JP2005354568A - Physical information acquisition method, physical information acquisition device and semiconductor device for detecting physical value distribution - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to output a normal image preparation and arithmetic processing in an appropriate format without causing incompatibility in an imaging apparatus having an arithmetic function. <P>SOLUTION: The imaging apparatus is provided with: a first vertical scanning circuit 14a and a first horizontal scanning circuit 12a which perform slow sweep processing to a unit pixel 3; a column processing part 26 which performs signal processing concerning the generation of normal image based on a pixel signal obtained by the slow sweep processing; a second vertical scanning circuit 14b and a second horizontal scanning circuit 12b which perform fast sweep processing to the same unit pixel 3; and an arithmetic processing part 27 which performs the arithmetic processing for executing a predetermined application based on a pixel signal obtained by the fast sweep processing. Since acquisition of unit signals required for performing each signal processing is independently performed, respectively, the normal image preparation and the arithmetic processing are outputted without causing incompatibility or in the appropriate format in the case of being provided with the arithmetic function such as, for example, a dynamic range extension function and an ID recognition function. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、物理情報取得方法および物理情報取得装置、並びに複数の単位構成要素が配列されてなる物理量分布検知の半導体装置に関する。より詳細には、たとえば光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をする複数の単位構成要素が配列されてなり、単位構成要素によって電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読出可能な、たとえば固体撮像装置などの、物理量分布検知の半導体装置を用いる場合に好適な、複数の画像情報に基づいて所定目的(各種アプリケーション)用の情報を取得する演算機能技術に関する。   The present invention relates to a physical information acquisition method, a physical information acquisition device, and a semiconductor device for physical quantity distribution detection in which a plurality of unit components are arranged. More specifically, for example, a plurality of unit components that are sensitive to electromagnetic waves input from the outside such as light and radiation are arranged, and the physical quantity distribution converted into an electric signal by the unit components is converted into an electric signal. The present invention relates to an arithmetic function technique for acquiring information for a predetermined purpose (various applications) based on a plurality of pieces of image information, which is suitable when using a semiconductor device with physical quantity distribution detection, such as a solid-state imaging device.

光や放射線などの外部から入力される電磁波あるいは圧力(接触など)などの物理量変化に対して感応性をする単位構成要素(たとえば画素)をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなる物理量分布検知半導体装置が様々な分野で使われている。   Physical quantity distribution formed by arranging multiple unit components (for example, pixels) that are sensitive to changes in physical quantity such as electromagnetic waves or pressure (contact, etc.) input from outside such as light and radiation, in a line or matrix form. Sensing semiconductor devices are used in various fields.

たとえば、映像機器の分野では、物理量の一例である光(電磁波の一例)の変化を検知するCCD(Charge Coupled Device )型あるいはMOS(Metal Oxide Semiconductor )やCMOS(Complementary Metal-oxide Semiconductor )型の固体撮像装置が使われている。また、コンピュータ機器の分野では、指紋に関する情報を圧力に基づく電気的特性の変化や光学的特性の変化に基づき指紋の像を検知する指紋認証装置などが使われている。これらは、単位構成要素(固体撮像装置にあっては画素)によって電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読み出す。   For example, in the field of video equipment, a CCD (Charge Coupled Device) type, a MOS (Metal Oxide Semiconductor) type, or a CMOS (Complementary Metal-oxide Semiconductor) type solid that detects changes in light (an example of an electromagnetic wave) that is an example of a physical quantity. An imaging device is used. In the field of computer equipment, fingerprint authentication devices that detect fingerprint images based on changes in electrical characteristics based on pressure and changes in optical characteristics are used. These read out, as an electrical signal, a physical quantity distribution converted into an electrical signal by a unit component (a pixel in a solid-state imaging device).

たとえば、固体撮像素子は、光電変換素子であるフォトダイオードに蓄積された信号電荷(光電子)を、画像情報として読み出す。画素部から読み出されたアナログの画素信号は、必要に応じて、アナログ−デジタル変換装置(AD変換装置;Analog Digital Converter)にてデジタルデータに変換する。   For example, the solid-state imaging device reads signal charges (photoelectrons) accumulated in a photodiode that is a photoelectric conversion device as image information. The analog pixel signal read from the pixel unit is converted into digital data by an analog-digital converter (AD converter; Analog Digital Converter) as necessary.

