JPWO2009090703A1 - ランプ波出力回路、アナログデジタル変換回路、及びカメラ - Google Patents

Abstract

ランプ波出力回路は、ランプ波を発生するランプ波発生回路１と、ランプ波を受けるカットオフ周波数可変のローパスフィルタ２とを備える。ローパスフィルタ２は、ランプ波の受信時から所定時間は第１のカットオフ周波数で動作すると共に、所定時間経過後は第１のカットオフ周波数よりも大きい第２のカットオフ周波数で動作する。

Description

本発明は、ノイズ除去用のローパスフィルタを有するランプ波出力回路、及びそれを備えたアナログデジタル変換回路に関し、特には、ランプ波の線形領域を拡大することを可能とするランプ波出力回路に関するものである。

ランプ波を用いたアナログデジタル変換技術は、多数のアナログ信号を並列にデジタル信号へ変換できるため、例えばイメージセンサのように多数の画素信号をデジタル信号へ変換する必要があるシステムにおいて、そのシステムの高速化を実現する手段として大いに注目されている。

この技術においては、複数のコンパレータに与えられる個別のアナログ信号と各コンパレータに共通に与えられるランプ波とを比較することでアナログデジタル変換が行われるため、ランプ波の特性がアナログデジタル変換特性を大きく左右する。このため、ランプ波に通常含まれるグリッチノイズは、例えば特許文献１においても示すように、ローパスフィルタで除去される必要がある。
特開２００７−１４６８６２号公報 特開２００６−３３７１３９号公報

しかしながら、ローパスフィルタは、グリッチノイズを除去すると同時にランプ波の開始部分の波形を歪ませしまう。このため、アナログデジタル変換のダイナミックレンジの低下や非直線性誤差の増大といった変換特性の劣化を招くという問題がある。特許文献２には、こういった歪を解消する手段が開示されている。具体的には、（１）ランプ波と同じ期間だけ方形波を発生させ、（２）ランプ波の傾きに応じて方形波の振幅を制御し、（３）ランプ波と方形波を加算する、ことで歪を解消する。しかし、方形波発生回路、波形加算器、また、ランプ波の傾きを検出し方形波の振幅を制御する手段が必要になるため、回路規模が大きく増大してしまう。

前記に鑑み、本発明の目的は、グリッチノイズを除去しながら、ランプ波の開始部分の歪を、より容易に、ランプ波の傾きを検出することなく整形する手段を提供し、さらには、該手段により整形されたランプ波を発生するランプ波出力回路を備えたアナログデジタル変換回路、及び該アナログデジタル変換回路を備えたカメラを提供することである。

前記の目的を達成するために、本発明の一形態に係るランプ波出力回路は、ランプ波を発生するランプ波発生回路と、ランプ波を受けるカットオフ周波数可変のローパスフィルタとを備え、ローパスフィルタは、ランプ波の受信時から所定時間は第１のカットオフ周波数で動作すると共に、所定時間経過後は第１のカットオフ周波数よりも大きい第２のカットオフ周波数で動作する。

このランプ波出力回路によると、ローパスフィルタの出力におけるランプ波には所定時間だけの遅延がつき、その分早くランプ波の波形を線形にでき、線形領域を拡大できる。このようにして、グリッチノイズを除去しながら、ランプ波の開始部分の歪が整形されたランプ波を出力できる。

本発明の一形態に係るランプ波出力回路において、ローパスフィルタは、抵抗値を切り替える構成により、時定数を変更するものである。

このローパスフィルタは、一次のローパスフィルタであって、第１の抵抗値を有する第１の抵抗と、第１の抵抗値よりも大きい第２の抵抗値を有する第２の抵抗と、容量と、第１の抵抗値と第２の抵抗値とを切り替えるスイッチとを備える。

本発明の一形態に係るランプ波出力回路において、ローパスフィルタは、容量値を切り替える構成により、時定数を変更するものである。

このローパスフィルタは、一次のローパスフィルタであって、第１の容量値を有する第１の容量と、第１の容量値よりも大きい第２の容量値を有する第２の容量と、抵抗と、第１の容量値と第２の容量値とを切り替えるスイッチとを備える。

本発明の一形態に係るランプ波出力回路において、ローパスフィルタのレプリカフィルタと、レプリカフィルタの出力と所定電圧とを比較する第１のコンパレータとを備え、第１のコンパレータの比較結果に基づいて、所定時間を決定する。

このようにすると、ローパスフィルタのカットオフ周波数が絶対ばらつきをもっている場合であっても、適切なタイミングでローパスフィルタの周波数特性を切り替えることができる。

本発明の一形態に係るアナログデジタル変換回路は、本発明の一形態に係るランプ波出力回路と、入力アナログ信号の電圧値とランプ波出力回路からの出力電圧の電圧値とを比較する第２のコンパレータと、第１のコンパレータの比較結果に同期してカウントアップ又はカウントダウンを開始すると共に、第２のコンパレータによる比較結果を受け、アナログ信号と出力電圧との大小関係が逆転するときのカウント値をデジタル信号として出力するカウンタとを含む。

このアナログデジタル変換回路によると、ローパスフィルタの特性ばらつきに依存することなく、ランプ波が線形となる領域を有効に利用できるアナログデジタル変換を実現できる。

