JPH09238286A - デジタル光学センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】カメラをさらに小型化するために、外来雑音に
極めて強いデジタル光学センサを得る。 【解決手段】フォトダイオード４０３のそれぞれの出力
信号は増幅器４０３、スイッチ４０４を通して取り出さ
れる。増幅器４０３の出力はぞれＡ／Ｄ変換器４０６で
デジタル変換され、Ａ／Ｄ変換器４０６の出力はそれぞ
れラッチ回路４０７で記憶される。ラッチ回路４０７の
情報はスイッチ４０８の走査により時系列で出力され
る。水平方向のそれぞれの配列素子に対応してＡ／Ｄ変
換器が設けられているのでＡ／Ｄ変換速度に大幅に余裕
を持たせることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ビデオカメラや
電子スチルカメラ等に使われる固体撮像素子に関し、特
に外来雑音に強くカメラの小型化を容易にする固体撮像
素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２に従来のデジタル信号処理回路を
搭載したカメラのブロック図を示し、図１３に現在固体
撮像素子の主流となっているＣＣＤ撮像素子の概略構成
図を示す。

【０００３】レンズ１０１により、固体撮像素子１０４
上に光像を結像する。この光像は複数のフォトダイオー
ド２０１に照射され、光電変換されて信号電荷が蓄積さ
れる。タイミング発生器１０２は、カメラ内で必要とさ
れる種々のパルスを発生し、そのパルスの一部がドライ
ブ回路１０３を介して固体撮像素子を駆動する。この駆
動パルスにより、フォトダイオード２０１に蓄積された
信号電荷は、１フィールド毎に垂直転送路２０２に一斉
に転送され、１走査線毎に１段ずつ垂直転送路２０２を
転送されるとともに、１ライン分の信号電荷は水平転送
部２０３に転送される。水平転送部２０３では、１画素
毎の信号電荷が水平転送部２０３を１段ずつ転送される
とともに出力アンプ２０４へ該信号電荷が送り込まれ、
この出力アンプ２０４で電荷−電圧変換が行われて電圧
出力が出力端子に得られる。

【０００４】固体撮像素子１０４からの出力信号は、プ
リプロセス回路１０５で雑音低減や信号レベル補正等が
施され、プリプロセス回路１０５の出力信号は、Ａ／Ｄ
変換器１０６に適正なレベルで供給される。

【０００５】Ａ／Ｄ変換器１０６でデジタルデータに変
換された信号は、デジタル信号処理回路１０７で画像の
細部を強調し立体感をだす輪郭補正処理や色補正処理等
が施され、デジタル信号もしくはアナログ信号として取
り出される。

【０００６】このように、固体撮像素子１０４がＣＣＤ
撮像素子の場合には、１つの増幅器２０４で増幅して取
り出すため画素ごとのレベル変動がほとんど無く、しか
も低入力容量のオンチップアンプで増幅できるため、雑
音の少ない高画質な映像信号が得られる。しかしなが
ら、撮像素子内部を順次転送される信号電荷量は、信号
電流として100nA 程度の微弱なものであるため、信号電
荷そのものは外来雑音に弱く、固体撮像素子１０４とタ
イミング発生器１０２やデジタル信号処理回路１０７が
近くに配置されるだけで、Ｓ／Ｎが劣化するというよう
な悪影響があり、カメラの小型化には高度な実装技術と
部品の適正配置が必要で、さらなるカメラの小型化の問
題点となっていた。

【０００７】最近では、ＣＣＤ並みに低雑音化が期待で
きる撮像素子として、図１４にに示される増幅型撮像素
子が登場してきた。図１４の撮像素子では、複数のフォ
トダイオード３０１毎にその出力を導出する増幅器３０
３を組み込み、微弱な信号電流を増幅してから、垂直走
査用スイッチ３０４と水平走査用スイッチ３０６により
選択して走査を行うものである。この種の撮像素子で
は、複数の増幅器３０３を用いており、この増幅器３０
３間で出力電圧の直流分のばらつきがあると、遮光時で
も固定パターンの雑音が生じることが欠点とされてい
る。

