JP4157862B2 - アナログ‐デジタル変換器及びその動作方法、撮像装置並びにランプ発生器の動作方法 - Google Patents
アナログ‐デジタル変換器及びその動作方法、撮像装置並びにランプ発生器の動作方法 Download PDFInfo
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Description
(1)フォトン−電荷変換と、
(2)画像電荷の蓄積と、
(3)電荷検出領域への電荷の転送前における、この電荷検出領域の既知の状態へのリセットと、
(4)電荷増幅を伴う電荷検出領域への電荷の転送と、
(5)読み出しのための画素の選択と、
(6)画素電荷を表す信号の増幅及び出力と
の必要機能を実行する。光電荷は、電荷蓄積領域から電荷検出領域へ移動させる際に増幅することができる。電荷検出領域における電荷を代表的にはソースホロワ出力トランジスタによって画素出力電圧に変換する。
本発明は、イメージャにおけるアナログ‐デジタル変換処理の動作を速めるためにランプ変調式アナログ‐デジタル変換器を用いる。すなわち、アナログ信号が大きくなった際に、デジタル符号の1デジタル値(以後“LSB”と称する)だけランプ電圧を増加させるのではなく、ビット解像度が減少するようにランプステップを変調させる。すなわち、ランプ電圧のステップ幅は1LSBよりも多くを含む。
(1)ペデスタル構造前置期間(Pedestal Configuration Pre-Period )の相と、
(2)ペデスタル構造後置期間(Pedestal Configuration Post-Period)の相と
に分割することである。前置期間の相では、デジタル制御信号T1がアサートし(スイッチ211を閉成し、アレイ出力をキャパシタ210に結合し)、従って、ペデスタル設定が得られ、この相で128LSBがプログラミングされる(すなわち、128個のユニットセルが同時に駆動される)。
として表される。ここで、Nelectronは、蓄積された光発生電荷キャリアの個数である。光検出器のノードから比較器の入力端への全アナログ信号チェーンに相当する変換係数CG(V/電子)を用い、このアナログ信号チェーンが線形特性であると仮定すると、入力電圧及びショット雑音電圧は、
及び
として表される。ランプ制御器410は、式(3)で計算したショット雑音をトレースする可変ランプステップ幅を有するランプ符号を発生する。
(1)信号レベルが小さいと、ADCは最大のデータ解像度で(すなわち、解像度が1LSBで)動作し、従って、これにより小さい入力信号に対する検出可能限界に悪影響を及ぼさない、
(2)信号レベルが大きくて、ショット雑音が12ビット解像度よりも大きくなると、ランプステップ幅が増大する為、ランプサイクルの総数をかなり少なくでき、
(3)ランプステップ幅がショット雑音よりも常に小さくなると、大きなランプステップ幅による輪郭雑音が見えなくなる。
その結果、ステップ幅が増大することにより画質に悪影響を及ぼさない。
1よりも小さい雑音余裕度を用いることによりランプステップ幅をショット雑音値よりも小さくすることに注意すべきである。この場合、デジタル雑音(又は輪郭雑音)が減少され、データ精度が改善されうる。例えば、雑音余裕度が0.5に等しい場合、デジタル輪郭成分が半分に減少する。図21は、図20の実施例と図17に示す実施例(この実施例では雑音余裕度を1に設定したものと仮定する)との相違を示している。ライン520は信号を表し、ライン522はショット雑音を表し、ライン524はランプステップを表し、ライン(矢印)526は雑音余裕度を表している。動作速度を高速にしたい場合には、雑音余裕度は1よりも大きな値に設定され、これによりランプステップの総数を減少させるとともに変換処理速度を増大させる。
WRAMP=1LSB(WRAMP<オフセットの場合) (5)
WRAMP<(ショット雑音)×(雑音余裕度(入力されている場合))(WRAMP>オフセットの場合) (6)
(ランプ値がオフセットを越えるとランプ変調が開始する。)図23は、本発明の図22の実施例によるランプ発生器の出力対ランプ計数値を示すライン630のグラフである。
Claims (28)
- ランプ発生器と、
このランプ発生器に接続された制御回路であって、この制御回路により前記ランプ発生器を制御してこのランプ発生器が、フォトンショット雑音に相関関係がある幅を有するランプ変調されたアナログランプ出力を発生するようにし、この制御回路は各アナログランプ出力に対応するデジタル符号を発生するようにする当該制御回路と、
アナログ入力信号と前記アナログランプ出力とを受けるように接続された比較回路であって、この比較回路は、受けたアナログ入力信号が前記アナログランプ出力に等しくなった際に信号を発生するようにした当該比較回路と
を具えるアナログ‐デジタル変換器であって、前記デジタル符号をこのアナログ‐デジタル変換器の出力として用いる当該アナログ‐デジタル変換器。 - 請求項1に記載のアナログ‐デジタル変換器において、前記制御回路が、