本発明の一形態に係るカメラは、被写体の映像を電気信号に光電変換する複数の撮像素子がマトリクス状に配置された撮像面と、撮像面のカラム毎に属する撮像素子の各々によって得られた電気信号をアナログ信号として受け、アナログ信号の電圧値とランプ波出力回路からの出力電圧の電圧値とを比較する複数の第２のコンパレータと、複数の第２のコンパレータの各々に対応して設けられ、第１のコンパレータの比較結果に同期してカウントアップ又はカウントダウンを行うと共に、複数の第２のコンパレータの各々による比較結果を受け、対応するアナログ信号と出力電圧との大小関係が逆転するときのカウント値の各々をデジタル信号として出力する複数のカウンタとを含む。

このようにすると、高画質及び低消費電力のカメラを実現できる。

以上のように、グリッチノイズを除去しながら、ランプ波の開始部分の歪を整形できるランプ波出力回路が実現される。その結果、ランプ波を用いたアナログデジタル変換技術において、アナログデジタル変換のダイナミックレンジ低下や非直線性誤差の増大といった変換特性の劣化を防止できる。

本発明の第１の実施形態におけるランプ波出力回路の回路構成図である。 本発明の第１の実施形態におけるローパスフィルタによる効果を示すシミュレーション結果図である。 本発明の第１の実施形態におけるローパスフィルタの変形例１の回路構成図である。 本発明の第１の実施形態におけるローパスフィルタの変形例２の回路構成図である。 本発明の第１の実施形態におけるローパスフィルタの変形例３の回路構成図である。 本発明の第１の実施形態におけるローパスフィルタの別の回路構成例を示す図である。 本発明の第２の実施形態におけるランプ波出力回路の回路構成図である。 本発明の第３の実施形態におけるアナログデジタル変換回路の回路構成図である。 本発明の第４の実施形態におけるカメラの概略構成図である。

符号の説明

１ ランプ波発生回路
２、２ａ、２ｂ、２ｃ ローパスフィルタ
３ 抵抗値Ｒ１の抵抗
４ 抵抗値Ｒ２の抵抗
５ スイッチ
６ 容量値Ｃ１の容量
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ ランプ波出力回路
８ ローパスフィルタへの入力波形
９ 本発明を適用しない場合のローパスフィルタの出力波形
１０ 本発明を適用した場合のローパスフィルタの出力波形
１１ 本発明により拡大できた線形領域の時間
１２ 本発明により拡大できた線形領域の電圧
１３ 容量値Ｃ２の容量
１４ レプリカフィルタ
１５ コンパレータ
１６ ランプ波の開始に同期したステップ波
１７ カウンタ
１８ コンパレータ
１９、１９ａ アナログデジタル変換回路
２０ 撮像面
２１ カメラ

以下、本発明の各実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るランプ波出力回路の回路構成を示している。

図１に示すように、本実施形態のランプ波出力回路７は、ランプ波発生回路１と、特性可変の機能を有するローパスフィルタ２とを備えている。

本実施形態のローパスフィルタ２は、カットオフ周波数可変のローパスフィルタであって、ランプ波発生回路１から出力されるランプ波の受信時から所定時間Ｔの間は、第１のカットオフ周波数でフィルタリング処理すると共に、所定時間Ｔ経過後には、第１のカットオフ周波数よりも大きい周波数を有する第２のカットオフ周波数でフィルタリング処理するものである。なお、具体的なローパスフィルタ２の回路構成例は、本図１及び後述する図３〜図５に示している。

図１に示すローパスフィルタ２は、抵抗値を切り替える構成を有する一次のローバスフィルタであって、抵抗３、抵抗４、スイッチ５、及び容量６を備え、例えば、抵抗値Ｒ１を有する抵抗３と抵抗値Ｒ１よりも十分大きな抵抗値Ｒ２を有する抵抗４とが並列に接続されており、抵抗３とスイッチ５とが直列に接続されており、容量値Ｃ１を有する容量６の一端は抵抗４及びスイッチ５に接続されている。

以上の構成を有するランプ波出力回路７は、ランプ波発生回路１からのランプ波の発生開始前からスイッチ５をオフ状態としておいて、ランプ波の発生開始時（ローパスフィルタにおける受信時）から所定時間Ｔ＝Ｒ１Ｃ１だけ経過した時点で、スイッチ５をオン状態に切り替える。このようにすると、ランプ波の発生開始時から所定時間Ｔ（Ｒ１Ｃ１）の間は、ローパスフィルタ２のカットオフ周波数は十分小さいため、ローパスフィルタ２の出力ノードにおける波形は殆ど変化せずに遅延Ｒ１Ｃ１がつくと共に、所定時間Ｔが経過してスイッチ５をオン状態にした時点から線形な波形を得ることができる。

図２は、本実施形態のランプ波出力回路７におけるローパスフィルタ２からの出力波形をシミュレーションした結果である。なお、図２では、本実施形態のローパスフィルタ２との比較例として、従来のランプ波出力回路におけるローパスフィルタからの出力波形を合わせて示している。

