JP2020080454A - Photoelectric conversion device, photoelectric conversion system, mobile body, and signal processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は光電変換装置、カメラ、移動体、および、信号処理装置に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion device, a camera, a moving body, and a signal processing device.
近年、複数のアナログデジタル変換器(AD変換器)が搭載された光電変換装置が知られている。特許文献1には、行列状に配された複数の光電変換素子と、各列に対応して配されたAD変換器と、を備える撮像装置が開示されている。
In recent years, a photoelectric conversion device equipped with a plurality of analog-digital converters (AD converters) is known.
特許文献1では、AD変換器の比較部がリセットされた後に、比較部の入力端子に所定の電圧(オフセット)を印加することが開示されている。さらに、複数の列に対応して配された複数のAD変換器において、互いに異なるオフセットが印加される。これにより、複数の列から同程度のレベルの信号が入力されたときに、複数のAD変換器の比較処理が同時に終了しないようにし、電力集中を低減している。
特許文献1に記載の撮像装置は、複数のAD変換器に異なる電圧値のオフセットを供給するための、複数の配線を備えている。撮像装置に設けられる配線の数が増えるため、隣接する配線間の距離が短くなりやすい。結果として、クロストークなどのノイズが生じる可能性がある。
The imaging device described in
上記の課題に鑑み、本発明は、光電変換装置において、ノイズを低減することを目的とする。 In view of the above problems, it is an object of the present invention to reduce noise in a photoelectric conversion device.
1つの実施例の光電変換装置は、複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子に対応して配された複数のアナログデジタル変換器と、を備え、前記複数のアナログデジタル変換器のそれぞれは、前記光電変換素子で生じた電荷に基づく信号を受ける比較器と、前記比較器の入力ノードと出力ノードとを接続する第1のスイッチと、前記第1のスイッチがオンからオフに制御されたあとに、容量素子を用いて前記比較器の前記入力ノードの電圧を変化させるオフセット制御回路と、を含み、前記複数のアナログデジタル変換器は、第1のアナログデジタル変換器と、第2のアナログデジタル変換器とを含み、前記第1のアナログデジタル変換器の前記オフセット制御回路の前記容量素子は第1の容量値を有し、前記第2のアナログデジタル変換器の前記オフセット制御回路の前記容量素子は前記第1の容量値とは異なる第2の容量値を有する、ことを特徴とする。 A photoelectric conversion device according to one embodiment includes a plurality of photoelectric conversion elements and a plurality of analog-digital converters arranged corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements, and each of the plurality of analog-digital converters. Is a comparator that receives a signal based on the charge generated in the photoelectric conversion element, a first switch that connects an input node and an output node of the comparator, and the first switch is controlled from on to off. And an offset control circuit that changes the voltage of the input node of the comparator by using a capacitive element, the plurality of analog-digital converters including a first analog-digital converter and a second analog-digital converter. An analog-digital converter, wherein the capacitance element of the offset control circuit of the first analog-digital converter has a first capacitance value, and the capacitance element of the offset control circuit of the second analog-digital converter The capacitance element has a second capacitance value different from the first capacitance value.
複数のアナログデジタル変換器を備え、
別の実施例の信号処理装置は、複数のアナログデジタル変換器を備え、前記複数のアナログデジタル変換器のそれぞれは、アナログ信号を受ける比較器と、前記比較器の入力ノードと出力ノードとを接続する第1のスイッチと、前記第1のスイッチがオンからオフに制御されたあとに、容量素子を用いて前記比較器の前記入力ノードの電圧を変化させるオフセット制御回路と、を含み、前記複数のアナログデジタル変換器は、第1のアナログデジタル変換器と、第2のアナログデジタル変換器とを含み、前記第1のアナログデジタル変換器の前記オフセット制御回路の前記容量素子は第1の容量値を有し、前記第2のアナログデジタル変換器の前記オフセット制御回路の前記容量素子は前記第1の容量値とは異なる第2の容量値を有する、ことを特徴とする。
Equipped with multiple analog-digital converters,
A signal processing apparatus according to another embodiment includes a plurality of analog-digital converters, each of the plurality of analog-digital converters connecting a comparator that receives an analog signal and an input node and an output node of the comparator. And a offset control circuit for changing the voltage of the input node of the comparator by using a capacitive element after the first switch is controlled from on to off. The analog-to-digital converter includes a first analog-to-digital converter and a second analog-to-digital converter, and the capacitance element of the offset control circuit of the first analog-to-digital converter has a first capacitance value. And the capacitance element of the offset control circuit of the second analog-digital converter has a second capacitance value different from the first capacitance value.
本発明によれば、ノイズを低減することができる。 According to the present invention, noise can be reduced.
以下では、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。本発明は以下に説明される実施例のみに限定されない。本発明の趣旨を超えない範囲で以下に説明される実施例の一部の構成が変更された変形例も、本発明の実施例である。また、以下のいずれかの実施例の一部の構成を、他の実施例に追加した例、あるいは他の実施例の一部の構成と置換した例も本発明の実施例である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The invention is not limited to only the examples described below. A modified example in which a part of the configuration of the embodiment described below is modified without departing from the spirit of the invention is also an embodiment of the invention. Further, an example in which a part of the configuration of any of the following embodiments is added to another example or replaced with a part of the configuration of another example is also an example of the present invention.
