JP2011166287A - 固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】TADが出力するデジタル信号の線形性を補正するための補正式の算出処理を軽減することができる。
【解決手段】第2の補正計算部210は、A/D変換器20が出力するデジタル信号に基づいて、A/D変換器20が出力するデジタル信号の線形性を補正するための第2の補正式を算出する。判定部220は、第2の補正計算部210が算出した第2の補正式の係数と、この第2の補正式よりも前に算出した第2の補正式の係数とを比較した結果に基づいて、第1の補正式を算出するか否かを判定する。アップデート信号出力部230は、第1の補正式を算出すると判定された場合、第1の補正計算部110に第1の補正式を算出させるための信号を出力する。
【選択図】図1
【解決手段】第2の補正計算部210は、A/D変換器20が出力するデジタル信号に基づいて、A/D変換器20が出力するデジタル信号の線形性を補正するための第2の補正式を算出する。判定部220は、第2の補正計算部210が算出した第2の補正式の係数と、この第2の補正式よりも前に算出した第2の補正式の係数とを比較した結果に基づいて、第1の補正式を算出するか否かを判定する。アップデート信号出力部230は、第1の補正式を算出すると判定された場合、第1の補正計算部110に第1の補正式を算出させるための信号を出力する。
【選択図】図1
Description
本発明は、固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法に関する。
近年、デジタルスチルカメラ、カムコーダ、内視鏡に代表される撮像装置には、CCD(Charge Coupled Device、電荷結合素子)イメージセンサ(以下、CCDと称する)や、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor、相補型金属酸化膜半導体)イメージセンサ(以下、CMOSと称する)に代表される固体撮像装置が搭載されている。これらの撮像装置は国内外で普及しており、さらなる小型化、低消費電力化への要求が高まっている。
また、時間軸計測(Time to Digital Converter)(以下、TDCと称する)型A/D(アナログ−デジタル)変換器を複数搭載した固体撮像装置がある。このTDC型A/D変換器(以下、TADと称する)は、画素から出力された電圧(以下、画素信号と称する)に応じた周波数のパルスを出力し、このパルスをカウンタがカウントすることで、画素信号をA/D変換することができる。2次元の行列状に画素を配置した領域(以下、画素ブロックと称する)に、このTADを配置することによって、TADが画素信号を高S/N(信号対雑音比)にA/D変換する固体撮像装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、TADは非直線の入出力特性を有するため、出力値に対して、入出力特性が直線となるように補正を行うことが必要である。そのため従来は、画素信号を例えば相関二重サンプリング(Correlated Double Sampling)(以下、CDSと称する)処理し、その処理結果である電圧が、電圧領域を分割した高電圧領域と低電圧領域のどちらの分割領域に属するのかに応じて、各分割範囲に対する補正式を用いてTADの出力値を補正していた(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、固体撮像装置が備える複数のTADの出力を補正するにはTAD毎に補正式(補正係数)を算出する必要がある。また、固体撮像装置の温度や基準電圧など、動作環境が変動すると補正式も変化する。そのため、固体撮像装置は、各TADの補正式の算出を繰り返し行う必要がある。従って、固体撮像装置は、各TADの補正式を算出するための処理が増大するという問題がある。また、従来は、TADの出力値を補正する固体撮像装置に好適な構成例も示されたことがなかった。
本発明は、前記の諸点に鑑みてなされたものであり、TADの補正式の算出処理を軽減することができる固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法を提供することを目的とする。
本発明は、行列状に配置された複数の画素と、前記複数の画素の各列の出力信号が入力され、当該出力信号をデジタル信号に変換して出力する複数の第1のA/D変換器と、補正用信号が入力され、当該補正用信号をデジタル信号に変換して出力する第2のA/D変換器と、前記第1のA/D変換器が出力する前記デジタル信号の線形性を補正するための第1の補正式を算出する第1の補正計算部と、前記第2のA/D変換器が出力する前記デジタル信号に基づいて、当該第2のA/D変換器が出力する前記デジタル信号の線形性を補正するための第2の補正式を算出する第2の補正計算部と、前記第2の補正計算部が算出した前記第2の補正式の係数と、当該第2の補正式よりも前に算出した前記第2の補正式の係数とを比較した結果に基づいて、前記第1の補正式を算出するか否かを判定する判定部と、前記第1の補正式を算出すると判定された場合、前記第1の補正計算部に前記第1の補正式を算出させるための信号を出力する信号出力部と、を備えたことを特徴とする固体撮像装置である。
また、本発明の固体撮像装置において、前記補正用信号は、基準となる定電圧であることを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置において、前記補正用信号は、光が入射しないようにマスクされた前記画素の出力であることを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置において、前記第1の補正計算部は、前記第1の補正式を算出する際に、前記第2の補正式の係数の変化量に基づいて、前記第1の補正式の係数を補正することを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置において、前記複数の第1のA/D変換器は、前記補正用信号が入力され、当該信号をデジタル信号に変換して出力し、前記第1の補正計算部は、前記補正用信号が入力された前記第1のA/D変換器が出力する前記デジタル信号に基づいて、前記第1の補正式を算出することを特徴とする。
