(57)【要約】【課題】  広いダイナミックレンジを維持したままＡ／Ｄコンバータの内部ノイズを低減できるようにした固体撮像装置およびその映像信号取出し方法を提供する。【解決手段】  この固体撮像装置１０は、マトリックス状に配列された複数の画素を備えるイメージセンサ１１と、一方の出力信号を増幅率αで増幅する増幅器１２と、この増幅器の出力信号を変換するＡ／Ｄコンバータ１３と、低周波成分信号を取出すローパスフィルタ１４と、低周波成分信号を変換するＤ／Ａコンバータ１６と、映像信号とＤ／Ａコンバータの出力信号の差を取り、この差信号を増幅率αよりも大きい増幅率βで増幅する増幅器１７と、増幅器１７の出力信号を変換するＡ／Ｄコンバータ１８と、Ａ／Ｄコンバータ１８の出力信号をα／β倍する増幅率調整部１９と、低周波成分信号と増幅率調整部から出力される信号とを加算する演算部１５から構成される。【選択図】      図１
2005333326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス状に配列された複数の画素の各々への入射光の光量に応じて対数的に変換して得られるセンサ信号を２つの出力系統で出力するイメージセンサと、
前記２つの出力系統の一方の出力信号を第１増幅率（α）で増幅する第１増幅手段と、
前記第１増幅手段の出力信号をアナログ・デジタル変換する第１Ａ／Ｄ変換手段と、
前記第１Ａ／Ｄ変換手段の出力信号から低周波成分信号を取出す低周波成分信号取出し手段と、
前記低周波信号取出し手段から出力される低周波成分信号をデジタル・アナログ変換するＤ／Ａ変換手段と、
前記２つの出力系統の他方の出力信号と前記Ｄ／Ａ変換手段の出力信号との差を取り、この差信号を前記第１増幅率（α）よりも大きい第２増幅率（β）で増幅する第２増幅手段と、
前記第２増幅手段の出力信号をアナログ・デジタル変換する第２Ａ／Ｄ変換手段と、
前記第２Ａ／Ｄ変換手段の出力信号をα／β倍する増幅率調整手段と、
前記低周波信号取出し手段から出力される前記低周波成分信号と前記増幅率調整手段から出力される信号とを加算して映像信号を出力する演算手段と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記低周波成分信号取出し部と前記第２増幅手段との間に前記低周波成分信号を記憶する記憶手段を備え、前記記憶手段によって、前記イメージセンサのマトリックス状の前記複数の画素の１行分を遅延させた前記低周波成分信号を前記第２増幅手段に供給することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
マトリックス状に配列された複数の画素の各々への入射光の光量に応じて対数的に変換して得られるセンサ信号を２つの出力系統で出力するイメージセンサと、
前記２つの出力系統の一方の出力信号を第１増幅率（α）で増幅する第１増幅手段と、
前記第１増幅手段の出力信号をアナログ・デジタル変換する第１Ａ／Ｄ変換手段と、
前記第１Ａ／Ｄ変換手段の出力信号から低周波成分信号を取出す低周波成分信号取出し手段と、
前記低周波成分信号取出し手段からの前記低周波成分信号を行単位で複数記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記複数の低周波成分信号の傾きにより次の行の低周波成分を予測する低周波成分予測手段と、
前記低周波成分予測手段から出力される予測低周波成分信号をデジタル・アナログ変換するＤ／Ａ変換手段と、
前記２つの出力系統の他方の出力信号と前記Ｄ／Ａ変換手段の出力信号との差を取り、この差信号を前記第１増幅率（α）よりも大きい第２増幅率（β）で増幅する第２増幅手段と、
前記第２増幅手段の出力信号をアナログ・デジタル変換する第２Ａ／Ｄ変換手段と、
前記第２Ａ／Ｄ変換手段の出力信号をα／β倍する増幅率調整手段と、
前記低周波信号取出し手段から出力される前記低周波成分信号と前記増幅率調整手段から出力される信号とを加算して映像信号を出力する演算手段と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
マトリックス状に配列された複数の画素の各々への入射光の光量に応じて対数的に変換して得られるセンサ信号を２つの出力系統で出力するステップと、
前記２つの出力系統の一方の出力信号を第１増幅率（α）で増幅し低周波成分信号を取り出すステップと、
