JP6688038B2 - Solid-state imaging device and imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、イメージセンサ等撮像素子から画像信号を取得し、この取得した画像信号に対して、ノイズを除去するようにした固体撮像素子および撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state image pickup device and an image pickup apparatus that obtain an image signal from an image pickup device such as an image sensor and remove noise from the obtained image signal.
撮像装置の小型化を図るため、画像信号取得用のイメージセンサの近傍に、オートフォーカスのレンズ駆動機構や、イメージセンサの位置移動用の手ブレ補正機能等、撮像装置の駆動部を配置することが多くなってきている。この場合、駆動部を動作する際に発生する電気的ノイズ源(外来ノイズ)が、イメージセンサから取得する画像信号にノイズとして混入しやすくなる。 In order to reduce the size of the image pickup device, the drive unit of the image pickup device, such as an autofocus lens drive mechanism and a camera shake correction function for moving the position of the image sensor, should be placed near the image sensor for image signal acquisition. Is increasing. In this case, an electric noise source (external noise) generated when the drive unit operates is likely to be mixed as noise in the image signal acquired from the image sensor.
また、従来より、イメージセンサ内で発生するノイズを除去する方法として、相関二重サンプリング回路(CDS回路)が知られている。例えば、特許文献1には、CDS回路によってリセットレベル・信号レベルをそれぞれ複数回AD変換して、それぞれ平均化することで、ランダムな周期で発生するAD変換時の量子化ノイズを低減する技術が提案されている。
Further, conventionally, a correlated double sampling circuit (CDS circuit) has been known as a method for removing noise generated in an image sensor. For example,
イメージセンサと撮像装置内の駆動部が接近すると、イメージセンサから出力する画像信号の信号ラインを、電気的にノイズ遮蔽することが困難になる。前述の特許文献1に開示されるようなCDS回路によって、外来ノイズを除去することが考えられる。
When the image sensor and the driving unit in the image pickup apparatus are close to each other, it becomes difficult to electrically shield the signal line of the image signal output from the image sensor from noise. It is conceivable to remove the external noise by the CDS circuit as disclosed in the above-mentioned
イメージセンサにおいて、CDS回路を用いて、外来ノイズを除去しようとすると、例えば、リセット信号レベル・画素信号レベルをそれぞれ2回AD変換する場合に、CDS周波数(リセット信号取得タイミングと画素信号取得タイミングとの差をCDS周波数とする)が一つに決まらない(一連のCDS動作において、サンプリングタイミングの時間差の組み合わせが4つになる)。このため、イメージセンサの周辺にある駆動部や電子部品から放射される、外来ノイズをうまくキャンセルできない。すなわち、CDS回路によって抑圧可能なノイズ周波数領域と、外来ノイズの持つ周波数領域との両者が必ずしも一致していないために、外来ノイズをキャンセルすることが困難である。 In an image sensor, when an external noise is removed by using a CDS circuit, for example, when the reset signal level and the pixel signal level are AD-converted twice, respectively, the CDS frequency (reset signal acquisition timing and pixel signal acquisition timing Is defined as a CDS frequency) (the number of combinations of sampling timing time differences becomes four in a series of CDS operations). Therefore, external noise radiated from the drive unit and electronic components around the image sensor cannot be canceled well. That is, it is difficult to cancel the external noise because the noise frequency region that can be suppressed by the CDS circuit does not necessarily match the frequency region of the external noise.
このようなことから、イメージセンサからの取得する画像信号の読み出し制御手段、(または信号処理手段)を工夫して、従来あるイメージセンサ特有の画像信号ノイズを除去すること(CDS処理によるランダムノイズ除去、およびデジタルCDS処理による量子化ノイズ除去)に加えて、外来ノイズの影響を除去する手段を提供することを発明の目的とする。 Under such circumstances, by devising the read-out control means (or signal processing means) of the image signal acquired from the image sensor, the image signal noise peculiar to the conventional image sensor is removed (random noise removal by CDS processing. , And quantization noise removal by digital CDS processing), and an object of the invention is to provide means for removing the influence of external noise.
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、イメージセンサの周辺に配置された駆動部や電子部品から外来ノイズが発生する場合であっても、イメージセンサからの画像信号から混入した外来ノイズを除去することが可能な固体撮像素子および撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and even when external noise is generated from a driving unit or electronic components arranged around the image sensor, the noise is mixed from the image signal from the image sensor. It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device and an imaging device capable of removing the external noise.
上記目的を達成するため第1の発明に係る固体撮像素子は、所定の時間変化率で信号変化するランプ信号に基づく参照信号を生成する参照信号生成部と、比較部とカウンタ部を有し、上記カウンタ部の出力データに基づき処理対象のデジタルデータを取得するAD変換部と、を有し、上記比較部は、上記参照信号生成部から供給される上記参照信号と、上記固体撮像素子内の画素回路において出力される、リセット時のアナログ信号である第1の処理対象信号および映像信号取得時のアナログ信号である第2の処理対象信号とを比較し、上記カウンタ部は、AD変換用のカウントクロックの供給を受け、上記比較部の比較結果に基づきカウント動作を行い、上記固体撮像素子は、さらに、上記処理対象信号について、上記第1の処理対象信号における第1のAD変換処理、および上記第2の処理対象信号における第2のAD変換処理に対して所定回数(N回:N≧2)である、複数回繰り返して行う、第1のデジタル積分処理と、第2のデジタル積分処理を実行するように上記参照信号生成部および上記AD変換部を制御する駆動制御部と、上記第1のデジタル積分処理を実行して得られた第1のデジタルデータと、上記第2のデジタル積分処理を実行して得られた第2のデジタルデータとに基づいて、相関二重サンプリング演算を行うCDS処理部と、を具備し、上記AD変換部は、 1回目に行う第1のAD変換処理を開始するタイミングと、1回目に行う第2のAD変換処理を開始するタイミングまでの時間をTcds1とし、2回目以降の回数をNとしてN回目に行う第1のAD変換処理を開始するタイミングと、N回目に行う第2のAD変換処理を開始するタイミングまでの時間をTcdsNとすると、TcdsN=Tcds1×M (Mは2以上の整数) となる関係の時間で、上記第1のAD変換処理および第2のAD変換処理を行う。 In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the first invention has a reference signal generation unit that generates a reference signal based on a ramp signal that changes at a predetermined time change rate, a comparison unit, and a counter unit, An AD conversion unit that acquires digital data to be processed based on output data of the counter unit, and the comparison unit includes the reference signal supplied from the reference signal generation unit and the solid-state imaging device. output at pixel circuit is compared with the second processing target signal is a first processed signal and the analog signal at the time of the video signal acquisition is an analog signal at the time of reset, the counter unit, for AD conversion Of the first processing target signal, the solid-state imaging device further performs the counting operation based on the comparison result of the comparison unit. Definitive first AD conversion processing and the second processing the second predetermined number of times for the AD conversion processing in the target signal (N times: N ≧ 2) is carried out repeatedly a plurality of times, the first digital A drive control unit that controls the reference signal generation unit and the AD conversion unit so as to execute an integration process and a second digital integration process; and a first control unit obtained by executing the first digital integration process. and digital data, based on the second digital data obtained by executing the second digital integration process, comprising: a CDS processing unit which performs correlated double sampling operation, and the AD conversion unit, The time from the timing of starting the first AD conversion process performed for the first time to the timing of starting the second AD conversion process performed for the first time is set to Tcds1, and the number of times from the second time onward is set to N One A timing for starting the D conversion processing, the time until a timing for starting the second AD conversion processing performed in N th When TcdsN, TcdsN = Tcds1 × M ( M is an integer of 2 or more) in the composed relation time The first AD conversion processing and the second AD conversion processing are performed.
第2の発明に係る固体撮像素子は、上記第1の発明において、さらに、上記第1の処理対象信号、および上記第2の処理対象信号に混入する外来ノイズの周波数を検出するノイズ周波数検出手段を有しており、上記AD変換部は、上記ノイズ周波数検出手段が検出したノイズ周波数に対応して、1回目に行う第1のAD変換処理を開始するタイミングと、1回目に行う第2のAD変換処理を開始するタイミングまでの時間(Tcds1)を設定する。 A solid-state imaging device according to a second aspect of the present invention is the solid-state imaging device according to the first aspect of the present invention, further including noise frequency detection means for detecting a frequency of external noise mixed in the first processing target signal and the second processing target signal. The AD conversion section has a timing of starting the first AD conversion process performed for the first time and a second time of the first AD conversion process corresponding to the noise frequency detected by the noise frequency detection means. The time (Tcds1) until the timing of starting the AD conversion process is set.
第3の発明に係る固体撮像素子は、所定の時間変化率で信号変化するランプ信号に基づく参照信号を生成する参照信号生成部と、 比較部とカウンタ部を有し、上記カウンタ部の出力データに基づき処理対象のデジタルデータを取得するAD変換部と、 を有し、 上記比較部は、上記参照信号生成部から供給される上記参照信号と、上記固体撮像素子内の画素回路において出力される、リセット時のアナログ信号である第1の処理対象信号および映像信号取得時のアナログ信号である第2の処理対象信号とを比較し、 上記カウンタ部は、AD変換用のカウントクロックの供給を受け、上記比較部の比較結果に基づきカウント動作を行い、 上記固体撮像素子は、さらに、 上記処理対象信号について、上記第1の処理対象信号における第1のAD変換処理、および上記第2の処理対象信号における第2のAD変換処理の内、それぞれ少なくとも1つに対して所定回数(N回:N≧2)である、複数回繰り返して行う、第1のデジタル積分処理と、第2のデジタル積分処理を実行するように上記参照信号生成部および上記AD変換部を制御する駆動制御部と、 上記第1のデジタル積分処理を実行して得られた第1のデジタルデータと、上記第2のデジタル積分処理を実行して得られた第2のデジタルデータとに基づいて、相関二重サンプリング演算を行うCDS処理部と、 を具備し、上記AD変換部は、上記第1のAD変換処理をN回(Nは複数)繰り返し処理し、上記第2のAD変換処理を1回処理するものであり、1回目に上記第1のAD変換処理を開始するタイミングと、1回目に行う第2のAD変換処理を開始するまでタイミングの時間をTcds1とし、2回目以降の回数をNとしてN回目に行う第1のAD変換処理を開始するタイミングと、1回目に行う第2のAD変換処理を開始するタイミングまでの時間をTcdsNとすると、TcdsN=Tcds1/M (Mは2以上の整数) となる関係の時間で、上記第1のAD変換処理および第2のAD変換処理を行う。 A solid-state image sensor according to a third aspect of the present invention includes a reference signal generation unit that generates a reference signal based on a ramp signal that changes at a predetermined time rate of change, a comparison unit, and a counter unit. And an AD conversion unit that acquires digital data to be processed based on the above, and the comparison unit outputs the reference signal supplied from the reference signal generation unit and the pixel circuit in the solid-state imaging device. , Comparing the first processing target signal, which is an analog signal at the time of reset, and the second processing target signal, which is an analog signal at the time of acquiring a video signal, and the counter unit receives the supply of the count clock for AD conversion. performs a count operation based on the comparison result of the comparison unit, the solid-state imaging device, further, for the processed signal, the first AD converter in the first processing signal And a second digital conversion process for the second signal to be processed, the first digital process being performed a plurality of times, which is a predetermined number of times (N times: N ≧ 2) for at least one of them. A drive control unit that controls the reference signal generation unit and the AD conversion unit so as to execute an integration process and a second digital integration process; and a first control unit obtained by executing the first digital integration process. and digital data, based on the second digital data obtained by executing the second digital integration process, comprising: a CDS processing unit which performs correlated double sampling operation, and the AD conversion unit, The first AD conversion process is repeatedly performed N times (N is a plurality of times), and the second AD conversion process is performed once. When the first AD conversion process is started for the first time, Do the first time The timing time until the second AD conversion process is started is set to Tcds1 and the second and subsequent times are set to N, and the first AD conversion process is started at the Nth time and the second AD conversion process is performed at the first time. When the time until the timing to start is TcdsN, the first AD conversion processing and the second AD conversion processing are performed at a time of a relationship of TcdsN = Tcds1 / M (M is an integer of 2 or more ).
