JP7114565B2 - アナログ-デジタル変換器、固体撮像素子、及び、電子機器 - Google Patents
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Description
量子化回路部を有するΔΣ変調器、
量子化回路部のデジタル出力を、偶数番目のデジタル値と奇数番目のデジタル値とに振り分けるスプリッター、
偶数番目のデジタル値及び奇数番目のデジタル値を別々に伝送する2系統の伝送パス、及び、
2系統の伝送パスによって伝送される偶数番目のデジタル値及び奇数番目のデジタル値を処理してアナログ-デジタル変換値として出力するデジタルフィルタ、
を備える。
光電変換部を含む単位画素が行列状に配置されて成る画素アレイ部、及び、
単位画素から出力されるアナログ画素信号をデジタル画素信号に変換するアナログ-デジタル変換器を含むカラム処理部を備え、
アナログ-デジタル変換器として、上記の構成のアナログ-デジタル変換器を用いる。また、上記の目的を達成するための本開示の電子機器は、上記の構成の固体撮像素子を有する。
1.本開示のアナログ-デジタル変換器、固体撮像素子、及び、電子機器、全般に関する説明
2.本開示のアナログ-デジタル変換器
2-1.基本形(伝送パスが1本の例)
2-2.実施例1(1bitのΔΣ変調器を有する場合の例)
2-3.実施例2(マルチbitのΔΣ変調器を有する場合の例)
2-4.実施例3(実施例1の変形例:スプリッターの具体的な回路例1)
2-5.実施例4(実施例1の変形例:スプリッターの具体的な回路例2)
3.本開示の固体撮像素子(CMOSイメージセンサの例)
3-1.基本的なシステム構成
3-2.積層構造
4.本開示の電子機器(撮像装置の例)
5.本開示がとることができる構成
本開示のアナログ-デジタル変換器、固体撮像素子、及び、電子機器にあっては、ΔΣ変調器は、1bitのΔΣ変調器である構成とすることができる。あるいは又、ΔΣ変調器は、マルチbitのΔΣ変調器である構成とすることができる。
本開示のアナログ-デジタル変換器(AD変換器)は、直流信号や低周波の入力信号を低分解能(1bit~数bit)で高サンプリングレートのデジタル信号に変換するΔΣ変調器を用いるΔΣアナログ-デジタル変換器である。ΔΣアナログ-デジタル変換器は、ΔΣ変調器の後段に、デシメーションフィルタと呼称されるデジタルフィルタを有する。デシメーションフィルタは、ΔΣ変調器から出力される、低分解能で高サンプリングレートのデジタル信号を、高分解能で低サンプリングレートのアナログ-デジタル変換値に変換する。
先ず、ΔΣアナログ-デジタル変換器の基本形について、図1を用いて説明する。図1は、ΔΣアナログ-デジタル変換器の基本形を示すブロック図である。この基本形に係るΔΣアナログ-デジタル変換器は、本開示の従来例に係るΔΣアナログ-デジタル変換器でもある。
実施例1は、1bitのΔΣ変調器を有する場合の例である。図2は、実施例1に係るΔΣアナログ-デジタル変換器1の回路構成を示すブロック図である。
実施例2は、マルチbitのΔΣ変調器を有する場合の例である。図5は、実施例2に係るΔΣアナログ-デジタル変換器1の回路構成を示すブロック図である。
実施例3は、実施例1の変形例であり、量子化回路部12を構成する比較器121のデジタル出力を、偶数番目のデジタル値と奇数番目のデジタル値とに振り分けるスプリッター14の具体的な回路例1に関する。実施例3に係るΔΣアナログ-デジタル変換器1の回路構成を図7に示し、実施例3に係るΔΣアナログ-デジタル変換器の各部の波形を図8に示す。
実施例4は、実施例1の変形例であり、量子化回路部12を構成する比較器121のデジタル出力を、偶数番目のデジタル値と奇数番目のデジタル値とに振り分けるスプリッター14の具体的な回路例2に関する。実施例4に係るΔΣアナログ-デジタル変換器1の回路構成を図9に示し、実施例4に係るΔΣアナログ-デジタル変換器1の各部の波形を図10に示す。
[基本的なシステム構成]
