JP6479136B2 - Imaging device driving method, imaging device, and imaging system - Google Patents
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Description
本発明は、入射する電磁波に基づく信号を生成する変換部と、変換部が生成した信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部とを画素が有する撮像装置、撮像システムに関する。 The present invention relates to an imaging apparatus and an imaging system in which a pixel includes a conversion unit that generates a signal based on incident electromagnetic waves, and an analog-to-digital conversion unit that converts a signal generated by the conversion unit into a digital signal.
特許文献1のように、入射する電磁波に基づく信号を生成する変換部と、変換部が生成した信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部(以下、AD変換部と表記する)とを含む画素を有する撮像装置が知られている。
A pixel including a conversion unit that generates a signal based on an incident electromagnetic wave and an analog-to-digital conversion unit (hereinafter referred to as an AD conversion unit) that converts the signal generated by the conversion unit into a digital signal, as in
特許文献1に記載の撮像装置において、変換部が入射光に基づく信号を生成する前に、変換部の電位をリセットする。変換部の信号をリセットする時に、電源電圧VDDを供給する電源線に変換部から電流が流れる。また、AD変換を行う前に、変換部の信号が与えられるAD変換部の入力ノードの電位をリセットする。このAD変換部の入力ノードのリセット時にも、電源電圧VDDを供給する電源線にAD変換部の入力ノードから電流が流れる。この電源電圧VDDを供給する電源線に電流が流れることによって電圧降下が生じ、電源電圧VDDの電位が変動してしまう。この電源電圧VDDの電位の変動は、複数の画素で同時にリセット動作を行った場合に、特に顕著である。電源電圧VDDの電位の変動により、変換部のリセット電位あるいはAD変換部の入力ノードのリセット電位が変動する。変換部のリセット電位が変動することにより、変換部が入射光に基づいて生成する信号の精度の低下が生じる。また、AD変換部の入力ノードのリセット電位が変動することにより、AD変換精度の低下が生じる。また、AD変換部がランプ信号と変換部が出力する信号とを比較する比較部を有する場合、比較部のランプ信号が与えられるノードのリセット時に、ランプ信号が与えられるノードから電源電圧VDDを供給する電源線に電流が流れる。これによって、電源電圧VDDを供給する電源線に電圧降下が生じ、電源電圧VDDの電位が変動する。この電源電圧VDDの電位が変動すると、ランプ信号が与えられるノードのリセット電位が変動するため、AD変換精度の低下が生じる。
In the imaging apparatus described in
特許文献1に記載の撮像装置では、画素のリセット動作によって生じるリセット電位の変動を低減する検討がなされていなかった。
In the imaging apparatus described in
本発明は上記の課題を鑑みて為されたものであり、一の態様は、入射する電磁波に基づく電気信号を生成する変換部と、前記電気信号が前記変換部から入力される入力部と、参照信号が入力される参照信号入力部と、前記入力部の電位と前記参照信号入力部の電位とを比較した結果に基づいて、前記電気信号をデジタル信号に変換するAD変換部とを各々が有する複数の組を有する撮像装置の駆動方法であって、前記複数の組は、第1組と、第2組とを含み、前記変換部の電位と、前記入力部の電位と、前記参照信号入力部の電位との少なくとも1つをリセットするリセット期間の開始を、前記第1組と前記第2組とで互いに異ならせるとともに、前記電気信号を前記変換部から前記入力部に入力するタイミングを、前記第1組と前記第2組とで同時とすることを特徴とする撮像装置の駆動方法である。 The present invention has been made in view of the above problems, and one aspect is a conversion unit that generates an electrical signal based on an incident electromagnetic wave, an input unit that receives the electrical signal from the conversion unit, and A reference signal input unit to which a reference signal is input, and an AD conversion unit that converts the electric signal into a digital signal based on the result of comparing the potential of the input unit and the potential of the reference signal input unit, respectively. a driving method of an image pickup apparatus having a plurality of pairs having the plurality of pairs is seen containing a first set and a second set, and the potential of the conversion unit, and the potential of the input portion, the reference Timing at which the start of a reset period for resetting at least one of the potential of the signal input unit is different between the first set and the second set, and the electric signal is input from the conversion unit to the input unit the said first set and the second set In a driving method of an image pickup apparatus characterized by the simultaneous.
また、別の態様は、入射する電磁波に基づく電気信号を生成する変換部と、前記電気信号が前記変換部から入力される入力部と、参照信号が入力される参照信号入力部と、前記入力部の電位と前記参照信号入力部の電位とを比較した結果に基づいて、前記電気信号をデジタル信号に変換するAD変換部とを各々が有する複数の組と、前記複数の組に共通のリセット電位を供給する電位供給部とを有し、前記複数の組は、第1組と第2組を含み、前記第2組は、前記電位供給部からの前記リセット電位が供給される電気的経路が前記第1組よりも長い撮像装置の駆動方法であって、前記変換部の電位と、前記入力部の電位と、前記参照信号入力部の電位との少なくとも1つをリセットするリセット期間を、前記第2組の方が、前記第1組よりも早く開始し、前記電気信号を前記変換部から前記入力部に入力するタイミングを、前記第1組と前記第2組とで同時とすることを特徴とする撮像装置の駆動方法である。 Another aspect includes a conversion unit that generates an electrical signal based on an incident electromagnetic wave, an input unit that receives the electrical signal from the conversion unit, a reference signal input unit that receives a reference signal, and the input A plurality of sets each having an AD conversion unit for converting the electrical signal into a digital signal based on a result of comparing the potential of the unit and the potential of the reference signal input unit, and a reset common to the plurality of sets and a potential supply section for supplying the potential, the plurality of pairs includes first and second sets, the second set is an electrical path that the reset potential from the potential supply section is supplied Is a driving method of the imaging device longer than the first set, and a reset period for resetting at least one of the potential of the conversion unit, the potential of the input unit, and the potential of the reference signal input unit, towards the second set is, than the first set Ku started, the timing of inputting the electrical signal to the input unit from the conversion unit is a driving method of an image pickup apparatus characterized by the simultaneous with the first set and the second set.
また、別の態様は、入射する電磁波に基づく電気信号を生成する変換部と、前記電気信号が前記変換部から入力される入力部と、参照信号が入力される参照信号入力部と、前記入力部の電位と前記参照信号入力部の電位とを比較した結果に基づいて、前記電気信号をデジタル信号に変換するAD変換部と、を各々が有する複数の組を有するとともに、前記複数の組に共通のリセット電位を供給する電位供給部とを有し、前記複数の組は、第1組と第2組を含み、前記第2組は、前記電位供給部からの前記リセット電位が供給される電気的経路の抵抗が前記第1組よりも大きい撮像装置の駆動方法であって、前記変換部の電位と、前記入力部の電位と、前記参照信号入力部の電位との少なくとも1つをリセットするリセット期間を、前記第2組の方が、前記第1組よりも早く開始し、前記電気信号を前記変換部から前記入力部に入力するタイミングを、前記第1組と前記第2組とで同時とすることを特徴とする撮像装置の駆動方法である。 Another aspect includes a conversion unit that generates an electrical signal based on an incident electromagnetic wave, an input unit that receives the electrical signal from the conversion unit, a reference signal input unit that receives a reference signal, and the input parts based on the result of comparing the potential of the reference signal input to the potential of the AD converter for converting the electrical signal into a digital signal, which has a plurality of sets each having, on the plurality of sets a common reset potential and a potential supply part for supplying said plurality of sets includes first and second sets, the second set, said reset potential from the potential supply section is supplied A driving method of an imaging apparatus having a resistance of an electrical path larger than that of the first set , wherein at least one of the potential of the conversion unit, the potential of the input unit, and the potential of the reference signal input unit is reset a reset period for the second set Imaging it is, the start and faster than the first set, characterized in that the timing of inputting the electrical signal to the input unit from the conversion unit, and simultaneously with the first set and the second set It is a drive method of an apparatus.
また、別の態様は、入射する電磁波に基づく電気信号を生成する変換部と、前記電気信号が前記変換部から入力される入力部と、参照信号が入力される参照信号入力部と、前記入力部の電位と前記参照信号入力部の電位とを比較した結果に基づいて、前記電気信号をデジタル信号に変換するAD変換部とを各々が有する複数の組を有する撮像装置であって、
前記複数の組は、第1組と、第2組とを含み、前記撮像装置はさらに、前記変換部の電位と、前記入力部の電位と、前記参照信号入力部の電位との少なくとも1つをリセットするリセット期間の開始を、前記第1組と前記第2組とで互いに異ならせるとともに、前記電気信号を前記変換部から前記入力部に入力するタイミングを、前記第1組と前記第2組とで同時とする制御部を有することを特徴とする撮像装置である。
Another aspect includes a conversion unit that generates an electrical signal based on an incident electromagnetic wave, an input unit that receives the electrical signal from the conversion unit, a reference signal input unit that receives a reference signal, and the input An imaging device having a plurality of sets each having an AD conversion unit that converts the electrical signal into a digital signal based on a result of comparing the potential of the unit and the potential of the reference signal input unit,
The plurality of sets include a first set and a second set, and the imaging apparatus further includes at least one of a potential of the conversion unit, a potential of the input unit, and a potential of the reference signal input unit. The start of the reset period for resetting the first set and the second set is different from each other, and the timing at which the electric signal is input from the conversion unit to the input unit is set to the first set and the second set. an imaging apparatus characterized by comprising a control unit to simultaneously at a set.