【０００８】しかしこの雑音を低減するノイズ低減回路
３０５を通してから、スイッチ３０６を順番に閉じ走査
映像信号を得ることで、実用レベルの映像信号を得るこ
とができるようになってきた。ノイズ低減回路３０５
は、増幅器３０３の信号電圧出力をサンプリングしたあ
とで、リセットスイッチ３０２を閉じてフォトダイオー
ド３０１の電荷をクリアした後の増幅器３０３自身の内
部出力電圧をサンプリングして、その差電圧を求めて出
力する。この動作により、ノイズ低減回路３０５から
は、増幅器３０３の出力電圧ばらつきが相殺されるた
め、この出力をスイッチングして固定パターン雑音の小
さな実用レベルのアナログの映像信号を得ることができ
る。なお３００は直流電源である。

【０００９】上記の素子では、走査はＣＣＤ撮像素子の
ように微弱な信号電荷のまま行われるのではなく、増幅
用トランジスタで増幅されてからスイッチングされるの
で、ＣＣＤよりは外来雑音に強い。しかしアナログ信号
のままスイッチングが行われ、広帯域のアナログ映像信
号となり、プリプロセス回路１０５やＡ／Ｄ変換器１０
６も動作スピードが早く広帯域のものが必要となり、外
来雑音に対しての雑音帯域幅は、ＣＣＤ撮像素子の場合
と変わらなく、カメラの小型化には高度な実装技術が必
要で、さらなるカメラの小型化の問題点となっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の固体撮像素子で
は、アナログ信号の段階でスキャンされた信号が出力さ
れるためアナログ系での信号の通過帯域幅として広い帯
域幅が必要であり、Ａ／Ｄ変換器までの信号経路とし
て、広い信号通過帯域が必要であり、この間が外来雑音
に弱いという問題があり、カメラの小型化を行うには、
外来雑音に対して注意を払うための高度な実装技術が必
要で、さらなるカメラの小型化の問題点となっていた。
そこでこの発明は、カメラをさらに小型化するために、
外来雑音に極めて強いデジタル光学センサを提供するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明では、増幅型固
体撮像素子内に、雑音低減機能付きのＡ／Ｄ変換器を複
数個内蔵させ、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号をラッチ
した後で順次選択してデジタル映像信号を出力させるよ
うにする。

【００１２】上記のようにするとＡ／Ｄ変換器の変換ス
ピードとしては、従来の１画素の時間という短い時間か
ら１走査に必要とされる時間内に大幅に引き延ばすこと
ができ、結果として、アナログ信号系における通過帯域
幅は大幅に低下させることができる。したがって、外来
雑音は信号に大幅に混入しにくくなる。また、デジタル
化された信号は、遅延による信号劣化がないので、信号
処理に便利な形式で走査信号を出力させることもでき
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施の形
態に係るデジタル光学センサのブロック図を、図２はそ
の動作を説明するためのタイミング図である。図１にお
いて、４００は電源であり、複数の電源ラインに接続さ
れている。電源ラインは、垂直方向へ複数配列され、水
平方向へ延在している。電源ラインには、水平方向へ複
数配列され、スイッチ４０２を介してフォトダイオード
４０１が接続されている。

【００１４】フォトダイオード４０１、スイッチ４０
２、増幅器４０２、スイッチ４０４が１組となって１つ
の画素部を構成しているので、他の画素部にも各素子に
は同じ符号を付している。

【００１５】つまり、複数のフォトダイオード４０１毎
に増幅器４０３が設られ、微弱な信号電流を増幅してか
ら、垂直走査用スイッチ４０４により任意の１行を選択
して、アナログ信号線を介してノイズ低減回路４０５に
増幅器４０３の出力が供給されるようになている。

【００１６】増幅器４０３からは、まず信号に対応する
電圧Ｖａが出力され、リセットスイッチ４０２を一旦閉
じてから開くことにより、フォトダイオード４０１内の
電荷を掃き出して、無信号に対応する電圧Ｖｂが出力さ
れる。ノイズ低減回路４０５は、この電圧ＶａとＶｂの
差電圧を取ることで、雑音電圧を相殺し、雑音低減され
た信号電圧をＡ／Ｄ変換器４０６に供給する。Ａ／Ｄ変
換器４０６の出力信号は、ラッチ回路４０７でラッチさ
れる。ラッチ回路４０７の出力は走査用スイッチ４０８
で順次切り替えられ、走査信号出力として導出される。