前記２つの出力系統の他方の出力信号と前記低周波成分信号との差分をとり、この差分に係る信号を前記第１増幅率（α）よりも大きい第２増幅率（β）で増幅してオフセット信号を出力するステップと、
前記低周波成分信号と前記オフセット信号とのレベルを合わせて出力映像信号を演算するステップと、
から成ることを特徴とする固体撮像装置の映像信号取出し方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像装置およびその映像信号取出し方法に関し、特に、固体撮像素子から成るイメージセンサを備えた固体撮像装置であって高周波領域のノイズを低減するのに好適な固体撮像装置、およびその映像信号取出し方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子で作られるイメージセンサは、光電変換素子を含む光センサ回路を画素単位として、複数の当該画素をマトリクス状に配設して構成される。さらにイメージセンサは、画素行および画素列を走査する選択回路と、映像信号読出し回路とを備える。イメージセンサでは、各画素のセンサ信号は選択回路と映像信号読出し回路によって順次に選択され、これにより時系列的なセンサ信号の信号読出しが行われる。イメージセンサから出力された映像信号はアナログ信号である。イメージセンサから出力されたアナログ形式の映像信号は、その後、Ａ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換される。撮像部としての上記イメージセンサとその後の映像信号の処理に関連する各種の電子回路とによって固体撮像装置が構成される。
【０００３】
上記固体撮像装置では、従来から、Ａ／Ｄコンバータから出力される映像信号に含まれるノイズの成分が問題になっていた。各画素から時系列で読み出されたセンサ信号から成る映像信号をアナログ形式からデジタル形式に変換する場合、その回路系には各種のノイズの発生源が存在し、発生したノイズは映像信号に含まれることになる。映像信号に含まれる具体的なノイズとしては、例えば、イメージセンサから出力されるアナログの映像信号（各画素のセンサ信号）そのものに含まれるノイズ、センサ信号を増幅する増幅器で発生するノイズ、Ａ／Ｄコンバータの内部ノイズ等が存在する。その結果、得られた画像はこれらのノイズが乗ったぼやけたものになる。そこで、従来の固体撮像装置は、その性能として、ノイズを低下させ、ダイナミックレンジを広くすること、およびＳ／Ｎを高くすることが求められていた。
【０００４】
上記問題を解決する従来の技術として特許文献１および特許文献２に記載される発明が提案されている。
【０００５】
特許文献１に記載される映像信号合成装置では、撮像部（ＣＣＤ）の電荷蓄積時間を切り替えて露光時間の長い信号と露光時間の短い信号を生成し、これらの２つの信号を合成して広いダイナミックレンジを実現すると共に、露光時間の短い信号の暗部成分を取り除いてＳ／Ｎを高くしている。
【０００６】
また特許文献２に記載される光センサ回路は、その中に、入射光の光量に応じて生じたセンサ電流を対数出力特性に基づいて変換してセンサ信号を出力するＭＯＳトランジスタを含んでいる。当該光センサ回路では、上記ＭＯＳトランジスタの対数出力特性を利用してダイナミックレンジを広げている。
【０００７】
しかしながら特許文献１，２に記載される従来技術では次のような問題があった。
【０００８】
特許文献１に記載される映像信号合成装置によれば、露光時間の長い信号と短い信号の２つの信号を得ることが必要であり、撮像部の電荷蓄積時間を切り替える回路構成が必要となり、装置が複雑でコストがかかる。また装置構成上、高速シャッタに動作に対応できず、利用範囲が制限される。
【０００９】
特許文献２に記載される光センサ回路によれば、上記特許文献１の問題はなく、簡単な構成で広いダイナミックレンジを実現できるが、イメージセンサまたは増幅器のノイズ、Ａ／Ｄコンバータの内部ノイズ等のＳ／Ｎを劣化するノイズをそのまま増幅するという問題があった。特に、Ａ／Ｄコンバータの内部ノイズは、特定のパターンがなくかつ広い周波数帯域に出現するランダムなノイズである。そのため、帯域フィルタで除去すること、あるいは予め決められたノイズパターンでキャンセルすることは不可能であった。このＡ／Ｄコンバータの内部ノイズは結果として出力表示される画像のボケ等の弊害を生んでいた。
【特許文献１】特開２００２−１５８９２７号公報
