(57)【要約】【課題】高速な読み出し動作と高品質な画像取得が可能な撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置が、受光量に応じた信号を出力する画素と、ランプ信号を用いて、前記画素から出力される信号に対応するデジタル値を得るＡＤ変換部と、を備える。前記ＡＤ変換部は、前記画素から出力される信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路の出力信号と前記ランプ信号とを用いて生成する比較結果信号を出力する出力ノードを有する比較回路と、前記比較回路の結果に基づいて、前記出力信号に応じたデジタル値を保持するメモリと、前記増幅回路のゲインを切り替えるゲイン切り替え回路と、前記ランプ信号の傾きを切り替えるランプ信号切り替え回路と、を有し、前記ゲイン切り替え回路と、前記ランプ信号切り替え回路とが、前記出力ノードに電気的に接続されている。【選択図】図３
2019140650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光量に応じた信号を出力する画素と、
ランプ信号を用いて、前記画素から出力される信号に対応するデジタル値を得るＡＤ変換部と、を備え、
前記ＡＤ変換部は、
前記画素から出力される信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力信号と前記ランプ信号とを用いて生成する比較結果信号を出力する出力ノードを有する比較回路と、
前記比較回路の結果に基づいて、前記出力信号に応じたデジタル値を保持するメモリと、
前記増幅回路のゲインを切り替えるゲイン切り替え回路と、
前記ランプ信号の傾きを切り替えるランプ信号切り替え回路と、を有し、
前記ゲイン切り替え回路と、前記ランプ信号切り替え回路とが、前記出力ノードに電気的に接続されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記出力ノードに選択回路が電気的に接続され、
前記選択回路を介して、前記出力ノードと前記ゲイン切り替え回路とが電気的に接続されており、
前記選択回路を介して、前記出力ノードと前記ランプ信号切り替え回路とが電気的に接続されてい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】
前記比較回路は、前記増幅回路の出力信号と、閾値との比較による第２の比較結果信号を前記出力ノードから前記選択回路に出力し、
前記選択回路は、前記第２の比較結果信号を前記ゲイン切り替え回路と前記ランプ信号切り替え回路の一方に出力す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ＡＤ変換部は、前記第２の比較結果信号を保持する第２のメモリをさらに有し、
前記出力ノードに、前記第２のメモリと前記選択回路が電気的に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
第１の傾きの第１のランプ信号と、前記第１の傾きよりも大きい傾きの第２の傾きの第２のランプ信号とを出力するランプ信号供給部をさらに有し、
前記ランプ信号切り替え回路に前記第１のランプ信号と前記第２のランプ信号とが入力され、
前記ランプ信号切り替え回路は、前記第１のランプ信号と前記第２のランプ信号の一方を選択して出力することによって、前記比較回路に出力するランプ信号の傾きの切り替えを行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記ＡＤ変換部は、駆動モードとして、
前記画素から出力される信号の大きさに応じて、ＡＤ変換に用いるランプ信号の傾きを前記ランプ信号切り替え回路によって切り替える、第１の駆動モードと、
前記画素から出力される信号の大きさに応じて、前記増幅回路のゲインを前記ゲイン切り替え回路によって切り替える、第２の駆動モードと、を有する
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】
前記第１の駆動モードでは、前記画素から出力される信号が低輝度の信号である場合に、前記画素から出力される信号が高輝度の信号である場合よりも、傾きの小さいランプ信号に切り替えられる
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１の駆動モードでは、前記増幅回路の出力信号が基準電圧より低い場合に、前記増幅回路の出力信号が前記基準電圧より高い場合よりも、傾きの小さいランプ信号に切り替えられる
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第２の駆動モードでは、前記画素から出力される信号が低輝度の信号である場合に、前記画素から出力される信号が高輝度の信号である場合よりも、大きいゲインに切り替えられる
ことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第２の駆動モードでは、前記増幅回路の出力信号が基準電圧より低い場合に、前記増幅回路の出力信号が前記基準電圧より高い場合よりも、大きいゲインに切り替えられることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
撮像条件に応じて前記ＡＤ変換部の駆動モードを切り替えるモード切り替え部を有することを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記撮像条件はＩＳＯ感度を含み、
前記モード切り替え部は、ＩＳＯ感度が所定の感度より高い場合に前記第１の駆動モードに切り替え、それ以外の場合に前記第２の駆動モードに切り替える
ことを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記撮像条件はフレームレートを含み、
前記モード切り替え部は、フレームレートが所定のフレームレートより高い場合に前記第１の駆動モードに切り替え、それ以外の場合に前記第２の駆動モードに切り替える
ことを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記撮像条件はＩＳＯ感度とフレームレートを含み、
前記モード切り替え部は、
ＩＳＯ感度が第１の感度より高い場合に前記第１の駆動モードに切り替え、
ＩＳＯ感度が第２の感度より低い場合に前記第２の駆動モードに切り替え、
ＩＳＯ感度が前記第２の感度以上かつ前記第１の感度以下の場合には、フレームレートが所定のフレームレートより高い場合に前記第１の駆動モードに切り替え、それ以外の場合に前記第２の駆動モードに切り替える
ことを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置から出力される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システム。
【請求項１６】
移動体であって、
