JP5163410B2 - Image sensor and camera - Google Patents
Image sensor and camera Download PDFInfo
- Publication number
- JP5163410B2 JP5163410B2 JP2008259403A JP2008259403A JP5163410B2 JP 5163410 B2 JP5163410 B2 JP 5163410B2 JP 2008259403 A JP2008259403 A JP 2008259403A JP 2008259403 A JP2008259403 A JP 2008259403A JP 5163410 B2 JP5163410 B2 JP 5163410B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- output
- timing
- circuit
- image
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Description
本発明は、光を電気信号に変換して画像を撮影する撮像素子およびカメラに関する。 The present invention relates to an image sensor and a camera that take an image by converting light into an electrical signal.
近年、光を電気信号に変換して画像を撮影する撮像素子を用いたビデオカメラや電子カメラが広く一般に普及している。これらの撮像素子の出力信号は、従来のアナログ信号からデジタル信号に移行しつつあり、撮像素子の内部にA/D変換などのデジタル回路を内蔵し、高速デジタル処理が行われるようになってきた(例えば、特許文献1参照)。
ところが、デジタル回路で用いられる高速なクロック信号で動作する回路によって、各画素から読み出される微弱な画像信号にノイズが混入し、画像信号のSN比が劣化するという問題があった。 However, there is a problem that noise is mixed into a weak image signal read from each pixel by a circuit that operates with a high-speed clock signal used in a digital circuit, and the SN ratio of the image signal is deteriorated.
本発明の目的は、デジタル出力が可能でノイズが少ない撮像素子およびカメラを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an imaging device and a camera that can output digital signals and have low noise.
本発明に係る撮像素子は、光を電気信号に変換する画素部と、前記画素部のダーク信号を読み出して保持するダーク信号保持部と、前記画素部の画像信号を読み出して保持する画像信号保持部と、基準信号を発生する基準信号発生部と、前記ダーク信号と前記基準信号とを比較するダーク信号比較部と、前記画像信号と前記基準信号とを比較する画像信号比較部と、前記ダーク信号比較部の出力と前記画像信号比較部の出力との排他的論理和を演算する排他的論理和演算部とを設けたことを特徴とする。 An image sensor according to the present invention includes a pixel unit that converts light into an electrical signal, a dark signal holding unit that reads and holds a dark signal of the pixel unit, and an image signal holding that reads and holds an image signal of the pixel unit. A reference signal generation unit that generates a reference signal, a dark signal comparison unit that compares the dark signal and the reference signal, an image signal comparison unit that compares the image signal and the reference signal, and the dark An exclusive OR operation unit for calculating an exclusive OR of the output of the signal comparison unit and the output of the image signal comparison unit is provided.
また、より好ましくは、前記基準信号発生部は、ランプ信号を発生する回路で構成されることを特徴とする。 More preferably, the reference signal generator is configured by a circuit that generates a ramp signal.
また、より好ましくは、前記基準信号発生部は、前記撮像素子で撮影された画像を表示する時のガンマ特性を含む基準信号を発生することを特徴とする。 More preferably, the reference signal generating unit generates a reference signal including a gamma characteristic when displaying an image photographed by the image sensor.
また、より好ましくは、異なる2つの前記画素部を第1画素部および第2画素部とし、前記第1画素部および前記第2画素部で用いられる排他的論理和演算部をそれぞれ第1排他的論理和演算部および第2排他的論理和演算部とし、前記第1排他的論理和演算部の出力を所定の時定数で微分する第1微分回路と、前記第2排他的論理和演算部の出力を前記第1微分回路の時定数とは異なる時定数で微分する第2微分回路と、前記第1微分回路の出力と前記第2微分回路の出力との排他的論理和を演算する出力用排他的論理和演算部とを更に設けたことを特徴とする。 More preferably, the two different pixel portions are a first pixel portion and a second pixel portion, and the exclusive OR operation portions used in the first pixel portion and the second pixel portion are respectively first exclusive. A first differentiation circuit for differentiating an output of the first exclusive OR operation unit with a predetermined time constant; and a second exclusive OR operation unit. A second differentiating circuit for differentiating the output with a time constant different from the time constant of the first differentiating circuit; and an output for calculating an exclusive OR of the output of the first differentiating circuit and the output of the second differentiating circuit. An exclusive OR operation unit is further provided.
本発明に係るカメラは、上記の撮像素子と、撮影光学系と、撮影制御部と、画像記録部とを有することを特徴とする。 A camera according to the present invention includes the above-described imaging device, a photographing optical system, a photographing control unit, and an image recording unit.
本発明によれば、ノイズが少ないデジタル信号で出力する撮像素子およびカメラを実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize an image sensor and a camera that output a digital signal with less noise.
(第1の実施形態)
図1は第1の実施形態に係る撮像素子101の構成を示すブロック図である。尚、撮像素子101は、画像信号をパルス幅やパルス位置で出力する回路を付加した撮像デバイスに相当する。従って、レンズ,絞り,シャッターなどで構成される撮影光学系と、絞りやシャッターを用いて露出制御を行ってシャッターを開閉した時に撮像素子101で撮影された画像信号を画像記録部に記録する撮影制御部とを設けることで、本実施形態の特徴を有するカメラを実現することができる。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an
図1において、撮像素子101は、光を電気信号に変換する光電変換部を有するN×M個の画素P(n,m)がN行M列のマトリクス状に配置されている。ここで、nは1からNまでの自然数、mは1からMまでの自然数である。また、撮像素子101は、1からMまでの各列毎に、垂直信号線VLINE(m)と、定電流源PW(m)と、信号増幅・蓄積部SGA(m)が配置されている。さらに、撮像素子101全体の動作に関係する回路として、タイミング発生回路102と、水平出力回路103と、パルス出力回路104とを有する。
In FIG. 1, an
各画素P(n,m)から出力される信号は、それぞれの列に対応する垂直信号線VLINE(m)に行単位で読み出される。尚、各列の垂直信号線VLINE(m)には、ソースフォロワ回路を構成する定電流源PW(m)が列毎に配置されている。 A signal output from each pixel P (n, m) is read in units of rows to the vertical signal line VLINE (m) corresponding to each column. Note that a constant current source PW (m) constituting a source follower circuit is arranged for each column in the vertical signal line VLINE (m) of each column.
タイミング発生回路102は、画素P(n,m)が出力する信号を行単位で各列の垂直信号線VLINE(m)に読み出すためのタイミング信号を出力する。例えば、1行目においては、画素P(1,1)から画素P(1,M)までのM個の画素に、タイミング信号φSEL(1),タイミング信号φRES(1),タイミング信号φTX(1)を与える。尚、各タイミング信号の動作については後で詳しく説明する。
The
信号増幅・蓄積部SGA(m)は、M×N個の各画素P(n,m)から列毎に読み出された撮影画像の光情報を含む画像信号と、画像信号蓄積前のノイズ成分を含むダーク信号とをそれぞれカラムアンプで増幅後、それぞれのコンデンサに蓄積する。コンデンサに蓄積されたM組の画像信号Vsg(m)とダーク信号Vdk(m)は各列毎にそれぞれ水平出力回路103に出力される。尚、信号増幅・蓄積部SGA(m)の構成については、後で詳しく説明する。
The signal amplification / accumulation unit SGA (m) includes an image signal including optical information of a captured image read for each column from the M × N pixels P (n, m), and a noise component before the image signal is accumulated. After being amplified by the column amplifiers, the dark signals including are stored in the respective capacitors. The M sets of image signals Vsg (m) and dark signals Vdk (m) accumulated in the capacitors are output to the
水平出力回路103は、M個の信号増幅・蓄積部SGA(m)から一行分の画像信号Vsg(m)とダーク信号Vdk(m)とをそれぞれ読み出して、1画素毎にCCD方式でパルス出力回路104に出力する。尚、CCD方式ではない場合の回路については後で説明する。
The
パルス出力回路104は、信号増幅・蓄積部SGA(m)内のカラムアンプのばらつきを少なくするために、水平出力回路103から画素単位で出力される画像信号Vsgからダーク信号Vdkを引き算して、列毎に設けられたカラムアンプ間のばらつきを除去した画像信号IMGoutを撮像素子101の外部に出力する。特に、本実施形態では、画像信号IMGoutは輝度値を表す2値のパルス幅で出力される。
The
次に、図1の画素P(1,1)の回路構成について図2を用いて説明する。尚、M×N個の各画素P(n,m)も図2に示した画素P(1,1)同じ回路である。図2において、画素P(1,1)は、フォトダイオードPDと、転送用トランジスタTr1と、増幅用トランジスタTr2と、選択用トランジスタTr3と、リセット用トランジスタTr4とで構成される。尚、VDDは電源、GNDは接地、FDはフローティングデフュージョン部(浮遊拡散領域)を示している。また、タイミング信号φSEL(1),タイミング信号φRES(1),タイミング信号φTX(1),垂直信号線VLINE(1)は図1と同じものである。 Next, the circuit configuration of the pixel P (1,1) in FIG. 1 will be described with reference to FIG. The M × N pixels P (n, m) are the same circuit as the pixel P (1,1) shown in FIG. In FIG. 2, the pixel P (1,1) includes a photodiode PD, a transfer transistor Tr1, an amplification transistor Tr2, a selection transistor Tr3, and a reset transistor Tr4. Note that VDD indicates a power source, GND indicates ground, and FD indicates a floating diffusion portion (floating diffusion region). The timing signal φSEL (1), timing signal φRES (1), timing signal φTX (1), and vertical signal line VLINE (1) are the same as those in FIG.