図1は本実施例の光電変換装置の構成を模式的に示した図である。複数の光電変換素子100はマトリクス状に配置され、光電変換素子アレイ101を構成する。光電変換素子アレイ101は行方向の制御を行う垂直走査回路102に接続される。光電変換素子アレイ101の各列に配された垂直信号線103は、対応する比較器106に接続される。なお、光電変換素子100ごとに1つの比較器106が配されてもよい。
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the photoelectric conversion device of this embodiment. The plurality of
比較器106は2つの入力ノードを有する。比較器106の1つの入力ノードには、光電変換素子100で生じた電荷に基づく信号が、垂直信号線103を介して入力される。また、比較器106の別の入力ノードには、ランプ発生回路104によって生成されたランプ参照信号が入力される。比較器106の2つの入力ノードの少なくとも1つには、オフセット制御回路105が接続される。オフセット制御回路105は、比較器106においてオートゼロ動作(リセット動作)が行われた後に、比較器106の入力ノードの電圧を所定量変化させる。比較器106の入力ノードの電圧が変化することを、オフセットが付与されるとも言う。
The
比較器106は垂直信号線103の信号とランプ参照信号RAMPの大小関係を比較する。両者の大小関係が反転したタイミングで、比較器106はラッチ108にラッチパルス信号を供給する。ラッチパルス信号を受けると、ラッチ108はカウンタ107が発生するカウント信号を取り込む。以上の動作により、光電変換素子100で生じた電荷に基づく信号に対するAD変換が行われる。つまり、比較器106はアナログデジタル変換器(以下、AD変換器)を構成する。本実施形態では、複数の光電変換素子100が複数の列をなすように配列される。当該複数の列に対応して複数のAD変換器が配されている。
The
水平走査回路109はラッチ108に記憶されたデジタル値を順次読み出しデジタル映像信号を出力する。
The
図2(a)は、1つの列に対応するAD変換器の比較器106およびオフセット制御回路105を示した構成例である。特段に断りがない限り、複数のAD変換器のそれぞれが図2(a)に示された構成を有する。
FIG. 2A is a configuration example showing the
比較器106の2つの入力ノードinn、入力ノードinpは、それぞれ、容量素子C1、C2を介して、1つの垂直線Vsigおよびランプ信号線VRMPに接続される。またオートゼロ動作のためのスイッチが制御信号φ1によって制御される。オートゼロ動作とは、比較器106の入力ノードと出力ノードとをショートする動作であり、制御信号φ1によって制御されるスイッチをオンすることで、オートゼロ動作が実行される。オートゼロ動作によって、比較器106の出力が反転する動作点が定められるので、オートゼロ動作は、比較器106のリセット動作、あるいは、初期化動作と言ってもよい。
The two input nodes inn and inp of the
オフセット制御回路105は、2つのスイッチと1つの容量素子C3で構成される。容量素子C3は可変容量である。複数のAD変換器は複数のグループに分けられ、複数のグループの間で異なる容量値が設定可能である。1つのグループのAD変換器に対しては、同じ容量値が設定される。容量素子C3の第1の端子には、制御信号φ1で制御されるスイッチと制御信号φ2で制御されるスイッチとが接続される。制御信号φ1で制御されるスイッチは電源に接続され、制御信号φ2で制御されるスイッチは比較器106の入力ノードinpに接続されている。容量素子C3の第2の端子は接地される。
The
図2(b)は、図2(a)の比較器106およびオフセット制御回路105の動作を説明するタイミング図である。VRMPはランプ信号線VRMPの電位(ランプ参照信号の信号値)を示し、制御信号φ1、制御信号φ2はそれぞれスイッチを制御するパルスである。図中において、各制御信号が高いレベル(以下、hi)のとき対応するスイッチがon(導通状態)となり、各制御信号が低いレベル(以下、lo)のとき対応するスイッチがoff(非導通状態)となる。
FIG. 2B is a timing chart for explaining the operations of the
制御信号φ1がhiの期間、VRMPは所定のレベルに設定されており、容量素子C1,C2により比較器106のオートゼロ動作が行われる。比較器106の入出力がショートされ、比較器106の入力ノードinpは電源レベルとは異なる所定の電圧になる。同時に容量素子C3には電源レベルが保持される。続く期間で制御信号φ1をloとしたのち制御信号φ2をhiとする。このことにより容量素子C3にセットされた電荷の一部が容量素子C2に移動する。換言すると、容量素子C3に保持された電源レベルの電圧と、比較器106の入力ノードinpに保持された電圧とが、容量素子C2と容量素子C3の合成容量に応じて加重平均される。その結果、比較器106の入力ノードinpの電圧が所定の変化量Vshiftだけ変化する。この変化量Vshiftは容量素子C2と容量素子C3の容量値の比に依存する。例えば第1の列と第2の列で容量素子C3の容量値を異なる大きさとすれば、変化量Vshiftを異ならせることができる。なお、変化量Vshiftは、オフセット量とも呼ばれる。
While the control signal φ1 is high, VRMP is set to a predetermined level, and the
この後、制御信号φ2をloとし、そして、VRMPのランプダウンを開始する。ランプダウンの開始から入力信号VsigとVRMPとの大小関係が反転するまでの時間を計測することにより、AD変換を行う。 After this, the control signal φ2 is set to lo, and VRMP ramp-down is started. AD conversion is performed by measuring the time from the start of the ramp-down until the magnitude relationship between the input signals Vsig and VRMP is inverted.
このように、本実施例では、比較器106の入力ノードと出力ノードとを接続するスイッチがオンからオフに制御されたあとに、オフセット制御回路105が容量素子C3を用いて比較器106の入力ノードの電圧を変化させている。このとき、例えば第1の列のオフセット制御回路105の容量素子C3の容量値は、第2の列のオフセット制御回路105の容量素子C3の容量値と異なる。そのため、2つの列において、異なる変化量(オフセット量)で、比較器106の入力ノードの電圧が変化する。
As described above, in the present embodiment, after the switch connecting the input node and the output node of the
このような構成によれば、複数のAD変換器の比較処理が同時に終了する可能性を低減することができる。結果として、配線数を減らしつつ、ノイズを低減することが可能である。 With such a configuration, it is possible to reduce the possibility that the comparison processing of a plurality of AD converters will end at the same time. As a result, it is possible to reduce noise while reducing the number of wirings.
