JP5123655B2

JP5123655B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP5123655B2
Application number: JP2007334715A
Authority: JP
Inventors: 豊阿部; 佳壽子西村; 博木村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-12-26
Filing date: 2007-12-26
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2027-12-26
Also published as: US8035066B2; US20110317051A1; JP2009159271A; US20090166513A1

Description

本発明は、固体撮像装置に関し、特に、列毎にＡＤ変換回路を備える固体撮像装置に関する。

光を電気信号に変換する固体撮像装置は、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ及びファクシミリ等の種々の機器に使用されている。固体撮像装置として、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）イメージセンサ、及びＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌ−ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサが知られている。

ＣＭＯＳイメージセンサは、行列状に配置された複数の画素から読み出した電気信号をＡＤ変換し、変換したデジタル信号を外部に出力する。

また、従来のＣＭＯＳイメージセンサとして、列毎にＡＤ変換回路を備え、行単位でＡＤ変換したデジタル信号を出力する固体撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、列毎にＡＤ変換回路を備える従来の固体撮像装置について説明する。
図１２は、従来の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。

図１２に示す従来の固体撮像装置５００は、画素アレー５０１と、垂直走査部５０２と、ＡＤ変換部５０３と、参照電圧生成部５０４と、水平走査部５０５と、出力部５０６と、タイミング制御部５０７とを備える。

画素アレー５０１は、行列状に配置された複数の画素５０８を備える。各画素５０８は、受光した光を信号電圧に変換し、変換した信号電圧を列毎に設けられた列信号線に出力する。

垂直走査部５０２は、画素５０８の行を順次選択する。
ＡＤ変換部５０３は、複数の列信号線に出力された信号電圧を、同時にデジタル信号に変換する。ＡＤ変換部５０３は、列毎にＡＤ変換回路を備え、各ＡＤ変換回路は、コンパレータ５０９と、カウンタ５１１とを備える。

各コンパレータ５０９は、列信号線に出力された信号電圧と、参照電圧ＲＡＭＰとを比較し、いずれが大きいかを示す出力信号を出力する。

カウンタ５１１は、クロックＡＤＣＬＫを用いてカウント値をカウントする。カウンタ５１１は、コンパレータ５０９により出力された出力信号が反転したタイミングで、カウントを停止する。

参照電圧生成部５０４は、参照電圧ＲＡＭＰを生成する。
水平走査部５０５は、画素５０８の列を順次選択する。

出力部５０６は、ＡＤ変換部５０３により変換されたデジタル信号を外部に出力する。
タイミング制御部５０７は、垂直走査部５０２、ＡＤ変換部５０３、参照電圧生成部５０４及び水平走査部５０５の動作タイミングを制御する。

以上の構成により、従来の固体撮像装置５００は、画素５０８により出力される信号電圧を行単位でＡＤ変換し、変換したデジタル信号を出力できる。
特開２００５−３０３６４８号公報

しかしながら、従来の固体撮像装置５００は、画素５０８の列数分のＡＤ変換回路を備えるため、ＡＤ変換部５０３の消費電流が大きいという課題がある。具体的には、各列のコンパレータ５０９のバイアス電流が１０μＡ程度であり、列数が２５００程度の場合には、ＡＤ変換部５０３の消費電流は２５ｍＡである。これにより、従来の固体撮像装置５００は、消費電力が増加する。また、今後、更に画素数が増加した場合、ＡＤ変換部５０３の消費電流は更に増加することになる。

また、一般にデジタルスチルカメラ及びデジタルビデオカメラは、バッテリーから電力を供給される。よって、デジタルスチルカメラ及びデジタルビデオカメラでの長時間撮影を実現するために、デジタルスチルカメラ及びデジタルビデオカメラに搭載される固体撮像装置には、低消費電力が望まれている。

本発明は上記課題を解決するものであり、消費電力を低減できる固体撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、行列状に配置され、光を信号電圧に変換する複数の画素と、前記複数の画素の列毎に設けられ、前記画素により前記信号電圧が出力される複数の列信号線と、前記複数の列信号線毎に設けられ、前記信号電圧をデジタル信号に変換する複数のＡＤ変換部とを備える固体撮像装置であって、前記各ＡＤ変換部は、前記信号電圧と参照電圧とのうちいずれが大きいかを示す出力信号を生成する比較部と、前記出力信号の論理が反転するまでの時間をカウントするカウント部とを備え、前記固体撮像装置は、さらに、前記複数の出力信号の論理が反転した後、前記複数の比較部への電力の供給を停止する停止部を備える。