【特許文献２】特開平１０−９００５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、上記特許文献２に開示されるごとく基本的に固体撮像素子から成り、かつＭＯＳトランジスタを含む光センサ回路（画素）を有するイメージセンサを備えた固体撮像装置であって、当該光センサ回路から読み出されたアナログ映像信号をＡ／Ｄコンバータで変換してデジタル映像信号として出力する固体撮像装置において、広いダイナミックレンジを維持したまま、さらにＡ／Ｄコンバータの内部ノイズを低減させることである。
【００１１】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、固体撮像素子から成りかつ画素ごとにＭＯＳトランジスタを含む光センサ回路を有するイメージセンサを備えた固体撮像装置であって、当該光センサ回路から読み出されたアナログ映像信号をＡ／Ｄコンバータで変換してデジタル映像信号として出力する固体撮像装置で、情報量の多い高周波帯域のノイズを低減し、広いダイナミックレンジを維持したまま、Ａ／Ｄコンバータの内部ノイズを低減できるようにした固体撮像装置、およびその映像信号取出し方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る固体撮像装置およびその映像信号取出し方法は、上記目的を達成するため、次のように構成される。
【００１３】
第１の本発明に係る固体撮像装置（請求項１に対応）は、マトリックス状に配列された複数の画素の各々への入射光の光量に応じて対数的に変換して得られるセンサ信号を２つの出力系統で出力するイメージセンサと、２つの出力系統の一方の出力信号を第１増幅率（α）で増幅する第１増幅部と、第１増幅部の出力信号をアナログ・デジタル変換する第１Ａ／Ｄ変換部と、第１Ａ／Ｄ変換部の出力信号から低周波成分信号を取出す低周波成分信号取出し部と、低周波信号取出し部から出力される低周波成分信号をデジタル・アナログ変換するＤ／Ａ変換部と、２つの出力系統の他方の出力信号とＤ／Ａ変換部の出力信号との差を取り、この差信号を第１増幅率（α）よりも大きい第２増幅率（β）で増幅する第２増幅部と、第２増幅部の出力信号をアナログ・デジタル変換する第２Ａ／Ｄ変換部と、第２Ａ／Ｄ変換部の出力信号をα／β倍する増幅率調整部と、低周波信号取出し部から出力される低周波成分信号と増幅率調整部から出力される信号とを加算して映像信号を出力する演算部と、を備える。
【００１４】
上記の第１の本発明では、イメージセンサから出力される映像信号に関して、２つの出力系統を設け、第１の出力系統では映像信号を増幅率αで増幅した後にＡ／Ｄ変換を行い、かつ低周波成分のみを取り出す。高周波成分にはＡ／Ｄ変換部の内部ノイズが乗るので、除去する。他方、第２の出力系統では、上記のごとく取り出された低周波成分信号を利用して映像信号から低周波成分を除去し、得られた高周波成分信号を増幅率β（β＞α）で増幅し、その後Ａ／Ｄ変換を行って高周波成分信号を取り出す。加算（重畳）演算を行う演算部では、高周波成分信号に対してα／β倍の増幅率調整を行い、映像信号を取得する。最終的に得られた映像信号では、情報量の多い高周波成分信号に関して、映像信号から第１出力系統で得た低周波成分を除去して得、かつ大きな増幅率で増幅し、その後に増幅率調整を行って第１出力系統の低周波成分信号と加算するようにしたため、イメージセンサのダイナミックレンジの広さを保ったままＡ／Ｄコンバータの内部ノイズを低減することができる。
【００１５】
第２の本発明に係る固体撮像装置（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは、低周波成分信号取出し部と第２増幅部との間に低周波成分信号を記憶する記憶部を備え、この記憶部によって、イメージセンサのマトリックス状の複数の画素の１行分を遅延させた低周波成分信号を第２増幅部に供給する。この構成によれば、低周波成分信号を１ライン分遅れて第２増幅部でのオフセット信号処理を行い、かつ第２増幅部の高周波増幅では増幅率を高めているので、Ａ／Ｄコンバータの内部ノイズを低減することができる。
【００１６】
