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JP4893320B2 - Solid-state imaging device, imaging device - Google Patents
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Description

本発明は、物理量分布検知の半導体装置の一例である固体撮像装置および撮像装置に関する。詳細には、たとえば光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をする複数の単位構成要素が配列されてなり、単位構成要素によって電気信号に変換された物理量分布を示すアナログの電気信号をデジタルデータに変換して外部に出力する仕組みに関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging device which are an example of a semiconductor device for physical quantity distribution detection. Specifically, for example, a plurality of unit components that are sensitive to electromagnetic waves input from the outside, such as light and radiation, are arranged, and an analog signal indicating a physical quantity distribution converted into an electric signal by the unit components. The present invention relates to a mechanism for converting an electrical signal into digital data and outputting it externally.

たとえば光や放射線などの外部から入力される電磁波あるいは圧力(接触など)などの物理量変化に対して感応性をする単位構成要素(たとえば画素)を行列状(マトリクス状)に複数個配列してなる物理量分布検知半導体装置が様々な分野で使われている。   For example, a plurality of unit components (for example, pixels) that are sensitive to changes in physical quantity such as electromagnetic waves input from the outside such as light and radiation or pressure (contact, etc.) are arranged in a matrix (matrix). Physical quantity distribution detection semiconductor devices are used in various fields.

一例として映像機器の分野では、物理量の一例である光(電磁波の一例)の変化を検知するCCD(Charge Coupled Device )型あるいはMOS(Metal Oxide Semiconductor ;金属酸化膜半導体)やCMOS(Complementary Metal-oxide Semiconductor; 相補金属酸化膜半導体)型の撮像素子(撮像デバイス)を用いた固体撮像装置が使われている。   For example, in the field of video equipment, a CCD (Charge Coupled Device) type, a MOS (Metal Oxide Semiconductor) or CMOS (Complementary Metal-oxide) that detects a change in light (an example of an electromagnetic wave) which is an example of a physical quantity. A solid-state imaging device using a semiconductor (complementary metal oxide semiconductor) type imaging device (imaging device) is used.

近年では、固体撮像装置の一例として、CCDイメージセンサが持つ種々の問題を克服し得るMOSやCMOS型のイメージセンサが注目を集めている。また、コンピュータ機器の分野では、指紋に関する情報を圧力に基づく電気的特性の変化や光学的特性の変化に基づき指紋の像を検知する指紋認証装置などが使われている。これらは、単位構成要素(固体撮像装置にあっては画素)によって電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読み出す。   In recent years, MOS and CMOS type image sensors that can overcome various problems of CCD image sensors have attracted attention as an example of solid-state imaging devices. In the field of computer equipment, fingerprint authentication devices that detect fingerprint images based on changes in electrical characteristics based on pressure and changes in optical characteristics are used. These read out, as an electrical signal, a physical quantity distribution converted into an electrical signal by a unit component (a pixel in a solid-state imaging device).

たとえば、CMOSイメージセンサは、画素ごとにフローティングディフュージョンアンプなどによる増幅回路を持ち合わせており、画素信号の読出しに当たっては、アドレス制御の一例として、画素アレイ部の中のある1行を選択し、その1行分を同時にアクセスして行単位で、つまり1行分の全画素について同時並列的に、画素信号を画素アレイ部から読み出す、いわゆる列並列出力型あるいはカラム型と称される方式が多く用いられている。   For example, a CMOS image sensor has an amplifying circuit such as a floating diffusion amplifier for each pixel. When reading a pixel signal, one row in the pixel array unit is selected as an example of address control. A so-called column-parallel output type or column type is often used in which row signals are accessed simultaneously and in units of rows, that is, pixel signals are read from the pixel array unit simultaneously in parallel for all pixels in one row. ing.

また、固体撮像装置では、画素アレイ部から読み出されたアナログの画素信号を、アナログ−デジタル変換装置(AD変換装置;Analog Digital Converter)にてデジタルデータに変換してから外部に出力する方式が採られることもある。   Further, in the solid-state imaging device, there is a method in which an analog pixel signal read from the pixel array unit is converted into digital data by an analog-digital conversion device (AD conversion device; Analog Digital Converter) and then output to the outside. Sometimes taken.

この点については、列並列出力型の固体撮像装置についても同様であり、その信号出力回路については様々なものが考案されているが、その最も進んだ形態の一例として、列ごとにAD変換装置を備え、デジタルデータとして画素情報を外部に取り出す方式が考えられている。   The same applies to the column parallel output type solid-state imaging device, and various signal output circuits have been devised. As an example of the most advanced form, an AD conversion device is provided for each column. A method of taking out pixel information as digital data to the outside is considered.

しかしながら、列並列出力型で列ごとにAD変換したデジタルデータを後段に出力する場合(一般的には水平データ転送と称される)、水平データ転送用のバスラインに存在する寄生容量が問題となる。寄生容量の容量値が大きくなれば、その分だけ信号遅延の原因となり、データ転送の高速化を妨げることとなる。   However, when digital data that has been AD-converted for each column in the column parallel output type is output to the subsequent stage (generally referred to as horizontal data transfer), the parasitic capacitance existing in the horizontal data transfer bus line is a problem. Become. If the capacitance value of the parasitic capacitance is increased, signal delay is caused by that amount, and the speeding up of data transfer is hindered.

たとえば、フレームレートを上げるなど理由で高速動作を行なう場合は、行走査、AD変換および水平データ転送などの動作を高速に動作させる必要がある。この中で、水平データ転送を高速化させたい場合、列アドレス選択で指定された列のデータ出力段がバスラインを駆動し、その列のデータが後段の回路に到達するまでの時間が支配的となる。   For example, when high-speed operation is performed for reasons such as increasing the frame rate, operations such as row scanning, AD conversion, and horizontal data transfer must be performed at high speed. Of these, when it is desired to speed up horizontal data transfer, the data output stage of the column specified by column address selection drives the bus line, and the time until the data of that column reaches the subsequent circuit is dominant. It becomes.

バスラインには水平方向の画素分のデータ出力段が接続されることになり、データ出力段おのおのの持つ寄生容量が合成され、選択された列のデータ出力段はその大きな容量を負荷として駆動することになる。近年は多画素化の要求があるためバスラインに接続されるデータ出力段の数が増加傾向にあり、近年、特に要求のある高速動作化の制約となってしまう。   A data output stage for pixels in the horizontal direction is connected to the bus line, the parasitic capacitances of the data output stages are combined, and the data output stage of the selected column is driven using the large capacity as a load. It will be. In recent years, since there is a demand for increasing the number of pixels, the number of data output stages connected to the bus line tends to increase, and in recent years, there is a restriction on high speed operation that is particularly required.

このような問題を解決する一手法として、特許文献1のように、列で、ある数ごとに並列して処理する方法も考えられる。しかしながら、特許文献1に記載の仕組みはアナログ情報のままで外部に出力する場合での適用事例であり、特に画素信号をデジタル変換して外部に出力を行なう仕組みに特許文献1の仕組みを適用しようとすると、出力端子数が増加してしまったり、出力部分のマルチプレクス処理が必要であったりといった問題が生じる。   As a technique for solving such a problem, a method of processing in parallel for every certain number of rows as in Patent Document 1 is also conceivable. However, the mechanism described in Patent Document 1 is an application example where analog information is output to the outside as it is, and the mechanism described in Patent Document 1 is particularly applied to a mechanism for digitally converting pixel signals and outputting them externally. Then, problems such as an increase in the number of output terminals and a need for multiplex processing of the output portion arise.

特開2000−32344号公報JP 2000-32344 A

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、画素信号をデジタル変換して装置外部に出力を行なう仕組みにおいて、バスライン上の寄生容量に起因する問題を改善することのできる仕組みを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a mechanism that can improve problems caused by parasitic capacitance on a bus line in a mechanism for digitally converting a pixel signal and outputting it to the outside of the apparatus. The purpose is to do.

本発明に係る固体撮像装置の一実施形態では、単位画素が行列状に配列された画素アレイ部と、画素アレイ部の各単位画素からアナログの画素信号を読み出す垂直走査部と、画素アレイ部の各単位画素から読み出されたアナログの画素信号をデジタルデータに変換する列ごとに設けられたAD変換部と、データ出力用の出力ドライバと、出力ドライバから出力されるデジタルデータを後段回路に転送する水平走査部を備える列並列型の構成を採る。   In one embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention, a pixel array unit in which unit pixels are arranged in a matrix, a vertical scanning unit that reads an analog pixel signal from each unit pixel of the pixel array unit, and a pixel array unit AD converter provided for each column that converts analog pixel signals read from each unit pixel into digital data, output driver for data output, and digital data output from the output driver are transferred to the subsequent circuit A column-parallel configuration including a horizontal scanning unit is employed.

そして、各列のAD変換部の後段には、先ずAD変換部で変換されたデジタルデータを保持するデータ保持部を設ける。さらに、データ保持部の何れかの後段に、データ保持部の全列数よりも少ない数の出力ドライバを設ける。データ保持部の各列に1対1で出力ドライバを設ける構成ではなく、出力ドライバの数を、データ保持部の全列数よりも少なくする点に大きな特徴を持つ。   A data holding unit that holds the digital data converted by the AD conversion unit is provided at the subsequent stage of the AD conversion unit of each column. Further, the number of output drivers smaller than the total number of columns of the data holding unit is provided at a subsequent stage of any of the data holding units. It is not a configuration in which output drivers are provided on a one-to-one basis in each column of the data holding unit, but has a great feature in that the number of output drivers is smaller than the total number of columns of the data holding unit.

ここで、出力ドライバ数をデータ保持部の全列数よりも少なくするための仕組みとしては、様々な仕組みが考えられるが、たとえば、データ保持部の全列をそれぞれが複数列を含む複数ブロックに分け、1ブロックにつき、1つのデータ保持部の後段に出力ドライバを1つ設ける構成をとることができるし、あるいは、データ保持部の全列につき、何れか1つのデータ保持部の後段に出力ドライバを1つ設ける構成をとることもできる。ブロック分けを採用する場合には、データ出力動作に関わりを持たない無効なブロックの回路動作を停止させておくことで消費電力の低減を図るとよい。   Here, various mechanisms can be considered as a mechanism for reducing the number of output drivers below the total number of columns in the data holding unit. For example, all the columns in the data holding unit are changed to a plurality of blocks each including a plurality of columns. Each block can have a configuration in which one output driver is provided in the subsequent stage of one data holding unit, or an output driver in the subsequent stage of any one data holding unit for all columns of the data holding unit. It is also possible to adopt a configuration in which one is provided. When adopting block division, it is preferable to reduce power consumption by stopping circuit operations of invalid blocks that are not related to the data output operation.

さらに好ましくは、1つのデータ保持部が他列のデータ保持部のデータを順次シフトしていくデータシフト動作が可能となる仕組みにするのがよい。このためには、列ごとに、AD変換部とデータ保持部との間にデータ切替部を設ける。データ切替部は、一方の入力を自列のAD変換部の出力側に接続し、他方の入力を他列のデータ保持部の出力側に接続する。   More preferably, a mechanism that enables a data shift operation in which one data holding unit sequentially shifts data in the data holding units in the other columns is possible. For this purpose, a data switching unit is provided between the AD conversion unit and the data holding unit for each column. The data switching unit connects one input to the output side of the AD conversion unit of the own column and connects the other input to the output side of the data holding unit of the other column.

そして、データシフトのため、先ず、自列のAD変換部で変換されたデジタルデータを自列のデータ保持部へ転送し、その後、他列のデータ保持部から出力されるデジタルデータを自列のデータ保持部へ転送する。この際、水平走査部は、データ保持部に、データシフト動作を可能にするクロックを供給する。出力ドライバは、このようなデータシフト動作の先頭部に位置するデータ保持部の後段に設ける。   In order to shift the data, first, the digital data converted by the AD converter of the own column is transferred to the data holding unit of the own column, and then the digital data output from the data holding unit of the other column is transferred to the own column. Transfer to the data holding unit. At this time, the horizontal scanning unit supplies a clock that enables a data shift operation to the data holding unit. The output driver is provided at the subsequent stage of the data holding unit located at the head of such a data shift operation.

なお、固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とが纏めてパッケージングされた、撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。   Note that the solid-state imaging device may have a form formed as a single chip, or a module-like form having an imaging function in which an imaging unit and a signal processing unit or an optical system are packaged together. Also good.

また、本発明は、固体撮像装置のみではなく、撮像装置にも適用可能である。この場合、撮像装置として、固体撮像装置と同様の効果が得られる。ここで、撮像装置は、たとえば、カメラ(あるいはカメラシステム)や撮像機能を有する携帯機器のことを示す。また「撮像」は、通常のカメラ撮影時の像の撮り込みだけではなく、広義の意味として、指紋検出なども含むものである。   Further, the present invention can be applied not only to a solid-state imaging device but also to an imaging device. In this case, the same effect as the solid-state imaging device can be obtained as the imaging device. Here, the imaging device indicates, for example, a camera (or camera system) or a portable device having an imaging function. “Imaging” includes not only capturing an image during normal camera shooting, but also includes fingerprint detection in a broad sense.

本発明の一実施形態によれば、出力ドライバの数を、データ保持部の全列数よりも少なくしたので、データ保持部の各列に1対1で出力ドライバを設ける構成に比べて、出力ドライバに起因するバスライン上の寄生容量を低減することができる。バスラインに接続される出力ドライバの数を減少して寄生容量を低減することで、寄生容量に起因する問題を改善できるようになる。水平データ転送時に選択された出力ドライバは大きな容量を駆動する必要が軽減され、より高速な水平データ転送動作が可能となる。   According to one embodiment of the present invention, since the number of output drivers is smaller than the total number of columns of the data holding unit, output is compared with a configuration in which output drivers are provided on a one-to-one basis in each column of the data holding unit. Parasitic capacitance on the bus line caused by the driver can be reduced. By reducing the number of output drivers connected to the bus line and reducing the parasitic capacitance, problems caused by the parasitic capacitance can be improved. The output driver selected at the time of horizontal data transfer reduces the need to drive a large capacity, and enables a higher-speed horizontal data transfer operation.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下においては、X−Yアドレス型の固体撮像装置の一例である、CMOS固体撮像装置をデバイスとして使用した場合を例に説明する。また、CMOS固体撮像装置は、全ての画素がNMOSよりなるものであるとして説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, a case where a CMOS solid-state imaging device, which is an example of an XY address type solid-state imaging device, is used as a device will be described as an example. The CMOS solid-state imaging device will be described on the assumption that all pixels are made of NMOS.

ただしこれは一例であって、対象となるデバイスはMOS型の固体撮像装置に限らない。光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をする単位構成要素をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなる物理量分布検知用の半導体装置の全てに、後述する全ての実施形態が同様に適用できる。   However, this is an example, and the target device is not limited to the MOS type solid-state imaging device. All the semiconductor device for physical quantity distribution detection in which a plurality of unit components that are sensitive to electromagnetic waves input from outside such as light and radiation are arranged in a line or matrix form, and all implementations described later. Forms are applicable as well.

<固体撮像装置の全体概要>
図1は、本発明に係る固体撮像装置の一実施形態であるCMOS固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)の概略構成図である。
<Overview of solid-state imaging device>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a CMOS solid-state imaging device (CMOS image sensor) which is an embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention.

固体撮像装置1は、入射光量に応じた信号を出力する受光素子(電荷生成部の一例)を含む複数個の画素が行および列に配列された(すなわち2次元マトリクス状の)画素部を有し、各画素からの信号出力が電圧信号であって、CDS(Correlated Double Sampling ;相関2重サンプリング)処理機能部やデジタル変換部(ADC;Analog Digital Converter)などが列並列に設けられているものである。   The solid-state imaging device 1 has a pixel unit in which a plurality of pixels including a light receiving element (an example of a charge generation unit) that outputs a signal corresponding to an incident light amount is arranged in rows and columns (that is, in a two-dimensional matrix). The signal output from each pixel is a voltage signal, and a CDS (Correlated Double Sampling) processing function unit, a digital conversion unit (ADC), etc. are provided in parallel in a column. It is.

“列並列にCDS処理機能部やデジタル変換部が設けられている”とは、垂直列の垂直信号線(列信号線の一例)19に対して実質的に並列に複数のCDS処理機能部やデジタル変換部が設けられていることを意味する。   “A CDS processing function unit and a digital conversion unit are provided in parallel in a column” means that a plurality of CDS processing function units substantially parallel to a vertical signal line (an example of a column signal line) 19 in a vertical column This means that a digital conversion unit is provided.

複数の各機能部は、デバイスを平面視したときに、ともに画素アレイ部10に対して列方向の一方の端縁側(図の下側に配されている出力側)にのみ配されている形態のものであってもよいし、画素アレイ部10に対して列方向の一方の端縁側(図の下側に配されている出力側)とその反対側である他方の端縁側(図の上側)に分けて配されている形態のものであってもよい。後者の場合、行方向の読出走査(水平走査)を行なう水平走査部も、各端縁側に分けて配して、それぞれが独立に動作可能に構成するのがよい。   Each of the plurality of functional units is arranged only on one end side in the column direction with respect to the pixel array unit 10 (output side arranged on the lower side of the drawing) when the device is viewed in plan view. Or one end side in the column direction (output side arranged on the lower side of the figure) and the other end side opposite to the pixel array unit 10 (upper side in the figure). ) May be arranged separately. In the latter case, it is preferable that the horizontal scanning unit that performs readout scanning (horizontal scanning) in the row direction is also arranged separately on each edge side so that each can operate independently.