なお、上述の例では容量素子C3は可変容量である。しかし、容量素子C3は固定の容量値を有していてもよい。この場合でも、異なるグループに含まれる2つの容量素子C3は、互いに異なる容量値を有している。 In the above example, the capacitive element C3 is a variable capacitance. However, the capacitive element C3 may have a fixed capacitance value. Even in this case, the two capacitive elements C3 included in different groups have different capacitance values.
図3(a)は、光電変換装置の比較器106およびオフセット制御回路105の他の構成例を示す。実施例1とは、オフセット制御回路105の構成が異なる。オフセット制御回路105の構成以外は、光電変換装置の構成は、実施例1と同じである。そこで、本実施例では、実施例1と異なる部分のみを説明し、実施例1と同じ部分の説明は省略する。
FIG. 3A shows another configuration example of the
本実施例の容量素子C3の容量値は可変である。容量素子C3には3つのスイッチが接続されている。容量素子C3の第1の端子は、制御信号φ3で制御されるスイッチを介して、比較器106の入力ノードに接続される。容量素子C3の第2の端子は、制御信号φ1で制御されるスイッチを介して、接地ノードに接続される。また、容量素子C3の第2の端子は、制御信号φ2で制御されるスイッチを介して、電源に接続される。
The capacitance value of the capacitive element C3 of this embodiment is variable. Three switches are connected to the capacitive element C3. The first terminal of the capacitive element C3 is connected to the input node of the
図3(b)を用いて、図3(a)の比較器106およびオフセット制御回路105の動作を説明する。図2(b)と同様、VRMPはランプ信号線の電位を示し、制御信号φ1、制御信号φ2、制御信号φ3はそれぞれ対応するスイッチを制御するパルスである。hiでスイッチがonに制御される。
The operations of the
図2(b)の場合に対し制御信号φ3が追加され、オートゼロ動作の期間とオフセット付与動作の期間に、制御信号φ3がhiとなっている。図2(b)の場合と同様に、制御信号φ1および制御信号φ2が制御される。制御信号φ3はオートゼロ動作とオフセット付与動作が終了した後にloとなる。 The control signal φ3 is added to the case of FIG. 2B, and the control signal φ3 is hi during the period of the auto-zero operation and the period of the offset giving operation. As in the case of FIG. 2B, the control signal φ1 and the control signal φ2 are controlled. The control signal φ3 becomes lo after the auto-zero operation and the offset giving operation are completed.
この動作により、まず、容量素子C3の第1の端子が比較器106の入力ノードinpに接続された状態で、オートゼロ動作が行われる。このとき、容量素子C3の第2の端子は接地されている。次に、オートゼロ動作が終わり、それから、容量素子C3の第2の端子に電源レベルの電圧が供給される。容量素子C3の第2の端子の電圧の変化が、容量素子C3の容量値に応じて、比較器106の入力ノードinpの電圧を変化させる。結果、比較器106の入力ノードinpの電圧は、図2(b)と同様に制御される。例えば第1の列のオフセット制御回路105の容量素子C3の容量値は、第2の列のオフセット制御回路105の容量素子C3の容量値と異なる。そのため、2つの列において、異なる変化量(オフセット量)で、比較器106の入力ノードの電圧が変化する。
By this operation, first, the auto-zero operation is performed in the state where the first terminal of the capacitive element C3 is connected to the input node inp of the
このように、本実施例では、比較器106の入力ノードと出力ノードとを接続するスイッチがオンからオフに制御されたあとに、オフセット制御回路105が容量素子C3を用いて比較器106の入力ノードの電圧を変化させている。このとき、例えば第1の列のオフセット制御回路105の容量素子C3の容量値は、第2の列のオフセット制御回路105の容量素子C3の容量値と異なる。そのため、2つの列において、異なる変化量(オフセット量)で、比較器106の入力ノードの電圧が変化する。
Thus, in this embodiment, after the switch connecting the input node and the output node of the
このような構成によれば、複数のAD変換器の比較処理が同時に終了する可能性を低減することができる。結果として、配線数を減らしつつ、ノイズを低減することが可能である。 With such a configuration, it is possible to reduce the possibility that the comparison processing of a plurality of AD converters will end at the same time. As a result, it is possible to reduce noise while reducing the number of wirings.
なお、上述の例では容量素子C3は可変容量である。しかし、容量素子C3は固定の容量値を有していてもよい。この場合でも、異なるグループに含まれる2つの容量素子C3は、互いに異なる容量値を有している。 In the above example, the capacitive element C3 is a variable capacitance. However, the capacitive element C3 may have a fixed capacitance value. Even in this case, the two capacitive elements C3 included in different groups have different capacitance values.
