JP2016181736A - 撮像装置、その駆動方法及び撮像システム - Google Patents
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Abstract
【課題】AD変換の設定を行うための判定信号の伝送をより簡易な構成で行うこと。
【解決手段】撮像装置の駆動方法であって、複数の比較回路のうちの少なくとも一部の比較回路が、光電変換信号の電位と、所定の電位とを比較した結果を示す判定信号を生成する第1ステップと、少なくとも一部の比較回路が生成した判定信号に基づいて、複数の比較回路のうちの2つ以上に入力される参照信号の時間に対する電位の変化量を設定する第2ステップと、複数の比較回路の各々が、第2ステップで設定された参照信号と、光電変換信号とを比較した結果に基づいて、光電変換信号のアナログデジタル変換を行う第3ステップとを備えることを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】撮像装置の駆動方法であって、複数の比較回路のうちの少なくとも一部の比較回路が、光電変換信号の電位と、所定の電位とを比較した結果を示す判定信号を生成する第1ステップと、少なくとも一部の比較回路が生成した判定信号に基づいて、複数の比較回路のうちの2つ以上に入力される参照信号の時間に対する電位の変化量を設定する第2ステップと、複数の比較回路の各々が、第2ステップで設定された参照信号と、光電変換信号とを比較した結果に基づいて、光電変換信号のアナログデジタル変換を行う第3ステップとを備えることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、撮像装置、その駆動方法及び撮像システムに関する。
特許文献1には、信号のレベルに応じて、比較回路に入力される参照信号(ランプ信号)の電位の時間に対する変化率を切り替えてAD変換を行う技術が開示されている。比較回路は画素部の列ごとに設けられており、参照信号の変化率を変えるために用いられる制御信号(選択信号)も画素部の列ごとに伝送される。
特許文献1に記載の技術では、画素部の列ごとに参照信号の変化率を変えるための制御信号を伝送させる制御信号線が必要となる。そのため、配線数が多くなり回路構成が複雑化する。画素数の増加に伴いAD変換回路の個数が増加すると、これはより顕著となる。
本発明の目的は、AD変換の設定を行うための判定信号の伝送をより簡易な構成で行うことができる撮像装置、その制御方法及び撮像システムを提供することである。
本発明の一観点によれば、光電変換信号を生成する、行列状に配列された複数の画素と、前記複数の画素の各列に対応して設けられ、前記光電変換信号と参照信号とが入力される複数の比較回路とを備える撮像装置の駆動方法であって、前記複数の比較回路のうちの少なくとも一部の比較回路が、前記光電変換信号の電位と、所定の電位とを比較した結果を示す判定信号を生成する第1ステップと、前記参照信号設定部が、前記少なくとも一部の比較回路が生成した判定信号に基づいて、前記複数の比較回路のうちの2つ以上に入力される参照信号の時間に対する電位の変化量を設定する第2ステップと、前記複数の比較回路の各々が、前記第2ステップで設定された前記参照信号と、前記光電変換信号とを比較した結果に基づいて、前記光電変換信号のアナログデジタル変換を行う第3ステップとを備えることを特徴とする撮像装置の駆動方法が提供される。
AD変換の設定を行うための判定信号の伝送をより簡易な構成で行うことができる。
図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。各図面を通じて同一の構成要素には同一の参照符号を付し、重複する構成要素についてはその説明を簡略化、あるいは省略することもある。以下の説明では、光電変換部が入射光に基づいて電子を蓄積する例を説明する。逆に光電変換部が入射光に基づいて正孔を蓄積する場合には、以下に述べる明細書内の電位は適宜変更される。
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。撮像装置は、画素アレイ100、画素駆動部200、複数の信号処理部300、参照信号源320、カウンタ回路500、水平走査部600及びデジタル信号処理部700を有する。
図1は、本実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。撮像装置は、画素アレイ100、画素駆動部200、複数の信号処理部300、参照信号源320、カウンタ回路500、水平走査部600及びデジタル信号処理部700を有する。
画素アレイ100は、行列状に配列された複数の画素101を有する。画素アレイ100内の画素101の行数をN、列数をMとする。画素アレイ100における同一列に配置された画素101は、それぞれの列の画素出力線202を介して画素アレイ100の画素101の各列の対応して設けられた信号処理部300に接続される。なお、以下の説明及び各図面において、画素アレイ100の特定の列に対応する信号処理部300を指す場合には信号処理部300−1、300−2、…300−Mのように列番号を枝番として付して表記する。列を特定しない場合には、信号処理部300のように枝番を付さずに表記する。他の要素の符号について同様の表記を行うこともある。
画素駆動部200は、画素アレイ100の行ごとに配置された画素駆動信号線201を介して画素駆動信号を出力して、画素101の制御を行う。画素駆動部200により選択された行に配置された複数の画素101は、それぞれの画素出力線202に信号を出力する。以下、この出力信号を画素信号と呼ぶ。
信号処理部300は、少なくともアナログデジタル変換回路(AD変換回路)とメモリ群400とを含み、画素出力線202を介して入力された画素信号をAD変換してデジタルデータとして出力する部分である。デジタルデータに変換された画素信号は、メモリ群400に保持される。
水平走査部600は、メモリ選択信号線601を介してメモリ選択信号をメモリ群400に出力することにより、メモリ群400から信号を出力させる列を選択する。水平走査部600により選択された列のメモリ群400は、画素信号をメモリ出力線404を介してデジタル信号処理部700に転送する。転送された画素信号は、デジタル信号処理部700により処理され、不図示の出力手段によって撮像装置の外部の装置に出力される。
撮像装置を構成するこれらの複数の要素は同一の半導体基板上に形成されてもよく、複数の半導体基板に分割されて形成されていてもよい。
次に、図1の撮像装置を構成する各要素についてより詳細に説明する。
図2は画素101の回路構成例を示す図である。画素101は、電源線1011、接地線1012、光電変換部1013、リセットスイッチ1014、転送スイッチ1015及びソースフォロワトランジスタ1016によって構成される。リセットスイッチ1014、転送スイッチ1015及びソースフォロワトランジスタ1016は、MOSトランジスタ等により構成される。図2には、リセットスイッチ1014、転送スイッチ1015及びソースフォロワトランジスタ1016をN型のMOSトランジスタとした例が示されているが、これに限定されるものではない。例えば、P型のMOSトランジスタであってもよい。
電源線1011は、電源電位を供給する配線である。接地線1012は、接地電位を供給する配線である。光電変換部1013は入射された光量に応じた電荷を生成し、蓄積する光電変換素子であり、一例としてはフォトダイオードにより構成される。リセットスイッチ1014及び転送スイッチ1015は、画素駆動信号線201から入力される画素駆動信号により制御される。
