JP6120495B2 - 撮像装置、撮像装置の駆動方法、撮像システム、撮像システムの駆動方法 - Google Patents
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Description
前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号の前記信号値が同じ期間に前記クロックパルスの計数を行う第1の計数と、前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に前記クロックパルスの計数を行う第2の計数と、によって前記第2のカウンタが前記カウント信号を生成する動作を、単位期間あたりの前記クロックパルスの計数を前記第2の計数よりも前記第1の計数の方を大きくして行い、前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号がともに、前記第1の比較器の前記第1の画素の前記光電変換信号と前記ランプ信号との比較と前記第2の比較器の前記第2の画素の前記光電変換信号と前記ランプ信号との比較とをそれぞれ開始した時の信号値と異なる信号値の期間に、前記第1のカウンタと前記第2のカウンタとが前記クロックパルスの計数を停止して、前記第1のカウンタが前記第1の画素の前記光電変換信号と前記第2の画素の前記光電変換信号との差に基づく第1のデジタル信号を生成し、前記第2のカウンタが前記第1の画素の前記光電変換信号と前記第2の画素の前記光電変換信号との和に基づく第2のデジタル信号を生成し、前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号の前記信号値が変化するタイミングの違いに基づいて、前記第1のデジタル信号の正負を表す信号を得て、前記撮像装置が前記第1のデジタル信号と、前記第2のデジタル信号と、前記第1のデジタル信号の正負を表す前記信号と、を前記出力信号処理部に出力し、
前記出力信号処理部が、前記第1のデジタル信号と前記第1のデジタル信号の正負を表す前記信号とに基づいて焦点検出を行い、前記第2のデジタル信号に基づいて画像を生成することを特徴とする撮像システムの駆動方法である。
以下、図面を参照しながら本実施例に関わる撮像装置について説明する。
(1)AN1信号<AN2信号、かつAS1信号<AS2信号
(2)AN1信号>AN2信号、かつAS1信号>AS2信号
(3)AN1信号>AN2信号、かつAS1信号<AS2信号
(4)AN1信号<AN2信号、かつAS1信号>AS2信号
<垂直信号線7−1、7―2の信号振幅の大小関係とパルスCMOD1(0)、CMOD2(0)との関係>
以下の表1に、信号振幅の大小関係(1)〜(4)と、カウンタ制御部10がカウンタ11に出力するパルスCMOD1(0)、CMOD2(0)との関係についてまとめる。パルスCMODはカウンタ11が生成するカウント信号の信号値のクロックパルスCNT_CLKの計数による増加と減少とを切り替えるパルスである。パルスCMODがLレベルでは、クロックパルスCNT_CLKの計数によってカウンタ11の生成するカウント信号の信号値が増加する。このクロックパルスCNT_CLKの計数によってカウンタ11が生成するカウント信号の信号値が増加する動作をアップカウントと表記する。また、パルスCMODがHレベルでは、クロックパルスCNT_CLKの計数によってカウンタ11の生成するカウント信号の信号値が減少する。このクロックパルスCNT_CLKの計数によってカウンタ11が生成するカウント信号の信号値が減少する動作をダウンカウントと表記する。尚、以下の表1では、パルスCMOD1(0)について次のように表記する。「N変換期間」の欄は、パルスCMOD1(0)がLレベルからHレベルとなる期間がN変換期間の少なくとも一部にあればHとし、N変換期間中、LレベルのままではLとする。「S変換期間」の欄についても、N変換期間の欄と同様に表記する。パルスCMOD2(0)についても、パルスCMOD1(0)と同様の表記を行う。
以下に述べる動作は、信号振幅がAN1信号<AN2信号、かつAS1信号<AS2信号の関係にある場合を説明する。
次に、信号振幅がAN1信号>AN2信号、かつAS1信号>AS2信号の関係にある場合について説明する。
次に、信号振幅がAN1信号>AN2信号、かつAS1信号<AS2信号の関係にある場合を説明する。
次に、信号振幅がAN1信号<AN2信号、かつAS1信号>AS2信号の関係にある場合を説明する。
2DS1−2DN1+DS2−DS1−(DN2−DN1)=DS1−DN1+DS2−DN2
となる。DS1−DN1信号はDS´1信号、DS2−DN2信号はDS´2信号であることから、DS´1+DS´2信号を得ることができる。
本実施例の撮像装置を、実施例1とは異なる部分を中心に説明する。
本実施例の撮像装置を、実施例1とは異なる部分を中心に説明する。
これまで実施例1〜3で述べた撮像装置を撮像システムに適用した場合の実施例について述べる。撮像システムとして、デジタルスチルカメラやデジタルカムコーダーや監視カメラなどがあげられる。図14に、撮像システムの例としてデジタルスチルカメラに撮像装置を適用した場合の模式図を示す。