図4(a)は、光電変換装置の比較器106およびオフセット制御回路105の他の構成例を示す。実施例1とは、オフセット制御回路105の構成が異なる。また、比較器106の入力ノードinpに接続された容量素子C2の構成が異なる。これら以外は、光電変換装置の構成は、実施例1と同じである。そこで、本実施例では、実施例1と異なる部分のみを説明し、実施例1と同じ部分の説明は省略する。
FIG. 4A shows another configuration example of the
図4(a)では、容量素子C2、容量素子C3がともに可変容量である。制御信号φ2によって制御されるスイッチにより、比較器106の入力ノードinpとランプ信号線VRMPとの間に、容量素子C2および容量素子C3が並列に接続される。詳細には、容量素子C2の第1の端子、および、容量素子C3の第1の端子が、いずれも、比較器106の入力ノードinpに接続される。容量素子C2の第2の端子と、容量素子C3の第2の端子との間に、制御信号φ2によって制御されるスイッチが接続される。当該スイッチは、制御信号φ2に応じて、容量素子C2の第2の端子と、容量素子C3の第2の端子とをショートする。さらに、容量素子C3の第2の端子は、制御信号φ1で制御されるスイッチを介して、電源に接続される。
In FIG. 4A, both the capacitive element C2 and the capacitive element C3 are variable capacitors. The capacitance element C2 and the capacitance element C3 are connected in parallel between the input node inp of the
実施例1と同様に、第1の列のオフセット制御回路105の容量素子C3の容量値は、第2の列のオフセット制御回路105の容量素子C3の容量値と異なる。本実施例では、第1の列の容量素子C3の容量値は、第2の列の容量素子C3の容量値より大きい。これに対して、第1の列の容量素子C2の容量値は、第2の列の容量素子C2の容量値より小さい。
Similar to the first embodiment, the capacitance value of the capacitive element C3 of the offset
このような構成により、ランプ参照信号の信号値が変化したとき、第1の列の比較器106の入力ノードinpでの電圧の変化と第2の列の比較器106の入力ノードinpでの電圧の変化とが概ね同程度となる。結果として、2つの比較器106の入力の対称性が向上する
さらに、第1の列のAD変換器における、容量素子C3の容量値および容量素子C2の容量値の和が、第2の列のAD変換器における、容量素子C3の容量値および容量素子C2の容量値の和に等しいことが好ましい。この条件が満たされると、2つの比較器106の入力の対称性がさらに向上する。
With such a configuration, when the signal value of the ramp reference signal changes, the voltage change at the input node inp of the
図4(b)を用いて図4(a)の比較器106およびオフセット制御回路105の動作を説明する。図2(b)と同様、VRMPはランプ信号線の電位を示し、制御信号φ1、制御信号φ2はそれぞれ対応するスイッチを制御するパルスである。hiでスイッチがonに制御される。
The operation of the
図2(b)の場合に対して制御信号φ2の駆動が異なる。まず、制御信号φ1がloになったあと、制御信号φ2はhiになる。したがって、比較器106のオートゼロ動作が終了したあと、制御信号φ2で制御されるスイッチがオフからオンに制御される。容量素子C3の第2の端子の電圧が、電源レベルからランプ参照信号VRMPの初期値に応じたレベルに変化する。これに伴い、比較器106の入力ノードinpの電圧が変化する。上述の通り、第1の列のオフセット制御回路105の容量素子C3の容量値は、第2の列のオフセット制御回路105の容量素子C3の容量値と異なる。そのため、2つの列において、異なる変化量(オフセット量)で、比較器106の入力ノードinpの電圧が変化する。
Driving of the control signal φ2 is different from that in the case of FIG. First, after the control signal φ1 becomes lo, the control signal φ2 becomes hi. Therefore, after the auto-zero operation of the
次に、ランプ参照信号VRMPの信号値が変化している間、即ちAD変換の期間、制御信号φ2はhiに維持される。したがって、ランプ参照信号VRMPの信号値が変化している間、制御信号φ2で制御されるスイッチはオンに維持される。ランプ参照信号VRMPは、容量素子C2と容量素子C3の合成容量を介して、比較器106の入力ノードinpに伝達される。上述の通り、第1の列の容量素子C3の容量値は、第2の列の容量素子C3の容量値より大きく、一方、第1の列の容量素子C2の容量値は、第2の列の容量素子C2の容量値より小さい。そのため、第1の列と、第2の列とで、比較器106へ入力されるランプ参照信号VRMPの対称性が向上する。
Next, while the signal value of the ramp reference signal VRMP is changing, that is, during the AD conversion period, the control signal φ2 is maintained at hi. Therefore, while the signal value of the lamp reference signal VRMP is changing, the switch controlled by the control signal φ2 is kept on. The ramp reference signal VRMP is transmitted to the input node inp of the
以上に説明した通り、本実施例では、比較器106の入力ノードと出力ノードとを接続するスイッチがオンからオフに制御されたあとに、オフセット制御回路105が容量素子C3を用いて比較器106の入力ノードの電圧を変化させている。このとき、例えば第1の列のオフセット制御回路105の容量素子C3の容量値は、第2の列のオフセット制御回路105の容量素子C3の容量値と異なる。そのため、2つの列において、異なる変化量(オフセット量)で、比較器106の入力ノードの電圧が変化する。
As described above, in the present embodiment, after the switch connecting the input node and the output node of the
このような構成によれば、複数のAD変換器の比較処理が同時に終了する可能性を低減することができる。結果として、配線数を減らしつつ、ノイズを低減することが可能である。 With such a configuration, it is possible to reduce the possibility that the comparison processing of a plurality of AD converters will end at the same time. As a result, it is possible to reduce noise while reducing the number of wirings.
なお、上述の例では容量素子C2、および、容量素子C3は可変容量である。しかし、容量素子C2、および、容量素子C3は、いずれも固定の容量値を有していてもよい。この場合でも、異なるグループに含まれる2つの容量素子C3は、互いに異なる容量値を有している。 In the above example, the capacitive element C2 and the capacitive element C3 are variable capacitors. However, both the capacitance element C2 and the capacitance element C3 may have a fixed capacitance value. Even in this case, the two capacitive elements C3 included in different groups have different capacitance values.
本実施例は、実施例1乃至実施例3の光電変換装置の動作の変形例である。したがって、光電変換装置の構成は、実施例1乃至実施例3で説明したものと同じである。
The present embodiment is a modification of the operation of the photoelectric conversion devices of
本実施例では、スロープ型のAD変換器において、ランプ参照信号VRMPの傾きを変えて変換ゲインを変更する。図5は、ランプ参照信号VRMPのアナログゲインを可変する例を説明する図である。図5(a)に示したように、低ゲインの設定では、ランプダウンの傾きが相対的に急峻である。一方、図5(b)に示したように、高ゲインの設定では、ランプダウンの傾きが相対的に緩やかである。 In this embodiment, in the slope type AD converter, the conversion gain is changed by changing the slope of the ramp reference signal VRMP. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of changing the analog gain of the ramp reference signal VRMP. As shown in FIG. 5A, in the low gain setting, the slope of the ramp down is relatively steep. On the other hand, as shown in FIG. 5B, in the high gain setting, the slope of the ramp down is relatively gentle.
