JP2017108321A - 固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】クロック信号の位相ずれを低減する固体撮像装置を提供する。【解決手段】N行×M列(Nは1以上の整数、Mは2以上の整数)に配列された画素1と、画素の列に対応して設けられ、画素から出力された画素信号と、参照電圧とを比較し、比較信号を出力する比較器6と、複数のクロック信号線に接続し、クロック信号を出力するクロック信号生成器8と、第1クロック信号と、第1比較信号に基づく第1検出信号が入力され、クロック信号生成器から第1クロック信号線が第1の長さを有して接続された第1ラッチ回路10aと、第1ラッチ回路に接続され、クロック信号生成器から第1の長さより長い第2の長さを有する前記第1クロック信号線に接続された第2ラッチ回路10bと、第1ラッチ回路と、第2ラッチ回路との間の前記第1クロック信号線に接続された調整回路11と、を有する。【選択図】図1
Description
本実施形態は固体撮像装置に関する。
一般的に固体撮像装置は、画素から出力されたアナログ画素信号をデジタル画素信号に
変換し、信号処理回路へ転送している。固体撮像装置では、アナログ画素信号の読み出し
は画素の一行ごとに行う。出力されたアナログ画素信号は、画素列ごとに配列された比較
器に供給される。アナログ画素信号は、参照電圧との比較時間をカウンタから出力される
クロック信号によって計測されることでデジタル信号に変換される。しかし、同一行の画
素であってもカウンタから離れた列では、クロック信号の位相ずれが生じる。
変換し、信号処理回路へ転送している。固体撮像装置では、アナログ画素信号の読み出し
は画素の一行ごとに行う。出力されたアナログ画素信号は、画素列ごとに配列された比較
器に供給される。アナログ画素信号は、参照電圧との比較時間をカウンタから出力される
クロック信号によって計測されることでデジタル信号に変換される。しかし、同一行の画
素であってもカウンタから離れた列では、クロック信号の位相ずれが生じる。
本実施形態は、クロック信号の位相ずれを低減できる固体撮像装置を提供する。
実施形態の固体撮像装置は、N行×M列(Nは1以上の整数、Mは2以上の整数)に配列さ
れた画素と、画素の列に対応して設けられ、画素から出力された画素信号と、参照電圧と
を比較し、比較信号を出力する比較器と、複数のクロック信号線に接続し、クロック信号
を出力するクロック信号生成器と、第1クロック信号と、第1比較信号に基づく第1検出
信号が入力され、クロック信号生成器から第1クロック信号線が第1の長さを有して接続
された第1ラッチ回路と、第1ラッチ回路に接続され、クロック信号生成器から第1の長
さより長い第2の長さを有する前記第1クロック信号線に接続された第2ラッチ回路と、
第1ラッチ回路と、第2ラッチ回路との間の前記第1クロック信号線に接続された調整回
路と、を有する。
れた画素と、画素の列に対応して設けられ、画素から出力された画素信号と、参照電圧と
を比較し、比較信号を出力する比較器と、複数のクロック信号線に接続し、クロック信号
を出力するクロック信号生成器と、第1クロック信号と、第1比較信号に基づく第1検出
信号が入力され、クロック信号生成器から第1クロック信号線が第1の長さを有して接続
された第1ラッチ回路と、第1ラッチ回路に接続され、クロック信号生成器から第1の長
さより長い第2の長さを有する前記第1クロック信号線に接続された第2ラッチ回路と、
第1ラッチ回路と、第2ラッチ回路との間の前記第1クロック信号線に接続された調整回
路と、を有する。
以下、第1実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において、同様の
構成要素については同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
構成要素については同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
(第1実施形態)
第1実施形態に係る固体撮像装置を図1から図3を参照して説明する。図1は、第1実
施形態に係る固体撮像装置の構成の一部を示す模式的回路図である。図2は、第1実施形
態に係る固体撮像装置の動作を示すタイミングチャート。図3は(a)は、第1実施形態
に係る固体撮像装置のうち、カウンタから近い位置での動作を示すタイミングチャート。
(b)は、第1実施形態に係る固体撮像装置のうち、カウンタから遠い位置での動作を示
すタイミングチャートである。(c)は、第1実施形態に係る固体撮像装置のうち、カウ
ンタから遠い位置において遅延回路を介して動作を示すタイミングチャートである。
第1実施形態に係る固体撮像装置を図1から図3を参照して説明する。図1は、第1実
施形態に係る固体撮像装置の構成の一部を示す模式的回路図である。図2は、第1実施形
態に係る固体撮像装置の動作を示すタイミングチャート。図3は(a)は、第1実施形態
に係る固体撮像装置のうち、カウンタから近い位置での動作を示すタイミングチャート。
(b)は、第1実施形態に係る固体撮像装置のうち、カウンタから遠い位置での動作を示
すタイミングチャートである。(c)は、第1実施形態に係る固体撮像装置のうち、カウ
ンタから遠い位置において遅延回路を介して動作を示すタイミングチャートである。
第1実施形態に係る固体撮像装置は、光電変換素子を含む画素1が行列状に配置された
画素領域2と、垂直方向に画素1の走査を行う垂直走査回路3と、画素1から出力される
画素信号を読み出す垂直信号線4と、参照電圧供給部5と、比較器6と、エッジ検出回路