光電変換部1013のアノードは接地線1012に接続され、光電変換部1013のカソードは転送スイッチ1015のソースに接続される。転送スイッチ1015のドレインはソースフォロワトランジスタ1016のゲートノードに接続される。リセットスイッチ1014のドレインは電源線1011に接続され、リセットスイッチ1014のソースはソースフォロワトランジスタ1016のゲートノードに接続される。ソースフォロワトランジスタ1016のドレインは電源線1011に接続され、ソースフォロワトランジスタ1016のソースは画素出力線202に接続される。
リセットスイッチ1014及び転送スイッチ1015をオンにすると、光電変換部1013が電源線1011と接続され、光電変換部1013の電位がリセットされる。その後、リセットスイッチ1014及び転送スイッチ1015がオフになり、リセット状態が解除されると、光電変換部1013には電荷が蓄積され始める。その後、転送スイッチ1015がオンになると、入射光量に応じた電荷が、転送スイッチ1015を介してソースフォロワトランジスタ1016のゲートノードに転送される。このとき、画素出力線202には転送された電荷に応じた電位が出力される。
画素101は、画素信号として、ノイズ信号及び光電変換信号の2種類の信号を出力することができる。ノイズ信号は、光電変換部1013からソースフォロワトランジスタ1016のゲートノードに電荷が転送される前の出力信号であり、ノイズ量を得るための信号である。光電変換信号は、光電変換部1013から光電変換により生成された電荷がソースフォロワトランジスタ1016のゲートノードに転送された際に出力される、入射光の光量に応じた電位を有する信号である。光電変換信号とノイズ信号との差分を取得することにより、ノイズが低減された信号を得ることができる。
なお、図2に示している画素101の回路構成は、ソースフォロワトランジスタ1016を備える増幅型であるが、ソースフォロワトランジスタ1016を有しない構成であってもよい。すなわち、画素101は、光電変換で生成された電荷を出力するパッシブ型であってもよい。
再び図1を参照して信号処理部300の構成をより詳細に説明する。信号処理部300は、参照信号設定部301、比較器302、ラッチ回路303及びメモリ群400を有する。信号処理部300は、これらの回路により、AD変換機能と、AD変換結果を記憶するメモリ機能とを備える。なお、図1では、簡略化のために信号処理部300からの出力が1つのみであるように図示されているが、実際には複数のビットのデジタルデータが並列に出力されるように構成される。
参照信号源320は、時間に対する電位の変化量が互いに異なる複数の参照信号を各列の参照信号設定部301に出力する。本実施形態では、参照信号は、時間に対して電位が所定の傾きで増加又は減少するランプ信号とする。参照信号設定部301は、参照信号源320から供給される複数のランプ信号から一つを選択して出力する。比較器302は、2つの入力端子から入力された信号の電圧を比較して出力端子に出力する比較回路である。比較器302の一方の入力端子には参照信号設定部301から出力されるランプ信号が入力される。比較器302の他方の入力端子には画素出力線202から画素信号が入力される。
比較器302の出力端子は、ラッチ回路303に入力される。ラッチ回路303の出力は、比較器302の出力がLoレベルからHiレベルになったことに応答して、Loレベル(0)からHiレベル(1)に一定期間切り替わる。その後、ラッチ回路303の出力は再びLoレベルとなる。ラッチ回路303の出力はラッチ出力線305を介してメモリ群400に入力される。
メモリ群400は、参照信号設定部301の制御に用いられる判定信号を保持する判定用メモリ401、ノイズ信号を保持するノイズ信号用メモリ(以下、Nメモリ)402、光電変換信号を保持する光電変換信号用メモリ(以下、Sメモリ)403を含む。判定用メモリ401は、参照信号設定部301の制御に必要なビット数を有していればよく、Nメモリ402とSメモリ403はAD変換の分解能に応じたビット数を有していればよい。本実施形態では、判定用メモリ401のビット数は1ビット、Nメモリ402のビット数は8ビット、Sメモリ403のビット数は10ビットであるものとする。
Nメモリ402及びSメモリ403には、カウンタ回路500から比較器302の比較動作と同時に開始するカウント信号が入力される。本実施形態ではカウンタ回路500の最大カウント数は1024とする。カウント信号は、ノイズ信号のAD変換時にはNメモリ402に、光電変換信号のAD変換時にはSメモリ403に入力される。ラッチ回路303から出力されるラッチ信号についても同様に、各信号のAD変換時に各メモリに入力される。ラッチ信号のレベルがHiレベルからLoレベルに変化したことに応答して、その時点のカウント信号値がデジタルデータとしてNメモリ402又はSメモリ403に保持される。
判定用メモリ401に保持される判定信号は、判定信号線304を介して参照信号設定部301に入力される。参照信号設定部301は、この判定信号に基づいて出力させるランプ信号を選択する。信号処理部300−1の判定信号線304は、共有信号線310を介して隣接する信号処理部300−2にも接続される。これにより、信号処理部300−1で生成及び保持された判定信号は、信号処理部300−1だけでなく隣接する信号処理部300−2の参照信号設定部301においても用いられる。同様に信号処理部300−3と信号処理部300−4も共有信号線310を介して接続されている。以下同様に、本実施形態の撮像装置は、画素アレイ100の奇数列に対応する信号処理部が、それぞれ隣接する偶数列に対応する信号処理部と共有信号線310を介して接続される構成となっている。
判定用メモリ401、Nメモリ402、Sメモリ403に保持されたデータは、水平走査部600により選択されると、デジタル信号処理部700に転送される。水平走査部600はシフトレジスタ又はデコーダで構成される。デジタル信号処理部700に転送された各メモリのデータは、所定の演算処理を行った上で合成され、各画素のデータとして撮像装置の外部に出力される。
次に、比較器302の構成をより詳細に説明する。図3は比較器302の構成例を示す図である。比較器302は、トランジスタM21〜M25と、比較器の初期化用のスイッチSW21、SW22と、入力容量C1、C2とを有する。図3にはトランジスタM21、M22、M23をN型のMOSトランジスタとし、トランジスタM24、M25をP型のMOSトランジスタとした一例が示されているが、これに限定されるものではない。
比較器302の2つの入力端子には、画素出力線202と、ランプ信号線3023とがそれぞれ接続される。比較器302の出力端子はラッチ回路303に接続される。比較器302には、さらに電源線3021と、接地線3022と、駆動バイアス線3024とが接続される。スイッチSW21、SW22は例えばMOSトランジスタにより構成されるスイッチング素子であり、不図示の制御信号によりオン又はオフに制御される。
画素出力線202は入力容量C1の一端に接続される。入力容量C1の他端は、SW21の一端とトランジスタM22のゲートに接続される。SW21の他端は、トランジスタM22のドレイン、トランジスタM24のドレイン、及びトランジスタM24、M25のゲートと接続される。トランジスタM24、M25のソースは電源線3021に接続される。
ランプ信号線3023は入力容量C2の一端に接続される。入力容量C2の他端は、SW22の一端とトランジスタM23のゲートに接続される。SW22の他端は、トランジスタM23のドレイン、トランジスタM25のドレイン、及びラッチ回路303に接続される。
トランジスタM22、M23のソースはトランジスタM21のドレインに接続される。トランジスタM21のゲートは駆動バイアス線3024に接続され、トランジスタM21のソースは接地線3022に接続される。