また、本発明は、行列状に配置された複数の画素の各列の出力信号が複数の第1のA/D変換器に入力され、当該複数の第1のA/D変換器が当該出力信号をデジタル信号に変換して出力するステップと、補正用信号が第2のA/D変換器に入力され、当該第2のA/D変換器が当該補正用信号をデジタル信号に変換して出力するステップと、第1の補正計算部が、前記第1のA/D変換器が出力する前記デジタル信号の線形性を補正するための第1の補正式を算出するステップと、第2の補正計算部が、前記第2のA/D変換器が出力する前記デジタル信号に基づいて、当該第2のA/D変換器が出力する前記デジタル信号の線形性を補正するための第2の補正式を算出するステップと、判定部が、前記第2の補正計算部が算出した前記第2の補正式の係数と、当該第2の補正式よりも前に算出した前記第2の補正式の係数とを比較した結果に基づいて、前記第1の補正式を算出するか否かを判定するステップと、信号出力部が、前記第1の補正式を算出すると判定された場合、前記第1の補正計算部に前記第1の補正式を算出させるための信号を出力するステップと、を有することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法である。
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法において、前記補正用信号は、基準となる定電圧であることを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法において、前記補正用信号は、光が入射しないようにマスクされた前記画素の出力であることを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法において、前記第1の補正計算部が、前記第1のA/D変換器が出力する前記デジタル信号の線形性を補正するための第1の補正式を算出するステップでは、前記第1の補正計算部が、前記第1の補正式を算出する際に、前記第2の補正式の係数の変化量に基づいて、前記第1の補正式の係数を補正することを特徴とする。
また、本発明は、前記補正用信号が前記複数の第1のA/D変換器に入力され、前記複数の第1のA/D変換器が、当該信号をデジタル信号に変換して出力するステップを有し、前記第1の補正計算部が、前記補正用信号が入力された前記第1のA/D変換器が出力する前記デジタル信号の線形性を補正するための第1の補正式を算出するステップでは、前記第1の補正計算部が、前記第1のA/D変換器が出力する前記デジタル信号に基づいて、前記第1の補正式を算出することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法である。
本発明によれば、第2の補正計算部が算出した第2の補正式の係数と、当該第2の補正式よりも前に算出した第2の補正式の係数とを比較した結果に基づいて、第1の補正式を算出すると判定部が判定した場合、信号出力部は第1の補正計算部に第1の補正式を算出させるための信号を出力する。これにより、第1の補正計算部は、判定部が第1の補正式を算出すると判定した場合にのみ第1の補正式を算出する。そのため、固体撮像装置は、第1のA/D変換器が出力するデジタル信号の線形性を補正するための第1の補正式の算出処理を軽減することができる。
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本実施形態における固体撮像装置の概略構成を示したブロック図である。図示する例では、固体撮像装置は、複数の画素2が行列状に配置された画素部1と、アナログ信号処理部3と、切替部4と、補正用電圧生成部5と、垂直駆動部6と、水平駆動部7と、制御部8と、補正部9と、パルス遅延回路11を備えたA/D変換器10(第1のA/D変換器)と,パルス遅延回路11を備えたA/D変換器20(第2のA/D変換器)とを備えている。
以下、本発明の第1の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本実施形態における固体撮像装置の概略構成を示したブロック図である。図示する例では、固体撮像装置は、複数の画素2が行列状に配置された画素部1と、アナログ信号処理部3と、切替部4と、補正用電圧生成部5と、垂直駆動部6と、水平駆動部7と、制御部8と、補正部9と、パルス遅延回路11を備えたA/D変換器10(第1のA/D変換器)と,パルス遅延回路11を備えたA/D変換器20(第2のA/D変換器)とを備えている。
画素2は、入射光量に応じた光信号を出力する。アナログ信号処理部3は、各画素2から出力されたリセット時の信号と入射光量に応じた光信号との差を演算することによって、リセット時のノイズを抑圧した画素信号を生成する。また、アナログ信号処理部3は、生成した画素信号を入力信号Vinとして出力する。切替部4は、A/D変換器10,20に入力される信号を切り替える。補正用電圧生成部5は、電圧Vref3を生成する第1の電圧回路51と、電圧Vref2を生成する第2の電圧回路52と、電圧Vref1を生成する第3の電圧回路53とを備え、補正式を算出する際に基準となる電圧Vref1とVref2とVref3とを切り替えて出力する。なお、電圧は、Vref1が一番小さく、Vref2が2番目に小さく、Vref3が一番大きい(Vref1<Vref2<Vref3)。
垂直駆動部6は、行列状に配置されている画素2のうち、信号を出力させる画素2を行毎に選択する。水平駆動部7は、A/D変換器10,20を制御し、出力デジタル信号φDを順次出力させる。制御部8は、固体撮像装置が備える各部の制御を行う。補正部9は、A/D変換器10,20が出力する出力デジタル信号φDの補正を行う。A/D変換器10,20は、時間軸計測(Time to Digital Converter)型A/D(アナログ−デジタル)変換器(TAD)であり、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。
