JP2019140464A - Imaging apparatus and imaging method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像装置及び撮像方法に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus and an imaging method.
デジタル一眼レフカメラやビデオカメラには、ＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子が用いられる。固体撮像素子は、多画素化が進むに伴って、画素サイズが小さくなる。画素サイズが小さくなると、画素に備えられた光電変換部（例えばフォトダイオード）の受光面積が小さくなり、光電変換部によって生成される電荷の大きさが小さくなる。このため、近時では、ランダムノイズやダークシェーディング等を低減し、ＳＮ比を確保することがますます重要となっている。特許文献１には、画素のリセットレベルのサンプリングを複数回行い、当該サンプリングの結果を同カラム内のデジタル積分回路で積分した後に平均化することが開示されている。 A solid-state imaging device such as a CMOS image sensor is used for a digital single-lens reflex camera or a video camera. The solid-state imaging device has a smaller pixel size as the number of pixels increases. When the pixel size is reduced, the light receiving area of a photoelectric conversion unit (for example, a photodiode) provided in the pixel is reduced, and the amount of electric charge generated by the photoelectric conversion unit is reduced. For this reason, recently, it has become increasingly important to reduce random noise, dark shading, and the like and ensure an SN ratio. Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 discloses that sampling of a reset level of a pixel is performed a plurality of times, and the sampling result is integrated after being integrated by a digital integration circuit in the same column.
近時では、ノイズをより良好に低減し得る技術が待望されている。
本発明の目的は、ノイズを良好に低減し得る撮像装置及び撮像方法を提供することにある。
Recently, there is a need for a technology that can better reduce noise.
An object of the present invention is to provide an imaging apparatus and an imaging method capable of satisfactorily reducing noise.
実施形態の一観点によれば、光電変換部をそれぞれ含む複数の画素が行列状に配列された画素アレイと、リセットされた画素から得られる信号と前記光電変換部で発生した電荷に応じた信号とのうちのいずれかに対して異なったタイミングでアナログ−デジタル変換を複数回行うことにより得られる複数のデジタル信号の差分に応じた第１の値と、前記画素アレイに備えられた前記複数の画素のうちの遮光された画素から得られる信号とに基づいてオフセット値を生成するオフセット生成部と、前記画素アレイに備えられた前記複数の画素のうちの遮光されていない画素から得られる信号を、前記オフセット生成部によって生成された前記オフセット値を用いて補正する補正部とを有することを特徴とする撮像装置が提供される。 According to one aspect of the embodiment, a pixel array in which a plurality of pixels each including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix, a signal obtained from a reset pixel, and a signal corresponding to the charge generated in the photoelectric conversion unit A first value corresponding to a difference between a plurality of digital signals obtained by performing analog-digital conversion a plurality of times at different timings with respect to any one of An offset generation unit that generates an offset value based on a signal obtained from a light-shielded pixel among the pixels, and a signal obtained from a non-light-shielded pixel among the plurality of pixels provided in the pixel array. And a correction unit that corrects using the offset value generated by the offset generation unit.
本発明によれば、ノイズを良好に低減し得る撮像装置及び撮像方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the imaging device and imaging method which can reduce noise favorably can be provided.
本発明の実施の形態について図面を用いて以下に詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態を適宜組み合わせるようにしてもよい。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It can change suitably. Moreover, you may make it combine embodiment shown below suitably.
［第１実施形態］
第１実施形態による撮像装置及び撮像方法について図１乃至図８を用いて説明する。図１は、本実施形態による撮像装置を示すブロック図である。
[First Embodiment]
The imaging apparatus and imaging method according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram illustrating the imaging apparatus according to the present embodiment.
図１に示すように、本実施形態による撮像装置１００は、固体撮像素子１０１と、信号処理部１０３と、タイミング信号発生部１０６と、ＲＡＭ１０７と、ＲＯＭ１０８と、表示部１０９と、記録部１１０と、制御部１１１とを有する。撮像装置１００には、撮影レンズ１０２が備えられる。撮影レンズ１０２は、撮像装置１００の本体に対して着脱可能であってもよいし着脱不能であってもよい。
As shown in FIG. 1, the
撮影レンズ１０２は、被写体の光学像を固体撮像素子１０１の撮像面に結像させる。固体撮像素子１０１は、撮像面に入射した光学像に対して光電変換を行うことにより画像信号を生成する。固体撮像素子１０１によって生成された画像信号（画像データ）は、信号処理部１０３に供給される。固体撮像素子１０１の撮像面には、遮光領域であるＯＢ領域（オプティカルブラック領域）３０４（図３参照）が設けられている。ＯＢ領域３０４に配された画素２０８からは、黒レベルの基準信号が出力される。固体撮像素子１０１は、画像信号を出力するとともに後述する横縞評価値を出力する。
The photographing
信号処理部１０３は、補正部１０４と現像部１０５とを備えている。補正部１０４は、ＯＢ領域３０４に配された画素２０８であるＯＢ画素によって取得される信号、即ち、黒レベルの基準信号と、固体撮像素子１０１から供給される横縞評価値とに基づいてオフセット信号を生成する。補正部１０４は、こうして生成されるオフセット信号を用いて補正処理を行う。オフセット信号の詳細については、後述することとする。現像部１０５は、補正部１０４によって補正処理が施された画像信号に対して、現像処理、データ圧縮処理等を施す。
The
タイミング信号発生部１０６は、各種の駆動信号を所定のタイミングで固体撮像素子１０１に供給する。ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１０８は、ファームウェア等を記憶する。ＲＯＭ１０８としては、例えばフラッシュメモリ等が用いられる。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０７は、画像データ等を一時的に記憶する。また、ＲＡＭ１０７は、ＲＯＭ１０８に記憶されたオフセット値を一時的に記憶する。
The
表示部１０９は、撮影によって取得される画像を表示する。また、表示部１０９は、各種設定情報等を表示し得る。記録部１１０には、不図示の記録媒体が備えられる。記録媒体は、記録部１１０から着脱可能であってもよいし着脱不能であってもよい。記録部１１０には、画像データ等が記録される。記録部１１０としては、半導体メモリを備えたメモリカード等が用いられる。制御部１１１は、撮像装置１００の全体の制御を司るとともに、所定の処理を行う。
The
次に、第１実施形態による固体撮像素子１０１について図２を用いて説明する。図２は、本実施形態による固体撮像素子１０１を示す図である。
Next, the solid-
図２に示すように、固体撮像素子１０１は、画素アレイ２０１と、垂直走査回路２０２と、列処理部２０３と、参照信号生成部２０４と、列カウンタ２０５とを有する。また、固体撮像素子１０１は、タイミング信号発生部（ＴＧ：Ｔｉｍｉｎｇ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２０６と、水平走査回路２０７と、平均化部２１６と、差分取得部２１７と、差分取得部２１８と、比較器２１９と、加算部２２０とを更に有する。
As illustrated in FIG. 2, the solid-
画素アレイ２０１には、フォトダイオード（光電変換部）４０１をそれぞれ含む複数の画素２０８が行列状に配列されている。画素２０８に備えられたフォトダイオード４０１において生成される電荷に応じた信号が垂直信号線２０９を介して列処理部２０３に供給される。
In the
図３は、画素アレイ２０１のレイアウトを示す図である。
画素アレイ２０１は、有効領域３０３とＯＢ領域３０４とを有する。有効領域３０３に備えられた画素２０８は遮光されていない。有効領域３０３に備えられた画素２０８によって画素信号が得られる。ＯＢ領域３０４に備えられた画素２０８は遮光されている。ＯＢ領域３０４に備えられた画素２０８、即ち、ＯＢ画素によって、黒レベルの基準信号が取得される。ＯＢ領域３０４は、ＶＯＢ領域３０１とＨＯＢ領域３０２とを有する。ＶＯＢ領域３０１は、垂直方向に延在するＯＢ領域、即ち、垂直オプティカルブラック領域である。ＨＯＢ領域３０２は、水平方向に延在するＯＢ領域、即ち、水平オプティカルブラック領域である。
FIG. 3 is a diagram showing a layout of the
The
ＯＢ領域３０４から読み出される信号には、暗電流成分が含まれる。また、ＯＢ領域３０４から読み出される信号には、電源電位の変動による基準レベル（黒レベル）のずれに応じた成分が含まれる。このため、ＯＢ領域３０４から読み出される信号は、有効領域３０３に位置する画素２０８、即ち、有効画素から読み出される信号におけるダークシェーディング成分の補正に用いられる。ＶＯＢ領域３０１から読み出される信号は、水平方向のダークシェーディング成分の補正に用いられる。また、ＯＢ領域３０４のうちのＨＯＢ領域３０２から読み出される信号は、垂直方向のダークシェーディング成分の補正に用いられる。
The signal read from the
図４は、本実施形態による固体撮像素子１０１の画素アレイ２０１に備えられた画素２０８を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating the
図４に示すように、画素２０８は、光電変換素子であるフォトダイオード４０１と、転送トランジスタ４０２と、フローティングディフュージョン４０３と、増幅トランジスタ４０４と、選択トランジスタ４０５と、リセットトランジスタ４０６とを有している。トランジスタ４０２、４０４、４０５、４０６としては、例えば、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられている。
As illustrated in FIG. 4, the