一方、画素から出力された画素信号に対しては、高画質のイメージ生成や特殊なアプリケーション利用などのために、種々の演算処理がなされる。   On the other hand, various arithmetic processes are performed on the pixel signals output from the pixels in order to generate high-quality images and use special applications.

たとえば近年、CCDやCMOSイメージセンサに代表される固体撮像素子の小型化、低価格化により、デジタルスチルカメラやカメラ付き携帯電話などの簡易なカメラシステムが急激に普及しつつある。なかでもCMOSイメージセンサは、CCDに比べて低消費電力、低コストで製造可能であることから、将来CCDを置き換えるものとして注目を集めている。さらに、CMOSイメージセンサは通常のMOSプロセスをベースに作られるため、センサ上にロジック回路やアナログの信号処理回路を搭載することが容易であり、この特徴を利用して、センサとして単に画像を取得するのみでなく、受光した光信号をセンサ内部で処理することにより、新たな機能を付加しようとする試みも様々に行なわれている。   For example, in recent years, simple camera systems such as digital still cameras and camera-equipped mobile phones are rapidly spreading due to downsizing and cost reduction of solid-state imaging devices represented by CCD and CMOS image sensors. In particular, CMOS image sensors are attracting attention as a replacement for CCDs in the future because they can be manufactured with lower power consumption and lower cost than CCDs. Furthermore, since CMOS image sensors are made based on the normal MOS process, it is easy to mount logic circuits and analog signal processing circuits on the sensors. By using this feature, images are simply acquired. In addition, various attempts have been made to add new functions by processing received light signals inside the sensor.

たとえば、ビデオカメラや電子スチルカメラにおいて、広いダイナミックレンジを必要とするシーン、たとえば室内から窓辺の人物を撮影する逆光時の撮影の場合、一般的な露光制御を行なうと、目的の人物が黒く潰れ、窓の外の風景に適切な露光が行なわれる。逆に、室内の被写体の黒潰れを防止するべく逆光補正処理を行ない、目的の人物の映像信号が黒く潰れないような補正を行なうと、逆光補正前に最適な露光であった室外の風景は白く飛んでしまう。あるいは、室内外双方の露光の妥協点で撮影を行なうと、室内外ともに満足な画像にならない。   For example, in a video camera or an electronic still camera, in a scene that requires a wide dynamic range, such as shooting in a backlight where a person on the window is photographed from inside the room, the target person is crushed black when performing general exposure control. Appropriate exposure is performed on the scenery outside the window. On the other hand, if you perform backlight correction processing to prevent blackout of the subject in the room and correct the video signal of the target person so that it will not be blackened, the outdoor scenery that was the optimal exposure before backlight correction will be It will fly white. Alternatively, if the image is taken at a compromise between both indoor and outdoor exposure, the image is not satisfactory both indoors and outdoors.

このような広いダイナミックレンジを必要とするシーンを撮影する場合の問題を解消する一手法として、同一被写体について、それぞれ異なる検知時間(たとえば露光時間に基づく信号電荷の蓄積時間)の元で取得された複数の信号を用いて、すなわち屋内画像に適した長時間露光と屋外露光に適した短時間露光を連続で行ない、広ダイナミックレンジの画像を取得する仕組みが考えられている(たとえば特許文献1参照)。   As a technique for solving the problem of shooting a scene that requires such a wide dynamic range, the same subject was acquired under different detection times (for example, signal charge accumulation time based on exposure time). A mechanism is conceived in which a long dynamic exposure suitable for indoor images and a short exposure suitable for outdoor exposure are continuously performed using a plurality of signals to acquire an image with a wide dynamic range (see, for example, Patent Document 1). ).