たとえば、列並列にCDS処理機能部やデジタル変換部が設けられている典型例としては、撮像部の出力側に設けたカラム領域と呼ばれる部分に、CDS処理機能部やデジタル変換部を垂直列ごとに設け、順次出力側に読み出すカラム型のものである。また、カラム型(列並列型)に限らず、隣接する複数(たとえば2つ分)の垂直信号線19(垂直列)に対して1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態や、N本おき(Nは正の整数;間にN−1本を配する)のN本分の垂直信号線19(垂直列)に対して1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態などを採ることもできる。   For example, as a typical example in which a CDS processing function unit and a digital conversion unit are provided in parallel in a column, a CDS processing function unit and a digital conversion unit are arranged for each vertical column in a portion called a column area provided on the output side of the imaging unit. And is a column type that sequentially reads out to the output side. In addition to the column type (column parallel type), one CDS processing function unit or digital conversion unit is allocated to a plurality of adjacent (for example, two) vertical signal lines 19 (vertical columns), N A mode in which one CDS processing function unit or digital conversion unit is allocated to N vertical signal lines 19 (vertical columns) every other number (N is a positive integer; N−1 are arranged therebetween). It can also be taken.

カラム型を除くものは、何れの形態も、複数の垂直信号線19(垂直列)が1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を共通に使用する構成となるので、画素アレイ部10側から供給される複数列分の画素信号を1つのCDS処理機能部やデジタル変換部に供給する切替回路(スイッチ)を設ける。なお、後段の処理によっては、出力信号を保持するメモリを設けるなどの対処が別途必要になる。   Except for the column type, in any form, since a plurality of vertical signal lines 19 (vertical columns) commonly use one CDS processing function unit and digital conversion unit, they are supplied from the pixel array unit 10 side. A switching circuit (switch) that supplies pixel signals for a plurality of columns to one CDS processing function unit or digital conversion unit is provided. Depending on the subsequent processing, a separate measure such as providing a memory for holding the output signal is required.

何れにしても、複数の垂直信号線19(垂直列)に対して1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態などを採ることで、各画素信号の信号処理を画素列単位で読み出した後に行なうことで、同様の信号処理を各単位画素内で行なうものに比べて、各単位画素内の構成を簡素化し、イメージセンサの多画素化、小型化、低コスト化などに対応できる。   In any case, the signal processing of each pixel signal is read out in units of pixel columns by adopting a form in which one CDS processing function unit or digital conversion unit is assigned to a plurality of vertical signal lines 19 (vertical columns). By performing the processing later, the configuration in each unit pixel can be simplified and the number of pixels of the image sensor can be reduced, the size can be reduced, and the cost can be reduced as compared with the case where the same signal processing is performed in each unit pixel.

また、列並列に配された複数の信号処理部にて1行分の画素信号を同時並行処理することができるので、出力回路側やデバイスの外部で1つのCDS処理機能部やデジタル変換部にて処理を行なう場合に比べて、信号処理部を低速で動作させることができ、消費電力や帯域性能やノイズなどの面で有利である。逆に言えば、消費電力や帯域性能などを同じにする場合、センサ全体の高速動作が可能となる。   In addition, since a plurality of signal processing units arranged in parallel in a column can simultaneously process pixel signals for one row, one CDS processing function unit or digital conversion unit is provided on the output circuit side or outside the device. Therefore, the signal processing unit can be operated at a low speed as compared with the case where processing is performed, which is advantageous in terms of power consumption, bandwidth performance, noise, and the like. In other words, when the power consumption and bandwidth performance are the same, the entire sensor can be operated at high speed.

なお、カラム型の構成の場合、低速で動作させることができ消費電力や帯域性能やノイズなどの面で有利であるとともに切替回路(スイッチ)が不要である利点もある。以下の実施形態では、特に断りのない限り、このカラム型で説明する。   In the case of a column type configuration, it can be operated at a low speed, which is advantageous in terms of power consumption, bandwidth performance, noise, and the like, and has an advantage that a switching circuit (switch) is unnecessary. In the following embodiments, this column type will be described unless otherwise specified.

図1に示すように、本実施形態の固体撮像装置1は、複数の単位画素3が行および列に配列された画素部や撮像部などとも称される画素アレイ部10と、画素アレイ部10の外側に設けられた駆動制御部7と、画素アレイ部10の単位画素3に画素信号読出用の動作電流(読出電流)を供給する読出電流源部24と、垂直列ごとに配されたカラムAD回路25を有するカラム処理部26と、出力回路28とを備えている。これらの各機能部は、同一の半導体基板上に設けられている。   As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device 1 of the present embodiment includes a pixel array unit 10 that is also referred to as a pixel unit or an imaging unit in which a plurality of unit pixels 3 are arranged in rows and columns, and a pixel array unit 10. Drive control unit 7 provided outside, a read current source unit 24 for supplying an operation current (read current) for reading a pixel signal to the unit pixels 3 of the pixel array unit 10, and a column arranged for each vertical column A column processing unit 26 having an AD circuit 25 and an output circuit 28 are provided. Each of these functional units is provided on the same semiconductor substrate.

図1では、簡単のため行および列の一部を省略して示しているが、現実には、各行や各列には、数十から数千の単位画素3が配置される。この単位画素3は、典型的には、検知部の一例である受光素子(電荷生成部)としてのフォトダイオードと、増幅用の半導体素子(たとえばトランジスタ)を有する画素内アンプ(画素信号生成部の一例)とから構成される。   In FIG. 1, some of the rows and columns are omitted for the sake of simplicity, but in reality, tens to thousands of unit pixels 3 are arranged in each row and each column. The unit pixel 3 typically includes a photodiode as a light receiving element (charge generation unit) that is an example of a detection unit, and an intra-pixel amplifier (for example, a transistor) of an amplification semiconductor element (for example, a transistor). Example).

なお、固体撮像装置1は、色分解(色分離)フィルタを使用することで、画素アレイ部10をカラー撮像対応にすることができる。すなわち、画素アレイ部10における各電荷生成部(フォトダイオードなど)の電磁波(本例では光)が入射される受光面に、カラー画像を撮像するための複数色の色フィルタの組合せからなる色分解フィルタの何れの色フィルタを、たとえばいわゆるベイヤー(Bayer)配列などにして設けることで、カラー画像撮像対応とする。   Note that the solid-state imaging device 1 can make the pixel array unit 10 compatible with color imaging by using a color separation (color separation) filter. That is, color separation comprising a combination of a plurality of color filters for capturing a color image on a light receiving surface on which electromagnetic waves (light in this example) of each charge generation unit (photodiode, etc.) in the pixel array unit 10 are incident. Any color filter of the filter is provided in, for example, a so-called Bayer array, so that color image capturing is supported.

本実施形態のカラムAD回路25は、画素信号Soの基準レベルである画素リセット直後の信号レベル(以下リセットレベルと称する)と信号レベルとの間で差分処理を実行することで、リセットレベルと信号レベルの差で示される信号成分を取得する差分処理部(CDS)25aと、画素信号の基準レベルであるリセットレベルと信号レベルとの差である信号成分をNビットデジタルデータに変換するAD変換部(ADC)25bの機能を備えている。   The column AD circuit 25 of the present embodiment performs a difference process between a signal level immediately after pixel reset (hereinafter referred to as a reset level), which is a reference level of the pixel signal So, and a signal level, whereby the reset level and the signal A difference processing unit (CDS) 25a that acquires a signal component indicated by a level difference, and an AD conversion unit that converts a signal component that is a difference between a reset level that is a reference level of a pixel signal and a signal level into N-bit digital data (ADC) 25b is provided.

差分処理部25aとAD変換部25bは、その配置順は自由であり、たとえば、図1に示すように、差分処理部25aによりアナログのリセットレベルと信号レベルとの間で差分処理を行ない、その差分処理結果をAD変換部25bでデジタルデータに変換する構成としてもよいし、図示を割愛するが、AD変換部25bでリセットレベルと信号レベルとをそれぞれデジタルデータに変換し、各デジタルデータの差分を差分処理部25aでとる構成としてもよい。   The difference processing unit 25a and the AD conversion unit 25b can be arranged in any order. For example, as shown in FIG. 1, the difference processing unit 25a performs difference processing between an analog reset level and a signal level. The difference processing result may be converted into digital data by the AD conversion unit 25b. Although not shown, the AD conversion unit 25b converts the reset level and the signal level into digital data, and the difference between the digital data. The difference processing unit 25a may take the above.

差分処理部25aの機能は、リセットレベルと真の(受光光量に応じた)信号レベルとの差分をとる処理(いわゆるCDS処理と等価)と等価となり、固定パターンノイズ(FPN;Fixed Pattern Noise )やリセットノイズと言われるノイズ信号成分を取り除くことができる。   The function of the difference processing unit 25a is equivalent to a process (equivalent to a so-called CDS process) that takes a difference between a reset level and a true signal level (according to a received light amount), and is equivalent to a fixed pattern noise (FPN). A noise signal component called reset noise can be removed.

このように、本実施形態のカラムAD回路25は、画素アレイ部10から転送されたアナログの画素信号をデジタルデータに変換するAD変換機能と、ノイズ成分を抑制・除去する機能の両方を兼ね備えたAD変換・ノイズ除去信号処理装置として機能するようになっている。カラムAD回路(AD変換・ノイズ除去信号処理装置)25では、行アドレスを選択する垂直走査部14で選択された行の単位画素3から出力される画素信号をそれぞれ1行同時にNビットのデジタルデータへの変換およびノイズ除去信号処理を行なう。   As described above, the column AD circuit 25 of the present embodiment has both an AD conversion function that converts an analog pixel signal transferred from the pixel array unit 10 into digital data and a function that suppresses and removes noise components. It functions as an AD conversion / noise removal signal processing apparatus. In the column AD circuit (AD conversion / noise removal signal processing device) 25, the pixel signals output from the unit pixels 3 in the row selected by the vertical scanning unit 14 for selecting the row address are simultaneously converted into N-bit digital data for each row. Conversion to noise and noise removal signal processing are performed.

カラム処理部26におけるAD変換処理としては、行単位で並列に保持されたアナログ信号を、列ごとに設けられたカラムAD回路25(詳細にはAD変換部25b)を使用して、行ごとに並列にAD変換する方法を採る。この際には、シングルスロープ積分型やランプ信号比較型と言われるAD変換方式を採用するとよい。この手法は、簡単な構成でAD変換器が実現できるため、並列に設けても回路規模が大きくならないという特徴を有している。   As the AD conversion processing in the column processing unit 26, analog signals held in parallel in units of rows are used for each row by using a column AD circuit 25 (specifically, the AD conversion unit 25b) provided for each column. A method of AD conversion in parallel is adopted. In this case, an AD conversion method called a single slope integration type or a ramp signal comparison type may be adopted. Since this method can realize an AD converter with a simple configuration, it has a feature that the circuit scale does not increase even if it is provided in parallel.

カラムAD回路25(AD変換部25b)におけるシングルスロープ積分型のAD変換に当たっては、変換開始から参照信号Vslopと処理対象信号電圧(画素信号電圧Vx)とが一致するまでの時間に基づいて、アナログの処理対象信号をデジタル信号に変換する。このための仕組みとしては、原理的には、コンパレータ(電圧比較器)にランプ状の参照信号Vslopを供給するとともに、クロック信号でのカウント(計数)を開始し、垂直信号線19を介して入力されたアナログの画素信号を参照信号Vslopと比較することによって比較結果を示すパルス信号が得られるまでのクロック数をカウントすることでAD変換を行なう。   In the single slope integration type AD conversion in the column AD circuit 25 (AD conversion unit 25b), an analog signal is generated based on the time from the start of conversion until the reference signal Vslop matches the processing target signal voltage (pixel signal voltage Vx). Is converted into a digital signal. As a mechanism for this, in principle, a ramp-like reference signal Vslop is supplied to a comparator (voltage comparator), and counting (counting) with a clock signal is started and input via a vertical signal line 19. AD conversion is performed by counting the number of clocks until a pulse signal indicating the comparison result is obtained by comparing the analog pixel signal thus obtained with the reference signal Vslop.

また、この際、AD変換部25bの回路構成や動作を工夫することで、AD変換とともに、垂直信号線19を介して入力された電圧モードの画素信号に対して、画素リセット直後のリセットレベルと真の(受光光量に応じた)信号レベルとの差分をとるCDS処理を行なうことができ、固定パターンノイズなどのノイズ信号成分を取り除く差分処理部25aとしても機能させることができる。   At this time, by devising the circuit configuration and operation of the AD conversion unit 25b, with respect to the voltage mode pixel signal input through the vertical signal line 19 together with the AD conversion, CDS processing that takes a difference from the true signal level (according to the amount of received light) can be performed, and it can also function as a difference processing unit 25a that removes noise signal components such as fixed pattern noise.

ただしカラムAD回路25としてシングルスロープ積分型の構成を採用することは一例に過ぎず、AD変換処理やノイズ除去信号処理を行なうことができるものであればよく、その他の任意の回路構成を採用することができる。   However, adopting a single slope integration type configuration as the column AD circuit 25 is only an example, and any other circuit configuration may be employed as long as it can perform AD conversion processing and noise removal signal processing. be able to.

駆動制御部7は、画素アレイ部10の信号を順次読み出すための制御回路機能を備えている。たとえば駆動制御部7としては、列アドレスや列走査を制御する水平走査部(列走査回路)12と、行アドレスや行走査を制御する垂直走査部(行走査回路)14と、内部クロックを生成するなどの機能を持つ通信・タイミング制御部20とを備えている。   The drive control unit 7 has a control circuit function for sequentially reading signals from the pixel array unit 10. For example, as the drive control unit 7, a horizontal scanning unit (column scanning circuit) 12 that controls column addresses and column scanning, a vertical scanning unit (row scanning circuit) 14 that controls row addresses and row scanning, and an internal clock are generated. And a communication / timing control unit 20 having functions such as

単位画素3は、行選択のための行制御線15を介して垂直走査部14と、また垂直信号線19を介してカラムAD回路25が垂直列ごとに設けられているカラム処理部26と、それぞれ接続されている。ここで、行制御線15は垂直走査部14から画素に入る配線全般を示す。   The unit pixel 3 includes a vertical scanning unit 14 via a row control line 15 for row selection, a column processing unit 26 in which a column AD circuit 25 is provided for each vertical column via a vertical signal line 19, Each is connected. Here, the row control line 15 indicates the entire wiring that enters the pixel from the vertical scanning unit 14.

垂直走査部14は、画素アレイ部10の行を選択し、その行に必要なパルスを供給するものであり、たとえば、垂直方向の読出し行を規定する(画素アレイ部10の行を選択する)垂直デコーダ14aと、垂直デコーダ14aにて規定された読出アドレス上(行方向)の単位画素3に対する行制御線15にパルスを供給して駆動する垂直駆動部14bとを有する。なお、垂直デコーダ14aは、信号を読み出す行(読出し行:選択行や信号出力行とも称する)の他に、電子シャッタ用の行なども選択する。   The vertical scanning unit 14 selects a row of the pixel array unit 10 and supplies a necessary pulse to the row. For example, the vertical scanning unit 14 defines a readout row in the vertical direction (selects a row of the pixel array unit 10). It has a vertical decoder 14a and a vertical driver 14b that supplies a pulse to the row control line 15 for the unit pixel 3 on the read address (in the row direction) defined by the vertical decoder 14a and drives it. Note that the vertical decoder 14a selects not only a row from which a signal is read (reading row: also referred to as a selection row or a signal output row) but also a row for an electronic shutter.

水平走査部12は、クロックに同期してカラム処理部26のカラムAD回路25を順番に選択し、画素信号をデジタル変換したデータを水平信号線18へ読み出す読出走査部の機能を持つ。たとえば、水平走査部12は、水平方向の読出列を規定する(カラム処理部26内の個々のカラムAD回路25を選択する)水平デコーダ12aと、水平デコーダ12aにて規定された読出アドレスに従って、カラム処理部26の各信号を水平信号線18に導く水平駆動部12bとを有する。   The horizontal scanning unit 12 has a function of a reading scanning unit that sequentially selects the column AD circuit 25 of the column processing unit 26 in synchronization with the clock and reads data obtained by digitally converting the pixel signal to the horizontal signal line 18. For example, the horizontal scanning unit 12 defines a horizontal readout row (selects each column AD circuit 25 in the column processing unit 26), and a read address defined by the horizontal decoder 12a. A horizontal driving unit 12b for guiding each signal of the column processing unit 26 to the horizontal signal line 18;

水平信号線18は、たとえばカラムAD回路25が取り扱うビット数n(nは正の整数)分、たとえば10(=n)ビットならば、そのビット数分に対応して10本配置されるバスラインである。   For example, if the horizontal signal line 18 corresponds to the number of bits n (n is a positive integer) handled by the column AD circuit 25, for example, 10 (= n) bits, 10 bus lines are arranged corresponding to the number of bits. It is.

通信・タイミング制御部20は、図示しないが、各部の動作に必要なクロックや所定タイミングのパルス信号を供給するタイミングジェネレータTG(読出アドレス制御装置の一例)の機能ブロックと、端子5aを介して外部の主制御部から供給されるマスタークロックCLK0を受け取り、また端子5bを介して外部の主制御部から供給される動作モードなどを指令するデータを受け取り、さらに固体撮像装置1の情報を含むデータを外部の主制御部に出力する通信インタフェースの機能ブロックとを備える。   Although not shown, the communication / timing control unit 20 is externally connected via a functional block of a timing generator TG (an example of a read address control device) that supplies a clock signal required for the operation of each unit and a pulse signal of a predetermined timing, and a terminal 5a. Receives the master clock CLK0 supplied from the main control unit, receives data instructing the operation mode supplied from the external main control unit via the terminal 5b, and further includes data including information of the solid-state imaging device 1. And a functional block of a communication interface that outputs to an external main control unit.

たとえば、水平アドレス信号を水平デコーダ12aへ、また垂直アドレス信号を垂直デコーダ14aへ出力し、各デコーダ12a,14aは、それを受けて対応する行もしくは列を選択する。水平走査部12や垂直走査部14は、アドレス設定用のデコーダ12a,14aを含んで構成され、通信・タイミング制御部20から与えられる制御信号CN1,CN2に応答してシフト動作(走査)などにより読出しアドレスを切り替える。   For example, the horizontal address signal is output to the horizontal decoder 12a and the vertical address signal is output to the vertical decoder 14a, and each decoder 12a, 14a receives it and selects a corresponding row or column. The horizontal scanning unit 12 and the vertical scanning unit 14 include address setting decoders 12a and 14a, and perform a shift operation (scanning) in response to control signals CN1 and CN2 provided from the communication / timing control unit 20. Switch the read address.

