(57)【要約】【課題】第１および第２の参照信号の変化率の比に応じて、画素の出力信号をアナログからデジタルに変換した値を適切に補正することができるようにする。【解決手段】撮像装置は、光電変換部を有する画素と、第１の変化率で変化する第１の参照信号と、第１の変化率とは異なる第２の変化率で変化する第２の参照信号と、基準信号とを基に、第１の変化率と第２の変化率との比を得る第１の演算部と、画素の出力信号の大きさに応じて、第１の参照信号または第２の参照信号を用いて、画素の出力信号をアナログからデジタルに変換するアナログデジタル変換部と、第１の変化率と第２の変化率との比を基に、第１の参照信号または第２の参照信号を用いて、画素の出力信号をアナログからデジタルに変換した値を補正する第２の演算部とを有し、基準信号は、第１の変化率に応じて変わる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部を有する画素と、
第１の変化率で変化する第１の参照信号と、前記第１の変化率とは異なる第２の変化率で変化する第２の参照信号と、基準信号とを基に、前記第１の変化率と前記第２の変化率との比を得る第１の演算部と、
前記画素の出力信号の大きさに応じて、前記第１の参照信号または前記第２の参照信号を用いて、前記画素の出力信号をアナログからデジタルに変換するアナログデジタル変換部と、
前記第１の変化率と前記第２の変化率との比を基に、前記第１の参照信号または前記第２の参照信号を用いて、前記画素の出力信号をアナログからデジタルに変換した値を補正する第２の演算部とを有し、
前記基準信号は、前記第１の変化率に応じて変わることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記アナログデジタル変換部は、前記画素の出力信号と閾値信号との比較結果に応じて、前記第１の参照信号または前記第２の参照信号を用いて、前記画素の出力信号をアナログからデジタルに変換し、
前記閾値信号は、前記第１の変化率に応じて変わることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記閾値信号のレベルは、前記基準信号のレベルと同じであることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記基準信号は、前記第１の参照信号を用いて、前記基準信号がアナログからデジタルに変換された値が第１の範囲内になるように制御されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記基準信号は、テーブルを基に制御されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記アナログデジタル変換部は、
前記画素の光電変換に基づく信号が閾値信号より小さい場合には、前記第１の参照信号を用いて、前記画素の光電変換に基づく信号を第１のデジタル値に変換し、
前記画素の光電変換に基づく信号が前記閾値信号より大きい場合には、前記第２の参照信号を用いて、前記画素の光電変換に基づく信号を第２のデジタル値に変換することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記アナログデジタル変換部は、
前記第１の参照信号を用いて、前記画素のリセット解除に基づく信号を第３のデジタル値に変換し、
前記第２の参照信号を用いて、前記画素のリセット解除に基づく信号を第４のデジタル値に変換することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第２の演算部は、
前記画素の光電変換に基づく信号が前記閾値信号より小さい場合には、前記第１のデジタル値と前記第３のデジタル値との差分を出力し、
前記画素の光電変換に基づく信号が前記閾値信号より大きい場合には、前記第１の変化率と前記第２の変化率との比を基に、前記第２のデジタル値と前記第４のデジタル値との差分を補正することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第１の演算部は、前記第１の参照信号と前記基準信号との比較結果と、前記第２の参照信号と前記基準信号との比較結果とを基に、前記第１の変化率と前記第２の変化率との比を得ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第１の演算部は、前記第１の参照信号と前記画素のリセット解除に基づく信号との比較結果と、前記第１の参照信号と前記基準信号との比較結果と、前記第２の参照信号と前記画素のリセット解除に基づく信号との比較結果と、前記第２の参照信号と前記基準信号との比較結果とを基に、前記第１の変化率と前記第２の変化率との比を得ることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
光電変換部を有する画素を有する撮像装置の制御方法であって、
第１の変化率で変化する第１の参照信号と、前記第１の変化率とは異なる第２の変化率で変化する第２の参照信号と、基準信号とを基に、前記第１の変化率と前記第２の変化率との比を得、
前記画素の出力信号の大きさに応じて、前記第１の参照信号または前記第２の参照信号を用いて、前記画素の出力信号をアナログからデジタルに変換し、
前記第１の変化率と前記第２の変化率との比を基に、前記第１の参照信号または前記第２の参照信号を用いて、前記画素の出力信号をアナログからデジタルに変換した値を補正し、
前記基準信号は、前記第１の変化率に応じて変わることを特徴とする撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置および撮像装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アナログデジタル変換を行うアナログデジタル変換部を有する撮像装置が知られている。撮像装置は、時間に対してレベルが変化する参照信号と画素信号とを比較することにより、画素信号のアナログデジタル変換を行う。
【０００３】
特許文献１には、参照信号の特性ばらつきによって発生するアナログ信号とデジタル信号間のリニアリティ段差の補正を行う方法が開示されている。特許文献１は、上記のリニアリティ段差の補正を行うための補正値を取得するための基準信号と複数の参照信号を用いてアナログデジタル変換し、複数の参照信号の比を求め、補正値を取得する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２２９８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