図2において、フォトダイオードPDに入射した光は光電変換され電荷として蓄積される。フォトダイオードPDに蓄積された電荷は、タイミング信号φTX(1)が転送用トランジスタTr1のゲートに入力されるとFD部に転送され、増幅用トランジスタTr2によって増幅される。増幅用トランジスタTr2によって増幅された信号は、タイミング信号φSEL(1)が選択用トランジスタTr3のゲートに入力されると垂直信号線VLINE(1)に読み出される。この時に読み出される信号が画像信号である。尚、リセット用トランジスタTr4のゲートにタイミング信号φRES(1)が入力されると、FD部をリセット電圧(VDD)にリセットする。この時に読み出される信号がダーク信号である。 In FIG. 2, light incident on the photodiode PD is photoelectrically converted and accumulated as electric charges. The electric charge accumulated in the photodiode PD is transferred to the FD section when the timing signal φTX (1) is input to the gate of the transfer transistor Tr1, and is amplified by the amplifying transistor Tr2. The signal amplified by the amplifying transistor Tr2 is read out to the vertical signal line VLINE (1) when the timing signal φSEL (1) is input to the gate of the selection transistor Tr3. The signal read at this time is an image signal. When the timing signal φRES (1) is input to the gate of the reset transistor Tr4, the FD portion is reset to the reset voltage (VDD). The signal read at this time is a dark signal.
このようにして、M×N個の各画素P(n,m)の信号は、対応するそれぞれの列の垂直信号線VLINE(1)〜(M)に読み出された後、各列毎に配置された信号増幅・蓄積部SGA(1)〜(M)に出力される。 In this way, after the signals of M × N pixels P (n, m) are read out to the corresponding vertical signal lines VLINE (1) to (M) of the respective columns, the signals are read for each column. The signals are output to the arranged signal amplification / accumulation units SGA (1) to (M).
次に、信号増幅・蓄積部SGA(1)〜(M)の構成について、図3を用いて説明する。図3は、1行分の画素P(n,m)からM個の垂直信号線VLINE(1)〜(M)に画像信号およびダーク信号を読み出した後の回路を描いてある。ここでは、1列目の信号増幅・蓄積部SGA(1)の構成について説明する。尚、図3のM列目の信号増幅・蓄積部SGA(M)も同じ回路構成で、図示されていない他の列の信号増幅・蓄積部SGA(m)も同じ回路構成である。 Next, the configuration of the signal amplification / accumulation units SGA (1) to (M) will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a circuit after image signals and dark signals are read out from one row of pixels P (n, m) to M vertical signal lines VLINE (1) to (M). Here, the configuration of the signal amplification / accumulation unit SGA (1) in the first column will be described. The signal amplification / accumulation unit SGA (M) in the Mth column in FIG. 3 has the same circuit configuration, and signal amplification / accumulation units SGA (m) in other columns not shown in the figure also have the same circuit configuration.
1列目の信号増幅・蓄積部SGA(1)において、例えば1行目の画素P(1,1)から定電流源PW(1)でソースフォロワ回路を構成する垂直信号線VLINE(1)に読み出された信号は、信号増幅・蓄積部SGA(1)のコンデンサCinに入力される。コンデンサCinはカラムアンプCAMPの−入力端子に接続され、+入力端子は接地されている。 In the signal amplification / accumulation unit SGA (1) in the first column, for example, from the pixel P (1,1) in the first row to the vertical signal line VLINE (1) constituting the source follower circuit by the constant current source PW (1). The read signal is input to the capacitor Cin of the signal amplification / accumulation unit SGA (1). The capacitor Cin is connected to the − input terminal of the column amplifier CAMP, and the + input terminal is grounded.
ここで、カラムアンプCAMPは、コンデンサCfとコンデンサCinとの比が増幅率となる反転増幅器である。また、カラムアンプCAMPの帰還回路のコンデンサCfの両端には、アンプリセット用トランジスタTr5のソースとドレインが接続され、タイミング発生回路102が出力するタイミング信号φCARSTがトランジスタTr5のゲートに入力されると、トランジスタTr5のソースとドレインが導通し、コンデンサCfに蓄積された電荷が放電されてカラムアンプCAMPをリセットする。この回路は、ダーク信号が読み出されている時にコンデンサCinに蓄積された信号成分が、次に読み出される画像信号から減算されるので、画素毎に異なるノイズ成分を除去することができる。
Here, the column amplifier CAMP is an inverting amplifier in which the ratio of the capacitor Cf and the capacitor Cin is an amplification factor. The source and drain of the amplifier reset transistor Tr5 are connected to both ends of the capacitor Cf of the feedback circuit of the column amplifier CAMP. When the timing signal φCARST output from the
カラムアンプCAMPの出力CAOUTは、画像信号蓄積用のトランジスタTr6およびダーク信号蓄積用のトランジスタTr7のドレインに接続される。タイミング発生回路102が出力するタイミング信号φTSがトランジスタTr6のゲートに入力されるとトランジスタTr6がオンして、コンデンサCtsがカラムアンプCAMPが出力する画像信号の電圧になるまで充電される。また、タイミング発生回路102が出力するタイミング信号φTDがトランジスタTr7のゲートに入力されるとトランジスタTr7がオンして、コンデンサCtdがカラムアンプCAMPが出力するダーク信号の電圧になるまで充電される。コンデンサCtsの電圧は画像信号Vsg(1)として、コンデンサCtdの電圧はダーク信号Vdk(1)として、それぞれ水平出力回路103に入力される。
The output CAOUT of the column amplifier CAMP is connected to the drains of the image signal storage transistor Tr6 and the dark signal storage transistor Tr7. When the timing signal φTS output from the
このようにして、M個の各列の信号増幅・蓄積部SGA(1)〜(M)は、M個の列の画素P(n,m)から行単位で読み出される画像信号およびダーク信号を一旦コンデンサに保持し、各列毎にM組の画像信号Vsg(m)およびダーク信号Vdk(m)を水平出力回路103に出力する。