転送トランジスタ４０２のゲートには、転送信号が供給される。リセットトランジスタ４０６のゲートには、リセット信号が供給される。選択トランジスタ４０５のゲートには、行選択信号が供給される。転送信号、リセット信号、行選択信号を供給するための配線は水平方向に延在しており、画素アレイ２０１の同一行に位置する複数の画素２０８が同時に駆動される。選択トランジスタ４０５のソースは、垂直信号線２０９に接続されている。
A transfer signal is supplied to the gate of the
フォトダイオード４０１は、光電変換を行い、フォトダイオード４０１に入射する光の量に応じた電荷を生成する。フォトダイオード４０１のアノード側は接地されており、フォトダイオード４０１のカソード側は転送トランジスタ４０２のソースに接続されている。転送トランジスタ４０２がＯＮ状態になると、フォトダイオード４０１によって生成された電荷がフローティングディフュージョン４０３に転送される。フローティングディフュージョン４０３には寄生容量が存在するため、フローティングディフュージョン４０３にはフォトダイオード４０１から転送された電荷が蓄積される。
The
増幅トランジスタ４０４のドレインには電源電圧Ｖｄｄが印加され、増幅トランジスタ４０４のゲートはフローティングディフュージョン４０３に接続されている。増幅トランジスタ４０４のゲートの電位は、フローティングディフュージョン４０３に蓄積された電荷に応じた電位となる。選択トランジスタ４０５は、信号が読み出される画素２０８を選択するためのものであり、選択トランジスタ４０５のドレインは増幅トランジスタ４０４のソースに接続されている。選択トランジスタ４０５をオン状態にすることにより、当該選択トランジスタ４０５が備えられた画素２０８が選択状態になる。一方、選択トランジスタ４０５をオフ状態にすることにより、当該選択トランジスタ４０５が備えられた画素２０８が非選択状態になる。また、選択トランジスタ４０５のソースは、垂直信号線２０９を介して定電流源１２１に接続される。増幅トランジスタ４０４と定電流源１２１とによって、ソースフォロワ回路が構成されている。選択トランジスタ４０５がＯＮ状態になると、増幅トランジスタ４０４のゲートの電位に応じた出力信号が、垂直信号線２０９に出力される。リセットトランジスタ４０６のドレインには電源電圧Ｖｄｄが印加される。リセットトランジスタ４０６のソースはフローティングディフュージョン４０３に接続されている。リセットトランジスタ４０６がＯＮ状態になることによって、フローティングディフュージョン４０３の電位は電源電圧Ｖｄｄにリセットされる。
The power supply voltage Vdd is applied to the drain of the
垂直走査回路２０２は、画素２０８からの信号の読み出しや画素２０８のリセット等を行単位で順次制御する。垂直走査回路２０２による走査のタイミングは、タイミング信号発生部（タイミング制御部）２０６から供給される信号によって制御される。
The
画素アレイ２０１の各々の列に対して列処理部２０３が設けられている。列処理部２０３は、比較器２１０と、ラッチ部２１１と、メモリ２１２〜２１４と、スイッチ２１５とを有する。列処理部２０３は、画素２０８から垂直信号線２０９を介して供給されるアナログの信号をデジタルの信号に変換するＡＤ変換部（アナログ−デジタル変換部）として機能し得る。メモリ２１２，２１３は、光電変換によって得られる画素信号を保持するためのメモリ、即ち、画素信号用のメモリである。メモリ２１２には、画素２０８によって得られる画素信号に対する第１回目のＡＤ変換によって取得されるカウント値、即ち、Ｓ１信号が保持される。メモリ２１３には、画素２０８によって得られる画素信号に対する第２回目のＡＤ変換によって取得されるカウント値、即ち、Ｓ２信号が保持される。Ｓ１信号とＳ２信号とを総称してＳ信号ともいう。メモリ２１４には、リセットされた画素２０８からの信号に対してＡＤ変換を行うことによって得られるカウント値が保持される。換言すれば、メモリ２１４には、ノイズ信号をＡＤ変換することによって得られるカウント値、Ｎ信号が保持される。即ち、メモリ２１４は、ノイズ信号用のメモリである。メモリ２１２〜２１４にそれぞれ保持されたカウント値は、スイッチ２１５を適宜オン状態にすることにより転送される。
A
次に、列処理部２０３において行われるＡＤ変換について説明する。
参照信号生成部２０４は、時間の経過に従って大きくなる信号、即ち、ランプ信号を参照信号として生成する。参照信号生成部２０４から出力される参照信号は、比較器２１０に供給される。比較器２１０の一方の入力端子２２１ａには、画素２０８によって取得された信号が垂直信号線２０９を介して供給される。比較器２１０の他方の入力端子２２１ｂには、参照信号生成部２０４から出力される参照信号が供給される。比較器２１０は、参照信号生成部２０４から供給される参照信号と、垂直信号線２０９を介して画素２０８から供給される信号とを比較し、両者が一致したタイミングで出力を反転する。
Next, AD conversion performed in the
The reference
列カウンタ２０５は、タイミング信号発生部２０６から供給されるクロック信号に基づいてカウント動作を行う。列カウンタ２０５は、画素信号と参照信号との比較が比較器２１０によって開始されたタイミングでカウント動作を開始する。ラッチ部２１１には、比較器２１０から出力される信号と、列カウンタ２０５から出力されるカウント値とが供給される。ラッチ部２１１は、列カウンタ２０５から供給されるカウント値を、比較器２１０の出力が反転した際にラッチする。ラッチ部２１１にラッチされたカウント値は、メモリ２１２〜２１４に適宜保持される。上述したように、メモリ２１２には、画素２０８から出力される画素信号に対する第１回目のＡＤ変換によって取得されるカウント値、即ち、Ｓ１信号が保持される。メモリ２１３には、画素２０８から出力される画素信号に対する第２回目のＡＤ変換によって取得されるカウント値、即ち、Ｓ２信号が保持される。メモリ２１４には、リセットされた画素２０８からの信号に対してＡＤ変換を行うことによって得られるカウント値、即ち、Ｎ信号が保持される。なお、本実施形態において、Ｓ１信号とＳ２信号の両方を取得するのは、Ｓ１信号とＳ２信号との平均値を用いることにより、画素信号に対するランダムノイズの影響の低減を図るためである。
The
水平走査回路２０７は、スイッチ２１５を制御することにより、各々の列に備えられた列処理部２０３を順次選択する。水平走査回路２０７によって選択された列処理部２０３のメモリ２１２、２１３にそれぞれ保持されたカウント値、即ち、Ｓ１信号及びＳ２信号は、平均化部２１６に供給される。平均化部２１６は、メモリ２１２に保持されたカウント値、即ち、Ｓ１信号と、メモリ２１３に保持されたカウント値、即ち、Ｓ２信号との平均値を求める。平均化部２１６によって求められる平均値は、差分取得部２１７に供給される。
The
差分取得部２１７は、平均化部２１６から供給されるカウント値から、メモリ２１４から供給されるカウント値を減算することによって、画素信号を生成する。即ち、差分取得部２１７は、Ｓ１信号とＳ２信号との平均値からＮ信号を減算することによって、画像信号を生成する。差分取得部２１７は、こうして生成される画像信号を固体撮像素子１０１の外部に出力する。こうして出力される画像信号は、信号処理部１０３に供給される。
The
このように、本実施形態では、Ｓ１信号とＳ２信号との平均値からＮ信号を減算することによって画像信号を生成する。こうして、画素信号に対するランダムノイズの影響の低減が図られる。 As described above, in this embodiment, the image signal is generated by subtracting the N signal from the average value of the S1 signal and the S2 signal. In this way, the influence of random noise on the pixel signal can be reduced.
差分取得部２１８には、メモリ２１２に保持されたカウント値、即ち、Ｓ１信号と、メモリ２１３に保持されたカウント値、即ち、Ｓ２信号とが供給される。差分取得部２１８は、メモリ２１２に保持されたカウント値とメモリ２１３に保持されたカウント値との差分値、より具体的には、メモリ２１２に保持されたカウント値とメモリ２１３に保持されたカウント値との差分の絶対値を求める。差分取得部２１８は、こうして順次取得される差分値を比較器２１９に供給する。比較器２１９は、予め設定された閾値と差分取得部２１８から供給される差分値とを順次比較し、比較結果を加算部２２０に供給する。差分取得部２１８から供給される差分値が閾値以上である場合には、比較器２１９は、「１」、即ち、Ｈレベルの信号を加算部２２０に供給する。一方、差分取得部２１８から供給される差分値が閾値未満である場合には、比較器２１９は、「０」、即ち、Ｌレベルの信号を加算部２２０に供給する。
The
比較器２１９における閾値は、ランダムノイズのレベル、即ち、ランダムノイズレベルに応じて決定される。例えば、Ｓ１信号とＳ２信号との差分がランダムノイズレベルに応じた値を超える場合に、比較器２１９から、「１」、即ち、Ｈレベルの信号が加算部２２０に供給されるように閾値が設定される。比較器２１９における閾値は、例えば、ＩＳＯ感度、固体撮像素子１０１の温度等に応じて決定されるようにしてもよい。
The threshold value in the
スイッチング電源のノイズや磁界ノイズの影響が殆ど存在しない場合には、Ｓ１信号とＳ２信号との差分値はランダムノイズレベルに応じた値以下となる。この際、比較器２１９は、「０」、即ち、Ｌレベルの信号を出力する。
When there is almost no influence of switching power supply noise or magnetic field noise, the difference value between the S1 signal and the S2 signal is equal to or less than the value corresponding to the random noise level. At this time, the
Ｓ１信号の取得とＳ２信号の取得とは、異なったタイミングで行われる。このため、スイッチング電源のノイズや磁界ノイズの影響がある程度存在する場合には、Ｓ１信号とＳ２信号との差分はランダムノイズレベルに応じた値を超え得る。この際、比較器２１９は、「１」、即ち、Ｈレベルの信号を出力する。
The acquisition of the S1 signal and the acquisition of the S2 signal are performed at different timings. For this reason, when the influence of switching power supply noise or magnetic field noise exists to some extent, the difference between the S1 signal and the S2 signal can exceed a value corresponding to the random noise level. At this time, the
このように、比較器２１９は、スイッチング電源のノイズ等の影響の有無に応じた信号を出力する。
As described above, the
加算部２２０は、比較器２１９から供給される各列の比較結果を全列数分加算することによって、横縞評価値を生成する。加算部２２０は、こうして取得される横縞評価値を、垂直ブランキング期間中に信号処理部１０３に出力する。横縞評価値は、スイッチング電源のノイズ等の影響がある程度生じている列の数に対応する。
The adding
図５は、本実施形態による固体撮像素子１０１の動作の例を示すタイミングチャートである。図５は、スイッチング電源のノイズや磁界ノイズの影響が殆ど存在しない場合の例を示している。図５（ａ）は、固体撮像素子１０１の電源ラインにおけるノイズＶｎｏｉｓｅを示している。図５（ｂ）は、比較器２１０の入力端子２２１ａの電位Ｖｉｎを示している。図５（ｃ）は、比較器２１０の入力端子２２１ｂの電位Ｖｒａｍｐを示している。図５（ｄ）は、列カウンタ２０５におけるカウント値を示している。
FIG. 5 is a timing chart showing an example of the operation of the solid-
図５に示す例においては、図５（ａ）に示すように、全てのタイミングにおいて、スイッチング電源のノイズや磁界ノイズ等が固体撮像素子１０１の電源ラインに殆ど現れない。
In the example illustrated in FIG. 5, as illustrated in FIG. 5A, switching power supply noise, magnetic field noise, and the like hardly appear on the power supply line of the solid-
タイミングＴ１からタイミングＴ９までの期間ΔＴａｄ内においては、以下のようなＡＤ変換が行われる。即ち、期間ΔＴａｄのうちの期間ΔＴｎにおいては、Ｎ信号に対するＡＤ変換が行われる。期間ΔＴａｄのうちの期間ΔＴｓ１においては、Ｓ１信号に対するＡＤ変換が行われる。期間ΔＴａｄのうちの期間ΔＴｓ２においては、Ｓ２信号に対するＡＤ変換が行われる。 The following AD conversion is performed within a period ΔTad from timing T1 to timing T9. That is, AD conversion is performed on the N signal in the period ΔTn of the period ΔTad. In the period ΔTs1 of the period ΔTad, AD conversion is performed on the S1 signal. In the period ΔTs2 of the period ΔTad, AD conversion is performed on the S2 signal.
