JP2019080360A - Ad converter, ad converter device, photoelectric conversion device, imaging system, and ad conversion method - Google Patents

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Abstract

To solve the following problem: There are concerns that a dynamic range for an incident ray volume becomes insufficient and power consumption becomes large.SOLUTION: When the magnitude of an analog signal is under a threshold value, a comparator compares the analog signal to a first reference signal, thereby acquiring a digital signal of a p bit. When the magnitude of the analog signal is over the threshold value, the comparator compares the analog signal to a second reference signal having a larger change rate to time than a first reference signal, thereby acquiring a digital signal of q bit smaller than p bit.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

光電変換装置、撮像システム、および光電変換装置の駆動方法に関し、特に、AD変換器を備えるものに関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion device, an imaging system, and a driving method of the photoelectric conversion device, and more particularly to one including an AD converter.

特許文献1には、アナログ信号を、フルスケールアナログ信号の振幅を2倍で除算した閾値と比較する画像センサが記載されている。特許文献1においては、アナログ信号が閾値よりも大きい場合には、MSB側のnビットのデジタルデータを得て、アナログ信号が閾値以下である場合には、LSB側のnビットのデジタルデータを得る。 Patent Document 1 describes an image sensor that compares an analog signal with a threshold obtained by dividing the amplitude of a full scale analog signal by 2 k times. In Patent Document 1, n-bit digital data on the MSB side is obtained when the analog signal is larger than the threshold value, and n-bit digital data on the LSB side is obtained when the analog signal is less than the threshold value. .

特開2010−045789号公報JP, 2010-045789, A

特許文献1に記載された画像センサでは、MSB側とLSB側のデジタルデータはともにnビットである。しかしながら、高輝度信号の場合には、MSB側のデータがnビットの分解能である必要はないため、高輝度信号の場合にもnビットのデジタルデータを取得すると消費電力が大きいことが懸念される。   In the image sensor described in Patent Document 1, digital data on the MSB side and the LSB side are both n bits. However, in the case of a high luminance signal, the data on the MSB side does not have to have n-bit resolution. Therefore, if n-bit digital data is acquired even in the case of a high luminance signal, power consumption may be large. .

本発明は、上述の問題に鑑みて、ダイナミックレンジを確保しつつ消費電力を低減できる技術を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a technology capable of reducing power consumption while securing a dynamic range in view of the above problems.

本発明の一の側面である光電変換装置は、複数の画素を含み、前記複数の画素に基づいてアナログ信号を出力する複数のアナログ信号出力部と、各々が比較部を含み、前記複数のアナログ信号出力部のいずれかに対応して設けられた複数の列信号処理部と、時間に対して第1の変化率で信号レベルが変化する第1の参照信号と、前記第1の変化率よりも高い第2の変化率で信号レベルが変化する第2の参照信号と、を生成する参照信号生成部と、を有し、前記複数の列信号処理部の各々は、前記アナログ信号の大きさが閾値を下回る場合には、前記比較器で前記アナログ信号を前記第1の参照信号と比較することによって、pビットのデジタル信号を得、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、前記比較器で前記アナログ信号を前記第2の参照信号と比較することによって、前記pビットよりも少ないqビットのデジタル信号を得ることを特徴とする。   A photoelectric conversion device according to one aspect of the present invention includes a plurality of pixels, and includes a plurality of analog signal output units that output analog signals based on the plurality of pixels, and each includes a comparison unit, the plurality of analog signals A plurality of column signal processing units provided corresponding to any of the signal output units, a first reference signal whose signal level changes at a first change rate with respect to time, and the first change rate A reference signal generation unit that generates a second reference signal whose signal level changes at a high second change rate, and each of the plurality of column signal processing units determines the magnitude of the analog signal Is lower than the threshold value, the comparator compares the analog signal with the first reference signal to obtain a p-bit digital signal, and the magnitude of the analog signal exceeds the threshold value. , The analog signal at the comparator By comparison with the second reference signal, characterized by obtaining a digital signal of less q bits than the p bits.

本発明によれば、ダイナミックレンジを確保しつつ消費電力を低減できる。   According to the present invention, power consumption can be reduced while securing a dynamic range.

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。It is a figure which shows the relationship of the analog signal and reference signal which an AD converter compares. 光電変換装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a photoelectric conversion apparatus. 画素の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a pixel. 動作を説明するためのタイミング図である。It is a timing chart for explaining operation. アナログ信号の信号振幅とデジタルデータの関係を示す図である。It is a figure which shows the signal amplitude of an analog signal, and the relationship of digital data. DSPの詳細な構成例を示す図である。It is a figure which shows the detailed structural example of DSP. 参照信号の時間に対する変化を示す図である。It is a figure which shows the change over time of a reference signal. 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。It is a figure which shows the change with respect to time of the reference signal which concerns on a present Example. 参照信号の時間に対する変化を示す図である。It is a figure which shows the change over time of a reference signal. ランプ信号の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of a ramp signal. 光電変換装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a photoelectric conversion apparatus. 列信号処理部20の詳細な構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration example of a column signal processing unit 20. 撮像システムの動作シーケンスを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation | movement sequence of an imaging system. 動作の説明をするための図である。It is a figure for demonstrating operation. 動作の説明をするための図である。It is a figure for demonstrating operation. 光電変換装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a photoelectric conversion apparatus. 増幅回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of an amplifier circuit. 撮像感度、増幅回路の増幅率、およびランプ信号の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an imaging sensitivity, the amplification factor of an amplifier circuit, and a lamp signal. 撮像システムの構成例を示す図である。It is a figure showing an example of composition of an imaging system.

以下では、AD変換装置の適用例として、光電変換装置に適用された場合を説明する。   Below, the case where it applies to a photoelectric conversion apparatus as an example of application of an AD conversion apparatus is explained.

(実施例1)
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。
Example 1
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between an analog signal to be compared by an AD converter and a reference signal. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents signal level. The lamp signal which is a reference signal describes the lamp L and the lamp H. Since the maximum value of the ramp signal H is VH, by using the ramp signal H, it is possible to AD convert an analog signal whose signal level is from 0 to VH. On the other hand, since the ramp signal L is VL whose maximum value of the signal level is lower than VH, AD conversion can not be performed when the level of the analog signal exceeds VL. That is, when the lamp L is used, the dynamic range of the AD converter is narrower than when the lamp H is used. By using the ramp signal L when the analog signal is lower than VL and using the ramp signal H when the analog signal is higher than VL, the AD converter can increase the resolution of relatively low luminance signals. Dynamic range can be broadened.

図2は、本実施例に係る光電変換装置の構成例を示す図である。光電変換装置1は、画素アレイ10、行選択部15、列信号処理部20、参照信号生成部30、カウンタ40、列選択部50、DSP60、および出力部70を含む。   FIG. 2 is a view showing a configuration example of the photoelectric conversion device according to the present embodiment. The photoelectric conversion device 1 includes a pixel array 10, a row selection unit 15, a column signal processing unit 20, a reference signal generation unit 30, a counter 40, a column selection unit 50, a DSP 60, and an output unit 70.

画素アレイ10は、行列状に配列された複数の画素11を含む。図2には、2行×2列の画素11を例示している。本実施例では、画素アレイ10がアナログ信号出力部となる。   The pixel array 10 includes a plurality of pixels 11 arranged in a matrix. FIG. 2 exemplifies 2 rows × 2 columns of pixels 11. In the present embodiment, the pixel array 10 is an analog signal output unit.

列信号処理部20は、画素アレイ10の列に対応して設けられ、比較部22とメモリ部24とを含む。比較部22は、比較器221と選択回路222とを含む。画素アレイ10から出力された信号は、対応する比較器221の一方の入力端子に入力される。参照信号生成部30から出力された信号は選択回路222を介して比較器221の他方の入力端子に入力される。参照信号生成部30は、閾値となる信号、および時間に対して信号レベルが変化する参照信号を出力する。選択回路222は、参照信号生成部30から出力された信号のいずれかを選択して比較器221の他方の入力端子に供給する。   The column signal processing unit 20 is provided corresponding to the column of the pixel array 10, and includes a comparison unit 22 and a memory unit 24. The comparison unit 22 includes a comparator 221 and a selection circuit 222. The signal output from the pixel array 10 is input to one input terminal of the corresponding comparator 221. The signal output from the reference signal generation unit 30 is input to the other input terminal of the comparator 221 via the selection circuit 222. The reference signal generation unit 30 outputs a signal serving as a threshold and a reference signal whose signal level changes with time. The selection circuit 222 selects one of the signals output from the reference signal generation unit 30 and supplies it to the other input terminal of the comparator 221.

カウンタ40は、たとえば不図示のタイミング制御部から供給されるクロック信号をカウントすることでカウント信号を出力する。   The counter 40 outputs a count signal by, for example, counting a clock signal supplied from a timing control unit (not shown).

メモリ部24は、フラグメモリ241、Sメモリ242、およびNメモリ243を含む。フラグメモリ241は、後述するフラグ信号を保持する。Sメモリ242およびNメモリ243は、比較器221の出力を受けて、すなわち、アナログ信号と参照信号の大小関係が変化することに応じて、カウンタ40から供給されるカウント信号を保持する。   The memory unit 24 includes a flag memory 241, an S memory 242, and an N memory 243. The flag memory 241 holds a flag signal described later. The S memory 242 and the N memory 243 receive the output of the comparator 221, that is, hold the count signal supplied from the counter 40 in response to a change in magnitude relationship between the analog signal and the reference signal.

列選択部50は、メモリ部24を選択して、選択されたメモリ部24に保持された信号が、DSP60に転送されるように構成されている。   The column selection unit 50 is configured to select the memory unit 24 and to transfer the signal held in the selected memory unit 24 to the DSP 60.

DSP60は、フラグ信号に基づいて、信号の補正を行う。また、Sメモリ242に保持された信号とNメモリ243に保持された信号の差分処理を行っても良い。   The DSP 60 corrects the signal based on the flag signal. Also, difference processing between the signal held in the S memory 242 and the signal held in the N memory 243 may be performed.

出力部70は、DSP60から出力された信号を出力する。出力部70は、バッファ機能を備えても良い。   The output unit 70 outputs the signal output from the DSP 60. The output unit 70 may have a buffer function.