図２に示すように、ランプ波発生回路１から本実施形態のローパスフィルタ２へ入力される波形８は、本実施形態のローパスフィルタ２を介すると波形１０となって出力される。つまり、波形１０は、ランプ波の発生開始時から所定時間Ｔの間は殆ど変化せずに遅延がつくと共に、所定時間Ｔが経過した時点から線形な波形となる。一方で、同様に入力される波形８は、従来のローパスフィルタを介すると波形９となって出力される。したがって、出力された波形９及び１０を比較すると明らかなように、本実施形態のローパスフィルタ２を採用することにより、時間にして時間１１だけ、電圧にして電圧１２だけ、線形領域を拡大できる。

−ローパスフィルタの構成の変形例１−
図３は、本変形例１のローパスフィルタ２ａと上述のランプ発生回路１とを備えたランプ出力回路７ａの回路構成を示している。

図３に示すように、本変形例１のローパスフィルタ２ａは、抵抗値を切り替える構成を有する一次のローバスフィルタであって、抵抗３、抵抗４、スイッチ５、及び容量６を備え、例えば、抵抗値Ｒ１を有する抵抗３と抵抗値Ｒ１よりも十分大きな抵抗値Ｒ２を有する抵抗４とが直列に接続されており、抵抗４とスイッチ５とが並列に接続されており、容量値Ｃ１を有する容量６の一端は抵抗４及びスイッチ５に接続されている。

以上の構成を有するランプ波出力回路７ａは、上述のローパスフィルタ２を備えた構成の場合と同様に、ランプ波発生回路１からのランプ波の発生開始前からスイッチ５をオフ状態としておいて、ランプ波の発生開始時から所定時間Ｔだけ経過した時点で、スイッチ５をオン状態に切り替える。このようにすると、上述の図２で説明した効果と同様の効果、すなわち、ランプ波の発生開始時から所定時間Ｔの間は、ローパスフィルタ２ａのカットオフ周波数は十分小さいため、ローパスフィルタ２ａの出力ノードにおける波形は殆ど変化せずに遅延がつくと共に、所定時間Ｔ経過後から線形な波形を得ることができる。

−ローパスフィルタの構成の変形例２−
図４は、本変形例２のローパスフィルタ２ｂと上述のランプ発生回路１とを備えたランプ出力回路７ｂの回路構成を示している。

図３に示すように、本変形例１のローパスフィルタ２ｂは、容量値を切り替える構成を有する一次のローパスフィルタであって、抵抗３、スイッチ５、容量６、及び容量１３を備え、例えば、容量値Ｃ１を有する容量６と容量値Ｃ１よりも十分大きな容量値Ｃ２を有する容量１３とが直列に接続されており、容量６とスイッチ５とが並列に接続されており、抵抗値Ｒ１を有する抵抗３の一端はランプ発生回路１に接続されており、その他端は容量１３に接続されている。

以上の構成を有するランプ波出力回路７ｂは、ランプ波発生回路１からのランプ波の発生開始前からスイッチ５をオン状態としておいて、ランプ波の発生開始時（ローパスフィルタにおける受信時）から所定時間Ｔだけ経過した時点で、スイッチ５をオフ状態に切り替える。このようにすると、上述の図２で説明した効果と同様の効果、すなわち、ランプ波の発生開始時から所定時間Ｔの間は、ローパスフィルタ２ｂのカットオフ周波数は十分小さいため、ローパスフィルタ２ａの出力ノードにおける波形は殆ど変化せずに遅延がつくと共に、所定時間Ｔ経過後から線形な波形を得ることができる。

−ローパスフィルタの構成の変形例３−
図５は、本変形例３のローパスフィルタ２ｃと上述のランプ発生回路１とを備えたランプ出力回路７ｃの回路構成を示している。

図５に示すように、本変形例３のローパスフィルタ２ｃは、容量値を切り替える構成を有する一次のローパスフィルタであって、抵抗３、スイッチ５、容量６、及び容量１３を備え、例えば、容量値Ｃ１を有する容量６と容量値Ｃ１よりも十分大きな容量値Ｃ２を有する容量１３とが並列に接続されており、容量１３とスイッチ５とが直列に接続されており、抵抗値Ｒ１を有する抵抗３の一端はランプ発生回路１に接続されており、その他端は容量６及びスイッチ５に接続されている。

以上の構成を有するランプ波出力回路７ｃは、ランプ波発生回路１からのランプ波の発生開始前からスイッチ５をオン状態としておいて、ランプ波の発生開始時（ローパスフィルタにおける受信時）から所定時間Ｔだけ経過した時点で、スイッチ５をオフ状態に切り替える。このようにすると、上述の図２で説明した効果と同様の効果、すなわち、ランプ波の発生開始時から所定時間Ｔの間は、ローパスフィルタ２ｃのカットオフ周波数は十分小さいため、ローパスフィルタ２ｃの出力ノードにおける波形は殆ど変化せずに遅延がつくと共に、所定時間Ｔ経過後から線形な波形を得ることができる。

なお、本実施形態における以上で説明した図１、図３〜図５に示したランプ出力回路７、７ａ〜７ｃの構成において、スイッチングトランジスタのオン抵抗が問題となる場合には、例えば図１の構成に適用された図６に示すように、レプリカフィルタにおけるスイッチ５として同一のトランジスタを用いるとよい。なお、図６は一例であって、上記図３〜図５に対しても同様に適用できることは言うまでもない。

