JP2013009087A - 撮像装置及びその駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像装置は、光電変換により信号を生成する画素(10−1)と、前記画素に基づく信号を、時間に対して変化する参照信号と比較する比較回路(30−1)と、前記画素に基づく信号と前記参照信号との大小関係が逆転するまでの間にカウント動作を行うカウンタ回路(40−1)と、前記画素に基づく信号のレベルに応じて、前記参照信号の時間に対する変化率を設定する選択回路(30−2)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出力する。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AD変換部のブロック図である。本実施形態は、信号レベルの判定を信号レベル判定回路(選択回路)30−3で行う。以下、本実施形態が第1の実施形態と異なる点を説明する。図6のビットシフトの説明で述べたように、ランプ信号切り替え判定は低精度で良いので、必ずしも比較回路30−1で判定を行う必要はなく、信号レベル判定回路30−3で判定しても良い。この場合、ランプ信号発生回路25は、ランプ信号VHとランプ信号VL/ランプ信号VRを選択回路30−2に出力する。信号レベル判定回路30−3は、S信号が基準信号VREFより大きいときにはハイレベルの判定信号SEL2を選択回路30−2に出力し、選択回路30−2はハイレベルの判定信号SEL2を基にランプ信号VHを比較回路30−1に出力する。これに対し、信号レベル判定回路30−3は、S信号が基準信号VREFより小さいときにはローレベルの判定信号SEL2を選択回路30−2に出力し、選択回路30−2はローレベルの判定信号SEL2を基にランプ信号VLを比較回路30−1に出力する。本実施形態のランプ信号VRAMPには、基準信号VREFは必要ない。また、ランプ信号発生回路25でランプ信号VREFを生成しないのでランプ信号発生回路25を簡単化出来る。
図8は、本発明の第3の実施形態によるAD変換部のブロック図である。以下、本実施形態が第2の実施形態と異なる点を説明する。本実施形態では、ランプ信号発生回路25は、ランプ信号VHを生成してアッテネータ30−4に出力する。アッテネータ30−4は、ランプ信号生成回路25により生成されたランプ信号VHを減衰させることにより、異なる傾きのランプ信号VL及びランプ信号VRを生成する。アッテネータ30−4は、制御信号CONT1及び判定信号SEL2(又は選択信号SEL)に応じて、ランプ信号VH、ランプ信号VL又はランプ信号VRを比較回路30−1に出力する。アッテネータ30−4を設けることにより、ランプ信号発生回路25からアッテネータ30−4への配線数を半減することが出来る効果がある。
図10は、本発明の第4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、上述の各実施形態で説明した撮像素子100が用いられる。
Claims (12)
- 光電変換により信号を生成する画素と、
前記画素に基づく信号を、時間に対して変化する参照信号と比較する比較回路と、
前記画素に基づく信号と前記参照信号との大小関係が逆転するまでの間にカウント動作を行うカウンタ回路と、
前記画素に基づく信号のレベルに応じて、前記参照信号の時間に対する変化率を設定する選択回路と
を有することを特徴とする撮像装置。 - さらに、前記画素から出力された信号を増幅する増幅回路を有し、
前記増幅回路で増幅された信号を前記画素に基づく信号とすることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 - 前記比較回路は、前記画素に基づく信号と基準信号との信号レベルを比較し、
前記選択回路は、前記比較回路による信号レベルの比較結果に応じて前記参照信号の時間に対する変化率を設定することを特徴とする請求項1又は2記載の撮像装置。 - さらに、前記画素に基づく信号のレベルを判定する信号レベル判定回路を有し、
前記選択回路は、前記信号レベル判定回路の判定結果に応じて前記参照信号の時間に対する変化率を設定することを特徴とする請求項1又は2記載の撮像装置。 - 前記選択回路は、前記画素に基づく信号が前記基準信号より大きいときには第1の参照信号を選択し、前記画素の信号が前記基準信号より小さいときには前記第1の参照信号より時間に対する変化率が小さい第2の参照信号を選択することを特徴とする請求項3記載の撮像装置。
- さらに、前記参照信号を生成する参照信号発生回路と、
前記参照信号発生回路により生成された参照信号を減衰させるアッテネータとを有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記画素、前記選択回路、前記比較回路及び前記カウンタ回路は、撮像素子内に設けられ、
前記撮像素子は、前記カウンタ回路の計数値のうちの少なくとも時間に対する変化率が最も大きい参照信号に対応する計数値をビットシフトするビットシフト部を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記画素、前記選択回路、前記比較回路及び前記カウンタ回路は、撮像素子内に設けられ、
さらに、前記撮像素子の外部に設けられ、前記カウンタ回路の計数値のうちの少なくとも時間に対する変化率が最も大きい参照信号に対応する計数値をビットシフトするビットシフト部を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の撮像装置。 - さらに、制御信号に応じて、前記ビットシフト部によりビットシフトされたデータのビット数を減らすビット数調整部を有する請求項7又は8記載の撮像装置。
- 前記カウンタ回路の計数値は、前記画素の信号のレベルを示すフラグと共に出力されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の撮像装置。
- さらに、行列状に配列された複数の前記画素を有し、
前記比較回路を前記複数の画素の各列に有することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 光電変換により信号を生成する複数の画素を含む画素部を有する撮像装置の駆動方法であって、
前記画素に基づく信号のレベルを判定する判定ステップと、
前記判定ステップの判定結果に基づいて参照信号を設定する設定ステップと、
前記設定ステップで設定された前記参照信号と前記画素に基づく信号とを比較する比較ステップと、
前記比較ステップで、前記画素に基づく信号と前記参照信号との大小関係が逆転するまでの間にカウント動作を行うカウントステップと
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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