JP6759387B2 - Ad変換器、ad変換装置、光電変換装置、撮像システム、およびad変換方法 - Google Patents
Ad変換器、ad変換装置、光電変換装置、撮像システム、およびad変換方法 Download PDFInfo
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また、別の一の側面は、撮影感度に対応した動作を行う光電変換装置であって、ランプ信号を出力する参照信号生成部と、前記ランプ信号と、入力されるアナログ信号とを比較することでAD変換を行うAD変換器と、を備え、前記撮影感度が第1の撮影感度である第1の場合において、前記参照信号生成部は、第1の傾きの第1ランプ信号と、前記第1の傾きより小さい第2の傾きの第2ランプ信号とを前記AD変換器に出力し、前記撮影感度が前記第1の撮影感度よりも小さい第2の撮影感度である第2の場合において、前記参照信号生成部は、前記第1の傾きと前記第2の傾きのいずれとも異なる第3の傾きの第3ランプ信号と、前記第1の傾きである第4ランプ信号とを前記AD変換器に出力し、前記第1ランプ信号と前記第2ランプ信号の各々の電位が変化する期間は互いに重なっており、
前記第3ランプ信号と前記第4ランプ信号の各々の電位が変化する期間は互いに重なっていることを特徴とする光電変換装置である。
図1は、AD変換器が比較するアナログ信号と参照信号の関係を示す図である。横軸は時間を表し、縦軸は信号レベルを表す。参照信号であるランプ信号はランプLとランプHを記載している。ランプ信号Hは最大値がVHであるので、ランプ信号Hを用いることで、信号レベルが0からVHのアナログ信号をAD変換することができる。一方、ランプ信号Lは、信号レベルの最大値がVHよりも低いVLであるので、アナログ信号のレベルがVLを上回る場合には、AD変換できない。つまり、ランプLを用いた場合には、ランプHを用いる場合と比べて、AD変換器のダイナミックレンジが狭くなる。アナログ信号が、VLを下回る場合にはランプ信号Lを用い、アナログ信号がVLを上回る場合にはランプ信号Hを用いることで、相対的に低輝度の信号は分解能を高くしつつ、AD変換器のダイナミックレンジを広くすることができる。
図7は、本実施例に係る参照信号の時間に対する変化を示す図である。
図8(A)は、本実施例に係る参照信号の時間に対する変化を示す図である。以下では、実施例1と異なる部分を中心に説明する。
本実施例では、撮像システムにおいて設定される撮影感度と、各撮影感度において用いられるランプ信号の組み合わせについて説明する。
実施例1〜3では、ランプ信号との比較によるランプ比較方式で有効信号のAD変換を行った。本実施例では、逐次比較方式とランプ比較方式の2つを組み合わせた、ハイブリッドAD変換方式のAD変換器を用いる例を説明する。
上述の各実施例は、ランプ信号の時間変化率を小さくすることにより、信号に対するゲインを大きくした。しかし、現実には比較器や参照信号生成部に起因するノイズがあるので、ランプ信号の時間変化率が小さい場合には、有効信号かノイズか判別できなくなってしまう恐れがある。
図19は、本実施例の撮像システムの構成例を示す図である。撮像システム800は、例えば、光学部810、撮像素子100、映像信号処理部830、記録・通信部840、タイミング制御部850、システム制御部860、及び再生・表示部870を含む。撮像装置820は、撮像素子100及び映像信号処理部830を有する。撮像素子100は、先の実施例で説明した光電変換装置が用いられる。
上記の各実施例は、本発明を実施する上での例示的なものであって、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲で変更したり、複数の実施例の要素を組み合わせたりできる。
11 画素
20 列信号処理部
22 比較部
221 比較器
24 メモリ部
30 参照信号生成部
40 カウンタ
Claims (16)
- 撮影感度に対応した動作を行う光電変換装置であって、
ランプ信号を出力する参照信号生成部と、
前記ランプ信号と、入力されるアナログ信号とを比較することでAD変換を行うAD変換器と、を備え、
前記撮影感度が第1の撮影感度である第1の場合において、
前記参照信号生成部は、第1の傾きの第1ランプ信号と、前記第1の傾きよりも小さい第2の傾きの第2ランプ信号とを含むm個(mは2以上の自然数)のランプ信号を前記AD変換器に出力し、
前記撮影感度が前記第1の撮影感度よりも小さい第2の撮影感度である第2の場合において、
前記参照信号生成部は、第3の傾きの第3ランプ信号を含み、前記m個よりも少ないn個(nは1以上の自然数)のランプ信号を前記AD変換器に出力し、
前記第1の場合において、前記m個のランプ信号の各々の電位が変化する期間は互いに重なっており、
前記第2の場合において、前記nが2以上の場合には前記n個のランプ信号の各々の電位が変化する期間は互いに重なっていることを特徴とする光電変換装置。 - 前記第1の傾きは、前記第2の傾きよりも小さく、
前記第1の場合において、
前記AD変換器は、前記アナログ信号が第1の信号レベルの場合には、前記第1ランプ信号を用いて前記アナログ信号をAD変換し、
前記AD変換器は、前記アナログ信号が前記第1の信号レベルよりも振幅が小さい第2の大きさの場合には、前記第2ランプ信号を用いて前記アナログ信号をAD変換し、
前記第2の場合において、
前記AD変換器は、前記アナログ信号が前記第1の信号レベルの場合、および前記アナログ信号が前記第2の信号レベルの場合に、第3ランプ信号を用いて前記アナログ信号をAD変換することを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 - 前記第1の信号レベルは閾値よりも振幅が大きい信号レベルであり、前記第2の信号レベルは前記閾値よりも振幅が小さい信号レベルであり、
