JP4827627B2 - 撮像装置及びその処理方法 - Google Patents
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Description
図1及び図2は、本発明の第1の実施形態を説明するための図である。図1(a)は、カラムADCに用いる巡回型ADC(アナログデジタル変換器)の構成例を示す回路ブロック図である。図1(b)は、アナログ入力Vinに対応するデジタル出力DoutをプロットしたADCの入出力特性の例を示す。入出力特性は説明のために連続的な線で書かれているが、ここでは3ビットを想定しており、あるアナログ値に対して量子化された3ビット精度のデジタル値が得られているとする。実際には3ビットのAD変換で補正が必要になるのはまれであるが、原理を簡易的に説明するために、図をシンプルにするための仮定である。
前述の通り、カラムADCは画素と同等か、画素の高々数倍の幅でレイアウトされる。そのために、アナログ素子の局所的精度を確保することが困難となる。局所的精度が各列でばらつくために、第1の実施形態における増幅器103のゲインは各列でばらつき、同一の補正係数を利用してしまうと補正後の精度が確保出来ない。補正係数を各列毎に準備し、各カラムADC別に独自の補正係数を用いて補正を行うことが必要となる。
本発明の第3の実施形態は、前述の補正係数を実際のCMOSイメージセンサから取得する補正係数取得手段について説明する。図5は、本実施形態の補正の対象となるAD変換器の入出力特性であり、図6は、本実施形態の補正係数を得ることが可能なカラムADCの構成の一例を示す図であり、図1と同一の部位には同じ番号を振っている。
図7は、本発明の第4の実施形態による撮像装置の構成例を示す図であり、図3と同一の部位には同じ番号を振っている。本実施形態では、デジタル信号処理装置207の具体的な設計例について述べる。図7は、デジタル信号処理装置207のクロックとCMOSイメージセンサ201からの画素データ出力のクロックを異なるクロックで動作させる場合の回路図の例を示す。
次に、特殊なシリアルデジタル出力を行うようなイメージセンサを用いた際の本発明の第5の実施形態を説明する。図8は、本発明の第5の実施形態のシリアルデジタル出力を行う、カラムADC内蔵のイメージセンサ801と、デジタル信号処理装置207によって構成される撮像装置の一例を示し、上記実施形態と同一の部位には同じ番号を振っている。
図10は、本発明の第6の実施形態による撮像装置の構成例を示す図であり、図7と同等の部位には同じ番号が振ってある。この撮像装置は、微分非直線性誤差以外の補正を行うことができる。
図11は、本発明の第7の実施形態による撮像装置の構成例を示す図であり、図2と同じ部位には同じ番号を付記している。本実施形態は、複数の出力チャンネルを有するイメージセンサ201とデジタル信号処理装置207を組み合わせた場合について説明する。本実施形態においては、1列おきのAD変換器をそれぞれ別の独立したチャンネルに接続している。偶数チャンネルは第1のチャンネル1101に、奇数チャンネルは第2のチャンネル1102に接続されている。イメージセンサ201は、複数チャンネル1101及び1102のデジタル信号を出力する。
本発明の第8の実施形態では、残渣の増幅率を変更した点について述べる。ここで残渣信号とは、AD変換の各ステップ終了後のアナログ信号から参照レベルを減算した後の信号である。
202 画素
203 アナログデジタル変換器
204 メモリ
205 水平シフトレジスタ
206 端子
207 デジタル信号処理装置
208 基準タイミング発生器
209 デジタルデータ
210 ラッチ
211 補正部
212 出力端子
Claims (15)
- 2回以上のステップに分けて上位ビットのデジタル信号から変換結果を確定させるアナログデジタル変換器を複数有するイメージセンサと、
前記アナログデジタル変換器の非直線性誤差を補正するための複数の補正係数ベクトルを前記複数のアナログデジタル変換器に対応して有し、各アナログデジタル変換器に対応した複数の補正係数ベクトルを基に、前記各アナログデジタル変換器から出力されるデジタル信号の非直線性誤差を補正する第1の補正手段とを有し、
前記第1の補正手段は、前記複数のアナログデジタル変換器からの前記デジタル信号をシリアル出力に変換した後に、前記変換した後のデジタル信号と前記複数の補正係数ベクトルとの演算により、前記非直線性誤差の補正を行うことを特徴とする撮像装置。 - 前記イメージセンサは、前記アナログデジタル変換器を用いて前記補正係数ベクトルを取得する補正係数取得手段を有することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- さらに、前記補正係数ベクトルを記憶する補正係数メモリを有し、
前記第1の補正手段は、前記イメージセンサの出力周期に同期して前記補正係数メモリから前記補正係数ベクトルを入力することを特徴とする請求項1又は2記載の撮像装置。 - さらに、前記補正係数ベクトルを記憶する補正係数メモリと、
