JP6673310B2 - Imaging device and imaging device - Google Patents

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本発明は、固体撮像装置及びこれを用いた電子カメラに関するものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device and an electronic camera using the same.

下記特許文献1の図3には、「画素部20」に対する1列分の「CDS回路3a」の構成が開示されている。   FIG. 3 of Patent Document 1 below discloses the configuration of the “CDS circuit 3a” for one column for the “pixel unit 20”.

この「CDS回路3a」には、「画素部20」から出力された画像信号の入力を制御する「サンプルホールド用スイッチsw1」が設けられている。「サンプルホールド用スイッチsw1」の出力側には、画像信号を保持するための「コンデンサ(サンプルホールド用コンデンサ)C31」が接続されている。「コンデンサC31」の、「サンプルホールド用スイッチsw1」の反対側には「コンデンサC31」に保持された画像信号の電位を変化させるランプ信号を供給する「ランプ信号供給源31a」が接続されている。   The “CDS circuit 3a” is provided with a “sample and hold switch sw1” that controls the input of an image signal output from the “pixel unit 20”. An output side of the “sample and hold switch sw1” is connected to a “capacitor (sample and hold capacitor) C31” for holding an image signal. On the opposite side of the “capacitor C31” from the “sample and hold switch sw1”, a “ramp signal supply source 31a” that supplies a ramp signal for changing the potential of the image signal held in the “capacitor C31” is connected. .

また、「サンプルホールド用スイッチsw1」と「コンデンサC31」との「接続点(ノード)n1」は、「差動アンプ33a」の非反転入力端子に接続されている。また、反転入力端子とGNDの間には「コンデンサC32」が設けられている。「差動アンプ33a」の出力端子と、反転入力端子と「コンデンサC32」との「接続点n2」との間には、「クランプスイッチsw2」が設けられている。   The “connection point (node) n1” between the “sample and hold switch sw1” and the “capacitor C31” is connected to the non-inverting input terminal of the “differential amplifier 33a”. Further, a “capacitor C32” is provided between the inverting input terminal and GND. A “clamp switch sw2” is provided between the output terminal of the “differential amplifier 33a” and the “connection point n2” between the inverting input terminal and the “capacitor C32”.

特開2008−11284号公報JP 2008-11284 A

前記従来の「CDS回路3a」を「画素部20」の各列に対して設ける場合、1つの「ランプ信号供給源31a」を各列の「CDS回路3a」に対して共通して設け、各列の「CDS回路3a」の「コンデンサC31」のランプ信号入力部を第1の配線で共通に接続し、前記第1の配線の一方側において「ランプ信号供給源31a」を接続し、各列の「CDS回路3a」の「コンデンサC32」のGND電圧入力部(一方電極)を第2の配線で共通に接続し、前記第2の配線に基準電圧としてのGND電圧を供給する。このとき、耐ノイズ性を高めるための電気回路設計におけるGND電圧供給手法の技術常識に従って、前記第2の配線のできるだけ多くの箇所にGND電圧を供給するべく、前記第2の配線の両側をそれぞれ接地することになる。前記第2の配線の両側をそれぞれ接地すれば、前記第2の配線の一箇所のみにGND電圧を供給する場合に比べて、外乱等によって第2の配線に乗るノイズが小さくなり、前記第2の配線の耐ノイズ性が高まる。   When the conventional “CDS circuit 3a” is provided for each column of the “pixel unit 20”, one “lamp signal supply source 31a” is provided in common for the “CDS circuit 3a” of each column, and A ramp signal input section of the "capacitor C31" of the "CDS circuit 3a" in the column is commonly connected by a first wiring, and a "lamp signal supply source 31a" is connected on one side of the first wiring. The GND voltage input section (one electrode) of the “capacitor C32” of the “CDS circuit 3a” is commonly connected by a second wiring, and a GND voltage as a reference voltage is supplied to the second wiring. At this time, according to the technical common sense of the GND voltage supply method in the electric circuit design for improving the noise resistance, both sides of the second wiring are respectively supplied in order to supply the GND voltage to as many places as possible of the second wiring. It will be grounded. If both sides of the second wiring are grounded, noise on the second wiring due to disturbance or the like is reduced as compared with the case where the GND voltage is supplied to only one location of the second wiring. The noise resistance of the wiring is increased.

しかしながら、本発明者の研究の結果、この場合には、前記第2の配線の耐ノイズ性を高めることが逆に、処理後に得られる画像に現れるノイズの影響を増大させる原因になってしまうことが、判明した。この点については、後に、本発明と比較される比較例の説明において詳述する。   However, as a result of the research by the present inventors, in this case, increasing the noise resistance of the second wiring may, on the contrary, cause an increase in the influence of noise appearing in an image obtained after processing. There was found. This point will be described later in detail in a description of a comparative example to be compared with the present invention.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ノイズの影響を低減することができ、より高画質の画像を得ることができる固体撮像装置、及び、これを用いた電子カメラを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a solid-state imaging device capable of reducing the influence of noise and obtaining a higher-quality image, and an electronic camera using the same. The purpose is to do.

前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第1の態様による固体撮像装置は、2次元状に配置された複数の画素と、前記複数の画素の列毎に設けられ対応する列の画素からの信号を受け取る複数の垂直信号線と、ランプ信号及び基準電圧に基づいて前記複数の垂直信号線の信号をそれぞれ処理する複数の信号処理部と、前記複数の信号処理部における前記ランプ信号が入力される第1の入力部を共通に接続し、行方向の一方側において前記ランプ信号が供給される第1の配線と、前記複数の信号処理部における前記基準電圧が入力される第2の入力部を共通に接続し、行方向の前記一方側において前記基準電圧が供給されるとともに行方向の他方側において前記基準電圧が供給されない第2の配線と、を備えたものである。   The following aspects are presented as means for solving the above problems. A solid-state imaging device according to a first aspect includes a plurality of pixels arranged two-dimensionally, a plurality of vertical signal lines provided for each column of the plurality of pixels, receiving signals from pixels in a corresponding column, and a lamp. A plurality of signal processing units that respectively process the signals of the plurality of vertical signal lines based on signals and a reference voltage, and a first input unit to which the ramp signal is input in the plurality of signal processing units are commonly connected. A first line to which the ramp signal is supplied on one side in the row direction, and a second input unit to which the reference voltage is input in the plurality of signal processing units, are commonly connected to each other; A second wiring to which the reference voltage is supplied on one side and the reference voltage is not supplied on the other side in the row direction.

第2の態様による固体撮像装置は、前記第1の態様において、前記各信号処理部は、前記ランプ信号及び前記基準電圧に基づく比較処理を行うコンパレータを有するものである。   In the solid-state imaging device according to a second aspect, in the first aspect, each of the signal processing units includes a comparator that performs a comparison process based on the ramp signal and the reference voltage.

第3の態様による固体撮像装置は、前記第2の態様において、前記コンパレータは演算増幅器で構成され、前記各信号処理部は、前記コンパレータの非反転入力端子に接続され前記垂直信号線の信号又はこれに応じた信号をサンプリングするサンプリングスイッチと、一方電極が前記非反転入力端子に接続されるとともに他方電極が前記第1の入力部とされた第1の容量と、一方電極が前記コンパレータの反転入力端子に接続されるとともに他方電極が前記第2の入力部とされた第2の容量と、前記反転入力端子と前記コンパレータの出力端子との間をオンオフする帰還スイッチと、を有するものである。   In the solid-state imaging device according to a third aspect, in the second aspect, the comparator is configured by an operational amplifier, and each of the signal processing units is connected to a non-inverting input terminal of the comparator and is connected to a signal of the vertical signal line or A sampling switch for sampling a signal corresponding thereto, a first capacitor having one electrode connected to the non-inverting input terminal and the other electrode serving as the first input portion, and one electrode connected to the inverting terminal of the comparator. A second capacitor connected to the input terminal and having the other electrode serving as the second input unit, and a feedback switch for turning on and off between the inverting input terminal and the output terminal of the comparator. .

第4の態様による固体撮像装置は、前記第3の態様において、(i)前記複数の垂直信号線の信号が基準信号である場合において前記各信号処理部の前記サンプリングスイッチ及び前記帰還スイッチが一旦同時にオンにされてから同時にオフにされている第1の期間において、前記ランプ信号は漸次変化し、(ii)前記第1の期間の後に前記複数の垂直信号線の信号が前記複数の画素のうちの少なくとも1つの画素で光電変換された光情報を含む光信号である場合において前記各信号処理部の前記帰還スイッチがオフに維持されたまま前記各信号処理部の前記サンプリングスイッチが一旦オンにされてからオフにされている第2の期間において、前記ランプ信号は漸次変化し、(iii)前記第1の期間における前記ランプ信号の変化開始時点から前記第1の期間における前記各信号処理部の前記コンパレータの出力部の信号の反転時点までの経過時間に応じたカウント値、及び、前記第2の期間における前記ランプ信号の変化開始時点から前記第2の期間における前記各信号処理部の前記コンパレータの出力部の信号の反転時点までの経過時間に応じたカウント値を得る計時部を、備えたものである。   The solid-state imaging device according to a fourth aspect is the solid-state imaging device according to the third aspect, wherein (i) when the signals of the plurality of vertical signal lines are reference signals, the sampling switch and the feedback switch of each of the signal processing units are once set. During a first period in which the plurality of vertical signal lines are simultaneously turned on and then simultaneously turned off, the ramp signal changes gradually. (Ii) After the first period, the signals of the plurality of vertical signal lines are output from the plurality of pixels. In the case of an optical signal containing optical information photoelectrically converted by at least one of the pixels, the sampling switch of each signal processing unit is once turned on while the feedback switch of each signal processing unit is kept off. The ramp signal gradually changes during a second period that has been turned off after being performed, and (iii) from the start of the change of the ramp signal during the first period. A count value corresponding to an elapsed time until a signal inversion of the output unit of the comparator of each signal processing unit during the first period; and a count value from a change start time of the ramp signal during the second period. A time counting unit that obtains a count value corresponding to an elapsed time until a signal inversion of the output unit of the comparator in each of the signal processing units during the period 2.

第5の態様による固体撮像装置は、前記第4の態様において、前記計時部は、前記第1の期間における前記ランプ信号の変化開始時点からクロック信号をカウントするとともに前記第2の期間における前記ランプ信号の変化開始時点からクロック信号をカウントするカウンタと、前記各信号処理部に設けられ、前記カウンタのカウント値が入力されて、前記第1の期間における前記コンパレータの出力部の信号の前記反転時点での前記カウント値、及び、前記第2の期間における前記コンパレータの出力部の信号の前記反転時点での前記カウント値をそれぞれ記憶する記憶部とを、有するものである。   In the solid-state imaging device according to a fifth aspect, in the fourth aspect, the clock unit counts a clock signal from a time point at which the ramp signal starts to change in the first period, and the ramp unit in the second period. A counter that counts a clock signal from the start of signal change; and a counter provided in each of the signal processing units, the count value of the counter being input, and the inversion of the signal of the output unit of the comparator in the first period. And a storage unit for storing the count value at the time of the inversion of the signal of the output unit of the comparator during the second period.

第6の態様による固体撮像装置は、前記第3の態様において、(i)前記複数の垂直信号線の信号が基準信号である場合において前記各信号処理部の前記サンプリングスイッチ及び前記帰還スイッチが一旦同時にオンにされてから同時にオフにされている第1の期間において、前記ランプ信号は漸次変化し、(ii)前記第1の期間の後に前記複数の垂直信号線の信号が前記複数の画素のうちの少なくとも1つの画素で光電変換された光情報を含む光信号である場合において前記各信号処理部の前記帰還スイッチがオフに維持されたまま前記各信号処理部の前記サンプリングスイッチが一旦オンにされてからオフにされている第2の期間において、前記ランプ信号は漸次変化し、(iii)各信号処理部は、前記第1の期間における前記ランプ信号の変化開始時点から前記第1の期間における前記各信号処理部の前記コンパレータの出力部の信号の反転時点まで、ダウンモード及びアップモードのうちの一方のモードでカウント動作を行うことによってカウント値を取得し、前記第2の期間における前記ランプ信号の変化開始時点から前記第2の期間における前記各信号処理部の前記コンパレータの出力部の信号の反転時点まで、ダウンモード及びアップモードのうちの他方のモードで前記カウント値からカウント動作を行うカウンタを、有するものである。   The solid-state imaging device according to a sixth aspect is the solid-state imaging device according to the third aspect, wherein (i) when the signals of the plurality of vertical signal lines are reference signals, the sampling switch and the feedback switch of each of the signal processing units are once set. During a first period in which the plurality of vertical signal lines are simultaneously turned on and then simultaneously turned off, the ramp signal changes gradually. (Ii) After the first period, the signals of the plurality of vertical signal lines are output from the plurality of pixels. In the case of an optical signal containing optical information photoelectrically converted by at least one of the pixels, the sampling switch of each signal processing unit is once turned on while the feedback switch of each signal processing unit is kept off. The ramp signal gradually changes during a second period that is turned off after being performed, and (iii) each of the signal processing units determines whether or not the ramp signal has been changed during the first period. A count value is obtained by performing a count operation in one of a down mode and an up mode from a time point at which the conversion starts to a time point at which the output signal of the comparator of each signal processing unit inverts in the first period. The other of the down mode and the up mode is performed from the time when the ramp signal starts changing in the second period to the time when the signal output from the comparator of each signal processing unit is inverted in the second period. A counter for performing a counting operation from the count value in the mode.

第7の態様による固体撮像装置は、前記第3乃至第6のいずれかの態様において、前記各信号処理部は、前記垂直信号線と前記サンプリングスイッチとの間に設けられた増幅部を有するものである。   The solid-state imaging device according to a seventh aspect is the solid-state imaging device according to any one of the third to sixth aspects, wherein each of the signal processing units includes an amplification unit provided between the vertical signal line and the sampling switch. It is.