特開2003−163831号公報JP 2003-163831 A

たとえば、蓄積時間の異なる2系統の出力1,2を使ってデバイス外部(オフチップ)の合成回路にて画像合成することで、より広い入射光量に対して飽和し難い信号出力が得られ、低輝度部分のS/N(Signal (to) Noise ratio )の低下を防止しつつ、高輝度部分の飽和を防止することでダイナミックレンジを拡大することができる。たとえば、屋内画像は長時間露光のS/Nの良好な部分を用いる一方、長時間露光で白飛びしてしまう屋外領域を短時間露光の画像を用いることができ、屋内から屋外までの階調を実現できる。   For example, by synthesizing an image with a synthesis circuit outside the device (off-chip) using two outputs 1 and 2 having different accumulation times, a signal output that is less likely to saturate with respect to a wider amount of incident light is obtained. The dynamic range can be expanded by preventing the saturation of the high-luminance portion while preventing the S / N (Signal (to) Noise ratio) of the luminance portion from decreasing. For example, an indoor image uses a portion with a good long-time exposure S / N, while a short-exposure image can be used in an outdoor area that is whitened by long-time exposure. Can be realized.

また一方で、そのような新たな機能を持ったイメージセンサを前提に、これまで実現できなかったような新規なシステム、アプリケーションの提案が行なわれている。たとえば、実空間上でデータを転送するデータ通信システム、データ送信装置、並びにデータ受信装置も知られている。   On the other hand, on the premise of an image sensor having such a new function, new systems and applications that have not been realized so far have been proposed. For example, a data communication system, a data transmission device, and a data reception device that transfer data in real space are also known.

たとえば、機器IDやネットワーク・アドレス、ホスト・ネーム、URLなどの実世界上のオブジェクトに関連した情報などを有線または無線ネットワークなどの通信媒体を用いずにオブジェクトから直接データ転送するデータ通信システム、データ送信装置、並びにデータ受信装置が提案されている(たとえば非特許文献1参照)。   For example, a data communication system that transfers data directly from an object without using a communication medium such as a wired or wireless network, such as information related to an object in the real world such as a device ID, a network address, a host name, and a URL, data A transmitting device and a data receiving device have been proposed (see Non-Patent Document 1, for example).

松下伸行他,“ID Cam:シーンとIDを同時に取得可能なイメージセンサ”,インタラクション2002;論文セッション1「実世界」Nobuyuki Matsushita et al., “ID Cam: Image sensor that can acquire scene and ID simultaneously”, Interaction 2002; Paper Session 1 “Real World”

この非特許文献1に記載の仕組みは、目の前のオブジェクトから比較的遠くにあるオブジェクトに至るまで距離的にロバストなデータ転送が可能な仕組みであって、たとえば、通信媒体では接続されていない実世界上のオブジェクトからIDなどの情報を入手すると同時にオブジェクトの空間的な位置を認識する技術が提案されている。   The mechanism described in Non-Patent Document 1 is a mechanism that can transfer data robustly in distance from an object in front of an object to a relatively distant object, and is not connected through a communication medium, for example. A technique for recognizing a spatial position of an object while obtaining information such as an ID from an object in the real world has been proposed.

図18は、非特許文献1に記載の仕組みの概要を示した図である。非特許文献1では、カメラシステムとして、通常の画像を取得するとともに、何らかの情報によりコード化されたLED光源などの点滅パターンを識別するというものであり、このようなLED光源を実空間内の様々なオブジェクトに設定しておくと、点滅パターンを検知してエッジ検出やサンプリング処理を行なうことで、そのオブジェクトの画像とそれに付随したID情報を取得することが可能となる。   FIG. 18 is a diagram showing an overview of the mechanism described in Non-Patent Document 1. In Non-Patent Document 1, as a camera system, a normal image is acquired, and a blinking pattern such as an LED light source encoded by some information is identified. If an object is set, an image of the object and ID information associated therewith can be acquired by detecting a blinking pattern and performing edge detection and sampling processing.