第３の本発明に係る固体撮像装置（請求項３に対応）は、マトリックス状に配列された複数の画素の各々への入射光の光量に応じて対数的に変換して得られるセンサ信号を２つの出力系統で出力するイメージセンサと、２つの出力系統の一方の出力信号を第１増幅率（α）で増幅する第１増幅部と、第１増幅部の出力信号をアナログ・デジタル変換する第１Ａ／Ｄ変換部と、第１Ａ／Ｄ変換部の出力信号から低周波成分信号を取出す低周波成分信号取出し部と、低周波成分信号取出し部からの低周波成分信号を行単位で複数記憶する記憶部と、記憶部に記憶された複数の低周波成分信号の傾きにより次の行の低周波成分を予測する低周波成分予測部と、低周波成分予測部から出力される予測低周波成分信号をデジタル・アナログ変換するＤ／Ａ変換部と、２つの出力系統の他方の出力信号とＤ／Ａ変換部の出力信号との差を取り、この差信号を第１増幅率（α）よりも大きい第２増幅率（β）で増幅する第２増幅部と、第２増幅部の出力信号をアナログ・デジタル変換する第２Ａ／Ｄ変換部と、第２Ａ／Ｄ変換部の出力信号をα／β倍する増幅率調整部と、低周波信号取出し部から出力される低周波成分信号と増幅率調整部から出力される信号とを加算して映像信号を出力する演算部を備える。
【００１７】
上記の第３の本発明では、基本的に第１あるいは第２の本発明の構成・作用と同じであり、さらに第２出力系統で映像信号から低周波成分信号を除去とするとき、１ライン前と２ライン前の低周波成分に係る情報を利用して現に走査し低周波成分を除去しようとするラインの微分傾き（微小傾き）を求め、現に走査するラインの低周波成分を予測して除去処理を行うようにする。
【００１８】
本発明に係る固体撮像装置の映像信号取出し方法（請求項４に対応）は、マトリックス状に配列された複数の画素の各々への入射光の光量に応じて対数的に変換して得られるセンサ信号を２つの出力系統で出力するステップと、２つの出力系統の一方の出力信号を第１増幅率（α）で増幅し低周波成分信号を取り出すステップと、２つの出力系統の他方の出力信号と低周波成分信号との差分をとり、この差分に係る信号を第１増幅率（α）よりも大きい第２増幅率（β）で増幅してオフセット信号を出力するステップと、低周波成分信号とオフセット信号とのレベルを合わせて出力映像信号を演算するステップとから構成される方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る固体撮像装置または固体撮像装置の映像信号取出し方法によれば、固体撮像素子から成りかつ画素ごとにＭＯＳトランジスタを含む光センサ回路を有するイメージセンサを備えた固体撮像装置であって、当該光センサ回路から読み出されたアナログ映像信号をＡ／Ｄコンバータで変換してデジタル映像信号として出力し、広いダイナミックレンジ特性を有する固体撮像装置であることを前提とするものにおいて、情報量の多い高周波帯域のノイズを低減し、広いダイナミックレンジを維持したまま、Ａ／Ｄコンバータの内部ノイズを低減することを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１〜４を参照して本発明に係る固体撮像装置の第１実施形態を説明する。ここで、図１は固体撮像装置の全体的な回路構成を示し、図２は図１に示した回路各部の信号Ｓ１〜Ｓ４の波形を示す。なお、図３は１つの画素を構成する光センサ回路の具体的回路例を示し、図４はイメージセンサの具体的回路の一例を示す。
【００２２】
図１で示した固体撮像装置１０において、イメージセンサ１１から出力される映像信号Ｓ１は２つの出力系統１１ａ，１１ｂで出力される。出力系統１１ａの映像信号Ｓ１は第１の増幅器１２に入力される。増幅器１２の増幅率はαである。また出力系統１１ｂの映像信号Ｓ１は、２入力端子１７ａ，１７ｂを有する第２の増幅器１７の一方の入力端子１７ａに入力される。第２の増幅器１７は、２入力端子１７ａ，１７ｂのそれぞれに入力される２つの信号（Ｓ１，Ｓ２）の差信号を増幅する差動増幅器である。増幅器１７の増幅率はβである。
【００２３】
出力系統１１ａで、映像信号Ｓ１は増幅率αの増幅器１２で増幅され、その後Ａ／Ｄコンバータ１３でアナログ・デジタル変換され、得られたデジタル形式の映像信号はローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４に入力される。ローパスフィルタ１４ではデジタル形式の映像信号から高周波成分が除去され低周波成分のみの信号Ｓ１１が取り出される。この低周波成分の信号Ｓ１１は、次の段において、加算を行う演算部１５とＤ／Ａコンバータ１６に供給される。Ｄ／Ａコンバータ１６は、低周波成分の信号をデジタル・アナログ変換し、得られたアナログ形式の低周波成分信号Ｓ２を上記の増幅器１７の他方の入力端子１７ｂにフィードバックする。増幅器１７では、第１に、イメージセンサ１１から出力された映像信号Ｓ１から低周波成分信号Ｓ２が差し引かれ、高周波成分信号を取り出すためのオフセット信号処理が行われる。