【００１７】ラッチ回路４０７で信号がラッチされた後
は、Ａ／Ｄ変換器４０６の出力は変化しても走査信号出
力には影響を与えないため、ノイズ低減回路４０５とＡ
／Ｄ変換器４０６は次の信号のＡ／Ｄ変換を開始するこ
とができる。したがって、雑音低減とＡ／Ｄ変換の所要
時間としては、１走査期間のほとんどを割り当てること
ができる。

【００１８】たとえば、ハイビジョンカメラ用の２００
万画素撮像素子では、１画素の時間は約１３．５ｎｓ、
１走査期間は約２９．６μｓなので、約２０００倍の時
間をかけることができる。このため、Ａ／Ｄ変換器４０
６が比較的低速な逐次比較型であり、１６ビットの出力
を得るとしても、１ビットあたりの比較時間は約１００
画素の時間まで広げることができ、アナログ信号系の帯
域幅は１００分の１と大幅に低減でき、雑音の混入量を
大幅に減少できる。

【００１９】図２に示すように、水平同期信号ＨＤの期
間に、先のＶａ、Ｖｂの差に相当する信号電圧が得ら
れ、この信号電圧がＡ／Ｄ変換器４０６に入力される。
Ａ／Ｄ変換器４０６は、この信号電圧を、デジタル変換
する場合、最大次の水平同期信号の直前までかかってデ
ジタル変換すればよい。そして水平同期信号の直前でラ
ッチ回路４０７が変換データをラッチすると、次の信号
電圧を取り込みＡ／Ｄ変換処理を行う。各スイッチに対
するタイミングパルス及びノイズ低減回路４０５、Ａ／
Ｄ変換器４０６、ラッチ回路４０７に対するタイミング
パルスは、タイミング発生器４０９から出力されてい
る。

【００２０】図３は、この発明の他の実施の形態を説明
するためのブロック図である。この実施の形態は、１つ
の画素部に、２つのフォトダイオードが設けられ、それ
ぞれのフォトダイオードの出力は、いずれか一方がスイ
ッチを介して増幅器４０３に入力されるようになってい
る。この実施の形態においても、１つの画素部の構成は
同じであり、各素子には同一符号を付している。しか
し、各フォトダイオードには色フィルタが設けられてお
り、水平方向へＲＧＲＧＲＧ…の順で繰り返す行と、Ｇ
ＢＧＢＧＢ…の順で繰り返す行があり、この種の行が垂
直方向へ交互に配列される形となつている。したがって
垂直方向への列を見ると、ＲＧＲＧＲＧＲＧ…の繰り返
し列と、ＢＧＢＧＢＧ…の繰り返し列がある。Ｒは赤、
Ｂは青、Ｇは緑を意味する。即ち、行列状に配列された
フォトダイオード４０１ａ、４０１ｂ上には、縦横２画
素周期の色フィルタアレイが設けられている。色フィル
タアレイは所定の波長域の光を透過し、Ｇ・Ｂ・Ｒと記
されたフォトダイオード４０１にはそれぞれ緑色光・青
色光・赤色光が入射され光電変換されて、各色の信号電
荷として蓄えられる。

【００２１】各画素部の構成を見ると、電源ラインと接
地間にスイッチ４０２とコンデンサ６０２の直列回路が
接続され、スイッチ４０２とコンデンサ６０２の接続点
には、増幅器４０３の入力端子が接続されている。この
増幅器４０３の入力端子に対しては、２つのフォトダイ
オード４０１ａ、４０１ｂのいずれか一方の出力をスイ
ッチ６０１ａ、６０２ｂを介して供給することができ
る。