また、補正部9は、A/D変換器10の出力の線形性を補正する第1の補正式を算出する第1の補正計算部110と、A/D変換器20の出力の線形性を補正する第2の補正式を算出する第2の補正計算部210と、第2の補正式に変化があるか否かを判定する判定部220と、第1の補正計算部110に第1の補正式を算出させるためのアップデート信号を出力するアップデート信号出力部230(信号出力部)とを備えている。
次に、A/D変換器10とA/D変換器20の構成について説明する。なお、A/D変換器10とA/D変換器20の構成は同様の構成である。図2は、本実施形態におけるA/D変換器10,20の概略構成を示したブロック図である。図示する例では、A/D変換器10,20は、パルス遅延回路11と、カウンタ12と、ラッチ回路13と、ラッチ&エンコーダ回路14と、信号処理回路15とを備える。なお、カウンタ12と、ラッチ回路13と、ラッチ&エンコーダ回路14と、信号処理回路15とを併せて、パルス通過段数検出回路と呼ぶ。
パルス遅延回路11は、リング状に接続された複数の遅延素子(1つの遅延素子AND1と複数の遅延素子DU1)によって構成される。パルス遅延回路11内の各遅延素子には、アナログ信号処理部3から出力される画素信号または補正用電圧生成部5から出力される補正用電圧が、入力信号Vinとして供給される。パルス遅延回路11内の各遅延素子は、供給された入力信号Vinを電源電圧として、その信号レベルに応じた遅延時間で入力パルスφPLを遅延させる。そして、パルス遅延回路11は、各遅延素子の遅延時間に応じた周波数を有するパルス信号φCKを発生する。
カウンタ12は、パルス遅延回路11が発生したパルス信号φCK、すなわち、入力パルスφPLの周回数を計数し、その計数結果をデジタル信号φD1として出力する。ラッチ回路13は、カウンタ12から出力されるデジタル信号φD1を保持し、保持したデジタル信号をデジタル信号φD2として出力する。ラッチ&エンコーダ回路14は、パルス遅延回路11内の各遅延素子の出力を取り込み、入力パルスφPLが通過した遅延素子の通過段数であるパルス信号φCKの位置情報を検出し、その検出結果をデジタル信号φD3として出力する。
信号処理回路15は、ラッチ回路13の出力であるデジタル信号φD2と、ラッチ&エンコーダ回路14の出力であるデジタル信号φD3とを処理し、入力信号Vinの信号レベル、すなわち、アナログ信号処理部3から出力された画素信号に応じたデジタル信号φD4を生成する。この信号処理回路45が生成したデジタル信号φD4が、A/D変換器10,20によってアナログ・デジタル変換された出力デジタル信号φD(Vin)である。
次に、本実施形態における第1の補正計算部110が第1の補正式を算出する手順について説明する。第1の補正式は、A/D変換器10が出力するデジタル信号φDを補正するための補正式である。第1の補正計算部110は、固体撮像装置が画像を撮像する前(例えば、起動直後)に以下の処理を行い、各A/D変換器10の第1の補正式を算出して記憶する。
初めに、制御部8は、補正用電圧生成部5が出力する補正用電圧が各A/D変換器10に入力されるように、切替部4の制御を行う。これにより、補正用電圧生成部5が出力する補正用電圧は、各A/D変換器10に入力される。
続いて、制御部8は、補正用電圧生成部5を制御して補正用電圧Vref1を出力させる。各A/D変換器10は、入力された補正用電圧Vref1に応じた出力デジタル信号φD(Vref1)を第1の補正計算部110に出力する。続いて、制御部8は、補正用電圧生成部5を制御して補正用電圧Vref2を出力させる。各A/D変換器10は、入力された補正用電圧Vref2に応じた出力デジタル信号φD(Vref2)を第1の補正計算部110に出力する。続いて、制御部8は、補正用電圧生成部5を制御して補正用電圧Vref3を出力させる。各A/D変換器10は、入力された補正用電圧Vref3に応じた出力デジタル信号φD(Vref3)を第1の補正計算部110に出力する。これにより、第1の補正計算部110には各A/D変換器10の出力デジタル信号φD(Vref1)と、出力デジタル信号φD(Vref2)と、出力デジタル信号φD(Vref3)とが入力される。
続いて、第1の補正計算部110は、出力デジタル信号φD(Vref1)と、出力デジタル信号φD(Vref2)と、出力デジタル信号φD(Vref3)とに基づいて、各A/D変換器10の第1の補正式を算出する。なお、第1の補正計算部110が算出する各A/D変換器10の第1の補正式は、A/D変換器10の出力を補正することができる補正式であればどのような補正式でもよい。
例えば、各A/D変換器10の第1の補正式として(1)式を用いる場合、第1の補正計算部110は、出力デジタル信号φD(Vref1)と、出力デジタル信号φD(Vref2)と、出力デジタル信号φD(Vref3)とに基づいて、補正係数である(1)式の傾きと(1)式の切片とを算出、または(1)式のMINと、MAXと、Cの値を算出することで、A/D変換器10の第1の補正式を算出することができる。なお、式(1)において、Xは、A/D変換器10から入力される出力デジタル信号φD(Vin)である。また、MINは出力デジタル信号φD(Vref1)であり、MAXは出力デジタル信号φD(Vref3)であり、Cは出力デジタル信号φD(Vref2)である。また、補正値Hは、第1の補正式に基づいて、A/D変換器10が出力する出力デジタル信号φD(Vin)を補正した補正後デジタル信号φD(H)である。
次に、本実施形態における第2の補正計算部210が第2の補正式を算出する手順について説明する。第2の補正式は、A/D変換器20が出力する出力デジタル信号φDを補正するための補正式である。第2の補正計算部210は、固体撮像装置が画像を撮像する前(例えば、起動直後)に以下の処理を行い、各A/D変換器20の第2の補正式を算出して記憶する。また、第2の補正計算部210は、固体撮像装置が撮像信号を外部に出力する際に以下の処理を行い、各A/D変換器20の第2の補正式を算出する。
