特許 7604169 光電変換装置、光電変換システム、移動体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-13

(45)【発行日】2024-12-23

(54)【発明の名称】光電変換装置、光電変換システム、移動体

(51)【国際特許分類】

   H04N 25/78 20230101AFI20241216BHJP

【ＦＩ】

H04N25/78

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2020178126

(22)【出願日】2020-10-23

(65)【公開番号】P2022069133

(43)【公開日】2022-05-11

【審査請求日】2023-10-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126240

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 琢磨

(74)【代理人】

【識別番号】100223941

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 佳子

(74)【代理人】

【識別番号】100159695

【弁理士】

【氏名又は名称】中辻 七朗

(74)【代理人】

【識別番号】100172476

【弁理士】

【氏名又は名称】冨田 一史

(74)【代理人】

【識別番号】100126974

【弁理士】

【氏名又は名称】大朋 靖尚

(72)【発明者】

【氏名】福原 隆

(72)【発明者】

【氏名】山下 孝教

【審査官】櫃本 研太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１７１０６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１６７５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０７９４６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ ５／３０－５／３３、２３／１１

２３／２０－２３／３０、２５／００

２５／２０－２５／６１、

２５／６１５－２５／７９

Ｈ０１Ｌ ２７／１４－２７／１４８、

２９／７６２－２９／７６８

Ｈ１０Ｋ ３９／３０－３９／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射光の光量に応じた画素信号を出力する画素と、
前記画素信号の信号レベルに応じた増幅率で前記画素信号を増幅する増幅回路と、を有する光電変換装置であって、
前記画素信号に基づく信号を補正するための補正条件を取得する際に、前記増幅回路に所定信号を出力する出力回路と、
前記画素信号に基づく信号を補正するための補正条件を取得する際に、前記出力回路から出力される前記所定信号の信号レベルを設定する設定回路と、をさらに備え、
前記増幅回路で用いられる増幅率が第１増幅率の場合に、前記設定回路は前記所定信号の信号レベルを第１レベルと前記第１レベルよりも小さい第２レベルのそれぞれに設定し、
前記増幅回路で用いられる増幅率が前記第１増幅率よりも大きい第２増幅率の場合に、前記設定回路は前記所定信号の信号レベルを第３レベルと前記第３レベルよりも小さい第４レベルのそれぞれに設定し、
前記第２レベルに対する前記第１レベルの比は、前記第４レベルに対する前記第３レベルの比よりも大きいことを特徴とする光電変換装置。

【請求項2】

前記第２レベルは前記第４レベルよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。

【請求項3】

入射光の光量に応じた画素信号を出力する画素と、
前記画素信号の信号レベルに応じた増幅率で前記画素信号を増幅する増幅回路と、を有する光電変換装置であって、
前記画素信号に基づく信号を補正するための補正条件を取得する際に、前記増幅回路に所定信号を出力する出力回路と、
前記画素信号に基づく信号を補正するための補正条件を取得する際に、前記出力回路から出力される前記所定信号の信号レベルを設定する設定回路と、をさらに備え、
前記増幅回路で用いられる増幅率が第１増幅率の場合に、前記設定回路は前記所定信号の信号レベルを第１レベルと前記第１レベルよりも小さい第２レベルのそれぞれに設定し、
前記増幅回路で用いられる増幅率が前記第１増幅率よりも大きい第２増幅率の場合に、前記設定回路は前記所定信号の信号レベルを第３レベルと前記第３レベルよりも小さい第４レベルのそれぞれに設定し、
前記第２レベルは前記第４レベルよりも小さいことを特徴とする光電変換装置。

【請求項4】

前記第１レベルは前記第３レベルよりも小さいことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の光電変換装置。

【請求項5】

前記第１レベルと前記第３レベルが同じであることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の光電変換装置。

【請求項6】

前記第１レベル、前記第２レベル、前記第３レベル、前記第４レベルは互いに異なる信号レベルであることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の光電変換装置。

【請求項7】

前記第１レベルは前記第４レベルよりも小さいことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の光電変換装置。

【請求項8】

前記増幅回路で用いられる増幅率が前記第１増幅率および第２増幅率とは異なる第３増幅率の場合に、前記設定回路は前記所定信号の信号レベルを前記第１レベルと前記第２レベルのそれぞれに設定し、
前記増幅回路で用いられる増幅率が前記第１増幅率および第２増幅率とは異なる第４増幅率の場合に、前記設定回路は前記所定信号の信号レベルを前記第３レベルと前記第４レベルのそれぞれに設定することを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の光電変換装置。

【請求項9】

前記第３増幅率および前記第４増幅率は前記第１増幅率および第２増幅率よりも小さいことを特徴とする請求項８に記載の光電変換装置。

【請求項10】

前記出力回路が前記第１レベルと前記第２レベルのそれぞれの前記所定信号を前記増幅回路に出力することによって、前記増幅回路は第１信号と、第２信号を出力し、
前記出力回路が前記第３レベルと前記第４レベルのそれぞれの前記所定信号を前記増幅回路に出力することによって、前記増幅回路は第３信号と、第４信号を出力することを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の光電変換装置。

【請求項11】

前記第１信号と前記第２信号とを用いて、前記第１増幅率に対応する補正条件である第１補正値と、
前記第３信号と前記第４信号とを用いて、前記第２増幅率に対応する補正条件である第２補正値と、
を取得する補正値取得部を備えることを特徴とする請求項１０に記載の光電変換装置。

【請求項12】

前記第１補正値と前記第２補正値とを用いて、前記画素信号に基づく信号を補正する補正部を備えることを特徴とする請求項１１に記載の光電変換装置。

【請求項13】

前記増幅回路が出力する信号をデジタル信号である前記画素信号に基づく信号に変換するＡＤ変換回路を有し、
前記第１信号、前記第２信号、前記第３信号、前記第４信号がいずれも、前記ＡＤ変換回路のＡＤ変換可能な信号範囲よりも振幅が小さいことを特徴とする請求項１１または１２に記載の光電変換装置。

【請求項14】

前記画素信号と閾値との比較を行い、前記比較の結果に基づいて前記増幅率が設定され、
前記閾値は、前記第１信号と前記第２信号の間の振幅であり、前記第３信号と前記第４信号の間の振幅であることを特徴とする請求項１０～１３のいずれか１項に記載の光電変換装置。

【請求項15】

前記画素信号に基づく信号を補正する補正部を備えることを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載の光電変換装置。

【請求項16】

前記増幅回路が出力する信号をデジタル信号である前記画素信号に基づく信号に変換するＡＤ変換回路を有することを特徴とする請求項１～１２のいずれか１項に記載の光電変換装置。

【請求項17】

前記所定信号の信号レベルは電圧値を示すことを特徴とする請求項１～１６のいずれか１項に記載の光電変換装置。

【請求項18】

請求項１～１７のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置が出力する信号を用いて画像を生成する信号処理部とを有することを特徴とする光電変換システム。

