JP7331180B2 - 撮像素子及び電子機器 - Google Patents
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Description
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。
ここで、電子シャッタ動作とは、光電変換素子の光電荷を捨てて、新たに露光を開始する(光電荷の蓄積を開始する)動作のことを言う。読出し走査系による読出し動作によって読み出される信号は、その直前の読出し動作又は電子シャッタ動作以降に入射した光量に対応する。そして、直前の読出し動作による読出しタイミングまたは電子シャッタ動作による掃出しタイミングから、今回の読出し動作による読出しタイミングまでの期間が、単位画素における光電荷の蓄積時間(露光時間)となる。
信号処理回路108は、生成した画像データを後段の装置に出力する。
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。
そして、スイッチSW71乃至スイッチSW74の状態が制御されることにより、画素信号VSLの入力容量と参照信号RAMPの入力容量の比が制御される。なお、スイッチSW71乃至スイッチSW74は、少なくとも1つがオフするように制御される。
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。
従って、比較器200iでは、入力端子T81を介して外部から入力されるバイアス電圧により基準電圧が設定される。
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。
このカスコードデバイスにより、キックバックの影響が参照信号RAMPの配線を介して他のADCに及び、ストリーキングが発生することが防止される。なお、性能の低下が許容される場合、PMOSトランジスタPT102及びNMOSトランジスタNT101を削除することも可能である。
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。
従って、比較器300の駆動用の電源VDD1の電圧を下げることができ、その結果、ADC群105の消費電力を下げ、撮像素子100の消費電力を下げることができる。
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。
これにより、画素信号VSL1の入力容量がキャパシタC202-2とキャパシタC203-2により構成され、参照信号RAMPの入力容量がキャパシタC201-2により構成される。
これにより、画素信号VSL1の入力容量がキャパシタC201-2とキャパシタC203-2により構成され、参照信号RAMPの入力容量がキャパシタC202-2により構成される。
キャパシタC203-1が、スイッチSW203-1を介して、端子T202に接続される。これにより、画素信号VSL2の入力容量がキャパシタC201-1とキャパシタC202-1により構成され、参照信号RAMPの入力容量がキャパシタC203-1により構成される。
これにより、画素信号VSL1の入力容量がキャパシタC201-2とキャパシタC202-2により構成され、参照信号RAMPの入力容量がキャパシタC203-2により構成される。
これにより、画素信号VSL2の入力容量がキャパシタC202-2とキャパシタC203-2により構成され、参照信号RAMPの入力容量がキャパシタC201-2により構成される。
これにより、画素信号VSL2の入力容量がキャパシタC201-2とキャパシタC203-2により構成され、参照信号RAMPの入力容量がキャパシタC202-2により構成される。
キャパシタC203-1が、スイッチSW203-1を介して、端子T202に接続される。これにより、画素信号VSL1の入力容量がキャパシタC201-1とキャパシタC202-1により構成され、参照信号RAMPの入力容量がキャパシタC203-1により構成される。
これにより、画素信号VSL2の入力容量がキャパシタC201-2とキャパシタC202-2により構成され、参照信号RAMPの入力容量がキャパシタC203-2により構成される。
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。
マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。
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。
さらに、ロジックダイ23024には、複数層、本例では3層の配線23170を有する配線層23161が形成される。また、ロジックダイ23024には、内壁面に絶縁膜23172が形成された接続孔23171が形成され、接続孔23171内には、配線23170等と接続される接続導体23173が埋め込まれる。
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 (21)
- 画素信号を出力する画素と、
比較器と
を備え、
前記比較器は、
前記画素信号を受ける第1の容量と、
時間経過とともに増加する部分を有する参照信号を受ける第2の容量と、
前記第1の容量及び前記第2の容量に接続されたノードと、
前記ノードにゲートが接続された第1のトランジスタと、第2のトランジスタとからなる差動トランジスタ、カレントミラー回路、及び、前記第2のトランジスタと前記カレントミラー回路とに接続された出力ノードを備える第1のアンプと、
