JP7379005B2 - Imaging element, imaging device, and control method - Google Patents

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Description

本発明は、撮像素子、撮像素子を有する撮像装置、および撮像素子の制御方法に関する。 The present invention relates to an image sensor, an image sensor having the image sensor, and a method for controlling the image sensor.

特許文献1には、画素から出力された信号をアナログ-デジタル(Analog-to-Digital, 以下ADと称する)変換するAD変換回路が画素毎に配置された撮像素子が開示されている。すなわち、入力信号の電圧が参照信号よりも高いときに信号を出力する差動入力回路と、入力信号電圧と参照信号電圧との比較結果を表す比較信号が反転するときの遷移速度を高速化する正帰還回路と、を有する。 Patent Document 1 discloses an image sensor in which an AD conversion circuit that performs analog-to-digital (hereinafter referred to as AD) conversion of a signal output from a pixel is arranged for each pixel. That is, a differential input circuit that outputs a signal when the voltage of the input signal is higher than the reference signal, and a faster transition speed when the comparison signal representing the comparison result between the input signal voltage and the reference signal voltage is inverted. A positive feedback circuit.

差動入力回路の電流源は、トランジスタである。そして、回路に供給される電流値を小さく設定しても、正帰還回路が動作することによって、出力遷移時間が短縮される。 The current source of the differential input circuit is a transistor. Even if the current value supplied to the circuit is set to a small value, the output transition time is shortened by operating the positive feedback circuit.

国際公開第2016/136448号International Publication No. 2016/136448

相対的に小さな電流値で比較器を駆動する特許文献1の技術では、僅かな電流の変化によって画素毎の比較信号の反転タイミングにばらつきが生じるので、ノイズが発生しやすい。そのため、同時並列的に動作する比較器の消費電力を抑制したグローバルシャッタ駆動が実現されているものの、撮像素子の駆動制御に応じた適切な画像(例えば、ノイズの少ない画像)が取得できない可能性がある。 In the technique disclosed in Patent Document 1 in which the comparator is driven with a relatively small current value, noise is likely to occur because slight changes in current cause variations in the inversion timing of comparison signals for each pixel. Therefore, although global shutter drive that suppresses the power consumption of comparators that operate simultaneously in parallel has been achieved, there is a possibility that an appropriate image (for example, an image with less noise) cannot be obtained according to the drive control of the image sensor. There is.

以上の事情に鑑み、本発明は、撮像素子の駆動制御に応じて適切に画像を取得することができる撮像素子、撮像装置、および制御方法を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an imaging device, an imaging device, and a control method that can appropriately acquire images according to drive control of the imaging device.

上記目的を達成するために、本発明の撮像素子は、入射した光量に対応する画素信号を出力する画素回路と、前記画素信号をAD変換するAD変換回路と、を各々が含む複数の画素が2次元的に配置されている撮像素子であって、並列に動作する前記AD変換回路の数に基づいて、複数の前記AD変換回路の各々を駆動する駆動電流値を切り替えるように制御する制御部を備える、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an image sensor of the present invention has a plurality of pixels each including a pixel circuit that outputs a pixel signal corresponding to the amount of incident light, and an AD conversion circuit that converts the pixel signal from AD to AD. Control that controls to switch a drive current value for driving each of the plurality of AD conversion circuits based on the number of the AD conversion circuits that are two-dimensionally arranged and operate in parallel. It is characterized by comprising a part.

本発明によれば、撮像素子の駆動制御に応じて適切に画像を取得することができる。 According to the present invention, an image can be appropriately acquired according to drive control of an image sensor.

本発明の第1実施形態に係る撮像素子の半導体基板構造を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a semiconductor substrate structure of an image sensor according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る単位画素の機能的構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the functional configuration of a unit pixel according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る画素の画素回路と差動入力回路と正帰還回路との等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a pixel circuit, a differential input circuit, and a positive feedback circuit of a pixel according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係るAD変換回路の動作を示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing the operation of the AD conversion circuit according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る制御部、差動入力回路、および正帰還回路の構成図である。1 is a configuration diagram of a control section, a differential input circuit, and a positive feedback circuit according to a first embodiment of the present invention. FIG. 本発明の第1実施形態に係るグローバルシャッタ駆動モードによる動作を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing an operation in a global shutter drive mode according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る列並列駆動モードの動作を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the operation in column parallel drive mode according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る間引きGS駆動モードの動作を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the operation of the thinning GS drive mode according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る領域並列駆動モードの動作を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the operation of the region parallel drive mode according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係るAF駆動モードの動作を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the operation of the AF drive mode according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係る撮像装置の全体構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of an imaging device according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係る撮像装置における駆動制御手法の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a drive control method in an imaging device according to a second embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。以下に説明される各実施形態は、本発明を実現可能な構成の一例に過ぎない。以下の各実施形態は、本発明が適用される装置の構成や各種の条件に応じて適宜に修正または変更することが可能である。したがって、本発明の範囲は、以下の各実施形態に記載される構成によって限定されるものではない。例えば、相互に矛盾のない限りにおいて実施形態内に記載された複数の構成を組み合わせた構成も採用可能である。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Each embodiment described below is only an example of a configuration that can realize the present invention. Each of the following embodiments can be modified or changed as appropriate depending on the configuration of the device to which the present invention is applied and various conditions. Therefore, the scope of the present invention is not limited by the configurations described in each embodiment below. For example, a configuration in which a plurality of configurations described in the embodiments are combined can be adopted as long as there is no mutual contradiction.

以下の説明では、デジタル信号パルスにおけるHighレベルおよびLowレベルを、それぞれ、「High」および「Low」と表記することがある。 In the following description, the High level and Low level of the digital signal pulse may be expressed as "High" and "Low", respectively.

<第1実施形態>
図1から図10を参照しながら、本発明の第1実施形態に係る撮像素子100の構成および駆動手法について説明する。
<First embodiment>
The configuration and driving method of an image sensor 100 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 10.

図1は、本発明の第1実施形態に係る撮像素子100の半導体基板構造を示す模式図である。図1に示すように、撮像素子100は、不図示の光学系を通過した光を受ける第1基板110と第2基板120とが積層されることで形成されている。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a semiconductor substrate structure of an image sensor 100 according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the image sensor 100 is formed by laminating a first substrate 110 and a second substrate 120 that receive light that has passed through an optical system (not shown).

第1基板110は、光電変換部を各々が含み行列状に(2次元的に)配置された複数の画素領域111を有する。第2基板120は、AD変換部を各々が含み第1基板110と同様に行列状に配置された複数の画素領域121を有すると共に、制御部122を有する。 The first substrate 110 has a plurality of pixel regions 111 arranged in a matrix (two-dimensionally), each including a photoelectric conversion section. The second substrate 120 has a plurality of pixel regions 121 each including an AD conversion section and arranged in a matrix like the first substrate 110, and also has a control section 122.

第1基板110の1つの画素領域111は、第2基板120の1つの画素領域121と対応しており、接続部を介して相互に接続されている。互いに対応する画素領域111の回路と画素領域121の回路とが協働することによって、撮像素子100の1つの単位画素として機能する。 One pixel region 111 of the first substrate 110 corresponds to one pixel region 121 of the second substrate 120, and they are connected to each other via a connecting portion. The circuits in the pixel area 111 and the circuits in the pixel area 121 that correspond to each other work together to function as one unit pixel of the image sensor 100.

互いに異なる基板110,120の画素領域111,121の回路同士は、例えば、公知の接続手法(マイクロバンプ接続やダイレクトボンディング接続構造等)によって、画素単位で接続される。なお、撮像素子100は、以上のような2層の積層構造に限定されず、例えば、非積層構造による単一基板で構成されてもよいし、3層以上の積層構造であってもよい。 The circuits in the pixel regions 111 and 121 of the different substrates 110 and 120 are connected in units of pixels by, for example, a known connection method (microbump connection, direct bonding connection structure, etc.). Note that the image sensor 100 is not limited to the two-layer laminated structure as described above, and may be configured with a single substrate with a non-laminated structure, or may have a laminated structure of three or more layers, for example.

図2は、本発明の第1実施形態に係る単位画素200の機能的構成を示すブロック図である。図2に示すように、1つの画素200は、画素回路210とAD変換回路201とを含む。AD変換回路201は、差動入力回路220、正帰還回路230、およびラッチ回路240を含む。前述の通り、1つの画素領域111と1つの画素領域121とが組み合わせられて1つの画素200が構成されている。 FIG. 2 is a block diagram showing the functional configuration of the unit pixel 200 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, one pixel 200 includes a pixel circuit 210 and an AD conversion circuit 201. AD conversion circuit 201 includes a differential input circuit 220, a positive feedback circuit 230, and a latch circuit 240. As described above, one pixel 200 is configured by combining one pixel region 111 and one pixel region 121.

画素回路210は、光電変換部を含む回路であって、入射した光量に対応する電圧の画素信号を、AD変換回路201(差動入力回路220)に対して出力する。 The pixel circuit 210 is a circuit including a photoelectric conversion section, and outputs a pixel signal having a voltage corresponding to the amount of incident light to the AD conversion circuit 201 (differential input circuit 220).

AD変換回路201は、スロープ比較型のAD変換回路である。 The AD conversion circuit 201 is a slope comparison type AD conversion circuit.

差動入力回路220は、画素回路210から入力された画素信号と時間の経過に応じて電圧が比例変化する参照信号Refとを比較し、画素信号と参照信号Refとの大小関係を示す比較信号を、正帰還回路230を介してラッチ回路240に出力する。 The differential input circuit 220 compares the pixel signal input from the pixel circuit 210 with a reference signal Ref whose voltage changes proportionally over time, and generates a comparison signal indicating the magnitude relationship between the pixel signal and the reference signal Ref. is output to the latch circuit 240 via the positive feedback circuit 230.

