JP7029890B2 - 撮像素子、撮像素子の制御方法、及び、電子機器 - Google Patents
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Description
前記第2のトランジスタに、電流源を構成させることができる。
前記第1のトランジスタの極性を、前記第2のトランジスタの極性と逆にすることができる。
前記比較器に、ゲートが前記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタの間にある第2のノードに接続され、ソースまたはドレインが第5の電圧が供給される第3の配線に接続された第3のトランジスタをさらに設けることができる。
前記第3のトランジスタのゲートを、スイッチを介して前記第1のノードに接続させることができる。
前記第5の電圧を、前記第4の電圧と等しくすることができる。
前記第3のトランジスタの極性を、前記第2のトランジスタの極性と逆にすることができる。
前記比較器に、ソース又はドレインのうち一方が前記第3のトランジスタに接続され、他方が第6の電圧が供給される第4の配線に接続された第4のトランジスタをさらに設けることができる。
前記第6の電圧を、前記第3の電圧と等しくすることができる。
前記第1のトランジスタの電流量を、前記第2のトランジスタの電流量と等しくすることができる。
1.第1の実施形態(比較器に差動型のアンプを用いた例)
2.第1の実施形態の変形例
3.第2の実施形態(比較器にシングル型のアンプを用いた例)
4.第2の実施形態の変形例
5.第3の実施形態
6.第3の実施形態の変形例
7.その他の変形例
8.撮像素子の適用例
まず、図1乃至図6を参照して、本技術の第1の実施形態について説明する。
図1は、本技術を適用した撮像素子100の一実施の形態を示すブロック図である。
図2は、画素部101に設けられる画素150の構成例を示す回路図である。
図3は、図1の比較器121に適用される比較器200の構成例を示す回路図である。
次に、図4のタイミングチャートを参照して、比較器200の動作について説明する。図4は、駆動信号AZSW1、参照信号RAMP、画素信号VSL、ノードVSH、ノードHiZ、及び、出力信号OUT1のタイミングチャートを示している。
次に、図7乃至図19を参照して、第1の実施形態の変形例、特に比較器200の変形例について説明する。
図7は、比較器200の第1の変形例である比較器200aの構成例を示す回路図である。なお、図中、図3の比較器200と対応する部分には同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図8は、比較器200の第2の変形例である比較器200bの構成例を示す回路図である。なお、図中、図3の比較器200と対応する部分には同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図9は、比較器200の第3の変形例である比較器200cの構成例を示す回路図である。なお、図中、図7の比較器200aと対応する部分には同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図10は、比較器200の第4の変形例である比較器200dの構成例を示す回路図である。なお、図中、図3の比較器200と対応する部分には同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図12は、比較器200の第5の変形例である比較器200eの構成例を示す回路図である。なお、図中、図7の比較器200a及び図10の比較器200dと対応する部分には同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図13は、比較器200の第6の変形例である比較器200fの構成例を示す回路図である。なお、図中、図10の比較器200dと対応する部分には同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図14は、比較器200の第7の変形例である比較器200gの構成例を示す回路図である。なお、図中、図12の比較器200eと対応する部分には同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図15は、比較器200の第8の変形例である比較器200hの構成例を示す回路図である。なお、図中、図3の比較器200と対応する部分には同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図19は、比較器200の第9の変形例である比較器200iの構成例を示す回路図である。なお、図中、図17の比較器200haと対応する部分には同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
