JP6410882B2 - Imaging device, imaging system, and driving method of imaging device - Google Patents

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本発明は、入射線を電荷に変換する撮像装置、撮像システム、撮像装置の駆動方法に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus, an imaging system, and a driving method for an imaging apparatus that convert incident rays into electric charges.

入射光を光電変換する撮像装置が知られている。このような撮像装置の一例として、特許文献1には、入射光を光電変換する光電変換部と、光電変換部の出力する信号をデジタル信号に変換するAD変換部と、を有する画素を有する撮像装置がある。   An imaging device that photoelectrically converts incident light is known. As an example of such an imaging apparatus, Patent Document 1 discloses an imaging having a pixel having a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light and an AD conversion unit that converts a signal output from the photoelectric conversion unit into a digital signal. There is a device.

特開2006−203736号公報JP 2006-203736 A

入射線に基づく電荷を生成する変換部とAD変換部に電位を与えるバイアス線が、入射線に基づく電荷を生成する変換部とAD変換部に共通に電気的に接続されている場合がある。この場合、入射線に基づく電荷を生成する変換部の動作によって生じるバイアス線の電位の変動が、AD変換部のAD変換精度を低下させてしまう課題があった。   In some cases, a converter that generates charges based on incident lines and a bias line that applies a potential to the AD converter are electrically connected in common to the converters and AD converters that generate charges based on incident lines. In this case, there has been a problem that the fluctuation of the potential of the bias line caused by the operation of the conversion unit that generates charges based on the incident line reduces the AD conversion accuracy of the AD conversion unit.

本発明は上記の課題を鑑みて為されたものであり、一の態様は、入射線に基づく電荷を生成する変換部と、前記変換部が生成した前記電荷に基づく信号をデジタル信号に変換するAD変換部と、を有する画素と、前記変換部に電気的に接続された第1バイアス線と、前記第1バイアス線の電位に基づく電圧を保持する容量素子と、を有し、前記AD変換部が、前記容量素子が保持した前記電圧に基づいて駆動されることを特徴とする撮像装置である。   The present invention has been made in view of the above problems, and one aspect is to convert a charge based on an incident line and a signal based on the charge generated by the conversion section into a digital signal. An AD conversion unit, a first bias line electrically connected to the conversion unit, and a capacitive element that holds a voltage based on a potential of the first bias line, the AD conversion The image pickup apparatus is characterized in that the unit is driven based on the voltage held by the capacitor.

本発明の別の態様は、入射線に基づく電荷を生成する変換部と、前記変換部が生成した前記電荷に基づく信号をデジタル信号に変換するAD変換部と、を有する画素と、前記変換部と前記AD変換部とに共通の電位を供給する第1バイアス線と、容量素子と、を有する撮像装置の駆動方法であって、前記容量素子に、前記第1バイアス線の電位に基づく電圧を保持させ、前記容量素子に保持させた前記電圧に基づいて前記AD変換部を駆動することを特徴とする撮像装置の駆動方法である。   Another aspect of the present invention is a pixel having a conversion unit that generates charges based on incident rays, and an AD conversion unit that converts a signal based on the charges generated by the conversion unit into a digital signal, and the conversion unit And a first bias line that supplies a common potential to the AD converter and a capacitive element, and a voltage based on the potential of the first bias line is applied to the capacitive element. In the driving method of the imaging apparatus, the AD converter is driven based on the voltage held and held in the capacitor.

本発明により、入射線に基づく電荷を生成する変換部の動作によって生じるバイアス線の電位の変動が、AD変換部の動作に影響しにくい撮像装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an imaging apparatus in which fluctuations in the potential of the bias line caused by the operation of the conversion unit that generates charges based on incident lines do not easily affect the operation of the AD conversion unit.

撮像装置と画素の構成の一例を示した図The figure which showed an example of the structure of an imaging device and a pixel 画素の構成の一例と、画素の動作の一例を示した図An example of pixel configuration and an example of pixel operation 画素の構成の他の一例を示した図The figure which showed another example of the structure of a pixel 撮像装置と画素の構成の他の一例を示した図The figure which showed another example of a structure of an imaging device and a pixel 撮像システムの一例の図Illustration of an example of an imaging system

以下、図面を参照しながら各実施例について説明する。   Embodiments will be described below with reference to the drawings.

(実施例1)
図1(a)は、本実施例の撮像装置の構成を示した模式図である。
Example 1
FIG. 1A is a schematic diagram illustrating the configuration of the imaging apparatus of the present embodiment.

図1(a)の画素アレイ100は、M行N列に配列された画素101を有する。バイアス回路群200は、各画素101を駆動するバイアス回路201を含む。本実施例では、行ごとにバイアス回路201を備える構成である。各行のバイアス回路201は、バイアス回路201と対応する行の各画素101にバイアス電圧を供給する。各画素101はデジタル信号を出力線400を介して信号保持部500に出力する。信号保持部500は、不図示の水平走査回路によって、順次デジタル信号を出力部600に出力する。出力部600は撮像装置の外部に電気的に接続された出力ノード700にデジタル信号を出力する。   A pixel array 100 in FIG. 1A includes pixels 101 arranged in M rows and N columns. The bias circuit group 200 includes a bias circuit 201 that drives each pixel 101. In this embodiment, the bias circuit 201 is provided for each row. The bias circuit 201 in each row supplies a bias voltage to each pixel 101 in the row corresponding to the bias circuit 201. Each pixel 101 outputs a digital signal to the signal holding unit 500 via the output line 400. The signal holding unit 500 sequentially outputs digital signals to the output unit 600 by a horizontal scanning circuit (not shown). The output unit 600 outputs a digital signal to an output node 700 that is electrically connected to the outside of the imaging apparatus.

図1(b)は、図1(a)に示した画素101の構成を示した図である。画素101は、電源電圧供給線102、GND電位供給線103、フォトダイオード104、スイッチ105、スイッチ106、AD変換部107、スイッチ108、容量素子109、出力線400を有している。GND電位供給線103には接地電圧が与えられている。スイッチ105は信号φRESをHighレベル(以下、Hレベル)とすると導通する。スイッチ106は、信号φTXをHレベルとすると導通する。スイッチ108は信号φS1をHレベルとすると導通する。信号φRES、φTX、φS1はそれぞれ、不図示のタイミングジェネレータから与えられる信号である。カウント信号線111、制御信号線114がAD変換部107に電気的に接続されている。フォトダイオード104は本実施例の入射線に基づく電荷を生成する変換部である。本実施例のフォトダイオード104は、入射光を光電変換して生成する電荷を生成する光電変換部でもある。   FIG. 1B is a diagram illustrating a configuration of the pixel 101 illustrated in FIG. The pixel 101 includes a power supply voltage supply line 102, a GND potential supply line 103, a photodiode 104, a switch 105, a switch 106, an AD conversion unit 107, a switch 108, a capacitor element 109, and an output line 400. A ground voltage is applied to the GND potential supply line 103. Switch 105 becomes conductive when signal φRES is set to a high level (hereinafter, H level). Switch 106 becomes conductive when signal φTX is set to H level. Switch 108 becomes conductive when signal φS1 is set to H level. Signals φRES, φTX, and φS1 are signals given from a timing generator (not shown). The count signal line 111 and the control signal line 114 are electrically connected to the AD conversion unit 107. The photodiode 104 is a conversion unit that generates charges based on the incident line of this embodiment. The photodiode 104 of this embodiment is also a photoelectric conversion unit that generates charges generated by photoelectric conversion of incident light.