撮像装置を出荷する際に参照信号の変化率をチューニングすることにより、画素毎の感度のばらつきを抑制する。そのため、参照信号の変化率は撮像装置ごとに異なる。特許文献１の構成では、参照信号の変化率が大きく変わる場合に補正値を取得するための基準信号と参照信号の関係が崩れて、補正値が正しく取得できなくなり、補正の精度が低下することが想定される。
【０００６】
本発明の目的は、第１および第２の参照信号の変化率の比に応じて、画素の出力信号をアナログからデジタルに変換した値を適切に補正することができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、撮像装置は、光電変換部を有する画素と、第１の変化率で変化する第１の参照信号と、前記第１の変化率とは異なる第２の変化率で変化する第２の参照信号と、基準信号とを基に、前記第１の変化率と前記第２の変化率との比を得る第１の演算部と、前記画素の出力信号の大きさに応じて、前記第１の参照信号または前記第２の参照信号を用いて、前記画素の出力信号をアナログからデジタルに変換するアナログデジタル変換部と、前記第１の変化率と前記第２の変化率との比を基に、前記第１の参照信号または前記第２の参照信号を用いて、前記画素の出力信号をアナログからデジタルに変換した値を補正する第２の演算部とを有し、前記基準信号は、前記第１の変化率に応じて変わる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１および第２の参照信号の変化率の比に応じて、画素の出力信号をアナログからデジタルに変換した値を適切に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】撮像システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】撮像素子の構成例を示すブロック図である。
【図３】画素の構成例を示す回路図である。
【図４】列信号処理部の構成例を示す図である。
【図５】撮像素子の動作を示すタイムチャートである。
【図６】撮像素子の動作を示すタイムチャートである。
【図７】撮像素子の動作を示すタイムチャートである。
【図８】撮像素子の動作を示すタイムチャートである。
【図９】撮像システムの制御方法を示すフローチャートである。
【図１０】撮像素子の動作を示すタイムチャートである。
【図１１】テーブルを示す図である。
【図１２】撮像システムの制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による撮像システム１０の構成例を示すブロック図である。撮像システム１０は、例えば、デジタルスチルカメラまたはデジタルビデオカメラなどである。撮像システム１０は、撮像光学系１１、撮像素子１２、信号処理部１３、圧縮伸張部１４、同期制御部１５、操作部１６、画像表示部１７および画像記録部１８を有する。
【００１１】
撮像光学系１１は、レンズ、レンズ駆動機構、メカニカルシャッタ機構および絞り機構などを有し、光学像を撮像素子１２上に結像させる。撮像光学系１１は、同期制御部１５からの制御信号に基づいて、レンズ、メカニカルシャッタ機構および絞り機構を駆動する。
【００１２】
撮像素子１２は、例えばＸＹアドレス方式のＣＭＯＳセンサなどの撮像装置である。撮像素子１２は、同期制御部１５からの制御信号を基に、光電変換により画像信号を生成し、画像信号をアナログからデジタルに変換し、デジタルの画像信号を信号処理部１３に出力する。
【００１３】
信号処理部１３は、同期制御部１５の制御の下で、撮像素子１２から入力されるデジタルの画像信号に対して、信号処理と、ＡＦ（Auto Focus）およびＡＥ（Auto Exposure）等の制御情報の検出を実施する。信号処理部１３は、信号処理された画像信号と制御情報を同期制御部１５に出力する。
【００１４】
圧縮伸張部１４は、同期制御部１５の制御の下、信号処理部１３により信号された画像信号の圧縮符号化処理を実施したり、静止画像の符号化データの伸張復号化処理を実施する。また、圧縮伸張部１４は、動画像の圧縮符号化と伸張復号化処理を実施してもよい。
【００１５】
同期制御部１５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）などを有するマイクロコントローラである。同期制御部１５は、ＲＯＭなどに記憶されたプログラムを実行することにより、撮像システム１０の各構成要素を制御する。
【００１６】
操作部１６は、例えばシャッタレリーズボタンなどの各種操作部材を有し、ユーザによる入力操作に応じた制御信号を同期制御部１５に出力する。画像表示部１７は、画像などを液晶表示器（ＬＣＤ）などの表示デバイスに表示する。画像記録部１８は、例えば、可搬型の記録媒体に対して、圧縮符号化された画像データファイルを記録または読み出す。
【００１７】
次に、撮像システム１０の動作について説明する。まず、静止画像の撮像方法を説明する。撮像素子１２は、光電変換による各フレームの画像信号を信号処理部１３に順次出力する。信号処理部１３は、撮像素子１２からの画像信号に対して信号処理を施し、カメラスルー画像信号として、同期制御部１５を介して画像表示部１７に供給する。画像表示部１７は、カメラスルー画像信号を基に、動画像を表示する。ユーザは、画像表示部１７により表示される画像を見て、画角合わせを行う。
【００１８】
操作部１６のシャッタレリーズボタンがユーザにより押下されると、撮像素子１２は、同期制御部１５の制御により、１フレーム分の静止画像の画像信号を信号処理部１３に出力する。信号処理部１３は、静止画像の画像信号に信号処理を施し、処理後の画像信号を同期制御部１５を介して圧縮伸張部１４に供給する。
【００１９】
圧縮伸張部１４は、入力された画像信号を圧縮符号化することにより符号化データを生成し、符号化データを同期制御部１５を介して画像記録部１８に供給する。画像記録部１８は、符号化データを含む静止画像のデータファイルを記録媒体に記録する。
【００２０】
次に、撮像システム１０が静止画像のデータファイルを再生する動作を説明する。同期制御部１５は、操作部１６からの操作入力に応じて、選択されたデータファイルを画像記録部１８の記録媒体から読み出し、データファイルを圧縮伸張部１４に供給する。圧縮伸張部１４は、データファイル内の符号化データを伸張復号化処理することにより画像信号を取得し、画像信号を同期制御部１５を介して画像表示部１７に供給する。画像表示部１７は、その画像信号を基に、静止画像を表示する。