初めに、制御部8は、補正用電圧生成部5が出力する補正用電圧がA/D変換器20に入力されるように、切替部4の制御を行う。これにより、補正用電圧生成部5が出力する補正用電圧は、各A/D変換器20に入力される。
続いて、制御部8は、補正用電圧生成部5を制御して補正用電圧Vref1を出力させる。各A/D変換器20は、入力された補正用電圧Vref1に応じた出力デジタル信号φD(Vref1)を第2の補正計算部210に出力する。続いて、制御部8は、補正用電圧生成部5を制御して補正用電圧Vref2を出力させる。各A/D変換器20は、入力された補正用電圧Vref2に応じた出力デジタル信号φD(Vref2)を第2の補正計算部210に出力する。続いて、制御部8は、補正用電圧生成部5を制御して補正用電圧Vref3を出力させる。各A/D変換器20は、入力された補正用電圧Vref3に応じた出力デジタル信号φD(Vref3)を第2の補正計算部210に出力する。これにより、第2の補正計算部210には各A/D変換器20の出力デジタル信号φD(Vref1)と、出力デジタル信号φD(Vref2)と、出力デジタル信号φD(Vref3)とが入力される。
続いて、第2の補正計算部210は、出力デジタル信号φD(Vref1)と、出力デジタル信号φD(Vref2)と、出力デジタル信号φD(Vref3)とに基づいて、第1の補正計算部110が第1の補正式を算出する方法と同様の方法で、第2の補正式を算出する。
次に、本実施形態における固体撮像装置の画素部1に光が入射し、画素2が生成した信号をデジタル信号に変換する手順について説明する。初めに、垂直駆動部6が、画素選択信号φSLを“High”レベルにすることにより画素部1の1行目の画素2が選択され、選択された1行目の各画素2の信号がアナログ信号処理部3へそれぞれ出力される。なお、選択された各画素2からは、画素2内の光電変換素子をリセットしたときに出力されるリセット時の信号と、入射光量に応じた光信号との2つの信号が出力される。そして、アナログ信号処理部3では、各画素2から出力されたリセット時の信号と入射光量に応じた光信号との差を演算することによって、リセット時のノイズを抑圧した画素信号を生成し、生成した画素信号を入力信号Vinとして、画素2の列毎に備えられたA/D変換器10に出力する。このとき、制御部8は、切替部4と補正用電圧生成部5とを制御して、補正用電圧生成部5が生成した補正用電圧Vref1を各A/D変換器20に入力させる。
続いて、制御部8は、A/D変換器10,20に出力する入力パルスφPLを“High”レベルにする。このことによって、各A/D変換器10,20内のパルス遅延回路11は、アナログ信号処理部3または補正用電圧生成部5より入力された入力信号Vinまたは補正用電圧Vref1の信号レベルとGND(グランド)との差分に応じた遅延時間で入力パルスφPLを遅延させ、各遅延素子の遅延時間に応じた周波数を有するパルス信号φCKを発生する。そして、カウンタ12は、パルス遅延回路11から出力されるパルスφCKを計数する。
予め定められた一定期間が経過した後に、ラッチ&エンコーダ回路14は、パルス遅延回路11内でのパルス信号φCKの位置情報を検出する。同時にラッチ回路13は、カウンタ12の計数結果をラッチする。その後、制御部8が入力パルスφPLを“Low”レベルとすることにより、パルス遅延回路41内での入力パルスφPLの遅延を停止し、パルス信号φCKの生成を終了する。
その後、信号処理回路15は、ラッチ回路13が出力するデジタル信号φD2と、ラッチ&エンコーダ回路14が出力するデジタル信号φD3とを処理し、アナログ信号処理部3または補正用電圧生成部5から入力された入力信号Vinまたは補正用電圧Vref1の信号レベルに応じたデジタル信号φD4を出力デジタル信号φD(Vin)またはφD(Vref1)として出力とする。すなわち、各A/D変換器10は、画素2の画素信号に応じた出力デジタル信号φD(Vin)を出力する。また、各A/D変換器20は、補正用電圧生成部5の補正用電圧Vref1に応じた出力デジタル信号φD(Vref1)を出力する。
続いて、水平駆動部7は、読み出し制御信号φHを順次“High”レベルとすることによって、各A/D変換器10が出力する出力デジタル信号φD(Vin)を順次補正部9の第1の補正計算部110に入力させ、各A/D変換器20が出力する出力デジタル信号φD(Vref1)を順次補正部9の第2の補正計算部210に入力させる。
補正部9の第1の補正計算部110は、第1の補正式により、出力デジタル信号φD(Vin)を補正し、補正後デジタル信号φD(H)を固体撮像装置の1行目の画素2の撮像信号として外部に出力する。補正部9の第2の補正計算部210は、補正用電圧Vref1に応じた出力デジタル信号φD(Vref1)を一時記憶する。
続いて、垂直駆動部6が、画素選択信号φSLを“Low”レベルにすることにより、1行目の画素2の読み出しを完了する。
固体撮像装置は、上述の手順を繰り返し実行し、2行目から最終行の画素2が生成した電荷をデジタル信号に変換し、固体撮像装置の2行目から最終行の画素2の撮像信号として外部に出力する。これにより、固体撮像装置は、全ての画素2の撮像信号を外部に出力することができる。
なお、2行目の画素2が生成した電荷をデジタル信号に変換し、固体撮像装置の2行目の画素2の撮像信号として外部に出力する際には、制御部8は、切替部4と補正用電圧生成部5とを制御して、補正用電圧生成部5が生成した補正用電圧Vref2を各A/D変換器20に入力させる。そして、各A/D変換器20は、補正用電圧生成部5の補正用電圧Vref2に応じた出力デジタル信号φD(Vref2)を出力する。補正部9の第2の補正計算部210は、補正用電圧Vref2に応じた出力デジタル信号φD(Vref2)を一時記憶する。
また、3行目の画素2が生成した電荷をデジタル信号に変換し、固体撮像装置の3行目の画素2の撮像信号として外部に出力する際には、制御部8は、切替部4と補正用電圧生成部5とを制御して、補正用電圧生成部5が生成した補正用電圧Vref3を各A/D変換器20に入力させる。そして、各A/D変換器20は、補正用電圧生成部5の補正用電圧Vref3に応じた出力デジタル信号φD(Vref3)を出力する。補正部9の第2の補正計算部210は、補正用電圧Vref3に応じた出力デジタル信号φD(Vref3)を一時記憶する。