第8の態様による固体撮像装置は、前記第7の態様において、前記増幅部は、第2の演算増幅器と、前記第2の演算増幅器の反転入力端子に接続された入力容量と、前記第2の演算増幅器の前記反転入力端子と前記第2の演算増幅器の出力端子との間をオンオフする第2の帰還スイッチと、前記第2の演算増幅器の前記反転入力端子と前記第2の演算増幅器の前記出力端子との間に接続された帰還容量と、を有するものである。   In the solid-state imaging device according to an eighth aspect, in the seventh aspect, the amplifying unit may include a second operational amplifier, an input capacitance connected to an inverting input terminal of the second operational amplifier, and the second operational amplifier. A second feedback switch for turning on and off between the inverting input terminal of the operational amplifier and the output terminal of the second operational amplifier; and a second feedback switch for connecting the inverting input terminal of the second operational amplifier to the second operational amplifier. And a feedback capacitor connected between the output terminal and the output terminal.

第9の態様による電子カメラは、前記第1乃至第8のいずれかの態様による固体撮像装置を備えたものである。
前記課題を解決するための手段として、以下の各態様も提示する。第1の面による撮像素子は、光電変換された電荷により生成される信号を含む第1信号をデジタル信号に変換するための第1コンパレータを有する第1信号処理部と、前記第1信号処理部と並んで配置され、光電変換された電荷により生成される信号を含む第2信号をデジタル信号に変換するための第2コンパレータを有する第2信号処理部と、前記第1信号処理部と前記第2信号処理部とが配置される領域の外側に配置され、ランプ信号を発生するランプ信号発生回路に接続される配線であって前記第1コンパレータと接続するための第1コンタクト部と前記第2コンパレータと接続するための第2コンタクト部とを有する第1配線と、前記第1信号処理部と前記第2信号処理部とが配置される領域の外側に配置され、所定電圧が供給される電極パッドに接続される配線であって前記第1コンパレータと接続するための第3コンタクト部と前記第2コンパレータと接続するための第4コンタクト部とを有する第2配線と、を備え、前記第1配線において、前記ランプ信号発生回路から前記第1コンタクト部までの配線の長さは、前記ランプ信号発生回路から前記第2コンタクト部までの配線の長さよりも短く、前記第2配線において、前記電極パッドから前記第3コンタクト部までの配線の長さは、前記電極パッドから前記第4コンタクト部までの配線の長さよりも短いものである。
第2の面による撮像素子は、前記第1の面において、前記第1信号処理部に接続され、前記第1信号が出力される第1信号線と、前記第2信号処理部に接続され、前記第2信号が出力される第2信号線と、を備えるものである。
第3の面による撮像素子は、前記第2の面において、前記第1信号線に接続され、光を電荷に変換する第1光電変換部と前記第1光電変換部で変換された電荷を転送するための第1転送部とを有する第1画素と、前記第2信号線に接続され、光を電荷に変換する第2光電変換部と前記第2光電変換部で変換された電荷を転送するための第2転送部とを有する第2画素と、前記第1転送部及び前記第2転送部に接続され、前記第1転送部及び前記第2転送部を制御するための制御信号が出力される制御線と、を備えるものである。
第4の面による撮像素子は、前記第2の面において、前記第1信号線に接続され、光を電荷に変換する第1光電変換部と光を電荷に変換する第2光電変換部と前記第1光電変換部で変換された電荷を転送するための第1転送部と前記第2光電変換部で変換された電荷を転送するための第2転送部と前記第1光電変換部からの電荷と前記第2光電変換部からの電荷とが転送される第1フローティングディフュージョンとを有する第1画素ブロックと、前記第2信号線に接続され、光を電荷に変換する第3光電変換部と光を電荷に変換する第4光電変換部と前記第3光電変換部で変換された電荷を転送するための第3転送部と前記第4光電変換部で変換された電荷を転送するための第4転送部と前記第3光電変換部からの電荷と前記第4光電変換部からの電荷とが転送される第2フローティングディフュージョンとを有する第2画素ブロックと、前記第1転送部及び前記第3転送部に接続され、前記第1転送部及び前記第3転送部を制御するための制御信号が出力される第1制御線と、前記第2転送部及び前記第4転送部に接続され、前記第2転送部及び前記第4転送部を制御するための制御信号が出力される第2制御線と、を備えるものである。
第5の面による撮像素子は、前記第1乃至第4のいずれかの面において、前記第1コンパレータは、演算増幅器により構成され、前記第2コンパレータは、演算増幅器により構成されるものである。
第6の面による撮像素子は、前記第1乃至第5のいずれかの面において、前記電極パッドは、ワイヤにより外部に配置される端子と接続されるものである。
第7の面による撮像装置は、前記第1乃至第5のいずれかの面による撮像素子と、前記撮像素子が収容されるパッケージと、前記電極パッドと前記パッケージに配置される端子とを接続するための接続部と、を備えるものである。
第8の面による撮像装置は、前記第7の面において、前記接続部は、前記電極パッドと前記端子とを接続するワイヤを有するものである。
An electronic camera according to a ninth aspect includes the solid-state imaging device according to any one of the first to eighth aspects.
The following aspects are also presented as means for solving the above problems. An imaging device having a first surface, a first signal processing unit having a first comparator for converting a first signal including a signal generated by the photoelectrically converted charge into a digital signal, and the first signal processing unit And a second signal processing unit having a second comparator for converting a second signal including a signal generated by the photoelectrically converted electric charge into a digital signal, the first signal processing unit and the second signal processing unit . A first contact portion for connecting to the first comparator, wherein the first contact portion is connected to a ramp signal generation circuit for generating a ramp signal , and is disposed outside the region where the two signal processing portions are disposed; a first wiring and a second contact portion for connection with a comparator, and the first signal processing unit and the second signal processing unit is arranged outside the region arranged, a predetermined voltage is supplied A second wiring having a third contact portion for connecting to the first comparator and a fourth contact portion for connecting to the second comparator, the second wire being connected to an electrode pad; In one wiring, the length of the wiring from the ramp signal generation circuit to the first contact portion is shorter than the length of the wiring from the ramp signal generation circuit to the second contact portion, and in the second wiring, The length of the wiring from the electrode pad to the third contact portion is shorter than the length of the wiring from the electrode pad to the fourth contact portion.
An image sensor according to a second surface is connected to the first signal processing unit on the first surface, is connected to a first signal line from which the first signal is output, and is connected to the second signal processing unit, And a second signal line from which the second signal is output.
The image sensor according to the third aspect is connected to the first signal line on the second aspect, and transfers a first photoelectric conversion unit that converts light into an electric charge and the electric charge converted by the first photoelectric conversion unit. A first pixel having a first transfer unit for transferring light, a second photoelectric conversion unit connected to the second signal line for converting light into electric charge, and transferring the electric charge converted by the second photoelectric conversion unit. And a control signal for controlling the first transfer unit and the second transfer unit connected to the first transfer unit and the second transfer unit. Control lines.
An imaging device according to a fourth aspect, wherein the second surface is connected to the first signal line, the first photoelectric conversion unit converts light into electric charge, the second photoelectric conversion unit converts light into electric charge, and A first transfer unit for transferring the charge converted by the first photoelectric conversion unit, a second transfer unit for transferring the charge converted by the second photoelectric conversion unit, and a charge from the first photoelectric conversion unit A first pixel block having a first floating diffusion for transferring charges from the second photoelectric conversion unit and a third photoelectric conversion unit connected to the second signal line for converting light into charges; To a charge, a third transfer unit for transferring the charge converted by the third photoelectric conversion unit, and a fourth transfer unit for transferring the charge converted by the fourth photoelectric conversion unit. A transfer unit and charges from the third photoelectric conversion unit and the fourth photoelectric conversion A second pixel block having a second floating diffusion for transferring charges from the first transfer unit and the third transfer unit, and controlling the first transfer unit and the third transfer unit. A first control line for outputting a control signal for the second transfer unit and the fourth transfer unit, and a control signal for controlling the second transfer unit and the fourth transfer unit is output. And a second control line.
In the imaging device according to a fifth aspect, in any one of the first to fourth aspects, the first comparator is configured by an operational amplifier, and the second comparator is configured by an operational amplifier.
In the imaging device according to the sixth aspect, in any one of the first to fifth aspects, the electrode pad is connected to a terminal arranged outside by a wire.
An imaging device according to a seventh aspect connects an imaging element according to any one of the first to fifth aspects, a package accommodating the imaging element, and the electrode pads and terminals arranged on the package. And a connection unit for the connection.
In the imaging device according to an eighth aspect, in the seventh aspect, the connection portion includes a wire that connects the electrode pad and the terminal.

本発明によれば、ノイズの影響を低減することができ、より高画質の画像を得ることができる固体撮像装置、及び、これを用いた電子カメラを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device capable of reducing the influence of noise and obtaining a higher-quality image, and an electronic camera using the same.

本発明の第1の実施の形態による電子カメラを模式的に示す概略ブロック図である。FIG. 1 is a schematic block diagram schematically illustrating an electronic camera according to a first embodiment of the present invention. 図1中の固体撮像装置の概略構成を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a schematic configuration of the solid-state imaging device in FIG. 1. 図2中の画素を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a pixel in FIG. 2. 変形例による画素を示す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram illustrating a pixel according to a modification. 図1中の固体撮像装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。2 is a timing chart illustrating an example of an operation of the solid-state imaging device in FIG. 1. 図5中の所定期間の動作を示すタイミングチャートである。6 is a timing chart showing an operation in a predetermined period in FIG. 図2中の第1及び第2の配線を構成する配線パターン等の具体例を模式的に示す概略平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view schematically showing a specific example of a wiring pattern and the like constituting first and second wirings in FIG. 2. 図1中の固体撮像装置を模式的に示す概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view schematically illustrating the solid-state imaging device in FIG. 1. 比較例による固体撮像装置の概略構成を示す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram illustrating a schematic configuration of a solid-state imaging device according to a comparative example. 図9中の第1及び第2の配線を構成する配線パターン等を模式的に示す概略平面図である。FIG. 10 is a schematic plan view schematically illustrating wiring patterns and the like constituting first and second wirings in FIG. 9. 図9に示す比較例による固体撮像装置を模式的に示す概略平面図である。FIG. 10 is a schematic plan view schematically showing the solid-state imaging device according to the comparative example shown in FIG. 9. 変形例による固体撮像装置を模式的に示す概略平面図である。FIG. 11 is a schematic plan view schematically showing a solid-state imaging device according to a modification. 本発明の第2の実施の形態による電子カメラで用いられる固体撮像装置の概略構成を示す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram illustrating a schematic configuration of a solid-state imaging device used in an electronic camera according to a second embodiment of the present invention.

以下、本発明による固体撮像装置及び電子カメラについて、図面を参照して説明する。   Hereinafter, a solid-state imaging device and an electronic camera according to the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態による電子カメラ1を模式的に示す概略ブロック図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic block diagram schematically showing an electronic camera 1 according to the first embodiment of the present invention.

本実施の形態による電子カメラ1は、例えば一眼レフのデジタルカメラとして構成されるが、本発明による電子カメラは、これに限らず、コンパクトカメラなどの他の電子カメラや、携帯電話に搭載された電子カメラなどにも適用することができる。   Although the electronic camera 1 according to the present embodiment is configured as, for example, a single-lens reflex digital camera, the electronic camera according to the present invention is not limited to this, and is mounted on another electronic camera such as a compact camera or a mobile phone. It can also be applied to electronic cameras and the like.

電子カメラ1には、撮影レンズ2が装着される。この撮影レンズ2は、レンズ制御部3によってフォーカスや絞りが駆動される。この撮影レンズ2の像空間には、固体撮像装置4の撮像面が配置される。   A photographing lens 2 is attached to the electronic camera 1. The focus and the aperture of the photographing lens 2 are driven by the lens control unit 3. In the image space of the photographing lens 2, an imaging surface of the solid-state imaging device 4 is arranged.

固体撮像装置4は、撮像制御部5の指令によって駆動され、デジタルの画像信号を出力する。デジタル信号処理部6は、固体撮像装置4から出力されるデジタルの画像信号に対して、デジタル増幅、色補間処理、ホワイトバランス処理などの画像処理等を行う。デジタル信号処理部6により処理された画像信号は、メモリ7に一旦蓄積される。メモリ7は、バス8に接続されている。バス8には、レンズ制御部3、撮像制御部5、CPU9、液晶表示パネル等の表示部10、記録部11、画像圧縮部12及び画像処理部13なども接続される。CPU9には、レリーズ釦などの操作部14が接続される。また、記録部11には記録媒体11aが着脱自在に装着される。   The solid-state imaging device 4 is driven by a command from the imaging control unit 5 and outputs a digital image signal. The digital signal processing unit 6 performs image processing such as digital amplification, color interpolation processing, and white balance processing on a digital image signal output from the solid-state imaging device 4. The image signal processed by the digital signal processing unit 6 is temporarily stored in the memory 7. The memory 7 is connected to the bus 8. Also connected to the bus 8 are a lens control unit 3, an imaging control unit 5, a CPU 9, a display unit 10 such as a liquid crystal display panel, a recording unit 11, an image compression unit 12, an image processing unit 13, and the like. An operation unit 14 such as a release button is connected to the CPU 9. A recording medium 11a is detachably mounted on the recording unit 11.