この構成によれば、本発明に係る固体撮像装置は、比較部への電力の供給を停止することで消費電力を低減できる。ここで、固体撮像装置では、アナログ回路と、デジタル回路とで異なる電源電圧が用いられる。アナログ回路で用いられる電源電圧は、デジタル回路で用いられる電源電圧より大きい。よって、アナログ回路である比較部の消費電力を削減することで、固体撮像装置全体の消費電力の削減に大きく影響する。

また、前記停止部は、前記カウント部によるカウントが開始されてから、予め定められた時間の後、全ての前記複数の比較部への電力の供給を同時に停止してもよい。

この構成によれば、全ての比較部への電力の供給を一括して停止することで、消費電力を削減できる。また、ＡＤ変換動作中に各比較部への電力の供給を順次停止する場合に比べて、電源電圧及び接地電位の変動が少なくなる。これにより、本発明に係る固体撮像装置は、画質の劣化を抑制できる。

また、前記停止部は、前記複数の比較部それぞれに対して、当該比較部により生成された出力信号の論理が反転したタイミングで、当該比較部への電力の供給を停止してもよい。

この構成によれば、本発明に係る固体撮像装置は、ＡＤ変換動作が終了した列の比較部から順に、電力の供給を停止する。これにより、本発明に係る固体撮像装置は、消費電力を低減できる。

また、前記停止部は、前記複数のＡＤ変換部毎に設けられ、前記比較部により生成された出力信号が、クロック入力端子に入力され、予め定められた論理の信号がデータ入力端子に入力されるフリップフロップを備え、前記停止部は、前記複数の比較部それぞれに対して、前記フリップフロップのデータ出力端子に出力される信号の論理が反転したタイミングで、当該比較部への電力の供給を停止し、前記カウント部は、前記フリップフロップのデータ出力端子に出力される信号の論理が反転するまでの時間をカウントしてもよい。

この構成によれば、本発明に係る固体撮像装置は、比較部の出力信号が変化する際の、メタステーブルの影響を回避できる。

また、前記停止部は、前記複数のＡＤ変換部毎に設けられ、前記比較部により生成された出力信号が反転した後に、当該比較部の出力信号を、当該反転した後の論理に固定するトランジスタを備えてもよい。

また、前記停止部は、さらに、前記複数のＡＤ変換部毎に設けられ、前記比較部により生成された出力信号の論理を反転する反転部を備え、前記トランジスタは、前記反転部により論理が反転された信号がゲートに接続され、前記出力信号の論理が反転した後の論理の信号がソースに入力され、前記比較部の出力端子にドレインが接続されてもよい。

この構成によれば、本発明に係る固体撮像装置は、フリップフロップを備える場合に比べ、回路面積を縮小できる。

また、前記停止部は、前記複数の比較部それぞれに対して、当該比較部により生成された出力信号の論理が反転したタイミングで、当該比較部への電力の供給を停止する第１停止動作と、前記カウント部によるカウントが開始されてから、予め定められた時間の後、全ての前記複数の比較部への電力の供給を同時に停止する第２停止動作とを切り換える切り替え部を備えてもよい。

この構成によれば、本発明に係る固体撮像装置は、消費電力を優先する動作モードと、画質を優先する動作モードとを切替えることができる。

また、行列状に配置され、光を信号電圧に変換する複数の画素と、前記複数の画素の列毎に設けられ、前記画素により前記信号電圧が出力される複数の列信号線と、前記複数の列信号線毎に設けられ、前記信号電圧をデジタル信号に変換する複数のＡＤ変換部とを備える固体撮像装置の制御方法であって、前記各ＡＤ変換部は、前記信号電圧と参照電圧とのうちいずれが大きいかを示す出力信号を生成する比較部と、前記出力信号の論理が反転するまでの時間をカウントするカウント部とを備え、前記制御方法は、前記複数の出力信号の論理が反転した後、前記複数の比較部への電力の供給を停止する停止ステップを含む
。

これによれば、本発明に係る固体撮像装置は、比較部への電力の供給を停止することで消費電力を低減できる。

なお、本発明は、このような固体撮像装置として実現できるだけでなく、固体撮像装置に含まれる特徴的な手段をステップとする固体撮像装置の制御方法として実現したり、そのような特徴的なステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。