【００２２】フォトダイオード４０１ａ、４０１ｂの信
号電荷は、スイッチ６０１ａまたは６０１ｂを介して読
み出され、増幅器４０３の入力に接続されたコンデンサ
６０４に供給され信号量に応じた電圧の変化に変換され
る。増幅器４０３の出力は、スイッチ４０４によって行
毎に選択され、ノイズ低減回路４０５に供給されるよう
になっている。

【００２３】まずスイッチ４０２を閉じ、コンデンサの
電圧を初期化した後スイッチ４０２を開くことで無信号
時の電圧を増幅器４０３から出力させることができる。
このときの電圧Ｔａは、ノイズ低減回路４０５に基準電
圧としてサンプリングされる。次に例えばスイッチ６０
１ａを閉じ赤と緑の色フィルタの付いたフォトダイオー
ド４０１ａの信号電荷を読み出すと、この色信号は増幅
器４０３の出力電圧変化として出力される。このときの
電圧Ｔｂをノイズ低減回路４０５がサンプリングして、
基準電圧との差電圧をとって信号電圧成分のみを出力す
る。

【００２４】各画素毎のノイズ低減回路４０５の出力
は、それぞれ水平方向へ交互に画素毎い配列された対応
する電圧比較器６０５ａ、６０５ｂに供給される。電圧
比較器６０５ａ、６０５ｂは、対応するランプ電圧発生
器からのランプ波が信号電圧と等しくなったところで反
転してラッチパルスを出力する。すると、このラッチパ
ルスによって、対応するラッチ回路６０７は、カウンタ
６０６のカウント値をラッチする。このカウント値がい
わゆるＡ／Ｄ変換値である。

【００２５】今、図に示す構成において、スイッチ６０
４をａ側にセットし、電圧比較器６０５ａには赤Ｒ信号
と赤信号用のランプ波が、電圧比較器６０５ｂには緑Ｇ
信号と緑信号用のランプ波がそれぞれ入力されるものと
する。それぞれランプ波のスロープを白色被写体を撮像
したときの信号量に比例して設定しておくことで、白色
被写体撮像時の電圧比較器の出力は同一タイミングで切
り替り、白バランスのとれた同一のＡ／Ｄ変換値が得る
ことができる。

【００２６】上記のラッチ出力は水平ブランキング期間
にシフトレジスタ６０８に一斉に取込まれ、水平期間に
順次転送され、出力としてはデジタル映像信号出力が得
られる。次の行のフォトダイオード４０１ｂは、スイッ
チ６０１ａの替りに、スイッチ６０１ｂを経由して信号
電荷を読出すことで、緑Ｇ信号と青Ｂ信号が読出さイッ
チれる。またスイッチ６０４をｂ側にセットすること
で、電圧比較器６０５ａには緑信号用のランプ波が、電
圧比較器６０５ｂには青信号用のランプ波が供給され、
白バランスのとれたデジタル映像信号出力を得ることが
できる。

【００２７】次の行に関しても同様な操作が行われる。
フォトダイオード４０１ａが選択されたときは、スイッ
チ４０４を閉じて増幅器を切替え、スイッチ６０４をａ
側にセットし、赤と緑のデジタル映像信号を得ることが
できる。また、フォトダイオード４０１ｂが選択された
ときは、スイッチ６０４をｂ側にセットし、緑と青のデ
ジタル映像信号を得ることができる。このように、赤と
緑、緑と青の白バランスのとれたデジタル映像信号出力
を水平期間毎に交互に得ることができる。ここで１Ｈ遅
延処理を行うことで、同時に３原色信号を得て、カラー
映像信号を構成することもできる。

【００２８】図４には上記のデジタル光センサの動作を
示すタイミングチャートを示している。ランプ電圧はそ
れぞれＲＧＢ独自に出力することができ、Ｒ、Ｇ及び
Ｇ、Ｂ間のバランスを取る場合に有効である。またラン
プ電圧の波形は、データＲＡＭあるいはＲＯＭ等の予め
格納しておくことにより、任意の特性を得ることができ
る。よって、光学レベルに応じた色処理に必要な特性を
予めこのランプ電圧波形に与えておくことで、補正色信
号を得ることが可能である。

