JP6320435B2 - 撮像装置および撮像システム - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施形態による撮像素子100の概略構成図である。100はCMOSイメージセンサと呼称される撮像素子であり、受光した被写体像を光電変換し、その電気信号をデジタル信号として出力する。撮像素子100は、画素部10、垂直走査回路15、増幅部20、ランプ信号発生回路(参照信号発生回路)25、比較部30、カウンタ部40、メモリ部50、出力回路60、水平走査回路65、タイミング発生回路(TG)70を有する。画素部10は、2次元行列状に配置された複数の画素10−1を有する。画素10−1は、光電変換により画素信号を生成する。垂直走査回路15は、駆動パルスX−1,X−2,・・・を画素部10に出力する。増幅部20は、画素部10からの画素信号を増幅する。ランプ信号発生回路25は、画素信号との比較信号として、時間に対して変化するランプ信号(参照信号)を生成する。比較部30は、増幅部20により増幅された画素信号とランプ信号とを比較する。カウンタ部40は、比較部30が比較結果を出力するまでカウントする。メモリ部(補正部)50は、カウンタ部40のカウントデータを保持し、保持データのビットシフト及び演算を行う。水平走査回路65は、水平走査により、メモリ部50からのデータを出力回路60へ転送する。タイミング発生回路70は、上記回路ブロックをそれぞれタイミング制御する。
ΔVvl=−Q・Gsf/CFD ・・・(1)
Vct=VREF+Q・(Gsf/CFD)・(C0/Cf) ・・・(2)
図7は、本発明の第2の実施形態による撮像システムの構成例を示す図である。撮像システム800は、例えば、光学部810、撮像素子100、映像信号処理回路部830、記録・通信部840、タイミング制御回路部850、システムコントロール回路部860、及び再生・表示部870を含む。撮像装置820は、撮像素子100及び映像信号処理回路部830を有する。撮像素子100は、第1の実施形態で説明した撮像素子100が用いられる。
Claims (16)
- 光電変換により電荷を生成する光電変換部と、
AD変換部と、
補正部とを有し、
前記AD変換部は、
時間に対して第1の変化率で電位が変化する第1の参照信号と、時間に対して前記第1の変化率よりも大きい第2の変化率で電位が変化する第2の参照信号との一方を供給する選択回路と、
基準信号と前記選択回路から供給される前記第1の参照信号とを比較する第1の比較と、前記電荷に基づく有効信号と、前記選択回路から供給される前記第2の参照信号とを比較する第2の比較とを行う比較回路と、
クロックをカウントすることでカウント値を生成するカウンタ回路と、を有し、
前記AD変換部は、前記第1の比較によって前記基準信号に対応する第1のカウント値を生成し、前記第2の比較によって前記有効信号に対応する第2のカウント値を生成し、
前記補正部は、前記第1のカウント値と前記第2のカウント値との、前記第1の変化率と前記第2の変化率との違いに対応する分解能の違いを低減するように、前記第1のカウント値と前記第2のカウント値の少なくとも一方を補正する補正処理を行うことを特徴とする撮像装置。 - 光電変換により電荷を生成する光電変換部と、
時間に対して第1の変化率で電位が変化する第1の参照信号と、時間に対して前記第1の変化率よりも大きい第2の変化率で電位が変化する第2の参照信号との一方を供給する選択回路と、
基準信号と、前記選択回路から供給される前記第1の参照信号とを比較する第1の比較と、前記電荷に基づく有効信号と、前記選択回路から供給される前記第2の参照信号とを比較する第2の比較とを行う比較回路と、
カウンタ回路と、
補正部とを有し、
前記カウンタ回路は、
前記比較回路が行う前記第1の比較において、前記第1の参照信号の電位の変化開始のタイミングに対応してクロックのカウントを開始し、前記基準信号と前記第1の参照信号との大小関係が逆転するタイミングに対応して前記クロックのカウントを終了することによって、前記基準信号に対応する第1のカウント値を生成し、
前記比較回路が行う前記第2の比較において、前記カウンタ回路が、前記第2の参照信号の電位の変化開始のタイミングに対応して前記クロックのカウントを開始し、前記有効信号と前記第2の参照信号との大小関係が逆転するタイミングに対応して前記クロックのカウントを終了することによって、前記有効信号に対応する第2のカウント値を生成し、
