JP5518217B2 - 撮像システムおよび撮像システムの駆動方法 - Google Patents
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- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
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Description
一方、特許文献2に開示される技術では、撮像素子から出力された信号のS/N比は変化することがない。また、撮像素子自体のダイナミックレンジも拡大されることはない。
上述の問題点に鑑みて、本発明はS/N比の向上ならびにダイナミックレンジを拡大することのできる撮像システムを提供することを目的とする。さらに、これに適した撮像システムの駆動方法を提供することを目的とする。
本発明の第1の実施形態に係る固体撮像素子の構成例を図3に示す。図1と同じ構成については同じ符号を付している。固体撮像素子1は、出力部103に信号保持部107を備える。
図9を用いて本発明の第2の実施形態を説明する。本実施形態が第1の実施形態と異なるのは、画素の各列に対して列増幅器を複数備えている点である。
本発明を適用できるさらに別の実施形態を、図11を用いて説明する。
本発明を実施するに際しては、様々な構成が考えられる。その一例を図12に示す。図3に示した固体撮像素子と同じ構成には同じ符号を付している。
10 画素部
100 撮像システム
101 画素
102 列増幅部
1021 列増幅器
103 出力部
1031 出力アンプ
104 垂直走査部
105 水平走査部
106 タイミング生成部
110 ゲイン補正回路
120 AD変換器(ADC)
130 ビット変換部
140 デジタル信号処理装置(DSP)
150 表示部
160 記録部
170 CPU
VL 垂直信号線
HL 水平信号線
PD フォトダイオード
TX 転送部
SF 画素出力部
RES リセット部
SEL 画素選択部
CTS、CTN 保持容量
D.Amp 差動増幅器
SW スイッチ群
buf バッファ部
CDS1 第1のCDS回路
CDS2 第2のCDS回路
Claims (25)
- 行列状に配列され、各々がノイズ成分に基づく第1の画像信号と、前記ノイズ成分および光電変換に基づく第2の画像信号と、をこの順に出力する複数の画素と、前記複数の画素の各列に設けられた列増幅部と、前記列増幅部で増幅されたことに基づく画像信号を出力する出力部と、を有する固体撮像素子と、
前記画像信号を受ける信号処理部と、を備える撮像システムであって、
前記列増幅部は、
前記第1の画像信号が入力されている間に、第1のゲインから第2のゲインに切り替え、
前記第2のゲインを維持した状態で、前記第2の画像信号が入力され、前記第2の画像信号が入力された状態で、前記第2のゲインから前記第1のゲインに切り替え、
さらに、前記第1および第2のゲインの一方は、1よりも大きいq倍のゲインであって、前記信号処理部は前記列増幅部によって増幅されたことに基づく画像信号に対して、1を下回る倍率をかけることを特徴とする撮像システム。 - 前記信号処理部は、前記画像信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換部を有するとともに、
前記q倍のゲインで増幅されたことに基づく画像信号が前記アナログ/デジタル変換部で変換されたデジタル信号に対して、前記1を下回る倍率をかけることを特徴とする請求項1に記載の撮像システム。 - 前記固体撮像素子は、前記列増幅部からの信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換部を有するとともに、
前記信号処理部は、前記q倍のゲインで増幅されたことに基づく画像信号が前記アナログ/デジタル変換部で変換されたデジタル信号に対して、前記1を下回る倍率をかけること
を特徴とする請求項1または2に記載の撮像システム。 - 前記アナログ/デジタル変換部は、前記画素の各列に設けられることを特徴とする請求項3に記載の撮像システム。
- 前記アナログ/デジタル変換部は、前記列増幅部毎に設けられることを特徴とする請求項3に記載の撮像システム。
- 前記第1および第2のゲインの他方は、前記qよりも小さいp倍のゲインであって、前記信号処理部は、前記p倍のゲインで増幅されたことに基づく画像信号が前記アナログ/デジタル変換部により変換されたデジタル信号および、前記q倍のゲインで増幅されたことに基づく画像信号が前記アナログ/デジタル変換部で変換されたデジタル信号に対して、冗長ビットを付加することで前記デジタル信号のビット数を変換するビット変換部を有することを特徴とする請求項2ないし5のいずれかに記載の撮像システム。
- 前記ビット変換部は、前記p倍のゲインで増幅されたことに基づく画像信号が前記アナログ/デジタル変換部で変換されたデジタル信号に対しては前記冗長ビットを下位ビット側に付加し、
前記q倍のゲインで増幅されたことに基づく画像信号が前記アナログ/デジタル変換部で変換されたデジタル信号に対しては前記冗長ビットを上位ビット側に付加することを特徴とする請求項6に記載の撮像システム。 - 前記冗長ビットのビット数は、q/pビットであることを特徴とする請求項6または7に記載の撮像システム。
