しうる。ここで、変換部30は、第1処理部31及び第2処理部32を備えており、ここでは、画素部20の各列に1つずつ配されている。また、固体撮像装置1は、複数の画素101のそれぞれを行ごとに制御する垂直走査回路130を備えうる。
α=dV/dt=(d(Q1/C1))/dt=I/C1 …式(1)
と表せる。
図5及び6を参照しながら、第2実施形態の固体撮像装置2を説明する。図5及び6において用いられている記号や番号は、第1実施形態と同じものを示している。本実施形態は、図5に例示されるように、第2処理部32がスイッチトランジスタ113をさらに含む点で第1実施形態と異なる。
図7及び8を参照しながら、第3実施形態の固体撮像装置3を説明する。図7及び8において用いられている記号や番号は、第1及び第2実施形態と同じものを示している。本実施形態は、図7に例示されるように、第2処理部32が、第2基準電圧Vref2に代替してランプ信号を発生させるため回路を含む第2経路を有する点で、第1実施形態と異なる。例えば、第2経路には、スイッチトランジスタ113と容量117とが直列に配され、容量117の電圧V117が第2比較器118の反転入力端子に入力されている。また、容量117への充電を開始するためのスイッチトランジスタ115が配されている。容量117は、基準電圧発生用容量として用いられている。即ち、この容量117を定電流源により充電することによって生じた電圧V117を第2基準電圧Vref2として用いる。
β=I/C2=C1×α/C2=α/4 …式(2)
と表せる。この場合、期間Aと期間Bとの関係は、B=4Aと表せる。このことは、同一の周波数のクロック信号を用いた場合において、デジタル信号の2ビット分の下位ビットを生成することができることを意味している。また、C1とC2の関係は、例えば、1:8、1:16とすることによって、該下位ビットのビット数を3ビット、4ビットと増やすこともできる。時刻t8〜t9は、第1及び第2実施形態と同様であるため説明を省く。その後、第3工程及び第4工程が、時刻t9〜t18において、同様にして為されうる。
Claims (11)
- 複数の画素が配された画素部を含む撮像部、及び前記撮像部から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する変換部を備え、
前記変換部は、
第1基準電圧とクロック信号とを受ける第1処理部であって、遅延回路と、前記第1基準電圧と前記アナログ信号とを比較してその結果を第1比較信号として出力する第1比較器とを含む第1処理部と、
第2基準電圧を受ける第2処理部であって、容量と、前記容量の電圧と前記第2基準電圧とを比較してその結果を第2比較信号として出力する第2比較器とを含む第2処理部と、
を備え、
前記第1処理部は、
前記第1比較器による比較が開始されてから前記第1比較信号の値が変化するまでの時間を計測した結果にしたがって前記デジタル信号の上位ビットを生成し、
前記第1比較信号を前記遅延回路により前記クロック信号に基づいて遅延させて生成した遅延信号を前記第2処理部に出力し、
前記第2処理部は、
前記第1比較信号の値が変化したことに応答して前記容量の充電を開始し、
前記遅延信号の値が変化したことに応じて前記容量の充電を終了し、
その後、前記第2比較器による比較が開始されてから前記第2比較信号の値が変化するまでの時間を計測した結果にしたがって前記デジタル信号の下位ビットを生成する、
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記アナログ信号は、ノイズ成分を含む第1アナログ信号、及び、該ノイズ成分と前記画素部に入射した光に応じた成分とを有する第2アナログ信号を含み、
前記デジタル信号は、前記第1アナログ信号に対応する第1デジタル信号、及び、前記第2アナログ信号に対応する第2デジタル信号を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記変換部から出力された前記第1デジタル信号と前記第2デジタル信号との差分を算出して出力する、
ことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。 - 前記第1比較信号の値が変化してから前記遅延信号の値が変化するまでの時間は、前記クロック信号の少なくとも1周期である、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記遅延回路は、前記第1比較信号を前記クロック信号のエッジに同期させることによって前記遅延信号を生成する
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 複数の画素が配された画素部を含む撮像部と、前記撮像部から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する変換部とを備え、
前記変換部は、第1処理部及び第2処理部を備え、