8 比較器
9 ランプ発生回路
10 カウンタ制御部
11 カウンタ
50 アナログ信号出力部
Claims (16)
- それぞれが入射光に基づいて信号電荷を生成する光電変換部を有する第1の画素と、前記第1の画素とは別の第2の画素と、アナログデジタル変換部とを有する撮像装置であって、
前記第1の画素は前記信号電荷に基づく第1の光電変換信号を出力し、
前記第2の画素は前記信号電荷に基づく第2の光電変換信号を出力し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第1の光電変換信号とランプ信号とを比較した信号値を有する第1の比較結果信号を出力する第1の比較器と、前記第2の光電変換信号と前記ランプ信号とを比較した信号値を有する第2の比較結果信号を出力する第2の比較器とを有し、
前記アナログデジタル変換部が、前記第1の比較結果信号の信号レベルが変化するタイミングと前記第2の比較結果信号の信号レベルが変化するタイミングとを用いて、前記第1の光電変換信号と前記第2の光電変換信号との差に基づく第1のデジタル信号を生成し、
前記アナログデジタル変換部が、前記第1の比較結果信号の信号レベルが変化するタイミングと前記第2の比較結果信号の信号レベルが変化するタイミングとを用いて、前記第1の光電変換信号と前記第2の光電変換信号との和に基づく第2のデジタル信号を、前記第1のデジタル信号を生成する期間に、さらに生成することを特徴とする撮像装置。 - 前記ランプ信号が、時間の経過に伴った電位の変化を開始してから終了するまでの期間である第1の期間に、前記アナログデジタル変換部が前記第1のデジタル信号を生成し、
前記第1の期間に、前記アナログデジタル変換部が前記第2のデジタル信号を生成することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記アナログデジタル変換部がさらに、
クロックパルスを計数した信号値を有するカウント信号を生成する、第1および第2のカウンタと、
カウンタ制御部と、を有し、
前記カウンタ制御部は、
前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号のそれぞれの前記信号値が変化する順序に基づいて、前記カウント信号の前記信号値の増加と減少のいずれかを選択し、前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に、前記クロックパルスの計数を前記第1のカウンタに行わせ、
前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号の前記信号値が同じ期間に前記クロックパルスの計数を行う第1の計数と、前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に前記クロックパルスの計数を行う第2の計数と、によって前記第2のカウンタに前記カウント信号を生成させる動作を、単位期間あたりの前記クロックパルスの計数を前記第2の計数よりも前記第1の計数の方を大きくして行わせ、
前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号がともに、前記第1の比較器の前記第1の光電変換信号と前記ランプ信号との比較と前記第2の比較器の前記第2の光電変換信号と前記ランプ信号との比較とをそれぞれ開始した時の信号値と異なる信号値の期間に、前記第1のカウンタと前記第2のカウンタの前記クロックパルスの計数を停止させて、前記第1のカウンタに前記第1のデジタル信号を生成させ、前記第2のカウンタに前記第2のデジタル信号を生成させることを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。 - それぞれが入射光に基づいて信号電荷を生成する光電変換部を有する第1の画素と、前記第1の画素とは別の第2の画素と、アナログデジタル変換部とを有する撮像装置であって、
前記第1の画素は前記信号電荷に基づく第1の光電変換信号を出力し、
前記第2の画素は前記信号電荷に基づく第2の光電変換信号を出力し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第1の光電変換信号とランプ信号とを比較した信号値を有する第1の比較結果信号を出力する第1の比較器と、前記第2の光電変換信号と前記ランプ信号とを比較した信号値を有する第2の比較結果信号を出力する第2の比較器とを有し、
前記アナログデジタル変換部が、前記第1の比較結果信号の信号レベルが変化するタイミングと前記第2の比較結果信号の信号レベルが変化するタイミングとによって、前記第1の光電変換信号と前記第2の光電変換信号との差に基づく第1のデジタル信号と、前記第1の光電変換信号と前記第2の光電変換信号との和に基づく第2のデジタル信号とを生成し、
前記第1の画素と前記第2の画素の各々が、さらにノイズ信号を出力し、