比較器302は、AD変換動作の直前にスイッチSW21、SW22をオンにすることにより、リセットされる。不図示の駆動バイアス源は、駆動バイアス線3024を介してトランジスタM21のゲートに駆動バイアスを供給することにより、比較器302の駆動電流を制御する。画素出力線202から入力される画素信号は、入力容量C1を介して、トランジスタM22のゲートに入力される。ランプ信号線3023から入力される参照信号は、入力容量C2を介してトランジスタM23のゲートに供給される。比較器302は、画素出力線202から入力される画素信号とランプ信号線3023から入力される参照信号とを比較して、これらの電位の大小関係に応じた信号をラッチ回路303に出力する。
次に、図1及び図4を用いて、AD変換動作について説明する。本実施形態で参照信号源320が供給する複数のランプ信号は、互いに傾きが異なるランプH及びランプLの2種類とする。ここで、ランプH及びランプLは、時間の経過に対して線形に電位が減少するものとし、ランプHの傾きはランプLの4倍とする。
本実施形態のAD変換は、画素101から出力されるノイズ信号及び光電変換信号の2つの信号に対して行われる。参照信号設定部301は、ノイズ信号のAD変換のための参照信号にはランプLを選択し、光電変換信号のAD変換のための参照信号にはランプL及びランプHのうちのいずれか一方を選択する。
期間T1において、ノイズ信号のAD変換が行われる。すなわち、比較器302の2つの入力端子にはノイズ信号とランプLとが入力される。ランプLの電位がノイズ信号の電位よりも低くなると、ラッチ回路303からラッチ出力線305を介してメモリ群400に出力される電位はLoレベルからHiレベルに一定期間切り替わり、その後、ラッチ回路303の出力は再びLoレベルとなる。Nメモリ402は、これに応じてカウンタ回路500から出力されているカウント値を保持する。この値をカウント値aとする。
期間T2において、光電変換信号のAD変換のために用いるランプ信号の選択が行われ、期間T3において、光電変換信号のAD変換が行われる。これらの動作は、3つのステップを有する。
期間T2において、第1ステップとして、比較器302の2つの入力端子には光電変換信号と所定の閾値電位Vrefとが入力される。比較器302は光電変換信号の電位と閾値電位Vrefとを比較して、比較結果を示す信号をラッチ回路303に出力する。ラッチ回路303は、比較器302が出力する信号の電位の変化に応答した信号を出力する。
メモリ群400の判定用メモリ401は、ラッチ回路303の出力信号を保持する。判定用メモリ401に保持された光電変換信号の電位と閾値電位Vrefとの比較結果を示す信号は、判定信号線304を介して参照信号設定部301に入力される。この信号は、判定信号線304に接続された共有信号線310を介して隣接する列の信号処理部300に含まれる参照信号設定部301にも入力される。例えば、信号処理部300−1の判定用メモリ401に保持された比較結果を示す信号は、信号処理部300−1の参照信号設定部301と、隣接する信号処理部300−2の参照信号設定部301の両方に入力される。
上述の第1ステップに続く第2ステップにおいて、参照信号設定部301は、判定信号線304からの入力信号に基づいて、光電変換信号の電位が閾値電位Vrefより高い場合にはランプLを選択する。光電変換信号の電位が閾値電位Vrefより低い場合は、参照信号設定部301は、ランプHを選択する。これにより、光電変換信号の電位がAD変換のダイナミックレンジ(許容入力信号範囲)を超えることを抑制できる。
なお、閾値電位Vrefは、ランプLでAD変換する場合のダイナミックレンジの下限振幅値に設定することが好適である。これにより、ランプLを用いてAD変換を行うとダイナミックレンジを超えてしまう場合にランプHが選択されるように設定可能である。
隣接する2列の光電変換信号の振幅が閾値電位Vref近傍である場合、一方の列の光電変換信号がランプLのダイナミックレンジ内であったとしても、他方の列の光電変換信号がランプLのダイナミックレンジ内に収まらない場合がある。このような2列で判定信号を共有してランプLが選択された場合には、後者の列の光電変換信号はダイナミックレンジを超えるため、AD変換の精度が劣化し得る。
このような問題が生じ得る場合、ランプLによるAD変換のダイナミックレンジを冗長に設定することで上述の問題を防ぐことができる。例えば、閾値電位VrefをランプLの下限振幅値よりも高めに設定して、ランプLが選択された場合により確実にAD変換がダイナミックレンジ内に収まるようにすることができる。また、別の方法として、AD変換の際のビット数を所望のAD変換の分解能よりも1ビット以上多くカウントするようにカウンタ回路500を制御してもよい。
期間T3において、第3ステップとして、上述の期間T2で選択されたランプ信号を用いて、光電変換信号のAD変換が行われる。ランプ信号(ランプL又はランプH)の電位が光電変換信号の電位よりも低くなると、Sメモリ403は、この時点においてカウンタ回路500から出力されているカウント値を保持する。この値をカウント値bとする。
以上のようにして、ノイズ信号及び光電変換信号のAD変換が行われ、ノイズ信号及び光電変換信号のデジタルデータがNメモリ402及びSメモリ403にそれぞれ保持される。また、光電変換信号のAD変換に用いた参照信号の種類を示すデジタルデータが判定用メモリ401に保持される。これらのデータはデジタル信号処理部700において処理される。
デジタル信号処理部700におけるデータ処理の一例として、判定用メモリ401、Nメモリ402及びSメモリ403に保持されたデータに基づいて光電変換信号のノイズ低減を行うことができる。まず、デジタル信号処理部700は、判定用メモリ401のデータに基づき、Sメモリ403のAD変換に用いた参照信号の種類を特定する。その後、Sメモリ403のAD変換に用いた参照信号がランプLである場合には、デジタル信号処理部700は、カウント値bからカウント値aを減算することによりノイズ低減後のカウント値(b−a)を取得する。Sメモリ403のAD変換に用いた参照信号がランプHである場合には、デジタル信号処理部700は、カウント値bにランプ信号の傾きの比率である4倍のデジタルゲインをかけた値からカウント値aを減算する。これにより、ノイズ低減後のカウント値(4×b−a)が得られる。
なお、デジタル信号処理部700は上述のノイズ低減の処理以外に、合成されたデータに対するオフセットの付加、ゲインの調整等の機能をさらに備えてもよい。
本実施形態では、信号処理部300は画素アレイ100の列に対応して配置されている。画素アレイ100で隣接する画素101から出力される画素信号のレベルは同程度である場合が多い。この場合、隣接する信号処理部300の判定用メモリ401で用いられるべき判定信号は同一となる。そのため、隣接する2つの信号処理部300間で共有信号線310を介して判定用メモリ401に保持された判定信号を共有することができる。
図5は、本実施形態に係る信号処理部300の構成例を示す図であり、信号処理部300−1、300−2を抜き出して示している。この構成例では、信号処理部300−2の判定用メモリ401及び判定信号線304が省略されており、信号処理部300−1の判定信号線304が、共有信号線310を介して隣接する信号処理部300−2の参照信号設定部301に接続されている。信号処理部300をこのような構成とすることにより、隣接する信号処理部300−1、300−2では同一の判定信号が共有される。
本実施形態では信号処理部300−2の判定用メモリ401及び判定信号線304が省略されており、回路が簡略化されている。これに伴い、隣接する信号処理部300−1、300−2の間で判定信号が共有されている。この構成のさらなる利点について説明する。
