JP2019208291A - 撮像装置、撮像システム、および、移動体 - Google Patents
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Abstract
Description
図1の回路ブロック図を参照して、第1の実施例に係る撮像装置IM1の構成について説明する。図1は、撮像装置IM1の含む構成要素を示している。撮像装置IM1は、行列状に配置された複数の画素100によって構成された画素アレイ101を含む。図1では一例として画素アレイ101が4行3列の画素100を有する場合を説明する。しかし、画素アレイ101の配置はこれに限られない。画素100は、画素100への入射光に応じた画素信号を生成する。また、画素100は、画素100のリセットされた状態に応じたリセットレベル信号を生成する。
第2の実施例について説明する。第1の実施例では、長時間露光の後の“1H”期間、および、短時間露光の後の“1H”期間のそれぞれで、制御回路106が、増幅信号Vampの信号値に応じて、増幅回路105のゲインを制御する。これに対して、第2の実施例では、短時間露光(第2の露光期間)により生じた電荷に基づく画素信号を読み出す際は、増幅回路105のゲインを固定する。換言すると、長時間露光(第1の露光期間)の後の“1H”期間のみで、増幅信号Vampの信号値と閾値Vthとの比較、および、当該比較の結果に応じたゲインの制御が行われる。そこで、以下では主として第1の実施例と異なる部分を説明し、第1の実施例と同様の部分についての説明を省略する。
第3の実施例について説明する。第3の実施例では、列信号処理部104の構成が、第1の実施例乃至第2の実施例の列信号処理部104と異なる。そこで、以下では主として、第1の実施例および第2の実施例と異なる部分を説明し、第1の実施例または第2の実施例と同様の部分についての説明を省略する。
第4の実施例について説明する。第4の実施例では、列信号処理部104の構成が、第1の実施例乃至第3の実施例の列信号処理部104と異なる。そこで、以下では主として、実施例1と異なる部分を説明し、第1の実施例乃至第3の実施例のいずれかと同様の部分についての説明を適宜省略する。
第5の実施例について説明する。第4の実施例では、列信号処理部104の構成が、第4の実施例の列信号処理部104と異なる。そこで、以下では主として、実施例1と異なる部分を説明し、実施例1と同様の部分についての説明を適宜省略する。
実施例1〜実施例5の撮像装置IMにおいて、複数の画像を取得する動作、つまり、動画撮影について説明する。各実施例において、1つの行の画素100から画素信号を1回読み出すための動作(例えば、実施例1の図5および図6)が説明された。この読み出し動作が、複数の行の画素100に対して、順に行われることによって、1つの画像が取得される。
撮像システムの実施例について説明する。撮像システムとして、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、カメラヘッド、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などがあげられる。図26に、撮像システムの例としてデジタルスチルカメラのブロック図を示す。
移動体の実施例について説明する。本実施例の移動体は、車載カメラを備えた自動車である。図28(a)は、自動車2100の外観と主な内部構造を模式的に示している。自動車2100は、撮像装置2102、撮像システム用集積回路(ASIC:Application Specific Integrated Circuit)2103、警報装置2112、主制御部2113を備える。
104 列信号処理部
105 増幅回路
106 制御回路
PD フォトダイオード
MSF 増幅トランジスタ
Claims (35)
- 光電変換部で生じた電荷に基づくアナログ信号をそれぞれが出力する複数の画素と、
前記アナログ信号の信号値に応じて、前記アナログ信号に適用されるゲインを、少なくとも第1のゲイン、および、前記第1のゲインよりも高い第2のゲインに制御する制御部と、を備え、
前記複数の画素のそれぞれは、前記アナログ信号として、第1の露光期間に前記光電変換部で生じた電荷に基づく第1の信号と、前記第1の露光期間より短い第2の露光期間に前記光電変換部で生じた電荷に基づく第2の信号とを出力し、
前記第1の信号および前記第2の信号の少なくとも一方の信号に対して、前記制御部は前記信号値に応じて前記第1のゲインおよび前記第2のゲインから一方を選択する制御を行う、
ことを特徴とする撮像装置。 - 前記画素から出力された前記アナログ信号に対して可変のゲインで処理を行う信号処理部を備え、