（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係るランプ波出力回路の回路構成を示している。

図７に示すように、本発明の第２の実施形態に係るランプ波出力回路７ｄは、例えば上述の図１に示したランプ波出力回７の構成に対して、レプリカフィルタ１４とコンパレータ１５とをさらに含んでいる。

レプリカフィルタ１４は、上述の図１に示したローパスフィルタ２のレプリカフィルタであって、ランプ波の発生開始に同期したステップ波１６が例えばバッファ回路を介して入力される。また、コンパレータ１５は、レプリカフィルタ１４の出力と所定の電圧Ｖｂとを比較する。

以上の構成を有するランプ波出力回路７ｄは、ローパスフィルタ２のレプリカフィルタ１４の出力と所定の電圧Ｖｂとの比較結果を用いて、第１のカットオフ周波数から第２のカットオフ周波数に切り替えて動作する所定時間Ｔを決定するものである。最適な所定時間Ｔはローパスフィルタ２の特性のみに依存するので、レプリカフィルタ１４からその情報を得る本実施形態の構成により、ローパスフィルタ２の特性ばらつきに依らずに所定時間Ｔを最適に設定できる。このため、ローパスフィルタ２のカットオフ周波数が絶対ばらつきをもっている場合であっても、適切なタイミングでローパスフィルタの周波数特性を切り替えることができる。

なお、本実施形態では、レプリカフィルタ１４が、図１に示したローパスフィルタ２のレプリカフィルタである場合について説明したが、図３〜図６に示したランプ波出力回路に対応するローパスフィルタのレプリカフィルタについても同様に実施可能である。

（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態に係るアナログデジタル変換回路の回路構成を示している。

図８に示すように、本発明の第３の実施形態に係るアナログデジタル変換回１９は、例えば上述の第２の実施形態のランプ波出力回路７と、入力アナログ信号の電圧値とランプ波出力回路７からの出力電圧の電圧値とを比較するコンパレータ１８と、コンパレータ１５の比較結果に同期してカウントアップ又はカウントダウンを開始するカウンタ１７をと含んでいる。

以上の構成を有する本実施形態に係るアナログデジタル変換回路は、コンパレータ１５による比較結果を受け、入力アナログ信号と出力電圧との大小関係が逆転するときのカウント値をデジタル信号として出力するため、ローパスフィルタ２の特性ばらつきに依存することなく、ランプ波が線形となる領域を有効に利用できるアナログデジタル変換を実現できる。その結果、アナログデジタル変換のダイナミックレンジ低下や非直線性誤差の増大といった変換特性の劣化を防止できる。

（第４の実施形態）
図９は、本発明の第４の実施形態に係るカメラの概略構成を示している。

図９に示すように、本発明の第４の実施形態に係るカメラ２１は、被写体の映像を電気信号に光電変換する複数の撮像素子がマトリクス状に配置されてなる撮像面１９と、上述の第２の実施形態のランプ波出力回路７、撮像面１１９のカラム毎に属する撮像素子の各々によって得られた電気信号をアナログ信号として受け、アナログ信号の電圧値とランプ波出力回路７からの出力電圧の電圧値とを比較する複数のコンパレータ１８（第３の実施形態参照）、及び、複数のコンパレータ１８の各々に対応して設けられ、上述したコンパレータ１５の比較結果に同期してカウントアップ又はカウントダウンを行う複数のカウンタ１７を有するアナログデジタル変換回路１９ａを含む。

以上の構成を有する本実施形態に係るカメラ２１は、複数のコンパレータ１８の各々による比較結果を受け、対応するアナログ信号と出力電圧との大小関係が逆転するときのカウント値の各々をデジタル信号としてデジタル回路２２へ出力するため、高画質及び低消費電力のカメラを実現できる。

以上説明したように、本発明は、多数のアナログ信号を並列にデジタル信号へ変換する必要があるようなシステム、特にイメージセンサシステムにおける画素信号のデジタル変換技術にとって有用である。

本発明は、ノイズ除去用のローパスフィルタを有するランプ波出力回路、及びそれを備えたアナログデジタル変換回路に関し、特には、ランプ波の線形領域を拡大することを可能とするランプ波出力回路に関するものである。

ランプ波を用いたアナログデジタル変換技術は、多数のアナログ信号を並列にデジタル信号へ変換できるため、例えばイメージセンサのように多数の画素信号をデジタル信号へ変換する必要があるシステムにおいて、そのシステムの高速化を実現する手段として大いに注目されている。

この技術においては、複数のコンパレータに与えられる個別のアナログ信号と各コンパレータに共通に与えられるランプ波とを比較することでアナログデジタル変換が行われるため、ランプ波の特性がアナログデジタル変換特性を大きく左右する。このため、ランプ波に通常含まれるグリッチノイズは、例えば特許文献１においても示すように、ローパスフィルタで除去される必要がある。

特開２００７−１４６８６２号公報 特開２００６−３３７１３９号公報

しかしながら、ローパスフィルタは、グリッチノイズを除去すると同時にランプ波の開始部分の波形を歪ませしまう。このため、アナログデジタル変換のダイナミックレンジの低下や非直線性誤差の増大といった変換特性の劣化を招くという問題がある。特許文献２には、こういった歪を解消する手段が開示されている。具体的には、（１）ランプ波と同じ期間だけ方形波を発生させ、（２）ランプ波の傾きに応じて方形波の振幅を制御し、（３）ランプ波と方形波を加算する、ことで歪を解消する。しかし、方形波発生回路、波形加算器、また、ランプ波の傾きを検出し方形波の振幅を制御する手段が必要になるため、回路規模が大きく増大してしまう。

