【手続補正書】
【提出日】令和2年4月1日(2020.4.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間に比例して増加する互いに異なる傾きを有する複数の参照信号を生成して出力する生成手段と、
前記複数の参照信号のいずれかを選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された参照信号を用いて、撮像素子の画素部から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、を有し、
前記生成手段は、並行して前記複数の参照信号の生成を行い、
前記画素部からリセットレベルのアナログ信号が出力された場合に、前記選択手段は、前記複数の参照信号を切り替えて選択し、選択された参照信号が前記アナログ信号を上回る度に、前記参照信号を切り替えることを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
前記アナログデジタル変換手段により前記アナログ信号として前記画素部から出力された撮像信号を変換して得られたデジタル信号から、前記リセットレベルのデジタル信号を減算する加算手段を更に有し、
前記生成手段は、更に、予め決められたレベルの固定参照信号を生成して出力し、
前記選択手段は、前記アナログデジタル変換手段により前記撮像信号を変換する際に、前記固定参照信号が前記撮像信号を上回らない場合に、前記複数の参照信号のうち第１の参照信号を選択し、前記固定参照信号が前記撮像信号を上回る場合に、前記複数の参照信号のうち前記第１の参照信号よりも傾きの小さい第２の参照信号を選択し、
前記加算手段は、前記撮像信号を変換する際に選択された参照信号と同じ傾きを有する参照信号が選択されているときに変換された前記リセットレベルのデジタル信号を減算することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記第２の参照信号の傾きに対する前記第１の参照信号の傾きが、２のべき乗倍であることを特徴とする請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
時間に比例して増加する傾きを有する参照信号を生成して出力する生成手段と、
撮像素子の画素部から出力されるアナログ信号に複数のゲインのいずれかをかけて増幅する増幅手段と、
前記参照信号を用いて、前記増幅手段により増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、を有し、
前記画素部からリセットレベルのアナログ信号が出力された場合に、前記増幅手段は、前記増幅したリセットレベルのアナログ信号を前記参照信号が上回る度に、前記複数のゲインを切り替えて増幅することを特徴とする信号処理装置。
【請求項５】
前記アナログデジタル変換手段により前記アナログ信号として前記画素部から出力された撮像信号を変換して得られたデジタル信号から、前記リセットレベルのデジタル信号を減算する加算手段を更に有し、
前記生成手段は、更に、予め決められたレベルの固定参照信号を生成して出力し、
前記増幅手段は、前記アナログデジタル変換手段により前記撮像信号を変換する際に、前記固定参照信号が前記撮像信号を上回らない場合に、前記複数のゲインのうち第１のゲインを用いて増幅し、前記固定参照信号が前記撮像信号を上回る場合に、前記複数のゲインのうち前記第１のゲインよりも大きい第２のゲインを用いて増幅し、
前記加算手段は、前記撮像信号を変換する際に用いられたゲインと同じゲインを用いて増幅された前記リセットレベルのデジタル信号を減算することを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記第１のゲインに対する前記第２のゲインが、２のべき乗倍であることを特徴とする請求項５に記載の信号処理装置。
【請求項７】
画素部と、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の信号処理装置と
を有することを特徴とする撮像素子。
【請求項８】
請求項７に記載の撮像素子と、
前記撮像素子から出力された信号を処理する信号処理部と
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
時間に比例して増加する互いに異なる傾きを有する複数の参照信号を生成して出力する生成手段と、前記複数の参照信号のいずれかを選択する選択手段と、前記選択手段により選択された参照信号を用いて、撮像素子の画素部から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、を有する信号処理装置における信号処理方法であって、
前記画素部からリセットレベルのアナログ信号が出力された場合に、
前記生成手段が、並行して前記複数の参照信号の生成を行う生成工程と、
前記選択手段が、前記複数の参照信号を切り替えて選択する選択工程と、
前記アナログデジタル変換手段が、前記選択工程で選択された参照信号をそれぞれ用いて、前記リセットレベルのアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換工程と、を有し、
前記選択工程では、選択した参照信号が前記リセットレベルのアナログ信号を上回る度に、前記参照信号を切り替えることを特徴とする信号処理方法。
【請求項１０】
時間に比例して増加する傾きを有する参照信号を生成して出力する生成手段と、撮像素子の画素部から出力されるアナログ信号に複数のゲインのいずれかをかけて増幅する増幅手段と、前記参照信号を用いて、前記増幅手段により増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、を有する信号処理装置における信号処理方法であって、
前記画素部からリセットレベルのアナログ信号が出力された場合に、
前記増幅手段が、前記増幅したリセットレベルのアナログ信号を前記参照信号が上回る度に、前記複数のゲインを切り替えて増幅する増幅工程と、