第２に、増幅器１７は、差信号として取り出された高周波成分信号を増幅率βで増幅する。増幅器１７で増幅された高周波成分信号Ｓ３は、その後Ａ／Ｄコンバータ１８でアナログ・デジタル変換され、得られたデジタル形式の映像信号は、増幅率調整部１９を経由して上記演算部１５の残りの入力端子に供給される。増幅率調整部１９は、前述した増幅率αと増幅率βの相違を考慮し、増幅率を揃えるためにＡ／Ｄコンバータ１８から出力されるデジタル信号に対してα／β倍の演算を行う。演算部１５では、ローパスフィルタ１４から供給されるデジタル形式の低周波成分信号（Ｓ１１）と、増幅率調整部１９から供給されるデジタル形式の高周波成分信号（Ｓ１２）とを加算し、合成されたデジタル形式の映像信号Ｓ４を出力する。映像信号Ｓ４が、固体撮像装置１０の出力信号となる。なお図１で、映像信号Ｓ４はデジタル形式の信号であるが、図２ではアナログのイメージで示している。
【００２４】
図２に示した信号波形において、低周波成分の信号Ｓ２の波形ではＡ／Ｄコンバータ１３による内部ノイズの高周波成分は除去されている。また高周波成分の信号Ｓ３ではＡ／Ｄコンバータ１８の通過後に内部ノイズが乗ることになるが、増幅器１７での減算で当該ノイズも小さくする。
【００２５】
上記において、増幅器１２の増幅率αと増幅器１７の増幅率βとの間では、α＜βの大小関係を満たすように設定されている。従って、ローパスフィルタ１４から出力された低周波成分信号（Ｓ１１）は増幅率αで増幅された結果得られた低周波成分の信号である。他方、Ａ／Ｄコンバータ１８から出力された高周波成分信号は増幅率βで増幅された結果得られた高周波成分の信号である。Ａ／Ｄコンバータ１８から出力された高周波成分信号は増幅率調整部１９で調整され、高周波成分信号（Ｓ１２）となる。すなわち、上記の増幅率の違いは、増幅率調整部１９でα／β倍の処理を行うことにより調整される。演算部１５では、入力される低周波成分信号Ｓ１１と高周波成分信号Ｓ１２に関して増幅率が揃えられた状態で加算（重畳）の演算が行われる。
【００２６】
第１実施形態に係る固体撮像装置１０での上記信号処理回路の構成および映像信号の取出し方によれば、Ａ／Ｄコンバータ１３の内部ノイズに起因する高周波成分が除去された低周波成分信号Ｓ１１と、Ａ／Ｄコンバータ１８の内部ノイズがα／βに減縮された高周波成分信号Ｓ１２とが合成されることになる。そのため、仮にイメージセンサ１１から出力される映像信号Ｓ１を増幅率αの増幅器１２で増幅した信号をそのまま最終的な映像信号として出力した場合と、上記第１実施形態の構成で得られた映像信号Ｓ４の場合とを比較すると、アナログ映像信号をデジタル化（量子化）するＡ／Ｄコンバータの内部ノイズに起因する高周波帯域のノイズを低減することができ、結果的に映像信号Ｓ４においてＡ／Ｄコンバータの内部ノイズを低減することができる。
【００２７】
ここで図３と図４を参照して、上記イメージセンサ１１の具体的な回路構成と、イメージセンサ１１の各画素すなわち光センサ回路の構成を説明する。
【００２８】
最初に図３を参照して光センサ回路を説明する。図３において、画素を成す光センサ回路２０は、入射光Ｌｓの光量に応じたセンサ電流を生じる光電変換素子としてのフォトダイオードＰＤと、電荷を蓄積するコンデンサＣと、フォトダイオードＰＤに流れるセンサ電流を弱反転状態で対数出力特性をもって電圧信号Ｖｐｄに変換するトランジスタ（ＭＯＳトランジスタ）Ｑ１と、その電圧信号Ｖｐｄを増幅するトランジスタＱ２と、読出し信号Ｖｓのパルスタイミングをもってセンサ信号Ｖｏを出力するトランジスタＱ３とから構成される。上記イメージセンサ１１では、光センサ回路２０を画素に用いかつＭＯＳトランジスタＱ１を利用して対数出力特性を持たせることによって、ダイナミックレンジを拡大して光信号の検出を高感度で行わせる。
【００２９】
上記光センサ回路２０を画素として多数用いたイメージセンサ（ＣＭＯＳイメージセンサ）１１の回路例を図４に示す。イメージセンサ１１は、図３に示した光センサ回路２０を画素単位とし、当該画素をマトリクス状に複数配設して画素群を形成し、この画素群から各画素のセンサ信号Ｖｏの時系列的な読出し走査を行う。
【００３０】