また、別の態様は、入射する電磁波に基づく電気信号を生成する変換部と、前記電気信号が前記変換部から入力される入力部と、参照信号が入力される参照信号入力部と、前記入力部の電位と前記参照信号入力部の電位とを比較した結果に基づいて、前記電気信号をデジタル信号に変換するAD変換部とを各々が有する複数の組を有するとともに、前記複数の組に共通のリセット電位を供給する電位供給部を有する撮像装置であって、前記複数の組は、第1組と、前記第1組よりも前記電位供給部からの前記リセット電位が供給される電気的経路が長い第2組とを含み、前記電気信号を前記変換部から前記入力部に入力するタイミングが、前記第1組と前記第2組とで同時であって、前記変換部と、前記入力部と、前記参照信号入力部と、の少なくとも1つに前記リセット電位を供給するリセット期間を、前記第1組よりも早く前記第2組に開始させる信号供給部を有することを特徴とする撮像装置である。 Another aspect includes a conversion unit that generates an electrical signal based on an incident electromagnetic wave, an input unit that receives the electrical signal from the conversion unit, a reference signal input unit that receives a reference signal, and the input A plurality of sets each including an AD conversion unit that converts the electrical signal into a digital signal based on a result of comparing the potential of the unit and the potential of the reference signal input unit, and is common to the plurality of sets An image pickup apparatus having a potential supply unit for supplying a reset potential, wherein the plurality of sets includes a first set and an electrical path through which the reset potential is supplied from the potential supply unit rather than the first set. and a long second set, the timing of the electrical signal inputted to the input unit from the conversion unit, a co-between the first set and the second set, and the converting unit, the input unit And the reference signal input unit, The reset period and supplies the reset potential to one even without an imaging apparatus characterized by having the signal supply section to start the first set and the second set faster than.
また、別の態様は、入射する電磁波に基づく電気信号を生成する変換部と、前記電気信号が入力される入力部と、前記電気信号が前記変換部から入力される入力部と、参照信号が入力される参照信号入力部と、前記入力部の電位と前記参照信号入力部の電位とを比較した結果に基づいて、前記電気信号をデジタル信号に変換するAD変換部と、を各々が有する複数の組を有し、前記複数の組に共通のリセット電位を供給する電位供給部と、を有する撮像装置であって、前記複数の組は、第1組と、前記第1組よりも前記電位供給部からの前記リセット電位が供給される電気的経路の抵抗が大きい第2組とを含み、前記電気信号を前記変換部から前記入力部に入力するタイミングが、前記第1組と前記第2組とで同時であって、前記撮像装置はさらに、前記変換部と、前記入力部と、前記参照信号入力部と、の少なくとも1つに前記リセット電位を供給するリセット期間を、前記第1組よりも早く前記第2組に開始させる信号供給部を有することを特徴とする撮像装置である。 In another aspect, a conversion unit that generates an electric signal based on an incident electromagnetic wave, an input unit to which the electric signal is input, an input unit to which the electric signal is input from the conversion unit, and a reference signal A plurality of reference signal input sections each having an input reference signal input section and an AD conversion section that converts the electrical signal into a digital signal based on a result of comparing the potential of the input section with the potential of the reference signal input section has set, an imaging device having a potential supply section for supplying a common reset voltage to the plurality of pairs, the plurality of pairs includes a first set, said potential than the first set And a second set having a large resistance of an electrical path to which the reset potential from the supply unit is supplied , and the timing at which the electrical signal is input from the conversion unit to the input unit is the first set and the second set. a simultaneous with the set, the imaging apparatus Et al in the above conversion unit, the input unit, and the reference signal input, at least one in the reset period and supplies the reset potential, the signal to start the first set and the second set faster than It is an imaging device characterized by having a supply part.
本発明により、画素をリセットする際に生じるリセット電位の変動を低減することができる。 According to the present invention, variation in reset potential that occurs when a pixel is reset can be reduced.
(実施例1)
図面を参照しながら、本実施例の撮像装置を説明する。
Example 1
The imaging apparatus of the present embodiment will be described with reference to the drawings.
図1(a)は、本実施例の撮像装置の一例を示したブロック図である。画素アレイ1000には、行列状に配された複数の画素100が設けられている。ブロック1およびブロック2に含まれる画素100については、信号供給部3から見て1行目において、垂直走査回路2から見て1列目から4列目まで順に100−1〜100−4と枝番を付して符号を付している。以下、本明細書では、画素100について単にM行目(Mは1以上の整数)と記す時は、信号供給部3から見て数えたものとして扱う。また、画素100について単にN列目(Nは1以上の整数)と記す時は、垂直走査回路2から見て数えたものとして扱う。ブロック1に含まれる2行目の画素100は、1行目の画素100と同様に、1列目から順に4列目まで画素100−5〜100−8と符号を付している。垂直走査回路2は画素100を行ごとに選択する。信号供給部3は、画素100にクロック信号CLK、ランプ信号RAMP、信号PRES、信号RRESを供給する。
FIG. 1A is a block diagram illustrating an example of an imaging apparatus according to the present embodiment. The
画素100が出力するデジタル信号は、水平走査回路4に与えられる。水平走査回路4は、各列の画素100が出力するデジタル信号を順次、外部出力部5に出力する。
The digital signal output from the
画素100−1,100−2,100−5,100−6はブロック1に属している。信号供給部3は、ブロック1に属する画素100のそれぞれに共通の信号PRES_1を出力する。また、信号供給部3は、ブロック1に属する画素100のそれぞれに共通の信号RRES_1を出力する。画素100−3,100−4,100−7,100−8はブロック2に属している。信号供給部3は、ブロック2に属する画素100のそれぞれに共通の信号PRES_2を出力する。また、信号供給部3は、ブロック2に属する画素100のそれぞれに共通の信号RRES_2を出力する。
Pixels 100-1, 100-2, 100-5, and 100-6 belong to
本実施例のブロック1、ブロック2はそれぞれ、特許請求の範囲で述べた第1のブロック、第2のブロックに対応する。また、ブロック1の画素100−1、100−2は信号供給部3と互いに異なる信号線で電気的に接続されているが、本実施例では信号供給部3は、画素100−1、100−2に対し、共通の信号PRES_1およびRRES_1を供給する。
図1(b)は本実施例の画素100の一例を示した模式図である。アナログ信号出力部6は、光電変換部9、トランジスタ10、トランジスタ11を含む。トランジスタ10の制御ノードには、垂直走査回路2から信号PTXが与えられる。垂直走査回路2が信号PTXをHighレベル(以下、HighレベルをHレベルと表記する。同様に、LowレベルをLレベルと表記する)とすると、トランジスタ10は、光電変換部9が生成した電気信号をトランジスタ12の入力ノードに転送する。トランジスタ12の入力ノードは、特許請求の範囲で示した、AD変換部の入力部である。信号供給部3が信号PRESをHレベルとすると、トランジスタ12の入力ノードの電位が電源電圧VDDに基づいてリセットされる。