図11は、本開示の固体撮像素子の基本的なシステム構成を示す概略構成図である。ここでは、固体撮像素子として、X-Yアドレス方式の固体撮像素子の一種であるCMOSイメージセンサを例に挙げて説明する。CMOSイメージセンサとは、CMOSプロセスを応用して、または、部分的に使用して作成されたイメージセンサである。
また、上記のCMOSイメージセンサ60では、画素アレイ部61と同じ半導体基板上に、アナログ-デジタル変換器631を含むカラム処理部63や、信号処理部68などの周辺回路部を形成した、所謂、平置構造のCMOSイメージセンサを例に挙げて説明したが、平置構造のCMOSイメージセンサへの適用に限られるものではない。すなわち、複数の半導体基板が互いに積層されて成る、所謂、積層構造のCMOSイメージセンサにも適用することができる。積層構造の一具体例としては、例えば図13に示すように、画素アレイ部61が形成された半導体基板81と、アナログ-デジタル変換器631を含むカラム処理部63や、信号処理部68、データ格納部69等の周辺回路部が形成された半導体基板82とが積層されて成る積層構造を例示することができる。
上述した本開示の固体撮像素子は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、携帯電話機などの撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像素子を用いる複写機などの電子機器全般において、その撮像部(画像取込部)として用いることができる。尚、固体撮像素子はワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。電子機器に搭載される上記モジュール状の形態、即ち、カメラモジュールを撮像装置とする場合もある。
図14は、本開示の電子機器の一例である撮像装置の構成を示すブロック図である。図14に示すように、本例に係る撮像装置100は、レンズ群等を含む撮像光学系101、撮像部102、DSP回路103、フレームメモリ104、表示装置105、記録装置106、操作系107、及び、電源系108等を有している。そして、DSP回路103、フレームメモリ104、表示装置105、記録装置106、操作系107、及び、電源系108がバスライン109を介して相互に接続された構成となっている。
尚、本開示は、以下のような構成をとることもできる。
≪A.アナログ-デジタル変換器≫
[A-1]量子化回路部を有するΔΣ変調器、
量子化回路部のデジタル出力を、偶数番目のデジタル値と奇数番目のデジタル値とに振り分けるスプリッター、
偶数番目のデジタル値及び奇数番目のデジタル値を別々に伝送する2系統の伝送パス、及び、
2系統の伝送パスによって伝送される偶数番目のデジタル値及び奇数番目のデジタル値を処理してアナログ-デジタル変換値として出力するデジタルフィルタ、
を備えるアナログ-デジタル変換器。
[A-2]ΔΣ変調器は、1bitのΔΣ変調器である、
上記[A-1]に記載のアナログ-デジタル変換器。
[A-3]ΔΣ変調器は、マルチbitのΔΣ変調器である、
上記[A-1]に記載のアナログ-デジタル変換器。
[A-4]スプリッターは、D-フリップフロップを用いて構成されている、
上記[A-1]から上記[A-3]のいずれかに記載のアナログ-デジタル変換器。
[A-5]スプリッターは、RS-フリップフロップを用いて構成されている、
上記[A-1]から上記[A-3]のいずれかに記載のアナログ-デジタル変換器。
[A-6]偶数番目のデジタル値と奇数番目のデジタル値とを合成し、デジタル-アナログ変換部を介して入力側にフィードバックする、
上記[A-4]又は上記[A-5]に記載のアナログ-デジタル変換器。
≪B.固体撮像素子≫
[B-1]光電変換部を含む単位画素が行列状に配置されて成る画素アレイ部、及び、
単位画素から出力されるアナログ画素信号をデジタル画素信号に変換するアナログ-デジタル変換器を含むカラム処理部を備え、
アナログ-デジタル変換器は、
量子化回路部を有するΔΣ変調器、
量子化回路部のデジタル出力を、偶数番目のデジタル値と奇数番目のデジタル値とに振り分けるスプリッター、
