JP2013211832A5 - - Google Patents

Description

本発明は上記課題を解決するために為されたものであり、その一の態様は、信号電荷を生成する光電変換部を複数有するとともに、前記信号電荷に基づく信号を出力する画素と、前記画素から出力される前記信号をデジタル信号にＡＤ変換するＡＤ変換部と、を有する撮像装置であって、前記画素に含まれるｍ個（ｍは整数）の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく信号をデジタル信号に変換する第１の期間に対し、より短い第２の期間で、前記ｍ個よりも少ないｎ個（ｎは整数）の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく信号をデジタル信号に変換することを特徴とする撮像装置である。また別の態様は、信号電荷を生成する光電変換部を複数有するとともに、前記信号電荷に基づく信号を出力する画素と、参照信号供給部と比較器とを有するＡＤ変換部と、を有する撮像装置であって、前記参照信号供給部は、時間に依存して電位が変化する第１の参照信号と第２の参照信号を前記比較器に供給し、前記第１の参照信号は、電位が第１の期間に第１の範囲で変化する参照信号であり、前記第２の参照信号は、前記第１の期間よりも短い第２の期間に前記第１の範囲よりも振幅が小さい第２の範囲で電位が変化する参照信号であり、前記比較器は、前記参照信号と前記画素から出力される前記信号とを比較した結果に基づく比較結果信号を出力し、複数の前記光電変換部は少なくとも第１の光電変換部と第２の光電変換部とを含み、前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部とが同じ光量の光の入力に対し、前記第１の光電変換部に基づく前記信号の信号振幅が、前記第２の光電変換部に基づく前記信号の信号振幅よりも大きく、前記比較器は、前記第１の参照信号と前記第１の光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号との比較と、前記第２の参照信号と前記第２の光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号との比較とを行うことを特徴とする撮像装置である。

また別の態様は、信号電荷を生成する光電変換部を複数有するとともに、前記信号電荷に基づく信号を出力する画素と、前記画素から出力される前記信号をデジタル信号にＡＤ変換するＡＤ変換部と、を有する撮像装置であって、第１のＡＤ変換期間に、前記画素に含まれるｍ個（ｍは整数）の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく信号をデジタル信号に変換し、前記第１のＡＤ変換期間よりも短い第２のＡＤ変換期間に、前記ｍ個よりも少ないｎ個（ｎは整数）の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく信号をデジタル信号に変換することを特徴とする撮像装置の駆動方法である。

Claims (20)