【００２１】
次に、撮像システム１０が動画像を記録する動作を説明する。撮像素子１３は、操作部１６の動画像記録開始指示により、各フレームの画像信号を信号処理部１３に出力する。信号処理部１３は、各フレームの画像信号を信号処理し、動画像の画像信号を生成し、動画像の画像信号を同期制御部１５を介して圧縮伸張部１４に供給する。圧縮伸張部１４は、動画像の画像信号に対して圧縮符号化処理を施すことにより動画像の符号化データを生成し、動画像の符号化データを同期制御部１５を介して画像記録部１８に供給する。画像記録部１８は、動画像の符号化データを含む動画像のデータファイルを記録媒体に記録する。
【００２２】
次に、撮像システム１０が動画像のデータファイルを再生する動作を説明する。同期制御部１５は、操作部１６からの操作入力に応じて、選択された動画像のデータファイルを画像記録部１８の記録媒体から読み出し、データファイルを圧縮伸張部１４に供給する。圧縮伸張部１４は、データファイル内の符号化データを伸張復号化処理することにより動画像の画像信号を取得し、画像信号を同期制御部１５を介して画像表示部１７に供給する。画像表示部１７は、その画像信号を基に、動画像を表示する。
【００２３】
図２は、図１の撮像素子１２の構成例を示すブロック図である。撮像素子１２は、画素領域２０１、垂直走査部２０２、複数の列信号処理部２０３、水平走査部２０７、出力部２０９およびタイミング信号生成部２１１を有する。
【００２４】
画素領域２０１は、２次元行列状に配列された複数の画素２００を有する。複数の画素２００は、行列状の画素Ｐ１１〜Ｐ８６として表現される。１行目の画素２００は、画素Ｐ１１〜Ｐ１６として表される。８行目の画素２００は、画素Ｐ８１〜Ｐ８６として表される。複数の画素２００は、８行６列を例として説明するが、画素２００の行列数は限定されない。
【００２５】
また、複数の画素２００は、ベイヤ配列のカラーフィルタが設けられる。奇数行の画素２００には、Ｒ（赤）フィルタとＧ（緑）フィルタが交互に設けられる。偶数行の画素２００には、Ｇ（緑）フィルタとＢ（青）フィルタが交互に設けられる。
【００２６】
垂直走査部２０２は、行単位で画素２００を選択し、選択した画素２００のリセット動作と読み出し動作を制御する。垂直走査部２０２は、各行の画素制御線２２１を介して、各行の画素２００に、行単位の駆動制御信号を出力する。
【００２７】
各列の画素２００は、各列の信号線２３１を介して、光電変換に基づく画素信号を各列の列信号処理部２０３に出力する。
【００２８】
各列の列信号処理部２０３は、それぞれ、各列の信号線２３１の画素信号をアナログからデジタルに変換し、デジタルの画素信号を保持する。
【００２９】
水平走査部２０７は、各列の選択線２５１を介して、各列の列信号処理部２０３を順に選択し、各列の列信号処理部２０３に保持されている各列の画素信号を、出力線２６１を介して出力部２０９に転送する。出力部２０９は、デジタルの画素信号を図１の信号処理部１３へ出力する。
【００３０】
タイミング信号生成部２１１は、図１の同期制御部１５からの制御信号に基づいて、撮像素子１２の各構成要素にクロック信号または制御信号などを出力する。タイミング信号生成部２１１は、制御線２７１を介して、垂直走査部２０２にクロック信号または制御信号などを出力する。タイミング信号生成部２１１は、制御線２８１を介して、各列の列信号処理部２０３にクロック信号または制御信号などを出力する。タイミング信号生成部２１１は、制御線２８５を介して、水平走査部２０７にクロック信号または制御信号などを出力する。
【００３１】
図３は、図２の画素２００の構成例を示す回路図である。画素２００は、画素制御線２２１および信号線２３１に接続される。画素制御線２２１は、リセット制御線ｐＲ、転送制御線ｐＴおよび選択線ｐＳＥＬを有する。
【００３２】
画素２００は、光電変換部Ｄ１、転送トランジスタＴ１、リセットトランジスタＴ２、フローティングディフュージョン容量（ＦＤ容量）Ｃｆｄ、増幅トランジスタＴｄｒｖおよび選択トランジスタＴ３を有する。
【００３３】
光電変換部Ｄ１は、例えばフォトダイオードであり、光を電荷に変換し、変換した電荷を蓄積する。光電変換部Ｄ１は、アノードがグランド電位ノードに接続され、カソードが転送トランジスタＴ１のソースに接続される。
【００３４】
転送トランジスタＴ１は、転送スイッチであり、ゲートが転送制御線ｐＴに接続され、ドレインがＦＤ容量Ｃｆｄに接続され、ソースがＦＤ容量Ｃｆｄに接続される。転送トランジスタＴ１は、転送制御線ｐＴの信号に応じて、光電変換部Ｄ１により変換された電荷をＦＤ容量Ｃｆｄに転送する。
【００３５】
ＦＤ容量Ｃｆｄは、一方の端子がグランド電位ノードに接続され、他の端子が増幅トランジスタのゲートに接続される。ＦＤ容量Ｃｆｄは、電荷を蓄積する蓄積部であり、電荷を電圧に変換する。
【００３６】
リセットトランジスタＴ２は、リセットスイッチであり、ゲートがリセット制御線ｐＲに接続され、ドレインが電源電圧ノードＶＤＤに接続され、ソースがＦＤ容量Ｃｆｄに接続される。リセットトランジスタＴ２は、リセット制御線ｐＲの信号に応じて、ＦＤ容量Ｃｆｄの電圧を電源電圧ノードＶＤＤの電圧にリセットする。
【００３７】
増幅トランジスタＴｄｒｖは、増幅部であり、アンプを構成するトランジスタである。増幅トランジスタＴｄｒｖは、ゲートがＦＤ容量Ｃｆｄに接続され、ドレインが電源電圧ノードＶＤＤに接続され、ソースが選択トランジスタＴ３のドレインに接続される。増幅トランジスタＴｄｒｖは、ＦＤ容量Ｃｆｄの電荷量に応じた電圧を出力する。
【００３８】
選択トランジスタＴ３は、選択スイッチであり、ゲートが選択線ｐＳＥＬに接続され、ソースが信号線２３１に接続され、ドレインが増幅トランジスタＴｄｒｖのソースに接続される。選択トランジスタＴ３は、選択線ｐＳＥＬの信号に応じて、増幅トランジスタＴｄｒｖの出力信号を信号線２３１に出力する。
【００３９】
各列の信号線２３１には、負荷トランジスタＴｌｏｄが接続される。負荷トランジスタＴｌｏｄは、ソースとゲートがグランド電位ノードに接続され、ドレインが信号線２３１に接続される。負荷トランジスタＴｌｏｄと増幅トランジスタＴｄｒｖは、アンプとなるソースフォロア回路を構成している。画素２００が信号線２３１に信号を出力する場合、負荷トランジスタＴｌｏｄは、ゲート接地の定電流源として動作する。
【００４０】
転送トランジスタＴ１、リセットトランジスタＴ２および選択トランジスタＴ３は、スイッチとして動作し、ゲートがハイレベルの場合に導通し（オンし）、ゲートがローレベルの場合に遮断する（オフする）。
【００４１】
