JP2011120094A - 撮像装置及びその駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】同一画素の信号に対して異なる増幅率で増幅した第1及び第2の画素信号を出力する列増幅部(102)と、列増幅部により増幅された第1及び第2の画素信号をアナログからデジタルに変換する列AD変換部(121)と、第1の画素信号が閾値未満のときには第1の画素信号を選択し、第1の画素信号が閾値以上のときには第2の画素信号を選択する置換部(122)と、置換部により選択された各列の第1の画素信号又は第2の画素信号を順次選択する水平走査回路(104)と、水平走査回路により選択された第1の画素信号又は第2の画素信号に対して、第1の画素信号については第1の倍率で乗算され、第2の画素信号については第2の倍率で乗算された画素信号を出力するビット変換部(125)とを有することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の第1の実施形態による固体撮像素子(撮像装置)の概略構成例を表した図である。まず、信号のS/N比を向上し、固体撮像素子のダイナミックレンジを拡大する原理を説明する。固体撮像素子1は、画素101が行列状に配列された画素部10と、各列毎に列増幅部102、ノイズ除去部120、列AD変換部121、置換部122を備える。また、固体撮像素子1は、画素部10から1画面分のデータを読み出すために、任意の行を選択するための垂直走査回路103、及びその1行からの信号を順次読み出す水平走査回路104を備える。画素部10は、2次元行列状に配列され、光電変換素子PD(図3)を用いて信号を生成する複数の画素101を有する。また、固体撮像素子1は、さらに水平走査回路104により各列の信号を順次選択して読み出す水平出力信号線群の後段には、補正部124、ビット変換部125、出力部126を備えている。画素101は、光電変換を行う光電変換素子を含み、光電変換素子で発生した電荷を電圧信号に変換して出力する画素出力部や、画素101を選択するための画素選択部等をさらに備えていても良い。なお、図の簡略化のために画素101は9個しか示していないが、実際にはm行×n列の画素101があるものとする。各列増幅部102は、列アンプ増幅率制御信号φC1,φC2,φC3により、全列を一括して増幅率を変更できる。ここでは、同一の行に対して2回信号を読み出すにあたり、増幅率を変更して読み出す。ノイズ除去部120は、画素101からノイズ成分とノイズを含んだ信号成分の両者を読み出して差分をとり、信号成分を取り出す。φCTS1,φCTN1,φCTS2,φCTN2,φCOLSEL1,φCOLSEL2は、ノイズ除去部120で必要となる制御パルスを示している。列AD変換部121は、φADCLK等のAD制御信号を入力し、アナログデジタル(AD)変換を実行する。ここでは、同一の行から2回読み出した信号に対して各々AD変換を実行する。置換部122は、置換トリガ信号φFLAGCHKを入力し、1回目に読み出したデジタル信号を2回目に読み出したデジタル信号で置換するか否かの判定を列毎に行い、条件に一致した場合に置換を実行する。これにより2回読み出した信号の合成を行う。補正部124は増幅率を変更して読み出した2種類の信号の増幅率の誤差の補正演算を行う。ビット変換部125は、入力信号のうち、増幅率を変更して読み出した2種類の信号の少なくとも一方に由来する信号にデジタル的な増幅率変換を行い、読み出す信号のビット数を増やして出力する。出力部126は、固体撮像素子1から外部システムに画像信号を伝送する出力回路部であり、例えば低電圧振幅の差動信号ペア等の出力形式に変換して画像信号を外部へ出力する。タイミング生成部123は、MCLKIN端子から入力するクロックをカウントしてデコードすることで、各部に送る駆動パルス及び制御信号を生成する。このような回路構成をとることにより、固体撮像素子1内部で、2種類の増幅率で増幅した画像信号の合成を可能な構成としている。
本発明の第2の実施形態では、列毎に第1の画素信号と第2の画素信号との合成を行う第1の工程と、水平走査により各列の信号を順次読み出す第2の工程を固体撮像素子の中で行う。そして、ビット数を増加する第3の工程と合成にかかわる補正を行う第4の工程を固体撮像素子の外部で行う例を示す。本実施形態における撮像装置の例として図11にデジタルカメラに適用した例を示す。
Claims (12)
- 2次元行列状に配列され、光電変換素子を用いて信号を生成する複数の画素と、
前記複数の画素の各列に設けられ、同一画素の信号に対して第1の増幅率で増幅した第1の画素信号及び前記第1の増幅率とは異なる第2の増幅率で増幅した第2の画素信号を出力する列増幅部と、
前記複数の画素の各列に設けられ、前記列増幅部により増幅された第1の画素信号及び第2の画素信号をアナログからデジタルに変換する列AD変換部と、
前記複数の画素の各列に設けられ、前記列AD変換部により変換された第1の画素信号が閾値未満のときには前記列AD変換部により変換された第1の画素信号を選択し、前記列AD変換部により変換された第1の画素信号が閾値以上のときには前記列AD変換部により変換された第2の画素信号を選択する置換部と、
前記置換部により選択された各列の第1の画素信号又は第2の画素信号を順次選択する水平走査回路と、