この際、単位画素3を2次元マトリクス状に配置してあるので、単位画素3に設けられる画素信号生成部により生成され垂直信号線19を介して列方向に出力されるアナログの画素信号を行単位で(列並列で)アクセスし取り込む(垂直)スキャン読みを行ない、この後に、垂直列の並び方向である行方向にアクセスし画素信号(本例ではデジタル化された画素データ)を出力側へ読み出す(水平)スキャン読みを行なうようにすることで、画素信号や画素データの読出しの高速化を図るのがよい。もちろん、スキャン読みに限らず、読み出したい単位画素3を直接にアドレス指定することで、必要な単位画素3の情報のみを読み出すランダムアクセスも可能である。   At this time, since the unit pixels 3 are arranged in a two-dimensional matrix, analog pixel signals generated by the pixel signal generation unit provided in the unit pixels 3 and output in the column direction via the vertical signal lines 19 are processed. Access and fetch (vertical) scan reading in units (in parallel), and then access the row direction, which is the arrangement direction of the vertical columns, and output pixel signals (digital pixel data in this example) to the output side Reading (horizontal) scan reading is preferably performed to speed up reading of pixel signals and pixel data. Of course, not only scanning reading but also random access for reading out only the information of the necessary unit pixel 3 is possible by directly addressing the unit pixel 3 to be read out.

水平走査部12や垂直走査部14などの駆動制御部7の各要素は、画素アレイ部10とともに、半導体集積回路製造技術と同様の技術を用いて単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成されたいわゆる1チップもの(同一の半導体基板上に設けられているもの)として、半導体システムの一例であるCMOSイメージセンサとして、本実施形態の固体撮像装置1の一部をなすように構成される。   The elements of the drive control unit 7 such as the horizontal scanning unit 12 and the vertical scanning unit 14 are formed integrally with the pixel array unit 10 in a semiconductor region such as single crystal silicon using a technique similar to the semiconductor integrated circuit manufacturing technique. As a so-called one-chip (provided on the same semiconductor substrate), a CMOS image sensor which is an example of a semiconductor system is configured to form part of the solid-state imaging device 1 of the present embodiment. .

なお、固体撮像装置1は、このように各部が半導体領域に一体的に形成された1チップとして形成された形態であってもよいし、図示を割愛するが、画素アレイ部10、駆動制御部7、カラム処理部26などの各種の信号処理部の他に、撮影レンズ、光学ローパスフィルタ、あるいは赤外光カットフィルタなどの光学系をも含む状態で、これらを纏めてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態としてもよい。   Note that the solid-state imaging device 1 may be configured as one chip in which each unit is integrally formed in the semiconductor region as described above. Although not illustrated, the pixel array unit 10 and the drive control unit are omitted. 7. In addition to various signal processing units such as the column processing unit 26, an imaging function in which these are collectively packaged in a state including an optical system such as a photographing lens, an optical low-pass filter, or an infrared light cut filter It is good also as a modular form which has.

このような構成の固体撮像装置1において、単位画素3から出力された画素信号は、垂直列ごとに、垂直信号線19を介して、カラム処理部26のカラムAD回路25に供給される。   In the solid-state imaging device 1 having such a configuration, the pixel signal output from the unit pixel 3 is supplied to the column AD circuit 25 of the column processing unit 26 via the vertical signal line 19 for each vertical column.

データ記憶部(メモリ)256を設けない基本構成の場合は、AD変換部25bもしくは差分処理部25aの出力を水平信号線18に接続する。差分処理部25aによりアナログで差分処理してからAD変換部25bでデジタルデータに変換する場合にはAD変換部25bの出力が水平信号線18に接続されるし、逆に、AD変換部25bでデジタルデータに変換してから差分処理部25aにより差分処理する場合には差分処理部25aの出力が水平信号線18に接続される。以下、図1のように、前者の場合で説明する。   In the case of a basic configuration in which the data storage unit (memory) 256 is not provided, the output of the AD conversion unit 25 b or the difference processing unit 25 a is connected to the horizontal signal line 18. When analog difference processing is performed by the difference processing unit 25a and then converted into digital data by the AD conversion unit 25b, the output of the AD conversion unit 25b is connected to the horizontal signal line 18, and conversely, by the AD conversion unit 25b. When differential processing is performed by the differential processing unit 25 a after conversion to digital data, the output of the differential processing unit 25 a is connected to the horizontal signal line 18. Hereinafter, the former case will be described as shown in FIG.

AD変換部25bには、水平走査部12から制御線12cを介して制御パルス(水平データ転送クロックφH)を入力する。AD変換部25bは、カウント結果を保持するラッチ機能を有しており、制御線12cを介しての制御パルスによる指示があるまでは、データを保持する。   A control pulse (horizontal data transfer clock φH) is input from the horizontal scanning unit 12 to the AD conversion unit 25b via the control line 12c. The AD conversion unit 25b has a latch function for holding the count result, and holds data until an instruction by a control pulse is given via the control line 12c.

本実施形態では、個々のカラムAD回路25の出力側は、図示のように、AD変換部25bの後段に、このAD変換部25bの保持したカウント結果を保持するNビットのメモリ装置としてのデータ記憶部256と、AD変換部25bとデータ記憶部256との間に配されたデータ切替部の一例であるロード・シフト選択セレクタ(SEL)258を備える。   In the present embodiment, as shown in the drawing, the output side of each column AD circuit 25 has data as an N-bit memory device that holds the count result held by the AD conversion unit 25b at the subsequent stage of the AD conversion unit 25b. A storage unit 256 and a load / shift selection selector (SEL) 258 which is an example of a data switching unit disposed between the AD conversion unit 25b and the data storage unit 256 are provided.

データ記憶部256を備える構成を採る場合、ロード・シフト選択セレクタ258には、他の垂直列のロード・シフト選択セレクタ258と共通に、通信・タイミング制御部20から、所定のタイミングで、制御パルスとしてのメモリ転送指示パルスCN8が供給される。   When the configuration including the data storage unit 256 is adopted, the load / shift selection selector 258 receives a control pulse from the communication / timing control unit 20 at a predetermined timing in common with the load / shift selection selector 258 of the other vertical columns. The memory transfer instruction pulse CN8 is supplied.

ロード・シフト選択セレクタ258は、ロード機能に基づき、メモリ転送指示パルスCN8が供給されると、対応する自列のAD変換部25bのデータをデータ記憶部256に転送する。データ記憶部256は、転送されたデータを保持・記憶する。   When the memory transfer instruction pulse CN8 is supplied based on the load function, the load / shift selection selector 258 transfers the data of the corresponding AD conversion unit 25b in its own column to the data storage unit 256. The data storage unit 256 holds and stores the transferred data.

ここで、本実施形態のロード・シフト選択セレクタ258は、詳細は後述するが、単に自列のAD変換部25bのデータをデータ記憶部256側へ転送する機能だけでなく、他列のデータ記憶部256が保持しているデータを自列のデータ記憶部256側へ転送する機能も持つ。これが、シフト選択セレクタとも名目した所以である。   Here, the load / shift selection selector 258 of this embodiment will not only have a function of transferring data of the AD conversion unit 25b of the own column to the data storage unit 256 side but also stores data of other columns, as will be described in detail later. It also has a function of transferring the data held by the unit 256 to the data storage unit 256 side of the own column. This is the reason why it is also called a shift selection selector.

本実施形態の水平走査部12は、ロード・シフト選択セレクタ258を設けたことに対応して、カラム処理部26の各差分処理部25aとAD変換部25bが、それぞれが担当する処理を行なうのと並行して、各データ記憶部256が保持していたデータを読み出す読出走査部の機能を持つ。   In the horizontal scanning unit 12 according to the present embodiment, each difference processing unit 25a and AD conversion unit 25b of the column processing unit 26 perform the processing that they are responsible for in response to the provision of the load / shift selection selector 258. In parallel with this, it has a function of a reading scanning section for reading out data held in each data storage section 256.

データ記憶部256の出力は、水平信号線18に接続される。水平信号線18は、カラムAD回路25のビット幅であるNビット幅分の信号線を有し、図示しないそれぞれの出力線に対応したn個のセンス回路を具備する出力回路28に接続される。   The output of the data storage unit 256 is connected to the horizontal signal line 18. The horizontal signal line 18 has a signal line of N bit width which is the bit width of the column AD circuit 25, and is connected to an output circuit 28 having n sense circuits corresponding to the respective output lines (not shown). .

特に、データ記憶部256を備えた構成とすれば、AD変換部25bが保持したAD変換データを、データ記憶部256に転送することができるため、AD変換部25bのAD変換処理と、AD変換結果の水平信号線18への読出動作とを独立して制御可能であり、AD変換処理と外部への信号の読出動作とを並行して行なうパイプライン動作が実現できる。   In particular, if the configuration includes the data storage unit 256, AD conversion data held by the AD conversion unit 25b can be transferred to the data storage unit 256, so that the AD conversion processing of the AD conversion unit 25b and the AD conversion are performed. The read operation to the horizontal signal line 18 as a result can be controlled independently, and a pipeline operation in which AD conversion processing and signal read operation to the outside are performed in parallel can be realized.

たとえば、カラムAD回路25としてシングルスロープ積分型のAD変換方式を採用する場合、カラムAD回路25は、1水平期間中の所定のタイミングで画素信号を画素アレイ部10から読み出し、その後、シングルスロープ積分方式のAD変換処理を行ない、所定のタイミングでAD変換結果を出力する。すなわち、先ず、電圧比較部では、比較処理用(事実上のAD変換処理用)の参照信号と、垂直信号線19を介して入力される画素信号電圧とを比較し、双方の電圧が同じになると、電圧比較部のコンパレート出力が反転する。たとえば、電圧比較部は、電源電位などのHレベルをインアクティブ状態として、画素信号電圧と参照信号とが一致したときにLレベル(アクティブ状態)へ遷移する。   For example, when a single slope integration type AD conversion method is adopted as the column AD circuit 25, the column AD circuit 25 reads out a pixel signal from the pixel array unit 10 at a predetermined timing in one horizontal period, and then single slope integration. A system AD conversion process is performed, and an AD conversion result is output at a predetermined timing. That is, first, the voltage comparison unit compares the reference signal for comparison processing (for practical AD conversion processing) with the pixel signal voltage input via the vertical signal line 19, and the two voltages are the same. Then, the comparator output of the voltage comparison unit is inverted. For example, the voltage comparison unit sets the H level such as the power supply potential to the inactive state, and transitions to the L level (active state) when the pixel signal voltage matches the reference signal.

電圧比較部の後段に設けられるカウンタ部は、参照信号の変化に同期してダウンカウントモードもしくはアップカウントモードでカウント動作を開始し、コンパレート出力の反転した情報が通知されると、カウント動作を停止し、その時点のカウント値を画素データとしてラッチ(保持・記憶)することでAD変換を完了する。その後、所定のタイミングでデータ記憶部256に転送し、記憶・保持しておく。   The counter unit provided in the subsequent stage of the voltage comparison unit starts the count operation in the down-count mode or the up-count mode in synchronization with the change of the reference signal, and performs the count operation when the inverted information of the comparator output is notified. The AD conversion is completed by latching (holding / storing) the count value at that time as pixel data. Thereafter, the data is transferred to the data storage unit 256 at a predetermined timing, and stored / held.

この後、カラムAD回路25は、所定のタイミングで水平走査部12から制御線12cを介して入力される制御パルスに同期したシフト動作に基づき、データ記憶部256に記憶・保持した画素データを、順次、カラム処理部26外や画素アレイ部10を有するチップ外へ出力端子5cから出力する。   Thereafter, the column AD circuit 25 stores pixel data stored and held in the data storage unit 256 based on a shift operation synchronized with a control pulse input from the horizontal scanning unit 12 via the control line 12c at a predetermined timing. The output is sequentially output from the output terminal 5c to the outside of the column processing unit 26 or the outside of the chip having the pixel array unit 10.

<水平データ転送の問題点について>
ここで、各列のデータ記憶部256に保持されたデータを、バスラインである水平信号線18を介して順次出力回路28側に転送する場合、出力回路28と接続された水平信号線18に寄生容量が存在するため、転送スピードの劣化や、寄生容量抑制のため水平信号線18に使われる配線幅( Metal幅)を広げなければならずチップサイズが大きくなるなどの、寄生容量の存在により様々な問題が生ずる。
<Problems of horizontal data transfer>
Here, when the data held in the data storage unit 256 of each column is sequentially transferred to the output circuit 28 side via the horizontal signal line 18 which is a bus line, the data is transferred to the horizontal signal line 18 connected to the output circuit 28. Due to the presence of parasitic capacitance, due to the presence of parasitic capacitance, such as deterioration in transfer speed, and the wiring width (Metal width) used for the horizontal signal line 18 must be increased in order to suppress parasitic capacitance, the chip size increases. Various problems arise.

たとえば、寄生容量の値は、
(1)水平信号線18による容量、
(2)出力回路28の入力段による容量、
(3)1つのデータ記憶部256の出力段による容量×データ記憶部256の総数、
(4)水平信号線18と1つのデータ記憶部256の出力段とを接続する配線の容量×データ記憶部256の総数、
などを合計した値となる。
For example, the value of parasitic capacitance is
(1) Capacity due to the horizontal signal line 18,
(2) capacitance due to the input stage of the output circuit 28;
(3) Capacity by output stage of one data storage unit 256 × total number of data storage units 256,
(4) capacity of wiring connecting the horizontal signal line 18 and the output stage of one data storage unit 256 × total number of data storage units 256,
It is the total value.

したがって、各列のデータ記憶部256に保持されたデータを、データ記憶部256を順次選択して水平信号線18に読み出す場合、上述した水平信号線18の寄生容量のため、データ転送に障害が生じる。特に、寄生容量の容量値が大きくなれば、信号遅延の原因となり、データ転送の高速化を妨げることとなる。   Therefore, when data held in the data storage unit 256 of each column is sequentially selected and read out to the horizontal signal line 18 by the data storage unit 256, there is an obstacle in data transfer due to the parasitic capacitance of the horizontal signal line 18 described above. Arise. In particular, if the capacitance value of the parasitic capacitance is increased, it causes signal delay and hinders speeding up of data transfer.

たとえば、フレームレートを上げるなど理由で高速動作を行なう場合は、行走査、AD変換および水平データ転送などの動作を高速に動作させる必要がある。この中で、水平データ転送を高速化させたい場合、水平走査部12で選択されたデータ記憶部256が水平信号線18を駆動し、その信号が出力回路28に到達するまでの時間が支配的となる。   For example, when high-speed operation is performed for reasons such as increasing the frame rate, operations such as row scanning, AD conversion, and horizontal data transfer must be performed at high speed. Of these, when it is desired to speed up the horizontal data transfer, the time until the data storage unit 256 selected by the horizontal scanning unit 12 drives the horizontal signal line 18 and the signal reaches the output circuit 28 is dominant. It becomes.

水平方向の画素分、たとえば2000列の単位画素3を有する画素アレイ部10の場合、2000個のデータ記憶部256が水平信号線18に接続されることになり、データ記憶部256の出力段おのおのの持つ寄生容量が合成され、選択されたデータ記憶部256はその大きな容量を負荷として駆動することになる。近年は多画素化の要求があるため水平信号線18に接続されるデータ記憶部256の数が増加傾向にあり、近年、特に要求のある高速動作化の制約となってしまう。   In the case of the pixel array unit 10 having horizontal pixels, for example, 2000 columns of unit pixels 3, 2000 data storage units 256 are connected to the horizontal signal line 18, and each output stage of the data storage unit 256 is connected to the horizontal signal line 18. Thus, the selected data storage unit 256 is driven with the large capacitance as a load. In recent years, since there is a demand for increasing the number of pixels, the number of data storage units 256 connected to the horizontal signal line 18 tends to increase.

このような問題を解決する一手法として、寄生容量を抑制するため水平信号線18に使われる配線幅を広げる手法が考えられるが、ビット別のデータをバスラインとしての水平信号線18で転送するには、チップサイズが大きくなってしまう。   As a method for solving such a problem, a method of widening the wiring width used for the horizontal signal line 18 in order to suppress the parasitic capacitance is conceivable, but bit-specific data is transferred by the horizontal signal line 18 as a bus line. In some cases, the chip size becomes large.

また、このような問題を解決する別手法として、特許文献1(特開2000−32344号公報)のように、列である数ごとに並列して処理する方法も考えられる。しかしながら、特許文献1に記載の仕組みはアナログ情報のままで固体撮像装置1の外部に出力する場合での適用事例であり、特に画素信号をデジタル変換して固体撮像装置1の外部に出力を行なう仕組みに特許文献1の仕組みを適用しようとすると、出力端子数が増加してしまったり、出力部分のマルチプレクス処理が必要であったりといった問題が生じる。   As another method for solving such a problem, a method of processing in parallel for each number of columns as in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-32344) is also conceivable. However, the mechanism described in Patent Document 1 is an application example in the case where analog information is output to the outside of the solid-state imaging device 1 as it is, and in particular, pixel signals are digitally converted and output to the outside of the solid-state imaging device 1. If the mechanism of Patent Document 1 is applied to the mechanism, problems such as an increase in the number of output terminals and a need for multiplex processing of the output portion arise.

そこで、本実施形態では、画素信号をデジタル変換して固体撮像装置1の外部に出力を行なう仕組みにおいて、カラム処理部26や水平走査部12を、水平信号線18の寄生容量に起因する問題を改善することのできる仕組みにする。以下、具体的に説明する。   Therefore, in the present embodiment, in the mechanism in which the pixel signal is digitally converted and output to the outside of the solid-state imaging device 1, the column processing unit 26 and the horizontal scanning unit 12 are caused to have a problem caused by the parasitic capacitance of the horizontal signal line 18. Make it a mechanism that can be improved. This will be specifically described below.