7と、クロック信号生成器8、ラッチ部9、ラッチ部9に含まれるラッチ回路10、調整
回路11及び、タイミングジェネレータ12を有している。
画素領域2と、垂直方向に画素1の走査を行う垂直走査回路3と、画素1から出力される
画素信号を読み出す垂直信号線4と、参照電圧供給部5と、比較器6と、エッジ検出回路
7と、クロック信号生成器8、ラッチ部9、ラッチ部9に含まれるラッチ回路10、調整
回路11及び、タイミングジェネレータ12を有している。
画素領域2には、画素1が行列状に配列されている。第1実施形態において、画素領域
2には画素1がN行×M列(Nは1以上の整数、Mは2以上の整数)に配列されているとして
説明する。第1実施形態では、第1画素1aと、第1画素1aと同一行に設けられた第2画
素1bを用いて説明する。第1画素1aは、例えばm列目に配列され、第2画素1bはm+1列
目に配列される。画素1は、光電変換素子としてのフォトダイオード及びトランジスタを
含む。フォトダイオードは、入射した光を光電変換し、光量に応じた電荷を蓄積する。尚
、トランジスタ及びフォトダイオードは図示しない。
2には画素1がN行×M列(Nは1以上の整数、Mは2以上の整数)に配列されているとして
説明する。第1実施形態では、第1画素1aと、第1画素1aと同一行に設けられた第2画
素1bを用いて説明する。第1画素1aは、例えばm列目に配列され、第2画素1bはm+1列
目に配列される。画素1は、光電変換素子としてのフォトダイオード及びトランジスタを
含む。フォトダイオードは、入射した光を光電変換し、光量に応じた電荷を蓄積する。尚
、トランジスタ及びフォトダイオードは図示しない。
トランジスタには、フォトダイオードに蓄積され電荷をフローティングディフュージョ
ンに転送する転送トランジスタと、フローティングディフュージョンを所定の電圧にリセ
ットするリセットトランジスタと、フローティングディフュージョンの電圧に応じた電位
を出力する増幅トランジスタと、選択信号に従って増幅トランジスタにより伝達された信
号を垂直信号線4に出力する選択トランジスタとを含む。ここでは、選択トランジスタを
含むとして説明したが、選択トランジスタを含まず画素信号が増幅トランジスタから垂直
信号線4に出力しても実施可能である。尚、トランジスタの詳細な説明については省略す
る。
ンに転送する転送トランジスタと、フローティングディフュージョンを所定の電圧にリセ
ットするリセットトランジスタと、フローティングディフュージョンの電圧に応じた電位
を出力する増幅トランジスタと、選択信号に従って増幅トランジスタにより伝達された信
号を垂直信号線4に出力する選択トランジスタとを含む。ここでは、選択トランジスタを
含むとして説明したが、選択トランジスタを含まず画素信号が増幅トランジスタから垂直
信号線4に出力しても実施可能である。尚、トランジスタの詳細な説明については省略す
る。
第1画素1aは第1垂直信号線4aと接続している。第1垂直信号線4aの一端は、画素
列ごとに配置された第1比較器6aと接続している。これにより第1画素1aから出力され
たアナログ画素信号は第1垂直信号線4aを介して第1比較器6aへ入力される。
列ごとに配置された第1比較器6aと接続している。これにより第1画素1aから出力され
たアナログ画素信号は第1垂直信号線4aを介して第1比較器6aへ入力される。
第2画素1bは第2垂直信号線4bと接続している。第2垂直信号線4bの一端は、画素列ご
とに配置された第2比較器6bと接続している。これにより第2画素1bから出力されたアナ
ログ画素信号は第2垂直信号線4bを介して第2比較器6bへ入力される。
とに配置された第2比較器6bと接続している。これにより第2画素1bから出力されたアナ
ログ画素信号は第2垂直信号線4bを介して第2比較器6bへ入力される。
垂直走査回路3は、画素領域2における画素1と接続している。垂直走査回路3は、画
素1に含まれる転送トランジスタに転送信号を出力し、リセットトランジスタにはリセッ
ト信号を出力し、選択トランジスタには選択信号を出力する。それぞれの信号を画素1へ
出力することで画素1に含まれるトランジスタが動作し、画素1からアナログ画素信号が
出力される。ここで、アナログ画素信号とは、垂直走査回路3がリセット信号を出力する
ことにより画素1から出力されるリセット電位と、垂直走査回路3が転送信号を出力する
ことによりフォトダイオードに蓄積された電荷の量に応じて画素1から出力される画素電
位のことである。以下アナログ画素信号をVsigとして示す。動作の詳細については後述す
る。
素1に含まれる転送トランジスタに転送信号を出力し、リセットトランジスタにはリセッ
ト信号を出力し、選択トランジスタには選択信号を出力する。それぞれの信号を画素1へ
出力することで画素1に含まれるトランジスタが動作し、画素1からアナログ画素信号が
出力される。ここで、アナログ画素信号とは、垂直走査回路3がリセット信号を出力する
ことにより画素1から出力されるリセット電位と、垂直走査回路3が転送信号を出力する
ことによりフォトダイオードに蓄積された電荷の量に応じて画素1から出力される画素電
位のことである。以下アナログ画素信号をVsigとして示す。動作の詳細については後述す
る。
垂直信号線4は、各画素1列に対応してM本存在し、各列に配列されたN個の画素のそれ
ぞれに接続される。第1実施形態では、第1垂直信号線4aが第1画素1aに接続され、第
2垂直信号線4bが第2画素1bに接続されているとして説明する。なお本実施形態におい
て、後述の比較器6からラッチ回路10へエッジ検出信号Eoutを伝搬する信号線を含めて
垂直信号線4として説明する。
ぞれに接続される。第1実施形態では、第1垂直信号線4aが第1画素1aに接続され、第