図2(a)は、本実施例のバイアス回路201、AD変換部107の構成の一例を示した図である。バイアス回路201で生成したバイアス電圧は、バイアス線202に与えられる、AD変換部107は、容量素子C0、C1、C2を有する。また、AD変換部107は、MOSトランジスタM2、M3、M4、M5、M6を有する比較器140を含む。MOSトランジスタM3は、フォトダイオード104が出力する信号が与えられる第1入力トランジスタである。また、MOSトランジスタM4は、参照信号であるランプ信号VRAMPが与えられる第2入力トランジスタである。比較器140は、フォトダイオード104から出力される信号と、垂直制御回路300からランプ信号線110と容量素子C2とを介して与えられるランプ信号VRAMPとを比較した比較結果信号をラッチ部112に出力する。そしてAD変換部107は、比較器140の出力する比較結果信号に基づいて、メモリ部113に信号LATCHを出力するラッチ部112を有する。また、垂直制御回路300は、クロックパルスを計数したカウント信号を、カウント信号線111を介してメモリ部113に与える。また、垂直制御回路300は、メモリ部113に制御信号線114を介して信号φMEMを出力する。MOSトランジスタM2は比較器140を駆動する電流源として動作する電流供給トランジスタである。容量素子109の一方のノードは、MOSトランジスタM2の制御ノードに電気的に接続されている。また、MOSトランジスタM2の一方の主ノードが、GND電位供給線103に電気的に接続されている。また、MOSトランジスタM2の他方の主ノードが、MOSトランジスタM3、M4に電気的に接続されている。GND電位供給線103は本実施例の第1バイアス線である。バイアス線202は本実施例の第2バイアス線である。ランプ信号VRAMPは本実施例の参照信号である。   FIG. 2A is a diagram illustrating an example of the configuration of the bias circuit 201 and the AD conversion unit 107 according to the present embodiment. The bias voltage generated by the bias circuit 201 is applied to the bias line 202. The AD conversion unit 107 includes capacitive elements C0, C1, and C2. The AD conversion unit 107 includes a comparator 140 having MOS transistors M2, M3, M4, M5, and M6. The MOS transistor M3 is a first input transistor to which a signal output from the photodiode 104 is given. The MOS transistor M4 is a second input transistor to which a ramp signal VRAMP that is a reference signal is applied. The comparator 140 outputs a comparison result signal, which is a comparison between the signal output from the photodiode 104 and the ramp signal VRAMP supplied from the vertical control circuit 300 via the ramp signal line 110 and the capacitive element C2, to the latch unit 112. To do. The AD conversion unit 107 includes a latch unit 112 that outputs a signal LATCH to the memory unit 113 based on the comparison result signal output from the comparator 140. In addition, the vertical control circuit 300 provides a count signal obtained by counting clock pulses to the memory unit 113 via the count signal line 111. Further, the vertical control circuit 300 outputs a signal φMEM to the memory unit 113 via the control signal line 114. The MOS transistor M2 is a current supply transistor that operates as a current source that drives the comparator 140. One node of the capacitive element 109 is electrically connected to the control node of the MOS transistor M2. Further, one main node of the MOS transistor M 2 is electrically connected to the GND potential supply line 103. The other main node of the MOS transistor M2 is electrically connected to the MOS transistors M3 and M4. The GND potential supply line 103 is the first bias line in this embodiment. The bias line 202 is the second bias line of this embodiment. The ramp signal VRAMP is a reference signal in this embodiment.

次に、図2(b)を参照しながら、図2(a)に示した画素の動作を説明する。   Next, the operation of the pixel shown in FIG. 2A will be described with reference to FIG.

リセット期間に先立って、信号φS1をHレベルからLレベルとする。これにより、信号φS1をLレベルとした時のバイアス線202とGND電位供給線103との電位差に基づく電圧を容量素子109が保持する。図2(a)に示したAD変換部107は容量素子109が保持した電圧と、GND電位供給線103の電位と、に基づいて駆動される。さらに言えば、AD変換部107の比較器140の電流源は容量素子109が保持した電圧と、GND電位供給線103の電位と、によって駆動される。   Prior to the reset period, the signal φS1 is changed from H level to L level. Accordingly, the capacitor 109 holds a voltage based on the potential difference between the bias line 202 and the GND potential supply line 103 when the signal φS1 is set to the L level. The AD conversion unit 107 illustrated in FIG. 2A is driven based on the voltage held by the capacitor 109 and the potential of the GND potential supply line 103. More specifically, the current source of the comparator 140 of the AD conversion unit 107 is driven by the voltage held by the capacitor 109 and the potential of the GND potential supply line 103.

次に、リセット期間に、信号φRESをHレベルとし、そして、φTXをHレベルとする。これにより、フォトダイオード104の電荷と容量素子C0、C1の各々の一方のノードの電荷がリセットされる。   Next, in the reset period, the signal φRES is set to the H level, and φTX is set to the H level. As a result, the charge of the photodiode 104 and the charge of one node of each of the capacitive elements C0 and C1 are reset.

信号φTXをLレベルとし、そしてφRESをLレベルとする。信号φRESをLレベルとすると、フォトダイオード104は入射光を光電変換して生成した電荷の蓄積を行う。この電荷を蓄積する期間が蓄積期間である。   Signal φTX is set to L level, and φRES is set to L level. When the signal φRES is set to L level, the photodiode 104 accumulates charges generated by photoelectrically converting incident light. The period for accumulating this charge is the accumulation period.

蓄積期間後、信号φTXをHレベルとした後、Lレベルとする。これにより、容量素子C0およびC1にフォトダイオード104で蓄積した電荷が転送され、この転送された電荷に基づく信号が、MOSトランジスタM3の制御ノードに与えられる。   After the accumulation period, the signal φTX is set to H level and then to L level. As a result, the charges accumulated in the photodiode 104 are transferred to the capacitive elements C0 and C1, and a signal based on the transferred charges is applied to the control node of the MOS transistor M3.

信号φTXをLレベルとすると、AD変換期間として、垂直制御回路300は、ランプ信号線110の電位の時間に依存した変化を開始する。また、垂直制御回路300は、カウント信号線111を介して、AD変換部107にカウント信号を出力する。   When the signal φTX is set to the L level, the vertical control circuit 300 starts a change depending on the time of the potential of the ramp signal line 110 as the AD conversion period. In addition, the vertical control circuit 300 outputs a count signal to the AD conversion unit 107 via the count signal line 111.

ラッチ部112は比較器140の出力する信号が変化した時に、信号φLATCHの信号値をHレベルとする。このHレベルの信号φLATCHを受けて、メモリ部113は、信号φLATCHがHレベルとなった時のカウント信号値を保持する。この保持したカウント信号値が、フォトダイオード104が蓄積した電荷に基づくデジタル信号である。   Latch section 112 sets the signal value of signal φLATCH to H level when the signal output from comparator 140 changes. Receiving this H level signal φLATCH, memory unit 113 holds the count signal value when signal φLATCH becomes H level. The held count signal value is a digital signal based on the charge accumulated in the photodiode 104.

垂直制御回路300は、ランプ信号VRAMPの時間に依存した電位の変化を終了することで、AD変換期間が終了する。   The vertical control circuit 300 ends the change in potential depending on the time of the ramp signal VRAMP, whereby the AD conversion period ends.

垂直制御回路300は、信号φMEMをHレベルとする。メモリ部113は、出力線400を介して信号保持部500に保持したデジタル信号を出力する。   The vertical control circuit 300 sets the signal φMEM to the H level. The memory unit 113 outputs the digital signal held in the signal holding unit 500 via the output line 400.

そして、垂直制御回路300は信号φS1をHレベルとする。   Then, the vertical control circuit 300 sets the signal φS1 to the H level.