図1に示されているように、判定信号線304は参照信号設定部301とメモリ群400とを結ぶ配線である。そのため、判定信号線304は、参照信号設定部301とメモリ群400との間に配置される比較器302を構成する配線及び素子の近くに配置されるレイアウトとなる場合が多い。この場合、判定信号線304と比較器302を構成する配線及び素子との間にはカップリング容量が生じる。
判定用メモリ401に保持した判定信号により、参照信号設定部301を制御する際に、判定信号線304の電位は判定信号のレベルに応じて変化する。このとき、判定信号線304の電位の変化が、カップリング容量を介して比較器302を構成する配線及び素子の電位に影響を与えることがある。これは、比較器302において行われるAD変換の誤差要因となり得る。また、判定信号線304の電位が変化する際の貫通電流により電源ノイズが生じることもある。
このようなAD変換の誤差及び電源ノイズにより画質の劣化が生じうる。さらに、これらの要因による画質劣化はその影響度合いが撮像対象に応じて変化するため補正が困難である。
本実施形態の一例である図5の構成の場合、判定信号線304の数を減らすことができる。これにより、判定信号線304と比較器302を構成する配線及び素子との間隔を広くすることができ、カップリング容量を低減できる。また、判定信号線304の数が少ないため電源ノイズの影響も低減することができる。これにより、画質の劣化が低減され得る。
さらに、上述の構成では、信号処理部300−2の判定用メモリ401及び判定信号線304が省略されていることから、回路素子及び配線の個数を削減することができる。これにより、回路面積の削減が可能となる。
さらに、上述の構成では、信号処理部300−1と信号処理部300−2の間で判定信号を共有している。したがって、信号処理部300−2では、期間T2の第1ステップにおいて行われる光電変換信号と閾値電位Vrefとの比較を行う必要がなく、比較器302を動作させる必要がない。すなわち、複数の比較器302のうちの一部が判定信号を生成する構成となっている。これにより、期間T2において、信号処理部300−2の比較器302の電源をオフにしてもよく、消費電力を低減させることもできる。
電源線3021及び接地線3022は他の列の信号処理部300にも接続されているため、電源線3021及び接地線3022の電位変動は、他の列の信号処理部300に対するクロストークの原因となり得る。例えば、クロストークにより比較器302の出力信号レベルが変化するタイミングが理想的なタイミングからずれる場合があり、AD変換の精度に影響を与え得る。上述の構成では、信号処理部300−2の比較器302は、第1ステップにおいて比較動作を行う必要がないため、出力電位を一定に保つことができる。そのため、出力信号のレベルが変化する比較器302の個数が少なくなるため、電源線3021及び接地線3022の電位変動が低減され、クロストークが低減される。
(第1の実施形態の変形例)
本発明は、上述の回路構成及び駆動方法に限定されず、種々の変形が可能である。変形の一例を説明する。
本発明は、上述の回路構成及び駆動方法に限定されず、種々の変形が可能である。変形の一例を説明する。
図5に示した信号処理部300−2には判定用メモリ401が設けられていないが、信号処理部300−2にも判定用メモリ401が設けられていてもよい。すなわち、すべての列の信号処理部300に判定用メモリ401が設けられていてもよい。この場合、信号処理部300−1、300−2の判定用メモリ401に保持したデータの論理和を演算し、演算結果を信号処理部300−1の判定信号線304に出力する構成とする。すなわち、300−1、300−2の判定用メモリ401のうちの少なくとも一方がHiレベルであるとき、AD変換に用いられる参照信号はランプHとなる。この構成によれば、光電変換信号のレベルが閾値電位Vref近傍の場合に、信号処理部300間の判定信号が異なったときに、AD変換にダイナミックレンジが広いランプHが用いられることになる。これにより、光電変換信号のAD変換がダイナミックレンジを超える可能性が低減される。
判定信号を共有する信号処理部300の個数は、任意に変更することができる。図6は、第1の実施形態の一変形例に係る信号処理部300の構成を示す図である。本変形例では、信号処理部300−1の判定信号線304が、隣接する信号処理部300−2、300−3、300−4の各々の参照信号設定部301に共有信号線310を介して接続されている。すなわち、隣接する4列の信号処理部300−1、300−2、300−3、300−4の判定信号が共有されている。このように、判定信号を共有する信号処理部300の数は、画素のサイズ、画素のピッチ、信号処理部300のピッチ等に応じて適宜設定することができる。
図6では、信号処理部300−1で生成された判定信号が判定信号線304及び共有信号線310を介して隣接する信号処理部300−2、300−3、300−4に共有されている。しかしながら、判定信号を生成する信号処理部300は、信号処理部300−1に限定されず、信号処理部300−2、300−3、300−4のいずれであってもよい。
図7は、第1の実施形態の別の変形例に係る信号処理部300の構成を示す図である。図5の構成では信号処理部300−1、300−2の各々に参照信号設定部が設けられている。しかしながら、本変形例では参照信号設定部301が信号処理部300−1、300−2に共有されている。このような構成であっても同様の効果が得られる。すなわち、参照信号設定部301が列ごとに設けられていることは必須ではなく、参照信号設定部301は少なくとも1つあればよい。この場合、少なくとも1つの参照信号設定部301によって設定された参照信号が複数の列の信号処理部300に入力される。
図8は、第1の実施形態の別の変形例に係る信号処理部300の構成を示す図である。本変形例では、図7と同様に参照信号設定部301が信号処理部300−1、300−2に共有されている。これに加え、信号処理部300−1の判定信号線304が、信号処理部300−3、300−4に共有されている参照信号設定部301に共有信号線310を介して接続される。このような構成であっても、図6に示した変形例と同様に4つの信号処理部300−1、300−2、300−3、300−4が判定信号を共有することができ、同様の効果が得られる。
(第2の実施形態)
図9は、本発明の第2の実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。本実施形態の撮像装置は、図1に示した第1の実施形態の構成に加え、判定信号を共有する列を変えるためのスイッチを制御するスイッチ制御部800と、各スイッチに制御信号を伝送するスイッチ制御線801とを有する。
図9は、本発明の第2の実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。本実施形態の撮像装置は、図1に示した第1の実施形態の構成に加え、判定信号を共有する列を変えるためのスイッチを制御するスイッチ制御部800と、各スイッチに制御信号を伝送するスイッチ制御線801とを有する。
図10は、本実施形態に係る信号処理部300の構成例を示す図であり、信号処理部300−1、300−2、300−3、300−4を抜き出して示している。信号処理部300−1は、スイッチ311−1、312−1、313−1を有する。スイッチ311−1は、判定用メモリ401と判定信号線304との間に接続される。スイッチ312−1は、判定信号線304と参照信号設定部301との間に接続される。スイッチ313−1は、信号処理部300−1の参照信号設定部301と信号処理部300−2の参照信号設定部301との間に接続される。これらの各スイッチはスイッチ制御部800からスイッチ制御線801を介して入力される制御信号によってオン又はオフに制御される。信号処理部300−2、300−3、300−4、…についても同様である。