2垂直信号線4bが第2画素1bに接続されているとして説明する。なお本実施形態におい
て、後述の比較器6からラッチ回路10へエッジ検出信号Eoutを伝搬する信号線を含めて
垂直信号線4として説明する。
参照電圧供給部5の一端はタイミングジェネレータ12と接続し、他端は比較器6と接
続している。参照電圧供給部5はタイミングジェネレータ12から供給される信号に基づ
いて参照電圧Vrefを生成する。参照電圧Vrefは例えば、図2に示す電圧の波形が傾斜状に
変化するランプ波形等である。参照電圧供給部5は参照電圧Vrefを比較器6に供給する。
本実施形態では、転送トランジスタが動作した後に参照電圧Vrefは、時間が経過するにつ
れて線形に減少する波形を採用するが、これに限定されず、時間が経過するにつれて線形
に増大する波形を採用してもよい。
続している。参照電圧供給部5はタイミングジェネレータ12から供給される信号に基づ
いて参照電圧Vrefを生成する。参照電圧Vrefは例えば、図2に示す電圧の波形が傾斜状に
変化するランプ波形等である。参照電圧供給部5は参照電圧Vrefを比較器6に供給する。
本実施形態では、転送トランジスタが動作した後に参照電圧Vrefは、時間が経過するにつ
れて線形に減少する波形を採用するが、これに限定されず、時間が経過するにつれて線形
に増大する波形を採用してもよい。
比較器6は、画素1列ごとに配置されている。第1実施形態では、比較器6を第1比較
器6a及び第2比較器6bを用いて説明する。
器6a及び第2比較器6bを用いて説明する。
第1比較器6aの入力端には、第1垂直信号線4aと参照電圧供給部5が接続し、出力端
には第1エッジ検出回路7aが接続している。第1比較器6aは第1垂直信号線4aを介し
て第1画素1aから出力されたアナログ画素信号Vsigと参照電圧供給部5から出力された
参照電圧Vrefを比較する。参照電圧Vrefの電圧レベルがアナログ画素信号Vsigの電圧レベ
ルに達した時に、パルス信号CLKに従って出力される信号をハイレベルからローレベル又
はローレベルからハイレベルにする。この出力された第1比較信号をCoutとして説明する
。
には第1エッジ検出回路7aが接続している。第1比較器6aは第1垂直信号線4aを介し
て第1画素1aから出力されたアナログ画素信号Vsigと参照電圧供給部5から出力された
参照電圧Vrefを比較する。参照電圧Vrefの電圧レベルがアナログ画素信号Vsigの電圧レベ
ルに達した時に、パルス信号CLKに従って出力される信号をハイレベルからローレベル又
はローレベルからハイレベルにする。この出力された第1比較信号をCoutとして説明する
。
第2比較器6bの入力端には、第2垂直信号線4bと参照電圧供給部5が接続し、出力端
には第2エッジ検出回路7bが接続している。第2比較器6bは第2垂直信号線4bを介して第
2画素1bから出力されたアナログ画素信号Vsigと参照電圧供給部5から出力された参照電
圧Vrefを比較する。参照電圧Vrefの電圧レベルがアナログ画素信号Vsigの電圧レベルに達
した時に、パルス信号CLKに従って出力される信号をハイレベルからローレベル又はロー
レベルからハイレベルにする。この出力された第2比較信号をCoutとして説明する。
には第2エッジ検出回路7bが接続している。第2比較器6bは第2垂直信号線4bを介して第
2画素1bから出力されたアナログ画素信号Vsigと参照電圧供給部5から出力された参照電
圧Vrefを比較する。参照電圧Vrefの電圧レベルがアナログ画素信号Vsigの電圧レベルに達
した時に、パルス信号CLKに従って出力される信号をハイレベルからローレベル又はロー
レベルからハイレベルにする。この出力された第2比較信号をCoutとして説明する。
エッジ検出回路7は、画素列に対してM個配列されている。第1実施形態では、エッジ
検出回路7を第1エッジ検出回路7a及び第2エッジ検出回路7bとして説明する。
検出回路7を第1エッジ検出回路7a及び第2エッジ検出回路7bとして説明する。
第1エッジ検出回路7aは、第1比較器6aから出力される第1比較信号Coutのエッジを
検出し、パルス状の第1エッジ検出信号Eoutをラッチ部9に出力する。
検出し、パルス状の第1エッジ検出信号Eoutをラッチ部9に出力する。
第2エッジ検出回路7bは、第2比較器6bから出力される第2比較信号Coutのエッジを検
出し、パルス状の第2エッジ検出信号Eoutをラッチ部9に出力する。
出し、パルス状の第2エッジ検出信号Eoutをラッチ部9に出力する。
クロック信号生成器は、例えば4ビットカウンタから構成され、パルス信号CLKに従っ
てカウント動作を行う。ここで、クロック信号生成器8は、最下位ビットから最上位ビッ
トまでの4ビットのそれぞれに対応する4本のクロック信号線CL1〜CL4を介して、ラッチ
部9と接続している。クロック信号線CL1には、例えばパルス信号CLKと同一周期のカウン
ト信号G1を出力する。クロック信号線CL2には、例えばパルス信号CLKを2分周したカウン
ト信号G2を出力する。クロック信号線CL3には、例えばパルス信号線CLKを4分周したクロ
ック信号G3を出力する。クロック信号線CL4には、例えばパルス信号線CLKを8分周したク
ロック信号G4を出力する。第1実施形態では、クロック信号生成器を4ビットとしたが、
これに限定されず、2ビット以上の任意の数のクロック信号生成器であっても実施可能で
ある。例えばクロック信号生成器8が12ビットカウンタであれば、1列あたりラッチ回
路10の個数を12個、クロック信号生成器8が8ビットカウンタであれば、1列あたり