第4の発明に係る固体撮像素子は、所定の時間変化率で信号変化するランプ信号に基づく参照信号を生成する参照信号生成部と、 比較部とカウンタ部を有し、上記カウンタ部の出力データに基づき処理対象のデジタルデータを取得するAD変換部と、 を有し、 上記比較部は、上記参照信号生成部から供給される上記参照信号と、上記固体撮像素子内の画素回路において出力される、リセット時のアナログ信号である第1の処理対象信号および映像信号取得時のアナログ信号である第2の処理対象信号とを比較し、 上記カウンタ部は、AD変換用のカウントクロックの供給を受け、上記比較部の比較結果に基づきカウント動作を行い、 上記固体撮像素子は、さらに、 上記処理対象信号について、上記第1の処理対象信号における第1のAD変換処理、および上記第2の処理対象信号における第2のAD変換処理の内、それぞれ少なくとも1つに対して所定回数(N回:N≧2)である、複数回繰り返して行う、第1のデジタル積分処理と、第2のデジタル積分処理を実行するように上記参照信号生成部および上記AD変換部を制御する駆動制御部と、 上記第1のデジタル積分処理を実行して得られた第1のデジタルデータと、上記第2のデジタル積分処理を実行して得られた第2のデジタルデータとに基づいて、相関二重サンプリング演算を行うCDS処理部と、 を具備し、上記AD変換部は、上記第1のAD変換処理を1回処理し、上記第2のAD変換処理をN回(Nは複数)繰り返し処理するものであり、1回目に上記第1のAD変換処理を開始するタイミングと、1回目に行う第2のAD変換処理を開始するタイミングまでの時間をTcds1とし、2回目以降のN回目に行う第2のAD変換処理を開始する時間と、1回目に行う第1のAD変換処理を開始するまでの時間をTcdsNとすると、TcdsN=Tcds1×M (Mは2以上の整数) となる関係の時間で、上記第1のAD変換処理および上記第2のAD変換処理を行う。 A solid-state image sensor according to a fourth aspect of the present invention includes a reference signal generation unit that generates a reference signal based on a ramp signal that changes at a predetermined time rate of change, a comparison unit, and a counter unit. And an AD conversion unit that acquires digital data to be processed based on the above, and the comparison unit outputs the reference signal supplied from the reference signal generation unit and the pixel circuit in the solid-state imaging device. , Comparing the first processing target signal, which is an analog signal at the time of reset, and the second processing target signal, which is an analog signal at the time of acquiring a video signal, and the counter unit receives the supply of the count clock for AD conversion. performs a count operation based on the comparison result of the comparison unit, the solid-state imaging device, further, for the processed signal, the first AD converter in the first processing signal And a second digital conversion process for the second signal to be processed, the first digital process being performed a plurality of times, which is a predetermined number of times (N times: N ≧ 2) for at least one of them. A drive control unit that controls the reference signal generation unit and the AD conversion unit so as to execute an integration process and a second digital integration process; and a first control unit obtained by executing the first digital integration process. and digital data, based on the second digital data obtained by executing the second digital integration process, comprising: a CDS processing unit which performs correlated double sampling operation, and the AD conversion unit, The first AD conversion process is performed once, and the second AD conversion process is repeated N times (N is a plurality of times), and the timing of starting the first AD conversion process for the first time and Do the first time The time until the timing of starting the second AD conversion processing is set to Tcds1, and the time for starting the second AD conversion processing performed for the second and subsequent N times and the time for starting the first AD conversion processing performed for the first time. When the time of TcdsN is TcdsN, the first AD conversion processing and the second AD conversion processing are performed in a time period in which TcdsN = Tcds1 × M (M is an integer of 2 or more ).
第5の発明に係る撮像装置は、上記第1、または第3、または第4の発明に係る固体撮像素子と、撮像に係る駆動部と、上記駆動部に対して、駆動電圧を供給するドライバ回路と、上記ドライバ回路に対して、PWM変調した変調信号により駆動電圧を制御する制御部と、を有する撮像装置であって、上記制御部は、上記PWM変調に係るキャリア周波数Feを (1/Tcds)×L=Fe (但し、Lは整数) の関係となるように設定する。 An image pickup apparatus according to a fifth aspect of the present invention is a solid-state image pickup element according to the first , third, or fourth aspect of the present invention, a drive unit for image pickup, and a driver for supplying a drive voltage to the drive unit. An image pickup apparatus comprising: a circuit; and a control unit that controls a drive voltage with respect to the driver circuit by a PWM-modulated modulation signal, wherein the control unit sets a carrier frequency Fe related to the PWM modulation to (1 / Tcds) × L = Fe (where L is an integer).
第6の発明に係る固体撮像装置は、上記第3または第4の発明に係る固体撮像素子において、さらに、上記第1の処理対象信号、および上記第2の処理対象信号に混入する外来ノイズの周波数を検出するノイズ周波数検出手段を有しており、 上記AD変換部は、上記ノイズ周波数検出手段が検出したノイズ周波数に対応して、1回目に行う第1のAD変換処理を開始するタイミングと、1回目に行う第2のAD変換処理を開始するタイミングまでの時間(Tcds1)を設定する。
第7の発明に係る撮像装置は、上記第2または第6の発明に係る固体撮像素子と、撮像に係る駆動部と、上記駆動部に対して、駆動電圧を供給するドライバ回路と、上記ドライバ回路に対して、PWM変調した変調信号により駆動電圧を制御する制御部と、を有する撮像装置であって、上記制御部は、上記PWM変調に係るキャリア周波数をFeで動作させ、上記固体撮像素子に設けられた上記ノイズ周波数検出手段は、上記PWM変調に係るキャリア周波数Feを外来ノイズ周波数として検出し、上記AD変換部は、上記第1のAD変換処理と第2のAD変換処理を実行する時間間隔を、(1/Tcds)×L=Fe (但し、Lは整数) の関係となるように設定する。
A solid-state imaging device according to a sixth aspect of the present invention is the solid-state imaging device according to the third or fourth aspect of the present invention, further comprising external noise mixed in the first processing target signal and the second processing target signal. The AD conversion unit has a noise frequency detection unit that detects a frequency, and the AD conversion unit starts the first AD conversion process performed for the first time in response to the noise frequency detected by the noise frequency detection unit. The time (Tcds1) until the timing of starting the second AD conversion process performed for the first time is set.
An image pickup apparatus according to a seventh aspect of the present invention is a solid-state image pickup element according to the second or sixth aspect of the present invention, a drive section for image pickup, a driver circuit for supplying a drive voltage to the drive section, and the driver. An image pickup apparatus comprising: a control unit that controls a drive voltage by a PWM-modulated modulation signal for a circuit, wherein the control unit operates a carrier frequency related to the PWM modulation by Fe, and the solid-state image pickup device. The noise frequency detection means provided in the above detects the carrier frequency Fe related to the PWM modulation as an external noise frequency, and the AD conversion unit executes the first AD conversion processing and the second AD conversion processing. The time interval is set so as to have a relationship of (1 / Tcds) × L = Fe (where L is an integer).
本発明によれば、イメージセンサの周辺に配置された駆動部や電子部品から外来ノイズが発生する場合であっても、イメージセンサからの画像信号から混入した外来ノイズを除去することが可能な固体撮像素子および撮像装置を提供することができる。 According to the present invention, even when external noise is generated from the drive unit or electronic components arranged around the image sensor, the external noise mixed from the image signal from the image sensor can be removed. An image pickup device and an image pickup device can be provided.
以下、図面に従って本発明を適用した撮像装置を用いて好ましい実施形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments will be described with reference to the drawings using an image pickup apparatus to which the present invention is applied.
第1実施形態においては、撮像装置1内の撮像素子1は、アナログ画像信号を、二重相関サンプリング回路(CDS回路)によって、デジタル信号に変換する。このCDS回路では、リセットレベルと信号レベルをN回(Nは2以上の整数)AD変換する際に1回目のCDS周波数をf_cds1とした時、N回目までのCDS周波数f_cdsNを、
fcdsN = 1/M × f_cds1(Mは1以上の整数) ・・・(1)
となるタイミングで撮像装置を動作させる。
In the first embodiment, the
fcdsN = 1 / M x f_cds1 (M is an integer of 1 or more) (1)
The imaging device is operated at the timing.
次に外来ノイズの周波数f_noiseは、
f_noise = L × f_cds1(Lは1以上の整数) ・・・(2)
となるように周波数を設定する。
Next, the frequency f_noise of external noise is
f_noise = L × f_cds1 (L is an integer of 1 or more) (2)
Set the frequency so that
撮像素子1の周辺に配置された駆動部や電子部品の外来ノイズに合わせて、CDS周波数を設定することにより、ランダムノイズだけではなく、固定周波数の外来ノイズをも低減させることができる。
By setting the CDS frequency according to the external noise of the drive unit and electronic components arranged around the
図1は、第1実施形態に係る撮像装置1の主として電気的構成を示すブロック図である。この撮像装置1は、撮像素子部100によって取得された画像を表示部130に表示し、またユーザの操作に応じて画像を外部メモリ145に記録可能なデジタルカメラである。
FIG. 1 is a block diagram mainly showing the electrical configuration of the
撮像装置1の撮像部100内には、撮像素子部10、レンズ150、絞り160、シャッタ170、手ブレ補正部180が配置されている。レンズ150は、被写体の光学像を形成し、図示しないレンズ駆動機構によって、光軸方向に移動し、ピント合わせを行う。
In the
絞り160は、レンズ150の光軸上に配置され、絞り値(開口径)が変化することにより、レンズ150からの通過する光束を制限し、露出量を調節する。シャッタ170は、レンズ150の光軸上に配置され、レンズ150からの光束を、通過させ又は遮光することにより、撮像素子部10への被写体光束の露光と遮光を制御する。シャッタ170の開口時間(シャッタ速度)を制御することにより、露出時間を調節することができる。
The
撮像素子部10は、二次元的に画素が配置され、これらの画素はレンズ150からの光学像を光電変換される。この光電変換されたアナログ画像信号は、読み出し動作によって順次、読み出される。読み出されたアナログ画像信号は、AD変換され、AD変換されたデジタル値に基づいてデータバス190にデジタル画像信号として出力される。撮像素子部10の詳しい構成については、図2を用いて後述する。
Pixels are two-dimensionally arranged in the
手ブレ補正部180は、手ブレセンサと手ブレ補正機構を有し、手持ち撮影の場合に、手ブレに伴う被写体の光学像のブレを防止する。すなわち、手ブレセンサが撮像装置1に加えられた動きを検出し、この動きに基づく光学像のズレを打ち消すように手ブレ補正機構が撮像素子部10を移動させる。本実施形態においては、手ブレ補正部180は、撮像素子部10を駆動するタイプであるが、これに限らず、レンズ150を光軸に対して垂直な面内で移動させ、光学像の結像位置のブレを打ち消すようにしても構わない。
The camera
データバス190は、撮像装置1内の各ブロック間での信号の送受信や、クロック送受信を行うための信号線やクロック線である。
The
撮像装置1のデータバス190には、前述の撮像素子部10以外に、制御部90、画像処理部110、入力インタフェース(入力IF)120、表示部130、内部メモリ140、外部メモリ145が接続されている。
The
内部メモリ140は、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリや、DRAM(Dynamic Random Access Memory)などの揮発性メモリによって構成される。この内部メモリ140は、カメラ動作に必要な各種設定情報や、画像処理時に途中経過の画像を一時的に記憶する。
The
画像処理部110は、撮像素子部10から読み出された画像信号から画像データを生成し、この生成された画像データまたは内部メモリ140に保存された画像データに対して露出補正やノイズ処理、WBゲイン補正、輪郭強調、偽色補正等の様々な画像処理を施す。さらに、画像処理部110は、上述の画像処理を施した画像データに対して、記録データ形式に変換する処理(現像処理)も行う。
The
また、画像処理部110は、本実施形態においては、画像処理演算を行う演算回路で構成する専用の画像処理プロセッサである。しかし、この構成に限らずに、例えば画像処理演算を画像処理プログラムに基づいて、デジタル信号プロセッサ(DSP)等の汎用の信号処理プロセッサに展開する構成であってもよい。
Further, in the present embodiment, the
外部メモリ145は、SDカードやCFカード等の記録媒体を有し、画像処理部110において現像処理された画像データを記録する。外部メモリ145に記録された画像データは、撮像装置1の外部にデータ移動を可能とする。
The
表示部130は、液晶モニタや有機ELモニタ等の表示用のパネルを備えた背面表示部や電子ビューファインダ(EVF)を有する。表示部130は、画像処理部110によって画像表示用に処理された画像データや、外部メモリ145に記録された記録済み画像データに基づいて、画像表示を行う。また、制御部90からのデータに基づいてメニュー画像等の表示も行う。
The
入力IF120は、各種操作釦等の操作部材や、タッチパネル等を有し、撮影者の操作に基づいて、各種モード設定や、シャッタレリーズ等の撮影動作の指示を入力する。 The input IF 120 includes operation members such as various operation buttons, a touch panel, and the like, and inputs various mode settings and instructions for shooting operations such as shutter release based on operations by the photographer.