前記水平走査回路により選択された第1の画素信号又は第2の画素信号に対して、前記第1の画素信号については第1の倍率で乗算されかつビット数が増加した画素信号を出力し、前記第2の画素信号については前記第1の倍率とは異なる第2の倍率で乗算されかつビット数が増加した画素信号を出力するビット変換部と
を有することを特徴とする撮像装置。 - さらに、前記水平走査回路により選択された第1の画素信号又は第2の画素信号に対して、前記第1の画素信号及び前記第2の画素信号の間の相対的な誤差を補正し、前記ビット変換部に出力する補正部を有することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- さらに、前記列増幅部の後段において前記複数の画素の各列に設けられ、前記画素のリセット状態での前記列増幅部により増幅された信号と前記画素のリセット解除状態での前記列増幅部により増幅された信号との差分信号を前記列AD変換部に出力するノイズ除去部を有することを特徴とする請求項1又は2記載の撮像装置。
- 前記置換部は、前記第1の画素信号及び前記第2の画素信号のいずれを選択したかを示すフラグ信号を前記ビット変換部に出力し、
前記ビット変換部は、前記フラグ信号が前記第1の画素信号の選択を示すときには、前記第1の画素信号が前記第1の倍率で乗算されかつビット数が増加した画素信号を出力し、前記フラグ信号が前記第2の画素信号の選択を示すときには、前記第2の画素信号が前記第2の倍率で乗算されかつビット数が増加した画素信号を出力することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 2次元行列状に配列され、光電変換素子を用いて信号を生成する複数の画素と、
前記複数の画素の各列に設けられ、同一画素の信号に対して第1の増幅率で増幅した第1の画素信号及び前記第1の増幅率とは異なる第2の増幅率で増幅した第2の画素信号を出力する列増幅部と、
前記複数の画素の各列に設けられ、前記列増幅部により増幅された第1の画素信号及び第2の画素信号をアナログからデジタルに変換する列AD変換部と、
前記複数の画素の各列に設けられ、前記列AD変換部により変換された第1の画素信号が閾値未満のときには前記列AD変換部により変換された第1の画素信号を選択し、前記列AD変換部により変換された第1の画素信号が閾値以上のときには前記列AD変換部により変換された第2の画素信号を選択する置換部と、
前記置換部により選択された各列の第1の画素信号又は第2の画素信号を順次選択する水平走査回路と、
前記水平走査回路により選択された第1の画素信号又は第2の画素信号に対して、前記第1の画素信号及び前記第2の画素信号の間の相対的な誤差を補正する補正部と
を有することを特徴とする撮像装置。 - さらに、前記列増幅部の後段において前記複数の画素の各列に設けられ、前記画素のリセット状態での前記列増幅部により増幅された信号と前記画素のリセット解除状態での前記列増幅部により増幅された信号との差分信号を前記列AD変換部に出力するノイズ除去部を有することを特徴とする請求項5記載の撮像装置。
- 2次元行列状に配列され、光電変換素子を用いて信号を生成する複数の画素と、
前記複数の画素の各列に設けられ、同一画素の信号に対して第1の増幅率で増幅した第1の画素信号及び前記第1の増幅率とは異なる第2の増幅率で増幅した第2の画素信号を出力する列増幅部と、
前記複数の画素の各列に設けられ、前記列増幅部により増幅された第1の画素信号及び第2の画素信号をアナログからデジタルに変換する列AD変換部と、
前記複数の画素の各列に設けられ、前記列AD変換部により変換された第1の画素信号が閾値以下のときには前記列AD変換部により変換された第1の画素信号を選択し、前記列AD変換部により変換された第1の画素信号が閾値より大きいときには前記列AD変換部により変換された第2の画素信号を選択する置換部と、
前記置換部により選択された各列の第1の画素信号又は第2の画素信号を順次選択する水平走査回路と、
前記水平走査回路により選択された第1の画素信号又は第2の画素信号に対して、前記第1の画素信号については第1の倍率で乗算されかつビット数が増加した画素信号を出力し、前記第2の画素信号については前記第1の倍率とは異なる第2の倍率で乗算されかつビット数が増加した画素信号を出力するビット変換部と
を有することを特徴とする撮像装置。 - 2次元行列状に配列され、光電変換素子を用いて信号を生成する複数の画素と、
前記複数の画素の各列に設けられ、同一画素の信号に対して第1の増幅率で増幅した第1の画素信号及び前記第1の増幅率とは異なる第2の増幅率で増幅した第2の画素信号を出力する列増幅部と、
前記複数の画素の各列に設けられ、前記列増幅部により増幅された第1の画素信号及び第2の画素信号をアナログからデジタルに変換する列AD変換部と、
前記複数の画素の各列に設けられ、前記列AD変換部により変換された第1の画素信号が閾値以下のときには前記列AD変換部により変換された第1の画素信号を選択し、前記列AD変換部により変換された第1の画素信号が閾値より大きいときには前記列AD変換部により変換された第2の画素信号を選択する置換部と、
前記置換部により選択された各列の第1の画素信号又は第2の画素信号を順次選択する水平走査回路と、
