JP5554644B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置について、図1〜図5を参照しながら説明する。
条件1)残差電圧=閾値電圧差のとき111111111をデジタル出力すること
条件2)各閾値電圧差が等しいこと(閾値電圧が等間隔であること)
しかしながら、上位AD変換器において、各閾値電圧差を全て等しくすることが実質的に困難であること、残差電圧=閾値電圧差のとき111111111をデジタル出力するように、全ての下位AD変換器の特性を揃えることが実質的に困難であることから、上記の条件1)および条件2)を満たすことは難しいと考えられる。
上位ビットが001の場合:得られた12ビットのデジタル値-C1
上位ビットが010の場合:得られた12ビットのデジタル値-C1-C2
・・・
上位ビットが111の場合:得られた12ビットのデジタル値-C1-C2-C3-C4-C5-C6-C7
これにより、変換されたデジタル値は、図5に示すように、連続的になる。即ち、本発明の課題を解決することができる。なお、出力されたデジタル値を変換する変換部は、固体撮像装置内でもよいし、外部でもよい。
以下、本発明の実施の形態1の変形例1に係る固体撮像装置について、図6および図7を参照しながら説明する。なお、本変形例1では、実施の形態1における構成要素と同様の構成要素には、同一の名称を付す。従って、本変形例1では、実施の形態1と同様の説明を適宜省略する。
以下、本発明の実施の形態1の変形例2に係る固体撮像装置について、図8を参照しながら説明する。なお、本変形例2では、実施の形態1における構成要素と同様の構成要素には、同一の名称を付す。従って、本変形例2では、実施の形態1と同様の説明を適宜省略する。
102,402,602 第1の選択回路
103,403,603 上位AD変換器
104,404,604 第2の選択回路
105,405,605 下位AD変換器
106 閾値電圧発生回路
406 アナログ電圧記憶回路
107,407,607 制御回路
108,408,608 ゾーン選択回路
109,409,609 ランプ電圧発生回路
110,410,610 比較器
111,411,611 カウンタ
112,412,612 カウンタクロック
113,413,613 アナログ電圧記憶器
114,414,614 算出部
115,415,615 変換部
201 ラダー回路
202 スイッチ
203 オペアンプ
204 出力トランジスタ
205 負荷抵抗
301〜304 配線
305-1〜305-2M 第1〜第2Mの計算ユニット
306 インピーダンス変換器
307 デコーダ・選択回路
308 ゾーン選択回路
501 フォトダイオード
502 トランスファートランジスタ
503 リセットトランジスタ(スイッチ用トランジスタ)
504 ソースフォロワトランジスタ(増幅用トランジスタ)
505 電源線
506 リセット信号線
507 トランスファーゲート信号線
508 リセット電圧線
509 垂直信号線
Claims (10)
- 二次元に配列された複数の画素と、
前記画素のうち同列の画素を接続する複数の垂直信号線と、
複数の上位アナログデジタル変換回路(上位アナログデジタル変換回路の変換ビット数をMとする)と、
複数の下位アナログデジタル変換回路と、
前記上位アナログデジタル変換回路の個々に対応した第1の選択回路と、
前記上位アナログデジタル変換回路の個々に対応した第2の選択回路と、
算出部と、
変換部とを備え、
前記第1の選択回路は、通常モードにおいては前記垂直信号線のうち1つを選択して選択した垂直信号線の電圧を出力する一方、補正モードにおいては補正用電圧を出力し、
前記上位アナログデジタル変換回路は、前記第1の選択回路の出力に基づく信号電圧と2M個の閾値電圧との差に応じた2M個の残差電圧を算出し、通常モードにおいては、前記2M個の閾値電圧のうち前記信号電圧を超えない最大の閾値電圧に対応する上位ビットのデジタル値を出力すると共に当該最大の閾値電圧に対応する残差電圧を出力する一方、補正モードにおいては、前記2M個の閾値電圧のうちいずれか1つである選択閾値電圧に対応する残差電圧を出力し、
前記第2の選択回路は、前記下位アナログデジタル変換回路のうち1つを選択して前記上位アナログデジタル変換回路の出力を接続し、