In this way, the signal amplification / accumulation units SGA (1) to (M) for each of the M columns receive the image signal and the dark signal that are read out in units of rows from the pixels P (n, m) of the M columns. Once held in a capacitor, M sets of image signals Vsg (m) and dark signals Vdk (m) are output to the
水平出力回路103は、M個の画素P(n,m)から行単位で読み出されるM個の画像信号Vsg(m)およびダーク信号Vdk(m)をタイミング信号φLMに従って1画素毎にCCD方式で読み出し、画像信号Vsgおよびダーク信号Vdkとしてパルス出力回路104に出力する。ここで、タイミング発生回路102が出力するタイミング信号φLMは、画素毎の処理の基準となるタイミング信号で、画素毎に出力される。
The
次に、図3において、パルス出力回路104の構成について説明する。パルス出力回路104は、ランプ信号発生回路(LAMP)105と、コンパレータ(CMP)106と、コンパレータ(CMP)107と、排他的論理和演算部(EXOR)108とで構成される。LAMP105は、開始電圧から終了電圧までノコギリ歯状に直線的に変化するランプ信号を出力する回路で、タイミング信号φLM毎に繰り返してランプ信号を出力する。尚、タイミング発生回路102が出力するタイミング信号φLMは、先に説明したように、水平出力回路103が1画素毎に画像信号Vsg(m)およびダーク信号Vdk(m)を出力するタイミングを与えると共に、LAMP105が1画素毎に出力するランプ信号の発生期間の基準となるタイミング信号である。
Next, the configuration of the
ここで、LAMP105の回路例について図4を用いて説明する。図4に示したLAMP105は、定電流源CPL1と、コンデンサC1と、定電流源CPL1への電源の供給をオンオフするスイッチSW1と、コンデンサC1に蓄積された電荷をリセットするスイッチSW2と、インバータINV1とで構成される。さらに、スイッチSW1とスイッチSW2とを制御する信号として、タイミング発生回路102が出力するタイミング信号φLMが入力される。タイミング信号φLMはそのままスイッチSW1を制御し、インバータINV1を介してスイッチSW2を制御する。つまり、スイッチSW1とスイッチSW2とは相補的な動作を行い、スイッチSW1が閉じている間はスイッチSW2は開いている。逆に、スイッチSW2が閉じている間はスイッチSW1は開いている。尚、スイッチSW1はタイミング信号φLMがhighレベルの時に閉じ、スイッチSW2はタイミング信号φLMがlowレベルの時に閉じる。
Here, a circuit example of the
例えば、タイミング信号φLMがlowレベルの時はコンデンサC1の電荷はリセットされ、タイミング信号φLMがhighレベルの時は定電流源CPL1が動作してコンデンサC1を定電流で充電する。この結果、コンデンサC1から出力されるランプ信号LAMPoutは、接地電圧からノコギリ歯状に直線的に電源電圧まで上昇する。そして、再びスイッチSW1がオフすると同時にスイッチSW2がオンすると、コンデンサC1の電荷はリセットされ、コンデンサC1から出力されるランプ信号LAMPoutは、接地電圧に戻る。このように、タイミング信号φLMに同期してランプ信号LAMPoutが出力される。尚、実際には、例えば各画素P(n,m)が出力する画像信号Vsg(m)とダーク信号Vdk(m)の信号電圧の範囲が0.2V(ボルト)から1.2Vの場合、LAMP105が出力するランプ信号の開始電圧と終了電圧をそれぞれ0Vから1.5Vなど、画像信号Vsg(m)とダーク信号Vdk(m)の信号電圧の範囲を含む電圧に設定しておく。
For example, when the timing signal φLM is at a low level, the charge of the capacitor C1 is reset, and when the timing signal φLM is at a high level, the constant current source CPL1 operates to charge the capacitor C1 with a constant current. As a result, the ramp signal LAMPout output from the capacitor C1 rises linearly from the ground voltage to the power supply voltage in a sawtooth shape. When the switch SW1 is turned off and the switch SW2 is turned on again, the charge of the capacitor C1 is reset, and the ramp signal LAMPout output from the capacitor C1 returns to the ground voltage. Thus, the ramp signal LAMPout is output in synchronization with the timing signal φLM. Actually, for example, when the signal voltage range of the image signal Vsg (m) and the dark signal Vdk (m) output from each pixel P (n, m) is 0.2V (volt) to 1.2V, The start voltage and end voltage of the ramp signal output from the
図3において、LAMP105が出力するランプ信号LAMPoutは、CMP106とCMP107の+入力端子の基準電圧として与えられる。一方、CMP106の−入力端子には水平出力回路103から各画素毎のダーク信号Vdkが入力され、CMP107の−入力端子には水平出力回路103から各画素毎の画像信号Vsgが入力される。CMP106は、ダーク信号Vdkとランプ信号LAMPoutとを比較してダーク信号CMPdkを出力する。同様に、CMP107は、画像信号Vsgとランプ信号LAMPoutとを比較して画像信号CMPsgを出力する。ここで、画像信号CMPsgとダーク信号CMPdkは二値のパルスに変換される。つまり、水平出力回路103が出力するアナログの画像信号Vsgとダーク信号Vdkは、LAMP105とCMP106とCMP107とによって、それぞれの信号電圧に応じたパルス幅で示される画像信号CMPsgとダーク信号CMPdkの二値のパルスに変換される。
In FIG. 3, the ramp signal LAMPout output from the
そして、二値のパルスに変換されたダーク信号CMPdkおよび画像信号CMPsgは、EXOR108に入力されて排他的論理和演算が行われ、画像信号IMGoutとして撮像素子101から出力される。ここで、EXOR108は、画像信号CMPsgとダーク信号CMPdkとの差分を取る処理を行っている。つまり、EXOR108の出力には、画像信号CMPsgのパルス幅からダーク信号CMPdkのパルス幅を差し引いた長さの二値信号が得られるので、EXOR108は、各列毎に配置されたM個のカラムアンプCAMP(m)のばらつきを除去するための相関二重サンプリング回路と同じ働きを実現する。尚、各パルスのタイミングについては後で詳しく説明する。
The dark signal CMPdk and the image signal CMPsg converted into binary pulses are input to the
このようにして、パルス出力回路104は、水平出力回路103から画素単位で出力されるアナログの画像信号Vsgおよびダーク信号Vdkを二値のパルスに変換して、列毎に設けられたカラムアンプ間のばらつきを除去した二値の画像信号IMGoutを撮像素子101の外部に出力する。
In this way, the
ここで、撮像素子101において、一行分の画素を読み出す際の動作シーケンスについて図5を用いて説明する。図5は、撮像素子101のn行目を読み出す際の動作シーケンスを中心に描いた図である。図5において、タイミングT21までは(n−1)行目の読み出し動作を示し、タイミングT21からタイミングT27まではn行目の読み出し動作を示し、タイミングT27以降は(n+1)行目の読み出し動作をそれぞれ示している。以下、n行目の読み出し動作について説明する。
Here, an operation sequence at the time of reading pixels for one row in the
(タイミングT21からタイミングT22の動作)n行目のM個の画素から信号を読み出す場合、先ずタイミングT21からタイミングT22にかけてn行目の一行分のM個の画素P(n,m)の信号を同時に読み出す。この時読み出された画像信号およびダーク信号はそれぞれ各列の信号増幅・蓄積部SGM(m)のコンデンサCsg(m)とコンデンサCdk(m)とにそれぞれ保持される。 (Operation from Timing T21 to Timing T22) When reading signals from M pixels in the n-th row, first, signals from M pixels P (n, m) for one row in the n-th row from timing T21 to timing T22. Read simultaneously. The image signal and dark signal read at this time are respectively held in the capacitor Csg (m) and the capacitor Cdk (m) of the signal amplification / accumulation unit SGM (m) of each column.