GND電位供給線103の電位はフォトダイオード104のリセット動作や蓄積動作に伴って変動が生じる。一方で、バイアス線202の電位は一定である。よって、MOSトランジスタM2の制御ノードがバイアス線202に直結している場合には、GND電位供給線103の電位が変動すると、MOSトランジスタM2のゲートソース電圧が変動し、ドレイン電流、すなわち比較器140の駆動電流が変化する。比較器140の駆動電流が変化することで比較器140の動作点が変化するため、比較動作の精度の低下が生じる。比較動作の精度低下はAD変換部107のAD変換精度の低下となるため、AD変換部107のアナログ−デジタル変換特性の線形性を低下させる。また、GND電位供給線103のインピーダンスによる過渡応答の違いにより、画素101ごとにGND電位供給線103の電位の変動量が異なる。これにより、AD変換部107のAD変換精度が画素ごとに異なるため、撮像装置が生成する画像の画質を低下させる。また、GND電位供給線103を共有する画素101間では、ある画素101の動作によって生じたGND電位の変動が他の画素101のAD変換精度を低下させる。   The potential of the GND potential supply line 103 varies as the photodiode 104 is reset and accumulated. On the other hand, the potential of the bias line 202 is constant. Therefore, when the control node of the MOS transistor M2 is directly connected to the bias line 202, when the potential of the GND potential supply line 103 changes, the gate source voltage of the MOS transistor M2 changes, and the drain current, that is, the comparator 140. The drive current changes. Since the operating point of the comparator 140 changes as the drive current of the comparator 140 changes, the accuracy of the comparison operation decreases. The reduction in accuracy of the comparison operation results in a reduction in AD conversion accuracy of the AD conversion unit 107, and thus the linearity of the analog-digital conversion characteristics of the AD conversion unit 107 is reduced. Further, due to the difference in the transient response due to the impedance of the GND potential supply line 103, the amount of fluctuation in the potential of the GND potential supply line 103 differs for each pixel 101. Thereby, since the AD conversion accuracy of the AD conversion unit 107 is different for each pixel, the image quality of the image generated by the imaging apparatus is lowered. In addition, between the pixels 101 that share the GND potential supply line 103, the variation in the GND potential caused by the operation of a certain pixel 101 reduces the AD conversion accuracy of the other pixels 101.

他方で、GND電位供給線103の電位が安定するまでの待機期間を設けることは、撮像装置の高速化を妨げる要因となる。   On the other hand, providing a standby period until the potential of the GND potential supply line 103 is stabilized becomes a factor that hinders speeding up of the imaging device.

本実施例では、バイアス線202とGND電位供給線103との電位差に基づく電圧を容量素子109が保持する。これにより、GND電位供給線103の電位の変動に応じて、MOSトランジスタM2の制御ノードの電位も変動する。よって、MOSトランジスタM2のゲートソース電圧の変動が生じにくいため、比較器140に流れるドレイン電流が変動しにくくなる。これにより、GND電位供給線103の電位が安定するまでの待機時間を設けずとも、AD変換部107がGND電位供給線103の電位の変動を受けにくくすることができる。   In this embodiment, the capacitor 109 holds a voltage based on the potential difference between the bias line 202 and the GND potential supply line 103. As a result, the potential of the control node of the MOS transistor M2 also varies in accordance with the variation of the potential of the GND potential supply line 103. Accordingly, since the gate source voltage of the MOS transistor M2 does not easily vary, the drain current flowing through the comparator 140 is unlikely to vary. Accordingly, the AD conversion unit 107 can be made less susceptible to fluctuations in the potential of the GND potential supply line 103 without providing a standby time until the potential of the GND potential supply line 103 is stabilized.

また、図2(c)に示すように、フレームレートを上げるためにフレーム内の動作を複数フレームで並列して行う場合、フォトダイオード104の動作とAD変換部107の動作が並列になるため、GND電位供給線103の変動の影響が大きくなる。この場合も、読出し期間中などのブランク期間でバイアス線202とGND電位供給線103との電位差に基づく信号を保持することで、AD変換部107がGND電位供給線103の変動を受けにくくすることができる。   In addition, as shown in FIG. 2C, when the operation in the frame is performed in parallel in a plurality of frames in order to increase the frame rate, the operation of the photodiode 104 and the operation of the AD conversion unit 107 are performed in parallel. The influence of the fluctuation of the GND potential supply line 103 becomes large. Also in this case, by holding a signal based on the potential difference between the bias line 202 and the GND potential supply line 103 in a blank period such as a reading period, the AD conversion unit 107 is less likely to be subject to fluctuations in the GND potential supply line 103. Can do.

本実施例の信号φS1の波形は、図2(b)に示した波形に限定されない。信号φS1をHレベルからLレベルとするタイミングは、AD変換期間を開始する前であれば、AD変換期間でのフォトダイオード104の蓄積動作によるGND電位供給線103の電位変動をAD変換部107が受けにくくすることができる。   The waveform of the signal φS1 in this embodiment is not limited to the waveform shown in FIG. If the timing at which the signal φS1 is changed from the H level to the L level is before the start of the AD conversion period, the AD conversion unit 107 detects the potential fluctuation of the GND potential supply line 103 due to the accumulation operation of the photodiode 104 in the AD conversion period. It can be made difficult to receive.

さらに言えば、本実施例では、AD変換部の一例として、入射線に基づく電荷を生成する変換部の出力する信号とランプ信号とを比較する形態を基に説明した。他の形態として、例えば、逐次比較型、フラッシュ型などのAD変換部であっても良い。これらの形態のAD変換部であっても、AD変換部を容量素子109の保持した電圧によって駆動することで、本実施例の撮像装置と同様の効果を得ることができる。   Furthermore, in this embodiment, as an example of the AD conversion unit, a description has been given based on a mode in which a signal output from a conversion unit that generates charges based on incident rays is compared with a ramp signal. As another form, for example, an AD conversion unit such as a successive approximation type or a flash type may be used. Even with these forms of AD converters, the same effects as those of the imaging apparatus of the present embodiment can be obtained by driving the AD converters with the voltage held by the capacitor 109.

本明細書では、参照信号の時間に依存した電位の変化がスロープ状に行われる形態として説明したが、階段状に変化する形態の参照信号であっても良い。階段状に電位が変化する参照信号も、時間に依存して電位が変化する参照信号の一例である。   In the present specification, the change of the potential depending on the time of the reference signal is described as being performed in a slope shape, but the reference signal may be changed in a staircase shape. A reference signal whose potential changes stepwise is also an example of a reference signal whose potential changes depending on time.

