JP7163135B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
光電変換素子を含む複数の画素及び複数の列回路を有する撮像素子と、
前記複数の列回路を使用して前記複数の画素のデータを読み出す読出し手段と、
前記読出し手段による読出しに使用する列回路を変更する列回路接続変更手段と、を有し、
前記列回路接続変更手段により接続される列回路をフレーム単位で変更しながら、複数フレーム期間かけて各列回路の特性を示すデータを読出して前記複数の列回路の補正データを取得する補正データ生成手段と、を有することを特徴とする。
図1は本発明の実施例1に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。本実施例による撮像装置1000は、例えばデジタルカメラであり、静止画像撮影機能及び動画像撮影機能を有している。撮像装置1000は、撮像装置1000を統括的に制御するCPU(Central Processing Unit)102、及び撮影レンズ109を通過した被写体の光学像が結像する撮像素子100を有する。撮像素子100は、これに結像された光学像を電気信号(アナログ画素信号)に変換後、所定の量子化ビット数に応じてデジタル画像データに変換して出力する。DFE(Digital Front End)101は、撮像素子100からデジタルデータを受けとり、後述する画像のための基本的な補正処理を行い、CPU102へデータを送信する。
記録部108は、例えば不揮発性メモリ又はハードディスク等であり、画像データ等が記録される。本実施例において記録部108は、内蔵する形で記載されているが、コネクタ等を介して着脱可能なメモリーカードなどの外部記録媒体でもよい。
RAM110は画像補正処理を行う際に用いるバッファ用のメモリである。
データ出力部A310a、310bまたはデータ出力部B311a、311bはSLVS(Scalable Low Voltage Signaling)等の伝送方式により、撮像素子100の外部へデータを出力する。
TG_A340かTG_B342のいずれかを有し、同一のタイミングで動作する構成も適用可能である。
次に、図11を用いてDFE(Digital Front End)101の構成について説明する。
一方、データ出力部B311a、311bから出力される補正値生成用データは補正値生成回路400に入力される。補正値生成回路400はデータ出力部B311a、311bから出力される補正値生成用データから垂直出力線、AD変換器等を含む列読み出し回路(列回路)毎の補正値を生成し、RAM403へ格納する。即ち補正データ生成機能を有する。ここで列読み出し回路(列回路)毎の補正値は各列回路の特性を示すデータといえる。RAM403は、RAM0(403a)、RAM1(403b)、RAM2(403c)を有する。各RAMには読み出しを行う画像の補正値が格納される。なお、使用しないRAMをパワーダウンされるように制御してもよい。
補正回路401は、RAM403から出力される列読み出し回路(列回路)の各々に対応した補正値を、セレクタ402またはRAM制御部404から出力される被写体画像データから減算し、オフセット補正を行う。その後CPU102に対してデータを出力する。
次にステップS102にて、補正値生成用データの読み出しを行う。なお、このときの各構成要素の状態を示す概念図を図14のフレームNo.LV_0に示す。
補正値生成用データを読み出す場合の撮像素子100の動作タイミングチャートを図16に示す。時刻ta0において、駆動信号tx_0、2、4、6、8、10がHになり、図6の転送スイッチ202がオンになる。このとき、res_0、2、4、6、8、10はHになっているので、PD201に蓄積された電荷は、転送スイッチ202、リセットスイッチ205を介して電源208に転送され、PD201はリセットされる。時刻ta1において、制御信号tx_0、2、4、6、8、10をLとし、PD201への電荷の蓄積が開始される。ただしVOB_0領域の画素は遮光されているので、PD201では暗電流が蓄積されることになる。
時刻ta5にて、AD変換が終了すると、AD変換器301b、301dはそれぞれAD変換されたノイズ信号をLatch_N328保持する。
次に、ステップS102における図11のDFE101の動作(図14 LV_0フレーム)について説明する。
DFE101で補正値の生成が終了すると、図12のステップS103へ進む。
次にステップS105にて、LV画像データの読み出しを行う。なお、このときの各構成要素の状態を示す概念図を図14のフレームNo.LV_1に示す。