のラッチ回路10の個数を8個するように、クロック信号生成器8のビット数に応じて、
各列のラッチ回路10の個数を変更する。
てカウント動作を行う。ここで、クロック信号生成器8は、最下位ビットから最上位ビッ
トまでの4ビットのそれぞれに対応する4本のクロック信号線CL1〜CL4を介して、ラッチ
部9と接続している。クロック信号線CL1には、例えばパルス信号CLKと同一周期のカウン
ト信号G1を出力する。クロック信号線CL2には、例えばパルス信号CLKを2分周したカウン
ト信号G2を出力する。クロック信号線CL3には、例えばパルス信号線CLKを4分周したクロ
ック信号G3を出力する。クロック信号線CL4には、例えばパルス信号線CLKを8分周したク
ロック信号G4を出力する。第1実施形態では、クロック信号生成器を4ビットとしたが、
これに限定されず、2ビット以上の任意の数のクロック信号生成器であっても実施可能で
ある。例えばクロック信号生成器8が12ビットカウンタであれば、1列あたりラッチ回
路10の個数を12個、クロック信号生成器8が8ビットカウンタであれば、1列あたり
のラッチ回路10の個数を8個するように、クロック信号生成器8のビット数に応じて、
各列のラッチ回路10の個数を変更する。
ラッチ部9は、調整回路11と、4本のクロック信号線CL1〜CL4及びM本の垂直信号線
4のそれぞれに対応する4行×M列の行列状に配列されたラッチ回路10を備える。
4のそれぞれに対応する4行×M列の行列状に配列されたラッチ回路10を備える。
本実施形態では、ラッチ部9に含まれるラッチ回路10を、第1垂直信号線4aに接続
された第1ラッチ回路10aと、第2垂直信号線4bに接続された第2ラッチ回路10bと
して説明する。また、第1ラッチ回路10a及び第2ラッチ回路10bは例えば第1クロッ
ク信号線CL1に接続されている。
された第1ラッチ回路10aと、第2垂直信号線4bに接続された第2ラッチ回路10bと
して説明する。また、第1ラッチ回路10a及び第2ラッチ回路10bは例えば第1クロッ
ク信号線CL1に接続されている。
第1ラッチ回路10aは、例えば、クロック信号生成器8から第1の距離16を有した
位置に配置され、第2ラッチ回路10bは、クロック信号生成器8から第1の距離16よ
り長い第2の距離17を有した位置に配置されている。また、第1クロック信号線CL1に
おいて、クロック信号生成器8と第1ラッチ回路10aを接続する部分の長さである第1
の長さを有する。また、第1クロック信号線CL1において、クロック信号生成器8と第2
ラッチ回路10bを接続する部分の長さは、第1の長さより長い第2の長さを有する。
位置に配置され、第2ラッチ回路10bは、クロック信号生成器8から第1の距離16よ
り長い第2の距離17を有した位置に配置されている。また、第1クロック信号線CL1に
おいて、クロック信号生成器8と第1ラッチ回路10aを接続する部分の長さである第1
の長さを有する。また、第1クロック信号線CL1において、クロック信号生成器8と第2
ラッチ回路10bを接続する部分の長さは、第1の長さより長い第2の長さを有する。
第3ラッチ回路10c及び第4ラッチ回路10dは、第2クロック信号線CL2に接続され
ている。
ている。
第3ラッチ回路10cは、第1垂直信号線4aに接続され、クロック信号生成器8から第
1の距離16を有した位置に配置されている。
1の距離16を有した位置に配置されている。
第4ラッチ回路10dは、第2垂直信号線4bに接続され、クロック信号生成器8から第
1の距離16より長い第2の距離17を有した位置に配置されている。また、第1クロッ
ク信号線CL2において、クロック信号生成器8と第3ラッチ回路10cを接続する部分の長
さである第1の長さを有する。また、第2クロック信号線CL2において、クロック信号生
成器8と第4ラッチ回路10dを接続する部分の長さは、第1の長さより長い第2の長さ
を有する。
調整回路11は、ラッチ回路10が行方向に配列された数に応じて設けられる。本実施
形態では、調整回路11は第1ラッチ回路10aと第2ラッチ回路10bとの間に第1クロ
ック信号線CL1を介して接続されている。調整回路11は、クロック信号生成器8から出
力されたクロック信号G1~G4を遅らせクロック信号の周期を調整する役割を有する。クッ
ロク信号G1~G4を遅延させることにより、クロック信号生成器8から離れた位置に配列さ
れたラッチ回路10に入力されるクロック信号G1~G4の位相を調整することができる。第
1実施形態において、調整回路11は第1ラッチ回路10aと第2ラッチ回路10bの間に
配置された第1調整回路11aと、第3ラッチ回路10cと第4ラッチ回路10dの間に配
置され、第1調整回路11aの数より多い第2調整回路11bとして配列されているとして
説明するが、これに限定されるものではない
1の距離16より長い第2の距離17を有した位置に配置されている。また、第1クロッ
ク信号線CL2において、クロック信号生成器8と第3ラッチ回路10cを接続する部分の長
さである第1の長さを有する。また、第2クロック信号線CL2において、クロック信号生
成器8と第4ラッチ回路10dを接続する部分の長さは、第1の長さより長い第2の長さ
を有する。
調整回路11は、ラッチ回路10が行方向に配列された数に応じて設けられる。本実施
形態では、調整回路11は第1ラッチ回路10aと第2ラッチ回路10bとの間に第1クロ
ック信号線CL1を介して接続されている。調整回路11は、クロック信号生成器8から出
力されたクロック信号G1~G4を遅らせクロック信号の周期を調整する役割を有する。クッ
ロク信号G1~G4を遅延させることにより、クロック信号生成器8から離れた位置に配列さ