本実施例では、比較器140のMOSトランジスタM2の制御ノードに、容量素子109の一方のノードが電気的に接続されている形態を示した。本実施例はこの形態に限定されるものではなく、容量素子109の保持した電圧に基づいて、AD変換部107が駆動される形態であれば良い。例えば、フォトダイオード104の電荷がリセットされている状態で、容量素子109がGND電位供給線103の電位に基づく電圧を保持する構成とする。そして、AD変換部107は、GND電位供給線103の電位ではなく、容量素子109が保持した電圧に基づいてAD変換動作を行う。これにより、AD変換部107は、GND電位供給線103の電位の変動を受けにくい構成とすることができる。つまり、容量素子109がGND電位供給線103の電位に基づく電圧を保持し、AD変換部107が、容量素子109が保持した電圧に基づいて動作する形態であれば良い。また、容量素子109がGND電位供給線103の電位に基づく電圧を保持するタイミングは、必ずしもフォトダイオード104の電荷がリセットされている状態でなくとも良い。図2(b)に示した、リセット期間の後に、AD変換部107がAD変換を行う。このAD変換で生成する信号をデジタルN信号と表記する。このAD変換時、あるいはAD変換前に、容量素子109がGND電位供給線103の電位に基づく電圧を保持する。その後、AD変換部107は、容量素子109が保持した電圧に基づいて、フォトダイオード104が光電変換して生成した電荷に基づく信号をAD変換する。このAD変換で生成する信号をデジタルS信号として表記する。メモリ部113はそれぞれデジタルN信号、デジタルS信号を保持するとともに、信号保持部500にそれぞれ出力する。例えば、出力部600がデジタルS信号からデジタルN信号を差し引いた信号を撮像装置の外部に出力する。これにより、撮像装置の外部に出力される信号に対する、比較器140ごとの特性ばらつきの影響を低減することができる。GND電位供給線103の電位でAD変換部107を駆動する場合、デジタルN信号とデジタルS信号のそれぞれのAD変換でGND電位供給線103の電位が変動することがある。この場合には、デジタルS信号からデジタルN信号を差し引いても、GND電位供給線103の電位の変動の影響が残る為、AD変換精度が低下する。一方で、容量素子109がデジタルN信号を生成するAD変換時、あるいはAD変換前に、GND電位供給線103の電位に基づく電圧を保持する。この容量素子109が保持した電圧でデジタルS信号のAD変換を行う。これにより、デジタルS信号とデジタルN信号のそれぞれのAD変換において、共通の電圧でAD変換部107が駆動されるため、デジタルS信号からデジタルN信号を好適に差し引くことができる。   In the present embodiment, the configuration in which one node of the capacitive element 109 is electrically connected to the control node of the MOS transistor M2 of the comparator 140 is shown. This embodiment is not limited to this form, and any form may be used as long as the AD conversion unit 107 is driven based on the voltage held by the capacitor 109. For example, the capacitor 109 holds a voltage based on the potential of the GND potential supply line 103 while the charge of the photodiode 104 is reset. The AD conversion unit 107 performs an AD conversion operation based on the voltage held by the capacitor 109 instead of the potential of the GND potential supply line 103. Accordingly, the AD conversion unit 107 can be configured to be less susceptible to fluctuations in the potential of the GND potential supply line 103. In other words, any configuration is possible as long as the capacitor 109 holds a voltage based on the potential of the GND potential supply line 103 and the AD converter 107 operates based on the voltage held by the capacitor 109. The timing at which the capacitor 109 holds the voltage based on the potential of the GND potential supply line 103 is not necessarily in a state where the charge of the photodiode 104 is reset. After the reset period shown in FIG. 2B, the AD conversion unit 107 performs AD conversion. A signal generated by this AD conversion is referred to as a digital N signal. During this AD conversion or before AD conversion, the capacitor 109 holds a voltage based on the potential of the GND potential supply line 103. After that, the AD conversion unit 107 performs AD conversion on a signal based on the charge generated by photoelectric conversion by the photodiode 104 based on the voltage held by the capacitor 109. A signal generated by this AD conversion is expressed as a digital S signal. The memory unit 113 holds the digital N signal and the digital S signal, respectively, and outputs them to the signal holding unit 500. For example, the output unit 600 outputs a signal obtained by subtracting the digital N signal from the digital S signal to the outside of the imaging apparatus. Thereby, the influence of the characteristic variation for each comparator 140 on the signal output to the outside of the imaging device can be reduced. When the AD conversion unit 107 is driven by the potential of the GND potential supply line 103, the potential of the GND potential supply line 103 may fluctuate due to AD conversion of each of the digital N signal and the digital S signal. In this case, even if the digital N signal is subtracted from the digital S signal, the influence of fluctuations in the potential of the GND potential supply line 103 remains, so that the AD conversion accuracy decreases. On the other hand, the voltage based on the potential of the GND potential supply line 103 is held at the time of AD conversion when the capacitor 109 generates a digital N signal or before AD conversion. AD conversion of the digital S signal is performed with the voltage held by the capacitor 109. Thereby, in the AD conversion of the digital S signal and the digital N signal, the AD conversion unit 107 is driven with a common voltage, so that the digital N signal can be suitably subtracted from the digital S signal.

尚、本実施例では、バイアス線の電位に基づく電圧を容量素子が保持する形態を記載した。このバイアス線の電位に基づく電圧とは、バイアス線と容量素子との間の電気的経路に抵抗素子や他の容量素子が含まれている場合に、バイアス線から抵抗素子や他の容量素子を介して与えられる電圧を含む。   In this embodiment, a mode in which the capacitor holds a voltage based on the potential of the bias line is described. The voltage based on the potential of the bias line means that when a resistive element or other capacitive element is included in the electrical path between the bias line and the capacitive element, the resistive element or other capacitive element is removed from the bias line. Including the voltage applied via

また、本実施例では、画素101の行ごとにバイアス回路201を備える構成とした。本実施例はこの形態に限定されるものもではなく、画素101の列ごとにバイアス回路201を備える構成としても良い。   In this embodiment, the bias circuit 201 is provided for each row of the pixels 101. The present embodiment is not limited to this mode, and may be configured to include the bias circuit 201 for each column of the pixels 101.

フォトダイオード104は入射線に基づく電荷を生成する変換部の一例である。入射線に基づく電荷を生成する変換部は他に、例えば、X線、赤外線といった入射線に基づく電荷を生成する形態であってもよい。   The photodiode 104 is an example of a conversion unit that generates charges based on incident rays. In addition, the conversion unit that generates charges based on incident rays may be configured to generate charges based on incident rays such as X-rays and infrared rays.

(実施例2)
図面を参照しながら、実施例1とは異なる点を中心に本実施例の撮像装置を説明する。
(Example 2)
With reference to the drawings, the imaging apparatus of the present embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.

図3(a)は本実施例の画素101の構成の一例を示した図である。図3(a)において、図1(b)で述べた撮像装置と同じ機能を有する構成については、図1(b)で付した符号と同じ符号を図3(a)でも付している。図3(a)に示した画素101では、MOSトランジスタM1、M2を有するバッファ回路を有している。本実施例のバッファ回路は、増幅回路の一例である。フォトダイオード104からスイッチ106を介して出力された電荷は、MOSトランジスタM2の制御ノードに与えられる。MOSトランジスタM2の一方の主ノードには、電源電圧供給線102が電気的に接続され、他方の主ノードにはMOSトランジスタM1が電気的に接続されている。また、MOSトランジスタM2とMOSトランジスタM1との電気的経路に設けられたノードからAD変換部107に信号が出力される。AD変換部107に出力される信号は、フォトダイオード104で生成された電荷に基づく信号である。MOSトランジスタM1の制御ノードに、容量素子122の一方のノードと、スイッチ121の一方のノードとがそれぞれ電気的に接続されている。また、容量素子122の他方のノードには、GND電位供給線103が電気的に接続されている。また、スイッチ121の他方のノードは、第3バイアス線203が電気的に接続されている。スイッチ121は不図示のタイミングジェネレータが出力する信号φS2をHレベルとすると導通となり、Lレベルとすると非導通となる。AD変換部107の構成は、図2(a)と同様とすることができる。容量素子122は本実施例の第2容量素子である。スイッチ121は本実施例の第2スイッチである。   FIG. 3A is a diagram showing an example of the configuration of the pixel 101 of this embodiment. In FIG. 3 (a), the same reference numerals as those in FIG. 1 (b) are given in FIG. 3 (a) for configurations having the same functions as those of the image pickup apparatus described in FIG. 1 (b). The pixel 101 shown in FIG. 3A has a buffer circuit having MOS transistors M1 and M2. The buffer circuit of this embodiment is an example of an amplifier circuit. The electric charge output from the photodiode 104 via the switch 106 is given to the control node of the MOS transistor M2. The power supply voltage supply line 102 is electrically connected to one main node of the MOS transistor M2, and the MOS transistor M1 is electrically connected to the other main node. A signal is output to the AD converter 107 from a node provided in the electrical path between the MOS transistor M2 and the MOS transistor M1. The signal output to the AD conversion unit 107 is a signal based on the charge generated by the photodiode 104. One node of the capacitive element 122 and one node of the switch 121 are electrically connected to the control node of the MOS transistor M1. The GND potential supply line 103 is electrically connected to the other node of the capacitor 122. The third bias line 203 is electrically connected to the other node of the switch 121. Switch 121 becomes conductive when signal φS2 output from a timing generator (not shown) is set to H level, and becomes non-conductive when set to L level. The configuration of the AD conversion unit 107 can be the same as that shown in FIG. The capacitive element 122 is the second capacitive element of this embodiment. The switch 121 is the second switch of this embodiment.