前記に鑑み、本発明の目的は、グリッチノイズを除去しながら、ランプ波の開始部分の歪を、より容易に、ランプ波の傾きを検出することなく整形する手段を提供し、さらには、該手段により整形されたランプ波を発生するランプ波出力回路を備えたアナログデジタル変換回路、及び該アナログデジタル変換回路を備えたカメラを提供することである。

前記の目的を達成するために、本発明の一形態に係るランプ波出力回路は、ランプ波を発生するランプ波発生回路と、ランプ波を受けるカットオフ周波数可変のローパスフィルタとを備え、ローパスフィルタは、ランプ波の受信時から所定時間は第１のカットオフ周波数で動作すると共に、所定時間経過後は第１のカットオフ周波数よりも大きい第２のカットオフ周波数で動作する。

このランプ波出力回路によると、ローパスフィルタの出力におけるランプ波には所定時間だけの遅延がつき、その分早くランプ波の波形を線形にでき、線形領域を拡大できる。このようにして、グリッチノイズを除去しながら、ランプ波の開始部分の歪が整形されたランプ波を出力できる。

本発明の一形態に係るランプ波出力回路において、ローパスフィルタは、抵抗値を切り替える構成により、時定数を変更するものである。

このローパスフィルタは、一次のローパスフィルタであって、第１の抵抗値を有する第１の抵抗と、第１の抵抗値よりも大きい第２の抵抗値を有する第２の抵抗と、容量と、第１の抵抗値と第２の抵抗値とを切り替えるスイッチとを備える。

本発明の一形態に係るランプ波出力回路において、ローパスフィルタは、容量値を切り替える構成により、時定数を変更するものである。

このローパスフィルタは、一次のローパスフィルタであって、第１の容量値を有する第１の容量と、第１の容量値よりも大きい第２の容量値を有する第２の容量と、抵抗と、第１の容量値と第２の容量値とを切り替えるスイッチとを備える。

本発明の一形態に係るランプ波出力回路において、ローパスフィルタのレプリカフィルタと、レプリカフィルタの出力と所定電圧とを比較する第１のコンパレータとを備え、第１のコンパレータの比較結果に基づいて、所定時間を決定する。

このようにすると、ローパスフィルタのカットオフ周波数が絶対ばらつきをもっている場合であっても、適切なタイミングでローパスフィルタの周波数特性を切り替えることができる。

本発明の一形態に係るアナログデジタル変換回路は、本発明の一形態に係るランプ波出力回路と、入力アナログ信号の電圧値とランプ波出力回路からの出力電圧の電圧値とを比較する第２のコンパレータと、第１のコンパレータの比較結果に同期してカウントアップ又はカウントダウンを開始すると共に、第２のコンパレータによる比較結果を受け、アナログ信号と出力電圧との大小関係が逆転するときのカウント値をデジタル信号として出力するカウンタとを含む。

このアナログデジタル変換回路によると、ローパスフィルタの特性ばらつきに依存することなく、ランプ波が線形となる領域を有効に利用できるアナログデジタル変換を実現できる。

本発明の一形態に係るカメラは、被写体の映像を電気信号に光電変換する複数の撮像素子がマトリクス状に配置された撮像面と、撮像面のカラム毎に属する撮像素子の各々によって得られた電気信号をアナログ信号として受け、アナログ信号の電圧値とランプ波出力回路からの出力電圧の電圧値とを比較する複数の第２のコンパレータと、複数の第２のコンパレータの各々に対応して設けられ、第１のコンパレータの比較結果に同期してカウントアップ又はカウントダウンを行うと共に、複数の第２のコンパレータの各々による比較結果を受け、対応するアナログ信号と出力電圧との大小関係が逆転するときのカウント値の各々をデジタル信号として出力する複数のカウンタとを含む。

このようにすると、高画質及び低消費電力のカメラを実現できる。

以上のように、グリッチノイズを除去しながら、ランプ波の開始部分の歪を整形できるランプ波出力回路が実現される。その結果、ランプ波を用いたアナログデジタル変換技術において、アナログデジタル変換のダイナミックレンジ低下や非直線性誤差の増大といった変換特性の劣化を防止できる。

図１は、本発明の第１の実施形態におけるランプ波出力回路の回路構成図である。 図２は、本発明の第１の実施形態におけるローパスフィルタによる効果を示すシミュレーション結果図である。 図３は、本発明の第１の実施形態におけるローパスフィルタの変形例１の回路構成図である。 図４は、本発明の第１の実施形態におけるローパスフィルタの変形例２の回路構成図である。 図５は、本発明の第１の実施形態におけるローパスフィルタの変形例３の回路構成図である。 図６は、本発明の第１の実施形態におけるローパスフィルタの別の回路構成例を示す図である。 図７は、本発明の第２の実施形態におけるランプ波出力回路の回路構成図である。 図８は、本発明の第３の実施形態におけるアナログデジタル変換回路の回路構成図である。 図９は、本発明の第４の実施形態におけるカメラの概略構成図である。