Ｎ信号が比較器２１０に入力されると、図５（ｂ）に示すように、タイミングＴ１において、比較器２１０の入力端子２２１ａの電位ＶｉｎがＮ信号のレベルとなる。また、図５（ｃ）に示すように、タイミングＴ１において、参照信号生成部２０４から出力される参照信号が上昇し始める。参照信号生成部２０４から出力される参照信号は、図５（ｃ）に示すように徐々に上昇する。
When the N signal is input to the
タイミングＴ２において、比較器２１０の入力端子２２１ａに供給される参照信号と比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給されるＮ信号との大小関係が逆転する。タイミングＴ１からタイミングＴ２までの期間ΔＴｃｎにおいて、列カウンタ２０５はカウント動作を行う。こうして列カウンタ２０５によって得られるカウント値が、Ｎ信号としてメモリ２１４に保持される。
At timing T2, the magnitude relationship between the reference signal supplied to the
タイミングＴ３において、参照信号生成部２０４から出力される参照信号が最大値に達し、参照信号生成部２０４は参照信号を初期値に戻す。
At timing T3, the reference signal output from the reference
この後、Ｓ信号が比較器２１０に入力されると、図５（ｂ）に示すように、タイミングＴ４において、比較器２１０の入力端子２２１ａの電位ＶｉｎがＳ信号のレベルとなる。また、図５（ｃ）に示すように、タイミングＴ４において、参照信号生成部２０４から出力される参照信号が上昇し始める。参照信号生成部２０４から出力される参照信号は、図５（ｃ）に示すように徐々に上昇する。タイミングＴ５において、比較器２１０の入力端子２２１ａに供給される参照信号と比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給されるＳ信号との大小関係が逆転する。タイミングＴ４からタイミングＴ５までの期間ΔＴｃｓ１において、列カウンタ２０５はカウント動作を行う。こうして列カウンタ２０５によって得られるカウント値が、Ｓ１信号としてメモリ２１２に保持される。
Thereafter, when the S signal is input to the
タイミングＴ６において、参照信号生成部２０４から出力される参照信号が最大値に達し、参照信号生成部２０４は参照信号を初期値に戻す。
At timing T6, the reference signal output from the reference
タイミングＴ７において、図５（ｃ）に示すように、参照信号生成部２０４から出力される参照信号が上昇し始める。参照信号生成部２０４から出力される参照信号は、図５（ｃ）に示すように徐々に上昇する。タイミングＴ８において、比較器２１９の入力端子２２１ａに供給される参照信号と比較器２１９の入力端子２２１ｂに供給されるＳ信号との大小関係が逆転する。タイミングＴ７からタイミングＴ８までの期間ΔＴｃｓ２において、列カウンタ２０５はカウント動作を行う。こうして列カウンタ２０５によって得られるカウント値が、Ｓ２信号としてメモリ２１３に保持される。
At timing T7, as shown in FIG. 5C, the reference signal output from the reference
図５に示す例においては、スイッチング電源のノイズや磁界ノイズの影響が殆ど存在しない。このため、図５に示す例においては、Ｓ１信号とＳ２信号との差分値Δｃｎｔは、ランダムノイズのレベルに応じた比較的小さい値となる。Ｓ１信号とＳ２信号との差分値Δｃｎｔは、差分取得部２１８から出力される。比較器２１９は、スイッチング電源のノイズ等の影響が殆ど存在しないことを示す情報、具体的には「０」を出力する。
In the example shown in FIG. 5, there is almost no influence of switching power supply noise or magnetic field noise. For this reason, in the example shown in FIG. 5, the difference value Δcnt between the S1 signal and the S2 signal is a relatively small value corresponding to the level of random noise. The difference value Δcnt between the S1 signal and the S2 signal is output from the
図６は、本実施形態による固体撮像素子１０１の動作の他の例を示すタイミングチャートである。図６は、スイッチング電源のノイズ等の影響がある程度存在する場合の例を示している。図６（ａ）は、固体撮像素子１０１の電源ラインにおけるノイズＶｎｏｉｓｅを示している。図６（ｂ）は、比較器２１０の入力端子２２１ａの電位Ｖｉｎを示している。図６（ｃ）は、比較器２１０の入力端子２２１ｂの電位Ｖｒａｍｐを示している。図６（ｄ）は、列カウンタ２０５におけるカウント値を示している。
FIG. 6 is a timing chart showing another example of the operation of the solid-
図６に示す例においては、図６（ａ）に示すように、スイッチング電源のノイズ等が固体撮像素子１０１の電源ラインにある程度現れる。図６に示す例においても、図５に示す例と同様の動作が固体撮像素子１０１によって行われる。
In the example shown in FIG. 6, the switching power supply noise and the like appear to some extent on the power supply line of the solid-
図６に示す例においては、スイッチング電源のノイズ等の影響がある程度存在するため、図６に示す例におけるノイズレベルΔＶ′は図５に示す例におけるノイズレベルΔＶ（図５参照）より大きい。Ｓ１信号とＳ２信号との差分値Δｃｎｔは比較的大きい値となる。Ｓ１信号とＳ２信号との差分値Δｃｎｔは、差分取得部２１８から出力される。比較器２１９は、スイッチング電源のノイズ等の影響がある程度存在することを示す情報、具体的には「１」を出力する。
In the example shown in FIG. 6, the noise level ΔV ′ in the example shown in FIG. 6 is higher than the noise level ΔV (see FIG. 5) in the example shown in FIG. The difference value Δcnt between the S1 signal and the S2 signal is a relatively large value. The difference value Δcnt between the S1 signal and the S2 signal is output from the
図７は、本実施形態による撮像装置１００の信号処理部１０３に備えられた補正部１０４を示すブロック図である。補正部１０４は、ＨＯＢ領域３０２に位置する画素２０８によって取得される信号に基づいて、有効領域３０３に位置する画素２０８によって取得される信号に対して以下のようにしてシェーディング補正（水平シェーディング補正）を行う。
FIG. 7 is a block diagram illustrating the
補正部１０４は、減算器６０１と、オフセット算出部（オフセット生成部）６０２と、特性変更部６０７とを有する。オフセット算出部６０２は、行平均値算出部６０３と、減算器６０４と、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）６０５と、演算部６０６とを有する。特性変更部６０７は、フィルタ設定部６０８と、演算係数設定部６０９とを有する。
The
ＨＯＢ領域３０２に位置する画素２０８によって取得された信号が行平均値算出部６０３に供給されると、行平均値算出部６０３は以下のような処理を行う。即ち、行平均値算出部６０３は、ＨＯＢ領域３０２の各々の行にそれぞれ複数配された画素２０８から順次供給される複数の信号の平均値を行単位で算出する。こうして、ＨＯＢ領域３０２の各々の行にそれぞれ複数配された画素２０８によって取得される複数の信号の行単位の平均値、即ち、行平均値が、行平均値算出部６０３によって算出される。行平均値算出部６０３によって算出された行平均値は、減算器６０４に供給される。
When the signal acquired by the
なお、ここでは、行平均値の算出が行われる場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、行平均値算出部６０３の代わりに、ローパスフィルタを用いてもよい。ＨＯＢ領域３０２の各々の行にそれぞれ複数配された画素２０８から順次供給される複数の信号に対してのローパスフィルタ処理が行単位で完了する毎に、当該ローパスフィルタの出力値を用いるようにしてもよい。
Here, the case where the row average value is calculated has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, a low pass filter may be used instead of the row average
減算器６０４は、予め設定された目標値（クランプ目標値）と、行平均値算出部６０３から供給される行平均値との差分値を算出する。減算器６０４によって得られた差分値は、ＬＰＦ６０５に供給される。
The
ＬＰＦ６０５は、減算器６０４から順次供給される差分値に対して、ローパスフィルタ処理を行う。ＬＰＦ６０５としては、例えば既知のＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタが用いられる。ＯＢ領域３０４に位置する画素２０８のうちに欠陥画素が存在する場合の影響やランダムノイズの影響は、行平均値算出部６０３によっては除去しきれない。ＬＰＦ６０５によって行われるローパスフィルタ処理によって、これらの影響を低減し得る。
The
演算部６０６は、ＬＰＦ６０５から供給される信号と、演算係数設定部６０９から供給される演算係数とを乗算することによって、オフセット値を算出する。
The
フィルタ設定部６０８は、加算部２２０から供給される横縞評価値に基づいて、ＬＰＦ６０５のカットオフ周波数及びタップ数を以下のように設定する。横縞評価値が所定値未満である場合には、フィルタ設定部６０８は、予め定められたカットオフ周波数及びタップ数をＬＰＦ６０５に供給する。ＬＰＦ６０５は、フィルタ設定部６０８から供給されるカットオフ周波数及びタップ数に基づいてＬＰＦ処理を行う。これにより、ＯＢ領域３０４に位置する画素２０８のうちに欠陥画素が存在する場合の影響やランダムノイズの影響等を低減することができる。
The
ところで、スイッチング電源のノイズや磁界ノイズ等によって横縞が発生しているにもかかわらず、予め定められたカットオフ周波数及びタップ数に基づいたＬＰＦ処理を単に行った場合には、顕著な横縞を補正し得るようなオフセット信号が得られない。そこで、フィルタ設定部６０８は、横縞評価値が所定値以上である場合には、横縞評価値が大きくなるほどカットオフ周波数を高く設定するとともに、縦縞評価値が大きくなるほどタップ数を小さく設定する。これにより、顕著な縦縞を補正し得るようなオフセット信号の取得が可能となる。
By the way, even if horizontal stripes are generated due to switching power supply noise, magnetic field noise, etc., if LPF processing based on a predetermined cutoff frequency and number of taps is simply performed, significant horizontal stripes are corrected. Such an offset signal cannot be obtained. Therefore, when the horizontal stripe evaluation value is greater than or equal to a predetermined value, the
演算係数設定部６０９は、加算部２２０から供給される横縞評価値に基づいて演算係数を決定する。演算係数設定部６０９は、加算部２２０から供給される横縞評価値が大きくなるほど演算係数を大きく設定する。例えば、横縞評価値が所定の閾値未満である場合には、演算係数設定部６０９は、所定値Ａを演算計数として演算部６０６に供給する。一方、横縞評価値が所定の閾値以上である場合には、所定値Ａより大きく、しかも、横縞評価値が大きくなるに伴って線形に上昇するような演算係数を演算部６０６に供給する。なお、横縞評価値に応じて演算係数が行毎に設定されるため、シェーディング補正の特性は行毎に変更される。
The calculation
演算部６０６によって算出されたオフセット値は、減算器６０１に供給される。減算器６０１は、有効領域３０３に位置する画素２０８によって取得される画素信号から、演算部６０６から供給されるオフセット信号を減算する。
The offset value calculated by the
このように、オフセット算出部６０２は、横縞評価値と、画素アレイ２０１に備えられた複数の画素２０８のうちの遮光された画素２０８から得られる信号とに基づいてオフセット値を生成する。補正部１０４は、画素アレイ２０１に備えられた複数の画素２０８のうちの遮光されていない画素２０８から得られる信号を、オフセット算出部６０２によって生成されたオフセット値を用いて補正する。こうして、シェーディング補正処理が行われる。
As described above, the offset
図８は、本実施形態による撮像装置の動作を示すフローチャートである。
ステップＳ１０１において、制御部１１１は、固体撮像素子１０１が信号蓄積を開始するように制御を行う。
ステップＳ１０２において、制御部１１１は、不図示のシャッタを開閉させることにより、露光処理を行う。
ステップＳ１０３において、制御部１１１は、固体撮像素子１０１が信号蓄積を終了するように制御を行う。
FIG. 8 is a flowchart illustrating the operation of the imaging apparatus according to the present embodiment.
In step S101, the control unit 111 performs control so that the solid-
In step S102, the control unit 111 performs an exposure process by opening and closing a shutter (not shown).