(タイミングT22からタイミングT23の動作)水平出力回路103は、M個の信号増幅・蓄積部SGM(m)のコンデンサCsg(m)とコンデンサCdk(m)にそれぞれ保持された一行分のM個の画像信号Vsg(m)およびダーク信号Vdk(m)をタイミング信号φPXに従って1画素ずつ画像信号Vsgおよびダーク信号Vdkとしてパルス出力回路104に出力する。このように、図5のタイミングT22からタイミングT23の期間においては、1列目の画素P(n,1)から読み出して信号増幅・蓄積部SGM(1)のコンデンサCsg(1)とコンデンサCdk(1)にそれぞれ保持された画像信号Vsg(1)およびダーク信号Vdk(1)をパルス出力回路104に出力する。そして、パルス出力回路104で画素P(n,1)の画像信号Vsg(1)およびダーク信号Vdk(1)を先に述べた方法でパルス幅に変換し、n行目で1列目の二値の画像信号IMGoutとして撮像素子101から出力する。
(Operation from Timing T22 to Timing T23) The
(タイミングT23からタイミングT24の動作)水平出力回路103は、次の列(2列目)の画素P(n,2)から読み出されて信号増幅・蓄積部SGM(2)のコンデンサCsg(2)とコンデンサCdk(2)にそれぞれ保持されている画像信号Vsg(2)およびダーク信号Vdk(2)をタイミング信号φPXに従って読み出してパルス出力回路104に出力する。そして、パルス出力回路104で2列目の画素P(n,2)の画像信号Vsg(2)およびダーク信号Vdk(2)をパルス幅に変換し、n行目で2列目の二値の画像信号IMGoutとして撮像素子101から出力する。
(Operation from Timing T23 to Timing T24) The
同様に、タイミングT24からタイミングT25においては、3列目の画素P(n,3)の画像信号Vsg(3)およびダーク信号Vdk(3)をパルス幅に変換して、n行目で3列目の二値の画像信号IMGoutとして撮像素子101から出力する。
Similarly, from timing T24 to timing T25, the image signal Vsg (3) and the dark signal Vdk (3) of the pixel P (n, 3) in the third column are converted into pulse widths, and three columns in the nth row. Output from the
最後のタイミングT26からタイミングT27においても、M列目の画素P(n,M)の画像信号Vsg(M)およびダーク信号Vdk(M)をパルス幅に変換して、n行目でM列目の二値の画像信号IMGoutとして撮像素子101から出力する。
Also from the last timing T26 to timing T27, the image signal Vsg (M) and the dark signal Vdk (M) of the pixel P (n, M) in the Mth column are converted into pulse widths, and the Mth column in the nth row. Is output from the
このようにして、水平出力回路103は、n行目のM列分の画像信号を画素毎に順番に読み出し、パルス出力回路104はM列分の画像信号はパルス幅に変換して、時間的に連続した1行分の二値の画像信号IMGoutとして撮像素子101から出力する。尚、タイミングT27からタイミングT28の期間は次の(n+1)行目の一行分のM個の画素P(n+1,m)から画像信号およびダーク信号を読み出して、それぞれ各列の信号増幅・蓄積部SGM(m)のコンデンサCsg(m)とコンデンサCdk(m)にそれぞれ保持する。以降、同様にして撮像素子101のN列分の画像信号を二値の画像信号IMGoutとして出力し、撮像素子101で撮影した画像1枚分の画像信号の読み出しが終了する。
In this way, the
次に、図1から図4で説明した回路の動作について、図6のタイミングチャートを用いて詳しく説明する。尚、図6は、図5のタイミングT21からタイミングT23までの動作を詳しく描いた図である。図6において、タイミング発生回路102が各行毎に出力するN組のタイミング信号φRES(n),φTX(n),φSEL(n)と、図3で説明したタイミング信号φCARST,φTD,φTS,φLMと、水平出力回路103が出力するアナログの画像信号Vsg(m)およびダーク信号Vdk(m)と(実際にはM組の信号がある)、LAMP105が出力するランプ信号LAMPoutと、CMP106およびCMP107がそれぞれ出力する二値のダーク信号CMPdkおよび画像信号CMPsgと、パルス出力回路104が最終的に出力する二値の画像信号IMGoutとを描いたタイミングチャートである。
Next, the operation of the circuit described with reference to FIGS. 1 to 4 will be described in detail with reference to the timing chart of FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating in detail the operation from timing T21 to timing T23 in FIG. 6, the N timing signals φRES (n), φTX (n), φSEL (n) output from the
図6において、最初のタイミングT0までの期間は、タイミング信号φRES(n)がリセット用トランジスタTr4のゲートに入力され、各画素(n,m)のFD部はリセット電圧にリセットされている。
(タイミングT0)タイミング信号φRES(n)がオフになり、FD部のリセットが解除される。
(タイミングT1)タイミング信号φSEL(n)が選択用トランジスタTr3のゲートに入力され、FD部に蓄積されている電荷は増幅用トランジスタTr2を介して垂直信号線VLINE(m)に読み出される。この時、FD部はリセット電圧にリセットされていたので、垂直信号線VLINE(m)に読み出される電圧は殆ど変化しない。
(タイミングT2)タイミング信号φTDがダーク信号蓄積用のトランジスタTr7のゲートに入力されると、カラムアンプCAMPは垂直信号線VLINE(m)の信号を増幅して出力CAOUTからトランジスタTr7を介してコンデンサCtdに蓄積する。尚、コンデンサCtdに蓄積される時間は、タイミング信号φTDのオン期間である。
(タイミングT3)タイミング信号φCARSTがアンプリセット用トランジスタTr5のゲートに入力されると、カラムアンプCAMPの帰還回路に入っているコンデンサCfは短絡された状態となる。つまり、カラムアンプCAMPの出力CAOUTはリセットされる。尚、カラムアンプCAMPがリセットされる時間は、タイミング信号φCARSTのオン期間である。
(タイミングT4)タイミング信号φCARSTがオフになると、再び、カラムアンプCAMPは垂直信号線VLINE(m)の信号を増幅して出力CAOUTからダーク信号蓄積用のトランジスタTr7を介してコンデンサCtdに蓄積を開始する。尚、コンデンサCtdに蓄積される時間は、タイミング信号φTDがオフするタイミングT5までの期間である。
(タイミングT5)タイミング信号φTDがオフすると、トランジスタTr7もオフされるので、カラムアンプCAMPの出力CAOUTからコンデンサCtdへの蓄積は終了する。
(タイミングT6)タイミング信号φTX(n)が転送用トランジスタTr1のゲートに入力され、フォトダイオードPDに蓄積されている電荷はFD部に転送される。この時、リセット電圧にリセットされていたFD部の電圧は、フォトダイオードPDから転送される電荷量に応じて低下し、増幅用トランジスタTr2および選択用トランジスタTr3を介して垂直信号線VLINE(m)に読み出される信号電圧も低下する。
In FIG. 6, during the period up to the first timing T0, the timing signal φRES (n) is input to the gate of the reset transistor Tr4, and the FD portion of each pixel (n, m) is reset to the reset voltage.
(Timing T0) The timing signal φRES (n) is turned off, and the reset of the FD section is released.
(Timing T1) The timing signal φSEL (n) is input to the gate of the selection transistor Tr3, and the charge accumulated in the FD portion is read to the vertical signal line VLINE (m) via the amplification transistor Tr2. At this time, since the FD portion has been reset to the reset voltage, the voltage read to the vertical signal line VLINE (m) hardly changes.
(Timing T2) When the timing signal φTD is input to the gate of the dark signal storage transistor Tr7, the column amplifier CAMP amplifies the signal of the vertical signal line VLINE (m) and outputs the capacitor Ctd from the output CAOUT via the transistor Tr7. To accumulate. The time accumulated in the capacitor Ctd is the ON period of the timing signal φTD.
(Timing T3) When the timing signal φCARST is input to the gate of the amplifier reset transistor Tr5, the capacitor Cf in the feedback circuit of the column amplifier CAMP is short-circuited. That is, the output CAOUT of the column amplifier CAMP is reset. The time for resetting the column amplifier CAMP is an ON period of the timing signal φCARST.
(Timing T4) When the timing signal φCARST is turned off, the column amplifier CAMP again amplifies the signal of the vertical signal line VLINE (m) and starts accumulation in the capacitor Ctd from the output CAOUT via the dark signal accumulation transistor Tr7. To do. The time accumulated in the capacitor Ctd is a period up to the timing T5 when the timing signal φTD is turned off.
(Timing T5) When the timing signal φTD is turned off, the transistor Tr7 is also turned off, and the accumulation from the output CAOUT of the column amplifier CAMP to the capacitor Ctd is completed.
(Timing T6) A timing signal φTX (n) is input to the gate of the transfer transistor Tr1, and the charge accumulated in the photodiode PD is transferred to the FD portion. At this time, the voltage of the FD portion that has been reset to the reset voltage decreases according to the amount of charge transferred from the photodiode PD, and the vertical signal line VLINE (m) is passed through the amplification transistor Tr2 and the selection transistor Tr3. The signal voltage read out at the same time also decreases.