正帰還回路230は、差動入力回路220が出力する比較信号が反転する際の遷移速度を高速化する。 The positive feedback circuit 230 increases the transition speed when the comparison signal output from the differential input circuit 220 is inverted.

ラッチ回路240は、比較信号が反転したときの時刻コードを保持可能である。時刻コードは、所定の時間周期に従って1カウントずつ増加するデジタル信号である。時刻コードは、不図示のカウンタ回路によって生成され、各画素200のラッチ回路240に入力される。以上のカウンタ回路は、参照信号Refの電圧が比例変化を始める時点に合わせて時刻コードのカウントアップ動作を開始する。 The latch circuit 240 can hold the time code when the comparison signal is inverted. The time code is a digital signal that increases by one count according to a predetermined time period. The time code is generated by a counter circuit (not shown) and input to the latch circuit 240 of each pixel 200. The counter circuit described above starts counting up the time code at the time when the voltage of the reference signal Ref starts to change proportionally.

画素回路210から出力される画素信号の電圧に応じて、正帰還回路230が出力する比較信号の反転タイミングが変化する。比較信号の反転タイミングに対応した時刻コードがラッチ回路240に保持されるので、結果として、アナログ信号である画素信号の電圧が、デジタル信号である時刻コードに変換される。 Depending on the voltage of the pixel signal output from the pixel circuit 210, the inversion timing of the comparison signal output from the positive feedback circuit 230 changes. Since the time code corresponding to the inversion timing of the comparison signal is held in the latch circuit 240, as a result, the voltage of the pixel signal, which is an analog signal, is converted into the time code, which is a digital signal.

ラッチ回路240に保持されたデジタル信号は、信号処理および出力データ形式の変換がなされた後に、画素200(撮像素子100)の外部へ出力される。上記の信号処理は、例えば、DFE(Digital Front End)等における相関二重サンプリング処理、ゲイン処理、信号並べ替え処理である。相関二重サンプリング処理は、画素のリセットノイズを含む電位(N信号レベル)と、N信号レベルから転送された電子数に応じた電位(N+S信号レベル)との差分値を生成する処理である。 The digital signal held in the latch circuit 240 is output to the outside of the pixel 200 (image sensor 100) after being subjected to signal processing and output data format conversion. The above signal processing is, for example, correlated double sampling processing, gain processing, and signal rearrangement processing in a DFE (Digital Front End) or the like. The correlated double sampling process is a process that generates a difference value between a potential including pixel reset noise (N signal level) and a potential corresponding to the number of electrons transferred from the N signal level (N+S signal level).

図3は、本発明の第1実施形態に係る1つの画素200における画素回路210と差動入力回路220と正帰還回路230との等価回路図である。 FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the pixel circuit 210, differential input circuit 220, and positive feedback circuit 230 in one pixel 200 according to the first embodiment of the present invention.

画素回路210は、フォトダイオード211、転送トランジスタ、フローティングディフュージョン213、リセットトランジスタ214、および排出トランジスタ215を有する。以下、「フォトダイオード(Photodiode)」はPDと略称されることがあり、「フローティングディフュージョン(Floating Diffusion)」はFDと略称されることがある。 The pixel circuit 210 includes a photodiode 211, a transfer transistor, a floating diffusion 213, a reset transistor 214, and a drain transistor 215. Hereinafter, "photodiode" may be abbreviated as PD, and "floating diffusion" may be abbreviated as FD.

PD211は、光学系を通過した光を受けて、入射した光量に応じて発生した電子を蓄積する光電変換部である。 The PD 211 is a photoelectric conversion unit that receives light that has passed through the optical system and accumulates electrons generated according to the amount of incident light.

転送トランジスタ212は、信号パルスTxによって駆動されることにより、PD211に蓄積された電子をFD213に転送する転送部である。 The transfer transistor 212 is a transfer unit that transfers the electrons accumulated in the PD 211 to the FD 213 by being driven by the signal pulse Tx.

FD213は、PD211から転送された電子を保持して電圧に変換する電荷電圧変換部である。また、FD213は差動入力回路220の入力ノードとしても機能する。差動入力回路220では、FD213の電圧と参照信号Refとが比較される。 The FD 213 is a charge-voltage converter that holds electrons transferred from the PD 211 and converts them into voltage. Further, the FD 213 also functions as an input node of the differential input circuit 220. In the differential input circuit 220, the voltage of the FD 213 and the reference signal Ref are compared.

リセットトランジスタ214は、信号パルスResによって駆動されることにより、FD213の電子を排出して基準電圧にリセットするリセット部である。 The reset transistor 214 is a reset unit that discharges electrons from the FD 213 and resets it to a reference voltage by being driven by a signal pulse Res.

排出トランジスタ215は、信号パルスOfgによって駆動されることにより、PD211に蓄積された電子を電源AVDDに排出する排出部である。 The discharge transistor 215 is a discharge section that discharges the electrons accumulated in the PD 211 to the power supply AVDD by being driven by the signal pulse Ofg.

差動入力回路220は、P型MOSトランジスタ(以下、PMOS)221,222,225、およびN型MOSトランジスタ(以下NMOS)223,224,226,227,228を有する。PMOS221,222は、カレントミラー回路を構成する。NMOS223,224は、差動対を構成する。NMOS228は、定電流源として機能する。NMOS226は差動対への定電流供給を行毎に制御し、NMOS227は差動対への定電流供給を列毎に制御する。PMOS225は比較信号を出力する。 The differential input circuit 220 includes P-type MOS transistors (hereinafter referred to as PMOS) 221, 222, and 225, and N-type MOS transistors (hereinafter referred to as NMOS) 223, 224, 226, 227, and 228. PMOS221 and 222 constitute a current mirror circuit. NMOS 223 and 224 constitute a differential pair. NMOS 228 functions as a constant current source. The NMOS 226 controls the constant current supply to the differential pair for each row, and the NMOS 227 controls the constant current supply to the differential pair for each column. PMOS 225 outputs a comparison signal.

差動対であるNMOS223,224のうち、NMOS224のゲートがFD213と接続されており、NMOS223のゲートに参照信号Refが入力される。NMOS228のソースは所定電圧(GND)に接続されている。NMOS223のドレインは、カレントミラー回路を構成するPMOS221,222のゲートおよびPMOS221のドレインと接続されており、NMOS224のドレインは、PMOS222のドレインおよびPMOS225のゲートと接続されている。PMOS221,222およびPMOS225のソースは、電源AVDDに接続されている。NMOS226,227は、差動対であるNMOS223,224と、電流源であるNMOS228との間に直列的に挿入されており、定電流の供給を制御可能な構成となっている。NMOS226,227のゲートは、それぞれ制御部122に接続されており、制御部122から入力される制御信号パルスによって差動入力回路220への定電流供給が制御される。また、電流源としてのNMOS228は、制御部122から入力されるバイアス電圧によってIcm電流値を制御可能である。特に、本実施形態に係る撮像素子100は、異なるIcm電流値(駆動電流値)で差動入力回路220が動作する2つ以上のモードを有する。制御部122が実行する制御についての詳細は後述する。 Of the NMOS 223 and 224 that are a differential pair, the gate of the NMOS 224 is connected to the FD 213, and a reference signal Ref is input to the gate of the NMOS 223. The source of the NMOS 228 is connected to a predetermined voltage (GND). The drain of NMOS 223 is connected to the gates of PMOS 221 and 222 constituting the current mirror circuit and the drain of PMOS 221, and the drain of NMOS 224 is connected to the drain of PMOS 222 and the gate of PMOS 225. The sources of PMOS221, 222 and PMOS225 are connected to power supply AVDD. The NMOSs 226 and 227 are inserted in series between the NMOSs 223 and 224, which are a differential pair, and the NMOS 228, which is a current source, and have a configuration in which constant current supply can be controlled. The gates of the NMOSs 226 and 227 are each connected to the control section 122, and constant current supply to the differential input circuit 220 is controlled by a control signal pulse input from the control section 122. Further, the NMOS 228 as a current source can control the Icm current value by a bias voltage input from the control unit 122. In particular, the image sensor 100 according to this embodiment has two or more modes in which the differential input circuit 220 operates at different Icm current values (drive current values). Details of the control executed by the control unit 122 will be described later.

正帰還回路230は、PMOS231、NMOS232~235、およびPMOS236を有する。正帰還回路230の入力ノードとしてのノードVinは、PMOS225のドレインと接続されている。PMOS231およびNMOS232はインバータ回路を構成する。PMOS231およびNMOS232の各々のドレインであるノードVoutからラッチ回路240に対して、差動入力回路220が出力する比較信号が反転する際の遷移速度を高速化して出力することができる。 Positive feedback circuit 230 includes PMOS 231, NMOS 232 to 235, and PMOS 236. A node Vin serving as an input node of the positive feedback circuit 230 is connected to the drain of the PMOS 225. PMOS 231 and NMOS 232 constitute an inverter circuit. The comparison signal output from the differential input circuit 220 can be output from the node Vout, which is the drain of each of the PMOS 231 and the NMOS 232, to the latch circuit 240 at a faster transition speed when inverted.

NMOS233は、信号パルスIniによって駆動されることにより、AD変換動作の開始時のノードVinの電圧をLowにリセットする。同様に、PMOS236は、信号パルスIniによって駆動されることにより、AD変換動作においてノードVinへの電源供給を制御する。 The NMOS 233 is driven by the signal pulse Ini to reset the voltage of the node Vin to Low at the start of the AD conversion operation. Similarly, the PMOS 236 is driven by the signal pulse Ini to control power supply to the node Vin in the AD conversion operation.