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置の前記画素から出力される信号から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置、並びに、それを備える撮像システム及び移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラなどの撮像システムに搭載される撮像装置（撮像素子又はイメージセンサとも呼ばれる）では、光電変換により得られたアナログ信号をＡＤ変換器によりデジタル信号に変換して出力する。特許文献１には、カメラのＩＳＯ感度設定に応じて列アンプゲインを変え、さらに入射光量に応じてランプ信号の時間に対する変化率を変えることでＡＤ変換ゲインを変える技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１６２７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者は、従来技術を用いてカメラのＩＳＯ感度設定に応じて列アンプゲインを切り替えようとした場合、高ＩＳＯ感度設定時に、画質が劣化してしまうおそれがあることを見出した。これは、ＩＳＯ感度の高さに応じて列アンプに高ゲインを設定すると、アンプの応答性が低下してゲイン切り替え後の静定時間が長くなり、所望の時間内に画素信号の読み出し動作を完了することが困難となるためである。
【０００５】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、高速な読み出し動作と高品質な画像取得が可能な撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第一態様は、受光量に応じた信号を出力する画素と、ランプ信号を用いて、前記画素から出力される信号に対応するデジタル値を得るＡＤ変換部と、を備え、前記ＡＤ変換部は、前記画素から出力される信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路の出力信号と前記ランプ信号とを用いて生成する比較結果信号を出力する出力ノードを有する比較回路と、前記比較回路の結果に基づいて、前記出力信号に応じたデジタル値を保持するメモリと、前記増幅回路のゲインを切り替えるゲイン切り替え回路と、前記ランプ信号の傾きを切り替えるランプ信号切り替え回路と、を有し、前記ゲイン切り替え回路と、前記ランプ信号切り替え回路とが、前記出力ノードに電気的に接続されていることを特徴とする撮像装置を提供する。
【０００７】
本発明の第二態様は、本発明の第一態様に係る撮像装置と、前記撮像装置から出力される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システムを提供する。
【０００８】
本発明の第三態様は、移動体であって、本発明の第一態様に係る撮像装置と、前記撮像装置の前記画素から出力される信号から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と、を有することを特徴とする移動体を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高速な読み出し動作と高品質な画像取得が可能な撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の撮像装置のブロック図。
【図２】第１実施形態の画素の等価回路図。
【図３】第１実施形態の列回路の等価回路図。
【図４】第１実施形態の撮像装置の駆動モードＡの動作タイミング図。
【図５】第１実施形態の撮像装置の駆動モードＢの動作タイミング図。
【図６】第１実施形態における駆動モード切り替えの条件表。
【図７】第２実施形態における駆動モード切り替えの条件表。
【図８】第３実施形態における駆動モード切り替えの条件表。
【図９】第４実施形態の撮像システムのブロック図。
【図１０】第５実施形態の撮像システム及び移動体のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜第１実施形態＞
（撮像装置）
図１は、本発明の第１実施形態の撮像装置（光電変換装置ともいう）の構成の一例を示したブロック図である。本実施形態の撮像装置は、複数の画素１０１が行列状に配列されている。図１では、１６個の画素１０１を４行４列に配列した例を示しているが、実際の撮像装置では数千万個の画素１０１が配列されている。この撮像装置は、いわゆるＣＭＯＳイメージセンサである。
【００１２】
画素１０１は、光電変換により電荷を生成する光電変換部を含み、光電変換部で発生した電荷を電圧信号に変換して垂直出力線１０２に出力する。画素定電流源１０３は、垂直出力線１０２に電気的に接続され、垂直出力線１０２に電流を供給する。列回路１０４は、画素１０１の列に対応して設けられ、画素１０１の出力信号が垂直出力線１０２を介して列回路１０４に入力される。列回路１０４は、画素出力信号を増幅し、アナログデジタル変換（ＡＤ変換）を行うＡＤ変換部である。ランプ信号出力回路１０５は、列回路１０４で行うＡＤ変換に使用するランプ信号を生成するランプ信号供給部である。ランプ信号は、時間に対して電位が変化する信号である。本実施形態では一定の傾き（変化率）をもつランプ信号を用いるが、途中で傾きが変化するランプ信号を用いてもよい。ランプ信号出力回路１０５は、傾きの異なる複数種類のランプ信号を出力することができる。カウンタ回路１０６は、列回路１０４で行うＡＤ変換に使用するカウント信号ＣＮＴを出力する。カウント信号ＣＮＴは、ランプ信号出力回路１０５のランプ信号が時間に依存した変化を開始した時から、不図示のクロックパルス供給部から供給されるクロックパルス信号ＣＬＫを計数する信号である。 列回路１０４でＡＤ変換された信号は、水平走査回路１０
７により、水平出力線１０８、信号処理回路１０９を介して撮像装置の外部に順次出力される。垂直走査回路１１０は、順次所定の行を選択する動作を行う。タイミング生成部１１１は、垂直走査回路１１０、水平走査回路１０７、列回路１０４、ランプ信号出力回路１０５、カウンタ回路１０６に駆動信号を供給する。また、タイミング生成部１１１は、外部の回路（例えば撮像システムの制御部）から撮像条件の設定値（ＩＳＯ感度、フレームレートなど）を取得し、撮像条件に応じて後述する駆動モードの切り替えを行う、モード切り替え部としての機能も提供する。
【００１３】
（画素の構成）
図２は、本実施形態に係る画素１０１の回路構成の一例を示す図である。画素１０１において、光電変換部２０１は入射光を電荷に変換し蓄積する。ここでは例としてフォトダイオードを示している。転送ＭＯＳトランジスタ２０２は、光電変換部２０１に蓄積された電荷をフローティングディフュージョン（以下ＦＤ）２０３に転送する。ＦＤ２０３は、転送された電荷を電圧に変換する。選択ＭＯＳトランジスタ２０５がオンされると、増
幅ＭＯＳトランジスタ２０４は、ＦＤ２０３に発生した電圧信号を増幅して垂直出力線１０２に出力する。リセットＭＯＳトランジスタ２０６は、ＦＤ２０３の電位、および、転送ＭＯＳトランジスタ２０２を介して光電変換部２０１の電位をＳＶＤＤにリセットする。転送ＭＯＳトランジスタ２０２、リセットＭＯＳトランジスタ２０６、選択ＭＯＳトランジスタ２０５はそれぞれ垂直走査回路１１０に接続され、制御信号ＰＴＸ、ＰＲＥＳ、ＰＳＥＬにより制御される。
【００１４】
（列回路の構成）
図３は、本実施形態に係る列回路１０４の回路構成の一例を示す図である。画素１０１から出力された画素出力信号ＰＩＸＯＵＴが、垂直出力線１０２を介して列アンプ３０１に入力される。
【００１５】