スイッチ制御部800によるスイッチ311、312、313の制御について説明する。スイッチ制御部800は、各信号処理部300について、任意にスイッチ311、312、313を制御することができる。すなわち、共有する信号処理部300の数、及びその組み合わせは任意に設定可能である。例えば、全ての信号処理部300を共有することも可能であり、いずれの信号処理部300も共有しないという設定も可能である。
一例として、スイッチ311−1、312−1、313−1はオン、スイッチ311−2、312−2、313−2はオフとする。同様に、スイッチ311−3、312−3、313−3はオン、スイッチ311−4、312−4、313−4はオフとする。この場合、信号処理部300−1と300−2の判定信号が共有され、信号処理部300−2と300−3の判定信号は共有されず、信号処理部300−3と300−4の判定信号は共有される回路構成となる。すなわち、図1及び図5に示した第1の実施形態の場合と同様の接続関係となる。なお、スイッチ制御部800によるスイッチの制御は、AD変換動作に対して影響がないタイミングで制御することが望ましい。
スイッチ制御部800の制御は、例えばシリアル通信などによる外部からの信号に基づいて行うことが可能である。
また、デジタル信号処理部700に転送された判定用メモリ401のデータを参照して制御することも可能である。この例についてより詳細に説明する。
図11は、判定用メモリ401からメモリ出力線404を介してデジタル信号処理部700に転送されたデータに基づいてスイッチ311、312、313を制御する際の動作を示す図である。各列の信号処理部300に設けられた判定用メモリ401には、信号処理部300の列番号に対応するアドレス番号1〜Mが付与されている。各判定用メモリ401には0又は1のデータが格納されている。上述のように判定用メモリ401に保持されるデータは光電変換信号の電位と閾値電位Vrefとの大小関係によって決定される。
各判定用メモリ401に保持されたデータはデジタル信号処理部700に設けられた論理回路に入力される。この論理回路は、入力されたデータがすべて同一の場合に1を出力し、それ以外の場合に0を出力する、一致回路である。
図11に示された論理回路は、(log2M)個の論理出力を有する。論理出力1は、アドレス1と2、アドレス3と4、…、アドレスM−1とM、のように2列ごとに上述の一致回路による論理演算を行って出力する。この出力値の1又は0がスイッチ311、312、313のオン又はオフにそれぞれ対応する。以下同様に論理出力2は4列ごと、論理出力3は8列ごとに上述の一致回路による論理演算を行って出力する。なお、(log2M)個目に対応する論理出力(log2M)は、M列すべての論理値を一致回路により演算して出力する。
図11のアドレス1〜8を例としてより詳細に説明する。図11の例では、アドレス1、2、5、6、7、8に格納されているデータが1であり、アドレス3、4に格納されているデータが0である。第1の実施形態で述べたように、判定信号のデータが同じ値であれば、判定信号を他の列と共有してAD変換を行うことができる。しかしながら、同じ値にならない場合は、判定信号を共有すると光電変換信号と参照信号のダイナミックレンジが不一致となるため、共有すべきではない。したがって、図11の場合では、1列目と2列目はいずれも判定用メモリ401に格納された値が1のため、共有可能である。同様に3列目と4列目は共有可能であり、5列目から8列目も共有可能である。しかしながら、例えば2列目と3列目は値が異なるため共有すべきではない。
各論理出力の出力値を演算すると、アドレス1、2に対応する論理出力1の出力値は1である。同様にアドレス3、4に対応する論理出力1の出力値も1である。アドレス5、6、7、8に対応する論理出力2の出力値も1となる。しかしながら、アドレス1、2、3、4に対応する論理出力2の出力値は0となる。これらの出力値は、上述の判定信号の共有可否と対応する。スイッチ制御部800は、論理出力1から論理出力(log2M)の出力値が1になるアドレスの組み合わせに対応するように各列のスイッチ311、312、313をオンにする。これにより、判定用メモリ401に格納された値が同じ値の列が共有されるように制御される。図11の例では、1、3、5、6、7列目のスイッチ311、312、313がオンになる。
このように、スイッチ制御部800は、各論理出力を参照し、信号処理部300のスイッチ311、312、313を制御する。本実施形態では、各論理出力1、2、…(log2M)をシリアルデータとして、デジタル信号処理部700からスイッチ制御部800に入力する。
以上のように、本実施形態では判定信号の共有方法をスイッチ311、312、313により制御することで、撮像対象や撮像条件に応じて共有数を変更することができる。そのため、第1の実施形態で述べた効果をより好適に得ることができる。
上述の処理において、AD変換を行う光電変換信号に基づいてスイッチを制御するためには、光電変換信号をAD変換する前に判定用メモリ401のデータを転送し、演算を行ってからスイッチ311、312、313を制御する必要がある。よって、これらの処理のための待機時間を要するため、高速化には限界がある。そのため、例えば、AD変換を行う光電変換信号の前の行の光電変換信号に基づいて判定用メモリ401に保持されたデータを参照してスイッチ311、312、313を制御することが好適である。これにより、処理のための時間を確保することができ、待機時間を低減することができる。この場合、有効画素領域の先頭の1行は無効データとするか、あるいは判定信号線304を共有しない設定にしておくことで、最初の1行の処理を適切に行うことができる。
各行ごとに判定用メモリ401のデータを参照しながら撮像装置の設定を行うのは撮像システムなどの負荷が大きい。そのため、例えば1フレームごとの設定、あるいは電源投入時のみの設定とすることも好適である。このような設定方法は、撮像対象や使用用途が限られている場合に有効である。例えば、撮像対象の輝度差があまり大きくない場合には、判定信号を全列共有にして、判定信号線304に起因する画質劣化を最小限にすることができる。
(第2の実施形態の変形例)
図11は、論理回路の段数を信号処理部300の列数Mに対して(log2M)個だけ配置した例であるが、論理回路の段数等はこれに限定されない。例えば、図12及び図13に示されているように、論理回路の段数を適宜変更してもよく、各論理回路に入力される判定用メモリ401のデータの個数を適宜変更してもよい。図12に示す例は、論理出力1、2、3に対応する共有列数をそれぞれ2列、4列、M列とした例である。図13に示す例は、論理出力1、2に対応する共有列数をそれぞれ3列、M列とした例である。これらの構成においても図11に示した例と同様の駆動が可能である。
図11は、論理回路の段数を信号処理部300の列数Mに対して(log2M)個だけ配置した例であるが、論理回路の段数等はこれに限定されない。例えば、図12及び図13に示されているように、論理回路の段数を適宜変更してもよく、各論理回路に入力される判定用メモリ401のデータの個数を適宜変更してもよい。図12に示す例は、論理出力1、2、3に対応する共有列数をそれぞれ2列、4列、M列とした例である。図13に示す例は、論理出力1、2に対応する共有列数をそれぞれ3列、M列とした例である。これらの構成においても図11に示した例と同様の駆動が可能である。
(第3の実施形態)
