JP2005348325A - 撮像装置及び撮像システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 コンパクトな回路規模に納めながら、列ごとに高速・高精度なAD変換器を並べた撮像装置とする。
【解決手段】 行列状にセンシング素子101が並べられ、センシング素子の列ごとにAD変換器が設けられている撮像装置において、AD変換器は、アナログ信号となるセンシング素子の信号に対応した電気信号を初期値として記憶部110に保持し、そののちに入力される第一の固定信号により記憶部の充電もしくは放電を行い、放電もしくは充電の開始時間から記憶部110の電気信号が参照信号に達するまで時間を離散的に計測し、その後入力される第二の固定信号により記憶部の放電もくしは充電を行い、計測後の記憶部110の参照信号を超えた電気信号が参照信号に達するまでの時間を離散的に計測してデジタル値とする。
【選択図】 図1
Description
上記の問題にみられるように、現在、回路サイズをイメージセンサに最適な規模にコンパクトに納められる、高精度・高速な列並列AD変換器を搭載したイメージセンサを実現する解がない状況にある。
前記AD変換器は、アナログ信号となる前記センシング素子の信号に対応した電気信号を初期値として記憶部に保持し、そののちに入力される第一の固定信号により前記記憶部の充電もしくは放電を行い、前記放電もしくは充電の開始時間から前記記憶部の電気信号が参照信号に達するまで時間を離散的に計測し、その後入力される第二の固定信号により前記記憶部の放電もくしは充電を行い、計測後の前記記憶部の前記参照信号を超えた電気信号が前記参照信号に達するまでの時間を離散的に計測してデジタル値とすることを特徴とする。
図1は第一の実施形態を説明する図面である。本実施形態、およびこれ以降の実施形態では、特に必要のない限り、スイッチやオペアンプなどをモデル化して図示することとする。また、周辺の動作に必要なスイッチなども、特に必要のない限り省略している。以下の例は実施の形態をそれらに限定するものではないことは言うまでもない。
上記の説明は一次元のライン動作についての説明であるが、次に、図3から図5までを用いて2次元的に動作させた場合について説明する。図3は最も簡単な例であり、301でCDSにてリセットレベルを減算し、302でAD変換を行い、最後にAD変換の結果のデジタルデータを303で外部に出力するという一連の動作を一行ごとに繰り返す。この手法を取り入れることで、ノイズの少ないAD変換が可能となっている。
図6は本発明の第二の実施形態を説明する図である。第一の実施形態では積分器の出力に直接画素の信号の値を書き込んでいたが、本実施形態では画素の信号も併せて積分している。
図8は本発明の第三の実施形態を説明する図である。構成はスイッチドキャパシタ801をのぞいて図1と同様である。スイッチ802を切り換えながらスイッチドキャパシタ801を等価的な抵抗として動作させることで積分器動作を実現している。
次に本発明の第四の実施形態を図9を用いて説明する。本回路ではそのまま再度積分動作に用いていた電圧残り分を、一度増幅することで感度の低い比較器を用いることができるようにしている。
そのデータを基に露出の演算を全体制御・演算部2109で行う。
また、外部I/F部2113を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。
102 CDS回路
103 サンプルホールド回路
104 バッファ
105,106 スイッチ
107,108 端子
109 参照電圧
110 積分器の出力端子
111 比較器
112 トリガ出力
113 順序回路
114,115 メモリユニット
116 カウンタ
117 共通水平信号線
118 バッファ
119,120 スイッチ
201,203,205 時刻
202 画素信号電圧
204 電位差
301 CDS期間
302 AD変換期間
305 デジタルデータ(AD変換結果)出力期間
401 N行目デジタルデータ(AD変換結果)出力期間
402 N+_1行目CDS期間
501 N+1行目のAD変換期間
502 N行目のAD変換結果出力期間
503 N+2行目のCDS期間
601 画素
602 CDS
603 サンプルホールド
604 バッファ
605 スイッチ
606,608,609 固定電圧
607 スイッチ
610 積分器の出力部
611 カウンタ
612,613 メモリ
614 比較器
701,702,704,706 時刻
703 最終到達点
705 電圧差
801 スイッチドキャパシタ
802 スイッチ
901 スイッチ
902 容量Co
903 積分器出力
904 端子
905,906 スイッチ
907 バッファ
908 積分器
909 容量Cint
910 容量Cr
911,912 比較器
913 端子
914 演算増幅器
1001 差分電圧
1002 時刻