また、4行目から最終行の画素2が生成した電荷をデジタル信号に変換し、固体撮像装置の4行目から最終行の画素2の撮像信号として外部に出力する際には、補正用電圧生成部5と、A/D変換器20とは、上記の処理を実行しない。このとき、第2の補正計算部210は、出力デジタル信号φD(Vref1)と、出力デジタル信号φD(Vref2)と、出力デジタル信号φD(Vref3)とに基づいて各A/D変換器20の第2の補正式を算出する。これにより、第2の補正計算部210は、固体撮像装置が画像を撮像する毎に各A/D変換器20の第2の補正式を新たに算出することができる。なお、補正計算部210は、第2の補正式を算出した後、一時記憶している出力デジタル信号φD(Vref1)と、出力デジタル信号φD(Vref2)と、出力デジタル信号φD(Vref3)とを消去する。
次に、第1の補正式を新たに算出する手順について説明する。図3は、本実施形態における第1の補正式を新たに算出する手順を示したフローチャートである。
(ステップS101)固体撮像装置は画像を撮像する。このとき、第2の補正計算部210は、各A/D変換器20の補正式を算出する。その後、ステップS102の処理に進む。
(ステップS101)固体撮像装置は画像を撮像する。このとき、第2の補正計算部210は、各A/D変換器20の補正式を算出する。その後、ステップS102の処理に進む。
(ステップS102)判定部220は、第2の補正計算部210が記憶している各A/D変換器20の第2の補正式の補正係数と、ステップS101で算出した各A/D変換器20の第2の補正式の補正係数との変化率を算出する。その後、ステップS103の処理に進む。
(ステップS103)判定部220は、ステップS102で算出した変化率と予め定められた基準値とを比較する。その後、ステップS104の処理に進む。なお、固体撮像装置が複数のA/D変換器20を備えている場合、任意のA/D変換器20の第2の補正式の補正係数の変化率と、予め定められた基準値とを比較してもよく、複数のA/D変換器20の第2の補正式の補正係数の変化率の平均値と、予め定められた基準値とを比較してもよい。
(ステップS104)判定部220は、ステップS103で比較した結果に基づいて、ステップS102で算出した変化率が、予め定められた基準値以上であると判定した場合にはステップS106の処理に進み、それ以外の場合(予め定められた基準値未満の場合)にはステップS105の処理に進む。
(ステップS105)判定部220は、第1の補正式を新たに算出しないと判定する。また、第2の補正計算部210は、ステップS101で算出した第2の補正式を破棄する。その後、ステップS101の処理に戻る。
(ステップS106)判定部220は、第1の補正式を新たに算出すると判定する。その後、ステップS107の処理に進む。
(ステップS106)判定部220は、第1の補正式を新たに算出すると判定する。その後、ステップS107の処理に進む。
(ステップS107)アップデート信号出力部230は、判定部220が第1の補正式を新たに算出すると判定したため、第1の補正式を新たに算出させるための信号を第1の補正計算部110に出力する。その後、ステップS108の処理に進む。
(ステップS108)第1の補正計算部110は、アップデート信号出力部230から第1の補正式を新たに算出するための信号が入力されたため、第1の補正式を新たに算出する。また、第1の補正計算部110は、以降の出力デジタル信号φD(Vin)の補正は、新たに算出した第1の補正式を用いて行う。また、第2の補正計算部210は、記憶している第2の補正式を消去し、ステップS101で算出した第2の補正式を記憶する。その後、ステップS101の処理に戻る。なお、第1の補正計算部110が第1の補正式を新たに算出する方法はどのような方法でもよい。
(ステップS108)第1の補正計算部110は、アップデート信号出力部230から第1の補正式を新たに算出するための信号が入力されたため、第1の補正式を新たに算出する。また、第1の補正計算部110は、以降の出力デジタル信号φD(Vin)の補正は、新たに算出した第1の補正式を用いて行う。また、第2の補正計算部210は、記憶している第2の補正式を消去し、ステップS101で算出した第2の補正式を記憶する。その後、ステップS101の処理に戻る。なお、第1の補正計算部110が第1の補正式を新たに算出する方法はどのような方法でもよい。
例えば、ステップS108で第1の補正計算部110が第1の補正式を新たに算出する方法としては、ステップS102で判定部220が算出した第2の補正式の補正係数の変化率を用いて、第1の補正計算部110が第1の補正式を新たに算出する方法がある。固体撮像装置の温度が変化することで第1の補正式の補正係数と第2の補正式の補正係数が変化する場合、A/D変換器10の第1の補正式の補正係数の変化率と、A/D変換器20の第2の補正式の補正係数の変化率とは同じ変化率であると考えられる。そのため、第1の補正計算部110は、第1の補正式の補正係数の変化率が第2の補正式の補正係数の変化率と同一の変化率となるように、第1の補正式の補正係数を補正する。具体的には、第2の補正式の補正係数が1.2倍に変化した場合、第1の補正計算部110は、第1の補正式の補正係数を1.2倍とする。これにより、第1の補正計算部110は、第2の補正式の補正係数の変化率を用いて、第1の補正式を新たに算出することができる。
また、ステップS108で第1の補正計算部110が第1の補正式を新たに算出する方法としては、固体撮像装置がA/D変換器20を複数備えている場合、判定部220は、各A/D変換器20の第2の補正式の補正係数の変化率の平均を算出する。そして、第1の補正計算部110は、この変化率の平均を用いて第1の補正式の補正係数を補正する方法がある。これにより、第1の補正計算部110は、第2の補正式の補正係数の変化率の平均を用いて、第1の補正式を新たに算出することができる。