制御部90は、CPU(Central Processing Unit)とその周辺回路を有し、内部メモリ140に記憶されたプログラムに従って、撮像装置1の全体を制御する。制御部90は、シャッタ170のシャッタ速度や、絞り160の開口量を制御することにより、撮影時における撮像素子部10の露光量を制御し、また撮像タイミングを制御したりする撮像制御部としての機能を有する。また撮像素子部10へ、動作タイミングの基準タイミング信号であるマスタークロック信号を送信する。
The
また、制御部90は、撮像部100内に焦点調整を行う駆動機構(フォーカス駆動機構)を有する場合は、このフォーカス駆動機構に対し、合焦位置に駆動させる制御を行う。また、制御部90は、絞り160が所定の絞り開口量になるように絞り駆動機構に対して制御を行う。さらに、シャッタ170の開閉制御や、手振れ補正部180の駆動制御を行う。
Further, when the
次に、図2を用いて、撮像素子部10の内部構成について説明する。図2において、撮像素子部10の一部の接続線を省略しており、また、画素アレイ部2等の各部は、ハードウエア回路によって構成されている。
Next, the internal configuration of the
本実施形態においては、撮像素子部10は、CMOSイメージセンサを採用している。この撮像素子部10は、一部を省略して示しているが、各行や各列に、数十から数千の単位画素20が二次元的に配置される画素アレイ部2を備えている。この単位画素20は、電荷生成部(たとえばフォトダイオード)と、増幅用の半導体素子(たとえばトランジスタ)を有する画素内アンプとから構成される。
In the present embodiment, the
また、撮像素子部10は、カラムAD変換部6と、参照信号生成部4と、映像データ変換部8を備えている。カラムAD変換部6は、画素アレイ部2からの信号をAD変換する。参照信号生成部4は、カラムAD変換部6にAD変換用の参照信号を供給する。映像データ変換部8は、カラムAD変換部6によってAD変換された信号を後段回路に出力する。
Further, the image
カラムAD変換部6は、垂直列ごとに配されたAD変換部60を備えている。このAD変換部60は、比較部600、カウンタ部601、スイッチ部602、メモリ603を有する。比較部600は、参照信号生成部4で生成される参照信号と画素アレイ部2の信号を比較する。カウンタ部601は、比較部600の動作において、比較処理を完了するまでの時間を一定の関係を持つカウントイネーブル信号線6000のアクティブ期間を、カウントクロック線53から受け取ったカウントクロックでカウントする。メモリ部603は、カウンタ部601によるカウント結果を保持・記憶する。スイッチ部602は、メモリ部603にカウンタ結果を転送するか否かスイッチする。
The column
映像データ変換部8は、デジタル演算部80とインタフェース(IF)部81を有する。デジタル演算部80は、カラムAD変換部6から出力された信号を各種のデジタル演算処理を行なう。IF部81は、外部とのインタフェース機能をなす。IF部81の出力は映像出力信号線800に接続されており、この出力によって映像データが後段回路に出力される。
The video data conversion unit 8 has a
駆動制御部3は、水平走査部7と、垂直走査部9と、システム制御部5を備えている。水平走査部7は、画素アレイ部2のそれぞれの単位画像20に対して、列アドレスや列走査を制御する水平アドレス設定部や水平駆動部などを有している。また、垂直走査部9は、画素アレイ部2のそれぞれの単位画像20に対して、行アドレスや行走査を制御する垂直アドレス設定部や垂直駆動部などを有している。
The
システム制御部5は、制御部90からマスタークロック線55を介して、マスタークロックを入力し、内部クロックを生成するクロック変換機能を有する。また、システム制御部5は、制御部90から供給される動作モードなどを指令するデータをシステムデータ信号線56を介して入力し、さらに撮像素子部10の動作モードなどの情報を含むデータを制御部90にデータ信号としてシステムデータ信号線56を介して出力する通信インタフェースの機能ブロックや各部を制御する機能を有している。
The
前述の単位画素20は、行選択のための行制御線91を介して垂直走査部9と、また垂直信号線21を介してAD変換部60が垂直列ごとに設けられているカラムAD変換部6と、それぞれ接続されている。ここで、行制御線91は垂直走査部9から画素アレイ部2に含まれるそれぞれの単位画素20に入る配線全般を示す。
The
水平走査部7や垂直走査部9は、システム制御部5から出力される制御信号52、57に応答して、制御対象となる単位画素20をそれぞれ水平方向、および垂直方向に対して、シフト動作(走査)を開始する。このため、例えば、行制御線91には、単位画素20を駆動するための種々のパルス信号(例えば、初期化制御電位を規定する画素リセットパルス、転送制御電位を規定する転送パルス 、垂直選択パルス)などが印加される。
In response to the control signals 52 and 57 output from the
参照信号生成部4は、DA変換部を有し、このDA変換部は、システム制御部5から制御データ信号線50を介して入力した制御データで示される初期値から、カウントクロック線51を介して入力したカウントクロックに同期して、ランプ波を生成する。カラムAD変換部6の個々のAD変換部60は、この生成したランプ波の参照信号を、参照信号線40からAD変換用の参照電圧として供給される。
The reference
AD変換部60のカウンタ部601は、システム制御部5とカウント制御信号線54で接続されている。参照信号比較型のAD変換を行うに当たって、変換開始(比較処理の開始)から変換終了(比較処理の終了)までの時間に基づいてカウント動作有効期間を決定し、カウントイネーブル信号6000に基づいて、アナログの処理対象信号をデジタルデータに変換する。
The
また、カウンタ部601は、スイッチ部602に対して出力イネーブル信号61と、AD変換によるカウント結果の情報を伝達する信号線が接続されている。出力イネーブル信号61は、アナログの処理対象信号をデジタルデータへ変換を終了したこと(つまりAD変換が終了したこと)を、スイッチ部602へ通知するための信号である。ここで、出力イネーブル信号61が、イネーブル状態として出力されている場合は、カウンタ部601から、スイッチ部602に対してAD変換によるカウント結果の情報が出力されている状態である。
Further, the
垂直信号線21には画素信号電圧が印加され、この画素信号電圧は、時間系列として、基準レベルとしての画素信号の雑音を含むリセットレベルの後に、信号レベルが現れる。ここでは、基準レベル(事実上リセットレベルと等価)についての処理を、プリチャージ相(以下P相と省略)の処理(もしくはリセットカウンタ期間の処理)と称する。また、信号レベルについての処理を、データ相(以下D相と省略)の処理(もしくはデータカウンタ期間の処理)と称する。P相の処理後にD相の処理を行なう場合、D相の処理はリセットレベルに信号成分を加えた信号レベルについての処理となる。
A pixel signal voltage is applied to the
システム制御部5は、カウンタ部601に対して、前述のようにカウントクロック線53を介して、AD変換時のカウントパルス信号を送信する。さらに、カウント制御信号線54を介して、カウンタ部601が行うカウント動作に対する制御情報を指示する。この制御情報は、例えばP相・D相のカウント処理を、ダウンカウントモードで動作するのか、あるいはアップカウントモードで動作するのか設定や、P相のカウント処理における初期値の設定や、リセット処理など、その他の制御情報を指示する。
The
本実施形態においては、AD変換部60内にメモリ部603を備える構成を採用している。この場合には、カウンタ部601から出力されるカウント結果(カウント値)を、メモリ部603に対して、所定のタイミングに同期して、転送および記憶させるために、カウンタ部601と、メモリ部603との間にスイッチ部602を接続するように構成している。
In the present embodiment, a configuration in which the
カウンタ部601から、出力イネーブル信号がイネーブル状態として出力される場合では、カウンタ部601によるAD変換動作が終了している。このたきはスイッチ部602には、カウンタ部601から、スイッチ部602に対してAD変換によるカウント結果の情報が入力されている状態である。
When the output enable signal is output from the
スイッチ部602には、他の垂直列のスイッチ部602と共通に、システム制御部5から、所定のタイミングで、制御パルスとしてのメモリ転送指示パルスがSW指示線59を介し、供給される。スイッチ部602の各スイッチは、メモリ転送指示パルスが供給されると、対応するカウンタ部601のカウント値をメモリ部603に転送する。メモリ部603は、カウンタ部601から転送されたカウント値を保持・記憶する。
The
なお、カウンタ部601のカウント値を所定のタイミングでメモリ部603に保持させるための構成としては、両者間にスイッチ部602を配さない構成であってもよい。例えば、カウンタ部601とメモリ部603を直接に接続する構成であり、システム制御部5とスイッチ部602に対するSW指示線59の接続がない構成である。
The configuration for holding the count value of the
これは、システム制御部5から出力されるメモリ転送指示パルスの代わりに、AD変換終了時にカウンタ部601から出力される出力イネーブル信号61の開始タイミングを基にして、カウンタ部601から出力されるAD変換によるカウント結果の情報をメモリ部603に保持制御することできる。つまり、この構成では、カウンタ部601によるAD変換の動作が終わると、即時にメモリ部603にカウント結果が記憶させる動作となる。
Instead of the memory transfer instruction pulse output from the
メモリ部603には、水平走査部7から制御線70を介して制御パルスが入力される。メモリ部603は、制御線70を介しての制御パルスによる指示があるまでは、カウンタ部601から取り込んだカウント値を保持する。メモリ部603の出力は、水平信号線22に接続されている。水平信号線22は、AD変換部60のビット幅分もしくはその2倍幅分(たとえば相補出力とするとき)の信号線を有し、それぞれの出力線に対応したセンスアンプを有する映像データ変換部8に接続される。
A control pulse is input to the
また、撮像素子部10は、色分解(色分離)フィルタを使用することで、画素アレイ部2をカラー撮像対応にすることができる。すなわち、画素アレイ部2における各電荷生成部(フォトダイオードなど)の光が入射される受光面に、カラー画像を撮像するための複数色の色フィルタの組合せからなる色分解フィルタの何れの色フィルタを、たとえばベイヤー配列等の配列により設けることにより、カラー画像撮像対応とする。また、撮像素子部10は、色分解(色分離)フィルタを使用する時においても、遮光等により光が入らないような基準単位画素(OB画素:オプティカルブラック画素)を備えている。
Further, the image
次に、撮像素子部10におけるAD変換処理について説明する。まず、AD変換部60の列毎に配置された比較部600おいて、各単位画素20から垂直信号線21に読み出されたアナログの画素信号電圧と、参照信号生成部4から出力される参照信号を比較する。参照信号は、時間と共に電圧がリニアに変化するランプ波を出力する。
Next, the AD conversion processing in the
このとき、比較部600と同様に列毎に配置されたカウンタ部601をカウントイネーブル信号6000によって動作させておき、参照信号のある電位(AD変換用参照電圧)とカウンタ部601を1対1の対応をとりながら変化させる。参照信号と画素信号電圧が一致すると、比較部600からのイネーブル信号が反転し、カウンタ部601におけるカウント動作が停止し、この時のカウンタ部601におけるカウント値が画素信号電圧に対応する。すなわち、垂直信号線21に出力された画素信号電圧が、デジタルデータに変換される。
At this time, similarly to the
図3を用いて、AD変換処理について説明する。図3において、1回の水平走査期間内(HDが立ち下がってから、Hレベルに戻り、再び立ち下がるまでの期間)において、まず、リセットレベルでのAD変換期間であるP相の処理期間において、カウンタ部601の各フリップフロップのカウント値を初期値“0”にリセットする。
The AD conversion process will be described with reference to FIG. In FIG. 3, within one horizontal scanning period (the period from the fall of HD to the return to the H level and the fall again), first, in the P-phase processing period which is the AD conversion period at the reset level. , Resets the count value of each flip-flop of the
続いて、カウンタ部601をダウンカウントモードに設定して、比較部600によるAD変換用参照電圧と画素信号電圧のP相レベル(P相において、画素信号電圧は、リセット電圧である)を比較部600において比較処理し、この比較処理と並行してカウンタ部601によるカウント処理を行い、P相レベルのAD変換を行なう。AD変換用参照電圧と画素信号電圧が一致すると、カウンタ部601には、リセットレベルの大きさに対応したデジタル値(リセットデータ)DATArstを示す(符号を加味すれば−DATArstを示す)カウント値が保持される。
Subsequently, the
更に、ランダムノイズを低減するために上述の処理を、あわせ合計N回(Nは2以上の整数)行い、加算すると、全てのリセットレベルのデジタル値は、
−DATArst × N ・・・(3)
となる。
Furthermore, in order to reduce random noise, the above-mentioned processing is performed N times in total (N is an integer of 2 or more), and when added, the digital values of all reset levels become
-DATArst × N (3)
Becomes
図3に示す例では、1回目のAD変換において、カウント値DATArst=5となり、2回目のAD変換においてカウント値DATArst=5となり、N回目のAD変換においてカウント値DATArst=5となっている。 In the example shown in FIG. 3, the count value DATArst = 5 in the first AD conversion, the count value DATArst = 5 in the second AD conversion, and the count value DATArst = 5 in the Nth AD conversion.