列アンプ３０１は、増幅回路であって、ゲイン切り替え回路３０２のゲイン設定結果に応じて画素出力信号ＰＩＸＯＵＴを増幅し、比較器３０３へ出力する。列アンプ３０１は、増幅器ＡＭＰ、入力容量Ｃ０、帰還容量Ｃｆ１、Ｃｆ２、Ｃｆ３、Ｃｆ４、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５を含む。スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、ゲイン切り替え回路３０２によって制御される。スイッチＳＷは、Ｃ０リセットパルスＰＣ０Ｒによって制御される。列アンプ３０１のゲインは、増幅器ＡＭＰの帰還経路上のアクティブな帰還容量Ｃｆの容量値と入力容量Ｃ０の容量値の比で決まる。ゲイン切り替え回路３０２の動作に関する詳細は後述する。
【００１６】
比較器３０３の一方の入力には、図１のランプ信号出力回路１０５から供給されたランプ信号が、ランプ信号切り替え回路３０４の選択結果に応じて入力される。ランプ信号切り替え回路３０４の動作に関する詳細は後述する。比較器３０３の他方の入力には、列アンプ３０１の出力信号が入力される。
【００１７】
比較器３０３は、比較回路であって、列アンプ３０１から入力される列アンプ出力信号ＡＭＰＯＵＴと、ランプ信号出力回路１０５から供給される信号ＶＲＡＭＰとを用いて比較結果信号を生成し、その比較結果信号を出力ノードに出力する。具体的には、比較器３０３は、信号ＶＲＡＭＰの電圧が信号ＡＭＰＯＵＴの電圧より低い時にはローレベルを出力し、高い時にはハイレベルを出力する。
【００１８】
カウンタ回路１０６は、ランプ信号出力回路１０５の信号ＶＲＡＭＰが時間に依存した変化を開始した時から、不図示のクロックパルス供給部から供給されるクロックパルス信号ＣＬＫを計数するカウント信号ＣＮＴを出力する。即ち、カウンタ回路１０６は、クロックパルス信号ＣＬＫを信号ＶＲＡＭＰの電位の変化と並行して計数し、カウント信号ＣＮＴを生成して出力する。カウント信号ＣＮＴは、各列のＮメモリ３０５Ａ、Ｓメモリ３０５Ｂに共通して供給される。Ｎメモリ３０５Ａ、Ｓメモリ３０５Ｂは、比較器３０３から供給される出力ＣＯＭＰＯＵＴの信号値がローレベルからハイレベルに変化した時に、カウンタ回路１０６から供給されたカウント信号ＣＮＴを保持する。
【００１９】
Ｎメモリ３０５Ａには、ＦＤ２０３のリセットレベルの信号（以下、Ｎ信号）をＡＤ変換したデジタル信号が保持される。Ｓメモリ３０５Ｂには、光電変換部２０１の信号をＦＤ２０３のＮ信号に重畳した信号（以下、Ｓ信号）をＡＤ変換したデジタル信号が保持される。判定値メモリ３０５Ｃには、ランプ信号ＶＲＡＭＰにより生成された基準電圧ＶＲＥＦと列アンプ３０１の出力を、比較器３０３で比較判定した結果（以下、Ｊ信号）が保持される。Ｊ信号は選択回路３０６にも入力され、選択回路３０６はランプ信号切り替え回路３０４、ゲイン切り替え回路３０２のどちらかにＪ信号を出力する。選択回路３０６の動作に関する詳細は後述する。
【００２０】
Ｎメモリ３０５Ａ、Ｓメモリ３０５Ｂ、判定値メモリ３０５Ｃに保持された信号は、水平走査回路１０７からの制御信号によって、水平出力線１０８を介して信号処理回路１０９へ出力される。そして、信号処理回路１０９においてＳ信号からＮ信号が差し引かれ、ノイズ成分が除去された信号が出力される。信号処理回路１０９の処理に関する詳細は後述する。
【００２１】
ゲイン切り替え回路３０２とランプ信号切り替え回路３０４は、選択回路３０６を介して、比較器３０３の出力ノードに接続されている。この形態は、ゲイン切り替え回路３０２とランプ信号切り替え回路３０４が比較器３０３に電気的に接続されていると言える。なお、ゲイン切り替え回路３０２と比較器３０３の出力ノードとの間の電気的経路、およびランプ信号切り替え回路３０４と比較器３０３の出力ノードとの間の電気的経路に、選択回路３０６以外の素子（例えば抵抗素子、容量素子、論理回路等）を設けてもよい。このように選択回路３０６以外の他の素子が当該電気的経路に設けられている場合についても、各切り替え回路３０２、３０４と比較器３０３の出力ノードとが電気的に接続されている例に含まれる。別の言い方をすれば、比較器３０３の出力ノードとゲイン切り替え回路３０２との電気的な接続とは、比較器３０３の出力ノードの信号が、ゲイン切り替え回路３０２に入力される構成であると言える。また、比較器３０３の出力ノードとランプ信号切り替え回路３０４との電気的な接続とは、比較器３０３の出力ノードの信号が、ランプ信号切り替え回路３０４に入力される構成であると言える。また、比較器３０３の出力ノードには、Ｎメモリ３０５Ａ、Ｓメモリ３０５Ｂ、判定値メモリ３０５Ｃも電気的に接続されている。比較器３０３の出力ノードと各メモリとの間の電気的経路にも他の素子が設けられてもよい。
【００２２】
本実施形態の撮像装置は、２つの画素信号読み出し動作を行うことが可能である。１つは画素１０１から出力される信号の大きさ（信号出力レベル）に応じて、ランプ信号の傾きを切り替えてＡＤ変換を行う動作であり、もう１つは画素１０１の信号出力レベルに応じて列アンプゲインを切り替えてＡＤ変換を行う動作である。前者の動作を「駆動モードＡ」と呼び、後者の動作を「駆動モードＢ」と呼ぶ。
【００２３】
（駆動モードＡ）
まず、画素１０１の信号出力レベルに応じてランプ信号の傾きを切り替えてＡＤ変換を行う動作について説明する。
図４は、電荷読み出し動作の一例を示すタイミングチャートである。各駆動パルスのタイミング、画素出力電圧、列アンプ出力電圧、ランプ信号を模式的に示している。
【００２４】
時刻ｔ４００で、垂直走査回路１１０が、選択パルスＰＳＥＬをハイレベルとし、画素信号ＰＩＸＯＵＴを出力させる画素１０１の行を選択する。また垂直走査回路１１０は、リセットパルスＰＲＥＳをハイレベルとし、ＦＤ２０３の電位をリセットする。
時刻ｔ４０１で、垂直走査回路１１０は、リセットパルスＰＲＥＳをローレベルとする。リセットパルスＰＲＥＳをローレベルとした時に出力される画素信号ＰＩＸＯＵＴを「画素基準信号」と表記する。画素基準信号は、画素１０１が有するノイズ成分を含む信号である。
【００２５】
時刻ｔ４０２で、水平走査回路１０７は、Ｃ０リセットパルスＰＣ０Ｒをハイレベルからローレベルに変え、増幅器ＡＭＰ、入力容量Ｃ０のリセットを解除する。これにより、入力容量Ｃ０には、Ｃ０リセットパルスＰＣ０Ｒをローレベルとした時の画素基準信号の電位に基づく電荷が保持され、列アンプ３０１は列アンプ出力信号ＡＭＰＯＵＴを出力する。
時刻ｔ４０３で、水平走査回路１０７は、比較器リセットパルスＣＯＭＰＲＥＳをハイレベルとし、所定時間後にローレベルとする。比較器リセットパルスＣＯＭＰＲＥＳは、
比較器３０３のリセットを行い初期化するためのものである。
【００２６】
時刻ｔ４０４から時刻ｔ４０６の期間で、ランプ信号出力回路１０５により、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｌの電位が時間に依存して初期値から上昇する。なお、ランプ信号出力回路１０５は、傾きの異なる複数のランプ信号、すなわち傾きが小さいＶＲＡＭＰ＿Ｌ、傾きが大きいＶＲＡＭＰ＿Ｈ、さらに傾きが大きいＶＲＡＭＰ＿Ｊを同時に出力し、列回路１０４に入力することができる。しかし、ここではＶＲＡＭＰ＿Ｌのみを、ランプ信号切り替え回路３０４を介して比較器３０３に入力する。ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｌを参照電圧として使用することで、ＶＲＡＭＰ＿Ｈを使用したときよりも、単位時間当たりのランプ信号の電位変化量が小さいため、分解能の高いＡＤ変換を行うことができる。これらの駆動は、タイミング生成部１１１から、ランプ信号出力回路１０５及びランプ信号切り替え回路３０４に制御信号を送ることにより実現される。