前記補正部は、前記第1のカウント値と前記第2のカウント値との、前記第1の変化率と前記第2の変化率との違いに対応する分解能の違いを低減するように、前記第1のカウント値と前記第2のカウント値の少なくとも一方を補正する補正処理を行い、前記補正処理が反映された第1のカウント値と第2のカウント値との、差分を出力することを特徴とする撮像装置。 - 前記比較回路が、比較電圧と前記有効信号との比較である第3の比較を行い、
前記第3の比較の結果が、前記比較電圧よりも前記有効信号の振幅が小さいことを示す場合には、前記比較回路は前記第2の比較を、前記第1の参照信号を用いて行い、
前記第3の比較の結果が、前記比較電圧よりも前記有効信号の振幅が大きいことを示す場合には、前記比較回路は前記第2の比較を、前記第2の参照信号を用いて行い、
前記比較回路が前記第2の比較を、前記第2の参照信号を用いて行う場合に、前記補正部による前記補正処理が行われることを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。 - 前記比較電圧は、前記第2の比較における、前記第1の参照信号の最終到達電圧より低いことを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
- 前記比較回路が前記第2の比較を、前記第1の参照信号を用いて行う場合に、前記補正部による前記補正処理が行われないことを特徴とする請求項3または4に記載の撮像装置。
- 前記カウンタ回路は、第1のカウンタと第2のカウンタとを有し、
前記第2の比較を前記第1の参照信号を用いて行う場合には、前記カウンタ回路は、前記第1のカウンタにクロックをカウントさせ、前記第2のカウンタに、前記第1のカウンタの出力をカウントさせることによって前記第2のカウント値を生成し、
前記第2の比較を前記第2の参照信号を用いて行う場合には、前記カウンタ回路は、前記第1のカウンタを非動作とし、前記第2のカウンタに前記クロックをカウントさせることによって前記第2のカウント値を生成することを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記第1の比較において、前記カウンタ回路は、前記第1のカウンタおよび前記第2のカウンタにアップカウントとダウンカウントの一方を行わせて前記第1のカウント値を生成し、
前記第2の比較を前記第1の参照信号を用いて行う場合には、前記カウンタ回路は、前記第1のカウンタおよび前記第2のカウンタにアップカウントとダウンカウントの他方を行わせて前記第2のカウント値を生成し、
前記第2の比較を前記第2の参照信号を用いて行う場合には、前記カウンタ回路は、前記第2のカウンタにアップカウントとダウンカウントの他方を行わせて前記第2のカウント値を生成することを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。 - 前記第2の比較を前記第2の参照信号を用いて行う場合には、前記第2のカウンタにアップカウントとダウンカウントの他方を行わせて得たカウント値に対し、前記第2のカウンタにアップカウントとダウンカウントの他方を行わせて得た前記カウント値よりも下位のビットに前記第1のカウント値を挿入することによって、前記第2のカウント値を得ることを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。
- 前記第2のカウンタがカウントする前記第1のカウンタの出力が、前記第1のカウンタが生成するカウント値の桁上げを示す信号であることを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記第2の変化率は、前記第1の変化率の2のn乗倍(nは1以上の自然数)であり、前記第1のカウンタは、クロックをカウントすることによってnビットのカウント値を生成することを特徴とする請求項6〜9のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 光電変換により電荷を生成する光電変換部と、
時間に対して第1の変化率で電位が変化する第1の参照信号と、時間に対して前記第1の変化率よりも大きい第2の変化率で電位が変化する第2の参照信号との一方を供給する選択回路と、
基準信号と、前記選択回路から供給される前記第1の参照信号とを比較する第1の比較と、前記電荷に基づく有効信号と、前記選択回路から供給される前記第2の参照信号とを比較する第2の比較とを行う比較回路と、
カウンタ回路とを有し、
前記カウンタ回路は、
前記比較回路が行う前記第1の比較において、前記第1の参照信号の電位の変化開始のタイミングに対応してクロックのカウントを開始し、前記基準信号と前記第1の参照信号との大小関係が逆転するタイミングに対応して前記クロックのカウントを終了することによって、前記基準信号に対応する第1のカウント値を生成し、