In step S103, the control unit 111 performs control so that the solid-
ステップＳ１０４において、Ｎ信号の読み出しが行われる。Ｎ信号の読み出しにおいて得られたカウント値が、メモリ２１４に保持される。
ステップＳ１０５において、Ｓ１信号の読み出しが行われる。Ｓ１信号の読み出しにおいて得られたカウント値が、メモリ２１２に保持される。
ステップＳ１０６において、Ｓ２信号の読み出しが行われる。Ｓ２信号の読み出しにおいて得られたカウント値が、メモリ２１３に保持される。
In step S104, the N signal is read. The count value obtained in reading the N signal is held in the
In step S105, the S1 signal is read. The count value obtained in the reading of the S1 signal is held in the
In step S106, the S2 signal is read. The count value obtained in the reading of the S2 signal is held in the
ステップＳ１０７において、Ｓ１信号とＳ２信号との平均値の算出が行われる。具体的には、平均化部２１６が、メモリ２１２に保持されたカウント値とメモリ２１３に保持されカウント値との平均値を求める。
In step S107, the average value of the S1 signal and the S2 signal is calculated. Specifically, the averaging
ステップＳ１０８において、差分取得部２１７は、平均化部２１６から供給されるカウント値から、メモリ２１４から供給されるカウント値を減算する。これにより、Ｓ１信号とＳ２信号との平均値からＮ信号が減算される。差分取得部２１７は、こうして得られる画像信号（画像データ）を固体撮像素子１０１の外部に順次出力する。
In step S <b> 108, the
ステップＳ１０９において、差分取得部２１８は、メモリ２１２に保持されているカウント値と、メモリ２１３に保持されているカウント値との差分の絶対値を求める。即ち、Ｓ１信号とＳ２信号との差分の絶対値が求められる。差分取得部２１８によって得られた値と所定の閾値とが比較器２１９によって比較される。比較器２１９によって取得される各列の比較結果が加算部２２０によって全列数分加算され、これにより横縞評価値が生成される。加算部２２０は、こうして取得された横縞評価値を固体撮像素子１０１の外部に出力する。
In step S <b> 109, the
画素アレイ２０１の最終行に対しての縦縞評価値の算出が完了した場合には（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、ステップＳ１１１に移行する。一方、画素アレイ２０１の最終行に対しての縦縞評価値の算出が完了していない場合には（ステップＳ１１０においてＮＯ）、ステップＳ１０４に戻る。
When the calculation of the vertical stripe evaluation value for the last row of the
この後、以下のようにしてシェーディング補正処理が行われる。シェーディング補正処理は、信号処理部１０３において行われる。
Thereafter, shading correction processing is performed as follows. The shading correction process is performed in the
ステップＳ１１１において、行平均値算出部６０３は、ＨＯＢ領域３０２内に位置する複数の画素２０８から順次供給される複数の信号の平均値を行単位で算出する。
In step S <b> 111, the row average
ステップＳ１１２において、減算器６０４は、行平均値算出部６０３によって算出された行平均値から予め定められた目標値を減算する。
In step S112, the
ステップＳ１１３において、フィルタ設定部６０８は、ステップＳ１０９において求められた横縞評価値に基づいて、タップ数を決定する。こうして決定されるタップ数に応じた信号が、フィルタ設定部６０８からＬＰＦ６０５に供給される。
In step S113, the
ステップＳ１１４において、フィルタ設定部６０８は、ステップＳ１０９において求められた横縞評価値に基づいて、カットオフ周波数を決定する。こうして決定されるカットオフ周波数に応じた信号が、フィルタ設定部６０８からＬＰＦ６０５に供給される。
In step S114, the
ステップＳ１１５において、ＬＰＦ６０５は、減算器６０４から供給される値に対して、フィルタ設定部６０８によって設定されたタップ数及びカットオフ周波数でＬＰＦ処理を行う。
In step S115, the
ステップＳ１１６において、演算係数設定部６０９は、ステップＳ１０９において求められた横縞評価値に基づいて演算係数を求める。こうして求められる演算計数に応じた信号が、演算係数設定部６０９から演算部６０６に供給される。
In step S116, the calculation
ステップＳ１１７において、演算部６０６は、ＬＰＦ６０５から供給される値に対して演算係数を乗算することにより、オフセット値を算出する。
In step S117, the
ステップＳ１１８において、減算器６０１は、有効領域３０３に位置する画素２０８によって取得される画素信号からオフセット値を減算する。こうして、シェーディング補正処理が行われる。
In step S118, the
画素アレイ２０１の最終行に対してシェーディング補正処理が完了した場合には（ステップＳ１１９においてＹＥＳ）、図８に示す処理が終了する。一方、画素アレイ２０１の最終行に対してシェーディング補正処理が完了していない場合には（ステップＳ１１９においてＮＯ）、ステップＳ１１１に戻り、次の行に位置する画素２０８によって取得される信号に対してのシェーディング補正処理が行われる。
When the shading correction process is completed for the last row of pixel array 201 (YES in step S119), the process shown in FIG. 8 ends. On the other hand, if the shading correction processing has not been completed for the last row of the pixel array 201 (NO in step S119), the process returns to step S111, and the signal acquired by the
このように、本実施形態では、光電変換部で発生した電荷に応じた信号に対して異なったタイミングでＡＤ変換を行うことにより、複数のデジタル信号、即ち、Ｓ１信号とＳ２信号とが取得される。そして、本実施形態では、Ｓ１信号とＳ２信号との差分に基づいて縦縞評価値が生成される。Ｓ１信号とＳ２信号とが異なったタイミングで取得されるため、スイッチング電源のノイズや磁界ノイズの影響がある程度存在する場合には、Ｓ１信号とＳ２信号との差分が閾値を超える頻度が高くなる。このため、スイッチング電源のノイズや磁界ノイズの影響が大きくなるに伴って、縦縞評価値が大きくなる。本実施形態では、縦縞評価値と、画素アレイに備えられた複数の画素のうちの遮光された画素、即ち、ＯＢ画素から得られる信号とに基づいて、オフセット値が生成される。スイッチング電源のノイズや磁界ノイズの影響が大きくなるに伴って、縦縞評価値が大きくなるため、オフセット値は、スイッチング電源のノイズや磁界ノイズの影響に応じた値となる。そして、本実施形態では、画素アレイに備えられた複数のうちの遮光されていない画素、即ち、有効画素から得られる信号が、オフセット値を用いて補正される。スイッチング電源のノイズや磁界ノイズの影響に応じたオフセット値を用いて、有効画素から得られる信号が補正されるため、本実施形態によれば、有効画素から得られる信号を良好に補正することができる。従って、本実施形態によれば、良好にノイズを低減し得る撮像装置を提供することができる。 As described above, in the present embodiment, a plurality of digital signals, that is, the S1 signal and the S2 signal are obtained by performing AD conversion at different timings on the signal corresponding to the electric charge generated in the photoelectric conversion unit. The In the present embodiment, the vertical stripe evaluation value is generated based on the difference between the S1 signal and the S2 signal. Since the S1 signal and the S2 signal are acquired at different timings, the frequency of the difference between the S1 signal and the S2 signal exceeding the threshold increases when there is some influence of noise from the switching power supply or magnetic field noise. For this reason, as the influence of switching power supply noise and magnetic field noise increases, the vertical stripe evaluation value increases. In the present embodiment, an offset value is generated based on the vertical stripe evaluation value and a signal obtained from a light-shielded pixel, that is, an OB pixel among a plurality of pixels provided in the pixel array. As the influence of switching power supply noise and magnetic field noise increases, the vertical stripe evaluation value increases. Therefore, the offset value is a value corresponding to the influence of switching power supply noise and magnetic field noise. In this embodiment, a signal obtained from a non-light-shielded pixel of the plurality of pixels provided in the pixel array, that is, an effective pixel is corrected using the offset value. Since the signal obtained from the effective pixel is corrected using an offset value corresponding to the influence of switching power supply noise or magnetic field noise, according to the present embodiment, the signal obtained from the effective pixel can be corrected well. it can. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide an imaging apparatus that can reduce noise satisfactorily.
［第２実施形態］
第２実施形態による撮像装置及び撮像方法について図９及び図１０を用いて説明する。図１乃至図８に示す第１実施形態による撮像装置及び撮像方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
[Second Embodiment]
An imaging apparatus and an imaging method according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. The same components as those of the imaging apparatus and imaging method according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.
本実施形態による撮像装置は、列処理部２０３に複数の列処理部２０３ａ、２０３ｂが備えられているものである。
In the imaging apparatus according to the present embodiment, the
図９は、本実施形態による固体撮像素子１０１を示すブロック図である。
固体撮像素子１０１は、画素アレイ２０１と、垂直走査回路２０２と、列処理部２０３と、参照信号生成部２０４、７０４と、列カウンタ２０５、７０５とを有する。また、固体撮像素子１０１は、タイミング信号発生部２０６と、水平走査回路２０７と、差分取得部７１５、７１６、７１８と、平均化部７１７、７１９とを更に有する。各々の列処理部２０３には、２つの列処理部２０３ａ、２０３ｂが備えられている。列処理部２０３ａは、比較器２１０と、ラッチ部２１１と、メモリ２１２と、メモリ２１４と、スイッチ２１５とを有する。列処理部２０３ｂは、比較器７１０と、ラッチ部７１１と、メモリ７１２と、メモリ７１４と、スイッチ２１５とを有する。
FIG. 9 is a block diagram illustrating the solid-
The solid-
メモリ２１２は、画素信号用のメモリである。メモリ２１２には、画素２０８から出力される画素信号に対して比較器２１０を用いたＡＤ変換を行うことによって得られるカウント値、即ち、Ｓ１信号が保持される。メモリ２１４は、ノイズ信号用のメモリである。メモリ２１４には、リセットされた画素２０８からの信号に対して比較器２１０を用いたＡＤ変換を行うことによって得られるカウント値、即ち、Ｎ１信号（ノイズ信号）が保持される。メモリ７１２は、画素信号用のメモリである。メモリ７１２には、画素２０８から出力される画素信号に対して比較器７１０を用いたＡＤ変換を行うことによって得られるカウント値、即ち、Ｓ２信号が保持される。メモリ７１４は、ノイズ信号用のメモリである。メモリ７１４には、リセットされた画素２０８からの信号に対して比較器７１０を用いたＡＤ変換を行うことによって得られるカウント値、即ち、Ｎ２信号（ノイズ信号）が保持される。上述したように、Ｓ１信号とＳ２信号とを総称してＳ信号ともいう。また、Ｎ１信号とＮ２信号とを総称してＮ信号ともいう。メモリ２１２、２１４、７１２、７１４にそれぞれ保持されたカウント値は、スイッチ２１５を適宜オン状態にすることにより転送される。
The
参照信号生成部（参照信号発生器）２０４、７０４は、時間の経過に従って大きくなる信号、即ち、ランプ信号を参照信号としてそれぞれ生成する。参照信号生成部２０４から出力される参照信号は、比較器２１０に供給される。参照信号生成部７０４から出力される参照信号は、比較器７１０に供給される。
The reference signal generation units (reference signal generators) 204 and 704 generate signals that increase with time, that is, ramp signals, as reference signals. The reference signal output from the reference
比較器２１０の一方の入力端子２２１ａには、画素２０８から出力される画素信号が垂直信号線２０９を介して供給される。比較器２１０の他方の入力端子２２１ｂには、参照信号生成部２０４から出力される参照信号が供給される。比較器７１０の一方の入力端子７２１ａには、画素２０８から出力される画素信号が垂直信号線２０９を介して供給される。比較器７１０の他方の入力端子７２１ｂには、参照信号生成部７０４から出力される参照信号が供給される。
A pixel signal output from the