このとき、オフセット制御回路105が比較器106の入力ノードinpに印加するオフセット量Vshiftは、AD変換器の変換ゲインに応じて変えることが望ましい。本例では、ゲインに反比例してオフセット量Vshiftを設定している。同時に、例えば第1の列のオフセット量と第2の列のオフセット量との差も、ゲイン設定によって変えることが望ましい。このような構成により、AD変換を含めた処理時間を、ゲイン設定によらず概略一定とすることができる。
At this time, it is desirable that the offset amount Vshift applied to the input node inp of the
図6は、本実施例の光電変換装置の構成を模式的に示す図である。垂直信号線103の1本ごとに、2つの比較器106が配置されている点で、本実施例の光電変換装置は、図1に示された実施例1〜4の光電変換装置と異なる。図6において、比較器106の入力用の容量素子C1、C2およびラッチ108より後段の回路は省略している。以下では、実施例1〜4と異なる部分を主として説明する。
FIG. 6 is a diagram schematically showing the configuration of the photoelectric conversion device of this embodiment. The photoelectric conversion device of the present embodiment is different from the photoelectric conversion devices of the first to fourth embodiments shown in FIG. 1 in that two
本実施例では、1つの垂直信号線103に2つの比較器106、即ち、2つのAD変換器が接続される。この構成によって、1つの入力アナログ信号を2つのAD変換器が並列に処理することができる。したがって、短い時間で2つのデジタル信号を得ることができる。2つのデジタル信号を加算あるいは平均することにより、ランダムノイズを低減することが可能である。
In this embodiment, two
1つの垂直信号線103に接続された2つのAD変換器のそれぞれが、オフセット制御回路105を含む。ここでは、1つの垂直信号線103に接続された2つのAD変換器を、便宜的に、第1のAD変換器と第2のAD変換器と呼ぶ。第1のAD変換器のオフセット制御回路105と、第2のAD変換器のオフセット制御回路105とは、互いに異なる変化量(オフセット量)のオフセットを比較器106に付与する。
Each of the two AD converters connected to one
第1のAD変換器と第2のAD変換器とで異なるオフセット量を設定することにより、AD変換のタイミングを分散させることが可能となる。結果として、よりノイズを低減する効果を得ることが可能である。なお、ここでは1つの垂直信号線103に対して2つの比較器106を接続する例を説明したが、1つの垂直信号線103に3つ以上の比較器が接続されてもよい。
By setting different offset amounts for the first AD converter and the second AD converter, the AD conversion timing can be dispersed. As a result, it is possible to obtain the effect of further reducing noise. Although an example in which two
実施例4では、第1の列のAD変換器におけるオフセット量と、第2の列のAD変換器におけるオフセット量との差分が、変換ゲインによって変わることが望ましいと説明した。しかしながら、複数のAD変換器を用いる本実施例の場合は、AD変換時間とノイズ低減とのトレードオフになる。特に低ゲイン時は、第1のAD変換器と第2のAD変換器とでオフセット量の差分を大きくしても、ノイズ低減量が小さいことがありうる。よって、第1のAD変換器と第2のAD変換器とで、オフセット量がゲイン設定に反比例していなくてもよい。 In the fourth embodiment, it is preferable that the difference between the offset amount in the AD converter in the first column and the offset amount in the AD converter in the second column be changed by the conversion gain. However, in the case of this embodiment using a plurality of AD converters, there is a trade-off between AD conversion time and noise reduction. Particularly, when the gain is low, the noise reduction amount may be small even if the offset amount difference between the first AD converter and the second AD converter is increased. Therefore, in the first AD converter and the second AD converter, the offset amount may not be inversely proportional to the gain setting.
図7は本実施例の光電変換装置の構成を模式的に示す図である。図7は、光電変換素子アレイ101のうち1列の光電変換素子100を示している。図7の4つの光電変換素子100について、便宜的に、上から順にp1−p4の記号を付して呼ぶ。
FIG. 7 is a diagram schematically showing the configuration of the photoelectric conversion device of this example. FIG. 7 shows one row of the
本実施例では光電変換素子アレイ101の1つの列に対して2本の垂直信号線103が配される。便宜的に、2本の垂直信号線103に、V1、V2の記号を付している。垂直信号線V1は、光電変換素子p1と光電変換素子p3に接続される。垂直信号線V2は、光電変換素子p2と光電変換素子p4に接続されている。
In this embodiment, two
光電変換素子アレイ101の1つの列に対して、2つの比較器106、すなわち、2つのAD変換器(第1のAD変換器AD1と第2のAD変換器AD2)が配される。
Two
垂直信号線V1および垂直信号線V2は、それぞれ、マルチプレクサ110(以下、MUX110)を介して第1のAD変換器AD1および第2のAD変換器AD2に選択的に接続される。2つのMUX110はそれぞれ選択信号S1、選択信号S2で制御される。
The vertical signal line V1 and the vertical signal line V2 are selectively connected to the first AD converter AD1 and the second AD converter AD2 via a multiplexer 110 (hereinafter, MUX 110), respectively. The two
以上の構成により、本実施例の光電変換装置は、高速に複数の光電変換素子100の信号を読み出すモードと、2つのAD変換器で1つの入力信号を処理し、得られたデジタル信号を加算または平均することで低ノイズの信号を読み出すモードを設定可能である。
With the above-described configuration, the photoelectric conversion apparatus according to the present embodiment is configured to read the signals of the plurality of
図8を用いて、本実施例の光電変換装置の動作を説明する。図8(a)は、高速に信号を読み出すモードの動作を説明する図である。 The operation of the photoelectric conversion device of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8A is a diagram for explaining the operation in the mode for reading signals at high speed.