【請求項19】

請求項１～１７のいずれか１項に記載の光電変換装置を備える移動体であって、
前記光電変換装置が出力する信号を用いて前記移動体の移動を制御する制御部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、光電変換装置、光電変換システム、移動体に関する。

【背景技術】

【0002】

光電変換装置の一例である撮像装置が記載されている特許文献１には、画素信号の大きさに応じて増幅回路の増幅率を設定することが記載されている。そして、特許文献１には、増幅率誤差の補正のため、テスト電圧を増幅回路に入力して得られた出力信号から補正値を得ることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－０７９４６４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、増幅回路に設定される増幅率と、補正値の信号レベルに関して検討がなされていない。よって、増幅回路に設定される増幅率によっては、増幅回路の出力が後段の回路の処理可能な範囲を逸脱し、補正値取得の精度低下が生じうる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一例は、入射光の光量に応じた画素信号を出力する画素と、前記画素信号の信号レベルに応じた増幅率で前記画素信号を増幅する増幅回路と、を有する光電変換装置であって、前記画素信号に基づく信号を補正するための補正条件を取得する際に、前記増幅回路に所定信号を出力する出力回路と、前記画素信号に基づく信号を補正するための補正条件を取得する際に、前記出力回路から出力される前記所定信号の信号レベルを設定する設定回路と、をさらに備え、前記増幅回路で用いられる増幅率が第１増幅率の場合に、前記設定回路は前記所定信号の信号レベルを第１レベルと前記第１レベルよりも小さい第２レベルのそれぞれに設定し、前記増幅回路で用いられる増幅率が前記第１増幅率よりも大きい第２増幅率の場合に、前記設定回路は前記所定信号の信号レベルを第３レベルと前記第３レベルよりも小さい第４レベルのそれぞれに設定し、前記第２レベルに対する前記第１レベルの比は、前記第４レベルに対する前記第３レベルの比よりも大きいことを特徴とする光電変換装置である。
また、別の本開示の一例は、入射光の光量に応じた画素信号を出力する画素と、前記画素信号の信号レベルに応じた増幅率で前記画素信号を増幅する増幅回路と、を有する光電変換装置であって、前記画素信号に基づく信号を補正するための補正条件を取得する際に、前記増幅回路に所定信号を出力する出力回路と、前記画素信号に基づく信号を補正するための補正条件を取得する際に、前記出力回路から出力される前記所定信号の信号レベルを設定する設定回路と、をさらに備え、前記増幅回路で用いられる増幅率が第１増幅率の場合に、前記設定回路は前記所定信号の信号レベルを第１レベルと前記第１レベルよりも小さい第２レベルのそれぞれに設定し、前記増幅回路で用いられる増幅率が前記第１増幅率よりも大きい第２増幅率の場合に、前記設定回路は前記所定信号の信号レベルを第３レベルと前記第３レベルよりも小さい第４レベルのそれぞれに設定し、前記第２レベルは前記第４レベルよりも小さいことを特徴とする光電変換装置である。

【発明の効果】

【0006】

画素信号の大きさに応じて増幅回路に設定される増幅率に対応する補正処理を、好適に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】光電変換装置の構成を示す図

【図2】画素の構成を示す図

【図3】読出し回路の構成を示す図

【図4】光電変換装置の動作を示す図

【図5】読出し回路の動作を示す図

【図6】分解能補正の説明図

【図7】補正値取得動作を示す図と、誤差補正を示す図

【図8】補正値取得動作を示す図

【図9】光電変換システムの構成を示す図

【図10】移動体の構成、動作を示す図

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に述べる各実施形態では、光電変換装置の一例として、撮像装置を中心に説明する。ただし、各実施形態は、撮像装置に限られるものではなく、光電変換装置の他の例にも適用可能である。例えば、測距装置（焦点検出やＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）を用いた距離測定等の装置）、測光装置（入射光量の測定等の装置）などがある。

【0009】

（第１実施形態

【0010】

（撮像装置）
図１は、光電変換装置の一例である撮像装置を構成するブロック図を示す。

【0011】

画素アレイ１００に２次元に配置された画素１０１は、光電変換により出力線１０３に画素信号を出力する。また、同様に出力線１０３に接続する電圧出力回路１１１を備える。電圧出力回路１１１は、電圧値の異なる複数の所定信号を出力する。

【0012】

垂直走査回路１０２は、画素アレイ１００を垂直方向に走査する。これにより、垂直走査回路１０２によって選択された行に位置する画素は画素信号を出力線１０３に出力する。読みだされた画素信号は、列回路１０４にて、増幅され、ＡＤ変換される。ＡＤ変換は、参照信号生成回路１０５から出力する、時間に応じ電圧値が変化するランプ信号との大小関係の比較により行われる。

【0013】

カウンタ回路１０６は、ランプ信号の電圧値の変化の開始に応じて、クロックパルスのカウント動作を開始する。このクロックパルスのカウント動作によって、カウンタ回路１０６はカウント値を生成する。カウント値は、ランプ信号が増幅された画素信号を上回った時刻に基づき、ＡＤ変換値（画素信号の信号レベルに対応する値を持つデジタル信号）として列回路１０４内の列メモリに保持される。列メモリに保持されたＡＤ変換値は、水平走査回路１０８によりＡＤ変換値の補正を行う信号処理部１０９に順次転送される。信号処理部１０９にて補正されたＡＤ変換値は、信号出力部１１０で撮像装置の外部に出力される。タイミングジェネレーター（以下、ＴＧと表記することもある）１０７は、前述した回路群の駆動タイミングの同期を制御する。

【0014】

ＡＤ変換値の補正に必要な補正値取得動作においては、スイッチＳＷ６の動作により、画素１０１と出力線１０３が切り離される。電圧出力回路１１１は、列回路１０４内の設定回路３０２の指示に基づき、出力線１０３にテスト電圧値を入力する。テスト電圧値は、列回路１０４内の増幅回路が切り替える増幅率の組み合わせに応じ設定される。

【0015】

以下で各部について具体的に説明する。

【0016】

（画素）
画素１０１の構成について、図２を用いて説明する。

【0017】

画素１０１はフォトダイオード２０１（光電変換部）、転送トランジスタ（転送スイッチ）２０２、リセットトランジスタ（リセットスイッチ）２０３を有する。さらに画素１０１は、フローティングディフュージョン部２０４、増幅トランジスタ（画素増幅部）２０５、及び、選択トランジスタ（選択スイッチ）２０６を含む。各スイッチは図２ではＭＯＳトランジスタとして示しているが、この例に限定されるものではなく、薄膜トランジスタなど、スイッチの機能を備える素子であれば良い。