図3(a)に示した撮像装置の動作は、図2(b)と同様とすることができる。また、信号φS2は、信号φS1と同様の動作とすることができる。   The operation of the imaging apparatus illustrated in FIG. 3A can be the same as that in FIG. Further, the signal φS2 can be operated in the same manner as the signal φS1.

本実施例では、フォトダイオード104とAD変換部107との間の電気的経路にバッファ回路を設けることで、AD変換部107の入力負荷に応じてバッファの駆動力を調整することができる。また、フォトダイオード104とAD変換部107を分離することで、AD変換部107の動作によって生じるノイズがフォトダイオード104に入力されにくくなる。   In this embodiment, by providing a buffer circuit in the electrical path between the photodiode 104 and the AD converter 107, the driving force of the buffer can be adjusted according to the input load of the AD converter 107. Further, separating the photodiode 104 and the AD conversion unit 107 makes it difficult for noise generated by the operation of the AD conversion unit 107 to be input to the photodiode 104.

本実施例では、フォトダイオード104とAD変換部107が共通に電気的に接続されているGND電位供給線103に対し、さらにバッファ回路が電気的に接続されている。本実施例の撮像装置では、容量素子122が第3バイアス線203とGND電位供給線103との電位差に基づく電圧を保持する。そしてバッファ回路は容量素子122が保持した電圧と、GND電位供給線103の電位と、によって駆動される。これにより、GND電位供給線103の電位の変動に応じて、MOSトランジスタM1の制御ノードの電位も変動する。よって、MOSトランジスタM1のゲートソース電圧の変動が生じにくい。これにより、バッファ回路は、GND電位供給線103の電位の変動を受けにくい。   In this embodiment, a buffer circuit is further electrically connected to the GND potential supply line 103 to which the photodiode 104 and the AD conversion unit 107 are electrically connected in common. In the imaging device of this embodiment, the capacitive element 122 holds a voltage based on the potential difference between the third bias line 203 and the GND potential supply line 103. The buffer circuit is driven by the voltage held by the capacitor 122 and the potential of the GND potential supply line 103. As a result, the potential of the control node of the MOS transistor M1 also varies according to the variation of the potential of the GND potential supply line 103. Therefore, the gate-source voltage of the MOS transistor M1 hardly changes. As a result, the buffer circuit is less susceptible to fluctuations in the potential of the GND potential supply line 103.

本実施例では、信号φS1、φS2を同じ波形の信号とする形態として説明したが、信号φS2を信号φS1とは異なる波形の信号としても良い。信号φS2をHレベルからLレベルとするタイミングは、AD変換期間を開始する前であれば、AD変換期間でのフォトダイオード104の蓄積動作によるGND電位供給線103の電位変動をバッファ回路が受けにくくすることができる。   In this embodiment, the signals φS1 and φS2 are described as having the same waveform, but the signal φS2 may be a signal having a waveform different from that of the signal φS1. If the timing at which the signal φS2 is changed from the H level to the L level is before the start of the AD conversion period, the buffer circuit is unlikely to receive the potential fluctuation of the GND potential supply line 103 due to the accumulation operation of the photodiode 104 in the AD conversion period. can do.

また、本実施例では、増幅回路の一例としてMOSトランジスタM1、M2を有するバッファ回路を示した。他の増幅回路の形態として、例えば反転ノードにフォトダイオード104の信号が与えられ、非反転ノードに基準電位が与えられる差動増幅器であってもよい。この基準電位が、容量素子122の保持する電圧と、GND電位供給線103の電位と、によって与えられる構成であれば良い。つまり、本実施例の撮像装置では、増幅回路が容量素子122の保持する電圧と、GND電位供給線103の電位と、によって駆動される構成であれば良い。   In this embodiment, a buffer circuit having MOS transistors M1 and M2 is shown as an example of an amplifier circuit. As another form of the amplifier circuit, for example, a differential amplifier in which the signal of the photodiode 104 is given to the inverting node and the reference potential is given to the non-inverting node may be used. Any structure may be used as long as this reference potential is supplied by the voltage held by the capacitor 122 and the potential of the GND potential supply line 103. In other words, the imaging device of this embodiment may be configured so that the amplifier circuit is driven by the voltage held by the capacitor 122 and the potential of the GND potential supply line 103.

本実施例では、第2バイアス線であるバイアス線202と第3バイアス線203とをそれぞれ別に設ける形態を説明したが、共通のバイアス線とする形態としても良い。他に、バイアス線202と第3バイアス線203とに共通の電位を供給する形態としても良い。   In the present embodiment, the mode in which the bias line 202 and the third bias line 203, which are the second bias lines, are separately provided has been described, but a mode in which a common bias line is used may be employed. In addition, a common potential may be supplied to the bias line 202 and the third bias line 203.

(実施例3)
図面を参照しながら、実施例1とは異なる点を中心に本実施例の撮像装置を説明する。本実施例の撮像装置は、AD変換部107の構成が実施例1とは異なる。
(Example 3)
With reference to the drawings, the imaging apparatus of the present embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment. The imaging apparatus of the present embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the AD conversion unit 107.

図3(b)は本実施例の画素101が有する、AD変換部107の構成の一例を示した模式図である。   FIG. 3B is a schematic diagram illustrating an example of the configuration of the AD conversion unit 107 included in the pixel 101 of this embodiment.

本実施例のAD変換部107の比較器140は、比較器140のゲインを調整するためのゲイン調整トランジスタであるMOSトランジスタM7、M8を有している。   The comparator 140 of the AD conversion unit 107 of the present embodiment includes MOS transistors M7 and M8 that are gain adjustment transistors for adjusting the gain of the comparator 140.

本実施例のMOSトランジスタM7、M8のバックゲートには、GND電位供給線103が電気的に接続されている。また、MOSトランジスタM7、M8の制御ノードには、スイッチ123の一方のノードと、容量素子124の一方のノードと、のそれぞれに電気的に接続されている。   A GND potential supply line 103 is electrically connected to the back gates of the MOS transistors M7 and M8 of this embodiment. The control nodes of the MOS transistors M7 and M8 are electrically connected to one node of the switch 123 and one node of the capacitive element 124, respectively.