【００２９】図５にこの発明のさらに他の実施例のブロ
ック図を示す。侵入者監視用の遠隔監視カメラの場合に
は、カメラは通信回線で結ばれ、比較的低いデータ転送
レートで動画像を送る必要がある。このような場合に
は、侵入者は必ず動くことを前提に、輝度変化のある部
分を中心にデータ伝送して、実用上問題ないレベルに通
信レートを落すということを行っている。例えば、図７
に示すように監視カメラの出力をフレームメモリに取込
んで、１フレーム時間差のある画像と今回の画像とを比
較して、その輝度レベル差から動きのある領域を検出す
ることが行われている。

【００３０】図５の固体撮像素子の各画素は、フォトダ
イオード４０１、読出しスイッチ６０１、電荷電圧変換
用コンデンサ６０２、リセットスイッチ４０２、増幅器
４０３そして選択スイッチ４０４で構成されている。ス
イッチ４０２とコンデンサ６０２は、電源と接地間に直
列接続されており、スイッチ４０２とコンデンサ６０２
の接続点と接地間にスイッチ６０１とフォトダイオード
４０１の直列回路が接続されている。またスイッチ４０
２とコンデンサ６０２の接続点は、増幅器４０３を、ス
イッチ４０４を介して読み出し信号ラインに接続されて
いる。

【００３１】各画素部も同一構成であるために、１つの
画素部を説明し、他の画素部については同一符号を付し
て説明は省略することにする。次に１行分画素列の動作
を説明する。

【００３２】ここで、水平方向へ並列に配列され、垂直
方向へ延在する各読み出し信号ラインは、両端がそれぞ
れノイズ低減回路４０５−１と４０５−２に接続され
る。一方、上記画素部において、フォトダイオード毎に
設けられたコンデンサ６０２は、スイッチ：４０２と６
０１が開いている間は信号電荷を保持し続けることがで
きるので、１フレーム後に再び同じ画素がアクセスされ
るときまでアンプの出力電圧を保持することができる。
よってスイッチ４０４が閉じられたときには、１フレー
ム前の信号出力電圧を増幅器４０３から出力することが
できる。

【００３３】ノイズ低減回路４０５−１は、このときの
電圧Ｔａを基準電圧としてサンプリングするように制御
される。次に、リセットスイッチ４０２を閉じてコンデ
ンサ６０２の電圧を初期化したのち、リセットスイッチ
４０２を開いて増幅器４０３から無信号時電圧を出力さ
せる。

【００３４】ノイズ低減回路４０５−２はこのときの電
圧をサンプリングし基準電圧Ｔｂとして使用される。次
に、読出しスイッチ６０１が閉じられると、信号電荷が
読出され、増幅器４０３からは現在のフレームの信号に
対応する電圧が出力され、ノイズ低減回路４０５−１と
４０５−２により取込まれ、基準電圧との差電圧Ｔｃが
出力される。

【００３５】これにより、ノイズ低減回路４０５−１か
らは１フレーム前の信号との差電圧成分すなわち輝度変
化分が出力され、ノイズ低減回路４０５−２からは現在
のフレームの信号電圧成分が出力される。

【００３６】輝度変化分はウインド・コンパレータ８０
４に入力され、しきい値レベル以上の輝度変化があった
ときには１が、しきい値レベル未満の輝度変化しか無い
場合には０が出力される。

【００３７】このデジタル値は、走査用シフトレジスタ
８０１により順次閉じられる走査用スイッチ８０２を介
して読出され、大きな輝度変化があった場所を示す走査
信号として出力される。各画素に対応する電圧比較器６
０５には、ノイズ低減回路４０５とパラボラ信号発生器
８０５が接続されている。

【００３８】図６には、第１行目と第２行目のスイッチ
の様子と信号出力の様子を代表して示している。ノイズ
低減回路４０５−２から出力が出されてからの時間に対
し、パラボラ発生器８０５は、時間の二乗に比例した電
圧を発生し、カウンタ６０６は時間に比例したカウント
値を発生する。電圧比較器６０５の出力は、入力電圧と
パラボラ波形電圧が等しくなったところで反転し、その
ときのカウンタ６０６の出力をラッチ回路６０７が保持
する。この結果、入力信号の平方根に比例したＡ／Ｄ変
換値が得られる。これは、ＣＲＴのガンマ値（２．２）
を補正するためのビデオカメラに要求されているガンマ
補正特性のγ＝０．４５に近い変換特性となり、デジタ
ル信号処理部を大幅に簡素化することができる。また、
この実施の形態ではフレーム間差分を２値化したが、Ａ
／Ｄ変換器を使って多値のデジタル値を得ることも可能
である。