変換情報を受けて出力するようにしたシステム制御器と、
このシステム制御器に接続されたランプ制御器であって、このランプ制御器により出力変換情報からランプモードを決定するとともに、このランプモードを用いてランプ発生器を制御するためのランプパターンを発生させるようにした当該ランプ制御器と
を具えるアナログ‐デジタル変換器。 - 請求項2に記載のアナログ‐デジタル変換器において、前記変換情報が、ショット雑音、雑音余裕度及びオフセット値の少なくとも1つを有しているアナログ‐デジタル変換器。
- 請求項2に記載のアナログ‐デジタル変換器において、前記変換情報がアナログ信号の推定したショット雑音を有し、前記ランプ制御器が、ランプステップ幅がショット雑音よりも小さくなるようにこのランプステップ幅を計算するようになっているアナログ‐デジタル変換器。
- 請求項2に記載のアナログ‐デジタル変換器において、前記変換情報がアナログ信号の推定したショット雑音と所望の雑音余裕度とを有し、前記ランプ制御器が、ランプステップ幅がショット雑音と雑音余裕度との積よりも小さくなるようにこのランプステップ幅を計算するようになっているアナログ‐デジタル変換器。
- 請求項2に記載のアナログ‐デジタル変換器において、前記変換情報が、アナログ信号の推定したショット雑音とオフセット値とを有し、前記ランプ制御器が、ランプステップ幅がオフセット値よりも大きい場合のみ変調されたランプステップ幅を有するようにこのランプステップ幅を計算するようにしたアナログ‐デジタル変換器。
- 請求項6に記載のアナログ‐デジタル変換器において、ランプステップ幅がオフセット値よりも小さい場合にこのランプステップ幅を変調しないようになっているアナログ‐デジタル変換器。
- 請求項1に記載のアナログ‐デジタル変換器において、前記比較回路が更に、
第1入力端がアナログ入力信号の端子に接続され、第2入力端がアナログランプ出力の端子に接続されている二入力比較器と、
アナログ入力信号がアナログランプ出力に等しいことをこの二入力比較器が検出した際にデジタル符号を取り込むラッチ回路と
を具えているアナログ‐デジタル変換器。 - アナログ信号を出力する画素のアレイと、
推定したショット雑音に基づいてランプ符号を発生させるとともに、これらの発生されたランプ符号に対応するランプ変調された出力をアナログ信号と比較することにより、これらアナログ信号をデジタル信号に変換するランプ変調式アナログ‐デジタル変換器と
を具える撮像装置。 - 請求項9に記載の撮像装置において、前記ランプ変調式アナログ‐デジタル変換器が、
ランプ発生器と、
このランプ発生器に接続された制御回路であって、この制御回路により前記ランプ発生器を制御してこのランプ発生器がランプ変調されたアナログランプ出力を発生するようにし、この制御回路は各アナログランプ出力に対応するデジタル符号を発生するようにする当該制御回路と、
アナログ入力信号と前記アナログランプ出力とを受けるように接続された比較回路であって、この比較回路は、受けたアナログ入力信号が前記アナログランプ出力に等しくなった際に信号を発生するようにした当該比較回路と
を具え、前記デジタル符号を、このアナログ‐デジタル変換器の出力として用いる撮像装置。 - 請求項10に記載の撮像装置において、前記制御回路が、
変換情報を受けて出力するようにしたシステム制御器と、
このシステム制御器に接続されたランプ制御器であって、このランプ制御器により出力変換情報からランプモードを決定するとともに、このランプモードを用いてランプ発生器を制御するためのランプパターンを発生させるようにした当該ランプ制御器と
を具える撮像装置。 - 請求項11に記載の撮像装置において、前記変換情報が、ショット雑音、雑音余裕度及びオフセット値の少なくとも1つを有している撮像装置。
- 請求項11に記載の撮像装置において、前記変換情報がアナログ信号の推定したショット雑音を有し、前記ランプ制御器が、ランプステップ幅がショット雑音よりも小さくなるようにこのランプステップ幅を計算するようになっている撮像装置。
- 請求項11に記載の撮像装置において、前記変換情報がアナログ信号の推定したショット雑音と所望の雑音余裕度とを有し、前記ランプ制御器が、ランプステップ幅がショット雑音と雑音余裕度との積よりも小さくなるようにこのランプステップ幅を計算するようになっている撮像装置。
- 請求項11に記載の撮像装置において、前記変換情報が、アナログ信号の推定したショット雑音とオフセット値とを有し、前記ランプ制御器が、ランプステップ幅がオフセット値よりも大きい場合のみ変調されたランプステップ幅を有するようにこのランプステップ幅を計算するようにした撮像装置。
- 請求項15に記載の撮像装置において、ランプステップ幅がオフセット値よりも小さい場合にこのランプステップ幅を変調しないようになっている撮像装置。