イメージセンサ１１は、例えば画素Ｄ１１〜Ｄ４４を４Ｘ４のマトリクス状（行列構造）にて配設して画素群を形成し、当該画素群によって構成される。実際には多数の画素が配列される。イメージセンサ１１は画素列選択回路２１１と画素行選択回路２１２を備える。イメージセンサ１１では、画素行選択回路２１２から順次出力される選択信号ＬＳ２１１〜ＬＳ２１４によって主走査方向における各１行分の画素を選択する。さらにイメージセンサ２１０では、画素列選択回路２１１から順次出力される選択信号ＤＳ２１１〜ＤＳ２１４によって出力用スイッチ群４３における各対応するスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４を逐次オンし、選択された画素行における各画素が選択される。これにより各画素Ｄ１１〜Ｄ４４のセンサ信号が時系列的に読み出され、映像信号（Ｖｏ）が出力される。図中、２１５は各画素における上記トランジスタＱ３のゲート電圧（ＶＧ）用電源であり、２１４はドレイン電圧（ＶＤ）用電源であり、２１３は電圧切換回路である。
【００３１】
イメージセンサ１１では、主走査方向における１行分の各画素の出力側に基準抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４を介してバイアス電圧＋Ｖｃｃを印加するバイアス回路４７を設け、これにより各画素の画素信号（Ｓｏ）を電圧信号であるセンサ信号して出力させる。そして撮影に先がけて、各画素の寄生容量における残留電荷の影響による残像の発生を抑制すべく、図示しないコントローラの制御下で、各画素のトランジスタＱ３のドレイン電圧（ＶＤ）を定常時のハイレベル（Ｈ）からローレベル（Ｌ）に一時的に切り換えて初期化を行わせる電圧切換回路２１３が設けられている。画素行選択回路２１２および画素列選択回路２１１はそれぞれシフトレジスタから成り、図示しないコントローラの制御下において互いに同期をとって駆動制御される。
【００３２】
上記第１実施形態に係る固体撮像装置１０によれば、広いダイナミックレンジを実現できるイメージセンサから出力される映像信号に関して、さらにＡ／Ｄコンバータの内部ノイズを低減できる。すなわち上記固体撮像装置１０によれば、イメージセンサ１１のダイナミックレンジの広さを保ったままＡ／Ｄコンバータの内部ノイズを低減させることができる。
【００３３】
次に図５を参照して本発明に係る固体撮像装置の第２実施形態を説明する。図５において、前述の第１実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。第２実施形態に係る固体撮像装置３０は、第１実施形態の場合と同様に、同じ接続構成にて、イメージセンサ１１と、増幅器１２，１７と、Ａ／Ｄコンバータ１３，１８と、ローパスフィルタ１４と、Ｄ／Ａコンバータ１６と、演算部１５と、増幅率調整部１９とを備える。第１実施形態と異なる特徴的構成としては、ローパスフィルタ１４の出力部とＤ／Ａコンバータ１６の入力部との間に１ライン遅延メモリ（ＤＤＬ：デジタル・ディレイ・ライン）３１が設けられる。１ライン遅延メモリ３１は、ＦＩＦＯ形式のメモリである。
【００３４】
上記構成を有する第２実施形態に係る固体撮像装置３０によれば、第１の出力系統１１ａを通して得られる映像信号のうちの低周波成分信号Ｓ１１を、Ｄ／Ａコンバータ１６を経由して第２の増幅器１７に戻してオフセット信号処理を行う時に、１ライン遅延メモリ３１に一時的に記憶することにより、当該低周波成分信号を正確に１ライン分（マトリックス状画素群の行列における１行分）遅らせて増幅器１７に戻すようにしている。これにより得られた高周波成分信号（Ｓ１２）と、ローパスフィルタ１４から得られた低周波成分信号（Ｓ１１）とを、第１実施形態と同様に演算部１５で加算して合成すれば、Ａ／Ｄコンバータの内部ノイズを低減でき、Ｓ／Ｎを改善することができる。すなわち、ローパスフィルタ１４から出力される信号（Ｓ１１）では高周波帯域のノイズが除去され、また出力系統１１ｂの高周波成分信号を取り出すルートでは増幅器１８で増幅率（β）を高くしてＳ＞Ｎとなり、結果としてＳ／Ｎが向上する。上記の２つの信号Ｓ１１，Ｓ１２を合成すると、第１実施形態と同様に、映像信号は、イメージセンサ１１による広いダイナミックレンジを保ったまま、全体としてＡ／Ｄコンバータの内部ノイズを低減させることになる。
【００３５】