前記制御部は、前記アナログ信号に適用されるゲインとして、前記信号処理部の前記可変のゲインを、少なくとも前記第1のゲイン、および、前記第2のゲインに制御する、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素のそれぞれは、前記電荷を受ける入力ノードを有する増幅部と、前記入力ノードの電圧をリセットするリセット部とを含み、
前記複数の画素のそれぞれは、前記第1の信号を出力する前に、前記アナログ信号として、前記入力ノードの電圧がリセットされた状態に基づく第1のリセットレベル信号を出力し、
前記複数の画素のそれぞれは、前記第2の信号を出力する前に、前記アナログ信号として、前記入力ノードの電圧がリセットされた状態に基づく第2のリセットレベル信号を出力する、
ことを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、前記アナログ信号の信号値と閾値との比較の結果に応じて、前記アナログ信号に適用されるゲインを、少なくとも前記第1のゲイン、および、前記第2のゲインから選択する、
ことを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。 - 前記第1の信号に対して行われる前記比較の結果に応じて、前記制御部は、前記第1の信号に適用されるゲインを、前記第1のゲインおよび前記第2のゲインのいずれかに制御し、
前記第2の信号に対しては前記比較を行わずに、前記制御部は、前記第2のリセットレベル信号に適用されるゲインと前記第2の信号に適用されるゲインとの両方を、前記第1のゲインおよび前記第2のゲインの一方に制御する、
ことを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。 - 前記第1の信号に対して行われる前記比較の結果に応じて、前記制御部は、前記第1の信号に適用されるゲインを、前記第1のゲインおよび前記第2のゲインのいずれかに制御し、
前記第2の信号に対して行われる前記比較の結果にかかわらず、前記制御部は、前記第2のリセットレベル信号に適用されるゲインと前記第2の信号に適用されるゲインとの両方を、前記第1のゲインおよび前記第2のゲインの一方に制御する、
ことを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、前記アナログ信号の信号値と閾値とを比較する比較器と、
前記比較器から出力される信号、および、出力を固定するための制御信号を受ける論理ゲートと、を含む、
ことを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、前記第1の信号に適用されるゲインを、前記第1の信号の信号値に応じて、前記第1のゲインおよび前記第2のゲインのいずれかに制御し、
前記第2の信号が前記画素から出力される前に、前記制御部は、前記第2の信号に適用されるゲインを前記第1のゲインおよび前記第2のゲインの一方に制御する、
ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、前記第1の信号に適用されるゲインを、前記第1の信号の信号値に応じて、前記第1のゲインおよび前記第2のゲインのいずれかに制御し、
前記制御部は、前記第2の信号に適用するゲインを、前記第2のリセットレベル信号に適用するゲインと同じになるように制御する、
ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、前記第2の信号に適用されるゲイン、および、前記第2のリセットレベル信号に適用されるゲインの両方を、前記第1のゲインに制御する、
ことを特徴とする請求項3乃至請求項9のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、前記第1のリセットレベル信号に適用されるゲインを、前記第2のゲインに制御する、
ことを特徴とする請求項3乃至請求項10のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記第1の信号の構成する画像と前記第2の信号の構成する画像とが1つの画像に合成される、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記1つの画像が合成される際に、前記第2の画像には、前記第1の画像よりも高いゲインがかけられる、
ことを特徴とする請求項12に記載の撮像装置。 - 前記信号処理部は前記アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部を含み、
前記アナログ信号に適用されるゲインは、前記アナログ信号から前記デジタル信号への変換ゲインである、