以上より、本発明は、消費電力を低減できる固体撮像装置を提供できる。

以下、本発明に係る固体撮像装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置は、ＡＤ変換が終了したＡＤ変換回路のコンパレータから順に停止状態にする。これにより、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置は、消費電力を低減できる。

まず、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の構成を説明する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００の構成を示すブロック図である。

図１に示す固体撮像装置１００は、ＣＭＯＳイメージセンサであり、画素アレー１０１と、垂直走査部１０２と、ＡＤ変換部１０３と、参照電圧生成部１０４と、水平走査部１０５と、出力部１０６と、タイミング制御部１０７とを備える。

画素アレー１０１は、行列状に配置された複数の画素１０８を備える。各画素１０８は、受光した光を信号電圧に変換し、変換した信号電圧を列毎に設けられた列信号線に出力する。

垂直走査部１０２は、画素１０８の行を順次選択する垂直走査を行う。
ＡＤ変換部１０３は、複数の列信号線に出力された信号電圧を、同時にデジタル信号に変換する。

参照電圧生成部１０４は、参照電圧ＲＡＭＰを生成する。
水平走査部１０５は、画素１０８の列を順次選択する水平走査を行う。

出力部１０６は、ＡＤ変換部１０３により変換されたデジタル信号を外部に出力する。
タイミング制御部１０７は、垂直走査部１０２、ＡＤ変換部１０３、参照電圧生成部１０４及び水平走査部１０５の動作タイミングを制御する。

図２は、ＡＤ変換部１０３の構成を示す図である。
ＡＤ変換部１０３は、列信号線毎に設けられた複数のＡＤ変換回路１２０を備える。各ＡＤ変換回路１２０は、対応する列信号線に出力された信号電圧１３１をデジタル信号に変換する。各ＡＤ変換回路１２０は、コンパレータ１０９と、パワーダウン制御部１１０と、カウンタ１１１とを備える。

コンパレータ１０９は、列信号線に出力された信号電圧１３１と、参照電圧ＲＡＭＰとを比較し、いずれが大きいかを示す出力信号１３２を出力する。具体的には、コンパレータ１０９は、信号電圧１３１が参照電圧ＲＡＭＰより大きい場合に、ロウレベルの出力信号１３２を出力し、信号電圧１３１が参照電圧ＲＡＭＰより小さい場合に、ハイレベルの出力信号１３２を出力する。

パワーダウン制御部１１０は、出力信号１３２の論理がロウレベルからハイレベルに反転したタイミングで、パワーダウン信号１３３をロウレベルにする。パワーダウン信号１３３は、コンパレータ１０９に入力される。パワーダウン信号１３３がハイレベルの場合、コンパレータ１０９は動作状態であり、パワーダウン信号１３３がロウレベルの場合、コンパレータ１０９は停止状態（パワーダウン状態）である。つまり、パワーダウン制御部１１０は、出力信号１３２の論理がロウレベルからハイレベルに反転したタイミングで、コンパレータ１０９への電力の供給を停止する。具体的には、パワーダウン制御部１１０は、コンパレータ１０９への駆動電流の供給を停止する。

パワーダウン制御部１１０は、バッファ１２１とフリップフロップ１２２とを備える。
バッファ１２１は、アナログ回路系の電源電圧（例えば、３．３Ｖ）の振幅の出力信号１３２を、デジタル回路系の電源電圧（例えば、１．２Ｖ）の振幅の信号に変換し、フリップフロップ１２２のクロック入力端子に出力する。なお、コンパレータ１０９には、アナログ回路系の電源電圧が供給され、フリップフロップ１２２及びカウンタ１１１にはデジタル回路系の電源電圧が供給される。

フリップフロップ１２２は、クロック入力端子にバッファ１２１の出力端子が接続され、データ入力端子に電源電圧ＶＤＤが接続される。フリップフロップ１２２は、反転データ出力端子にパワーダウン信号１３３を出力する。

カウンタ１１１は、クロックＡＤＣＬＫを用いてカウント値をカウントする。カウンタ１１１は、コンパレータ１０９により出力される出力信号１３２が反転するまで、カウントをカウントすることで、出力信号１３２の論理が反転するまでの時間をカウントする。つまり、カウンタ１１１は、出力信号１３２が反転したタイミングでカウントを停止する。