また、タイミングT6の時点で、タイミング信号φTSがトランジスタTr6のゲートに入力されると、カラムアンプCAMPは垂直信号線VLINE(m)の信号を増幅して出力CAOUTからトランジスタTr6を介してコンデンサCtsに蓄積する。尚、コンデンサCtsに蓄積される時間は、タイミング信号φTSのオン期間である。
(タイミングT7)タイミング信号φTX(n)がオフし、フォトダイオードPDからFD部への電荷の転送を終了する。
(タイミングT8)タイミング信号φTSがオフすると、トランジスタTr6もオフされるので、カラムアンプCAMPの出力CAOUTからコンデンサCtsへの蓄積は終了する。
At timing T6, when the timing signal φTS is input to the gate of the transistor Tr6, the column amplifier CAMP amplifies the signal of the vertical signal line VLINE (m) and outputs the output CAOUT to the capacitor Cts via the transistor Tr6. accumulate. The time accumulated in the capacitor Cts is the ON period of the timing signal φTS.
(Timing T7) The timing signal φTX (n) is turned off, and the transfer of charges from the photodiode PD to the FD portion is completed.
(Timing T8) When the timing signal φTS is turned off, the transistor Tr6 is also turned off, and the accumulation from the output CAOUT of the column amplifier CAMP to the capacitor Cts ends.
このように、各画素P(n,m)において、フォトダイオードPDからFD部に転送される前のFD部のダーク信号が読み出されてコンデンサCtdに蓄積され、続いてフォトダイオードPDに蓄積された画像信号が読み出されてコンデンサCtsに蓄積される。ここまでの動作は図5で説明したタイミングT21からタイミングT22までの動作に相当する。 As described above, in each pixel P (n, m), the dark signal of the FD portion before being transferred from the photodiode PD to the FD portion is read and accumulated in the capacitor Ctd, and subsequently accumulated in the photodiode PD. The read image signal is read out and stored in the capacitor Cts. The operation so far corresponds to the operation from the timing T21 to the timing T22 described in FIG.
次に、図6において、タイミングT22からタイミングT23は、1列目の信号増幅・蓄積部SGM(1)のコンデンサCsg(1)とコンデンサCdk(1)にそれぞれ保持されているn行1列目の画素P(n,1)の画像信号Vsg(1)とダーク信号Vdk(1)とを水平出力回路103を介してパルス出力回路104に読み出し、画像信号IMGoutを出力する動作を示している。
Next, in FIG. 6, from the timing T22 to the timing T23, the n-th first column held in the capacitor Csg (1) and the capacitor Cdk (1) of the signal amplification / accumulation unit SGM (1) in the first column, respectively. The image signal Vsg (1) and dark signal Vdk (1) of the pixel P (n, 1) of the pixel P is read out to the
先ず、タイミング信号φLMがタイミングT8でオン(highレベル)になると、水平出力回路103から1列目の画像信号Vsg(1)とダーク信号Vdk(1)とがパルス出力回路104に出力される。同時に、図4で説明したようにLAMP105が出力するランプ信号LAMPoutは直線的に増加していく。そして、タイミングT9において、ランプ信号LAMPoutのレベルがダーク信号Vdk(1)のレベルを超えると、コンパレータCMP106が出力する二値のダーク信号CMPdkが反転してhighレベルになる。同時に、パルス出力回路104が出力する二値の画像信号IMGoutも反転してhighレベルになる。
First, when the timing signal φLM is turned on (high level) at timing T8, the
引き続き、ランプ信号LAMPoutが直線的に増加していくと、タイミングT10において、ランプ信号LAMPoutのレベルが画像信号Vsg(1)のレベルを超える。そして、コンパレータCMP107が出力する二値の画像信号CMPsgが反転してhighレベルになる。同時に、パルス出力回路104が出力する二値の画像信号IMGoutは再反転してLowレベルに戻る。
Subsequently, when the ramp signal LAMPout increases linearly, the level of the ramp signal LAMPout exceeds the level of the image signal Vsg (1) at timing T10. Then, the binary image signal CMPsg output from the comparator CMP107 is inverted to a high level. At the same time, the binary image signal IMGout output from the
この後、さらにランプ信号LAMPoutは増加していくが、タイミングT11において、タイミング信号φLMがオフ(lowレベル)になると、図4で説明したようにLAMP105が出力するランプ信号LAMPoutはリセットされて0に戻る。同時に、コンパレータCMP106が出力する二値のダーク信号CMPdkとコンパレータCMP107が出力する二値の画像信号CMPsgもlowレベルになる。尚、EXOR108は、ダーク信号CMPdkと画像信号CMPsgの微妙なタイミング差でひげ状のノイズが出ないようにタイミング制御されているものとする。或いは、EXOR108の出力に微小なひげ状のノイズを除去するフィルタを設けても構わない。
Thereafter, the ramp signal LAMPout further increases. However, when the timing signal φLM is turned off (low level) at timing T11, the ramp signal LAMPout output by the
同様にして、水平出力回路103から1列目の画像信号Vsg(1)とダーク信号Vdk(1)とがパルス出力回路104に出力され、二値の画像信号IMGoutに変換されて撮像素子101から出力される。
Similarly, the image signal Vsg (1) and the dark signal Vdk (1) in the first column are output from the
このようにして、M列分の画像信号の読み出しを順番に行い、n行目のM列分の画像信号はパルス幅に変換されて、画像信号IMGoutとして撮像素子101から出力される。特に本実施形態では、EXOR108で画像信号CMPsgからダーク信号CMPdkを引き算するので、簡易な回路で信号のばらつきを補正する相関二重サンプリング回路を実現できる。
In this manner, the image signals for M columns are sequentially read, and the image signals for M columns in the nth row are converted into pulse widths and output from the
尚、本実施形態では、水平出力回路103において、一行分のM個の画像信号およびダーク信号をタイミング信号φLMに応じて画素毎に順に出力するCCD型の回路例を示したが、CMOS型の回路の場合は図7に示すような回路構成で実現できる。図7において、各列毎に設けられたM個の信号増幅・蓄積部SGM(m)に画像信号Vsg(m)およびダーク信号Vdk(m)が読み出されて保持されるところまでは図3と同じであるが、各列毎に図3のパルス出力回路104と同じ構成のパルス出力回路104(1)からパルス出力回路104(M)までのM個のパルス出力回路104(m)が設けられている。そして、M個のパルス出力回路104(m)毎に、M個の二値の画像信号IMGouta(m)が撮像素子101から出力される。尚、この場合は、画像信号IMGout(1)から画像信号IMGout(M)までのM個の画像信号を出力する端子を撮像素子101に設ける必要がある。
In the present embodiment, a CCD type circuit example is shown in which the
また、本実施形態では、パルス出力回路104をLAMP105と、CMP106と、CMP107と、EXOR108とで構成する例を示したが、図6と同様の信号発生やタイミング制御を行うことができる回路であれば同様の効果が得られる。さらに、LAMP105は、直線的に出力が増加する回路を用いたが、例えばガンマ特性を含む形状の信号を出力できるようにしても構わない。この場合は、撮像素子101からガンマ変換を行った画像信号を出力できるので、後段でのガンマ変換回路が不要になる。
In the present embodiment, the example in which the
(本実施形態の第一の変形例)
次に、先に述べた実施形態の第一の変形例について説明する。尚、N×M個の画素P(n,m)から行単位で画像信号とダーク信号とを読み出してM個の信号増幅・蓄積部SGM(m)のコンデンサCsg(m)とコンデンサCdk(m)とにそれぞれ保持するところまでの動作は、先の実施形態と同じである。
(First modification of this embodiment)
Next, a first modification of the above-described embodiment will be described. Note that image signals and dark signals are read out from N × M pixels P (n, m) in units of rows, and capacitors Csg (m) and capacitors Cdk (m) of M signal amplification / storage units SGM (m) are read out. ) And the operation to hold each is the same as in the previous embodiment.