また、ステップS108で第1の補正計算部110が第1の補正式を新たに算出する方法としては、固体撮像装置が2つのA/D変換器20を備えており、図1に示したようにA/D変換器10を挟むように互いに離れて配置されている場合は、単純に2つのA/D変換器20の第2の補正式の補正係数の変化率の平均を用いるのではなく、2つのA/D変換器20からの距離を考慮して第1の補正式を算出する方法がある。具体的には、判定部220は、2つのA/D変換器20からの距離に応じて補正係数の変化率を算出する。そして、第1の補正計算部110は、2つのA/D変換器20からの距離に応じた補正係数の変化率を用いて第1の補正式の補正係数の補正を行う。これにより、第1の補正計算部110は、2つのA/D変換器20からの距離に応じた補正係数の変化率を用いて、第1の補正式を新たに算出することができる。
例えば、左側に配置されているA/D変換器20の第2の補正式の補正係数の変化率をΔAL20とし、右側に配置されているA/D変換器20の第2の補正式の補正係数の変化率をΔAR20とする。また、左側に配置されているA/D変換器20と右側に配置されているA/D変換器20との間には、n個のA/D変換器10が等間隔に設置されているとする。また、A/D変換器10の第1の補正式の補正係数は、左側のA/D変換器10から順に、A10_1,A10_2,A10_3,・・・,A10_nとする。
この場合、固体撮像装置が備えている各A/D変換器10の第1の補正式の補正係数の変化率は、2つのA/D変換器20からの距離を考慮すると、左側から順に、ΔAL20,{ΔAL20×(n−1)+ΔAR20×1}/n,{ΔAL20×(n−2)+ΔAR20×2}/n,・・・,ΔAR20となる。
従って、左側から1番目のA/D変換器10の第1の補正式の補正後の補正係数は、A10_1×ΔAL20となる。また、左側から2番目のA/D変換器10の第1の補正式の補正後の補正係数は、A10_2×{ΔAL20×(n−1)+ΔAR20×1}/nとなる。また、左側から3番目のA/D変換器10の第1の補正式の補正後の補正係数は、A10_3×{ΔAL20×(n−2)+ΔAr20×2}/nとなる。また、左からn番目、即ち最も右側のA/D変換器10の第1の補正式の補正後の補正係数は、A10_n×ΔAR20となる。
このように、2つのA/D変換器20からの距離に応じた補正係数の変化率を用いて第1の補正式の補正係数の補正を行うことで、例えば、左側に配置されているA/D変換器20と右側に配置されているA/D変換器20との間で温度勾配がある場合にも、この温度勾配に応じて、第1の補正式を新たに算出することができる。
また、ステップS108で第1の補正計算部110が第1の補正式を新たに算出する方法としては、固体撮像装置が画像を撮像する前に第1の補正式を算出する方法と同様の方法で、第1の補正式を算出する方法がある。この方法は、第2の補正式の補正係数の変化率を用いて第1の補正式の補正係数を補正する方法と比較すると処理量は増加するが、以前に算出した第1の補正式の補正係数を補正するのではなく、基準電圧を用いて第1の補正計算部110が第1の補正式を算出するため、第1の補正式の精度はより向上する。
上述したとおり、本実施形態によれば、複数のA/D変換器10の第1の補正式を繰り返し算出するのではなく、A/D変換器10の数よりも少ない数のA/D変換器20の第2の補正式を繰り返し算出する。そして、第2の補正式の補正係数が一定の変化率以上変化した場合、A/D変換器10の第1の補正式を新たに算出する。これにより、固体撮像装置は、繰り返し算出する補正式の数を減らすことができるため、A/D変換器10の第1の補正式の算出処理を軽減することができる。
また、本実施形態によれば、第1の補正計算部110は、A/D変換器20の第2の補正式の補正係数に基づいて、A/D変換器10の第1の補正式を算出することも可能である。この場合、以前に算出した第1の補正式の補正係数を補正することで、第1の補正式を算出するため、基準電圧を用いて第1の補正式を算出するよりも処理量が少なくて済む。従って、固体撮像装置は、第1の補正式の補正処理をより軽減することができる。
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態の固体撮像装置と第1の実施形態の固体撮像装置とで異なる点は、画素部1がオプティカルブラック画素(OB画素)を備えている点と、補正用電圧生成部5が備える電圧回路は、電圧Vref3を生成する第1の電圧回路51と、電圧Vref2を生成する第2の電圧回路52とである点である。
以下、本発明の第2の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態の固体撮像装置と第1の実施形態の固体撮像装置とで異なる点は、画素部1がオプティカルブラック画素(OB画素)を備えている点と、補正用電圧生成部5が備える電圧回路は、電圧Vref3を生成する第1の電圧回路51と、電圧Vref2を生成する第2の電圧回路52とである点である。
図4は、本実施形態における固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図示する例では、固体撮像装置は、固体撮像装置は、複数の画素2と遮光されたオプティカルブラック画素201が行列状に配置された画素部1と、アナログ信号処理部3と、切替部4と、補正用電圧生成部5と、垂直駆動部6と、水平駆動部7と、制御部8と、補正部9と、A/D変換器10(第1のA/D変換部)と,A/D変換器20(第2のA/D変換部)とを備えている。
また、補正部9は、A/D変換器10の線形性を補正する第1の補正式を算出する第1の補正計算部110と、A/D変換器20の線形性を補正する第2の補正式を算出する第2の補正計算部210と、第2の補正式に変化があるか否かを判定する判定部220と、第1の補正計算部110にアップデート信号を出力するアップデート信号出力部230とを備えている。なお、固体撮像装置が備える各部は、画素部1を除いて、第1の実施形態の固体撮像装置が備える各部と同様である。A/D変換器10とA/D変換器20との構成も、第1の実施形態と同様、図2に示す構成である。オプティカルブラック画素201は、光が入射しないように覆われた(マスクされた)画素である。