本実施の形態では、操作部14のレリーズ釦の半押し操作が行われると、電子カメラ1内のCPU9は、図示しない焦点検出センサからの検出信号に基づいてデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量に応じて合焦状態となるように、レンズ制御部3に撮影レンズ2を調節させる。また、CPU9は、予め操作部14により指令された絞りとなるように、レンズ制御部3に撮影レンズ2を調節させる。そして、操作部14のレリーズ釦の全押し操作に同期して、CPU9が撮像制御部5を介して固体撮像装置4を制御することによって、固体撮像装置4からデジタルの画像信号が読み出される。この画像信号は、デジタル信号処理部6により処理された後に、メモリ7に一旦格納される。その後、CPU9は、操作部14の指令に基づき、メモリ7内の画像信号に対して必要に応じて画像処理部13や画像圧縮部12にて所望の処理を行い、記録部11に処理後の信号を出力させ記録媒体11aに記録する。   In the present embodiment, when a half-press operation of the release button of the operation unit 14 is performed, the CPU 9 in the electronic camera 1 calculates a defocus amount based on a detection signal from a focus detection sensor (not shown). The lens control unit 3 adjusts the photographing lens 2 so as to be in focus according to the focus amount. Further, the CPU 9 causes the lens control unit 3 to adjust the taking lens 2 so that the aperture is instructed in advance by the operation unit 14. Then, a digital image signal is read from the solid-state imaging device 4 by the CPU 9 controlling the solid-state imaging device 4 via the imaging control unit 5 in synchronization with a full-press operation of the release button of the operation unit 14. This image signal is temporarily stored in the memory 7 after being processed by the digital signal processing unit 6. After that, the CPU 9 performs desired processing on the image signal in the memory 7 as required by the image processing unit 13 and the image compression unit 12 based on a command from the operation unit 14, and sends the processed signal to the recording unit 11. A signal is output and recorded on the recording medium 11a.

図2は、図1中の固体撮像装置4の概略構成を示す回路図である。本実施の形態では、固体撮像装置4は、CMOS型の固体撮像装置として構成されているが、他のXYアドレス型固体撮像装置として構成してもよい。   FIG. 2 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the solid-state imaging device 4 in FIG. In the present embodiment, the solid-state imaging device 4 is configured as a CMOS type solid-state imaging device, but may be configured as another XY address type solid-state imaging device.

図2に示すように、固体撮像装置4は、2次元状に配置された複数の画素21(図2では、2×3個の画素2を示す。)からなる画素アレイ部22と、複数の画素21の列毎に設けられ対応する列の画素21からの信号を受け取る複数の垂直信号線23と、各垂直信号線23に設けられた定電流源24と、垂直走査回路25と、ランプ信号Vramp及び基準電圧GNDに基づいて複数の垂直信号線23の信号をそれぞれ処理する複数のカラム回路(信号処理部)26と、ランプ信号Vrampを発生するランプ信号発生回路27と、カウンタ28と、制御パルス発生回路29と、水平走査回路30と、減算器31と、出力回路32とを備えている。   As shown in FIG. 2, the solid-state imaging device 4 includes a pixel array unit 22 including a plurality of pixels 21 (in FIG. 2, 2 × 3 pixels 2 are shown) arranged two-dimensionally, and a plurality of pixels 21. A plurality of vertical signal lines 23 provided for each column of the pixels 21 for receiving signals from the pixels 21 of the corresponding column; a constant current source 24 provided for each vertical signal line 23; a vertical scanning circuit 25; A plurality of column circuits (signal processing units) 26 for respectively processing the signals of the plurality of vertical signal lines 23 based on Vramp and the reference voltage GND; a ramp signal generation circuit 27 for generating a ramp signal Vramp; a counter 28; A pulse generation circuit 29, a horizontal scanning circuit 30, a subtracter 31, and an output circuit 32 are provided.

図3は、図2中の1つの画素21を示す回路図である。各画素21は、一般的なCMOSイメージセンサと同様に、入射光に応じた電荷を生成し蓄積する光電変換部としてのフォトダイオードPDと、前記電荷を受け取って前記電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部としてのフローティングディフュージョンFDと、フローティングディフュージョンFDの電位に応じた信号を出力する増幅部としての増幅トランジスタAMPと、フォトダイオードPDからフローティングディフュージョンFDに電荷を転送する転送トランジスタTXと、フローティングディフュージョンFDの電位をリセットするリセットトランジスタRESと、読み出し行を選択するための選択トランジスタSELとを有し、図3に示すように接続されている。図3において、VDDは電源電位である。なお、本実施の形態では、画素21のトランジスタAMP,TX,RES,SELは、全てnMOSトランジスタである。   FIG. 3 is a circuit diagram showing one pixel 21 in FIG. Each pixel 21 includes, as in a general CMOS image sensor, a photodiode PD as a photoelectric conversion unit that generates and accumulates an electric charge according to incident light, and a charge voltage that receives the electric charge and converts the electric charge into a voltage. A floating diffusion FD as a conversion unit, an amplification transistor AMP as an amplification unit that outputs a signal corresponding to the potential of the floating diffusion FD, a transfer transistor TX that transfers electric charges from the photodiode PD to the floating diffusion FD, and a floating diffusion FD And a selection transistor SEL for selecting a read row, and are connected as shown in FIG. In FIG. 3, VDD is a power supply potential. Note that, in the present embodiment, the transistors AMP, TX, RES, and SEL of the pixel 21 are all nMOS transistors.

転送トランジスタTXのゲートは行毎に制御線41に共通に接続され、そこには、転送トランジスタTXを制御する制御信号φTXが垂直走査回路25から供給される。リセットトランジスタRESのゲートは行毎に制御線42に共通に接続され、そこには、リセットトランジスタRESを制御する制御信号φRESが垂直走査回路25から供給される。選択トランジスタSELのゲートは行毎に制御線43に共通に接続され、そこには、選択トランジスタSELを制御する制御信号φSELが垂直走査回路25から供給される。各制御信号φTXを行毎に区別する場合、n行目の制御信号φTXは符号φTX(n)で示す。この点は、制御信号φRES,φSELについても同様である。   The gate of the transfer transistor TX is commonly connected to a control line 41 for each row, and a control signal φTX for controlling the transfer transistor TX is supplied thereto from the vertical scanning circuit 25. The gate of the reset transistor RES is commonly connected to a control line 42 for each row, and a control signal φRES for controlling the reset transistor RES is supplied thereto from the vertical scanning circuit 25. The gate of the selection transistor SEL is commonly connected to a control line 43 for each row, and a control signal φSEL for controlling the selection transistor SEL is supplied thereto from the vertical scanning circuit 25. When discriminating each control signal φTX for each row, the control signal φTX in the n-th row is indicated by a symbol φTX (n). This is the same for the control signals φRES and φSEL.

各画素21のフォトダイオードPDは、入射光の光量(被写体光)に応じて信号電荷を生成する。転送トランジスタTXは、制御信号φTXのハイレベル期間にオンし、フォトダイオードPDの電荷をフローティングディフュージョンFDに転送する。リセットトランジスタRESは、制御信号φRESのハイレベル期間(電源電位VDDの期間)にオンし、フローティングディフュージョンFDをリセットする。   The photodiode PD of each pixel 21 generates a signal charge according to the amount of incident light (subject light). The transfer transistor TX turns on during the high level period of the control signal φTX, and transfers the charge of the photodiode PD to the floating diffusion FD. The reset transistor RES is turned on during a high level period (period of the power supply potential VDD) of the control signal φRES, and resets the floating diffusion FD.

増幅トランジスタAMPは、そのドレインが電源電位VDDに接続され、そのゲートがフローティングディフュージョンFDに接続され、そのソースが選択トランジスタSELのドレインに接続され、定電流源24(図3では図示せず、図2を参照)を負荷とするソースフォロア回路を構成している。増幅トランジスタAMPは、フローティングディフュージョンFDの電圧値に応じて、選択トランジスタSELを介して垂直信号線23に読み出し信号を出力する。選択トランジスタSELは、制御信号φSELのハイレベル期間にオンし、増幅トランジスタAMPのソースを垂直信号線23に接続する。   The amplification transistor AMP has a drain connected to the power supply potential VDD, a gate connected to the floating diffusion FD, a source connected to the drain of the selection transistor SEL, and a constant current source 24 (not shown in FIG. 2) as a load. The amplification transistor AMP outputs a read signal to the vertical signal line 23 via the selection transistor SEL according to the voltage value of the floating diffusion FD. The selection transistor SEL is turned on during the high level period of the control signal φSEL, and connects the source of the amplification transistor AMP to the vertical signal line 23.

垂直走査回路25は、画素21の行毎に、制御信号φSEL,φRES,φTXをそれぞれ出力し、画素アレイ部22の行アドレスや垂直走査の周知の制御を行う。この制御によって、各垂直信号線23には、それに対応する列の画素2の出力信号(アナログ信号)が供給される。   The vertical scanning circuit 25 outputs control signals φSEL, φRES, and φTX for each row of the pixels 21 to perform well-known control of the row address of the pixel array unit 22 and vertical scanning. By this control, the output signal (analog signal) of the pixel 2 in the corresponding column is supplied to each vertical signal line 23.

画素21の構成は、前述した図3に示す構成に限らない。例えば、画素21の構成として、図4に示す構成を採用してもよい。図4は、変形例による画素21を示す回路図である。図4において、図3中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。   The configuration of the pixel 21 is not limited to the configuration shown in FIG. For example, the configuration shown in FIG. 4 may be adopted as the configuration of the pixel 21. FIG. 4 is a circuit diagram showing a pixel 21 according to a modification. 4, elements that are the same as elements corresponding to those in FIG. 3 or that correspond to elements in FIG.

図4に示す構成が図3に示す構成と異なる所は、列方向に隣り合う2つの画素21毎に、当該2つの画素21が1組のフローティングディフュージョンFD、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRES及び選択トランジスタSELを共有している点である。この変形例では、垂直走査回路25は、図3に示すような制御信号φSEL,φRES,φTXに代えて、図4に示すような制御信号φSEL,φRES,φTX1,φTX2を出力するように構成される。   The configuration shown in FIG. 4 differs from the configuration shown in FIG. 3 in that, for every two pixels 21 adjacent in the column direction, the two pixels 21 are a set of a floating diffusion FD, an amplification transistor AMP, a reset transistor RES, and a selection transistor RES. The point is that the transistor SEL is shared. In this modification, the vertical scanning circuit 25 is configured to output control signals φSEL, φRES, φTX1, φTX2 as shown in FIG. 4 instead of the control signals φSEL, φRES, and φTX as shown in FIG. You.

図4では、1組のフローティングディフュージョンFD、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRES及び選択トランジスタSELを共有する2つの画素21(21−1,21−2)を、画素ブロックBLとして示している。また、図3では、画素ブロックBL内の上側の画素21−1のフォトダイオードPD及び転送トランジスタTXをそれぞれ符号PD1,TX1で示し、画素ブロックBL内の下側の画素21−2のフォトダイオードPD及び転送トランジスタTXをそれぞれ符号PD2,TX2で示し、両者を区別している。また、転送トランジスタTX1のゲートに供給される制御信号をφTX1とし、転送トランジスタTX2のゲート電極に供給される制御信号をφTX2とし、両者を区別している。なお、図3ではnは画素行を示しているが、図4ではnは画素ブロックBLの行を示している。画素ブロックBLの1行は、画素21の2行に相当している。   In FIG. 4, two pixels 21 (21-1 and 21-2) sharing one set of the floating diffusion FD, the amplification transistor AMP, the reset transistor RES, and the selection transistor SEL are shown as a pixel block BL. In FIG. 3, the photodiode PD and the transfer transistor TX of the upper pixel 21-1 in the pixel block BL are denoted by PD1 and TX1, respectively, and the photodiode PD of the lower pixel 21-2 in the pixel block BL. And the transfer transistor TX are denoted by PD2 and TX2, respectively, to distinguish them from each other. Further, the control signal supplied to the gate of the transfer transistor TX1 is φTX1, and the control signal supplied to the gate electrode of the transfer transistor TX2 is φTX2 to distinguish them. In FIG. 3, n indicates a pixel row, but in FIG. 4, n indicates a row of the pixel block BL. One row of the pixel block BL corresponds to two rows of the pixels 21.

この変形例では、垂直走査回路25は、図1中の撮像制御部5からの制御信号を受けて、画素21の行毎に、制御信号φSEL,φRES,φTX1,φTX2をそれぞれ出力することで、読み出し動作を実現することができる。   In this modified example, the vertical scanning circuit 25 receives the control signal from the imaging control unit 5 in FIG. 1 and outputs the control signals φSEL, φRES, φTX1, and φTX2 for each row of the pixels 21. A read operation can be realized.

画素21の出力信号には、一般的なCMOSイメージセンサと同様に、所定情報を含む情報信号に相当する光信号と、前記情報信号から差し引くべき基準成分を含む基準信号に相当するダーク信号とがある。前記光信号は、画素21で光電変換された光情報を含む信号である。具体的には、本実施の形態では、ダーク信号は、フローティングディフュージョンFDがリセットされたときに画素21から出力される信号であり、光信号は、フォトダイオードFDの信号電荷がフローティングディフュージョンFDに転送されたときに画素21から出力される信号であり、ダーク信号が重畳された信号である。   As in the case of a general CMOS image sensor, the output signal of the pixel 21 includes an optical signal corresponding to an information signal including predetermined information and a dark signal corresponding to a reference signal including a reference component to be subtracted from the information signal. is there. The optical signal is a signal including optical information photoelectrically converted by the pixel 21. Specifically, in this embodiment, the dark signal is a signal output from the pixel 21 when the floating diffusion FD is reset, and the optical signal is a signal charge of the photodiode FD transferred to the floating diffusion FD. It is a signal output from the pixel 21 when it is performed, and is a signal on which a dark signal is superimposed.