【0018】

フォトダイオード２０１は、入射した光を光電変換することにより電荷を生成する。転送スイッチ２０２は、フォトダイオード２０１で生じた電荷をフローティングディフュージョン部２０４に転送する。フローティングディフュージョン部２０４は、電荷電圧変換により転送された電荷を電圧値Ｖｆｄに変換する。画素増幅部２０５はソースフォロアとして機能し、ゲートは電圧値Ｖｆｄが入力され、ドレインは電源Ｖｄｄに接続され、ソースは選択スイッチ２０６に接続されている。信号ＳＥＬにより該当行が選択されると選択スイッチ２０６が導通状態となる。これにより、画素増幅部２０５のソースが出力線１０３に接続され、画素信号が出力線１０３を介して列回路部１０４に出力される。

【0019】

（読出し回路の全体説明）
読出し回路である列回路部１０４の構成について、図３を用いて説明する。図３は、単一画素列に接続される列回路部であり、各列には同一の列回路が接続されているものとする。列回路部１０４は、増幅回路３０１、設定回路３０２、比較器３０４、列メモリ３０５を有する。

【0020】

増幅回路３０１は、入力容量Ｃ０、差動アンプ（以下、単にアンプと表記することもある）３０３、複数の帰還容量Ｃｆ１、Ｃｆ２、Ｃｆ３、Ｃｆ４、およびスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５を有する。

【0021】

設定回路３０２はスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４を制御し、アンプ３０３の帰還経路に接続する帰還容量を切り替え、入力容量Ｃ０との容量比を変える。これにより、増幅回路３０１の増幅率が変更される。入力容量Ｃ０の容量値を８Ｃ、帰還容量Ｃｆ１、Ｃｆ２、Ｃｆ３、Ｃｆ４の容量値をＣ、３Ｃ、２Ｃ、６Ｃとし、増幅率の設定例を説明する。

【0022】

帰還経路のスイッチＳＷ１をオンとして帰還経路の他のスイッチをオフとする。増幅回路３０１の増幅率Ｋ１は、Ｋ１＝Ｃ０／Ｃｆ１＝８倍となる。また、帰還経路のスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンとし、帰還経路の他のスイッチをオフとする。増幅回路３０１の増幅率Ｋ２は、Ｋ２＝Ｃ０／（Ｃｆ１＋Ｃｆ２）＝２倍となる。また、帰還経路のスイッチＳＷ３をオンとして帰還経路の他のスイッチをオフとする。増幅回路３０１の増幅率Ｋ３は、Ｋ３＝Ｃ０／Ｃｆ３＝４倍となる。帰還経路のスイッチＳＷ３、ＳＷ４をオンとし、帰還経路の他のスイッチをオフとする。増幅回路３０１の増幅率Ｋ４は、Ｋ４＝Ｃ０／（Ｃｆ３＋Ｃｆ４）＝１倍となる。スイッチＳＷ５はＴＧ１０７から出力される制御信号のＰＣ０Ｒパルスにより制御される。スイッチＳＷ５がオンしている帰還に、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４をオンすることで、容量Ｃ０、Ｃｆ１、Ｃｆ２、Ｃｆ３、Ｃｆ４、アンプ３０３をリセットする。スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４のうち、オフしているスイッチのノードにおいて、アンプ３０３の信号出力動作中に電位低下が生じ、スイッチのオフ状態が弱められることがある。この場合でも、あらかじめアンプ３０３と帰還容量をリセットしておくことにより、スイッチのオフ状態が弱められたとしても、増幅率変化の発生を抑制できる。

【0023】

また設定回路３０２は、電圧出力回路１１１から入力するテスト電圧値も制御するが、詳細は後述のＡＤ変換値の補正の説明にて行う。

【0024】

ＡＤ変換回路３１１は、比較器３０４、列メモリ３０５を有する。比較器３０４には、増幅回路３０１が出力する信号、および参照信号生成回路１０５からの信号が入力される。以下、増幅器３０１が出力する信号を増幅信号と表記する。参照信号生成回路１０５は、信号判定期間に電圧値を基準電圧ＶＲＥＦ（閾値）とする信号、ＡＤ変換期間に時間に応じ電圧値が変化するランプ信号ＶＲＡＭＰを出力する。信号判定期間に、比較器３０４は、輝度の大小の基準となる基準電圧ＶＲＥＦと、画素信号が増幅された信号レベルにある増幅信号Ｖｃａｍｐ＿ｏｕｔとの比較を行う。この時の信号Ｖｃｏｍｐ＿ｏｕｔは、増幅信号と閾値との比較の結果を示す判定信号である。判定信号は、輝度の大小情報をその信号極性で保持し、列メモリ３０５および設定回路３０２に入力される。判定信号の信号レベルに基づき、増幅回路３０１の増幅率を設定する。列メモリ３０５では、判定信号Ｖｃｏｍｐ＿ｏｕｔが保持される。この判定信号は、後述するＡＤ出力値の補正に用いられる。一方、ＡＤ変換期間においては、比較器３０４は、増幅信号とランプ信号ＶＲＡＭＰとの大小関係に基づき信号レベルが反転するＡＤ変換信号を列メモリ３０５に出力する。

【0025】

（増幅率設定）
次に増幅回路３０１、設定回路３０２、比較器３０４による、増幅率の設定動作の概要について説明する。増幅率の設定動作は、信号判定期間において実施される。ここでは、切り替える増幅率の組み合わせを、設定Ａおよび設定Ｂの２組とする。

【0026】

まず、設定Ａとなる増幅率がＫ３＝４倍、Ｋ４＝１倍の組み合わせにおける、増幅率の切り替え動作について説明する。設定回路３０２により、増幅回路３０１は、スイッチＳＷ３をオンとして帰還容量Ｃｆ３を帰還経路に接続する。増幅回路３０１の増幅率をＫ３＝４倍に設定する。

【0027】

比較器３０４は、信号判定期間において、アンプ３０３の出力と、参照信号生成回路１０５からの基準信号ＶＲＥＦとの比較を行い、比較の結果を示す判定信号Ｖｃｏｍｐ＿ｏｕｔを出力する。Ｈｉｇｈレベルの判定信号は、増幅信号が基準信号ＶＲＥＦよりも振幅が大きいことを示す。一方、Ｌｏｗレベルの判定信号は、増幅信号が基準信号ＶＲＥＦよりも振幅が小さいことを示す。なお、信号の振幅とは、基準となる電位に対する、当該信号の電位を示すものである。判定信号は、設定回路３０２に出力される。判定信号Ｖｃｏｍｐ＿ｏｕｔがＨｉｇｈレベルの場合、設定回路３０２は、スイッチＳＷ３に加えスイッチＳＷ４をオンにする。これにより、帰還容量Ｃｆ３、Ｃｆ４がともに帰還経路に接続される。このようにして、設定回路３０２は、増幅回路３０１の増幅率をＫ４＝１倍に切り替える。一方、判定信号がＬｏｗレベルの場合、帰還容量Ｃｆ４の期間経路への接続を行わず、引き続き帰還容量Ｃｆ３が帰還経路に接続される。よって、増幅率は変わらずＫ３＝４倍に設定される。以上が、設定Ａにおける増幅回路３０１の増幅率の設定動作となる。