前記閾値は、前記第2ランプ信号の最大振幅よりも小さい振幅の信号レベルであることを特徴とする請求項2に記載の光電変換装置。 - 撮影感度に対応した動作を行う光電変換装置であって、
ランプ信号を出力する参照信号生成部と、
前記ランプ信号と、入力されるアナログ信号とを比較することでAD変換を行うAD変換器と、を備え、
前記撮影感度が第1の撮影感度である第1の場合において、
前記参照信号生成部は、第1の傾きの第1ランプ信号と、前記第1の傾きより小さい第2の傾きの第2ランプ信号とを前記AD変換器に出力し、
前記撮影感度が前記第1の撮影感度よりも小さい第2の撮影感度である第2の場合において、
前記参照信号生成部は、前記第1の傾きと前記第2の傾きのいずれとも異なる第3の傾きの第3ランプ信号と、前記第1の傾きである第4ランプ信号とを前記AD変換器に出力し、
前記第1ランプ信号と前記第2ランプ信号の各々の電位が変化する期間は互いに重なっており、
前記第3ランプ信号と前記第4ランプ信号の各々の電位が変化する期間は互いに重なっていることを特徴とする光電変換装置。 - 前記撮影感度が前記第1の撮影感度および前記第2の撮影感度と異なる第3の撮影感度である第3の場合において、
前記参照信号生成部は、第4の傾きの第5ランプ信号と、前記第4の傾きとは異なる第5の傾きの第6ランプ信号とを含む複数のランプ信号を前記AD変換器に出力し、
前記第4の傾きは、前記第1の傾き、前記第2の傾き、前記第3の傾きのいずれとも異なり、
前記第5ランプ信号の電位が変化する期間と、前記第6ランプ信号の電位が変化する期間とが互いに重なっていることを特徴とする請求項4に記載の光電変換装置。 - 前記第1の場合において、
前記AD変換器は、前記アナログ信号が第1の信号レベルの場合には、前記第1ランプ信号を用いて前記アナログ信号をAD変換し、
前記AD変換器は、前記アナログ信号が前記第1の信号レベルよりも振幅が小さい第2の信号レベルの場合には、前記第2ランプ信号を用いて前記アナログ信号をAD変換し、
前記第1の信号レベルは閾値よりも振幅が大きい信号レベルであり、前記第2の信号レベルは前記閾値よりも振幅が小さい信号レベルであり、
前記閾値は、前記第2ランプ信号の最大振幅よりも小さい振幅の信号レベルであることを特徴とする請求項4または5に記載の光電変換装置。 - 前記第3の傾きは、前記第4ランプ信号の傾きよりも小さく、
前記第2の場合において、
前記AD変換器は、前記アナログ信号が第2の閾値よりも振幅が小さい第3の信号レベルの場合には、前記第3ランプ信号を用いて前記アナログ信号をAD変換し、
前記AD変換器は、前記アナログ信号が前記第2の閾値よりも振幅が大きい第4の信号レベルの場合には、前記第4ランプ信号を用いて前記アナログ信号をAD変換することを特徴とする請求項6に記載の光電変換装置。 - 前記第3の傾きが、前記第1の傾きよりも小さいことを特徴とする請求項4〜6のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第3の傾きが、前記第1の傾きよりも大きいことを特徴とする請求項4〜6のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第2ランプ信号の電位が変化している期間が、前記第1ランプ信号の電位が変化している期間よりも長いことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第2ランプ信号の電位の変化が開始するタイミングと、前記第1ランプ信号の電位の変化が開始するタイミングとが同じであり、
前記第2ランプ信号の電位の変化が終了するタイミングと、前記第1ランプ信号の電位の変化が終了するタイミングとが同じであることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記アナログ信号をAD変換して生成されたデジタル信号を、前記第1の傾きと前記第2の傾きとの、理想比に対する誤差を低減するように補正する補正部をさらに備えることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記AD変換器は、選択回路と、比較器とを有し、
前記選択回路は、前記第1の場合において入力される、前記第1ランプ信号と前記第2ランプ信号を含む複数のランプ信号のうち、一部のランプ信号を前記比較器に出力し、
前記比較器は前記アナログ信号と、前記選択回路から入力されるランプ信号との比較を行うことを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記アナログ信号が、入射光を受けた画素が出力する、入射光に基づく信号であることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 請求項1〜14のいずれか1項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置から出力された信号を処理して画像データを生成する映像信号処理部と、を備えたこと
を特徴とする撮像システム。 - 前記撮像システムは、撮影感度を設定する感度設定部をさらに有し、前記感度設定部が前記光電変換装置の動作を、前記第1の場合、前記第2の場合を含む動作の中から設定することを特徴とする請求項15に記載の撮像システム。
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