時刻tc5にて、AD変換が終了すると、AD変換器301b、301dはそれぞれAD変換されたノイズ信号をLatch_N328に保持する。
その後、時刻tc7にて、tx_12k+0、12k+2、12k+4、12k+6、12k+8、12k+10をLにし、PD201からの転送を完了する。
次に、ステップS105におけるDFE101の動作(図14 LV_1フレーム)について説明する。
以上のようにして列ごとのオフセットノイズを除去したLV画像をモニターすることができる。
ステップS116では、CPU102は、メインスイッチが押下されているかを判断し、メインスイッチが押下されている場合には(ステップS116のYES)、LV画像の撮影を終了する。メインスイッチが押下されていない場合には(ステップS116のNO)、LV画像の撮影を継続し、ステップS117に進む。
次にステップS119にて図11の補正値生成回路400により補正値を生成する設定を行う。また、RAM403に対して、補正値生成のためにRAM1(403b)を使用する設定を行う。また、LV画像データを補正するための設定も行う。セレクタ402をaに設定し、データ出力部A310aからのデータのみを選択する。また、RAM403に対して、補正のためにRAM0(403a)を使用する設定を行う。
次にステップS120にて、補正値生成用データの読み出しとLV画像データの読み出しを行う。なお、このときの各構成要素の状態を示す概念図を図14のフレームNo.LV_3に示す。このフレーム期間では補正値生成用データの読み出しとLV画像データ(被写体画像データ)の読み出しを行う同じフレーム期間に重複して行う。
このときの、画素と垂直出力線の接続関係の概念図を図23のフレームNo.LV_3に示す。図のように、0、2、4行目の画素が垂直出力線301e(垂直出力線4)に接続され、6、8、10行目の画素が垂直出力線301c(垂直出力線2)に接続されることになる。同一垂直出力線に接続された画素の信号は混合された状態でAD変換器にてAD変換されることとなる。
また、同時にLV画像データの読み出しを行う。このときのLV画像データの読み出しは前述した図18と同様に垂直出力線3と垂直出力線1を使用して行われるものであり、説明は省略する。なお、前述のように補正値生成用データの読み出しに垂直出力線4、2を用い、LV画像データの読み出しには垂直出力線3、1を用いるのは現在モニター中のLV画像が乱れないようにするためである。
次に、ステップS120におけるDFE101の動作(図14 LV_3フレーム)について説明する。
ステップS121では、CPU102は、メインスイッチが押下されているかを判断し、メインスイッチが押下されている場合には(ステップS121のYES)、LV撮影を終了する。メインスイッチが押下されていない場合には(ステップS121のNO)、ステップS117に戻る。
ステップS117にて、さらにISO感度が変更されないと判断された場合には、ステップS103へ戻る。
次にステップS105にて、LV画像データの読み出しを行う。なお、このときの各構成要素の状態を示す概念図を図14のフレームNo.LV_4に示す。
このときの画像データ読み出し時の撮像素子100の動作タイミングチャートを図19に示す。前述した図18の被写体画像データ読み出し時の動作と異なるのは、駆動信号sel2_12k+0、12k+2、12k+4、12k+6、12k+8、12k+10をHにする点であり、他は図18と同様であるため説明を省略する。
このときの、画素と垂直出力線の接続を示す概念図を図23に示す。フレームNo.LV_4に示すように、12k+0、12k+2、12k+4行目の画素が垂直出力線301e(垂直出力線4)に接続され、12k+6、12k+8、12k+10行目の画素が垂直出力線301c(垂直出力線2)に接続されることになる。また、同一垂直出力線に接続された画素信号は混合された状態でAD変換器にてAD変換される。
撮像素子100のデータ出力部A310aからはLV画像データが出力され、補正回路401へ入力される。図11に示すように補正回路401には、垂直出力線2、4をそれぞれ経由した被写体画像データが順次入力される。補正回路401はRAM1から格納されている補正値を、入力される被写体画像データの対応した列と同期したタイミングで読出し、各垂直出力線の列毎に被写体画像データから補正値を減算して補正を行う。その後、CPU102に対して被写体画像データを出力する。CPU102は入力されたLV画像データを画像処理部107へ転送し、画像処理部107内で不図示の現像回路での現像を行い、表示部104へライブビュー画像として表示を開始する。その後ステップS106へ進む。