図14は、本発明の第3の実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。本実施形態の撮像装置は、第1の実施形態の参照信号設定部301に替えて増幅器306を有する。増幅器306の入力端子は画素出力線202に接続され、増幅器306の出力端子は増幅器出力線307を介して比較器302の入力端子に接続される。また、判定用メモリ401に保持される判定信号は、判定信号線304を介して増幅器306に入力され、増幅器306のゲインを変更するために用いられる。すなわち、本実施形態では、第1の実施形態で説明したランプ信号の傾きの切り替えに替えて、光電変換信号のゲインを切り替えるように構成されている。言い換えると、本実施形態の増幅器306は増幅部として機能する。なお、本明細書において、ゲインは1以下であってもよいものとし、「増幅」、「増幅器」等の用語はゲインが1以下である場合も含むものとする。
図14は、本発明の第3の実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。本実施形態の撮像装置は、第1の実施形態の参照信号設定部301に替えて増幅器306を有する。増幅器306の入力端子は画素出力線202に接続され、増幅器306の出力端子は増幅器出力線307を介して比較器302の入力端子に接続される。また、判定用メモリ401に保持される判定信号は、判定信号線304を介して増幅器306に入力され、増幅器306のゲインを変更するために用いられる。すなわち、本実施形態では、第1の実施形態で説明したランプ信号の傾きの切り替えに替えて、光電変換信号のゲインを切り替えるように構成されている。言い換えると、本実施形態の増幅器306は増幅部として機能する。なお、本明細書において、ゲインは1以下であってもよいものとし、「増幅」、「増幅器」等の用語はゲインが1以下である場合も含むものとする。
図15は増幅器306の構成例を示す図である。増幅器306は、トランジスタM61〜M65と、初期化用のスイッチSW61と、入力容量C3と、ゲイン切り替え容量C4とを有する。図15にはトランジスタM61、M62、M63をN型のMOSトランジスタとし、トランジスタM64、M65をP型のMOSトランジスタとした一例が示されているが、これに限定されるものではない。
増幅器306の入力端子には、画素出力線202が接続される。増幅器306の基準信号入力端子には、基準信号線3063が接続される。増幅器306の出力端子は増幅器出力線307を介して比較器302の入力端子に接続される。増幅器306には、さらに電源線3061と、接地線3062と、駆動バイアス線3064とが接続される。スイッチSW61は例えばMOSトランジスタにより構成されるスイッチング素子であり、不図示の制御信号によりオン又はオフに制御される。ゲイン切り替え容量C4は、判定信号線304から供給される判定信号に応じて容量が変化する可変容量素子である。
画素出力線202は入力容量C3の一端に接続される。入力容量C3の他端は、ゲイン切り替え容量C4、SW61の一端、及びトランジスタM62のゲートに接続される。ゲイン切り替え容量C4及びSW61の他端は、トランジスタM62のドレイン、トランジスタM64のドレイン及び増幅器出力線307と接続される。トランジスタM64のゲートは、トランジスタM65のゲート、トランジスタM65のドレイン及びトランジスタM63のドレインと接続される。トランジスタM64、M65のソースは電源線3061に接続される。
基準信号線3063はトランジスタM63のゲートに接続される。トランジスタM62、M63のソースはトランジスタM61のドレインに接続される。トランジスタM61のゲートは駆動バイアス線3064に接続され、トランジスタM61のソースは接地線3062に接続される。
増幅器306は、AD変換動作の直前にスイッチSW61をオンにすることにより、リセットされる。不図示の駆動バイアス源は、駆動バイアス線3064を介してトランジスタM61のゲートに駆動バイアスを供給することにより、増幅器306の駆動電流を制御する。
増幅器306は、画素出力線202から入力された電位をゲイン(−C3/C4)で増幅して増幅器出力線307に出力する反転増幅回路を構成している。したがって、ゲイン切り替え容量C4の容量値を変えることにより、増幅器306のゲインを変えることができる。
図16は本実施形態のAD変換動作を説明する図である。第1の実施形態のAD変換動作を示す図4との違いは、期間T1及びT3において用いられるランプ信号の傾きの正負が逆になっている点と、期間T1及びT3においていずれも同じ傾きのランプ信号(ランプLとする)が用いられる点である。ランプ信号の傾きの正負が第1の実施形態と逆である理由は、比較器302の前段に配置された増幅器306が反転増幅回路により、入力される画素信号の電位の符号が反転するためである。
期間T1の動作は、第1の実施形態の場合とランプ信号の傾きが逆である点を除き略同様であるため説明を省略する。
期間T2において、AD変換時の光電変換信号のゲインの設定が行われる。この動作は、2つのステップを有する。
第1ステップにおいて、比較器302の2つの入力端子には光電変換信号と閾値電位Vrefとが入力される。比較器302は光電変換信号と閾値電位Vrefとを比較して、比較結果を示す信号をラッチ回路303に出力する。ラッチ回路303は、比較器302が出力する信号の電位の変化に応答した信号を出力する。
メモリ群400の判定用メモリ401は、ラッチ回路303の出力信号を保持する。判定用メモリ401に保持された光電変換信号と閾値電位Vrefとの比較結果を示す判定信号は、判定信号線304を介して増幅器306のゲイン切り替え容量C4に入力される。第1の実施形態の場合と同様に隣接する列のゲイン切り替え容量C4にも同じ信号が入力される。判定信号を共有することによる効果は第1の実施形態と同様である。
第2ステップにおいて、ゲイン切り替え容量C4は、判定信号線304からの入力信号に基づいて、ゲイン切り替え容量C4の容量値を変更して増幅器306のゲインを変化させる。具体的には、光電変換信号の電位が閾値電位Vrefよりも小さい場合は、増幅器306のゲインを期間T1のノイズ信号のAD変換時と同じ値に設定する。光電変換信号の電位が閾値電位Vrefよりも大きい場合は、増幅器306のゲインを期間T1のノイズ信号のAD変換時の1/4の値に設定する。この場合、第1の実施形態においてランプ信号の傾きを4倍にした場合(ランプHを選択)と同様に、光電変換信号の電位がAD変換のダイナミックレンジを超えてしまうことを抑制できる。
期間T3において、第3ステップとして、上述の期間T2で選択されたゲインで増幅された光電変換信号のAD変換が行われる。
以上のようにして、本実施形態においては、ランプ信号の傾きの切り替えに替えて、光電変換信号のゲインを切り替えることで第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。本実施形態では傾きの異なる複数のランプ信号を伝送させる必要がない。ランプ信号はノイズ、クロストーク等の要因になる場合がある。このような場合には、ランプ信号の数を削減できる本実施形態の構成を用いることがより有効である。なお、第2実施形態と同様にスイッチにより判定信号の共有を制御してもよい。
(第3の実施形態の変形例)
図17は、第3の実施形態の一変形例に係る比較器の構成例を示す図である。本変形例は、入力される光電変換信号の電位を容量分割により変化させることで、第3の実施形態と同様に光電変換信号の電位レベルを可変とするものである。本変形例の比較器302は、図3に示した比較器に入力容量C5、接地容量C6及びスイッチ3025、3026を追加したものである。
図17は、第3の実施形態の一変形例に係る比較器の構成例を示す図である。本変形例は、入力される光電変換信号の電位を容量分割により変化させることで、第3の実施形態と同様に光電変換信号の電位レベルを可変とするものである。本変形例の比較器302は、図3に示した比較器に入力容量C5、接地容量C6及びスイッチ3025、3026を追加したものである。