カウンタ１１１は、ＯＲ回路１２３と、カウンタ回路１２４とを備える。ＯＲ回路１２３の２つの入力端子には、クロックＡＤＣＬＫと、パワーダウン信号１３３とが接続される。カウンタ回路１２４のクロック入力端子には、ＯＲ回路１２３の出力端子が接続される。

図３は、コンパレータ１０９の構成例を示す回路図である。
パワーダウン信号１３３がロウレベルになると、トランジスタ１２８がオンし、トランジスタ１２９がオフする。これにより、トランジスタ１２７がオフする。よって、コンパレータ１０９に駆動電流が供給されないので、コンパレータ１０９は停止状態となる。

また、複数のコンパレータ１０９は、複数のコンパレータ１０９に駆動電流を供給する１つの駆動電流供給回路１２６に接続される。

なお、コンパレータ１０９の構成は、図３に示す構成に限定されるものではなく、同様の機能を有する構成であればよい。例えば、トランジスタ１２９は、駆動電流供給回路１２６とカレントミラーを構成するＰ型トランジスタのドレイン側に直列に接続されているが、ソース側に直列に接続されてもよい。

次に、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００の動作を説明する。
図４は、ＡＤ変換部１０３によるＡＤ変換動作を示す図である。

まず、ＡＤ変換処理の開始時に、フリップフロップ１２２及びカウンタ回路１２４がリセットされる。また、クロックＡＤＣＬＫが供給される。フリップフロップ１２２は、リセットされることで、ハイレベルのパワーダウン信号１３３を出力する。

パワーダウン信号１３３がハイレベルなので、コンパレータ１０９は動作状態であり、かつ、時刻ｔ０より前では参照電圧（ランプ信号）ＲＡＭＰが信号電圧１３１より小さいので、コンパレータ１０９はロウレベルの出力信号１３２を出力する。

また、パワーダウン信号１３３がハイレベルなので、カウンタ回路１２４にクロックＡＤＣＬＫが供給される。これにより、カウンタ回路１２４は、カウント値をカウントする。

時刻ｔ０で、信号電圧１３１と参照電圧ＲＡＭＰとが一致する。これにより、コンパレータ１０９の出力信号１３２は、ロウレベルからハイレベルに変化する。

フリップフロップ１２２は、出力信号１３２の立ち上がりエッジで、ハイレベルを保持し、以降ロウレベルのパワーダウン信号１３３を出力する。

パワーダウン信号１３３がロウレベルなので、カウンタ回路１２４にクロックＡＤＣＬＫが供給されない。これにより、カウンタ回路１２４は、時刻ｔ０におけるカウント値を保持する。

また、パワーダウン信号１３３がロウレベルなので、コンパレータ１０９は停止状態になる。コンパレータ１０９は、停止状態において、ハイレベル又はロウレベルの出力信号１３２を出力する。

ここで、各列信号線に出力される信号電圧１３１は、画素に入射した光の量（輝度）に応じて異なる。よって、複数のコンパレータ１０９が停止状態となるタイミングはそれぞれ異なる。

以上のように、本発明の実施の形態１に係るＡＤ変換部１０３は、複数のＡＤ変換回路１２０のうちＡＤ変換が終了したＡＤ変換回路１２０から順次停止状態にする。これにより、ＡＤ変換部１０３の消費電流を低減できる。よって、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００は、消費電力を低減できる。例えば、各列のＡＤ変換処理に要する時間の平均が、最も長いＡＤ変換処理に要する時間の半分程度であるとすると、本発明の実施の形態１に係るＡＤ変換部１０３は、従来のＡＤ変換部５０３に比べ、消費電力を半分にできる。

さらに、ＡＤ変換部１０３は、フリップフロップ１２２を備えることにより、コンパレータ１０９の出力信号１３２が変化する際の、メタステーブルの影響を回避できる。

図５は、出力信号１３２が変化する際の出力信号１３２及びパワーダウン信号１３３を示す図である。図５（ａ）は出力信号１３２を示す図である。図５（ｂ）は、比較のための図であり、フリップフロップ１２２を用いない場合のパワーダウン信号１３４を示す図である。図５（ｃ）は本発明の実施の形態１に係るＡＤ変換部１０３におけるパワーダウン信号１３３を示す図である。

図５（ａ）に示すように、出力信号１３２の変化の際に、出力信号１３２にゆれが生じる。当該ゆれにより、バッファ１２１及びフリップフロップ１２２の論理閾値Ｖｔｈに応じて、図５（ｂ）に示すように、パワーダウン信号１３４が変化するので、パワーダウン信号１３４を制御できない。これにより、パワーダウン信号１３４が入力されるカウンタ１１１及びコンパレータ１０９の動作が不安定になる。