FIG. 1B is a schematic diagram illustrating an example of the
AD変換部200は比較部7、メモリ部8を含む。比較部7は、トランジスタ12、トランジスタ13、トランジスタ14を有する。トランジスタ13の制御ノードには、信号供給部3から信号RRESが与えられる。信号供給部3が信号RRESをHレベルとすると、トランジスタ13が導通状態となり、トランジスタ15の入力ノードと、容量素子16の一方のノードとのそれぞれの電位が電源電圧VDDに基づいてリセットされる。トランジスタ14の一方の主ノードにはランプ信号RAMPが信号供給部3から与えられる。また、トランジスタ14の制御ノードには、信号供給部3から信号RAMP_STが与えられる。信号供給部3が信号RAMP_STをHレベルとすると、ランプ信号RAMPがトランジスタ15の入力ノードに与えられる。特許請求の範囲で示した参照信号は、本実施例ではランプ信号RAMPである。また、特許請求の範囲で示した参照信号入力部は、本実施例ではトランジスタ15の入力ノードである。
The
電源電圧VDDを供給する電源線は、トランジスタ11、13、17,18,19,20に共通して接続されている。また、電源電圧VSSはトランジスタ21,22,23に共通して接続されている。電源電圧VDD,VSSを供給するそれぞれの電源線は、複数のブロックの画素100に対して共通して接続されている。
A power supply line for supplying the power supply voltage VDD is commonly connected to the
メモリ部8は、カウンタ24を含む。信号供給部3はカウンタ24にクロック信号CLKを供給する。また、信号供給部3はカウンタ24に信号STを供給する。信号供給部3が信号STをHレベルとすると、カウンタ24はクロック信号CLKの計数を開始する。カウンタ24がクロック信号CLKを計数した信号をカウント信号CNTと表記する。さらにカウンタ24は、比較部7が出力する比較結果信号CMPの信号値が変化した時のカウント信号を保持する。
The
図2(a)は、カウンタ24の構成を示した図である。このカウンタ24はT型フリップフロップ回路を複数有する。それぞれのフリップフロップ回路のリセット端子には、信号供給部3から信号STが供給される。信号STがLレベルの時、各フリップフロップ回路がリセットされる。スイッチ25は、比較結果信号CMPの信号値がLレベルの時に導通状態となり、クロック信号CLKがフリップフロップ回路に入力される。また、スイッチ25は、比較結果信号CMPの信号値がHレベルの時に非導通状態となり、フリップフロップ回路にクロック信号CLKが入力されなくなる。各フリップフロップ回路はADスタート信号STがHレベルの時に、スイッチ25が導通状態から非導通状態となったタイミングの信号値をそれぞれ保持する。つまり、カウンタ24は、比較部7が出力する比較結果信号CMPの信号値が変化した時のカウント信号を保持する。
FIG. 2A is a diagram showing the configuration of the
次に、図2(b)を参照しながら図1(a)に示した撮像装置のうち、ブロック1、ブロック2に属する画素100の動作について述べる。
Next, the operation of the
時刻t1_1に、信号供給部3はブロック1の画素100に出力する信号PRES_1をHレベルとして、トランジスタ12の入力ノードの電位をリセットする。また、信号供給部3は、信号PRES_1をHレベルにするのと同時に信号RRES_1をHレベルとして、容量素子16の電位の初期化を行う。その後、信号供給部3は、信号PRES_1と信号RRES_1をそれぞれLレベルとする。時刻t1_1は、ブロック1に属する画素100のリセット期間の開始時刻である。
At time t <b> 1 </ b> _ <b> 1, the
時刻t1_2に、信号供給部3はブロック2の画素100に出力する信号PRES_2をHレベルとして、トランジスタ12の入力ノードの電位をリセットする。また、信号供給部3は、信号PRES_2をHレベルにするのと同時に信号RRES_2をHレベルとして、容量素子16の電位の初期化を行う。その後、信号供給部3は、信号PRES_2と信号RRES_2をそれぞれLレベルとする。時刻t1_2は、ブロック2に属する画素100のリセット期間の開始時刻である。
At time t <b> 1 </ b> _ <b> 2, the
時刻t2に、垂直走査回路2は、ブロック1、ブロック2の画素100に出力する信号PTXをHレベルとした後、Lレベルとする。これにより、複数の画素100の各々で同時に、光電変換部9で生成した電気信号がトランジスタ12の制御ノードに転送される。
At time t2, the
時刻t3に、信号供給部3はブロック1、ブロック2の画素100に出力する信号RAMP_STをHレベルとすることにより、ブロック1の画素100に供給するランプ信号RAMPの時間に依存した電位の変化を開始する。また時刻t3に、信号供給部3はブロック1、ブロック2の画素100に出力する信号STをHレベルとする。
At time t3, the
例えば時刻t4に、トランジスタ12の入力ノードの電位と、トランジスタ15の入力ノードの電位の大小関係が逆転したとする。すると、比較部7が出力する比較結果信号CMP1の信号値がLレベルからHレベルに変化する。メモリ部8は時刻t4におけるカウント信号CNTを保持する。ブロック1、ブロック2に属する各々の画素100は、比較結果信号CMPの信号値がLレベルからHレベルに変化した時のカウント信号の信号値を保持する。
For example, it is assumed that the magnitude relationship between the potential of the input node of the
ここで時刻t5に、信号供給部3は、ブロック1、ブロック2の画素100に供給するランプ信号RAMPの時間に依存した電位の変化を停止する。ブロック1、ブロック2のAD変換期間は時刻t3から時刻t5までの期間である。
Here, at time t <b> 5, the
水平走査回路4は時刻t5の後、各画素100のメモリ部8が保持したカウント信号CNTを、各画素100のメモリ部8から順次出力させて外部出力部5に順次転送する。
After time t5, the horizontal scanning circuit 4 sequentially outputs the count signal CNT held in the
次に、図3(a)を参照しながら、図1(a)で示したブロック1〜3の各ブロックのリセットタイミングについて説明する。
Next, the reset timing of each of the
図3(a)に示した、PRES_1、RRES_1は、それぞれ図1(a)を参照しながら説明したブロック1に属する画素100に信号供給部3が出力する信号である。同様に、PRES_2、RRES_2は、ブロック2に属する画素100に信号供給部3が出力する信号である。図3(a)ではさらに、信号供給部3がブロック3に属する画素100に出力する信号PRES_3、RRES_3を示している。ブロック3は、図1(a)に示した撮像装置において、ブロック2よりも垂直走査回路2から離れた領域に設けられているとともに、ブロック2に隣接して配置されている。ブロック2は、ブロック1、3に挟まれている。信号供給部3は、ブロック1に出力する信号PRES_1、RRES_1を同時にHレベルとする。その後、ブロック2に出力する信号PRES_2、RRES_2をHレベルとする。その後、ブロック3に出力する信号PRES_3、RRES_3をHレベルとする。つまり、本実施例の撮像装置は、ブロック毎に、AD変換部200の入力ノードをリセットするタイミングおよび比較部7のランプ信号RAMPの入力ノードをリセットするタイミングを異ならせている。一方、信号供給部3が、各ブロックの画素100に出力する信号PRESを同時にHレベルとした場合、各画素100のAD変換部200の入力ノードから電源電圧VDDを供給する電源線に電流が流れる。これにより、電源電圧VDDの電位が変動し、AD変換部200の入力ノードのリセット電位が変動してしまう。また、信号供給部3が、各ブロックの画素100に出力する信号RRESを同時にHレベルとした場合についても、各画素100の比較部7のランプ信号RAMPの入力ノード、容量素子16から電源電圧VDDを供給する電源線に電流が流れる。これによって、電源電圧VDDの電位が変動し、各画素100の比較部7のランプ信号RAMPの入力ノード、容量素子16のリセット電位が変動する。これにより、AD変換精度の低下が生じる。
PRES_1 and RRES_1 shown in FIG. 3A are signals output from the
本実施例の撮像装置は、ブロック毎に、AD変換部200の入力ノードをリセットするタイミングを異ならせている。これにより、全ブロック同時にAD変換部200の入力ノードをリセットする形態に比して、電源電圧VDDを供給する電源線に同時に流れ込む電流を低減することができる。従って、電源電圧VDDの電位の変動を低減することができる。よって、AD変換部200の入力ノードのリセット電位の変動を低減できる。また、ブロック毎に、比較部7のランプ信号RAMPの入力ノード、容量素子16をリセットするタイミングを異ならせている。これにより、全ブロック同時に比較部7のランプ信号RAMPの入力ノード、容量素子16をリセットする形態に比して、電源電圧VDDを供給する電源線に同時に流れ込む電流を低減することができる。これにより、比較部7のランプ信号RAMPの入力ノード、容量素子16のリセット電位の変動を低減でき、AD変換精度の低下を低減することができる。
In the imaging apparatus according to the present embodiment, the timing for resetting the input node of the
また、本実施例の撮像装置は、電源電圧VDDを供給する電位供給部300から離れたブロックから信号PRES、RRESをHレベルにしていくことで、さらなる効果を得ることができる。これまで、図3(a)を参照しながら説明したように、信号供給部3は、ブロック1、2、3の順に信号PRES、RRESを順次Hレベルにしていた。以下では、ブロック3、2、1の順に、信号供給部3が信号PRES、RRESを順次Hレベルにする形態を説明する。
Further, the image pickup apparatus according to the present embodiment can obtain further effects by setting the signals PRES and RRES to the H level from a block apart from the
図3(b)は、電源電圧VDDを供給する電位供給部300と、画素100のブロックを合わせて示した図である。電位供給部300は、画素100の行単位で共通の電源電圧VDDを出力する。また、画素100の各ブロックは、ブロック1、2,3の順で電位供給部300から離れるように配置されている。
FIG. 3B is a diagram showing the
図3(c)は、図3(b)に示した撮像装置における、寄生抵抗、寄生容量を示した図である。 FIG. 3C is a diagram illustrating parasitic resistance and parasitic capacitance in the imaging device illustrated in FIG.