次に、図20及び図21を参照して、本技術の第2の実施形態について説明する。
図20は、本技術の第2の実施形態において、図1の撮像素子100の比較器121に適用される比較器300の構成例を示す回路図である。
次に、図21のタイミングチャートを参照して、比較器300の動作について説明する。図21は、駆動信号AZSW1、画素信号VSL、参照信号RAMP、ノードHiZ、及び、出力信号OUT1のタイミングチャートを示している。
次に、図22乃至図32を参照して、第2の実施形態の変形例、特に比較器300の変形例について説明する。
図22は、比較器300の第1の変形例である比較器300aの構成例を示す回路図である。なお、図中、図20の比較器300と対応する部分には同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図23は、比較器300の第2の変形例である比較器300bの構成例を示す回路図である。なお、図中、図20の比較器300と対応する部分には同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図24は、比較器300の第3の変形例である比較器300cの構成例を示す回路図である。なお、図中、図21の比較器300aと対応する部分には同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図25は、比較器300の第4の変形例である比較器300dの構成例を示す回路図である。なお、図中、図23の比較器300bと対応する部分には同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図26は、比較器300の第5の変形例である比較器300eの構成例を示す回路図である。なお、図中、図24の比較器300c及び図25の比較器300dと対応する部分には同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図27は、比較器300の第6の変形例である比較器300fの構成例を示す回路図である。なお、図中、図25の比較器300dと対応する部分には同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図29は、比較器300の第7の変形例である比較器300gの構成例を示す回路図である。なお、図中、図26の比較器300e及び図27の比較器300fと対応する部分には同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図30は、比較器300の第8の変形例である比較器300hの構成例を示す回路図である。なお、図中、図20の比較器300と対応する部分には同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図1の撮像素子100においては、画素部101の画素列毎にADCが設けられている。すなわち、同じ画素列の画素150の画素信号VSLは、同じADCによりAD変換され、異なる画素列の画素150の画素信号VSLは、異なるADCによりAD変換される。従って、各画素列のADCを構成する比較器121の画素信号VSLの入力容量(例えば、図3のキャパシタC11)、及び、参照信号RAMPの入力容量(例えば、図3のキャパシタC12)にミスマッチ(バラツキ)があると、各画素列のADCのゲイン(以下、AD変換ゲインと称する)にミスマッチ(バラツキ)が生じる。そして、この画素列間のAD変換ゲインのミスマッチにより、画像データに縦筋が発生するおそれがある。
図33は、本技術の第3の実施形態において、図1の撮像素子100の比較器121に適用される比較器400の構成例を示す回路図である。
次に、図35乃至図38を参照して、第3の実施形態の変形例について説明する。
以下、上述した本技術の実施形態の変形例について説明する。
以下、本技術を適用した撮像素子の適用例について説明する。
図39は、上述の撮像素子の使用例を示す図である。
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供され
装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
図40は、撮像素子を適用した電子機器500の構成例を示す図である。
また、例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図43は、本開示に係る技術を適用し得る積層型の固体撮像装置の構成例の概要を示す図である。