前記アナログデジタル変換部がさらに、
クロックパルスを計数した信号値を有するカウント信号を生成する、第1、第2のカウンタと、
カウンタ制御部と、
符号判定部と、を有し、
前記カウンタ制御部は、
前記第1の比較器と前記第2の比較器が前記第1の画素と前記第2の画素のそれぞれが出力する前記ノイズ信号と前記ランプ信号とを比較する場合には、前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に、前記カウント信号の前記信号値の増加と減少との一方によって前記クロックパルスの計数を前記第1のカウンタに行わせ、
前記第1の比較器が前記第1の光電変換信号と前記ランプ信号とを比較し、前記第2の比較器が前記第2の光電変換信号と前記ランプ信号とを比較する場合には、前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に、前記カウント信号の前記信号値の増加と減少との他方によって前記クロックパルスの計数を前記第1のカウンタに行わせ、
前記第1の比較器が前記第1の光電変換信号と前記ランプ信号とを比較し、前記第2の比較器が前記第2の光電変換信号と前記ランプ信号とを比較する場合に、
前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号との前記信号値が同じ期間に前記クロックパルスの計数を行う第1の計数と、前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号との前記信号値が異なる期間に前記クロックパルスの計数を行う第2の計数と、によって前記第2のカウンタに前記カウント信号を生成させる動作を、単位期間あたりの前記クロックパルスの計数を前記第2の計数よりも前記第1の計数の方を大きくして行わせ、
前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号がともに、前記第1の比較器の前記第1の光電変換信号と前記ランプ信号との比較と前記第2の比較器の前記第2の光電変換信号と前記ランプ信号との比較とをそれぞれ開始した時の信号値と異なる信号値の期間に、前記第1のカウンタと前記第2のカウンタの前記クロックパルスの計数を停止させて、前記第1のカウンタに前記第1のデジタル信号を生成させ、前記第2のカウンタに前記第2のデジタル信号を生成させ、
前記符号判定部は、前記第1のデジタル信号の正負を、前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号の前記信号値の変化する順序に基づいて判定することを特徴とする撮像装置。 - 前記符号判定部によって判定された前記第1のデジタル信号の正負の符号を保持する符号メモリを複数有し、
前記符号メモリと前記第1のカウンタとが電気的に接続された回路部が複数設けられていることを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。 - 前記カウンタ制御部が、前記第1の比較器および前記第2の比較器から、前記第1のカウンタおよび前記第2のカウンタに至る経路に設けられていることを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記撮像装置がさらに反転増幅器を含み、
前記第1の画素と前記第2の画素とが前記第1および第2の比較器にそれぞれ出力する信号が、前記反転増幅器によって増幅された信号であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の撮像装置。 - 前記撮像装置はさらに、各々が複数の前記画素に光を集光するマイクロレンズを複数有することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の撮像装置。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の撮像装置と、前記撮像装置から出力される信号を処理する出力信号処理部と、を有することを特徴とする撮像システム。
- 前記出力信号処理部が、前記第1のデジタル信号に基づいて焦点検出を行い、前記第2のデジタル信号に基づいて画像を生成することを特徴とする請求項9に記載の撮像システム。
- アナログデジタル変換部と、
それぞれが入射光に基づいて信号電荷を生成する光電変換部を有する第1の画素と、前記第1の画素とは別の第2の画素と、
を有する撮像装置の駆動方法であって、
前記第1の画素は前記信号電荷に基づく第1の光電変換信号を出力し、
前記第2の画素は前記信号電荷に基づく第2の光電変換信号を出力し、
前記第1の光電変換信号とランプ信号とを比較した結果が変化するタイミングと、前記第2の光電変換信号と前記ランプ信号とを比較した結果が変化するタイミングとを用いて、前記アナログデジタル変換部が、前記第1の光電変換信号と前記第2の光電変換信号との差に基づく第1のデジタル信号を生成し、