図8は、第一の変形例における水平出力回路103より後段の回路図である。第一の変形例では、上記の実施形態で説明した水平出力回路103の代わりに水平出力回路103aと、パルス出力回路104と同じ構成の回路のパルス出力回路104aと104bとが設けられ、さらに、2つのパルス出力回路104aと104bとの出力を合成する合成回路201が設けられている。
FIG. 8 is a circuit diagram subsequent to the
図8において、水平出力回路103aは、奇数列の画像信号Vsg(2j−1)およびVdk(2j−1)と、偶数列の画像信号Vsg(2j)およびVdk(2j)とを同時に出力する。ここで、jは1から(M/2)までの自然数である。また、Mは先に用いた列数を示し、ここではMを偶数とする。
In FIG. 8, the
水平出力回路103aから読み出された奇数列の画像信号Vsg(2j−1)およびVdk(2j−1)はパルス出力回路104aに入力される。また、偶数列の画像信号Vsg(2j)およびVdk(2j)はパルス出力回路104bに入力される。そして、パルス出力回路104aは奇数列の二値の画像信号OUTaと偶数列の二値の画像信号OUTbとを出力し、合成回路201に入力される。尚、二値の画像信号OUTa,OUTbは、先に図6で説明したIMGoutと同様の信号である。
The odd-numbered image signals Vsg (2j-1) and Vdk (2j-1) read from the
次に、合成回路201の構成例について説明する。図8に示すように、合成回路201は、コンデンサCa1と、コンデンサCa2と、抵抗R1と、抵抗R2と、バッファBUF1と、バッファBUF2と、排他的論理和演算部(EXOR)202とで構成される。合成回路201において、奇数列の二値の画像信号OUTaに対して、コンデンサCa1と抵抗R1とで構成される微分回路aを通り、その微分回路aがEXOR202の影響を受けないようにするバッファBUF1を介してEXOR202に入力される。同様に、偶数列の二値の画像信号OUTbに対して、コンデンサCa2と抵抗R2とで構成される微分回路bを通り、その微分回路bがEXOR202の影響を受けないようにするバッファBUF2を介してEXOR202に入力される。そして、EXOR202の出力は、撮像素子101から出力される二値の画像信号IMGoutaとなる。尚、微分回路aおよび微分回路bの時定数は異なるものとする。
Next, a configuration example of the
次に、合成回路201の動作例について、図9を用いて説明する。図9は、図8の回路図の各部の波形の様子を示した図である。尚、図8と同符号のものは同じものを表す。図9は、一行目の奇数列の画素P(1,1)と画素P(1,3)と画素P(1,5)、および一行目の偶数列の画素P(1,2)と画素P(1,4)と画素P(1,6)を読み出す場合の一例である。先ず、奇数列の画素P(1,1)は、タイミングT31で立ち上がるので、微分回路aの時定数に応じた所定幅のパルスがバッファBUF1から出力される。次に、偶数列の画素P(1,2)は、タイミングT32で立ち上がるので、微分回路bの時定数に応じた所定幅のパルスがバッファBUF2から出力される。尚、微分回路aの時定数は微分回路bの時定数より小さいものとする。また、微分回路aの立ち上がり位置(タイミングT31)は奇数列の二値の画像信号OUTaの開始位置を示し、微分回路bの立ち上がり位置(タイミングT32)は奇数列の二値の画像信号OUTbの開始位置を示す。一方、奇数列の二値の画像信号OUTaの終了位置と奇数列の二値の画像信号OUTbの終了位置は、図6のタイミングT11に示したように、必ずタイミングTe1で一致する。同様に、画素P(1,3)と画素(1,4)の終了位置のタイミングTe2と画素P(1,5)と画素(1,6)の終了位置のタイミングTe3も、1画素の周期の中でタイミングTe1と同じ位置になる。従って、画像信号OUTaおよび画像信号OUTbのパルス開始位置だけを撮像素子101から出力すれば、外部の回路で画像信号OUTaおよび画像信号OUTbのパルス幅を復元することができる。
Next, an operation example of the
図9において、奇数列の画素P(1,1)と偶数列の画素P(1,2)の例では、奇数列のバッファBUF1の出力パルスと、偶数列のバッファBUF2の出力パルスとは重ならないので、EXOR202から出力される画像信号IMGoutaでも重ならない。従って、撮像素子101の外部回路において、画像信号OUTaおよび画像信号OUTbのパルス開始位置を判別可能である。
In FIG. 9, in the example of the odd-numbered column pixel P (1,1) and the even-numbered column pixel P (1,2), the output pulse of the odd-numbered column buffer BUF1 and the output pulse of the even-numbered column buffer BUF2 overlap. Therefore, the image signal IMGouta output from the
次に、奇数列の画素P(1,3)と偶数列の画素P(1,4)の例では、タイミングT33で奇数列の画素P(1,3)のバッファBUF1から出力されるパルス幅が、タイミングT34で偶数列の画素P(1,4)のバッファBUF2から出力されるパルスの立ち上がりに一致するため、EXOR202から出力される画像信号IMGoutaは1つの連続した広い幅のパルスになってしまう。この場合は、画像信号OUTaおよび画像信号OUTbのパルス開始位置を撮像素子101の外部で判別する際に、最大でバッファBUF2のパルス幅分の誤差が生じるが、パルス幅を細くすることによって誤差を小さくすることができる。
Next, in the example of the odd-numbered pixel P (1,3) and the even-numbered pixel P (1,4), the pulse width output from the buffer BUF1 of the odd-numbered pixel P (1,3) at the timing T33. However, since it coincides with the rising edge of the pulse output from the buffer BUF2 of the even-numbered pixel P (1, 4) at the timing T34, the image signal IMGouta output from the
さらに、奇数列の画素P(1,5)と偶数列の画素P(1,6)の例では、タイミングT35で奇数列の画素P(1,5)のバッファBUF1から出力されるパルスと、偶数列の画素P(1,6)のバッファBUF2から出力されるパルスの立ち上がりが一致するため、EXOR202から出力される画像信号IMGoutaはバッファBUF2から出力されるパルスだけしか見えない。この場合は、撮像素子101の外部回路で画像信号OUTaおよび画像信号OUTbのパルス開始位置を判別する際に、最大でバッファBUF1のパルス幅分の誤差が生じるが、パルス幅を細くすることによって誤差を小さくすることができる。
Furthermore, in the example of the odd-numbered pixel P (1,5) and the even-numbered pixel P (1,6), a pulse output from the buffer BUF1 of the odd-numbered pixel P (1,5) at timing T35; Since the rising edges of the pulses output from the buffer BUF2 of the pixels P (1, 6) in the even columns match, the image signal IMGouta output from the
このように、奇数列の二値の画像信号OUTaと、偶数列の二値の画像信号OUTbとを合成して撮像素子101から出力できるので、先の実施形態に比べて出力時間を短くすることが可能である。
As described above, since the binary image signal OUTa in the odd-numbered column and the binary image signal OUTb in the even-numbered column can be combined and output from the
尚、先の実施形態で説明した図7のようなCMOS型の回路構成で本変形例を実現する場合は、図10に示すような回路構成になる。図10において、各列毎に配置されたパルス出力回路104(1)からパルス出力回路104(M)までのM個のパルス出力回路104(m)の隣接する2列毎に図8の合成回路201と同じ構成の合成回路201(1)から合成回路201(M/2)が設けられている。ここで、図8および図9の画像信号OUTaは、図10の画像信号OUTa(1)から画像信号OUTa(M−1)の奇数列のパルス出力回路104(m)の出力に対応し、図8および図9の画像信号OUTbは、図10の画像信号OUTb(2)から画像信号OUTb(M)の偶数列のパルス出力回路104(m)の出力に対応する。また、図8および図9の画像信号IMGoutbは、図10のM/2個の画像信号IMGoutb(1)から画像信号IMGoutb(M/2)に対応する。このように、図7の実施例では画像信号IMGout(1)から画像信号IMGout(M)までのM個の画像信号を出力するM個の端子が必要であったが、第一の変形例では半分のM/2個の端子で実現することができ、撮像素子101のパッケージサイズの小型化や低価格化が可能になる。
When the present modification is realized with the CMOS circuit configuration as shown in FIG. 7 described in the previous embodiment, the circuit configuration is as shown in FIG. In FIG. 10, the combining circuit of FIG. 8 is provided for every two adjacent columns of M pulse output circuits 104 (m) from the pulse output circuit 104 (1) to the pulse output circuit 104 (M) arranged for each column. A synthesis circuit 201 (M / 2) is provided from the synthesis circuit 201 (1) having the same configuration as that of the 201. Here, the image signal OUTa in FIGS. 8 and 9 corresponds to the output of the pulse output circuit 104 (m) in the odd-numbered columns of the image signal OUTa (M-1) from the image signal OUTa (1) in FIG. The image signal OUTb in FIGS. 8 and 9 corresponds to the output of the pulse output circuit 104 (m) in the even column of the image signal OUTb (2) to the image signal OUTb (M) in FIG. 8 and FIG. 9 corresponds to the image signal IMGoutb (M / 2) from the M / 2 image signals IMGoutb (1) in FIG. Thus, in the embodiment of FIG. 7, M terminals for outputting M image signals from the image signal IMGout (1) to the image signal IMGout (M) are necessary. This can be realized with half the number of M / 2 terminals, so that the package size of the
また、端子数がM個のままであっても、同時に2画素の情報を読み出せるため、第1の実施形態に比べて出力時間を短くすることができるため、フレームレートや連写速度を向上することができる。 In addition, even if the number of terminals remains M, the information of two pixels can be read out simultaneously, so the output time can be shortened compared to the first embodiment, and the frame rate and continuous shooting speed are improved. can do.