複数の画素が配置されている画素部と、
前記画素の画素信号及び前記画素信号と逆方向に線形に変化する参照信号を容量を介して加算した信号による第1の電圧と基準となる第2の電圧とを比較した結果に基づいて、前記画素信号のAD(アナログ-デジタル)変換を行うAD変換部と
を備える撮像素子。
(2)
前記AD変換部は、
前記第1の電圧と前記第2の電圧とを比較し、比較結果を示す出力信号を出力する比較器を
備える前記(1)に記載の撮像素子。
(3)
前記比較器は、
前記第1の電圧が第1の入力に入力され、前記出力信号を出力する第1のアンプを
備える前記(2)に記載の撮像素子。
(4)
第1の容量と、
第2の容量と
をさらに備え、
前記画素信号は、前記第1の容量を介して前記第1の入力に入力され、
前記参照信号は、前記第2の容量を介して前記第1の入力に入力される
前記(3)に記載の撮像素子。
(5)
前記第1の容量及び前記第2の容量のうち少なくとも1つが可変である
前記(4)に記載の撮像素子。
(6)
前記第1の容量に用いるキャパシタの組合せ、及び、前記第2の容量に用いるキャパシタの組合せのうち少なくとも1つが可変である
前記(5)に記載の撮像素子。
(7)
前記AD変換部は、前記画素部の画素列毎に設けられ、
各前記AD変換部がAD変換を行う場合に、前記画素列の途中で、前記第1の容量に用いるキャパシタの組合せ、及び、前記第2の容量に用いるキャパシタの組合せのうち少なくとも1つを1回以上変更する制御部を
さらに備える前記(6)に記載の撮像素子。
(8)
複数の前記画素列で複数の前記AD変換部を共有し、
前記制御部は、前記画素列の途中で、前記画素列と前記AD変換部との組合せを1回以上変更する
前記(7)に記載の撮像素子。
(9)
前記第1のアンプは差動アンプであり、前記第2の電圧が第2の入力に入力される
前記(3)乃至(8)のいずれかに記載の撮像素子。
(10)
前記第2の入力と電源又はグラウンドとの間に接続されているキャパシタを
さらに備える前記(9)に記載の撮像素子。
(11)
前記第1のアンプは、シングル型のアンプである
前記(3)乃至(8)のいずれかに記載の撮像素子。
(12)
前記第1のアンプは、ソース接地型のアンプである
前記(11)に記載の撮像素子。
(13)
前記第2の電圧は、前記第1のアンプの前記第1の入力と出力を短絡したときの前記第1の入力の電圧に設定される
前記(12)に記載の撮像素子。
(14)
前記第1のアンプの出力に接続されているクランプ回路を
さらに備える前記(12)又は(13)に記載の撮像素子。
(15)
前記第1のアンプの電流源を構成するトランジスタと、
前記トランジスタのゲートに印加するバイアス電圧を保持するサンプルホールド回路と
をさらに備える前記(12)乃至(14)のいずれかに記載の撮像素子。
(16)
前記第1のアンプの出力を増幅する第2のアンプを
さらに備える前記(3)乃至(15)のいずれかに記載の撮像素子。
(17)
前記AD変換部は、
前記第1の電圧と前記第2の電圧との比較を開始してから前記出力信号が反転するまでのカウント値を求めるカウンタを
さらに備える前記(2)乃至(16)のいずれかに記載の撮像素子。
(18)
前記AD変換部は、前記画素部の画素列毎に設けられている
前記(1)乃至(17)のいずれかに記載の撮像素子。
(19)
画素信号及び前記画素信号と逆方向に線形に変化する参照信号を容量を介して加算した信号による第1の電圧と基準となる第2の電圧とを比較した結果に基づいて、前記画素信号のAD(アナログ-デジタル)変換を行う
撮像素子の制御方法。
(20)
撮像素子と、
前記撮像素子から出力される信号を処理する信号処理部と
を備え、
前記撮像素子は、
複数の画素が配置されている画素部と、
前記画素の画素信号及び前記画素信号と逆方向に線形に変化する参照信号を容量を介して加算した信号による第1の電圧と基準となる第2の電圧とを比較した結果に基づいて、前記画素信号のAD(アナログ-デジタル)変換を行うAD変換部と
を備える電子機器。
Claims (25)
- 複数の画素が配置されている画素部と、
前記画素の画素信号及び前記画素信号と逆方向に線形に変化する参照信号を容量を介して加算した信号による第1の電圧と基準となる第2の電圧とを比較した結果に基づいて、前記画素信号のAD(アナログ-デジタル)変換を行うAD変換部と
を備え、
前記AD変換部は、前記第1の電圧と前記第2の電圧とを比較し、比較結果を示す出力信号を出力する比較器を備え、
前記比較器は、前記第1の電圧が入力され、前記出力信号を出力するシングル型の第1のアンプを備える
撮像素子。 - 第1の容量と、
第2の容量と
をさらに備え、
前記画素信号は、前記第1の容量を介して前記第1のアンプに入力され、
前記参照信号は、前記第2の容量を介して前記第1のアンプに入力される