【0028】

次に、設定Ａに対し、増幅率が高い設定Ｂである、増幅率Ｋ１＝８倍、Ｋ２＝２倍の組み合わせにおける、増幅率の切り替え動作について説明する。典型的には、設定Ｂは設定Ａよりも、撮像装置の設定ＩＳＯ感度が高い設定である。設定Ｂでは、設定回路３０２により、増幅回路３０１は、スイッチＳＷ１をオンにして、帰還容量Ｃｆ１を帰還経路に接続する。これにより、増幅回路３０１の増幅率はＫ１＝８倍に設定される。信号判定期間において、判定信号がＨｉｇｈレベルの場合、設定回路３０２は、スイッチＳＷ１に加えスイッチＳＷ２もオンする。これにより、帰還容量Ｃｆ１と帰還容量Ｃｆ２が帰還経路に接続される。このようにして、設定回路３０２は増幅回路３０１の増幅率をＫ２＝２倍に切り替える。一方、判定信号Ｖｃｏｍｐ＿ｏｕｔがＬｏｗレベルの場合、帰還容量Ｃｆ２は帰還経路に接続されず、引き続き帰還容量Ｃｆ１が帰還経路に接続される。よって、増幅率は変わらずＫ１＝８倍に設定される。以上が、設定Ｂにおける増幅回路３０１の増幅率の設定動作となる。

【0029】

また、設定回路３０２は、切り替える増幅率の組み合わせに応じ、補正値取得動作時に、電圧出力回路１１１へテスト電圧値の指示信号を出力する。詳細は後述する。

【0030】

（ＡＤ変換）
次にＡＤ変換回路３１１による増幅信号のＡＤ変換について説明する。列メモリ３０５には、比較器３０４、およびカウンタ回路１０６からの信号が入力される。カウンタ回路１０６は、ランプ信号の電圧値の時間変化と同期し計数するカウント信号を出力する。カウント信号は、増幅回路３０１のリセット状態の信号レベルを記憶するＮメモリ３０６と、光入射状態の画素信号レベルを記憶するＳメモリ３０７に入力される。ＡＤ変換期間のリセット状態または光入射状態において、ランプ信号ＶＲＡＭＰがアンプ３０３からの信号を上回る時刻に比較器３０４からのＡＤ変換信号の信号極性変化が起こる。このタイミングが、ＮレベルＡＤ変換値またはＳレベルＡＤ変換値としてそれぞれのメモリに記録される。

【0031】

こうして、列回路１０４のＮメモリ３０６、Ｓメモリ３０７、およびＪメモリ３０８に保持された情報は、水平走査回路１０８により、順次信号処理回路１０９に出力される。

【0032】

信号処理回路１０９では、列メモリ３０５からの情報に基づき、ＡＤ変換値の補正を行う。詳細は後述する。補正されたＡＤ変換出力は信号出力部１１０から出力される。

【0033】

以上が、撮像装置の各部の説明である。

【0034】

（タイミングチャート）
次に、撮像装置のＡＤ変換までの動作を、図４のタイミングチャートを用いて説明する。図４は、増幅回路３０１の増幅率の組み合わせが設定Ａにおけるタイミングチャートを示す。動作は、ＮレベルＡＤ変換期間、信号判定期間、ＳレベルＡＤ変換期間を順に繰り返す。

【0035】

はじめに、時刻ｔ４００～ｔ４０７のＮレベルＡＤ変換期間にて、ＮレベルＡＤ変換値を得る手順を説明する。このとき、画素１０１に入力する信号ＴＸは、転送スイッチ２０２のオフを維持し、照射される光量に応じてＰＤ２０１に蓄積される電荷がフローティングディフュージョン部２０４に転送されない状態となっている。

【0036】

時刻ｔ４００で、画素１０１に入力する信号ＳＥＬで読み出しを開始する行の選択スイッチ２０６を切り替え、画素１０１を出力線１０３に接続する。

【0037】

時刻ｔ４０１から時刻ｔ４０４にかけて、増幅回路３０１に入力する信号ＰＣ０ＲでスイッチＳＷ５を接続する。その期間に、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４をオンする。これにより、入力容量Ｃ０、帰還容量Ｃｆ１、Ｃｆ２、Ｃｆ３、Ｃｆ４、アンプ３０３がリセットされる。

【0038】

時刻ｔ４０２で、画素１０１に入力する信号ＲＥＳで、フローティングディフュージョン部２０４のリセットを解除する。これによりフローティングディフュージョン部２０４には画素１０１のリセット動作に起因したノイズ成分を主として含む電圧が保持される。これにより、画素１０１は、ノイズ成分を主として含む信号（ノイズ信号とする）を出力する。

【0039】

時刻ｔ４０３で、設定回路３０２から増幅回路３０１に入力する信号ＰＦＢ４によりスイッチＳＷ４をオフする。帰還容量Ｃｆ４は帰還経路に接続されない。また、スイッチＳＷ３はオンしている。また、増幅回路３０１の増幅率の組み合わせが設定Ａの場合、信号ＰＦＢ１、ＰＦＢ２を使用しないため、不図示とした。ただし、スイッチＳＷ４同様に時刻ｔ４０３にて該信号によりスイッチＳＷ１、ＳＷ２はオフされている。

【0040】

時刻ｔ４０４で、増幅回路３０１に入力する信号ＰＣ０ＲでＳＷ５をオフし、増幅回路３０１のリセットを解除する。入力容量Ｃ０には、画素１０１が出力するノイズ信号に応じた電荷が保持される。この増幅回路３０１のリセット解除後に、増幅回路３０１が出力する信号は増幅回路３０１のオフセット成分を主として含む信号である。この信号をＮ信号とする。

【0041】

時刻ｔ４１６～ｔ４１７は比較器３０４のリセット期間である。参照信号生成回路１０５で生成したランプ信号ＶＲＡＭＰをあるオフセット電圧まで一度上昇させてから、比較器３０４をリセットする。これにより、比較器３０４のリセットレベルからオフセット電圧分、高い電圧レベルがランプ信号ＶＲＡＭＰの入力ノードの初期電圧として設定される。このようにオフセット電圧を設定することで、ランプ信号ＶＲＡＭＰの変化の開始部分をＡＤ変換の無効領域としたＡＤ変換を行う。ランプ信号ＶＲＭＰの変化の開始部分は、他の部分に比べてリニアリティが低いことがある。この部分をＡＤ変換の無効領域とすることによってＡＤ変換精度を向上することができる。