一方、図５（ｃ）に示すように、フリップフロップ１２２を用いることで、出力信号１３２が論理閾値Ｖｔｈを最初に超えた時点で、パワーダウン信号１３３は変化し、その後の出力信号１３２にゆれによらず、パワーダウン信号１３３の論理を維持できる。

よって、本発明の実施の形態１に係るＡＤ変換部１０３は、出力信号１３２のゆれの影響を回避できる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２では、実施の形態１に係る固体撮像装置１００に対して、パワーダウン制御部１１０の構成を変形した例を説明する。

まず、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の構成を説明する。
実施の形態２に係る固体撮像装置１００の構成は、図１と同様であり説明は省略する。

図６は、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置１００が備えるＡＤ変換部２０３の構成を示す図である。なお、図２と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。

ＡＤ変換部２０３は、列信号線毎に設けられた複数のＡＤ変換回路２２０を備える。各ＡＤ変換回路２２０は、コンパレータ２０９と、パワーダウン制御部２１０と、カウンタ１１１とを備える。

コンパレータ２０９は、列信号線に出力された信号電圧１３１と、参照電圧ＲＡＭＰとを比較し、いずれが大きいかを示す出力信号２３２を出力する。コンパレータ２０９は、停止状態において、出力をハイインピーダンス状態にする点以外は、実施の形態１に係るコンパレータ１０９と同様である。

パワーダウン制御部２１０は、出力信号２３２の論理がロウレベルからハイレベルに反転したタイミングで、パワーダウン信号２３３をロウレベルにする。

パワーダウン制御部２１０は、バッファ１２１と、ＮＡＮＤ回路２２２と、トランジスタ２２３とを備える。

バッファ１２１は、アナログ回路系の電源電圧の振幅の出力信号２３２を、デジタル回路系の電源電圧の振幅の信号に変換し、ＮＡＮＤ回路２２２及びＯＲ回路１２３に出力する。

ＮＡＮＤ回路２２２は、２つの入力端子にリセット信号ＰＤＲＳＴと、バッファ１２１により出力された信号が入力される。ＮＡＮＤ回路２２２は、パワーダウン信号２３３を出力する。リセット信号ＰＤＲＳＴは、例えば、タイミング制御部１０７により生成される。

トランジスタ２２３は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタである。トランジスタ２２３は、ゲートにパワーダウン信号２３３が入力され、ソースに電源電圧ＶＤＤが入力され、ドレインがコンパレータ２０９の出力端子に接続される。トランジスタ２２３は、出力信号２３２がロウレベルからハイレベルに反転した後に、出力信号２３２を、ハイレベルに固定する。

次に、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置１００の動作を説明する。
図７及び図８は、ＡＤ変換部２０３によるＡＤ変換動作を示す図である。なお、実施の形態１に係るＡＤ変換部１０３の動作と同様の動作は説明を省略し、相違点のみ説明する。

まず、ＡＤ変換処理の開始時に、リセット信号ＰＤＲＳＴが一時アクティブ（ロウレベル）になり、パワーダウン信号２３３がハイレベルとなる。これにより、コンパレータ１０９が動作状態となり、ロウレベルの出力信号２３２を出力する。また、カウンタ回路１２４は、カウント値をカウントする。

時刻ｔ０で、信号電圧１３１と参照電圧ＲＡＭＰとが一致する。これにより、コンパレータ２０９の出力信号２３２は、ロウレベルからハイレベルに変化する。

これにより、パワーダウン信号２３３がロウレベルになり、カウンタ回路１２４は、時刻ｔ０におけるカウント値を保持する。

また、コンパレータ２０９は停止状態になり、出力をハイインピーダンス状態にする。また、トランジスタ２２３がオンすることで、出力信号２３２は、ハイレベルを維持する。

以上のように、本発明の実施の形態２に係るＡＤ変換部２０３は、実施の形態１に係るＡＤ変換部１０３と同様に、複数のＡＤ変換回路２２０のうちＡＤ変換が終了したＡＤ変換回路２２０から順次停止状態にする。これにより、ＡＤ変換部２０３の消費電流を低減できる。よって、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置１００は、消費電力を低減できる。