スイッチ123の他方のノードは第4バイアス線204に電気的に接続されている。また、容量素子124の他方のノードは、GND電位供給線103に電気的に接続されている。スイッチ123は、不図示のタイミングジェネレータが出力する信号φS3をHレベルとすると導通となり、Lレベルとすると非導通となる。容量素子124は本実施例の第3容量素子である。スイッチ123は本実施例の第3スイッチである。   The other node of the switch 123 is electrically connected to the fourth bias line 204. The other node of the capacitor 124 is electrically connected to the GND potential supply line 103. The switch 123 becomes conductive when a signal φS3 output from a timing generator (not shown) is set to H level, and becomes non-conductive when set to L level. The capacitive element 124 is the third capacitive element of this embodiment. The switch 123 is the third switch of this embodiment.

図3(b)に示した撮像装置の動作は、図2(b)と同様とすることができる。また、信号φS3は、信号φS1と同様の動作とすることができる。   The operation of the imaging apparatus illustrated in FIG. 3B can be the same as that in FIG. The signal φS3 can be operated in the same manner as the signal φS1.

MOSトランジスタM7、M8の制御ノードを第4バイアス線204に常時接続させ、GND電位供給線103の電位が変動してMOSトランジスタM7、M8のバックゲートの電位が変化した場合に次の問題が生じる。MOSトランジスタM7、M8の制御ノードの電位が一定であるとすると、MOSトランジスタM7、M8のバックゲートの電位の変動により、MOSトランジスタM7、M8のそれぞれで制御ノードとバックゲートとの電位差が変動してしまう。これにより、MOSトランジスタM7、M8の動作点が変化してしまう。従って、比較器140の比較動作の精度が低下してしまう。   When the control nodes of the MOS transistors M7 and M8 are always connected to the fourth bias line 204 and the potential of the GND potential supply line 103 changes and the potentials of the back gates of the MOS transistors M7 and M8 change, the following problem occurs. . If the potentials of the control nodes of the MOS transistors M7 and M8 are constant, the potential difference between the control node and the back gate of each of the MOS transistors M7 and M8 varies due to the variation of the back gate potential of the MOS transistors M7 and M8. End up. As a result, the operating points of the MOS transistors M7 and M8 change. Therefore, the accuracy of the comparison operation of the comparator 140 is reduced.

本実施例では、フォトダイオード104とMOSトランジスタM2と電気的に接続されたGND電位供給線103に対し、さらに容量素子124を介してMOSトランジスタM7、M8の制御ノードが電気的に接続されている。MOSトランジスタM7、M8は、容量素子124が保持した電圧と、GND電位供給線103の電位と、によって駆動される。また、GND電位供給線103に対し、MOSトランジスタM7、M8のバックゲートが電気的に接続されている。GND電位供給線103の電位変動によって生じるMOSトランジスタM7、M8のバックゲートの電位変動に応じて、MOSトランジスタM7、M8の制御ノードの電位も変動する。従って、GND電位供給線103の電位が変動しても、MOSトランジスタM7、M8の制御ノードとバックゲート間の電位差は変動しにくい。従って、MOSトランジスタM7、M8の動作点が変化しにくい。よって、比較器140の比較動作の精度の低下が生じにくい。   In the present embodiment, the control nodes of the MOS transistors M7 and M8 are further electrically connected to the GND potential supply line 103 electrically connected to the photodiode 104 and the MOS transistor M2 via the capacitive element 124. . The MOS transistors M7 and M8 are driven by the voltage held by the capacitor 124 and the potential of the GND potential supply line 103. The back gates of the MOS transistors M7 and M8 are electrically connected to the GND potential supply line 103. The potentials of the control nodes of the MOS transistors M7 and M8 also vary according to the potential variation of the back gates of the MOS transistors M7 and M8 caused by the potential variation of the GND potential supply line 103. Therefore, even if the potential of the GND potential supply line 103 varies, the potential difference between the control nodes of the MOS transistors M7 and M8 and the back gate is unlikely to vary. Therefore, the operating points of the MOS transistors M7 and M8 are unlikely to change. Therefore, the accuracy of the comparison operation of the comparator 140 is not easily lowered.

尚、本実施例ではMOSトランジスタM7、M8がNMOSトランジスタの形態について説明した。MOSトランジスタM7、M8をPMOSトランジスタとする場合には、図3(b)で容量素子124のGND電位供給線103と電気的に接続していたノードを、電源電圧供給線102に電気的に接続するようにすればよい。   In this embodiment, the MOS transistors M7 and M8 are described as NMOS transistors. When the MOS transistors M7 and M8 are PMOS transistors, the node that is electrically connected to the GND potential supply line 103 of the capacitor 124 in FIG. 3B is electrically connected to the power supply voltage supply line 102. You just have to do it.

また、AD変換期間に、信号φS1、φS2をHレベルとしたままとすると、容量素子109、124をバイアス線202、GND電位供給線103のノイズを低減するフィルタとして動作させることができる。よって、例えば、GND電位供給線103の電位の変動が収束するまでの待機時間を設けることが可能なフレームレートの場合には、信号φS1、φS2をHレベルのままとして容量素子109、124をフィルタとして動作させる。一方、GND電位供給線の103の電位の変動が収束するまでの待機時間を設けることが困難なフレームレートの場合には、本実施例で述べたように、容量素子109、124にバイアス線202とGND電位供給線103の電位差に基づく電圧を保持させれば良い。つまり、スイッチ123を導通から非導通にしてから、比較器140にフォトダイオード104が出力する信号と参照信号とを比較させるモードと、スイッチ123を導通としたまま、比較器140にフォトダイオード104が出力する信号と参照信号とを比較させるモードと、を含むモード群からモードを選択して撮像装置を動作させる形態としても良い。   Further, if the signals φS1 and φS2 are kept at the H level during the AD conversion period, the capacitive elements 109 and 124 can be operated as filters for reducing noise of the bias line 202 and the GND potential supply line 103. Therefore, for example, in the case of a frame rate that can provide a standby time until the fluctuation of the potential of the GND potential supply line 103 converges, the signals φS1 and φS2 remain at the H level and the capacitors 109 and 124 are filtered. To act as. On the other hand, in the case of a frame rate in which it is difficult to provide a standby time until the fluctuation of the potential of the GND potential supply line 103 converges, as described in this embodiment, the bias lines 202 are connected to the capacitor elements 109 and 124. And a voltage based on a potential difference between the GND potential supply line 103 and the GND potential supply line 103 may be held. That is, after the switch 123 is switched from conduction to non-conduction, the comparator 140 compares the signal output from the photodiode 104 with the reference signal, and the switch 123 is kept conductive, and the comparator 140 has the photodiode 104 connected to the comparator 140. The imaging apparatus may be operated by selecting a mode from a mode group including a mode for comparing a signal to be output and a reference signal.

(実施例4)
本実施例の撮像装置について、実施例1と異なる点を中心に説明する。
Example 4
The imaging apparatus of the present embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.

図4(a)は本実施例の撮像装置の構成の一例である。本実施例では、複数の画素101を有する画素セル130が複数行、複数列設けられている。垂直制御回路300は画素セル130の行ごとに走査する。また、バイアス回路201は画素セル130の行に対応して設けられている。図4(a)に示した出力線400は1列の画素セル130に対し、画素セル130から出力される信号のビット数Nと画素セル130内の画素101の列数Mとの積であるN×M本設けられている。   FIG. 4A shows an example of the configuration of the imaging apparatus of the present embodiment. In this embodiment, pixel cells 130 having a plurality of pixels 101 are provided in a plurality of rows and columns. The vertical control circuit 300 scans for each row of the pixel cells 130. The bias circuit 201 is provided corresponding to the row of the pixel cells 130. The output line 400 shown in FIG. 4A is the product of the bit number N of the signal output from the pixel cell 130 and the column number M of the pixel 101 in the pixel cell 130 for one column of pixel cells 130. N × M are provided.