【００２７】
時刻ｔ４０４で、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｌの電位変化が開始されるとともに、カウンタ回路１０６はクロックパルス信号の計数を開始し、カウント信号ＣＮＴを各列のＮメモリ３０５Ａに供給する。時刻ｔ４０５で、信号ＶＲＡＭＰ＿Ｌの電圧が列アンプ出力信号ＡＭＰＯＵＴを上回り、比較器３０３が出力するＣＯＭＰＯＵＴの信号値が変化する。この時のカウント信号ＣＮＴの値（カウント値）をＮメモリ３０５Ａが保持する。この時にＮメモリ３０５Ａが保持したカウント信号ＣＮＴの値が、Ｎ信号をＡＤ変換したデジタル値である。時刻ｔ４０６で、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｌの時間に依存した電位変化を停止し、時刻ｔ４００の状態にリセットする。カウンタ回路１０６は、クロックパルス信号の計数を止め、そしてカウント信号ＣＮＴを初期値に戻す。
【００２８】
時刻ｔ４０７に転送パルスＰＴＸをハイレベルとし、時刻ｔ４０８に転送パルスＰＴＸをローレベルとする。これにより、光電変換部２０１に入射した光によって生成された信号電荷がＦＤ２０３に転送される。増幅ＭＯＳトランジスタ２０４は、ＦＤ２０３に転送された信号電荷に基づく電圧信号を出力する。この電圧信号が選択ＭＯＳトランジスタ２０５を介して垂直出力線１０２に出力される。この信号が画素信号ＰＩＸＯＵＴの一つである画像信号である。画像信号は、１フレーム期間における光電変換部２０１の受光量に応じた電圧を有するアナログ信号である。
【００２９】
列アンプ３０１は、画素基準信号と画像信号との電圧差を反転増幅した列アンプ出力信号ＡＭＰＯＵＴを出力する。この時の列アンプ出力信号ＡＭＰＯＵＴを「増幅画像信号」と表記する。増幅画像信号は比較器３０３の一方に入力される。
時刻ｔ４０９から時刻ｔ４１１の期間で、比較器３０３のもう一方にランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｊが入力される。ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｊはランプ信号出力回路１０５によって生成され、ランプ信号切り替え回路３０４を介して比較器３０３に入力される。
【００３０】
時刻ｔ４０９から時刻ｔ４１０の期間で、ランプ信号出力回路１０５により、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｊの電位を時間に依存して初期値から上昇させていく。時刻ｔ４１０で、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｊの電位変化を止める。時刻ｔ４１０でのランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｊの電圧が基準電圧ＶＲＥＦ１となる。この基準電圧ＶＲＥＦ１は、画像信号が低輝度の信号であるか高輝度の信号であるかを判定するための閾値として用いられる。
【００３１】
時刻ｔ４１０から時刻ｔ４１１の期間で、比較器３０３は基準電圧ＶＲＥＦ１と列アンプ出力信号ＡＭＰＯＵＴを比較する。列アンプ出力信号ＡＭＰＯＵＴの電圧が基準電圧ＶＲＥＦ１よりも低い場合には、比較器３０３の出力であるＣＯＭＰＯＵＴ（第２の比較結果信号）がローレベルからハイレベル（＝１）となる。出力ＣＯＭＰＯＵＴは、選択回路３０６にも入力されており、本動作モードにおいて、選択回路３０６はランプ信号切り替え回路３０４に切り替え信号を出力し、ランプ信号切り替え回路３０４はランプ信号ＶＲ
ＡＭＰ＿Ｌを選択して比較器３０３に入力する。すなわち、画像信号が低輝度の信号である場合には、相対的に傾きの小さい第１のランプ信号ＶＲＡＭＰ＿ＬがＡＤ変換に用いられることとなる。
【００３２】
列アンプ出力信号ＡＭＰＯＵＴの電圧が基準電圧ＶＲＥＦ１よりも高い場合には、比較器３０３の出力であるＣＯＭＰＯＵＴ（第２の比較結果信号）はローレベル（＝０）となる。選択回路３０６はランプ信号切り替え回路３０４に切り替え信号を出力し、ランプ信号切り替え回路３０４はランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｈを選択して比較器３０３に入力する。すなわち、画像信号が高輝度の信号である場合には、第１のランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｌに比べて傾きの大きい第２のランプ信号ＶＲＡＭＰ＿ＨがＡＤ変換に用いられることとなる。
【００３３】
時刻ｔ４１０から時刻ｔ４１１の期間で、比較器３０３の出力ＣＯＭＰＯＵＴの値（以後、判定値Ｊと呼ぶ）が、選択回路３０６に入力される。また判定値Ｊは、判定値メモリ３０５Ｃ（第２のメモリ）にも保持される。この判定値Ｊは、画像信号が低輝度の信号であるか（Ｊ＝１）、高輝度の信号であるか（Ｊ＝０）を表すフラグである。
時刻ｔ４１１で、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｈ及びＶＲＡＭＰ＿Ｌのどちらの信号をＳ信号ＡＤ変換期間に使用するかの判定を終了し、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｊの電位をリセットする。
【００３４】
時刻ｔ４１２から時刻ｔ４１４の期間で、ランプ信号出力回路１０５は、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｌ電位、及び、ＶＲＡＭＰ＿Ｈ電位を時間に依存して初期値から上昇させていく。各列回路１０４が、ＶＲＡＭＰ＿Ｌ、ＶＲＡＭＰ＿Ｈのどちらを比較器３０３に入力するかは、時刻ｔ４１０から時刻ｔ４１１の間のＣＯＭＰＯＵＴの値に応じて決定される。図４の場合、時刻ｔ４１０から時刻ｔ４１１の期間の列アンプ出力信号ＡＭＰＯＵＴは基準電圧ＶＲＥＦ１よりも大きいので、相対的に傾きの大きいランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｈが選択される。
【００３５】
時刻ｔ４１２で、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｈの電位変化が開始するとともに、カウンタ回路１０６はクロックパルス信号の計数を開始し、カウント信号ＣＮＴを各列のＳメモリ３０５Ｂに供給する。
時刻ｔ４１３で、信号ＶＲＡＭＰ＿Ｈの電圧が列アンプ出力信号ＡＭＰＯＵＴを上回り、比較器３０３が出力するＣＯＭＰＯＵＴの信号値が変化する。この時のカウント信号ＣＮＴの値（カウント値）をＳメモリ３０５Ｂが保持する。この時にＳメモリ３０５Ｂが保持したカウント信号ＣＮＴの値が、Ｓ信号をＡＤ変換したデジタル値である。
【００３６】