また、実施の形態１に係るＡＤ変換部１０３では、パワーダウン制御部１１０が備えるトランジスタの数は２０個程度であるが、実施の形態２に係るＡＤ変換部２０３では、パワーダウン制御部２１０が備えるトランジスタの数は５個程度である。よって、実施の形態２に係るＡＤ変換部２０３は、回路面積を縮小できる。

ここで、カウンタ回路１２４が備えるフリップフロップの数は、ＡＤ変換の精度に依存するが、通常１０数ビット程度の変換精度である。この場合、実施の形態２に係るＡＤ変換部２０３を用いることで、実施の形態１に係るＡＤ変換部１０３を用いる場合に比べ、ＡＤ変換部２０３の回路面積を５％程度縮小できる。

さらに、画素セルサイズが微細化されると、固体撮像装置１００において、ＡＤ変換部２０３が占める面積の割合が増加する。よって、上記回路面積の縮小効果がより顕著になる。すなわち、実施の形態２に係るＡＤ変換部２０３は、高画質化がさらに進むにつれて、より大きな効果を得ることができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置は、ＡＤ変換が終了したコンパレータから順に停止状態にする第１モードと、ＡＤ変換期間が過ぎた後一括でコンパレータへの電力の供給を停止する第２モードとを有する。

まず、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の構成を説明する。
実施の形態３に係る固体撮像装置１００の構成は、図１と同様であり説明は省略する。

図９は、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置１００が備えるＡＤ変換部３０３の構成を示す図である。なお、図６と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。

ＡＤ変換部３０３は、列信号線毎に設けられた複数のＡＤ変換回路３２０を備える。各ＡＤ変換回路３２０は、コンパレータ２０９と、パワーダウン制御部３１０と、カウンタ１１１とを備える。

パワーダウン制御部３１０は、モード選択信号ＭＯＤＳＥＬに応じて、ＡＤ変換が終了したコンパレータ２０９から順に停止状態にする第１モードと、一括でコンパレータ２０９への電力の供給を停止する第２モードとを切り替え可能である。

ＡＤ変換回路３２０は、実施の形態２に係るＡＤ変換回路２２０の構成に加えて、さらに、セレクタ３２４を備える。

セレクタ３２４は、モード選択信号ＭＯＤＳＥＬがロウレベルの場合、一括パワーダウン信号ＡＬＬＰＤを選択し、選択した一括パワーダウン信号ＡＬＬＰＤをパワーダウン信号３３３として出力する。また、セレクタ３２４は、モード選択信号ＭＯＤＳＥＬがハイレベルの場合、ＮＡＮＤ回路２２２により出力される信号を選択し、選択した信号をパワーダウン信号３３３として出力する。つまり、セレクタ３２４は、モード選択信号ＭＯＤＳＥＬに応じて、第１モードと第２モードとを切り換える。

一括パワーダウン信号ＡＬＬＰＤは、タイミング制御部１０７により生成される。モード選択信号ＭＯＤＳＥＬは、ユーザによるモード選択の操作に基づき、タイミング制御部１０７等により生成される。

次に、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置１００の動作を説明する。
図１０は、ＡＤ変換部３０３によるＡＤ変換動作を示す図である。なお、実施の形態２に係るＡＤ変換部２０３の動作と同様の動作は説明を省略し、相違点のみ説明する。

モード選択信号ＭＯＤＳＥＬがロウレベルである期間Ｔ０において、一括パワーダウン信号ＡＬＬＰＤは、ＡＤ変換期間の開始前に、ロウレベルからハイレベルに変化し、ＡＤ変換期間が終了した後、ハイレベルからロウレベルに変化する。

複数のパワーダウン制御部３１０は、モード選択信号ＭＯＤＳＥＬがロウレベルなので、一括パワーダウン信号ＡＬＬＰＤをパワーダウン信号３３３として、全てのコンパレータ２０９に供給する。これにより、ＡＤ変換期間の終了後の時刻ｔ３で、一括して全てのコンパレータ２０９が停止状態になる。

ここで、ＡＤ変換期間の終了時間は、全てのＡＤ変換回路３２０によるＡＤ変換動作が終了する時間である。つまり、複数のパワーダウン制御部３１０は、複数の出力信号３３２の論理が反転した後に、複数のコンパレータ２０９への電力の供給を停止する。