(本実施形態の第二の変形例)
次に、先に述べた実施形態の第二の変形例について、図11を用いて説明する。尚、第二の変形例は、図8で説明した第一の変形例と同様に、奇数列の二値の画像信号OUTaと、偶数列の二値の画像信号OUTbとを合成して撮像素子101から出力するようになっているが、合成回路201の微分回路bを省略している。尚、図11において、図8と同符号のものは同じものを示す。第二の変形例における合成回路203は、図8の合成回路201の微分回路bがなく、パルス出力回路104bの出力がそのままEXOR202に入力されている。
(Second modification of this embodiment)
Next, a second modification of the above-described embodiment will be described with reference to FIG. Note that, in the second modified example, as in the first modified example described with reference to FIG. 8, the image sensor is obtained by combining the binary image signal OUTa in the odd-numbered column and the binary image signal OUTb in the even-numbered column. 101, the differentiation circuit b of the
次に、第二の変形例の合成回路203の動作例について、図12を用いて説明する。図12は、、図11の回路図の各部の波形の様子を示した図である。尚、図11と同符号のものは同じものを表す。図12は、一行目の奇数列の画素P(1,1)と画素P(1,3)と画素P(1,5)、および一行目の偶数列の画素P(1,2)と画素P(1,4)と画素P(1,6)を読み出す場合の一例である。先ず、奇数列の画素P(1,1)は、タイミングT31で立ち上がるので、微分回路aの時定数に応じた所定幅のパルスがバッファBUF1から出力される。ここで、微分回路aの立ち上がり位置(タイミングT31)は奇数列の二値の画像信号OUTaの開始位置を示す。次に、偶数列の画素P(1,2)は、タイミングT32で立ち上がり、パルス出力回路104bから出力される二値の画像信号OUTbがそのままEXOR202に入力される。一方、第一の変形例の図9と同様に、タイミングTe1と、タイミングTe2と、タイミングTe3は1画素毎の周期の中で同じ位置にあり、画像信号OUTaと画像信号OUTbのパルスの終了位置となる。このようにして、画像信号OUTaのパルス開始位置だけを撮像素子101から出力すれば、外部の回路で画像信号OUTaのパルス幅を復元することができる。
Next, an operation example of the
図12において、奇数列の画素P(1,1)と偶数列の画素P(1,2)の例では、奇数列のバッファBUF1の出力パルスと、偶数列の画像信号OUTbとは重ならないので、EXOR202から出力される画像信号IMGoutbも重ならず、撮像素子101の外部回路において奇数列の信号と偶数列の信号とを判別できる。
In FIG. 12, in the example of the odd-numbered pixel P (1,1) and the even-numbered pixel P (1,2), the output pulse of the odd-numbered buffer BUF1 and the even-numbered image signal OUTb do not overlap. The image signal IMGoutb output from the
次に、奇数列の画素P(1,3)と偶数列の画素P(1,4)の例では、タイミングT33で奇数列の画素P(1,3)のバッファBUF1から出力されるパルス幅が、タイミングT34で偶数列の画素P(1,4)から出力される画像信号OUTbのパルスの立ち上がりと重なるため、EXOR202から出力される画像信号IMGoutbは1つの連続した広い幅のパルスになってしまう。この場合は、バッファBUF1のパルス幅が既知であれば、パルスの立ち下がりは同じタイミングTe2の位置なので、立ち上がり部分で重なっていることがわかる。従って、画像信号IMGoutbのパルスの立ち上がりをバッファBUF1のパルス幅分だけ遅らせた位置が画像信号OUTbの立ち下がり位置であることがわかり、奇数列の信号と偶数列の信号とを判別できる。
Next, in the example of the odd-numbered pixel P (1,3) and the even-numbered pixel P (1,4), the pulse width output from the buffer BUF1 of the odd-numbered pixel P (1,3) at the timing T33. However, since it overlaps with the rising edge of the pulse of the image signal OUTb output from the even-numbered pixel P (1, 4) at the timing T34, the image signal IMGoutb output from the
さらに、奇数列の画素P(1,5)と偶数列の画素P(1,6)の例では、タイミングT35で奇数列の画素P(1,5)のバッファBUF1から出力されるパルスが、偶数列の画素P(1,6)から出力される画像信号OUTbのパルスの途中で重なっている。このため、EXOR202から出力される画像信号IMGoutbは、画像信号OUTbのパルスの途中でバッファBUF1から出力されるパルス幅分が反転して出力される。この場合は、バッファBUF1のパルス幅が既知であれば、タイミングT35より前のパルス幅とバッファBUF1のパルス幅とを比べて、タイミングT35より前のパルス幅がバッファBUF1のパルス幅より広ければ、バッファBUF1のパルスではないことがわかる。この結果、タイミングT35でバッファBUF1のパルス幅分が反転している部分がバッファBUF1から出力されるパルスの位置であることがわかり、撮像素子101の外部回路において奇数列の信号と偶数列の信号とを判別できる。
Further, in the example of the odd-numbered pixel P (1,5) and the even-numbered pixel P (1,6), the pulse output from the buffer BUF1 of the odd-numbered pixel P (1,5) at timing T35 is: They overlap in the middle of the pulse of the image signal OUTb output from the pixels P (1, 6) in the even columns. Therefore, the image signal IMGoutb output from the
このように、奇数列の二値の画像信号OUTaと、偶数列の二値の画像信号OUTbとを合成して撮像素子101から出力できるので、第一の変形例と同様に、先の実施形態に比べて出力時間を短くすることが可能である。尚、図7で説明したCMOS型の回路構成に対応する場合は、第一の変形例で説明した図10と同じ回路構成で実現できる。この結果、第一の変形例と同様に半分のM/2個の端子で済むので、撮像素子101のパッケージサイズの小型化や低価格化が可能になる。
As described above, since the binary image signal OUTa in the odd-numbered column and the binary image signal OUTb in the even-numbered column can be synthesized and output from the
以上、本発明に係る撮像素子101の実施形態について説明したように、本発明に係る撮像素子101は、出力する画像信号をノイズに強いパルス幅またはパルス位置で出力することができる。
As described above, as described in the embodiment of the
さらに、本発明に係る撮像素子101に加えて、撮影光学系と、撮影制御部と、画像記録部とを設けることで、ノイズが少ないデジタル信号で記録することが可能なカメラを実現することができる。
Furthermore, by providing a photographing optical system, a photographing control unit, and an image recording unit in addition to the
101・・・撮像素子 102・・・タイミング発生回路
103,103a・・・水平出力回路
104,104a,104b・・・パルス出力回路
105・・・ランプ信号発生回路(LAMP)
106,107・・・コンパレータ(CMP)
108,202・・・排他的論理和演算部(EXOR)
201,203・・・合成回路
P(1,1)〜(N,M)・・・画素
VLINE(1)〜(M)・・・垂直信号線
CAMP・・・カラムアンプ
SGA(1)〜(M)・・・信号増幅・蓄積部
PW(1)〜PW(M)・・・定電流源
BUF1,BUF2・・・バッファ
CPL1・・・定電流源
SW1,SW2・・・スイッチ
INV1・・・インバータ
C1,Ca1,Ca2・・・コンデンサ
R1,R2・・・抵抗
DESCRIPTION OF
106, 107... Comparator (CMP)
108, 202 ... Exclusive OR operation part (EXOR)
201, 203... Synthesis circuits P (1, 1) to (N, M)... Pixel VLINE (1) to (M)... Vertical signal line CAMP. M) ... Signal amplification / accumulation unit PW (1) to PW (M) ... constant current sources BUF1, BUF2 ... buffer CPL1 ... constant current sources SW1, SW2 ... switch INV1 ... Inverters C1, Ca1, Ca2 ... Capacitors R1, R2 ... Resistors
Claims (6)
前記画素部のダーク信号を読み出して保持するダーク信号保持部と、
前記画素部の画像信号を読み出して保持する画像信号保持部と、
基準信号を発生する基準信号発生部と、
前記ダーク信号と前記基準信号とを比較するダーク信号比較部と、
前記画像信号と前記基準信号とを比較する画像信号比較部と、
前記ダーク信号比較部の出力と前記画像信号比較部の出力との排他的論理和を演算する排他的論理和演算部と
を設けたことを特徴とする撮像素子。 A pixel portion that converts light into an electrical signal;
A dark signal holding unit that reads and holds a dark signal of the pixel unit;
An image signal holding unit that reads and holds an image signal of the pixel unit;
A reference signal generator for generating a reference signal;
A dark signal comparison unit that compares the dark signal with the reference signal;
An image signal comparison unit for comparing the image signal and the reference signal;
An image pickup device comprising: an exclusive OR operation unit that calculates an exclusive OR of the output of the dark signal comparison unit and the output of the image signal comparison unit.