- アナログ‐デジタル変換器用のランプ発生器の動作方法であって、
所望の平方根曲線に基づくデジタルランプ符号を発生させる工程と、
このデジタルランプ符号から行及び列アドレスを発生させる工程と、
これら行及び列アドレスにより、ユニットセルアレイ中のユニットセルを駆動する工程と、
選択された行中の全てのユニットセルが駆動された際にこれらユニットセルの行をロックし、駆動され且つロックされたこれらユニットセルの合成電圧出力をランプ発生器のランプ変調された出力として用いる工程と
を有するランプ発生器の動作方法において、所望の平方根曲線により、主としてアナログ信号と関連する推定したショット雑音を補償するランプ発生器の動作方法。 - アナログ‐デジタル変換器中のランプ発生器の動作方法であって、
推定したショット雑音を有するランプモード制御信号を入力させる工程と、
これらのランプモード制御信号に基づいてランプモードを選択する工程と、
このランプモードに基づくランプパターンを決定する工程と、
符号をランプ発生器に出力してこのランプ発生器がランプ変調された出力信号を発生するようにする工程と
を有するランプ発生器の動作方法。 - 請求項18に記載のランプ発生器の動作方法において、この方法が更に、
前記推定したショット雑音よりも長くないランプステップ幅を発生させる工程
を有するランプ発生器の動作方法。 - 請求項18に記載のランプ発生器の動作方法において、この方法が更に、
雑音余裕度を入力させる工程と、
前記推定したショット雑音と雑音余裕度との積よりも大きくないランプステップ幅を発生させる工程と
を有するランプ発生器の動作方法。 - 請求項18に記載のランプ発生器の動作方法において、この方法が更に、
オフセット値を入力させる工程と、
ランプステップ幅がオフセット値よりも小さい場合に、変調されないランプステップ幅を発生させる工程と、
ランプステップ幅がオフセット値よりも大きい場合に、変調されたランプステップ幅を発生させる工程と
を有するランプ発生器の動作方法。 - 請求項18に記載のランプ発生器の動作方法において、この方法が更に、
符号の空のビットを充填する工程
を有するランプ発生器の動作方法。 - アナログ‐デジタル変換器の動作方法であって、
所望の平方根曲線に基づくデジタルランプ符号を発生させる工程と、
このデジタルランプ符号から行及び列アドレスを発生させる工程と、
これら行及び列アドレスにより、ユニットセルアレイ中のユニットセルを駆動する工程と、
選択された行中の全てのユニットセルが駆動された際にこれらユニットセルの行をロックし、駆動され且つロックされたこれらユニットセルの合成電圧出力をランプ変調された出力として用いる工程と、
入力アナログ信号をランプ変調された出力と比較する工程と、
ランプ変調された出力が入力アナログ信号に到達した際にデジタルランプ符号を出力する工程と
を有するアナログ‐デジタル変換器の動作方法において、所望の平方根曲線により、主としてアナログ信号と関連する推定したショット雑音を補償するアナログ‐デジタル変換器の動作方法。 - アナログ‐デジタル変換器の動作方法であって、この方法が、
推定したショット雑音を有するランプモード制御信号を入力させる工程と、
これらのランプモード制御信号に基づいてランプモードを選択する工程と、
このランプモードに基づくランプパターンを決定する工程と、
符号をランプ発生器に出力してこのランプ発生器がランプ変調された出力信号を発生するようにする工程と
入力アナログ信号をランプ変調された出力と比較する工程と、
ランプ変調された出力が入力アナログ信号に到達した際に符号を出力する工程と
を有するアナログ‐デジタル変換器の動作方法。 - 請求項24に記載のアナログ‐デジタル変換器の動作方法において、この方法が更に、
前記ショット雑音よりも長くないランプステップ幅を発生させる工程
を有するアナログ‐デジタル変換器の動作方法。 - 請求項24に記載のアナログ‐デジタル変換器の動作方法において、この方法が更に、
雑音余裕度を入力させる工程と、
前記推定したショット雑音と雑音余裕度との積よりも大きくないランプステップ幅を発生させる工程と
を有するアナログ‐デジタル変換器の動作方法。 - 請求項24に記載のアナログ‐デジタル変換器の動作方法において、この方法が更に、
オフセット値を入力させる工程と、
ランプステップ幅がオフセット値よりも小さい場合に、変調されないランプステップ幅を発生させる工程と、
ランプステップ幅がオフセット値よりも大きい場合に、変調されたランプステップ幅を発生させる工程と
を有するアナログ‐デジタル変換器の動作方法。 - 請求項24に記載のアナログ‐デジタル変換器の動作方法において、この方法が更に、
符号の空のビットを充填する工程
を有するアナログ‐デジタル変換器の動作方法。
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