図４は、図２の列信号処理部２０３の構成例を示す図である。列信号処理部２０３は、選択トランジスタ４０１、スイッチ回路４０２、比較器４０３、カウンタ回路４０４、ラッチ回路４０５および演算回路４０６を有する。制御線２８１は、制御線ｐＣｏｍｐ、信号線Ｖｃｏｍｐ、信号線Ｖｒｍｐ１、信号線Ｖｒｍｐ４、制御線ｐＳｗＲ、制御線ｐＣＮＴ、制御線ｐＬＴＣおよび制御線ｐＣＡＬを有する。
【００４２】
選択トランジスタ４０１は、ゲートが制御線ｐＣｏｍｐに接続され、ソースが信号線２３１に接続され、ドレインが信号線Ｖｃｏｍｐに接続される。選択トランジスタ４０１は、ゲートが制御線ｐＣｏｍｐの信号に応じて、信号線Ｖｃｏｍｐの信号を信号線２３１に出力する。
【００４３】
スイッチ回路４０２は、制御線ｐＳｗＲおよびｐＳｗＣの信号に応じて、信号線Ｖｒｍｐ１の信号または信号線Ｖｒｍｐ４の信号を比較器４０３の第１の入力端子に出力する。
【００４４】
比較器４０３は、信号線２３１の信号とスイッチ回路４０２の出力信号とを比較し、その比較結果信号を制御線ｐＳｗＣおよびカウンタ回路４０４に出力する。比較器４０３は、信号線２３１の信号がスイッチ回路４０２の出力信号より大きい場合に、ハイレベルの出力信号を出力し、信号線２３１の信号がスイッチ回路４０２の出力信号より小さい場合に、ローレベルの出力信号を出力する。
【００４５】
カウンタ回路４０４は、制御線ｐＣＮＴのクロック信号を基に、カウント値のカウントを行う。カウンタ回路４０４は、比較器４０３の出力信号を基に、カウント値のカウントを終了し、そのカウント値をラッチ回路４０５に出力する。このカウント値は、信号線２３１の信号をアナログからデジタルに変換したデジタル値である。
【００４６】
ラッチ回路４０５は、ラッチ制御線ｐＬＴＣの信号に応じて、カウンタ回路４０４が出力するカウント値を保持するとともに、保持しているカウント値を演算回路４０６に出力する。
【００４７】
演算回路４０６は、演算部であり、制御線ｐＣＡＬの信号に応じて、ラッチ回路４０５が出力するカウント値に対して処理を行い、画素信号を生成し、画素信号を記憶する。演算回路４０６は、選択線２５１の信号に応じて、記憶している画素信号を出力線２６１に出力する。
【００４８】
このように、比較器４０３、カウンタ回路４０４およびラッチ回路４０５は、信号線２３１の信号をアナログからデジタルに変換するアナログデジタル変換部である。
【００４９】
図５は、撮像素子１２の制御方法を示すタイムチャートである。図５の縦軸は電圧（信号振幅）を示し、図５の横軸は時間を示す。信号Ｖｓｉｇは、図４の信号線２３１の信号である。信号Ｖｒｍｐは、スイッチ回路４０２が比較器４０３の第１の入力端子に出力する信号である。比較器４０２は、信号Ｖｓｉｇと信号Ｖｒｍｐとの比較を行う。
【００５０】
期間ｔ１の前では、リセットトランジスタＴ２は、オン状態であり、ＦＤ容量Ｃｆｄの電圧を電源電圧ノードＶＤＤの電圧にリセットする。増幅トランジスタＴｄｒｖは、選択トランジスタＴ３を介して、ＦＤ容量Ｃｆｄのリセット電圧に応じた信号Ｖｓｉｇを信号線２３１に出力する。
【００５１】
スイッチ回路４０２は、制御線ｐＳｗＲの信号に応じて、信号線Ｖｒｍｐ１を比較器４０３の第１の入力端子に接続する。タイミング信号生成部２１１は、信号線Ｖｒｍｐ１およびスイッチ回路４０２を介して、初期レベルの信号Ｖｒｍｐを比較器４０３の第１の入力端子に出力する。
【００５２】
期間ｔ１では、リセットトランジスタＴ２は、オフ状態であり、ＦＤ容量Ｃｆｄのリセットを解除する。増幅トランジスタＴｄｒｖは、選択トランジスタＴ３を介して、ＦＤ容量Ｃｆｄのリセット解除に基づくＮ信号Ｖｎを信号Ｖｓｉｇとして信号線２３１に出力する。
【００５３】
期間ｔ２では、タイミング信号生成部２１１は、信号線Ｖｒｍｐ１およびスイッチ回路４０２を介して、時間と共にレベルが変化する参照信号Ｇ１を信号Ｖｒｍｐとして比較器４０３の第１の入力端子に出力する。参照信号Ｇ１は、初期レベルから徐々にレベルが変化するランプ波である。
【００５４】
カウンタ回路４０４は、期間ｔ２の開始時に、カウント値のカウントを開始する。比較器４０３は、Ｎ信号Ｖｎと参照信号Ｇ１を比較する。比較器４０３は、Ｎ信号Ｖｎと参照信号Ｇ１との大小関係が逆転すると、出力信号をハイレベルからローレベルに反転させる。カウンタ回路４０４は、比較器４０３の出力信号が反転すると、カウント値のカウントを終了し、期間ｔｎ１のカウント値ｃ１ｎを演算回路４０６に出力する。演算回路４０６は、カウント値ｃ１ｎを記憶する。カウント値ｃ１ｎは、参照信号Ｇ１を用いて、Ｎ信号Ｖｎをアナログからデジタルに変換したデジタル値である。
【００５５】
期間ｔ２の後、スイッチ回路４０２は、制御線ｐＳｗＲの信号に応じて、信号線Ｖｒｍｐ４を比較器４０３の第１の入力端子に接続する。カウンタ回路４０４は、カウント値をリセットする。
【００５６】
期間ｔ３では、タイミング信号生成部２１１は、信号線Ｖｒｍｐ４およびスイッチ回路４０２を介して、時間と共にレベルが変化する参照信号Ｇ４を信号Ｖｒｍｐとして比較器４０３の第１の入力端子に出力する。参照信号Ｇ４は、初期レベルから徐々にレベルが変化するランプ波である。参照信号Ｇ４の変化率は、参照信号Ｇ１の変化率より大きい。
【００５７】
カウンタ回路４０４は、期間ｔ３の開始時に、カウント値のカウントを開始する。比較器４０３は、Ｎ信号Ｖｎと参照信号Ｇ４を比較する。比較器４０３は、Ｎ信号Ｖｎと参照信号Ｇ４との大小関係が逆転すると、出力信号をハイレベルからローレベルに反転させる。カウンタ回路４０４は、比較器４０３の出力信号が反転すると、カウント値のカウントを終了し、期間ｔｎ４のカウント値ｃ４ｎを演算回路４０６に出力する。演算回路４０６は、カウント値ｃ４ｎを記憶する。カウント値ｃ４ｎは、参照信号Ｇ４を用いて、Ｎ信号Ｖｎをアナログからデジタルに変換したデジタル値である。
【００５８】
期間ｔ３の後、スイッチ回路４０２は、制御線ｐＳｗＲの信号に応じて、信号線Ｖｒｍｐ１を比較器４０３の第１の入力端子に接続する。カウンタ回路４０４は、カウント値をリセットする。
【００５９】
期間ｔ４では、転送トランジスタＴ１は、光電変換部Ｄ１により変換された電荷をＦＤ容量Ｃｆｄに転送し、所定期間後に転送を終了する。増幅トランジスタＴｄｒｖは、選択トランジスタＴ３を介して、光電変換部Ｄ１の光電変換に基づくＳ信号ＶｓｉｇＨまたはＶｓｉｇＬを信号Ｖｓｉｇとして信号線２３１に出力する。Ｓ信号ＶｓｉｇＨは、光電変換部Ｄ１が高照度の光を受光した場合のＳ信号である。Ｓ信号ＶｓｉｇＬは、光電変換部Ｄ１が低照度の光を受光した場合のＳ信号である。
【００６０】