次に図６を参照して本発明に係る固体撮像装置の第３実施形態を説明する。図６において、前述の第１実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。第３実施形態に係る固体撮像装置４０は、第１実施形態の場合と同様に、同じ接続構成にて、イメージセンサ１１と、増幅器１２，１７と、Ａ／Ｄコンバータ１３，１８と、ローパスフィルタ１４と、Ｄ／Ａコンバータ１６と、演算部１５と、増幅率調整部１９を備える。第２実施形態と異なる特徴的構成としては、ローパスフィルタ１４の出力部とＤ／Ａコンバータ１６の入力部との間に、２つの１ライン遅延メモリ（ＤＤＬ）４１，４２と微分回路４３が設けられる。１ライン遅延メモリ４１，４２は、ＦＩＦＯ形式のメモリである。１ライン遅延メモリ４１，４２は、第２実施形態で説明した１ライン遅延メモリ３１と同様な機能を有するものである。
【００３６】
２つの１ライン遅延メモリ４１，４２は、ローパスフィルタ１４の出力部に対して直列的な接続関係にある。すなわち、１ライン遅延メモリ４１は上流側に位置してローパスフィルタ１４の出力信号を入力し記憶し、１ライン遅延メモリ４２は下流側に位置して１ライン遅延メモリ４１の出力信号を入力し記憶する。１ライン遅延メモリ４１から出力される信号は、１ライン遅延メモリ４２に供給されると共に、微分回路４に供給される。１ライン遅延メモリ４２から出力される信号は微分回路４３に供給される。その他の構成・作用は第１実施形態の固体撮像装置１０と同じである。
【００３７】
第３実施形態の固体撮像装置４０では、第１の１ライン遅延メモリ４１によって画素群における現にセンサ信号を読み出そうとするライン（行）の１ライン前の情報を記憶し、さらに第２のライン遅延メモリ４２によって画素群における現にセンサ信号を読み出そうとするラインの２ライン前の情報を記憶する。微分回路４３は、１ライン遅延メモリ４１から供給される１ライン前の情報（Ａ）と１ライン遅延メモリ４２から供給される２ライン前の情報（Ｂ）とに基づいて傾斜に係る情報を算出するという微分演算を行い、１ライン前と２ライン前の各ラインの差から部分的情報としての傾斜を求め、現に走査し読み出そうとするラインの画素のセンサ信号の低周波成分（Ｃ）を予測し、Ｄ／Ａコンバータ１６を経由して増幅器１７に供給する。増幅器１７では、映像信号Ｓ１から、予測された低周波成分信号（Ｃ）を減算し、オフセット信号処理を行う。
【００３８】
図７と図８を参照して、微分回路４３の具体的構成と、微分回路４３における入力（Ａ，Ｂ）と出力（Ｃ）との関係とを説明する。図７に示すごとく、微分回路４３は減算器４３ａと加算器４３ｂから構成される。減算器４３ａは（Ｂ−Ａ）を演算し、加算器４３ｂはＣ＝Ｂ＋（Ｂ−Ａ）を演算する。図８に示すごとく、現に走査し読み出そうとしているラインがｎであるとき、ｎラインで予測される低周波成分信号に係る情報Ｃは、２ライン前の（ｎ−２）ラインの低周波成分信号に係る情報Ａと１ライン前の（ｎ−１）ラインの低周波成分信号に係る情報Ｂとに基づいてＢ＋（Ｂ−Ａ）として演算される。なお図８においてＸ１，Ｘ２，…，Ｘｎは各ライン（行）の画素の列番号を示している。
【００３９】
第３実施形態の固体撮像装置４０の構成によれば、映像信号を取り扱う場合、幾何学的なボケ（収差）と波動光学的ボケ（回折）の影響により、通常、エッジ部分は数画素かけて変化するので、その特性を利用し、隣り合う走査ラインを比較しその類似性に基づき現に読出し中のラインの低周波成分を予測してオフセット信号処理を行うように構成したものである。上記によって、第３実施形態によっても、２つの信号Ｓ１１，Ｓ１２を合成すると、第１実施形態と同様に、映像信号は、イメージセンサ１１による広いダイナミックレンジを保ったまま、全体としてＡ／Ｄコンバータの内部ノイズを低減することができる。また、急峻に輝度が変化する場合（実際には数画素かけて変化）でも次の走査ラインの低周波成分を予測して上記オフセット信号処理を行うことができる。
【００４０】
次に図９を参照して本発明に係る固体撮像装置の第４実施形態を説明する。第４実施形態は実質的に第２実施形態の変形例である。図９において、第２実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。第４実施形態に係る固体撮像装置５０では、出力系統１１ａに関しては、増幅器１２とＡ／Ｄコンバータ１３との間にアナログ信号用のローパスフィルタ５１を設け、映像信号Ｓ１から高周波成分を除き、低周波成分信号のみをＡ／Ｄコンバータ１３に供給している。出力系統１１ｂでは、アナログ信号用の１ライン遅延メモリ（ＡＤＬ）５２を設けて、増幅器１７の入力端１７ａに入力される映像信号が１ライン分遅れるようにしている。増幅器１７の入力端１７ｂには上記ローパスフィルタ５１から出力される低周波成分信号が入力される。増幅器１７は前述した通りの作用を生じ、その出力信号はＡ／Ｄコンバータ１８に供給される。