各カラム回路26は、増幅部51を有している。本実施の形態では、増幅部51は、演算増幅器(第2の演算増幅器)OP、入力容量CA、帰還容量CG、及び、クランプ制御信号φCARSTに応じてオンオフするクランプ制御スイッチ(第2の帰還スイッチ)CARSTを有し、演算増幅器OPの出力端子から、対応する垂直信号線23の信号に応じた情報信号及び基準信号を出力する。演算増幅器OPの非反転入力端子(+入力端子)には、電位供給部33により一定電位Vrefが印加されている。垂直信号線23が入力容量CAを介して演算増幅器OPの反転入力端子(−入力端子)に接続されている。また、演算増幅器OPの反転入力端子と演算増幅器OPの出力端子との間に、帰還容量CG及びクランプ制御スイッチCARSTが並列に接続されている。演算増幅器OPは、差動増幅回路等を用いて構成されている。各カラム回路26のクランプ制御スイッチCARSTの制御入力部は共通して接続され、そこには制御パルス発生回路29からクランプ制御信号φCARSTが供給される。クランプ制御スイッチCARSTは、クランプ制御信号φCARSTがハイレベルの場合にオンし、クランプ制御信号φCARSTがローレベルの場合にオフする。   Each column circuit 26 has an amplification unit 51. In the present embodiment, the amplifying unit 51 includes an operational amplifier (second operational amplifier) OP, an input capacitance CA, a feedback capacitance CG, and a clamp control switch (second feedback switch) that is turned on / off in response to a clamp control signal φCARST. And (c) outputting an information signal and a reference signal corresponding to the signal of the corresponding vertical signal line 23 from the output terminal of the operational amplifier OP. The constant potential Vref is applied to the non-inverting input terminal (+ input terminal) of the operational amplifier OP by the potential supply unit 33. The vertical signal line 23 is connected to the inverting input terminal (−input terminal) of the operational amplifier OP via the input capacitance CA. A feedback capacitor CG and a clamp control switch CARST are connected in parallel between the inverting input terminal of the operational amplifier OP and the output terminal of the operational amplifier OP. The operational amplifier OP is configured using a differential amplifier circuit or the like. The control inputs of the clamp control switches CARRST of the column circuits 26 are commonly connected, and a clamp control signal φCARST is supplied from the control pulse generation circuit 29 to the control inputs. The clamp control switch CARRST turns on when the clamp control signal φCARST is at a high level, and turns off when the clamp control signal φCARST is at a low level.

この増幅部51によれば、信号φCARSTがハイレベルになると、クランプ制御スイッチCARSTがオンして演算増幅器OPの反転入力端子と出力端子との間が短絡し、演算増幅器OPの出力端子が所定電位Vrefにクランプされる。その後、信号φCARSTがローレベルにされてクランプ制御スイッチCARSTがオフした状態において、垂直信号線23の電圧がΔVだけ変化すると、演算増幅器OPの出力端子の信号は、{Vref−(CA/CG)×ΔV}となる。このように、クランプ制御スイッチCARSTがオフすると、入力容量CAと帰還容量CGの比で反転ゲイン(−CA/CG)が得られる。   According to the amplifying unit 51, when the signal φCARST goes high, the clamp control switch CARST is turned on to short-circuit the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP, and the output terminal of the operational amplifier OP has a predetermined potential. Clamped to Vref. Thereafter, when the voltage of the vertical signal line 23 changes by ΔV in a state where the signal φCARST is set to the low level and the clamp control switch CARST is turned off, the signal of the output terminal of the operational amplifier OP becomes {Vref− (CA / CG) × ΔV}. As described above, when the clamp control switch CARST is turned off, an inversion gain (−CA / CG) is obtained by the ratio of the input capacitance CA and the feedback capacitance CG.

後述するように、所定期間だけ一旦φCARSTがハイレベルにされ、垂直信号線23にダーク信号が出力されているときにφCARSTがローレベルに戻され、その後に、垂直信号線23に光信号が出力される。以下の説明では、垂直信号線23にダーク信号が出力されているときにφCARSTをローレベルに戻したときの演算増幅器OPの出力信号もダーク信号呼び、その信号及び電位をVdで示す。また、その後に垂直走査回路25に光信号が出力されたときの演算増幅器OPの出力信号も光信号と呼び、その信号及び電位をVsで示す。   As will be described later, φCARST is once set to a high level for a predetermined period, and φCARST is returned to a low level when a dark signal is output to the vertical signal line 23, and thereafter, an optical signal is output to the vertical signal line 23. Is done. In the following description, the output signal of the operational amplifier OP when φCARST is returned to a low level while a dark signal is being output to the vertical signal line 23 is also called a dark signal, and the signal and potential are indicated by Vd. An output signal of the operational amplifier OP when an optical signal is subsequently output to the vertical scanning circuit 25 is also called an optical signal, and its signal and potential are indicated by Vs.

各カラム回路26における増幅部51以外の要素が、ランプ信号発生回路27及びカウンタ28と共に、AD変換器を構成している。ランプ信号発生回路27及びカウンタ28は、全ての列について共通して1つ設けられている。したがって、本実施の形態では、各垂直信号線23に対応してそれぞれ1つずつAD変換器が設けられているが、各AD変換器の構成要素のうちのランプ信号発生回路27及びカウンタ28については、全てのAD変換器によって共有されている。AD変換器の構成及び動作については、後述する。   Elements other than the amplifying unit 51 in each column circuit 26 constitute an AD converter together with the ramp signal generation circuit 27 and the counter 28. One ramp signal generation circuit 27 and one counter 28 are provided in common for all columns. Therefore, in the present embodiment, one AD converter is provided for each of the vertical signal lines 23, but the ramp signal generation circuit 27 and the counter 28 among the components of each AD converter are provided. Is shared by all AD converters. The configuration and operation of the AD converter will be described later.

水平走査回路30は、水平走査のための制御信号を各列のカラム回路26の後述するデータ記憶部52に供給し、各AD変換器により得られた各列毎のmビットの第1及び第2のデジタル値(各カラム回路26のデータ記憶部52の独立した記憶領域であるラッチA及びラッチBにそれぞれ記憶されたカウント値)を、順次mビットの第1及び第2の水平信号線34,35を介して減算器31に送出させる。減算器31は、受け取った第1及び第2のデジタル値の差分を取り、その差分を示すmビットのデジタル値を取得し、これを出力回路32に送出させる。出力回路32は、受け取ったデジタル値を、例えばパラレル−シリアル変換してシリアルデジタル信号として、外部(図1中のデジタル信号処理部6)へ出力させる。   The horizontal scanning circuit 30 supplies a control signal for horizontal scanning to a later-described data storage unit 52 of the column circuit 26 in each column, and outputs first and second m-bit data for each column obtained by each AD converter. 2 (the count values respectively stored in the latches A and B, which are independent storage areas of the data storage unit 52 of each column circuit 26), are sequentially converted to m-bit first and second horizontal signal lines 34. , 35 to the subtractor 31. The subtractor 31 obtains a difference between the received first and second digital values, obtains an m-bit digital value indicating the difference, and causes the output circuit 32 to transmit the digital value. The output circuit 32 converts the received digital value into a serial digital signal by, for example, performing parallel-serial conversion, and outputs the serial value to the outside (the digital signal processing unit 6 in FIG. 1).

制御パルス発生回路29は、図1中の撮像制御部5から受け取った図示しないマスタークロックに基づいて、垂直走査回路25、AD変換器及び水平走査回路30などの各動作に必要なクロック信号やタイミング信号を生成し、これらの信号を該当する回路部分に供給する。   The control pulse generation circuit 29 generates a clock signal and timing necessary for each operation of the vertical scanning circuit 25, the AD converter, the horizontal scanning circuit 30, and the like based on a master clock (not shown) received from the imaging control unit 5 in FIG. Generate signals and supply these signals to the appropriate circuit parts.

図2中のAD変換器(ランプ信号発生回路27、カウンタ28、及び、カラム回路26における増幅部51以外の部分)の構成及びその作用を除いて、本実施の形態における固体撮像装置4の基本的な動作は、従来の一般的なCMOSイメージセンサと同様である。   The basic configuration of the solid-state imaging device 4 according to the present embodiment, except for the configuration and operation of the AD converter (a part other than the amplification unit 51 in the ramp signal generation circuit 27, the counter 28, and the column circuit 26) in FIG. The typical operation is the same as that of a conventional general CMOS image sensor.

ランプ信号発生回路27は、制御パルス発生回路29からの信号に基づいて、後述する図6に示すようなランプ信号Vrampを発生する。ランプ信号発生回路27の構成は何ら限定されず、例えば、カウンタ28のカウント値をDA変換するDA変換器を用いた構成を採用してもよいし、他の周知の種々の構成を採用してもよい。   The ramp signal generation circuit 27 generates a ramp signal Vramp as shown in FIG. 6 described later based on a signal from the control pulse generation circuit 29. The configuration of the ramp signal generation circuit 27 is not limited in any way. For example, a configuration using a DA converter that converts the count value of the counter 28 into a DA may be employed, or various other known configurations may be employed. Is also good.

カウンタ28は、制御パルス発生回路29からの指令を受けて、カウント動作の開始及び停止を行い、カウント動作中に、制御パルス発生回路29からのクロック信号をカウントし、nビットの信号線36を介してnビットのカウント値を各カラム回路26の後述するデータ記憶部52に供給する。   The counter 28 starts and stops the count operation in response to a command from the control pulse generation circuit 29, counts the clock signal from the control pulse generation circuit 29 during the count operation, and switches the n-bit signal line 36. The n-bit count value is supplied to the data storage unit 52 of each column circuit 26 via the input / output unit, via the control unit.

各カラム回路26は、ランプ信号Vramp及び基準電圧GNDに基づく比較処理を行うコンパレータCOMを有している。コンパレータCOMは、演算増幅器で構成されている。各カラム回路26は、コンパレータCOMの非反転入力端子に接続され増幅部51の演算増幅器OPの出力信号(垂直走査回路25に光信号3の信号に応じた信号)をサンプリングするサンプリングスイッチSW1と、一方電極がコンパレータCOMの非反転入力端子に接続されるとともに他方電極にランプ信号Vrampが入力される第1の容量C1と、一方電極がコンパレータCOMの反転入力端子に接続されるとともに他方電極に基準電圧GNDが入力される第2の容量C2と、コンパレータCOMの反転入力端子とコンパレータの出力端子との間をオンオフする帰還スイッチSW2と、を有している。   Each column circuit 26 has a comparator COM that performs a comparison process based on the ramp signal Vramp and the reference voltage GND. The comparator COM is composed of an operational amplifier. Each of the column circuits 26 is connected to the non-inverting input terminal of the comparator COM and samples the output signal of the operational amplifier OP of the amplifying unit 51 (the signal corresponding to the signal of the optical signal 3 to the vertical scanning circuit 25); One electrode is connected to the non-inverting input terminal of the comparator COM and the other electrode receives a ramp signal Vramp. The first capacitor C1 has one electrode connected to the inverting input terminal of the comparator COM and the other electrode has a reference. It has a second capacitor C2 to which the voltage GND is input, and a feedback switch SW2 that turns on and off between the inverting input terminal of the comparator COM and the output terminal of the comparator.

本実施の形態では、各カラム回路26の第1の容量C1の前記他方電極が、ランプ信号Vrampが入力されるカラム回路26の第1の入力部となっている。各カラム回路26の第1の容量C1の前記他方電極(第1の入力部)は、第1の配線61によって共通に接続され、そこにはランプ信号発生回路27からランプ信号Vrampが供給される。また、各カラム回路26の第2の容量C2の前記他方電極が、基準電圧GNDが入力されるカラム回路26の第2の入力部となっている。各カラム回路26の第2の容量C2の前記他方電極(第2の入力部)は、第2の配線62によって共通に接続され、そこには基準電圧GNDが供給される。本実施の形態では、この基準電圧として接地電位GNDが供給されるが、その基準電圧として他の一定電位を供給してもよい。第1及び第2の配線61,62やそれらに対するランプ信号Vramp及び基準電圧GNDの供給状況については、後に詳述する。   In the present embodiment, the other electrode of the first capacitor C1 of each column circuit 26 is a first input section of the column circuit 26 to which the ramp signal Vramp is input. The other electrode (first input section) of the first capacitor C1 of each column circuit 26 is commonly connected by a first wiring 61, to which a ramp signal Vramp is supplied from a ramp signal generation circuit 27. . The other electrode of the second capacitor C2 of each column circuit 26 is a second input section of the column circuit 26 to which the reference voltage GND is input. The other electrode (second input section) of the second capacitor C2 of each column circuit 26 is commonly connected by a second wiring 62, to which a reference voltage GND is supplied. In the present embodiment, the ground potential GND is supplied as the reference voltage, but another constant potential may be supplied as the reference voltage. The first and second wirings 61 and 62 and the supply status of the ramp signal Vramp and the reference voltage GND thereto will be described later in detail.

各カラム回路26のサンプリングスイッチSW1の制御入力部は共通して接続され、そこには制御パルス発生回路29から制御信号φSPLが供給される。サンプリングスイッチSW1は、制御信号φSPLがハイレベルの場合にオンし、制御信号φSPLがローレベルの場合にオフする。   The control inputs of the sampling switches SW1 of the respective column circuits 26 are commonly connected, and a control signal φSPL is supplied thereto from the control pulse generation circuit 29. The sampling switch SW1 turns on when the control signal φSPL is at a high level, and turns off when the control signal φSPL is at a low level.

各カラム回路26の帰還スイッチSW2の制御入力部は共通して接続され、そこには制御パルス発生回路29から制御信号φADCが供給される。帰還スイッチSW2は、制御信号φADCがハイレベルの場合にオンし、制御信号φADCがローレベルの場合にオフする。   The control inputs of the feedback switches SW2 of the column circuits 26 are connected in common, and a control signal φADC is supplied from the control pulse generation circuit 29 to the control inputs. The feedback switch SW2 turns on when the control signal φADC is at a high level, and turns off when the control signal φADC is at a low level.