時刻ｔ４１４で、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｌ、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｈの時間に依存した電位変化を停止し、時刻ｔ４００の状態にリセットする。カウンタ回路１０６はクロックパルス信号の計数を止め、そしてカウント信号ＣＮＴを初期値に戻す。
【００３７】
時刻ｔ４１５以降、水平走査回路１０７により、列回路１０４を順次動作させることにより、Ｎメモリ３０５Ａ、Ｓメモリ３０５Ｂ、判定値メモリ３０５Ｃに保持された信号は水平出力線１０８を介して信号処理回路１０９に送られる。そして、演算処理が行われた後、信号が撮像装置の外部に出力される。
【００３８】
信号処理回路１０９では、Ｓ信号からＮ信号を差し引いた差動信号レベル（光成分）が算出される。なお、Ｓ信号−Ｎ信号演算の前に、Ｓ信号のＡＤ変換時に選択したランプ信号によって、ＡＤ変換結果の補正処理を行う。
ここで、ＡＤ変換結果の補正処理について説明する。例えば、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｈの傾きがランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｌの傾きの４倍である場合、カウント信号ＣＮＴの１
カウントに対応する信号振幅はＶＲＡＭＰ＿Ｈのほうが４倍になる。そこで、信号の電位レベルに対するデジタル出力を合わせるために、ＶＲＡＭＰ＿ＨにてＡＤ変換されたカウント値に対してデジタルゲインで４倍する処理を行う。信号処理回路１０９に入力されたＳ信号に対して補正処理が必要かどうかは、判定値メモリ３０５Ｃに保持された判定値Ｊにより判断することができる。判定値Ｊ＝０であれば、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｈが選択されているため、Ｓ信号を４倍する処理を行い、Ｊ＝１であれば、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｌが選択されているため、Ｓ信号を４倍する処理は行わない。
【００３９】
なお、判定値Ｊを求めるための閾値（基準電圧ＶＲＥＦ１のレベル）は任意に設定可能であるが、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｈの傾きがランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｌの傾きの４倍である場合、ＡＤ変換したい出力信号振幅の１／４に設定すると良い。例えば、ＡＤ変換したい出力信号の振幅が１［Ｖ］であった場合、ＶＲＥＦ１を振幅０．２５［Ｖ］相当に設定する。ＡＤ変換時のカウンタを１２ビット、４０９５までカウントする構成として、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｌは、４０９５カウントで振幅０．２５［Ｖ］となるよう制御する。そして、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｈは、４０９５カウントで振幅１［Ｖ］となるよう制御する。
【００４０】
このような構成でＡＤ変換を行った場合、補正処理後の結果は、０．２５［Ｖ］以下の小振幅、すなわち低輝度の出力は、０から４０９５まで１カウント刻みで出力結果が得られる。また、０．２５［Ｖ］より大きく１［Ｖ］以下の大振幅、すなわち高輝度の出力は４０９６から１６３８０まで４カウント刻みで出力結果が得られる。このように、高輝度出力の分解能は低輝度より粗くなるものの、１４ビット相当のカウントまで時間をかけることなく、高速にＡＤ変換を行うことができる。
【００４１】
（駆動モードＢ）
次に、もう一つの画素信号読み出し動作である、画素１０１の信号出力レベルに応じて列アンプゲインを切り替えてＡＤ変換を行う動作について説明する。
【００４２】
図５は、電荷読み出し動作の一例を示すタイミングチャートである。各駆動パルスのタイミング、画素出力電圧、列アンプ出力電圧、ランプ信号を模式的に示している。
【００４３】
時刻ｔ５００で、垂直走査回路１１０が、選択パルスＰＳＥＬをハイレベルとし、画素信号ＰＩＸＯＵＴを出力させる画素１０１の行を選択する。また垂直走査回路１１０は、リセットパルスＰＲＥＳをハイレベルとし、ＦＤ２０３の電位をリセットする。
【００４４】
時刻ｔ５０１で、垂直走査回路１１０は、リセットパルスＰＲＥＳをローレベルとする。このリセットパルスＰＲＥＳをローレベルとした時に出力される画素信号ＰＩＸＯＵＴを「画素基準信号」と表記する。画素基準信号は、画素１０１が有するノイズ成分を含む信号である。
【００４５】
時刻ｔ５０２で、水平走査回路１０７は、Ｃ０リセットパルスＰＣ０Ｒをハイレベルからローレベルに変え、増幅器ＡＭＰ及び入力容量Ｃ０のリセットを解除する。これにより、入力容量Ｃ０には、Ｃ０リセットパルスＰＣ０Ｒをローレベルとした時の画素基準信号の電位に基づく電荷が保持される。また、スイッチＳＷ３及びＳＷ４をオフすることで帰還容量Ｃｆ１、Ｃｆ２のみを使用し、列アンプ３０１は列アンプ出力信号ＡＭＰＯＵＴを出力する。
【００４６】
列アンプゲインは、増幅器ＡＭＰの帰還経路に接続される帰還容量Ｃｆ１、Ｃｆ２、Ｃｆ３、Ｃｆ４の容量値と、入力容量Ｃ０の容量値との比で決定される。本実施形態では、Ｃｆ１、Ｃｆ２、Ｃｆ３、Ｃｆ４の容量値は、それぞれ入力容量Ｃ０の容量値の１／８倍
、１／８倍、１／４倍、１／２倍とする。帰還容量Ｃｆ１、Ｃｆ２、Ｃｆ３、Ｃｆ４すべてを使用する際のゲインは、１／（１／８＋１／８＋１／４＋１／２）＝１倍である。帰還容量Ｃｆ１、Ｃｆ２のみ使用する際のゲインは１／（１／８＋１／８）＝４倍である。
【００４７】
時刻ｔ５０３で、水平走査回路１０７は、比較器リセットパルスＣＯＭＰＲＥＳをハイレベルとし、所定時間後にローレベルとする。
時刻ｔ５０４から時刻ｔ５０６の期間で、ランプ信号出力回路１０５により、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｈの電位が時間に依存して初期値から上昇する。ここではＶＲＡＭＰ＿Ｈのみをランプ信号切り替え回路３０４を介して比較器３０３に入力する。例えば、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｈの傾きがランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｌの傾きの４倍である場合、ＶＲＡＭＰ＿ＬのＡＤ変換ゲインを１倍とすると、ＶＲＡＭＰ＿Ｈは単位時間当たりのランプ信号の電位変化量が大きいためＡＤ変換ゲインは１／４倍となる。詳細は後述するが、低輝度時に列アンプゲイン４倍を使用した際にＶＲＡＭＰ＿ＨでＡＤ変換ゲインを１／４倍することで、光信号に対するＡＤ変換後のデジタル値を適正化している。これらの駆動は、タイミング生成部１１１からランプ信号出力回路１０５及びランプ信号切り替え回路３０４に制御信号を送ることにより実現される。
【００４８】