ことを特徴とする請求項2乃至請求項13のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記アナログ信号に適用されるゲインを表す信号を保持する第1のメモリ、および、前記デジタル信号を保持する第2のメモリを少なくとも含むメモリ部を備え、
前記第1の信号から変換された前記デジタル信号を読み出すときは、前記第1のメモリと、前記第2のメモリとの両方から信号を読み出し、
前記第2の信号から変換された前記デジタル信号を読み出すときは、前記第1のメモリから信号を読み出さない、
ことを特徴とする請求項14に記載の撮像装置。 - 前記アナログ信号に適用されるゲインを表す信号を保持する第1のメモリ、および、前記デジタル信号を保持する第2のメモリを少なくとも含むメモリ部を備え、
前記第1の信号をデジタル信号に変換するときは、前記第1のメモリに前記アナログ信号に適用されるゲインを表す信号を書き込み、
前記第2の信号をデジタル信号に変換するときは、前記第1のメモリへの書き込みを行わない、
ことを特徴とする請求項14に記載の撮像装置。 - 前記信号処理部は、前記アナログ信号を増幅して、前記アナログデジタル変換部に含まれる比較回路へ増幅された信号を供給する増幅回路を含み、
前記制御部は、前記アナログ信号の信号値に応じて、前記増幅回路のゲインを変化させる、
ことを特徴とする請求項14乃至請求項16のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記アナログデジタル変換部の比較回路に参照信号を供給する参照信号発生回路を備え、
前記制御部は、前記アナログ信号の信号値に応じて、前記比較回路に供給される前記参照信号の信号値の単位時間当たりの変化率を変化させる、
ことを特徴とする請求項14乃至請求項16のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 光電変換部で生じた電荷に基づくアナログ信号をそれぞれが出力する複数の画素と、
前記アナログ信号に適用されるゲインを、少なくとも第1のゲイン、および、前記第1のゲインよりも高い第2のゲインに制御する制御部と、を備え、
前記複数の画素のそれぞれは、前記アナログ信号として、第1の露光期間に前記光電変換部で生じた電荷に基づく第1の信号と、前記第1の露光期間より短い第2の露光期間に前記光電変換部で生じた電荷に基づく第2の信号とを出力し、
前記制御部は、
前記第1の信号の信号値が第1の範囲に含まれる場合に、前記第1の信号に適用するゲインを前記第1のゲインに制御し、
前記第1の信号の信号値が前記第1の範囲よりも低輝度側である第2の範囲に含まれる場合に、前記第1の信号に適用するゲインを前記第2のゲインに制御し、
前記制御部は、第2の信号の信号値が前記第1の範囲に含まれる場合、および、第2の信号の信号値が前記第2の範囲に含まれる場合の両方において、前記第2の信号に適用するゲインを前記第1のゲインに制御する、
ことを特徴とする撮像装置。 - 前記画素から出力された前記アナログ信号に対して可変のゲインで処理を行う信号処理部を備え、
前記制御部は、前記アナログ信号に適用されるゲインとして、前記信号処理部の前記可変のゲインを、少なくとも前記第1のゲイン、および、前記第2のゲインに制御する、
ことを特徴とする請求項19に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素のそれぞれは、前記電荷を受ける入力ノードを有する増幅部と、前記入力ノードの電圧をリセットするリセット部とを含み、
前記複数の画素のそれぞれは、前記第1の信号を出力する前に、前記アナログ信号として、前記入力ノードの電圧がリセットされた状態に基づく第1のリセットレベル信号を出力し、
前記複数の画素のそれぞれは、前記第2の信号を出力する前に、前記アナログ信号として、前記入力ノードの電圧がリセットされた状態に基づく第2のリセットレベル信号を出力し、
前記制御部は、前記第2のリセットレベル信号に適用されるゲインを、前記第1のゲインに制御する、
ことを特徴とする請求項19または請求項20に記載の撮像装置。 - 前記第1の信号の構成する画像と前記第2の信号の構成する画像とが1つの画像に合成される、
ことを特徴とする請求項19乃至請求項21のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記第2の画像には、前記第1の画像よりも高いゲインがかけられる、
ことを特徴とする請求項22に記載の撮像装置。 - 前記信号処理部は前記アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部を含み、
前記アナログ信号に適用されるゲインは、前記アナログ信号から前記デジタル信号への変換ゲインである、