画素出力線202は入力容量C1、C5の一端に接続される。入力容量C1の他端はスイッチ3025の一端に接続される。入力容量C5の他端は接地容量C6の一端及びスイッチ3026の一端に接続される。接地容量C6の他端は接地線3022に接続される。スイッチ3025の他端及びスイッチ3026の他端は、スイッチSW21の一端及びトランジスタM22のゲートに接続される。スイッチ3025、3026は判定信号線304から入力される判定信号により制御される。その他の構成は第1の実施形態と同様である。
スイッチ3025をオン、スイッチ3026をオフにした場合、画素出力線202から入力される光電変換信号はゲイン1でトランジスタM22のゲートに入力される。スイッチ3025をオフ、スイッチ3026をオンにした場合、画素出力線202から入力される光電変換信号は、ゲイン(C5/(C5+C6))でトランジスタM22のゲートに入力される。例えば入力容量C5と接地容量C6の容量比を1:3とした場合、ゲインは1/4となる。すなわち、本変形例の入力容量C5、接地容量C6及びスイッチ3025、3026も増幅部として機能する。このように、本変形例においても容量分割により光電変換信号のゲインを可変とすることができるため、同様にして撮像装置を駆動することができ、同様の効果が得られる。
(第4の実施形態)
図18は、本発明の第4の実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。本実施形態が図1に示した第1の実施形態と異なる点は、画素101が2つの分割画素102−1、102−2を有している点と、判定信号が1列おきに配置される2つの信号処理部300に共有されている点である。
図18は、本発明の第4の実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。本実施形態が図1に示した第1の実施形態と異なる点は、画素101が2つの分割画素102−1、102−2を有している点と、判定信号が1列おきに配置される2つの信号処理部300に共有されている点である。
図19は第4の実施形態に係る画素101の回路構成例を示す図である。画素101は左側に配された分割画素102−1と右側に配された分割画素102−2を有する。分割画素102−1、102−2の回路構成は、図2に示した第1の実施形態の構成と同様である。すなわち、分割画素102−1、102−2はそれぞれ個別に画素信号を出力する。
図20は、第4の実施形態に係る画素101の構造を示す模式図である。画素101上にはカラーフィルタ103及びマイクロレンズ104が形成される。カラーフィルタ103及びマイクロレンズ104は、2つの分割画素102−1、102−2に共有されている。
図21は、第4の実施形態に係る信号処理部300の構成例を示す図である。信号処理部300−1に配された判定信号線304は、共有信号線310を介して信号処理部300−3の参照信号設定部301に接続される。同様に信号処理部300−2に配された判定信号線304は、共有信号線310を介して信号処理部300−4の参照信号設定部301に接続される。すなわち、判定信号が1列おきに配置される2つの信号処理部300に共有されている。
本実施形態の画素101は、光の入射角度の違いにより2つの分割画素102−1、102−2から得られる画素信号に生じるレベル差を取得することができる。本実施形態の撮像装置は、この画素信号のレベル差に基づいて位相差測距を行うことができる。すなわち、撮像装置の光学系の焦点位置によっては、2つの分割画素102−1、102−2から出力される画素信号には大きな差が生じる場合がある。よって、本実施形態のように画素101が分割されている場合には、同一の画素内の分割画素102−1、102−2に対応する信号処理部300−1、300−2で判定信号を共有しないことが好ましい。
一方、隣接する画素101間では、左同士、右同士の分割画素間の画素信号には大きな差は生じない場合が多い。そのため、本実施形態のように画素101が分割されている場合には、マイクロレンズに対する位置が同一であって、隣接する画素101にそれぞれが含まれる分割画素同士で判定信号を共有すべきである。すなわち、隣接する信号処理部300ではなく、1列おきに配置された信号処理部300の間で判定信号を共有する構成が好適となる。
なお、第1の実施形態の変形例のように判定信号は、3列以上の複数列による共有としてもよく、第2の実施形態のように共有信号線310の接続関係をスイッチにより制御してもよい。また、本実施形態の1列おきに判定信号線304の共有する方法が適用される画素構成は、分割画素を有する画素構成に限られず、画素が分割されていない構成に適用してもよい。
(第5の実施形態)
上記の各実施形態の撮像装置は、種々の撮像システムに適用可能である。撮像システムの一例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダー、監視カメラなどがあげられる。図22に、第5の実施形態に係る撮像システムの一例としてデジタルスチルカメラに、上述した実施形態のいずれかの撮像装置を適用した撮像システムのブロック図を示す。
上記の各実施形態の撮像装置は、種々の撮像システムに適用可能である。撮像システムの一例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダー、監視カメラなどがあげられる。図22に、第5の実施形態に係る撮像システムの一例としてデジタルスチルカメラに、上述した実施形態のいずれかの撮像装置を適用した撮像システムのブロック図を示す。
図22に例示した撮像システムは、撮像装置154、レンズ152の保護のためのバリア151、被写体の光学像を撮像装置154に結像させるレンズ152、及びレンズ152を通過する光量を可変にするための絞り153を有する。レンズ152及び絞り153は撮像装置154に光を導く光学系である。撮像装置154は、上述した実施形態のいずれかの撮像装置である。また、図22に例示した撮像システムは、撮像装置154より出力される出力信号の処理を行う信号処理部155を有する。信号処理部155は、撮像装置154が出力する信号に基づいて画像を生成する。具体的には、信号処理部155は、その他、必要に応じて、各種の補正及び圧縮を行って、画像データを出力する。また、信号処理部155は、撮像装置154が出力する信号を用いて、焦点検出を行う。
図22に例示した撮像システムは、さらに、画像データを一時的に記憶するためのバッファメモリ部156、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部(外部I/F部)157を有する。さらに、撮像システムは、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体159、記録媒体159に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部(記録媒体制御I/F部)158を有する。なお、記録媒体159は、撮像システムに内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。
さらに、撮像システムは、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する制御・演算部1510、撮像装置154と信号処理部155に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部1511を有する。ここで、タイミング信号などは、外部から入力されてもよく、撮像システムは少なくとも撮像装置154と、撮像装置154から出力された出力信号を処理する信号処理部155とを有すればよい。