まず、増幅トランジスタＴｄｒｖがＳ信号ＶｓｉｇＬを出力する場合を説明する。期間ｔ５では、タイミング信号生成部２１１は、信号線ＶｓｉｇＬの信号を初期レベルから閾値レベルＶｊｄｖまで上昇させる。期間ｔ６では、タイミング信号生成部２１１は、信号線Ｖｒｍｐ１およびスイッチ回路４０２を介して、一定レベルの閾値信号Ｖｊｄを信号Ｖｒｍｐとして比較器４０３の第１の入力端子に出力する。閾値信号Ｖｊｄのレベルは、閾値レベルＶｊｄｖである。
【００６１】
比較器４０３は、Ｓ信号ＶｓｉｇＬと閾値信号Ｖｊｄを比較する。比較器４０３は、Ｓ信号ＶｓｉｇＬが閾値信号Ｖｊｄより小さいので、ローレベルの出力信号を制御線ｐＳｗＣに出力する。すると、スイッチ回路４０２は、信号線Ｖｒｍｐ１を比較器４０３の第１の入力端子に接続する。
【００６２】
期間ｔ７では、タイミング信号生成部２１１は、信号線Ｖｒｍｐ１およびスイッチ回路４０２を介して、時間と共にレベルが変化する参照信号Ｇ１を信号Ｖｒｍｐとして比較器４０３の第１の入力端子に出力する。
【００６３】
カウンタ回路４０４は、期間ｔ７の開始時に、カウント値のカウントを開始する。比較器４０３は、Ｓ信号ＶｓｉｇＬと参照信号Ｇ１を比較する。比較器４０３は、Ｓ信号ＶｓｉｇＬと参照信号Ｇ１との大小関係が逆転すると、出力信号をハイレベルからローレベルに反転させる。カウンタ回路４０４は、比較器４０３の出力信号が反転すると、カウント値のカウントを終了し、期間ｔｓ１のカウント値ｃ１ｓを演算回路４０６に出力する。演算回路４０６は、カウント値ｃ１ｓを記憶する。カウント値ｃ１ｓは、参照信号Ｇ１を用いて、Ｓ信号ＶｓｉｇＬをアナログからデジタルに変換したデジタル値である。
【００６４】
演算回路４０６は、カウント値ｃ１ｓとカウント値ｃ１ｎとの差分を記憶し、選択線２５１の信号に応じて、カウント値ｃ１ｓとカウント値ｃ１ｎとの差分を画素信号として出力線２６１に出力する。
【００６５】
次に、増幅トランジスタＴｄｒｖがＳ信号ＶｓｉｇＨを出力する場合を説明する。期間ｔ５では、タイミング信号生成部２１１は、信号線ＶｓｉｇＬの信号を初期レベルから閾値レベルＶｊｄｖまで上昇させる。期間ｔ６では、タイミング信号生成部２１１は、上記と同様に、信号線Ｖｒｍｐ１およびスイッチ回路４０２を介して、一定レベルの閾値信号Ｖｊｄを信号Ｖｒｍｐとして比較器４０３の第１の入力端子に出力する。
【００６６】
比較器４０３は、Ｓ信号ＶｓｉｇＨと閾値信号Ｖｊｄを比較する。比較器４０３は、Ｓ信号ＶｓｉｇＨが閾値信号Ｖｊｄより大きいので、ハイレベルの出力信号を制御線ｐＳｗＣに出力する。すると、スイッチ回路４０２は、信号線Ｖｒｍｐ４を比較器４０３の第１の入力端子に接続する。
【００６７】
期間ｔ７では、タイミング信号生成部２１１は、信号線Ｖｒｍｐ４およびスイッチ回路４０２を介して、時間と共にレベルが変化する参照信号Ｇ４を信号Ｖｒｍｐとして比較器４０３の第１の入力端子に出力する。参照信号Ｇ４は、参照信号Ｇ１に対して、変化率（傾き）の絶対値が大きい。
【００６８】
カウンタ回路４０４は、期間ｔ７の開始時に、カウント値のカウントを開始する。比較器４０３は、Ｓ信号ＶｓｉｇＨと参照信号Ｇ４を比較する。比較器４０３は、Ｓ信号ＶｓｉｇＨと参照信号Ｇ４との大小関係が逆転すると、出力信号をハイレベルからローレベルに反転させる。カウンタ回路４０４は、比較器４０３の出力信号が反転すると、カウント値のカウントを終了し、期間ｔｓ４のカウント値ｃ４ｓを演算回路４０６に出力する。演算回路４０６は、カウント値ｃ４ｓを記憶する。カウント値ｃ４ｓは、参照信号Ｇ４を用いて、Ｓ信号ＶｓｉｇＨをアナログからデジタルに変換したデジタル値である。
【００６９】
演算回路４０６は、カウント値ｃ４ｓとカウント値ｃ４ｎとの差分の４倍の値を記憶し、選択線２５１の信号に応じて、カウント値ｃ４ｓとカウント値ｃ４ｎとの差分の４倍の値を画素信号として出力線２６１に出力する。４倍は、参照信号Ｇ４が参照信号Ｇ１に対して変化率の絶対値が４倍であるための倍率である。
【００７０】
撮像素子１２の出荷時に、参照信号Ｇ１またはＧ４の変化率をチューニングすることにより、画素２００の感度のばらつきを抑制することができる。そのため、参照信号Ｇ１およびＧ４の変化率は、撮像素子１２ごとに異なる。そのため、実際には、参照信号Ｇ４の変化率の絶対値は、参照信号Ｇ１の変化率の絶対値に対して、誤差が生じ、４倍にならない場合が多い。その場合に、演算回路４０６は、上記の差分の４倍の値を出力すると、Ｓ信号ＶｓｉｇＨの画素信号とＳ信号ＶｓｉｇＬの画素信号との間に誤差が発生し、アナログデジタル変換のリニアリティ段差が発生してしまう。
【００７１】
期間ｔ７における参照信号Ｇ１の最大レベルは、レベルＧ１ｖである。期間ｔ６の閾値信号Ｖｊｄのレベルは、レベルＶｊｄｖである。レベルＶｊｄｖおよびＧ１ｖは、Ｖｊｄｖ＜Ｇ１ｖの関係を有する。また、Ｎ信号Ｖｎは、Ｓ信号ＶｓｉｇＬおよびＶｓｉｇＨに対して小さいので、期間ｔ２は期間Ｔ７より短く、期間ｔ３は期間ｔ７より短い。期間ｔ２の参照信号Ｇ１と期間ｔ７の参照信号Ｇ１は、相互に、変化率が同じである。期間ｔ３の参照信号Ｇ４と期間ｔ７の参照信号Ｇ４は、相互に、変化率が同じである。
【００７２】
図６（ａ）および図６（ｂ）は、上記のリニアリティ段差を補正するための補正値αを取得するための撮像素子１２の動作を説明するためのタイムチャートである。補正値αは、参照信号Ｇ１およびＧ４の変化率の絶対値の比を補正するための補正値である。上記の場合、演算回路４０６は、カウント値ｃ４ｓとカウント値ｃ４ｎとの差分のα倍の値を記憶し、選択線２５１の信号に応じて、カウント値ｃ４ｓとカウント値ｃ４ｎとの差分のα倍の値を画素信号として出力線２６１に出力すればよい。
【００７３】
図６（ａ）は、参照信号Ｇ１を用いたアナログデジタル変換を行う撮像素子１２の動作を説明するためのタイムチャートである。
【００７４】
期間ｔ１およびｔ２では、撮像素子１２は、上記のように、図５の期間ｔ１およびｔ２と同様の処理を行う。演算回路４０６は、期間ｔｎ１のカウント値ｃ１ｎを記憶する。カウント値ｃ１ｎは、参照信号Ｇ１を用いて、Ｎ信号Ｖｎをアナログからデジタルに変換したデジタル値である。
【００７５】
期間ｔｃ４では、タイミング信号生成部２１１は、信号線Ｖｃｏｍｐに所定レベルの基準信号ＶＣｏｍｐを出力する。選択トランジスタ４０１は、オンになり、信号線Ｖｃｏｍｐを信号線２３１に接続する。信号線２３１の信号Ｖｓｉｇは、基準信号ＶＣｏｍｐになる。
【００７６】