1. 信号電荷を生成する光電変換部を複数有するとともに、前記信号電荷に基づく信号を出力する画素と、
   前記画素から出力される前記信号をデジタル信号にＡＤ変換するＡＤ変換部と、を有する撮像装置であって、
   前記画素に含まれるｍ個（ｍは整数）の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく信号をデジタル信号に変換する第１の期間に対し、より短い第２の期間で、前記ｍ個よりも少ないｎ個（ｎは整数）の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく信号をデジタル信号に変換することを特徴とする撮像装置。
2. 前記ｎ個の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号のＡＤ変換が、
   前記ｍ個の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号のＡＤ変換よりも、前記画素から出力される前記信号の１ＬＳＢあたりの、前記画素から出力される前記信号の信号範囲が大きいことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記ＡＤ変換部は、前記画素から出力される前記信号と参照信号との信号値を比較した比較結果に基づいて、前記画素から出力される前記信号をデジタル信号に変換し、
   前記第１の期間は、前記ｍ個の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号と前記参照信号とを比較する期間であり、
   前記第２の期間は、前記ｎ個の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号と前記参照信号とを比較する期間であ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。
4. 前記ＡＤ変換部は、比較器と、前記参照信号を前記比較器に供給する参照信号供給部と、を有し、
   前記参照信号供給部は、時間に依存して電位が変化する第１の参照信号と第２の参照信号を前記比較器に供給し、
   前記第１の参照信号は、前記第１の期間に電位が変化する参照信号であり、
   前記第２の参照信号は、前記第２の期間に電位が変化する参照信号であり、
   前記比較器は、前記第１の参照信号と前記ｍ個の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号と、の比較と、
   前記第２の参照信号と、前記ｎ個の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号と、の比較と、
   を行うことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 単位時間あたりの電位の変化量が、前記第１の参照信号と前記第２の参照信号とが等しいか、前記第１の参照信号の方が前記第２の参照信号よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記ＡＤ変換部は、比較器と、前記参照信号を前記比較器に供給する参照信号供給部と、
   クロック信号を計数して、単位時間当たり第１のカウント量でのカウント信号の生成と、第１のカウント量よりも少ない第２のカウント量でのカウント信号の生成と、を行うカウンタと、
   前記カウント信号を保持するメモリと、を有し、
   前記参照信号供給部は、時間に依存して電位が変化する第１の参照信号と第２の参照信号を前記比較器に供給し、
   前記第１の参照信号は、前記第１の期間に電位が変化する参照信号であり、
   前記第２の参照信号は、前記第２の期間に電位が変化する参照信号であり、
   前記比較器が、前記参照信号と前記画素から出力される前記信号とが入力され、前記画素から出力される前記信号と前記参照信号とを比較した結果に基づく比較結果信号を出力し、
   前記比較器が、前記第１の参照信号と前記ｍ個の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号と、を比較した比較結果信号を生成し、前記メモリが前記比較結果信号に基づいて前記第１のカウント量で生成した前記カウント信号を保持し、
   前記比較器が、前記第２の参照信号と、前記ｎ個の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号と、を比較した比較結果信号を生成し、前記メモリが前記比較結果信号に基づいて前記第２のカウント量で生成した前記カウント信号を保持することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
7. 前記比較器は、前記ｍ個の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号と、閾値信号と、を比較した結果を示す比較結果信号を生成し、
   前記ｍ個の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号が閾値信号よりも信号値が大きいことを前記比較結果信号が示す場合に、前記比較器が、単位時間あたり第１の変化量で電位が変化する前記第１の参照信号と、前記ｍ個の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号と、を比較し、
   前記ｍ個の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号が閾値信号よりも信号値が小さいことを前記比較結果信号が示す場合に、前記第１の参照信号の単位時間当たりの電位の変化量を、前記比較器が、単位時間あたり前記第１の変化量よりも小さい第２の変化量で電位が変化する前記第１の参照信号と、前記ｍ個の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号と、を比較することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の撮像装置。
8. 前記撮像装置は、前記画素から出力される前記信号を増幅して前記ＡＤ変換部に出力する増幅部と、判定回路と、をさらに有し、
   前記増幅部は第１の増幅率で前記ｍ個の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号を増幅した第１の増幅信号を出力し、
   前記比較器は、前記第１の増幅信号と、閾値信号と、を比較した比較結果信号を前記判定回路に出力し、
   前記比較結果信号が、前記第１の増幅信号が前記閾値信号よりも大きいことを示す場合に、前記判定回路が前記増幅部に、前記ｍ個の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号を、前記第１の増幅率よりも小さい第２の増幅率で増幅して前記比較器に出力することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の撮像装置。
9. 前記第１の参照信号および前記第２の参照信号の時間に依存して電位が変化する範囲の最大値が、前記ｎ個の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号に基づくことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
10. 前記第２の参照信号の時間に依存して電位が変化する範囲が、前記第１の参照信号の時間に依存して電位が変化する範囲のｎ／ｍ倍以上であることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の撮像装置。
11. ノイズ信号がさらに前記比較器に出力され、
    前記参照信号供給部が、第２の参照信号が時間に依存して電位が変化する期間よりも短い期間に前記第２の参照信号の時間に依存して電位が変化する範囲よりも小さい範囲で電位が変化する第３の参照信号を前記比較器にさらに供給し、