各カラム回路26は、データ記憶部52を有している。データ記憶部52は、内部に独立した記憶領域としてのそれぞれnビットの、ラッチAとラッチBとを有している。データ記憶部52は、コンパレータCOMの出力信号Voutをラッチ指令信号として受け、コンパレータCOMの出力信号Voutが反転した時点でカウンタ28から信号線36を介して供給されているカウント値をラッチする。このとき、データ記憶部52は、制御パルス発生回路29からの制御信号φLCH(ラッチA,Bのいずれに記憶させるかを指令する信号)に従って、後述する図6中の第1の期間t11−t12におけるコンパレータCOMの出力信号Voutの反転時点でのカウント値をラッチAに記憶し、後述する図6中の第2の期間t17−t18におけるコンパレータCOMの出力信号Voutの反転時点でのカウント値をラッチBに記憶する。   Each column circuit 26 has a data storage unit 52. The data storage unit 52 has n-bit latches A and B as independent storage areas inside. The data storage unit 52 receives the output signal Vout of the comparator COM as a latch command signal, and latches the count value supplied from the counter 28 via the signal line 36 when the output signal Vout of the comparator COM is inverted. At this time, the data storage unit 52 responds to a control signal φLCH (a signal instructing which of the latches A and B is to be stored) from the control pulse generation circuit 29 to perform a first period t11-t12 in FIG. Is stored in the latch A at the time when the output signal Vout of the comparator COM is inverted, and the count value at the time when the output signal Vout of the comparator COM is inverted during the second period t17-t18 in FIG. Store it in B.

カウンタ28は、制御パルス発生回路29からの指令によって、図6中の第1の期間t11−t12におけるランプ信号Vrampの変化開始時点t11からカウント動作を開始するとともに、図6中の第2の期間t17−t18におけるランプ信号Vrampの変化開始時点t17からカウント動作を開始する。したがって、データ記憶部52のラッチA,Bに記憶されたカウント値は、ランプ信号Vrampの変化開始時点t11,t17からコンパレータCOMの出力信号Voutの反転時点までの各経過時間を示す。このように、データ記憶部52及びカウンタ28は、それらの経過時間に応じたカウント値をそれぞれ得る計時部を構成している。データ記憶部52は、水平走査回路30からの制御信号を受けて、ラッチA,Bにそれぞれ記憶しているカウント値を、mビットのデジタル値に変換してmビットの水平信号線34,35をそれぞれ介して減算器31に送出させる。   In response to a command from the control pulse generation circuit 29, the counter 28 starts the counting operation from the change start time t11 of the ramp signal Vramp in the first period t11-t12 in FIG. 6, and the second period in FIG. The counting operation is started from a time point t17 at which the ramp signal Vramp changes from t17 to t18. Therefore, the count values stored in the latches A and B of the data storage unit 52 indicate the respective elapsed times from the change start points t11 and t17 of the ramp signal Vramp to the inversion point of the output signal Vout of the comparator COM. As described above, the data storage unit 52 and the counter 28 constitute a clock unit that obtains a count value according to the elapsed time. The data storage unit 52 receives the control signal from the horizontal scanning circuit 30, converts the count value stored in each of the latches A and B into an m-bit digital value, and converts the count value into an m-bit horizontal signal line 34, 35. To the subtractor 31 via

図5は、本実施の形態における固体撮像装置4の動作の一例を示すタイミングチャートである。動作を開始すると、メカニカルシャッタ(図示せず)が所定期間(露光期間)T0開かれた後、1行目の読み出し期間、2行目の読み出し期間、・・・、n行目の読み出し期間、・・・が行われ、1行目から最終行まで1行ずつ順次読み出し動作が繰り返される。各行の読み出し期間(1水平期間)は、当該行の垂直転送期間(AD変換期間を含む)とこれに引き続く当該行の水平転送期間(水平走査期間)とからなる。図5において、T1は1行目の読み出し期間の垂直転送期間、T2は2行目の読み出し期間の垂直転送期間、Tnはn行目の読み出し期間の垂直転送期間を示している。図5に示すように、各行の読み出し期間の垂直転送期間において、当該行の制御信号φSELがハイレベルにされ、当該行の画素21の選択トランジスタSELがオンする。   FIG. 5 is a timing chart illustrating an example of the operation of the solid-state imaging device 4 according to the present embodiment. When the operation is started, after a mechanical shutter (not shown) is opened for a predetermined period (exposure period) T0, the readout period of the first row, the readout period of the second row,. .. Are performed, and the reading operation is sequentially repeated for each row from the first row to the last row. The readout period (one horizontal period) of each row includes a vertical transfer period (including an AD conversion period) of the row, and a subsequent horizontal transfer period (horizontal scanning period) of the row. In FIG. 5, T1 indicates the vertical transfer period of the readout period of the first row, T2 indicates the vertical transfer period of the readout period of the second row, and Tn indicates the vertical transfer period of the readout period of the nth row. As shown in FIG. 5, in the vertical transfer period of the readout period of each row, the control signal φSEL of the row is set to the high level, and the selection transistor SEL of the pixel 21 of the row is turned on.

図6は、図4中のn行目の読み出し期間の垂直転送期間Tnの動作を示すタイミングチャートである。垂直転送期間Tnは、時点t1で開始し、時点t18で終了する。   FIG. 6 is a timing chart showing the operation in the vertical transfer period Tn in the readout period of the n-th row in FIG. The vertical transfer period Tn starts at time t1 and ends at time t18.

時点t1後の時点t2まで、制御信号φRES(n)がハイレベルに維持されて、n行目の画素21のリセットトランジスタRESがオン状態に維持される。時点t2で、制御信号φRES(n)がローレベルにされ、n行目の画素21のリセットトランジスタRESがオフにされる。リセットトランジスタRESのオフ状態は、時点t16まで維持される。時点t2から時点t3までの期間において、制御信号φCARSTがハイレベルにされ、時点t3以降は制御信号φCARSTがローレベルにされる。その結果、時点t3から後述する時点t8までの期間において、増幅部51の出力信号はダーク信号Vdとなる。   Until the time point t2 after the time point t1, the control signal φRES (n) is maintained at the high level, and the reset transistor RES of the pixel 21 in the n-th row is maintained in the ON state. At time t2, the control signal φRES (n) is set to low level, and the reset transistor RES of the pixel 21 in the n-th row is turned off. The off state of the reset transistor RES is maintained until time t16. During a period from time t2 to time t3, control signal φCARST is set to high level, and after time t3, control signal φCARST is set to low level. As a result, during the period from time t3 to time t8 described later, the output signal of the amplifier 51 becomes the dark signal Vd.

時点t1後の時点t9まで、ランプ信号Vrampは、接地電位GNDとなっている。もっとも、接地電位GNDに代えて、他の一定電位にしてもよい。   Until time t9 after time t1, the ramp signal Vramp is at the ground potential GND. However, instead of the ground potential GND, another constant potential may be used.

時点t4から時点t7までの期間において、制御信号φADCがハイレベルにされて帰還スイッチSW2がオンし、コンパレータCOMはボルテージフォロワとして機能する。時点t7以降は、制御信号φADCがローレベルにされて帰還スイッチSW2がオフし、コンパレータCOMは、コンパレータとして機能する。時点t4後の時点t5から時点t7前の時点t6までの期間において、制御信号φSPLがハイレベルにされてサンプリングスイッチSW1がオンにされる。時点t6以降は時点t14まで、制御信号φSPLがローレベルに維持される。   During the period from the time point t4 to the time point t7, the control signal φADC is set to the high level, the feedback switch SW2 is turned on, and the comparator COM functions as a voltage follower. After time t7, the control signal φADC is set to low level, the feedback switch SW2 is turned off, and the comparator COM functions as a comparator. During a period from time t5 after time t4 to time t6 before time t7, the control signal φSPL is set to the high level, and the sampling switch SW1 is turned on. After time t6, control signal φSPL is maintained at a low level until time t14.

期間t5−t6において、サンプリングスイッチSW1がオンであるので、増幅部51から出力されているダーク信号Vdが、第1の容量C1にサンプリングされて蓄積され、コンパレータCOMの非反転入力端子にダーク信号Vdが供給された状態となる。第1の容量C1に蓄積されるダーク信号Vdのレベルは時点t6で定まり、このレベルは時点t6以降も維持される。また、期間t5−t7において、ダーク信号Vdは、ボルテージフォロワとして機能するコンパレータCOMの非反転入力端子に供給されるので、ダーク信号Vdは、サンプリングスイッチSW1→ボルテージフォロワ動作時のコンパレータCOM→帰還スイッチSW2の経路で第2の容量C2にもサンプリングされる。このとき、コンパレータCOMのオフセットVoffが乗ったダーク信号(Vd+Voff)が第2の容量C2に蓄積され、これがコンパレータCOMの反転入力端子に供給された状態となる。第2の容量C2に蓄積されるダーク信号(Vd+Voff)のレベルは時点t7で定まり、このレベルは時点t7以降も維持される。   During the period t5-t6, the sampling switch SW1 is turned on, so that the dark signal Vd output from the amplifying unit 51 is sampled and accumulated in the first capacitor C1, and the dark signal Vd is output to the non-inverting input terminal of the comparator COM. Vd is supplied. The level of the dark signal Vd stored in the first capacitor C1 is determined at the time point t6, and this level is maintained after the time point t6. In the period t5 to t7, the dark signal Vd is supplied to the non-inverting input terminal of the comparator COM functioning as a voltage follower. The second capacitor C2 is also sampled on the path of SW2. At this time, a dark signal (Vd + Voff) on which the offset Voff of the comparator COM is superimposed is accumulated in the second capacitor C2, and is supplied to the inverting input terminal of the comparator COM. The level of the dark signal (Vd + Voff) stored in the second capacitor C2 is determined at the time point t7, and this level is maintained after the time point t7.

時点t7後の時点t8から時点t10までの期間において、n行目の制御信号φTX(n)が一旦ハイレベルにされてn行目の画素21の転送トランジスタTXがオンする。これにより、増幅部51の出力信号は光信号Vsとなる。このとき、サンプリングスイッチSW1はオフしているので、増幅部の出力信号は容量C1,C2におけるダーク信号Vdのサンプリング状態に影響を与えない。   During a period from time t8 after time t7 to time t10, the control signal φTX (n) in the n-th row is temporarily set to the high level, and the transfer transistor TX of the pixel 21 in the n-th row is turned on. As a result, the output signal of the amplifier 51 becomes the optical signal Vs. At this time, since the sampling switch SW1 is turned off, the output signal of the amplifier does not affect the sampling state of the dark signal Vd in the capacitors C1 and C2.

ランプ信号Vrampは、時点t7後の時点t9において接地電位GNDから所定電位に立ち上げられ、時点t9から時点t11までその所定電位に維持され、時点t11から時点t12まで経過時間に比例して漸次低下していき、時点t12の電位を時点t13まで維持し、時点t13で元の接地電位GNDに戻され、時点t16まで接地電位GNDに維持されている。なお、時点t11でのランプ信号Vrampのレベルを持ち上げているのは、ダーク信号Vdがゼロレベルに近くてもAD変換精度を高めるためである。   At time t9 after time t7, ramp signal Vramp rises from ground potential GND to a predetermined potential, is maintained at the predetermined potential from time t9 to time t11, and gradually decreases from time t11 to time t12 in proportion to the elapsed time. Then, the potential at time t12 is maintained until time t13. At time t13, the potential is returned to the original ground potential GND, and is maintained at the ground potential GND until time t16. The reason for raising the level of the ramp signal Vramp at the time point t11 is to increase the AD conversion accuracy even when the dark signal Vd is close to the zero level.

今、ランプ信号Vrampが接地電位GNDから変化している期間t9−t13について考えると、この期間では、第1の容量C1にはダーク信号Vdが蓄積されていることから、コンパレータCOMの非反転入力端子にはランプ信号Vrampとダーク信号Vdとの重畳信号(Vd+Vramp)が供給される一方で、コンパレータCOMの反転入力端子にはオフセットVoffが乗ったダーク信号(Vd+Voff)が供給されることになる。コンパレータCOMの非反転入力端子の入力信号が、コンパレータCOMの反転入力端子の入力信号と一致した時点で、コンパレータCOMの出力信号Voutが反転する。したがって、ランプ信号VrampがオフセットVoffと一致した時点で、コンパレータCOMの出力信号Voutが反転する。このため、ランプ信号Vrampの変化開始時点t11からコンパレータCOMの出力信号Voutの反転時点までの経過時間は、オフセットVoffを示すものとなる。この経過時間(すなわち、オフセットVoff)を示すカウント値がデータ記憶部52のラッチAに記憶される。   Consider now a period t9-t13 in which the ramp signal Vramp changes from the ground potential GND. In this period, since the dark signal Vd is accumulated in the first capacitor C1, the non-inverting input of the comparator COM is determined. The terminal is supplied with a superimposed signal (Vd + Vramp) of the ramp signal Vramp and the dark signal Vd, while the inverting input terminal of the comparator COM is supplied with a dark signal (Vd + Voff) having an offset Voff. When the input signal of the non-inverting input terminal of the comparator COM matches the input signal of the inverting input terminal of the comparator COM, the output signal Vout of the comparator COM is inverted. Therefore, when the ramp signal Vramp coincides with the offset Voff, the output signal Vout of the comparator COM is inverted. For this reason, the elapsed time from the change start time t11 of the ramp signal Vramp to the inversion time of the output signal Vout of the comparator COM indicates the offset Voff. The count value indicating the elapsed time (that is, the offset Voff) is stored in the latch A of the data storage unit 52.