前記第1の光電変換信号と前記ランプ信号とを比較した結果が変化するタイミングと、前記第2の光電変換信号と前記ランプ信号との比較した結果が変化するタイミングとを用いて、前記アナログデジタル変換部が、前記第1の光電変換信号と前記第2の光電変換信号との和に基づく第2のデジタル信号を前記第1のデジタル信号を生成する期間に、さらに生成することを特徴とする撮像装置の駆動方法。 - クロックパルスを計数した信号値を有するカウント信号を生成する、第1および第2のカウンタをさらに有する撮像装置の駆動方法であって、
前記第1の光電変換信号と前記ランプ信号とを比較した結果が変化するタイミングと前記第2の光電変換信号と前記ランプ信号との比較した結果が変化するタイミングの順序に基づいて、前記カウント信号の前記信号値の増加と減少のいずれかを選択し、前記第1の光電変換信号と前記ランプ信号とを比較した結果と、前記第2の光電変換信号と前記ランプ信号とを比較した結果とが異なる期間に、前記第1のカウンタが前記クロックパルスの計数を行い、
前記第1の光電変換信号と前記ランプ信号とを比較した結果と、前記第2の光電変換信号と前記ランプ信号とを比較した結果とが同じ期間に前記クロックパルスの計数を行う第1の計数と、前記第1の光電変換信号と前記ランプ信号とを比較した結果と、前記第2の光電変換信号と前記ランプ信号とを比較した結果とが異なる期間に前記クロックパルスの計数を行う第2の計数と、によって前記第2のカウンタが前記カウント信号を生成する動作を、単位期間あたりの前記クロックパルスの計数を前記第2の計数よりも前記第1の計数の方を大きくして行い、
前記第1の光電変換信号と前記ランプ信号とを比較した結果と、前記第2の光電変換信号と前記ランプ信号とを比較した結果とがともに、前記第1の光電変換信号と前記ランプ信号との比較および前記第2の光電変換信号と前記ランプ信号との比較を開始した時と異なる期間に、前記第1のカウンタと前記第2のカウンタとが前記クロックパルスの計数を停止して、前記第1のカウンタが前記第1のデジタル信号を生成し、前記第2のカウンタが前記第2のデジタル信号を生成することを特徴とする請求項11に記載の撮像装置の駆動方法。 - アナログデジタル変換部と、
それぞれが入射光に基づいて信号電荷を生成する光電変換部を有する第1の画素と、前記第1の画素とは別の第2の画素と、
を有する撮像装置の駆動方法であって、
前記第1の画素は前記信号電荷に基づく第1の光電変換信号を出力し、
前記第2の画素は前記信号電荷に基づく第2の光電変換信号を出力し、
前記アナログデジタル変換部が、前記第1の光電変換信号と前記第2の光電変換信号との差に基づく第1のデジタル信号と、前記第1の光電変換信号と前記第2の光電変換信号との和に基づく第2のデジタル信号とを生成し、
前記アナログデジタル変換部はさらに、前記第1の光電変換信号とランプ信号とを比較した信号値を有する第1の比較結果信号を出力する第1の比較器と、前記第2の光電変換信号と前記ランプ信号とを比較した信号値を有する第2の比較結果信号を出力する第2の比較器とを有し、
前記アナログデジタル変換部が、前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号に基づいて前記第1のデジタル信号と前記第2のデジタル信号とを生成し、
前記第1の画素と前記第2の画素の各々が、さらにノイズ信号を出力し、
前記アナログデジタル変換部がさらに、
クロックパルスを計数した信号値を有するカウント信号を生成する、第1および第2のカウンタと、を有する撮像装置の駆動方法であって、
前記第1の比較器と前記第2の比較器とが前記第1の画素と前記第2の画素のそれぞれが出力する前記ノイズ信号と前記ランプ信号とを比較する場合には、前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号との前記信号値が異なる期間に、前記第1のカウンタが前記カウント信号の前記信号値の増加と減少の一方によって前記クロックパルスを計数し、
前記第1の比較器が前記第1の光電変換信号と前記ランプ信号とを比較し、前記第2の比較器が前記第2の光電変換信号と前記ランプ信号とを比較する場合には、前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号の信号値が異なる期間に、前記第1のカウンタが前記カウント信号の前記信号値の増加と減少の他方によって前記クロックパルスを計数し、
前記第1の比較器が前記第1の光電変換信号と前記ランプ信号とを比較し、前記第2の比較器が前記第2の光電変換信号と前記ランプ信号とを比較する場合に、
前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号の前記信号値が同じ期間に前記クロックパルスの計数を行う第1の計数と、前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に前記クロックパルスの計数を行う第2の計数と、によって前記第2のカウンタが前記カウント信号を生成する動作を、単位期間あたりの前記クロックパルスの計数を前記第2の計数よりも前記第1の計数の方を大きくして行い、
