JP2015162751A - 光電変換装置および撮像システム - Google Patents
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Abstract
Description
複数の画素を含み、前記複数の画素で生じた信号に基づくアナログ信号を出力する複数のアナログ信号出力部と、前記複数のアナログ信号出力部に対応して設けられるとともに、ランプ信号と前記アナログ信号出力部から出力されたアナログ信号とを比較することでAD変換を行う複数のAD変換器と、を備え、第1の感度において、前記複数のAD変換器の各々は、前記アナログ信号の大きさに応じて、互いに傾きの異なる第1および第2のランプ信号の一方のみを選択的に用いてAD変換を行い、前記第1の感度とは異なる第2の感度において、前記AD変換器は、第3のランプ信号のみを用いて前記AD変換を行うことを特徴とする。
図1は、AD変換器が比較するアナログ信号と参照信号の関係を示す図である。横軸は時間を表し、縦軸は信号レベルを表す。参照信号であるランプ信号はランプLとランプHを記載している。ランプ信号Hは最大値がVHであるので、ランプ信号Hを用いることで、信号レベルが0からVHのアナログ信号をAD変換することができる。一方、ランプ信号Lは、信号レベルの最大値がVHよりも低いVLであるので、アナログ信号のレベルがVLを上回る場合には、AD変換できない。つまり、ランプLを用いた場合には、ランプHを用いる場合と比べて、AD変換器のダイナミックレンジが狭くなる。アナログ信号が、VLを下回る場合にはランプ信号Lを用い、アナログ信号がVLを上回る場合にはランプ信号Hを用いることで、相対的に低輝度の信号は分解能を高くしつつ、AD変換器のダイナミックレンジを広くすることができる。
図8は、本実施例に係る参照信号の時間に対する変化を示す図である。
図9(A)は、本実施例に係る参照信号の時間に対する変化を示す図である。以下では、実施例1と異なる部分を中心に説明する。
上述の実施例では、ランプ信号との比較によるランプ比較方式で有効信号のAD変換を行った。本実施例では、逐次比較方式とランプ比較方式の2つを組み合わせた、ハイブリッドAD変換方式のAD変換器を用いる例を説明する。
上述の各実施例は、ランプ信号の時間変化率を小さくすることにより、信号に対するゲインを大きくした。しかし、現実には比較器や参照信号生成部に起因するノイズがあるので、ランプ信号の時間変化率が小さい場合には、有効信号かノイズか判別できなくなってしまう恐れがある。
図19は、本実施例の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、映像信号処理部830、記録・通信部840、タイミング制御部850、システム制御部860、及び再生・表示部870を含む。撮像装置820は、撮像素子100及び映像信号処理部830を有する。撮像素子100は、先の実施例で説明した光電変換装置が用いられる。
上記の各実施例は、本発明を実施する上での例示的なものであって、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲で変更したり、複数の実施例の要素を組み合わせたりできる。
11 画素
20 列信号処理部
22 比較部
221 比較器
24 メモリ部
30 参照信号生成部
40 カウンタ
Claims (23)
- 感度を設定可能な光電変換装置であって、
複数の画素を含み、前記複数の画素で生じた信号に基づくアナログ信号を出力する複数のアナログ信号出力部と、
前記複数のアナログ信号出力部に対応して設けられるとともに、ランプ信号と前記アナログ信号出力部から出力されたアナログ信号とを比較することでAD変換を行う複数のAD変換器と、を備え、
第1の感度において、
前記複数のAD変換器の各々は、前記アナログ信号の大きさに応じて、互いに傾きの異なる第1および第2のランプ信号の一方のみを選択的に用いてAD変換を行い、
前記第1の感度とは異なる第2の感度において、
前記AD変換器は、第3のランプ信号のみを用いて前記AD変換を行うこと
を特徴とする光電変換装置。 - 前記第2の感度が、前記第1の感度より高く、
前記第3のランプ信号は、前記第1および第2のランプ信号のうちの変化率のより小さい方、または、前記第1および第2のランプ信号のうちの変化率のより小さい方よりも変化率が小さいこと
を特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 - 前記第2の感度が、前記第1の感度のn倍の感度であって、
前記第3のランプ信号の変化率は、前記第1および第2のランプ信号のうちの変化率のより小さい方の変化率の1/n倍であること