続いての第2の信号の処理時、つまり信号レベルについてのAD変換期間であるD相の処理期間にはリセットレベルに加えて、単位画素20ごとの入射光量に応じた信号成分を読み出し、P相の読出しと同様の動作を行なう。
During the subsequent processing of the second signal, that is, during the D-phase processing period that is the AD conversion period for the signal level, in addition to the reset level, the signal component corresponding to the incident light amount for each
先ず、カウンタ部601をP相処理時とは逆のアップカウントモードに設定して、比較部600によるAD変換用参照電圧と画素信号電圧のD相レベル(D相において、画素信号電圧は、入射光量に応じた電圧である)を比較部600において比較処理し、この比較処理と並行してカウンタ部601によるカウント処理を行い、D相レベルのAD変換を行なう。
First, the
このとき、P相の読出しおよびAD変換時に取得された画素信号電圧のリセットレベルのデジタル値(リセットデータ)DATArstをスタート点として、P相とは逆にアップカウントする。信号レベルは、リセットレベルに信号成分を加えたレベルであるので、信号レベルのAD変換結果のカウント値は、基本的には“DATArst+DATAsig ”となる。 At this time, the digital value (reset data) DATArst of the reset level of the pixel signal voltage acquired at the time of P-phase reading and AD conversion is used as a start point, and the counter is up-counted in the opposite manner to the P-phase. Since the signal level is the level obtained by adding the signal component to the reset level, the count value of the AD conversion result of the signal level is basically "DATArst + DATAsig".
更に、ランダムノイズを低減するために上述の処理を、あわせ合計N回(Nは2以上の整数)行い、加算すると、全ての信号レベルのデジタル値は、
(DATArst+DATAsig)× N ・・・(4)
となる。
Furthermore, in order to reduce random noise, the above-mentioned processing is performed N times in total (N is an integer of 2 or more), and when added, the digital values of all signal levels are
(DATArst + DATAsig) × N (4)
Becomes
図3に示す例では、D相の1回目のAD変換において、カウント値DATArst+DATAsig=11となり、2回目のAD変換においてカウント値DATArst+DATAsig=11となり、N回目のAD変換においてカウント値DATArst+DATAsig=11となっている。 In the example shown in FIG. 3, the count value DATArst + DATAsig = 11 in the first AD conversion of the D phase, the count value DATArst + DATAsig = 11 in the second AD conversion, and the count value DATArst + DATAsig = 11 in the Nth AD conversion. ing.
このように、P相およびD相の各処理においては、同一信号のAD変換結果をN倍したデータ(加算データ)が得られる。P相とD相でカウントモードを逆にすることにより、
−N×DATArst + N ×(DATArst+DATAsig)= N × DATAsig ・・・(5)
なる演算結果が得られる。
As described above, in each of the P-phase and D-phase processing, data (added data) obtained by multiplying the AD conversion result of the same signal by N is obtained. By reversing the count mode for P phase and D phase,
-N x DATArst + N x (DATArst + DATAsig) = N x DATAsig (5)
The following calculation result is obtained.
P相およびD相において、同一信号のAD変換結果をN倍する際に、実質的に加算データを取得していることから、カウンタ部601がデジタル積分器の機能を果たしていることが理解される。この演算では、加算した後の信号成分はN倍となるが、ランダムノイズは√N倍となると考えられるので、画像信号におけるノイズ特性の向上が図られる。上述のAD変換による加算作用は、従来のマルチサンプリングCDS回路(例えば、前述の特許文献1)のように、アナログ加算演算をするようなダイナミックレンジの問題を伴わずにランダムノイズを低減することができる。
In the P phase and the D phase, when the AD conversion result of the same signal is multiplied by N, the addition data is substantially acquired, so it is understood that the
次に、図4を用いて、外来ノイズが発生している場合におけるAD変換処理について説明する。前述したように、画素信号はP相、D相のカウンタ値から、
−N×DATArst + N ×(DATArst+DATAsig)= N × DATAsig ・・・(5)
で出力される。
Next, with reference to FIG. 4, an AD conversion process when external noise is generated will be described. As described above, the pixel signal is calculated from the P-phase and D-phase counter values,
-N x DATArst + N x (DATArst + DATAsig) = N x DATAsig (5)
Is output with.
手振れ補正部180には、ボイスコイルモータ(VCMモータ)が駆動モータとしてしばしば使用され、このVCMモータはPWM(Pulse Width Modulation)ドライバ回路によって駆動されるのが一般的である。PWMドライバ回路は、駆動時キャリア周波数が決まっており、撮像素子部10の近傍に手振れ補正部180が配置されていると、PWMキャリア周波数が、磁気放射ノイズとして撮像素子部10からのアナログの画素信号電圧(ここでは垂直信号線21に出力される電圧信号に相当)を変動させてしまう。
A voice coil motor (VCM motor) is often used as a drive motor in the camera
このため、例えば、図4に示すようにリセットレベルと信号レベルのAD変換回数を“2”回とした場合、画素信号レベルが1ライン毎に変化してしまい、そのままでは、映像データ変換部8から出力される画像に、横縞のノイズが現れてしまう。 Therefore, for example, when the number of AD conversions of the reset level and the signal level is set to “2” as shown in FIG. 4, the pixel signal level changes line by line, and the video data conversion unit 8 is left as it is. Horizontal stripe noise appears in the image output from.
図4において上段(黒色の下向きの矢印より上側)は画像信号に外来ノイズが混入しない場合を示し、下段(黒色の下向きの矢印より下側)は、画像信号に外来ノイズが混入した場合を示す。 In FIG. 4, the upper stage (above the black downward arrow) shows the case where no external noise is mixed in the image signal, and the lower stage (below the black downward arrow) shows the case where the external noise is mixed into the image signal. .
外来ノイズが混入しない場合には、1ライン目の信号は、リセット電圧1回目が“−5”、2回目が“−5”、信号電圧1回目が“11”、2回目が“11”である。従って、1ライン目の画素信号レベルは、−5−5+11+11=12となる。また、2ライン目の画素信号レベルも同様に、−5−5+11+11=12となる。 When no external noise is mixed, the signal of the first line has the reset voltage of "-5" for the first time, "-5" for the second time, "11" for the first time of the signal voltage, and "11" for the second time. is there. Therefore, the pixel signal level of the first line is −5−5 + 11 + 11 = 12. Similarly, the pixel signal level of the second line is -5-5 + 11 + 11 = 12.
一方、外来ノイズが混入すると、1ライン目の信号は、リセット電圧1回目が“−4”、2回目が“−5”、信号電圧1回目が“11”、2回目が“10”である。従って、2ライン目の画素信号レベルは、−5−4+11+101=11となる。 On the other hand, when external noise is mixed, the signals of the first line are “−4” at the first reset voltage, “−5” at the second reset voltage, “11” at the first reset voltage, and “10” at the second reset voltage. . Therefore, the pixel signal level of the second line is −5−4 + 11 + 101 = 11.
このように、外来ノイズが混入しない場合には、図4の例に示したように、1ライン目と2ライン目の画素信号レベルは同じであることから、画像に外来ノイズに起因する縞模様が生ずることがない。しかし、外来ノイズが混入とすると、1ライン目と2ライン目の画素信号レベルが異なっていることから、画像に外来ノイズに起因する縞模様が発生してしまい、見苦しい画像となってしまう。 In this way, when the external noise is not mixed, the pixel signal levels of the first line and the second line are the same as shown in the example of FIG. Does not occur. However, if external noise is mixed, since the pixel signal levels of the first line and the second line are different, a striped pattern is generated in the image due to the external noise, resulting in an unsightly image.
そこで、本実施形態においては、外来ノイズが混入する場合であっても、外来ノイズの影響を除去・軽減するようにしている。図5を用いて、外来ノイズの影響を除去・軽減する方法について説明する。 Therefore, in the present embodiment, even when external noise is mixed, the influence of external noise is removed or reduced. A method for removing and reducing the influence of external noise will be described with reference to FIG.
本実施形態においては、図5に示すように、リセットレベルの1回目、2回目のAD変換の開始タイミングをTrst1、Trst2、信号レベルの開始タイミングをTsig1、Tsig2とした場合に、リセットレベルと信号のAD変換タイミングの時間差をTcds1(=Tsig1 − Trst1)、Tcds2(=Tsig2 − Trst2)とすると、下記式(6)の関係を満たすように、時間差を設定する。
Tcds2 = M × Tcds1 ・・・(6)
なお、Mは1以上の整数とする。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, when the start timings of the first and second AD conversions of the reset level are Trst1 and Trst2 and the signal level start timings are Tsig1 and Tsig2, the reset level and the signal When the time difference of the AD conversion timing of Tcds1 (= Tsig1-Trst1) and Tcds2 (= Tsig2-Trst2) is set, the time difference is set so as to satisfy the relationship of the following expression (6).
Tcds2 = M × Tcds1 (6)
Note that M is an integer of 1 or more.
また、その時のAD変換タイミングの周波数(CDS周波数)は、下記式(7)(8)となる。
fcds1 = 1/Tcds1 ・・・(7)
fcds2 = 1/Tcds2 = 1/M × fcds1 ・・・(8)
The frequency of the AD conversion timing (CDS frequency) at that time is given by the following equations (7) and (8).
fcds1 = 1 / Tcds1 (7)
fcds2 = 1 / Tcds2 = 1 / M × fcds1 (8)
また、外来ノイズの1周期の時間をT_noise、周波数をf_noiseとした場合、下記式(9)〜(11)の関係を満たすように、設定する。
T_noise = 1/f_noise ・・・(9)
T_noise = 1/L × T_cds1 ・・・(10)
f_noise = L × fcds1 ・・・(11)
なお、Lは、1以上の整数である。
図5では、N=2、M=2、L=5としている。
Further, when the time of one cycle of the external noise is T_noise and the frequency is f_noise, it is set so as to satisfy the relationships of the following expressions (9) to (11).
T_noise = 1 / f_noise (9)
T_noise = 1 / L × T_cds1 (10)
f_noise = L × fcds1 (11)
Note that L is an integer of 1 or more.
In FIG. 5, N = 2, M = 2, and L = 5.
このように、本実施形態においては、全てのラインの画素信号レベルにのるノイズレベルが同一となり、横縞が発生しなくなる。図4と図5を比較すると、ラインごとの画素信号レベルの変化は解消されているが、元の画素信号レベルと差異がでている。すなわち、図4の上段では“12”、 一方、図5では“13”である。しかし、図1に示すように、撮像素子部10の後段で画像処理などをする場合は、単位画素20にOB画素からのOB画素のレベルを基準とするため差異は解消する。
As described above, in the present embodiment, the noise levels on the pixel signal levels of all lines are the same, and horizontal stripes do not occur. Comparing FIG. 4 and FIG. 5, although the change in the pixel signal level for each line is eliminated, there is a difference from the original pixel signal level. That is, it is "12" in the upper part of FIG. 4 and "13" in FIG. However, as shown in FIG. 1, when image processing or the like is performed in the subsequent stage of the
図6は、CDS周波数による周波数伝達特性と、外来ノイズ周波数との関係から、外来ノイズを除去する作用を示す。図6に示すように、おのおのP相およびD相の信号との対になる、おのおののCDS周波数の整数倍となる周波数(fcds、fcds2、・・・)付近では、伝達特性が零近傍に抑圧する。 FIG. 6 shows the action of removing external noise from the relationship between the frequency transfer characteristic by the CDS frequency and the external noise frequency. As shown in FIG. 6, the transfer characteristics are suppressed to near zero near the frequencies (fcds, fcds2, ...) Each of which is an integral multiple of the CDS frequency of each pair with the P-phase and D-phase signals. To do.