<データ記憶部とロード・シフト選択セレクタ周辺の詳細;第1例>
図2は、図1に示したカラム処理部26(特にデータ記憶部256とロード・シフト選択セレクタ258周辺)の詳細構成の第1例を示す図である。また、図3は図2に示す第1例のカラム処理部26の構成に対する比較例を示す図である。
<Details around data storage and load / shift selection selector; first example>
FIG. 2 is a diagram showing a first example of a detailed configuration of the column processing unit 26 (particularly around the data storage unit 256 and the load / shift selection selector 258) shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing a comparative example with respect to the configuration of the column processing unit 26 of the first example shown in FIG.

本実施形態の固体撮像装置1においては、水平信号線18の寄生容量を低減する仕組みとして、各データ記憶部256のデータをそのまま列ごとに出力ドライバを介して水平信号線18に出力するのではなく、データ記憶部256の全列数よりも少ない数の出力ドライバを介して水平信号線18に出力する構成をとる。そのための仕組みとしては、様々な仕組みが考えられるが、第1例では、1つのデータ記憶部256が他列のデータ記憶部256のデータを順次シフトしていくデータシフト動作が可能となる仕組みにする点に特徴を有する。   In the solid-state imaging device 1 of the present embodiment, as a mechanism for reducing the parasitic capacitance of the horizontal signal line 18, the data in each data storage unit 256 is directly output to the horizontal signal line 18 via the output driver for each column. Instead, a configuration is employed in which the output is made to the horizontal signal line 18 via a smaller number of output drivers than the total number of columns in the data storage unit 256. Various mechanisms are conceivable as a mechanism for this, but in the first example, a data shift operation in which one data storage unit 256 sequentially shifts data in the data storage unit 256 in another column is possible. It is characterized in that

本実施形態のカラム処理部26の詳細構成の第1例(以下第1例のカラム処理部26と称する)において、先ずデータ記憶部256は、クロック端子CKに入力されたサブクロックSUBCK の立上りエッジに同期してD入力端子に入力されたデータを取り込み保持するデータ保持部の一例であるD型フリップフロップ(図ではDFFと記す)310を備える。D型フリップフロップ310のD入力端子の前段には、2入力・1出力型のデータセレクタ構造を持つロード・シフト選択セレクタ258が配されている。   In the first example of the detailed configuration of the column processing unit 26 according to the present embodiment (hereinafter referred to as the column processing unit 26 of the first example), first, the data storage unit 256 has the rising edge of the subclock SUBCK input to the clock terminal CK. A D-type flip-flop (denoted as DFF in the figure) 310, which is an example of a data holding unit that captures and holds data input to the D input terminal in synchronization therewith, is provided. A load / shift selection selector 258 having a two-input / one-output data selector structure is disposed in front of the D input terminal of the D flip-flop 310.

また、第1例のカラム処理部26は、データ記憶部256の全列をそれぞれが複数列を含む複数ブロックに分け、1ブロックにつき、1つのデータ記憶部256の後段に出力ドライバ320を1つ設ける。具体的には、各列のデータ記憶部256およびロード・シフト選択セレクタ258を対にして、それぞれ複数の対(データ記憶部256およびロード・シフト選択セレクタ258)を有する複数のブロック(グループ)に分ける。そして、ブロックごとに何れか1つのデータ記憶部256は、D型フリップフロップ310の非反転出力(Q端子の出力)側にバス駆動回路(データ出力段)の一例である出力ドライバ320を有する。出力ドライバ320の出力は、バスラインである水平信号線18を介して出力回路28に接続されている。   Further, the column processing unit 26 of the first example divides all the columns of the data storage unit 256 into a plurality of blocks each including a plurality of columns, and one output driver 320 is provided in the subsequent stage of one data storage unit 256 per block. Provide. Specifically, the data storage unit 256 and the load / shift selection selector 258 in each column are paired into a plurality of blocks (groups) each having a plurality of pairs (the data storage unit 256 and the load / shift selection selector 258). Divide. One of the data storage units 256 for each block has an output driver 320 that is an example of a bus drive circuit (data output stage) on the non-inverted output (Q terminal output) side of the D-type flip-flop 310. The output of the output driver 320 is connected to the output circuit 28 via the horizontal signal line 18 that is a bus line.

つまり、第1例のカラム処理部26は、列をブロック分割し、データの水平信号線18への出力時には、ロード・シフト選択セレクタ258でD型フリップフロップ310に渡すデータを他列のデータに切り替えることで、ブロック別に、そのブロックに属するデータ記憶部256を1つのシフトレジスタとして動作させるようにした点に特徴を有する。以下、データ記憶部256およびロード・シフト選択セレクタ258の対を複数有する各ブロックを水平データ転送サブブロック300と称する。   That is, the column processing unit 26 of the first example divides a column into blocks, and when the data is output to the horizontal signal line 18, the data passed to the D-type flip-flop 310 by the load / shift selection selector 258 is converted to the data of the other columns. By switching, the data storage unit 256 belonging to the block is operated as one shift register for each block. Hereinafter, each block having a plurality of pairs of the data storage unit 256 and the load / shift selection selector 258 is referred to as a horizontal data transfer sub-block 300.

ブロック内には、データ記憶部256とロード・シフト選択セレクタ258の対がm個設けられ、水平データ転送サブブロック300がn個設けられるものとする。たとえば、水平データ転送サブブロック100は、列全体からある連続する、たとえば100列のAD変換部25bによるAD変換後のデータを保持し、水平信号線18を介して出力回路28側へ水平データ転送するサブブロックであり、これが列全体で複数並んで配置される。   In the block, m pairs of data storage units 256 and load / shift selection selectors 258 are provided, and n horizontal data transfer sub-blocks 300 are provided. For example, the horizontal data transfer sub-block 100 holds data after AD conversion by the AD conversion unit 25b of 100 columns, for example, from the entire column, and transfers horizontal data to the output circuit 28 side via the horizontal signal line 18. A plurality of sub-blocks are arranged side by side in the entire column.

以下、データ記憶部256(詳細にはD型フリップフロップ310)、ロード・シフト選択セレクタ258、出力ドライバ320のそれぞれを区別するため、各参照子の後に、先ず“_1”〜“_n”でブロックを区別する番号を付し、データ記憶部256(D型フリップフロップ310)やロード・シフト選択セレクタ258に関しては、さらにその後に、“_1”〜“_m”でブロック内の区別番号を付すこととする。全体としては、n*m列が存在することとなる。   Hereinafter, in order to distinguish each of the data storage unit 256 (specifically, the D-type flip-flop 310), the load / shift selection selector 258, and the output driver 320, first, “_1” to “_n” are blocked after each reference. The data storage unit 256 (D-type flip-flop 310) and the load / shift selection selector 258 are further assigned the identification numbers in the block with "_1" to "_m". To do. As a whole, there will be n * m columns.

ロード・シフト選択セレクタ258の一方の入力端には自列のAD変換部25bのデータCを入力し、他方の入力端には隣接列のデータ記憶部256の出力(たとえば非反転出力Q)を入力する。   The data C of the AD conversion unit 25b of the own column is input to one input terminal of the load / shift selection selector 258, and the output (for example, non-inverted output Q) of the data storage unit 256 of the adjacent column is input to the other input terminal. input.

なお、各水平データ転送サブブロック300内の末端(最終段:図では右端)のロード・シフト選択セレクタ258_1_m〜258_n_mの他方の入力端に限っては、シフト動作の下位側のデータ記憶部256が存在しないことになるので、他列のデータ記憶部256の出力を取り込むことができないので、その代わりに、一定の論理レベルを入力する。シフト動作中に最終的にはデータ出力に無用となるデータがL/Hの間を遷移することを防止することで、消費電力の低減を図るのである。   Note that the data storage unit 256 on the lower side of the shift operation is limited to the other input terminal of the load / shift selection selectors 258_1_m to 258_n_m at the end (final stage: right end in the figure) in each horizontal data transfer sub-block 300. Since it does not exist, the output of the data storage unit 256 in the other column cannot be taken in. Instead, a certain logic level is input. During the shift operation, data that is ultimately useless for data output is prevented from changing between L / H, thereby reducing power consumption.

一定の論理レベルとしては、たとえば他方の入力端を論理レベル用の電源に接続することでHレベルとしてもよいし、逆に、他方の入力端を接地に接続することでLレベルとしてもよい。本例では、後者のLレベルに設定する事例で示している。   As a certain logic level, for example, the other input terminal may be connected to a power supply for the logic level, and may be set to the H level, or conversely, the other input terminal may be connected to the ground to be the L level. In this example, the latter case of setting to the L level is shown.

ロード・シフト選択セレクタ258には、メモリ転送指示パルスCN8の一例として、ロード・シフト選択信号LDが通信・タイミング制御部20から供給されるようになっている。たとえば、ロード・シフト選択セレクタ258は、AD変換部25bでデジタル変換されたデータをデータ記憶部256にロードするか、もしくはデータ記憶部256とともに後述するシフト動作をするかをロード・シフト選択信号LDで切り替える。   The load / shift selection selector 258 is supplied with a load / shift selection signal LD from the communication / timing controller 20 as an example of the memory transfer instruction pulse CN8. For example, the load / shift selection selector 258 loads the data digitally converted by the AD conversion unit 25b into the data storage unit 256 or performs a shift operation to be described later together with the data storage unit 256 as a load / shift selection signal LD. Switch with.

一例として、ロード・シフト選択信号LDがアクティブHにされたときには自列のAD変換部25bからのデータを自列のデータ記憶部256へ転送する通常の動作を行なう。一方、インアクティブLにされたときには、他列のデータ記憶部256からのデータを自列のデータ記憶部256へ転送することでシフト動作を行なう。ロード・シフト選択信号LDがインアクティブL時には、全体としてシフトレジスタ構成を採るのである。   As an example, when the load / shift selection signal LD is set to active H, a normal operation of transferring data from the AD conversion unit 25b of the own column to the data storage unit 256 of the own column is performed. On the other hand, when inactive L is set, a shift operation is performed by transferring data from the data storage unit 256 in the other column to the data storage unit 256 in the own column. When the load / shift selection signal LD is inactive L, the shift register configuration is adopted as a whole.

各水平データ転送サブブロック300の出力ドライバ320_1〜320_nの出力イネーブル端子OEには、通信・タイミング制御部20から、対応するブロック選択信号BSEL_1〜BSEL_nが入力されるようになっている。出力ドライバ320_1〜320_nのそれぞれは、対応するブロック選択信号BSEL_1〜BSEL_nがアクティブ(本例ではH(ハイ)レベルとする)のときに(つまり出力イネーブル端子OEがHレベルのときに)、入力された情報を、水平信号線18を介して出力回路28に転送する。   Corresponding block selection signals BSEL_1 to BSEL_n are input from the communication / timing control unit 20 to the output enable terminals OE of the output drivers 320_1 to 320_n of each horizontal data transfer sub-block 300. Each of the output drivers 320_1 to 320_n is input when the corresponding block selection signal BSEL_1 to BSEL_n is active (in this example, H (high) level) (that is, when the output enable terminal OE is at H level). The information is transferred to the output circuit 28 through the horizontal signal line 18.

本実施形態の出力ドライバ320は、D型フリップフロップ310からの一般的な論理レベル(ロジックレベル)のデータをより電圧振幅の狭いアナログ状の信号に変換して水平信号線18に出力する。これは、高速データ転送の観点では、論理レベルのままで水平信号線18を介して出力回路28に情報を転送する場合よりも駆動能力や電力消費などの面で有利にするためである。   The output driver 320 of this embodiment converts data of a general logic level (logic level) from the D-type flip-flop 310 into an analog signal having a narrower voltage amplitude and outputs the analog signal to the horizontal signal line 18. This is because, in terms of high-speed data transfer, it is more advantageous in terms of driving capability and power consumption than when information is transferred to the output circuit 28 via the horizontal signal line 18 while maintaining the logic level.

出力回路28は、出力ドライバ320によって論理レベル(ロジックレベル)から電圧振幅の狭いアナログ状の信号に変換された情報を水平信号線18を介して受け取ると、再度、論理レベル(ロジックレベル)の情報に変換して出力する。   When the output circuit 28 receives the information converted from the logic level (logic level) to the analog signal having a narrow voltage amplitude by the output driver 320 via the horizontal signal line 18, the output circuit 28 again receives the information of the logic level (logic level). Convert to and output.

ブロック別に(つまり水平データ転送サブブロック300ごとに)設けられる出力ドライバ320は、水平データ転送サブブロック300におけるシフト動作時のD型フリップフロップ310のシフト動作最終段の列に設けられ、その出力端がバスラインである水平信号線18に接続される。一例として、図では、出力回路28に対して離れた方のD型フリップフロップ310の出力側に出力ドライバ320を設けている。   The output driver 320 provided for each block (that is, for each horizontal data transfer sub-block 300) is provided in the column of the final stage of the shift operation of the D-type flip-flop 310 during the shift operation in the horizontal data transfer sub-block 300, and its output terminal Are connected to the horizontal signal line 18 which is a bus line. As an example, in the figure, an output driver 320 is provided on the output side of the D-type flip-flop 310 that is remote from the output circuit 28.

また、第1例のカラム処理部26に対応する水平走査部12(第1例の水平走査部12と称する)は、各水平データ転送サブブロック300のD型フリップフロップ310のクロック端子CKに共通に入力するクロック信号CK_HLDをグループ別に生成するクロック生成部340を備える。   Further, the horizontal scanning unit 12 (referred to as the horizontal scanning unit 12 in the first example) corresponding to the column processing unit 26 in the first example is common to the clock terminal CK of the D-type flip-flop 310 of each horizontal data transfer sub-block 300. The clock generation unit 340 generates the clock signal CK_HLD to be input to each group.

クロック生成部340は、通信・タイミング制御部20からクロック端子CKに入力された基準クロックCK_TR0の立下りエッジに同期して、D入力端子に入力された対応するブロック選択信号BSEL_1〜BSEL_nを取り込み保持するD型フリップフロップ(図ではDFFと記す)342と、D型フリップフロップ342の非反転出力(Q端子の出力)と基準クロックCK_TRNとの論理積をとりサブクロックSUBCKとして自らが属する水平データ転送サブブロック300の各データ記憶部256のクロック端子CKに供給するANDゲート344とを有する。   The clock generation unit 340 captures and holds the corresponding block selection signals BSEL_1 to BSEL_n input to the D input terminal in synchronization with the falling edge of the reference clock CK_TR0 input from the communication / timing control unit 20 to the clock terminal CK. D-type flip-flop (denoted as DFF in the figure) 342 and the horizontal data transfer to which the sub-clock SUBCK belongs by taking the logical product of the non-inverted output (Q terminal output) of the D-type flip-flop 342 and the reference clock CK_TRN And an AND gate 344 that supplies the clock terminal CK of each data storage unit 256 of the sub-block 300.

基準クロックCK_TR0はデータ記憶部256のD型フリップフロップ310を駆動する元となるクロック信号で、ブロック選択信号BSEL_1〜BSEL_nは、各ブロックの水平データ転送サブブロック300のD型フリップフロップ310および出力ドライバ320を活性化させる選択信号である。   The reference clock CK_TR0 is a clock signal that drives the D-type flip-flop 310 of the data storage unit 256, and the block selection signals BSEL_1 to BSEL_n are the D-type flip-flop 310 and the output driver of the horizontal data transfer sub-block 300 of each block. This is a selection signal for activating 320.

ANDゲート344は、クロックゲート回路として機能し、ブロック選択信号BSELが選択された期間に、選択された水平データ転送サブブロック300のサブクロックライン350にクロックCK_TR0のエッジを揃えてサブクロックSUBCKとして出力する。   The AND gate 344 functions as a clock gate circuit, and outputs the sub clock SUBCK by aligning the edge of the clock CK_TR0 to the sub clock line 350 of the selected horizontal data transfer sub block 300 during the period when the block selection signal BSEL is selected. To do.

サブクロックSUBCKの供給されない水平データ転送サブブロック300では、データシフト動作を行なわないので、事実上、回路動作が停止された状態となり、シフト動作(回路動作)は待機状態となる。水平信号線18を介した出力回路28へのデータ転送が無用なブロックの動作を停止させることで、シフト動作を待機させておくだけでなく、消費電力の低減を図ることができる。   In the horizontal data transfer sub-block 300 to which the sub-clock SUBCK is not supplied, the data shift operation is not performed, so that the circuit operation is effectively stopped and the shift operation (circuit operation) is in a standby state. By stopping the operation of a block that does not require data transfer to the output circuit 28 via the horizontal signal line 18, it is possible not only to wait for the shift operation but also to reduce power consumption.

シフト動作(回路動作)を待機させておく仕組みとしては、クロック入力を停止させる以外にも、電源供給をブロック別に切り替えるなど、クロック入力をしたままでその他の手法を採る様々な仕組みが考えられる。しかしながら、クロック入力がある場合には、少なくともクロック端子CKに接続された入力段では何らかの動作がなされるので、クロック入力を停止させる本実施形態の仕組みよりも若干ではあるが消費電力が増えると考えられるし、電源供給をブロック別に切り替える方式ではそのための構成が複雑になる。   As a mechanism for waiting for the shift operation (circuit operation), various mechanisms may be used in addition to stopping the clock input, such as switching the power supply for each block, and other methods while keeping the clock input. However, if there is a clock input, some operation is performed at least in the input stage connected to the clock terminal CK. Therefore, it is considered that the power consumption will increase slightly though the mechanism of this embodiment that stops the clock input. In addition, the method for switching the power supply for each block complicates the configuration.

通常であれば、図3に示す比較例のように、列ごとにD型フリップフロップ310の後段に出力ドライバ320を設けるのである。すなわち、D型フリップフロップ310は、D入力端に対応する列のAD変換部25bの出力(非反転出力)を入力し、クロック端子CKにはロード・シフト選択信号LDを通信・タイミング制御部20から入力する。また、D型フリップフロップ310の出力(たとえば非反転出力Q)のそれぞれに出力ドライバ320を設ける。出力ドライバ320の出力イネーブル端子OEには、水平走査部12からの水平データ転送クロックφH_1〜φH_n*mを供給する。   Normally, as in the comparative example shown in FIG. 3, an output driver 320 is provided after the D-type flip-flop 310 for each column. That is, the D-type flip-flop 310 receives the output (non-inverted output) of the AD conversion unit 25b in the column corresponding to the D input terminal, and transmits the load / shift selection signal LD to the clock terminal CK. Enter from. Further, an output driver 320 is provided for each output (for example, non-inverted output Q) of the D-type flip-flop 310. The horizontal data transfer clocks φH_1 to φH_n * m from the horizontal scanning unit 12 are supplied to the output enable terminal OE of the output driver 320.