【0042】

時刻ｔ４０５～ｔ４０７の期間は、増幅回路３０１が出力するＮ信号のＡＤ変換期間となる。以下、ＮＡＤ期間と呼ぶことがある。なお、ここでは増幅回路３０１のＮ信号が直接比較器３０４に入力される形態として説明する。他の例として、アンプ３０３の入力ノードに入力容量Ｃ０を設けたのと同様に、比較器３０４の入力ノードにクランプ容量を設けるようにしても良い。この場合には、比較器３０４のリセット解除の際に、当該クランプ容量にＮ信号がクランプされる。よって、ＮＡＤ期間には、クランプ容量のクランプ動作に用いられる基準電圧が入力されることとなる。

【0043】

信号Ｖｃａｍｐ＿ｏｕｔは、Ｎ信号のレベルにある。参照信号生成回路１０５から出力するランプ信号ＶＲＡＭＰは、時刻ｔ４０５に電位の変化を開始する。

【0044】

時刻ｔ４０６に、ランプ信号ＶＲＡＭＰがＮ信号レベルにある信号Ｖｃａｍｐ＿ｏｕｔよりも振幅が大きくなると、信号Ｖｃｏｍｐ＿ｏｕｔの信号レベルが変化する。列メモリ３０５には比較器３０４の出力と、カウンタ回路１０６からのカウンタ信号が入力されている。信号Ｖｃｏｍｐ＿ｏｕｔが変化したことに応じて、Ｎメモリ３０６は、カウント信号を記憶する。この記憶されたカウント信号が、Ｎ信号のＡＤ変換値となる。以下、デジタルＮ信号と呼ぶことがある。

【0045】

次に、信号判定期間である時刻Ｔ４０８～ｔ４１１における動作の説明をする。

【0046】

時刻ｔ４０８～ｔ４０９の期間、垂直走査回路１０２は、画素１０１に出力する信号ＴＸをＨｉｇｈレベルとする。これにより、転送スイッチ２０２がオンする。よって、フォトダイオード２０１に蓄積された、入射光に対応する電荷がフローティングディフュージョン部２０４に転送される。この時、画素１０１は、入射光によって生成した電荷に基づく信号を出力する。この信号を光電変換信号とする。

【0047】

増幅回路３０１は、入力される光電変換信号を、４倍の増幅率で増幅する。なお、増幅回路３０１が光電変換信号を増幅して出力する信号をＳ信号とする。また、以下ではＳ信号について、光電変換信号に対し増幅回路３０１が印加した増幅率を「Ｓ信号（増幅率）」として表記することがある。つまり、４倍の増幅率で光電変換信号が増幅された場合の増幅信号は、Ｓ信号（４）として表記することがある。また、特に増幅率に限られず、光電変換信号を増幅した信号を表記する場合には、単にＳ信号と表記することがある。比較器３０４には、Ｓ信号（４）が増幅回路３０１から出力される。

【0048】

時刻ｔ４１０に、参照信号生成回路１０５から出力されるランプ信号ＶＲＡＭＰは、信号判定の閾値となる閾値電圧ＶＲＥＦまで上昇を始める。

【0049】

時刻ｔ４１１における信号Ｖｃａｍｐ＿ｏｕｔについて、実線と破線の２つを示している。実線は、画素１０１のフォトダイオード２０１が低輝度であった場合を示している。つまり、時刻ｔ４１１において、Ｓ信号（４）である信号Ｖｃａｍｐ＿ｏｕｔ（実線）はＶＲＥＦよりも小さい場合である。この場合、判定信号である比較器３０４が出力する信号ＶＣＯＭＰ＿ＯＵＴ（実線）は、Ｌｏｗレベルとなる。Ｊメモリには判定信号がＬｏｗレベルであることを示す“Ｊ＝０”が記憶される。またＬｏｗレベルの判定信号は設定回路３０２に入力されるが、増幅回路３０１の増幅率は引き続き４倍が設定される。

【0050】

一方、時刻ｔ４１１の信号Ｖｃａｍｐ＿ｏｕｔの破線は、画素１０１のフォトダイオード２０１が高輝度であった場合を示している。つまり、時刻ｔ４１１において、Ｓ信号（４）である信号Ｖｃａｍｐ＿ｏｕｔ（実線）はＶＲＥＦよりも大きい場合である。この場合、判定信号である比較器３０４が出力する信号ＶＣＯＭＰ＿ＯＵＴ（破線）は、Ｈｉｇｈレベルとなる。Ｊメモリには判定信号がＨｉｇｈレベルであることを示す“Ｊ＝１”が記憶される。また、同時刻ｔ４１１に設定回路３０２はＨｉｇｈレベルの判定信号の入力に応じ、信号ＰＦＢ４を増幅回路３０１に出力し、スイッチＳＷ４をオンにする。増幅回路３０１の帰還経路には、帰還容量Ｃｆ３、Ｃｆ４の合計容量値である４Ｃの容量が接続されることとなり、増幅回路３０１の増幅率が４倍から１倍に切り替わる。

【0051】

続いて、Ｓ信号のＡＤ変換期間（以下、ＳＡＤ期間とする）である時刻ｔ４１２～ｔ４１５の説明をする。

【0052】

比較器３０４は、増幅器３０１で増幅されたＳ信号の信号レベルである信号Ｖｃａｍｐ＿ｏｕｔと、参照信号生成回路１０５から出力される時刻ｔ４１２から時刻ｔ４１４にかけて電圧が増加するランプ信号ＶＲＡＭＰとを比較する。判定信号がＬｏｗレベルであった場合、ＳＡＤ期間における増幅回路３０１の増幅率は４倍のままである。時刻ｔ４１４に、ＶＲＡＭＰ＞Ｖｃａｍｐ＿ｏｕｔ（実線）となる。このＳ信号（４）と、ランプ信号ＶＲＡＭＰとの大小関係の変化を受けて、信号Ｖｃｏｍｐ＿ｏｕｔはＬｏｗレベルに変化する。Ｓメモリ３０７は、信号Ｖｃｏｍｐ＿ｏｕｔの信号レベルの変化を受けて、カウント信号を記憶する。記憶されたカウント信号が、Ｓ信号のＡＤ変換値となる。以下、デジタルＳ信号と呼ぶことがある。

【0053】

また、判定信号がＨｉｇｈレベルであった場合、ＳＡＤ期間における増幅回路３０１の増幅率は１倍に設定される。図４に示した場合では、時刻ｔ４１３に、ＶＲＡＭＰ＞Ｖｃａｍｐ＿ｏｕｔ（実線）となる。このＳ信号（１）と、ランプ信号ＶＲＡＭＰとの大小関係の変化を受けて、信号Ｖｃｏｍｐ＿ｏｕｔはＬｏｗレベルに変化する。判定信号がＬｏｗレベルであった場合と同様に、Ｓメモリ３０７は、信号Ｖｃｏｍｐ＿ｏｕｔの信号レベルの変化を受けて、カウント信号を記憶する。記憶されたカウント信号が、Ｓ信号のＡＤ変換値となる。以上が、増幅回路３０１の増幅率の組み合わせが設定Ａにおける、デジタルＮ信号、判定信号、デジタルＳ信号の取得に係る各部駆動タイミングである。