タイミング生成部80は、光電変換装置1の動作に関する信号を供給する。   The timing generation unit 80 supplies a signal related to the operation of the photoelectric conversion device 1.

図3に、本実施例に係る画素11の構成例を示す。画素11はフォトダイオードPD、増幅トランジスタSF、転送トランジスタTX、リセットトランジスタRESおよび選択トランジスタSELを含む。転送トランジスタTX、リセットトランジスタRES、選択トランジスタSELは、信号φT、φR、φSELによってそれぞれ導通または非導通に切り替えられる。フォトダイオードPDのアノードには接地電位が与えられ、カソードは転送トランジスタTXを介して浮遊拡散部FDに接続される。増幅トランジスタSFのゲートは浮遊拡散部FDに接続されるとともに、リセットトランジスタRESを介して電源SVDDに接続される。増幅トランジスタSFの一方の主ノードは電源SVDDに接続され、他方の主ノードは選択トランジスタSELを介して出力ノードPIXOUTに接続される。増幅トランジスタSFは、選択トランジスタSELが導通すると電流源IRとともにソースフォロワ回路を構成する。   FIG. 3 shows a configuration example of the pixel 11 according to the present embodiment. The pixel 11 includes a photodiode PD, an amplification transistor SF, a transfer transistor TX, a reset transistor RES, and a selection transistor SEL. The transfer transistor TX, the reset transistor RES, and the selection transistor SEL are switched to conduction or non-conduction respectively by the signals φT, φR, and φSEL. The ground potential is applied to the anode of the photodiode PD, and the cathode is connected to the floating diffusion FD via the transfer transistor TX. The gate of the amplification transistor SF is connected to the floating diffusion portion FD and is connected to the power supply SVDD via the reset transistor RES. One main node of the amplification transistor SF is connected to the power supply SVDD, and the other main node is connected to the output node PIXOUT via the selection transistor SEL. The amplification transistor SF constitutes a source follower circuit together with the current source IR when the selection transistor SEL becomes conductive.

図4は、本実施例に係る動作を説明するためのタイミング図である。ある列に着目した時に、比較器221の他方の入力端子に入力されるランプ信号VRAMPと、画素11から出力される信号、すなわち、比較器221の一方の入力端子の信号レベルVa、ならびに選択回路222に比較器221から与えられる信号Sを示している。   FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation according to this embodiment. When focusing on a certain column, the ramp signal VRAMP input to the other input terminal of the comparator 221, the signal output from the pixel 11, that is, the signal level Va of one input terminal of the comparator 221, and the selection circuit A signal S supplied from the comparator 221 is shown at 222.

期間Tadは、アナログ信号をAD変換する期間である。期間Tadにおいて、まず信号Sはローレベル(以下、Lレベルと標記する)であるので、選択回路222は、参照信号生成部30から供給される参照信号のうち、時間に対する変化率が相対的に低い参照信号が与えられる状態にある。   A period Tad is a period for AD converting an analog signal. In the period Tad, first, the signal S is at the low level (hereinafter, referred to as L level), and therefore, the selection circuit 222 is configured such that the rate of change with time of the reference signals supplied from the reference signal generator 30 is relatively large. A low reference signal is provided.

画素11において、増幅トランジスタSFのゲートがリセットトランジスタRESによってリセットされると、画素11は基準信号を出力する。基準信号には、リセットに伴うノイズ成分が含まれる。画素11の出力が基準信号に静定した後、期間Tdにおいて、ランプ信号Rが比較器221に供給される。期間Tdは、基準信号をAD変換する期間である。ランプ信号Rの信号レベルが時間に対して第1の変化率で変化を開始するのとともに、カウンタ40のカウント動作も開始する。そして、期間Tdの開始から時間Trだけ経過した後にランプ信号Rが基準信号を上回ると、比較器221の出力が変化し、これを受けてカウンタ40から出力されたカウント信号がNメモリ243に保持される。   In the pixel 11, when the gate of the amplification transistor SF is reset by the reset transistor RES, the pixel 11 outputs a reference signal. The reference signal includes noise components associated with the reset. After the output of the pixel 11 is settled to the reference signal, the ramp signal R is supplied to the comparator 221 in a period Td. A period Td is a period during which the reference signal is AD converted. As the signal level of the ramp signal R starts to change at a first rate of change with respect to time, the counting operation of the counter 40 also starts. When the ramp signal R exceeds the reference signal after a lapse of time Tr from the start of the period Td, the output of the comparator 221 changes, and the count signal output from the counter 40 is held in the N memory 243 in response thereto. Be done.

期間Tdの終了後、画素11のフォトダイオードPDに蓄積された電荷が転送トランジスタTXを介して増幅トランジスタSFのゲートに転送されると、画素11は有効信号を出力する。有効信号は、フォトダイオードPDに蓄積された電荷量に相当する成分が基準信号に重畳された信号である。   When the charge accumulated in the photodiode PD of the pixel 11 is transferred to the gate of the amplification transistor SF via the transfer transistor TX after the period Td, the pixel 11 outputs a valid signal. The effective signal is a signal in which a component corresponding to the amount of charge accumulated in the photodiode PD is superimposed on the reference signal.

期間Tjは、判定期間である。期間Tjにおいて、比較器221には閾値としての比較電圧VREFが与えられる。比較器221は、期間Tjにおいて、有効信号と比較電圧VREFとを比較する。有効信号が比較電圧VREFを上回る場合には、選択回路222にHレベルの信号を出力させるとともに、フラグメモリ241に、有効信号が比較電圧VREFを上回ることを示すフラグ信号を記憶させる。一方、有効信号が比較電圧VREFを下回る場合には、選択回路222にLレベルの信号を出力させるとともに、フラグメモリ241に、有効信号が比較電圧VREFを下回ることを示すフラグ信号を記憶させる。   The period Tj is a determination period. In period Tj, comparator 221 is supplied with comparison voltage VREF as a threshold. The comparator 221 compares the valid signal with the comparison voltage VREF in the period Tj. When the valid signal exceeds the comparison voltage VREF, the selection circuit 222 outputs an H level signal, and the flag memory 241 stores a flag signal indicating that the valid signal exceeds the comparison voltage VREF. On the other hand, when the valid signal falls below the comparison voltage VREF, the selection circuit 222 outputs a signal at L level, and the flag memory 241 stores a flag signal indicating that the valid signal falls below the comparison voltage VREF.

期間Tuは、有効信号をAD変換する期間である。この期間では、選択回路222の出力に応じて、比較器221に供給される参照信号の傾きが異なる。選択回路222の出力がHレベルである場合、すなわち、有効信号が比較電圧VREFを上回る場合には、相対的に時間に対する変化率の大きいランプ信号Hが比較器221に供給される。この様子を図4の実線で示している。選択回路222の出力がLレベルである場合、すなわち、有効信号が比較電圧VREFを下回る場合には、相対的に時間に対する変化率の小さいランプ信号Lが比較器221に供給される。この様子を図4の点線で示している。第2の参照信号であるランプ信号Hの信号レベルが時間に対して第2の変化率で変化を開始するのとともに、カウンタ40のカウント動作も開始する。そして、期間Tuの開始から時間Tsだけ経過した後にランプ信号Hが基準信号を上回ると、比較器221の出力が変化し、これを受けてカウンタ40から出力されたカウント信号がSメモリ242に保持される。以下では、ランプ信号Lを第1の参照信号、ランプ信号Hを第2の参照信号とも呼ぶ。本実施例において、ランプ信号Hを用いて有効信号のAD変換を行う場合には、第1の参照信号であるランプ信号Lを用いて有効信号のAD変換を行う場合と比較して、カウンタ40の動作周波数を1/2にする。これにより、アナログ信号が閾値を上回る場合には、閾値を下回る場合よりも少ないビット数のデジタル信号に変換することで、消費電力を低減できる。ランプ信号Lを用いた場合には、pビットのデジタル信号が得られ、ランプ信号Hを用いた場合には、pビットよりも少ないqビットのデジタル信号を得る。   A period Tu is a period during which the effective signal is AD converted. During this period, the inclination of the reference signal supplied to the comparator 221 differs depending on the output of the selection circuit 222. When the output of selection circuit 222 is at H level, that is, when the effective signal exceeds comparison voltage VREF, ramp signal H having a relatively large change rate with respect to time is supplied to comparator 221. This is shown by the solid line in FIG. When the output of the selection circuit 222 is at L level, that is, when the effective signal is lower than the comparison voltage VREF, the ramp signal L having a relatively small change rate with respect to time is supplied to the comparator 221. This situation is shown by the dotted line in FIG. As the signal level of the ramp signal H which is the second reference signal starts to change at a second rate of change with respect to time, the counting operation of the counter 40 also starts. When the ramp signal H exceeds the reference signal after a lapse of time Ts from the start of the period Tu, the output of the comparator 221 changes, and the count signal output from the counter 40 is held in the S memory 242 in response thereto. Be done. Hereinafter, the ramp signal L is also referred to as a first reference signal, and the ramp signal H is also referred to as a second reference signal. In the present embodiment, when performing AD conversion of the effective signal using the ramp signal H, the counter 40 is compared with the case where AD conversion of the effective signal is performed using the ramp signal L that is the first reference signal. Halve the operating frequency of Thus, when the analog signal exceeds the threshold, power consumption can be reduced by converting it into a digital signal having a smaller number of bits than the case where the analog signal falls below the threshold. When the ramp signal L is used, a p-bit digital signal is obtained, and when the ramp signal H is used, a q-bit digital signal smaller than p bits is obtained.

図5は、アナログ信号の信号振幅とデジタルデータの関係を示す図である。横軸はアナログ信号の振幅を示している。これは、フォトダイオードに入射する光量に対応する。縦軸は、AD変換後のデジタル信号の値を示す。ここではD1=2047(=1011−1)がデジタル値のフルスケールであるとする。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the signal amplitude of an analog signal and digital data. The horizontal axis shows the amplitude of the analog signal. This corresponds to the amount of light incident on the photodiode. The vertical axis represents the value of the digital signal after AD conversion. Here, it is assumed that D1 = 2047 (= 10 11 −1) is a full scale digital value.

