JP4609428B2 - 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および撮像装置 - Google Patents
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Description
図1に示すように、本実施形態に係るCMOSイメージセンサ10は、入射する可視光をその光量に応じた電荷量に光電変換する光電変換素子を含む単位画素(単位センサ)11が行列状(マトリックス状)に2次元配置されてなる画素アレイ部12を有する。
図2は、単位画素11の回路構成の一例を示す回路図である。図2に示すように、本回路例に係る単位画素11は、光電変換素子、例えばフォトダイオード111に加えて、例えば転送トランジスタ112、リセットトランジスタ113、増幅トランジスタ114および選択トランジスタ115の4つのトランジスタを有する画素回路となっている。
上記構成の本実施形態に係るCMOSイメージセンサ10では、広ダイナミックレンジ化を図るために、画素アレイ部12の各画素11から感度の異なる複数の系統、本例では2系統の信号を得るようにしている。
図4は、カラム信号処理回路15,16の構成の一例を示すブロック図である。図4において、(A)はカラム信号処理回路15の構成を,(B)はカラム信号処理回路16の構成をそれぞれ示している。ここでは、説明の都合上、カラム信号処理回路15,16ともに信号が上から下に流れる向きに書いている。
続いて、カラム信号処理回路15,16での各信号処理について、実施例1,2として説明する。
読み出し行1の各画素の信号は、図5(A)のように扱われる。先ず、画素11から信号を読み出すとともにCDS処理する。次に、CDS処理後の信号を基本増幅率(1倍)で増幅し、AD変換後ラッチ回路154に格納する。この基本増幅率で増幅されてラッチ回路154に格納された信号をS1とする。
信号S2は、読み出し行2の各画素の長い露光時間2(8H)に基づく信号を4倍増幅した信号であり、低輝度部分を増幅した信号である。
信号S3は、読み出し行2の各画素の長い露光時間2(8H)に基づく信号であり、低輝度部分を担当する信号である。
図6は、増幅回路の増幅率が可変なカラム信号処理回路16Aの変形例を示すブロック図である。
実施例2に係るカラム信号処理では、ダイナミックレンジをできるだけ拡大することよりも、回路や取り扱いを簡素にする手法を採っている。製品により、こちらの手法の方が好ましいものも有る。
実施例1,2とも、カラム信号処理回路15,16(16A)は、4つの構成要素、即ちCDS回路151,161、増幅回路152,162、AD変換回路153,163およびラッチ回路154,164が独立である必要はない。
図8は、CDS回路と増幅回路とを一般的な電荷電圧変換アンプで構成した回路例1に係るカラム信号処理回路を示す回路図である。
<回路例2>
図9は、CDS回路からAD変換回路までが不可分になっている回路例2に係るカラム信号処理回路を示す回路図である。
ここまでは、理解を容易にするために、簡単な例で述べてきたが、実際にはさまざまに適用することができる。例えば、カラム信号処理回路が1列に2つ(本例では、画素アレイ部12の上下に2つ)でなく、カラム信号処理回路を1列に1つ設けて、当該1つのカラム信号処理回路で複数行の各画素の信号を順に処理するタイプでもよい。
図10は、本発明に係る撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。図10に示すように、本発明に係る撮像装置は、レンズ群51を含む光学系、固体撮像装置52、カメラ信号処理回路であるDSP(Digital Signal Processor)回路53、フレームメモリ54、表示装置55、記録装置56、操作系57および電源系58等を有し、DSP回路53、フレームメモリ54、表示装置55、記録装置56、操作系57および電源系58がバスライン59を介して相互に接続された構成となっている。
Claims (10)
- 物理量を検知する画素が行列状に2次元配置されてなる画素アレイ部と、
前記画素アレイ部から感度の異なる複数の系統の画素信号をアナログで読み出す駆動を行う駆動手段と、