前記比較回路が行う前記第2の比較において、前記カウンタ回路が、前記第2の参照信号の電位の変化開始のタイミングに対応して前記クロックのカウントを開始し、前記有効信号と前記第2の参照信号との大小関係が逆転するタイミングに対応して前記クロックのカウントを終了することによって、前記有効信号に対応する第2のカウント値を生成し、
前記カウンタ回路が、前記第1のカウント値の生成と、前記第2のカウント値の生成の一方を他方に対してビットシフトさせた状態で行うことを特徴とする撮像装置。 - 光電変換により電荷を生成する光電変換部と、
時間に対して第1の変化率で電位が変化する第1の参照信号と、時間に対して前記第1の変化率よりも大きい第2の変化率で電位が変化する第2の参照信号との一方を供給する選択回路と、
基準信号と、前記選択回路から供給される前記第1の参照信号とを比較する第1の比較と、前記電荷に基づく有効信号と、前記選択回路から供給される前記第2の参照信号とを比較する第2の比較とを行う比較回路と、
カウンタ回路と、
メモリ部とを有し、
前記カウンタ回路は、
前記比較回路が行う前記第1の比較において、前記第1の参照信号の電位の変化開始のタイミングに対応してクロックのカウントを開始し、前記基準信号と前記第1の参照信号との大小関係が逆転するタイミングに対応して前記クロックのカウントを終了することによって、前記基準信号に対応する第1のカウント値を生成し、
前記比較回路が行う前記第2の比較において、前記カウンタ回路が、前記第2の参照信号の電位の変化開始のタイミングに対応して前記クロックのカウントを開始し、前記有効信号と前記第2の参照信号との大小関係が逆転するタイミングに対応して前記クロックのカウントを終了することによって、前記有効信号に対応する第2のカウント値を生成し、
前記第1のカウント値と前記第2のカウント値の一方が他方に対して、前記第1の変化率と前記第2の変化率との比に対応してビットシフトされた状態の、前記第1のカウント値と前記第2のカウント値とを、前記メモリ部が保持することを特徴とする撮像装置。 - 光電変換により電荷を生成する光電変換部と、
AD変換部と、
補正部とを有し、
前記AD変換部は、
時間に対して第1の変化率で電位が変化する第1の参照信号と、時間に対して前記第1の変化率よりも大きい第2の変化率で電位が変化する第2の参照信号との一方を供給する選択回路と、
基準信号と、前記選択回路から供給される前記第1の参照信号とを比較する第1の比較と、前記電荷に基づく有効信号と、前記選択回路から供給される前記第2の参照信号とを比較する第2の比較とを行う比較回路と、
クロックをカウントすることでカウント値を生成するカウンタ回路と、
メモリ部とを有し、
前記AD変換部は、前記第1の比較によって、前記基準信号に対応する第1のカウント値を生成し、
前記AD変換部は、前記第2の比較によって、前記有効信号に対応する第2のカウント値を生成し、
前記第1のカウント値と前記第2のカウント値の一方を前記第1の変化率と前記第2の変化率の比に対応したビットシフトを行うことによって第3のカウント値が生成され、
前記メモリ部が、前記第1のカウント値と前記第2のカウント値の他方のカウント値と、前記第3のカウント値とを保持することを特徴とする撮像装置。 - 前記光電変換部が複数行および複数列に渡ってそれぞれ配され、
1列の光電変換部に対し、選択回路、比較回路、カウンタ回路、メモリ部がそれぞれ設けられ、
複数列のメモリ部を順に走査する水平走査回路をさらに有し、
前記水平走査回路の走査によって、前記複数列のメモリ部の各々が、保持された前記第1のカウント値と前記第2のカウント値とを出力することを特徴とする請求項12に記載の撮像装置。 - 前記光電変換部が複数行および複数列に渡ってそれぞれ配され、
1列の光電変換部に対し、選択回路、比較回路、カウンタ回路、メモリ部がそれぞれ設けられ、
複数列のメモリ部を順に走査する水平走査回路をさらに有し、
前記水平走査回路の走査によって、前記複数列のメモリ部の各々が、保持された、前記第1のカウント値と前記第2のカウント値の他方のカウント値と、前記第3のカウント値とを出力することを特徴とする請求項13に記載の撮像装置。 - 請求項1〜15のいずれか1項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置が出力する信号を用いて画像を生成する信号処理回路部と
を有することを特徴とする撮像システム。
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