れたラッチ回路10に入力されるクロック信号G1~G4の位相を調整することができる。第
1実施形態において、調整回路11は第1ラッチ回路10aと第2ラッチ回路10bの間に
配置された第1調整回路11aと、第3ラッチ回路10cと第4ラッチ回路10dの間に配
置され、第1調整回路11aの数より多い第2調整回路11bとして配列されているとして
説明するが、これに限定されるものではない
周波数発生器としてのタイミングジェネレータ12は、垂直走査回路3、参照電圧供給
部5、エッジ検出回路7、クロック信号生成器8、と接続している。タイミングジェネレ
ータ12は、動作基準となるパルス信号CLKや制御信号などを生成し、垂直走査回路3、
参照電圧供給部5、クロック信号生成器8及びに対してパルス信号CLKを供給する。
部5、エッジ検出回路7、クロック信号生成器8、と接続している。タイミングジェネレ
ータ12は、動作基準となるパルス信号CLKや制御信号などを生成し、垂直走査回路3、
参照電圧供給部5、クロック信号生成器8及びに対してパルス信号CLKを供給する。
水平走査回路13は、例えばシフトレジスタから構成される。水平走査回路13はパル
ス信号CLKと同期してM本の垂直信号線4を列方向に順次選択し、ラッチ回路10からデジ
タル信号を出力させる。
ス信号CLKと同期してM本の垂直信号線4を列方向に順次選択し、ラッチ回路10からデジ
タル信号を出力させる。
次に第1実施形態に係る固体撮像装置の動作について説明する。
図2に示すように、時刻t1のとき垂直走査回路3はリセット信号resetをリセットトラ
ンジスタに出力する。これにより1行目の画素1の基準電位となるリセット電位が出力さ
れる。画素1から出力されたリセット電位は、垂直信号線4を介して画素の列に対応した
比較器6に入力される。なお、本実施形態では、転送トランジスタが動作し、フォトダイ
オードに蓄積された電荷に量に応じて画素1出力されるアナログ画素信号Vsigと参照電圧
Vrefとの比較のみ説明する。
ンジスタに出力する。これにより1行目の画素1の基準電位となるリセット電位が出力さ
れる。画素1から出力されたリセット電位は、垂直信号線4を介して画素の列に対応した
比較器6に入力される。なお、本実施形態では、転送トランジスタが動作し、フォトダイ
オードに蓄積された電荷に量に応じて画素1出力されるアナログ画素信号Vsigと参照電圧
Vrefとの比較のみ説明する。
時刻t2のとき垂直走査回路3は転送信号readを出力する。これによりフォトダイオード
に蓄積された電荷に応じた画素電位が画素1から出力される。画素1から出力されたアナ
ログ画素信号Vsigは、垂直信号線4を介して比較器6に入力される。
に蓄積された電荷に応じた画素電位が画素1から出力される。画素1から出力されたアナ
ログ画素信号Vsigは、垂直信号線4を介して比較器6に入力される。
時刻t3のとき、参照電圧供給部5が参照電圧Vrefを比較器6に出力する。参照電圧Vref
が比較器6に供給されると同時に、タイミングジェネレータ12はクロック信号生成器8
へパルス信号CLKを供給する。クロック信号生成器8がパルス信号CLKを供給されることに
より、クロック信号生成器8は比較器6での参照電圧Vrefとアナログ画素信号Vsigとが一
致するまでの比較時間をカウントする。
が比較器6に供給されると同時に、タイミングジェネレータ12はクロック信号生成器8
へパルス信号CLKを供給する。クロック信号生成器8がパルス信号CLKを供給されることに
より、クロック信号生成器8は比較器6での参照電圧Vrefとアナログ画素信号Vsigとが一
致するまでの比較時間をカウントする。
時刻t4のとき、参照電圧Vrefとアナログ画素信号Vsigとが一致すると、比較器6により
出力される比較信号Coutがローレベルからハイレベルに立ち上がる。比較器6により出力
された比較信号Coutが立ち上がると、エッジ検出回路7によりエッジ検出信号Eoutが出力
される。ラッチ回路10はエッジ検出回路7からエッジ検出信号Eoutが出力されたときに
クロック信号生成器8から出力されたクロック信号G1〜G4がハイレベルである場合、「1
」の信号をラッチし、ローレベルである場合、「0」の信号をラッチする。画素1列の4
個のラッチ回路10により、対応する列の1つの画素1から出力されたアナログ画素信号
Vsigが4ビットのデジタル値にラッチされる。すなわち、クロック信号生成器8とラッチ
部9とによって、各画素1から出力されたアナログ画素信号Vsigが4ビットのデジタル画
素信号にA/D変換される。これにより、検出信号Eoutが出力された列に対応する4このラ
ッチ回路10は、図2に示すように、エッジ検出信号Eoutが入力されたときにカウンタか
ら「0110」のクロック信号G1〜G4が出力されているため「0110」の信号をラッチ
する。
出力される比較信号Coutがローレベルからハイレベルに立ち上がる。比較器6により出力
された比較信号Coutが立ち上がると、エッジ検出回路7によりエッジ検出信号Eoutが出力
される。ラッチ回路10はエッジ検出回路7からエッジ検出信号Eoutが出力されたときに
クロック信号生成器8から出力されたクロック信号G1〜G4がハイレベルである場合、「1
」の信号をラッチし、ローレベルである場合、「0」の信号をラッチする。画素1列の4
個のラッチ回路10により、対応する列の1つの画素1から出力されたアナログ画素信号
Vsigが4ビットのデジタル値にラッチされる。すなわち、クロック信号生成器8とラッチ
部9とによって、各画素1から出力されたアナログ画素信号Vsigが4ビットのデジタル画
素信号にA/D変換される。これにより、検出信号Eoutが出力された列に対応する4このラ