このようなシステムには様々な応用が考えられ、たとえば、情報としてネットワークIDを発信することによりオブジェクトとカメラを搭載した端末との通信接続を確立する手段を実現することができる。また、位置情報を提供するナビゲーションシステム、また、広告手段などに利用することもできる。   Various applications are conceivable for such a system. For example, a means for establishing a communication connection between an object and a terminal equipped with a camera can be realized by transmitting a network ID as information. It can also be used for navigation systems that provide position information, advertising means, and the like.

一方、このようなアプリケーションを実現するためには、通常のイメージセンサでは不可能である。CCDやCMOSイメージセンサなど、通常のイメージセンサはおよそ、30fps(frame per Second)程度のフレーム走査で画像を取得する。特殊なCMOSイメージセンサでは数百fpsを達成できるものもあるが、通常の画像を取得するためには、この程度のフレームレートが限界である。   On the other hand, in order to realize such an application, it is impossible with a normal image sensor. A normal image sensor such as a CCD or CMOS image sensor acquires an image by frame scanning of about 30 fps (frame per second). Some special CMOS image sensors can achieve several hundreds of fps, but such a frame rate is the limit for obtaining a normal image.

しかしながら、非特許文献1に記載のアプリケーションを実現する場合は、LEDの点滅間隔を短くすることが、伝達情報量の増大に繋がるため、それを検出するセンサも高速なフレーム走査が必要とされる。たとえば、LED光源が数百fpsで点滅していた場合、センサ側では、それをサンプリングするために、数kfps程度の高速動作が必要とされる。よって、上記アプリケーションを実現するためには、使用されるイメージセンサが通常の画像を取得するとともに、高速なフレーム走査により高速で点滅する光の点滅タイミングを検出するという2つの機能を備えている必要がある。このような機能を実現するセンサとしては、たとえば、特許文献2に記載の仕組みがある。   However, when the application described in Non-Patent Document 1 is realized, shortening the blinking interval of the LED leads to an increase in the amount of transmitted information. Therefore, a sensor that detects the information also requires high-speed frame scanning. . For example, when the LED light source is blinking at several hundred fps, the sensor side needs high-speed operation of about several kfps in order to sample it. Therefore, in order to realize the above-mentioned application, it is necessary that the image sensor to be used has two functions of acquiring a normal image and detecting a blinking timing of light blinking at high speed by high-speed frame scanning. There is. As a sensor that realizes such a function, for example, there is a mechanism described in Patent Document 2.

特開2003−169251号公報JP 2003-169251 A

図19は、特許文献2に記載の固体撮像装置の全体概要を示した平面図である。この固体撮像装置901は、画素部(ピクセルアレイ部)910、通常画像取得用の垂直走査回路(ピクセルVスキャナ部)914aおよび水平走査回路(ピクセルHスキャナ部)912a、電流/電圧(I−V)変換回路部922、CDS処理部926、カレントミラー回路部946、アナログメモリアレイ部947、アナログメモリアレイ部947を垂直走査する垂直走査回路(メモリVスキャナ部)914c、コンパレータ/ラッチ部950、およびID情報取得用の水平走査をする水平走査回路(メモリHスキャナ部)912bを備えている。なお、図示しないが、これらの機能部以外にも、たとえば、バイアス回路部が設けられる。   FIG. 19 is a plan view showing an overall outline of the solid-state imaging device described in Patent Document 2. The solid-state imaging device 901 includes a pixel unit (pixel array unit) 910, a normal image acquisition vertical scanning circuit (pixel V scanner unit) 914a, a horizontal scanning circuit (pixel H scanner unit) 912a, and current / voltage (IV). ) A conversion circuit unit 922, a CDS processing unit 926, a current mirror circuit unit 946, an analog memory array unit 947, a vertical scanning circuit (memory V scanner unit) 914c for vertically scanning the analog memory array unit 947, a comparator / latch unit 950, and A horizontal scanning circuit (memory H scanner unit) 912b that performs horizontal scanning for acquiring ID information is provided. Although not shown, for example, a bias circuit unit is provided in addition to these functional units.