NMOS234のゲートは、NMOS235を介してノードVoutと接続されている。そのため、ノードVinの電圧がインバータ回路(PMOS231およびNMOS232)の閾値電圧を越えてノードVoutの電圧がLowになると、NMOS234は導通する。この時、PMOS236もLowレベルの信号パルスIniが印加されているので、導通している。したがって、正帰還回路230は、PMOS236とNMOS234を介してノードVinを急速に充電することにより、その電位を電源AVDDまで一気に持ち上げる。その結果、差動入力回路220から出力される比較信号が反転する際の遷移速度が高速化する。 The gate of NMOS 234 is connected to node Vout via NMOS 235. Therefore, when the voltage at the node Vin exceeds the threshold voltage of the inverter circuit (PMOS 231 and NMOS 232) and the voltage at the node Vout becomes Low, the NMOS 234 becomes conductive. At this time, since the low level signal pulse Ini is applied to the PMOS 236, the PMOS 236 is also conductive. Therefore, the positive feedback circuit 230 rapidly charges the node Vin via the PMOS 236 and the NMOS 234, thereby raising its potential to the power supply AVDD at once. As a result, the transition speed when the comparison signal output from the differential input circuit 220 is inverted becomes faster.

ただし、NMOS235のゲートは制御部122と接続しているので、制御部122から受けた制御信号パルスによってNMOS235の導通が制御される。したがって、上記した比較信号の反転を高速化は、制御部122によって動作状態と非動作状態とが切り替えられる。特に、本実施形態の撮像素子100では、相対的に小さなIcm電流値で差動入力回路が動作するときには正帰還動作が有効となるように制御する一方、相対的に大きなIcm電流値で差動入力回路が動作するときには正帰還動作が無効となるように制御する。 However, since the gate of the NMOS 235 is connected to the control section 122, the conduction of the NMOS 235 is controlled by the control signal pulse received from the control section 122. Therefore, to speed up the inversion of the comparison signal described above, the control unit 122 switches between the operating state and the non-operating state. In particular, in the image sensor 100 of this embodiment, when the differential input circuit operates with a relatively small Icm current value, the positive feedback operation is controlled to be effective; Control is performed so that the positive feedback operation is disabled when the input circuit operates.

図4は、上述したAD変換回路201の動作を説明するタイミングチャートである。以下の説明において、制御部122から差動入力回路220に出力されている制御信号はそれぞれHighであり、差動入力回路220には所定のIcm電流値が供給されていると想定する。また、正帰還回路230のNMOS235はオン(導通)状態であるように制御されていると想定する。 FIG. 4 is a timing chart illustrating the operation of the AD conversion circuit 201 described above. In the following description, it is assumed that the control signals output from the control unit 122 to the differential input circuit 220 are each High, and that the differential input circuit 220 is supplied with a predetermined Icm current value. Further, it is assumed that the NMOS 235 of the positive feedback circuit 230 is controlled to be in an on (conducting) state.

時刻t401において、信号パルスResがHighからLowに変化すると、リセットトランジスタ214がオフ(非導通)状態になる。結果として、基準電圧AVDDでリセットされていたFD213が、リセット解除後のリセットノイズを含む電位(N信号レベル)に固定される。 At time t401, when the signal pulse Res changes from High to Low, the reset transistor 214 becomes off (non-conductive). As a result, the FD 213 that has been reset with the reference voltage AVDD is fixed to a potential (N signal level) that includes reset noise after the reset is released.

時刻t402において、信号パルスIniがHighからLowに変化すると、ノードVinのリセット状態が解除され、N信号レベルのAD変換を行うための待機状態に遷移する。同時刻(t402)に、参照信号Refの電圧は、時間経過に応じた比例変化をし始め、画素200のN信号レベルと参照信号Refの電圧との比較が開始する。参照信号Refの電圧が画素200のN信号レベルよりも高い期間ではPMOS225がオフ状態になるので、ノードVinの電圧はリセット解除後のLowのまま維持され、ノードVoutから出力される電圧はHighである。 At time t402, when the signal pulse Ini changes from High to Low, the reset state of the node Vin is released and the node Vin transitions to a standby state for performing AD conversion of the N signal level. At the same time (t402), the voltage of the reference signal Ref starts to change proportionally over time, and the comparison between the N signal level of the pixel 200 and the voltage of the reference signal Ref starts. During the period in which the voltage of the reference signal Ref is higher than the N signal level of the pixel 200, the PMOS 225 is turned off, so the voltage at the node Vin remains Low after the reset is released, and the voltage output from the node Vout remains High. be.

時刻t403において、参照信号Refの電圧がN信号レベルを下回ると、電流源であるNMOS228の出力電流がNMOS223を流れなくなってPMOS221,222のゲート電位が上昇するので、PMOS222のチャネル抵抗が増大する。NMOS224を介してPMOS222に流れ込む電流が電圧降下を起こしてPMOS225のゲート電位を低下させるので、PMOS225が出力する比較信号(すなわち、ノードVinの電圧)がLowからHighに反転する。正帰還回路230は、インバータ回路を介して、ノードVinの電圧を反転させた出力をVoutとしてラッチ回路240にさらに出力する。ラッチ回路240は、VoutがHighからLowに変化した反転タイミングの時刻コードを当該画素200のN信号レベルとして保持する。前述したように、NMOS235がオン状態に制御されていれば、正帰還回路230が駆動され正帰還動作がなされるので、比較信号のHighからLowへの遷移が高速化される。一方で、Icm電流値として十分に大きな電流が設定されている場合は、NMOS235をオフ状態に制御することによって正帰還動作が無効化される。 At time t403, when the voltage of the reference signal Ref falls below the N signal level, the output current of the current source NMOS 228 stops flowing through the NMOS 223, and the gate potentials of the PMOSs 221 and 222 rise, so that the channel resistance of the PMOS 222 increases. Since the current flowing into the PMOS 222 via the NMOS 224 causes a voltage drop and lowers the gate potential of the PMOS 225, the comparison signal output by the PMOS 225 (ie, the voltage at the node Vin) is inverted from Low to High. The positive feedback circuit 230 further outputs an inverted output of the voltage at the node Vin to the latch circuit 240 as Vout via an inverter circuit. The latch circuit 240 holds the time code of the inversion timing when Vout changes from High to Low as the N signal level of the pixel 200. As described above, if the NMOS 235 is controlled to be on, the positive feedback circuit 230 is driven and a positive feedback operation is performed, so that the transition of the comparison signal from High to Low is accelerated. On the other hand, if a sufficiently large current is set as the Icm current value, the positive feedback operation is disabled by controlling the NMOS 235 to an off state.

時刻t404において、参照信号Refの電圧の変化が停止して、画素200のN信号レベルのAD変換が終了する。 At time t404, the voltage of the reference signal Ref stops changing, and AD conversion of the N signal level of the pixel 200 is completed.

時刻t405において、信号パルスIniがLowからHighに変化すると、正帰還回路230において、NMOS233が導通すると共にPMOS236がオフ状態になるので、ノードVinがLow(GND)にリセットされる。その結果、比較信号VoutもLowからHighに遷移する。 At time t405, when the signal pulse Ini changes from Low to High, in the positive feedback circuit 230, the NMOS 233 becomes conductive and the PMOS 236 turns off, so that the node Vin is reset to Low (GND). As a result, the comparison signal Vout also transitions from Low to High.

時刻t406から時刻t407において、信号パルスTxがHighに変化すると、転送トランジスタ212がオン状態になるので、PD211に蓄積された電子がFD213に転送される。これに応じて、FD213の電位は、N信号レベルから転送された電子数に応じた電位(N+S信号レベル)に低下する。 When the signal pulse Tx changes to High from time t406 to time t407, the transfer transistor 212 is turned on, so that the electrons accumulated in the PD 211 are transferred to the FD 213. In response, the potential of the FD 213 decreases from the N signal level to the potential (N+S signal level) corresponding to the number of transferred electrons.

時刻t408から時刻t411までの期間は、N+S信号レベルのAD変換期間であって、上述したN信号レベルのAD変換期間である時刻t402から時刻t405までの期間と同様に制御される。より詳細には以下の通りである。 The period from time t408 to time t411 is an AD conversion period of the N+S signal level, and is controlled in the same manner as the period from time t402 to time t405, which is the AD conversion period of the N signal level described above. More details are as follows.

時刻t408において、信号パルスIniがHighからLowに変化すると、ノードVinのリセット状態が解除され、画素200のN+S信号レベルと参照信号Refの電圧との比較が開始する。 At time t408, when the signal pulse Ini changes from High to Low, the reset state of the node Vin is released and a comparison between the N+S signal level of the pixel 200 and the voltage of the reference signal Ref starts.

時刻t409において、参照信号Refの電圧がN+S信号レベルを下回ると、前述と同様にPMOS225のゲートの電位が低下し、PMOS225が出力する比較信号(すなわち、ノードVinの電圧)がLowからHighに反転する。正帰還回路230は、インバータ回路を介して、ノードVinの電圧を反転させた出力をVoutとしてラッチ回路240にさらに出力する。ラッチ回路240は、VoutがHighからLowに変化した反転タイミングの時刻コードを当該画素のN+S信号レベルとして保持する。この時、前述したように、正帰還回路230が駆動されることによって比較信号がHighからLowに高速に遷移する。 At time t409, when the voltage of the reference signal Ref falls below the N+S signal level, the potential of the gate of the PMOS 225 decreases as described above, and the comparison signal output by the PMOS 225 (that is, the voltage of the node Vin) is inverted from Low to High. do. The positive feedback circuit 230 further outputs an inverted output of the voltage at the node Vin to the latch circuit 240 as Vout via an inverter circuit. The latch circuit 240 holds the time code of the inversion timing when Vout changes from High to Low as the N+S signal level of the pixel. At this time, as described above, the positive feedback circuit 230 is driven, so that the comparison signal changes from High to Low at high speed.