寄生容量について、まずAD変換部200の入力ノードのリセットについて注目すると、AD変換部200の入力ノードと、AD変換部200の入力ノードに電気的に接続されるトランジスタ10のノードとに寄生容量がある。また、比較部7の入力ノードの電位のリセットについて注目すると、比較部7の入力ノードの寄生容量がある。これらの画素100の寄生容量を含めて、図3(c)では1つの容量素子として表している。信号供給部3が信号PRESをHレベルにすることによって、この画素100が有する寄生容量から電源電圧VDDを供給する電源線に電流が流れる。また、電源電圧VDDを供給する電源線自身が寄生抵抗を有する。図3(c)に示した構成では、電位供給部300から離れたブロックほど、電源電圧VDDを供給する電源線の寄生抵抗が増大する。
Concerning the parasitic capacitance, when attention is paid to the reset of the input node of the
図4(a)は単純化のため、図3(c)に示したうち、2つの画素100の寄生容量CP1、CP2と、電源電圧VDDを供給する電源線の寄生抵抗R1、R2とを示した図である。スイッチSW1、SW2はそれぞれ、画素100のリセット動作を簡略化して示したものである。つまり、スイッチSW1、SW2が導通状態となると、AD変換部200の入力ノード、比較部7のランプ信号RAMPの入力ノード、容量素子16の電位がそれぞれリセットされることを示す。ここでは、寄生抵抗R1には電流i1+i2が流れるものとする。また、寄生容量CP1の、スイッチSW1と電気的に接続されたノードの電位を電位V1とする。また、寄生容量CP2の、スイッチSW1と電気的に接続されたノードの電位を電位V2とする。
For simplification, FIG. 4A shows the parasitic capacitances CP1 and CP2 of the two
図4(b)は、スイッチSW1、SW2が、図4(b)に示した時刻t10に同時に導通状態となる場合の電位V1、V2の変化と、電源電圧VDDを供給する電源線に流れる電流とを示した図である。図4(b)では時刻t10より前では、電位V1、V2の電位が等しいものとしている。スイッチSW1を導通状態とすると、図4(a)に示したように寄生容量CP1と電源線との間に電流i1が流れる。また、スイッチSW2を導通状態とすると、図4(a)に示したように寄生容量CP2と電源線との間に電流i2が流れる。電流i2は、寄生抵抗R2の影響を受ける分、電流i1よりも値が小さくなる。つまり、寄生容量CP1に対し、寄生容量CP2の方が、時定数が大きい。 FIG. 4B shows changes in the potentials V1 and V2 when the switches SW1 and SW2 are simultaneously turned on at the time t10 shown in FIG. 4B, and the current flowing through the power supply line that supplies the power supply voltage VDD. FIG. In FIG. 4B, it is assumed that the potentials V1 and V2 are equal before time t10. When the switch SW1 is turned on, a current i1 flows between the parasitic capacitor CP1 and the power supply line as shown in FIG. When the switch SW2 is turned on, a current i2 flows between the parasitic capacitance CP2 and the power supply line as shown in FIG. The current i2 is smaller than the current i1 by the amount affected by the parasitic resistance R2. That is, the parasitic capacitance CP2 has a larger time constant than the parasitic capacitance CP1.
これによって、図4(b)に示したように、電位V2の方が、電位V1よりも電位の単位時間当たりの変化量が小さくなる。つまり、時刻t10から時刻t11までの期間、電位V1と電位V2との値が異なる。 As a result, as shown in FIG. 4B, the amount of change in potential per unit time is smaller in the potential V2 than in the potential V1. That is, the values of the potential V1 and the potential V2 are different during the period from the time t10 to the time t11.
時刻t11以降のように、リセット開始から十分時間が経過すれば電位差V1−V2は0になる。しかし、時刻t10から時刻t11までの時間が取れない場合では電位差V1−V2が残ることになる。また、時刻t10から時刻t11までの期間を設けようとすると、撮像装置の高速化を妨げてしまう場合がある。 The potential difference V1-V2 becomes 0 if a sufficient time has elapsed from the start of resetting, such as after time t11. However, when the time from time t10 to time t11 cannot be taken, the potential difference V1-V2 remains. Further, if a period from time t10 to time t11 is to be provided, speeding up of the imaging device may be hindered.
このように、電位供給部300から離れた画素100ほど、寄生容量CPのリセットに時間を要する。つまり、1つの電源線に共通に接続された画素100について、同時にリセットを開始してから、各画素100のリセット電位が揃う前にリセットを終了したとする。この場合、電位供給部300から離れた画素100ほど、リセット開始から終了までの寄生容量CPの電位の変化量が小さくなる。その後、光電変換部9が生成した電気信号を用いて画像を生成すると、画像には寄生容量CPの電位の分布に基づくシェーディングが発生することがある。
As described above, the
図4(c)は、スイッチSW2を導通状態とした後に、スイッチSW1を導通状態とした場合の、電位V1、V2の変化と、電源電圧VDDを供給する電源線に流れる電流とを示した図である。時刻t20にスイッチSW20を導通状態とする。これにより、時定数が寄生容量CP1よりも大きい寄生容量CP2のリセットが、寄生容量CP1よりも先に開始される。寄生抵抗R1には電流i2が流れる。図4(b)を参照しながら説明したタイミングでは、寄生抵抗R1には電流i1+i2が流れていた。従って、電源線に流れる電流量が、スイッチSW1、SW2を同時に導通状態とする場合よりも少なくなる。よって、電源電圧VDDの電圧降下は小さくなる。従って、寄生容量CP2は、スイッチSW1、SW2を同時に導通状態とする場合よりも高い電圧でリセットが行われるため、リセットに要する期間を短縮できる。 FIG. 4C shows the changes in the potentials V1 and V2 and the current flowing through the power supply line that supplies the power supply voltage VDD when the switch SW1 is turned on after the switch SW2 is turned on. It is. At time t20, the switch SW20 is turned on. As a result, the reset of the parasitic capacitance CP2 having a time constant larger than the parasitic capacitance CP1 is started before the parasitic capacitance CP1. A current i2 flows through the parasitic resistance R1. At the timing described with reference to FIG. 4B, the current i1 + i2 flows through the parasitic resistance R1. Therefore, the amount of current flowing through the power supply line is smaller than when the switches SW1 and SW2 are simultaneously turned on. Therefore, the voltage drop of the power supply voltage VDD is reduced. Therefore, since the parasitic capacitance CP2 is reset at a higher voltage than when the switches SW1 and SW2 are simultaneously turned on, the period required for resetting can be shortened.
その後、スイッチSW1を導通状態とし、寄生容量CP1のリセットを開始する。寄生容量CP1の方が、寄生容量CP2よりも時定数が小さい。よって、スイッチSW1、SW2を共に導通状態とした場合、電位V1の方が電位V2よりも、単位時間当たりの電位の変化が大きい。従って、電位V2と電位V1との差は時間の経過とともに縮小する。時刻t21には、電位V2と電位V1との差がほぼ0となる。寄生容量CP1、CP2の電位が静定する前であっても、電位V1、V2との差がほぼ0であれば、画素100ごとでリセット電位のばらつきを低減することができる。従って、光電変換部9が生成した電気信号に基づいて生成した画像に、シェーディングが発生しにくい。
Thereafter, the switch SW1 is turned on to start resetting the parasitic capacitance CP1. The parasitic capacitance CP1 has a smaller time constant than the parasitic capacitance CP2. Therefore, when the switches SW1 and SW2 are both in a conductive state, the potential V1 has a larger change in potential per unit time than the potential V2. Accordingly, the difference between the potential V2 and the potential V1 decreases with the passage of time. At time t21, the difference between the potential V2 and the potential V1 becomes almost zero. Even before the potentials of the parasitic capacitances CP1 and CP2 are settled, if the difference between the potentials V1 and V2 is almost zero, variations in the reset potential for each
図4(b)で示した時刻t10から時刻t11の期間に比して、図4(c)で示した時刻t20から時刻t21の期間は短い。従って、寄生容量CP1、CP2のそれぞれの電位が静定するまでのリセット期間を設けられない場合であっても、画像にシェーディングが発生しにくい。 Compared to the period from time t10 to time t11 shown in FIG. 4B, the period from time t20 to time t21 shown in FIG. 4C is shorter. Therefore, even if a reset period until the respective potentials of the parasitic capacitances CP1 and CP2 are settled cannot be provided, shading is unlikely to occur in the image.