この固体撮像装置901では、通常画像を取得する通常画像撮像モードとLEDの点滅を検出するID検出モードの2つの動作モードを持つ。それぞれのモードにおいて、光信号はともに、画素部910にて受光される。画素部910内では、信号線は垂直方向に配線されており、通常画像撮像モードでは信号は画素部910の上方の電流/電圧変換回路部922やCDS処理部926に読み出され、通常のCMOSイメージセンサと同様な処理が施されて、センサ外部へ出力される。   The solid-state imaging device 901 has two operation modes: a normal image capturing mode for acquiring a normal image and an ID detection mode for detecting blinking of an LED. In each mode, both the optical signals are received by the pixel portion 910. In the pixel unit 910, signal lines are wired in the vertical direction, and in the normal image capturing mode, signals are read out to the current / voltage conversion circuit unit 922 and the CDS processing unit 926 above the pixel unit 910, and the normal CMOS The same processing as that of the image sensor is performed and output to the outside of the sensor.

一方、ID検出モードでは、信号は画素部910の下方のカレントミラー回路部946へ読み出される。アナログメモリアレイ部947の下方にはコンパレータ/ラッチ部950およびが配置されている。アナログメモリアレイ部947には前のフレームの信号が記録されており、画素部910からの信号読出し動作において、一旦このアナログメモリアレイ部947に画素信号が保存され、その後、さらに下方のコンパレータ/ラッチ部950にて前のフレームと新たなフレームとの間で信号強度の比較が行なわれる。   On the other hand, in the ID detection mode, the signal is read out to the current mirror circuit unit 946 below the pixel unit 910. A comparator / latch unit 950 and the analog memory array unit 947 are arranged below the analog memory array unit 947. In the analog memory array unit 947, the signal of the previous frame is recorded, and in the signal reading operation from the pixel unit 910, the pixel signal is once stored in the analog memory array unit 947, and then the further lower comparator / latch. Part 950 compares the signal strength between the previous frame and the new frame.

この比較走査により、パルス点滅の立上りもしくは立下りが判定され、それらのデータはバイナリデータとしてセンサ外部に読み出される。読み出されたデータは、センサ外部のプロセッサによりデータコードのデコードが行なわれ、ID情報の抽出が行なわれる。   By this comparison scan, the rise or fall of pulse blinking is determined, and these data are read out outside the sensor as binary data. The read data is subjected to data code decoding by a processor outside the sensor, and ID information is extracted.

しかしながら、このような固体撮像装置901によれば、通常画像の取得モードとID検出モードは完全に分離しており、これらは、最速でもビデオフレーム走査ごと(1/30sec程度)に切り替えとなる。これは、通常画像撮像モードでは、光感度を十分に保つために、30fps程度の蓄積時間が必要とされるのに対し、ID検出モードでは数kfps以上の走査が必要となるため、センサのスキャン動作を両モードで兼ねることができないためである。   However, according to such a solid-state imaging device 901, the normal image acquisition mode and the ID detection mode are completely separated, and these are switched every video frame scan (about 1/30 sec) at the fastest. This is because, in the normal image capturing mode, an accumulation time of about 30 fps is required to maintain sufficient light sensitivity, whereas in the ID detection mode, scanning of several kfps or more is required. This is because the operation cannot be performed in both modes.

一方、非特許文献1のアプリケーションでは、画像のみを連続的に撮る場合とID認識のみを連続的に行なう場合を明確に分ける使い方も考えられるが、多くの場合は、画像とID情報を同時に取得して、リアルタイムにID情報とオブジェクトを対応させるという使用が想定される。この場合において、通常画像とID画像の両方を出力する場合、通常画像撮像モードとID検出モードを交互に繰り返すため、通常画像とID画像とを組にして、1フレームおきに通常画像やID画像とを、低フレームレートで出力することになる。通常画像のみに注目した場合、フレームレートが半分(または1/3)に劣化してしまう問題があり、速い動きの被写体を撮像する場合などは違和感が生じてくる。   On the other hand, in the application of Non-Patent Document 1, it is possible to clearly separate the case where only images are continuously taken and the case where only ID recognition is continuously carried out, but in many cases, images and ID information are acquired simultaneously. Thus, it is assumed that the ID information is associated with the object in real time. In this case, when both the normal image and the ID image are output, the normal image capturing mode and the ID detection mode are alternately repeated. Therefore, the normal image and the ID image are combined every other frame. Are output at a low frame rate. When attention is paid only to a normal image, there is a problem that the frame rate deteriorates to half (or 1/3), and a sense of incongruity occurs when a fast-moving subject is imaged.

