JP2022069133A - 光電変換装置、光電変換システム、移動体 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、光電変換装置の一例である撮像装置を構成するブロック図を示す。
画素101の構成について、図2を用いて説明する。
読出し回路である列回路部104の構成について、図3を用いて説明する。図3は、単一画素列に接続される列回路部であり、各列には同一の列回路が接続されているものとする。列回路部104は、増幅回路301、設定回路302、比較器304、列メモリ305を有する。
次に増幅回路301、設定回路302、比較器304による、増幅率の設定動作の概要について説明する。増幅率の設定動作は、信号判定期間において実施される。ここでは、切り替える増幅率の組み合わせを、設定Aおよび設定Bの2組とする。
次にAD変換回路311による増幅信号のAD変換について説明する。列メモリ305には、比較器304、およびカウンタ回路106からの信号が入力される。カウンタ回路106は、ランプ信号の電圧値の時間変化と同期し計数するカウント信号を出力する。カウント信号は、増幅回路301のリセット状態の信号レベルを記憶するNメモリ306と、光入射状態の画素信号レベルを記憶するSメモリ307に入力される。AD変換期間のリセット状態または光入射状態において、ランプ信号VRAMPがアンプ303からの信号を上回る時刻に比較器304からのAD変換信号の信号極性変化が起こる。このタイミングが、NレベルAD変換値またはSレベルAD変換値としてそれぞれのメモリに記録される。
次に、撮像装置のAD変換までの動作を、図4のタイミングチャートを用いて説明する。図4は、増幅回路301の増幅率の組み合わせが設定Aにおけるタイミングチャートを示す。動作は、NレベルAD変換期間、信号判定期間、SレベルAD変換期間を順に繰り返す。
次に、図6を用いて、信号処理回路109にて、増幅回路301での増幅率の違いにより生じるAD変換の分解能の違いを補正する補正方法について説明する。
撮像装置の製造誤差などにより、増幅回路301の増幅率の比が設計値に対して誤差を有することや、帰還経路上のスイッチが動作することによるスイッチングノイズに起因するオフセット成分がS信号に含まれる。これにより、図6に示した低輝度出力と高輝度出力との境界部において、J=0の場合と、J=1の場合とでAD変換値に差が生じる。これにより、直線性(入射光輝度に対するAD変換値の関係)が低下する。これは画質上、正しい輝度が表されないため課題となる。このAD変換値の差の補正処理を行う。図7を用い、増幅回路301の増幅率の組み合わせが設定Aの場合を例に誤差補正方法を説明する。
この式(1)を満たすようにテスト電圧値V1、V2を設定する。これにより、実際の撮像動作において増幅回路301が出力する信号範囲のうち、より広い領域に対応した補正値取得を実現できる。出力V1C4、V1C1、V2C4、V2C1は、時刻t601、t603、t604、t606にてAD変換回路311によってAD変換される。これにより、補正用信号A1、B1、A2、B2が得られる。設定Aにおいては、増幅率4倍で増幅されたテスト電圧値がランプ信号VRAMPの電圧変化範囲内に収まるように設定するのが好適である。換言すると、テスト電圧は切り替える増幅回路の増幅率の組み合わせで、高い増幅率において、そのAD変換可能な範囲から逸脱しないよう設定するのが好適である。図6の縦軸に示すように、ビット拡張によるAD変換値を2X、拡張ビット数がYビットであるとき、出力飽和は、2(X-Y)となる。よって、補正用信号A2が、2(X-Y)以下となるようにテスト電圧を設定する。
α=(A2-A1)/4×(B2-B1) 式(2)
β=A1-4×α×B1 式(3)
DH=4α×(S-N)+β(J=1)・・・式(4)
DL=S-N (J=0)・・・式(5)
(V1/V2)>(V3/V4) 式(6)
V3C8≦VREF≦V4C8 式(7)
α=(A4-A3)/4×(B4-B3) 式(8)
β=A3-4×α×B3 式(9)
本実施形態による光電変換システムについて、図9を用いて説明する。図9は、本実施形態による光電変換システムの概略構成を示すブロック図である。
本実施形態の光電変換システム及び移動体について、図10を用いて説明する。図10は、本実施形態の光電変換システム及び移動体の構成を示す図である。
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
105 参照信号生成回路
109 信号処理部(補正値取得部、補正部)
111 電圧出力回路
301 増幅回路
302 設定回路
311 AD変換回路
Claims (11)
- 入射光の光量に応じた画素信号を出力する画素と、
前記画素信号の信号レベルに応じた増幅率で前記画素信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路に所定信号を出力する電圧出力回路と、
前記増幅回路に設定される前記増幅率に応じて前記所定信号の信号レベルを設定する設定回路とを備えることを特徴とする光電変換装置。 - 前記画素信号の信号レベルに応じた増幅率が第1増幅率の場合に、前記設定回路は前記所定信号の信号レベルを第1レベルと前記第1レベルと異なる第2レベルのそれぞれに設定し、
前記画素信号の信号レベルに応じた増幅率が前記第1増幅率とは異なる第2増幅率の場合に、前記設定回路は前記所定信号の信号レベルを第3レベルと前記第3レベルと異なる第4レベルのそれぞれに設定することを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 - 前記第1レベルと前記第3レベルが同じであることを特徴とする請求項2に記載の光電変換装置。
- 前記第1レベル、前記第2レベル、前記第3レベル、前記第4レベルは互いに異なる信号レベルであることを特徴とする請求項2に記載の光電変換装置。
- 前記電圧出力回路が前記第1レベルと前記第2レベルのそれぞれの前記所定信号を前記増幅回路に出力することによって、前記増幅回路は第1信号と、第2信号を出力し、
前記電圧出力回路が前記第3レベルと前記第4レベルのそれぞれの前記所定信号を前記増幅回路に出力することによって、前記増幅回路は第3信号と、第4信号を出力することを特徴とする請求項2~4のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記第1信号と前記第2信号とを用いて、前記第1増幅率に対応する第1補正値と、
前記第3信号と前記第4信号とを用いて、前記第2増幅率に対応する第2補正値と、
を取得する補正値取得部を備えることを特徴とする請求項5に記載の光電変換装置。 - 前記第1補正値と前記第2補正値とを用いて、前記画素信号に基づく信号を補正する補正部を備えることを特徴とする請求項6に記載の光電変換装置。
- 前記増幅回路が出力する信号をデジタル信号に変換するAD変換回路を有し、
前記第1信号、前記第2信号、前記第3信号、前記第4信号がいずれも、前記AD変換回路のAD変換可能な信号範囲よりも振幅が小さいことを特徴とする請求項6または7に記載の光電変換装置。 - 前記画素信号と閾値との比較を行い、前記比較の結果に基づいて前記増幅率が設定され、
前記閾値は、前記第1信号と前記第2信号の間の振幅であり、前記第3信号と前記第4信号の間の振幅であることを特徴とする請求項5~8のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 請求項1~9のいずれか1項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置が出力する信号を用いて画像を生成する信号処理部とを有することを特徴とする光電変換システム。 - 請求項1~9のいずれか1項に記載の光電変換装置を備える移動体であって、
前記光電変換装置が出力する信号を用いて前記移動体の移動を制御する制御部を有することを特徴とする移動体。
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