図4(b)は、図4(a)に示した画素セル130の一つを示したものである。画素セル130には、画素131が複数列、複数行設けられている。複数の画素131は、共通の第5バイアス線134に電気的に接続されている。第5バイアス線134は、容量素子133の一方のノードは、第5バイアス線134とスイッチ132の一方のノードとにそれぞれ電気的に接続されている。スイッチ132の他方のノードは、バイアス線202に電気的に接続されている。スイッチ132は、不図示のタイミングジェネレータが出力する信号φS4をHレベルとすると導通となり、Lレベルとすると非導通となる。容量素子133の他方のノードは、GND電位供給線103に電気的に接続されている。   FIG. 4B shows one of the pixel cells 130 shown in FIG. A plurality of columns 131 and a plurality of rows of pixels 131 are provided in the pixel cell 130. The plurality of pixels 131 are electrically connected to a common fifth bias line 134. In the fifth bias line 134, one node of the capacitive element 133 is electrically connected to the fifth bias line 134 and one node of the switch 132. The other node of the switch 132 is electrically connected to the bias line 202. Switch 132 becomes conductive when signal φS4 output from a timing generator (not shown) is set to H level, and becomes non-conductive when set to L level. The other node of the capacitor 133 is electrically connected to the GND potential supply line 103.

図4(c)に、本実施例の画素131の構成を示す。図4(c)において、図1(b)で述べた撮像装置と同じ機能を有する構成については、図1(b)で付した符号と同じ符号を図4(c)でも付している。第5バイアス線134は、AD変換部107と電気的に接続されている。図4(c)に示した信号φRES、φTXは図2(a)に示した動作と同様とすることができる。本実施例の画素セル130内の各画素131のAD変換部107は、容量素子133が保持した電圧と、GND電位供給線103の電位と、によって駆動される。   FIG. 4C shows the configuration of the pixel 131 of this embodiment. 4C, the components having the same functions as those of the image pickup apparatus described in FIG. 1B are denoted by the same reference numerals as those in FIG. The fifth bias line 134 is electrically connected to the AD conversion unit 107. The signals φRES and φTX shown in FIG. 4C can be the same as the operation shown in FIG. The AD conversion unit 107 of each pixel 131 in the pixel cell 130 of this embodiment is driven by the voltage held by the capacitor 133 and the potential of the GND potential supply line 103.

信号φS4は、画素セル130内の信号φRESがHレベルになる前に、HレベルからLレベルとするのが好ましい。なぜなら、信号φS4がHレベルからLレベルになることにより、GND電位供給線103の電位変動の少ない状態で、バイアス線202とGND電位供給線103との電位差に基づく電圧を容量素子133が保持することができるためである。本実施例の撮像装置は、バイアス線202とGND電位供給線103の電位差に基づく電圧を保持する容量素子133を有する。これにより、フォトダイオード104の動作によって生じるGND電位供給線103の電位の変動に応じて、第5バイアス線134の電位が変動する。従って、第5バイアス線134とGND電位供給線103との電位差が変動しにくくなる。よって、本実施例の撮像装置についても、実施例1と同様の効果を得ることができる。   The signal φS4 is preferably changed from H level to L level before the signal φRES in the pixel cell 130 becomes H level. This is because the capacitance element 133 holds a voltage based on the potential difference between the bias line 202 and the GND potential supply line 103 in a state where the potential variation of the GND potential supply line 103 is small when the signal φS4 changes from the H level to the L level. Because it can. The image pickup apparatus of this embodiment includes a capacitive element 133 that holds a voltage based on a potential difference between the bias line 202 and the GND potential supply line 103. As a result, the potential of the fifth bias line 134 varies according to the variation in the potential of the GND potential supply line 103 caused by the operation of the photodiode 104. Therefore, the potential difference between the fifth bias line 134 and the GND potential supply line 103 does not easily change. Therefore, the same effects as those of the first embodiment can be obtained with the imaging apparatus of the present embodiment.

また、本実施例の撮像装置では、複数の画素131に対して、バイアス線とGND電位供給線との電位差に基づく電圧を保持する容量素子を1つとしている。これにより、実施例1の撮像装置に比して、バイアス線とGND電位供給線との電位差に基づく電圧を保持する容量素子と、容量素子の信号保持動作を制御するスイッチの素子数を減らせる分、回路規模を縮小することができる。   In the imaging apparatus of this embodiment, a single capacitive element that holds a voltage based on the potential difference between the bias line and the GND potential supply line is provided for a plurality of pixels 131. As a result, the number of capacitative elements that hold a voltage based on the potential difference between the bias line and the GND potential supply line and the number of switches that control the signal holding operation of the capacitative element can be reduced as compared with the imaging apparatus of the first embodiment. Therefore, the circuit scale can be reduced.

また、本実施例の画素131が、実施例2で述べたバッファ回路と容量素子122を有する形態であっても良い。また、本実施例のAD変換部107が実施例3で述べたように比較器140を有し、ゲインを調整するMOSトランジスタM7、M8を有する場合には、容量素子124を設けるようにしても良い。   Further, the pixel 131 of this embodiment may have the buffer circuit and the capacitor 122 described in Embodiment 2. Further, when the AD conversion unit 107 according to the present embodiment includes the comparator 140 as described in the third embodiment and includes the MOS transistors M7 and M8 that adjust the gain, the capacitance element 124 may be provided. good.

(実施例5)
図5は、実施例1〜実施例4の撮像装置を有する撮像システムである。
(Example 5)
FIG. 5 illustrates an imaging system including the imaging apparatuses according to the first to fourth embodiments.

図5において、撮像システムはレンズの保護のためのバリア151、被写体の光学像を撮像装置154に結像させるレンズ152、レンズ152を通った光量を可変にするための絞り153を有する。さらに撮像システムは、撮像装置154より出力される信号の処理を行う出力信号処理部155を有する。撮像装置154から出力される信号は、被写体を撮影した画像を生成するための撮像信号である。出力信号処理部155は撮像装置154から出力される撮像信号を必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像を生成する。レンズ152、絞り153は撮像装置154に光を集光する光学系である。   In FIG. 5, the imaging system includes a barrier 151 for protecting the lens, a lens 152 that forms an optical image of a subject on the imaging device 154, and a diaphragm 153 for changing the amount of light passing through the lens 152. Further, the imaging system includes an output signal processing unit 155 that processes a signal output from the imaging device 154. A signal output from the imaging device 154 is an imaging signal for generating an image of a subject. The output signal processing unit 155 generates an image by performing various corrections and compressions on the imaging signal output from the imaging device 154 as necessary. A lens 152 and a diaphragm 153 are optical systems that collect light on the imaging device 154.

図5に例示した撮像システムはさらに、画像データを一時的に記憶する為のバッファメモリ部156、外部コンピュータ等と通信する為の外部インターフェース部157を有する。さらに撮像システムは、撮像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体159、記録媒体159に記録または読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部158を有する。さらに撮像システムは、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部1510を有する。   The imaging system illustrated in FIG. 5 further includes a buffer memory unit 156 for temporarily storing image data, and an external interface unit 157 for communicating with an external computer or the like. The imaging system further includes a removable recording medium 159 such as a semiconductor memory for recording or reading imaging data, and a recording medium control interface unit 158 for recording or reading to the recording medium 159. Further, the imaging system includes an overall control / arithmetic unit 1510 that controls various calculations and the entire digital still camera.