前記第1処理部は、前記撮像部から出力されたアナログ信号と第1基準電圧との比較を開始してからこれらの大小関係が逆転するまでの時間を計測した結果にしたがって該アナログ信号に対応するデジタル信号の上位ビットを生成し、
第1エッジと第2エッジとを有するクロック信号が供給される前記第2処理部は、前記第1処理部における前記大小関係の逆転に応答して容量の充電を開始し、その直後の前記クロック信号の前記第1エッジの後から所定時間が経過したことに応じて前記容量の充電を終了し、その後、前記容量の電圧と第2基準電圧との比較を開始してからこれらの大小関係が逆転するまでの時間を、前記クロック信号をカウントすることによって該デジタル信号の下位ビットを生成し、
前記第2処理部は、互いに並列に配された第1経路及び第2経路と、これらと直列に配された定電流源と、を含み、
前記第1経路には前記容量と前記容量を充電するための第1スイッチとが直列に配され、前記第2経路には第2スイッチが配され、前記第2処理部は、前記第1スイッチを導通状態にすることによって前記定電流源により前記容量を充電し、前記容量を充電している間は前記第2スイッチを非導通状態にし、前記容量の充電をする前及び後においては前記第2スイッチを導通状態にする、
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記第2処理部は基準電圧発生用の容量を含み、前記定電流源により前記基準電圧発生用の容量を充電することによって生じた電圧を前記第2基準電圧として用いる、
ことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置。 - 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部と、
を備えることを特徴とするカメラ。 - 複数の画素が配された画素部を含む撮像部、及び前記撮像部から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する変換部を備える固体撮像装置の駆動方法であって、
前記変換部は、
第1基準電圧とクロック信号とを受ける第1処理部であって、遅延回路と、前記第1基準電圧と前記アナログ信号とを比較してその結果を第1比較信号として出力する第1比較器とを含む第1処理部と、
第2基準電圧を受ける第2処理部であって、容量と、前記容量の電圧と前記第2基準電圧とを比較してその結果を第2比較信号として出力する第2比較器とを含む第2処理部と、
を備え、
前記固体撮像装置の駆動方法は、
前記第1比較器による比較が開始されてから前記第1比較信号の値が変化するまでの時間を計測した結果にしたがって前記デジタル信号の上位ビットを生成し、前記第1比較信号を前記遅延回路により前記クロック信号に基づいて遅延させて生成した遅延信号を前記第2処理部に出力する第1工程と、
前記第1比較信号の値が変化したことに応答して前記容量の充電を開始し、前記遅延信号の値が変化したことに応じて前記容量の充電を終了し、その後、前記第2比較器による比較が開始されてから前記第2比較信号の値が変化するまでの時間を計測した結果にしたがって前記前記デジタル信号の下位ビットを生成する第2工程と、を含む、
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 - 前記第1工程及び前記第2工程では、ノイズ成分を含む第1アナログ信号に対応する第1デジタル信号の上位ビット及び下位ビットをそれぞれ生成し、
前記固体撮像装置の駆動方法は、
前記撮像部から出力され且つ前記ノイズ成分及び前記画素部に入射した光に応じた成分を含む第2アナログ信号に対応する第2デジタル信号の上位ビットを、前記第1比較器により前記第1基準電圧と前記第2アナログ信号との比較を開始してから該比較の結果を示す第3比較信号の値が変化するまでの時間を計測した結果にしたがって生成し、前記第3比較信号を前記遅延回路により前記クロック信号に基づいて遅延させて生成した第2遅延信号を前記第2処理部に出力する第3工程と、
前記第3比較信号の値が変化したことに応答して前記容量の充電を開始し、前記第2遅延信号の値が変化したことに応じて前記容量の充電を終了し、その後、前記第2比較器により前記容量の電圧と前記第2基準電圧との比較を開始してから該比較の結果を示す第4比較信号の値が変化するまでの時間を計測した結果にしたがって前記第2デジタル信号の下位ビットを生成する第4工程と、をさらに含む、
ことを特徴とする請求項9に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 前記第1工程及び前記第2工程によって得られた前記第1デジタル信号と、前記第3工程及び前記第4工程によって得られた前記第2デジタル信号との差分を算出して出力する第5工程をさらに含む、
ことを特徴とする請求項10に記載の固体撮像装置の駆動方法。
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