期間t11−t12は、増幅部51の出力信号がダーク信号Vdである場合(ひいては、垂直信号線23の信号がダーク信号(基準信号)である場合)において各カラム回路26のサンプリングスイッチSW1及び帰還スイッチSW2が期間t5−t6で一旦同時にオンにされてから同時にオフにされている期間のうち、ランプ信号Vrampが漸次変化する第1の期間となっている。第1の期間t11−t12の長さは、ダーク信号Vdの可変範囲を考慮して、第1の期間t11−t12内において確実にコンパレータCOMの出力信号Voutが反転するように、かつ、無駄に長期間とならないように、設定されている。   During the period t11-t12, the sampling switch SW1 of each column circuit 26 and the feedback are output when the output signal of the amplification unit 51 is the dark signal Vd (and the signal of the vertical signal line 23 is the dark signal (reference signal)). The first period in which the ramp signal Vramp gradually changes is a period in which the switch SW2 is simultaneously turned on and simultaneously turned off in the period t5 to t6. The length of the first period t11-t12 is determined in consideration of the variable range of the dark signal Vd so that the output signal Vout of the comparator COM is inverted during the first period t11-t12, and is wastefully. It is set so that it will not be long.

時点t13後の時点t14から時点t15までの期間において、制御信号φSPLがハイレベルにされてサンプリングスイッチSW1がオンにされる。時点t15以降は、制御信号φSPLがローレベルに維持される。   During a period from time t14 after time t13 to time t15, the control signal φSPL is set to the high level, and the sampling switch SW1 is turned on. After time t15, control signal φSPL is maintained at a low level.

期間t4−t15において、サンプリングスイッチSW1がオンであるので、増幅部51から出力されている光信号Vsが、第1の容量C1にサンプリングされて蓄積される。第1の容量C1に蓄積される光信号Vsのレベルは時点t15で定まり、このレベルは時点t15以降も維持される。一方、コンパレータCOMのオフセットVoffが乗ったダーク信号(Vd+Voff)は、第2の容量C2に蓄積されたままであり、コンパレータCOMの反転入力端子に供給された状態のままである。   Since the sampling switch SW1 is on in the period t4 to t15, the optical signal Vs output from the amplifier 51 is sampled and accumulated in the first capacitor C1. The level of the optical signal Vs stored in the first capacitor C1 is determined at the time point t15, and this level is maintained after the time point t15. On the other hand, the dark signal (Vd + Voff) with the offset Voff of the comparator COM remains stored in the second capacitor C2 and remains supplied to the inverting input terminal of the comparator COM.

ランプ信号Vrampは、時点t15後の時点t16において接地電位GNDから所定電位に立ち上げられ、時点t6から時点t17までその所定電位に維持され、時点t17から時点t18まで経過時間に比例して漸次低下していき、時点t18で元の接地電位GNDに戻されている。なお、時点t17でのランプ信号Vrampのレベルを持ち上げているのは、ダーク信号Vdがゼロレベルに近くてもAD変換精度を高めるためである。   The ramp signal Vramp rises from the ground potential GND to a predetermined potential at a time t16 after the time t15, is maintained at the predetermined potential from a time t6 to a time t17, and gradually decreases in proportion to an elapsed time from a time t17 to a time t18. Then, at time t18, the potential is returned to the original ground potential GND. The reason for raising the level of the ramp signal Vramp at the time point t17 is to increase the AD conversion accuracy even when the dark signal Vd is close to the zero level.

今、ランプ信号Vrampが接地電位GNDから変化している期間t16−t18について考えると、この期間では、第1の容量C1には光信号Vsが蓄積されていることから、コンパレータCOMの非反転入力端子にはランプ信号Vrampと光信号Vsとの重畳信号(Vs+Vramp)が供給される一方で、コンパレータCOMの反転入力端子にはオフセットVoffが乗ったダーク信号(Vd+Voff)が供給されることになる。コンパレータCOMの非反転入力端子の入力信号が、コンパレータCOMの反転入力端子の入力信号と一致した時点で、コンパレータCOMの出力信号Voutが反転する。したがって、ランプ信号Vrampが(Vd−Vs+Voff)と一致した時点で、コンパレータCOMの出力信号Voutが反転する。このため、ランプ信号Vrampの変化開始時点t17からコンパレータCOMの出力信号Voutの反転時点までの経過時間は、(Vd−Vs+Voff)を示すものとなる。この経過時間(すなわち、(Vd−Vs+Voff))を示すカウント値がデータ記憶部52のラッチBに記憶される。   Consider now a period t16-t18 in which the ramp signal Vramp changes from the ground potential GND. In this period, since the optical signal Vs is accumulated in the first capacitor C1, the non-inverting input of the comparator COM is determined. A terminal is supplied with a superimposed signal (Vs + Vramp) of the lamp signal Vramp and the optical signal Vs, while a dark signal (Vd + Voff) with an offset Voff is supplied to the inverting input terminal of the comparator COM. When the input signal of the non-inverting input terminal of the comparator COM matches the input signal of the inverting input terminal of the comparator COM, the output signal Vout of the comparator COM is inverted. Therefore, when the ramp signal Vramp matches (Vd−Vs + Voff), the output signal Vout of the comparator COM is inverted. For this reason, the elapsed time from the change start time t17 of the ramp signal Vramp to the inversion time of the output signal Vout of the comparator COM indicates (Vd−Vs + Voff). The count value indicating the elapsed time (that is, (Vd−Vs + Voff)) is stored in the latch B of the data storage unit 52.

期間t17−t18は、第1の期間t11−t12の後に増幅部51の出力信号が光信号Vsである場合(ひいては、垂直信号線23の信号が光信号である場合)において各カラム回路26の帰還スイッチSW2がオフに維持されたまま各カラム回路26のサンプリングスイッチSW1が期間t14−t15で一旦オンにされてからオフにされている期間のうち、ランプ信号Vrampが漸次変化する第2の期間となっている。第2の期間t17−t18の長さは、光信号Vsの可変範囲を考慮して、第2の期間t17−t18内において確実にコンパレータCOMの出力信号Voutが反転するように、かつ、無駄に長期間とならないように、設定されている。   The period t17 to t18 is equal to or shorter than the period of the first period t11 to t12 when the output signal of the amplification unit 51 is the optical signal Vs (therefore, when the signal of the vertical signal line 23 is the optical signal). A second period in which the ramp signal Vramp gradually changes, during a period in which the sampling switch SW1 of each column circuit 26 is once turned on during a period t14-t15 while the feedback switch SW2 is kept off and then turned off. It has become. The length of the second period t17-t18 is determined such that the output signal Vout of the comparator COM is inverted in the second period t17-t18 in consideration of the variable range of the optical signal Vs, and is wasteful. It is set so that it will not be long.

n行目の読み出し期間の垂直転送期間Tnが終了すると、引き続いてn行目の読み出し期間の水平転送期間となる。この水平転送期間において、水平走査回路30は、制御パルス発生回路29からの制御信号に従って、水平走査を行い、各列のカラム回路26の後述するデータ記憶部52のラッチA及びラッチBにそれぞれ記憶された第1及び第2のカウント値を順次mビットの第1及び第2の水平信号線34,35を介して減算器31に送出させる。減算器31は、受け取った第1及び第2のデジタル値の差分(光信号Vsとダーク信号Vdとの差分に相当)を取り、その差分を示すmビットのデジタル値を取得し、これを出力回路32に送出させる。出力回路32は、受け取ったデジタル値を、所定の信号形式の信号に変換し、画像データとして外部(図1中のデジタル信号処理部6)へ出力させる。   When the vertical transfer period Tn of the n-th row readout period ends, the horizontal transfer period of the n-th row readout period follows. In this horizontal transfer period, the horizontal scanning circuit 30 performs horizontal scanning according to the control signal from the control pulse generation circuit 29, and stores the data in the latches A and B of the data storage unit 52 of the column circuit 26 in each column, which will be described later. The subtracted first and second count values are sequentially transmitted to the subtractor 31 via m-bit first and second horizontal signal lines 34 and 35. The subtractor 31 calculates a difference between the received first and second digital values (corresponding to a difference between the optical signal Vs and the dark signal Vd), obtains an m-bit digital value indicating the difference, and outputs the digital value. It is sent to the circuit 32. The output circuit 32 converts the received digital value into a signal of a predetermined signal format, and outputs it as image data to the outside (digital signal processing unit 6 in FIG. 1).

なお、減算器31を取り除き、第1及び第2のデジタル値をそれぞれ出力回路32を介して図1中のデジタル信号処理部6へ出力し、デジタル信号処理部6で前記第1及び第2のデジタル値の差分を取るようにしてもよい。   Note that the subtractor 31 is removed, and the first and second digital values are output to the digital signal processing unit 6 in FIG. 1 via the output circuit 32, and the digital signal processing unit 6 outputs the first and second digital values. The difference between the digital values may be obtained.

以上、n行目の読み出し期間について説明したが、他の行の読み出し期間の動作も、n行目の読み出し期間の動作と同様である。   The reading period of the n-th row has been described above, but the operation of the reading period of the other rows is the same as the operation of the reading period of the n-th row.

なお、以上説明した動作例では、各行の読み出し期間(1水平期間)が重複することなく順次行われるものとした。しかしながら、これに限らず、ある行の読み出し期間と次の行の読み出し期間とを一部重複させることも可能である。この場合、例えば、図6において、制御信号φSEL(n)を時点t16以降ローレベルにし、時点t16よりも若干後の時点から、次のn+1行目の読み出し期間を開始させてもよい。   In the operation example described above, the reading periods (one horizontal period) of each row are sequentially performed without overlapping. However, the present invention is not limited to this, and the reading period of a certain row and the reading period of the next row may partially overlap. In this case, for example, in FIG. 6, the control signal φSEL (n) may be set to a low level after time t16, and the reading period of the next (n + 1) th row may be started from a time slightly after time t16.

ところで、本実施の形態では、図2に示すように、ランプ信号発生回路27は固体撮像装置4における行方向の一方側(図2中の左側)に配置され、各カラム回路26の第1の容量C1の前記他方電極(第1の入力部)を共通に接続する第1の配線61の図2中左側に、ランプ信号Vrampが供給されている。また、本実施の形態では、各カラム回路26の第2の容量C2の前記他方電極(第2の入力部)を共通に接続する第2の配線62の図2中左側に、基準電圧GNDが供給され、第2の配線62の図2中右側には基準電圧GNDが供給されていない。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the ramp signal generation circuit 27 is arranged on one side (the left side in FIG. 2) of the solid-state imaging device 4 in the row direction, and the first signal of each column circuit 26 is provided. The ramp signal Vramp is supplied to the left side in FIG. 2 of the first wiring 61 that connects the other electrode (first input section) of the capacitor C1 in common. Further, in the present embodiment, the reference voltage GND is provided on the left side in FIG. 2 of the second wiring 62 that commonly connects the other electrode (second input unit) of the second capacitor C2 of each column circuit 26. The reference voltage GND is not supplied to the right side in FIG. 2 of the second wiring 62.

図7は、図2中の第1及び第2の配線61,62を構成する配線パターン61a,61b,62a,62b等の具体例を模式的に示す概略平面図である。図7中の左右は図2中の左右と一致し、図7中の左右方向は画素21の行方向と一致している。   FIG. 7 is a schematic plan view schematically showing a specific example of the wiring patterns 61a, 61b, 62a, 62b and the like constituting the first and second wirings 61, 62 in FIG. The left and right in FIG. 7 correspond to the left and right in FIG. 2, and the left and right direction in FIG.

図7に示す例では、第1の配線61は、行方向(図7中の左右方向)に延びた主配線パターン61aと、コンタクト部61cによって主配線パターン61aに接続され列方向(図7中の上下方向)に延びて各カラム回路26の第1の容量C1に接続される副配線パターン61bとから構成されている。図7では、副配線パターン61bの階層は主配線パターン61aの階層と異なるので、副配線パターン61bを破線で示している。主配線パターン61aの図7中の左側がランプ信号発生回路27に接続され、主配線パターン61aの図7中の左側にランプ信号Vrampが供給される。   In the example shown in FIG. 7, the first wiring 61 is connected to the main wiring pattern 61a by a contact portion 61c in a column direction (in FIG. 7) and a main wiring pattern 61a extending in the row direction (the left-right direction in FIG. 7). And the sub-wiring pattern 61b connected to the first capacitor C1 of each column circuit 26. In FIG. 7, the hierarchy of the sub wiring pattern 61b is different from the hierarchy of the main wiring pattern 61a, so the sub wiring pattern 61b is shown by a broken line. The left side of the main wiring pattern 61a in FIG. 7 is connected to the ramp signal generation circuit 27, and the left side of the main wiring pattern 61a in FIG. 7 is supplied with the ramp signal Vramp.

図7に示す例では、第2の配線62は、行方向(図7中の左右方向)に延びた主配線パターン62aと、コンタクト部62cによって主配線パターン62aに接続され列方向(図7中の上下方向)に延びて各カラム回路26の第2の容量C2に接続される副配線パターン62bとから構成されている。図7では、副配線パターン62bの階層は主配線パターン62aの階層と異なるので、副配線パターン62bを破線で示している。主配線パターン62aの図7中の左側が接地電圧GND供給用の電極パッド63dに接続され、主配線パターン62aの図7中の左側に基準電圧GNDが供給される。一方、主配線パターン62aの図7中の右側には電極パッドは接続されていない。   In the example shown in FIG. 7, the second wiring 62 is connected to the main wiring pattern 62a by a main wiring pattern 62a extending in the row direction (left and right direction in FIG. 7) and the contact portion 62c, and is connected in the column direction (FIG. 7). And a sub-wiring pattern 62b connected to the second capacitor C2 of each column circuit 26. In FIG. 7, the hierarchy of the sub wiring pattern 62b is different from the hierarchy of the main wiring pattern 62a, so the sub wiring pattern 62b is shown by a broken line. The left side of the main wiring pattern 62a in FIG. 7 is connected to the electrode pad 63d for supplying the ground voltage GND, and the reference voltage GND is supplied to the left side of the main wiring pattern 62a in FIG. On the other hand, no electrode pad is connected to the right side of the main wiring pattern 62a in FIG.