アナログゲインのゲイン設定に応じて前記画素信号を増幅するときの増幅率を可変し、前記ゲイン設定が所定ゲインよりも低いときは、前記複数の系統の画素信号をそれぞれの基本増幅率で増幅し、前記アナログゲインのゲイン設定が前記所定ゲイン以上のときは、前記複数の系統のうち、感度が高い少なくとも1系統の画素信号を、当該感度が高い系統の基本増幅率よりも高い増幅率を含む複数の増幅率で増幅可能な信号処理手段と
を有する固体撮像装置。 - 前記信号処理手段は、前記アナログゲインのゲイン設定が前記所定ゲイン以上のときは、前記複数の系統のうち、感度が低い少なくとも1系統の画素信号を、前記感度の高い系統の前記複数の増幅率の最大よりも低い増幅率で増幅する
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記信号処理手段は、前記アナログゲインのゲイン設定が前記所定ゲイン以上のときは、前記複数の系統のうち、感度が低い少なくとも1系統の画素信号を使用せず、代わりに前記感度の高い少なくとも1系統の画素信号を、前記複数の増幅率で増幅する
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記駆動手段は、前記画素が物理量を検知する検知時間を異ならせることによって前記複数の系統の感度を異ならせる
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記駆動手段は、前記画素アレイ部の複数の読み出し行を走査して、当該複数の読み出し行の各画素から前記複数の系統の画素信号を読み出す際に、前記検知時間の長さを前記複数の読み出し行を走査する間隔で調整する
請求項4記載の固体撮像装置。 - 前記信号処理手段は、AD変換前の信号レベルの大きさに応じて増幅率の調整を行う
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記複数の増幅率の比は、前記複数の系統の感度の比と等しい
請求項1記載の固体撮像装置。 - 物理量を検知する画素が行列状に2次元配置されてなる画素アレイ部から感度の異なる複数の系統の画素信号をアナログで読み出し、
アナログゲインのゲイン設定に応じて前記画素信号を増幅するときの増幅率を可変し、前記アナログゲインのゲイン設定が所定ゲインよりも低いときは、前記複数の系統の画素信号をそれぞれの基本増幅率で増幅し、
前記アナログゲインのゲイン設定が前記所定ゲイン以上のときは、前記複数の系統のうち、感度が高い少なくとも1系統の画素信号を、当該感度の高い系統の基本増幅率よりも高い増幅率を含む複数の増幅率で増幅可能な
固体撮像装置の駆動方法。 - 物理量を検知する画素が行列状に2次元配置されてなる画素アレイ部と、
前記画素アレイ部から感度の異なる複数の系統の画素信号をアナログで読み出す駆動を行う駆動手段と、
アナログゲインのゲイン設定に応じて前記画素信号を増幅するときの増幅率を可変し、前記アナログゲインのゲイン設定が所定ゲインよりも低いときは、前記複数の系統の画素信号をそれぞれの基本増幅率で増幅し、前記アナログゲインのゲイン設定が前記所定ゲイン以上のときは、前記複数の系統のうち、感度が高い少なくとも1系統の画素信号を、当該感度の高い系統の基本増幅率よりも高い増幅率を含む複数の増幅率で増幅可能な第1の信号処理手段と、
前記第1の信号処理手段を経た前記複数の系統の信号を合成する第2の信号処理手段と
を有する撮像装置。 - 物理量を検知する画素が行列状に2次元配置されてなる画素アレイ部と、
前記画素アレイ部から感度の異なる複数の系統の画素信号をアナログで読み出す駆動を行う駆動手段と、
前記画素信号に対するアナログゲインが所定ゲインよりも低いときは、前記複数の系統の画素信号をそれぞれの基本増幅率で増幅し、前記画素信号に対する前記アナログゲインが前記所定ゲイン以上のものを含むときは、前記複数の系統のうち、感度が高い少なくとも1系統の画素信号を、当該感度が高い系統の基本増幅率よりも高い増幅率を含む複数の増幅率で増幅可能な信号処理手段と
を有する固体撮像装置。
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