また、特許文献2の仕組みでは、1/30sec〜1/60secぐらいで両モードの切り替えが行なわれるので、ほぼリアルタイムに同時取得を行なっていると見なすことは可能であるが、モードの切替えを行なうと、通常画像のみに注目した場合、フレームレートが半分(または1/3)に劣化してしまう問題があり、やはり、速い動きの被写体を撮像する場合などは違和感が生じてくる。   Further, in the mechanism of Patent Document 2, since both modes are switched in about 1/30 sec to 1/60 sec, it can be considered that simultaneous acquisition is performed substantially in real time, but mode switching is performed. When attention is paid only to the normal image, there is a problem that the frame rate is deteriorated to half (or 1/3), and when a fast-moving subject is imaged, there is a sense of incongruity.

また、システム開発者から見た場合、画像信号については通常のCMOSイメージセンサと同様に扱いたいという要望があり、1フレームおきに通常画像やID画像が出力されるなどのフォーマットはあまり好まれない。   From the viewpoint of the system developer, there is a demand for handling image signals in the same manner as a normal CMOS image sensor, and a format in which a normal image or an ID image is output every other frame is not preferred. .

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ダイナミックレンジ拡大機能やID認識機能などの演算機能を持つに当たって、通常の信号処理(たとえば通常画像の生成)と演算処理とを、違和感なく、あるいは適切なフォーマットで実行可能な仕組みを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in having arithmetic functions such as a dynamic range expansion function and an ID recognition function, normal signal processing (for example, generation of a normal image) and arithmetic processing can be performed without a sense of incongruity. Or to provide a mechanism that can be executed in an appropriate format.

本発明に係る物理情報取得方法は、半導体装置を構成する単位構成要素に対してそれぞれ独立した駆動制御を行ない、これにより単位構成要素から出力されたそれぞれの単位信号に基づいて、それぞれ独立した信号処理を行なうようにした。   In the physical information acquisition method according to the present invention, independent drive control is performed on the unit components constituting the semiconductor device, and based on the unit signals output from the unit components, independent signals are obtained. It was made to process.

また、本発明に係る物理情報取得装置は、上記本発明に係る物理情報取得方法を実施するのに好適な装置であって、単位構成要素に対して第1の駆動制御を行なう第1の駆動制御部と、第1の駆動制御部の制御の元で単位構成要素から出力された単位信号に基づいて信号処理を行なう第1の信号処理部と、単位構成要素に対して第2の駆動制御を行なう第2の駆動制御部と、第2の駆動制御部の制御の元で単位構成要素から出力された単位信号に基づいて信号処理を行なう第2の信号処理部とを備えるものとした。   The physical information acquisition device according to the present invention is a device suitable for carrying out the physical information acquisition method according to the present invention, and is a first drive that performs first drive control on a unit component. A control unit, a first signal processing unit that performs signal processing based on a unit signal output from the unit component under the control of the first drive control unit, and a second drive control for the unit component And a second signal processing unit that performs signal processing based on the unit signal output from the unit component under the control of the second drive control unit.

また、本発明に係る半導体装置は、上記本発明に係る物理情報取得装置に用いて好適な装置である。   The semiconductor device according to the present invention is a device suitable for use in the physical information acquisition device according to the present invention.

また従属項に記載された発明は、本発明に係る物理情報取得方法、物理情報取得装置、あるいは半導体装置のさらなる有利な具体例を規定する。   Further, the invention described in the dependent claims defines further advantageous specific examples of the physical information acquisition method, the physical information acquisition device, or the semiconductor device according to the present invention.