前記アナログデジタル変換手段が、前記参照信号を用いて、前記増幅手段により増幅された前記リセットレベルのアナログ信号をそれぞれデジタル信号に変換するアナログデジタル変換工程と、
を有することを特徴とする信号処理方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態における撮像素子の構成を示すブロック図、及び画素の構成を示す回路図。
【図２】第１の実施形態における撮像素子のＡＤ変換回路及び信号処理回路の回路構成を示すブロック図。
【図３Ａ】第１の実施形態における信号読み出し動作を示すタイミングチャート。
【図３Ｂ】第１の実施形態における信号読み出し動作を示すタイミングチャート。
【図４】第２の実施形態における撮像素子のＡＤ変換回路、増幅回路及び信号処理部の回路構成を示すブロック図。
【図５Ａ】第２の実施形態における信号読み出し動作を示すタイミングチャート。
【図５Ｂ】第２の実施形態における信号読み出し動作を示すタイミングチャート。
【図６】実施形態における撮像装置の構成を示すブロック図。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
時刻ｔ１６に、画素１００の撮像信号に応じた入力電圧ＶｉｎのＡＤ変換を終了し、第１の参照信号ＶＲＡＭＰ１及び第２の参照信号ＶＲＡＭＰ２、カウント部１５のカウント値を初期レベルにリセットする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
Ｓ−Ｎ処理されたデジタル値は、ビットシフト回路１７２に入力される。ビットシフト回路１７２では、第１の参照信号ＶＲＡＭＰ１でＡＤ変換されたデジタル値と、第２の参照信号ＶＲＡＭＰ２でＡＤ変換されたデジタル値との、ＡＤ変換によるゲイン比を揃えるための、ビットシフト処理が行われる。あるレベルの信号電圧が参照信号ＶＲＡＭＰ１でＡＤ変換された場合、そのデジタル値は、同一レベルの信号が第２の参照信号ＶＲＡＭＰ２でＡＤ変換されたと仮定した場合のｉ分の１の値となり、ＡＤ変換ゲインがｉ分の１となっていることと同義である。したがって、第１の参照信号ＶＲＡＭＰ１でＡＤ変換された信号に対して、ｉ倍のゲインをかけることに相当する、ｘ = log2iビットのビットシフト処理を行う。たとえば、第１の実施形態ではｉ＝４倍としたので、ビットシフト回路１７２では、参照信号ＶＲＡＭＰ１でＡＤ変換されたデジタル値を２ビットシフトして出力する。第２の参照信号ＶＲＡＭＰ２でＡＤ変換されたデジタル値については、ビットシフトを行わずに出力する。なお、ここではＡＤ変換によるゲイン比を揃えるための手法として、ビットシフト処理について説明したが、列毎のゲイン補正等、ビットシフト以外の微調整可能な補正方法を用いてもかまわない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
時刻ｔ５００からｔ５０２の動作は、第１の実施形態で説明した図３Ａの時刻ｔ０からｔ２における動作と同様である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
時刻ｔ５１１から時刻ｔ５１３の間に、画素１００の撮像信号を反映した入力電圧Ｖｓを判定レベルＶｊと比較し、判定レベルＶｊが入力電圧Ｖｓを上回った場合、比較回路１２２の出力ＣＯＭＰがＬレベルからＨレベルに反転する。出力ＣＯＭＰのＨレベルへの反転を受け、保持回路１２３ｂに輝度判定値ＪとしてＨレベルが保持される。また、ゲイン切り替えパルスＰＧＡＩＮはＨレベルに遷移するため、増幅回路１１０に入力されるゲイン切り替えパルスＰＧＡＩＮはＬレベルとなり、増幅回路１１０のゲイン設定が、低ゲインである第１のゲインから高ゲインである第２のゲインに切り替わる。一方、入力電圧Ｖｉｎとしての入力電圧Ｖｓを判定レベルＶｊが上回らなかった場合は、破線で示すように、比較回路１２２の出力ＣＯＭＰはＬレベルのままであり、保持回路１２３ｂに輝度判定値ＪとしてＬレベルが保持される。また、保持回路１２３ｂに保持されたゲイン切り替えパルスＰＧＡＩＮはＬレベルのままとなり、増幅回路１１０に入力されるゲイン切り替えパルスＰＧＡＩＮはＨレベルとなり、増幅回路１１０のゲイン設定は、低ゲインである第１のゲインのままとなる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９５】
Ｓ−Ｎ処理されたデジタル値は、ビットシフト回路１７２に入力される。ビットシフト回路１７２では、第１のゲインを用いてＡＤ変換されたデジタル値と、第２のゲインを用いてＡＤ変換されたデジタル値とのゲイン比を揃えるための、ビットシフト処理が行われる。あるレベルの信号電圧が第１のゲインで増幅されＡＤ変換された場合、そのデジタル値は、同一レベルの信号が第２のゲインで増幅されＡＤ変換されたと仮定した場合のｉ分の１（ここでは４分の１）の値となる。したがって、第１のゲインを用いてＡＤ変換された信号に対して、ｉ倍のゲインをかけることに相当する、x = log2iビットのビットシフト処理を行う。たとえば、第２の実施形態ではｉ＝４倍としたので、ビットシフト回路１７２では、第１のゲインでＡＤ変換されたデジタル値を２ビットシフトして出力する。第２のゲインでＡＤ変換されたデジタル値については、ビットシフトを行わずに出力する。なお、ここではＡＤ変換によるゲイン比を揃えるための手法として、ビットシフト処理について説明したが、列毎のゲイン補正等、ビットシフト以外の微調整可能な補正方法を用いてもかまわない。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９９】
信号処理部２は、撮像素子１から出力された信号に対し、補正や現像等の信号処理を行う。全体制御・演算部３は、撮像素子１をはじめ、撮像装置の各部に対し指示を送ったり、各部の制御に必要な演算処理を行ったりする。表示部４は、信号処理部２により現像された撮影画像等を表示する。記録部５は、信号処理部２により現像された撮影画像を記録する。レンズ駆動部６は、全体制御・演算部３の指示を受け、撮影レンズ７を駆動する。撮影レンズ７は、被写体像を、撮像素子１の撮像面へ集光させる。