これに対して、本実施形態では、事実上複数のデータ記憶部256(詳しくはD型フリップフロップ310)が共用するようになる出力ドライバ320を1ブロックに付き(水平データ転送サブブロック300ごとに)1つD型フリップフロップ310の後段に設ける構成となっているのである。   On the other hand, in this embodiment, the output driver 320 that is effectively shared by a plurality of data storage units 256 (specifically, the D-type flip-flop 310) is attached to one block (for each horizontal data transfer sub-block 300). ) One D-type flip-flop 310 is provided in the subsequent stage.

図2と図3との対比からも推測されるように、第1例のカラム処理部26の構成では、大きな負荷容量の接続される出力ドライバ320の出力側に接続されるバスラインである水平信号線18が使用される回路形式を、一部の纏まり(水平データ転送サブブロック300)ごとに順次切り替えてシフトレジスタ方式でデータ転送する仕組みに変更する。水平データ転送サブブロック300ごとに水平信号線18(バスライン)に接続することにより、水平信号線18に接続される負荷容量を減らし、結果として高速動作化を実現するようにしている。以下、具体的に説明する。   As inferred from the comparison between FIG. 2 and FIG. 3, in the configuration of the column processing unit 26 of the first example, a horizontal line that is a bus line connected to the output side of the output driver 320 to which a large load capacity is connected. The circuit format in which the signal line 18 is used is changed to a mechanism in which data is transferred by a shift register method by sequentially switching for each group (horizontal data transfer sub-block 300). By connecting each horizontal data transfer sub-block 300 to the horizontal signal line 18 (bus line), the load capacity connected to the horizontal signal line 18 is reduced, and as a result, high speed operation is realized. This will be specifically described below.

<カラム処理部の動作;第1例>
図4は、図2に示した第1例のカラム処理部26の各水平データ転送サブブロック300およびクロック生成部340の動作を説明するタイミングチャートである。図4では、時間軸tに沿って、基準クロックCK_TR0、サブクロックSUBCK 、ロード・シフト選択信号LD、ブロック選択信号BSEL、およびD型フリップフロップ310が保持・出力するデータ、および水平信号線18上の転送データを表してある。
<Operation of Column Processing Unit; First Example>
FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of each horizontal data transfer sub-block 300 and clock generation unit 340 of the column processing unit 26 of the first example shown in FIG. In FIG. 4, along the time axis t, the reference clock CK_TR0, the subclock SUBCK, the load / shift selection signal LD, the block selection signal BSEL, the data held and output by the D-type flip-flop 310, and the horizontal signal line 18 Represents the transfer data.

クロック生成部340のD型フリップフロップ342に入力される基準クロックCK_TR0は、水平データ転送動作を行なう期間中出力し続ける同期クロックであり、通信・タイミング制御部20は、まず始めに全ての水平データ転送サブブロック300を選択するために、基準クロックCK_TR0のLレベル期間にブロック選択信号BSEL_1〜BSEL_nの全てをアサートする(ここではアクティブHにする)(t30)。   The reference clock CK_TR0 input to the D-type flip-flop 342 of the clock generation unit 340 is a synchronous clock that continues to be output during the period during which the horizontal data transfer operation is performed, and the communication / timing control unit 20 starts with all the horizontal data In order to select the transfer sub-block 300, all the block selection signals BSEL_1 to BSEL_n are asserted (active H here) during the L level period of the reference clock CK_TR0 (t30).

この後、次の基準クロックCK_TR0の立下りエッジに同期して、ロード・シフト選択信号LDを基準クロックCK_TR0の1周期分アサートする(ここではアクティブHにする)(t32)。   Thereafter, in synchronization with the falling edge of the next reference clock CK_TR0, the load shift selection signal LD is asserted for one period of the reference clock CK_TR0 (in this case, active H) (t32).

これにより、各列のロード・シフト選択セレクタ258_1_1〜258_n_mは、AD変換部25b_1_1〜254_n_mでデジタル変換されたデータを選択してD型フリップフロップ310_1_1〜310_n_mのD入力端に供給する。たとえば、第1ブロックの水平データ転送サブブロック300_1では、ロード・シフト選択セレクタ258_1_1〜258_1_mは、AD変換部25bでデジタル変換されたデータを選択してD型フリップフロップ310_1_1〜310_1_mのD入力端に供給する。第2ブロック以降の水平データ転送サブブロック300_2〜300_nについても同様である。   As a result, the load / shift selection selectors 258_1_1 to 258_n_m of each column select the data digitally converted by the AD conversion units 25b_1_1 to 254_n_m and supply them to the D input terminals of the D-type flip-flops 310_1_1 to 310_n_m. For example, in the horizontal data transfer sub-block 300_1 of the first block, the load / shift selection selectors 258_1_1 to 258_1_m select the data digitally converted by the AD conversion unit 25b and apply it to the D input terminals of the D-type flip-flops 310_1_1 to 310_1_m. Supply. The same applies to the horizontal data transfer sub-blocks 300_2 to 300_n after the second block.

同時に、各水平データ転送サブブロック300_1〜300_nに対応する各クロック生成部340_1〜340_nは、先ずD型フリップフロップ342で基準クロックCK_TR0の立下りエッジに同期してブロック選択信号BSEL_1〜BSEL_nを取り込み、その非反転出力と基準クロックCK_TR0との論理積をANDゲート344_1〜344_nでとって、サブクロックSUBCK_1 〜SUBCK_n を1クロックだけ対応するサブクロックライン350_1〜350_nに出力する(t34)。これにより、各D型フリップフロップ(DFF)310は、対応するサブクロックSUBCK_1 〜SUBCK_n の立上りエッジに同期して、全列に亘って、AD変換部25bでデジタル変換されたデータをロード・シフト選択セレクタ258を介して取り込み保持する。   At the same time, the clock generators 340_1 to 340_n corresponding to the horizontal data transfer sub-blocks 300_1 to 300_n first receive the block selection signals BSEL_1 to BSEL_n in synchronization with the falling edge of the reference clock CK_TR0 by the D-type flip-flop 342. The logical product of the non-inverted output and the reference clock CK_TR0 is obtained by AND gates 344_1 to 344_n, and the sub clocks SUBCK_1 to SUBCK_n are output to the corresponding sub clock lines 350_1 to 350_n for one clock (t34). Thus, each D-type flip-flop (DFF) 310 loads and shifts the data digitally converted by the AD conversion unit 25b over the entire column in synchronization with the rising edges of the corresponding subclocks SUBCK_1 to SUBCK_n. Capture and hold via the selector 258.

この過程で、通信・タイミング制御部20は、基準クロックCK_TR0の次のクロックタイミング(タイミングt34以前のt33)で、1番目にデータを出力する水平データ転送サブブロック300_1以外を非選択にするために、ブロック選択信号BSEL_2以降(〜BSEL_nまで)をネゲートしておく(インアクティブLにしておく)。   In this process, the communication / timing controller 20 deselects other than the horizontal data transfer sub-block 300_1 that outputs data first at the next clock timing (t33 before timing t34) of the reference clock CK_TR0. Then, the block selection signal BSEL_2 and thereafter (up to ~ BSEL_n) are negated (set to inactive L).

よって、タイミングt34時点で、選択されている1番目の水平データ転送サブブロック300_1の出力ドライバ320_1の出力のみが水平信号線18に出力される。この出力ドライバ320_1は、水平データ転送サブブロック300_1の図の1番左に位置しているD型フリップフロップ310_1_1の出力であり、先のタイミング(t34)では、ロードされたデータC_1_1に対応する情報が水平信号線18に出力されている。   Therefore, only the output of the output driver 320_1 of the selected first horizontal data transfer sub-block 300_1 is output to the horizontal signal line 18 at time t34. This output driver 320_1 is the output of the D-type flip-flop 310_1_1 located at the leftmost position in the figure of the horizontal data transfer sub-block 300_1. At the previous timing (t34), the information corresponding to the loaded data C_1_1 Is output to the horizontal signal line 18.

さらに基準クロックCK_TR0の次のクロックタイミング(t36)では、ロード・シフト選択信号LDがネゲートされており(インアクティブLにされており)、ロード・シフト選択セレクタ258は他列のD型フリップフロップ310からのデータを取り込んで自列のD型フリップフロップ310に転送することでシフト動作を行なう。   Further, at the next clock timing (t36) of the reference clock CK_TR0, the load shift selection signal LD is negated (set to inactive L), and the load shift selection selector 258 receives the D-type flip-flop 310 in the other column. Data is taken in and transferred to the D-type flip-flop 310 in its own column, thereby performing a shift operation.

なお、このタイミング(t36)以降しばらくの間は(ブロック選択信号BSEL1がインアクティブLになるまでは)、第1ブロックの水平データ転送サブブロック300のみでデータシフト動作が有効となる。   Note that for a while after this timing (t36) (until the block selection signal BSEL1 becomes inactive L), the data shift operation is valid only in the horizontal data transfer sub-block 300 of the first block.

第1ブロックの水平データ転送サブブロック300では、1番左に位置するD型フリップフロップ310_1_1には隣のD型フリップフロップ310_1_2のデータC_1_2が移動され、D型フリップフロップ310_1_1は、出力ドライバ320_1にそのデータC_1_2を出力する(t36)。すなわち、次のクロックタイミングで1列分ずれたデータが水平信号線18を介して出力回路28に転送され出力される。このとき、水平データ転送サブブロック300_1の最終段(図では1番右側)のD型フリップフロップ310_1_mにはロード・シフト選択セレクタ258_1_mを介してLレベルが入力される。   In the horizontal data transfer sub-block 300 of the first block, the data C_1_2 of the adjacent D-type flip-flop 310_1_2 is moved to the leftmost D-type flip-flop 310_1_1, and the D-type flip-flop 310_1_1 is transferred to the output driver 320_1. The data C_1_2 is output (t36). That is, data shifted by one column at the next clock timing is transferred to the output circuit 28 via the horizontal signal line 18 and output. At this time, the L level is input to the D-type flip-flop 310_1_m at the final stage (the rightmost side in the figure) of the horizontal data transfer sub-block 300_1 via the load / shift selection selector 258_1_m.

以下同様にして、このようなクロック同期のシフト動作を、1つの水平データ転送サブブロック300に属するデータ記憶部256(詳しくはD型フリップフロップ310)の数分(本例ではm列分)繰り返すことで、そのブロック分の列のデータを順次出力する。   Similarly, this clock-synchronized shift operation is repeated for the number of data storage units 256 (specifically, D-type flip-flop 310) belonging to one horizontal data transfer sub-block 300 (in this example, for m columns). As a result, the data of the columns for the blocks are sequentially output.

第1ブロックの水平データ転送サブブロック300_1におけるm列分のデータシフト動作が完了するタイミングで(t40)、次の第2ブロックの水平データ転送サブブロック300_2におけるm列分のデータシフト動作に移行するべく、通信・タイミング制御部20は、第1ブロック用のブロック選択信号BSEL_1をネゲートする(インアクティブLにする)と同時に、第2ブロック用のブロック選択信号BSEL_2をアサートする(アクティブHにする)。   When the data shift operation for m columns in the horizontal data transfer sub-block 300_1 of the first block is completed (t40), the process shifts to the data shift operation for m columns in the horizontal data transfer sub-block 300_2 of the next second block. Therefore, the communication / timing control unit 20 negates the block selection signal BSEL_1 for the first block (sets it to inactive L) and simultaneously asserts the block selection signal BSEL_2 for the second block (sets it to active H). .

これにより、第2ブロックの水平データ転送サブブロック300_2が活性化されるので、出力ドライバ320_2は、D型フリップフロップ310_2_1に保持されているデータC_2_1を先ず水平信号線18へ出力する。この後、第1ブロックの水平データ転送サブブロック300_1におけるデータシフト動作と同様にして、水平データ転送動作を行なう。最終的には、全てのブロックの水平データ転送サブブロック300が順に活性化されることで、全ての列の水平データ転送が完了することになる。   As a result, the horizontal data transfer sub-block 300_2 of the second block is activated, so that the output driver 320_2 first outputs the data C_2_1 held in the D-type flip-flop 310_2_1 to the horizontal signal line 18. Thereafter, the horizontal data transfer operation is performed in the same manner as the data shift operation in the horizontal data transfer sub-block 300_1 of the first block. Eventually, the horizontal data transfer sub-blocks 300 of all the blocks are sequentially activated, so that the horizontal data transfer of all the columns is completed.

このように、図2に示した第1例のカラム処理部26(特に水平データ転送サブブロック300)の構成と図4に示したその動作によれば、水平信号線18に接続される出力ドライバ320の数を削減できる。図2に示した例であれば、合計でn(ブロック)×m(1ブロック当たりの列数)の列に対して、n個の出力ドライバ320のみが水平信号線18に接続されることになり、図3に示した比較例のように列ごとに出力ドライバ320を設ける場合に比べて1/mに削減できる。   Thus, according to the configuration of the column processing unit 26 (particularly the horizontal data transfer sub-block 300) of the first example shown in FIG. 2 and the operation shown in FIG. 4, the output driver connected to the horizontal signal line 18 The number of 320 can be reduced. In the example shown in FIG. 2, only n output drivers 320 are connected to the horizontal signal line 18 for a total of n (blocks) × m (number of columns per block). Thus, it can be reduced to 1 / m compared to the case where the output driver 320 is provided for each column as in the comparative example shown in FIG.

図3に示した比較例では、バスラインである水平信号線18に全ての列に付加される出力ドライバ320が接続されるのに対して、本実施形態では、水平データ転送サブブロック300ごとに設けられる出力ドライバ320のみが水平信号線18に接続されることになり、結果としてバスライン(水平信号線18)に接続される出力ドライバ320の数が減少するのである。   In the comparative example shown in FIG. 3, the output driver 320 added to all the columns is connected to the horizontal signal line 18 that is a bus line, whereas in this embodiment, for each horizontal data transfer sub-block 300. Only the output driver 320 provided is connected to the horizontal signal line 18, and as a result, the number of output drivers 320 connected to the bus line (horizontal signal line 18) is reduced.

たとえば、2000列ある単位画素3を100列ごとに水平データ転送サブブロック300に纏めると、水平信号線18に接続される出力ドライバ320は20個となる。これにより、水平信号線18に付く出力ドライバ320おのおのの持つ出力部分の寄生容量が減少し、選択された出力ドライバ320は大きな容量を駆動する必要が軽減され、より高速な水平データ転送動作が可能となる。   For example, when 2000 unit pixels 3 are grouped into the horizontal data transfer sub-block 300 every 100 columns, the number of output drivers 320 connected to the horizontal signal line 18 is 20. This reduces the parasitic capacitance of the output portion of each output driver 320 attached to the horizontal signal line 18, reduces the need for the selected output driver 320 to drive a large capacitance, and enables a faster horizontal data transfer operation. It becomes.

加えて、第1例のカラム処理部26では、列を複数ブロックに分け、シフト動作を行なう必要のある(換言すれば活性化させる必要のある)水平データ転送サブブロック300のみにサブクロックSUBCKを供給してブロック別にシフト動作を行なうようにしており、後述する第2例に比べて、消費電力を低減できる利点もある。   In addition, in the column processing unit 26 of the first example, the column is divided into a plurality of blocks, and the sub clock SUBCK is applied only to the horizontal data transfer sub block 300 that needs to perform the shift operation (in other words, needs to be activated). Since the shift operation is performed for each block, the power consumption can be reduced compared to the second example described later.

ブロック数を多くすればするほど、ブロック内のD型フリップフロップ310の数、すなわちシフト動作するD型フリップフロップ310の数が減るので、消費電力の低減効果が高まる。ただし、ブロック数に応じた数の出力ドライバ320が必要となり、水平信号線18の負荷容量がその分だけ多くなる。   As the number of blocks is increased, the number of D-type flip-flops 310 in the block, that is, the number of D-type flip-flops 310 that perform a shift operation is reduced, so that the effect of reducing power consumption is enhanced. However, the number of output drivers 320 corresponding to the number of blocks is required, and the load capacity of the horizontal signal line 18 increases accordingly.

また、第1例のカラム処理部26では、グループごとに、末端のD型フリップフロップ310_1_m〜310_n_mに一定の論理レベル(前例ではLレベル)を入力してシフト動作を行なわせるようにしており、不要な信号の遷移をなくすようにしている。このことは、さらなる消費電力の低減効果をもたらす。   In the column processing unit 26 of the first example, a fixed logic level (L level in the previous example) is input to the terminal D-type flip-flops 310_1_m to 310_n_m for each group to perform a shift operation. Unnecessary signal transitions are eliminated. This brings about an effect of further reducing power consumption.

また、バスラインである水平信号線18は、比較例と同じように、1系統であればよく、特許文献1のように、出力端子数が増加してしまったり、水平信号線18以降(出力側)でマルチプレクス処理が必要であったりといった問題は起きない。   Similarly to the comparative example, the horizontal signal line 18 that is a bus line may be one system. As in Patent Document 1, the number of output terminals may be increased, or the horizontal signal line 18 or later (output) The problem that multiplex processing is necessary does not occur.

<データ記憶部とロード・シフト選択セレクタ周辺の詳細;第2例>
図5は、図1に示したカラム処理部26(特にデータ記憶部256とロード・シフト選択セレクタ258周辺)の詳細構成の第2例を示す図である。
<Details around data storage and load / shift selection selector; second example>
FIG. 5 is a diagram showing a second example of a detailed configuration of the column processing unit 26 (particularly, around the data storage unit 256 and the load / shift selection selector 258) shown in FIG.