請求項1に記載の撮像素子。 - 前記第1の容量及び前記第2の容量のうち少なくとも1つが可変である
請求項2に記載の撮像素子。 - 前記第1の容量に用いるキャパシタの組合せ、及び、前記第2の容量に用いるキャパシタの組合せのうち少なくとも1つが可変である
請求項3に記載の撮像素子。 - 前記AD変換部は、前記画素部の画素列毎に設けられ、
各前記AD変換部がAD変換を行う場合に、前記画素列の途中で、前記第1の容量に用いるキャパシタの組合せ、及び、前記第2の容量に用いるキャパシタの組合せのうち少なくとも1つを1回以上変更する制御部を
さらに備える請求項4に記載の撮像素子。 - 複数の前記画素列で複数の前記AD変換部を共有し、
前記制御部は、前記画素列の途中で、前記画素列と前記AD変換部との組合せを1回以上変更する
請求項5に記載の撮像素子。 - 前記第1のアンプは、
前記第1の容量及び前記第2の容量が接続された第1のノードにゲートが接続された第1のトランジスタと、
第3の電圧が供給される第1の配線と前記第1のトランジスタとの間に設けられた第2のトランジスタと
を備え、
前記第1のトランジスタは、前記第3の電圧とは異なる第4の電圧が供給される第2の配線と前記第2のトランジスタとの間に設けられている
請求項2に記載の撮像素子。 - 前記第2のトランジスタは、電流源を構成する
請求項7に記載の撮像素子。 - 前記第1のトランジスタの極性は、前記第2のトランジスタの極性と逆である
請求項7に記載の撮像素子。 - 前記比較器は、
ゲートが前記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタの間にある第2のノードに接続され、ソースまたはドレインが第5の電圧が供給される第3の配線に接続された第3のトランジスタを
さらに備える請求項7に記載の撮像素子。 - 前記第3のトランジスタのゲートは、スイッチを介して前記第1のノードに接続されている
請求項10に記載の撮像素子。 - 前記第5の電圧は、前記第4の電圧と等しい
請求項10に記載の撮像素子。 - 前記第3のトランジスタの極性は、前記第2のトランジスタの極性と逆である
請求項10に記載の撮像素子。 - 前記比較器は、
ソース又はドレインのうち一方が前記第3のトランジスタに接続され、他方が第6の電圧が供給される第4の配線に接続された第4のトランジスタを
さらに備える請求項10に記載の撮像素子。 - 前記第6の電圧は、前記第3の電圧と等しい
請求項14に記載の撮像素子。 - 前記第1のトランジスタの電流量は、前記第2のトランジスタの電流量に等しい
請求項7に記載の撮像素子。 - 前記第1のアンプは、ソース接地型のアンプである
請求項1に記載の撮像素子。 - 前記第2の電圧は、前記第1のアンプの入力と出力を短絡したときの前記第1のアンプの入力の電圧に設定される
請求項17に記載の撮像素子。 - 前記第1のアンプの出力に接続されているクランプ回路を
さらに備える請求項17に記載の撮像素子。 - 前記第1のアンプの電流源を構成するトランジスタと、
前記トランジスタのゲートに印加するバイアス電圧を保持するサンプルホールド回路と
をさらに備える請求項17に記載の撮像素子。 - 前記第1のアンプの出力を増幅する第2のアンプを
さらに備える請求項1に記載の撮像素子。 - 前記AD変換部は、
前記第1の電圧と前記第2の電圧との比較を開始してから前記出力信号が反転するまでのカウント値を求めるカウンタを
さらに備える請求項1に記載の撮像素子。 - 前記AD変換部は、前記画素部の画素列毎に設けられている
請求項1に記載の撮像素子。 - 画素信号及び前記画素信号と逆方向に線形に変化する参照信号を容量を介して加算した信号による第1の電圧をシングル型のアンプに入力し、
前記アンプが、前記第1の電圧と基準となる第2の電圧とを比較した結果を示す出力信号を出力し、
前記出力信号に基づいて、前記画素信号のAD(アナログ-デジタル)変換を行う
撮像素子の制御方法。 - 撮像素子と、
前記撮像素子から出力される信号を処理する信号処理部と
を備え、
前記撮像素子は、
複数の画素が配置されている画素部と、
前記画素の画素信号及び前記画素信号と逆方向に線形に変化する参照信号を容量を介して加算した信号による第1の電圧と基準となる第2の電圧とを比較した結果に基づいて、前記画素信号のAD(アナログ-デジタル)変換を行うAD変換部と
を備え、
前記AD変換部は、前記第1の電圧と前記第2の電圧とを比較し、比較結果を示す出力信号を出力する比較器を備え、
前記比較器は、前記第1の電圧が入力され、前記出力信号を出力するシングル型の第1のアンプを備える
電子機器。
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