ッチ回路10は、図2に示すように、エッジ検出信号Eoutが入力されたときにカウンタか
ら「0110」のクロック信号G1〜G4が出力されているため「0110」の信号をラッチ
する。
図3(a)に示すように、クロック信号生成器8から第1の長さを有するクッロク信号
線CL1〜CL4に接続された第1ラッチ回路10aに入力されるクロック信号G1~G4を基準とす
ると、クロック信号生成器8から第2の長さを有するクッロク信号線CL1〜CL4に接続され
た第2ラッチ回路10bに入力されるクロック信号G1’~G4’は、図3(b)に示すように
遅延が生じる。これは、クロック信号線CL1〜CL4は寄生抵抗及び寄生容量からなる配線負
荷を有しているためである。このため、フォトダイオードへの入射光量が同じであっても
、クロック信号生成器8から離れた列に配列されほどクッロク値の位相がずれてしまうた
め正確なデジタル値を得ることができない。
線CL1〜CL4に接続された第1ラッチ回路10aに入力されるクロック信号G1~G4を基準とす
ると、クロック信号生成器8から第2の長さを有するクッロク信号線CL1〜CL4に接続され
た第2ラッチ回路10bに入力されるクロック信号G1’~G4’は、図3(b)に示すように
遅延が生じる。これは、クロック信号線CL1〜CL4は寄生抵抗及び寄生容量からなる配線負
荷を有しているためである。このため、フォトダイオードへの入射光量が同じであっても
、クロック信号生成器8から離れた列に配列されほどクッロク値の位相がずれてしまうた
め正確なデジタル値を得ることができない。
第1実施形態ではラッチ部9の第1ラッチ回路10a間と第2ラッチ回路10bとの間に
調整回路11であるインバータを設けた。これにより、上述の時刻t4において、クロック
信号生成器8から出力されるクロック信号G1~G4は、調整回路11を介してn+1列目の第2
ラッチ回路10bに入力される。クロック信号G1~G4が調整回路11を介すことによりクロ
ック信号G1’~G4’がさらに遅延する。この遅延時間を増大させることにより、インバー
タを介した遅延後のクロック信号G1’’~G4’’とクロック信号生成器8から出力された
カウント信号G1~G4との位相のずれを小さくすることができる。なお、分周比の異なるク
ロック信号CL1〜CL4に応じて調整回路11の数を変えてもよい。例えば、第1ラッチ回路
10aと第2ラッチ回路10bとの間の第1クロック信号線CL1に接続された調整回路11
の数は、第3ラッチ回路10cと第4ラッチ回路10dの間の第2クロック信号線CL2に接
続された調整回路11の数より少なくしてもよい。
調整回路11であるインバータを設けた。これにより、上述の時刻t4において、クロック
信号生成器8から出力されるクロック信号G1~G4は、調整回路11を介してn+1列目の第2
ラッチ回路10bに入力される。クロック信号G1~G4が調整回路11を介すことによりクロ
ック信号G1’~G4’がさらに遅延する。この遅延時間を増大させることにより、インバー
タを介した遅延後のクロック信号G1’’~G4’’とクロック信号生成器8から出力された
カウント信号G1~G4との位相のずれを小さくすることができる。なお、分周比の異なるク
ロック信号CL1〜CL4に応じて調整回路11の数を変えてもよい。例えば、第1ラッチ回路
10aと第2ラッチ回路10bとの間の第1クロック信号線CL1に接続された調整回路11
の数は、第3ラッチ回路10cと第4ラッチ回路10dの間の第2クロック信号線CL2に接
続された調整回路11の数より少なくしてもよい。
本実施形態では、2列ごとに調整回路11を設けてクロック信号G1~G4の遅延時間を調整
するとして説明したが、これに限定されない。
するとして説明したが、これに限定されない。
以上のことより、調整回路11としてのインバタータを介して遅延時間を増大させるこ
とにより、クロック信号G1~G4とクロック信号G1’’~G4’’との位相のずれを小さくでき
る。つまり、ラッチ回路10の配置される場所により出力されるデジタル信号の誤差を抑
制することができる。
とにより、クロック信号G1~G4とクロック信号G1’’~G4’’との位相のずれを小さくでき
る。つまり、ラッチ回路10の配置される場所により出力されるデジタル信号の誤差を抑
制することができる。
(第2実施形態)
第2実施形態に係る固体撮像装置を図4を用いて説明する。図4は、第2実施形態に係
る固体撮像装置の構成の一部を示す模式的回路図である。
第2実施形態に係る固体撮像装置を図4を用いて説明する。図4は、第2実施形態に係
る固体撮像装置の構成の一部を示す模式的回路図である。
第2実施形態に係る固体撮像装置が第1実施形態と異なる点は、記憶装置としてのメモ
リ14と判定回路15とを設けたことである。第2実施形態に係る固体撮像装置は、上記
点を除いて、第1実施形態に係る固体撮像装置の構造と同じであるので、同一部分には同
一符号を付して詳細な説明は省略する。なお、第1実施形態で説明した水平走査回路13
については、図面の繁雑さを避けるため省略する。
リ14と判定回路15とを設けたことである。第2実施形態に係る固体撮像装置は、上記
点を除いて、第1実施形態に係る固体撮像装置の構造と同じであるので、同一部分には同
一符号を付して詳細な説明は省略する。なお、第1実施形態で説明した水平走査回路13
については、図面の繁雑さを避けるため省略する。
第2実施形態に係る固体撮像装置の構造について説明する。
メモリ14は、ラッチ回路10と接続している判定回路15と接続している。メモリ1
4はラッチ回路10から出力されたデジタル信号を記憶する。また、メモリ14には、基