前記イメージセンサ及び前記第1の補正手段の間に設けられるFIFOバッファもしくはランダムアクセスメモリとを有し、
前記第1の補正手段は、前記FIFOバッファもしくはランダムアクセスメモリのいずれかの出力周期に同期して前記補正係数メモリから前記補正係数ベクトルを入力することを特徴とする請求項1又は2記載の撮像装置。 - 前記補正係数ベクトルは、前記アナログデジタル変換器により出力されるデジタル信号の各ビットを要素とし、その要素と同じ数の要素から構成される補正係数ベクトルであり、
前記第1の補正手段は、前記補正後の信号に対して、前記補正係数ベクトルを構成する要素の総和を一定にするための係数との積をとることで正規化することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記補正係数ベクトルは、前記アナログデジタル変換器により出力されるデジタル信号の各ビットを要素とし、その要素と同じ数の要素から構成される補正係数ベクトルであり、
さらに、構成する要素の総和が一定になるように正規化された前記補正係数ベクトルを記憶する補正係数メモリを有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記第1の補正手段は、出力ダイナミックレンジが一定になるように前記補正後の信号を正規化することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の撮像装置。
- さらに、前記第1の補正手段により補正されたデジタル信号に対して固定パターンノイズ、水平シェーディング、垂直シェーディング、明時反応不均一性の少なくとも1つの補正を行う第2の補正手段と、
前記第2の補正手段により補正された後の複数の画素のデジタル信号を加算する画素加算処理手段とを有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の撮像装置。 - さらに、撮像装置の初期化時、垂直ブランキング期間、前記イメージセンサの光電変換による電荷蓄積期間のいずれかにおいて前記補正係数ベクトルを取得する補正係数取得手段を有することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- さらに、前記補正係数ベクトルを記憶する補正係数メモリを有し、
前記補正係数メモリは、新たに取得した補正係数ベクトルと前記補正係数メモリ内の補正係数ベクトルとの重み付け平均を行った補正係数ベクトルを更新記憶することを特徴とする請求項1又は2記載の撮像装置。 - 前記イメージセンサは、各アナログデジタル変換器の確定した上位ビットから順次デジタル信号を出力し、
さらに、前記イメージセンサの出力デジタル信号を画素毎の信号に再配列して前記第1の補正手段に出力する再配列手段を有することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記イメージセンサは、複数チャンネルのデジタル信号を出力し、
さらに、前記複数チャンネルの同位相のデジタル信号に対して位相をずらして前記第1の補正手段に出力するマルチプレクサを有することを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記アナログデジタル変換器は、各ステップ終了後のアナログ信号から参照レベルを減算した後の信号を電圧増幅後、その残渣のダイナミックレンジが前記アナログデジタル変換器の入力ダイナミックレンジ以下になることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の撮像装置。
- さらに、光電変換素子を有する画素が2次元状に配された画素領域を有し、
前記複数のアナログデジタル変換器は、前記画素からのアナログ信号をデジタル信号に変換し、
前記画素領域と前記複数のアナログデジタル変換器とは同一半導体基板上に配されていることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 2回以上のステップに分けて上位ビットのデジタル信号から変換結果を確定させるアナログデジタル変換器を複数有するイメージセンサを有する撮像装置の処理方法であって、
前記アナログデジタル変換器の非直線性誤差を補正するための複数の補正係数ベクトルを前記複数のアナログデジタル変換器に対応して有し、各アナログデジタル変換器に対応した複数の補正係数ベクトルを基に、前記各アナログデジタル変換器から出力されるデジタル信号の非直線性誤差を補正する第1の補正ステップを有し、
前記第1の補正ステップでは、前記複数のアナログデジタル変換器からの前記デジタル信号をシリアル出力に変換した後に、前記変換した後のデジタル信号と前記複数の補正係数ベクトルとの演算により、前記非直線性誤差の補正を行うことを特徴とする撮像装置の処理方法。
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