以上のように、本実施形態の撮像システムは、撮像装置154を適用して撮像動作を行うことが可能である。
本発明が適用される実施形態は、上記第1乃至第5の実施形態に限られるものではなく種々の変形が可能である。例えば、第1乃至第4実施形態に示した構成を任意に2つ以上選択して組み合わせてもよい。
また、第5実施形態に示した撮像システムは、本発明の光電変換装置を適用しうる撮像システムの一例を示したものであり、本発明の光電変換装置を適用可能な撮像システムは図22に示した構成に限定されるものではない。
上記実施形態は、本発明を適用しうる幾つかの態様を例示したものに過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜修正や変形を行うことを妨げるものではない。
101 画素
301 参照信号設定部
302 比較器(比較回路)
304 判定信号線
301 参照信号設定部
302 比較器(比較回路)
304 判定信号線
Claims (11)
- 光電変換信号を生成する、行列状に配列された複数の画素と、前記複数の画素の各列に対応して設けられ、前記光電変換信号と参照信号とが入力される複数の比較回路とを備える撮像装置の駆動方法であって、
前記複数の比較回路のうちの少なくとも一部の比較回路が、前記光電変換信号の電位と、所定の電位とを比較した結果を示す判定信号を生成する第1ステップと、
前記少なくとも一部の比較回路が生成した判定信号に基づいて、前記複数の比較回路のうちの2つ以上に入力される参照信号の時間に対する電位の変化量を設定する第2ステップと、
前記複数の比較回路の各々が、前記第2ステップで設定された前記参照信号と、前記光電変換信号とを比較した結果に基づいて、前記光電変換信号のアナログデジタル変換を行う第3ステップと
を備えることを特徴とする撮像装置の駆動方法。 - 前記撮像装置は、前記参照信号の電位の時間に対する変化量を設定する参照信号設定部と、前記少なくとも一部の比較回路が生成した判定信号が伝送される判定信号線と、前記判定信号線と前記参照信号設定部との間に接続されたスイッチとをさらに含み、
前記スイッチを切り替えることにより、前記判定信号線と、前記参照信号設定部との間の接続関係を設定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置の駆動方法。 - 前記第2ステップにおいて、前記少なくとも一部の比較回路が生成した判定信号に基づいて前記参照信号の電位の時間に対する変化量が設定される2つ以上の比較回路は、前記少なくとも一部の比較回路と、前記少なくとも一部の比較回路に隣接する列の比較回路とを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置の駆動方法。
- 前記複数の画素の各々は、マイクロレンズを共有する複数の分割画素を含み、
前記複数の比較回路は前記複数の分割画素の各列に対応して設けられており、
前記少なくとも一部の比較回路が生成した判定信号に基づいて前記参照信号の電位の時間に対する変化量が設定される2つ以上の比較回路は、互いに異なる画素に含まれ、前記マイクロレンズに対する位置が同一の分割画素に対応する比較回路であることを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置の駆動方法。 - 光電変換により光電変換信号を生成する、行列状に配列された複数の画素と、前記複数の画素の各列に対応して設けられ、前記光電変換信号と参照信号とが入力される複数の比較回路と、前記複数の比較回路の各々に対応して設けられ、前記比較回路の各々に入力される前記光電変換信号の電位に与えられるゲインを設定する複数の増幅部とを備える撮像装置の駆動方法であって、
前記複数の比較回路のうちの少なくとも一部の比較回路が、所定のゲインが与えられた光電変換信号の電位と、所定の電位とを比較した結果を示す判定信号を生成する第1ステップと、
前記複数の増幅部のうちの2つ以上が、前記少なくとも一部の比較回路が生成した判定信号に基づいて、前記光電変換信号の電位に与えるゲインを設定する第2ステップと、
前記複数の比較回路の各々が、前記参照信号と、前記第2ステップで設定されたゲインが与えられた光電変換信号とを比較した結果に基づいて、前記光電変換信号のアナログデジタル変換を行う第3ステップと
を備えることを特徴とする撮像装置の駆動方法。 - 前記撮像装置は、前記少なくとも一部の比較回路が生成した判定信号が伝送される判定信号線と、前記判定信号線と前記増幅部との間に接続されたスイッチとをさらに含み、
前記スイッチを切り替えることにより、前記判定信号線と、前記増幅部との接続関係を設定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項5に記載の撮像装置の駆動方法。 - 前記第2ステップにおいて、前記少なくとも一部の比較回路が生成した判定信号に基づいて前記光電変換信号の電位に与えるゲインが設定される2つ以上の比較回路は、前記少なくとも一部の比較回路と、前記少なくとも一部の比較回路に隣接する列の比較回路とを含むことを特徴とする請求項5又は6に記載の撮像装置の駆動方法。
- 前記複数の画素の各々は、マイクロレンズを共有する複数の分割画素を含み、
前記複数の比較回路は前記複数の分割画素の各列に対応して設けられており、
前記少なくとも一部の比較回路が生成した判定信号に基づいて前記光電変換信号の電位に与えるゲインが設定される2つ以上の比較回路は、互いに異なる画素に含まれ、前記マイクロレンズに対する位置が同一の分割画素に対応する比較回路であることを特徴とする請求項5又は6に記載の撮像装置の駆動方法。 - 光電変換により光電変換信号を生成する、行列状に配列された複数の画素と、
前記複数の画素の各列に対応して設けられ、前記光電変換信号と参照信号とが入力される複数の比較回路と、
前記参照信号の電位の時間に対する変化量を設定する参照信号設定部と
を備え、
前記複数の比較回路のうちの少なくとも一部の比較回路が、前記光電変換信号の電位と、所定の電位とを比較した結果を示す判定信号を生成し、
前記参照信号設定部が、前記少なくとも一部の比較回路が生成した判定信号に基づいて、前記複数の比較回路のうちの2つ以上に入力される参照信号の時間に対する電位の変化量を設定し、
前記複数の比較回路の各々が、前記第2ステップで設定された前記参照信号と、前記光電変換信号とを比較した結果に基づいて、前記光電変換信号のアナログデジタル変換を行う
ことを特徴とする撮像装置。 - 光電変換により光電変換信号を生成する、行列状に配列された複数の画素と、
前記複数の画素の各列に対応して設けられ、前記光電変換信号と参照信号とが入力される複数の比較回路と、
前記複数の比較回路の各々に対応して設けられ、前記比較回路の各々に入力される前記光電変換信号の電位に与えられるゲインを設定する複数の増幅部と
を備え、
前記複数の比較回路のうちの少なくとも一部の比較回路が、所定のゲインが与えられた光電変換信号の電位と、所定の電位とを比較した結果を示す判定信号を生成し、
前記複数の増幅部のうちの2つ以上が、前記少なくとも一部の比較回路が生成した判定信号に基づいて、前記光電変換信号の電位に与えるゲインを設定し、
前記複数の比較回路の各々が、前記参照信号と、前記第2ステップで設定されたゲインが与えられた光電変換信号とを比較した結果に基づいて、前記光電変換信号のアナログデジタル変換を行う
ことを特徴とする撮像装置。 - 請求項9又は10に記載の撮像装置と、前記撮像装置が出力する信号に基づいて画像を生成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。
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