時刻t410において、参照信号Refの電圧の変化が停止して、画素200のN+S信号レベルのAD変換が終了する。 At time t410, the voltage of the reference signal Ref stops changing, and AD conversion of the N+S signal level of the pixel 200 ends.

時刻t411において、信号パルスIniがLowからHighに変化すると、正帰還回路230において、NMOS233が導通すると共にPMOS236がオフ状態になるので、ノードVinがLow(GND)にリセットされる。その結果、比較信号VoutもLowからHighに遷移する。 At time t411, when the signal pulse Ini changes from Low to High, in the positive feedback circuit 230, the NMOS 233 becomes conductive and the PMOS 236 turns off, so that the node Vin is reset to Low (GND). As a result, the comparison signal Vout also transitions from Low to High.

時刻t412において、信号パルスResがLowからHighに変化すると、リセットトランジスタ214がオン状態になるので、FD213が基準電位AVDDでリセットされる。 At time t412, when the signal pulse Res changes from Low to High, the reset transistor 214 turns on, so the FD 213 is reset to the reference potential AVDD.

図5は、本発明の第1実施形態に係る制御部122、差動入力回路220、および正帰還回路230の構成図である。図5では、図示の簡単のため、画素200の差動入力回路220および正帰還回路230の一部を省略して示している。図5では、3行2列の画素200が図示されているが、実際にはさらに多くの画素200が配置されている。概略的には、制御部122にて生成された制御信号が、差動入力回路220および正帰還回路230に入力される。 FIG. 5 is a configuration diagram of the control section 122, the differential input circuit 220, and the positive feedback circuit 230 according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 5, for simplicity of illustration, a portion of the differential input circuit 220 and positive feedback circuit 230 of the pixel 200 is omitted. Although the pixels 200 arranged in 3 rows and 2 columns are shown in FIG. 5, more pixels 200 are actually arranged. Generally speaking, a control signal generated by the control section 122 is input to the differential input circuit 220 and the positive feedback circuit 230.

制御部122は、行選択部510、列選択部520、電流設定部530、定電流源531、NMOS532、および正帰還動作設定部540を有する。 The control section 122 includes a row selection section 510, a column selection section 520, a current setting section 530, a constant current source 531, an NMOS 532, and a positive feedback operation setting section 540.

行選択部510は、駆動モード設定部1170が設定する駆動モードに応じて、差動入力回路220に対するIcm電流値の定電流の供給を行単位で制御する。すなわち、行選択部510は、信号線301A,301B,301C,…を介して各行のNMOS226のオン/オフ制御を実行する。NMOS226がオン状態になった行では定電流が供給され差動入力回路220が動作する一方、NMOS226がオフ状態になった行では定電流の供給が停止するので差動入力回路220が動作しない。 The row selection section 510 controls the supply of a constant current of the Icm current value to the differential input circuit 220 on a row-by-row basis according to the drive mode set by the drive mode setting section 1170. That is, the row selection unit 510 executes on/off control of the NMOS 226 in each row via the signal lines 301A, 301B, 301C, . In the rows where the NMOS 226 is in the on state, a constant current is supplied and the differential input circuit 220 operates, while in the rows where the NMOS 226 is in the off state, the supply of constant current is stopped and the differential input circuit 220 does not operate.

列選択部520は、同様に、駆動モード設定部1170が設定する駆動モードに応じて、差動入力回路220に対するIcm電流値の定電流の供給を列単位で制御する。すなわち、行選択部510は、信号線302a,302b,…を介して各列のNMOS227のオン/オフ制御を実行する。NMOS227がオン状態になった列では定電流が供給され差動入力回路220が動作する一方、NMOS227がオフ状態になった列では定電流の供給が停止するので差動入力回路220が動作しない。 Similarly, the column selection section 520 controls the supply of a constant current of the Icm current value to the differential input circuit 220 on a column-by-column basis according to the drive mode set by the drive mode setting section 1170. That is, the row selection unit 510 executes on/off control of the NMOS 227 in each column via the signal lines 302a, 302b, . In the column where the NMOS 227 is in the on state, a constant current is supplied and the differential input circuit 220 operates, while in the column where the NMOS 227 is in the off state, the supply of constant current is stopped and the differential input circuit 220 does not operate.

したがって、本実施形態に係る撮像素子100では、行選択部510および列選択部520によって選択されオン状態に制御された行および列に相当する画素200の差動入力回路220のみが動作する。駆動モードに応じた差動入力回路220の選択については、図6以降の説明にて後述される。 Therefore, in the image sensor 100 according to the present embodiment, only the differential input circuit 220 of the pixel 200 corresponding to the row and column selected and controlled to be turned on by the row selection section 510 and the column selection section 520 operates. Selection of the differential input circuit 220 according to the drive mode will be described later in the explanation from FIG. 6 onwards.

電流設定部530は、定電流源531およびNMOS532と協働して、差動入力回路220へ供給される定電流のIcm電流値を全画素200に亘って制御する。NMOS532は、各画素200の差動入力回路220の定電流源であるNMOS228と共にカレントミラー回路を構成するので、定電流源531により供給されNMOS532を流れる電流と同じ電流値を有する電流が各差動入力回路220に供給される。 The current setting unit 530 cooperates with the constant current source 531 and the NMOS 532 to control the Icm current value of the constant current supplied to the differential input circuit 220 over all pixels 200. Since the NMOS 532 constitutes a current mirror circuit together with the NMOS 228 which is a constant current source of the differential input circuit 220 of each pixel 200, a current having the same current value as the current supplied by the constant current source 531 and flowing through the NMOS 532 is applied to each differential input circuit 220. It is supplied to input circuit 220.

したがって、電流設定部530は、駆動モードに応じて定電流源531の電流値を設定することで、差動入力回路220へ供給される定電流のIcm電流値を全画素200一律に切り替える。電流設定部530によって切り替えられ差動入力回路220に供給される電流値は、駆動モードに応じた値であって、例えば、0.1μA程度の相対的に小さな値と5μA程度の相対的に大きな値とを取り得る。すなわち、AD変換回路201の差動入力回路220に入力される駆動電流値は、複数の候補電流値のいずれかから選択される値を取る。駆動モードに応じた差動入力回路220への駆動電流値の制御は、図6以降の説明にて後述される。 Therefore, the current setting unit 530 switches the Icm current value of the constant current supplied to the differential input circuit 220 to all pixels 200 uniformly by setting the current value of the constant current source 531 according to the drive mode. The current value switched by the current setting unit 530 and supplied to the differential input circuit 220 is a value according to the drive mode, and may be a relatively small value of about 0.1 μA or a relatively large value of about 5 μA, for example. It can take a value. That is, the drive current value input to the differential input circuit 220 of the AD conversion circuit 201 takes a value selected from one of a plurality of candidate current values. Control of the drive current value to the differential input circuit 220 according to the drive mode will be described later in the explanation from FIG. 6 onwards.

正帰還動作設定部540は、正帰還回路230による正帰還動作の有効/無効を切り替えるように制御する。電流設定部530を相対的に小さな電流値にて動作させる場合には、比較信号が反転する速度を補うために、正帰還動作を全画素200一律に有効化する。他方、電流設定部530を相対的に大きな電流値にて動作させる場合には、正帰還動作を全画素200一律に無効化する。 The positive feedback operation setting section 540 controls the positive feedback circuit 230 to enable/disable the positive feedback operation. When the current setting unit 530 is operated with a relatively small current value, the positive feedback operation is uniformly enabled for all pixels 200 in order to compensate for the speed at which the comparison signal is inverted. On the other hand, when the current setting unit 530 is operated with a relatively large current value, the positive feedback operation is uniformly disabled for all pixels 200.

図6から図10を参照しながら、駆動モード毎の制御部122による制御手法について説明する。以下、代表的な駆動モードとして、グローバルシャッタ駆動モード、列並列駆動モード、間引きグローバルシャッタ駆動モード(以下、間引きGS駆動モード)、領域並列駆動モード、およびオートフォーカス駆動モード(以下、AF駆動モード)を例示する。 A control method by the control unit 122 for each drive mode will be described with reference to FIGS. 6 to 10. Typical drive modes are listed below as global shutter drive mode, column parallel drive mode, thinned out global shutter drive mode (hereinafter referred to as thinned out GS drive mode), area parallel drive mode, and autofocus drive mode (hereinafter referred to as AF drive mode). exemplify.

図6は、撮像素子100がグローバルシャッタ駆動モードにて動作する様子を示す模式図である。グローバルシャッタ駆動モードは、全画素200が同時に駆動されて信号電荷の蓄積と読出しを実行するモードである。グローバルシャッタ駆動モードは撮像面内において画素200毎に露光時刻が揃うので、動体の撮影に適している。グローバルシャッタ駆動モードでは、全画素200が一律に動作することで、差動入力回路220の駆動電流に対応する電力が全画素200にて消費されるので、消費電力が大きい。そのため、グローバルシャッタ駆動モードでは、Icm電流値を0.1μAに設定し、全画素200のNMOS226とNMOS227とをオン状態に設定し、正帰還動作を有効にして、撮像素子100を駆動する。 FIG. 6 is a schematic diagram showing how the image sensor 100 operates in the global shutter drive mode. The global shutter drive mode is a mode in which all pixels 200 are driven simultaneously to accumulate and read out signal charges. The global shutter drive mode is suitable for photographing a moving object because the exposure time is the same for each pixel 200 within the imaging plane. In the global shutter drive mode, all pixels 200 operate uniformly, and power corresponding to the drive current of differential input circuit 220 is consumed in all pixels 200, resulting in large power consumption. Therefore, in the global shutter drive mode, the Icm current value is set to 0.1 μA, the NMOS 226 and NMOS 227 of all pixels 200 are set to the on state, positive feedback operation is enabled, and the image sensor 100 is driven.

