JP4588787B2 - 固体撮像素子及び撮像方法 - Google Patents
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Description
従来の固体撮像素子500は、画素アレイ501、読み出し回路部502、カラムADC回路部503、ラッチ/シリアルパラレル変換回路504、DAC(Digital Analogue Converter)回路505、コンパレータ506、タイミング発生回路507、ランプ信号発生回路508を有する。
ラッチ/シリアルパラレル変換回路504は、カラムADC回路部503で得られたデジタル値の画素信号をラッチして、シリアルパラレル変換を行い、パラレルデータとして出力する。
ここでは、カラムCDS回路部502bにおいて、1つのカラムに設けられたカラムCDS回路510を示している。
ここでは、図8で示した画素アレイ501の連続する水平ラインH1、H2における画素素子から読み出された画素信号を示しており、上図が読み出し回路部502に入力される画素信号、下図がカラムADC回路部503に入力される画素信号を示している。
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。
図1は、第1の実施の形態の固体撮像素子の構成を示す図である。
第1の実施の形態の固体撮像素子100aは、画素アレイ101、読み出し回路部102、カラムADC回路部103、ラッチ/シリアルパラレル変換回路104、アンプ回路105、タイミング発生回路106、ランプ信号発生回路107aを有する。
ラッチ/シリアルパラレル変換回路104は、カラムADC回路部103で得られたデジタル値の画素信号をラッチして、シリアルパラレル変換を行い、パラレルデータとして出力する。
ここでは、カラムCDS回路部102bにおいて、1つのカラムに設けられたカラムCDS回路110を示している。
読み出し回路部102は、図1の画素アレイ101の画素信号を、例えば上から下方向の走査方向で1水平ラインごとに読み出す。
ここでは、図1で示した画素アレイ101の連続する水平ラインH1、H2における画素素子から読み出された画素信号を示しており、上図が読み出し回路部102に入力される画素信号、下図がカラムADC回路部103に入力される画素信号を示している。
タイミングT1において、ランプ信号発生回路107aのスイッチS1、S4と、カラムCDS回路110のスイッチS5、S6をオンする。このときカラムCDS回路110のキャパシタC4に、画素素子(フォトダイオード)のリセット時に読み出されるリセット信号(ノイズ)を、基準電圧VREFを基準とした電圧値として保持させる。次に、タイミング信号によりスイッチS6をオフすると(タイミングT2)、積分時間(露光時間)に応じて蓄積された信号電荷が画素信号として、カラムアンプ回路部102aを介してキャパシタC3に保持される。このノイズ成分を含む画素信号は、キャパシタC4に保持された電圧値と減算され、ノイズ成分が除去される。そして、アンプ回路112からは、ノイズ成分が除去された画素信号と基準電圧VREFの和が出力され、カラムADC回路部103に入力される。
以上のように、第1の実施の形態の固体撮像素子100aは、1水平ライン前の遮光画素素子の画素信号で黒レベルを調整するのではなく、読み出した水平ラインの遮光画素素子の画素信号でAD変換の基準レベルを調整するので、水平ラインごとに暗電流成分がばらついても適切に黒レベルを調整し、暗電流成分を除去することができる。これにより、画像に横縞が発生することを防止することができる。また、実データを確実にAD変換することができ、解像度の低下による画質の低下を防止することができる。
図5は、第2の実施の形態の固体撮像素子の構成図である。
第1の実施の形態の固体撮像素子100aと同様の構成要素については、同一符号とし説明を省略する。
ここでは、図6で示した画素アレイ101の連続する水平ラインH1、H2における画素素子から読み出された画素信号を示しており、上図が読み出し回路部102に入力される画素信号、下図がカラムADC回路部103に入力される画素信号とAD変換範囲を示している。
このような画素アレイ201において、遮光画素領域201bは、水平ラインHの走査方向Aに対し、受光画素領域201aの左右に配置されている。このとき図1、図5で示したカラムCDS回路部102bからは、左右に配置された遮光画素領域201bにおける複数の遮光画素素子の画素信号の平均値が、ランプ信号発生回路107a、107bに入力され、ランプ信号発生回路107a、107bは、その平均値に応じてランプ信号の基準レベルを調整する。なお、左右どちらか一方の遮光画素領域201bの遮光画素素子の画素信号の平均値をランプ信号発生回路107a、107bに入力するようにしてもよい。
101 画素アレイ
101a 受光画素領域
101b 遮光画素領域
102 読み出し回路部