モード選択信号ＭＯＤＳＥＬがハイレベルである期間Ｔ１においは、ＡＤ変換部３０３は、上述した実施の形態２に係るＡＤ変換部２０３と同様の動作を行う。つまり、パワーダウン制御部３１０は、ＡＤ変換期間Ｔ２の間において、ＡＤ変換が終了したＡＤ変換回路３２０から順次停止状態にする。

なお、図１０に示す期間Ｔ０及び期間Ｔ１は、１水平走査期間（１行分の画素の信号を読み出す期間）に相当する。また、第１モード及び第２モードの１水平走査期間（１Ｈ）は、異なる長さの期間であってもよい。

以上により、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置１００は、ＡＤ変換が終了したコンパレータ２０９から順に停止状態にする第１モードと、一括でコンパレータ２０９への電力の供給を停止する第２モードとを選択的に用いることができる。

ここで、ＡＤ変換が終了したＡＤ変換回路３２０から順に停止状態にする場合、電源及びＧＮＤ線のインピーダンスが高いと、ＡＤ変換中に電源電圧及び接地電位がわずかに変動することが想定される。これにより、画質の劣化が生じる可能性がある。

よって、消費電力を優先する場合には第１モードを用い、画質を優先する場合には第２モードを用いることで、使用状況に応じたモードを用いることができる。

また、動画を撮像する動画モードを第１モードとし、静止画を撮影するスチルモードを第２モードしてもよい。

以上、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態３では、第１モードと第２モードとを切り替えるとしたが、一括でコンパレータ２０９への電力の供給を停止する第２モードのみを実現する構成であってもよい。この場合でも、ＡＤ変換動作の終了後に、コンパレータ２０９への電力の供給を停止するので、固体撮像装置１００の消費電力を低減できる。

図１１は、実施の形態３の変形例であり、一括でコンパレータ１０９への電力の供給を停止する機能のみを有するＡＤ変換部４０３の構成を示す図である。

図１１に示すように、パワーダウン制御部４１０により生成される一括パワーダウン信号ＡＬＬＰＤにより、全てのコンパレータ１０９を同時に停止させてもよい。

また、上記実施の形態１〜３において、ＡＤ変換部１０３、２０３及び３０３の構成を説明したが、同様の機能を実現できる構成であれば、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、全て又は一部の信号の論理を反転させて、それにあわせて回路構成を変更してもよい。

また、上記実施の形態２の説明において、パワーダウン制御部２１０はトランジスタ２２３を備えるとしたが、パワーダウン制御部２１０はトランジスタ２２３を備えず、コンパレータ２０９が停止状態でハイレベルを出力する構成であってもよい。

更に、本発明の主旨を逸脱しない限り、本実施の形態に対して当業者が思いつく範囲内の変更を施した各種変形例も本発明に含まれる。

本発明は、固体撮像装置に適用でき、特に、列毎にＡＤ変換回路を備える固体撮像装置等に適用できる。また、本発明は、固体撮像装置を備えるデジタルスチルカメラ及びデジタルビデオカメラ等に適用できる。

本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１に係るＡＤ変換部の構成を示す図である。本発明の実施の形態１に係るコンパレータの構成を示す図である。本発明の実施の形態１に係るＡＤ変換部による動作を示す図である。本発明の実施の形態１に係るコンパレータの出力信号と、パワーダウン信号の一例を示す図である。本発明の実施の形態２に係るＡＤ変換部の構成を示す図である。本発明の実施の形態２に係るＡＤ変換部による動作を示す図である。本発明の実施の形態２に係るＡＤ変換部による動作を示す図である。本発明の実施の形態３に係るＡＤ変換部の構成を示す図である。本発明の実施の形態３に係るＡＤ変換部による動作を示す図である。本発明の実施の形態に係るＡＤ変換部の変形例の構成を示す図である。従来の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００、５００固体撮像装置
１０１、５０１画素アレー
１０２、５０２垂直走査部
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３ＡＤ変換部
１０４、５０４参照電圧生成部
１０５、５０５水平走査部
１０６、５０６出力部
１０７、５０７タイミング制御部
１０８、５０８画素
１０９、２０９、５０９コンパレータ
１１０、２１０、３１０、４１０パワーダウン制御部
１１１、５１１カウンタ
１２０、２２０、３２０、４２０ＡＤ変換回路
１２１バッファ
１２２フリップフロップ
１２３ＯＲ回路
１２４カウンタ回路
１２６駆動電流供給回路
１２７、１２８、１２９トランジスタ
１３１信号電圧
１３２、２３２、３３２出力信号
１３３、１３４、２３３、３３３パワーダウン信号
２２２ＮＡＮＤ回路
２２３トランジスタ
３２４セレクタ