準となるAD変換された値があらかじめ記憶されている。
4はラッチ回路10から出力されたデジタル信号を記憶する。また、メモリ14には、基
準となるAD変換された値があらかじめ記憶されている。
判定回路15は、メモリ14と接続している。判定回路15はメモリ14に記憶された
値と、ラッチ回路10から出力されたデジタル信号をと比較する。この時、記憶された値
とずれていた場合、判定回路15がずれ量に応じた位相調整信号を調整回路11に出力す
る。なお、判定回路15は、クロック信号線CL1〜CL4にそれぞれ設けられた調整回路11
と接続されているが、図面の繁雑化を避けるため判定回路15とクロック信号線CL1〜CL4
のそれぞれ設けられた調整回路11とは1本で接続されているとして記載する。
値と、ラッチ回路10から出力されたデジタル信号をと比較する。この時、記憶された値
とずれていた場合、判定回路15がずれ量に応じた位相調整信号を調整回路11に出力す
る。なお、判定回路15は、クロック信号線CL1〜CL4にそれぞれ設けられた調整回路11
と接続されているが、図面の繁雑化を避けるため判定回路15とクロック信号線CL1〜CL4
のそれぞれ設けられた調整回路11とは1本で接続されているとして記載する。
第2実施形態では、調整回路11に接続する判定回路15を設けた。判定回路15は、
遅延量に応じてクロック信号線CL1〜CL4ごとに設けられた調整回路11にそれぞれ信号を
出力するため、各クロック信号G1~G4のうちズレ量の大きいクロック信号線に対応する調
整回路11に出力すればよい。このためクロック信号線CL1〜CL4を同時に遅延させる場合
に対して、遅延の誤差が抑制される。さらに、調整回路11を動作させなくてもよいクロ
ック信号線CL1〜CL4もあるため、消費電力を抑制することができる。
遅延量に応じてクロック信号線CL1〜CL4ごとに設けられた調整回路11にそれぞれ信号を
出力するため、各クロック信号G1~G4のうちズレ量の大きいクロック信号線に対応する調
整回路11に出力すればよい。このためクロック信号線CL1〜CL4を同時に遅延させる場合
に対して、遅延の誤差が抑制される。さらに、調整回路11を動作させなくてもよいクロ
ック信号線CL1〜CL4もあるため、消費電力を抑制することができる。
本発明の実施形態を説明したが、本実施形態は、例として提示したものであり、発明の
範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実
施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変
更を行うことができる。本実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに
、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実
施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変
更を行うことができる。本実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに
、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1・・・画素
1a・・・第1画素
1b・・・第2画素1c・・・第3画素
2・・・画素領域
3・・・垂直走査回路
4・・・垂直信号線
4a・・・第1垂直信号線
4b・・・第2垂直信号線
5・・・参照電圧供給器
6・・・比較器
6a・・・第1比較器
6b・・・第2比較器7・・・エッジ検出回路
7a・・・第1エッジ検出回路
7b・・・第2エッジ検出回路
8・・・クロック信号生成器
9・・・ラッチ部
10・・・ラッチ回路
10a・・・第1ラッチ回路
10b・・・第2ラッチ回路
10c・・・第3ラッチ回路
10d・・・第4ラッチ回路
11a・・・第1調整回路
11b・・・第2調整回路
12・・・タイミングジェネレータ
13・・・水平走査回路
14・・・メモリ
15・・・判定回路
16・・・第1の距離
17・・・第2の距離
1a・・・第1画素
1b・・・第2画素1c・・・第3画素
2・・・画素領域
3・・・垂直走査回路
4・・・垂直信号線
4a・・・第1垂直信号線
4b・・・第2垂直信号線
5・・・参照電圧供給器
6・・・比較器
6a・・・第1比較器
6b・・・第2比較器7・・・エッジ検出回路
7a・・・第1エッジ検出回路
7b・・・第2エッジ検出回路
8・・・クロック信号生成器
9・・・ラッチ部
10・・・ラッチ回路
10a・・・第1ラッチ回路
10b・・・第2ラッチ回路
10c・・・第3ラッチ回路
10d・・・第4ラッチ回路
11a・・・第1調整回路
11b・・・第2調整回路
12・・・タイミングジェネレータ
13・・・水平走査回路
14・・・メモリ
15・・・判定回路
16・・・第1の距離
17・・・第2の距離
Claims (8)
- N行×M列(Nは1以上の整数、Mは2以上の整数)に配列された画素と、
前記画素に接続され、列ごとに設けられた垂直信号線と、
前記画素から前記垂直信号線を介して読み出される画素信号と、参照電圧とを比較し、
比較信号を出力する比較器と、
クロック信号を伝搬するクロック信号線に接続されたクロック信号生成器と、
前記垂直信号線に接続し、前記比較信号を入力するとともに、前記クロック信号生成器
から第1の長さを有して前記クロック信号線に接続された第1ラッチ回路と、
前記垂直信号線に接続し、前記比較信号を入力するとともに、前記クロック信号生成器
から前記第1の長さより長い第2の長さを有して前記クロック信号線に接続された第2ラ