前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号がともに、前記第1の比較器の前記第1の光電変換信号と前記ランプ信号との比較と前記第2の比較器の前記第2の光電変換信号と前記ランプ信号との比較とをそれぞれ開始した時の信号値と異なる信号値の期間に、前記第1のカウンタと前記第2のカウンタとが前記クロックパルスの計数を停止して、前記第1のカウンタが前記第1のデジタル信号を生成し、前記第2のカウンタが前記第2のデジタル信号を生成し、
前記第1のデジタル信号の正負を表す信号を、前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号の前記信号値が変化する順序に基づいて得ることを特徴とする撮像装置の駆動方法。 - 前記撮像装置がさらに反転増幅器を含み、
前記第1の画素と前記第2の画素とが前記第1および第2の比較器にそれぞれ出力する信号が、前記反転増幅器によって増幅された信号であることを特徴とする請求項13に記載の撮像装置の駆動方法。 - それぞれが光電変換部を有し、ノイズ信号と光電変換部が生成する信号電荷に基づく光電変換信号とを出力する複数の画素と、
複数の前記画素に光を集光する1つのマイクロレンズの複数と、
前記複数の画素の一つの第1の画素の前記ノイズ信号と前記光電変換信号の一方ずつと、ランプ信号とを比較した信号値を有する第1の比較結果信号を出力する第1の比較器と、
前記第1の画素とは別の第2の画素の前記ノイズ信号と前記光電変換信号との一方ずつと、ランプ信号とを比較した信号値を有する第2の比較結果信号を出力する第2の比較器と、
クロックパルスを計数した信号値を有するカウント信号を生成する、第1および第2のカウンタと、
を有する撮像装置と、
撮像装置が出力する信号を処理する出力信号処理部と、
前記撮像装置に光を導く光学系と、
を有する撮像システムの駆動方法であって、
前記第1の比較器と前記第2の比較器とが前記ノイズ信号と前記ランプ信号とを比較する場合には、前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に、前記第1のカウンタが前記カウント信号の前記信号値の増加と減少の一方によって前記クロックパルスを計数し、
前記第1の比較器が前記第1の画素の前記光電変換信号と前記ランプ信号とを比較し、前記第2の比較器が前記第2の画素の前記光電変換信号と前記ランプ信号とを比較する場合には、前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に、前記第1のカウンタが前記カウント信号の前記信号値の増加と減少の他方によって前記クロックパルスを計数し、
前記第1の比較器が前記第1の画素の前記光電変換信号と前記ランプ信号とを比較し、前記第2の比較器が前記第2の画素の前記光電変換信号と前記ランプ信号とを比較する場合に、
前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号の前記信号値が同じ期間に前記クロックパルスの計数を行う第1の計数と、前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に前記クロックパルスの計数を行う第2の計数と、によって前記第2のカウンタが前記カウント信号を生成する動作を、単位期間あたりの前記クロックパルスの計数を前記第2の計数よりも前記第1の計数の方を大きくして行い、
前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号がともに、前記第1の比較器の前記第1の画素の前記光電変換信号と前記ランプ信号との比較と前記第2の比較器の前記第2の画素の前記光電変換信号と前記ランプ信号との比較とをそれぞれ開始した時の信号値と異なる信号値の期間に、前記第1のカウンタと前記第2のカウンタとが前記クロックパルスの計数を停止して、前記第1のカウンタが前記第1の画素の前記光電変換信号と前記第2の画素の前記光電変換信号との差に基づく第1のデジタル信号を生成し、前記第2のカウンタが前記第1の画素の前記光電変換信号と前記第2の画素の前記光電変換信号との和に基づく第2のデジタル信号を生成し、
前記第1の比較結果信号と前記第2の比較結果信号の前記信号値が変化するタイミングの違いに基づいて、前記第1のデジタル信号の正負を表す信号を得て、
前記撮像装置が前記第1のデジタル信号と、前記第2のデジタル信号と、前記第1のデジタル信号の正負を表す前記信号と、を前記出力信号処理部に出力し、
前記出力信号処理部が、前記第1のデジタル信号と前記第1のデジタル信号の正負を表す前記信号とに基づいて焦点検出を行い、前記第2のデジタル信号に基づいて画像を生成することを特徴とする撮像システムの駆動方法。 - 前記撮像装置がさらに反転増幅器を含み、
前記第1の画素と前記第2の画素とが前記第1および第2の比較器にそれぞれ出力する信号が、前記反転増幅器によって増幅された信号であることを特徴とする請求項15に記載の撮像システムの駆動方法。
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