Claims

行列状に配置され、光を信号電圧に変換する複数の画素と、
前記複数の画素の列毎に設けられ、前記画素により前記信号電圧が出力される複数の列信号線と、
前記複数の列信号線毎に設けられ、前記信号電圧をデジタル信号に変換する複数のＡＤ変換部とを備える固体撮像装置であって、
前記各ＡＤ変換部は、
前記信号電圧と参照電圧とのうちいずれが大きいかを示す出力信号を生成する比較部と、
前記出力信号の論理が反転するまでの時間をカウントするカウント部とを備え、
前記固体撮像装置は、さらに、
前記複数の出力信号の論理が反転した後、前記複数の比較部への電力の供給を停止する停止部を備え、
前記停止部は、前記複数の比較部それぞれに対して、当該比較部により生成された出力信号の論理が反転したタイミングで、当該比較部への電力の供給を停止し、
前記停止部は、前記複数のＡＤ変換部毎に設けられ、前記比較部の出力端子に接続され、前記出力信号がロウレベルからハイレベルに反転した後に前記出力信号をハイレベルに、又は、前記出力信号がハイレベルからロウレベルに反転した後に前記出力信号をロウレベルに固定するトランジスタを備える
ことを特徴とする固体撮像装置
行列状に配置され、光を信号電圧に変換する複数の画素と、
前記複数の画素の列毎に設けられ、前記画素により前記信号電圧が出力される複数の列信号線と、
前記複数の列信号線毎に設けられ、前記信号電圧をデジタル信号に変換する複数のＡＤ変換部とを備える固体撮像装置であって、
前記各ＡＤ変換部は、
前記信号電圧と参照電圧とのうちいずれが大きいかを示す出力信号を生成する比較部と、
前記出力信号の論理が反転するまでの時間をカウントするカウント部とを備え、
前記固体撮像装置は、さらに、
前記複数の出力信号の論理が反転した後、前記複数の比較部への電力の供給を停止する停止部を備え、
前記停止部は、前記複数の比較部それぞれに対して、当該比較部により生成された出力信号の論理が反転したタイミングで、当該比較部への電力の供給を停止し、
前記停止部は、前記複数のＡＤ変換部毎に設けられ、前記比較部により生成された出力信号が反転した後に、当該比較部の出力信号を、当該反転した後の論理に固定するトランジスタを備え、
前記停止部は、さらに、
前記複数のＡＤ変換部毎に設けられ、前記比較部により生成された出力信号の論理を反転する反転部を備え、
前記トランジスタは、前記反転部により論理が反転された信号がゲートに接続され、前記出力信号の論理が反転した後の論理の信号がソースに入力され、前記比較部の出力端子にドレインが接続される
ことを特徴とする固体撮像装置。
前記停止部は、
前記複数の比較部それぞれに対して、当該比較部により生成された出力信号の論理が反転したタイミングで、当該比較部への電力の供給を停止する第１停止動作と、前記カウント部によるカウントが開始されてから、予め定められた時間の後、全ての前記複数の比較部への電力の供給を同時に停止する第２停止動作とを切り換える切り替え部を備える
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
行列状に配置され、光を信号電圧に変換する複数の画素と、
前記複数の画素の列毎に設けられ、前記画素により前記信号電圧が出力される複数の列信号線と、
前記複数の列信号線毎に設けられ、前記信号電圧をデジタル信号に変換する複数のＡＤ変換部とを備える固体撮像装置の制御方法であって、
前記各ＡＤ変換部は、
前記信号電圧と参照電圧とのうちいずれが大きいかを示す出力信号を生成する比較部と、
前記出力信号の論理が反転するまでの時間をカウントするカウント部とを備え、
前記制御方法は、
前記複数の出力信号の論理が反転した後、前記複数の比較部への電力の供給を停止する停止ステップを含み、
前記停止ステップでは、前記複数の比較部それぞれに対して、当該比較部により生成された出力信号の論理が反転したタイミングで、当該比較部への電力の供給を停止し、
前記停止ステップでは、前記出力信号がロウレベルからハイレベルに反転した後に前記出力信号をハイレベルに、又は、前記出力信号がハイレベルからロウレベルに反転した後に前記出力信号をロウレベルに固定する
ことを特徴とする固体撮像装置の制御方法。