前記基準信号発生部は、ランプ信号を発生する回路で構成されることを特徴とする撮像素子。 The imaging device according to claim 1,
The image sensor according to claim 1, wherein the reference signal generator comprises a circuit that generates a ramp signal.
前記基準信号発生部は、前記撮像素子で撮影された画像を表示する時のガンマ特性を含む基準信号を発生することを特徴とする撮像素子。 The imaging device according to claim 1,
The image pickup device, wherein the reference signal generator generates a reference signal including a gamma characteristic when displaying an image taken by the image pickup device.
異なる2つの前記画素部を第1画素部および第2画素部とし、
前記第1画素部および前記第2画素部で用いられる排他的論理和演算部をそれぞれ第1排他的論理和演算部および第2排他的論理和演算部とし、
前記第1排他的論理和演算部の出力を所定の時定数で微分する第1微分回路と、
前記第2排他的論理和演算部の出力を前記第1微分回路の時定数とは異なる時定数で微分する第2微分回路と、
前記第1微分回路の出力と前記第2微分回路の出力との排他的論理和を演算する出力用排他的論理和演算部と
を更に設けたことを特徴とする撮像素子。 The imaging device according to claim 1,
Two different pixel portions are defined as a first pixel portion and a second pixel portion,
The exclusive OR operation unit used in the first pixel unit and the second pixel unit is a first exclusive OR operation unit and a second exclusive OR operation unit, respectively.
A first differentiating circuit for differentiating an output of the first exclusive OR operation unit with a predetermined time constant;
A second differentiating circuit for differentiating the output of the second exclusive OR operation unit with a time constant different from the time constant of the first differentiating circuit;
An image pickup device, further comprising: an output exclusive OR operation unit that calculates an exclusive OR of the output of the first differentiating circuit and the output of the second differentiating circuit.
異なる2つの前記画素部を第1画素部および第2画素部とし、
前記第1画素部および前記第2画素部で用いられる排他的論理和演算部をそれぞれ第1排他的論理和演算部および第2排他的論理和演算部とし、
前記第1排他的論理和演算部の出力を所定の時定数で微分する第1微分回路と、
前記第1微分回路の出力と前記第2排他的論理和演算部の出力との排他的論理和を演算する出力用排他的論理和演算部と
を更に設けたことを特徴とする撮像素子。 The imaging device according to claim 1,
Two different pixel portions are defined as a first pixel portion and a second pixel portion,
The exclusive OR operation unit used in the first pixel unit and the second pixel unit is a first exclusive OR operation unit and a second exclusive OR operation unit, respectively.
A first differentiating circuit for differentiating an output of the first exclusive OR operation unit with a predetermined time constant;
An image pickup device, further comprising: an output exclusive OR operation unit that calculates an exclusive OR of the output of the first differentiating circuit and the output of the second exclusive OR operation unit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008259403A JP5163410B2 (en) | 2008-10-06 | 2008-10-06 | Image sensor and camera |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008259403A JP5163410B2 (en) | 2008-10-06 | 2008-10-06 | Image sensor and camera |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010093411A JP2010093411A (en) | 2010-04-22 |
JP5163410B2 true JP5163410B2 (en) | 2013-03-13 |
Family
ID=42255749
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008259403A Expired - Fee Related JP5163410B2 (en) | 2008-10-06 | 2008-10-06 | Image sensor and camera |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5163410B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5814613B2 (en) * | 2010-05-21 | 2015-11-17 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device |
JP6238229B2 (en) * | 2014-01-07 | 2017-11-29 | 国立大学法人九州工業大学 | Parallax sensor and correlation signal generation method |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06125493A (en) * | 1992-10-14 | 1994-05-06 | Mitsubishi Electric Corp | Automatic focus adjustment device |
JP3548219B2 (en) * | 1994-02-23 | 2004-07-28 | オリンパス株式会社 | Camera shake correction device |
JP5005179B2 (en) * | 2005-03-23 | 2012-08-22 | ソニー株式会社 | Solid-state imaging device |
JP4442515B2 (en) * | 2005-06-02 | 2010-03-31 | ソニー株式会社 | Solid-state imaging device, analog-digital conversion method in solid-state imaging device, and imaging device |
JP4654857B2 (en) * | 2005-09-26 | 2011-03-23 | ソニー株式会社 | DA converter, AD converter, semiconductor device |
US7692130B2 (en) * | 2006-11-01 | 2010-04-06 | International Business Machines Corporation | CMOS imaging sensor having a third FET device with a gate terminal coupled to a second diffusion region of a first FET device and a first terminal coupled to a row select signal |
-
2008
- 2008-10-06 JP JP2008259403A patent/JP5163410B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010093411A (en) | 2010-04-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5784426B2 (en) | Imaging device | |
US8610811B2 (en) | Image pickup apparatus | |
JP5253028B2 (en) | Imaging system and control method thereof | |
US20060044627A1 (en) | Solid state image device and camera using it | |
JP5630991B2 (en) | Imaging device | |
JP2000165754A (en) | Solid-state image pickup device and signal reading method therefor | |
CN101296329B (en) | Image picking-up apparatus and control method thereof | |
JP5163410B2 (en) | Image sensor and camera | |
US7241984B2 (en) | Imaging apparatus using saturation signal and photoelectric conversion signal to form image | |
JP2013106224A (en) | Imaging apparatus | |
JP6896788B2 (en) | Imaging equipment, imaging methods, computer programs and storage media | |
JP2005217471A (en) | Cmos image sensor difference signal detecting circuit | |
JP2020136810A (en) | Imaging apparatus, imaging system, and control method for imaging apparatus | |
JP2011087125A (en) | Solid-state imaging element | |
JP2012175331A (en) | Imaging apparatus | |
JP5424767B2 (en) | Imaging device | |
JP5854652B2 (en) | Imaging device | |
JP2009225341A (en) | Solid imaging apparatus, and driving method thereof | |
JP2015204583A (en) | imaging device | |
JP6399793B2 (en) | Imaging device and driving method of imaging device | |
JP2021022781A (en) | Imaging device and control method thereof | |
JP2020178163A (en) | Imaging apparatus and control method of imaging apparatus | |
JP2021002807A (en) | Imaging device and control method thereof, program, and storage medium | |
JP2009218691A (en) | Image device and driving method of image sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110927 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120322 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20121113 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20121120 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20121203 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151228 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5163410 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151228 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |