JP2021129281A5 - 撮像素子及び撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明は、アナログデジタル変換器を搭載した撮像素子及び撮像装置に関する。
上記目的を達成するために、本発明の撮像素子は、入射した光量に応じた電気信号を生成する光電変換素子と、当該光電変換素子から転送された電気信号を電圧に変換する変換部と、をそれぞれが有する複数の画素と、前記画素から出力された電圧を、デジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、を有し、当該アナログデジタル変換器が、時間と共に電圧が変化する参照信号であって、前記電圧が変化し始めてから予め決められた第1の時間に、一定の傾きで電圧が変化し、前記第1の時間経過後の第2の時間に、時間と共に電圧の傾きが大きくなる参照信号を生成する生成手段と、前記参照信号と、外部から入力した電圧とを比較し、比較結果を出力する比較手段と、前記参照信号の電圧が変化し始めてから、前記比較結果が反転するまでの時間を、予め決められた第1の周期でカウントするカウント手段と、前記光電変換素子から電気信号を転送する前にリセットされた前記変換部のリセット電圧に対応する第1のカウント値を記憶する第1の記憶手段と、前記光電変換素子から電気信号を転送した後の前記変換部の信号電圧に対応する第2のカウント値を記憶する第2の記憶手段と、補正手段と、と有し、前記アナログデジタル変換器は、前記第1のカウント値と前記第2のカウント値との差と、前記第1のカウント値とを出力し、前記補正手段は、非線形な関係を線形な関係に変換可能な複数の補正関数から選択された補正関数を用いて、前記第1のカウント値に基づいて、前記差を補正する。
第1のN+S変換期間と第2のN+S変換期間中(t509~t512)、参照信号VREFと出力線104の電圧VOLが同じ電圧になると、比較器301が反転し、カウント値がN+S信号用ラッチ回路303に保存される(t511)。第2のN+S変換期間において参照信号VREFの傾きを連続的に大きくすることで、参照信号の段差によるデジタル信号段差を抑制しつつ、一定の傾きの参照信号を用いた場合のAD変換期間と比較して、AD変換期間を短縮することができる。
画素信号の読み出し完了後は、水平選択回路131で順次列を選択することで、選択された列からデジタル信号を読み出し、出力部141を介して撮像素子100から出力する。なお、デジタル信号の読み出し時には、差分回路304を用いてN+S信号用ラッチ回路303に保存されたデジタル信号からN信号用ラッチ回路302に保存されたデジタル信号を減算した信号を出力信号1として読み出す。また、読み出し前に予め信号ビット選択回路305に設定されたビット数に応じて、N信号用ラッチ回路302に保存された信号の上位ビットまたは全ビットを出力信号2として読み出す。また、予め設定されたビット数が0の場合は、出力信号2を読み出さない。
メモリ部704は画像データを一時的に記憶するためのメモリとして機能する。表示部705は各種情報や画像を表示するデバイスである。記録部706は、画像データの記録や読み出しを行うための着脱可能な、例えば半導体メモリである。操作部707は、撮像装置の各種インターフェースであり、操作部707を介したユーザからの指示に従って、全体制御演算部703が、撮像装置の各構成を制御する。
Claims (13)
- 入射した光量に応じた電気信号を生成する光電変換素子と、当該光電変換素子から転送された電気信号を電圧に変換する変換部と、をそれぞれが有する複数の画素と、
前記画素から出力された電圧を、デジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、を有し、当該アナログデジタル変換器が、
時間と共に電圧が変化する参照信号であって、前記電圧が変化し始めてから予め決められた第1の時間に、一定の傾きで電圧が変化し、前記第1の時間経過後の第2の時間に、時間と共に電圧の傾きが大きくなる参照信号を生成する生成手段と、
前記参照信号と、外部から入力した電圧とを比較し、比較結果を出力する比較手段と、
前記参照信号の電圧が変化し始めてから、前記比較結果が反転するまでの時間を、予め決められた第1の周期でカウントするカウント手段と、
前記光電変換素子から電気信号を転送する前にリセットされた前記変換部のリセット電圧に対応する第1のカウント値を記憶する第1の記憶手段と、
前記光電変換素子から電気信号を転送した後の前記変換部の信号電圧に対応する第2のカウント値を記憶する第2の記憶手段と、
補正手段と、と有し、
前記アナログデジタル変換器は、前記第1のカウント値と前記第2のカウント値との差と、前記第1のカウント値とを出力し、
前記補正手段は、非線形な関係を線形な関係に変換可能な複数の補正関数から選択された補正関数を用いて、前記第1のカウント値に基づいて、前記差を補正する