時刻ｔ５０４で、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｈの電位変化が開始されるとともに、カウンタ回路１０６はクロックパルス信号の計数を開始し、カウント信号ＣＮＴを各列のＮメモリ３０５Ａに供給する。時刻ｔ５０５で、信号ＶＲＡＭＰ＿Ｈの電圧が列アンプ出力信号ＡＭＰＯＵＴを上回り、比較器３０３が出力するＣＯＭＰＯＵＴの信号値が変化する。この時のカウント信号ＣＮＴの値をＮメモリ３０５Ａが保持する。この時にＮメモリ３０５Ａが保持したカウント信号ＣＮＴの値が、Ｎ信号をＡＤ変換した値である。時刻ｔ５０６で、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｈの時間に依存した電位変化を停止し、時刻ｔ５００の状態にリセットする。カウンタ回路１０６は、クロックパルス信号の計数を止め、そしてカウント信号ＣＮＴを初期値に戻す。
時刻ｔ５０７に転送パルスＰＴＸをハイレベルとし、時刻ｔ５０８に転送パルスＰＴＸをローレベルとする。これにより、光電変換部２０１に入射した光によって生成された信号電荷がＦＤ２０３に転送される。増幅ＭＯＳトランジスタ２０４は、ＦＤ２０３に転送された信号電荷に基づく電圧信号を出力する。この電圧信号が選択ＭＯＳトランジスタ２０５を介して垂直出力線１０２に出力される。この信号が画素信号ＰＩＸＯＵＴの一つである画像信号である。
【００４９】
列アンプ３０１は、画素基準信号と画像信号との電位差を反転増幅した列アンプ出力信号ＡＭＰＯＵＴを出力する。この時の列アンプ出力信号ＡＭＰＯＵＴを「増幅画像信号」と表記する。増幅画像信号は比較器３０３の一方に入力される。
【００５０】
時刻ｔ５０９から時刻ｔ５１１の期間で、比較器３０３のもう一方にランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｊが入力される。ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｊはランプ信号出力回路１０５によって生成され、ランプ信号切り替え回路３０４を介して比較器３０３に入力される。
【００５１】
時刻ｔ５０９から時刻ｔ５１０の期間で、ランプ信号出力回路１０５により、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｊの電位を時間に依存して初期値から上昇させていく。時刻ｔ５１０で、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｊの電位変化を止める。時刻ｔ５１０でのランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｊの電圧が基準電圧ＶＲＥＦ２となる。この基準電圧ＶＲＥＦ２は、画像信号が低輝度の信号であるか高輝度の信号であるかを判定するための閾値として用いられる。
【００５２】
時刻ｔ５１０から時刻ｔ５１１の期間で、比較器３０３は基準電圧ＶＲＥＦ２と列アンプ出力信号ＡＭＰＯＵＴを比較する。列アンプ出力信号ＡＭＰＯＵＴの電圧が基準電圧ＶＲＥＦ２よりも低い際には、比較器３０３の出力であるＣＯＭＰＯＵＴ（第２の比較結果
信号）がローレベルからハイレベル（＝１）となる。出力ＣＯＭＰＯＵＴは、選択回路３０６にも入力されており、本動作モードにおいて、選択回路３０６はゲイン切り替え回路３０２に切り替え信号を出力し、ゲイン切り替え回路３０２はゲイン切り替え信号を列アンプ３０１に入力する。信号ＡＭＰＯＵＴの電圧が基準電圧ＶＲＥＦ２よりも低い際には、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は変化せず、ゲインは４倍のまま変わらない。
【００５３】
信号ＡＭＰＯＵＴの電圧が基準電圧ＶＲＥＦ２よりも高い際には、比較器３０３の出力であるＣＯＭＰＯＵＴ（第２の比較結果信号）はローレベル（＝０）となる。選択回路３０６はゲイン切り替え回路３０２に切り替え信号を出力し、スイッチＳＷ３及びＳＷ４をオンし、ゲインが１倍に切り替えられ、１倍で増幅された信号が出力される。
時刻ｔ５１０から時刻ｔ５１１の期間で、比較器３０３の出力ＣＯＭＰＯＵＴの値（判定値Ｊ）が、選択回路３０６に入力される。また、判定値Ｊは、判定値メモリ３０５Ｃ（第２のメモリ）にも保持される。
【００５４】
時刻ｔ５１１で、列アンプのゲインを１倍と４倍のどちらをＳ信号ＡＤ変換期間に使用するかの判定を終了し、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｊの電位をリセットする。
時刻ｔ５１２から時刻ｔ５１４の期間で、ランプ信号出力回路１０５は、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｈの電位を時間に依存して初期値から上昇させていく。図５の場合、時刻ｔ５１０から時刻ｔ５１１の期間の列アンプ出力信号ＡＭＰＯＵＴの電圧は、基準電圧ＶＲＥＦ２よりも大きいので、列アンプゲインは１倍に切り替えられている。
【００５５】
時刻ｔ５１２で、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｈの電位変化が開始するとともに、カウンタ回路１０６はクロックパルス信号の計数を開始し、カウント信号ＣＮＴを各列のＳメモリ３０５Ｂに供給する。
時刻ｔ５１３で、信号ＶＲＡＭＰ＿Ｈの電圧が列アンプ出力信号ＡＭＰＯＵＴを上回り、比較器３０３が出力するＣＯＭＰＯＵＴの信号値が変化する。この時のカウント信号ＣＮＴの信号値をＳメモリ３０５Ｂが保持する。この時にＳメモリ３０５Ｂが保持したカウント信号ＣＮＴの信号値が、Ｓ信号をＡＤ変換した値である。
【００５６】
時刻ｔ５１４で、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｈの時間に依存した電位変化を停止し、時刻ｔ５００の状態にリセットする。カウンタ回路１０６はクロックパルス信号の計数を止め、そしてカウント信号ＣＮＴを初期値に戻す。
【００５７】
時刻ｔ５１５以降、水平走査回路１０７により、列回路１０４を順次動作させることにより、Ｎメモリ３０５Ａ、Ｓメモリ３０５Ｂ、判定値メモリ３０５Ｃに保持された信号は水平出力線１０８を介して信号処理回路１０９に送られる。そして、演算処理が行われた後、信号が撮像装置の外部に出力される。
【００５８】
信号処理回路１０９では、Ｓ信号からＮ信号を差し引いた差動信号レベル（光成分）が算出される。なお、Ｓ信号−Ｎ信号演算の前に、Ｓ信号のＡＤ変換時に使用した列アンプゲインによって、ＡＤ変換結果の補正処理を行う。
ここで、ＡＤ変換結果の補正処理について説明する。信号処理回路１０９に入力されたＳ信号に対して補正処理が必要かどうかは、判定値メモリ３０５Ｃに保持された判定値Ｊにより判断することができる。判定値Ｊ＝０であれば、列アンプゲインが４倍から１倍へゲイン低下する変更が行われるため、Ｓ信号を４倍する処理を行い、Ｊ＝１であれば、列アンプゲインは４倍のままのため、Ｓ信号を４倍する処理は行わない。
【００５９】
なお、判定値Ｊを求めるための閾値（基準電圧ＶＲＥＦ２のレベル）は任意に設定可能であるが、例えば、ＡＤ変換したい出力信号の振幅が１［Ｖ］であった場合、基準電圧ＶＲＥＦ２を振幅１［Ｖ］相当に設定するとよい。ＡＤ変換時のカウンタを１２ビット、４
０９５までカウントする構成として、ランプ信号ＶＲＡＭＰ＿Ｈは４０９５カウントで振幅１［Ｖ］となるよう制御する。
【００６０】
列アンプゲイン４倍のままでＡＤ変換を行った場合、すなわち低輝度の出力は０から４０９５まで１カウント刻みで出力結果が得られる。列アンプゲインを４倍から１倍へ低下させてＡＤ変換を行った場合、すなわち高輝度の出力は４０９６から１６３８０まで４カウント刻みで出力結果が得られる。このように、高輝度出力の分解能は低輝度より粗くなるものの、１４ビット相当のカウントまで時間をかけることなく、高速にＡＤ変換を行うことができる。