カラム処理部26の詳細構成の第2例(以下第2例のカラム処理部26と称する)は、データの水平信号線18への出力時にデータ記憶部256をシフト動作させる前述の第1例に対しての変形例である。ブロック分割をすることなく、データの水平信号線18への出力時には、ロード・シフト選択セレクタ258でD型フリップフロップ310に渡すデータを他列のデータに切り替えることで、データ記憶部256の全体を1つのシフトレジスタとして動作させるようにした点に特徴を有する。つまり、D型フリップフロップ310の全列につき、何れか1つのD型フリップフロップ310の後段に出力ドライバ320を1つ設ける点に特徴を有する。   The second example of the detailed configuration of the column processing unit 26 (hereinafter referred to as the column processing unit 26 of the second example) is the same as the first example in which the data storage unit 256 is shifted when data is output to the horizontal signal line 18. This is a modified example. When the data is output to the horizontal signal line 18 without being divided into blocks, the data to be transferred to the D-type flip-flop 310 is switched to data in another column by the load / shift selection selector 258, so that the entire data storage unit 256 is It is characterized in that it is operated as one shift register. That is, the present invention is characterized in that one output driver 320 is provided in the subsequent stage of any one D-type flip-flop 310 for all columns of the D-type flip-flop 310.

具体的には、先ず、第1例と同様に、ロード・シフト選択セレクタ258の一方の入力端には自列のAD変換部25bのデータを入力し、他方の入力端には隣接列のデータ記憶部256の非反転出力を入力する。   Specifically, first, as in the first example, the data of the AD conversion unit 25b of the own column is input to one input terminal of the load / shift selection selector 258, and the data of the adjacent column is input to the other input terminal. The non-inverted output of the storage unit 256 is input.

そして、ブロック別としないので、先ず、何れか1つのデータ記憶部256に、D型フリップフロップ310の非反転出力(Q端子の出力)側に出力ドライバ320を設ける。出力ドライバ320の出力は、バスラインである水平信号線18を介して出力回路28に接続する。   Since each block is not classified, first, an output driver 320 is provided in any one of the data storage units 256 on the non-inverted output (Q terminal output) side of the D-type flip-flop 310. The output of the output driver 320 is connected to the output circuit 28 via the horizontal signal line 18 that is a bus line.

また、ブロック別としないので、末端(最終段:図では右端)のロード・シフト選択セレクタ258_n*mの他方の入力端に限っては、一定の論理レベル(本例ではLレベルとする)を入力して、シフト動作中に最終的にはデータ出力に無用となるデータが遷移することを防止することで、消費電力の低減を図る。ロード・シフト選択セレクタ258_n*mのみが対象となる点で第1例とは異なるが、基本的な考え方は第1例と同じである。   In addition, since it is not classified by block, a fixed logic level (L level in this example) is set only for the other input terminal of the load shift selection selector 258_n * m at the end (the last stage: the right end in the figure). The power consumption is reduced by preventing the useless data from being finally shifted to the data output during the shift operation. Although it differs from the first example in that only the load / shift selection selector 258_n * m is targeted, the basic concept is the same as the first example.

また、ブロック別としないので、クロック生成部340はブロック別に用意する必要がなく(事実上、1ブロック対応のみでよい)、第1例のクロック生成部340を1つのみ備える。D型フリップフロップ342のD入力端には、ブロック選択信号BSEL_1〜BSEL_nに代えて、データ記憶部256の動作を有効にするデータ記憶制御信号MEMOを通信・タイミング制御部20から入力する。   Further, since it is not classified for each block, it is not necessary to prepare the clock generation unit 340 for each block (in fact, only one block may be supported), and only one clock generation unit 340 of the first example is provided. Instead of the block selection signals BSEL_1 to BSEL_n, a data storage control signal MEMO that enables the operation of the data storage unit 256 is input from the communication / timing control unit 20 to the D input terminal of the D-type flip-flop 342.

図2と図5との対比からも推測されるように、第2例の構成では、出力ドライバ320の出力側に接続されるバスラインである水平信号線18が使用される回路形式を、列全体を1つの纏まりにしてシフトレジスタ方式でデータ転送する仕組みに変更し、前列に対して1つだけのデータ記憶部256(詳しくは出力ドライバ320)で水平信号線18(バスライン)に接続することにより、水平信号線18に接続される負荷容量を大幅に減らし、結果として高速動作化を実現するようにしている。以下、具体的に説明する。   As inferred from the comparison between FIG. 2 and FIG. 5, in the configuration of the second example, the circuit format in which the horizontal signal line 18 that is a bus line connected to the output side of the output driver 320 is used is a column. The system is changed to a system in which data is transferred as a whole by a shift register method, and the horizontal signal line 18 (bus line) is connected to only one data storage unit 256 (specifically, the output driver 320) for the previous column. As a result, the load capacity connected to the horizontal signal line 18 is greatly reduced, and as a result, high speed operation is realized. This will be specifically described below.

<カラム処理部の動作;第2例>
クロック生成部340のD型フリップフロップ342に入力される基準クロックCK_TR0は、水平データ転送動作を行なう期間中出力し続ける同期クロックであり、通信・タイミング制御部20は、まず始めにデータ記憶部256の動作を有効とするべく、基準クロックCK_TR0のLレベル期間にデータ記憶制御信号MEMOをアサートする(ここではアクティブHにする)。
<Operation of Column Processing Unit; Second Example>
The reference clock CK_TR0 input to the D-type flip-flop 342 of the clock generation unit 340 is a synchronous clock that is continuously output during the horizontal data transfer operation, and the communication / timing control unit 20 starts with the data storage unit 256. The data storage control signal MEMO is asserted (in this case, active H) during the L level period of the reference clock CK_TR0.

この後、次の基準クロックCK_TR0の立下りエッジに同期して、ロード・シフト選択信号LDを基準クロックCK_TR0の1周期分アサートする(ここではアクティブHにする)。これにより、各列のロード・シフト選択セレクタ258_1〜258_n*mは、AD変換部25b_1〜254_n*mでデジタル変換されたデータを選択してD型フリップフロップ310_1〜310_n*mのD入力端に供給する。   Thereafter, in synchronization with the falling edge of the next reference clock CK_TR0, the load shift selection signal LD is asserted for one period of the reference clock CK_TR0 (in this case, active H). As a result, the load / shift selection selectors 258_1 to 258_n * m of each column select the data digitally converted by the AD conversion units 25b_1 to 254_n * m and apply them to the D input terminals of the D-type flip-flops 310_1 to 310_n * m. Supply.

同時に、クロック生成部340は、先ずD型フリップフロップ342で基準クロックCK_TR0の立下りエッジに同期してデータ記憶制御信号MEMOを取り込み、その非反転出力と基準クロックCK_TR0との論理積をANDゲート344でとって、サブクロックSUBCKを1クロックだけサブクロックライン350に出力する。これにより、各D型フリップフロップ310は、サブクロックSUBCKの立上りエッジに同期して、全列に亘って、AD変換部25bでデジタル変換されたデータをロード・シフト選択セレクタ258を介して取り込み保持する。このタイミングt54時点では、出力ドライバ320の出力が水平信号線18に出力される。   At the same time, the clock generation unit 340 first takes in the data storage control signal MEMO in synchronization with the falling edge of the reference clock CK_TR0 by the D-type flip-flop 342, and ANDs the AND of the non-inverted output and the reference clock CK_TR0. Therefore, the sub clock SUBCK is output to the sub clock line 350 by only one clock. Thereby, each D-type flip-flop 310 captures and holds the data digitally converted by the AD converter 25b via the load / shift selection selector 258 over the entire column in synchronization with the rising edge of the sub clock SUBCK. To do. At this timing t54, the output of the output driver 320 is output to the horizontal signal line 18.

さらに基準クロックCK_TR0の次のクロックタイミングでは、ロード・シフト選択信号LDがネゲートされており(インアクティブLにされており)、ロード・シフト選択セレクタ258は他列のD型フリップフロップ310からのデータを取り込んで自列のD型フリップフロップ310に転送することでシフト動作を行なう。   Further, at the clock timing next to the reference clock CK_TR0, the load shift selection signal LD is negated (set to inactive L), and the load shift selection selector 258 receives data from the D-type flip-flop 310 in the other column. Is transferred to the D-type flip-flop 310 in its own column, and the shift operation is performed.

1番左に位置するD型フリップフロップ310_1には隣のD型フリップフロップ310_2のデータC_2が移動され、D型フリップフロップ310_1は、出力ドライバ320にそのデータC_2を出力する。すなわち、次のクロックタイミングで1列分ずれたデータが水平信号線18を介して出力回路28に転送され出力される。このとき、最終段(図5では1番右側)のD型フリップフロップ310_n*mにはロード・シフト選択セレクタ258_n*mを介してLレベルが入力される。   The data C_2 of the adjacent D-type flip-flop 310_2 is moved to the D-type flip-flop 310_1 located on the leftmost side, and the D-type flip-flop 310_1 outputs the data C_2 to the output driver 320. That is, data shifted by one column at the next clock timing is transferred to the output circuit 28 via the horizontal signal line 18 and output. At this time, the L level is input to the D-type flip-flop 310_n * m in the final stage (the rightmost side in FIG. 5) via the load / shift selection selector 258_n * m.

以下同様にして、このようなクロック同期のシフト動作を、全列分(本例ではn*m列分)繰り返すことで、全ての列のデータを順次出力する。全ての列の水平データ転送が完了することになる。   Similarly, by repeating such a clock-synchronized shift operation for all columns (in this example, for n * m columns), data in all columns is sequentially output. The horizontal data transfer for all the columns is completed.

このように、図5に示した本実施形態のカラム処理部26(特に水平データ転送サブブロック300)の構成とその動作によれば、水平信号線18に接続される出力ドライバ320の数を1つに削減できる。図2に示した第1例では、n(ブロック)×m(1ブロック当たりの列数)の列の場合、図3に示した比較例に対して1/mに削減できるが、第2例では1つの出力ドライバ320のみを水平信号線18に接続するだけでよく、第1例のカラム処理部26との比較においても、大幅な削減ができ、さらに高速な水平データ転送動作が可能となることは容易に理解される所である。   Thus, according to the configuration and operation of the column processing unit 26 (particularly the horizontal data transfer sub-block 300) of the present embodiment shown in FIG. 5, the number of output drivers 320 connected to the horizontal signal line 18 is one. Can be reduced to one. In the first example shown in FIG. 2, in the case of n (blocks) × m (number of columns per block), the number of columns can be reduced to 1 / m compared to the comparative example shown in FIG. In this case, only one output driver 320 needs to be connected to the horizontal signal line 18, and in comparison with the column processing unit 26 of the first example, a significant reduction can be achieved and a higher-speed horizontal data transfer operation can be performed. That is easy to understand.

また、第2例のカラム処理部26では、第1例と同様に、末端のD型フリップフロップ310_n*mに一定の論理レベル(前例ではLレベル)を入力してシフト動作を行なわせるようにしており、不要な信号の遷移をなくすようにしている。このことは、さらなる消費電力の低減効果をもたらす。   In the column processing unit 26 of the second example, as in the first example, a fixed logic level (L level in the previous example) is input to the terminal D-type flip-flop 310_n * m to perform the shift operation. This eliminates unnecessary signal transitions. This brings about an effect of further reducing power consumption.

また、バスラインである水平信号線18は、比較例や第1例と同じように、1系統であればよく、特許文献1のように、出力端子数が増加してしまったり、水平信号線18以降(出力側)でマルチプレクス処理が必要であったりといった問題は起きない。   Further, the horizontal signal line 18 that is a bus line may be one system as in the comparative example and the first example. As in Patent Document 1, the number of output terminals may increase, There is no problem that multiplex processing is necessary after 18 (output side).

<第1例と第2例の比較>
図6は、データの水平信号線18への出力時にデータ記憶部256をシフト動作させる仕組みとする第1例と第2例の効果を比較した図である。図6において、横軸はブロック数nであり、実線L1はブロック数nとの関わりにおける水平信号線18の負荷容量を示し、点線L2はブロック数nとの関わりにおけるシフト動作時の消費電力を示す。
<Comparison between the first example and the second example>
FIG. 6 is a diagram comparing the effects of the first example and the second example in which the data storage unit 256 is shifted when data is output to the horizontal signal line 18. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the number of blocks n, the solid line L1 indicates the load capacity of the horizontal signal line 18 in relation to the number of blocks n, and the dotted line L2 indicates the power consumption during the shift operation in relation to the number of blocks n. Show.

第2例のカラム処理部26では、ブロック分割をすることなく、データの水平信号線18への出力時には、全列のデータ記憶部256の全体を纏めて1つのシフトレジスタとして動作させるようにしているので、事実上、“ブロック数=1”と考えられ、シフト動作時の消費電力アップが懸念される。すなわち、水平信号線18の負荷容量を低減するという点においては、出力ドライバ320を1つにした第2例の構成は非常に有利である反面、シフト動作を列全体で動作させると、D型フリップフロップ310の貫通電流が大きいため消費電力が大きくなるのである。   In the column processing unit 26 of the second example, when the data is output to the horizontal signal line 18 without dividing the block, the entire data storage units 256 of all the columns are collectively operated as one shift register. Therefore, it is considered that “the number of blocks = 1” in practice, and there is a concern about an increase in power consumption during the shift operation. That is, in terms of reducing the load capacity of the horizontal signal line 18, the configuration of the second example with one output driver 320 is very advantageous, but when the shift operation is performed on the entire column, the D type Since the through current of the flip-flop 310 is large, the power consumption increases.

シフト動作時の消費電力を低減するには、ブロック分割する第1例の仕組みを採用することになるが、その場合には、ブロック数に応じた数の出力ドライバ320が必要となり、水平信号線18の負荷容量がその分だけ多くなる。   In order to reduce the power consumption during the shift operation, the mechanism of the first example in which the blocks are divided is adopted. In this case, the number of output drivers 320 corresponding to the number of blocks is required, and the horizontal signal line The 18 load capacity increases accordingly.

つまり、データの水平信号線18への出力時にデータ記憶部256をシフト動作させる仕組みとする構成をとる場合、水平信号線18の負荷容量低減効果とシフト動作時の消費電力低減とはトレードオフの関係にあり、何れか一方を優先しようとすると他方が犠牲となってしまい、他方に対して悪影響を与えることなく(他方の効果を小さくせずに)、一方の効果を大きくするということができない。   That is, when a configuration is adopted in which the data storage unit 256 is shifted when data is output to the horizontal signal line 18, there is a trade-off between the load capacity reduction effect of the horizontal signal line 18 and the power consumption reduction during the shift operation. If you try to prioritize one of them, the other will be sacrificed, and you cannot increase the effect of one without adversely affecting the other (without reducing the effect of the other) .

これらの観点を考慮すれば、シフト動作時の消費電力と水平信号線18の負荷容量の両者を勘案して、消費電力低減効果と負荷容量低減効果の間で折り合いを付け、各効果が適度なものとなるように、実際の所は、第1例の仕組みにしつつ、ブロック数を適度な値にする構成をとるのが妥当と考えられる。   In consideration of these viewpoints, the power consumption during the shift operation and the load capacity of the horizontal signal line 18 are taken into consideration, and a balance is reached between the power consumption reduction effect and the load capacity reduction effect. As a matter of fact, it is considered appropriate to adopt a configuration in which the number of blocks is set to an appropriate value while actually using the mechanism of the first example.

<データ記憶部とロード・シフト選択セレクタ周辺の詳細;第3例>
図7〜図11は、図1に示したカラム処理部26(特にデータ記憶部256とロード・シフト選択セレクタ258周辺)の詳細構成の第3例を示す図である。
<Details around data storage and load / shift selection selector; third example>
7 to 11 are diagrams showing a third example of a detailed configuration of the column processing unit 26 (particularly, around the data storage unit 256 and the load / shift selection selector 258) shown in FIG.

カラム処理部26の詳細構成の第3例(以下第3例のカラム処理部26と称する)は、データの水平信号線18への出力時に、データ記憶部256をシフト動作させる前述の第1例や第2例とは異なり、単純なデータセレクタ方式でデータを水平信号線18に出力する方式にした点に特徴を有する。   The third example of the detailed configuration of the column processing unit 26 (hereinafter referred to as the column processing unit 26 of the third example) is the first example described above that shifts the data storage unit 256 when data is output to the horizontal signal line 18. Unlike the second example, the method is characterized in that data is output to the horizontal signal line 18 by a simple data selector method.

第1例と同様に、グループ分けの思想を採り入れることができる(図7に示す第3例(その1))。また、グループ分けの思想を採り入れつつ、データセレクタ構成を複数段(2段以上であればよい)配置する仕組みを採ることもできる(図8に示す第3例(その2)〜図10に示す第3例(その4))。また、第2例のようにグループ分けを行なわずに全列を纏めて切り替えるようにしてもよい(図11に示す第3例(その5))。   Similar to the first example, the idea of grouping can be adopted (third example (part 1) shown in FIG. 7). In addition, while adopting the idea of grouping, it is also possible to adopt a mechanism for arranging a plurality of data selector configurations (only two or more stages are required) (third example shown in FIG. 8 (part 2) to FIG. 10). Third example (part 4)). Further, as in the second example, all the columns may be switched together without performing grouping (third example (part 5) shown in FIG. 11).

グループ分けをとる場合、電源供給をブロック別に切り替えるなどして、データ出力動作に関わりを持たない無効なブロックの回路動作を停止させておく仕組みをとることで、消費電力の低減を図るとよい。   In the case of grouping, it is preferable to reduce power consumption by taking a mechanism to stop circuit operations of invalid blocks that are not related to the data output operation by switching the power supply for each block.

第1例や第2例では、水平信号線18に接続される出力ドライバ320の数を削減するに当たり、データ記憶部256を構成するD型フリップフロップ310をシフトレジスタ方式の接続にロード・シフト選択セレクタ258を介して切り替え、その出力段となる1つのD型フリップフロップ310にのみ出力ドライバ320を設けていた。   In the first example and the second example, when the number of output drivers 320 connected to the horizontal signal line 18 is reduced, the D-type flip-flop 310 constituting the data storage unit 256 is connected to the shift register system for load / shift selection. The output driver 320 is provided only in one D-type flip-flop 310 which is switched through the selector 258 and serves as an output stage thereof.