このモードでは、選択信号S1および選択信号S2は常時hiである。第1の期間に駆動信号H1と駆動信号H2を同時にhiとする。これにより、光電変換素子p1と光電変換素子p2がアクティブになる。このとき、光電変換素子p1からの信号は第1のAD変換器AD1によってAD変換される。光電変換素子p2からの信号は第2のAD変換器AD2によってAD変換される。これらの動作は、図8(a)において、それぞれ期間p1 ADC、期間p2 ADCで示されている。 In this mode, the selection signal S1 and the selection signal S2 are always hi. In the first period, the drive signal H1 and the drive signal H2 are simultaneously set to hi. As a result, the photoelectric conversion elements p1 and p2 become active. At this time, the signal from the photoelectric conversion element p1 is AD-converted by the first AD converter AD1. The signal from the photoelectric conversion element p2 is AD-converted by the second AD converter AD2. These operations are shown by period p1 ADC and period p2 ADC in FIG. 8A, respectively.
続く第2の期間に、駆動信号H3と駆動信号H4を同時にhiとする。これにより、光電変換素子p3と光電変換素子p4がアクティブになる。光電変換素子p3からの信号は第1のAD変換器AD1によってAD変換される。光電変換素子p4からの信号は第2のAD変換器AD2によってAD変換される。これらの動作は、図8(a)において、それぞれ期間p3 ADC、期間p4 ADCで示されている。 In the subsequent second period, the drive signal H3 and the drive signal H4 are simultaneously set to hi. As a result, the photoelectric conversion elements p3 and p4 become active. The signal from the photoelectric conversion element p3 is AD-converted by the first AD converter AD1. The signal from the photoelectric conversion element p4 is AD-converted by the second AD converter AD2. These operations are shown by period p3 ADC and period p4 ADC in FIG. 8A, respectively.
図8(b)は、低ノイズで信号を読み出すモードの動作を説明する図である。 FIG. 8B is a diagram for explaining the operation in the mode for reading a signal with low noise.
第1の期間から、第4の期間において、駆動信号H1−H4が順にhiになる。したがって、光電変換素子p1−p4が1つずつ順にアクティブになる。駆動信号H1がhiの期間には、選択信号S1がhiであり、選択信号S2がloである。したがって、光電変換素子p1からの信号は、第1のAD変換器AD1および第2のAD変換器AD2の両方に入力される。そのため、短時間で2つのデジタル信号が得られる。それぞれAD変換される。 The driving signals H1 to H4 become hi in order from the first period to the fourth period. Therefore, the photoelectric conversion elements p1 to p4 are activated one by one. During the period when the drive signal H1 is hi, the selection signal S1 is hi and the selection signal S2 is lo. Therefore, the signal from the photoelectric conversion element p1 is input to both the first AD converter AD1 and the second AD converter AD2. Therefore, two digital signals can be obtained in a short time. Each is AD converted.
次に駆動信号H2がhiの期間には、選択信号S1がloであり、選択信号S2がhiである。したがって、光電変換素子p2からの信号は、第1のAD変換器AD1および第2のAD変換器AD2の両方に入力される。そのため、短時間で2つのデジタル信号が得られる。それぞれAD変換される。 Next, while the drive signal H2 is hi, the selection signal S1 is lo and the selection signal S2 is hi. Therefore, the signal from the photoelectric conversion element p2 is input to both the first AD converter AD1 and the second AD converter AD2. Therefore, two digital signals can be obtained in a short time. Each is AD converted.
続く第3の期間、第4の期間は、それぞれ、第1の期間、第2の期間と同様の動作を行う。その結果、光電変換素子p3からの信号から、2つのデジタル信号が得られる。また、光電変換素子p4からの信号から、2つのデジタル信号が得られる。 In the subsequent third period and fourth period, operations similar to those in the first period and the second period are performed, respectively. As a result, two digital signals are obtained from the signal from the photoelectric conversion element p3. Further, two digital signals are obtained from the signal from the photoelectric conversion element p4.
上記2つのモードの少なくとも一方で、オフセット制御回路105は、第1のAD変換器AD1と第2のAD変換器AD2とに、異なるオフセット量のオフセットを付与する。この構成により、高精度、低ノイズの画像信号を得ることができる。
In at least one of the above two modes, the offset
光電変換システムの実施例について説明する。光電変換システムとして、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、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9に、光電変換システムの例としてカメラのブロック図を示す。 An example of the photoelectric conversion system will be described. Examples of photoelectric conversion systems include digital still cameras, digital camcorders, surveillance cameras, camera heads, copying machines, fax machines, mobile phones, vehicle-mounted cameras, and observation satellites. FIG. 9 shows a block diagram of a camera as an example of the photoelectric conversion system.