比較器２１０は、参照信号生成部２０４から供給される参照信号と、垂直信号線２０９を介して画素２０８から供給される画素信号とを比較し、両者が一致したタイミングで出力を反転する。比較器７１０は、参照信号生成部７０４から供給される参照信号と、垂直信号線２０９を介して画素２０８から供給される画素信号とを比較し、両者が一致したタイミングで出力を反転する。
The
列カウンタ２０５は、タイミング信号発生部２０６から供給されるクロック信号に基づいてカウント動作を行う。列カウンタ２０５は、画素信号と参照信号との比較が比較器２１０によって開始されたタイミングからカウント動作を開始する。ラッチ部２１１には、比較器２１０から出力される信号と、列カウンタ２０５から出力されるカウント値とが供給される。ラッチ部２１１は、列カウンタ２０５から供給されるカウント値を、比較器２１０の出力が反転した際にラッチする。ラッチ部２１１にラッチされたカウント値は、メモリ２１２、２１４に適宜保持される。メモリ２１２には、画素２０８によって得られる画素信号に対して比較器２１０を用いたＡＤ変換を行うことによって取得されるカウント値、即ち、Ｓ１信号が保持される。メモリ２１４には、画素２０８によって得られる画素信号に対して比較器２１０を用いたＡＤ変換を行うことによって取得されるカウント値、即ち、Ｎ１信号が保持される。
The
列カウンタ７０５は、タイミング信号発生部２０６から供給されるクロック信号に基づいてカウント動作を行う。列カウンタ７０５は、画素信号と参照信号との比較が比較器７１０によって開始されたタイミングからカウント動作を開始する。ラッチ部７１１には、比較器７１０から出力される信号と、列カウンタ７０５から出力されるカウント値とが供給される。ラッチ部７１１は、列カウンタ７０５から供給されるカウント値を、比較器７１０の出力が反転した際にラッチする。ラッチ部７１１にラッチされたカウント値は、メモリ７１２、７１４に適宜保持される。メモリ７１２には、画素２０８によって得られる画素信号に対して比較器７１０を用いたＡＤ変換を行うことによって取得されるカウント値、即ち、Ｓ２信号が保持される。メモリ７１４には、画素２０８によって得られる画素信号に対して比較器７１０を用いたＡＤ変換を行うことによって取得されるカウント値、即ち、Ｎ２信号が保持される。
The
水平走査回路２０７は、スイッチ２１５を制御することにより、各々の列に備えられた列処理部２０３を順次選択する。水平走査回路２０７によって選択された列処理部２０３のメモリ２１２、２１４にそれぞれ保持されたカウント値、即ち、Ｓ１信号及びＮ１信号は、差分取得部７１５に供給される。差分取得部７１５は、メモリ２１２に保持されたカウント値、即ち、Ｓ１信号と、メモリ２１４に保持されたカウント値、即ち、Ｎ１信号との差分を求める。差分取得部７１５によって取得される差分値は、平均化部７１７に供給される。水平走査回路２０７によって選択された列処理部２０３のメモリ７１２、７１４にそれぞれ保持されたカウント値、即ち、Ｓ２信号及びＮ２信号は、差分取得部７１６に供給される。差分取得部７１６は、メモリ７１２に保持されたカウント値、即ち、Ｓ２信号と、メモリ７１４に保持されたカウント値、即ち、Ｎ２信号との差分を求める。差分取得部７１６によって取得される差分値は、平均化部７１７に供給される。平均化部７１７は、差分取得部７１５から供給される差分値と、差分取得部７１６から供給される差分値との平均値を求める。差分取得部７１５から供給される差分値と、差分取得部７１６から供給される差分値との平均値によって、画素信号が生成される。平均化部７１７は、こうして生成される画像信号を固体撮像素子１０１の外部に出力する。こうして出力される画像信号は、信号処理部１０３に供給される。差分取得部７１５から供給される差分値と差分取得部７１６から供給される差分値との平均値によって画素信号が生成されるため、画素信号に対するランダムノイズの影響の低減が図られる。
The
水平走査回路２０７によって選択された列処理部２０３のメモリ２１４、７１４にそれぞれ保持されたカウント値、即ち、Ｎ１信号及びＮ２信号は、差分取得部７１８に供給される。差分取得部７１８は、メモリ２１４に保持されたカウント値、即ち、Ｎ１信号と、メモリ７１４に保持されたカウント値、即ち、Ｎ２信号との差分を求める。差分取得部７１８によって求められる差分値は、平均化部７１９に供給される。平均化部７１９は、差分取得部７１８から供給される差分値に対して全列分の平均化を行う。こうして求められる平均値は、横縞評価値として信号処理部１０３に供給される。
The count values respectively held in the
比較器２１０による比較処理と、比較器７１０による比較処理とは、以下のようにして行われる。まず、参照信号生成部２０４から参照信号の供給が開始されるように、タイミング信号発生部２０６から参照信号生成部２０４に対して制御信号が供給される。また、列カウンタ２０５によってカウント動作が開始されるように、タイミング信号発生部２０６から列カウンタ２０５に対して制御信号が供給される。参照信号生成部２０４から供給される参照信号と、垂直信号線２０９から供給される画素信号との比較が、比較器２１０によって行われる。所定時間が経過した後、以下のような処理が行われる。即ち、参照信号生成部７０４から参照信号の供給が開始されるように、タイミング信号発生部２０６から参照信号生成部７０４に対して制御信号が供給される。また、列カウンタ７０５によってカウント動作が開始されるように、タイミング信号発生部２０６から列カウンタ７０５に対して制御信号が供給される。参照信号生成部７０４から供給される参照信号と、垂直信号線２０９から供給される画素信号との比較が、比較器７１０によって開始される。このように、比較器２１０による比較処理が開始されてから所定時間が経過した後に、比較器７１０による比較処理が開始される。
The comparison process by the
図１０は、本実施形態による固体撮像素子１０１の動作を示すタイミングチャートである。図１０は、スイッチング電源のノイズや磁界ノイズの影響がある程度存在する場合の例を示している。図１０（ａ）は、固体撮像素子１０１の電源ラインにおけるノイズＶｎｏｉｓｅを示している。図１０（ｂ）は、比較器２１０、７１０の入力端子２２１ａ、７２１ａの電位Ｖｉｎを示している。図１０（ｃ）は、比較器２１０の入力端子２２１ｂの電位Ｖｒａｍｐ１を示している。図１０（ｄ）は、列カウンタ２０５におけるカウント値を示している。図１０（ｅ）は、比較器７１０の入力端子７２１ｂの電位Ｖｒａｍｐ２を示している。図１０（ｆ）は、列カウンタ７０５におけるカウント値を示している。
FIG. 10 is a timing chart showing the operation of the solid-
図１０（ａ）に示すように、スイッチング電源のノイズや磁界ノイズ等が固体撮像素子１０１の電源ラインにある程度現れる。
As shown in FIG. 10A, switching power supply noise, magnetic field noise, and the like appear to some extent on the power supply line of the solid-
タイミングＴ１からタイミングＴ１０までの期間ΔＴａｄ１内において、列処理部２０３ａによって以下のようなＡＤ変換が行われる。即ち、期間ΔＴａｄ１のうちの期間ΔＴｎ１においては、Ｎ１信号に対するＡＤ変換が行われる。期間ΔＴａｄ１のうちの期間ΔＴｓ１においては、Ｓ１信号に対するＡＤ変換が行われる。
The following AD conversion is performed by the
また、タイミングＴ３からタイミングＴ１２までの期間ΔＴａｄ２内において、列処理部２０３ｂによって以下のようなＡＤ変換が行われる。即ち、期間ΔＴａｄ２のうちの期間ΔＴｎ２においては、Ｎ２信号に対するＡＤ変換が行われる。期間ΔＴａｄ２のうちの期間ΔＴｓ２においては、Ｓ２信号に対するＡＤ変換が行われる。
Further, the following AD conversion is performed by the
タイミングＴ１において、Ｎ信号が比較器２１０に入力されると、図１０（ｂ）に示すように、比較器２１０の入力端子２２１ａの電位ＶｉｎがＮ信号のレベルとなる。また、図１０（ｃ）に示すように、タイミングＴ１において、参照信号生成部２０４から出力される参照信号が上昇し始める。参照信号生成部２０４から出力される参照信号は、図１０（ｃ）に示すように徐々に上昇する。
When the N signal is input to the
タイミングＴ２において、比較器２１０の入力端子２２１ａに供給される参照信号と比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給されるＮ信号との大小関係が逆転する。タイミングＴ１からタイミングＴ２までの期間ΔＴｃｎ１において、列カウンタ２０５はカウント動作を行う。こうして列カウンタ２０５によって得られるカウント値ＣＮＴ＿ｎ１が、Ｎ１信号としてメモリ２１４に保持される。
At timing T2, the magnitude relationship between the reference signal supplied to the
タイミングＴ３において、図１０（ｅ）に示すように、参照信号生成部７０４から出力される参照信号が上昇し始める。参照信号生成部７０４から出力される参照信号は、図１０（ｅ）に示すように徐々に上昇する。
At timing T3, as shown in FIG. 10E, the reference signal output from the reference
タイミングＴ４において、比較器７１０の入力端子７２１ａに供給される参照信号と比較器７１０の入力端子７２１ｂに供給されるＮ信号との大小関係が逆転する。タイミングＴ３からタイミングＴ４までの期間ΔＴｃｎ２において、列カウンタ７０５はカウント動作を行う。こうして列カウンタ７０５によって得られるカウント値ＣＮＴ＿ｎ２が、Ｎ２信号としてメモリ７１４に保持される。
At timing T4, the magnitude relationship between the reference signal supplied to the
タイミングＴ５において、参照信号生成部２０４から出力される参照信号が最大値に達し、参照信号生成部２０４は参照信号を初期値に戻す。
At timing T5, the reference signal output from the reference
タイミングＴ６において、参照信号生成部７０４から出力される参照信号が最大値に達し、参照信号生成部７０４は参照信号を初期値に戻す。
At timing T6, the reference signal output from the reference
この後、Ｓ信号が比較器２１０に入力される。Ｓ信号が比較器２１０に入力されると、図１０（ｂ）に示すように、タイミングＴ７において、比較器２１０の入力端子２２１ａの電位ＶｉｎがＳ信号のレベルとなる。タイミングＴ７において、図１０（ｃ）に示すように、参照信号生成部２０４から出力される参照信号が上昇し始める。参照信号生成部２０４から出力される参照信号は、図１０（ｃ）に示すように徐々に上昇する。
Thereafter, the S signal is input to the
タイミングＴ８において、図１０（ｅ）に示すように、参照信号生成部７０４から出力される参照信号が上昇し始める。参照信号生成部７０４から出力される参照信号は、図１０（ｅ）に示すように徐々に上昇する。
At timing T8, as shown in FIG. 10E, the reference signal output from the reference
タイミングＴ９において、比較器２１０の入力端子２２１ａに供給される参照信号と比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給されるＳ信号との大小関係が逆転する。タイミングＴ７からタイミングＴ９までの期間ΔＴｃｓ１において、列カウンタ２０５はカウント動作を行う。こうして列カウンタ２０５によって得られるカウント値が、Ｓ１信号としてメモリ２１２に保持される。
At timing T9, the magnitude relationship between the reference signal supplied to the
タイミングＴ１０において、参照信号生成部２０４から出力される参照信号が最大値に達し、参照信号生成部２０４は参照信号を初期値に戻す。
At timing T10, the reference signal output from the reference
タイミングＴ１１において、比較器７１０の入力端子７２１ａに供給される参照信号と比較器７１０の入力端子７２１ｂに供給されるＳ信号との大小関係が逆転する。タイミングＴ８からタイミングＴ１１までの期間ΔＴｃｓ２において、列カウンタ７０５はカウント動作を行う。こうして列カウンタ７０５によって得られるカウント値が、Ｓ２信号としてメモリ７１２に保持される。
At timing T11, the magnitude relationship between the reference signal supplied to the
タイミングＴ１２において、参照信号生成部７０４から出力される参照信号が最大値に達し、参照信号生成部７０４は参照信号を初期値に戻す。
At timing T12, the reference signal output from the reference
スイッチング電源のノイズや磁界ノイズの影響が殆ど存在しない場合、タイミングＴ２においてメモリ２１４に保持されるＮ１信号と、タイミングＴ４においてメモリ７１４に保持されるＮ２信号の差分は、ランダムノイズレベルに応じた値以下となる。一方、スイッチング電源のノイズや磁界ノイズの影響がある程度存在する場合、タイミングＴ２においてメモリ２１４に保持されるＮ１信号と、タイミングＴ４においてメモリ７１４に保持されるＮ２信号の差分は、ランダムノイズレベルに応じた値を超え得る。本実施形態では、Ｎ１信号とＮ２信号との差分を差分取得部７１８によって列毎に求め、これらの差分の平均値を平均化部７１９によって求める。平均化部７１９によって取得される平均値は、横縞評価値として用いられる。こうして得られる横縞評価値は、第１実施形態において上述したのと同様に、補正部１０４に供給される。
When there is almost no influence of switching power supply noise or magnetic field noise, the difference between the N1 signal held in the
このように、本実施形態では、リセットされた画素２０８からの信号に対して異なったタイミングでＡＤ変換を行うことにより、複数のデジタル信号、即ち、Ｎ１信号とＮ２信号とが取得される。そして、本実施形態では、Ｎ１信号とＮ２信号との差分に基づいて縦縞評価値が生成される。Ｎ１信号とＮ２信号との差分はスイッチング電源のノイズや磁界ノイズの影響が大きくなるに伴って大きくなるため、縦縞評価値はスイッチング電源のノイズや磁界ノイズの影響が大きくなるに伴って大きくなる。そして、本実施形態においても、縦縞評価値と、画素アレイに備えられた複数の画素のうちの遮光された画素、即ち、ＯＢ画素から得られる信号とに基づいて、オフセット値が生成される。スイッチング電源のノイズや磁界ノイズの影響が大きくなるに伴って、縦縞評価値が大きくなるため、オフセット値は、スイッチング電源のノイズや磁界ノイズの影響に応じた値となる。そして、本実施形態においても、画素アレイに備えられた複数のうちの遮光されていない画素、即ち、有効画素から得られる信号が、オフセット値を用いて補正される。スイッチング電源のノイズや磁界ノイズの影響に応じたオフセット値を用いて、有効画素から得られる信号が補正されるため、本実施形態によっても、有効画素から得られる信号を良好に補正することができる。従って、本実施形態によっても、良好にノイズを低減し得る撮像装置を提供することができる。
As described above, in the present embodiment, a plurality of digital signals, that is, the N1 signal and the N2 signal are obtained by performing AD conversion on the signal from the
［第３実施形態］
第３実施形態による撮像装置及び撮像方法について図１１及び図１３を用いて説明する。図１乃至図１０に示す第１又は第２実施形態による撮像装置及び撮像方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
[Third Embodiment]
An imaging apparatus and an imaging method according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 11 and 13. The same components as those of the imaging apparatus and imaging method according to the first or second embodiment shown in FIGS. 1 to 10 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.