ことを特徴とする請求項20に記載の撮像装置。 - 前記信号処理部は、前記アナログ信号を増幅して、前記アナログデジタル変換部に含まれる比較回路へ増幅された信号を供給する増幅回路を含み、
前記制御部は、前記アナログ信号の信号値に応じて、前記増幅回路のゲインを変化させる、
ことを特徴とする請求項24に記載の撮像装置。 - 前記アナログデジタル変換部の比較回路に参照信号を供給する参照信号発生回路を備え、
前記制御部は、前記アナログ信号の信号値に応じて、前記比較回路に供給される前記参照信号の信号値の単位時間当たりの変化率を変化させる、
ことを特徴とする請求項24に記載の撮像装置。 - 光電変換部で生じた電荷に基づくアナログ信号をそれぞれが出力する複数の画素と、
前記アナログ信号の信号値と閾値との比較に応じて、前記アナログ信号に適用されるゲインを、少なくとも第1のゲイン、および、前記第1のゲインよりも高い第2のゲインに制御する制御部と、を備え、
前記複数の画素のそれぞれは、前記アナログ信号として、第1の露光期間に前記光電変換部で生じた電荷に基づく第1の信号と、前記第1の露光期間より短い第2の露光期間に前記光電変換部で生じた電荷に基づく第2の信号とを出力し、
前記第1の信号に対して行われる前記比較に用いられる閾値と、前記第2の信号に対して行われる前記比較に用いられる閾値とは異なる、
ことを特徴とする撮像装置。 - 前記画素から出力された前記アナログ信号に対して可変のゲインで処理を行う信号処理部を備え、
前記制御部は、前記アナログ信号に適用されるゲインとして、前記信号処理部の前記可変のゲインを、少なくとも前記第1のゲイン、および、前記第2のゲインに制御する、
ことを特徴とする請求項27に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素のそれぞれは、前記電荷を受ける入力ノードを有する増幅部と、前記入力ノードの電圧をリセットするリセット部とを含み、
前記複数の画素のそれぞれは、前記第1の信号を出力する前に、前記アナログ信号として、前記入力ノードの電圧がリセットされた状態に基づく第1のリセットレベル信号を出力し、
前記複数の画素のそれぞれは、前記第2の信号を出力する前に、前記アナログ信号として、前記入力ノードの電圧がリセットされた状態に基づく第2のリセットレベル信号を出力し、
前記制御部は、前記第2のリセットレベル信号に適用されるゲインを、前記第1のゲインに制御する、
ことを特徴とする請求項27または請求項28に記載の撮像装置。 - 光電変換部で生じた電荷に基づくアナログ信号をそれぞれが出力する複数の画素と、
比較回路を含み、前記アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部と、
前記比較回路に参照信号を供給する参照信号発生回路と、を備え、
前記複数の画素のそれぞれは、前記アナログ信号として、第1の露光期間に前記光電変換部で生じた電荷に基づく第1の信号と、前記第1の露光期間より短い第2の露光期間に前記光電変換部で生じた電荷に基づく第2の信号とを出力し、
前記第1の信号および前記第2の信号の少なくとも一方の信号を前記デジタル信号に変換するときに、前記アナログ信号の信号値に応じて、前記比較回路に供給される前記参照信号の信号値の単位時間当たりの変化率を変化させる、
ことを特徴とする撮像装置。 - 前記第1の露光期間と前記第2の露光期間とは交互に繰り返される、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項30のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 請求項1乃至請求項31のいずれか一項に記載の撮像装置と、
前記第1の信号の構成する第1の画像、および、前記第2の信号の構成する第2の画像を合成して1つの画像を合成する画像合成装置と、を備える、
ことを特徴とする撮像システム。 - 前記画像合成装置は、前記第2の画像に対して、前記第1の画像より高いゲインをかける、
ことを特徴とする請求項32に記載の撮像システム。 - 移動体であって、
請求項1乃至請求項31のいずれか一項に記載の撮像装置と、
前記第1の信号の構成する第1の画像、および、前記第2の信号の構成する第2の画像を合成して1つの画像を合成する画像合成装置と、
合成された前記1つの画像を処理した結果に基づいて前記移動体を制御する制御装置と、を備える、
ことを特徴とする移動体。 - 前記画像合成装置は、前記第2の画像に対して、前記第1の画像より高いゲインをかける、
ことを特徴とする請求項34に記載の移動体。
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