JP6739404B2 - 撮像素子 - Google Patents
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Description
まず、撮像素子では、画素回路から光電変換素子(例えば、フォトダイオード)の露光量に応じた電圧レベルを有する撮像信号を読み出す。この撮像信号の読み出し処理では、フローティングディフュージョン、増幅トランジスタ、プログラマブルゲインアンプ、アナログデジタル変換回路等の様々な素子及び回路を通して撮像信号の電圧レベルに応じたデジタル値を有する撮像データを得る。そのため、撮像データには、画素信号の伝達経路で生じる誤差が多く含まれる。そのため、撮像素子では、撮像データに重畳されるノイズを除去するノイズキャンセル値を用いて撮像データに重畳されるノイズを除去することで最終的な出力データとなる画素データを得る。
画素配置領域13は格子状に複数の画素回路が配置される。画素配置領域13には、複数の画素回路の列毎に垂直読み出し線が設けられる。複数の画素回路は、それぞれ対応する垂直読み出し線に接続される。また、画素配置領域13には、垂直読み出し線毎に画素クランプ回路と画素電流源が接続される。
実施の形態2では、露出期間の異なる2回の露光処理で得られる2つの画素データを校正してダイナミックレンジの広い画像データを得るHDR(High Dynamic Range)処理を行う撮像素子に、実施の形態1で説明したキャリブレーション動作を適用する例について説明する。
10 メインタイミング制御回路
11 ピクセルタイミング生成回路
12 ロウスキャン回路
13 画素配置領域
14 ADCタイミング生成回路
15 変換処理シーケンス回路
16 アナログデジタル変換回路群
17 水平転送回路
18 カラム選択回路
19 画素処理回路
20 画像合成回路
21 入出力インタフェース回路
31 補正値生成部
32 画素データ生成部
33 行間補完処理部
40 上限リミッタ
41 積算処理部
42 平滑処理部
43 補正値保持部
44 補正処理部
51 補完データ生成部
52 セレクタ
60 重み付け処理部
61 加算処理部
62 加算処理部
63 前行画素データ保持部
64 重み付け処理部
65 加算処理部
66 加算処理部
67 加算処理部
68 ビットシフト処理部
VRL 垂直読み出し線
SC サウスカラム処理回路
NC ノースカラム処理回路
ATT アンプ
CMP コンパレータ
LAT ラッチ回路
PCL 画素クランプ回路
PCS 画素電流源
CSCAL キャリブレーション通知信号
VCAL 校正電圧
RST リセット信号
TX 転送制御信号
SEL 選択信号
Vramp ランプ信号
CNT グローバルカウント値
CV 補正値
Sig 撮像信号
Dark ダークレベル信号
Dsig 撮像データ
Dpx 画素データ
Dpx_LIC 補完画素データ
DCAL 校正データ
Claims (7)
- 格子状に配置される複数の画素回路から前記画素回路内の光電変換素子の露光量に応じた電圧レベルを有する撮像信号を読み出す通常動作と、同一行に配置される複数の前記画素回路から出力される撮像信号に共通して適用される補正値を生成するキャリブレーション動作と、を行う撮像素子であって、
それぞれが同一の列に配置される複数の前記画素回路が接続される複数の垂直読み出し線と、
前記複数の垂直読み出し線のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記垂直読み出し線に校正電圧を与える画素クリップ回路と、
前記画素クリップ回路と複数の前記画素回路を制御して、行番号順に複数の前記画素回路に前記撮像信号を出力させるタイミングジェネレータと、
それぞれが対応する前記垂直読み出し線を介して入力される前記撮像信号の電圧レベルに応じたデジタル値を有する撮像データ及び前記校正電圧の電圧レベルに応じたデジタル値を有する校正データを生成する複数のアナログデジタル変換回路と、
前記撮像データに対して前記補正値を適用して画素データを生成する画素データ生成部と、
前記校正データを蓄積し、所定の個数の前記校正データに基づき生成した更新用補正値により前記補正値を更新する補正値生成部と、を有し、
前記複数の画素回路は、レンズを介して入射される光に晒される有効画素領域に配置され、
前記タイミングジェネレータは、前記キャリブレーション動作において、
複数の前記画素回路を行単位で撮像画素回路群と校正画素回路群とに分類し、前記撮像画素回路群に属する前記画素回路に前記撮像信号を出力させ、
前記校正画素回路群に属する前記画素回路に対する読み出し動作を行うタイミングでは、前記校正画素回路群に属する前記画素回路を前記垂直読み出し線から電気的に切り離すと共に前記垂直読み出し線に前記画素クリップ回路から前記校正電圧を供給する撮像素子。 - 前記撮像画素回路群と前記校正画素回路群には、それぞれ同一列で連続した行に配置される少なくとも2つの前記画素回路が含まれ、
前記撮像画素回路群と前記校正画素回路群は、交互に配置される請求項1に記載の撮像素子。 - 前記撮像画素回路群に属する前記画素回路に対応するカラーフィルタのカラーパターンと、 前記校正画素回路群に属する前記画素回路に対応するカラーフィルタのカラーパターンとは、同一のパターンである請求項2に記載の撮像素子。
- 前記校正画素回路群に属する前記画素回路に対応する前記画素データを、前記校正画素回路群に属する前記画素回路の周辺に配置される前記撮像画素回路群に属する前記画素回路に対応する前記画素データを合成して生成し、生成したデータを補完画素データとして出力する補完画素データ生成部と、
前記撮像画素回路群に属する前記画素回路に対応するデータ出力タイミングに合わせて前記画素データを出力し、前記校正画素回路群に属する前記画素回路に対応するデータ出力タイミングに合わせて前記補完画素データを出力するセレクタと、
を有する請求項1に記載の撮像素子。 - 前記補完画素データ生成部は、前記撮像画素回路群に属する前記画素回路のうち前記補完画素データに対応する前記画素回路と同じ色のフィルタに対応する複数の前記画素回路から出力される複数の前記画素データを用いて前記補完画素データを生成する請求項4に記載の撮像素子。
- 前記補完画素データ生成部は、前記補完画素データの生成に用いる前記画素データに対して、前記校正画素回路群に属する前記画素回路からの距離が遠くなるほど小さくなる重み係数を適用する請求項5に記載の撮像素子。
- 前記キャリブレーション動作は、前記アナログデジタル変換回路の回路ゲインを第1のゲインから第2のゲインに変更する指示に基づき開始され、
前記アナログデジタル変換回路は、前記撮像データを出力する際には前記第1のゲインで動作し、前記校正データを出力する際には前記第2のゲインで動作するように制御され、
前記更新用補正値により前記補正値が上書きされた後に前記アナログデジタル変換回路は前記第2のゲインで前記撮像データに対するアナログデジタル変換処理を実施する請求項1に記載の撮像素子。
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