本実施形態による撮像装置では、Ｓ信号が比較的大きい場合には、単位時間当たりの変化量の比較的大きいランプ信号が参照信号として用いられ、Ｓ信号が比較的小さい場合には、単位時間当たりの変化量の比較的小さいランプ信号が参照信号として用いられる。 In the imaging apparatus according to the present embodiment, when the S signal is relatively large, a ramp signal having a relatively large amount of change per unit time is used as a reference signal, and when the S signal is relatively small, per unit time. A ramp signal having a relatively small change amount is used as a reference signal.
図１１は、本実施形態による固体撮像素子１０１を示すブロック図である。
固体撮像素子１０１は、画素アレイ２０１と、垂直走査回路２０２と、列処理部２０３と、参照信号生成部２０４、８０４、基準電圧信号生成部８０５と、列カウンタ２０５とを有する。また、固体撮像素子１０１は、タイミング信号発生部２０６と、水平走査回路２０７と、差分取得部２１７、８１８と、平均化部８１９とを更に有する。各々の列処理部２０３は、比較器２１０と、ラッチ部２１１と、メモリ２１２と、メモリ２１４と、スイッチ２１５と、スイッチ８０６、メモリ８１３、スイッチ８１５とを有する。メモリ２１２は、画素信号用のメモリである。メモリ２１２には、画素２０８によって得られる画素信号に対するＡＤ変換によって取得されるカウント値、即ち、Ｓ信号が保持される。メモリ２１４は、ノイズ信号用のメモリである。メモリ２１４には、リセットされた画素２０８からの信号に対してＡＤ変換を行うことによって得られるカウント値が保持される。換言すれば、メモリ２１４には、ノイズ信号をＡＤ変換することによって得られるカウント値、Ｎ１信号が保持される。メモリ８１３は、ノイズ信号用のメモリである。メモリ８１３には、リセットされた画素２０８からの信号に対してＡＤ変換を行うことによって得られるカウント値が保持される。換言すれば、メモリ８１３には、ノイズ信号をＡＤ変換することによって得られるカウント値、Ｎ２信号が保持される。なお、Ｎ１信号とＮ２信号とを総称してＮ信号ともいう。メモリ２１２、２１４、８１３にそれぞれ保持されたカウント値は、スイッチ２１５を適宜オン状態にすることにより転送される。
FIG. 11 is a block diagram illustrating the solid-
The solid-
スイッチ８０６は、比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給される信号を切り替えるためのものである。スイッチ８０６を第１の状態に設定した場合には、参照信号生成部２０４から出力される参照信号がスイッチ８０６を介して比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給される。スイッチ８０６を第２の状態に設定した場合には、参照信号生成部８０４から出力される参照信号がスイッチ８０６を介して比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給される。スイッチ８０６を第３の状態に設定した場合には、基準電圧信号生成部８０５から出力される基準電圧信号がスイッチ８０６を介して比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給される。
The
スイッチ８１５は、差分取得部２１７に供給されるカウント値を切り替えるためのものである。スイッチ８１５を第１の状態に設定した場合には、メモリ２１４に保持されたカウント値がスイッチ８１５を介して差分取得部２１７に供給される。スイッチ８１５を第２の状態に設定した場合には、メモリ８１３に保持されたカウント値がスイッチ８１５を介して差分取得部２１７に供給される。
The
参照信号生成部２０４、８０４は、時間の経過に従って大きくなる信号、即ち、ランプ信号を参照信号としてそれぞれ生成する。参照信号生成部２０４から出力される参照信号の単位時間当たりの変化量は、参照信号生成部８０４から出力される参照信号の単位時間当たりの変化量より小さい。本実施形態では、参照信号生成部８０４から出力される参照信号の単位時間当たりの上昇量を、参照信号生成部２０４から出力される参照信号の単位時間当たりの上昇量の４倍に設定する場合を例に説明するが、これに限定されるものではない。基準電圧信号生成部８０５は、基準電圧信号を生成する。基準電圧信号は、参照信号生成部２０４と参照信号生成部８０４とのうちのいずれから出力される参照信号を用いて画素信号をＡＤ変換するかを判定するために用いられる。
The
比較器２１０は、スイッチ８０６によって選択される信号と、垂直信号線２０９を介して画素２０８から供給される画素信号とを比較し、両者が一致したタイミングで出力を反転する。
The
列カウンタ２０５は、タイミング信号発生部２０６から供給されるクロック信号に基づいてカウント動作を行う。列カウンタ２０５は、画素信号と参照信号との比較が比較器２１０によって開始されたタイミングからカウント動作を開始する。ラッチ部２１１には、比較器２１０から出力される信号と、列カウンタ２０５から出力されるカウント値とが供給される。ラッチ部２１１は、列カウンタ２０５から供給されるカウント値を、比較器２１０の出力が反転した際にラッチする。タイミング信号発生部２０６から供給されるクロック信号の周波数は以下のように設定される。即ち、参照信号生成部２０４から供給される参照信号が用いられる場合にタイミング信号発生部２０６から供給されるクロック信号の周波数はｆ１とされる。一方、参照信号生成部８０４から供給される参照信号が用いられる場合にタイミング信号発生部２０６から供給されるクロック信号の周波数は、ｆ１×４とされる。このようにクロック信号の周波数を変更するのは、参照信号生成部８０４から出力される参照信号の単位時間当たりの上昇量が、参照信号生成部２０４から出力される参照信号の単位時間当たりの上昇量の４倍であるためである。ラッチ部２１１にラッチされたカウント値は、メモリ２１２、２１４、８１３に適宜保持される。
The
メモリ２１２には、上述したように、画素２０８によって得られる画素信号に対するＡＤ変換によって取得されるカウント値、即ち、Ｓ信号が保持される。メモリ２１４には、上述したように、リセットされた画素２０８からの信号に対してＡＤ変換を行うことによって得られるカウント値、即ち、Ｎ１信号が保持される。メモリ８１３には、上述したように、リセットされた画素２０８からの信号に対してＡＤ変換を行うことによって得られるカウント値、即ち、Ｎ２信号が保持される。
As described above, the
水平走査回路２０７は、スイッチ２１５を制御することにより、各々の列に備えられた列処理部２０３を順次選択する。水平走査回路２０７によって選択された列処理部２０３のメモリ２１２に保持されたカウント値、即ち、Ｓ信号は、差分取得部２１７に供給される。また、水平走査回路２０７によって選択された列処理部２０３に備えられたメモリ２１４とメモリ８１３とのうちのいずれかに保持されたカウント値、即ち、Ｎ１信号又はＮ２信号は、差分取得部２１７に供給される。差分取得部２１７は、メモリ２１２に保持されたカウント値と、メモリ２１４に保持されたカウント値との差分、又は、メモリ２１２に保持されたカウント値と、メモリ８１３に保持されたカウント値との差分を求める。
The
水平走査回路２０７によって選択された列処理部２０３に備えられたメモリ２１４に保持されたカウント値、即ち、Ｎ１信号と、メモリ８１３に保持されたカウント値、即ち、Ｎ２信号とは、差分取得部８１８に供給される。差分取得部８１８は、メモリ２１４に保持されたカウント値、即ち、Ｎ１信号と、メモリ８１３に保持されたカウント値、即ち、Ｓ２信号との差分を求める。
The count value held in the
差分取得部８１８によって取得される差分値は、平均化部８１９に供給される。平均化部８１９は、差分取得部８１８から供給される差分値に対して全列分の平均化を行う。こうして求められる平均値は、横縞評価値として信号処理部１０３に供給される。
The difference value acquired by the difference acquisition unit 818 is supplied to the averaging unit 819. The averaging unit 819 averages all columns for the difference values supplied from the difference acquisition unit 818. The average value obtained in this way is supplied to the
図１２は、参照信号生成部２０４から出力される参照信号と、参照信号生成部８０４から出力される参照信号と、基準電圧信号生成部８０５から出力される基準電圧信号とを示すグラフである。図１２の横軸は時間であり、図１２の縦軸は電位である。
FIG. 12 is a graph showing the reference signal output from the reference
実線は、参照信号生成部８０４から出力される参照信号を示している。破線は、参照信号生成部２０４から出力される参照信号を示している。ＶＲＥＦは、基準電圧を示している。Ｖｒａｍｐ（ｍａｘ）は、参照信号生成部８０４から出力される参照信号の最大値を示している。
A solid line indicates a reference signal output from the reference
画素信号が基準電圧ＶＲＥＦ未満である場合には、参照信号生成部２０４から出力される参照信号がスイッチ８０６を介して比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給される。画素信号が基準電圧ＶＲＥＦ以上である場合には、参照信号生成部８０４から出力される参照信号がスイッチ８０６を介して比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給される。画素信号が基準電圧ＶＲＥＦ未満である場合には、参照信号生成部２０４から出力される参照信号が用いられるため、基準電圧ＶＲＥＦは参照信号生成部２０４の最大値以下であることが好ましい。ここでは、参照信号生成部２０４の最大値と基準電圧ＶＲＥＦとが同等である場合を例に説明する。
When the pixel signal is less than the reference voltage VREF, the reference signal output from the reference
図１２に示す例においては、参照信号生成部８０４から出力される参照信号の単位時間当たりの上昇量は、参照信号生成部２０４から出力される参照信号の単位時間当たりの上昇量の４倍に設定されている。このため、参照信号生成部２０４から出力される参照信号を用いた場合の分解能は、参照信号生成部８０４から出力される参照信号を用いた場合の分解能に対して２ｂｉｔ分大きくなる。
In the example illustrated in FIG. 12, the increase amount per unit time of the reference signal output from the reference
Ｎ信号に対するＡＤ変換は、参照信号生成部２０４から出力される参照信号と参照信号生成部８０４から出力される参照信号をそれぞれ用い、以下のようにして行われる。まず、参照信号生成部２０４から出力される参照信号が比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給されるように、スイッチ８０６が設定される。そして、タイミング信号発生部２０６が、参照信号生成部２０４に参照信号の供給を開始させるとともに、列カウンタ２０５にカウント動作を開始させる。これにより、参照信号生成部２０４から供給される参照信号と、垂直信号線２０９から供給されるノイズ信号との比較が、比較器２１０によって開始される。比較器２１０は、参照信号生成部２０４から供給される参照信号と、垂直信号線２０９を介して画素２０８から供給されるノイズ信号とを比較し、両者が一致したタイミングで出力を反転する。ラッチ部２１１は、列カウンタ２０５から供給されるカウント値を、比較器２１０の出力が反転した際にラッチする。ラッチ部２１１にラッチされたカウント値、即ち、Ｎ１信号は、メモリ２１４に保持される。次に、参照信号生成部８０４から出力される参照信号が比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給されるように、スイッチ８０６が設定される。そして、タイミング信号発生部２０６が、参照信号生成部８０４に参照信号の供給を開始させるとともに、列カウンタ２０５にカウント動作を開始させる。これにより、参照信号生成部８０４から供給される参照信号と、垂直信号線２０９から供給されるノイズ信号との比較が、比較器２１０によって開始される。比較器２１０は、参照信号生成部８０４から供給される参照信号と、垂直信号線２０９を介して画素２０８から供給されるノイズ信号とを比較し、両者が一致したタイミングで出力を反転する。ラッチ部２１１は、列カウンタ２０５から供給されるカウント値を、比較器２１０の出力が反転した際にラッチする。ラッチ部２１１にラッチされたカウント値、即ち、Ｎ２信号は、メモリ８１３に保持される。
AD conversion for the N signal is performed as follows using the reference signal output from the reference
Ｓ信号に対するＡＤ変換は、以下のようにして行われる。まず、基準電圧信号生成部８０５から出力される基準電圧信号が比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給されるように、スイッチ８０６が設定される。そして、タイミング信号発生部２０６が、基準電圧信号生成部８０５に基準電圧信号の供給を行わせる。これにより、基準電圧信号生成部８０５から供給される基準電圧信号と、垂直信号線２０９から供給される画素信号との比較が、比較器２１０によって行われる。
AD conversion for the S signal is performed as follows. First, the