を特徴とする請求項2に記載の光電変換装置。 - 前記第2の感度が、前記第1の感度のn倍の感度であって、
前記第3のランプ信号が、前記第1および第2のランプ信号のうちの変化率のより小さい方である場合、
前記第1および第2のランプ信号のうちの変化率のより小さい方の変化率は、他方の変化率の1/n倍であること
を特徴とする請求項2に記載の光電変換装置。 - 前記第2の感度が、前記第1の感度より低く、
前記第3のランプ信号は、前記第1および第2のランプ信号のうちの変化率のより大きい方、または、前記第1および第2のランプ信号のうちの変化率のより大きい方よりも変化率が大きいこと
を特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 - 前記第2の感度が、前記第1の感度の1/n倍の感度であって、
前記第3のランプ信号の変化率は、前記第1および第2のランプ信号のうちの変化率のより大きい方の変化率のn倍であること
を特徴とする請求項5に記載の光電変換装置。 - 前記第2の感度が、前記第1の感度の1/n倍の感度であって、
前記第3のランプ信号が、前記第1および第2のランプ信号のうちの変化率のより大きい方である場合、
前記第1および第2のランプ信号のうちの変化率のより大きい方の変化率は、他方の変化率のn倍であること
を特徴とする請求項5に記載の光電変換装置。 - 前記第1の感度において、前記AD変換器は、
前記アナログ信号の大きさが閾値を下回る場合には、前記アナログ信号を前記第1および第2のランプ信号のうちの変化率が小さい方を用いてpビットのデジタル信号に変換し、
前記アナログ信号の大きさが前記閾値を上回る場合には、前記第1および第2のランプ信号のうちの変化率が大きい方を用いて前記アナログ信号を前記pビットよりも少ないqビットのデジタル信号に変換すること
を特徴とする請求項1〜7の光電変換装置。 - 前記複数のAD変換器の各々は、
クロック信号をカウントしてカウント信号を出力するカウンタと、
アナログ信号と前記ランプ信号との大小関係が変化することに応じて、前記カウント信号を保持するメモリと、をさらに備え、
前記クロックは、前記アナログ信号を
前記pビットのデジタル信号に変換する場合よりも、前記qビットのデジタル信号に変換する場合の方が、低い周波数であること
を特徴とする請求項8に記載の光電変換装置。 - 前記複数のAD変換器の各々は、逐次比較方式により前記アナログ信号をAD変換し、
前記逐次比較方式のAD変換によって得られたデジタル信号の最下位ビットに相当する下位アナログ信号を、前記ランプ信号を用いてAD変換すること
を特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の光電変換装置。 - 前記第1および第2ランプ信号の変化率の誤差を補正する補正部をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の光電変換装置。
- 感度を設定可能な光電変換装置であって、
複数の画素を含み、前記複数の画素で生じた信号に基づくアナログ信号を出力する複数のアナログ信号出力部と、
前記複数のアナログ信号出力部に対応して設けられるとともに、ランプ信号と前記アナログ信号出力部から出力されたアナログ信号とを比較することでAD変換を行う複数のAD変換器と、を備え、
第1の感度において、
前記AD変換器は、前記アナログ信号の大きさに応じて、互いに傾きの異なる第1および第2のランプ信号の一方を選択的に用いてAD変換を行い、
前記第1の感度とは異なる第2の感度において、
前記AD変換器は、前記アナログ信号の大きさに応じて、互いに傾きの異なる第3および第4のランプ信号の一方を選択的に用いて前記AD変換を行い、
前記第4のランプ信号は、前記第1および第2のランプ信号とは異なる傾きを持つこと
を特徴とする光電変換装置。 - 前記第2の感度が、前記第1の感度より高く、
前記第3のランプ信号の変化率は、前記第1および第2のランプ信号、あるいは、前記第1および第2のランプ信号の間の変化率であり、
前記第4のランプ信号の変化率は、前記第1および第2のランプ信号のうちの変化率のより小さい方よりも小さいこと
を特徴とする請求項12に記載の光電変換装置。 - 前記第2の感度が前記第1の感度のn倍の感度であって、
前記第4のランプ信号の変化率は、前記第1および第2のランプ信号のうちの変化率のより小さい方の変化率の1/n倍であること
を特徴とする請求項13に記載の光電変換装置。 - 前記第2の感度が、前記第1の感度より低く、
前記第3のランプ信号の変化率は、前記第1および第2のランプ信号、あるいは、前記第1および第2のランプ信号の間の変化率であり、