【0054】

図５は、増幅回路３０１の増幅率の組み合わせが設定Ｂのタイミングチャートである。設定Ｂの場合、信号判定期間における増幅回路の帰還容量の設定動作が異なる点以外は、図４に示した動作と同様である。ここでは、設定Ｂにおける信号判定期間の動作を中心に説明する。

【0055】

図５においても、実線は相対的に低輝度の光が画素１０１に入射した場合を示している。破線は相対的に高輝度の光が画素１０１に入射した場合を示している。

【0056】

増幅回路３０１の動作を説明する。時刻ｔ４０３‘において、設定回路３０２は、帰還容量Ｃｆ１を帰還経路に接続し、他の帰還容量は帰還容量に接続しない。これにより、増幅回路３０１の増幅率は８倍に設定される。

【0057】

判定信号がＬｏｗレベルであった場合、設定回路３０２は、増幅回路３０１の増幅率を８倍のままとする。

【0058】

一方、判定信号がＨｉｇｈレベルであった場合、時刻ｔ４１１‘に、設定回路３０２は、信号ＰＦＢ２を増幅回路３０１に出力する。これにより、スイッチＳＷ２がオンし、帰還容量Ｃｆ２がさらに帰還経路に接続される。これにより、帰還経路に接続された容量値はＣｆ１＋Ｃｆ２＝４Ｃとなる。これにより、増幅回路３０１の増幅率は８倍から２倍に切り替わる。

【0059】

次に、ＡＤ変換について説明する。判定信号がＬｏｗレベルであった場合、ＳＡＤ変換における増幅回路３０１の増幅率は８倍のままである。図５に示した例では、実線（判定信号がＬｏｗ）の場合、ＶＲＡＭＰ＞Ｖｃａｍｐ＿ｏｕｔ（実線）となる時刻ｔ４１４‘に対応するカウント信号であるデジタルＳ信号が得られる。判定信号がＬｏｗレベルであった場合、ＳＡＤ変換における増幅回路３０１の増幅率は２倍に設定される。図５に示した例では、実線（判定信号がＬｏｗ）の場合、ＶＲＡＭＰ＞Ｖｃａｍｐ＿ｏｕｔ（破線）となる時刻ｔ４１３‘に対応するカウント信号であるデジタルＳ信号が得られる。

【0060】

（デジタル信号補正）
次に、図６を用いて、信号処理回路１０９にて、増幅回路３０１での増幅率の違いにより生じるＡＤ変換の分解能の違いを補正する補正方法について説明する。

【0061】

初めに、列メモリ３０５から信号処理回路１０９に転送されるデジタルＮ信号、判定信号、デジタルＳ信号を用いて、フォトダイオード２０１に入射した光に対応する、補正後のＡＤ変換値を取得する方法を説明する。

【0062】

図６のグラフは、横軸がフォトダイオード２０１の入射光の輝度であり、縦軸は、信号処理部１０９から出力するＡＤ変換値（補正後のデジタル信号値）である。信号処理部１０９ではデジタルＮ信号とデジタルＳ信号の差を演算処理によって取得する。これにより、デジタルＳ信号からノイズ成分が差し引かれた、デジタル（Ｓ－Ｎ）信号が得られる。

【0063】

デジタル（Ｓ－Ｎ）信号は、図６において細破線に示すＡＤ変換値となる。デジタル信号の分解能を揃える補正（以下、デジタル補正と表記することがある）において、デジタル（Ｓ－Ｎ）信号に対し、増幅回路３０１で切り替える増幅率の比である値２Ｙを乗算する。値２Ｙは、増幅回路３０１の増幅率の組み合わせが設定Ａ、設定Ｂ共に２Ｙ＝４／１＝８／２＝４となる。このとき、Ｙは拡張ビット数である。補正後のＡＤ変換値は、４×（Ｓ－Ｎ）となる。この補正後のＡＤ変換値が信号処理部１０９から出力される。デジタル信号の分解能は４ＬＳＢ（Ｌｅａｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔ）単位となるが、ダイナミックレンジは拡張される。一方で、判定信号がＪ＝０の場合、デジタル（Ｓ－Ｎ）信号を得る処理は行うが、デジタル信号の分解能の補正処理は行わない。これにより、図６の実線に示すＡＤ変換値が信号処理部１０９の演算処理によって得られ、このＡＤ変換値が信号処理部１０９から出力される。

【0064】

こうして、低輝度側では高分解能であり、高輝度側では分解能が下がる代わりにダイナミックレンジを拡張するという、ビット拡張方式のダイナミックレンジ拡大を実現できる。

【0065】

（増幅率誤差・オフセット誤差補正）
撮像装置の製造誤差などにより、増幅回路３０１の増幅率の比が設計値に対して誤差を有することや、帰還経路上のスイッチが動作することによるスイッチングノイズに起因するオフセット成分がＳ信号に含まれる。これにより、図６に示した低輝度出力と高輝度出力との境界部において、Ｊ＝０の場合と、Ｊ＝１の場合とでＡＤ変換値に差が生じる。これにより、直線性（入射光輝度に対するＡＤ変換値の関係）が低下する。これは画質上、正しい輝度が表されないため課題となる。このＡＤ変換値の差の補正処理を行う。図７を用い、増幅回路３０１の増幅率の組み合わせが設定Ａの場合を例に誤差補正方法を説明する。

【0066】

誤差補正に用いる補正値の取得は画像フレーム内で読み出し動作を行わないブランキング期間を使用して実施する。図７（ａ）は、電圧出力回路１１１が出力線に出力する所定電圧と、電圧出力回路１１１から出力された所定信号を増幅回路３０１が増幅して得られる補正用信号との関係を示す。スイッチＳＷ６がオフすることにより、出力線１０３は画素１０１から切り離された状態となる。設定回路３０２は、電圧出力回路１１１に対し、増幅回路３０１の増幅率の組み合わせ設定Ａに対応する所定信号を出力する制御を行う。具体的には、互いに信号レベルが異なる所定信号である、テスト電圧値Ｖ１およびＶ２を出力するよう、電圧出力回路１１１に指示を出す。テスト電圧値Ｖ１およびＶ２は、増幅回路３０１にて増幅率４倍、および１倍でそれぞれ増幅される。テスト電圧値Ｖ１がアンプ３０３にて増幅率４倍で増幅された出力をＶ１Ｃ４、テスト電圧値Ｖ１がアンプ３０３にて増幅率１倍で増幅された出力をＶ１Ｃ１とする。同様に、テスト電圧値Ｖ２がアンプ３０３にて増幅率４倍で増幅された出力をＶ２Ｃ４、テスト電圧値Ｖ２がアンプ３０３にて増幅率１倍で増幅された出力をＶ２Ｃ１とする。このとき、テスト電圧値Ｖ１Ｃ４およびＶ２Ｃ４の間の信号レベルに、信号判定に用いる基準電圧値ＶＲＥＦが含まれるようにするのが好ましい。