のYES)には、ステップS107へ進む。
ステップS107にて、CPU102は撮像素子100に対して静止画画像データを読み出す設定を行う。CPU102は図10のTG_B342に対して、VOB_1領域とHOB領域と有効画素領域の駆動信号res、tx、sel0~2等のパルス設定を行う。また、ランプ信号発生器306aに対して静止画データを読み出す時のゲインとしてランプ信号A321aの傾きを設定する。ここでは例として、撮影感度ISO1600で撮影するための傾きを設定する。また図2のTG307aに対して、AD変換器301a~fをオン状態にする設定を行う。また、AD変換器301a~fのセレクタ326にランプ信号A321aを供給する設定を行う。さらに、AD変換器301a~fのセレクタ347に対して、カウンタ値A323aを選択する設定を行う。また、データ出力部A310a、データ出力部B311aをオンにする設定を行う。
ここでは、全てのAD変換器は静止画の読み出しを行うため、カウンタ値A323aとカウンタ値B346aの動作タイミングは同一となる設定を行う。このように本実施例では静止画画像データを読み出すときには全垂直出力線を用いるようにしているので高速読出しが可能となる。
次にステップS109にて、静止画画像データの読み出しを行う。なお、このときの各構成要素の状態を示す概念図を図15のフレームNo.静止画に示す。
時刻te0において、駆動信号tx_12k+0、12k+2、12k+4、12k+6、12k+8、12k+10がHになり、転送スイッチ202がオンになる。このとき、res_12k+0、12k+2、12k+4、12k+6、12k+8、12k+10はHになっており、PD201に蓄積された電荷は、転送スイッチ202、リセットスイッチ205を介して電源208に転送され、PD201はリセットされる。時刻te1において、制御信号tx_12k+0、12k+2、12k+4、12k+6、12k+8、12k+10をLとし、PD201への光電荷の蓄積が開始される。
次に、時刻te4にて、図2のTG307aはAD変換器301a~fを駆動し、AD変換を開始する。ここで各垂直出力線に出力されるノイズ信号がAD変換される。AD変換開始にカウンタ305aがカウント値のインクリメント動作を開始する。垂直出力線301a~fの信号レベルとセレクタ326から出力されるランプ信号レベルを比較器327で比較し、一致した時点のカウンタ値をLatch_N328に格納することでAD変換が行われる。
時刻te5にて、AD変換が終了されると、AD変換器301a~fはそれぞれAD変換されたノイズレベルを保持する。
その後、時刻te7にて、tx_12k+0、12k+2、12k+4、12k+6、12k+8、12k+10をLにし、PD201からの転送を完了する。
本実施例では、図21(B)のVOB_1領域、HOB領域、有効画素領域に対して図21(B)の上から順に、図20に示す転送単位(12行)ずつ水平転送動作を行い、各画素一度だけ読み出したデータを静止画画像データとして出力する。
撮像素子100のデータ出力部A310a、データ出力B311aからは静止画画像データが出力され、RAM制御部404へ入力される。RAM制御部404は入力された静止画画像データをRAM110へ順次格納する。
静止画撮影が終了すると、ステップS110に進む。
ステップS110にて、CPU102は撮像素子100に対して静止画画像データを補正するためのデータを読み出す設定を行う。CPU102は図10のTG_A340に対して、VOB_0領域の駆動信号res、tx、sel0~2等のパルス設定を行う。また、ランプ信号発生器306aに対して補正値生成用データを読み出す時のゲインとしてランプ信号B322aの傾きを設定する。ここでは例として、撮影感度ISO1600で撮影するための傾きを設定する。
また図2のTG307aに対して、AD変換器301b、301c、301d、301eをオン状態、その他のAD変換器(301a、301f)はオフ状態にする設定を行う。また、AD変換器301b、301dにはセレクタ326にランプ信号B322aを供給する設定を行う。AD変換器301c、301eにはセレクタ326にランプ信号A321aを供給する設定を行う。さらに、AD変換器301b、301dにはセレクタ347にカウンタ値B346aを選択する設定を行う。AD変換器301c、301eにはセレクタ347にカウンタ値A323aを選択する設定を行う。また、データ出力部A310a、データ出力部B311aをオンにする設定を行う。
次にステップS112にて、静止画用補正値生成用データの読み出しとLV画像データの読み出しを行う。なお、このときの各構成要素の状態を示す概念図を図15のフレームNo.LV_6に示す。