また、リセットレベルと信号レベルをN回(Nは2以上の整数)行う場合も同様に、
fcds2 = 1/M1 × fcds1(M1は1以上の整数)
fcds3 = 1/M2 × fcds1(M2は1以上の整数)
・・・
fcdsN = 1/Mn × fcds1(Mnは1以上の整数)
とし、
f_noise = L × fcds1(Lは1以上の整数)
とする。
Similarly, when the reset level and the signal level are performed N times (N is an integer of 2 or more),
fcds2 = 1 / M1 x fcds1 (M1 is an integer of 1 or more)
fcds3 = 1 / M2 x fcds1 (M2 is an integer of 1 or more)
...
fcdsN = 1 / Mn × fcds1 (Mn is an integer of 1 or more)
age,
f_noise = L × fcds1 (L is an integer of 1 or more)
And
なお、本実施形態においては、図4と図5における1水平期間(水平同期信号HDの間の期間)の時間tから分かるように、Tcds1やTcds2の時間をとるため、トータルのAD変換時間は従前よりも延びる事になり、フレームレートが低下してしまい、動画を撮影する際には不利となってしまう。 In this embodiment, as can be seen from the time t of one horizontal period (the period between the horizontal synchronization signals HD) in FIGS. 4 and 5, the time Tcds1 or Tcds2 is taken, so the total AD conversion time is It will be longer than before, and the frame rate will decrease, which is disadvantageous when shooting moving images.
しかしながら、静止画撮像時などのように、機械的なシャッタ(メカシャッタと称する)を使用する場合には、メカシャッタを開けてから閉じるまでが信号電荷の蓄積時間となり、シャッタが閉められた状態で、1ラインごとに画素アレイ部2からカラムAD変換部6側へ画素信号を読み出してAD変換部60でAD変換処理を行なう。この画素信号の読出し処理とAD変換処理は低速動作でよいためフレームレート低下は問題とならない。
However, when a mechanical shutter (referred to as a mechanical shutter) is used, such as when capturing a still image, the signal charge accumulation time is from the opening of the mechanical shutter to the closing of the shutter, and the shutter is closed. Pixel signals are read from the
次に、図7を用いて、第1実施形態の第1変形例について説明する。第1実施形態では、リセットレベルと信号レベルをそれぞれN回(Nは2以上の整数)AD変換していた。本変形例においては、リセットレベルのAD変換をN回、信号レベルのAD変換を1回としている。 Next, a first modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. In the first embodiment, the reset level and the signal level are AD-converted N times (N is an integer of 2 or more). In this modification, the reset level AD conversion is performed N times and the signal level AD conversion is performed once.
本変形例においては、図7に示すように、リセットレベルの1回目、2回目のAD変換のタイミングをTrst1、Trst2とし、信号レベルのタイミングをTsig1とした場合にリセットレベルと信号のAD変換タイミングの時間差をTcds1(=Tsig1 − Trst1)、Tcds2(=Tsig1 − Trst2)とすると、下記式(12)を満たすように、Tcds2を設定する。
Tcds2 = 1/M × Tcds1 ・・・(12)
なお、Mは1以上の整数とする。
In this modified example, as shown in FIG. 7, when the first and second reset level AD conversion timings are Trst1 and Trst2 and the signal level timing is Tsig1, the reset level and the signal AD conversion timing are set. Let Tcds1 (= Tsig1 − Trst1) and Tcds2 (= Tsig1 − Trst2) be the time difference between Tcds2 and Tcds2 so as to satisfy the following equation (12).
Tcds2 = 1 / M × Tcds1 (12)
Note that M is an integer of 1 or more.
また、その時のAD変換タイミングの周波数(CDS周波数)は、下記式(13)(14)となる。
fcds1 = 1/Tcds1 ・・・(13)
fcds2 = 1/Tcds2 = M × fcds1 ・・・(14)
The frequency of the AD conversion timing (CDS frequency) at that time is given by the following equations (13) and (14).
fcds1 = 1 / Tcds1 (13)
fcds2 = 1 / Tcds2 = M × fcds1 (14)
また、外来ノイズの1周期の時間をT_noise、周波数をf_noiseとした場合、下記式(15)〜(17)の関係を満たすように、設定する。
T_noise = 1/f_noise ・・・(15)
T_noise = 1/L × T_cds1 ・・・(16)
f_noise = L × fcds1 ・・・(17)
なお、Lは1以上の整数である。
図7では、N=2、M=1、L=5としている。
Further, when the time of one cycle of the external noise is T_noise and the frequency is f_noise, it is set so as to satisfy the relationships of the following equations (15) to (17).
T_noise = 1 / f_noise (15)
T_noise = 1 / L × T_cds1 (16)
f_noise = L × fcds1 (17)
L is an integer of 1 or more.
In FIG. 7, N = 2, M = 1, and L = 5.
また、リセットレベルをN回(Nは2以上の整数)行う場合も同様に、
fcds2 = M1 × fcds1(M1は1以上の整数)
fcds3 = M2 × fcds1(M2は1以上の整数)
・・・
fcdsN = Mn × fcds1(Mnは1以上の整数)
とし、
f_noise = L × fcds1(Lは1以上の整数)
とする。
Similarly, when the reset level is performed N times (N is an integer of 2 or more),
fcds2 = M1 × fcds1 (M1 is an integer of 1 or more)
fcds3 = M2 × fcds1 (M2 is an integer of 1 or more)
...
fcdsN = Mn × fcds1 (Mn is an integer of 1 or more)
age,
f_noise = L × fcds1 (L is an integer of 1 or more)
And
このように、第1の変形例においては、AD変換部60は、第1のAD変換処理をN回(N複数)繰り返し処理し、第2のAD変換処理を1回処理している。そして、1回目の処理において第1のAD変換処理を開始するタイミングと、1回目の処理において行う第2のAD変換処理を開始するタイミングまでの時間をTcds1とし、2回目以降の回数をNとしてN回目に行う第1のAD変換処理を開始するタイミングと、1回目に行う第2のAD変換処理を開始するタイミングまでの時間をTcdsNとすると、 TcdsN=Tcds1/M (Mは整数) となる関係の時間で、第1のAD変換処理および第2の変換処理を行うようにしている。
As described above, in the first modification, the
次に、図8を用いて、第1実施形態の第2変形例について説明する。第1実施形態では、前述したように、リセットレベルと信号レベルをそれぞれN回(Nは2以上の整数)AD変換していた。本変形例においては、リセットレベルのAD変換を1回、信号レベルのAD変換をN回としている。 Next, a second modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. In the first embodiment, as described above, the reset level and the signal level are AD-converted N times (N is an integer of 2 or more). In this modification, the reset level AD conversion is performed once and the signal level AD conversion is performed N times.
本変形例においては、図8に示すように、リセットレベルの1回目のAD変換のタイミングをTrst1、信号レベルの1回目、2回目タイミングをTsig1、Tsig2とした場合にリセットレベルと信号のAD変換タイミングの時間差をTcds1(=Tsig1 − Trst1)、Tcds2(=Tsig2 − Trst1)とすると、下記式(18)を満たすように、Tcds2を設定する。
Tcds2 = M × Tcds1 ・・・(18)
なお、Mは1以上の整数とする。
In this modification, when the reset level first AD conversion timing is Trst1 and the signal level first and second timings are Tsig1 and Tsig2, as shown in FIG. 8, the reset level and the signal AD conversion are performed. If the time difference between the timings is Tcds1 (= Tsig1-Trst1) and Tcds2 (= Tsig2-Trst1), Tcds2 is set so as to satisfy the following expression (18).
Tcds2 = M × Tcds1 (18)
Note that M is an integer of 1 or more.
また、その時のAD変換タイミングの周波数(CDS周波数)は、下記式(19)(20)となる。
fcds1 = 1/Tcds1 ・・・(19)
fcds2 = 1/Tcds2 = 1/M × fcds1 ・・・(20)
The frequency of the AD conversion timing (CDS frequency) at that time is given by the following equations (19) and (20).
fcds1 = 1 / Tcds1 (19)
fcds2 = 1 / Tcds2 = 1 / M × fcds1 (20)
また、外来ノイズの1周期の時間をT_noise、周波数をf_noiseとした場合、下記式(21)〜(23)の関係を満たすように、設定する。
T_noise = 1/ f_noise ・・・(21)
T_noise = 1/L × T_cds1 ・・・(22)
f_noise = L × fcds1 ・・・(23)
なお、Lは1以上の整数である。
図8では、N=2、M=1、L=5としている。
Further, when the time of one cycle of the external noise is T_noise and the frequency is f_noise, it is set so as to satisfy the relationships of the following expressions (21) to (23).
T_noise = 1 / f_noise (21)
T_noise = 1 / L × T_cds1 (22)
f_noise = L × fcds1 (23)
L is an integer of 1 or more.
In FIG. 8, N = 2, M = 1, and L = 5.
このように、第2の変形例においては、AD変換部60は、第1のAD変換処理を1回処理し、第2のAD変換処理をN回(Nは複数)繰り返し処理している。1回目に第1のAD変換処理を開始するタイミングと、1回目に行う第2のAD変換処理を開始するタイミングまでの時間をTcds1(図8参照)とし、2回目以降のN回目に行う第2のAD変換処理を開始するタイミングと、1回目に行う第1のAD変換処理を開始するタイミングまでの時間をTcdsN(図8のTcds2参照)とすると、 TcdsN=Tcds1×M (Mは整数) となる関係の時間で、第1のAD変換処理および第2の変換処理を行うようにしている。
As described above, in the second modification, the
このように、本発明の第1実施形態や変形例においては、撮像装置にある制御部90は、撮像素子部10で設定したCDS周波数(f_cds)の情報に合わせて、外来ノイズの発生源として特定できる、手振れ補正部180のドライバ回路のPWMキャリア周波数を、上述の数式の関係が成り立つように設定している。このため、撮像素子部10の周辺に配置された駆動部や電子部品から外来ノイズが発生する場合であっても、撮像素子部10からの画像信号から混入した外来ノイズを除去・軽減することができる。なお、第1及び第2変形例は、第1実施形態に限らず、後述する第2実施形態においても適用することができる。
As described above, in the first embodiment and the modified example of the present invention, the
次に、図9ないし図11を用いて、本発明の第2実施形態について説明する。本発明の第1実施形態においては、撮像素子部10においてAD変換する際のCDS周波数(f_cds)を決めた後に、撮像装置1内における駆動部や電子部品で発生する外来ノイズの周波数f_noise(PWMドライバ回路のPWMキャリア周波数)を決定していた。これにより、撮像素子内の個々の画素から発生するランダムノイズだけではなく、画像信号に対して混入する、固定周波数の外来ノイズをも低減させていた。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the first embodiment of the present invention, after the CDS frequency (f_cds) for AD conversion in the image
これに対して、本発明の第2実施形態においては、撮像素子10内の単位画素20から読み出されるリセット信号レベルを取得する際に、予め決められている固定周波数の外来ノイズを測定し、外来ノイズの影響が少なくなるようにCDS周波数(f_cds)に設定する。外来ノイズを測定は、撮像素子部10内のシステム制御部5の制御によって行う。
On the other hand, in the second embodiment of the present invention, when the reset signal level read from the
本実施形態における全体構成は、第1実施形態に係る図1に示したブロック図と同様であることから、詳しい説明を省略する。また、撮像装置1中の撮像素子部10は、図2に示したブロック図と略同様であり、異なる点を中心に説明する。
The overall configuration of this embodiment is the same as that of the block diagram shown in FIG. 1 according to the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted. Further, the image
本実施形態に係る図9に示す撮像素子部10は、第1実施形態に係る図2に示す撮像素子部10と比較し、システム制御部5と映像データ変換部8とを接続するタイミング信号線58を備えた点で相違する。タイミング信号線58は、外来ノイズ検出駆動から得た信号データをデジタル演算部80で演算し、システム制御部5にタイミング信号データを送る。システム制御部5は、デジタル演算部80から受け取ったタイミング信号データに基づいて、AD変換部60におけるAD変換のタイミングを決定する。
The image
次に、図10を用いて、外来ノイズ検出駆動について説明する。図10は、外来ノイズ検出の一例を示す。この例では、動画モードから静止画モードへ切り替える際に、画像を取り込まない期間(露光フレーム)を利用して、外来ノイズ検出駆動に移行する。外来ノイズ検出駆動は、動画モードから静止画モードへの切り替え時以外にも、画像を取り込まない期間があれば、行うことができる。 Next, the external noise detection drive will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows an example of external noise detection. In this example, when switching from the moving image mode to the still image mode, the period (exposure frame) during which an image is not captured is used to shift to external noise detection drive. The external noise detection drive can be performed when there is a period during which an image is not captured, other than when switching from the moving image mode to the still image mode.