【0067】

Ｖ１Ｃ４≦ＶＲＥＦ≦Ｖ２Ｃ４ 式（１）
この式（１）を満たすようにテスト電圧値Ｖ１、Ｖ２を設定する。これにより、実際の撮像動作において増幅回路３０１が出力する信号範囲のうち、より広い領域に対応した補正値取得を実現できる。出力Ｖ１Ｃ４、Ｖ１Ｃ１、Ｖ２Ｃ４、Ｖ２Ｃ１は、時刻ｔ６０１、ｔ６０３、ｔ６０４、ｔ６０６にてＡＤ変換回路３１１によってＡＤ変換される。これにより、補正用信号Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２が得られる。設定Ａにおいては、増幅率４倍で増幅されたテスト電圧値がランプ信号ＶＲＡＭＰの電圧変化範囲内に収まるように設定するのが好適である。換言すると、テスト電圧は切り替える増幅回路の増幅率の組み合わせで、高い増幅率において、そのＡＤ変換可能な範囲から逸脱しないよう設定するのが好適である。図６の縦軸に示すように、ビット拡張によるＡＤ変換値を２Ｘ、拡張ビット数がＹビットであるとき、出力飽和は、２^{（Ｘ－Ｙ）}となる。よって、補正用信号Ａ２が、２^{（Ｘ－Ｙ）}以下となるようにテスト電圧を設定する。

【0068】

図７（ｂ）を用いて、補正値の取得方法を説明する。ここでは、信号処理部１０９が補正と取得を行う補正値取得部である例を説明する。この例に限定されるものではなく、撮像装置の外部に補正値取得部を設けても良い。

【0069】

信号処理部１０９は、増幅率の誤差を補正するための補正値αを求める。補正値αは、比較する増幅率間のＡＤ変換出力の傾斜の比から求める。増幅率４倍での出力傾斜は（Ａ２－Ａ１）であり（図太実線）、分解能補正した増幅率１倍の傾斜は４×（Ｂ２－Ｂ１）となる（図太破線）。よって、補正値αは、以下の式（２）で得られる。
α＝（Ａ２－Ａ１）／４×（Ｂ２－Ｂ１） 式（２）

【0070】

オフセット補正値である補正値βは、同一のテスト電圧値にて、比較する増幅率間でＡＤ変換された２値に対し、補正値αを用いて補正した値との差分から算出できる。図７（ｂ）の点Ａ１と点４×α×Ｂ２、または、点Ａ２と点４×α×Ｂ２との比較となる。前者の例では、以下の式（３）に示す数式からオフセット補正に対応する補正値βが求まる。
β＝Ａ１－４×α×Ｂ１ 式（３）

【0071】

以上より、信号処理部１０９は、高輝度を示す信号判定値（Ｊ＝１）の場合、（Ｓ－Ｎ）ＡＤ変換値を補正値α、βを用いて式（４）のように補正処理する。
ＤＨ＝４α×（Ｓ－Ｎ）＋β（Ｊ＝１）・・・式（４）

【0072】

また、判定信号がＪ＝０の場合、補正処理を省略することができる。
ＤＬ＝Ｓ－Ｎ （Ｊ＝０）・・・式（５）

【0073】

この補正により、増幅回路３０１の増幅率を切り替える境界におけるＡＤ変換値は、良好な直線性が得られる。信号処理部１０９は、撮像装置の撮影の度に更新される補正用信号に基づき、デジタル（Ｓ－Ｎ）信号に対し、補正処理を行う。つまり、本実施例の信号処理部１０９は補正値取得部であるとともに、デジタル（Ｓ－Ｎ）信号に対して補正処理を行う補正部でもある。なお、補正値取得部を撮像装置の外部に設ける場合、信号処理部１０９を補正部として用いることができる。また、補正値取得部、補正部をともに撮像装置の外部に設けることもできる。なお、補正値取得部、補正部を撮像装置の外部に設ける場合には、後述する第２実施形態に記載される、撮像装置の信号が出力される信号処理部１００７が補正値取得部、補正部としても良い。

【0074】

以上が、設定Ａでの補正値αおよび補正値βの取得および適用方法の説明である。

【0075】

図８を用い、増幅回路３０１の増幅率の組み合わせが設定Ｂである状態を例に補正値の取得方法を説明する。図８は、設定Ｂにおいて電圧生成回路１１１から出力線に入力するテスト電圧値と、増幅回路で増幅された補正用信号との関係を示す。

【0076】

設定Ｂでは、設定Ａに対し、増幅回路３０１の増幅率が高く設定されている。このため、電圧出力回路１１１から出力されるテスト電圧値も同様に、設定Ａよりも高い増幅率で増幅される。このとき、設定Ａの例で説明した通り、増幅回路３０１で増幅されたテスト電圧値が、ＡＤ変換の為に比較器３０４で比較されるランプ信号ＶＲＡＭＰの電圧変化範囲を上回ると、正しいデジタル信号が得られない。そのため、設定Ａ同様に、増幅率の変化分を考慮し、補正用信号が、２（Ｘ－Ｙ）以下になるようにテスト電圧を設定する。これを踏まえ、設定回路３０２は、電圧出力回路１１１に対し、設定Ｂに対応するテスト電圧値Ｖ３およびＶ４を出力するよう、指示を出す。このとき、設定Ａに対し設定Ｂの増幅回路３０１の増幅率は高いことから、前述のＡＤ変換可能な信号範囲から逸脱しないためのテスト電圧値Ｖ３、Ｖ４は、テスト電圧値Ｖ１、Ｖ２以上となり、以下の式（６）の関係を満たす。
（Ｖ１／Ｖ２）＞（Ｖ３／Ｖ４） 式（６）

【0077】

ただし、Ｖ１は、Ｖ３またはＶ４と等しくてもよい。つまり、第１レベルであるＶ１と第３レベルであるＶ３、あるいは第４レベルであるＶ４とが同じであってもよい。また、第１レベルであるＶ１、第２レベルであるＶ２、第３レベルであるＶ３、第４レベルであるＶ４は互いに異なる信号レベルであってもよい。

【0078】

テスト電圧値Ｖ３およびＶ４は、増幅回路３０１にて増幅率８倍、および２倍で増幅される。テスト電圧値Ｖ３が増幅率８倍で増幅された出力をＶ３Ｃ８、テスト電圧値Ｖ３が増幅率２倍で増幅された出力をＶ３Ｃ２とする。同様に、テスト電圧値Ｖ４が増幅率８倍で増幅された出力をＶ４Ｃ８、テスト電圧値Ｖ４が増幅率２倍で増幅された出力をＶ４Ｃ２とする。このとき、テスト電圧値が増幅回路３０１の増幅率が８倍において増幅され出力される出力Ｖ３Ｃ８および出力Ｖ４Ｃ８は、信号判定に用いる基準電圧値ＶＲＥＦを包含するものとする。
Ｖ３Ｃ８≦ＶＲＥＦ≦Ｖ４Ｃ８ 式（７）