【００６１】
ところで、撮像装置のＩＳＯ感度が変更されると、それに連動して列アンプのゲインを切り替えて使用することが一般的に知られている。例えば、ＩＳＯ１００で列アンプゲイン１倍を使用したとすると、ＩＳＯ２００では列アンプゲイン２倍、ＩＳＯ４００では列アンプゲイン４倍といった具合である。
【００６２】
本実施形態の駆動モードＢのＩＳＯ１００では、高輝度時は、光量に比例して発生する光ショットノイズが回路ノイズよりも支配的なため、列アンプゲイン１倍を使用する。一方、低輝度時は、回路ノイズが支配的なため、列アンプゲイン４倍を使用し、列アンプでゲインをかけて信号増幅を行う。これにより、後段の比較器で発生するノイズの影響が相対的に低下し、高画質な画像を得ることができる。よってＩＳＯ１００からランダムノイズ低減の効果を得ることができる。
【００６３】
（駆動モードの切り替え）
駆動モードＢは、低輝度時のランダムノイズを低減できる点では有利であるが、ＩＳＯ感度が高い場合に高ゲインの切り替え動作が必要になるという不利がある。例えばＩＳＯ感度に比例してゲインを設定していくと、ＩＳＯ２５６００の場合に、低輝度時に６４倍、高輝度時に１６倍という高ゲインの切り替えを行わなければならない。高ゲイン時はアンプの応答性が低下し、静定に時間がかかるため、所望の時間内に画素信号の読み出し動作を完了することが困難となる。一方、駆動モードＡは、アンプの静定を待つ時間が必要ないので、高速化には有利である。
【００６４】
そこで、本実施形態では、設定されるＩＳＯ感度に応じて駆動モードＡとＢを切り替える。具体的には、ＩＳＯ感度が所定の感度より高い場合には、画素信号の読み出しを高速化するため駆動モードＡに切り替え、それ以外の場合は、ランダムノイズを低減するため駆動モードＢに切り替える。
【００６５】
続いて、ＩＳＯ感度設定に応じて駆動モードを変更する具体例について説明する。図６は、本実施形態におけるＩＳＯ感度、駆動モード、列アンプゲイン、ランプゲイン（ランプ信号の傾き）の関係を示す表である。本実施形態ではＩＳＯ感度が１００、２００の場合には駆動モードＢを使用し、ＩＳＯ感度が４００から２５６００は駆動モードＡを使用する。ＩＳＯ１００とＩＳＯ２００では列アンプゲインを低輝度と高輝度で切り替え、ランプゲインは１／４倍で固定し、ＡＤ変換を行う。ＩＳＯ４００からＩＳＯ２５６００は、各ＩＳＯ感度で列アンプゲインを固定し、低輝度と高輝度でランプゲイン（ランプ信号の傾き）を切り替えている。図６に示したような設定表で駆動モードを切り替えることで、低ＩＳＯ感度設定時はランダムノイズを低減することができ、高ＩＳＯ感度設定時は列アンプで高ゲインをかけても高速化を達成することが可能となる。
【００６６】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態では、ＩＳＯ感度設定に応じて駆動モードを切り替えたのに対し、本実施形態では、フレームレートに応じて駆動モード
を切り替える。具体的には、フレームレートが所定のフレームレートより高い場合には、画素信号の読み出しを高速化するため駆動モードＡに切り替え、それ以外の場合は、ランダムノイズを低減するため駆動モードＢに切り替える。撮像装置の構成及び駆動方法は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６７】
図７は、駆動モード切り替え条件の設定表である。図７の例では、１５ｆｐｓ（フレーム／秒）、３０ｆｐｓといった比較的低速なフレームレートでは、駆動モードＢを使用し、ランダムノイズを低減する。そして、６０ｆｐｓ、１２０ｆｐｓ、２４０ｆｐｓといった比較的高速なフレームレートでは、高速な読み出しが可能な駆動モードＡを使用する。このように撮影条件に応じて適切に駆動モードを切り替えることによって、いずれのフレームレートにおいても高品質な画像を得ることができる。
【００６８】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、ＩＳＯ感度設定とフレームレートに応じて駆動モードを切り替える。撮像装置の構成及び駆動方法は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６９】
図８は、駆動モード切り替え条件の設定表である。図８の例では、ＩＳＯ感度が第１の感度（ＩＳＯ１６００）より高い場合（ＩＳＯ３２００〜ＩＳＯ２５６００の場合）は駆動モードＡに切り替える。また、ＩＳＯ感度が第２の感度（ＩＳＯ４００）より低い場合（ＩＳＯ１００〜ＩＳＯ２００の場合）は駆動モードＢに切り替える。そして、ＩＳＯ感度が第２の感度以上かつ第１の感度以下の場合（ＩＳＯ４００〜ＩＳＯ１６００の場合）は、フレームレートが高ければ駆動モードＢに、フレームレートが低ければ駆動モードＡに切り替える。
【００７０】
このように、１２０ｆｐｓなどの高速モードでは高速読み出しが可能な駆動モードＡで駆動し、１５ｆｐｓなどの低速モードではＩＳＯ１６００まで駆動モードＢで駆動し、ランダムノイズを低減する。撮影条件に応じて適切に駆動モードを切り替えることによって、高画質な画像を得ることができる。
【００７１】
＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態による撮像システムについて、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
【００７２】
上記第１乃至第３実施形態で述べた撮像装置は、種々の撮像システムに適用可能である。適用可能な撮像システムとしては、特に限定されるものではないが、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、撮像システムに含まれる。図９にはこれらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。
【００７３】
撮像システム５００は、図９に示すように、撮像装置１００、撮像光学系５０２、ＣＰＵ５１０、レンズ制御部５１２、撮像装置制御部５１４、画像処理部５１６、絞りシャッタ制御部５１８、表示部５２０、操作スイッチ５２２、記録媒体５２４を備える。
【００７４】
撮像光学系５０２は、被写体の光学像を形成するための光学系であり、レンズ群、絞り５０４等を含む。絞り５０４は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行なう機能を備えるほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしての機能も備える。レンズ群及び絞り５０４は、光軸方向に沿って進退可能に保持されており、これらの連動した動作によって変倍機能（ズーム機能）や焦点調節機能を実現する。撮像光学系５０２は
、撮像システムに一体化されていてもよいし、撮像システムへの装着が可能な撮像レンズでもよい。
【００７５】
撮像光学系５０２の像空間には、その撮像面が位置するように撮像装置１００が配置されている。撮像装置１００は、第１乃至第３実施形態で説明した撮像装置であり、ＣＭＯＳセンサ（画素部）とその周辺回路（周辺回路領域）とを含んで構成される。撮像装置１００は、複数の光電変換部を有する画素が２次元配置され、これらの画素に対してカラーフィルタが配置されることで、２次元単板カラーセンサを構成している。撮像装置１００は、撮像光学系５０２により結像された被写体像を光電変換し、画像信号や焦点検出信号として出力する。