このときの静止画用補正値生成用データ読み出し時の撮像素子100の動作タイミングチャートを、図17に示す。前述した図16の補正値生成用データ読み出し時の動作と異なるのは、駆動信号sel2_0、2、4、6、8、10をHにする点であり、他は図16と同様であるため説明を省略する。
また、同時にLV画像データの読み出しを行う。このときのLV画像データの読み出しは前述した図23のLV_4と同様であり、図24のLV_6のように垂直出力線2と4に出力されるため、説明を省略する。ここで読み出されたLV画像データはRAM1に記憶されていた補正データにより補正される。
その後ステップS113へ進む。
ステップS110にて、CPU102は撮像素子100に対してLV画像データを読み出すとともにLV画像を補正するためのデータを読み出す設定を行う。CPU102はTG_A340に対して、VOB_0領域の駆動信号res、tx、sel0~2等のパルス設定を行う。また、ランプ信号発生器306aに対してLV画像の補正値生成用データを読み出す時のゲインとしてランプ信号B322aの傾きを設定する。ここでは例として、撮影感度ISO1600で撮影するための傾きを設定する。
また図2のTG307aに対して、AD変換器301b、301c、301d、301eをオン状態、その他のAD変換器(301a、301f)はオフ状態にする設定を行う。また、AD変換器301c、301eにはセレクタ326にランプ信号A321aを供給する設定を行う。AD変換器301b、301dにはセレクタ326にランプ信号B322aを供給する設定を行う。さらに、AD変換器301c、301eにはセレクタ347にカウンタ値A323aを選択する設定を行う。AD変換器301b、301dにはセレクタ347にカウンタ値B346aを選択する設定を行う。また、データ出力部A310a、データ出力部B311aをオンにする設定を行う。
次にステップS111にてDFE101の設定を行う。ここでは、LV用の補正値を生成するための設定を行う。補正値生成回路400に補正値を生成する設定を行う。また、補正値生成のためにRAM0(403a)を使用する設定を行う。また、LV画像データを補正するための設定を行う。セレクタ402をaに設定し、データ出力部A310aからのデータのみを選択する。また、補正のためにRAM1(403b)を使用する設定を行う。また、RAM2に格納されている静止画用の補正値(垂直出力線1、3の補正値)は保持する設定を行う。
このときのLV用の補正値生成用データ読み出し時の撮像素子100の動作タイミングチャートを図17に示す。前述した図16の補正値生成用データ読み出し時の動作と異なるのは、駆動信号sel2_0、2、4、6、8、10をHにする点であり、他は図16と同様であるため説明を省略する。
また、同時にLV画像データの読み出しを行う。このときのLV画像データの読み出しは前述した図22のフレームNo.LV_1と同様であり図25のフレームNo.LV_7のように垂直出力線2、4に出力されるため、説明を省略する。
次に、ステップS112時のDFE101の動作(図15 LV_7フレーム)について説明する。
今回のステップS110からステップS112の動作(図15 LV_7フレーム)により、次のフレームでLV画像を垂直出力線1、3から読み出して補正できる状態となり、垂直出力線2、4が空く。そこで次にこの垂直出力線2、4から静止画の補正値生成用データが読み出せることとなる。
その後ステップS113へ進む。
ステップS113では静止画の補正値が全て生成されたか否かを判断する。ここでは、図15 フレームNo.LV6のRAM2状態に示すように、垂直出力線1と3の補正値のみ生成が完了しているので、ステップS110へ戻る(ステップS113のNO)。
このように、被写体画像データとしての静止画像は1フレーム期間で読み出されるが、静止画用の補正値は列回路をフレーム単位で変更しながら複数フレーム期間かけて取得するようにした点に大きな特徴がある。
ステップS113では静止画の補正値が全て生成されたか否かを判断する。ここでは、図15 フレームNo.LV_9のRAM2状態に示すように、全ての垂直出力線の補正値生成が完了しているので、ステップS114へ進む(ステップS113のYES)。
このときのDFE101の動作(図15 LV_10フレーム)について説明する。