期間ｔ７では、タイミング信号生成部２１１は、信号線Ｖｒｍｐ１およびスイッチ回路４０２を介して、参照信号Ｇ１を信号Ｖｒｍｐとして比較器４０３の第１の入力端子に出力する。カウンタ回路４０４は、期間ｔ７の開始時に、カウント値のカウントを開始する。比較器４０３は、基準信号ＶＣｏｍｐと参照信号Ｇ１を比較する。比較器４０３は、基準信号ＶＣｏｍｐと参照信号Ｇ１との大小関係が逆転すると、出力信号をハイレベルからローレベルに反転させる。カウンタ回路４０４は、比較器４０３の出力信号が反転すると、カウント値のカウントを終了し、期間ｔｃｓ１のカウント値ｃ１ｃｓを演算回路４０６に出力する。演算回路４０６は、カウント値ｃ１ｃｓを記憶する。カウント値ｃ１ｃｓは、参照信号Ｇ１を用いて、基準信号ＶＣｏｍｐをアナログからデジタルに変換したデジタル値である。
【００７７】
図６（ｂ）は、参照信号Ｇ４を用いたアナログデジタル変換を行う撮像素子１２の動作を説明するためのタイムチャートである。
【００７８】
期間ｔ１およびｔ３では、撮像素子１２は、上記のように、図５の期間ｔ１およびｔ３と同様の処理を行う。演算回路４０６は、期間ｔｎ４のカウント値ｃ４ｎを記憶する。カウント値ｃ４ｎは、参照信号Ｇ４を用いて、Ｎ信号Ｖｎをアナログからデジタルに変換したデジタル値である。
【００７９】
期間ｔｃ４では、タイミング信号生成部２１１は、信号線Ｖｃｏｍｐに所定レベルの基準信号ＶＣｏｍｐを出力する。選択トランジスタ４０１は、オンになり、基準信号線Ｖｃｏｍｐを信号線２３１に接続する。信号線２３１の信号Ｖｓｉｇは、基準信号ＶＣｏｍｐになる。
【００８０】
期間ｔ７では、タイミング信号生成部２１１は、信号線Ｖｒｍｐ４およびスイッチ回路４０２を介して、参照信号Ｇ４を信号Ｖｒｍｐとして比較器４０３の第１の入力端子に出力する。カウンタ回路４０４は、期間ｔ７の開始時に、カウント値のカウントを開始する。比較器４０３は、基準信号ＶＣｏｍｐと参照信号Ｇ４を比較する。比較器４０３は、基準信号ＶＣｏｍｐと参照信号Ｇ４との大小関係が逆転すると、出力信号をハイレベルからローレベルに反転させる。カウンタ回路４０４は、比較器４０３の出力信号が反転すると、カウント値のカウントを終了し、期間ｔｃｓ４のカウント値ｃ４ｃｓを演算回路４０６に出力する。演算回路４０６は、カウント値ｃ４ｃｓを記憶する。カウント値ｃ４ｃｓは、参照信号Ｇ４を用いて、基準信号ＶＣｏｍｐをアナログからデジタルに変換したデジタル値である。
【００８１】
次に、演算回路４０６は、式（１）により、上記のカウント値ｃ１ｎ、ｃ４ｎ、ｃ１ｃｓおよびｃ４ｃｓを用いて補正値αを算出する。補正値αは、参照信号Ｇ１の変化率と参照信号Ｇ４の変化率との比である。
α＝（ｃ１ｃｓ−ｃ１ｎ）／（ｃ４ｃｓ−ｃ４ｎ）  ・・・（１）
【００８２】
上記では、図５の期間ｔ７の後、演算回路４０６は、カウント値ｃ４ｓとカウント値ｃ４ｎとの差分の４倍の値を記憶し、選択線２５１の信号に応じて、カウント値ｃ４ｓとカウント値ｃ４ｎとの差分の４倍の値を画素信号として出力線２６１に出力すると説明した。その代わりに、演算回路４０６は、カウント値ｃ４ｓとカウント値ｃ４ｎとの差分のα倍の値を記憶し、選択線２５１の信号に応じて、カウント値ｃ４ｓとカウント値ｃ４ｎとの差分のα倍の値を画素信号として出力線２６１に出力する。すなわち、演算回路４０６は、補正値αを用いて、カウント値ｃ４ｓとカウント値ｃ４ｎとの差分の値を、カウント値ｃ４ｓとカウント値ｃ４ｎとの差分のα倍の値に補正する。これにより、撮像素子１２は、アナログデジタル変換のリニアリティ段差を補正し、Ｓ信号ＶｓｉｇＬおよびＶｓｉｇＨに対して、リニアリティを保ったまま、アナログデジタル変換を行うことができる。
【００８３】
撮像素子１２は、画素２００のＳ信号を読み出す前に、図６（ａ）および図６（ｂ）の処理を行い、補正値αを算出することが好ましい。例えば、撮像素子１２は、撮像動作の初期化処理において、図６（ａ）および図６（ｂ）の処理を行い、補正値αを算出することが好ましい。撮像素子１２は、列ごとに、補正値αを算出することができる。また、撮像素子１２は、一部の列または全部の列で、共通の補正値αを算出してもよい。
【００８４】
なお、基準信号ＶＣｏｍｐは、補正値αの精度の観点から、閾値信号Ｖｊｄと同じ大きさであることが好ましい。しかし、図７に示すように、期間ｔ７において、参照信号Ｇ１の最大レベルＧ１ｖよりも基準信号ＶＣｏｍｐが大きい場合、比較器４０３の出力信号が反転しない。そのため、演算回路４０６は、補正値αが正しく算出できない。
【００８５】
この要因の一つは、撮像素子１２が画素２００の感度ばらつきを吸収するため、出荷工程で、参照信号Ｇ１またはＧ４の変化率をチューニングしていることである。画素２００の感度ばらつきは、撮像素子１２を製造する際に、光電変換部Ｄ１の製造ばらつき、カラーフィルタの膜厚ばらつきなどにより発生する。撮像素子１２の画素２００の感度ばらつきは、数十％程度である。
【００８６】
次に、参照信号Ｇ１またはＧ４の変化率をチューニングすることにより、画素２００の感度ばらつきを抑制する方法について、図８を参照しながら説明する。撮像素子１２は、画素２００の感度ばらつきを調整するため、撮像素子１２の出荷の検査では、特定の条件、例えば、撮像素子１２として適正な光源を入力した際の出力信号を基に、同条件での出力信号が適正となるように参照信号Ｇ１およびＧ４の変化率を決定する。
【００８７】
図８は、特定の条件における撮像素子１２の信号ＶｓｉｇおよびＶｒｍｐを示すタイムチャートである。図８は、図５の参照信号Ｇ１に関する信号を示すものである。期間ｔ１、ｔ２、ｔ４、ｔ５、ｔ６およびｔ７は、図５の期間ｔ１、ｔ２、ｔ４、ｔ５、ｔ６およびｔ７と同様である。期間ｔ２では、演算回路４０６は、上記のように、期間ｔｎ１のカウント値ｃ１ｎを記憶する。
【００８８】
Ｓ信号ＶｓｉｇＬＨは、感度が高い画素２００を有する撮像素子１２のＳ信号ＶｓｉｇＬである。Ｓ信号ＶｓｉｇＬＬは、感度が低い画素２００を有する撮像素子１２のＳ信号ＶｓｉｇＬである。Ｓ信号ＶｓｉｇＬＭは、適正な感度の画素２００を有する撮像素子１２のＳ信号ＶｓｉｇＬである。
【００８９】
Ｓ信号ＶｓｉｇＬＨの場合、期間ｔ７では、比較器４０３は、Ｓ信号ＶｓｉｇＬＨと参照信号Ｇ１を比較し、演算回路４０６は、上記と同様に、期間ｔｓ１Ｈのカウント値ｃ１ｓＨを記憶する。
【００９０】
Ｓ信号ＶｓｉｇＬＬの場合、期間ｔ７では、比較器４０３は、Ｓ信号ＶｓｉｇＬＬと参照信号Ｇ１を比較し、演算回路４０６は、上記と同様に、期間ｔｓ１Ｌのカウント値ｃ１ｓＬを記憶する。
【００９１】
Ｓ信号ＶｓｉｇＬＭの場合、期間ｔ７では、比較器４０３は、Ｓ信号ＶｓｉｇＬＭと参照信号Ｇ１を比較し、演算回路４０６は、上記と同様に、期間ｔｓ１Ｍのカウント値ｃ１ｓＭを記憶する。
【００９２】