図9において、1001はレンズの保護のためのバリアである。1002は被写体の光学像を撮像装置1004に結像させるレンズである。1003はレンズ1002を通った光量を可変するための絞りである。撮像装置1004には、上述の各実施例で説明した光電変換装置が用いられる。
In FIG. 9,
1007は撮像装置1004より出力された画素信号に対して、補正やデータ圧縮などの処理を行い、画像信号を取得する信号処理部である。そして、図9において、1008は撮像装置1004および信号処理部1007に、各種タイミング信号を出力するタイミング発生部、1009はカメラ全体を制御する全体制御部である。1010は画像データを一時的に記憶する為のフレームメモリ部である。1011は記録媒体に記録または読み出しを行うためのインターフェース部である。1012は撮像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体である。1013は外部コンピュータ等と通信する為のインターフェース部である。
A
なお、カメラシステムは少なくとも撮像装置1004と、撮像装置1004に被写体からの光を結像するレンズ1002とを有すればよい。
Note that the camera system may include at least the
以上に説明した通り、光電変換システムの実施例において、撮像装置1004には、上述の各実施例の光電変換装置が用いられる。このような構成によれば、カメラシステムにおいてノイズを低減することができる。
As described above, in the embodiment of the photoelectric conversion system, the photoelectric conversion device of each of the above-described embodiments is used as the
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10(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。
An example of the moving body will be described. The moving body of this embodiment is an automobile equipped with a vehicle-mounted camera. FIG. 10A schematically shows the appearance and main internal structure of the
撮像装置2102は、上述の実施例で説明したいずれかの光電変換装置が用いられる。警報装置2112は、撮像システム、車両センサ、制御ユニットなどから異常を示す信号を受けたときに、運転手へ向けて警告を行う。主制御部2113は、撮像システム、車両センサ、制御ユニットなどの動作を統括的に制御する。なお、自動車2100が主制御部2113を備えていなくてもよい。この場合、撮像システム、車両センサ、制御ユニットが個別に通信インターフェースを有して、それぞれが通信ネットワークを介して制御信号の送受を行う(例えばCAN規格)。
As the
図10(b)は、自動車2100のシステム構成を示すブロック図である。自動車2100は、第1の撮像装置2102と第2の撮像装置2102を含む。つまり、本実施例の車載カメラはステレオカメラである。撮像装置2102には、光学部2114により被写体像が結像される。撮像装置2102から出力された画素信号は、画像前処理部2115によって処理され、そして、撮像システム用集積回路2103に伝達される。画像前処理部2115は、S−N演算や、同期信号付加などの処理を行う。
FIG. 10B is a block diagram showing the system configuration of the
撮像システム用集積回路2103は、画像処理部2104、メモリ2105、光学測距部2106、視差演算部2107、物体認知部2108、異常検出部2109、および、外部インターフェース(I/F)部2116を備える。画像処理部2104は、画素信号を処理して画像信号を生成する。また、画像処理部2104は、画像信号の補正や異常画素の補完を行う。メモリ2105は、画像信号を一時的に保持する。また、メモリ2105は、既知の撮像装置2102の異常画素の位置を記憶していてもよい。光学測距部2106は、画像信号を用いて被写体の合焦または測距を行う。視差演算部2107は、視差画像の被写体照合(ステレオマッチング)を行う。物体認知部2108は、画像信号を解析して、自動車、人物、標識、道路などの被写体の認知を行う。異常検出部2109は、撮像装置2102の故障、あるいは、誤動作を検知する。異常検出部2109は、故障や誤動作を検知した場合には、主制御部2113へ異常を検知したことを示す信号を送る。外部I/F部2116は、撮像システム用集積回路2103の各部と、主制御部2113あるいは種々の制御ユニット等との間での情報の授受を仲介する。
The imaging system integrated
自動車2100は、車両情報取得部2110および運転支援部2111を含む。車両情報取得部2110は、速度・加速度センサ、角速度センサ、舵角センサ、測距レーダ、圧力センサなどの車両センサを含む。
The
運転支援部2111は、衝突判定部を含む。衝突判定部は、光学測距部2106、視差演算部2107、物体認知部2108からの情報に基づいて、物体との衝突可能性があるか否かを判定する。光学測距部2106や視差演算部2107は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。
The driving
運転支援部2111が他の物体と衝突しないように自動車2100を制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。
Although the example in which the driving
自動車2100は、さらに、エアバッグ、アクセル、ブレーキ、ステアリング、トランスミッション等の走行に用いられる駆動部を具備する。また、自動車2100は、それらの制御ユニットを含む。制御ユニットは、主制御部2113の制御信号に基づいて、対応する駆動部を制御する。
The
以上に説明した通り、自動車の実施例において、撮像装置2102には、上述の実施例のいずれかの光電変換装置が用いられる。このような構成によれば、ノイズを低減することができる。
As described above, the photoelectric conversion device according to any one of the above-described embodiments is used for the
100 光電変換素子
105 オフセット制御回路
106 比較器
C1 容量素子
C2 容量素子
C3 容量素子
100
Claims (16)
前記複数の光電変換素子に対応して配された複数のアナログデジタル変換器と、を備え、
前記複数のアナログデジタル変換器のそれぞれは、
前記光電変換素子で生じた電荷に基づく信号を受ける比較器と、
前記比較器の入力ノードと出力ノードとを接続する第1のスイッチと、
前記第1のスイッチがオンからオフに制御されたあとに、容量素子を用いて前記比較器の前記入力ノードの電圧を変化させるオフセット制御回路と、を含み、
前記複数のアナログデジタル変換器は、第1のアナログデジタル変換器と、第2のアナログデジタル変換器とを含み、
前記第1のアナログデジタル変換器の前記オフセット制御回路の前記容量素子は第1の容量値を有し、
前記第2のアナログデジタル変換器の前記オフセット制御回路の前記容量素子は前記第1の容量値とは異なる第2の容量値を有する、
ことを特徴とする光電変換装置。 A plurality of photoelectric conversion elements,
A plurality of analog-digital converters arranged corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements,
Each of the plurality of analog-digital converters,
A comparator for receiving a signal based on the charge generated in the photoelectric conversion element,
A first switch connecting an input node and an output node of the comparator;
An offset control circuit that changes the voltage of the input node of the comparator using a capacitive element after the first switch is controlled from on to off;
The plurality of analog-digital converters include a first analog-digital converter and a second analog-digital converter,
The capacitance element of the offset control circuit of the first analog-digital converter has a first capacitance value;
The capacitance element of the offset control circuit of the second analog-digital converter has a second capacitance value different from the first capacitance value,
A photoelectric conversion device characterized by the above.
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 The amount of change in voltage by the offset control circuit in the first analog-digital conversion is different from the amount of change in voltage by the offset control circuit in the first analog-digital conversion.
The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein:
前記第1のスイッチがオンであり、かつ、前記第2のスイッチがオフである状態から、第1のスイッチがオンからオフに制御され、その後、前記第2のスイッチがオフからオンに制御される、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光電変換装置。 The offset control unit includes a second switch connecting a first terminal of the capacitive element and the input node of the comparator,
From the state in which the first switch is on and the second switch is off, the first switch is controlled from on to off, and then the second switch is controlled from off to on. The
The photoelectric conversion device according to claim 1 or 2, characterized in that.