前記算出部は、補正モードにおいて、前記2 M 個の閾値電圧のうちk番目(kは自然数)に大きい閾値電圧に対応する残差電圧が前記上位アナログデジタル変換回路により出力された場合の前記下位アナログデジタル変換回路の出力と、k+1番目に大きい閾値電圧に対応する残差電圧が前記上位アナログデジタル変換回路により出力された場合の前記下位アナログデジタル変換回路の出力との差分を算出し、
前記変換部は、前記算出部により算出された前記差分に基づいて、上位ビットと下位ビットとを合わせたデジタル値を変換することを特徴とする固体撮像装置。 - 前記上位アナログデジタル変換回路は、
前記2M個の閾値電圧に対応する前記2M個の残差電圧を算出し出力すると共に前記信
号電圧と前記2M個の閾値電圧との大小関係を出力する2M個の算出部と、
前記2M個の算出部により出力された前記大小関係に基づいて、前記2M個の閾値電圧のうち前記信号電圧を超えない最大の閾値電圧に対応する上位ビットのデジタル値を出力すると共に当該最大の閾値電圧に対応する残差電圧を選択する選択回路と、
前記2M個の算出部により出力される前記2M個の残差電圧のうち前記選択閾値電圧に対応する残差電圧を選択する選択回路とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記2M個の閾値電圧を発生し出力する閾値電圧発生回路をさらに備え、
前記補正用電圧は、前記閾値電圧発生回路により出力された前記2M個の閾値電圧のうち1つであることを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像装置。 - 前記閾値電圧発生回路は、
出力トランジスタと、
比較器と、
ラダー回路とを含み、
前記ラダー回路は、信号電圧の上限値に設定された第1の参照電圧と、信号電圧の下限値に設定された第2の参照電圧との間に、互いに同一の2M個の直列に接続された抵抗またはコンデンサを含み、
外部からの制御信号により前記抵抗または前記コンデンサそれぞれの両端の電圧で生成される2M個の閾値電圧のうち1つを選択的に出力し、
前記比較器は、前記出力トランジスタからの出力電圧と、前記ラダー回路からの出力電圧とを比較し、比較結果に応じた電圧を前記出力トランジスタの入力に出力することを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。 - 前記画素は、外部から入力される参照電圧に従った電圧を前記垂直信号線に出力し、
前記垂直信号線に出力された前記電圧と前記2M個の閾値電圧との差に応じた2M個の電圧を記憶すると共に前記2M個の電圧のうち1つを前記補正用電圧として出力する電圧記憶回路をさらに備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像装置。 - 前記画素は、
増幅用トランジスタと、
前記増幅用トランジスタの入力に接続されたスイッチ用トランジスタとを備え、
前記参照電圧が、前記スイッチ用トランジスタを介して前記増幅用トランジスタに入力されることを特徴とする請求項5に記載の固体撮像装置。 - 前記参照電圧の値は、信号電圧の上限値および下限値に対し、前記増幅用トランジスタのオフセット電圧を加えた値に略等しいことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置。
- 前記画素は、外部から入力される参照電圧に従った電圧を前記垂直信号線に出力し、
前記補正用電圧は、前記垂直信号線に出力された前記電圧であることを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像装置。 - 前記画素は、
増幅用トランジスタと、
前記増幅用トランジスタの入力に接続されたスイッチ用トランジスタとを備え、
前記参照電圧が、前記スイッチ用トランジスタを介して前記増幅用トランジスタに入力されることを特徴とする請求項8に記載の固体撮像装置。 - 前記参照電圧の値は、2M個の閾値電圧のうち1つに対して、前記増幅用トランジスタのオフセット電圧を加えた値に略等しいことを特徴とする請求項9に記載の固体撮像装置。
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