RAM110からは静止画画像データが出力され、補正回路401に入力される。補正回路401には、垂直出力線0~5をそれぞれ経由した被写体画像データが順次入力される。補正回路401はRAM2(403c)に格納されている補正値を、入力される被写体画像データの列対応が合う同期したタイミングで読出し、各垂直出力線の列毎に被写体画像データから補正値を減算して補正を行う。その後、CPU102に対して被写体画像データを出力する。CPU102は入力された静止画画像データを画像処理部107へ転送し、画像処理部107内で不図示の現像回路での現像を行い、記録部108へ静止画として記録する。
静止画補正が終了すると、ステップS103に進む。
なお、本実施例ではISO感度に関連してAD変換器のゲインを変更した時に、補正値を取得する構成としたが、この限りではない。内蔵アンプのゲインなどが変更された場合にも適用できる。また、AD変換のbit数、垂直方向/水平方向の画素加算数など撮影モードが切り替わった場合なども適用することができる。即ち、静止画データを読み出す場合と動画データを読み出す場合とでAD変換する際のbit数を異ならせたり、水平方向または垂直方向の画素加算数を異ならせたりしてもよい。
また、本実施例ではオフセット補正を行う構成としたが、ゲイン補正など読み出し回路に起因する補正であれば適用可能である。
さらに、本実施例では静止画を撮影したのちに、静止画の補正値を、静止画データを取得した後に複数フレーム期間かけて取得する構成としたが、静止画データを取得する前に静止画用の補正値を生成し、静止画データの読み出し時に補正を適用する構成でもよい。
図29は本発明の実施例2による撮像装置1001の構成例を示すブロック図である。本実施例における撮像装置1001は、撮像素子100とは異なる構成の撮像素子500を有する。また、実施例1で述べた撮像装置1000と比較してDFE101を有せず撮像素子500から直接CPU102にデータが送信される構成である。それ以外は撮像装置1000と同様であるため、説明を省略する。
図30~図33は撮像素子500の構成を分割して示した図であり、図30~図33はそれぞれ撮像素子500の回路構成の左上、左下、右上、右下の分割部分を示している。また図30、図31は図2、図3とそれぞれ同じ構成であり、図32、図33の出力部分の構成が図4、図5とは異なる。
次に、図34を用いて画像補正回路501の構成について説明する。
補正値生成回路503はSSG505のタイミング制御信号に基づき、入力されるデータが補正値生成用データである時に、列読み出し回路(垂直出力線、AD変換器、等)毎の補正値を生成し、RAM506へ格納する。RAM506は、RAM0(506a)とRAM1(506b)、RAM2(506c)を有する。RAM0からRAM2において、各RAMに読み出しを行う画像の補正値を格納し、補正に使用する。補正に使用していないRAMでは補正値生成や保持やパワーダウンがなされる。
補正回路504は、SSG505のタイミング制御信号に基づき、入力されるデータが被写体画像データである時に、列読み出し回路毎にRAM506から出力される補正値を被写体画像データから減算し、オフセット補正を行う。その後CPU102に対してデータを出力する。
本実施例2においても、動画撮影中に静止画撮影がなされた場合でも、動画撮影を中断せずに静止画用の補正値を生成しつつ、静止画に補正を適用することができる。
更に、実施例2では、撮像素子外に補正値を生成するためのデータを出力する必要がないため、撮像素子のデータ出力インターフェース(I/F)に関して被写体画像データ出力レートを圧迫することがない。また、撮像素子外へ出力する場合と比べて出力I/Fをパワーダウンできるので、消費電力を低減することができる。
101 DFE
206a~c 画素選択スイッチ
300a~g 垂直出力線
301a~g AD変換器
Claims (20)
- 光電変換素子を含む複数の画素及び複数の列回路を有する撮像素子と、
前記複数の列回路を使用して前記複数の画素のデータを読み出す読出し手段と、
前記読出し手段による読出しに使用する列回路を変更する列回路接続変更手段と、を有し、
前記列回路接続変更手段により接続される列回路をフレーム単位で変更しながら、複数フレーム期間かけて各列回路の特性を示すデータを読出して前記複数の列回路の補正データを取得する補正データ生成手段と、を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記読出し手段は前記複数の列回路を使用して被写体画像データを1フレーム期間に読み出すとともに、前記補正データ生成手段によって複数フレーム期間かけて取得された補正データを用いて前記被写体画像データを補正する補正手段を有することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記読出し手段によって読出された被写体画像データをメモリに一旦記憶し、