前記水平走査回路により選択された第1の画素信号又は第2の画素信号に対して、前記第1の画素信号及び前記第2の画素信号の間の相対的な誤差を補正する補正部と
を有することを特徴とする撮像装置。 - 2次元行列状に配列され、光電変換素子を用いて信号を生成する複数の画素と、
前記複数の画素の各列に設けられ、同一画素の信号に対して第1の増幅率で増幅した第1の画素信号及び前記第1の増幅率とは異なる第2の増幅率で増幅した第2の画素信号を出力する列増幅部と、
前記複数の画素の各列に設けられ、前記列増幅部により増幅された第1の画素信号及び第2の画素信号をアナログからデジタルに変換する列AD変換部と、
前記複数の画素の各列に設けられ、前記列AD変換部により変換された第1の画素信号が閾値未満のときには前記列AD変換部により変換された第1の画素信号を選択し、前記列AD変換部により変換された第1の画素信号が閾値以上のときには前記列AD変換部により変換された第2の画素信号を選択する置換部と、
前記置換部により選択された各列の第1の画素信号又は第2の画素信号を順次選択する水平走査回路とを有する撮像装置の駆動方法であって、
前記水平走査回路により選択された第1の画素信号又は第2の画素信号に対して、前記第1の画素信号については第1の倍率で乗算されかつビット数が増加した画素信号を出力し、前記第2の画素信号については前記第1の倍率とは異なる第2の倍率で乗算されかつビット数が増加した画素信号を出力するステップを有することを特徴とする撮像装置の駆動方法。 - 2次元行列状に配列され、光電変換素子を用いて信号を生成する複数の画素と、
前記複数の画素の各列に設けられ、同一画素の信号に対して第1の増幅率で増幅した第1の画素信号及び前記第1の増幅率とは異なる第2の増幅率で増幅した第2の画素信号を出力する列増幅部と、
前記複数の画素の各列に設けられ、前記列増幅部により増幅された第1の画素信号及び第2の画素信号をアナログからデジタルに変換する列AD変換部と、
前記複数の画素の各列に設けられ、前記列AD変換部により変換された第1の画素信号が閾値未満のときには前記列AD変換部により変換された第1の画素信号を選択し、前記列AD変換部により変換された第1の画素信号が閾値以上のときには前記列AD変換部により変換された第2の画素信号を選択する置換部と、
前記置換部により選択された各列の第1の画素信号又は第2の画素信号を順次選択する水平走査回路とを有する撮像装置の駆動方法であって、
前記水平走査回路により選択された第1の画素信号又は第2の画素信号に対して、前記第1の画素信号及び前記第2の画素信号の間の相対的な誤差を補正するステップを有することを特徴とする撮像装置の駆動方法。 - 2次元行列状に配列され、光電変換素子を用いて信号を生成する複数の画素と、
前記複数の画素の各列に設けられ、同一画素の信号に対して第1の増幅率で増幅した第1の画素信号及び前記第1の増幅率とは異なる第2の増幅率で増幅した第2の画素信号を出力する列増幅部と、
前記複数の画素の各列に設けられ、前記列増幅部により増幅された第1の画素信号及び第2の画素信号をアナログからデジタルに変換する列AD変換部と、
前記複数の画素の各列に設けられ、前記列AD変換部により変換された第1の画素信号が閾値以下のときには前記列AD変換部により変換された第1の画素信号を選択し、前記列AD変換部により変換された第1の画素信号が閾値より大きいときには前記列AD変換部により変換された第2の画素信号を選択する置換部と、
前記置換部により選択された各列の第1の画素信号又は第2の画素信号を順次選択する水平走査回路とを有する撮像装置の駆動方法であって、
前記水平走査回路により選択された第1の画素信号又は第2の画素信号に対して、前記第1の画素信号については第1の倍率で乗算されかつビット数が増加した画素信号を出力し、前記第2の画素信号については前記第1の倍率とは異なる第2の倍率で乗算されかつビット数が増加した画素信号を出力するステップを有することを特徴とする撮像装置の駆動方法。 - 2次元行列状に配列され、光電変換素子を用いて信号を生成する複数の画素と、
前記複数の画素の各列に設けられ、同一画素の信号に対して第1の増幅率で増幅した第1の画素信号及び前記第1の増幅率とは異なる第2の増幅率で増幅した第2の画素信号を出力する列増幅部と、
前記複数の画素の各列に設けられ、前記列増幅部により増幅された第1の画素信号及び第2の画素信号をアナログからデジタルに変換する列AD変換部と、
前記複数の画素の各列に設けられ、前記列AD変換部により変換された第1の画素信号が閾値以下のときには前記列AD変換部により変換された第1の画素信号を選択し、前記列AD変換部により変換された第1の画素信号が閾値より大きいときには前記列AD変換部により変換された第2の画素信号を選択する置換部と、
前記置換部により選択された各列の第1の画素信号又は第2の画素信号を順次選択する水平走査回路とを有する撮像装置の駆動方法であって、
前記水平走査回路により選択された第1の画素信号又は第2の画素信号に対して、前記第1の画素信号及び前記第2の画素信号の間の相対的な誤差を補正するステップを有することを特徴とする撮像装置の駆動方法。
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