【0079】

また、式（２）で示したように、補正値αはＡＤ変換出力の傾斜の比から求める。よって、テスト電圧値が増幅回路３０１の増幅率が２倍において増幅され出力される出力Ｖ３Ｃ２および出力Ｖ４Ｃ２は、補正値αにおける出力の傾斜が大きくなるよう設定することが望ましい。このようにして、設定Ｂのように設定Ａよりも増幅率が高い場合においても、補正値αを用いた補正処理により、増幅率誤差を低減したデジタル信号を得ることができる。

【0080】

出力Ｖ３Ｃ８、Ｖ３Ｃ２、Ｖ４Ｃ８、Ｖ４Ｃ２は、時刻ｔ７０１、ｔ７０３、ｔ７０４、ｔ７０６にてＡＤ変換され、補正用信号Ａ３、Ａ４、Ｂ３、Ｂ４が得られる。

【0081】

補正用信号から補正値α、補正値βを取得する手順は、増幅回路３０１の増幅率の組み合わせ設定Ａと同じである。以下に補正値α、βを求める式を示す。
α＝（Ａ４－Ａ３）／４×（Ｂ４－Ｂ３） 式（８）
β＝Ａ３－４×α×Ｂ３ 式（９）

【0082】

以上より、信号処理部１０９は、判定信号がＪ＝１の場合、デジタル（Ｓ－Ｎ）信号を補正値α、βを用いて前述の式（７）、式（８）を用いて補正処理する。

【0083】

こうして、増幅回路３０１の切り替える増幅率について、設定Ａよりも高い設定Ｂとしても、電圧出力回路１１１で設定するテスト電圧値を適切に変更することで、設定Ａと同様に良好な出力特性が得られる。

【0084】

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。たとえば、電圧出力回路１１１は、外部からの電圧値入力手段でも、電源の分圧により内部で電圧値を生成する手段でもよい。デジタル（Ｓ－Ｎ）信号の補正について、信号出力部１１０から補正用信号の撮像装置の外部に出力し、信号処理部１０９に演算した補正値を入力する、固定値補正としてもよい。テスト電圧値を信号判定電圧値ＶＲＥＦによらず任意に設定してもよい。このような形態としても第１実施形態で説明した効果と同様の効果を得ることができる。

【0085】

また、本実施形態では、増幅回路３０１の出力をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路３１１を有していたが、この例に限定されるものではない。増幅回路３０１が出力する信号をアナログ形式のまま撮像装置の外部に出力するようにしても良い。この形態においても、増幅回路の後段の回路が処理可能な範囲に収まるよう、テスト電圧値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４の値を設定すれば良い。

【0086】

（第２実施形態）
本実施形態による光電変換システムについて、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態による光電変換システムの概略構成を示すブロック図である。

【0087】

上記第１実施形態で述べた光電変換装置（撮像装置）は、種々の光電変換システムに適用可能である。適用可能な光電変換システムの例としては、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、光電変換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。

【0088】

図９に例示した光電変換システムは、撮像装置１００４、被写体の光学像を撮像装置１００４に結像させるレンズ１００２、レンズ１００２を通過する光量を可変にするための絞り１００３、レンズ１００２の保護のためのバリア１００１を有する。レンズ１００２及び絞り１００３は、撮像装置１００４に光を集光する光学系である。撮像装置１００４は、上記のいずれかの実施形態の光電変換装置（撮像装置）であって、レンズ１００２により結像された光学像を電気信号に変換する。

【0089】

光電変換システムは、また、撮像装置１００４より出力される出力信号の処理を行うことで画像を生成する画像生成部である信号処理部１００７を有する。信号処理部１００７は、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。信号処理部１００７は、撮像装置１００４が設けられた半導体基板に形成されていてもよいし、撮像装置１００４とは別の半導体基板に形成されていてもよい。また、撮像装置１００４と信号処理部１００７とが同一の半導体基板に形成されていてもよい。

【0090】

光電変換システムは、更に、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部１０１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）１０１３を有する。更に光電変換システムは、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体１０１２、記録媒体１０１２に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）１０１１を有する。なお、記録媒体１０１２は、光電変換システムに内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。

【0091】

更に光電変換システムは、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部１００９、撮像装置１００４と信号処理部１００７に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部１００８を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、光電変換システムは少なくとも撮像装置１００４と、撮像装置１００４から出力された出力信号を処理する信号処理部１００７とを有すればよい。

【0092】

撮像装置１００４は、撮像信号を信号処理部１００７に出力する。信号処理部１００７は、撮像装置１００４から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部１００７は、撮像信号を用いて、画像を生成する。

【0093】

このように、本実施形態によれば、上記のいずれかの実施形態の光電変換装置（撮像装置）を適用した光電変換システムを実現することができる。

【0094】

（第３実施形態）
本実施形態の光電変換システム及び移動体について、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態の光電変換システム及び移動体の構成を示す図である。

【0095】

図１０（ａ）は、車載カメラに関する光電変換システムの一例を示したものである。光電変換システム３００は、撮像装置３１０を有する。撮像装置３１０は、上記のいずれかの実施形態に記載の光電変換装置（撮像装置）である。光電変換システム３００は、撮像装置３１０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３１２と、光電変換システム３００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３１４を有する。また、光電変換システム３００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３１６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３１８と、を有する。ここで、視差取得部３１４や距離取得部３１６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３１８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）や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。

【0096】

光電変換システム３００は車両情報取得装置３２０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、光電変換システム３００は、衝突判定部３１８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部である制御ＥＣＵ３３０が接続されている。また、光電変換システム３００は、衝突判定部３１８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３４０とも接続されている。例えば、衝突判定部３１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ３３０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３４０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。

【0097】

本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を光電変換システム３００で撮像する。図１０（ｂ）に、車両前方（撮像範囲３５０）を撮像する場合の光電変換システムを示した。車両情報取得装置３２０が、光電変換システム３００ないしは撮像装置３１０に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。

【0098】

上記では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。更に、光電変換システムは、自車両等の車両に限らず、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。

【0099】

［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。

【0100】

例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態に含まれる。

【0101】

また、上記第２実施形態、第３実施形態に示した光電変換システムは、光電変換装置を適用しうる光電変換システム例を示したものであって、本発明の光電変換装置を適用可能な光電変換システムは図９及び図１０に示した構成に限定されるものではない。

【0102】

なお、上記実施形態は、いず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】

【0103】

１０１ 画素
１０５ 参照信号生成回路
１０９ 信号処理部（補正値取得部、補正部）
１１１ 電圧出力回路
３０１ 増幅回路
３０２ 設定回路
３１１ ＡＤ変換回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】