図において、アナログ信号がVLまでの範囲にある場合には、ランプ信号Lを用いてアナログ信号を10ビット(=1010=1024段階)のデジタル信号に変換する。一方、アナログ信号がVLを超える場合には、ランプ信号Hを用いてアナログ信号をデジタル信号に変換する。しかし、先述の通り本実施例ではカウンタ40の動作周波数を1/2に下げている。加えて、ランプ信号Hの時間に対する変化率は、ランプ信号Lの時間変化率の2倍であるため、VL〜VHの範囲のアナログ信号に対するデジタル信号の傾きは、アナログ信号が0〜VLの範囲に対して1/4となる。したがって、ランプ信号Hを用いてアナログ信号を変換する際に得られるデジタル信号は、D8(=255=(1024/4)−1)〜D4(=511=(2048/4)−1)となる。これは、ランプ信号Lを仮に用いてVL〜VHの範囲のアナログ信号をAD変換した場合に得られるデジタル信号の1/4の値に該当する。得られたデジタル信号から画像を形成する際には、Dhの信号に1023−255=768を加算するので、画像においてはDh’に相当する信号として扱われる。さらに、DIとDh’で特性が示される信号に対して、ガンマ処理を行うことによってDoに示すような特性となる。 In the figure, when the analog signal is in the range up to VL, the ramp signal L is used to convert the analog signal into a 10-bit (= 10 10 = 1024 steps) digital signal. On the other hand, when the analog signal exceeds VL, the ramp signal H is used to convert the analog signal into a digital signal. However, as described above, in the present embodiment, the operating frequency of the counter 40 is lowered to 1⁄2. In addition, since the rate of change of the ramp signal H with respect to time is twice the rate of time change of the ramp signal L, the slope of the digital signal relative to the analog signal in the range of VL to VH is in the range of 0 to VL. It becomes 1/4 against. Therefore, digital signals obtained when converting an analog signal using the ramp signal H are D8 (= 255 = (1024/4) -1) to D4 (= 511 = (2048/4) -1). . This corresponds to a value of 1⁄4 of the digital signal obtained when AD converting the analog signal in the range of VL to VH using the ramp signal L temporarily. When forming an image from the obtained digital signal, since 1023-255 = 768 is added to the Dh signal, the image is treated as a signal corresponding to Dh ′. Further, by performing gamma processing on the signal whose characteristics are indicated by DI and Dh ', the characteristic as shown by Do is obtained.

一方、特許文献1に記載の技術では、相対的に傾斜の大きい参照信号を用いてAD変換する場合も、相対的に傾斜の小さい参照信号を用いてAD変換する場合と同じビット数のデジタル信号を得るとしている。そのため、図5に当てはめると、VL〜VHの範囲のアナログ信号が、データD2(1023)からデータD1(2047)の10ビットのデータとなる。しかし、この範囲について10ビットのデータを取得すると、消費電力が大きいことが懸念される。   On the other hand, in the technique described in Patent Document 1, even when performing AD conversion using a relatively large reference signal, a digital signal having the same number of bits as performing AD conversion using a relatively small reference signal. You are going to get Therefore, when applied to FIG. 5, the analog signals in the range of VL to VH become 10-bit data of data D2 (1023) to data D1 (2047). However, if 10-bit data is acquired for this range, there is a concern that the power consumption is large.

これに対して、本発明では、低輝度成分は10ビットで変換し、高輝度成分は圧縮した信号として、低消費電力で取得出来る。低輝度成分は、輝度の変化が人間の目に見えやすいため、画像として重要な領域である。一方、高輝度成分は、低輝度成分と比べると輝度の変化が人間の目に見えにくいため、圧縮しても問題が生じにくい。   On the other hand, in the present invention, the low luminance component is converted by 10 bits, and the high luminance component can be acquired as a compressed signal with low power consumption. The low luminance component is an area important as an image because changes in luminance are easily seen by human eyes. On the other hand, the high luminance component is less likely to cause a problem even if it is compressed because the change in luminance is less visible to human eyes than the low luminance component.

以上で説明した通り、本実施例によれば消費電力を低減できる。   As described above, according to this embodiment, power consumption can be reduced.

ここまで、説明を簡単にするために、アナログ信号が閾値と等しい場合については説明せず、アナログ信号が閾値を上回る場合と下回る場合に分けて説明した。アナログ信号が閾値と等しい場合には、アナログ信号が閾値を上回る場合と下回る場合のどちらかと同じ処理を行えばよい。   So far, in order to simplify the description, the case where the analog signal is equal to the threshold is not described, and the case where the analog signal is above and below the threshold is described separately. When the analog signal is equal to the threshold value, the same processing as when the analog signal exceeds or falls below the threshold value may be performed.

図4において、参照信号はランプ信号R、L、Hの3つを説明した。このうち、ランプ信号Rとランプ信号Lとは、ともに低振幅のアナログ信号を変換するために用いるものなので、時間変化率を同じにしても良い。両者を共通化することで、参照信号を供給する配線の数を減らせるという利点がある。また、各列の選択回路222にランプ信号の時間変化率を変える回路を設け、各選択回路でランプ信号R、L、Hを生成するようにしても良い。その場合には、参照信号生成部30から各列の選択回路222に接続される配線の数をさらに減らせる。第1の変化率で変化するランプ信号R、Lに対して、ランプ信号Hは、第1の変化率よりも高い第2の変化率で変化する。   In FIG. 4, three reference signals R, L and H have been described. Among them, since the ramp signal R and the ramp signal L are both used to convert low-amplitude analog signals, the time change rates may be the same. By sharing the both, there is an advantage that the number of wirings for supplying the reference signal can be reduced. In addition, a circuit for changing the time change rate of the ramp signal may be provided in the selection circuit 222 of each column, and the ramp signals R, L, and H may be generated by each selection circuit. In that case, the number of wirings connected from the reference signal generation unit 30 to the selection circuit 222 in each column can be further reduced. The ramp signal H changes at a second change rate higher than the first change rate with respect to the ramp signals R and L changing at a first change rate.

また、ランプ信号Rによって変換される基準信号は、ノイズ成分が主であるため、信号レベルが大きくない。そこで、ランプ信号Rが取りうる最大値を、ランプ信号Lが取りうる最大値よりも低く設定することができる。これにより、基準信号のAD変換期間Tdの長さを短縮できる。   Further, the reference signal converted by the ramp signal R is mainly a noise component, so the signal level is not large. Therefore, the maximum value that the ramp signal R can take can be set lower than the maximum value that the ramp signal L can take. Thus, the length of the AD conversion period Td of the reference signal can be shortened.

有効信号の信号レベルを判定する際に用いられる閾値としての比較電圧VREFは、固定電圧を供給しても良いし、ランプ信号の信号レベルが閾値に達したところでランプ信号の時間変化を停止させることによって生成しても良い。比較電圧VREFは、ランプ信号Lが取りうる最大値VLと等しくても良いが、比較電圧VREFは、ランプ信号Lが取りうる最大値VLよりも低いことが好ましい。なぜなら、各比較器221はオフセットを持つので、比較電圧VREFをVLよりも十分に高く設定しないと、比較器221のオフセットによって、正しく判定できなくなる恐れがあるからである。そのため、各比較器221のオフセットばらつきを考慮して、比較電圧VREFをランプ信号Lの最大値VLよりも十分に低い信号レベルに設定することが好ましい。   The comparison voltage VREF as a threshold used in determining the signal level of the valid signal may supply a fixed voltage, or stop the time change of the ramp signal when the signal level of the ramp signal reaches the threshold. It may be generated by Although the comparison voltage VREF may be equal to the maximum value VL that the ramp signal L can take, it is preferable that the comparison voltage VREF is lower than the maximum value VL that the ramp signal L can take. This is because each comparator 221 has an offset, so if the comparison voltage VREF is not set sufficiently higher than VL, the offset of the comparator 221 may prevent correct determination. Therefore, it is preferable to set the comparison voltage VREF to a signal level sufficiently lower than the maximum value VL of the ramp signal L in consideration of the offset variation of each comparator 221.

以上では、図5を参照しながら、デジタル信号DhをDh’に変換し、さらにガンマ処理を行うことを説明した。これらの処理はたとえばDSP60において実行される。具体的には、フラグメモリ241から出力されたフラグ信号が、アナログ信号が閾値を超えると判定されたことを示す場合に、デジタル信号DhをDh’にレベルシフトさせる。   In the above, it demonstrated converting a digital signal Dh into Dh ', and performing gamma processing, referring FIG. These processes are performed, for example, in the DSP 60. Specifically, when the flag signal output from the flag memory 241 indicates that the analog signal is determined to exceed the threshold, the digital signal Dh is level shifted to Dh '.

図6に、DSP60のより詳細な構成例を示す。図6は、図2のうち、比較部22、フラグメモリ241、Sメモリ242、Nメモリ243、列選択部50、DSP60、および出力回路70を抜き出して示した図である。   A more detailed configuration example of the DSP 60 is shown in FIG. 6 is a diagram extracting and showing the comparison unit 22, the flag memory 241, the S memory 242, the N memory 243, the column selection unit 50, the DSP 60, and the output circuit 70 in FIG.

DSP60はゲイン比・傾き比誤差補正部62、傾き比誤差検出部64と、差分処理部66とを含む。ゲイン比・傾き比誤差補正部62は、Sメモリ242から出力される信号が、どのランプ信号を用いてAD変換されたのかを、フラグメモリ241から出力されるフラグ信号FGに基づいて識別する。そして、識別した結果により、Sメモリから出力された信号を補正する。これにより、ランプ信号Lを用いて得られたデジタル信号L−DATAと、ランプ信号Hを用いて得られたデジタル信号H−DATAとを選択して利用できる状態にする。これは、図5において、信号Dhを信号Dh’に変換することに対応する。   The DSP 60 includes a gain ratio / slope ratio error correction unit 62, a slope ratio error detection unit 64, and a difference processing unit 66. The gain ratio / slope ratio error correction unit 62 identifies which ramp signal is used to AD convert the signal output from the S memory 242 based on the flag signal FG output from the flag memory 241. Then, based on the result of identification, the signal output from the S memory is corrected. As a result, the digital signal L-DATA obtained using the ramp signal L and the digital signal H-DATA obtained using the ramp signal H are selected and made available. This corresponds to converting signal Dh into signal Dh 'in FIG.