図7は、撮像素子100が列並列駆動モードにて動作する様子を示す模式図である。列並列駆動モードは、画素200が行毎に順次に駆動されて信号電荷の蓄積と読出しを実行するモードである。同時に駆動される画素200の数、すなわち差動入力回路220の数は、画素200の列数と等しい。したがって、グローバルシャッタ駆動モードと比較して消費電力が低いので、Icm電流値を相対的に大きい5μAに設定し、正帰還動作を無効にして、撮像素子100を駆動する。列並列駆動モードでは、差動入力回路220からの比較信号が反転するタイミングのばらつきが低減されるので、グローバルシャッタ駆動モードと比較してノイズを抑制できる。 FIG. 7 is a schematic diagram showing how the image sensor 100 operates in column parallel drive mode. The column parallel drive mode is a mode in which the pixels 200 are sequentially driven row by row to accumulate and read signal charges. The number of pixels 200 driven simultaneously, that is, the number of differential input circuits 220, is equal to the number of columns of pixels 200. Therefore, since the power consumption is lower than in the global shutter drive mode, the Icm current value is set to a relatively large value of 5 μA, the positive feedback operation is disabled, and the image sensor 100 is driven. In the column parallel drive mode, variations in the timing at which the comparison signals from the differential input circuit 220 are inverted are reduced, so noise can be suppressed compared to the global shutter drive mode.

図7(a)および図7(b)は、画素200が行毎に順次に走査される様子を示している。まず、図7(a)に示すように、行選択部510が、画素配列の第1行目を選択することで第1行目のNMOS226をオン状態に設定すると共に、他の行のNMOS226をオフ状態に設定する。列選択部520は、画素配列の全ての列を選択することで全列のNMOS227をオン状態に設定する。結果として、図7(a)に斜線で示した画素200の差動入力回路220にIcm電流値の定電流が供給され、図4を参照して上述したように画素200が駆動される。その後、処理が次の行に切り替わる。 FIGS. 7A and 7B show how the pixels 200 are sequentially scanned row by row. First, as shown in FIG. 7A, the row selection unit 510 selects the first row of the pixel array to turn on the NMOS 226 in the first row, and also turns on the NMOS 226 in the other rows. Set to off state. The column selection unit 520 sets the NMOSs 227 in all columns to the on state by selecting all columns in the pixel array. As a result, a constant current having a current value of Icm is supplied to the differential input circuit 220 of the pixel 200 indicated by diagonal lines in FIG. 7A, and the pixel 200 is driven as described above with reference to FIG. Processing then switches to the next line.

次いで、図7(b)に示すように、行選択部510が、画素配列の第2行目を選択することで第2行目のNMOS226をオン状態に設定すると共に、他の行のNMOS226をオフ状態に設定する。列選択部520は、画素配列の全ての列のNMOS227をオン状態に維持する。以下、同様に画素200が行毎に駆動されていく。 Next, as shown in FIG. 7B, the row selection unit 510 selects the second row of the pixel array to turn on the NMOS 226 in the second row, and turns on the NMOS 226 in the other rows. Set to off state. The column selection unit 520 maintains the NMOS 227 in all columns of the pixel array in an on state. Thereafter, the pixels 200 are similarly driven row by row.

以上のように、行選択部510は、画素配列の各行を順次に繰り返し選択することによって、列並列的に全ての画素200から信号を読み出す。なお、行選択部510が、以上のように1行毎に画素200を読み出すのではなく、複数行の画素200を順次に選択して走査してもよい。 As described above, the row selection unit 510 reads out signals from all pixels 200 in column parallel manner by sequentially and repeatedly selecting each row of the pixel array. Note that the row selection unit 510 may sequentially select and scan multiple rows of pixels 200 instead of reading out the pixels 200 row by row as described above.

以下、図8から図10を参照して、他の駆動モードについて説明する。以下の駆動モードでは、図7の列並列駆動モードと同様に、Icm電流値を相対的に大きい5μAに設定し、正帰還動作を無効にして、撮像素子100を駆動する。他方、以下の駆動モードでは、行選択部510および列選択部520による画素200の選択手法が、図7の列並列駆動モードと相違する。 Other drive modes will be described below with reference to FIGS. 8 to 10. In the following drive mode, similarly to the column parallel drive mode in FIG. 7, the Icm current value is set to a relatively large value of 5 μA, the positive feedback operation is disabled, and the image sensor 100 is driven. On the other hand, in the following drive mode, the method of selecting pixels 200 by the row selection section 510 and the column selection section 520 is different from the column parallel drive mode of FIG.

図8は、撮像素子100が間引きGS駆動モードにて動作する様子を示す模式図である。間引きGS駆動モードは、行選択部510が2行毎に1行の画素200を選択すると共に、列選択部520が2列毎に1列の画素200を選択することで、4画素(2行2列)当たり1画素が一度に駆動されて信号電荷の蓄積と読出しを実行するモードである。間引きGS駆動モードは、グローバルシャッタ駆動モードと同様、撮像面内において画素200毎に露光時刻が揃うので、動体の撮影に適している。また、間引きGS駆動モードでは、一部の画素200によって撮像が行われるので、高解像度の画素信号が不要なケースに適している。なお、間引き率は1/4(4画素当たり1画素)に限定されず、他の間引き率(例えば、1/9(9画素当たり1画素))が採用されてもよい。 FIG. 8 is a schematic diagram showing how the image sensor 100 operates in the thinned-out GS drive mode. In the thinning GS drive mode, the row selection section 510 selects pixels 200 in one row every two rows, and the column selection section 520 selects pixels 200 in one column every two columns, so that four pixels (two rows In this mode, one pixel per two columns is driven at a time to accumulate and read out signal charges. Like the global shutter drive mode, the thinned-out GS drive mode is suitable for photographing a moving object because the exposure time is the same for each pixel 200 within the imaging plane. Furthermore, in the thinned-out GS drive mode, imaging is performed by some of the pixels 200, so it is suitable for cases where high-resolution pixel signals are not required. Note that the thinning rate is not limited to 1/4 (1 pixel for every 4 pixels), and other thinning rate (for example, 1/9 (1 pixel for every 9 pixels)) may be adopted.

図9は、撮像素子100が領域並列駆動モードにて動作する様子を示す模式図である。領域並列駆動モードは、画素配列を領域分割することで構成された複数の画素200を含む画素グループ901内の同じ相対位置にある画素200が並列的に駆動されて信号電荷の蓄積と読出しを実行するモードである。図9の例では、矩形点線で示される水平3画素×垂直2画素の領域(6画素)が1つの画素グループ901を構成している。複数の画素グループ901が行列状に配置されている。なお、画素グループ901における行方向および列方向の画素200の数は本例に限定されず、任意の画素数が採用され得る。図7の列並列駆動モードは、水平方向(行方向)の全画素×垂直方向(列方向)の1画素を1つの画素グループと設定した領域並列駆動モードであると捉えることが可能である。 FIG. 9 is a schematic diagram showing how the image sensor 100 operates in the region parallel drive mode. In the region parallel drive mode, pixels 200 at the same relative position within a pixel group 901 including a plurality of pixels 200 configured by dividing a pixel array into regions are driven in parallel to accumulate and read out signal charges. mode. In the example of FIG. 9, a region of 3 horizontal pixels x 2 vertical pixels (6 pixels) indicated by a rectangular dotted line constitutes one pixel group 901. A plurality of pixel groups 901 are arranged in a matrix. Note that the number of pixels 200 in the row direction and column direction in the pixel group 901 is not limited to this example, and any number of pixels may be adopted. The column parallel drive mode in FIG. 7 can be considered to be an area parallel drive mode in which all pixels in the horizontal direction (row direction) x one pixel in the vertical direction (column direction) are set as one pixel group.

図9(a)および図9(b)は、画素グループ901内(領域内)の画素200が順次に選択される様子を示している。まず、図9(a)に示すように、各画素グループ901内の1つ目の相対位置(左上)にある画素200が選択される。より具体的には、行選択部510が、画素グループ901の第1行目に相当する行(1行目、3行目、5行目、…)を選択することで当該行のNMOS226をオン状態に設定すると共に、他の行のNMOS226をオフ状態に設定する。列選択部520は、画素グループ901内の第1列目に相当する列(1列目、4列目、7列目、…)を選択することで当該列のNMOS227をオン状態に設定すると共に、他の列のNMOS227をオフ状態に設定する。結果として、図9(a)に斜線で示した画素200の差動入力回路220にIcm電流値の定電流が供給され、図4を参照して上述したように画素200が駆動される。その後、処理が次の画素200に切り替わる。 FIGS. 9A and 9B show how pixels 200 within a pixel group 901 (within a region) are sequentially selected. First, as shown in FIG. 9A, the pixel 200 at the first relative position (upper left) in each pixel group 901 is selected. More specifically, the row selection unit 510 selects a row corresponding to the first row of the pixel group 901 (first row, third row, fifth row, etc.) to turn on the NMOS 226 of the corresponding row. At the same time, the NMOSs 226 in other rows are set to the off state. The column selection unit 520 selects a column corresponding to the first column (first column, fourth column, seventh column, etc.) in the pixel group 901 and sets the NMOS 227 of the corresponding column to the on state. , sets the NMOS 227 in other columns to the off state. As a result, a constant current having a current value of Icm is supplied to the differential input circuit 220 of the pixel 200 indicated by diagonal lines in FIG. 9A, and the pixel 200 is driven as described above with reference to FIG. Processing then switches to the next pixel 200.