次に、演算回路４０６がチューニング値ＴＨを算出する方法を説明する。Ｓ信号ＶｓｉｇＬＨの場合、演算回路４０６は、式（２）により、感度の差分つまり参照信号Ｇ１の変化率のチューニング値ＴＮを算出する。
ＴＮ＝（ｃ１ｓＨ−ｃ１ｎ）／（ｃ１ｓＭ−ｃ１ｎ）  ・・・（２）
【００９３】
Ｓ信号ＶｓｉｇＬＬの場合、演算回路４０６は、式（３）により、感度の差分つまり参照信号Ｇ１の変化率のチューニング値ＴＮを算出する。
ＴＮ＝（ｃ１ｓＬ−ｃ１ｎ）／（ｃ１ｓＭ−ｃ１ｎ）  ・・・（３）
【００９４】
同期制御部１５は、内部のＲＯＭに、チューニング値ＴＮを保存する。タイミング信号生成部２１１は、チューニング値ＴＮを基に、参照信号Ｇ１の変化率を調整し、参照信号Ｇ１を生成する。これにより、撮像素子１２の感度ばらつきが調整される。
【００９５】
なお、タイミング信号生成部２１１は、参照信号Ｇ１およびＧ４の変化率と、基準信号ＶＣｏｍｐを制御することができる。
【００９６】
図６（ａ）において、基準信号ＶＣｏｍｐのレベルが図５の期間ｔ７の参照信号Ｇ１の最大レベルＧ１ｖである場合、演算回路４０６は、比較器４０３の出力信号の反転に基づくカウント値ｃ１ｃｓｖを記憶する。
【００９７】
また、図６（ａ）において、基準信号ＶＣｏｍｐのレベルが図５の期間ｔ６の閾値信号ＶｊｄのレベルＶｊｄｖである場合、演算回路４０６は、比較器４０３の出力信号の反転に基づくカウント値ｃ１ｃｊｓを記憶する。カウント値ｃ１ｃｊｓは、参照信号Ｇ１と参照信号Ｇ４が切り替わるカウント値を示す。
【００９８】
演算回路４０６は、補正値αを求めると同時に、図６（ａ）の期間ｔｃｓ１のカウント値ｃ１ｃｓが式（４）を満たしているか否かを判定する。
ｃ１ｃｊｓ  ≦  ｃ１ｃｓ  ≦  ｃ１ｃｓｖ  ・・・（４）
【００９９】
カウント値ｃ１ｃｓｖとカウント値ｃ１ｃｊｓは、撮像素子１２の設計時に一意に決まる。そのため、演算回路４０６は、内部のＲＯＭに、カウント値ｃ１ｃｓｖとカウント値ｃ１ｃｊｓを予め保存することができる。
【０１００】
タイミング信号生成部２１１は、カウント値ｃ１ｃｓがカウント値ｃ１ｃｓｖより大きい場合、基準信号ＶＣｏｍｐが参照信号Ｇ１の最大レベルＧ１ｖより大きいと判断し、基準信号ＶＣｏｍｐのレベルを下げ、式（４）を満たすように制御する。
【０１０１】
また、タイミング信号生成部２１１は、カウント値ｃ１ｃｓがカウント値ｃ１ｃｊｓより小さい場合、基準信号ＶＣｏｍｐが閾値信号Ｖｊｄより小さいと判断し、基準信号ＶＣｏｍｐのレベルを上げ、式（４）を満たすように制御する。
【０１０２】
図９は、撮像システム１０の制御方法を示すフローチャートである。ステップＳ１００では、同期制御部１５は、操作部１６内の電源釦がユーザによりオンにされると、ステップＳ１０１に進む。
【０１０３】
ステップＳ１０１では、同期制御部１５は、初期設定を行う。ステップＳ１０２では、同期制御部１５は、操作部１６の操作に応じて、駆動モードを選択する。
【０１０４】
ステップＳ１０３では、同期制御部１５は、駆動モードが撮影モードであるか否かを判定する。同期制御部１５は、駆動モードが撮影モードである場合には、ステップＳ１０４に進み、駆動モードが撮影モードでない場合には、ステップＳ１０２に戻る。
【０１０５】
ステップＳ１０４では、撮像素子１２は、上記の方法により、補正値αとカウント値ｃ１ｃｊｓ、ｃ１ｃｓ、ｃ１ｃｓｖを算出する。
【０１０６】
ステップＳ１０５では、演算回路４０６は、カウント値ｃ１ｃｓが式（４）を満たすか否かを判定する。演算回路４０６は、カウント値ｃ１ｃｓが式（４）を満たす場合には、ステップＳ１０９に進み、カウント値ｃ１ｃｓが式（４）を満たさない場合には、ステップＳ１０６に進む。
【０１０７】
ステップＳ１０６では、演算回路４０６は、カウント値ｃ１ｃｓがカウント値ｃ１ｃｓｖより大きいか否かを判定する。演算回路４０６は、カウント値ｃ１ｃｓがカウント値ｃ１ｃｓｖより大きい場合には、ステップＳ１０７に進み、カウント値ｃ１ｃｓがカウント値ｃ１ｃｓｖより大きくない場合には、ステップＳ１０８に進む。
【０１０８】
ステップＳ１０７では、タイミング信号生成部２１１は、基準信号ＶＣｏｍｐのレベルを下げるように制御し、ステップＳ１０４に戻る。
【０１０９】
ステップＳ１０８では、タイミング信号生成部２１１は、基準信号ＶＣｏｍｐのレベルを上げるように制御し、ステップＳ１０４に戻る。
【０１１０】
ステップＳ１０９では、撮像素子１２は、図５に示す画素２００の信号読み出し処理を開始し、信号処理部１３へ画素信号を出力する。その際、演算回路４０６は、上記のように、カウント値ｃ４ｓとカウント値ｃ４ｎとの差分のα倍の値を記憶し、選択線２５１の信号に応じて、カウント値ｃ４ｓとカウント値ｃ４ｎとの差分のα倍の値を画素信号として出力線２６１に出力する。
【０１１１】
ステップＳ１１０では、信号処理部１３は、撮像素子１２が出力した画素信号に対して、駆動モードに応じた現像処理を行い、画像信号を出力する。圧縮伸張部１４は、信号処理部１３が出力した画像信号の圧縮符号化処理を行う。画像記録部１４は、圧縮符号化処理された画像信号を含む画像データファイルを記録媒体に記録する。
【０１１２】
ステップＳ１１１では、同期制御部１５は、操作部１６の操作に応じて、終了指示があるか否かを判定する。同期制御部１５は、終了指示がない場合には、ステップＳ１０２に戻り、終了指示がある場合には、撮像システム１０の電源をオフにし、図９のフローチャートの処理を終了する。
【０１１３】
以上のように、タイミング信号生成部２１１は、カウント値ｃ１ｃｓが式（４）の範囲内になるように、基準信号ＶＣｏｍｐのレベルを制御する。カウント値ｃ１ｃｓは、参照信号Ｇ１の変化率に応じて変わる。すなわち、タイミング信号生成部２１１は、参照信号Ｇ１の変化率に応じて、基準信号ＶＣｏｍｐのレベルと閾値信号Ｖｊｄのレベルを変化させる。閾値信号Ｖｊｄのレベルは、基準信号ＶＣｏｍｐのレベルと同じであることが好ましい。これにより、撮像素子１２は、参照信号Ｇ１およびＧ４の変化率の影響を受けることなく、補正値αの算出精度を向上させ、参照信号Ｇ１およびＧ４の切り替えで発生するアナログデジタル変換のリニアリティ段差を補正し、画質を向上させることができる。
【０１１４】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、演算回路４０６は、カウント値ｃ１ｃｓｖとカウント値ｃ１ｃｊｓとカウント値ｃ１ｃｓを基に、基準信号ＶＣｏｍｐのレベルを制御した。しかし、演算回路４０６が内部のＲＯＭにカウント値ｃ１ｃｓｖとカウント値ｃ１ｃｊｓを保存する場合、撮像素子１２の回路規模を増大させてしまう。