図8は、図1中の固体撮像装置4(すなわち、図2に示す固体撮像装置4)を模式的に示す概略平面図である。固体撮像装置4は、図2に示す回路を搭載したチップ71と、開口72aを有しチップ71を収容した凹形状のパッケージ本体72と、所定の光透過特性を有し開口72aを封止する蓋体73とを有している。   FIG. 8 is a schematic plan view schematically showing the solid-state imaging device 4 in FIG. 1 (that is, the solid-state imaging device 4 shown in FIG. 2). The solid-state imaging device 4 seals the chip 71 on which the circuit shown in FIG. 2 is mounted, a concave package body 72 having the opening 72a and containing the chip 71, and the opening 72a having predetermined light transmission characteristics. And a lid 73.

図8に示すように、チップ71には、電極パッド63a〜63gが形成されている。図8中の電極パッド63dは、図7中の接地電圧GND供給用の電極パッド63dを示している。   As shown in FIG. 8, the chip 71 has electrode pads 63a to 63g formed thereon. The electrode pad 63d in FIG. 8 indicates the electrode pad 63d for supplying the ground voltage GND in FIG.

パッケージ本体72には、内部端子73a〜73h、及び、これらにそれぞれ1対1に電気的に接続された外部端子74a〜74hが設けられている。内部端子73a〜73gとチップ71の電極パッド63a〜63gとの間がそれぞれ、ボンディングワイヤ75によって電気的に接続されている。本例では、内部端子73h及び外部端子74hは、予備として使用されていない。勿論、内部端子73h及び外部端子74hを、何らかの信号を内外間で授受するために用いてもよい。   The package body 72 is provided with internal terminals 73a to 73h and external terminals 74a to 74h that are electrically connected to the internal terminals 73a to 73h, respectively. The internal terminals 73a to 73g and the electrode pads 63a to 63g of the chip 71 are electrically connected by bonding wires 75, respectively. In this example, the internal terminal 73h and the external terminal 74h are not used as spares. Of course, the internal terminal 73h and the external terminal 74h may be used for transmitting and receiving a certain signal between inside and outside.

図9は、比較例による固体撮像装置104の概略構成を示す回路図であり、図2に対応している。図10は、図9中の第1及び第2の配線61,62を構成する配線パターン61a,61b,62a,62b等を模式的に示す概略平面図であり、図7に対応している。図11は、図9に示す比較例による固体撮像装置104を模式的に示す概略平面図であり、図8に対応している。図9乃至図11において、図2、図7及び図8中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。   FIG. 9 is a circuit diagram illustrating a schematic configuration of the solid-state imaging device 104 according to the comparative example, and corresponds to FIG. FIG. 10 is a schematic plan view schematically showing wiring patterns 61a, 61b, 62a, 62b and the like constituting the first and second wirings 61, 62 in FIG. 9, and corresponds to FIG. FIG. 11 is a schematic plan view schematically showing the solid-state imaging device 104 according to the comparative example shown in FIG. 9, and corresponds to FIG. 9 to 11, the same or corresponding elements as those in FIGS. 2, 7, and 8 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

この比較例による固体撮像装置104が本実施の形態の固体撮像装置4と異なる所は、以下に説明する点である。   The difference between the solid-state imaging device 104 according to the comparative example and the solid-state imaging device 4 of the present embodiment is as follows.

図2及び図9に示すように、本実施の形態の固体撮像装置4では、第2の配線62の図2中右側には基準電圧GNDが供給されていないのに対し、比較例による固体撮像装置104では、第2の配線62の耐ノイズ性を高めるべく、第2の配線62の図9中の左側のみならず図9中の右側においても基準電圧GNDが供給されている。   As shown in FIGS. 2 and 9, in the solid-state imaging device 4 according to the present embodiment, the reference voltage GND is not supplied to the right side of the second wiring 62 in FIG. In the device 104, the reference voltage GND is supplied not only to the left side in FIG. 9 of the second wiring 62 but also to the right side in FIG. 9 in order to increase the noise resistance of the second wiring 62.

これを実現するため、図7及び図10に示すように、本実施の形態の固体撮像装置4では、第2の配線62の主配線パターン62aの図7中の右側には電極パッドが接続されていないのに対し、比較例による固体撮像装置104では、第2の配線62の主配線パターン62aの図7中の右側には接地電圧GND供給用の電極パッド63hが接続されている。また、図8及び図9に示すように、本実施の形態の固体撮像装置4では、チップ71に電極パッド63hが設けられておらずに内部端子73h及び外部端子74hが予備として使用されていないのに対し、比較例による固体撮像装置104では、チップ71に電極パッド63hが設けられて電極パッド63hと内部端子73hとの間がボンディングワイヤ75によって電気的に接続され、外部端子74hから内部端子73h介して電極パッド63hに接地電圧GNDが供給されるようになっている。   To achieve this, as shown in FIGS. 7 and 10, in the solid-state imaging device 4 of the present embodiment, an electrode pad is connected to the right side of the main wiring pattern 62a of the second wiring 62 in FIG. In contrast, in the solid-state imaging device 104 according to the comparative example, an electrode pad 63h for supplying the ground voltage GND is connected to the right side of the main wiring pattern 62a of the second wiring 62 in FIG. As shown in FIGS. 8 and 9, in the solid-state imaging device 4 of the present embodiment, the chip 71 is not provided with the electrode pad 63 h, and the internal terminal 73 h and the external terminal 74 h are not used as spares. On the other hand, in the solid-state imaging device 104 according to the comparative example, the chip 71 is provided with the electrode pad 63h, the electrode pad 63h is electrically connected to the internal terminal 73h by the bonding wire 75, and the external terminal 74h is connected to the internal terminal 73h. The ground voltage GND is supplied to the electrode pad 63h via 73h.

比較例においても本実施の形態においても、第1の配線61の図中左側にランプ信号発生回路27からランプ信号Vrampが供給されるので、外乱等により第1の配線61にノイズが乗ると、第1の配線61の図中左側のノイズレベルは比較的小さく、第1の配線61の図中右側のノイズレベルは比較的大きく、第1の配線61の図中左右中央のノイズレベルは中程度となる。   In both the comparative example and the present embodiment, since the ramp signal Vramp is supplied from the ramp signal generation circuit 27 to the left side of the first wiring 61 in the drawing, if noise is applied to the first wiring 61 due to disturbance or the like, The noise level on the left side of the first wiring 61 in the figure is relatively low, the noise level on the right side of the first wiring 61 in the figure is relatively high, and the noise level of the first wiring 61 at the center on the left and right in the figure is moderate. Becomes

これに対し、比較例では、第2の配線62の図中左側及び右側の両側において基準電圧GNDが供給されるので、外乱等により第2の配線62にノイズが乗ると、第2の配線62の図中左側のノイズレベルは比較的小さく、第2の配線62の図中右側のノイズレベルも比較的小さく、第2の配線62の図中左右中央のノイズレベルは中程度となる。したがって、比較例では、第2の配線62におけるノイズレベルの分布状況が第1の配線61におけるノイズの分布状況と異なってしまい、第1の配線61の図中右側のノイズレベルと第2の配線62の図中右側のノイズレベルとの差が大きくなる。このため、比較例では、図中右側の列のカラム回路26において、ランプ信号Vrampに乗るノイズのレベルと基準電圧GNDに乗るノイズのレベルとの差、ひいては、AD変換のためにコンパレータCOMで比較される2つの信号(コンパレータCOMの非反転入力端子に入力される信号とコンパレータCOMの反転入力端子に入力される信号)にそれぞれ乗るノイズのレベルの差が大きくなる。よって、比較例では、図中右側の列のカラム回路26では、AD変換のためのコンパレータCOMによる比較結果の誤差が大きくなり、AD変換誤差が大きくなる。その結果、得られる画像において、そのノイズの影響を受けた縦筋が現れてしまい、画質が低下してしまう。   On the other hand, in the comparative example, since the reference voltage GND is supplied to both the left and right sides of the second wiring 62 in the drawing, if noise is applied to the second wiring 62 due to a disturbance or the like, the second wiring 62 The noise level on the left side in the figure is relatively low, the noise level on the right side in the figure of the second wiring 62 is also relatively low, and the noise level on the left and right center of the second wiring 62 in the figure is medium. Therefore, in the comparative example, the distribution state of the noise level in the second wiring 62 is different from the distribution state of the noise in the first wiring 61, and the noise level on the right side of the first wiring 61 in FIG. The difference from the noise level on the right side in FIG. For this reason, in the comparative example, in the column circuit 26 in the right column in the figure, the difference between the level of the noise on the ramp signal Vramp and the level of the noise on the reference voltage GND, and furthermore, the comparison is performed by the comparator COM for AD conversion. The difference between the levels of the noises of the two signals (the signal input to the non-inverting input terminal of the comparator COM and the signal input to the inverting input terminal of the comparator COM) increases. Therefore, in the comparative example, in the column circuit 26 in the right column in the figure, the error of the comparison result by the comparator COM for AD conversion increases, and the AD conversion error increases. As a result, a vertical streak affected by the noise appears in the obtained image, and the image quality deteriorates.

一方、本実施の形態では、第2の配線62の図中左側において基準電圧GNDが供給され第2の配線62の図中右側において基準電圧GNDが供給されないので、外乱等により第2の配線62にノイズが乗ると、第2の配線62の図中左側のノイズレベルは比較的小さく、第2の配線62の図中右側のノイズレベルは比較的大きく、第2の配線62の図中左右中央のノイズレベルは中程度となる。したがって、本実施の形態では、第2の配線62におけるノイズレベルの分布状況が第1の配線61におけるノイズの分布状況と同様となり、図中の左側や左右中央のみならず右側においても、第1の配線61のノイズレベルと第2の配線62のノイズレベルとの差が小さくなる。このため、本実施の形態では、図中いずれの列のカラム回路26においても、AD変換のためにコンパレータCOMで比較される2つの信号(コンパレータCOMの非反転入力端子に入力される信号とコンパレータCOMの反転入力端子に入力される信号)にそれぞれ乗るノイズのレベルの差が小さくなる。よって、本実施の形態では、いずれの列のカラム回路26においても、ランプ信号Vrampに乗るノイズのレベルと基準電圧GNDに乗るノイズのレベルとの差、ひいては、AD変換のためのコンパレータCOMによる比較結果の誤差が小さくなり、AD変換誤差が小さくなる。その結果、本実施の形態では、得られる画像において、そのノイズの影響を受けた縦筋が低減され、画質が向上する。   On the other hand, in the present embodiment, the reference voltage GND is supplied to the left side of the second wiring 62 in the drawing, and the reference voltage GND is not supplied to the right side of the second wiring 62 in the drawing. , The noise level on the left side of the second wiring 62 in the figure is relatively low, the noise level on the right side of the second wiring 62 in the figure is relatively high, Has a medium noise level. Therefore, in the present embodiment, the distribution of the noise level in the second wiring 62 is the same as the distribution of the noise in the first wiring 61. The difference between the noise level of the wiring 61 and the noise level of the second wiring 62 becomes smaller. For this reason, in the present embodiment, in the column circuits 26 of any column in the figure, two signals (a signal input to the non-inverting input terminal of the comparator COM and a signal input to the non-inverting input terminal of the comparator COM) are compared for AD conversion. The difference in the level of the noise on each of the signals input to the inverting input terminal of COM becomes small. Therefore, in the present embodiment, the difference between the level of the noise on the ramp signal Vramp and the level of the noise on the reference voltage GND in any one of the column circuits 26 in any column, and furthermore, the comparison by the comparator COM for AD conversion The resulting error is reduced, and the AD conversion error is reduced. As a result, in the present embodiment, in the obtained image, the vertical streaks affected by the noise are reduced, and the image quality is improved.

図12は、本実施の形態において固体撮像装置4に代えて用いることができる変形例による固体撮像装置204を模式的に示す概略平面図であり、図8及び図11に対応している。   FIG. 12 is a schematic plan view schematically showing a solid-state imaging device 204 according to a modification that can be used in place of the solid-state imaging device 4 in the present embodiment, and corresponds to FIGS. 8 and 11.

この固体撮像装置204は、比較例による固体撮像装置104において電極パッド63hと内部端子73hとの間のボンディングワイヤ75を取り除いたものであり、他の点は比較例による固体撮像装置104と全く同一である。この固体撮像装置204によっても、図2に示す第2の配線62に対する基準電圧GNDの供給状況を実現することができる。   This solid-state imaging device 204 is the same as the solid-state imaging device 104 according to the comparative example except that the bonding wires 75 between the electrode pads 63h and the internal terminals 73h are removed from the solid-state imaging device 104 according to the comparative example. It is. The solid-state imaging device 204 can also realize the supply state of the reference voltage GND to the second wiring 62 shown in FIG.

また、本発明では、比較例による固体撮像装置104であっても、その用い方によっては、固体撮像装置4に代えて用いることができる。すなわち、比較例による固体撮像装置104を用いる場合には、固体撮像装置4を搭載する配線板等において、外部端子74hを基準電圧GNDの箇所に接続せずに電気的に浮かすことで、図2に示す第2の配線62に対する基準電圧GNDの供給状況を実現することができる。   Further, in the present invention, the solid-state imaging device 104 according to the comparative example can be used instead of the solid-state imaging device 4 depending on how the solid-state imaging device 104 is used. That is, when the solid-state imaging device 104 according to the comparative example is used, the external terminals 74h are electrically floated on a wiring board or the like on which the solid-state imaging device 4 is mounted, without being connected to the location of the reference voltage GND. The supply state of the reference voltage GND to the second wiring 62 shown in FIG.

[第2の実施の形態]
図13は、本発明の第2の実施の形態による電子カメラで用いられる固体撮像装置304の概略構成を示す回路図であり、図2に対応している。図13において、図2中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
[Second embodiment]
FIG. 13 is a circuit diagram illustrating a schematic configuration of the solid-state imaging device 304 used in the electronic camera according to the second embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. 13, elements that are the same as elements in FIG. 2 or that correspond to elements in FIG.