本実施例では、信号供給部3が信号PRESをHレベルとする期間に、垂直走査回路2が信号PTXをLレベルとしている形態を説明した。他の形態として、信号供給部3が信号PRES、RRESをHレベルとしている期間に、垂直走査回路2が信号PTXをHレベルとし、光電変換部9のリセットを行うようにしても良い。この形態の場合、光電変換部9の電位をリセットするタイミングを、複数の画素100で互いに異ならせることができる。これにより、複数の画素100で同時に光電変換部9の電位のリセットを行う形態に比して、電源電圧VDDの電位の変動を低減することができる。
In the present embodiment, the mode in which the
また、本実施例の撮像装置では、垂直走査回路2が同時に全画素100に出力する信号PTXをHレベルとして、光電変換部9が生成した電気信号が同時にAD変換部200の入力ノードに転送される形態としても良い。これにより、グローバル電子シャッタ動作を行うことができる。この撮像装置にグローバル電子シャッタを行わせる制御部は、本実施例では垂直走査回路2と信号供給部3を含む。
Further, in the imaging apparatus of the present embodiment, the signal PTX that the
また、本実施例の図1(a)を参照しながら述べたブロック1とブロック2は、それぞれが少なくとも1つの画素100を有している形態であれば良い。つまり、本実施例の撮像装置は、ブロック1の第1の画素100とブロック2の第2の画素100とが、光電変換部9で生成した電気信号がトランジスタ12の制御ノードに同時に転送される。そして、トランジスタ12の制御ノードのリセットを開始するタイミングが、第1の画素100と第2の画素200とで互いに異なっていればよい。
Further, the
また、本実施例ではランプ信号RAMPを用いたAD変換を例に説明した。本実施例はこの形態に限定されるものではない。比較器を有する他のAD変換の形態として、例えば逐次比較型、パイプライン型のAD変換がある。これらの形態であってもリセットを開始するタイミングを各ブロックで異ならせれば良い。 In the present embodiment, the AD conversion using the ramp signal RAMP has been described as an example. The present embodiment is not limited to this form. Other AD conversion modes having a comparator include, for example, a successive approximation type and a pipeline type AD conversion. Even in these forms, the timing for starting the reset may be different for each block.
画素100が比較部7、メモリ部8を有する撮像装置の形態として、いわゆる裏面照射型の撮像装置がある。裏面照射型の撮像装置の一例の画素100の断面図を図5に示した。マイクロレンズ28に入射した光はカラーフィルタ29を介して光電変換部9に入射する。配線層30は光電変換部9から見て、マイクロレンズ28とは反対側に設けられている。配線層30はAD変換部200を含む。つまり、光電変換部9はマイクロレンズ28とAD変換部200との間に設けられている。この裏面照射型の撮像装置では、光電変換部9の受光面積の減少を抑制しながら、比較部7、メモリ部8を有する画素100を構成することができる。
As a form of the imaging device in which the
各ブロックが複数の画素100を有する形態について述べたが、1つのブロックが1つの画素100で構成される形態であっても良い。
Although a mode in which each block has a plurality of
また、本実施例ではAD変換部200を画素100が有し、複数の画素100に対して信号供給部3が信号PRES,RRESを供給する形態を説明した。本実施例はこの形態に限定されるものではなく、AD変換部200が行列状の画素100が配された画素アレイの外部に設けられている形態であっても良い。例えば、AD変換部200が、画素100の配された列に対応して設けられた、列並列型のAD変換部200を有する形態であっても実施することができる。
In this embodiment, the
本実施例では、入射する電磁波に基づく電気信号を生成する変換部の一例として光電変換部9を有する撮像装置を説明した。変換部は他に、X線、紫外線、赤外線などの電磁波を電気信号に変換する変換部であっても良い。 In the present embodiment, the imaging apparatus having the photoelectric conversion unit 9 has been described as an example of the conversion unit that generates an electric signal based on an incident electromagnetic wave. The conversion unit may be a conversion unit that converts electromagnetic waves such as X-rays, ultraviolet rays, and infrared rays into electric signals.
(実施例2)
本実施例の撮像装置について、実施例1とは異なる点を中心に説明する。本実施例の撮像装置は、信号供給部3が、遅延量が互いに異なる複数の信号の論理積に基づいてリセット信号を生成する。
(Example 2)
The imaging apparatus of the present embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment. In the imaging apparatus of the present embodiment, the
本実施例では、信号RRESを伝送する信号線の寄生抵抗を利用して、ランプ信号RAMPの入力ノード、容量素子16をリセットするタイミングを複数の比較部7で互いに異ならせる。
In this embodiment, the timing of resetting the input node of the ramp signal RAMP and the
図6は、本実施例の画素100と、信号Pre−RRES1、Pre−RRES2を伝送する信号線とを示した図である。第1の信号線31は、撮像装置の一方の端部側から信号Pre−RRES1が与えられ、第2の信号線32は、撮像装置の一方の端部とは反対側の端部側から信号Pre−RRES2が与えられる。信号Pre−RRES1と信号Pre−RRES2の信号値が変化するタイミングは同時である。
FIG. 6 is a diagram illustrating the
第1の信号線31、第2の信号線32では、それぞれの信号線に存在する寄生抵抗33と寄生容量34によって、信号Pre−RRES1、Pre−RRES2に遅延が生じる。つまり、第1の信号線31では、信号Pre−RRES1の供給部からの電気的経路が長くなるにつれて、信号Pre−RRES1の遅延が増大する。つまり、第1の信号線31では、図6の左から右に向かうにつれて、信号Pre−RRES1の遅延が増大する。一方、第2の信号線32では、図6の右から左に向かうにつれて、信号Pre−RRES2の遅延が増大する。
In the
この信号Pre−RRES1、Pre−RRES2の遅延量は、信号線の寄生抵抗33で調節することができる。信号の寄生抵抗33の調節とは、たとえば信号線の配線厚みの変更とすることができる。この遅延の増大する方向の異なる第1の信号線31と第2の信号線32の信号RRESをAND回路50に出力する。AND回路50が出力する信号が、信号RRESである。信号PRESは、遅延量が互いに異なる複数の信号の論理積に基づいて生成される信号である。
The delay amount of the signals Pre-RRES1 and Pre-RRES2 can be adjusted by the
第1の信号線31と第2の信号線32とで、寄生抵抗33の抵抗値および寄生容量34の容量値が等しいとする。この場合、信号Pre−RRES1の供給部からの電気的経路と、信号Pre−RRES2の供給部からの電気的経路との差が最も小さいAND回路50の出力が最初にHレベルとなる。例えば、第1の信号線31と第2の信号線32が全く同じ長さとする。この場合、第1の信号線31と第2の信号線32のそれぞれの中央から信号Pre−RRES1、Pre−RRES2が出力されるAND回路50の出力が、全てのAND回路50の中で最初にHレベルとなる。図6では、AND回路50の中で、AND回路50−2の出力が最初にHレベルとなるものとする。
It is assumed that the
その後、第1の信号線31、第2の信号線32のそれぞれの中央から、一方の端部および他方の端部に向かって順次AND回路50に出力がHレベルとなる。つまり、図6では、AND回路50−1の出力が最初にHレベルとなった後、AND回路50−1、50−3の出力がほぼ同時にHレベルとなる。
Thereafter, the output sequentially goes to the AND circuit 50 from the center of each of the
このように、本実施例の撮像装置では、信号RRESを伝送する信号線の寄生抵抗33、寄生容量34を用いて、複数の画素100で互いに信号RRESがLレベルからHレベルに変化するタイミングを異ならせることができる。これにより、本実施例の撮像装置は、全画素同時に信号RRESをLレベルからHレベルとする形態に比して、電源電圧VDDを供給する電源線に同時に流れ込む電流を低減することができる。これにより、比較部7のランプ信号RAMPの入力ノード、容量素子16のリセット電位の変動を低減でき、AD変換精度の低下を低減することができる。
As described above, in the imaging apparatus according to the present exemplary embodiment, the timing at which the signal RRES changes from the L level to the H level in the plurality of
また、本実施例では、信号RRESを生成するAND回路50を有する撮像装置を説明した。他の例として、撮像装置が信号PRESを生成するAND回路を有するようにしても良い。この場合についても、信号供給部3が、遅延量が互いに異なる複数の信号の論理積に基づいて、信号PRESを生成するようにすればよい。
In this embodiment, the imaging apparatus having the AND circuit 50 that generates the signal RRES has been described. As another example, the imaging apparatus may include an AND circuit that generates the signal PRES. Also in this case, the
(実施例3)
本実施例の撮像装置について、実施例2と異なる点を中心に説明する。
(Example 3)
The imaging apparatus of the present embodiment will be described focusing on differences from the second embodiment.
図7は、画素100が行列状に設けられた画素アレイ1000と、信号RRESを供給する信号供給部3000と、信号RRESを伝送する信号線35と、電源供給部2000−1、2000−2とを示した図である。
FIG. 7 shows a
電源供給部2000−1、2000−2はそれぞれ、画素アレイの一方の端部側と、一方の端部とは反対側の端部側と、に設けられている。 The power supply units 2000-1 and 2000-2 are respectively provided on one end side of the pixel array and on the end side opposite to the one end.