前記出力ノードにゲートが接続された第3のトランジスタを備える第2のアンプと
を備え、
前記第1のトランジスタの極性は、前記第3のトランジスタの極性とは逆である
撮像素子。 - 前記比較器は、前記第2のトランジスタのゲートと第1の電圧が供給される第1の配線とに接続された第3の容量をさらに備える
請求項1に記載の撮像素子。 - 前記第3のトランジスタのソース又はドレインは、前記第1の電圧とは異なる第2の電圧が供給される第2の配線に接続される
請求項2に記載の撮像素子。 - 前記第1の容量及び前記第2の容量は、前記第1のトランジスタのソース又はドレインに第1のスイッチを介して接続され、
前記第3の容量は、前記第2のトランジスタのソース又はドレインに第2のスイッチを介して接続される
請求項2に記載の撮像素子。 - 前記出力ノードと、前記第1の電圧とは異なる第2の電圧が供給される第2の配線とに接続された第4の容量を
さらに備える請求項2に記載の撮像素子。 - 前記第3のトランジスタの極性は、前記カレントミラー回路のトランジスタの極性と同じである
請求項1に記載の撮像素子。 - 前記第2のアンプは、ソース又はドレインの一方が前記第3のトランジスタに接続され、他方が第1の電圧が供給される第1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1に記載の撮像素子。 - 前記第2のアンプは、前記第4のトランジスタのゲートと前記第4のトランジスタのソース又はドレインの一方とに接続されるスイッチをさらに備える
請求項7に記載の撮像素子。 - 前記第1の配線と前記第4のトランジスタのゲートとに接続された第3の容量を
さらに備える請求項8に記載の撮像素子。 - 前記出力ノードと前記第3のトランジスタのゲートとの間には、容量が設けられていない
請求項1に記載の撮像素子。 - 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、
画素信号を出力する画素と、
比較器と
を備え、
前記比較器は、
前記画素信号を受ける第1の容量と、
時間経過とともに増加する部分を有する参照信号を受ける第2の容量と、
前記第1の容量及び前記第2の容量に接続されたノードと、
前記ノードにゲートが接続された第1のトランジスタと、第2のトランジスタとからなる差動トランジスタ、カレントミラー回路、及び、前記第2のトランジスタと前記カレントミラー回路とに接続された出力ノードを備える第1のアンプと、
前記出力ノードにゲートが接続された第3のトランジスタを備える第2のアンプと
を備え、
前記第1のトランジスタの極性は前記第3のトランジスタの極性とは逆である
電子機器。 - 画素信号を出力する画素と、
比較器と
を備え、
前記比較器は、
前記画素信号を受ける第1の容量と、
参照信号を受ける第2の容量と、
前記第1の容量及び前記第2の容量に接続された第1のノードと、
前記第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1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1の電圧とは異なる第2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
撮像素子。 - 前記第2のトランジスタは、電流源である
請求項12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12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、ソース又はドレインの一方が第3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12に記載の撮像素子。 - 前記第3のトランジスタは、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15に記載の撮像素子。 - 前記第3の電圧は、前記第2の電圧と等しい
請求項15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15に記載の撮像素子。 - 前記比較器は、ソース又はドレインの一方が前記第3のトランジスタに接続され、他方が第4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15に記載の撮像素子。 - 前記第4の電圧は、前記第1の電圧と等しい
請求項19に記載の撮像素子。 - 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、
画素信号を出力する画素と、
比較器と
を備え、
前記比較器は、
前記画素信号を受ける第1の容量と、
参照信号を受ける第2の容量と、
前記第1の容量及び前記第2の容量に接続されたノードと、
前記ノードにゲートが接続された第1のトランジスタと、
第1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1の電圧とは異なる第2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
電子機器。
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