図10に示す例において、時刻t1〜t2は、ライブビュー表示や動画記録等の動画モードである。時刻t2において、ユーザはレリーズ釦を操作することにより、静止画の撮影を指示すると、静止画モードに移行する。静止画モードになると、シャッタ170が一旦閉じた後に開放状態となり、レンズ150によって形成された被写体像が撮像素子10の画素アレイ2上に結像する。シャッタ170のシャッタ速度によって決まる露光時間の間(露光フレーム:時刻t2〜t3の間)、この露光が続く。
In the example shown in FIG. 10, times t1 to t2 are moving image modes such as live view display and moving image recording. At time t2, when the user operates the release button to instruct to shoot a still image, the mode shifts to the still image mode. In the still image mode, the
時刻t2〜t3の露光フレームの間、外来ノイズ検出駆動がなされる。ここでは、撮像装置1内等に配置された駆動部、電子部品等から発生し、撮像素子部10からの画像信号に混入する外来ノイズの周波数を検出する。この外来ノイズ検出駆動については、図11を用いて後述する。
External noise detection drive is performed during the exposure frame from time t2 to time t3. Here, the frequency of the external noise generated from the drive unit, the electronic component, and the like arranged inside the
時刻t3〜t4は、読み出しフレームであり、露光フレームの間、画素アレイ2中の個々の画素単位20から画像信号の読み出しを行う。この読み出しの際に、AD変換を行って、デジタルの画像データを出力する。このとき、外来ノイズ検出駆動において検出した外来ノイズの周波数を用いて、CDS周波数(f_cds)を設定してAD変換を行う。
Times t3 to t4 are read frames, and the image signal is read from each
次に、図11を用いて、外来ノイズ検出駆動における検出動作について説明する。外来ノイズ検出駆動は、P相(リセット電圧の検出)の読み出しの際にのみ行う。P相の読み出しは、N回(Nは偶数)行い、1ライン目の1水平走査期間(水平同期信号HDの間の期間)内の1、2、・・・N回目のAD変換のタイミングをTrst1、Trst2・・・TrstNとした場合、時間間隔(Trst_H1)は一定にする。 Next, the detection operation in the external noise detection drive will be described with reference to FIG. The external noise detection drive is performed only when reading the P phase (reset voltage detection). P-phase reading is performed N times (N is an even number), and the first, second, ..., Nth AD conversion timing within the first horizontal scanning period (the period between the horizontal synchronization signals HD) of the first line is performed. When Trst1, Trst2 ... TrstN are set, the time interval (Trst_H1) is made constant.
カウンタ601は、奇数回目AD変換タイミングの信号をダウンカウントし、偶数回目のAD変換タイミングの信号をアップカウントし、カウント結果をデジタル演算部80に出力する。デジタル演算部80では各列のAD変換部60からのカウント値を加算してDATArst_H1とする。ダウンカウントとアップカウントの切り替えは交互に行えば良いため、奇数回目を必ずしもダウンカウントとする必要はなくアップカウントでも良い。
The
外来ノイズ検出動作において、2ライン目の1水平走査期間(水平同期信号HDの間の期間)内の1、2、・・・N回目のAD変換のタイミングをTrst1、Trst2・・・TrstNとした場合、時間間隔を1ライン目より変化させ(Trst_H2)の同様の処理を行う(DATArst_H2)。これを3ライン目以降も同様に、全てのラインについて行い(DATArst_HN)。全ての加算値(DATArst_H1、DATArst_H2、・・・DATArst_HN)の中で、最小の値をシステム制御部5に出力する。
In the external noise detection operation, the first, second, ... Nth AD conversion timing in the first horizontal scanning period of the second line (the period between the horizontal synchronizing signals HD) is set to Trst1, Trst2, ... TrstN. In this case, the same processing is performed by changing the time interval from the first line (Trst_H2) (DATArst_H2). Do the same for all lines from the third line onward (DATArst_HN). Among all the added values (DATArst_H1, DATArst_H2, ... DATArst_HN), the minimum value is output to the
システム制御部5は、外来ノイズ検出駆動の際に映像データ変換部8で求めた加算値が最小となる時間間隔に基づいて、露光フレームの次のフレームで画素信号を読み出し、AD変換する際のP相D相のCDS周波数を設定する。例えば、DATArst_Hxが(xはライン番号を示す)の場合、Trst2 - Trst1 = Trst_Hxとなり、図12に示すように、読み出しフレームのTcds1 = α × Trst_Hx (αは1以上の整数)で自動設定する。
The
このように、第2実施形態においては、露光フレームの次の画素信号読み出しフレームではランダムノイズだけではなく、固定周波数の外来ノイズをも低減させることができる。すなわち、第1実施形態では、CDS周波数に合わせて、外来ノイズ発生源(例えば、PWMドライバ回路)のPWMキャリア周波数を設定していた。これに対して、第2実施形態においては、先に設定された、任意の値である、外来ノイズ発生源(PWMドライバ回路)の周波数を、撮像素子部10が測定(検出)して、測定された外来ノイズ周波数に合わせて、撮像素子部10における各々のCDS周波数(f_cds)に設定するようにしている。
As described above, in the second embodiment, not only random noise but also external noise having a fixed frequency can be reduced in the pixel signal reading frame subsequent to the exposure frame. That is, in the first embodiment, the PWM carrier frequency of the external noise source (for example, the PWM driver circuit) is set according to the CDS frequency. On the other hand, in the second embodiment, the image
例えば、手ブレ補正部180の駆動モータ(VCMコイル等)は、モータの電気的特性(コイルのインピーダンス特性)に合わせて、駆動電流の脈流(リプル)が少ない最適なPWMキャリア周波数は異なることが知られている。また、手振れ補正部180の駆動モータ(VCMコイル等)への駆動電圧の供給(PWMキャリア周波数含む)は、例えば手ブレ補正機能を働かせた場合と、同機能を働かせない場合(定位置で保持動作をする場合)では異なることが知られている。このようにモータの最適特性や、動作条件に合わせて外来ノイズ周波数が変わる場合であっても、本実施形態においては、適宜CDS信号を設定することができ、ノイズのない画像信号を取得することができる。
For example, the drive motor (VCM coil or the like) of the camera
また、本発明の第2実施形態においては、第1の処理対象信号(例えば、図12のリセット電圧)、および第2の処理対象信号(例えば、図12の信号電圧)に混入する外来ノイズの周波数を検出するノイズ周波数検出部(例えば、図9、図11参照)を有している。AD変換部60は、ノイズ周波数検出部が検出したノイズ周波数に対応して、1回目に行う第1のAD変換処理を開始するタイミングと、1回目に行う第2のAD変換処理を開始するまでのタイミングの時間(Tcds1)を設定するようにしている。このため、前述したように、撮像素子部10の外部で発生する外来ノイズが未知の場合であっても、画像信号のノイズを除去するだけでなく、外来ノイズも除去することができる。
Further, in the second embodiment of the present invention, the external noise mixed in the first processing target signal (for example, the reset voltage of FIG. 12) and the second processing target signal (for example, the signal voltage of FIG. 12) is mixed. It has a noise frequency detection unit (for example, see FIGS. 9 and 11) that detects a frequency. The
このように、本発明の各実施形態や各変形例において、リセットレベルと信号レベルをそれぞれ2回AD変換する場合は、リセットレベルの1回目、2回目のAD変換のタイミングをTrst1、Trst2、信号レベルのタイミングをTsig1、Tsig2とすると、リセットレベルと信号のAD変換タイミングの時間差をTcds1(=Tsig1 − Trst1)、Tcds2(=Tsig2 − Trst2)とすると、Tcds2がTcds1の整数(1を含む)倍に等しくなるAD変換タイミングで撮像素子部10を駆動している(例えば、図5参照)。
As described above, in each of the embodiments and modifications of the present invention, when the reset level and the signal level are AD-converted twice, the timings of the first and second AD conversions of the reset level are Trst1, Trst2, and the signal. When the level timing is Tsig1 and Tsig2, the time difference between the reset level and the AD conversion timing of the signal is Tcds1 (= Tsig1-Trst1), and Tcds2 (= Tsig2-Trst2), Tcds2 is an integer (including 1) times Tcds1. The
また、リセットレベルと信号レベルをそれぞれN回(Nは2以上の整数)AD変換する場合は、前述のそれぞれ2回行う場合と同様の考え方で、TcdsN(2〜Nまで)がTcds1の整数(1を含む)倍に等しくなるAD変換タイミングで撮像素子部10を駆動する。
When the reset level and the signal level are AD-converted N times (N is an integer of 2 or more), TcdsN (2 to N) is an integer (Tcds1) of the integer ( The image
また、リセットレベルを2回、信号レベルを1回AD変換する場合は、リセットレベルの1回目、2回目のAD変換のタイミングをTrst1、Trst2、信号レベルのタイミングをTsig1とし、Tcds1(=Tsig1 − Trst1)、Tcds2(=Tsig1 − Trst2)とすると、Tcds2がTcds1の整数分の1となるAD変換タイミングでイメージセンサを駆動する(例えば、図7参照)。 Further, when the reset level is AD-converted twice and the signal level is AD-converted once, the timings of the first and second AD conversions of the reset level are Trst1 and Trst2, the signal level timing is Tsig1, and Tcds1 (= Tsig1 − Trst1) and Tcds2 (= Tsig1-Trst2), the image sensor is driven at the AD conversion timing at which Tcds2 becomes 1 / integer of Tcds1 (see, for example, FIG. 7).
また、リセットレベルをN回(Nは2以上の整数)、信号レベルを1回ADする場合は、リセットレベル2回、信号レベルを1回AD変換する場合と同様の考え方で、TcdsN(2〜Nまで)がTcds1の整数(1を含む)分の1となるAD変換タイミングで撮像素子部10を駆動する。
Further, when the reset level is AD N times (N is an integer of 2 or more) and the signal level is AD once, TcdsN (2 to 2 is used in the same way as in the case where the reset level is AD converted twice and the signal level is AD-converted once. The
また、リセットレベルを1回、信号レベルを2回AD変換する場合は、リセットレベルの1回目のAD変換のタイミングをTrst1、信号レベルの1回目のタイミングをTsig1、Tsig2とし、Tcds1(=Tsig1 − Trst1)、Tcds2(=Tsig2 − Trst1)とすると、Tcds2がTcds1の整数(1を含む)倍となるAD変換タイミングでイメージセンサを駆動する(例えば、図8参照)。 Further, when the reset level is AD-converted once and the signal level is AD-converted twice, the first AD conversion timing of the reset level is Trst1, the first signal level timing is Tsig1, Tsig2, and Tcds1 (= Tsig1 − Trst1) and Tcds2 (= Tsig2-Trst1), the image sensor is driven at the AD conversion timing at which Tcds2 is an integer (including 1) times Tcds1 (for example, refer to FIG. 8).
リセットレベルを1回、信号レベルをN回(Nは2以上の整数)、AD変換する場合は、リセットレベル1回、信号レベルを2回AD変換する場合と同様の考え方で、TcdsN(2〜Nまで)がTcds1の整数(1を含む)倍となるAD変換タイミングでイメージセンサを駆動する。 When AD conversion is performed for the reset level once, the signal level N times (N is an integer of 2 or more), TcdsN (2 to 2 is used in the same way as when the reset level is once and the signal level is AD converted twice. The image sensor is driven at the AD conversion timing at which (up to N) is an integer (including 1) times Tcds1.
