【イメージセンサ】ADC (A/D変換器)とは?ADCの基本構造

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工学

ADC (Analog to Digital Converter,A/D変換器) はアナログ信号をデジタル信号に変換する電子回路です. 本記事ではイメージセンサにおける基本的なADCの構造について解説していきます.

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ADC (Analog to Digital Converter)とは

ADC (Analog to Digital Converter,A/D変換器) はアナログ信号をデジタル信号に変換する電子回路です.現在のほとんどのイメージセンサの出力はコンピュータで扱うことのできるデジタル信号です.しかし基本的にイメージセンサのPD (Photo Diode)の出力はアナログ信号であるため,このアナログ信号をADCでデジタル信号に変換します.

イメージセンサのADCの基本構造としては以下で解説しますが,直接ADC,カラムADC,画素並列ADCがあります.

ADCの基本構造

直列ADC

図1 直列ADCの基本構造

直列ADCは図1のようにイメージセンサの読出し回路の後段にADCがあり,一つあるいは数個のADCでイメージセンサの画素すべてのアナログ信号を順次にデジタル信号に変換していきます.

この方式では構造が簡単でADCの数を少なくでき,同じADCを共有できるためADCのばらつきの影響をなくすことができます.しかしより多くの画素を変換しなければならないため,フレームレートが高くしづらく,また高速に動作させなければならず,現在では画素数が少ないイメージセンサなどで限定的に使用されます.

カラムADC

図2 カラムADCの基本構造

カラムADCでは図2のように各カラム (列)にADCがあります.この方式では一行分の画素を同時にデジタル信号へ変換します.

そのため多画素でも高速に変換できるため多く使われています.また直列ADCと比べてより早い段階でデジタル信号に変換できるため,ノイズをより小さくすることができます.

画素並列ADC

図3 画素並列ADCの基本構造

画素並列ADCは図3のように各画素にADCを搭載する方式です.画素並列ADCでは画素毎にADCがあるため高速かつ,読出し回路によるノイズを低減できるなどの特徴があります.

しかし各画素にADCがあるため画素が大きくなり,またPD (Photo Diode)の占める割合が下がり感度が落ちるといった欠点がありました.しかしながら裏面照射や積層構造といった技術によりこれらの欠点を克服した構造が出てきて使われるようになってきました.

まとめ

  • ADC (Analog to Digital Converter):アナログ信号をデジタル信号に変換する電子回路
  • 直列ADC:読出し回路の後段にあるADCで各画素のアナログ信号を順次デジタル信号に変換する方式
  • カラムADC:各カラムにあるADCでアナログ信号をデジタル信号に変換する方式
  • 画素並列ADC:各画素にあるADCでアナログ信号をデジタル信号に変換する方式

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