次に、本実施形態における第1の補正計算部110が第1の補正式を算出する手順について説明する。第1の補正式は、A/D変換器10が出力するデジタル信号φDを補正するための補正式である。第1の補正計算部110は、固体撮像装置が画像を撮像する前(例えば、起動直後)に以下の処理を行い、各A/D変換器10の第1の補正式を算出して記憶する。
初めに、制御部8は、アナログ信号処理部3が出力する入力信号Vinが各A/D変換器10に入力されるように、切替部4の制御を行う。続いて、制御部8は、垂直駆動部6を制御して、画素部1の5行目のオプティカルブラック画素201の信号をアナログ信号処理部3に入力させる。また、アナログ信号処理部3は、ノイズを抑圧した画素信号を生成し、生成した画素信号を入力信号Vin(ob)として、画素2およびオプティカルブラック画素201の列毎に備えられたA/D変換器10に出力する。各A/D変換器10は、入力されたオプティカルブラック画素201の入力信号Vin(ob)に応じた出力デジタル信号φD(Vin(ob))を第1の補正計算部110に出力する。
続いて、制御部8は、補正用電圧生成部5が出力する補正用電圧が各A/D変換器10に入力されるように、切替部4の制御を行う。これにより、補正用電圧生成部5が出力する補正用電圧は、各A/D変換器10に入力される。続いて、制御部8は、補正用電圧生成部5を制御して補正用電圧Vref2を出力させる。各A/D変換器10は、入力された補正用電圧Vref2に応じた出力デジタル信号φD(Vref2)を第1の補正計算部110に出力する。続いて、制御部8は、補正用電圧生成部5を制御して補正用電圧Vref3を出力させる。各A/D変換器10は、入力された補正用電圧Vref3に応じた出力デジタル信号φD(Vref3)を第1の補正計算部110に出力する。これにより、第1の補正計算部110には各A/D変換器10の出力デジタル信号φD(Vin(ob))と、出力デジタル信号φD(Vref2)と、出力デジタル信号φD(Vref3)とが入力される。なお、入力信号Vin(ob)と、基準電圧Vref2、Vref3の大きさは、Vin(ob)が一番小さく、Vref2が2番目に小さく、Vref3が一番大きい(Vin(ob)<Vref2<Vref3)。
続いて、第1の補正計算部110は、出力デジタル信号φD(Vin(ob))と、出力デジタル信号φD(Vref2)と、出力デジタル信号φD(Vref3)とに基づいて、各A/D変換器10の補正式の算出を行う。なお、第1の補正計算部110が算出する各A/D変換器10の補正式は、A/D変換器10の出力を補正することができる補正式であればどのような補正式でもよい。例えば、補正式の算出方法は、第1の実施形態における補正式の算出方法と同様の方法で行う。
次に、本実施形態における第2の補正計算部210が第2の補正式を算出する手順について説明する。第2の補正式は、A/D変換器20が出力する出力デジタル信号φDを補正するための補正式である。第2の補正計算部210は、固体撮像装置が画像を撮像する前(例えば、起動直後)に以下の処理を行い、各A/D変換器20の第2の補正式を算出して記憶する。また、第2の補正計算部210は、固体撮像装置が撮像信号を外部に出力する際に以下の処理を行い、各A/D変換器20の第2の補正式を算出する。
初めに、制御部8は、アナログ信号処理部3が出力する入力信号Vinが各A/D変換器10に入力されるように、切替部4の制御を行う。続いて、制御部8は、垂直駆動部6を制御して、画素部1の1列目と5行目に配置されているオプティカルブラック画素201のうち、各行1つのオプティカルブラック画素201の信号をアナログ信号処理部3に入力させる。また、アナログ信号処理部3は、ノイズを抑圧した画素信号を生成し、生成した画素信号を入力信号Vin(ob)として、各A/D変換器20に出力する。各A/D変換器20は、入力されたオプティカルブラック画素201の入力信号Vin(ob)に応じた出力デジタル信号φD(Vin(ob))を第2の補正計算部210に出力する。
続いて、制御部8は、補正用電圧生成部5が出力する補正用電圧が各A/D変換器20に入力されるように、切替部4の制御を行う。これにより、補正用電圧生成部5が出力する補正用電圧は、各A/D変換器20に入力される。続いて、制御部8は、補正用電圧生成部5を制御して補正用電圧Vref2を出力させる。各A/D変換器20は、入力された補正用電圧Vref2に応じた出力デジタル信号φD(Vref2)を第2の補正計算部210に出力する。続いて、制御部8は、補正用電圧生成部5を制御して補正用電圧Vref3を出力させる。各A/D変換器20は、入力された補正用電圧Vref3に応じた出力デジタル信号φD(Vref3)を第2の補正計算部210に出力する。これにより、第2の補正計算部210には各A/D変換器20の出力デジタル信号φD(Vin(ob))と、出力デジタル信号φD(Vref2)と、出力デジタル信号φD(Vref3)とが入力される。
続いて、第2の補正計算部210は、出力デジタル信号φD(Vin(ob))と、出力デジタル信号φD(Vref2)と、出力デジタル信号φD(Vref3)とに基づいて、第1の補正計算部110と同様の方法で、第2の補正式を算出する。
上述したとおり、本実施形態においては、A/D変換器10,20は、オプティカルブラック画素201の画素信号に基づいた入力信号Vin(ob)に応じた出力デジタル信号φD(Vin(ob))と、補正用電圧生成部5が出力する補正用電圧Vref2に応じた出力デジタル信号φD(Vref2)と、補正用電圧生成部5が出力する補正用電圧Vref3に応じた出力デジタル信号φD(Vref3)とを出力する。そして、第1の補正計算部110は、A/D変換器10が出力した出力デジタル信号φD(Vin(ob))と、出力デジタル信号φD(Vref2)と、出力デジタル信号φD(Vref3)とに基づいて、第1の補正式を算出する。また、第2の補正計算部210は、A/D変換器20が出力した出力デジタル信号φD(Vin(ob))と、出力デジタル信号φD(Vref2)と、出力デジタル信号φD(Vref3)とに基づいて、第2の補正式を算出する。