次いで、図9(b)に示すように、各画素グループ901内の2つ目の相対位置(中央上)にある画素200が選択される。より具体的には、行選択部510が、画素グループ901の第1行目に相当する行(1行目、3行目、5行目、…)のNMOS226のオン状態を維持する。列選択部520は、画素グループ901の第2列目に相当する列(2列目、5列目、8列目、…)を選択することで当該列のNMOS227をオン状態に設定すると共に、他の列のNMOS227をオフ状態に設定する。 Next, as shown in FIG. 9(b), the pixel 200 at the second relative position (upper center) within each pixel group 901 is selected. More specifically, the row selection unit 510 maintains the ON state of the NMOS 226 in the rows corresponding to the first row of the pixel group 901 (first row, third row, fifth row, . . . ). The column selection unit 520 selects a column corresponding to the second column of the pixel group 901 (second column, fifth column, eighth column, etc.) and sets the NMOS 227 of the corresponding column to the on state, NMOS 227 in other columns is set to off state.

以上のように、行選択部510および列選択部520は、画素グループ901内の画素200を相対位置毎に順次に繰り返し選択することによって、領域並列的に全ての画素200から信号を読み出す。 As described above, the row selection unit 510 and the column selection unit 520 sequentially and repeatedly select the pixels 200 in the pixel group 901 for each relative position, thereby reading out signals from all pixels 200 in a region-parallel manner.

図10は、撮像素子100がAF駆動モードにて動作する様子を示す模式図である。AF駆動モードは、画素200を特定の周期の行毎に順次に駆動されて信号電荷の蓄積と読出しを実行するモードである。以上のような撮像素子100の駆動手法は「行間引き読出し」とも称される。特に、本例のAF駆動モードは、いわゆる撮像面位相差AFに使用される特定行の画素200の信号のみを読み出す駆動手法であって、単に各行を順次に読み出す列並列駆動モードとは相違する。撮像面位相差AFは、撮影レンズの相異なる射出瞳を通過した光束をそれぞれフォトダイオードによって受光し、受光量に応じて出力される信号の相対的なズレ量を検出することで撮影レンズのピントの方向とズレ量とを直接的に求める合焦手法である。撮像面位相差AFは、コントラストAF等と比較して、高速な焦点検出を行うことができる。撮影レンズの相異なる射出瞳を通過した光束の信号を取得する手法として、1つのマイクロレンズを有する画素のPDを2分割する手法と、特定の射出瞳領域からの光束のみを受光するようにPDの表面に遮光幕を形成する手法とが存在する。本例のAF駆動モードは、上記のいずれの手法にも適用することができる。 FIG. 10 is a schematic diagram showing how the image sensor 100 operates in the AF drive mode. The AF drive mode is a mode in which the pixels 200 are sequentially driven row by row at a specific period to accumulate and read signal charges. The method of driving the image sensor 100 as described above is also referred to as "line thinning readout". In particular, the AF drive mode of this example is a drive method that reads out only the signals of the pixels 200 in a specific row used in so-called imaging plane phase difference AF, and is different from the column parallel drive mode that simply reads out each row sequentially. . Image plane phase-difference AF uses photodiodes to receive each of the light beams that have passed through different exit pupils of the photographic lens, and detects the relative shift of the signals output according to the amount of received light, thereby focusing the photographic lens. This is a focusing method that directly determines the direction and amount of deviation. Imaging plane phase difference AF can perform focus detection faster than contrast AF and the like. There are two methods for acquiring signals of light fluxes that have passed through different exit pupils of a photographic lens: one is to divide the PD of a pixel with one microlens into two, and the other is to divide the PD of a pixel into two parts so that it receives only the light flux from a specific exit pupil area. There is a method of forming a light-shielding curtain on the surface. The AF drive mode of this example can be applied to any of the above methods.

図10(a)および図10(b)は、位相差信号を取得可能な行の画素200が順次に選択される様子を示している。まず、図10(a)に示すように、行選択部510が、位相差信号を取得可能な第3行目を選択することで第3行目のNMOS226をオン状態に設定すると共に、他の行のNMOS226をオフ状態に設定する。列選択部520は、画素配列の全ての列を選択することで全列のNMOS227をオン状態に設定する。結果として、図10(a)に斜線で示した画素200の差動入力回路220にIcm電流値の定電流が供給され、図4を参照して上述したように画素200が駆動される。その後、処理が次の行に切り替わる。 FIGS. 10A and 10B show how pixels 200 in rows from which phase difference signals can be obtained are sequentially selected. First, as shown in FIG. 10A, the row selection unit 510 selects the third row from which a phase difference signal can be obtained, thereby setting the NMOS 226 in the third row to the on state, and The row NMOS 226 is set to the off state. The column selection unit 520 sets the NMOSs 227 in all columns to the on state by selecting all columns in the pixel array. As a result, a constant current having a current value of Icm is supplied to the differential input circuit 220 of the pixel 200 indicated by diagonal lines in FIG. 10A, and the pixel 200 is driven as described above with reference to FIG. Processing then switches to the next line.

次いで、図10(b)に示すように、行選択部510は、位相差信号を取得可能な第6行目を選択することで第6行目のNMOS226をオン状態に設定すると共に、他の行のNMOS226をオフ状態に設定する。列選択部520は、画素配列の全ての列のNMOS227をオン状態に維持する。 Next, as shown in FIG. 10(b), the row selection unit 510 selects the sixth row from which the phase difference signal can be obtained, thereby setting the NMOS 226 in the sixth row to the on state, and setting the NMOS 226 in the sixth row to the on state. The row NMOS 226 is set to the off state. The column selection unit 520 maintains the NMOS 227 in all columns of the pixel array in an on state.

以上のように、行選択部510は、AF動作に必要な画素配列の特定行を順次に繰り返し選択することによって、撮像面位相差AFに用いる信号を読み出す。AF動作においては、ユーザが選択した任意の測距点や、被写体検出によって選択された特定の領域のみにおいて、撮像面位相差AF用の信号を取得できればよいケースがある。AF駆動モードは、以上のようなケースにおいて不要な画素200の信号を読み出さずにAF動作に必要な信号を高速に読み出すことができるので、AF速度を高速化することができる。 As described above, the row selection unit 510 reads out signals used in the imaging plane phase difference AF by sequentially and repeatedly selecting specific rows of the pixel array necessary for the AF operation. In the AF operation, there are cases in which it is sufficient to acquire a signal for the imaging plane phase difference AF only at an arbitrary distance measurement point selected by the user or in a specific area selected by subject detection. In the AF drive mode, the signals necessary for the AF operation can be read out at high speed without reading out unnecessary signals from the pixels 200 in the above cases, so the AF speed can be increased.

以上説明した駆動モードのうち、図6に示すグローバルシャッタ駆動モードでは、全ての画素200が一律に動作する。したがって、Icm電流値を相対的に小さい0.1μAに設定し、全画素200のNMOS226とNMOS227とをオン状態に設定し、正帰還動作を有効状態にして、撮像素子100を駆動する。一方、図7から図10に示す他の駆動モードでは、同時に並列的に駆動される画素200の数が相対的に少ないので、Icm電流値を相対的に大きい5μAに設定し、正帰還動作を無効状態にして、撮像素子100を駆動する。他の駆動モードの制御によれば、差動入力回路220からの比較信号が反転するタイミングのばらつきが低減されるので、グローバルシャッタ駆動モードと比較してノイズを抑制できる。以上の構成においては、Icm電流値を0.1μAと5μAとのいずれかに切り替えて駆動しているが、Icm電流値は以上の設定値に限定されない。Icm電流値(相対的に大きい値および相対的に小さい値)は、同時に駆動される画素200の数や、電源ICの電流供給能力、用途目的等の種々の要素に応じて任意に変更され得る。 Among the drive modes described above, in the global shutter drive mode shown in FIG. 6, all pixels 200 operate uniformly. Therefore, the Icm current value is set to a relatively small 0.1 μA, the NMOS 226 and NMOS 227 of all pixels 200 are set to the on state, and the positive feedback operation is enabled to drive the image sensor 100. On the other hand, in other drive modes shown in FIGS. 7 to 10, the number of pixels 200 that are simultaneously driven in parallel is relatively small, so the Icm current value is set to a relatively large value of 5 μA, and positive feedback operation is performed. The image sensor 100 is driven in the disabled state. Control in other drive modes reduces variations in the timing at which the comparison signal from the differential input circuit 220 is inverted, so noise can be suppressed compared to the global shutter drive mode. In the above configuration, the Icm current value is switched between 0.1 μA and 5 μA for driving, but the Icm current value is not limited to the above set value. The Icm current value (relatively large value and relatively small value) can be arbitrarily changed depending on various factors such as the number of pixels 200 driven simultaneously, the current supply capacity of the power supply IC, and the purpose of use. .

以上の構成によれば、AD変換回路201の各々を駆動するIcm電流値が撮像素子100の駆動モードに応じて設定されるので、駆動モード、すなわち撮像素子100の駆動制御に応じて適切に画像を取得することができる。より具体的には、以上の構成によれば、駆動モードに応じた適切な画質を有する画像を取得することができる。 According to the above configuration, the Icm current value for driving each of the AD conversion circuits 201 is set according to the drive mode of the image sensor 100. can be obtained. More specifically, according to the above configuration, an image having appropriate image quality depending on the drive mode can be obtained.