本実施例の撮像装置は、電源供給部2000−1,2000−2に対して、全列の画素100の中で最も電気的経路が長い列の画素100に対し、信号供給部3000からの電気的経路が最も短くなるようにしている。
In the imaging apparatus of this embodiment, the electric power supplied from the
信号RRESを伝送する信号線35には、寄生抵抗36、寄生容量37がある。従って、信号供給部3000からの電気的経路が長くなるにしたがって、信号RRESの遅延が増大する。これにより、信号供給部3000が信号RRESをHレベルとすると、電源供給部2000−1、2000−2から最も電気的経路が長くなる列の画素100が、全列の画素100の中で最初に信号RRESがHレベルとなる。その後、信号供給部3000からの電気的経路が短い列から長い列へ順に信号RRESがHレベルとなる。また、同じ列の画素100においても、信号供給部3000からの電気的経路が短い画素100から長い画素100の順で信号RRESがHレベルとなる。電源供給部2000は、行ごとに電源電圧VDDを供給している。共通の電源電圧VDDが供給される一つの行において、電源供給部2000からの電気的経路が長い画素100から、短い画素100の順で信号RRESがHレベルとなる。これにより、本実施例の撮像装置は、実施例2の撮像装置と同様の効果を得ることができる。
The
(実施例4)
本実施例の撮像装置について、実施例1と異なる点を中心に説明する。
Example 4
The imaging apparatus of the present embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.
図8は、本実施例の撮像装置の構成を示した図である。 FIG. 8 is a diagram illustrating the configuration of the imaging apparatus according to the present embodiment.
本実施例は、画素100が相関二重サンプリング(以下、CDSと表記する。CDSはCorrelated Double Samplingの略である)を行う形態である。
In this embodiment, the
画素100を有する複数のブロックの配置は図1(a)と同様とすることができる。
The arrangement of a plurality of blocks having the
図8は、本実施例の画素100の構成の一例を示したものである。図8では、実施例1で述べた図1(b)の画素100と同様の機能を有する部材については、図1(b)と同じ符号を付している。
FIG. 8 shows an example of the configuration of the
図8に例示した画素100は、図1(b)に例示した画素100に対し、トランジスタ38、トランジスタ38に電流を供給する電流源39、トランジスタ38とトランジスタ12との間に設けられた容量素子40を有する点で異なる。さらに、図8に例示した画素100は、図1(b)に例示した画素100に対し、容量素子40のトランジスタ12側のノードの電位をリセットするスイッチ41を有する点でも異なる。スイッチ41は垂直走査回路2が供給するリセット信号CRESで制御される。また、図8に例示した画素100は図1(b)に例示した画素100に対し、メモリ部8に、ノイズ信号に基づくカウント信号を保持するNメモリ42を有する点でも異なる。その他の構成については、図1(b)に例示した画素100と同様とすることができる。トランジスタ38は、変換部が生成した電気信号を増幅してAD変換部200の入力部に出力する増幅部である。特許請求の範囲に示した信号保持部は、本実施例ではトランジスタ38の入力ノードである。
The
次に図9に、図8に例示した画素100を有する撮像装置の動作のタイミング図を示す。
Next, FIG. 9 shows a timing chart of the operation of the imaging apparatus having the
時刻t21_1から時刻t22_1の期間、信号供給部3はブロック1に属する画素100に供給するリセット信号PRES_1をHレベルとする。これにより、ブロック1に属する画素100のトランジスタ38の入力ノードの電位がリセットされる。よって、ブロック1に属する画素100のトランジスタ38の出力電圧PDOUT_1がリセットされる。
During the period from time t21_1 to time t22_1, the
また、時刻t21_1から時刻t22_1の期間、信号供給部3は信号RRES_1をHレベルとする。これにより、ブロック1に属する画素100のトランジスタ15の制御ノードと容量素子16の電位がリセットされる。これにより、ブロック1に属する画素100のランプ信号RAMPの電位がリセットされる。
In addition, during the period from time t21_1 to time t22_1, the
また、時刻t21_1に、信号供給部3は信号CRESをHレベルにする。これにより、ブロック1、ブロック2に属する画素100のスイッチ41が導通状態となるため、トランジスタ12の入力ノードの電位がリセットされる。
At time t21_1, the
その後、時刻t22_1に信号CRESをLレベルにすることで、スイッチ41は非導通状態となる。よって、ブロック1、ブロック2に属する画素100の容量素子40は信号RRESがHレベルからLレベルとなった時に、トランジスタ38が出力している信号を保持する。
Thereafter, the signal CRES is set to the L level at time t22_1, so that the
時刻t21_2から時刻t22_2の期間、信号供給部3はブロック2に属する画素100に供給するリセット信号PRES_2をHレベルとする。これにより、ブロック2に属する画素100のトランジスタ38の入力ノードの電位がリセットされる。よって、ブロック2に属する画素100のトランジスタ38の出力電圧PDOUT_2がリセットされる。
During a period from time t21_2 to time t22_2, the
また、時刻t21_2から時刻t22_2の期間、信号RRES_2をHレベルとする。これにより、ブロック2に属する画素100のトランジスタ15の制御ノードと容量素子16の電位がリセットされる。これにより、ブロック2に属する画素100のランプ信号RAMPの電位がリセットされる。
Further, the signal RRES_2 is set to the H level during the period from the time t21_2 to the time t22_2. As a result, the potential of the control node of the
信号供給部3は、ブロック2に属する画素100に出力する信号CRES(不図示)を、時刻t21_2にHレベルとし、時刻t22_2にLレベルとする。これにより、ブロック2に属する画素100の容量素子40は、時刻t22_2にトランジスタ38が出力している信号を保持する。
The
時刻t23に、信号供給部3が信号PRMPをHレベルとすることで、ランプ信号RAMPの時間に依存した電位の変化を開始する。また、時刻t23に信号供給部3は信号STをHレベルとすることで、カウンタ24は、クロック信号CLKの計数を開始する。
At time t23, the
時刻t24に、トランジスタ12の制御ノードの電位と、トランジスタ15の制御ノードの電位の大小関係が逆転する。これにより、比較結果信号CMPの信号値が変化する。カウンタ24は、この時のカウント信号を保持する。
At time t24, the magnitude relationship between the potential of the control node of the
時刻t25に、信号供給部3が信号PRMPをLレベルとすることで、ランプ信号RAMPの時間に依存した電位の変化を停止する。カウンタ24は、保持したカウント信号をメモリ42に出力する。このメモリ42が保持した信号を、以下、デジタルN信号と表記する。このデジタルN信号は、リセットされたトランジスタ38の入力ノードの電位に基づくデジタル信号である。
At time t25, the
時刻t23から時刻t25に関する動作は、ブロック1に属する画素100について説明した。時刻t23から時刻t25に関する動作については、ブロック2に属する画素100についても、ブロック1に属する画素100の各動作のタイミングと同じとすることができる。
The operation from the time t23 to the time t25 has been described for the
次に、画素100は、光電変換部9が入射光に基づいて生成した電気信号に基づくデジタル信号の生成を行う。
Next, the
時刻t26_1に、信号供給部3が信号STをLレベルとすることで、カウント信号がリセットされる。
At time t26_1, the
時刻t26_1から時刻t27_1の期間、信号供給部3が信号RRES_1をHレベルとすることで、ブロック1に属する画素100のトランジスタ15の制御ノードと容量素子16の電位をリセットする。これにより、ブロック1に属する画素100のランプ信号RAMPの電位がリセットされる。
During the period from time t26_1 to time t27_1, the
時刻t26_2から時刻t27_2の期間、信号供給部3が信号RRES_2をHレベルとすることで、ブロック2に属する画素100のトランジスタ15の制御ノードと容量素子16の電位をリセットする。これにより、ブロック2に属する画素100のランプ信号RAMPの電位がリセットされる。
During the period from time t26_2 to time t27_2, the
以下に述べる動作は、ブロック1、ブロック2に属する画素100で共通の動作である。
The operations described below are operations common to the
次に、時刻t28から時刻t29の期間、信号供給部3は信号PTXをHレベルとする。これにより、光電変換部9で生成した電気信号がトランジスタ38の入力ノードに転送される。トランジスタ38はこの入力ノードの電位に基づく信号を出力する。この信号を光電変換信号と表記する。
Next, during a period from time t28 to time t29, the
時刻t30に、信号供給部3がトランジスタ14の制御信号PRMPをHレベルとすることで、ランプ信号RAMPの時間に依存した電位の変化を開始する。また、時刻t29に信号供給部3が信号STをHレベルとすることで、カウンタ24がクロック信号CLKの計数を開始する。
At time t30, the
時刻t31に、トランジスタ12の制御ノードの電位と、トランジスタ15の制御ノードの電位との大小関係が逆転する。カウンタ24は、この時のカウント信号を保持する。このカウンタ24が保持したカウント信号をデジタルS信号と表記する。
At time t31, the magnitude relationship between the potential of the control node of the
時刻t32に、信号供給部3が信号PRMPをLレベルとすることで、ランプ信号RAMPの時間に依存した電位の変化を停止する。
At time t32, the
垂直走査回路2は、各行の画素100から、メモリ42が保持したデジタルN信号と、カウンタ24が保持したデジタルS信号とをそれぞれ水平走査回路4に出力させる。水平走査回路4は、順次、デジタルS信号とデジタルN信号を外部出力部5に出力する。外部出力部5は、デジタルS信号とデジタルN信号との差の信号を、撮像装置の外部に出力する。
The
本実施例の撮像装置は、デジタルS信号から、ノイズ成分であるデジタルN信号を差し引いた信号を外部に出力するため、ノイズ成分を低減したデジタル信号を出力することができる。 The image pickup apparatus according to the present embodiment outputs a signal obtained by subtracting the digital N signal that is a noise component from the digital S signal to the outside, and thus can output a digital signal with a reduced noise component.