ことを特徴とする撮像素子。 - 前記第2の時間における前記参照信号の電圧の変化が、時間または前記第1の周期の1.5次関数であることを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。
- 前記生成手段は、
抵抗値が等しい予め決められた数の抵抗と、当該抵抗の抵抗値よりも大きく、かつ、抵抗値が互いに異なる複数の抵抗とを、抵抗値の小さい順に直列に接続した抵抗群を有し、
前記抵抗群の両端の一方に第1の電圧を、他方に前記第1の電圧よりも小さい第2の電圧をかけ、前記第1の電圧と前記第2の電圧との間の前記複数の抵抗の複数の接点から、予め決められた第2の周期で、前記抵抗群の両端の一方から、他方に向けて、順次、電圧を読み出すことで前記参照信号を生成する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の撮像素子。 - 前記生成手段は、前記抵抗値が小さい方から、大きい方に向けて、順次、電圧を読み出すことを特徴とする請求項3に記載の撮像素子。
- 前記生成手段は、前記抵抗値が大きい方から、小さい方に向けて、順次、電圧を読み出すことを特徴とする請求項3に記載の撮像素子。
- 前記第2の時間の前記参照信号の電圧が、時間または前記第1の周期の1.5次関数となるように、前記抵抗群の各抵抗の抵抗値及び前記第2の周期を設定したことを特徴とする請求項3乃至5のいずれか1項に記載の撮像素子。
- 前記光電変換素子の露光時間が第3の時間である場合に、前記露光時間が当該第3の時間よりも短い第4の時間である場合よりも、前記第1の時間を長くすることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像素子。
- 前記撮像素子の温度が第1の温度である場合に、前記撮像素子の温度が当該第1の温度よりも低い第2の温度である場合よりも、前記第1の時間を長くすることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の撮像素子。
- 前記参照信号の傾きを小さくするように設定された場合に、設定されていない場合よりも、前記第1の時間を長くするように制御することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮像素子。
- 前記比較手段が、前記第1の時間の間に前記リセット電圧と前記参照信号とを比較し、前記第1の時間及び前記第2の時間の間に前記信号電圧と前記参照信号とを比較するように、前記生成手段を制御することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の撮像素子。
- 前記リセット電圧と前記参照信号とを比較するために前記参照信号の電圧を変化させる時間は、前記信号電圧と前記参照信号とを比較する際の前記第1の時間よりも短いことを特徴とする請求項10に記載の撮像素子。
- 撮像素子と、
前記撮像素子から出力されたデジタル信号を補正する補正手段と、を有し、
前記撮像素子が、
入射した光量に応じた電気信号を生成する光電変換素子と、当該光電変換素子から転送された電気信号を電圧に変換する変換部と、をそれぞれが有する複数の画素と、
前記画素から出力された電圧を、デジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、を有し、当該アナログデジタル変換器が、
時間と共に電圧が変化する参照信号であって、前記電圧が変化し始めてから予め決められた第1の時間に、一定の傾きで電圧が変化し、前記第1の時間経過後の第2の時間に、時間と共に電圧の傾きが大きくなる参照信号を生成する生成手段と、
前記参照信号と、外部から入力した電圧とを比較し、比較結果を出力する比較手段と、
前記参照信号の電圧が変化し始めてから、前記比較結果が反転するまでの時間を、予め決められた第1の周期でカウントするカウント手段と、
前記光電変換素子から電気信号を転送する前にリセットされた前記変換部のリセット電圧に対応する第1のカウント値を記憶する第1の記憶手段と、
前記光電変換素子から電気信号を転送した後の前記変換部の信号電圧に対応する第2のカウント値を記憶する第2の記憶手段と、を有し、
前記アナログデジタル変換器は、前記第1のカウント値と前記第2のカウント値との差と、予め決められたビット数の前記第1のカウント値を出力し、
前記補正手段は、非線形な関係を線形な関係に変換可能な複数の補正関数から選択された補正関数を用いて、前記予め決められたビット数の前記第1のカウント値に基づいて、前記差を補正することを特徴とする撮像装置。 - 撮影モードを設定する設定手段を更に有し、
前記撮影モードとして連続して撮影を行うモードが設定されている場合に、単写モードが設定されている場合よりも、前記予め決められたビット数を小さくすることを特徴とする請求項12に記載の撮像装置。
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