【００７６】
レンズ制御部５１２は、撮像光学系５０２のレンズ群の進退駆動を制御して変倍操作や焦点調節を行うためのものであり、その機能を実現するように構成された回路や処理装置により構成されている。絞りシャッタ制御部５１８は、絞り５０４の開口径を変化して（絞り値を可変として）撮影光量を調節するためのものであり、その機能を実現するように構成された回路や処理装置により構成される。
【００７７】
ＣＰＵ５１０は、カメラ本体の種々の制御を司るカメラ内の制御装置であり、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を含む。ＣＰＵ５１０は、ＲＯＭ等に記憶されたコンピュータプログラムに従ってカメラ内の各部の動作を制御し、撮像光学系５０２の焦点状態の検出（焦点検出）を含むＡＦ、撮像、画像処理、記録等の一連の撮影動作を実行する。ＣＰＵ５１０は、信号処理部でもある。
【００７８】
撮像装置制御部５１４は、撮像装置１００の動作を制御するとともに、撮像装置１００から出力された信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ５１０に送信するためのものであり、それら機能を実現するように構成された回路や制御装置により構成される。Ａ／Ｄ変換機能は、撮像装置１００が備えていてもかまわない。画像処理部５１６は、Ａ／Ｄ変換された信号に対してγ変換やカラー補間等の画像処理を行って画像信号を生成するためのものであり、その機能を実現するように構成された回路や制御装置により構成される。表示部５２０は、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の表示装置であり、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像、撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態等を表示する。操作スイッチ５２２は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。記録媒体５２４は、撮影済み画像等を記録するためのものであり、撮像システムに内蔵されたものでもよいし、メモリカード等の着脱可能なものでもよい。
【００７９】
このようにして、第１乃至第３実施形態による撮像装置１００を適用した撮像システム５００を構成することにより、高性能の撮像システムを実現することができる。
【００８０】
＜第５実施形態＞
本発明の第５実施形態による撮像システム及び移動体について、図１０Ａ及び図１０Ｂを用いて説明する。図１０Ａ及び図１０Ｂは、本実施形態による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。
【００８１】
図１０Ａは、車載カメラに関する撮像システム４００の一例を示したものである。撮像システム４００は、撮像装置４１０を有する。撮像装置４１０は、上述の第１乃至第３実施形態に記載の撮像装置のいずれかである。撮像システム４００は、撮像装置４１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部４１２と、撮像装置４１０により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差
取得部４１４を有する。また、撮像システム４００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部４１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部４１８と、を有する。ここで、視差取得部４１４や距離取得部４１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部４１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
【００８２】
撮像システム４００は、車両情報取得装置４２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム４００は、衝突判定部４１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ４３０が接続されている。すなわち、制御ＥＣＵ４３０は、距離情報に基づいて移動体を制御する移動体制御手段の一例である。また、撮像システム４００は、衝突判定部４１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置４４０とも接続されている。例えば、衝突判定部４１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ４３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置４４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
【００８３】
本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム４００で撮像する。図１０Ｂに、車両前方（撮像範囲４５０）を撮像する場合の撮像システム４００を示した。車両情報取得装置４２０は、撮像システム４００を動作させ撮像を実行させるように指示を送る。上述の第１乃至第３実施形態の撮像装置を撮像装置４１０として用いることにより、本実施形態の撮像システム４００は、測距の精度をより向上させることができる。
【００８４】
以上の説明では、他の車両と衝突しないように制御する例を述べたが、他の車両に追従して自動運転する制御、車線からはみ出さないように自動運転する制御等にも適用可能である。更に、撮像システムは、自動車等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
【００８５】
以上述べた実施形態は本発明の一具体例を述べたものにすぎず、本発明の範囲は上記実施形態の構成に限られるものではない。
【符号の説明】
【００８６】
１００：撮像装置
１０１：画素
１０４：列回路（ＡＤ変換部）
３０１：列アンプ
３０２：ゲイン切り替え回路
３０３：比較器
３０４：ランプ信号切り替え回路
３０５Ａ：Ｎメモリ
３０５Ｂ：Ｓメモリ
３０５Ｃ：判定値メモリ
３０６：選択回路
【図１】
2019140650.tif 000003
【図２】
2019140650.tif 000004
【図３】
2019140650.tif 000005
【図４】
2019140650.tif 000006
【図５】
2019140650.tif 000007
【図６】
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【図７】
2019140650.tif 000009
【図８】
2019140650.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2019140650.tif 000012