本実施の形態による電子カメラが第1の実施の形態による電子カメラ1と異なる所は、固体撮像装置4に代えて、固体撮像装置304が用いられている点である。固体撮像装置304が固体撮像装置4と異なる所は、以下に説明する点である。   The electronic camera according to the present embodiment differs from the electronic camera 1 according to the first embodiment in that a solid-state imaging device 304 is used instead of the solid-state imaging device 4. The solid-state imaging device 304 is different from the solid-state imaging device 4 in the following points.

固体撮像装置304では、図13に示すように、図2中の各カラム回路26においてデータ記憶部52に代えてアップダウンカウンタ81が設けられ、カウンタ28及び減算器31が取り除かれ、水平信号線34,35に代えて水平信号線82が設けられている。   In the solid-state imaging device 304, as shown in FIG. 13, an up-down counter 81 is provided instead of the data storage unit 52 in each column circuit 26 in FIG. 2, the counter 28 and the subtractor 31 are removed, and the horizontal signal line A horizontal signal line 82 is provided instead of 34 and 35.

本実施の形態では、各カラム回路26のアップダウンカウンタ81には、制御パルス発生回路29から、アップダウンカウンタ81がダウンカウントモードで動作するのかアップカウントモードで動作するのかを指示するための制御信号φUDが入力されている。また、アップダウンカウンタ81には、制御パルス発生回路29からカウントクロックφCLKも入力されている。制御信号φUD及びカウントクロックφCLKはそれぞれ、各カラム回路26のアップダウンカウンタ81に共通して入力される。さらに、アップダウンカウンタ81には、対応するコンパレータCOMの出力信号も入力されている。   In the present embodiment, the control pulse generating circuit 29 controls the up / down counter 81 of each column circuit 26 to instruct whether the up / down counter 81 operates in the down count mode or the up count mode. Signal φUD is input. The count clock φCLK is also input to the up / down counter 81 from the control pulse generation circuit 29. The control signal φUD and the count clock φCLK are commonly input to the up / down counter 81 of each column circuit 26. Further, the output signal of the corresponding comparator COM is also input to the up / down counter 81.

アップダウンカウンタ81は、n行目の読み出し期間の垂直転送期間Tnにおいて、第1の期間t11−t12におけるランプ信号Vrampの変化開始時点t11から第1の期間t11−t12におけるコンパレータCOMの出力信号Voutの反転時点まで、ダウンカウントモード及びアップカウントモードのうちの一方のモードでカウントクロックφCLKをカウントし、その反転時点でのカウント値を保持する。また、アップダウンカウンタ81は、n行目の読み出し期間の垂直転送期間Tnにおいて、第2の期間t17−t18におけるランプ信号Vrampの変化開始時点t17から第2の期間t17−t18におけるコンパレータCOMの出力信号Voutの反転時点まで、ダウンカウントモード及びアップカウントモードのうちの他方のモードで、先に保持されていたカウント値からカウントクロックφCLKをカウントし、その反転時点でのカウント値を保持する。この保持されたカウント値は、前記第1の実施の形態において、データ記憶部52のラッチAに記憶されたカウント値とデータ記憶部52のラッチBに記憶されたカウント値の差分と等価である。   The up-down counter 81 outputs the output signal Vout of the comparator COM in the first period t11-t12 from the change start time t11 of the ramp signal Vramp in the first period t11-t12 in the vertical transfer period Tn of the n-th row reading period. Until the inversion time, the count clock φCLK is counted in one of the down-count mode and the up-count mode, and the count value at the inversion time is held. The up-down counter 81 outputs the output of the comparator COM in the second period t17-t18 from the start point t17 of the change of the ramp signal Vramp in the second period t17-t18 in the vertical transfer period Tn of the reading period of the n-th row. Until the signal Vout is inverted, in the other of the down-count mode and the up-count mode, the count clock φCLK is counted from the previously held count value, and the count value at the time of the inversion is held. The held count value is equivalent to the difference between the count value stored in the latch A of the data storage unit 52 and the count value stored in the latch B of the data storage unit 52 in the first embodiment. .

n行目の読み出し期間の垂直転送期間Tnが終了すると、引き続いてn行目の読み出し期間の水平転送期間となる。この水平転送期間において、水平走査回路30は、制御パルス発生回路29からの制御信号に従って、水平走査を行い、各列のカラム回路26のアップダウンカウンタ81に保持されているカウント値を順次mビットの水平信号線82を介して出力回路32に送出させる。出力回路32は、受け取ったデジタル値を、所定の信号形式の信号に変換し、画像データとして外部(図1中のデジタル信号処理部6)へ出力させる。   When the vertical transfer period Tn of the n-th row readout period ends, the horizontal transfer period of the n-th row readout period follows. In this horizontal transfer period, the horizontal scanning circuit 30 performs horizontal scanning according to the control signal from the control pulse generation circuit 29, and sequentially counts the count value held in the up / down counter 81 of the column circuit 26 of each column by m bits. To the output circuit 32 via the horizontal signal line 82. The output circuit 32 converts the received digital value into a signal of a predetermined signal format, and outputs it as image data to the outside (digital signal processing unit 6 in FIG. 1).

以上、n行目の読み出し期間について説明したが、他の行の読み出し期間の動作も、n行目の読み出し期間の動作と同様である。   The reading period of the n-th row has been described above, but the operation of the reading period of the other rows is the same as the operation of the reading period of the n-th row.

本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。   According to this embodiment, advantages similar to those of the first embodiment can be obtained.

なお、固体撮像装置4に対する前述の変形例と同様の変形を、本実施の形態における固体撮像装置304に対して適用してもよい。   Note that a modification similar to the above-described modification of the solid-state imaging device 4 may be applied to the solid-state imaging device 304 according to the present embodiment.

以上、本発明の各実施の形態及びその変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。   The embodiments of the present invention and the modifications thereof have been described above, but the present invention is not limited to these.

例えば、前記第1及び第2の実施の形態において、各カラム回路26において増幅部51に代わる増幅部として単なる反転増幅器を用いてもよい。また、例えば、各カラム回路26においてにおいて、増幅部51を取り除いて、垂直信号線23をサンプリングスイッチSW1に直接に接続してもよい。   For example, in the first and second embodiments, a simple inverting amplifier may be used as an amplifying unit instead of the amplifying unit 51 in each column circuit 26. Further, for example, in each column circuit 26, the vertical signal line 23 may be directly connected to the sampling switch SW1 by removing the amplifying unit 51.

1 電子カメラ
21 画素
23 垂直信号線
26 カラム回路(信号処理部)
61 第1の配線
62 第2の配線
COM コンパレータ
1 electronic camera 21 pixel 23 vertical signal line 26 column circuit (signal processing unit)
61 first wiring 62 second wiring COM comparator

Claims (8)

光電変換された電荷により生成される信号を含む第1信号をデジタル信号に変換するための第1コンパレータを有する第1信号処理部と、
前記第1信号処理部と並んで配置され、光電変換された電荷により生成される信号を含む第2信号をデジタル信号に変換するための第2コンパレータを有する第2信号処理部と、
前記第1信号処理部と前記第2信号処理部とが配置される領域の外側に配置され、ランプ信号を発生するランプ信号発生回路に接続される配線であって前記第1コンパレータと接続するための第1コンタクト部と前記第2コンパレータと接続するための第2コンタクト部とを有する第1配線と、
前記第1信号処理部と前記第2信号処理部とが配置される領域の外側に配置され、所定電圧が供給される電極パッドに接続される配線であって前記第1コンパレータと接続するための第3コンタクト部と前記第2コンパレータと接続するための第4コンタクト部とを有する第2配線と、を備え、
前記第1配線において、前記ランプ信号発生回路から前記第1コンタクト部までの配線の長さは、前記ランプ信号発生回路から前記第2コンタクト部までの配線の長さよりも短く、
前記第2配線において、前記電極パッドから前記第3コンタクト部までの配線の長さは、前記電極パッドから前記第4コンタクト部までの配線の長さよりも短い撮像素子。
A first signal processing unit having a first comparator for converting a first signal including a signal generated by the photoelectrically converted charges into a digital signal;
A second signal processing unit that is arranged alongside the first signal processing unit and has a second comparator for converting a second signal including a signal generated by the photoelectrically converted charges into a digital signal;
A wiring disposed outside the region where the first signal processing unit and the second signal processing unit are disposed and connected to a ramp signal generation circuit for generating a ramp signal, and connected to the first comparator; A first wiring having a first contact portion and a second contact portion for connecting to the second comparator;
A wiring connected to an electrode pad provided outside the region where the first signal processing unit and the second signal processing unit are provided and supplied with a predetermined voltage , and connected to the first comparator; A second wiring having a third contact portion and a fourth contact portion for connecting to the second comparator,
In the first wiring, a length of the wiring from the ramp signal generation circuit to the first contact portion is shorter than a length of the wiring from the ramp signal generation circuit to the second contact portion,
In the second wiring, the length of the wiring from the electrode pad to the third contact portion is shorter than the length of the wiring from the electrode pad to the fourth contact portion.
請求項1に記載の撮像素子において、
前記第1信号処理部に接続され、前記第1信号が出力される第1信号線と、
前記第2信号処理部に接続され、前記第2信号が出力される第2信号線と、
を備える撮像素子。
The imaging device according to claim 1,
A first signal line connected to the first signal processing unit and outputting the first signal;
A second signal line connected to the second signal processing unit and outputting the second signal;
An imaging device comprising:
請求項2に記載の撮像素子において、
前記第1信号線に接続され、光を電荷に変換する第1光電変換部と前記第1光電変換部で変換された電荷を転送するための第1転送部とを有する第1画素と、
前記第2信号線に接続され、光を電荷に変換する第2光電変換部と前記第2光電変換部で変換された電荷を転送するための第2転送部とを有する第2画素と、
前記第1転送部及び前記第2転送部に接続され、前記第1転送部及び前記第2転送部を制御するための制御信号が出力される制御線と、
を備える撮像素子。
The imaging device according to claim 2,
A first pixel connected to the first signal line, the first pixel having a first photoelectric conversion unit configured to convert light into electric charge, and a first transfer unit configured to transfer the electric charge converted by the first photoelectric conversion unit;
A second pixel connected to the second signal line, the second pixel including a second photoelectric conversion unit that converts light into electric charge, and a second transfer unit that transfers the electric charge converted by the second photoelectric conversion unit;
A control line connected to the first transfer unit and the second transfer unit and configured to output a control signal for controlling the first transfer unit and the second transfer unit;
An imaging device comprising:
請求項2に記載の撮像素子において、
前記第1信号線に接続され、光を電荷に変換する第1光電変換部と光を電荷に変換する第2光電変換部と前記第1光電変換部で変換された電荷を転送するための第1転送部と前記第2光電変換部で変換された電荷を転送するための第2転送部と前記第1光電変換部からの電荷と前記第2光電変換部からの電荷とが転送される第1フローティングディフュージョンとを有する第1画素ブロックと、
前記第2信号線に接続され、光を電荷に変換する第3光電変換部と光を電荷に変換する第4光電変換部と前記第3光電変換部で変換された電荷を転送するための第3転送部と前記第4光電変換部で変換された電荷を転送するための第4転送部と前記第3光電変換部からの電荷と前記第4光電変換部からの電荷とが転送される第2フローティングディフュージョンとを有する第2画素ブロックと、
前記第1転送部及び前記第3転送部に接続され、前記第1転送部及び前記第3転送部を制御するための制御信号が出力される第1制御線と、
前記第2転送部及び前記第4転送部に接続され、前記第2転送部及び前記第4転送部を制御するための制御信号が出力される第2制御線と、
を備える撮像素子。
The imaging device according to claim 2,
A first photoelectric conversion unit that is connected to the first signal line and converts light into electric charge, a second photoelectric conversion unit that converts light into electric charge, and a second photoelectric conversion unit that transfers the electric charge converted by the first photoelectric conversion unit. A second transfer unit for transferring the charges converted by the first transfer unit and the second photoelectric conversion unit; and a second transfer unit for transferring the charges from the first photoelectric conversion unit and the charges from the second photoelectric conversion unit. A first pixel block having one floating diffusion;
A third photoelectric conversion unit connected to the second signal line for converting light into electric charge, a fourth photoelectric conversion unit for converting light into electric charge, and a third photoelectric conversion unit for transferring the electric charge converted by the third photoelectric conversion unit. A third transfer unit for transferring the charges converted by the third transfer unit and the fourth photoelectric conversion unit; and a fourth transfer unit for transferring the charges from the third photoelectric conversion unit and the charges from the fourth photoelectric conversion unit. A second pixel block having two floating diffusions;
A first control line connected to the first transfer unit and the third transfer unit and configured to output a control signal for controlling the first transfer unit and the third transfer unit;
A second control line connected to the second transfer unit and the fourth transfer unit and configured to output a control signal for controlling the second transfer unit and the fourth transfer unit;
An imaging device comprising:
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1コンパレータは、演算増幅器により構成され、
前記第2コンパレータは、演算増幅器により構成される撮像素子。
The imaging device according to any one of claims 1 to 4,
The first comparator includes an operational amplifier,
The second comparator is an imaging device including an operational amplifier.
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記電極パッドは、ワイヤにより外部に配置される端子と接続される撮像素子。
The imaging device according to any one of claims 1 to 5,
The image pickup device wherein the electrode pad is connected to a terminal arranged outside by a wire.
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子が収容されるパッケージと、
前記電極パッドと前記パッケージに配置される端子とを接続するための接続部と、
を備える撮像装置。
An imaging device according to any one of claims 1 to 5,
A package in which the image sensor is housed;
A connection unit for connecting the electrode pad and a terminal arranged on the package,
An imaging device comprising:
請求項7に記載の撮像装置において、
前記接続部は、前記電極パッドと前記端子とを接続するワイヤを有する撮像装置。
The imaging device according to claim 7,
The imaging device, wherein the connection unit includes a wire connecting the electrode pad and the terminal.
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