偶数番目のデジタル値及び奇数番目のデジタル値を別々に伝送する2系統の伝送パス、及び、
2系統の伝送パスによって伝送される偶数番目のデジタル値及び奇数番目のデジタル値を処理してアナログ-デジタル変換値として出力するデジタルフィルタ、
を備える、
固体撮像素子。
[B-2]カラム処理部において、ΔΣ変調器及びデジタルフィルタはそれぞれ複数、画素列方向に並んで配置されている、
上記[B-1]に記載の固体撮像素子。
[B-3]ΔΣ変調器は、1bitのΔΣ変調器である、
上記[B-1]又は上記[B-2]に記載の固体撮像素子。
[B-4]ΔΣ変調器は、マルチbitのΔΣ変調器である、
上記[B-1]又は上記[B-2]に記載の固体撮像素子。
[B-5]スプリッターは、D-フリップフロップを用いて構成されている、
上記[B-1]から上記[B-4]のいずれかに記載の固体撮像素子。
[B-6]スプリッターは、RS-フリップフロップを用いて構成されている、
上記[B-1]から上記[B-4]のいずれかに記載の固体撮像素子。
[B-7]偶数番目のデジタル値と奇数番目のデジタル値とを合成し、デジタル-アナログ変換部を介して入力側にフィードバックする、
上記[B-5]又は上記[B-6]に記載の固体撮像素子。
≪C.電子機器≫
[C-1]光電変換部を含む単位画素が行列状に配置されて成る画素アレイ部、及び、
単位画素から出力されるアナログ画素信号をデジタル画素信号に変換するアナログ-デジタル変換器を含むカラム処理部を備え、
アナログ-デジタル変換器は、
量子化回路部を有するΔΣ変調器、
量子化回路部のデジタル出力を、偶数番目のデジタル値と奇数番目のデジタル値とに振り分けるスプリッター、
偶数番目のデジタル値及び奇数番目のデジタル値を別々に伝送する2系統の伝送パス、及び、
2系統の伝送パスによって伝送される偶数番目のデジタル値及び奇数番目のデジタル値を処理してアナログ-デジタル変換値として出力するデジタルフィルタ、
を備える、
固体撮像素子を有する電子機器。
[C-2]カラム処理部において、ΔΣ変調器及びデジタルフィルタはそれぞれ複数、画素列方向に並んで配置されている、
上記[C-1]に記載の電子機器。
[C-3]ΔΣ変調器は、1bitのΔΣ変調器である、
上記[C-1]又は上記[C-2]に記載の電子機器。
[C-4]ΔΣ変調器は、マルチbitのΔΣ変調器である、
上記[C-1]又は上記[C-2]に記載の電子機器。
[C-5]スプリッターは、D-フリップフロップを用いて構成されている、
上記[C-1]から上記[C-4]のいずれかに記載の電子機器。
[C-6]スプリッターは、RS-フリップフロップを用いて構成されている、
上記[C-1]から上記[C-4]のいずれかに記載の電子機器。
[C-7]偶数番目のデジタル値と奇数番目のデジタル値とを合成し、デジタル-アナログ変換部を介して入力側にフィードバックする、
上記[C-5]又は上記[C-6]に記載の電子機器。
Claims (17)
- 量子化回路部を有するΔΣ変調器、
量子化回路部のデジタル出力を、偶数番目のデジタル値と奇数番目のデジタル値とに振り分けるスプリッター、
前記偶数番目のデジタル値と前記奇数番目のデジタル値とを合成し、デジタル-アナログ変換して前記ΔΣ変調器の入力側にフィードバックするデジタル-アナログ変換部、
前記偶数番目のデジタル値及び前記奇数番目のデジタル値を別々に伝送する2系統の伝送パス、
及び、
前記2系統の伝送パスによって伝送される前記偶数番目のデジタル値及び前記奇数番目のデジタル値を処理してアナログ-デジタル変換値として出力するデジタルフィルタ、
を備え、
前記デジタルフィルタは、前記伝送パスによって伝送される前記偶数番目のデジタル値及び前記奇数番目のデジタル値に対し、前記スプリッターで振り分けられる前の順番で、前記ΔΣ変調器で発生した高周波量子化ノイズを取り除いて高分解能を得る処理を行う、アナログ-デジタル変換器。 - 前記ΔΣ変調器は、1bitのΔΣ変調器である、
請求項1に記載のアナログ-デジタル変換器。 - 前記ΔΣ変調器は、マルチbitのΔΣ変調器である、