前記補正データ生成手段によって複数フレーム期間かけて取得された前記補正データを用いて前記被写体画像データを補正することを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 - 前記補正データ生成手段は、前記被写体画像データ読み出しより後に前記補正データを生成することを特徴とする請求項2または3に記載の撮像装置。
- 前記補正データ生成手段は、前記被写体画像データ読み出しより前に前記補正データを生成することを特徴とする請求項2または3に記載の撮像装置。
- 前記読出し手段は、動画データを読み出す場合と静止画データを読み出す場合とで、画像データをAD変換する際のbit数を異ならせることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記読出し手段は、動画データを読み出す場合と静止画データを読み出す場合とで、垂直方向の画素加算数を異ならせることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記読出し手段は、動画データを読み出す場合と静止画データを読み出す場合とで、水平方向の画素加算数を異ならせることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記読出し手段は、被写体画像データを読み出す動作と列回路の特性を示すデータを読み出す動作を、異なる列回路を用いて行うモードを有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記読出し手段は、被写体画像データを読み出す動作と列回路の特性を示すデータを読み出す動作を、同一の動作タイミングで制御することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記読出し手段は、被写体画像データを読み出す動作と列回路の特性を示すデータを読み出す動作を、異なる動作タイミングで制御することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記読出し手段は、被写体画像データを読み出す動作と列回路の特性を示すデータを読み出す動作を、重複した期間に行うよう制御することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記読出し手段は、被写体画像データを読み出す動作と列回路の特性を示すデータを読み出す動作の少なくともいずれかにおいて、読み出しに使用していない列回路のための一部の回路への給電をオフすることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記読出し手段は、被写体画像データを読み出す場合と列回路の特性を示すデータを読み出す場合とで、異なるデータ出力手段から出力することを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記読出し手段は、前記静止画データを読み出す場合に、前記動画データを読み出す場合に使用する列回路よりも多い数の列回路を使用して画像データを読み出すことを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。
- 前記補正データ生成手段は、前記撮像素子と一体に構成されることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記列回路の特性を示すデータを読み出す場合に、遮光された画素からの信号を読み出すことを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記列回路接続変更手段は各画素の出力を複数の垂直出力線のいずれかに選択的に接続する選択スイッチを含むことを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 請求項1から18のうちいずれか一項に記載の撮像装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラム。
- 請求項19に記載のコンピュータプログラムを記憶したコンピュータで読み取り可能な記憶媒体。
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JP2011142590A (ja) | 2010-01-08 | 2011-07-21 | Panasonic Corp | 固体撮像装置および撮像装置 |
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