【００３９】ラッチ回路６０７の出力はさらにラッチ回
路８０６にラッチされて、適性なタイミングで動作され
るスイッチ８０７を介して導出される。スイッチ８０７
は、タイミング発生器８０９のタイミングパルスに基づ
いて動作するデコーダ８０８の走査出力により駆動され
る。

【００４０】図８に示すように同一チップ上に同期・駆
動タイミング発生回路１１０３と撮像領域１１０１を同
一チップ上に載せた場合には、従来はアナログ信号のま
ま走査されていたため、タイミング発生回路内の分周雑
音が飛込み、縦すじ状の雑音が発生していた。

【００４１】しかしこの発明の方法によれば、アナログ
信号の信号帯域幅が狭く雑音の混入量が少ないうえに、
Ａ／Ｄ変換器は同一タイミングで動作するため、たとえ
雑音の混入があったとしても、Ａ／Ｄ変換特性の直線性
劣化としてしか現れず画像上は目立たない。１１０２は
スイッチ等を走査部として纏めて示している。

【００４２】図９のように、２つのレンズ１２０１で、
撮像素子チップ１２００上に設けられた２つの撮像領域
１２０２に水平視差のある光像を結像させ、奥行情報が
得られる撮像素子も実現できる。

【００４３】このように用いられる撮像素子としては、
図１０のように２つの撮像領域１３０１からの映像信号
が視差検出部１３０４に入力され、相互相関値から視差
情報が算出されるようになっている。この視差情報は、
映像情報とともに出力され、奥行情報のある映像信号と
して用いることができる。１３０２はＡ／Ｄ変換及び走
査部であり、１３０３は、同期・駆動タイミング発生回
路である。

【００４４】写真データの取込みに使われるスキャナで
は、高い解像度が必要なため数千個のフォトダイオード
が１列に並べられたリニアセンサが使われている。画像
の取込みの際には、リニアセンサの走査（１次走査）の
方向と垂直方向に機械的な走査（２次走査）が行われ
て、２次元の画像情報を得ている。従って、各画素間の
感度ばらつきは、２次走査方向のすじとなって現れ画質
を低下させる。これを解決するために、白色の被写体を
撮像したときのリニアセンサの出力信号をあらかじめ測
定しておき、デジタル信号処理により利得補正をかけて
いる。利得補正をかけることにより、すじ状の雑音は低
下するが丸め誤差が発生し、輝度分解能が低下するとい
う欠点があった。

【００４５】この欠点は、図１１に示すようにＤ／Ａ変
換器１４０１と１４０６を縦続接続し、各画素毎にＡ／
Ｄ変換することで解決できる。図１１は、リニアセンサ
の構成を示している。各画素部は、電源と接地間に直列
接続されたスイッチ４０２とコンデンサ６０２、このス
イッチ４０２とコンデンサ６０２の接続点にスイッチ６
０１を介して接続されたフォトダイオード４０１、スイ
ッチ４０２とコンデンサ６０２の接続点に入力端子が接
続された増幅器４０３で構成される。

【００４６】それぞれの増幅器４０２の出力はノイズ低
減回路４０５でノイズ低減される。このノイズ低減回路
４０５は、図１で示したものと同様であり、無信号時の
雑音をキャンセルしたフォトダイオード４０１からの信
号電圧を取り出すことができる。この信号電圧は、電圧
比較器６０５に供給される。

【００４７】電圧比較器６０５は、ノイズ低減回路４０
５からの電圧と、Ｄ／Ａ変換器１４０１からの電圧とを
比較器する。Ｄ／Ａ変換器１４０１からの電圧は、例え
ばカウンタ出力が変換することに応じて変化する可変電
圧である。電圧比較器６０５において、ノイズ低減回路
４０５からの電圧と可変電圧とが一致すると、その一致
検出パルスは、ラッチ回路１４０２や１４０７のラッチ
パルスとして利用される。