カメラ等の撮像装置を構成するイメージセンサ以外の他部品のノイズ源となる駆動周波数を複数のCDS周波数の整数倍となるように設定する。イメージセンサ制御回路だけで外来ノイズを除去できない、つまり外来ノイズ発生源となるPWMドライバ回路(例えば手振れ補正機能用)が配置されているような撮像装置においても、外来ノイズによる影響を除去することができる。 The drive frequency, which is a noise source of other components other than the image sensor constituting the image pickup apparatus such as a camera, is set to be an integral multiple of the plurality of CDS frequencies. Even in an image pickup apparatus in which an external noise cannot be removed only by the image sensor control circuit, that is, a PWM driver circuit (for example, for a camera shake correction function) serving as an external noise generation source is arranged, the influence of the external noise can be removed. it can.
また、上述のTcdsをセンサ内部で他部品のノイズ源となる駆動周波数にあわせ、最適に変更することもできる。自動変更可能とすることにより、未知の外来ノイズが出現しても、外来ノイズの影響を除去することができる。 Further, the above-mentioned Tcds can be optimally changed in accordance with the driving frequency which becomes a noise source of other components inside the sensor. By enabling automatic change, even if an unknown external noise appears, the influence of the external noise can be removed.
以上説明したように、本発明の各実施形態や各変形例においては、所定の時間変化率で信号変化するランプ信号に基づく参照信号を生成する参照信号生成部を有し、また比較部601とカウンタ部603を有し、カウンタ部603の出力データに基づき処理対象のデジタルデータを取得するAD変換部6を有している。前述の比較部601は、参照信号生成部4から供給される参照信号と、固体撮像素子内の画素回路において出力される、リセット時のアナログ信号である第1の処理対象信号(例えば、図5のリセット電圧)および映像信号取得時のアナログ信号である第2の処理信号を含む処理対象信号(例えば、図5の信号電圧)とを比較する。カウンタ部603は、AD変換用のカウントクロックの供給を受け、比較部601の比較結果に基づきカウント動作を行い、アナログ信号である第2の処理対象信号をAD変換する。
As described above, in each of the embodiments and the modified examples of the present invention, the reference signal generation unit that generates the reference signal based on the ramp signal that changes at the predetermined time change rate is provided, and the
また、本発明の各実施形態や各変形例においては、処理対象信号について、第1の処理対象信号(例えば、図5のリセット電圧)における第1のAD変換処理、および第2の処理対象信号(例えば、図5の信号電圧)における第2のAD変換処理の内、それぞれ少なくとも1つに対して所定回数(N回:N≧2)である、複数回繰り返して行う、第1のデジタル積分処理と、第2のデジタル積分処理を実行するように参照信号生成部4およびAD変換部を制御するシステム制御部5と、第1のデジタル積分処理を実行して得られた第1のデジタルデータと、第2のデジタル積分処理を実行して得られた第2のデジタルデータに基づいて、相関二重サンプリング演算を行うCDS処理部を有している。第1の処理対象信号と第2の処理信号を用いて、所謂相関二重サンプリング(CDS)処理によるAD変換が可能である。
Further, in each of the embodiments and each modification of the present invention, regarding the processing target signal, the first AD conversion processing in the first processing target signal (for example, the reset voltage of FIG. 5) and the second processing target signal. (For example, in the second AD conversion process in the signal voltage of FIG. 5, at least one is a predetermined number of times (N times: N ≧ 2), and is repeatedly performed a plurality of times. Processing, the
また、本発明の各実施形態や各変形例においては、AD変換部60は、第1のAD変換処理、または第2のAD変換処理をN回繰り返し行う場合には、1回目に行う第1のAD変換処理を開始する時間と、1回目に行う第2のAD変換処理を開始するまでの時間をTcds1(例えば、図5参照)とし、2回目以降の回数をNとしてN回目に行う第1のAD変換処理を開始する時間と、N回目に行う第2のAD変換処理を開始するまでの時間をTcdsN(例えば、図5のTcds2参照)とすると、 TcdsN=Tcds1/M (Mは整数) となる関係の時間で、上記第1のAD変換処理および第2のAD変換処理を行うようにしている。
In addition, in each of the embodiments and the modified examples of the present invention, the
また、本発明の各実施形態や各変形例における撮像装置1は、撮像に係る駆動部(例えば、手振れ補正部180)と、駆動部に対して、駆動電圧を供給するドライバ回路と、ドライバ回路に対して、PWM変調した変調信号により駆動電圧を制御する制御部(例えば、制御部90)と、を有し、制御部90は、PWM変調に係るキャリア周波数Feを、(1/Tcds)×L=Fe (但し、Lは整数) の関係となるように設定する(例えば、式(11)より、外来ノイズ周波数f_noiseをキャリア収差数Feとするように設定する)。
Further, the
また、本発明の各実施形態や各変形例における撮像装置は、撮像に係る駆動部(例えば、手振れ補正部180)と、駆動部に対して、駆動電圧を供給するドライバ回路と、ドライバ回路に対して、PWM変調した変調信号により駆動電圧を制御する制御部(例えば、制御部90)と、を有し、制御部は、PWM変調に係るキャリア周波数をFeで動作させ、撮像素子部10に設けられたノイズ周波数検出部(例えば、図9、図11参照)は、PWM変調に係るキャリア周波数Feを外来ノイズ周波数として検出し、AD変換部60は、第1のAD変換処理と第2の変換処理を実行する時間間隔を、 (1/Tcds)×L=Fe (但し、Lは整数) の関係となるように設定する。
Further, the image pickup apparatus according to each of the embodiments and the modified examples of the present invention includes a drive unit (for example, a camera shake correction unit 180) relating to image pickup, a driver circuit that supplies a drive voltage to the drive unit, and a driver circuit. On the other hand, a control unit (for example, a control unit 90) that controls a drive voltage by a PWM-modulated modulation signal is provided, and the control unit causes the
なお、本発明の各実施形態や各変形例においては、相関二重サンプリングによるAD変換について説明した。しかし、これに限らず、リセット電圧と信号電圧をデジタル値に変換して両デジタル値からノイズを除去するタイプのAD変換器であれば、これらのサンプリングのタイミングについて、各実施形態や各変形例のようにすることもできる。 In addition, in each embodiment and each modification of the present invention, AD conversion by correlated double sampling has been described. However, the present invention is not limited to this, and as long as it is an AD converter of a type that converts a reset voltage and a signal voltage into digital values and removes noise from both digital values, the sampling timing of each embodiment and each modification example. You can also use
また、本発明の各実施形態や各変形例においては、画像処理部110等を、制御部90とは別体の構成としたが、各部の全部または一部をソフトウエアで構成し、制御部1内のCPUによって実行するようにしても勿論かまわない。また、システム制御部5、映像データ変換部8等も同様に、ハードウエア回路や部品単体の他、CPUとプログラムによってソフトウエア的に構成してもよく、またDSP(Digital Signal Processor)を利用して構成してもよい。これらは適宜組み合わせてもよいことは勿論である。
In addition, in each embodiment and each modification of the present invention, the
また、本実施形態においては、撮影のための機器として、デジタルカメラを用いて説明したが、カメラとしては、デジタル一眼レフカメラでもコンパクトデジタルカメラでもよく、ビデオカメラ、ムービーカメラのような動画用のカメラでもよく、さらに、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末(PDA:Personal Digital Assist)、パーソナルコンピュータ(PC)、タブレット型コンピュータ、ゲーム機器等に内蔵されるカメラでも構わない。いずれにしても、固体撮像素子を有する機器であれば、本発明を適用することができる。 Further, in the present embodiment, a digital camera is used as a device for shooting, but the camera may be a digital single-lens reflex camera or a compact digital camera, and a video camera, a movie camera such as a movie camera may be used. It may be a camera, or may be a camera built in a mobile phone, a smartphone, a personal digital assistant (PDA), a personal computer (PC), a tablet computer, a game machine, or the like. In any case, the present invention can be applied to any device having a solid-state image sensor.
また、本明細書において説明した技術のうち、主にフローチャートで説明した制御に関しては、プログラムで設定可能であることが多く、記録媒体や記録部に収められる場合もある。この記録媒体、記録部への記録の仕方は、製品出荷時に記録してもよく、配布された記録媒体を利用してもよく、インターネットを介してダウンロードしたものでもよい。 Further, among the techniques described in this specification, the control mainly described in the flowchart is often settable by a program and may be stored in a recording medium or a recording unit. The recording medium and the recording unit may be recorded at the time of product shipment, may be used as a distributed recording medium, or may be downloaded via the Internet.
また、特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず」、「次に」等の順番を表現する言葉を用いて説明したとしても、特に説明していない箇所では、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 In addition, regarding the operation flow in the claims, the specification, and the drawings, even if the description is made using words that express the order of “first”, “next”, and the like for convenience, It does not mean that implementation in this order is essential.
本発明は、上記実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements within a range not departing from the gist of the invention in an implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some of all the constituent elements shown in the embodiment may be deleted. Furthermore, the constituent elements of different embodiments may be combined appropriately.
1・・・撮像装置、2・・・画素アレイ、3・・・駆動制御部、4・・・参照信号生成部、5・・・システム制御部、6・・・カラムAD変換部、7・・・水平走査部、8・・・映像データ変換部、9・・・垂直走査部、10・・・撮像素子部、20・・・単位画素、21・・・垂直信号線、22・・・水平信号線、40・・・参照信号線、50・・・制御データ信号線、51・・・カウントクロック線、52・・・制御信号、53・・・カウントクロック線、54・・・カウント制御信号線、55・・・マスタークロック信号線、56・・・システムデータ信号線、57・・・制御信号、58・・・タイミング信号線、59・・・SW指示線、60・・・AD変換部、61・・・出力イネーブル信号、70・・・制御線、80・・・デジタル演算部、81・・・I/F分、90・・・制御部、91・・・行制御線、100・・・撮像部、110・・・画像処理部、120・・・入力IF、130・・・表示部、140・・・内部メモリ、145・・・外部メモリ、150・・・レンズ、160・・・絞り、170・・・シャッタ、180・・・手振れ補正部、190・・・データバス、600・・・比較部、601・・・カウンタ部、602・・・スイッチ部、603・・・メモリ部、800・・・映像出力信号線、6000・・・カウントイネーブル信号線
DESCRIPTION OF
Claims (7)
所定の時間変化率で信号変化するランプ信号に基づく参照信号を生成する参照信号生成部と、
比較部とカウンタ部を有し、上記カウンタ部の出力データに基づき処理対象のデジタルデータを取得するAD変換部と、
を有し、
上記比較部は、上記参照信号生成部から供給される上記参照信号と、上記固体撮像素子内の画素回路において出力される、リセット時のアナログ信号である第1の処理対象信号および映像信号取得時のアナログ信号である第2の処理対象信号とを比較し、
上記カウンタ部は、AD変換用のカウントクロックの供給を受け、上記比較部の比較結果に基づきカウント動作を行い、
上記固体撮像素子は、さらに、
上記処理対象信号について、上記第1の処理対象信号における第1のAD変換処理、および上記第2の処理対象信号における第2のAD変換処理に対して所定回数(N回:N≧2)である、複数回繰り返して行う、第1のデジタル積分処理と、第2のデジタル積分処理を実行するように上記参照信号生成部および上記AD変換部を制御する駆動制御部と、
上記第1のデジタル積分処理を実行して得られた第1のデジタルデータと、上記第2のデジタル積分処理を実行して得られた第2のデジタルデータとに基づいて、相関二重サンプリング演算を行うCDS処理部と、
を具備し、
上記AD変換部は、
1回目に行う第1のAD変換処理を開始するタイミングと、1回目に行う第2のAD変換処理を開始するタイミングまでの時間をTcds1とし、
2回目以降の回数をNとしてN回目に行う第1のAD変換処理を開始するタイミングと、N回目に行う第2のAD変換処理を開始するタイミングまでの時間をTcdsNとすると、
TcdsN=Tcds1×M (Mは2以上の整数)
となる関係の時間で、上記第1のAD変換処理および第2のAD変換処理を行うことを特徴とする固体撮像素子。 A solid-state image sensor,
A reference signal generation unit that generates a reference signal based on a ramp signal that changes at a predetermined time rate of change;
An AD conversion unit having a comparison unit and a counter unit for acquiring digital data to be processed based on the output data of the counter unit;
Have
The comparison unit is configured to acquire the reference signal supplied from the reference signal generation unit and a first processing target signal and a video signal, which are analog signals at reset, which are output from the pixel circuit in the solid-state image sensor. of comparing the second processing object signal is an analog signal,
The counter section is supplied with a count clock for AD conversion, performs a counting operation based on the comparison result of the comparison section,
The solid-state image sensor further includes
For the processed signal, the first process the first AD conversion process in the target signal, and the second processing the second predetermined number of times for the AD conversion processing in the target signal (N times: N ≧ 2) And a drive control unit that controls the reference signal generation unit and the AD conversion unit so as to execute a first digital integration process and a second digital integration process that are repeatedly performed a plurality of times.