請求項1に記載のアナログ-デジタル変換器。 - 前記スプリッターは、D-フリップフロップを用いて構成されている、
請求項1に記載のアナログ-デジタル変換器。 - 前記スプリッターは、RS-フリップフロップを用いて構成されている、
請求項1に記載のアナログ-デジタル変換器。 - 光電変換部を含む単位画素が行列状に配置されて成る画素アレイ部、及び、単位画素から出力されるアナログ画素信号をデジタル画素信号に変換するアナログ-デジタル変換器を含むカラム処理部を備え、
前記アナログ-デジタル変換器は、
量子化回路部を有するΔΣ変調器、
前記量子化回路部のデジタル出力を、偶数番目のデジタル値と奇数番目のデジタル値とに振り分けるスプリッター、
前記偶数番目のデジタル値と前記奇数番目のデジタル値とを合成し、デジタル-アナログ変換して前記ΔΣ変調器の入力側にフィードバックするデジタル-アナログ変換部、
前記偶数番目のデジタル値及び前記奇数番目のデジタル値を別々に伝送する2系統の伝送パス、及び、
前記2系統の伝送パスによって伝送される前記偶数番目のデジタル値及び前記奇数番目のデジタル値を処理してアナログ-デジタル変換値として出力するデジタルフィルタ、
を備え、
前記デジタルフィルタは、前記伝送パスによって伝送される前記偶数番目のデジタル値及び前記奇数番目のデジタル値に対し、前記スプリッターで振り分けられる前の順番で、前記ΔΣ変調器で発生した高周波量子化ノイズを取り除いて高分解能を得る処理を行う、固体撮像素子。 - 前記カラム処理部において、前記ΔΣ変調器及び前記デジタルフィルタはそれぞれ複数、画素列方向に並んで配置されている、
請求項6に記載の固体撮像素子。 - 前記ΔΣ変調器は、1bitのΔΣ変調器である、
請求項6に記載の固体撮像素子。 - 前記ΔΣ変調器は、マルチbitのΔΣ変調器である、
請求項6に記載の固体撮像素子。 - 前記スプリッターは、D-フリップフロップを用いて構成されている、
請求項6に記載の固体撮像素子。 - 前記スプリッターは、RS-フリップフロップを用いて構成されている、
請求項6に記載の固体撮像素子。 - 光電変換部を含む単位画素が行列状に配置されて成る画素アレイ部、及び、単位画素から出力されるアナログ画素信号をデジタル画素信号に変換するアナログ-デジタル変換器を含むカラム処理部を備え、
前記アナログ-デジタル変換器は、
量子化回路部を有するΔΣ変調器、
前記量子化回路部のデジタル出力を、偶数番目のデジタル値と奇数番目のデジタル値とに振り分けるスプリッター、
前記偶数番目のデジタル値と前記奇数番目のデジタル値とを合成し、デジタル-アナログ変換して前記ΔΣ変調器の入力側にフィードバックするデジタル-アナログ変換部、
前記偶数番目のデジタル値及び前記奇数番目のデジタル値を別々に伝送する2系統の伝送パス、
及び、
前記2系統の伝送パスによって伝送される前記偶数番目のデジタル値及び前記奇数番目のデジタル値を処理してアナログ-デジタル変換値として出力するデジタルフィルタ、
を備え、
前記デジタルフィルタは、前記伝送パスによって伝送される前記偶数番目のデジタル値及び前記奇数番目のデジタル値に対し、前記スプリッターで振り分けられる前の順番で、前記ΔΣ変調器で発生した高周波量子化ノイズを取り除いて高分解能を得る処理を行う、固体撮像素子を有する電子機器。 - 前記カラム処理部において、前記ΔΣ変調器及び前記デジタルフィルタはそれぞれ複数、画素列方向に並んで配置されている、
請求項12に記載の電子機器。 - 前記ΔΣ変調器は、1bitのΔΣ変調器である、
請求項12に記載の電子機器。 - 前記ΔΣ変調器は、マルチbitのΔΣ変調器である、
請求項12に記載の電子機器。 - 前記スプリッターは、D-フリップフロップを用いて構成されている、
請求項12に記載の電子機器。 - 前記スプリッターは、RS-フリップフロップを用いて構成されている、
請求項12に記載の電子機器。
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