JP5219962B2 - 固体撮像素子、その駆動方法、及び撮像システム - Google Patents
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Description
<実施例1の固体撮像素子の構成例> 図1Aは、本発明の実施例1の固体撮像素子100の構成例を示す図である。本実施例1では、AD変換回路に周波数帯域の異なる2つの信号比較器を有する構成を示す。図1Aに示すように、固体撮像素子100は、画素アレイ部102、垂直走査回路103、垂直信号線104、列処理回路105、水平走査回路106、参照電圧生成部107、タイミング制御回路108(以下、TG108)によって構成されている。画素アレイ102は、画素101が2次元に多数配列して構成されているものである。画素101は、不図示であるが、フォトダイオードなど光電変換部、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、画素選択トランジスタを含む。行単位で画素からの信号の読み出しや画素のリセットを行うため、1行の画素は、垂直走査回路103からの制御線と共通に接続される。また、同一列の画素は、画素信号Vsigを読み出すための共通の垂直信号線104に接続されている。
図1Bに、比較回路COMPx1及びCOMPx2の回路構成を示す。COMPx1及びCOMPx2は入力を切り替えるスイッチSW1、クランプ容量Cin、インバータINV、インバータINVの入力と出力を短絡するスイッチSW2、負荷容量CLで構成されてる。更に、インバータINVはP型MOSのM1、N型MOSトランジスタM2によって構成されている。
<実施例2の固体撮像素子の構成例> 図4は、本発明の実施例2の固体撮像素子500の構成例を示すブロック図である。図4では、図1Aと同等の部分については同一符号を付している。本実施例ではAD変換回路内に1つの信号比較器を有し、その周波数帯域を切り替えて使う構成を示す。図4において、図1Aに加え、新たにSEL5x1、SWx1、SWx2、C1、カウンタ5x1が追加されている。SEL5x1は、高速に信号比較ができるが比較的ノイズの大きいAD変換を行うか、低速の信号比較でノイズの少ないAD変換を行うか選択するAD選択回路である。この回路は、画素信号Vsigの信号レベルを基準電圧、ここではVrefの最大値と比較し、それより大きければHighを、小さければLowを出力する。基準電圧との比較のために比較回路(不図示)を用いるが、ここで使用する比較回路は前述のCOMPx1やCOMPx2ほどの精度は要求はされない。少なくとも基準電圧の信号レベルより大きい場合に、高速だが比較的ノイズの多いAD変換を行うように選択が切り替わればよい。この理由は、AD変換の選択を行う画素信号レベルがばらついて回路的なノイズとなったとしても、ノイズの支配要因である光ショットノイズに比べて十分小さいため、どちらのAD変換を選択してもノイズの結果は同じになるからである。
Claims (7)
- 光電変換部を含む複数の画素を2次元に配列した画素アレイ部と、前記画素アレイ部からの画素信号を列毎に読み出す読み出し回路とを有する固体撮像素子であって、
前記読み出し回路の各々は、前記画素アレイ部からのアナログの画素信号の信号レベルと、時間的に変換する参照レベルとを比較部で比較することによりデジタルの画素信号に変換するAD変換回路を有し、
前記比較部の周波数帯域特性を、前記画素アレイ部からのアナログの画素信号の信号レベルに応じて切り替える制御手段を有する
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 前記制御手段は、前記画素アレイ部からのアナログの画素信号の信号レベルが閾値より低い場合には第1の周波数帯域特性を用いて前記比較部で比較を行い、前記画素アレイ部からのアナログの画素信号の信号レベルが前記閾値より高い場合には前記第1より広い第2の周波数帯域特性を用いて前記比較部で比較を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記AD変換回路は異なる周波数帯域特性を有する複数の比較部を有し、前記制御手段は、前記画素アレイ部からのアナログの画素信号の信号レベルに応じて前記複数の比較部を選択する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像素子。 - 前記AD変換回路は容量部を有し、前記制御手段は、前記比較部の出力端子と前記容量部とを接続するスイッチにより、前記比較部の周波数帯域特性を切り替える
ことを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像素子。 - 前記AD変換回路は、前記比較部の比較の結果、前記画素アレイ部からのアナログの画素信号の信号レベルが時間的に変化する参照レベルを越えている間のクロックをカウントして、そのカウント値をデジタルの画素信号とするカウンタを有する
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子によって得られた信号を処理する信号処理部と、を備える
ことを特徴とする撮像システム。 - 光電変換部を含む複数の画素を2次元に配列した画素アレイ部と、前記画素アレイ部からの画素信号を列毎に読み出す読み出し回路とを有する固体撮像素子の駆動方法であって、
前記読み出し回路の各々は、前記画素アレイ部からのアナログの画素信号の信号レベルと、時間的に変換する参照レベルとを比較部で比較することによりデジタルの画素信号に変換するAD変換回路を有し、
前記固体撮像素子の駆動方法は、前記比較部の周波数帯域特性を、前記画素アレイ部からのアナログの画素信号の信号レベルに応じて切り替える工程を有する
ことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
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