傾き比検出部64は、ランプ信号Lとランプ信号Hとの時間変化率の比、つまり傾き比を検出する。本実施例では、ランプ信号Lとランプ信号Hとは、時間変化率が2倍に設定されているが、現実には正確に2倍になるとは限らない。そこで、傾き比検出具64が2つのランプ信号の傾き比、すなわち、時間変化率の比を検出し、この結果に基づいて、ゲイン比・傾き比誤差補正部62が補正処理を行う。差分処理部66は、ゲイン比・傾き比誤差補正部62から出力されたL’−DATAまたはH’−DATAと、Nメモリ243から出力されたN−DATAとの差分処理を行う。   The inclination ratio detection unit 64 detects a ratio of time change rates of the lamp signal L and the lamp signal H, that is, an inclination ratio. In the present embodiment, although the time change rate of the ramp signal L and the ramp signal H is set to be doubled, in reality, it is not always exactly doubled. Therefore, the inclination ratio detector 64 detects the inclination ratio of the two ramp signals, that is, the ratio of time change rate, and the gain ratio / inclination ratio error correction unit 62 performs correction processing based on the result. The difference processing unit 66 performs difference processing between L′-DATA or H′-DATA output from the gain ratio / slope ratio error correction unit 62 and N-DATA output from the N memory 243.

ランプ信号Lとランプ信号Hの傾き比を設計値どおりに製造することは困難である。時間変化率の誤差は、ランプ信号Lとランプ信号Hを使う範囲の境界となる信号レベルVL近辺で信号段差を発生させる。時間変化率の誤差を計測して、後述のDSPで補正しても良いが、ランプ信号HによるAD変換は高輝度信号を圧縮するので、画像上は問題とならない場合が多く、補正しなくても良い。   It is difficult to manufacture the slope ratio of the ramp signal L and the ramp signal H as designed. The error of the time change rate generates a signal step around the signal level VL which is the boundary between the range where the ramp signal L and the ramp signal H are used. Although the error of the time change rate may be measured and corrected by a DSP described later, since the AD conversion by the lamp signal H compresses the high luminance signal, there is often no problem on the image, and correction is not performed. Also good.

後述の図9実施例におけるランプ信号Lとランプ信号L8場合は信号レベルV8近辺で発生する段差は画像信号の重要部分であるので、傾き比誤差は補正した方が画像品質は劣化しない。傾き比誤差の計測については後述する。   In the case of the ramp signal L and the ramp signal L8 in the embodiment of FIG. 9 described later, since the step generated around the signal level V8 is an important part of the image signal, the image quality is not deteriorated if the inclination ratio error is corrected. The measurement of the inclination ratio error will be described later.

(実施例2)
図7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。
(Example 2)
FIG. 7 is a diagram showing the change with time of the reference signal according to the present embodiment.

本実施例では、図4の期間Tuにランプ信号Hを用いてAD変換する場合に、ランプ信号Lを用いてAD変換する場合と同じ動作周波数でカウンタ40にカウント動作を行わせる。そして、ランプ信号Hは、ランプ信号Lが最大値VLに達するまでの時間に対して半分の期間T2(=T1/2)で最大値VHに達するようにする。   In the present embodiment, when AD conversion is performed using the ramp signal H in the period Tu of FIG. 4, the counter 40 is caused to perform the counting operation at the same operating frequency as when performing AD conversion using the ramp signal L. Then, the ramp signal H is caused to reach the maximum value VH in a period T2 (= T1 / 2) which is a half of the time until the ramp signal L reaches the maximum value VL.

本実施例によれば、ランプ信号Hを用いてAD変換する場合のAD変換期間を短縮できるので、消費電力を低減できる。   According to this embodiment, since the AD conversion period in the case of performing AD conversion using the ramp signal H can be shortened, power consumption can be reduced.

(実施例3)
図8(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。
(Example 3)
FIG. 8A is a diagram showing the change with time of the reference signal according to the present embodiment. In the following, differences from the first embodiment will be mainly described.

実施例1においては、ランプ信号Lを用いてAD変換することと、ランプ信号Hを用いつつ、ランプ信号Lを用いる場合よりも低い周波数でカウンタ40を動作させてAD変換することとを、有効信号の信号レベルに応じて選択的に行うことを説明した。本実施例が実施例1と異なるのは、実施例ではランプ信号Lを用いて変換された信号範囲(0〜VL)の信号に対して、ランプ信号Lよりもさらに時間変化率の低いランプ信号L8を用いて有効信号を変換する点である。   In the first embodiment, it is effective to perform AD conversion using the ramp signal L, and to operate the counter 40 at a frequency lower than that using the ramp signal L while performing the AD conversion using the ramp signal H. It has been described that it is selectively performed according to the signal level of the signal. The difference between the present embodiment and the first embodiment is that, in the embodiment, the ramp signal having a time change rate lower than that of the ramp signal L with respect to the signal in the signal range (0 to VL) converted using the ramp signal L The point is to convert the effective signal using L8.

本実施例では、0〜V8=VH/8の範囲の有効信号に対して、ランプ信号Lに対して1/4の時間変化率を持つランプ信号L8を用いてAD変換を行う。このとき、カウンタ40の動作周波数は、ランプ信号Lを用いる場合と同じである。   In this embodiment, AD conversion is performed on the effective signal in the range of 0 to V8 = VH / 8 using the ramp signal L8 having a time change rate of 1⁄4 of the ramp signal L. At this time, the operating frequency of the counter 40 is the same as in the case of using the ramp signal L.

ランプ信号Hの最大値VHに対して、VLはVL=VH/2の関係にある。つまり、h=1として、VL=VH・(1/2)となる。一方、V8は、j=2として、V8=VH/8={VH・(1/2)}・(1/2)=VL・(1/2)となる。ここでは、AD変換器が変換可能なアナログ信号の最大値がVHである場合を例にとって説明している。 For the maximum value VH of the ramp signal H, VL has a relationship of VL = VH / 2. That is, assuming h = 1, VL = VH (1/2 h ). On the other hand, V8 becomes j = 2 and V8 = VH / 8 = {VH · (1/2 h )} · (1/2 j ) = VL · (1/2 j ). Here, the case where the maximum value of the analog signal that can be converted by the AD converter is VH is described as an example.

したがって、カウンタ40がpビットのカウント信号を出力すると仮定すると、ランプ信号L8を用いて有効信号をAD変換した場合には、pビットのデジタル信号が得られる。そして、ランプ信号Lを用いて有効信号をAD変換した場合も、pビットのデジタル信号が得られる。ランプ信号L8を用いて得られたデジタル信号はLSB側のpビット、ランプ信号Lを用いて得られたデジタル信号はMSB側のpビットとして扱える。したがって、MSB側のpビットのデジタル信号を2倍することにより、0〜VLまでの範囲にある有効信号を(p+j)ビットの分解能でAD変換を行ったことと同義に扱える。つまり、信号レベルが低い信号範囲に対して高い分解能でAD変換できる。 Therefore, assuming that the counter 40 outputs a p-bit count signal, a p-bit digital signal is obtained when the effective signal is AD converted using the ramp signal L8. Also when the effective signal is AD converted using the ramp signal L, a digital signal of p bits can be obtained. A digital signal obtained using the ramp signal L8 can be treated as p bits on the LSB side, and a digital signal obtained using the ramp signal L can be treated as p bits on the MSB side. Therefore, by multiplying the p-bit digital signal on the MSB side by 2 j, it can be treated as equivalent to performing AD conversion with a resolution of (p + j) bits for the valid signal in the range from 0 to VL. That is, AD conversion can be performed with high resolution for a signal range where the signal level is low.

また、ランプ信号Hを用いてAD変換する場合には、pよりも少ないqビットのAD変換を行う。   When AD conversion is performed using the ramp signal H, q-bit AD conversion smaller than p is performed.

本実施例に係る動作は、図4に示した動作とは、ランプ信号VRAMPと選択回路222の出力Sが異なる。図8(B)には、ランプ信号VRAMPのみを示している。   The operation according to this embodiment is different from the operation shown in FIG. 4 in the ramp signal VRAMP and the output S of the selection circuit 222. FIG. 8B shows only the ramp signal VRAMP.

参照信号生成部30は、判定期間Tjにおいて、第1の比較電圧VREFよりも低い第2の比較電圧VREF2を出力する。比較器221が有効信号と第2の閾値である第2の比較電圧VREF2とを比較する。有効信号が第2の比較電圧VREF2を下回ると判定されると、選択回路222は、AD変換期間Tuにおいて、ランプ信号L8を比較器221に供給するように設定される。そして、フラグメモリ241には、有効信号が第2の比較電圧VREF2を下回ることを示す信号が記憶される。   The reference signal generation unit 30 outputs a second comparison voltage VREF2 lower than the first comparison voltage VREF in the determination period Tj. The comparator 221 compares the valid signal with the second comparison voltage VREF2 which is the second threshold. If it is determined that the valid signal falls below the second comparison voltage VREF2, the selection circuit 222 is set to supply the ramp signal L8 to the comparator 221 in the AD conversion period Tu. Then, the flag memory 241 stores a signal indicating that the valid signal is lower than the second comparison voltage VREF2.

続いて、参照信号生成部30は第1の比較電圧VREFを出力する。比較器221が有効信号と第1の比較電圧VREFとを比較した結果、有効信号が第2の比較電圧より大きく、第1の比較電圧VREFを下回ると判定されると、選択回路222は、AD変換期間Tuにおいて、ランプ信号Lを比較器221に供給するように設定される。そして、フラグメモリ241には、有効信号が第1の比較電圧VREFを下回ることを示す信号が記憶される。一方で、有効信号が第1の比較電圧VREFを上回ると判定されると、選択回路222は、AD変換期間Tuにおいて、ランプ信号VHを比較器221に供給するように設定される。そして、フラグメモリ241には、有効信号が第1の比較電圧VREFを上回ることを示す信号が記憶される。   Subsequently, the reference signal generation unit 30 outputs the first comparison voltage VREF. If it is determined that the effective signal is larger than the second comparison voltage and lower than the first comparison voltage VREF as a result of the comparator 221 comparing the effective signal with the first comparison voltage VREF, the selection circuit 222 outputs AD In the conversion period Tu, the ramp signal L is set to be supplied to the comparator 221. Then, the flag memory 241 stores a signal indicating that the valid signal is lower than the first comparison voltage VREF. On the other hand, when it is determined that the valid signal exceeds the first comparison voltage VREF, the selection circuit 222 is set to supply the ramp signal VH to the comparator 221 in the AD conversion period Tu. Then, the flag memory 241 stores a signal indicating that the valid signal exceeds the first comparison voltage VREF.