Correlated double sampling operation based on the first digital data obtained by executing the first digital integration processing and the second digital data obtained by executing the second digital integration processing. A CDS processing unit that performs
Equipped with,
The AD converter is
Let Tcds1 be the time from the timing of starting the first AD conversion processing performed for the first time to the timing of starting the second AD conversion processing performed for the first time.
Let TcdsN be the time from the timing of starting the first AD conversion processing performed at the Nth time to the timing of starting the second AD conversion processing performed at the Nth time, where N is the number of times from the second time onward.
TcdsN = Tcds1 × M (M is an integer of 2 or more )
A solid-state imaging device, wherein the first AD conversion process and the second AD conversion process are performed for a time period of a relationship such that
上記AD変換部は、上記ノイズ周波数検出手段が検出したノイズ周波数に対応して、1回目に行う第1のAD変換処理を開始するタイミングと、1回目に行う第2のAD変換処理を開始するタイミングまでの時間(Tcds1)を設定することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。 Furthermore, it has a noise frequency detection means for detecting the frequency of the external noise mixed in the first processing target signal and the second processing target signal,
The AD conversion section starts the first AD conversion process at the first time and the second AD conversion process at the first time in response to the noise frequency detected by the noise frequency detection means. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a time (Tcds1) until timing is set.
所定の時間変化率で信号変化するランプ信号に基づく参照信号を生成する参照信号生成部と、
比較部とカウンタ部を有し、上記カウンタ部の出力データに基づき処理対象のデジタルデータを取得するAD変換部と、
を有し、
上記比較部は、上記参照信号生成部から供給される上記参照信号と、上記固体撮像素子内の画素回路において出力される、リセット時のアナログ信号である第1の処理対象信号および映像信号取得時のアナログ信号である第2の処理対象信号とを比較し、
上記カウンタ部は、AD変換用のカウントクロックの供給を受け、上記比較部の比較結果に基づきカウント動作を行い、
上記固体撮像素子は、さらに、
上記処理対象信号について、上記第1の処理対象信号における第1のAD変換処理、および上記第2の処理対象信号における第2のAD変換処理の内、それぞれ少なくとも1つに対して所定回数(N回:N≧2)である、複数回繰り返して行う、第1のデジタル積分処理と、第2のデジタル積分処理を実行するように上記参照信号生成部および上記AD変換部を制御する駆動制御部と、
上記第1のデジタル積分処理を実行して得られた第1のデジタルデータと、上記第2のデジタル積分処理を実行して得られた第2のデジタルデータとに基づいて、相関二重サンプリング演算を行うCDS処理部と、
を具備し、
上記AD変換部は、上記第1のAD変換処理をN回(Nは複数)繰り返し処理し、上記第2のAD変換処理を1回処理するものであり、
1回目に上記第1のAD変換処理を開始するタイミングと、1回目に行う第2のAD変換処理を開始するまでタイミングの時間をTcds1とし、
2回目以降の回数をNとしてN回目に行う第1のAD変換処理を開始するタイミングと、1回目に行う第2のAD変換処理を開始するタイミングまでの時間をTcdsNとすると、
TcdsN=Tcds1/M (Mは2以上の整数)
となる関係の時間で、上記第1のAD変換処理および第2のAD変換処理を行うことを特徴とする固体撮像素子。 A solid-state image sensor,
A reference signal generation unit that generates a reference signal based on a ramp signal that changes at a predetermined time rate of change;
An AD conversion unit having a comparison unit and a counter unit for acquiring digital data to be processed based on the output data of the counter unit;
Have
The comparison unit is configured to acquire the reference signal supplied from the reference signal generation unit and a first processing target signal and a video signal, which are analog signals at reset, which are output from the pixel circuit in the solid-state image sensor. The second processed signal, which is an analog signal of
The counter section is supplied with a count clock for AD conversion, performs a counting operation based on the comparison result of the comparison section,
The solid-state image sensor further includes
For the processing target signal, at least one of the first AD conversion processing of the first processing target signal and the second AD conversion processing of the second processing target signal has a predetermined number of times (N Number of times: N ≧ 2), a drive control unit that controls the reference signal generation unit and the AD conversion unit to execute a first digital integration process and a second digital integration process that are repeatedly performed a plurality of times. When,
Correlated double sampling operation based on the first digital data obtained by executing the first digital integration processing and the second digital data obtained by executing the second digital integration processing. A CDS processing unit that performs
Equipped with,
The AD conversion unit repeatedly processes the first AD conversion process N times (N is a plurality) and processes the second AD conversion process once.
The timing of starting the first AD conversion process for the first time and the timing time until starting the second AD conversion process for the first time are set to Tcds1,
Letting the number of times from the second time onward be N, the time from the timing of starting the first AD conversion processing performed at the Nth time to the timing of starting the second AD conversion processing performed at the first time is TcdsN,
TcdsN = Tcds1 / M (M is an integer of 2 or more )
Become in time relation, the first AD conversion processing and the second solid-state image pickup element you and performs AD conversion.
所定の時間変化率で信号変化するランプ信号に基づく参照信号を生成する参照信号生成部と、
比較部とカウンタ部を有し、上記カウンタ部の出力データに基づき処理対象のデジタルデータを取得するAD変換部と、
を有し、
上記比較部は、上記参照信号生成部から供給される上記参照信号と、上記固体撮像素子内の画素回路において出力される、リセット時のアナログ信号である第1の処理対象信号および映像信号取得時のアナログ信号である第2の処理対象信号とを比較し、
上記カウンタ部は、AD変換用のカウントクロックの供給を受け、上記比較部の比較結果に基づきカウント動作を行い、
上記固体撮像素子は、さらに、
上記処理対象信号について、上記第1の処理対象信号における第1のAD変換処理、および上記第2の処理対象信号における第2のAD変換処理の内、それぞれ少なくとも1つに対して所定回数(N回:N≧2)である、複数回繰り返して行う、第1のデジタル積分処理と、第2のデジタル積分処理を実行するように上記参照信号生成部および上記AD変換部を制御する駆動制御部と、
上記第1のデジタル積分処理を実行して得られた第1のデジタルデータと、上記第2のデジタル積分処理を実行して得られた第2のデジタルデータとに基づいて、相関二重サンプリング演算を行うCDS処理部と、
を具備し、
上記AD変換部は、上記第1のAD変換処理を1回処理し、上記第2のAD変換処理をN回(Nは複数)繰り返し処理するものであり、
1回目に上記第1のAD変換処理を開始するタイミングと、1回目に行う第2のAD変換処理を開始するタイミングまでの時間をTcds1とし、
2回目以降のN回目に行う第2のAD変換処理を開始する時間と、1回目に行う第1のAD変換処理を開始するまでの時間をTcdsNとすると、
TcdsN=Tcds1×M (Mは2以上の整数)
となる関係の時間で、上記第1のAD変換処理および上記第2のAD変換処理を行うことを特徴とする固体撮像素子。 A solid-state image sensor,
A reference signal generation unit that generates a reference signal based on a ramp signal that changes at a predetermined time rate of change;
An AD conversion unit having a comparison unit and a counter unit for acquiring digital data to be processed based on the output data of the counter unit;
Have
The comparison unit is configured to acquire the reference signal supplied from the reference signal generation unit and a first processing target signal and a video signal, which are analog signals at reset, which are output from the pixel circuit in the solid-state image sensor. The second processed signal, which is an analog signal of
The counter section is supplied with a count clock for AD conversion, performs a counting operation based on the comparison result of the comparison section,
The solid-state image sensor further includes
For the processing target signal, at least one of the first AD conversion processing of the first processing target signal and the second AD conversion processing of the second processing target signal has a predetermined number of times (N Number of times: N ≧ 2), a drive control unit that controls the reference signal generation unit and the AD conversion unit to execute a first digital integration process and a second digital integration process that are repeatedly performed a plurality of times. When,
Correlated double sampling operation based on the first digital data obtained by executing the first digital integration processing and the second digital data obtained by executing the second digital integration processing. A CDS processing unit that performs
Equipped with,
The AD conversion unit processes the first AD conversion process once and repeatedly executes the second AD conversion process N times (N is a plurality).
Let Tcds1 be the time between the timing of starting the first AD conversion processing for the first time and the timing of starting the second AD conversion processing for the first time.
Let TcdsN be the time to start the second AD conversion process performed in the Nth time after the second time and the time to start the first AD conversion process performed in the first time.
TcdsN = Tcds1 × M (M is an integer of 2 or more )
Become in time relation, the first AD conversion processing and the second solid-state image pickup element you and performs AD conversion.
撮像に係る駆動部と、
上記駆動部に対して、駆動電圧を供給するドライバ回路と、
上記ドライバ回路に対して、PWM変調した変調信号により駆動電圧を制御する制御部と、
を有する撮像装置であって、
上記制御部は、上記PWM変調に係るキャリア周波数Feを
(1/Tcds)×L=Fe (但し、Lは整数)
の関係となるように設定することを特徴とする撮像装置。 A solid-state imaging device according to claim 1 , or 3 or 4 ,
A drive unit related to imaging,
A driver circuit that supplies a drive voltage to the drive unit,
A control unit for controlling a drive voltage by a PWM-modulated modulation signal for the driver circuit;
An imaging device having
The control unit sets the carrier frequency Fe related to the PWM modulation to (1 / Tcds) × L = Fe (where L is an integer)
An image pickup apparatus, which is set so as to satisfy the following relationship.
上記AD変換部は、上記ノイズ周波数検出手段が検出したノイズ周波数に対応して、1回目に行う第1のAD変換処理を開始するタイミングと、1回目に行う第2のAD変換処理を開始するタイミングまでの時間(Tcds1)を設定することを特徴とする請求項3または4に記載の固体撮像素子。The AD conversion section starts the first AD conversion process at the first time and the second AD conversion process at the first time in response to the noise frequency detected by the noise frequency detection means. The solid-state image sensor according to claim 3 or 4, wherein a time (Tcds1) until timing is set.
撮像に係る駆動部と、
上記駆動部に対して、駆動電圧を供給するドライバ回路と、
上記ドライバ回路に対して、PWM変調した変調信号により駆動電圧を制御する制御部と、
を有する撮像装置であって、
上記制御部は、上記PWM変調に係るキャリア周波数をFeで動作させ、
上記固体撮像素子に設けられた上記ノイズ周波数検出手段は、上記PWM変調に係るキャリア周波数Feを外来ノイズ周波数として検出し、
上記AD変換部は、上記第1のAD変換処理と第2のAD変換処理を実行する時間間隔を、
(1/Tcds)×L=Fe (但し、Lは整数)
の関係となるように設定することを特徴とする撮像装置。 A solid-state image sensor according to claim 2 or 6 ,
A drive unit related to imaging,
A driver circuit that supplies a drive voltage to the drive unit,
A control unit for controlling a drive voltage by a PWM-modulated modulation signal for the driver circuit;
An imaging device having
The control unit operates the carrier frequency related to the PWM modulation with Fe,
The noise frequency detection means provided in the solid-state imaging device detects the carrier frequency Fe related to the PWM modulation as an external noise frequency,
The AD conversion unit sets a time interval for executing the first AD conversion processing and the second AD conversion processing as
(1 / Tcds) × L = Fe (where L is an integer)
An image pickup apparatus, which is set so as to satisfy the following relationship.
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|---|---|---|---|
| JP2015214373A JP6688038B2 (en) | 2015-10-30 | 2015-10-30 | Solid-state imaging device and imaging device |
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| JP2015214373A JP6688038B2 (en) | 2015-10-30 | 2015-10-30 | Solid-state imaging device and imaging device |
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