すなわち、本実施形態では、第1の実施形態とは異なり、補正用電圧Vref1の代わりにオプティカルブラック画素201が出力する信号を用いて第1の補正式と第2の補正式の算出を行う。従って、補正用電圧生成部5が備える電圧回路は、電圧Vref3を生成する第1の電圧回路51と、電圧Vref2を生成する第2の電圧回路52との2つの回路となるため、回路規模を削減することができる。
以上、この発明の第1の実施形態と第2の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
1・・・画素部、2・・・画素、3・・・アナログ信号処理部、4・・・切替部、5・・・補正用電圧生成部、6・・・垂直駆動部、7・・・水平駆動部、8・・・制御部、9・・・補正部、10,20・・・A/D変換器、11・・・パルス遅延回路、12・・・カウンタ、13・・・ラッチ回路、14・・・ラッチ&エンコーダ回路、15・・・信号処理回路、51・・・第1の電圧回路、52・・・第2の電圧回路、53・・・第3の電圧回路、110・・・第1の補正計算部、201・・・オプティカルブラック画素、210・・・第2の補正計算部、220・・・判定部、230・・・アップデート信号出力部
Claims (10)
- 行列状に配置された複数の画素と、
前記複数の画素の各列の出力信号が入力され、当該出力信号をデジタル信号に変換して出力する複数の第1のA/D変換器と、
補正用信号が入力され、当該補正用信号をデジタル信号に変換して出力する第2のA/D変換器と、
前記第1のA/D変換器が出力する前記デジタル信号の線形性を補正するための第1の補正式を算出する第1の補正計算部と、
前記第2のA/D変換器が出力する前記デジタル信号に基づいて、当該第2のA/D変換器が出力する前記デジタル信号の線形性を補正するための第2の補正式を算出する第2の補正計算部と、
前記第2の補正計算部が算出した前記第2の補正式の係数と、当該第2の補正式よりも前に算出した前記第2の補正式の係数とを比較した結果に基づいて、前記第1の補正式を算出するか否かを判定する判定部と、
前記第1の補正式を算出すると判定された場合、前記第1の補正計算部に前記第1の補正式を算出させるための信号を出力する信号出力部と、
を備えたことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記補正用信号は、基準となる定電圧である
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記補正用信号は、光が入射しないようにマスクされた前記画素の出力である
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記第1の補正計算部は、前記第1の補正式を算出する際に、前記第2の補正式の係数の変化量に基づいて、前記第1の補正式の係数を補正する
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記複数の第1のA/D変換器は、前記補正用信号が入力され、当該信号をデジタル信号に変換して出力し、
前記第1の補正計算部は、前記補正用信号が入力された前記第1のA/D変換器が出力する前記デジタル信号に基づいて、前記第1の補正式を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 行列状に配置された複数の画素の各列の出力信号が複数の第1のA/D変換器に入力され、当該複数の第1のA/D変換器が当該出力信号をデジタル信号に変換して出力するステップと、
補正用信号が第2のA/D変換器に入力され、当該第2のA/D変換器が当該補正用信号をデジタル信号に変換して出力するステップと、
第1の補正計算部が、前記第1のA/D変換器が出力する前記デジタル信号の線形性を補正するための第1の補正式を算出するステップと、
第2の補正計算部が、前記第2のA/D変換器が出力する前記デジタル信号に基づいて、当該第2のA/D変換器が出力する前記デジタル信号の線形性を補正するための第2の補正式を算出するステップと、
判定部が、前記第2の補正計算部が算出した前記第2の補正式の係数と、当該第2の補正式よりも前に算出した前記第2の補正式の係数とを比較した結果に基づいて、前記第1の補正式を算出するか否かを判定するステップと、
信号出力部が、前記第1の補正式を算出すると判定された場合、前記第1の補正計算部に前記第1の補正式を算出させるための信号を出力するステップと、
を有することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 - 前記補正用信号は、基準となる定電圧である
ことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 前記補正用信号は、光が入射しないようにマスクされた前記画素の出力である
ことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 前記第1の補正計算部が、前記第1のA/D変換器が出力する前記デジタル信号の線形性を補正するための第1の補正式を算出するステップでは、前記第1の補正計算部が、前記第1の補正式を算出する際に、前記第2の補正式の係数の変化量に基づいて、前記第1の補正式の係数を補正する
ことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 前記補正用信号が前記複数の第1のA/D変換器に入力され、前記複数の第1のA/D変換器が、当該信号をデジタル信号に変換して出力するステップ
を有し、
前記第1の補正計算部が、前記補正用信号が入力された前記第1のA/D変換器が出力する前記デジタル信号の線形性を補正するための第1の補正式を算出するステップでは、前記第1の補正計算部が、前記第1のA/D変換器が出力する前記デジタル信号に基づいて、前記第1の補正式を算出する
ことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置の駆動方法。
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