その後、AD変換期間TuにおいてAD変換された結果は、Sメモリ242に記憶され、DSPによってNメモリ243に記憶された信号との差分処理を施されたり、オフセット補正、ゲイン補正、ガンマ処理などの信号処理が行われたりする。   Thereafter, the result of AD conversion in the AD conversion period Tu is stored in the S memory 242 and processed by the DSP to perform difference processing with the signal stored in the N memory 243, offset correction, gain correction, gamma processing, etc. Signal processing is performed.

本実施例において、アナログ信号が第1の閾値であるVREF未満の第2の閾値を下回る場合には、アナログ信号をランプ信号L8と比較することにより、pビットのデジタル信号を得る。ランプ信号L8は、第1の参照信号であるランプ信号Lよりも時間変化率の低い第3の参照信号である。   In the present embodiment, when the analog signal falls below a second threshold below the first threshold VREF, the analog signal is compared with the ramp signal L8 to obtain a p-bit digital signal. The ramp signal L8 is a third reference signal whose time change rate is lower than that of the ramp signal L which is the first reference signal.

本実施例において、アナログ信号が第1の閾値であるVREF未満の第2の閾値を下回る場合には、アナログ信号をランプ信号L8と比較することにより、pビットのデジタル信号を得る。ランプ信号L8は、第1の参照信号であるランプ信号Lよりも時間変化率の低い第3の参照信号である。   In the present embodiment, when the analog signal falls below a second threshold below the first threshold VREF, the analog signal is compared with the ramp signal L8 to obtain a p-bit digital signal. The ramp signal L8 is a third reference signal whose time change rate is lower than that of the ramp signal L which is the first reference signal.

本実施例においても、第2の比較電圧VREF2はランプ信号L2の最大値よりも低く設定されることが好ましい。   Also in the present embodiment, it is preferable that the second comparison voltage VREF2 be set lower than the maximum value of the ramp signal L2.

本実施例においては、信号レベルVLを下回る低輝度信号であるアナログ信号を(p+j)ビットの高ビット化するとともに、信号レベルVLを上回る有効信号を、ランプ信号VHを用いてAD変換する場合には、ランプ信号VLを用いてAD変換する場合と比べてカウンタ40の動作周波数を1/2に設定することにより、ダイナミックレンジを確保しつつ消費電力を低減することができる。   In this embodiment, an analog signal which is a low luminance signal lower than the signal level VL is increased in bit by (p + j) bits, and an effective signal exceeding the signal level VL is AD converted using the ramp signal VH. By setting the operating frequency of the counter 40 to 1/2 as compared with the case of performing AD conversion using the ramp signal VL, it is possible to reduce power consumption while securing the dynamic range.

傾き比誤差について、さらに説明する。   The tilt ratio error will be further described.

図9は、ランプ信号Hが理想の傾きに対して誤差を持つ場合のランプ信号の波形を示している。図4のタイミング図にのうち、判定期間Tjを省略している。   FIG. 9 shows the waveform of the ramp signal H when the ramp signal H has an error with respect to the ideal inclination. In the timing chart of FIG. 4, the determination period Tj is omitted.

図9において、基準信号をAD変換するために利用されるランプ信号Lは時間に対する変化率がkであるとする。このとき、期間T1が基準信号をAD変換するのに要する時間となる。   In FIG. 9, it is assumed that the ramp signal L used to AD convert the reference signal has a rate of change with respect to time k. At this time, the period T1 is the time required to AD convert the reference signal.

一方、有効信号をAD変換するために利用される理想的なランプ信号H’は、時間変化率がa・kとなる。そして、実際のランプ信号Hの変化率は、理想値に対してβの誤差を有しており、時間変化率がa・β・kであるとする。理想的なランプ信号H’を用いて有効信号をAD変換した場合には、AD変換に要する時間はT2’+T3’となるのに対して、実際のランプ信号Hを用いて有効信号をAD変換した場合には、AD変換に要する時間はT2+T3となる。   On the other hand, the ideal ramp signal H 'used for AD conversion of the effective signal has a time change rate of a · k. The actual rate of change of the ramp signal H has an error of β with respect to the ideal value, and the temporal rate of change is a · β · k. When the effective signal is AD converted using the ideal ramp signal H ′, the time required for the AD conversion is T2 ′ + T3 ′, whereas the effective signal is AD converted using the actual ramp signal H. In this case, the time required for AD conversion is T2 + T3.

ランプ信号Lとランプ信号H’の傾き比はaなので、T1=a・T2’である。したがって、有効信号と基準信号との差分処理を行うと、a・(T2’+T3’)―T1=a・T3’となる。しかし、実際のランプ信号Hで得られた有効信号と基準信号との差分処理を行うと、a(T2+T3)−T1=となり、理想的なランプ信号H’を用いた場合に対して誤差を持つ。そこで、傾き比誤差βが分かっていれば、(T2+T3)をβで除算するという補正処理を行って{a・(T2+T3)/β}―T1=a・T3’とすることができる。   Since the slope ratio of the ramp signal L and the ramp signal H 'is a, T1 = a · T2'. Therefore, when differential processing between the effective signal and the reference signal is performed, a. (T2 '+ T3')-T1 = a.T3 'is obtained. However, when differential processing between the effective signal obtained by the actual ramp signal H and the reference signal is performed, a (T2 + T3) −T1 =, and there is an error with respect to the case where the ideal ramp signal H ′ is used. . Therefore, if the inclination ratio error β is known, a correction process of dividing (T2 + T3) by β can be performed to obtain {a · (T2 + T3) / β} −T1 = a · T3 ′.

傾き比誤差βを検出するための方法を説明する。端的に言えば、ランプ信号Lとランプ信号Hとで、同じレベルの有効信号を比較して得たデジタル信号の比を得ると、a・βが得られるので、これを設定した傾き比aで除算することによって、傾き比誤差βが得られる。   A method for detecting the slope ratio error β will be described. In short, if you obtain the ratio of the digital signal obtained by comparing the effective signal of the same level with the ramp signal L and the ramp signal H, a · β is obtained, so with this set slope ratio a By dividing, a slope ratio error β is obtained.

こうして得られた傾き比誤差βを、傾き比誤差検出部64に保持させておき、信号の補正を行えばよい。製造時に傾き比誤差を検出しても良いし、撮像操作に先立って行うことで、撮像時の温度条件などによる影響を反映させた傾き比誤差を検出しても良い。   The slope ratio error β obtained in this manner may be held in the slope ratio error detection unit 64 to correct the signal. The inclination ratio error may be detected at the time of manufacture, or may be detected prior to the imaging operation to detect the inclination ratio error reflecting the influence of the temperature condition or the like at the time of imaging.

(実施例4)
本実施例では、撮像システムにおいて設定される撮影感度と、各撮影感度において用いられるランプ信号の組み合わせについて説明する。
(Example 4)
In the present embodiment, the combination of the imaging sensitivity set in the imaging system and the lamp signal used in each imaging sensitivity will be described.

図10(A)は本実施例に係るランプ信号の時間変化を示す図である。ここでは4通りのランプ信号H、M、L1、およびL2を示している。ランプ信号M、L1、およびL2が取りうる最大値は、ランプ信号Hが取りうる最大値をVHとして、順にVM=(VH/2)、VL1=(VH/4)、VL2=(VH/8)となる。ランプ信号H、M、およびL1は、時刻T1に最大値に到達するが、ランプ信号L2は、時刻T2=2・T1に最大値VL2に到達する。   FIG. 10A is a diagram showing a time change of the ramp signal according to the present embodiment. Here, four ramp signals H, M, L1 and L2 are shown. The maximum value that can be taken by the ramp signals M, L1, and L2 is set as follows: VM = (VH / 2), VL1 = (VH / 4), VL2 = (VH / 8) where VH is the maximum value that the ramp signal H can take ). The ramp signals H, M, and L1 reach the maximum value at time T1, but the ramp signal L2 reaches the maximum value VL2 at time T2 = 2 · T1.

図10(B)は、撮像システムにおいて設定される撮影感度と、各撮影感度において用いられるランプ信号を示す図である。縦軸は撮影感度としてISO感度100、200、400、800の4通りを示している。横軸は、ランプ信号の種類を示している。『○』がつけられたセルは、ランプ信号が用いられることを示す。具体的には、ISO感度100の設定においては、ランプ信号Hのみが用いられ、ISO感度200の設定においてはランプ信号HとMとが用いられる。また、ISO感度400の場合にはランプ信号MとL1とが用いられ、ISO感度800の場合にはランプ信号MとL2とが用いられる。   FIG. 10B is a view showing the imaging sensitivity set in the imaging system and the lamp signal used in each imaging sensitivity. The vertical axis indicates four types of ISO sensitivity 100, 200, 400, 800 as the imaging sensitivity. The horizontal axis indicates the type of lamp signal. A cell marked with "o" indicates that a ramp signal is used. Specifically, in the setting of the ISO sensitivity 100, only the lamp signal H is used, and in the setting of the ISO sensitivity 200, the lamp signals H and M are used. In the case of the ISO sensitivity 400, the lamp signals M and L1 are used, and in the case of the ISO sensitivity 800, the lamp signals M and L2 are used.