前記第3のスイッチは前記第1のスイッチと同じ制御信号によって制御される、
ことを特徴とする請求項3に記載の光電変換装置。 The offset control circuit includes a third switch that connects the first terminal of the capacitive element and a power supply,
The third switch is controlled by the same control signal as the first switch,
The photoelectric conversion device according to claim 3, wherein
前記第5のスイッチは前記第1のスイッチと同じ制御信号によって制御される、
ことを特徴とする請求項3に記載の光電変換装置。 The offset control circuit includes a fourth switch that connects the second terminal of the capacitive element and a power supply, and a fifth switch that connects the second terminal of the capacitive element and a ground node. ,
The fifth switch is controlled by the same control signal as the first switch,
The photoelectric conversion device according to claim 3, wherein
前記オフセット制御回路に含まれる前記容量素子の第1の端子は、前記比較器の前記入力ノードに接続され、
前記オフセット制御回路は、前記容量素子の第2の端子と、前記第2の容量素子の第2の端子とを接続する第2のスイッチを含む、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換装置。 The analog-digital converter has a first terminal connected to the input node of the comparator, and a second terminal receiving a reference signal to be compared with a signal based on the charge generated in the photoelectric conversion element. Including a second capacitive element,
A first terminal of the capacitive element included in the offset control circuit is connected to the input node of the comparator,
The offset control circuit includes a second switch connecting the second terminal of the capacitive element and the second terminal of the second capacitive element.
The photoelectric conversion device according to claim 1 or 2, characterized in that.
前記第1のアナログデジタル変換器の前記第2の容量素子の容量値は、前記第2のアナログデジタル変換器の前記第2の容量素子の容量値より小さい、
ことを特徴とする請求項6に記載の光電変換装置。 The capacitance value of the capacitance element of the first analog-digital converter is larger than the capacitance value of the capacitance element of the second analog-digital converter,
A capacitance value of the second capacitance element of the first analog-digital converter is smaller than a capacitance value of the second capacitance element of the second analog-digital converter,
The photoelectric conversion device according to claim 6, wherein.
ことを特徴とする請求項6または請求項7に記載の光電変換装置。 The sum of the capacitance value of the capacitance element and the capacitance value of the second capacitance element in the first analog-digital converter is the capacitance value of the capacitance element in the second analog-digital converter and the second capacitance value of the second capacitance element. Equal to the sum of the capacitance values of the capacitive elements of
The photoelectric conversion device according to claim 6 or 7, characterized in that.
ことを特徴とする請求項6乃至請求項8のいずれか一項に記載の光電変換装置。 From the state in which the first switch is on and the second switch is off, the first switch is controlled from on to off, and then the second switch is controlled from off to on. The
The photoelectric conversion device according to claim 6, wherein the photoelectric conversion device is a photoelectric conversion device.
ことを特徴とする請求項9に記載の光電変換装置。 The second switch is kept on while the signal value of the reference signal is changing,
The photoelectric conversion device according to claim 9, wherein
前記第2のアナログデジタル変換器の前記容量素子の前記第2の容量値は可変である、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の光電変換装置。 The first capacitance value of the capacitive element of the first analog-digital converter is variable,
The second capacitance value of the capacitance element of the second analog-digital converter is variable,
The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that.
ことを特徴とする請求項11に記載の光電変換装置。 The first capacitance value and the second capacitance value change according to the conversion gain of the first analog-digital converter and the conversion gain of the second analog-digital converter,
The photoelectric conversion device according to claim 11, wherein:
複数の列に対応して複数の信号線が配され、
前記複数の信号線の1つに、前記第1のアナログデジタル変換器および前記第2のアナログデジタル変換器が接続される、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれか一項に記載の光電変換装置。 The plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a plurality of rows,
Multiple signal lines are arranged corresponding to multiple columns,
The first analog-digital converter and the second analog-digital converter are connected to one of the plurality of signal lines,
The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion device is a photoelectric conversion device.
前記光電変換装置からの信号を処理する信号処理装置と、を備える、
ことを特徴とする光電変換システム。 A photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 13,
A signal processing device that processes a signal from the photoelectric conversion device,
A photoelectric conversion system characterized in that
請求項14に記載の光電変換システムと、
前記光電変換システムによって取得された画像信号に基づいて前記移動体を制御する制御手段と、を有する、
ことを特徴とする移動体。 Is a mobile,
The photoelectric conversion system according to claim 14,
And a control unit that controls the moving body based on an image signal acquired by the photoelectric conversion system,
A moving body characterized by the above.
前記複数のアナログデジタル変換器のそれぞれは、
アナログ信号を受ける比較器と、
前記比較器の入力ノードと出力ノードとを接続する第1のスイッチと、
前記第1のスイッチがオンからオフに制御されたあとに、容量素子を用いて前記比較器の前記入力ノードの電圧を変化させるオフセット制御回路と、を含み、
前記複数のアナログデジタル変換器は、第1のアナログデジタル変換器と、第2のアナログデジタル変換器とを含み、
前記第1のアナログデジタル変換器の前記オフセット制御回路の前記容量素子は第1の容量値を有し、
前記第2のアナログデジタル変換器の前記オフセット制御回路の前記容量素子は前記第1の容量値とは異なる第2の容量値を有する、
ことを特徴とする信号処理装置。 Equipped with multiple analog-digital converters,
Each of the plurality of analog-digital converters,
A comparator that receives an analog signal,
A first switch connecting an input node and an output node of the comparator;
An offset control circuit that changes the voltage of the input node of the comparator using a capacitive element after the first switch is controlled from on to off;
The plurality of analog-digital converters include a first analog-digital converter and a second analog-digital converter,
The capacitance element of the offset control circuit of the first analog-digital converter has a first capacitance value;
The capacitance element of the offset control circuit of the second analog-digital converter has a second capacitance value different from the first capacitance value,
A signal processing device characterized by the above.
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