また、本実施例の撮像装置は、信号PRES、RRESをLレベルからHレベルとするタイミングをブロックごとに異ならせている。これにより、実施例1と同様の効果を得ることができる。 Further, in the imaging apparatus according to the present embodiment, the timings at which the signals PRES and RRES are changed from the L level to the H level are different for each block. Thereby, the same effect as Example 1 can be acquired.
尚、本実施例の撮像装置では、デジタルS信号とデジタルN信号の差の信号の生成を、外部出力部5が行っていた。他の例として、画素100あるいは水平走査回路4がデジタルS信号とデジタルN信号との差の信号を生成する形態であっても良い。
In the image pickup apparatus according to the present embodiment, the external output unit 5 generates a difference signal between the digital S signal and the digital N signal. As another example, the
また、本実施例の撮像装置では、各画素100がメモリ42を有する形態を説明した。他の例として、画素アレイ1000の画素列の各々に、メモリ42を設ける形態としても良い。この場合には、各列のメモリ42は、対応する列の各画素100から順次出力されるデジタルN信号を保持する。そして、水平走査回路4が各列のメモリ42を走査することによって、各列のメモリ42がデジタルN信号を順次、外部出力部5に出力する。
In the imaging apparatus according to the present embodiment, the configuration in which each
また、本実施例では、信号CRESについて、ブロック1、ブロック2で共通の信号としていた。しかし、本実施例の撮像装置は、信号CRESについても、信号PRES、RRESと同様に、LレベルからHレベルとするタイミングを、ブロック毎に異ならせても良い。また、本実施例の撮像装置は、同一ブロック内で、信号PRES、RRES、CRESのそれぞれについて、LレベルからHレベルとするタイミングを異ならせても良い。
In this embodiment, the signal CRES is a common signal in the
(実施例5)
これまで実施例1〜実施例4で述べた撮像装置を撮像システムに適用した場合の実施例について述べる。撮像システムとして、デジタルスチルカメラやデジタルカムコーダーや監視カメラなどがあげられる。図10に、撮像システムの例としてデジタルスチルカメラに撮像装置を適用した場合のブロック図を示す。
(Example 5)
An embodiment in which the imaging apparatus described in the first to fourth embodiments is applied to an imaging system will be described. Examples of the imaging system include a digital still camera, a digital camcorder, and a surveillance camera. FIG. 10 shows a block diagram when an imaging apparatus is applied to a digital still camera as an example of the imaging system.
図10において、撮像システムは被写体の光学像を撮像装置104に結像させるレンズ102、レンズ102の保護のためのバリア101、レンズ102を通った光量を可変にするための絞り103を有する。また、撮像システムは撮像装置104より出力される出力信号の処理を行う信号処理部105を有する。
In FIG. 10, the imaging system includes a
信号処理部105はデジタル信号処理部を有し、撮像装置104から出力される信号を、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って信号を出力する動作を行う。
The
また、撮像システムは、画像データを一時的に記憶する為のバッファメモリ部106、記録媒体に記録または読み出しを行うための記憶媒体制御部110を有する。さらに撮像システムは、撮像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体111を有する。さらに、撮像システムは、外部コンピュータ等と通信する為の外部インターフェース部107、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部109、撮像装置104を有する。さらに撮像システムは、信号処理部105に、各種タイミング信号を出力するタイミング発生部108を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システムは少なくとも撮像装置104と、撮像装置104から出力された出力信号を処理する信号処理部105とを有すればよい。
In addition, the imaging system includes a
2 垂直走査回路
3 信号供給部
4 水平走査回路
100 画素
2
Claims (16)
前記電気信号が前記変換部から入力される入力部と、
参照信号が入力される参照信号入力部と、
前記入力部の電位と前記参照信号入力部の電位とを比較した結果に基づいて、前記電気信号をデジタル信号に変換するAD変換部とを各々が有する複数の組を有する撮像装置の駆動方法であって、
前記複数の組は、第1組と、第2組とを含み、
前記変換部の電位と、前記入力部の電位と、前記参照信号入力部の電位との少なくとも1つをリセットするリセット期間の開始を、前記第1組と前記第2組とで互いに異ならせるとともに、前記電気信号を前記変換部から前記入力部に入力するタイミングを、前記第1組と前記第2組とで同時とすることを特徴とする撮像装置の駆動方法。 A converter that generates an electrical signal based on an incident electromagnetic wave;
An input unit through which the electrical signal is input from the conversion unit;
A reference signal input unit to which a reference signal is input;
A method of driving an imaging apparatus having a plurality of sets , each of which includes an AD converter that converts the electrical signal into a digital signal based on a result of comparing the potential of the input unit and the potential of the reference signal input unit. There,
Wherein the plurality of pairs is seen containing a first set and a second set,
The start of the reset period for resetting at least one of the potential of the conversion unit, the potential of the input unit, and the potential of the reference signal input unit is made different between the first set and the second set. A method for driving an imaging apparatus, wherein the timing at which the electrical signal is input from the conversion unit to the input unit is the same for the first group and the second group .
前記電気信号が前記変換部から入力される入力部と、
参照信号が入力される参照信号入力部と、
前記入力部の電位と前記参照信号入力部の電位とを比較した結果に基づいて、前記電気信号をデジタル信号に変換するAD変換部と
を各々が有する複数の組と、
前記複数の組に共通のリセット電位を供給する電位供給部とを有し、
前記複数の組は、第1組と第2組を含み、
前記第2組は、前記電位供給部からの前記リセット電位が供給される電気的経路が前記第1組よりも長い撮像装置の駆動方法であって、
前記変換部の電位と、前記入力部の電位と、前記参照信号入力部の電位との少なくとも1つをリセットするリセット期間を、前記第2組の方が、前記第1組よりも早く開始し、
前記電気信号を前記変換部から前記入力部に入力するタイミングを、前記第1組と前記第2組とで同時とすることを特徴とする撮像装置の駆動方法。 A converter that generates an electrical signal based on an incident electromagnetic wave;
An input unit through which the electrical signal is input from the conversion unit;
A reference signal input unit to which a reference signal is input;
Based on the result of comparing the potential of the input unit and the potential of the reference signal input unit, a plurality of sets each having an AD conversion unit that converts the electrical signal into a digital signal;
A potential supply section for supplying a common reset potential to the plurality of sets ,
The plurality of sets include a first set and a second set;
The second set is a method of driving an imaging apparatus in which an electrical path through which the reset potential from the potential supply unit is supplied is longer than the first set ,
The potential of the conversion unit, and the potential of the input unit, a reset period for resetting at least one of the potential of the reference signal input section, towards the second set is started earlier than the first set ,
The driving method of an imaging apparatus , wherein the timing at which the electrical signal is input from the conversion unit to the input unit is the same for the first group and the second group .
前記電気信号が前記変換部から入力される入力部と、
参照信号が入力される参照信号入力部と、
前記入力部の電位と前記参照信号入力部の電位とを比較した結果に基づいて、前記電気信号をデジタル信号に変換するAD変換部と、
を各々が有する複数の組を有するとともに、
前記複数の組に共通のリセット電位を供給する電位供給部とを有し、
前記複数の組は、第1組と第2組を含み、
前記第2組は、前記電位供給部からの前記リセット電位が供給される電気的経路の抵抗が前記第1組よりも大きい撮像装置の駆動方法であって、
前記変換部の電位と、前記入力部の電位と、前記参照信号入力部の電位との少なくとも1つをリセットするリセット期間を、前記第2組の方が、前記第1組よりも早く開始し、
前記電気信号を前記変換部から前記入力部に入力するタイミングを、前記第1組と前記第2組とで同時とすることを特徴とする撮像装置の駆動方法。 A converter that generates an electrical signal based on an incident electromagnetic wave;
An input unit through which the electrical signal is input from the conversion unit;
A reference signal input unit to which a reference signal is input;
An AD converter that converts the electrical signal into a digital signal based on a result of comparing the potential of the input unit and the potential of the reference signal input unit;
A plurality of sets each having
And a potential supply section for supplying a common reset voltage to the plurality of pairs,
The plurality of sets include a first set and a second set;
The second set is a method for driving an imaging apparatus in which a resistance of an electrical path to which the reset potential from the potential supply unit is supplied is larger than the first set,
The potential of the conversion unit, and the potential of the input unit, a reset period for resetting at least one of the potential of the reference signal input section, towards the second set is started earlier than the first set ,
The driving method of an imaging apparatus , wherein the timing at which the electrical signal is input from the conversion unit to the input unit is the same for the first group and the second group .