102a カラムアンプ回路部
102b カラムCDS回路部
103 カラムADC回路部
104 ラッチ/シリアルパラレル変換回路
105、1071 アンプ回路
106 タイミング発生回路
107a ランプ信号発生回路
1072 定電流源
Claims (10)
- 画素アレイの列ごとに設けられたアナログ・デジタル変換器を用いた固体撮像素子において、
各読み出し行に遮光画素素子を含むように、受光画素素子及び前記遮光画素素子が配置された画素アレイと、
前記画素アレイから前記読み出し行ごとに画素信号を読み出し、前記画素信号を前記アナログ・デジタル変換器に入力するとともに、前記遮光画素素子の画素信号を出力する読み出し回路部と、
前記読み出し回路部から出力された前記遮光画素素子の画素信号を取得し、取得した前記遮光画素素子の画素信号に応じて、前記読み出し行ごとにアナログ・デジタル変換の基準レベルを調整したランプ信号を生成し、前記ランプ信号を前記アナログ・デジタル変換器に入力するランプ信号発生回路と、
を有することを特徴とする固体撮像素子。 - 前記ランプ信号発生回路は、前記読み出し回路部から出力される複数の前記遮光画素素子の画素信号の平均値を取得することを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。
- 前記読み出し回路部は、前記画素アレイの列ごとに設けられたCDS回路を有し、前記CDS回路は、ノイズ除去後の前記遮光画素素子の画素信号を前記ランプ信号発生回路に出力することを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。
- 前記CDS回路は、ノイズ除去後の前記遮光画素素子の画素信号を保持するキャパシタを有し、
前記ランプ信号発生回路は、複数の前記CDS回路の前記キャパシタから平均化された前記遮光画素素子の画素信号を取得することを特徴とする請求項3記載の固体撮像素子。 - 複数の前記遮光画素素子からなる遮光画素領域は、前記読み出し行の走査方向に対し、複数の前記受光画素素子からなる受光画素領域の左右に配置され、
前記読み出し回路部は、左右両方または、左または右のどちらか一方の前記遮光画素領域の前記遮光画素素子の画素信号を出力し、
前記ランプ信号発生回路は、複数の前記遮光画素素子の画素信号の平均値を取得し、前記平均値に応じて前記基準レベルを調整することを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。 - 複数の前記遮光画素素子からなる遮光画素領域は、前記読み出し行の走査方向に対し、複数の前記受光画素素子からなる受光画素領域の左または右のどちらか一方に配置され、
前記読み出し回路部は、前記遮光画素領域の前記遮光画素素子の画素信号を出力し、
前記ランプ信号発生回路は、複数の前記遮光画素素子の画素信号の平均値を取得し、前記平均値に応じて前記基準レベルを調整することを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。 - 前記ランプ信号発生回路は、前記遮光画素素子の画素信号にオフセット電圧を加えることで、前記基準レベルを調整するオフセット回路を有することを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。
- 画素アレイの列ごとに設けられたアナログ・デジタル変換器を用いた固体撮像素子の撮像方法において、
各読み出し行に遮光画素素子を含むように、受光画素素子及び前記遮光画素素子が配置された画素アレイから前記読み出し行ごとに画素信号を読み出し、
前記画素信号を前記アナログ・デジタル変換器に入力するとともに、前記遮光画素素子の画素信号に応じて、前記読み出し行ごとにアナログ・デジタル変換の基準レベルを調整したランプ信号を生成し、
前記ランプ信号を前記アナログ・デジタル変換器に入力することを特徴とする撮像方法。 - 読み出した複数の前記遮光画素素子の画素信号の平均値に応じて、前記基準レベルを調整することを特徴とする請求項8記載の撮像方法。
- 画素アレイの列ごとに設けられたアナログ・デジタル変換器を用いた固体撮像素子において、
各読み出し行に遮光画素素子を含むように、受光画素素子及び前記遮光画素素子が配置された画素アレイと、
前記画素アレイから前記読み出し行ごとに画素信号を読み出し、前記画素信号を前記アナログ・デジタル変換器に入力するとともに、前記遮光画素素子の前記画素信号を出力する読み出し回路部と、を有し、
前記アナログ・デジタル変換器は、前記読み出し回路部から出力された前記遮光画素素子の前記画素信号に応じてランプ信号発生回路から前記読み出し行ごとに出力される、アナログ・デジタル変換の基準レベルを調整したランプ信号に基づいて、前記読み出し行ごとに前記基準レベルを調整すること、を特徴とする固体撮像素子。
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