以下、本発明の各実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るランプ波出力回路の回路構成を示している。

図１に示すように、本実施形態のランプ波出力回路７は、ランプ波発生回路１と、特性可変の機能を有するローパスフィルタ２とを備えている。

本実施形態のローパスフィルタ２は、カットオフ周波数可変のローパスフィルタであって、ランプ波発生回路１から出力されるランプ波の受信時から所定時間Ｔの間は、第１のカットオフ周波数でフィルタリング処理すると共に、所定時間Ｔ経過後には、第１のカットオフ周波数よりも大きい周波数を有する第２のカットオフ周波数でフィルタリング処理するものである。なお、具体的なローパスフィルタ２の回路構成例は、本図１及び後述する図３〜図５に示している。

図１に示すローパスフィルタ２は、抵抗値を切り替える構成を有する一次のローバスフィルタであって、抵抗３、抵抗４、スイッチ５、及び容量６を備え、例えば、抵抗値Ｒ１を有する抵抗３と抵抗値Ｒ１よりも十分大きな抵抗値Ｒ２を有する抵抗４とが並列に接続されており、抵抗３とスイッチ５とが直列に接続されており、容量値Ｃ１を有する容量６の一端は抵抗４及びスイッチ５に接続されている。

以上の構成を有するランプ波出力回路７は、ランプ波発生回路１からのランプ波の発生開始前からスイッチ５をオフ状態としておいて、ランプ波の発生開始時（ローパスフィルタにおける受信時）から所定時間Ｔ＝Ｒ１Ｃ１だけ経過した時点で、スイッチ５をオン状態に切り替える。このようにすると、ランプ波の発生開始時から所定時間Ｔ（Ｒ１Ｃ１）の間は、ローパスフィルタ２のカットオフ周波数は十分小さいため、ローパスフィルタ２の出力ノードにおける波形は殆ど変化せずに遅延Ｒ１Ｃ１がつくと共に、所定時間Ｔが経過してスイッチ５をオン状態にした時点から線形な波形を得ることができる。

図２は、本実施形態のランプ波出力回路７におけるローパスフィルタ２からの出力波形をシミュレーションした結果である。なお、図２では、本実施形態のローパスフィルタ２との比較例として、従来のランプ波出力回路におけるローパスフィルタからの出力波形を合わせて示している。

図２に示すように、ランプ波発生回路１から本実施形態のローパスフィルタ２へ入力される波形８は、本実施形態のローパスフィルタ２を介すると波形１０となって出力される。つまり、波形１０は、ランプ波の発生開始時から所定時間Ｔの間は殆ど変化せずに遅延がつくと共に、所定時間Ｔが経過した時点から線形な波形となる。一方で、同様に入力される波形８は、従来のローパスフィルタを介すると波形９となって出力される。したがって、出力された波形９及び１０を比較すると明らかなように、本実施形態のローパスフィルタ２を採用することにより、時間にして時間１１だけ、電圧にして電圧１２だけ、線形領域を拡大できる。

−ローパスフィルタの構成の変形例１−
図３は、本変形例１のローパスフィルタ２ａと上述のランプ発生回路１とを備えたランプ出力回路７ａの回路構成を示している。

図３に示すように、本変形例１のローパスフィルタ２ａは、抵抗値を切り替える構成を有する一次のローバスフィルタであって、抵抗３、抵抗４、スイッチ５、及び容量６を備え、例えば、抵抗値Ｒ１を有する抵抗３と抵抗値Ｒ１よりも十分大きな抵抗値Ｒ２を有する抵抗４とが直列に接続されており、抵抗４とスイッチ５とが並列に接続されており、容量値Ｃ１を有する容量６の一端は抵抗４及びスイッチ５に接続されている。

以上の構成を有するランプ波出力回路７ａは、上述のローパスフィルタ２を備えた構成の場合と同様に、ランプ波発生回路１からのランプ波の発生開始前からスイッチ５をオフ状態としておいて、ランプ波の発生開始時から所定時間Ｔだけ経過した時点で、スイッチ５をオン状態に切り替える。このようにすると、上述の図２で説明した効果と同様の効果、すなわち、ランプ波の発生開始時から所定時間Ｔの間は、ローパスフィルタ２ａのカットオフ周波数は十分小さいため、ローパスフィルタ２ａの出力ノードにおける波形は殆ど変化せずに遅延がつくと共に、所定時間Ｔ経過後から線形な波形を得ることができる。

−ローパスフィルタの構成の変形例２−
図４は、本変形例２のローパスフィルタ２ｂと上述のランプ発生回路１とを備えたランプ出力回路７ｂの回路構成を示している。

図３に示すように、本変形例１のローパスフィルタ２ｂは、容量値を切り替える構成を有する一次のローパスフィルタであって、抵抗３、スイッチ５、容量６、及び容量１３を備え、例えば、容量値Ｃ１を有する容量６と容量値Ｃ１よりも十分大きな容量値Ｃ２を有する容量１３とが直列に接続されており、容量６とスイッチ５とが並列に接続されており、抵抗値Ｒ１を有する抵抗３の一端はランプ発生回路１に接続されており、その他端は容量１３に接続されている。