Ｓ信号が基準電圧ＶＲＥＦ未満である場合には、参照信号生成部２０４から出力される参照信号が比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給されるように、スイッチ８０６が設定される。そして、タイミング信号発生部２０６が、参照信号生成部２０４に参照信号の供給を開始させるとともに、列カウンタ２０５にカウント動作を開始させる。これにより、参照信号生成部２０４から供給される参照信号と、垂直信号線２０９から供給される画素信号との比較が、比較器２１０によって開始される。比較器２１０は、参照信号生成部２０４から供給される参照信号と、垂直信号線２０９を介して画素２０８から供給される画素信号とを比較し、両者が一致したタイミングで出力を反転する。ラッチ部２１１は、列カウンタ２０５から供給されるカウント値を、比較器２１０の出力が反転した際にラッチする。ラッチ部２１１にラッチされたカウント値、即ち、Ｓ信号は、メモリ２１２に保持される。
When the S signal is less than the reference voltage VREF, the
一方、Ｓ信号が基準電圧以上である場合には、参照信号生成部８０４から出力される参照信号が比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給されるように、スイッチ８０６が設定される。そして、タイミング信号発生部２０６が、参照信号生成部８０４に参照信号の供給を開始させるとともに、列カウンタ２０５にカウント動作を開始させる。これにより、参照信号生成部８０４から供給される参照信号と、垂直信号線２０９から供給される画素信号との比較が、比較器２１０によって開始される。比較器２１０は、参照信号生成部８０４から供給される参照信号と、垂直信号線２０９を介して画素２０８から供給される画素信号とを比較し、両者が一致したタイミングで出力を反転する。ラッチ部２１１は、列カウンタ２０５から供給されるカウント値を、比較器２１０の出力が反転した際にラッチする。ラッチ部２１１にラッチされたカウント値、即ち、Ｓ信号は、メモリ２１２に保持される。
On the other hand, when the S signal is equal to or higher than the reference voltage, the
Ｓ信号に対するＡＤ変換を行う際に、参照信号生成部２０４から出力される参照信号が用いられた場合には、メモリ２１４に保持されたカウント値、即ち、Ｎ１信号が差分取得部２１７に供給されるように、スイッチ８１５が設定される。
When AD conversion is performed on the S signal, if the reference signal output from the reference
一方、Ｓ信号に対するＡＤ変換を行う際に、参照信号生成部８０４から出力される参照信号が用いられた場合には、メモリ８１３に保持されたカウント値、即ち、Ｎ２信号が差分取得部２１７に供給されるように、スイッチ８１５が設定される。
On the other hand, when the reference signal output from the reference
差分取得部２１７は、メモリ２１２から供給されるカウント値から、メモリ２１４又はメモリ８１３から供給されるカウント値を減算することによって、画素信号を生成する。即ち、差分取得部２１７は、Ｓ１信号からＮ１信号又はＮ２信号を減算することによって、画像信号を生成する。差分取得部２１７は、こうして生成される画像信号を固体撮像素子１０１の外部に出力する。こうして出力される画像信号は、信号処理部１０３に供給される。
The
水平走査回路２０７によって選択された列処理部２０３のメモリ２１４、８１３にそれぞれ保持されたカウント値、即ち、Ｎ１信号及びＮ２信号は、差分取得部８１８に供給される。差分取得部８１８は、メモリ２１４に保持されたカウント値、即ち、Ｎ１信号と、メモリ８１３に保持されたカウント値、即ち、Ｎ２信号との差分の絶対値を求める。差分取得部８１８によって求められる差分の絶対値は、平均化部８１９に供給される。平均化部８１９は、差分取得部８１８から供給される差分の絶対値に対して全列分の平均化を行う。こうして求められる平均値は、横縞評価値として信号処理部１０３に供給される。
The count values respectively held in the
図１３は、本実施形態による固体撮像素子１０１の動作を示すタイミングチャートである。図１３は、スイッチング電源のノイズや磁界ノイズの影響がある程度存在する場合の例を示している。図１３（ａ）は、固体撮像素子１０１の電源ラインにおけるノイズＶｎｏｉｓｅを示している。図１３（ｂ）は、比較器２１０の入力端子２２１ａの電位Ｖｉｎを示している。図１３（ｃ）は、比較器２１０の入力端子２２１ｂの電位Ｖｒａｍｐを示している。図１３（ｄ）は、列カウンタ２０５におけるカウント値を示している。
FIG. 13 is a timing chart showing the operation of the solid-
図１３（ａ）に示すように、スイッチング電源のノイズや磁界ノイズ等が固体撮像素子１０１の電源ラインにある程度現れる。
As shown in FIG. 13A, switching power supply noise, magnetic field noise, and the like appear to some extent on the power supply line of the solid-
タイミングＴ１からタイミングＴ１１までの期間ΔＴａｄ内において、列処理部２０３によって以下のようなＡＤ変換が行われる。即ち、期間ΔＴａｄのうちの期間ΔＴｎ１においては、参照信号生成部２０４から供給される参照信号を用いてＮ信号に対する１回目のＡＤ変換が行われる。期間ΔＴａｄのうちの期間ΔＴｎ２においては、参照信号生成部８０４から供給される参照信号を用いてＮ信号に対する２回目のＡＤ変換が行われる。期間ΔＴａｄのうちの期間ΔＴｓにおいては、Ｓ信号に対するＡＤ変換が行われる。
The following AD conversion is performed by the
まず、参照信号生成部２０４から出力される参照信号が比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給されるように、スイッチ８０６が設定される。
First, the
そして、タイミングＴ１において、Ｎ信号が比較器２１０に入力されると、図１３（ｂ）に示すように、比較器２１０の入力端子２２１ａの電位ＶｉｎがＮ信号のレベルとなる。また、図１３（ｃ）に示すように、タイミングＴ１において、参照信号生成部２０４から出力される参照信号が上昇し始める。参照信号生成部２０４から出力される参照信号は、図１３（ｃ）に示すように徐々に上昇する。参照信号生成部２０４から出力される参照信号は、スイッチ８０６を介して比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給される。
At time T1, when the N signal is input to the
タイミングＴ２において、比較器２１０の入力端子２２１ａに供給される参照信号と比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給されるＮ信号との大小関係が逆転する。タイミングＴ１からタイミングＴ２までの期間ΔＴｃｎ１において、列カウンタ２０５はカウント動作を行う。こうして列カウンタ２０５によって得られるカウント値が、Ｎ１信号としてメモリ２１４に保持される。
At timing T2, the magnitude relationship between the reference signal supplied to the
タイミングＴ３において、参照信号生成部２０４から出力される参照信号が最大値に達し、参照信号生成部２０４は参照信号を初期値に戻す。
At timing T3, the reference signal output from the reference
タイミングＴ３とタイミングＴ４との間において、参照信号生成部８０４から出力される参照信号が比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給されるように、スイッチ８０６が設定される。
The
タイミングＴ４において、図１３（ｃ）に示すように、参照信号生成部８０４から出力される参照信号が上昇し始める。参照信号生成部８０４から出力される参照信号は、図１３（ｃ）に示すように徐々に上昇する。ここでは、参照信号生成部８０４から出力される参照信号の単位時間当たりの上昇量が、参照信号生成部２０４から出力される参照信号の単位時間当たりの上昇量の４倍である場合を例に説明するが、これに限定されるものではない。
At timing T4, as shown in FIG. 13C, the reference signal output from the reference
タイミングＴ５において、比較器２１０の入力端子２２１ａに供給される参照信号と比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給されるＮ信号との大小関係が逆転する。タイミングＴ４からタイミングＴ５までの期間ΔＴｃｎ２において、列カウンタ２０５はカウント動作を行う。こうして列カウンタ２０５によって得られるカウント値が、Ｎ２信号としてメモリ８１３に保持される。
At timing T5, the magnitude relationship between the reference signal supplied to the
タイミングＴ６とタイミングＴ７との間において、基準電圧信号生成部８０５から出力される基準電圧ＶＲＥＦが比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給されるように、スイッチ８０６が設定される。
The
タイミングＴ７において、タイミング信号発生部２０６は、基準電圧信号生成部８０５に対して、基準電圧信号の供給を行わせる。比較器２１０は、垂直信号線２０９を介して供給されるＳ信号と、基準電圧信号とを比較する。垂直信号線２０９を介して供給されるＳ信号が基準電圧ＶＲＥＦ以上である場合には、参照信号生成部８０４から出力される参照信号が比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給されるようにスイッチ８０６が設定される。垂直信号線２０９を介して供給されるＳ信号が基準電圧ＶＲＥＦ未満である場合には、参照信号生成部２０４から出力される参照信号が比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給されるようにスイッチ８０６が設定される。
At timing T7, the
タイミングＴ８において、タイミング信号発生部２０６は、基準電圧信号生成部８０５に対して、基準電圧信号の供給を終了させる。
At timing T8, the
タイミングＴ９において、図１３（ｃ）に示すように、参照信号生成部２０４又は参照信号生成部８０４から出力される参照信号が上昇し始める。参照信号生成部２０４又は参照信号生成部８０４から出力される参照信号は、図１３（ｃ）に示すように徐々に上昇する。
At timing T9, as shown in FIG. 13C, the reference signal output from the reference
タイミングＴ１０において、比較器２１０の入力端子２２１ａに供給される参照信号と比較器２１０の入力端子２２１ｂに供給されるＳ信号との大小関係が逆転する。タイミングＴ９からタイミングＴ１０までの期間ΔＴｃｓにおいて、列カウンタ７０５はカウント動作を行う。こうして列カウンタ７０５によって得られるカウント値が、Ｓ信号としてメモリ２１２に保持される。
At timing T10, the magnitude relationship between the reference signal supplied to the
タイミングＴ１１において、参照信号生成部２０４又は参照信号生成部８０４から出力される参照信号が最大値に達し、参照信号生成部２０４又は参照信号生成部８０４は参照信号を初期値に戻す。
At timing T11, the reference signal output from the reference
スイッチング電源のノイズや磁界ノイズの影響が殆ど存在しない場合には、以下のようになる。即ち、タイミングＴ２においてメモリ２１４に保持されるＮ１信号と、タイミングＴ５においてメモリ８１３に保持されるＮ２信号との差分は、ランダムノイズレベルに応じた値以下となる。一方、スイッチング電源のノイズや磁界ノイズの影響がある程度存在する場合には、以下のようになる。即ち、タイミングＴ２においてメモリ２１４に保持されるＮ１信号と、タイミングＴ５においてメモリ８１３に保持されるＮ２信号との差分は、ランダムノイズレベルに応じた値を超え得る。本実施形態では、Ｎ１信号と、Ｎ２信号との差分の絶対値を差分取得部８１８によって列毎に求め、これらの差分の絶対値の平均値を平均化部８１９によって求める。平均化部７１９によって取得される平均値は、横縞評価値として用いられる。こうして得られる横縞評価値は、第１実施形態において上述したのと同様に、補正部１０４に供給される。
When there is almost no influence of switching power supply noise or magnetic field noise, the following occurs. That is, the difference between the N1 signal held in the
このように、本実施形態によれば、Ｓ信号が比較的大きい場合、単位時間当たりの変化量の比較的大きいランプ信号が参照信号として用いられ、Ｓ信号が比較的小さい場合、単位時間当たりの変化量の比較的小さいランプ信号が参照信号として用いられる。このため、本実施形態によれば、画素信号の値が比較的大きい場合であっても、画素信号を比較的高速に取得することができる。 As described above, according to the present embodiment, when the S signal is relatively large, a ramp signal having a relatively large amount of change per unit time is used as the reference signal, and when the S signal is relatively small, A ramp signal having a relatively small amount of change is used as a reference signal. For this reason, according to this embodiment, even when the value of the pixel signal is relatively large, the pixel signal can be acquired at a relatively high speed.