図5に示した撮像システムが有する撮像装置154は、実施例1〜4で述べた形態とすることができる。これにより、図5の撮像システムの撮像装置154においても、実施例1〜4で述べた効果を得ることができる。   The imaging device 154 included in the imaging system illustrated in FIG. 5 can have the form described in the first to fourth embodiments. Thereby, also in the imaging device 154 of the imaging system of FIG. 5, the effects described in the first to fourth embodiments can be obtained.

101 画素
102 電源電圧供給線
103 GND電位供給線
104 フォトダイオード
107 AD変換部
101 pixel 102 power supply voltage supply line 103 GND potential supply line 104 photodiode 107 AD converter

Claims (11)

入射線に基づく電荷を生成する変換部と、前記変換部が生成した前記電荷に基づく信号をデジタル信号に変換するAD変換部と、を有する画素と、
前記変換部に電気的に接続された第1バイアス線と、
前記第1バイアス線とは別の電位が与えられる第2バイアス線と、
前記AD変換部と電気的に接続される一方のノードと、前記第1バイアス線と電気的に接続される他方のノードとを備えた容量素子と、
前記一方のノードと前記第2バイアス線との間の導通、非導通を切り替えるスイッチと、を有し、
前記AD変換部比較器と、前記比較器を駆動する電流源として動作する電流供給トランジスタを備え、
前記容量素子の前記一方のノードは、前記電流供給トランジスタのゲートと電気的に接続されることを特徴とする撮像装置。
A pixel having a conversion unit that generates charges based on incident rays, and an AD conversion unit that converts a signal based on the charges generated by the conversion unit into a digital signal;
A first bias line electrically connected to the conversion unit;
A second bias line to which a potential different from the first bias line is applied;
A capacitive element including one node electrically connected to the AD converter and the other node electrically connected to the first bias line;
A switch that switches between conduction and non-conduction between the one node and the second bias line ,
The AD conversion unit includes a comparator and a current supply transistor that operates as a current source that drives the comparator,
The image pickup apparatus , wherein the one node of the capacitor is electrically connected to a gate of the current supply transistor .
前記撮像装置は、前記画素を複数有し、
前記容量素子の前記一方のノードが、複数の前記画素の各々の前記AD変換部に電気的に接続されていることを特徴とする請求項に記載の撮像装置。
The imaging device has a plurality of the pixels,
The imaging apparatus according to claim 1 , wherein the one node of the capacitive element is electrically connected to the AD conversion unit of each of the plurality of pixels.
前記比較器は、前記変換部が出力する信号が与えられる第1入力トランジスタと、参照信号が与えられる第2入力トランジスタとを有し、The comparator includes a first input transistor to which a signal output from the conversion unit is provided, and a second input transistor to which a reference signal is provided.
前記電流供給トランジスタは、前記第1入力トランジスタと前記第2入力トランジスタに電流を供給することを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。The imaging apparatus according to claim 1, wherein the current supply transistor supplies current to the first input transistor and the second input transistor.
前記比較器が、前記第1入力トランジスタに与えられる電位と前記第2入力トランジスタに与えられる電位とを比較した結果を示す比較結果信号を出力し、
前記電流供給トランジスタの一方の主ノードが、前記第1バイアス線に電気的に接続され、
前記電流供給トランジスタの他方の主ノードが、前記第1入力トランジスタと前記第2入力トランジスタとに電気的に接続されていることを特徴とする請求項に記載の撮像装置。
The comparator outputs a comparison result signal indicating a result of comparing a potential applied to the first input transistor and a potential applied to the second input transistor;
One main node of the current supply transistor is electrically connected to the first bias line;
The imaging apparatus according to claim 3 , wherein the other main node of the current supply transistor is electrically connected to the first input transistor and the second input transistor.
前記比較器は、前記比較器のゲインを調整するゲイン調整トランジスタを有し、
前記撮像装置は、第3容量素子と、第4バイアス線と、第3スイッチと、
を有し、
前記第3容量素子の一方のノードが、前記ゲイン調整トランジスタに電気的に接続され、
前記第3容量素子の他方のノードが、前記第1バイアス線と電気的に接続され、
前記第3スイッチが、前記第3容量素子の前記一方のノードと前記第4バイアス線との間の導通、非導通を切り替えるスイッチであることを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。
The comparator has a gain adjustment transistor for adjusting the gain of the comparator;
The imaging device includes a third capacitor element, a fourth bias line, a third switch,
Have
One node of the third capacitive element is electrically connected to the gain adjustment transistor,
The other node of the third capacitive element is electrically connected to the first bias line;
The imaging apparatus according to claim 4, wherein the third switch is a switch that switches between conduction and non-conduction between the one node of the third capacitor and the fourth bias line.
前記撮像装置は、
前記変換部と前記AD変換部との間の電気的経路に設けられた増幅回路と、第2容量素子と、第3バイアス線と、第2スイッチと、をさらに有し、
前記第2容量素子の一方のノードが、前記増幅回路に電気的に接続され、
前記第2容量素子の他方のノードが、前記第1バイアス線と電気的に接続され、
前記第2スイッチが、前記第2容量素子の前記一方のノードと前記第3バイアス線との間の導通、非導通を切り替えるスイッチであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の撮像装置。
The imaging device
An amplifier circuit provided in an electrical path between the conversion unit and the AD conversion unit, a second capacitance element, a third bias line, and a second switch;
One node of the second capacitive element is electrically connected to the amplifier circuit;
The other node of the second capacitive element is electrically connected to the first bias line;
6. The switch according to claim 1, wherein the second switch is a switch that switches between conduction and non-conduction between the one node of the second capacitive element and the third bias line. 7. Imaging device.
前記第2バイアス線と前記第3バイアス線とに共通の電位が与えられることを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 6, wherein a common potential is applied to the second bias line and the third bias line. 前記第1バイアス線に接地電圧が与えられていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein a ground voltage is applied to the first bias line. 請求項1〜8のいずれかに記載の撮像装置と、
前記撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部と、
を有する撮像システム。
An imaging device according to any one of claims 1 to 8,
A signal processing unit for processing a signal output from the imaging device;
An imaging system.
入射線に基づく電荷を生成する複数の変換部と、A plurality of converters for generating charges based on incident rays;
前記複数の変換部が生成した前記電荷に基づく信号をデジタル信号に変換する複数のAD変換部と、A plurality of AD converters for converting signals based on the charges generated by the plurality of converters into digital signals;
前記複数の変換部の各変換部に電気的に接続された第1バイアス線と、A first bias line electrically connected to each converter of the plurality of converters;
前記第1バイアス線とは別の電位が与えられる第2バイアス線と、A second bias line to which a potential different from the first bias line is applied;
前記複数のAD変換部の各AD変換部と電気的に接続される一方のノードと、前記第1バイアス線と電気的に接続される他方のノードとを備えた容量素子と、A capacitive element including one node electrically connected to each AD converter of the plurality of AD converters, and the other node electrically connected to the first bias line;
前記一方のノードと前記第2バイアス線との間の導通、非導通を切り替えるスイッチと、を有し、A switch that switches between conduction and non-conduction between the one node and the second bias line,
前記各AD変換部は、比較器と、前記比較器を駆動する電流源として動作する電流供給トランジスタを備え、Each of the AD conversion units includes a comparator and a current supply transistor that operates as a current source that drives the comparator,
前記容量素子の前記一方のノードは、前記電流供給トランジスタのゲートと電気的に接続されることを特徴とする撮像装置。The image pickup apparatus, wherein the one node of the capacitor is electrically connected to a gate of the current supply transistor.
前記複数のAD変換部は行列状に配置されていることを特徴とする請求項10に記載の撮像装置。The imaging apparatus according to claim 10, wherein the plurality of AD conversion units are arranged in a matrix.
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