前記第4のランプ信号の変化率は、前記第1および第2のランプ信号のうちの変化率のより大きい方よりも大きいこと
を特徴とする請求項12に記載の光電変換装置。 - 前記第2の感度が前記第1の感度の1/n倍の感度であって、
前記第4のランプ信号の変化率は、前記第1および第2のランプ信号のうちの変化率のより大きい方の変化率のn倍であること
を特徴とする請求項13に記載の光電変換装置。 - 前記第1の感度において、前記AD変換器は、
前記アナログ信号の大きさが閾値を下回る場合には、前記アナログ信号を前記第1および第2のランプ信号のうちの変化率が小さい方を用いてpビットのデジタル信号に変換し、
前記アナログ信号の大きさが前記閾値を上回る場合には、前記第1および第2のランプ信号のうちの変化率が大きい方を用いて前記アナログ信号を前記pビットよりも少ないqビットのデジタル信号に変換し、
前記第2の感度において、前記AD変換器は、
前記アナログ信号の大きさが閾値を下回る場合には、前記アナログ信号を前記第3および第4のランプ信号のうちの変化率が小さい方を用いてpビットのデジタル信号に変換し、
前記アナログ信号の大きさが前記閾値を上回る場合には、前記第3および第4のランプ信号のうちの変化率が大きい方を用いて前記アナログ信号を前記pビットよりも少ないqビットのデジタル信号に変換すること
を特徴とする請求項12乃至16のいずれかに記載の光電変換装置。 - 前記複数のAD変換器の各々は、
クロック信号をカウントしてカウント信号を出力するカウンタと、
アナログ信号と前記ランプ信号との大小関係が変化することに応じて、前記カウント信号を保持するメモリと、をさらに備え、
前記クロックは、前記アナログ信号を
前記pビットのデジタル信号に変換する場合よりも、前記qビットのデジタル信号に変換する場合の方が、低い周波数であること
を特徴とする請求項17に記載の光電変換装置。 - 前記AD変換器がAD変換を行う期間において、前記第1および第2の参照信号のうちのより変化率の短い参照信号は、他方の参照信号よりも長い期間、信号レベルが変化すること
を特徴とする請求項1乃至18のいずれかに記載の光電変換装置。 - 感度を設定可能な光電変換装置であって、
複数の画素を含み、前記複数の画素で生じた信号に基づくアナログ信号を出力する複数のアナログ信号出力部と、
前記複数のアナログ信号出力部に対応して設けられた複数の比較器と、
ランプ信号供給部と、を備え、
第1の感度において、
前記ランプ信号供給部が、前記比較器に入力された前記アナログ信号の大きさに応じて、互いに傾きの異なる第1および第2のランプ信号の一方を前記比較器に選択的に入力し、前記比較器が、前記アナログ信号と、前記選択的に入力された第1および第2のランプ信号の一方とを比較することによりAD変換を行い、
第2の感度において、
前記ランプ信号供給部が、第3のランプ信号のみを前記比較器に入力し、前記比較器が、前記アナログ信号と、前記第3のランプ信号とを比較することによりAD変換を行うこと
を特徴とする光電変換装置。 - 感度を設定可能な光電変換装置であって、
複数の画素を含み、前記複数の画素で生じた信号に基づくアナログ信号を出力する複数のアナログ信号出力部と、
前記複数のアナログ信号出力部に対応して設けられた複数の比較器と、
ランプ信号供給部と、を備え、
第1の感度において、
前記ランプ信号供給部が、前記比較器に入力された前記アナログ信号の大きさに応じて、互いに傾きの異なる第1および第2のランプ信号の一方を前記比較器に選択的に入力し、前記比較器が、前記アナログ信号と、前記選択的に入力された第1および第2のランプ信号の一方とを比較することによりAD変換を行い、
前記第1の感度とは異なる第2の感度において、
前記ランプ信号供給部が、前記比較器に入力された前記アナログ信号の大きさに応じて、互いに傾きの異なる第3および第4のランプ信号の一方を前記比較器に選択的に入力し、前記比較器が、前記アナログ信号と、前記選択的に入力された第3および第4のランプ信号の一方とを比較することによりAD変換を行い、
前記第4のランプ信号は、前記第1および第2のランプ信号とは異なること
を特徴とする光電変換装置。 - 請求項1乃至21のいずれかに記載の光電変換装置と、
前記複数の画素に像を形成する光学系と、
前記光電変換装置から出力された信号を処理して画像データを生成する映像信号処理部と、を備えたこと
を特徴とする撮像システム。 - 感度選択部をさらに備え、
前記感度選択部によって前記光電変換装置の感度が選択されること
を特徴とする請求項22に記載の撮像システム。
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