［変形実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、全列の比較結果に基づいて横縞評価値を生成する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、一部の列の比較結果に基づいて横縞評価値を生成してもよい。例えば、ＨＯＢ領域３０２内の列の比較結果に基づいて横縞評価値を生成してもよい。また、有効領域３０３内の一部の列、例えば、中央付近の列の比較結果に基づいて横縞評価値を生成してもよい。
[Modified Embodiment]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.
For example, in the above-described embodiment, the case where the horizontal stripe evaluation value is generated based on the comparison result of all the columns has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the horizontal stripe evaluation value may be generated based on the comparison result of some columns. For example, the horizontal stripe evaluation value may be generated based on the comparison result of the columns in the
また、上記実施形態では、如何なる場合にも横縞評価値を生成する場合を例に説明したが、顕著な横縞が生じやすい場合にのみ横縞評価値を生成するようにしてもよい。顕著な横縞が生じやすい場合の例としては、例えば電源の負荷変動が大きい場合等が挙げられる。 In the above embodiment, the case where the horizontal stripe evaluation value is generated in any case has been described as an example. However, the horizontal stripe evaluation value may be generated only when a significant horizontal stripe is likely to be generated. An example of a case where noticeable horizontal stripes are likely to occur is, for example, a case where the load fluctuation of the power source is large.
また、ノイズ源の位置に応じた列の比較結果に基づいて横縞評価値を生成するようにしてもよい。 Further, the horizontal stripe evaluation value may be generated based on the comparison result of the columns corresponding to the position of the noise source.
また、第１実施形態では、異なったタイミングで取得される複数のＳ信号の差分に基づいて横縞評価値を生成する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、異なったタイミングで取得される複数のＮ信号の差分に基づいて横縞評価値を生成するようにしてもよい。 Moreover, although 1st Embodiment demonstrated as an example the case where a horizontal stripe evaluation value was produced | generated based on the difference of several S signal acquired at a different timing, it is not limited to this. For example, the horizontal stripe evaluation value may be generated based on a difference between a plurality of N signals acquired at different timings.
また、第１実施形態では、異なったタイミングで取得される２つのＳ信号に基づいて横縞評価値を生成する場合を例に説明したが、異なったタイミングで取得される３つ以上の信号に基づいて横縞評価値を生成するようにしてもよい。 In the first embodiment, the case where the horizontal stripe evaluation value is generated based on two S signals acquired at different timings has been described as an example, but based on three or more signals acquired at different timings. Thus, the horizontal stripe evaluation value may be generated.
また、第２実施形態では、異なったタイミングで取得される複数のＮ信号の差分に基づいて横縞評価値を生成する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、異なったタイミングで取得される複数のＳ信号の差分に基づいて横縞評価値を生成するようにしてもよい。 Moreover, although 2nd Embodiment demonstrated as an example the case where a horizontal stripe evaluation value was produced | generated based on the difference of several N signal acquired at a different timing, it is not limited to this. For example, the horizontal stripe evaluation value may be generated based on a difference between a plurality of S signals acquired at different timings.
また、第２実施形態では、異なったタイミングで取得される複数のＮ信号の差分に基づいて横縞評価値を生成する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、Ｓ１信号からＮ１信号を減算することにより得られる値と、Ｓ２信号からＮ２信号を減算することにより得られる値との差分に基づいて、横縞評価値を生成するようにしてもよい。 Moreover, although 2nd Embodiment demonstrated as an example the case where a horizontal stripe evaluation value was produced | generated based on the difference of several N signal acquired at a different timing, it is not limited to this. For example, the horizontal stripe evaluation value may be generated based on the difference between the value obtained by subtracting the N1 signal from the S1 signal and the value obtained by subtracting the N2 signal from the S2 signal.
また、第３実施形態では、参照信号生成部２０４，８０４と別個に基準電圧信号生成部８０５を設ける場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。参照信号生成部２０４によって得られる信号又は参照信号生成部８０４によって得られる信号を基準電圧ＶＲＥＦとして適宜用いてもよい。
In the third embodiment, the case where the reference voltage
また、上記実施形態において、ＬＰＦ６０５として平均化フィルタを用いるようにしてもよい。そして、横縞評価値が大きくなるほど、ＬＰＦ６０５によって平均化される範囲が小さく設定されるようにしてもよい。
In the above embodiment, an averaging filter may be used as the
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記録媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。 The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a recording medium, and one or more processors in the computer of the system or apparatus read and execute the program This process can be realized. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
１０１ 固体撮像素子
１０４ 補正部
２０３ 列処理部
２０８ 画素
２１６ 平均化部
２１７ 差分取得部
２１８ 差分取得部
３０１ 垂直オプティカルブラック領域
３０２ 水平オプティカルブラック領域
３０３ 有効領域
６０２ オフセット算出部
６０７ 特性変更部
DESCRIPTION OF
Claims (12)
リセットされた画素から得られる信号と前記光電変換部で発生した電荷に応じた信号とのうちのいずれかに対して異なったタイミングでアナログ−デジタル変換を複数回行うことにより得られる複数のデジタル信号の差分に応じた第１の値と、前記画素アレイに備えられた前記複数の画素のうちの遮光された画素から得られる信号とに基づいてオフセット値を生成するオフセット生成部と、
前記画素アレイに備えられた前記複数の画素のうちの遮光されていない画素から得られる信号を、前記オフセット生成部によって生成された前記オフセット値を用いて補正する補正部と
を有することを特徴とする撮像装置。 A pixel array in which a plurality of pixels each including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix;
A plurality of digital signals obtained by performing analog-digital conversion a plurality of times at different timings on any of a signal obtained from a reset pixel and a signal corresponding to the charge generated in the photoelectric conversion unit An offset generation unit that generates an offset value based on a first value corresponding to the difference between the pixel and a signal obtained from a light-shielded pixel among the plurality of pixels provided in the pixel array;
A correction unit that corrects a signal obtained from a non-shielded pixel among the plurality of pixels provided in the pixel array, using the offset value generated by the offset generation unit. An imaging device.
前記差分取得部によって順次取得される列毎の前記差分を、閾値と順次比較する比較器と、
前記比較器によって順次取得される複数の比較結果を加算することにより前記第１の値を生成する加算部とを更に有する
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。 A difference acquisition unit that sequentially acquires the difference for each column;
A comparator that sequentially compares the difference for each column sequentially acquired by the difference acquisition unit with a threshold;
The imaging apparatus according to claim 1, further comprising: an adder that generates the first value by adding a plurality of comparison results sequentially acquired by the comparator.
前記差分取得部によって取得される複数の前記差分を平均化することにより前記第１の値を生成する平均化部とを更に有する
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。 A difference acquisition unit that sequentially acquires the difference for each column;
The imaging apparatus according to claim 1, further comprising: an averaging unit that generates the first value by averaging the plurality of differences acquired by the difference acquisition unit.
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。 The difference is a difference between a plurality of digital signals obtained by performing analog-digital conversion a plurality of times at different timings on signals from pixels located in a part of a plurality of columns of the pixel array. The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein
ことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 4, wherein the part of the plurality of columns is a light-shielded column of the plurality of columns.
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。 The offset generation unit multiplies a signal corresponding to a signal obtained from a light-shielded pixel among the plurality of pixels included in the pixel array by a value corresponding to the first value. The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the offset value is generated.
ことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 6, wherein the value corresponding to the first value is set larger as the first value becomes larger.
前記ローパスフィルタの特性は、前記第１の値に応じて設定される
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像装置。 The offset generation unit further includes a low-pass filter that performs low-pass filter processing on a value corresponding to an average value of a plurality of signals obtained from light-shielded pixels among the plurality of pixels provided in the pixel array. And
The imaging device according to any one of claims 1 to 7, wherein the characteristic of the low-pass filter is set according to the first value.
ことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 8, wherein the cutoff frequency of the low-pass filter is set higher as the first value increases.
前記第１の値が大きくなるほど、前記ローパスフィルタによって平均化される範囲が小さく設定される
ことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。 The low pass filter is an averaging filter;
The imaging apparatus according to claim 8, wherein a range that is averaged by the low-pass filter is set smaller as the first value increases.
リセットされた画素から得られる信号と前記光電変換部で発生した電荷に応じた信号とのうちのいずれかに対して異なったタイミングでアナログ−デジタル変換を複数回行うことにより得られる複数のデジタル信号の差分に応じた第１の値と、前記画素アレイに備えられた前記複数の画素のうちの遮光された画素から得られる信号とに基づいてオフセット値を生成するステップと、
前記画素アレイに備えられた前記複数の画素のうちの遮光されていない画素から得られる信号を、前記オフセット値を用いて補正するステップと
を有することを特徴とする撮像方法。 An imaging method using a pixel array in which a plurality of pixels each including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix,
A plurality of digital signals obtained by performing analog-digital conversion a plurality of times at different timings on any of a signal obtained from a reset pixel and a signal corresponding to the charge generated in the photoelectric conversion unit Generating an offset value based on a first value corresponding to the difference between the pixel and a signal obtained from a light-shielded pixel among the plurality of pixels provided in the pixel array;
And correcting a signal obtained from an unshielded pixel among the plurality of pixels provided in the pixel array, using the offset value.
コンピュータに、
リセットされた画素から得られる信号と前記光電変換部で発生した電荷に応じた信号とのうちのいずれかに対して異なったタイミングでアナログ−デジタル変換を複数回行うことにより得られる複数のデジタル信号の差分に応じた第１の値と、前記画素アレイに備えられた前記複数の画素のうちの遮光された画素から得られる信号とに基づいてオフセット値を生成するステップと、
前記画素アレイに備えられた前記複数の画素のうちの遮光されていない画素から得られる信号を、前記オフセット値を用いて補正するステップとを実行させるためのプログラム。 A program for imaging using a pixel array in which a plurality of pixels each including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix,
On the computer,
A plurality of digital signals obtained by performing analog-digital conversion a plurality of times at different timings on any of a signal obtained from a reset pixel and a signal corresponding to the charge generated in the photoelectric conversion unit Generating an offset value based on a first value corresponding to the difference between the pixel and a signal obtained from a light-shielded pixel among the plurality of pixels provided in the pixel array;
A program for executing a step of correcting a signal obtained from an unshielded pixel among the plurality of pixels provided in the pixel array, using the offset value.
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|---|---|---|---|---|
| US11849239B2 (en) | 2021-03-16 | 2023-12-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device and imaging system |
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