【０１１５】
そこで、第２の実施形態では、演算回路４０６は、テーブルを用いて、参照信号Ｇ１の変化率を制御するチューニング値ＴＮを基に基準信号ＶＣｏｍｐのレベルを制御する。これにより、撮像素子１２は、撮像素子１２の回路規模を大きくすることなく、補正値αを精度よく算出することができる。以下、第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。
【０１１６】
図１０は、図６（ａ）に対応し、参照信号Ｇ１を用いたアナログデジタル変換を行う撮像素子１２の動作を説明するためのタイムチャートである。チューニング値ＴＮは、上記のように、式（３）で表される。撮像素子１２毎に、タイミング信号生成部２１１は、チューニング値ＴＮを基に、参照信号Ｇ１の変化率を調整する。
【０１１７】
参照信号Ｇ１Ｈは、変化率の絶対値が大きい参照信号Ｇ１であり、感度が高い撮像素子１２の参照信号Ｇ１である。参照信号Ｇ１Ｌは、変化率の絶対値が小さい参照信号Ｇ１であり、感度が低い撮像素子１２の参照信号Ｇ１である。参照信号Ｇ１Ｍは、変化率の絶対値が標準の参照信号Ｇ１であり、感度が適正な撮像素子１２の参照信号Ｇ１である。参照信号Ｇ１Ｍの変化率の絶対値は、参照信号Ｇ１Ｈの変化率の絶対値より小さく、参照信号Ｇ１Ｌの変化率の絶対値より大きい。
【０１１８】
タイミング信号生成部２１１は、参照信号Ｇ１が参照信号Ｇ１Ｌである場合には、基準信号ＶＣｏｍｐが低レベルの基準信号ＶＣｏｍｐＬになるように制御する。また、タイミング信号生成部２１１は、参照信号Ｇ１が参照信号Ｇ１Ｍである場合には、基準信号ＶＣｏｍｐが標準レベルの基準信号ＶＣｏｍｐＭになるように制御する。また、タイミング信号生成部２１１は、参照信号Ｇ１が参照信号Ｇ１Ｈである場合には、基準信号ＶＣｏｍｐが高レベルの基準信号ＶＣｏｍｐＨになるように制御する。基準信号ＶＣｏｍｐＭのレベルは、基準信号ＶＣｏｍｐＨのレベルより低く、基準信号ＶＣｏｍｐＬのレベルより高い。
【０１１９】
なお、閾値信号ＶｊｄのレベルＶｊｄｖは、基準信号ＶＣｏｍｐのレベルと同じであることが好ましい。
【０１２０】
図１１は、チューニング値ＴＮと基準信号ＶＣｏｍｐとの対応関係を示すテーブルを説明するための図である。閾値ＴＮＬは、小さいチューニング値ＴＮの範囲を決めるための閾値である。閾値ＴＮＨは、大きいチューニング値ＴＮの範囲を決めるための閾値であり、閾値ＴＮＬより大きい。
【０１２１】
タイミング信号生成部２１１は、図１１のテーブルを基に、チューニング値ＴＮが閾値ＴＮＬ以下である場合には、基準信号ＶＣｏｍｐが低レベルの基準信号ＶＣｏｍｐＬになるように制御する。
【０１２２】
また、タイミング信号生成部２１１は、図１１のテーブルを基に、チューニング値ＴＮが閾値ＴＮＬより大きくかつ閾値ＴＮＨより小さい場合には、基準信号ＶＣｏｍｐが標準レベルの基準信号ＶＣｏｍｐＭになるように制御する。
【０１２３】
また、タイミング信号生成部２１１は、図１１のテーブルを基に、チューニング値ＴＮが閾値ＴＮＨ以上である場合には、基準信号ＶＣｏｍｐが高レベルの基準信号ＶＣｏｍｐＨになるように制御する。
【０１２４】
同期制御部１５は、撮像素子１２の出荷前に、予め内部のＲＯＭに図１１のテーブルを保存しておく。同期制御部１５は、撮影モードにおいて、その図１１のテーブルを参照し、チューニング値ＴＮに応じて、タイミング信号生成部２１１の信号Ｖｃｏｍｐのレベルを制御する。
【０１２５】
図１２は、撮像システム１０の制御方法を示すフローチャートである。図１２は、図９に対して、ステップＳ１０４〜Ｓ１０９の代わりに、ステップＳ１２０〜Ｓ１２３を設けたものである。同期制御部１５は、撮像素子１２の出荷前に、図１１のテーブルとチューニング値ＴＮを内部のＲＯＭに保存する。
【０１２６】
まず、撮像システム１０は、図９と同様に、ステップＳ１００〜Ｓ１０３の処理を行う。ステップＳ１０３では、同期制御部１５は、駆動モードが撮影モードである場合には、ステップＳ１２０に進み、駆動モードが撮影モードでない場合には、ステップＳ１０２に戻る。
【０１２７】
ステップＳ１２０では、同期制御部１５は、内部のＲＯＭから図１１のテーブルを読み出し、図１１のテーブルを参照する。
【０１２８】
ステップＳ１２１では、同期制御部１５は、図１１のテーブルを基に、チューニング値ＴＮに応じて、タイミング信号生成部２１１に対して、基準信号ＶＣｏｍｐＬ、ＶＣｏｍｐＭまたはＶＣｏｍｐＨを使用するように制御する。
【０１２９】
ステップＳ１２２では、タイミング信号生成部２１１は、同期制御部１５の制御に応じて、基準信号ＶＣｏｍｐＬ、ＶＣｏｍｐＭまたはＶＣｏｍｐＨを基準信号ＶＣｏｍｐとして生成する。また、タイミング信号生成部２１１は、チューニング値ＴＮに応じた変化率の参照信号Ｇ１を生成する。撮像素子１２は、第１の実施形態と同様に、参照信号Ｇ１、Ｇ４および基準信号ＶＣｏｍｐを用いて、補正値αを算出する。
【０１３０】
ステップＳ１２３では、撮像素子１２は、図５に示す画素２００の信号読み出し処理を開始し、信号処理部１３へ画素信号を出力する。その際、演算回路４０６は、上記のように、カウント値ｃ４ｓとカウント値ｃ４ｎとの差分のα倍の値を記憶し、選択線２５１の信号に応じて、カウント値ｃ４ｓとカウント値ｃ４ｎとの差分のα倍の値を画素信号として出力線２６１に出力する。
【０１３１】
その後、撮像システム１０は、図９と同様に、ステップＳ１１０〜Ｓ１１２の処理を行う。
【０１３２】
以上のように、撮像素子１２は、チューニング値ＴＮを基に基準信号Ｖｃｏｍｐのレベルを制御し、撮像素子１２の回路規模を大きくすることなく、補正値αの精度を落とすことなく、アナログデジタル変換のリニアリティ段差を補正することができる。これにより、画質が向上する。
【０１３３】
撮像素子１２は、デジタルカメラ、ビデオカメラの他、スマートフォン、タブレット、工業用カメラ、医療用カメラ、車載カメラ等に適用可能である。
【０１３４】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【０１３５】
１２  撮像素子、２００  画素、２０３  列信号処理部、２１１  タイミング信号生成部、４０３  比較器、４０４  カウンタ回路、４０５  ラッチ回路、４０６  演算回路
【図１】
2020188398.tif 000003
【図２】
2020188398.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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