一般に、高輝度の被写体を撮影する場合にISO感度を下げるため、ISO感度100の設定では、高輝度の信号もAD変換できるように、ランプ信号Hのみを用いる。これに対して、被写体の輝度が低くなるにつれてISO感度を高く設定することが一般的であるため、ISO感度200以上では、2種類のランプ信号を用いる。2種類のランプ信号を用いて有効信号をAD変換する場合に、時間変化率の高いランプ信号を用いる場合のカウンタ40の動作周波数は、時間変化率の低いランプ信号を用いる場合よりも低く設定する。これにより、上述の各実施例と同様に、ダイナミックレンジを拡大しつつ消費電力を低減することができる。   Generally, in order to lower the ISO sensitivity when photographing a high luminance subject, only the lamp signal H is used in the setting of the ISO sensitivity 100 so that a signal of high luminance can also be AD converted. On the other hand, since it is general to set the ISO sensitivity high as the luminance of the subject decreases, two types of lamp signals are used at an ISO sensitivity of 200 or more. When AD converting an effective signal using two types of ramp signals, the operating frequency of the counter 40 in the case of using a ramp signal with a high time change rate is set lower than in the case of using a ramp signal with a low time change rate . As a result, as in the embodiments described above, power consumption can be reduced while the dynamic range is expanded.

また、ここでは各ISO感度に対して2種類のランプ信号を用いることを説明したが、実施例3と同様に、3種類以上のランプ信号を用いても良い。   Further, although it has been described here that two types of lamp signals are used for each ISO sensitivity, three or more types of lamp signals may be used as in the third embodiment.

図10(C)は、実施例2と同様に、カウンタ40の動作周波数は変えずに、ランプ信号の変化期間を短縮することで消費電力の低減を図る場合の、ランプ信号の時間変化を示す図である。   FIG. 10C shows time change of the lamp signal in the case where power consumption is reduced by shortening the change period of the lamp signal without changing the operating frequency of the counter 40 as in the second embodiment. FIG.

たとえば、ISO感度200の設定では有効信号がVMを上回る場合にはランプ信号HHを利用し、VMを下回る場合にはランプ信号Mを利用する。また、たとえばISO感度400では有効信号がVL1〜VMの範囲にある場合にはランプ信号MMを利用し、VL1を下回る場合には、ランプ信号VL1を利用する。   For example, in the setting of the ISO sensitivity 200, the ramp signal HH is used when the effective signal exceeds VM, and the ramp signal M is used when the effective signal is below VM. For example, in the ISO sensitivity 400, the lamp signal MM is used when the effective signal is in the range of VL1 to VM, and the lamp signal VL1 is used when the effective signal is lower than VL1.

本実施例においてもダイナミックレンジを拡大しつつ消費電力の低減ができる。加えて、撮影感度の設定に応じて、利用するランプ信号を変えることで、撮影シーンに適したAD変換を実現できる。   Also in the present embodiment, the power consumption can be reduced while the dynamic range is expanded. In addition, by changing the lamp signal to be used according to the setting of the photographing sensitivity, AD conversion suitable for the photographing scene can be realized.

(実施例5)
実施例1〜3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。
(Example 5)
In Examples 1 to 3, AD conversion of the effective signal is performed by the lamp comparison method based on comparison with the ramp signal. In this embodiment, an example will be described in which a hybrid AD conversion AD converter is used, which combines two of a successive approximation method and a ramp comparison method.

図11は、本実施例に係る光電変換装置の構成例である。図2に示した光電変換装置とは、列信号処理部および参照信号生成部の構成が異なる。他の構成は図2に示した構成とすることができるので、ここでは示していない。   FIG. 11 is a configuration example of the photoelectric conversion device according to the present embodiment. The configuration of the column signal processing unit and the reference signal generation unit is different from that of the photoelectric conversion device illustrated in FIG. Other configurations can be as shown in FIG. 2 and are not shown here.

本実施例における参照信号生成部30は、ランプ信号生成部104に加えて、基準電圧生成部103を備える。   The reference signal generation unit 30 in the present embodiment includes a reference voltage generation unit 103 in addition to the ramp signal generation unit 104.

本実施例における列信号処理部20は、スイッチ・キャパシタ群106、比較器107、制御回路108、カウンタ109、およびメモリ110を含む。   The column signal processing unit 20 in the present embodiment includes a switch / capacitor group 106, a comparator 107, a control circuit 108, a counter 109, and a memory 110.

図12に、列信号処理部20の詳細な構成を示す。スイッチ・キャパシタ群106は、逐次比較容量部SAと入力容量Cinとを含む。画素アレイ10からの出力は、入力容量Cinを介して比較器107の非反転入力端子に供給される。   The detailed configuration of the column signal processing unit 20 is shown in FIG. The switch / capacitor group 106 includes a successive approximation capacitance unit SA and an input capacitance Cin. The output from the pixel array 10 is supplied to the non-inversion input terminal of the comparator 107 via the input capacitance Cin.

逐次比較容量部SAは、容量値1C、1C、2C、4Cの容量素子が並列に接続されており、基準電圧VRFに対して2進重み付けができる構成となっている。本実施例では、2ビットの逐次比較を実現できる。容量値1C、2C、4Cの容量素子のそれぞれに直列に接続されたスイッチは、対応する容量素子を基準電圧VRFと接地電位GNDとを選択的に接続する。容量値1Cの容量素子に対して直列に接続されたスイッチは、対応する容量素子に対して、ランプ信号LであるVRMPLとランプ信号HであるVRMPHとを選択的に供給する構成になっている。   In the successive approximation capacitance unit SA, capacitance elements of capacitance values 1C, 1C, 2C, and 4C are connected in parallel, and are configured to be able to perform binary weighting on the reference voltage VRF. In this embodiment, 2-bit sequential comparison can be realized. A switch connected in series to each of the capacitive elements of capacitance values 1C, 2C, 4C selectively connects the corresponding capacitive element to the reference voltage VRF and the ground potential GND. The switch connected in series to the capacitive element having a capacitance value of 1 C is configured to selectively supply the RMPL signal which is the ramp signal L and the VRMPH which is the ramp signal H to the corresponding capacitive element. .

比較器107は、その入力端子が接地電位GNDにリセットできる構成になっており、出力端子は、制御回路108に接続されている。   The comparator 107 is configured such that its input terminal can be reset to the ground potential GND, and its output terminal is connected to the control circuit 108.

カウンタ109は、制御回路108の制御によって動作する。   The counter 109 operates under the control of the control circuit 108.

図13(A)は、撮像システムの撮影感度がISO100である場合の動作シーケンスを説明するための図である。逐次比較部SAから比較器107に供給される信号を示している。まず、電圧VRF/2、VRF/4と有効信号とを比較することによって有効信号の上位2ビットについてAD変換を行う。これを以下では第1の処理と呼ぶ。その後、第1の処理で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ランプ信号VRMPHと比較することによって、下位8ビットのAD変換を行う。この場合のAD変換範囲は0〜VRFである。   FIG. 13A is a diagram for describing an operation sequence in the case where the imaging sensitivity of the imaging system is ISO100. A signal supplied from the successive comparison unit SA to the comparator 107 is shown. First, AD conversion is performed on the upper two bits of the valid signal by comparing the voltages VRF / 2 and VRF / 4 with the valid signal. This is hereinafter referred to as the first process. Thereafter, the lower 8-bit AD conversion is performed by comparing the lower analog signal corresponding to the least significant bit of the digital signal obtained in the first process with the ramp signal VRMPH. The AD conversion range in this case is 0 to VRF.

一方、図13(B)は、撮像システムの撮影感度がISO200である場合の動作シーケンスを説明するための図である。図13(A)と異なるのは、逐次比較動作において比較する信号基準電圧がVRF/4、VRF/8に対して行われることと、ランプ信号VRMPLが利用されることである。ところが、このような処理を行うと、ISO感度200においてはAD変換範囲がISO感度100の場合の半分になってしまう。   On the other hand, FIG. 13B is a diagram for describing an operation sequence when the imaging sensitivity of the imaging system is ISO200. What is different from FIG. 13A is that the signal reference voltage to be compared in the successive comparison operation is performed for VRF / 4 and VRF / 8, and the ramp signal VRMPL is used. However, if such processing is performed, the AD conversion range in the ISO sensitivity 200 is half that in the case of the ISO sensitivity 100.

次に、本実施例に係る動作を説明する。   Next, the operation according to the present embodiment will be described.

図14は、ISO感度200において、有効信号がVRF/2を下回る低輝度信号(A_IN<VRF/2)である場合の動作を説明するためのタイミング図である。信号S0〜S1がHレベルであるとき、対応するスイッチは基準電圧VRFを対応する容量素子に供給し、ローレベルである時に、接地電位GNDを供給する。   FIG. 14 is a timing chart for explaining the operation in the case where the effective signal is a low luminance signal (A_IN <VRF / 2) lower than VRF / 2 in the ISO sensitivity 200. When the signals S0 to S1 are at the H level, the corresponding switch supplies the reference voltage VRF to the corresponding capacitive element, and when the signal S0 to S1 is at the low level, the ground potential GND is supplied.

期間T1〜T3において、2ビットの逐次比較によって有効信号をAD変換する。期間T1では、電圧VRF/2に対する大小を判定し、その判定結果に応じて、期間T2、T3で有効信号と比較する電圧を決定する。図14ではデジタルコードとして“10”が得られる。期間T1における判定結果から、A_IN<VRF/2であることが分かっているので、制御回路は、容量値1Cの容量素子にはランプ信号VRMPLが供給されるようにスイッチを制御する。これにより、期間T4では、相対的に時間変化率の低いランプ信号VRMPLを用いて8ビットのAD変換を行う。   In the period T1 to T3, the effective signal is AD converted by 2-bit successive approximation. In period T1, the magnitude with respect to voltage VRF / 2 is determined, and in accordance with the determination result, voltages to be compared with the valid signal in periods T2 and T3 are determined. In FIG. 14, "10" is obtained as a digital code. Since it is known from the determination result in the period T1 that A_IN <VRF / 2, the control circuit controls the switch so that the ramp signal VRMPL is supplied to the capacitive element having the capacitance value 1C. As a result, in the period T4, 8-bit AD conversion is performed using the ramp signal VRMPL having a relatively low time change rate.

図15は、同じくISO感度200だが、有効信号がVRF/2を上回る高輝度信号(A_IN>VRF/2)である場合の動作を説明するためのタイミング図である。   FIG. 15 is a timing chart for explaining the operation when the ISO sensitivity is 200 but the effective signal is a high luminance signal (A_IN> VRF / 2) exceeding VRF / 2.