<第2実施形態>
以下、図11および図12を参照して、本発明の第2実施形態に係る撮像装置1100について説明する。なお、以下に例示する各実施形態において、作用、機能が第1実施形態と同等である要素については、以上の説明で参照した符号を流用して各々の説明を適宜に省略する。
<Second embodiment>
An imaging device 1100 according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 11 and 12. In each of the embodiments illustrated below, the reference numerals referred to in the above description will be used for elements whose operations and functions are equivalent to those of the first embodiment, and the description of each will be omitted as appropriate.

図11は、本発明の第2実施形態に係る撮像装置1100の全体的な構成を示すブロック図である。撮像装置1100は、第1実施形態に係る撮像素子100、光学系1110、信号処理部1120、記憶部1130、表示部1140、記録部1150、入力インターフェース1160、駆動モード設定部1170、およびメカニカルシャッタ1180を有する。 FIG. 11 is a block diagram showing the overall configuration of an imaging device 1100 according to the second embodiment of the present invention. The imaging device 1100 includes the imaging element 100 according to the first embodiment, an optical system 1110, a signal processing section 1120, a storage section 1130, a display section 1140, a recording section 1150, an input interface 1160, a drive mode setting section 1170, and a mechanical shutter 1180. has.

光学系1110は、フォーカスレンズ、ズームレンズ、絞り等の光学要素を含む撮像レンズである。 The optical system 1110 is an imaging lens including optical elements such as a focus lens, a zoom lens, and an aperture.

撮像素子100は、前述したように、光学系1110によって結像された被写体像を光電変換して得られるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。 As described above, the image sensor 100 converts an analog signal obtained by photoelectrically converting a subject image formed by the optical system 1110 into a digital signal and outputs the digital signal.

信号処理部1120は、撮像素子100から出力された画像信号に対して、欠陥画素の補正、ノイズ低減、色変換、ホワイトバランス補正、ガンマ補正等の画像処理、解像度変換処理、および画像圧縮処理を実行する画像処理部として機能する。 The signal processing unit 1120 performs image processing such as correction of defective pixels, noise reduction, color conversion, white balance correction, and gamma correction, resolution conversion processing, and image compression processing on the image signal output from the image sensor 100. It functions as an image processing unit.

記憶部1130は、信号処理部1120が使用する演算処理用のメモリであって、撮像装置1100にて連続撮影が実行される場合はバッファーメモリとして機能することができる。 The storage unit 1130 is a memory for arithmetic processing used by the signal processing unit 1120, and can function as a buffer memory when continuous shooting is performed in the imaging apparatus 1100.

表示部1140は、信号処理部1120から出力された画像信号(画像データ)等の情報を表示するディスプレイである。 The display unit 1140 is a display that displays information such as the image signal (image data) output from the signal processing unit 1120.

記録部1150は、信号処理部1120から出力された画像信号(画像データ)等の情報を記録する記録媒体であって、例えば、メモリカードやハードディスクである。 The recording unit 1150 is a recording medium that records information such as an image signal (image data) output from the signal processing unit 1120, and is, for example, a memory card or a hard disk.

入力インターフェース1160は、ボタン、スイッチ、電子ダイヤル等の操作部材からの入力を電気的に受信する。本実施形態では、特に、ユーザが撮影モードを選択する操作を受け付ける。 Input interface 1160 electrically receives input from operating members such as buttons, switches, and electronic dials. In this embodiment, in particular, an operation by the user to select a shooting mode is accepted.

駆動モード設定部1170は、入力インターフェース1160から入力された撮影モードに応じて、撮像素子100に適用すべき駆動モードを選択し、適用すべき駆動モードを示す信号(駆動モード情報)を制御部122および信号処理部1120に出力する。第1実施形態にて説明したように、本発明の実施形態に係る撮像素子100では、駆動モード情報に基づいて制御部122が画素200の動作を制御する。また、信号処理部1120は、駆動モード情報に基づいて、撮像素子100からの画像信号の処理手法(画像処理手法)を選択して実行する。詳細は図12を参照して後述される。 The drive mode setting unit 1170 selects a drive mode to be applied to the image sensor 100 according to the shooting mode input from the input interface 1160, and sends a signal (drive mode information) indicating the drive mode to be applied to the control unit 122. and output to the signal processing section 1120. As described in the first embodiment, in the image sensor 100 according to the embodiment of the present invention, the control unit 122 controls the operation of the pixel 200 based on drive mode information. Further, the signal processing unit 1120 selects and executes a processing method (image processing method) for the image signal from the image sensor 100 based on the drive mode information. Details will be described later with reference to FIG.

メカニカルシャッタ1180は、光学系1110からの光束を撮像素子100に対して入射させる露光状態と光束を遮る遮光状態とを機械的に制御するシャッタ機構である。露光状態の継続時間は種々に設定可能である。動画のような高いフレームレートで読み出さなくてよい静止画の撮影モードでは、メカニカルシャッタ1180によって撮像素子100の露光時間を制御し、撮像素子100が遮光状態となった後に画素信号を順次にAD変換して読み出すことができる。 The mechanical shutter 1180 is a shutter mechanism that mechanically controls an exposure state in which the light flux from the optical system 1110 is made to enter the image sensor 100 and a light shielding state in which the light flux is blocked. The duration of the exposure state can be set in various ways. In the shooting mode for still images that do not need to be read out at a high frame rate, such as moving images, the exposure time of the image sensor 100 is controlled by the mechanical shutter 1180, and after the image sensor 100 is in a light-shielded state, the pixel signals are sequentially AD converted. It can be read out.

図12は、本発明の第2実施形態に係る撮像装置1100における駆動制御手法の説明図である。図12は、ユーザが選択可能な撮影モードと、駆動モード、Icm電流値、差動入力回路220の動作、および信号処理手法との対応関係(すなわち、撮影モードと制御パラメータとの対応関係)を示している。撮影モードとして、高解像動画モード、高フレームレート(High Frame Rate, HFR)動画モード、および静止画モードが例示されている。 FIG. 12 is an explanatory diagram of a drive control method in the imaging device 1100 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 12 shows the correspondence between the user-selectable shooting modes, the drive mode, the Icm current value, the operation of the differential input circuit 220, and the signal processing method (that is, the correspondence between the shooting modes and control parameters). It shows. Examples of shooting modes include a high-resolution video mode, a high frame rate (HFR) video mode, and a still image mode.

入力インターフェース1160から入力された撮影モードが高解像動画モードである場合、駆動モード設定部1170は、図6のグローバルシャッタ駆動モードで撮像素子100を駆動するように制御部122および信号処理部1120を制御する。グローバルシャッタ駆動モードが選択されることによって、高解像度の画像が取得されると共に、動く被写体におけるローリング歪みの発生が抑制される。制御部122は、Icm電流値を全ての画素200一律に0.1μAに設定すると共に、正帰還回路230が動作するように設定することで、比較信号が反転する遷移速度を高速化する。 When the shooting mode input from the input interface 1160 is the high-resolution video mode, the drive mode setting unit 1170 controls the control unit 122 and the signal processing unit 1120 to drive the image sensor 100 in the global shutter drive mode of FIG. control. By selecting the global shutter drive mode, a high-resolution image is obtained and the occurrence of rolling distortion in a moving subject is suppressed. The control unit 122 uniformly sets the Icm current value to 0.1 μA for all pixels 200 and sets the positive feedback circuit 230 to operate, thereby increasing the transition speed at which the comparison signal is inverted.

動画モードにおいては、信号処理部1120が、取得した複数の画像を動画用フォーマットに変換することが必要である。例えば、フルHD動画であれば、画像解像度を1920×1080にビニングする処理が必要であり、4K動画であれば画像解像度を3840×2160にビニングする処理が必要である。加えて、信号処理部1120は、動画モードにおいて、連続する静止画フレームを有する動画ファイルのサイズを抑制するための圧縮処理を実行する。以上の圧縮処理においては、例えば、同一フレーム内(空間方向)の類似データの平均化処理や、複数フレーム間(時間方向)のデータ差分の置換え処理等が実行される。以上の処理の結果、高解像動画モードでは静止画と比較してノイズが目立ち難いので、相対的にノイズの大きい図6のグローバルシャッタ駆動モードを用いても動画像におけるノイズの影響が小さい。 In the video mode, the signal processing unit 1120 needs to convert the plurality of acquired images into a video format. For example, a full HD video requires processing to bin the image resolution to 1920x1080, and a 4K video requires processing to bin the image resolution to 3840x2160. In addition, in the video mode, the signal processing unit 1120 performs compression processing to reduce the size of a video file having continuous still image frames. In the above compression processing, for example, averaging processing of similar data within the same frame (in the spatial direction), processing of replacing data differences between multiple frames (in the temporal direction), etc. are executed. As a result of the above processing, noise is less noticeable in the high-resolution moving image mode than in still images, so even if the global shutter drive mode of FIG. 6, which has relatively large noise, is used, the influence of noise on moving images is small.