【００４８】このシステムは、各画素の感度補正あるい
は修正及び測定機能を備えている。まず全体の動作は、
タイミング発生及びＡ／Ｄ変換制御部１４０８により制
御される。ラッチ回路１４０７に対しては、制御部１４
０８から測定カウント出力が与えられる。この測定カウ
ント出力はラッチ回路１４０７を介してＤ／Ａ変換器１
４０６に入力されアナログ可変電圧に変換され、この可
変電圧は、Ｄ／Ａ変換器１４０１を介して電圧比較器６
０５に入力される。

【００４９】今、所定の明り（白）の被写体を撮像しな
がら、測定カウント出力を可変していくと、それぞれ素
子のばらつきに応じたカウント値がラッチ回路１４０７
にラッチされることになる。カウント値がすべての素子
で同じであれば素子の感度が同じであることになる。

【００５０】したがって、そのばらつきデータを予め制
御部で記憶しておき、実際の撮像データを補正してもよ
いし、ばらつき分のデータを±のバイアスとして後述す
るＤ／Ａ変換器１４０１に与えるようにしてもよい。

【００５１】実際の撮像時には、カウントデータは、ラ
ッチ１４０２を介してＤ／Ａ変換器１４０１に与えられ
る。そして可変電圧が電圧比較器６０５に与えられるよ
うになる。そして可変電圧をノイズ低減回路４０５から
の電圧が一致すると、そのときのカウント値がラッチ回
路１４０２で保持される。このラッチ回路１４０２に保
持されたカウント値は、ラッチ回路１４０３にラッチさ
れる。そして走査スイッチ１４０３を介して読み取られ
る。ノイズ低減回路４０５は、先に説明したように増幅
器４０３自身から出力される不要な成分を除去してい
る。

【００５２】このように動作するセンサによると、感光
素子の感度のばらつきを補償することができ、良好な画
像を得るのに寄与できる。また逆に、感度の特性を持た
せることができる。被写体によっては、中央の撮像感度
を鈍くし、周囲を高くして撮像したり、逆の感度設定に
したほうが好みの映像を得るのに都合のよい場合があ
る。このような用途に自由に答えることができる。また
Ａ／Ｄ変換時に感度補正がなされるため、丸め誤差が発
生せず、輝度分解能の低下が防げるとともに、アナログ
系の帯域幅も大幅に低下させることができるため機器を
小型にできる。

【００５３】なお上記のセンサはリニアセンサとして説
明したが、フォトダイオードが２次元配列されたセンサ
にも適用できることは勿論のことである。またスイッチ
は、半導体スイッチである。

【００５４】

【発明の効果】上記したこの発明によれば、Ａ／Ｄ変換
器を複数個内蔵し、デジタル信号にしてから走査するこ
とにより、アナログ信号系の帯域幅を大幅に低減するこ
とができ、外来雑音に強い撮像素子が実現できる。ま
た、雑音発生源となるために撮像素子に近づけて配置す
ることができなかったデジタル回路さえも近づけて配置
することができ、さらには同一チップ上に搭載すること
が可能となり、カメラを小型化するのに有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るデジタル光学センサの
ブロック図。