この場合には、2ビットの逐次比較によるAD変換を行った後、相対的に高い時間変化率のランプ信号VRMPHを用いて7ビットのAD変換を行う。7ビットのAD変換を行う際には、上述の各実施例で説明したように、カウンタ109の動作周波数を変更したり、ランプ信号が時間的変化を示す期間を変更したりすることで、ダイナミックレンジを拡大しつつ消費電力の低減が実現できる。加えて、図13の場合にはAD変換できなかったVRF/2〜VRFの範囲の有効信号もAD変換することができる。   In this case, after performing AD conversion by 2-bit successive approximation, 7-bit AD conversion is performed using a ramp signal VRMPH having a relatively high time change rate. When 7-bit AD conversion is performed, as described in each of the above-described embodiments, the operation frequency of the counter 109 is changed, or the period in which the ramp signal shows temporal change is changed to perform dynamic. The power consumption can be reduced while the range is expanded. In addition, the effective signals in the range of VRF / 2 to VRF which can not be AD converted in the case of FIG. 13 can also be AD converted.

(実施例6)
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。
(Example 6)
In each of the above-described embodiments, the gain for the signal is increased by reducing the time rate of change of the ramp signal. However, in reality there is noise due to the comparator and the reference signal generator, so if the time change rate of the lamp signal is small, it may not be possible to determine whether it is an effective signal or noise.

そこで、本実施例では、アナログ信号処理部に増幅器を設けて、ノイズの影響を低減する。   Therefore, in the present embodiment, an amplifier is provided in the analog signal processing unit to reduce the influence of noise.

図16は、本実施例に係る光電変換装置の構成例を示す図である。図2との違いは、画素アレイ10の各列に増幅回路210が設けられた点である。   FIG. 16 is a view showing a configuration example of the photoelectric conversion device according to the present example. The difference from FIG. 2 is that an amplification circuit 210 is provided in each column of the pixel array 10.

増幅回路210の詳細な構成を図17に示す。増幅回路210は、差動増幅器211、入力容量C0、帰還容量C1、C2、スイッチSW1、SW2、SW3、ならびに差動増幅器211に電流を供給する電流源Iを含む。電流源Iは、差動増幅器211に供給する電流をI1とI2とを切り替えることが可能な可変電流源である。ここでは、I2=I1/2であるとする。スイッチSW1〜SW4は、タイミング生成部80によって制御される。増幅回路210の増幅率は、差動増幅器211の帰還経路上のアクティブな帰還容量の容量値と入力容量C0の容量値との比で決定される。増幅回路210は、既知の方法によりクランプ回路として動作させることが可能であるので、有効信号から基準信号を低減した信号を増幅することができる。   The detailed configuration of the amplifier circuit 210 is shown in FIG. The amplification circuit 210 includes a differential amplifier 211, an input capacitance C0, feedback capacitances C1 and C2, switches SW1, SW2 and SW3, and a current source I for supplying current to the differential amplifier 211. The current source I is a variable current source capable of switching the current supplied to the differential amplifier 211 between I1 and I2. Here, it is assumed that I2 = I1 / 2. The switches SW1 to SW4 are controlled by the timing generation unit 80. The amplification factor of the amplifier circuit 210 is determined by the ratio of the capacitance value of the active feedback capacitance on the feedback path of the differential amplifier 211 and the capacitance value of the input capacitance C0. Since the amplification circuit 210 can be operated as a clamp circuit by a known method, it is possible to amplify a signal obtained by reducing the reference signal from the effective signal.

通常、撮像装置のISO感度が変更されると、それに連動して増幅回路の増幅率が切り替えられるが、その場合には、ダイナミックレンジが狭くなってしまう。本実施例では、ISO感度による増幅率の変化範囲を小さく設定し、ランプ信号の時間変化率を変えることによって、ダイナミックレンジを拡大する。   Usually, when the ISO sensitivity of the imaging apparatus is changed, the amplification factor of the amplification circuit is switched in conjunction with that, but in that case, the dynamic range is narrowed. In this embodiment, the dynamic range is expanded by setting the change range of the amplification factor due to the ISO sensitivity small and changing the time change rate of the lamp signal.

図18(A)は、本実施例におけるISO感度、増幅回路の増幅率(アンプゲイン)、およびランプ信号の関係を示す表である。本実施例ではISO感度が100、200、400の場合にはアンプゲインを1倍に固定し、一方で、AD変換に用いるランプ信号の組み合わせを変えている。同様に、ISO感度が800、1600の場合にはアンプゲインを2倍に固定し、一方で、AD変換に用いるランプ信号の組み合わせを変えている。ランプ信号の組み合わせについては、図10と同じ議論になるので、説明を省略する。   FIG. 18A is a table showing the relationship among the ISO sensitivity, the amplification factor of the amplifier circuit (amplifier gain), and the lamp signal in the present embodiment. In the present embodiment, when the ISO sensitivity is 100, 200, and 400, the amplifier gain is fixed at 1 ×, while the combination of lamp signals used for AD conversion is changed. Similarly, when the ISO sensitivity is 800 or 1600, the amplifier gain is fixed twice, while the combination of lamp signals used for AD conversion is changed. The combination of the ramp signals is the same as in FIG. 10, so the description is omitted.

光電変換装置への入射光量と、入射光量に対応する信号レベルとの関係を図18(B)に示す。ISO感度が100、200、400の場合には、アンプゲインがG1=1であるので、0〜L1までの入射光量に対応することができる。一方で、ISO感度が800、1600の場合には、アンプゲインがG2=2であるので、0〜L2(=L1/2)までの入射光量に対応する。   The relationship between the amount of light incident on the photoelectric conversion device and the signal level corresponding to the amount of light incident is shown in FIG. When the ISO sensitivity is 100, 200, and 400, since the amplifier gain is G1 = 1, it is possible to cope with incident light amounts from 0 to L1. On the other hand, when the ISO sensitivity is 800 or 1600, the amplifier gain is G2 = 2, which corresponds to the amount of incident light from 0 to L2 (= L1 / 2).

そして、ISO感度が100の場合にはランプ信号HのみでAD変換を行う。ISO感度が200の場合には、0〜V2の範囲の信号を、ランプ信号Mを用いてAD変換し、V2〜V1の範囲の信号を、ランプ信号Hを用いてAD変換する。同様に、ISO感度が400の場合には、0〜V4の範囲の信号を、ランプ信号Lを用いてAD変換し、V4〜V1の範囲の信号を、ランプ信号Hを用いてAD変換する。   When the ISO sensitivity is 100, AD conversion is performed using only the lamp signal H. When the ISO sensitivity is 200, a signal in the range of 0 to V2 is AD converted using the lamp signal M, and a signal in the range of V2 to V1 is AD converted using the lamp signal H. Similarly, when the ISO sensitivity is 400, a signal in the range of 0 to V4 is AD converted using the ramp signal L, and a signal in the range of V4 to V1 is AD converted using the ramp signal H.

本実施例によっても、ダイナミックレンジを拡大しつつ、消費電力の低減できる。   Also according to this embodiment, the power consumption can be reduced while the dynamic range is expanded.

また、撮像システムの動作モードに応じて、増幅回路の消費電流を変更しても良い。具体的には、動画モードでは、増幅回路の駆動能力を下げるために、I2の電流を差動増幅器に供給し、静止画モードでは、I1の電流を差動増幅器に供給する。   In addition, the current consumption of the amplifier circuit may be changed according to the operation mode of the imaging system. Specifically, in the moving image mode, the current of I2 is supplied to the differential amplifier in order to lower the drive capability of the amplification circuit, and in the still image mode, the current of I1 is supplied to the differential amplifier.

(実施例7)
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。
(Example 7)
FIG. 19 is a diagram showing an example of the configuration of an imaging system according to this embodiment. The imaging system 800 includes, for example, an optical unit 810, an imaging device 100, a video signal processing unit 830, a recording and communication unit 840, a timing control unit 850, a system control unit 860, and a reproduction and display unit 870. The imaging device 820 includes an imaging element 100 and a video signal processing unit 830. The photoelectric conversion device described in the previous embodiment is used as the imaging element 100.

レンズ等の光学系である光学部810は、被写体からの光を撮像素子100の、複数の画素が2次元状に配列された画素部10に結像させ、被写体の像を形成する。撮像素子100は、タイミング制御部850からの信号に基づくタイミングで、画素部10に結像された光に応じた信号を出力する。撮像素子100から出力された信号は、映像信号処理部である映像信号処理部830に入力され、映像信号処理部830が、プログラム等によって定められた方法に従って信号処理を行う。映像信号処理部830での処理によって得られた信号は画像データとして記録・通信部840に送られる。記録・通信部840は、画像を形成するための信号を再生・表示部870に送り、再生・表示部870に動画や静止画像を再生・表示させる。記録・通信部840は、また、映像信号処理部830からの信号を受けて、システム制御部860と通信を行うほか、不図示の記録媒体に、画像を形成するための信号を記録する動作も行う。   An optical unit 810, which is an optical system such as a lens, forms an image of a subject by forming light from the subject on the pixel unit 10 in which a plurality of pixels are two-dimensionally arrayed in the imaging device 100. The imaging element 100 outputs a signal according to the light focused on the pixel unit 10 at a timing based on the signal from the timing control unit 850. A signal output from the imaging element 100 is input to a video signal processing unit 830 which is a video signal processing unit, and the video signal processing unit 830 performs signal processing according to a method defined by a program or the like. A signal obtained by the processing in the video signal processing unit 830 is sent to the recording / communication unit 840 as image data. The recording and communication unit 840 sends a signal for forming an image to the reproduction and display unit 870, and causes the reproduction and display unit 870 to reproduce and display a moving image or a still image. Recording / communication unit 840 also receives a signal from video signal processing unit 830 to communicate with system control unit 860, and also performs an operation of recording a signal for forming an image on a recording medium (not shown). Do.