- 前記信号処理部は、前記p倍のゲインで増幅されたことに基づく画像信号と前記q倍のゲインで増幅されたことに基づく画像信号とで、異なるγ値をかけることを特徴とする請求項6ないし8のいずれかに記載の撮像システム。
- 前記列増幅部は、前記複数の画素の列につきゲインが可変である列増幅器を1つ備えることを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の撮像システム。
- 前記列増幅部は、前記複数の画素の列につき、互いに異なるゲインを設定可能な列増幅器を複数備えることを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の撮像システム。
- 前記複数の画素の各々は、
光電変換素子と、
入力部の電位に基づく信号を出力する画素出力部と、
前記光電変換素子に蓄積された電荷を前記画素出力部の入力部に転送する転送部と、
前記画素出力部の入力部をリセットするリセット部と、を有することを特徴とする請求項1ないし11のいずれかに記載の撮像システム。 - 前記固体撮像素子は、前記画素に起因するノイズを低減する第1のCDS回路を有し、前記第1のCDS回路にてノイズを低減された信号が前記列増幅部に入力されることを特徴とする請求項1ないし12のいずれかに記載の撮像システム。
- 前記固体撮像素子は、前記複数の画素の列毎に設けられたCCD回路と、
前記CCD回路から転送された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部とを有し、
前記複数の画素の各々は、
光電変換素子と、
前記光電変換素子に蓄積された電荷を前記CCD回路に転送する転送部とを備えることを特徴とする請求項1ないし11のいずれかに記載の撮像システム。 - 前記出力部は、列増幅部に起因するオフセットを低減する第2のCDS回路を有することを特徴とする請求項1ないし14のいずれかに記載の撮像システム。
- 前記1を下回る倍率はp/qであることを特徴とする請求項1ないし15に記載の撮像システム。
- 前記pが1であることを特徴とする請求項16に記載の撮像システム。
- 行列状に配列された複数の画素と、前記複数の画素の各列に設けられた列増幅部と、前記列増幅部で増幅されたことに基づく画像信号を出力する出力部と、を有する固体撮像素子と、
前記画像信号を受ける信号処理部と、を備える撮像システムの駆動方法であって、
前記画素から、ノイズ成分に基づく第1の画像信号を出力させる工程と、
前記第1の画像信号に、前記列増幅部によって第1のゲインで増幅した後、さらに第2のゲインで増幅する工程と、
前記列増幅部のゲインを前記第2のゲインに保った状態で、前記画素から、ノイズ成分および光電変換に基づく第2の画像信号を出力させる工程と、
前記第2の画像信号が前記列増幅部に入力された状態で、前記列増幅部のゲインを前記第2のゲインから前記第1のゲインに切り替える工程と、
前記列増幅部によって増幅されたことに基づく画像信号に対して、前記信号処理部によって1を下回る倍率をかける工程と、を含み、
前記第1および第2のゲインの一方は、1よりも大きいq倍のゲインであること特徴とする撮像システムの駆動方法。 - 前記信号処理部は、前記画像信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換部を有し、
前記q倍のゲインで増幅されたことに基づく画像信号が前記アナログ/デジタル変換部により変換されたデジタル信号に対して、前記1を下回る倍率をかけることを特徴とする請求項18に記載の撮像システムの駆動方法。 - 前記第1および前記第2のゲインの他方は、前記qよりも小さいp倍のゲインであって、前記p倍のゲインで増幅されたことに基づく画像信号が前記アナログ/デジタル変換部で変換されたデジタル信号および、前記q倍のゲインで増幅されたことに基づく画像信号が前記アナログ/デジタル変換部で変換されたデジタル信号に対して、冗長ビットを付加することで前記デジタル信号のビット数を変換する工程をさらに有することを特徴とする請求項19に記載の撮像システムの駆動方法。
- 前記p倍のゲインで増幅されたことに基づく画像信号が前記アナログ/デジタル変換部で変換されたデジタル信号に対しては前記冗長ビットを下位ビット側に付加する工程と、前記q倍のゲインで増幅されたことに基づく画像信号が前記アナログ/デジタル変換部で変換されたデジタル信号に対しては前記冗長ビットを上位ビット側に付加する工程とを有することを特徴とする請求項20に記載の撮像システムの駆動方法。
- 前記冗長ビットのビット数は、q/pビットであることを特徴とする請求項20または21に記載の撮像システムの駆動方法。
- 前記第1および第2のゲインの他方は、前記qよりも小さいp倍のゲインであって、
前記1を下回る倍率はp/qであることを特徴とする請求項18または19に記載の撮像システムの駆動方法。 - 前記pが1であることを特徴とする請求項23に記載の撮像システムの駆動方法。
- 前記p倍のゲインで増幅されたことに基づく画像信号と前記q倍のゲインで増幅されたことに基づく画像信号とで、異なるγ値をかける工程をさらに有することを特徴とする請求項20ないし24のいずれかに記載の撮像システムの駆動方法。
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