【図２】図１のセンサの動作を説明するために示したタ
イミング図。

【図３】この本発明に係るカラー撮像素子のブロック
図。

【図４】図３の素子の動作を説明するために示したタイ
ミング図。

【図５】この発明に係る動き領域検出機能付固体撮像素
子のブロック図。

【図６】図５の素子の動作を説明するために示したタイ
ミング図。

【図７】遠隔監視システムの説明図。

【図８】この発明に係る１チップ撮像素子の構成説明
図。

【図９】この発明に係る奥行情報検出カメラの構成説明
図。

【図１０】この発明に係る奥行情報検出カメラの撮像素
子の構成説明図。

【図１１】この発明に係るリニアセンサの構成説明図。

【図１２】従来のデジタル信号処理回路を搭載したカメ
ラのブロック図。

【図１３】ＣＣＤ撮像素子の概略構成図。

【図１４】増幅型撮像素子の概略構成図。

【符号の説明】

４００…電源 ４０１…フォトダイオード ４０２、４０４、４０８…スイッチ ４０３…増幅器 ４０５…ノイズ低減回路 ４０６…Ａ／Ｄ変換器、 ４０７…ラッチ回路 ４０９…タイミング発生器。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の光電変換素子と、 前記光電変換素子のそれぞれの出力信号を電圧出力する
   複数の増幅器と、 前記複数の増幅器のそれぞれの出力をデジタル信号に変
   換するように各増幅器に対応して設けられた複数のＡ／
   Ｄ変換手段と、 前記複数のＡ／Ｄ変換手段のそれぞれの出力を記憶する
   複数の記憶手段と、 前記複数の記憶手段に蓄えられた情報をそれぞれ時系列
   で出力する走査手段とを少なくとも有し、 前記複数のＡ／Ｄ変換手段の変換速度を低下してなるこ
   とを特徴としたデジタル光学センサ。
2. 【請求項２】それぞれ選択スイッチを有する複数の光電
   変換素子が並列接続されてなる複数個の光電変換要素
   と、 前記複数個の光電変換要素のそれぞれに対応して設けら
   れ、各光電変換要素のの出力信号を電圧出力する複数の
   増幅器と、 前記複数の増幅器のそれぞれの出力をデジタル信号に変
   換するように各増幅器に対応して設けられた複数のＡ／
   Ｄ変換手段と、 前記複数のＡ／Ｄ変換手段のそれぞれの出力を記憶する
   複数の記憶手段と、 前記複数の記憶手段に蓄えられた情報をそれぞれ時系列
   で出力する走査手段とを少なくとも有し、 前記複数のＡ／Ｄ変換手段の変換速度を低下してなるこ
   とを特徴としたデジタル光学センサ。
3. 【請求項３】前記光電変換素子は２次元状に並べられて
   おり、前記複数の増幅器は、行毎の行方向増幅器群であ
   り、また列毎の列方向増幅器群で構成され、前記行方向
   増幅器群は、行毎に選択可能であり、前記列方向増幅器
   群は、出力端が群毎に共通の信号ラインに接続され、前
   記信号ラインにはそれぞれ前記Ａ／Ｄ変換手段が設けら
   れていることを特徴とした請求項１または２のいずれか
   に記載のデジタル光学センサ。
4. 【請求項４】前記光電変換素子は、１列に並べられ、前
   記複数の増幅器に対しそれぞれＡ／Ｄ変換手段設けられ
   ていることを特徴とした特許請求項目１または２のいず
   れかに記載のデジタル光学センサ。
5. 【請求項５】前記請求項３または４のいずれかに記載の
   デジタル光学センサは、同一チップ上に複数個搭載され
   ていることを特徴としたデジタル光学センサ。
6. 【請求項６】前記光電変換素子には色フィルタを設け、
   該色フィルタに基づいて生成される白色光の各色信号に
   対するデジタル信号出力がバランスしてなることを特徴
   とする請求項１または２のいずれかに記載のデジタル光
   学センサ。
7. 【請求項７】前記Ａ／Ｄ変換手段の変換特性は、対応す
   る前記増幅器の出力に対してガンマ補正特性を与える特
   性であることを特徴とする請求項１または２のいずれか
   に記載のデジタル光学センサ。
8. 【請求項８】前記Ａ／Ｄ変換手段の変換特性は、対応す
   る前記光電変換素子のばらつきを補償する特性であるこ
   とを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のデ
   ジタル光学センサ。
9. 【請求項９】前記Ａ／Ｄ変換手段は、対応する前記増幅
   器からの出力電圧とランプ波形電圧と比較するを電圧比
   較器と、この電圧比較器の比較動作の開始時点から変化
   するカウント値が供給されており、当該電圧比較器から
   一致パルスが得られたときに前記カウント値をラッチす
   るラッチ回路とを有することを特徴とする請求項１また
   は２のいずれかに記載のデジタル光学センサ。