前記リセット期間の開始を、前記第1ブロックと前記第2ブロックとで異ならせることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の撮像装置の駆動方法。 The imaging device includes a first block including the first set and another set, and a second block including the second set and another set ,
The method of driving an imaging apparatus according to claim 1 , wherein the start of the reset period is made different between the first block and the second block .
前記信号保持部は、前記変換部が生成した前記電気信号を保持し、
前記入力部に入力される前記電気信号が、前記信号保持部が保持した前記電気信号を増幅した信号であり、
前記信号保持部の電位のリセット期間を、前記第2組の方が、前記第1組よりも早く開始することを特徴とする請求項6に記載の撮像装置の駆動方法。 Each of the plurality of sets further includes a signal holding unit,
The signal holding unit holds the electrical signal generated by the conversion unit,
The electric signal input to the input unit is a signal obtained by amplifying the electric signal held by the signal holding unit,
The method for driving an imaging apparatus according to claim 6 , wherein the reset period of the potential of the signal holding unit is started earlier in the second set than in the first set .
前記電気信号が前記変換部から入力される入力部と、
参照信号が入力される参照信号入力部と、
前記入力部の電位と前記参照信号入力部の電位とを比較した結果に基づいて、前記電気信号をデジタル信号に変換するAD変換部と
を各々が有する複数の組を有する撮像装置であって、
前記複数の組は、第1組と、第2組とを含み、
前記撮像装置はさらに、
前記変換部の電位と、前記入力部の電位と、前記参照信号入力部の電位との少なくとも1つをリセットするリセット期間の開始を、前記第1組と前記第2組とで互いに異ならせるとともに、前記電気信号を前記変換部から前記入力部に入力するタイミングを、前記第1組と前記第2組とで同時とする制御部を有することを特徴とする撮像装置。 A converter that generates an electrical signal based on an incident electromagnetic wave;
An input unit through which the electrical signal is input from the conversion unit;
A reference signal input unit to which a reference signal is input;
Based on the result of comparing the potential of the input unit and the potential of the reference signal input unit, an imaging apparatus having a plurality of sets each having an AD conversion unit that converts the electrical signal into a digital signal,
The plurality of sets include a first set and a second set;
The imaging device further includes
The start of the reset period for resetting at least one of the potential of the conversion unit, the potential of the input unit, and the potential of the reference signal input unit is made different between the first set and the second set. An image pickup apparatus comprising: a control unit configured to simultaneously input the electrical signal from the conversion unit to the input unit in the first set and the second set .
前記信号供給部は、遅延量が互いに異なる複数の信号の論理積に基づいて、前記複数の組の各々の前記リセット期間を開始させることを特徴とする請求項8に記載の撮像装置。 A reset signal to start pre-Symbol reset period further includes a signal supply section for supplying to the plurality of pairs,
The imaging apparatus according to claim 8 , wherein the signal supply unit starts the reset period of each of the plurality of sets based on a logical product of a plurality of signals having different delay amounts.
前記電気信号が前記変換部から入力される入力部と、
参照信号が入力される参照信号入力部と、
前記入力部の電位と前記参照信号入力部の電位とを比較した結果に基づいて、前記電気信号をデジタル信号に変換するAD変換部と
を各々が有する複数の組を有するとともに、
前記複数の組に共通のリセット電位を供給する電位供給部を有する撮像装置であって、
前記複数の組は、第1組と、前記第1組よりも前記電位供給部からの前記リセット電位が供給される電気的経路が長い第2組とを含み、
前記電気信号を前記変換部から前記入力部に入力するタイミングが、前記第1組と前記第2組とで同時であって、
前記変換部と、前記入力部と、前記参照信号入力部と、の少なくとも1つに前記リセット電位を供給するリセット期間を、前記第1組よりも早く前記第2組に開始させる信号供給部を有することを特徴とする撮像装置。 A converter that generates an electrical signal based on an incident electromagnetic wave;
An input unit through which the electrical signal is input from the conversion unit;
A reference signal input unit to which a reference signal is input;
Based on the result of comparing the potential of the input unit and the potential of the reference signal input unit, each having a plurality of sets each having an AD conversion unit that converts the electrical signal into a digital signal,
An imaging apparatus having a potential supply unit that supplies a common reset potential to the plurality of sets ,
The plurality of sets include a first set and a second set having a longer electrical path for supplying the reset potential from the potential supply unit than the first set .
The timing of inputting the electrical signal from the conversion unit to the input unit is the same for the first set and the second set,
A signal supply unit for causing the second set to start a reset period for supplying the reset potential to at least one of the conversion unit, the input unit, and the reference signal input unit earlier than the first set ; An imaging apparatus comprising:
前記複数の組のうち、前記電位供給部からの前記リセット電位の電気的経路が長い組の方が、前記電位供給部からの前記リセット電位の電気的経路が短い組よりも、前記信号供給部からの前記リセット信号の電気的経路が短いことを特徴とする請求項10に記載の撮像装置。 The signal supply unit supplies a reset signal for starting the reset period to the plurality of sets ,
Among the plurality of pairs, the direction of the reset electric path is longer set of potential from the potential supply section, than the reset set electrical pathway is shorter in potential from the potential supply section, the signal supply section The imaging apparatus according to claim 10, wherein an electrical path of the reset signal from the camera is short.
前記電気信号が入力される入力部と、
前記電気信号が前記変換部から入力される入力部と、
参照信号が入力される参照信号入力部と、
前記入力部の電位と前記参照信号入力部の電位とを比較した結果に基づいて、前記電気信号をデジタル信号に変換するAD変換部と、
を各々が有する複数の組を有し、
前記複数の組に共通のリセット電位を供給する電位供給部と、
を有する撮像装置であって、
前記複数の組は、第1組と、前記第1組よりも前記電位供給部からの前記リセット電位が供給される電気的経路の抵抗が大きい第2組とを含み、
前記電気信号を前記変換部から前記入力部に入力するタイミングが、前記第1組と前記第2組とで同時であって、
前記撮像装置はさらに、
前記変換部と、前記入力部と、前記参照信号入力部と、の少なくとも1つに前記リセット電位を供給するリセット期間を、前記第1組よりも早く前記第2組に開始させる信号供給部を有することを特徴とする撮像装置。 A converter that generates an electrical signal based on an incident electromagnetic wave;
An input unit to which the electrical signal is input;
An input unit through which the electrical signal is input from the conversion unit;
A reference signal input unit to which a reference signal is input;
An AD converter that converts the electrical signal into a digital signal based on a result of comparing the potential of the input unit and the potential of the reference signal input unit;
Each having a plurality of sets ,
A potential supply section for supplying a common reset potential to the plurality of sets ;
An imaging device having
Wherein the plurality of sets include a first set and a second set resistance is large electrical paths said reset potential from the potential supply section is supplied than said first set,
The timing of inputting the electrical signal from the conversion unit to the input unit is the same for the first set and the second set,
The imaging device further includes
A signal supply unit for causing the second set to start a reset period for supplying the reset potential to at least one of the conversion unit, the input unit, and the reference signal input unit earlier than the first set ; An imaging apparatus comprising:
前記入力部に入力される前記電気信号が、前記変換部の生成した前記電気信号を前記増幅部が増幅した信号であることを特徴とする請求項8〜13のいずれかに記載の撮像装置。 Each of the plurality of sets further includes an amplification unit,
The imaging apparatus according to claim 8, wherein the electrical signal input to the input unit is a signal obtained by the amplification unit amplifying the electrical signal generated by the conversion unit.
前記信号保持部は、前記変換部が生成した前記電気信号を保持し、
前記入力部に入力される前記電気信号が、前記信号保持部が保持した前記電気信号を前記増幅部が増幅した信号であることを特徴とする請求項14に記載の撮像装置。 Each of the plurality of sets further includes a signal holding unit,
The signal holding unit holds the electrical signal generated by the conversion unit,
The electrical signal input to the input unit, an imaging apparatus according to the electrical signal by the signal holding unit is held in claim 14, wherein the amplifying unit is a signal amplification.
前記撮像装置から出力される前記デジタル信号を用いて画像を生成する信号処理部と、
を有することを特徴とする撮像システム。 An imaging device according to any one of claims 8 to 15,
A signal processing unit that generates an image using the digital signal output from the imaging device;
An imaging system comprising:
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