以上の構成を有するランプ波出力回路７ｂは、ランプ波発生回路１からのランプ波の発生開始前からスイッチ５をオン状態としておいて、ランプ波の発生開始時（ローパスフィルタにおける受信時）から所定時間Ｔだけ経過した時点で、スイッチ５をオフ状態に切り替える。このようにすると、上述の図２で説明した効果と同様の効果、すなわち、ランプ波の発生開始時から所定時間Ｔの間は、ローパスフィルタ２ｂのカットオフ周波数は十分小さいため、ローパスフィルタ２ａの出力ノードにおける波形は殆ど変化せずに遅延がつくと共に、所定時間Ｔ経過後から線形な波形を得ることができる。

−ローパスフィルタの構成の変形例３−
図５は、本変形例３のローパスフィルタ２ｃと上述のランプ発生回路１とを備えたランプ出力回路７ｃの回路構成を示している。

図５に示すように、本変形例３のローパスフィルタ２ｃは、容量値を切り替える構成を有する一次のローパスフィルタであって、抵抗３、スイッチ５、容量６、及び容量１３を備え、例えば、容量値Ｃ１を有する容量６と容量値Ｃ１よりも十分大きな容量値Ｃ２を有する容量１３とが並列に接続されており、容量１３とスイッチ５とが直列に接続されており、抵抗値Ｒ１を有する抵抗３の一端はランプ発生回路１に接続されており、その他端は容量６及びスイッチ５に接続されている。

以上の構成を有するランプ波出力回路７ｃは、ランプ波発生回路１からのランプ波の発生開始前からスイッチ５をオン状態としておいて、ランプ波の発生開始時（ローパスフィルタにおける受信時）から所定時間Ｔだけ経過した時点で、スイッチ５をオフ状態に切り替える。このようにすると、上述の図２で説明した効果と同様の効果、すなわち、ランプ波の発生開始時から所定時間Ｔの間は、ローパスフィルタ２ｃのカットオフ周波数は十分小さいため、ローパスフィルタ２ｃの出力ノードにおける波形は殆ど変化せずに遅延がつくと共に、所定時間Ｔ経過後から線形な波形を得ることができる。

なお、本実施形態における以上で説明した図１、図３〜図５に示したランプ出力回路７、７ａ〜７ｃの構成において、スイッチングトランジスタのオン抵抗が問題となる場合には、例えば図１の構成に適用された図６に示すように、レプリカフィルタにおけるスイッチ５として同一のトランジスタを用いるとよい。なお、図６は一例であって、上記図３〜図５に対しても同様に適用できることは言うまでもない。

（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係るランプ波出力回路の回路構成を示している。

図７に示すように、本発明の第２の実施形態に係るランプ波出力回路７ｄは、例えば上述の図１に示したランプ波出力回７の構成に対して、レプリカフィルタ１４とコンパレータ１５とをさらに含んでいる。

レプリカフィルタ１４は、上述の図１に示したローパスフィルタ２のレプリカフィルタであって、ランプ波の発生開始に同期したステップ波１６が例えばバッファ回路を介して入力される。また、コンパレータ１５は、レプリカフィルタ１４の出力と所定の電圧Ｖｂとを比較する。

以上の構成を有するランプ波出力回路７ｄは、ローパスフィルタ２のレプリカフィルタ１４の出力と所定の電圧Ｖｂとの比較結果を用いて、第１のカットオフ周波数から第２のカットオフ周波数に切り替えて動作する所定時間Ｔを決定するものである。最適な所定時間Ｔはローパスフィルタ２の特性のみに依存するので、レプリカフィルタ１４からその情報を得る本実施形態の構成により、ローパスフィルタ２の特性ばらつきに依らずに所定時間Ｔを最適に設定できる。このため、ローパスフィルタ２のカットオフ周波数が絶対ばらつきをもっている場合であっても、適切なタイミングでローパスフィルタの周波数特性を切り替えることができる。

なお、本実施形態では、レプリカフィルタ１４が、図１に示したローパスフィルタ２のレプリカフィルタである場合について説明したが、図３〜図６に示したランプ波出力回路に対応するローパスフィルタのレプリカフィルタについても同様に実施可能である。

（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態に係るアナログデジタル変換回路の回路構成を示している。

図８に示すように、本発明の第３の実施形態に係るアナログデジタル変換回１９は、例えば上述の第２の実施形態のランプ波出力回路７と、入力アナログ信号の電圧値とランプ波出力回路７からの出力電圧の電圧値とを比較するコンパレータ１８と、コンパレータ１５の比較結果に同期してカウントアップ又はカウントダウンを開始するカウンタ１７をと含んでいる。

以上の構成を有する本実施形態に係るアナログデジタル変換回路は、コンパレータ１５による比較結果を受け、入力アナログ信号と出力電圧との大小関係が逆転するときのカウント値をデジタル信号として出力するため、ローパスフィルタ２の特性ばらつきに依存することなく、ランプ波が線形となる領域を有効に利用できるアナログデジタル変換を実現できる。その結果、アナログデジタル変換のダイナミックレンジ低下や非直線性誤差の増大といった変換特性の劣化を防止できる。