【００４１】
上記構成によって、Ａ／Ｄコンバータ１３からは映像信号のうちの低周波成分の信号がデジタル形式で出力され、演算部１５に入力される。またＡ／Ｄコンバータ１８からは映像信号のうちの前述した条件を満たす高周波成分の信号がデジタル形式で出力され、演算部１５に入力される。
【００４２】
上記第４実施形態に係る固体撮像装置５０によれば、イメージセンサ１１のダイナミックレンジの広さを保ったままＡ／Ｄコンバータの内部ノイズを低減させることができる。
【００４３】
次に図１０を参照して本発明に係る固体撮像装置の第５実施形態を説明する。第５実施形態は実質的に第２実施形態または第４実施形態の変形例である。図１０において、第２実施形態または第４実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。第５実施形態に係る固体撮像装置６０では、出力系統１１ａに関しては、増幅器１２とＡ／Ｄコンバータ１３との間にアナログ信号用のローパスフィルタ５１を設け、映像信号Ｓ１から高周波成分を除き、低周波成分信号のみをＡ／Ｄコンバータ１３に供給している。出力系統１１ｂでは、映像信号Ｓ１を増幅器１７の入力端１７ａに入力する。増幅器１７の入力端１７ｂには、上記ローパスフィルタ５１から出力される低周波成分信号を、アナログ信号用の１ライン遅延メモリ（ＡＤＬ）５２を経由して入力される。増幅器１７は前述した通りの作用を生じ、その出力信号はＡ／Ｄコンバータ１８に供給される。
【００４４】
上記の結果、Ａ／Ｄコンバータ１３からは映像信号のうちの低周波成分の信号がデジタル形式で出力され、演算部１５に入力される。またＡ／Ｄコンバータ１８からは映像信号のうちの前述した条件を満たす高周波成分の信号がデジタル形式で出力され、演算部１５に入力される。
【００４５】
上記第５実施形態に係る固体撮像装置６０によれば、イメージセンサ１１のダイナミックレンジの広さを保ったまま、Ａ／Ｄコンバータの内部ノイズを低減することができる。
【００４６】
以上の実施形態で説明された構成等については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係る固体撮像装置およびその映像信号取出し方法は、情報量の多い高周波帯域のノイズを低減し、広いダイナミックレンジを維持したまま、Ａ／Ｄコンバータの内部ノイズを低減するのに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る固体撮像装置の第１実施形態を示す回路図である。
【図２】第１実施形態に係る固体撮像装置の回路各部の波形図である。
【図３】各画素の光センサ回路の具体的構成を示す電気回路図である。
【図４】イメージセンサの具体的回路構成を示す電気回路図である。
【図５】本発明に係る固体撮像装置の第２実施形態を示す回路図である。
【図６】本発明に係る固体撮像装置の第３実施形態を示す回路図である。
【図７】微分回路の具体的な構成を示す回路図である。
【図８】情報Ａ，Ｂと低周波成分Ｃの関係を示す図である。
【図９】本発明に係る固体撮像装置の第４実施形態を示す回路図である。
【図１０】本発明に係る固体撮像装置の第５実施形態を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０，３０，４０，５０，６０        固体撮像装置
１１            イメージセンサ
１２，１７      増幅器
１３，１８      Ａ／Ｄコンバータ
１４            ローパスフィルタ
１５            演算部
１６            Ｄ／Ａコンバータ
１９            増幅率調整部
２０            光センサ回路
３１            １ライン遅延メモリ
４１            １ライン遅延メモリ
４２            １ライン遅延メモリ
４３            微分回路
【図１】
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【図２】
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【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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