ッチ回路と、
前記第1ラッチ回路と、前記第2ラッチ回路との間の前記クロック信号線に接続された
調整回路と、
を有する固体撮像装置。 - 前記第1ラッチ回路には、前記クロック信号と、前記第1比較信号に基づく第1検出信
号が入力され、
前記第2ラッチ回路には、前記クロック信号と、前記第2比較信号に基づく第2検出信
号が入力される請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記垂直信号線は、m列目(mは整数)に位置する前記画素に接続された第1垂直信号線
と、m+1列目に位置する前記画素に接続された第2垂直信号線とを含み
前記第1ラッチ回路は前記第1垂直信号線に接続され、
前記第2ラッチ回路は前記第2垂直信号線に接続されることを特徴とする請求項1又は
2に記載の固体撮像装置。 - 前記クロック信号線は、第1クロック信号線及び第2クロック信号線を含み、
前記クロック信号生成器は、第2クロック信号線に、前記第1クロック信号と分周比の
異なる第2クロック信号を出力し、
前記第1垂直信号線に接続された第3ラッチ回路と、前記第2垂直信号線に接続された
第4ラッチ回路との間の前記第2クロック信号線に接続された第2調整回路とを有し、
前記第1クロック信号線に接続された前記第1調整回路の数と、前記第2クロック信号
線に接続された前記第2調整回路との数が異なる請求項3に記載の固体撮像装置。 - 前記調整回路は、抵抗素子又はインバータから構成される請求項1から4のいずれか1
に記載の固体撮像装置。 - 前記第1調整回路の数は、前記第2調整回路の数より数が少ない請求項4に記載の固体
撮像装置。 - 第1画素を含む第1画素列と、
前記第1画素列に接続された第1垂直信号線と、
前記第1画素から前記第1垂直信号線を介して出力された画素信号と、参照電圧とを比
較し、第1比較信号を出力する第1比較器と、
前記第1画素と所定の間隔を有して配置された第2画素を含む第2画素列と、
前記第2画素列に接続された第2垂直信号線と、
前記第2画素から前記第2垂直信号線を介して出力された画素信号と、参照電圧とを比
較し、第2比較信号を出力する第2比較器と、
第1クロック信号を伝搬する第1クロック信号線と、第2クロック信号を伝搬する第2
クロック信号線に接続されたクロック信号生成器と、
第1クロック信号と、前記第1比較信号に基づく第1検出信号が入力され、前記第1ク
ロック信号線および前記第1比較器に接続された第1ラッチ回路と、
前記第1クロック信号と、前記第2比較信号に基づく第2検出信号が入力され、第2ク
ロック信号線および前記第2比較器に接続された第2ラッチ回路と、
前記第1ラッチ回路と、前記第2ラッチ回路との間の前記第1クロック信号線に接続さ
れた調整回路と、
を有する固体撮像装置。 - 前記固体撮像装置は、記憶装置と判定回路とを更に有し、
判定回路は、前記記憶装置と、前記調整回路と接続され、前記記憶装置にあらかじめ記
憶されたクロック信号の位相に対して、クロック信号生成器から出力されたクロック信号
の位相がずれた場合、位相調整信号を前記調整回路に出力する請求項1から7のいずれか
1に記載の固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015241541A JP2017108321A (ja) | 2015-12-10 | 2015-12-10 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015241541A JP2017108321A (ja) | 2015-12-10 | 2015-12-10 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017108321A true JP2017108321A (ja) | 2017-06-15 |
Family
ID=59060262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015241541A Pending JP2017108321A (ja) | 2015-12-10 | 2015-12-10 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2017108321A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2025248978A1 (ja) * | 2024-05-30 | 2025-12-04 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | イメージセンサ、および、イメージセンサの制御方法 |
-
2015
- 2015-12-10 JP JP2015241541A patent/JP2017108321A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2025248978A1 (ja) * | 2024-05-30 | 2025-12-04 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | イメージセンサ、および、イメージセンサの制御方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD07 | Notification of extinguishment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7427 Effective date: 20180831 |