システム制御部860は、撮像システムの動作を統括的に制御するものであり、光学部810、タイミング制御部850、記録・通信部840、及び再生・表示部870の駆動を制御する。また、システム制御部860は、例えば記録媒体である不図示の記憶装置を備え、ここに撮像システムの動作を制御するのに必要なプログラム等が記録される。また、システム制御部860は、例えばユーザの操作に応じて駆動モードを切り替える信号を撮像システム内に供給する。具体的な例としては、読み出す行やリセットする行の変更、電子ズームに伴う画角の変更や、電子防振に伴う画角のずらし等である。タイミング制御部850は、システム制御部860による制御に基づいて撮像素子100及び映像信号処理部830の駆動タイミングを制御する。また、タイミング制御部850は、撮像素子100の撮影感度を設定する感度設定部としても機能しうる。   The system control unit 860 controls the operation of the imaging system in an integrated manner, and controls the driving of the optical unit 810, the timing control unit 850, the recording and communication unit 840, and the reproduction and display unit 870. The system control unit 860 also includes, for example, a storage device (not shown), which is a recording medium, and programs and the like necessary to control the operation of the imaging system are recorded therein. In addition, the system control unit 860 supplies a signal for switching the drive mode to the imaging system, for example, in accordance with the user's operation. As specific examples, there are a change of a line to be read out and a line to be reset, a change of the angle of view accompanying the electronic zoom, a shift of the angle of view accompanied by the electronic image stabilization, and the like. The timing control unit 850 controls drive timings of the imaging device 100 and the video signal processing unit 830 based on control by the system control unit 860. The timing control unit 850 can also function as a sensitivity setting unit that sets the imaging sensitivity of the imaging device 100.

(その他)
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。
(Others)
Each of the above-described embodiments is an example for practicing the present invention, and modifications can be made without departing from the technical concept of the present invention, or elements of a plurality of embodiments can be combined.

10 画素アレイ
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
Reference Signs List 10 pixel array 11 pixel 20 column signal processing unit 22 comparison unit 221 comparator 24 memory unit 30 reference signal generation unit 40 counter

本発明の一の側面である光電変換装置は、撮影感度に対応した動作を行う光電変換装置であって、ランプ信号を出力する参照信号生成部と、前記ランプ信号とアナログ信号とを比較することでAD変換を行うAD変換器と、を備え、前記撮影感度が第1の撮影感度である第1の場合において、前記参照信号生成部は、第1の傾きのランプ信号と、前記第1の傾きとは異なる第2の傾きのランプ信号とを含む複数のランプ信号を並行して前記AD変換器に出力し、前記撮影感度が前記第1の撮影感度とは異なる第2の撮影感度である第2の場合において、前記参照信号生成部は、第3の傾きのランプ信号を前記AD変換器に出力することを特徴とする光電変換装置である。 A photoelectric conversion device according to one aspect of the present invention is a photoelectric conversion device that performs an operation corresponding to imaging sensitivity, and compares a reference signal generation unit that outputs a lamp signal, the lamp signal and an analog signal. In the first case where the imaging sensitivity is a first imaging sensitivity, the reference signal generation unit comprises a ramp signal of a first slope, and the first signal. A plurality of lamp signals including a lamp signal having a second slope different from the slope are output in parallel to the AD converter, and the imaging sensitivity is a second imaging sensitivity different from the first imaging sensitivity. In the second case, the reference signal generation unit is a photoelectric conversion device characterized in that a ramp signal with a third slope is output to the AD converter.

Claims (15)

アナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換装置であって、
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AD変換器。
An AD converter for converting an analog signal to a digital signal,
Converting the analog signal to a p-bit digital signal if the magnitude of the analog signal is below a threshold;
Converting the analog signal to a q-bit digital signal less than the p bits if the magnitude of the analog signal exceeds the threshold;
AD converter characterized by
前記アナログ信号を、信号レベルが変化する参照信号と比較することにより、前記アナログ信号を前記デジタル信号に変換することを特徴とする請求項1に記載のAD変換器。   The AD converter according to claim 1, wherein the analog signal is converted to the digital signal by comparing the analog signal with a reference signal whose signal level changes. 前記アナログ信号を、第1の変化率で変化する第1の参照信号と比較することにより、前記pビットのデジタル信号に変換し、
前記アナログ信号を、前記第1の参照信号よりも高い第2の変化率で変化する第2の参照信号と比較することにより、前記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2に記載のAD変換器。
Converting the analog signal to the p-bit digital signal by comparing it to a first reference signal changing at a first rate of change,
The digital signal of q bits is converted by comparing the analog signal with a second reference signal which changes at a second change rate higher than the first reference signal. AD converter as described in.
前記閾値は、前記第2の参照信号の最大値よりも低い信号レベルであることを特徴とする請求項3に記載のAD変換器。   The AD converter according to claim 3, wherein the threshold is a signal level lower than a maximum value of the second reference signal. 前記第2の参照信号の時間変化率が、前記第1の参照信号の変化率が2倍である場合に、
前記閾値が、変換可能なアナログ信号の最大値を2で除算した値であることを特徴とする請求項3に記載のAD変換装置。
When the time change rate of the second reference signal is 2 j times the change rate of the first reference signal,
4. The AD converter according to claim 3, wherein the threshold is a value obtained by dividing the maximum value of the convertible analog signal by 2 j .
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参照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3乃至5のいずれかに記載のAD変換器。
A counter that counts the clock signal and outputs the count signal;
A memory for holding the count signal in response to a change in magnitude between an analog signal and the reference signal;
The clock according to any one of claims 3 to 5, wherein the clock has a lower frequency when converting the analog signal into the q-bit digital signal than when converting the analog signal into the p-bit digital signal. AD converter according to any one.
前記第1および第2の参照信号の傾き比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3乃至6のいずれかに記載のAD変換器。   The AD converter according to any one of claims 3 to 6, further comprising a correction unit that corrects an inclination ratio error of the first and second reference signals. 前記アナログ信号が前記閾値を下回る第2の閾値を下回る場合に、
前記アナログ信号を、前記第1の参照信号よりも時間変化率の低い第3の参照信号と比較することにより、前記p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3乃至7のいずれかに記載のAD変換器。
If the analog signal falls below a second threshold below the threshold,
8. The p-bit digital signal according to any one of claims 3 to 7, wherein the analog signal is converted to the p-bit digital signal by comparing it with a third reference signal having a time change rate lower than that of the first reference signal. AD converter described in.
第1の処理として、前記アナログ信号を逐次比較方式により第1のデジタル信号に変換し、
前記第1の処理で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、信号レベルが変化する参照信号と比較することにより、前記下位アナログ信号を第2のデジタル信号に変換すること
を特徴とする請求項1に記載のAD変換器。
As the first process, the analog signal is converted to a first digital signal by a successive approximation method,
Converting the low-order analog signal into a second digital signal by comparing a low-order analog signal corresponding to the least significant bit of the digital signal obtained in the first process with a reference signal whose signal level changes The AD converter according to claim 1, characterized in that
請求項1乃至9のいずれかに記載のAD変換器を複数有し、
前記複数のAD変換器の各々は、アナログ信号を出力する複数のアナログ信号出力部と、
それぞれが前記複数のアナログ信号出力部に対応して設けられた列信号処理部と、をさらに有すること
を特徴とするAD変換装置。
A plurality of AD converters according to any one of claims 1 to 9,
Each of the plurality of AD converters includes a plurality of analog signal outputs that output analog signals;
An AD converter, further comprising: column signal processing units respectively provided corresponding to the plurality of analog signal output units.
前記複数の列信号処理部に共通に設けられた参照信号生成部をさらに備え、
前記複数の列信号処理部は、前記アナログ信号を、信号レベルが変化する前記参照信号生成部で生成された参照信号と比較することにより、前記アナログ信号を前記デジタル信号に変換すること
を特徴とする、請求項10に記載のAD変換装置。
And a reference signal generation unit provided commonly to the plurality of column signal processing units,
The plurality of column signal processing units convert the analog signal into the digital signal by comparing the analog signal with a reference signal generated by the reference signal generation unit whose signal level changes. The AD converter according to claim 10, wherein
請求項10または11に記載のAD変換装置を備え、
前記複数のアナログ信号出力部の各々が、入射光に基づいて前記アナログ信号を出力する画素を含むことを特徴とする光電変換装置。
The AD converter according to claim 10 or 11, comprising:
A photoelectric conversion device characterized in that each of the plurality of analog signal output units includes a pixel that outputs the analog signal based on incident light.
請求項12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。
A photoelectric conversion device according to claim 12;
An optical system for forming an image on the plurality of pixels;
An image signal processing unit configured to process the signal output from the photoelectric conversion device to generate image data.
光電変換装置と、
前記光電変換装置の撮影感度を設定する感度設定部と、を含む撮像システムであって、前記光電変換装置は、
各々が、入射光に基づくアナログ信号を出力する画素を含む、複数のアナログ信号出力部と、
各々が、前記複数のアナログ信号出力部のいずれかに対応して設けられた複数の列信号処理部と、を有し、
前記列信号処理部の各々は、
前記アナログ信号を、第1の変化率で変化する第1の参照信号と比較することにより、pビットのデジタル信号に変換し、
前記アナログ信号を、前記第1の参照信号よりも高い第2の変化率で変化する第2の参照信号と比較することにより、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、
異なる撮影感度における前記第1および前記第2の変化率の組み合わせが、互いに異なること
を特徴とする撮像システム。
Photoelectric conversion device,
And a sensitivity setting unit configured to set an imaging sensitivity of the photoelectric conversion device, wherein the photoelectric conversion device includes:
A plurality of analog signal outputs, each comprising a pixel that outputs an analog signal based on incident light;
Each having a plurality of column signal processing units provided corresponding to one of the plurality of analog signal output units;
Each of the column signal processing units
Converting the analog signal to a p-bit digital signal by comparing it to a first reference signal changing at a first rate of change,
Converting the analog signal to a q-bit digital signal less than the p bits by comparing it to a second reference signal that changes at a second rate of change higher than the first reference signal;
An imaging system, wherein a combination of the first and the second change rates at different photographing sensitivities are different from each other.
アナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換方法であって、
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AD変換方法。
An AD conversion method for converting an analog signal to a digital signal
Converting the analog signal to a p-bit digital signal if the magnitude of the analog signal is below a threshold;
Converting the analog signal to a q-bit digital signal less than the p bits if the magnitude of the analog signal exceeds the threshold;
AD conversion method characterized by
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