（第４の実施形態）
図９は、本発明の第４の実施形態に係るカメラの概略構成を示している。

図９に示すように、本発明の第４の実施形態に係るカメラ２１は、被写体の映像を電気信号に光電変換する複数の撮像素子がマトリクス状に配置されてなる撮像面１９と、上述の第２の実施形態のランプ波出力回路７、撮像面１１９のカラム毎に属する撮像素子の各々によって得られた電気信号をアナログ信号として受け、アナログ信号の電圧値とランプ波出力回路７からの出力電圧の電圧値とを比較する複数のコンパレータ１８（第３の実施形態参照）、及び、複数のコンパレータ１８の各々に対応して設けられ、上述したコンパレータ１５の比較結果に同期してカウントアップ又はカウントダウンを行う複数のカウンタ１７を有するアナログデジタル変換回路１９ａを含む。

以上の構成を有する本実施形態に係るカメラ２１は、複数のコンパレータ１８の各々による比較結果を受け、対応するアナログ信号と出力電圧との大小関係が逆転するときのカウント値の各々をデジタル信号としてデジタル回路２２へ出力するため、高画質及び低消費電力のカメラを実現できる。

以上説明したように、本発明は、多数のアナログ信号を並列にデジタル信号へ変換する必要があるようなシステム、特にイメージセンサシステムにおける画素信号のデジタル変換技術にとって有用である。

１ ランプ波発生回路
２、２ａ、２ｂ、２ｃ ローパスフィルタ
３ 抵抗値Ｒ１の抵抗
４ 抵抗値Ｒ２の抵抗
５ スイッチ
６ 容量値Ｃ１の容量
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ ランプ波出力回路
８ ローパスフィルタへの入力波形
９ 本発明を適用しない場合のローパスフィルタの出力波形
１０ 本発明を適用した場合のローパスフィルタの出力波形
１１ 本発明により拡大できた線形領域の時間
１２ 本発明により拡大できた線形領域の電圧
１３ 容量値Ｃ２の容量
１４ レプリカフィルタ
１５ コンパレータ
１６ ランプ波の開始に同期したステップ波
１７ カウンタ
１８ コンパレータ
１９、１９ａ アナログデジタル変換回路
２０ 撮像面
２１ カメラ

Claims (8)

1. ランプ波を発生するランプ波発生回路と、
   前記ランプ波を受けるカットオフ周波数可変のローパスフィルタとを備え、
   前記ローパスフィルタは、前記ランプ波の受信時から所定時間は第１のカットオフ周波数で動作すると共に、前記所定時間経過後は前記第１のカットオフ周波数よりも大きい第２のカットオフ周波数で動作する、ランプ波出力回路。
2. 請求項１に記載のランプ波出力回路において、
   前記ローパスフィルタは、抵抗値を切り替える構成を有する、ランプ波出力回路。
3. 請求項２に記載のランプ波出力回路において、
   前記ローパスフィルタは、第１の抵抗値を有する第１の抵抗と、前記第１の抵抗値よりも大きい第２の抵抗値を有する第２の抵抗と、容量と、前記第１の抵抗値と前記第２の抵抗値とを切り替えるスイッチとを備える、ランプ波出力回路。
4. 請求項１に記載のランプ波出力回路において、
   前記ローパスフィルタは、容量値を切り替える構成を有する、ランプ波出力回路。
5. 請求項４に記載のランプ波出力回路において、
   前記ローパスフィルタは、第１の容量値を有する第１の容量と、前記第１の容量値よりも大きい第２の容量値を有する第２の容量と、抵抗と、前記第１の容量値と前記第２の容量値とを切り替えるスイッチとを備える、ランプ波出力回路。
6. 請求項１に記載のランプ波出力回路において、
   前記ローパスフィルタのレプリカフィルタと、
   前記レプリカフィルタの出力と所定電圧とを比較する第１のコンパレータとを備え、
   前記第１のコンパレータの比較結果に基づいて、前記所定時間を決定する、ランプ波出力回路。
7. 請求項６に記載のランプ波出力回路と、
   入力アナログ信号の電圧値と前記ランプ波出力回路からの出力電圧の電圧値とを比較する第２のコンパレータと、
   前記第１のコンパレータの比較結果に同期してカウントアップ又はカウントダウンを開始すると共に、前記第２のコンパレータによる比較結果を受け、前記アナログ信号と前記出力電圧との大小関係が逆転するときのカウント値をデジタル信号として出力するカウンタとを含む、アナログデジタル変換回路。
8. 請求項６に記載のランプ波出力回路と、
   被写体の映像を電気信号に光電変換する複数の撮像素子がマトリクス状に配置された撮像面と、
   前記撮像面のカラム毎に属する前記撮像素子の各々によって得られた前記電気信号をアナログ信号として受け、前記アナログ信号の電圧値と前記ランプ波出力回路からの出力電圧の電圧値とを比較する複数の第２のコンパレータと、
   前記複数のコンパレータの各々に対応して設けられ、前記第１のコンパレータの比較結果に同期してカウントアップ又はカウントダウンを行うと共に、前記複数の第２のコンパレータの各々による比較結果を受け、対応する前記アナログ信号と前記出力電圧との大小関係が逆転するときのカウント値の各々をデジタル信号として出力する複数のカウンタとを含む、カメラ。

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