入力インターフェース1160から入力された撮影モードがHFR動画モードである場合、駆動モード設定部1170は、図8の間引きGS駆動モードで撮像素子100を駆動するように制御部122および信号処理部1120を制御する。間引きGS駆動モードが選択されることによって、動画像の解像度はグローバルシャッタ駆動モードと比較して1/4となるが、高いフレームレートで信号を読み出すことができると共に、動く被写体におけるローリング歪みの発生が抑制される。間引きGS駆動モードでは、同時並列に駆動される画素200の数がグローバルシャッタ駆動モードよりも少ないので、制御部122は、駆動する画素200のIcm電流値を5μAに設定すると共に、正帰還回路230が動作しないように設定する。結果として、HFR動画モードでは、グローバルシャッタ駆動モードと比較して、ノイズの発生が抑制される。 When the shooting mode input from the input interface 1160 is the HFR video mode, the drive mode setting unit 1170 controls the control unit 122 and the signal processing unit 1120 to drive the image sensor 100 in the thinned-out GS drive mode in FIG. do. By selecting the thinning GS drive mode, the resolution of the moving image is 1/4 compared to the global shutter drive mode, but it is possible to read out signals at a high frame rate, and it also prevents rolling distortion from occurring in moving subjects. is suppressed. In the thinned-out GS drive mode, the number of pixels 200 that are simultaneously driven in parallel is smaller than in the global shutter drive mode, so the control unit 122 sets the Icm current value of the pixels 200 to be driven to 5 μA, and also Set it so that it doesn't work. As a result, noise generation is suppressed in the HFR video mode compared to the global shutter drive mode.

入力インターフェース1160から入力された撮影モードが静止画モードである場合、駆動モード設定部1170は、図7の列並列駆動モードで撮像素子100を駆動するように制御部122および信号処理部1120を制御する。静止画モードでは、動画のような高いフレームレートで画像信号を読み出さなくてよいからである。制御部122は、HFR動画モードと同様に、駆動する画素200のIcm電流値を5μAに設定すると共に、正帰還回路230が動作しないように設定する。結果として、静止画モードでは、グローバルシャッタ駆動モードと比較して、ノイズの発生が抑制される。 When the shooting mode input from the input interface 1160 is the still image mode, the drive mode setting unit 1170 controls the control unit 122 and the signal processing unit 1120 to drive the image sensor 100 in the column parallel drive mode of FIG. do. This is because in still image mode, there is no need to read out image signals at a high frame rate like moving images. Similarly to the HFR video mode, the control unit 122 sets the Icm current value of the pixel 200 to be driven to 5 μA, and also sets the positive feedback circuit 230 not to operate. As a result, noise generation is suppressed in the still image mode compared to the global shutter drive mode.

なお、以上の制御パラメータは一例であって、任意に設定され得る。すなわち、本実施形態に係る撮像素子100は、撮像装置1100において優先すべき性能に応じて任意に設定され得る。例えば、HFR動画モードにおいて、消費電力の低減を優先すべき場合は、低解像度の間引きGS駆動モードで撮像素子100を駆動する場合に、Icm電流値を0.1μAに設定し、正帰還回路230を動作させてもよい。 Note that the above control parameters are just examples and can be set arbitrarily. That is, the image sensor 100 according to the present embodiment can be arbitrarily set according to the performance to be prioritized in the image capturing apparatus 1100. For example, in the HFR video mode, if priority should be given to reducing power consumption, when driving the image sensor 100 in the low resolution thinning GS drive mode, the Icm current value is set to 0.1 μA, and the positive feedback circuit 230 may be operated.

以上の構成によれば、撮像装置1100の駆動モード設定部1170が、撮像装置1100の撮影モードに応じて撮像素子100の駆動モードを選択するので、撮影モード、すなわち、撮影の用途に応じて撮像素子100の駆動が制御される。例えば、撮影モードに応じて、グローバルシャッタ駆動モードによる撮影と低ノイズ駆動モード(例えば、間引きGS駆動モード)による撮影とが切り替えられる。結果として、撮影の用途に応じた適切な画質を有する画像(動画および静止画)を取得することができる。 According to the above configuration, the drive mode setting unit 1170 of the imaging device 1100 selects the drive mode of the image sensor 100 according to the imaging mode of the imaging device 1100, so that the imaging Driving of the element 100 is controlled. For example, depending on the photography mode, photography using the global shutter drive mode and photography using the low noise drive mode (for example, thinned-out GS drive mode) are switched. As a result, it is possible to obtain images (moving images and still images) with appropriate image quality depending on the purpose of photography.

<その他の実施形態>
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
<Other embodiments>
Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist thereof.

100 撮像素子
122 制御部
200 画素(単位画素)
201 AD変換回路
210 画素回路
220 差動入力回路
230 正帰還回路
901 画素グループ
1100 撮像装置
1170 駆動モード設定部
100 Image sensor 122 Control unit
200 pixels (unit pixel)
201 AD conversion circuit 210 Pixel circuit 220 Differential input circuit 230 Positive feedback circuit 901 Pixel group 1100 Imaging device 1170 Drive mode setting section

Claims (8)

入射した光量に対応する画素信号を出力する画素回路と、
前記画素信号をAD変換するAD変換回路と、を各々が含む複数の画素が2次元的に配置されている撮像素子であって、
並列に動作する前記AD変換回路の数に基づいて、複数の前記AD変換回路の各々を駆動する駆動電流値を切り替えるように制御する制御部を備える、ことを特徴とする撮像素子。
a pixel circuit that outputs a pixel signal corresponding to the amount of incident light;
An image sensor in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged, each including an AD conversion circuit that AD converts the pixel signal,
An image pickup device comprising: a control unit that controls to switch a drive current value for driving each of the plurality of AD conversion circuits based on the number of the AD conversion circuits that operate in parallel .
複数の前記AD変換回路の各々は、
前記画素信号の電圧と参照信号の電圧とを比較した結果を示す比較信号が反転する際の遷移速度を高速化する正帰還回路を備え、
前記制御部は、
前記AD変換回路を駆動する前記駆動電流値を切り替えると共に前記正帰還回路による正帰還動作の有効状態と無効状態とを切り替える、ことを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。
Each of the plurality of AD conversion circuits,
comprising a positive feedback circuit that speeds up the transition speed when a comparison signal indicating a result of comparing the voltage of the pixel signal and the voltage of the reference signal is inverted;
The control unit includes:
2. The image sensor according to claim 1, wherein the drive current value for driving the AD conversion circuit is switched, and a positive feedback operation by the positive feedback circuit is switched between a valid state and a disabled state.
前記制御部は、複数の前記AD変換回路の各々について、
前記AD変換回路の前記駆動電流値を第1電流値に切り替えた場合に前記正帰還動作が有効状態となるように制御し、
前記AD変換回路の前記駆動電流値を前記第1電流値よりも高い第2電流値に切り替えた場合に前記正帰還動作が無効状態となるように制御する、ことを特徴とする請求項2に記載の撮像素子。
The control unit, for each of the plurality of AD conversion circuits,
controlling the positive feedback operation to be in a valid state when the drive current value of the AD conversion circuit is switched to a first current value;
According to claim 2, the positive feedback operation is controlled to be in an invalid state when the drive current value of the AD conversion circuit is switched to a second current value higher than the first current value. The image sensor described.
前記制御部は、
複数の前記AD変換回路を順次に選択して、選択された前記AD変換回路を並列に動作させる、ことを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1項に記載の撮像素子。
The control unit includes:
The image sensor according to any one of claims 1 to 3 , wherein a plurality of the AD conversion circuits are sequentially selected and the selected AD conversion circuits are operated in parallel .
前記AD変換回路を各々が含む複数の前記画素は行列状に配置されており、
前記制御部は、
複数の前記AD変換回路を行毎に順次に選択して、選択された行の前記AD変換回路を並列に動作させる、ことを特徴とする請求項に記載の撮像素子。
The plurality of pixels each including the AD conversion circuit are arranged in a matrix,
The control unit includes:
5. The image sensor according to claim 4 , wherein the plurality of AD conversion circuits are sequentially selected row by row, and the AD conversion circuits in the selected rows are operated in parallel .
前記AD変換回路を各々が含む複数の前記画素は複数の画素グループに領域分割されており、
前記制御部は、
複数の前記AD変換回路を前記画素グループ内の相対位置毎に順次に選択して、選択された相対位置にある前記AD変換回路を並列に動作させる、ことを特徴とする請求項に記載の撮像素子。
The plurality of pixels each including the AD conversion circuit are divided into a plurality of pixel groups,
The control unit includes:
5. The plurality of AD conversion circuits are sequentially selected for each relative position within the pixel group, and the AD conversion circuits located at the selected relative positions are operated in parallel. Image sensor.
請求項1から請求項のいずれか1項に記載の撮像素子と、
撮影モードに応じて、前記撮像素子に適用すべき駆動モードを選択する駆動モード設定部と、を備える撮像装置であって、
前記撮像素子の前記制御部は、
前記駆動モード設定部が選択した前記駆動モードに従って複数の前記画素の動作を制御する、ことを特徴とする撮像装置。
An image sensor according to any one of claims 1 to 6 ,
An imaging device comprising: a drive mode setting unit that selects a drive mode to be applied to the image sensor according to a shooting mode,
The control unit of the image sensor includes:
An imaging device, characterized in that the operation of the plurality of pixels is controlled according to the drive mode selected by the drive mode setting section.
入射する光量に対応する画素信号を出力する画素回路と、
前記画素信号をAD変換するAD変換回路と、を各々が含む複数の画素が2次元的に配置されている撮像素子の制御方法であって、
並列に動作する前記AD変換回路の数に基づいて、複数の前記AD変換回路の各々を駆動する駆動電流値を切り替えるように制御する、ことを特徴とする制御方法。
a pixel circuit that outputs a pixel signal corresponding to the amount of incident light;
A method for controlling an image sensor in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged, each including an AD conversion circuit that AD converts the pixel signal,
A control method comprising controlling to switch a drive current value for driving each of the plurality of AD conversion circuits based on the number of the AD conversion circuits operating in parallel .
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