これに対して、第3例では、データ記憶部256を構成するD型フリップフロップ310の何れの出力をデータ転送するのかを切り替える水平走査部12の仕組みをそのまま利用しつつ、D型フリップフロップ310と水平信号線18との間に列数よりも少ない数の出力ドライバ320を配置して、各列のD型フリップフロップ310がそのまま1対1で水平信号線18に接続されるのを回避することで、水平信号線18の負荷容量を低減するものである。   On the other hand, in the third example, the D-type flip-flop 310 is used while directly using the mechanism of the horizontal scanning unit 12 for switching which output of the D-type flip-flop 310 constituting the data storage unit 256 is to be transferred. The number of output drivers 320 smaller than the number of columns is arranged between the horizontal signal line 18 and the horizontal signal line 18 to avoid the D-type flip-flops 310 in each column being directly connected to the horizontal signal line 18 as they are. Thus, the load capacity of the horizontal signal line 18 is reduced.

たとえば、図7に示す第3例(その1)のカラム処理部26では、第1例と同様に、グループ分けの思想を採り入れて、グループ別に出力ドライバ320を1つ設けている。以下、複数のD型フリップフロップ310および1つの出力ドライバ320を有する各ブロックを水平データ転送サブブロック300と称する。たとえば、各ブロック内には、m個のD型フリップフロップ310と1つの出力ドライバ320が設けられ、水平データ転送サブブロック300がn個設けられるものとする。   For example, in the column processing unit 26 of the third example (part 1) shown in FIG. 7, as in the first example, the idea of grouping is adopted and one output driver 320 is provided for each group. Hereinafter, each block having a plurality of D-type flip-flops 310 and one output driver 320 is referred to as a horizontal data transfer sub-block 300. For example, m D-type flip-flops 310 and one output driver 320 are provided in each block, and n horizontal data transfer sub-blocks 300 are provided.

ここでも、D型フリップフロップ310および出力ドライバ320のそれぞれを区別するため、各参照子の後に、先ず“_1”〜“_n”でブロックを区別する番号を付し、さらにその後に、“_1”〜“_m”でブロック内の区別番号を付すこととする(図では一部は省略して示す)。全体としては、n*m列が存在することとなる。   Also here, in order to distinguish each of the D-type flip-flop 310 and the output driver 320, first, a number for distinguishing the blocks from “_1” to “_n” is given after each reference, and then, “_1”. The identification number in the block is given by “_m” (partially omitted in the figure). As a whole, there will be n * m columns.

D型フリップフロップ310は、D入力端に対応する列のAD変換部25bの出力(非反転出力)を入力し、クロック端子CKにはロード・シフト選択信号LDを通信・タイミング制御部20から入力する。また、出力イネーブル端子OEには、水平走査部12からの水平データ転送クロックφH_1_1〜φH_n_mを供給する。   The D-type flip-flop 310 receives the output (non-inverted output) of the AD conversion unit 25b in the column corresponding to the D input terminal, and the load / shift selection signal LD is input from the communication / timing control unit 20 to the clock terminal CK. To do. Further, horizontal data transfer clocks φH_1_1 to φH_n_m from the horizontal scanning unit 12 are supplied to the output enable terminal OE.

出力ドライバ320は、その入力を自グループに属する各D型フリップフロップ310の各出力に共通に接続し、その出力をバスラインである水平信号線18を介して出力回路28に接続する。   The output driver 320 commonly connects its input to each output of each D-type flip-flop 310 belonging to its own group, and connects its output to the output circuit 28 via the horizontal signal line 18 that is a bus line.

各列のD型フリップフロップ310の出力イネーブル機能と複数個の出力ドライバ320の出力イネーブル機能の併用で事実上のデータセレクタが構成されるようにしている。   A combination of the output enable function of the D-type flip-flop 310 of each column and the output enable function of the plurality of output drivers 320 constitutes a practical data selector.

また、第3例(その1)のカラム処理部26に対応する水平走査部12(第3例(その1)の水平走査部12と称する)は、水平データ転送サブブロック300ごとに、それぞれORゲート360を有する。各ORゲート360には、水平アドレス設定部としての水平デコーダ12aから出力されるクロック群φH_1〜φH_n、すなわち水平データ転送クロックφH_1_1〜φH_1_m,…,φH_n_1〜φH_n_mがそれぞれ入力される。   Further, the horizontal scanning unit 12 (referred to as the horizontal scanning unit 12 in the third example (1)) corresponding to the column processing unit 26 in the third example (part 1) is ORed for each horizontal data transfer sub-block 300. A gate 360 is provided. Each OR gate 360 receives clock groups φH_1 to φH_n output from the horizontal decoder 12a as the horizontal address setting unit, that is, horizontal data transfer clocks φH_1_1 to φH_1_m,..., ΦH_n_1 to φH_n_m.

各ORゲート360_1〜360_nは、グループ別に入力された水平データ転送クロックφH_1_1〜φH_1_m,…,φH_n_1〜φH_n_mの論理和をそれぞれとり、その結果出力(以下ブロック選択信号と称する)φN_1〜φN_nを、対応する出力ドライバ320の出力イネーブル端子OEにそれぞれ出力する。   Each OR gate 360_1 to 360_n takes the logical sum of horizontal data transfer clocks φH_1_1 to φH_1_m,... Output to the output enable terminal OE of the output driver 320 to be output.

出力ドライバ320_1〜320_nのそれぞれは、対応するブロック選択信号φN_1〜G_nがアクティブ(本例ではH(ハイ)レベルとする)のときに(つまり出力イネーブル端子OEがHレベルのときに)、入力された情報を、水平信号線18を介して出力回路28に転送する。   Each of the output drivers 320_1 to 320_n is input when the corresponding block selection signal φN_1 to G_n is active (in this example, H (high) level) (that is, when the output enable terminal OE is at H level). The information is transferred to the output circuit 28 through the horizontal signal line 18.

また、図8に示す第3例(その2)のカラム処理部26では、出力ドライバを2段構成にした事例である。たとえば、nグループをさらにj個(図ではj=2)のブロックを有するk個のグループに分ける。j個のブロックの各出力ドライバ320_1〜320_jの出力を共通に2段目の出力ドライバ322_1〜322_kの入力に接続し、出力ドライバ322_1〜322_kの出力をバスラインである水平信号線18を介して出力回路28に接続する。   Further, in the column processing unit 26 of the third example (part 2) shown in FIG. 8, the output driver has a two-stage configuration. For example, the n group is further divided into k groups having j blocks (j = 2 in the figure). The outputs of the output drivers 320_1 to 320_j of j blocks are connected in common to the inputs of the second stage output drivers 322_1 to 322_k, and the outputs of the output drivers 322_1 to 322_k are connected via the horizontal signal line 18 which is a bus line. Connected to the output circuit 28.

各列のD型フリップフロップ310の出力イネーブル機能とそれぞれ複数個の出力ドライバ320,322の出力イネーブル機能の併用で、事実上のデータセレクタが構成されるようにしている。   A combination of the output enable function of the D-type flip-flop 310 of each column and the output enable function of the plurality of output drivers 320 and 322 respectively constitutes a virtual data selector.

また、第3例(その2)のカラム処理部26に対応する水平走査部12(第3例(その2)の水平走査部12と称する)は、出力ドライバ322のそれぞれに対応するようにORゲート362を有する。各ORゲート362には、出力ドライバ322が属するグループの各ORゲート360から出力されるブロック選択信号φNがそれぞれ入力される。各ORゲート362は、入力されたブロック選択信号φNの論理和をそれぞれとり、その結果出力(以下ブロック選択信号と称する)φK_1〜φK_nを、対応する出力ドライバ322の出力イネーブル端子OEにそれぞれ出力する。   The horizontal scanning unit 12 (referred to as the horizontal scanning unit 12 in the third example (2)) corresponding to the column processing unit 26 in the third example (part 2) is ORed so as to correspond to each of the output drivers 322. A gate 362 is included. Each OR gate 362 receives a block selection signal φN output from each OR gate 360 of the group to which the output driver 322 belongs. Each OR gate 362 takes a logical sum of the input block selection signal φN, and outputs the result (hereinafter referred to as block selection signal) φK_1 to φK_n to the output enable terminal OE of the corresponding output driver 322, respectively. .

出力ドライバ322_1〜320_kのそれぞれは、対応するブロック選択信号φK_1〜G_kがアクティブ(本例ではH(ハイ)レベルとする)のときに(つまり出力イネーブル端子OEがHレベルのときに)、入力された情報を、水平信号線18を介して出力回路28に転送する。   Each of the output drivers 322_1 to 320_k is input when the corresponding block selection signals φK_1 to G_k are active (in this example, H (high) level) (that is, when the output enable terminal OE is at H level). The information is transferred to the output circuit 28 through the horizontal signal line 18.

また、図9に示す第3例(その3)や図10に示す第3例(その4)のカラム処理部26では、出力ドライバを3段以上の構成にした事例である。第3例(その2)では、データ記憶部256と最下段の出力ドライバ322との間に、中段データセレクタとして出力ドライバ320を1段設けていたが、これを2段以上にすることもできる。   Further, the column processing unit 26 of the third example (part 3) shown in FIG. 9 and the third example (part 4) shown in FIG. 10 is an example in which the output driver has three or more stages. In the third example (part 2), one output driver 320 is provided as a middle data selector between the data storage unit 256 and the lowermost output driver 322. However, this may be two or more stages. .

その場合、図9および図10に示すように、複数の出力ドライバ320*(*は段を示すa〜z)および出力ドライバ322のうちの下段側が、自身よりも上段側の出力データをバスライン18a〜18zを介して受けて、さらに自身よりも下段側に送るように構成する。最下段の出力ドライバ322を頂点とし、最上段のD型フリップフロップ310を底辺とする出力ドライバ群の逆ピラミッド構成を作るのである。   In this case, as shown in FIG. 9 and FIG. 10, the lower side of the output drivers 320 * (* indicates az indicating the stage) and the output driver 322 sends the output data on the upper stage side of itself to the bus line. It receives via 18a-18z, and is comprised so that it may send to the lower stage side rather than itself. An inverted pyramid configuration of the output driver group having the topmost output driver 322 as the apex and the topmost D-type flip-flop 310 as the base is created.

なお、図では、各段の出力ドライバ320a〜320z,322の出力イネーブル端子を制御するORゲート(360a〜360z,362となる)を割愛して示しているが、前段側のORゲート出力を順に利用して、各段のグループ分けに対応するように設ける。   In the figure, the OR gates (360a to 360z and 362) for controlling the output enable terminals of the output drivers 320a to 320z and 322 in each stage are omitted, but the OR gate outputs on the previous stage side are sequentially shown. It is provided so as to correspond to the grouping of each stage.

これらの場合にも、水平信号線18に接続される出力ドライバ322は、図9に示すように最下段の出力ドライバ320zの出力側のバスライン18zを共通接続して1つ設けるようにしてもよいし、図10に示すように最下段の出力ドライバ320zの出力側のバスライン18zをグループ分けして、そのグループに対して1つずつ設けるようにしてもよい。   Also in these cases, one output driver 322 connected to the horizontal signal line 18 may be provided by commonly connecting the output side bus line 18z of the lowermost output driver 320z as shown in FIG. Alternatively, as shown in FIG. 10, the bus lines 18z on the output side of the output driver 320z at the lowest stage may be grouped and provided one for each group.

このような構成でも、原理的に、水平信号線18に対する寄生容量に影響を与えるのは、専ら、最下段の出力ドライバ322のみであり、水平信号線18の負荷容量を極めて少なくできる。   Even in such a configuration, in principle, only the lowermost output driver 322 affects the parasitic capacitance with respect to the horizontal signal line 18, and the load capacity of the horizontal signal line 18 can be extremely reduced.

一方、図11に示す第3例(その5)のカラム処理部26では、グループ分けを行なわず、全列のデータ記憶部256(D型フリップフロップ310)に対して共通に1つの出力ドライバ320を設けている。出力ドライバ320は、その出力をバスラインである水平信号線18を介して出力回路28に接続し、出力イネーブル端子OEには、ORゲート360からのブロック選択信号φN_1〜φN_nに代えて、出力ドライバ320の動作を有効にする出力許可信号OEN を通信・タイミング制御部20から入力する。   On the other hand, in the column processing unit 26 of the third example (No. 5) shown in FIG. 11, no grouping is performed, and one output driver 320 is commonly used for the data storage units 256 (D-type flip-flops 310) of all columns. Is provided. The output driver 320 connects its output to the output circuit 28 via the horizontal signal line 18 that is a bus line, and the output enable terminal OE replaces the block selection signals φN_1 to φN_n from the OR gate 360 with the output driver. An output permission signal OEN that enables the operation of 320 is input from the communication / timing control unit 20.

出力ドライバ320は、出力許可信号OEN がアクティブ(本例ではH(ハイ)レベルとする)のときに(つまり出力イネーブル端子OEがHレベルのときに)、入力された情報を、水平信号線18を介して出力回路28に転送する。各列のD型フリップフロップ310の出力イネーブル機能で、事実上のデータセレクタが構成され、そのセレクト出力を出力ドライバ320を介して水平信号線18に出力するようにしている。   When the output enable signal OEN is active (in this example, set to H (high) level) (that is, when the output enable terminal OE is at H level), the output driver 320 sends the input information to the horizontal signal line 18. To the output circuit 28. The output enable function of the D-type flip-flop 310 of each column constitutes a de facto data selector, and the select output is output to the horizontal signal line 18 via the output driver 320.

図7〜図10と図11との対比からも推測されるように、第3例(その5)の構成では、出力ドライバ320の出力側に接続されるバスラインである水平信号線18が使用される回路形式を、列全体を1つの纏まりにして単純なデータセレクタ方式でデータ転送する仕組みに変更し、1つの出力ドライバ320で水平信号線18(バスライン)に接続することにより、水平信号線18に接続される負荷容量を大幅に減らし、結果として高速動作を実現するようにしている。   As can be inferred from the comparison between FIGS. 7 to 10 and FIG. 11, in the configuration of the third example (No. 5), the horizontal signal line 18 that is a bus line connected to the output side of the output driver 320 is used. The circuit format is changed to a mechanism in which data is transferred by a simple data selector method with the entire column as one unit, and the horizontal signal line 18 (bus line) is connected by one output driver 320, thereby generating a horizontal signal. The load capacity connected to the line 18 is greatly reduced, and as a result, high-speed operation is realized.

<撮像装置>
図12は、前述の本実施形態の固体撮像装置1と同様の仕組みを利用した物理情報取得装置の一例である撮像装置(カメラシステム)の概略構成を示す図である。この撮像装置8は、可視光カラー画像を得る撮像装置になっている。
<Imaging device>
FIG. 12 is a diagram illustrating a schematic configuration of an imaging apparatus (camera system) which is an example of a physical information acquisition apparatus using a mechanism similar to that of the solid-state imaging apparatus 1 of the present embodiment described above. The imaging device 8 is an imaging device that obtains a visible light color image.

具体的には、撮像装置8は、太陽光や蛍光灯などの光源801の下にある被写体Zの像を担持する光Lを撮像装置側に導光して結像させる撮影レンズ802と、光学ローパスフィルタ804と、たとえばR,G,Bの色フィルタがベイヤー配列とされている色フィルタ群812と、画素アレイ部10と、画素アレイ部10を駆動する駆動制御部7と、画素アレイ部10から出力された画素信号に対してCDS処理やAD変換処理などを施すカラム処理部26と、カラム処理部26から出力された撮像データを処理するカメラ信号処理部810を備えている。   Specifically, the imaging device 8 includes a photographing lens 802 that guides light L carrying an image of the subject Z under the light source 801 such as sunlight or a fluorescent lamp to the imaging device side, and an optical lens. A low-pass filter 804, a color filter group 812 in which, for example, R, G, and B color filters are arranged in a Bayer array, a pixel array unit 10, a drive control unit 7 that drives the pixel array unit 10, and a pixel array unit 10 A column processing unit 26 that performs CDS processing, AD conversion processing, and the like on the pixel signal output from, and a camera signal processing unit 810 that processes imaging data output from the column processing unit 26.

カメラ信号処理部810は、撮像信号処理部820と、撮像装置8の全体を制御する主制御部として機能するカメラ制御部900とを有する。撮像信号処理部820は、色フィルタとして原色フィルタ以外のものが使用されているときにカラム処理部26のカラムAD回路25b(図1を参照)から供給されるデジタル撮像信号をR(赤),G(緑),B(青)の原色信号に分離する原色分離機能を具備した信号分離部822と、信号分離部822によって分離された原色信号R,G,Bに基づいて色信号Cに関しての信号処理を行なう色信号処理部830とを有する。   The camera signal processing unit 810 includes an imaging signal processing unit 820 and a camera control unit 900 that functions as a main control unit that controls the entire imaging apparatus 8. The imaging signal processing unit 820 outputs a digital imaging signal supplied from the column AD circuit 25b (see FIG. 1) of the column processing unit 26 as R (red), when a color filter other than the primary color filter is used. A signal separation unit 822 having a primary color separation function for separating primary color signals of G (green) and B (blue), and a color signal C based on the primary color signals R, G, and B separated by the signal separation unit 822 And a color signal processing unit 830 that performs signal processing.

また撮像信号処理部820は、信号分離部822によって分離された原色信号R,G,Bに基づいて輝度信号Yに関しての信号処理を行なう輝度信号処理部840と、輝度信号Y/色信号Cに基づいて映像信号VDを生成するエンコーダ部860とを有する。   The imaging signal processing unit 820 also converts the luminance signal Y / color signal C into a luminance signal processing unit 840 that performs signal processing on the luminance signal Y based on the primary color signals R, G, and B separated by the signal separation unit 822. And an encoder unit 860 that generates a video signal VD based on the encoder 860.