1003 増幅後の差分電圧
1101 増幅のための回路ブロック
1102 積分器の出力
1103 nMOSトランジスタ
1104 演算増幅器
1105 スイッチ
Claims (15)
- 行列状にセンシング素子が並べられ、該センシング素子の列ごとにAD変換器が設けられている撮像装置において、
前記AD変換器は、アナログ信号となる前記センシング素子の信号に対応した電気信号を初期値として記憶部に保持し、そののちに入力される第一の固定信号により前記記憶部の充電もしくは放電を行い、前記放電もしくは充電の開始時間から前記記憶部の電気信号が参照信号に達するまで時間を計測し、その後入力される第二の固定信号により前記記憶部の放電もくしは充電を行い、計測後の前記記憶部の前記参照信号を超えた電気信号が前記参照信号に達するまでの時間を計測してデジタル値とすることを特徴とする撮像装置。 - 前記第一の固定信号および第二の固定信号は同一の信号であることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記参照信号を超えた電気信号が前記参照信号に達するように再度充電もしくは放電する過程を2度以上繰り返すことを特徴とする請求項1もしくは2に記載の撮像装置。
- 前記参照信号を超えた電気信号が前記参照信号に達するように、再度充電もしくは放電する過程は、前記センシング素子の列ごとに設けられた2つ以上のAD変換器の同期動作で行われることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記AD変換器は積分器を有し、前記初期値は前記センシング素子の信号を決められた時間積分することで決定され、かつ決定された前記初期値は前記積分器を用いて充電もしくは放電されることを特徴とする請求項1から4いずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記撮像装置はカウンタを有し、前記AD変換器は積分器、比較器、メモリを備え、前記積分器の出力は前記比較器の入力端子に接続され、前記比較器の出力は前記メモリの取り込みトリガ端子に接続され、前記カウンタが前記メモリの入力端子に接続されており、前記メモリに記憶される前記カウンタの出力が前記デジタル値であることを特徴とする請求項1から5いずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記積分器は、演算増幅器と、前記演算増幅器の一方の入力端子に接続される抵抗と、該一方の入力端子と出力端子との間に接続される容量とを備えていることを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。
- 前記抵抗はスイッチドキャパシタにより構成されることを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。
- 前記記憶部は前記積分器の出力部であることを特徴とする請求項5〜8のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 列方向に配置された前記センシング素子は垂直出力線に選択的に接続され、前記垂直出力線と前記AD変換器は少なくとも電圧増幅器を介して接続されることを特徴とする請求項1から9いずれか1項に記載の撮像装置。
- 列方向に配置された前記センシング素子は垂直出力線に選択的に接続され、前記垂直出力線と前記AD変換器は少なくともノイズ除去回路が接続されており、前記ノイズ除去回路は前記センシング素子のノイズ信号をセンシング後の信号から除去する機能を有することを特徴とする請求項1から10いずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記参照信号を超えた電気信号と前記参照信号との差分電圧は充電もしくは放電される前に増幅手段を用いて増幅されることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記参照信号を超えた電気信号と前記参照信号との差分電圧は第一の端子に保持され、前記増幅手段は前記第一の端子が保持する前記差分電圧をサンプルホールドした後に増幅器を介して電圧増幅し、前記電圧増幅後の電圧を前記第一の端子に上書きすることを特徴とする請求項12に記載の撮像装置。
- 一の行における前記AD変換後のデジタルデータ出力動作が終了する前に、別の行の読み出しを開始することを特徴とする請求項1から13のいずれかに記載の撮像装置。
- 請求項1から14のいずれか1項に記載の撮像装置と、該撮像装置へ光を結像する光学系と、該撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回路とを有することを特徴とする撮像システム。
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