    前記比較器が、前記ノイズ信号と前記第３の参照信号とを比較することを特徴とする請求項４〜１０のいずれかに記載の撮像装置。
12. 前記ＡＤ変換部が、複数の容量素子を有し、
    基準信号を与える前記容量素子を切り替えて前記ＡＤ変換部を逐次比較型のＡＤ変換回路として動作させて、前記画素から出力される前記信号に基づくデジタル信号の上位ビットの信号値を決定し、
    前記ＡＤ変換部に、時間に依存しで電位が変化する参照信号を供給して、前記ＡＤ変換部をランプ型のＡＤ変換回路として動作させて、前記画素から出力される前記信号に基づく前記デジタル信号の下位ビットの信号値を決定することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の撮像装置。
13. 前記ＡＤ変換部を前記逐次比較型のＡＤ変換回路として動作させて生成するデジタル信号のビット数が、
    前記ｎ個の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号に基づくデジタル信号の方が、前記ｍ個の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号に基づく前記デジタル信号よりも少ないことを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
14. 前記撮像装置は、複数の前記画素が行列状に配された画素部と、
    マイクロレンズを複数有するマイクロレンズアレイをさらに有し、
    １つの前記マイクロレンズは、前記画素の複数の前記光電変換部に光を集光させて入射させることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の撮像装置。
15. 信号電荷を生成する光電変換部を複数有するとともに、前記信号電荷に基づく信号を出力する画素と、
    参照信号供給部と比較器とを有するＡＤ変換部と、を有する撮像装置であって、
    前記参照信号供給部は、時間に依存して電位が変化する第１の参照信号と第２の参照信号を前記比較器に供給し、
    前記第１の参照信号は、電位が第１の期間に第１の範囲で変化する参照信号であり、
    前記第２の参照信号は、前記第１の期間よりも短い第２の期間に前記第１の範囲よりも振幅が小さい第２の範囲で電位が変化する参照信号であり、
    前記比較器は、前記参照信号と前記画素から出力される前記信号とを比較した結果に基づく比較結果信号を出力し、
    複数の前記光電変換部は少なくとも第１の光電変換部と第２の光電変換部とを含み、
    前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部とが同じ光量の光の入力に対し、前記第１の光電変換部に基づく前記信号の信号振幅が、前記第２の光電変換部に基づく前記信号の信号振幅よりも大きく、
    前記比較器は、前記第１の参照信号と前記第１の光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号との比較と、
    前記第２の参照信号と前記第２の光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号との比較とを行うことを特徴とする撮像装置。
16. 信号電荷を生成する光電変換部を有するとともに、前記信号電荷に基づく信号を出力する第１の画素と第２の画素と、
    参照信号供給部と比較器とを有するＡＤ変換部と、を有する撮像装置であって、
    前記参照信号供給部は、時間に依存して電位が変化する第１の参照信号と第２の参照信号を前記比較器に供給し、
    前記第１の参照信号は、電位が第１の期間に第１の範囲で変化する参照信号であり、
    前記第２の参照信号は、前記第１の期間よりも短い第２の期間に前記第１の範囲よりも振幅が小さい第２の範囲で電位が変化する参照信号であり、
    前記比較器は、前記参照信号と前記画素から出力される前記信号とを比較した結果に基づく比較結果信号を出力し、
    前記第１の画素と前記第２の画素とが同じ光量の光の入力に対し、前記第１の画素から出力される前記信号の信号振幅は、前記第２の画素から出力される前記信号の信号振幅よりも大きく、
    前記比較器は、
    前記第１の参照信号と前記第１の画素から出力される前記信号との比較と、
    前記第２の参照信号と前記第２の画素から出力される前記信号との比較と、を行うことを特徴とする撮像装置。
17. 請求項１〜１６のいずれかに記載の撮像装置と、
    前記撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部と、
    を有することを特徴とする撮像システム。
18. 請求項１４に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置から信号が入力される信号処理部と、を有する撮像システムであって、
    前記撮像システムは、第１のモードと、第２のモードと、で動作し、
    前記第１のモードは、
    前記ＡＤ変換部が、前記ｍ個の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号をＡＤ変換した第１のデジタル信号と、前記ｎ個の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号をＡＤ変換した第２のデジタル信号と、をそれぞれ前記信号処理部に出力し、
    前記信号処理部が、前記第１のデジタル信号と、前記第２のデジタル信号と、前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号との差の信号と、に基づいて焦点検出する動作を行うモードであり、
    前記第２のモードは、
    前記ＡＤ変換部が、前記第２のデジタル信号の生成を行わず、前記第１のデジタル信号を前記信号処理部に出力し、
    前記信号処理部が、前記第１のデジタル信号に基づいて画像を生成する動作を行うモードであることを特徴とする撮像システム。
19. 請求項１４に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置から信号が入力される信号処理部と、を有する撮像システムであって、
    前記ＡＤ変換部が、前記ｍ個の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号をＡＤ変換した第１のデジタル信号と、前記ｎ個の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく前記信号をＡＤ変換した第２のデジタル信号と、をそれぞれ前記信号処理部に出力し、
    前記信号処理部が、前記第１のデジタル信号と、前記第２のデジタル信号と、前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号との差の信号と、に基づいて焦点検出を行い、前記信号処理部が、前記第１のデジタル信号に基づいて画像の形成を行うことを特徴とする撮像システム。
20. 信号電荷を生成する光電変換部を複数有するとともに、前記信号電荷に基づく信号を出力する画素と、
    前記画素から出力される前記信号をデジタル信号にＡＤ変換するＡＤ変換部と、を有する撮像装置であって、
    第１のＡＤ変換期間に、前記画素に含まれるｍ個（ｍは整数）の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく信号をデジタル信号に変換し、
    前記第１のＡＤ変換期間よりも短い第２のＡＤ変換期間に、前記ｍ個よりも少ないｎ個（ｎは整数）の前記光電変換部の前記信号電荷に基づく信号をデジタル信号に変換することを特徴とする撮像装置の駆動方法。