本実施形態のカメラ制御部900は、コンピュータが行なう演算と制御の機能を超小型の集積回路に集約させたCPU(Central Processing Unit )を代表例とする電子計算機の中枢をなすマイクロプロセッサ(microprocessor)902と、読出専用の記憶部であるROM(Read Only Memory)904、随時書込みおよび読出しが可能であるとともに揮発性の記憶部の一例であるRAM(Random Access Memory)906と、図示を割愛したその他の周辺部材を有している。マイクロプロセッサ902、ROM904、およびRAM906を纏めて、マイクロコンピュータ(microcomputer )とも称する。   The camera control unit 900 of the present embodiment is a microprocessor that forms the center of an electronic computer whose representative example is a CPU (Central Processing Unit) in which calculation and control functions performed by a computer are integrated into an ultra-small integrated circuit. 902, a ROM (Read Only Memory) 904 that is a read-only storage unit, a RAM (Random Access Memory) 906 that is an example of a volatile storage unit that can be written and read at any time, and others that are not illustrated The peripheral member is included. The microprocessor 902, the ROM 904, and the RAM 906 are collectively referred to as a microcomputer.

なお、上記において“揮発性の記憶部”とは、装置の電源がオフされた場合には、記憶内容を消滅してしまう形態の記憶部を意味する。一方、“不揮発性の記憶部”とは、装置のメイン電源がオフされた場合でも、記憶内容を保持し続ける形態の記憶部を意味する。記憶内容を保持し続けることができるものであればよく、半導体製のメモリ素子自体が不揮発性を有するものに限らず、バックアップ電源を備えることで、揮発性のメモリ素子を“不揮発性”を呈するように構成するものであってもよい。   In the above description, the “volatile storage unit” means a storage unit in which the stored contents are lost when the power of the apparatus is turned off. On the other hand, the “nonvolatile storage unit” means a storage unit in a form that keeps stored contents even when the main power supply of the apparatus is turned off. Any memory device can be used as long as it can retain the stored contents. The semiconductor memory device itself is not limited to a nonvolatile memory device, and a backup power supply is provided to make a volatile memory device “nonvolatile”. You may comprise as follows.

カメラ制御部900は、システム全体を制御するものである。ROM904にはカメラ制御部900の制御プログラムなどが格納されているが、特に本例では、カメラ制御部900によって、各種の制御パルスのオン/オフタイミングを設定するためのプログラムが格納されている。RAM906にはカメラ制御部900が各種処理を行なうためのデータなどが格納されている。   The camera control unit 900 controls the entire system. The ROM 904 stores a control program for the camera control unit 900. In this example, in particular, the camera control unit 900 stores a program for setting on / off timings of various control pulses. The RAM 906 stores data for the camera control unit 900 to perform various processes.

また、カメラ制御部900は、メモリカードなどの記録媒体924を挿脱可能に構成し、またインターネットなどの通信網との接続が可能に構成している。たとえば、カメラ制御部900は、マイクロプロセッサ902、ROM904、およびRAM906の他に、メモリ読出部907および通信I/F(インタフェース)908を備える。   The camera control unit 900 is configured so that a recording medium 924 such as a memory card can be inserted and removed, and can be connected to a communication network such as the Internet. For example, the camera control unit 900 includes a memory reading unit 907 and a communication I / F (interface) 908 in addition to the microprocessor 902, the ROM 904, and the RAM 906.

記録媒体924は、たとえば、マイクロプロセッサ902にソフトウェア処理をさせるためのプログラムデータや、輝度信号処理部840からの輝度系信号に基づく測光データDLの収束範囲や露光制御処理(電子シャッタ制御を含む)のための各種の制御パルスのオン/オフタイミングなど、様々な設定値などのデータを登録するなどのために利用される。   The recording medium 924 includes, for example, program data for causing the microprocessor 902 to perform software processing, a convergence range of the photometric data DL based on the luminance system signal from the luminance signal processing unit 840, and exposure control processing (including electronic shutter control). It is used for registering data such as various set values such as on / off timing of various control pulses for the purpose.

メモリ読出部907は、記録媒体924から読み出したデータをRAM906に格納(インストール)する。通信I/F908は、インターネットなどの通信網との間の通信データの受け渡しを仲介する。   The memory reading unit 907 stores (installs) the data read from the recording medium 924 in the RAM 906. The communication I / F 908 mediates transfer of communication data with a communication network such as the Internet.

なお、このような撮像装置8は、駆動制御部7およびカラム処理部26を、画素アレイ部10と別体にしてモジュール状のもので示しているが、固体撮像装置1について述べたように、これらが画素アレイ部10と同一の半導体基板上に一体的に形成されたワンチップものの固体撮像装置1を利用してもよいのは言うまでもない。   In addition, although such an imaging device 8 shows the drive control unit 7 and the column processing unit 26 in a module form separately from the pixel array unit 10, as described for the solid-state imaging device 1, Needless to say, the one-chip solid-state imaging device 1 integrally formed on the same semiconductor substrate as the pixel array unit 10 may be used.

また、図では、画素アレイ部10や駆動制御部7やカラム処理部26やカメラ信号処理部810の他に、撮影レンズ802、光学ローパスフィルタ804、あるいは赤外光カットフィルタ805などの光学系をも含む状態で、撮像装置8を示しており、この態様は、これらを纏めてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態とする場合に好適である。   In the figure, in addition to the pixel array unit 10, the drive control unit 7, the column processing unit 26, and the camera signal processing unit 810, an optical system such as a photographing lens 802, an optical low-pass filter 804, or an infrared light cut filter 805 is provided. In this state, the imaging device 8 is shown. This aspect is suitable for a module-like form having an imaging function packaged together.

ここで、前述の固体撮像装置1におけるモジュールとの関係においては、図示のように、画素アレイ部10(撮像部)と、AD変換機能や差分(CDS)処理機能を具備したカラム処理部26などの画素アレイ部10側と密接に関連した信号処理部(カラム処理部26の後段のカメラ信号処理部は除く)が纏めてパッケージングされた状態で撮像機能を有するモジュール状の形態で固体撮像装置1を提供するようにし、そのモジュール状の形態で提供された固体撮像装置1の後段に、残りの信号処理部であるカメラ信号処理部810を設けて撮像装置8の全体を構成するようにしてもよい。   Here, in relation to the modules in the solid-state imaging device 1 described above, as shown in the figure, the pixel array unit 10 (imaging unit), the column processing unit 26 having an AD conversion function and a difference (CDS) processing function, and the like A solid-state imaging device in the form of a module having an imaging function in a state where signal processing units closely related to the pixel array unit 10 side (excluding the camera signal processing unit following the column processing unit 26) are packaged together 1 is provided, and a camera signal processing unit 810, which is the remaining signal processing unit, is provided in the subsequent stage of the solid-state imaging device 1 provided in the module form so that the entire imaging device 8 is configured. Also good.

または、図示を割愛するが、画素アレイ部10と撮影レンズ802などの光学系とが纏めてパッケージングされた状態で撮像機能を有するモジュール状の形態で固体撮像装置1を提供するようにし、そのモジュール状の形態で提供された固体撮像装置1に加えて、カメラ信号処理部810をもモジュール内に設けて、撮像装置8の全体を構成するようにしてもよい。   Alternatively, although not shown, the solid-state imaging device 1 is provided in a modular form having an imaging function in a state where the pixel array unit 10 and the optical system such as the photographing lens 802 are packaged together. In addition to the solid-state imaging device 1 provided in the form of a module, a camera signal processing unit 810 may be provided in the module to constitute the entire imaging device 8.

また、固体撮像装置1におけるモジュールの形態として、カメラ信号処理部200に相当するカメラ信号処理部810を含めてもよく、この場合には、事実上、固体撮像装置1と撮像装置8とが同一のものと見なすこともできる。   Further, as a module form in the solid-state imaging device 1, a camera signal processing unit 810 corresponding to the camera signal processing unit 200 may be included. In this case, the solid-state imaging device 1 and the imaging device 8 are practically the same. It can also be regarded as a thing.

このような撮像装置8は、「撮像」を行なうための、たとえば、カメラや撮像機能を有する携帯機器として提供される。なお、「撮像」は、通常のカメラ撮影時の像の撮り込みだけではなく、広義の意味として、指紋検出なども含むものである。   Such an imaging device 8 is provided as a portable device having an imaging function, for example, for performing “imaging”. Note that “imaging” includes not only capturing an image during normal camera shooting but also includes fingerprint detection in a broad sense.

このような構成の撮像装置8においては、前述の固体撮像装置1の全ての機能を包含して構成されており、前述の固体撮像装置1の基本的な構成および動作と同様とすることができ、カラム処理部26や水平走査部12として、前述の各方式の何れかを適用することで、水平データ転送おける水平信号線18上の負荷容量の問題を解決できる。   The imaging device 8 having such a configuration is configured to include all the functions of the solid-state imaging device 1 described above, and can be the same as the basic configuration and operation of the solid-state imaging device 1 described above. By applying any of the above-described methods as the column processing unit 26 or the horizontal scanning unit 12, the problem of the load capacity on the horizontal signal line 18 in horizontal data transfer can be solved.

本発明に係る固体撮像装置の一実施形態であるCMOS固体撮像装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the CMOS solid-state imaging device which is one Embodiment of the solid-state imaging device concerning this invention. カラム処理部の詳細構成の第1例を示す図である。It is a figure which shows the 1st example of a detailed structure of a column process part. 図2に示す第1例のカラム処理部の構成に対する比較例(以下比較例と称する)を示す図である。It is a figure which shows the comparative example (henceforth a comparative example) with respect to the structure of the column process part of the 1st example shown in FIG. 図2に示した第1例のカラム処理部の動作を説明するタイミングチャートである。3 is a timing chart for explaining the operation of the column processing unit of the first example shown in FIG. 2. カラム処理部の詳細構成の第2例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of a detailed structure of a column process part. 第1例と第2例の効果を比較した図である。It is the figure which compared the effect of the 1st example and the 2nd example. カラム処理部の詳細構成の第3例(その1)を示す図である。It is a figure which shows the 3rd example (the 1) of a detailed structure of a column process part. カラム処理部の詳細構成の第3例(その2)を示す図である。It is a figure which shows the 3rd example (the 2) of a detailed structure of a column process part. カラム処理部の詳細構成の第3例(その3)を示す図である。It is a figure which shows the 3rd example (the 3) of a detailed structure of a column process part. カラム処理部の詳細構成の第3例(その4)を示す図である。It is a figure which shows the 3rd example (the 4) of a detailed structure of a column process part. カラム処理部の詳細構成の第3例(その5)を示す図である。It is a figure which shows the 3rd example (the 5) of a detailed structure of a column process part. 本実施形態の固体撮像装置と同様の仕組みを利用した物理情報取得装置の一例である撮像装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the imaging device which is an example of the physical information acquisition apparatus using the structure similar to the solid-state imaging device of this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…固体撮像装置、10…画素アレイ部、12…水平走査部、12a…水平デコーダ、12b…水平駆動部、14…垂直走査部、14a…垂直デコーダ、14b…垂直駆動部、15…行制御線、18…水平信号線、19…垂直信号線、20…通信・タイミング制御部、24…読出電流源部、25…カラムAD回路、256…データ記憶部、258…ロード・シフト選択セレクタ(データ切替部)、25a…差分処理部、25b…AD変換部、26…カラム処理部、28…出力回路、3…単位画素、300…水平転送サブブロック、310…D型フリップフロップ(データ保持部)、320,322…出力ドライバ、340…クロック生成部、7…駆動制御部、8…撮像装置、900…カメラ制御部(主制御部)   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid-state imaging device, 10 ... Pixel array part, 12 ... Horizontal scanning part, 12a ... Horizontal decoder, 12b ... Horizontal drive part, 14 ... Vertical scanning part, 14a ... Vertical decoder, 14b ... Vertical drive part, 15 ... Row control Line 18, Horizontal signal line 19, Vertical signal line 20, Communication / timing control section 24, Read current source section 25, Column AD circuit 256, Data storage section 258 Load / shift selection selector (data Switching unit), 25a ... difference processing unit, 25b ... AD conversion unit, 26 ... column processing unit, 28 ... output circuit, 3 ... unit pixel, 300 ... horizontal transfer sub-block, 310 ... D-type flip-flop (data holding unit) 320, 322,... Output driver, 340, clock generation unit, 7 ... drive control unit, 8 ... imaging device, 900 ... camera control unit (main control unit)

Claims (11)

単位画素が行列状に配列された画素アレイ部と、
前記画素アレイ部の各単位画素からアナログの画素信号を読み出す垂直走査部と、
前記画素アレイ部の各単位画素から読み出されたアナログの画素信号をデジタルデータに変換する列ごとに設けられたAD変換部と、
各列の前記AD変換部の後段にそれぞれ設けられ、前記AD変換部で変換されたデジタルデータを保持するデータ保持部と、
前記データ保持部の後段に設けられた、当該データ保持部の全列数よりも少ない数の出力ドライバと、
前記出力ドライバから出力されるデジタルデータを後段回路に転送する水平走査部と
を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
A pixel array unit in which unit pixels are arranged in a matrix;
A vertical scanning unit that reads an analog pixel signal from each unit pixel of the pixel array unit;
An AD conversion unit provided for each column for converting an analog pixel signal read from each unit pixel of the pixel array unit into digital data;
A data holding unit that is provided in a subsequent stage of the AD conversion unit of each column and holds digital data converted by the AD conversion unit;
A lower number of output drivers than the total number of columns of the data holding unit provided in the subsequent stage of the data holding unit;
A solid-state imaging device comprising: a horizontal scanning unit that transfers digital data output from the output driver to a subsequent circuit.
前記垂直走査部は、前記画素アレイ部の各単位画素から行ごとにアナログの画素信号を読み出す
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the vertical scanning unit reads an analog pixel signal for each row from each unit pixel of the pixel array unit.
前記データ保持部の全列をそれぞれが複数列を含む複数ブロックに分け、1ブロックにつき、1つの前記データ保持部の後段に前記出力ドライバが1つ設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
2. All the columns of the data holding unit are divided into a plurality of blocks each including a plurality of columns, and one output driver is provided after one data holding unit per block. The solid-state imaging device described in 1.
データ出力動作に関わりを持たない無効なブロックの回路動作を停止させておく
ことを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the circuit operation of an invalid block not related to the data output operation is stopped.
前記データ保持部の全列につき、何れか1つの前記データ保持部の後段に前記出力ドライバが1つ設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein one output driver is provided in a subsequent stage of any one of the data holding units for all columns of the data holding unit.
列ごとに、前記AD変換部と前記データ保持部との間にデータ切替部を備え、
前記データ切替部は、一方の入力が自列の前記AD変換部の出力側に接続され、他方の入力が他列の前記データ保持部の出力側に接続され、自列の前記AD変換部で変換されたデジタルデータを自列の前記データ保持部へ転送し、その後、他列の前記データ保持部から出力されるデジタルデータを自列の前記データ保持部へ転送し、
前記水平走査部は、前記データ保持部に、データシフト動作を可能にするクロックを供給し、
前記出力ドライバは、前記データシフト動作の先頭部に位置する前記データ保持部の後段に設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
For each column, a data switching unit is provided between the AD conversion unit and the data holding unit,
In the data switching unit, one input is connected to the output side of the AD conversion unit of the own column, the other input is connected to the output side of the data holding unit of the other column, and the AD conversion unit of the own column Transfer the converted digital data to the data holding unit of the own column, and then transfer the digital data output from the data holding unit of the other column to the data holding unit of the own column,
The horizontal scanning unit supplies a clock that enables a data shift operation to the data holding unit,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the output driver is provided at a subsequent stage of the data holding unit positioned at a head part of the data shift operation.
前記出力ドライバは、前記データ保持部の全列をそれぞれが複数列を含む複数ブロックに分けたブロックごとに設けられており、
前記水平走査部は、前記データシフト動作を有効とするブロックを順次切り替えることで、全列のデータを前記後段回路に順次転送する
ことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置。
The output driver is provided for each block in which all columns of the data holding unit are divided into a plurality of blocks each including a plurality of columns.
The solid-state imaging device according to claim 6, wherein the horizontal scanning unit sequentially transfers data of all columns to the subsequent stage circuit by sequentially switching blocks that enable the data shift operation.
前記水平走査部は、前記データシフト動作が無効なブロックへの前記クロックの供給を停止する
ことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 6, wherein the horizontal scanning unit stops supplying the clock to a block in which the data shift operation is invalid.
前記出力ドライバは、全列に対して1つ設けられている
ことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 6, wherein one output driver is provided for all columns.
前記データシフト動作の末端に位置する前記データ切替部の他方の入力は、一定の論理レベルが入力される
ことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 6, wherein a constant logic level is input to the other input of the data switching unit located at the end of the data shift operation.
単位画素が行列状に配列された画素アレイ部と、
前記画素アレイ部の各単位画素からアナログの画素信号を読み出す垂直走査部と、
前記画素アレイ部の各単位画素から行ごとに読み出されたアナログの画素信号をデジタルデータに変換する列ごとに設けられたAD変換部と、
各列の前記AD変換部の後段にそれぞれ設けられ、前記AD変換部で変換されたデジタルデータを記憶するデータ保持部と、
前記データ保持部の後段に設けられた、当該データ保持部の全列数よりも少ない数の出力ドライバと、
前記出力ドライバから出力されるデジタルデータを後段回路に転送する水平走査部と、
前記垂直走査部および前記水平走査部を制御するための制御情報を生成する主制御部と
を備えたことを特徴とする撮像装置。
A pixel array unit in which unit pixels are arranged in a matrix;
A vertical scanning unit that reads an analog pixel signal from each unit pixel of the pixel array unit;
An AD conversion unit provided for each column for converting an analog pixel signal read from each unit pixel of the pixel array unit for each row into digital data;
A data holding unit that is provided in a subsequent stage of the AD conversion unit of each column and stores digital data converted by the AD conversion unit;
A lower number of output drivers than the total number of columns of the data holding unit provided in the subsequent stage of the data holding unit;
A horizontal scanning unit for transferring digital data output from the output driver to a subsequent circuit;
An imaging apparatus comprising: a main control unit that generates control information for controlling the vertical scanning unit and the horizontal scanning unit.
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