たとえば、それぞれが独立した駆動制御を行なうと、あるタイミングでは、双方の駆動制御が競合(衝突)する、すなわち、ある時点で同時に同じ単位構成要素にアクセスする事態が起こり得る。あるいは、単純な読出処理をすると、一方の駆動制御によって単位構成要素が検知した物理情報が消滅してしまい、他方の駆動制御による読出処理に悪影響を与え得る。   For example, if each performs independent drive control, at a certain timing, both drive controls may compete (collision), that is, a situation may occur in which the same unit component is accessed at a certain point in time. Alternatively, when a simple read process is performed, physical information detected by the unit component by one drive control disappears, and the read process by the other drive control may be adversely affected.

そこで、たとえば、同一の単位構成要素に対する双方の掃引処理の競合を回避するように駆動制御を行なうようにしたり、あるいは一方の駆動制御においては、単位構成要素から単位信号が出力された後にも、物理量の変化を検知した単位信号が単位構成要素内に保持されるように駆動制御を行なったりするとよい。   Therefore, for example, drive control is performed so as to avoid competition between the two sweep processes for the same unit component, or in one drive control, after the unit signal is output from the unit component, Drive control may be performed so that a unit signal in which a change in physical quantity is detected is held in a unit component.

たとえば、単位構成要素が信号電荷を保持するフローティングノードを有する構成のものの場合、高速掃引処理を行なう一方の駆動制御においては、当該フローティングノードを初期化することなく所定の電荷蓄積期間ごとの読み出しを行ない、低速掃引処理を行なう他方の駆動制御においては、当該フローティングノードを初期化して所定の電荷蓄積期間ごとの読み出しを行なうようにすればよい。   For example, in the case where the unit component has a floating node that holds a signal charge, in one drive control that performs high-speed sweep processing, reading is performed every predetermined charge accumulation period without initializing the floating node. In the other drive control in which low-speed sweep processing is performed, the floating node may be initialized and read out every predetermined charge accumulation period.

本発明によれば、半導体装置を構成する単位構成要素に対してそれぞれ独立した駆動制御を行ない、これにより単位構成要素から出力されたそれぞれの単位信号に基づいて、それぞれ独立した信号処理を行なうようにした。   According to the present invention, independent drive control is performed for each unit component constituting the semiconductor device, and thereby independent signal processing is performed based on each unit signal output from the unit component. I made it.

それぞれの信号処理を行なうために必要とする単位信号の取得をそれぞれ独立して行なうことができるので、たとえばダイナミックレンジ拡大機能やID認識機能などの演算機能を持つに当たって、通常の信号処理(たとえば通常画像の生成)と演算処理とを、違和感なく、あるいは適切なフォーマットで実行可能になる。   Since unit signals required for performing each signal processing can be acquired independently, for example, in order to have a calculation function such as a dynamic range expansion function and an ID recognition function, normal signal processing (for example, normal Image generation) and calculation processing can be executed without any sense of incongruity or in an appropriate format.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下においては、X−Yアドレス型の固体撮像装置の一例である、CMOS撮像素子をデバイスとして使用した場合を例に説明する。また、CMOS撮像素子は、全ての画素がNMOSあるいはPMOSよりなるものであるとして説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, a case where a CMOS image sensor, which is an example of an XY address type solid-state imaging device, is used as a device will be described as an example. The CMOS image sensor will be described on the assumption that all pixels are made of NMOS or PMOS.

ただしこれは一例であって、対象となるデバイスはMOS型の撮像デバイスに限らない。光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をする単位構成要素をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなる物理量分布検知用の半導体装置の全てに、後述する全ての実施形態が同様に適用できる。   However, this is merely an example, and the target device is not limited to a MOS imaging device. All the semiconductor device for physical quantity distribution detection in which a plurality of unit components that are sensitive to electromagnetic waves input from outside such as light and radiation are arranged in a line or matrix form, and all implementations described later. Forms are applicable as well.

<固体撮像装置の構成>
図1は、本発明に係る半導体装置の一実施形態であるCMOS固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)の概略構成図である。なお、このCMOS固体撮像装置は、本発明に係る電子機器の一態様でもある。
<Configuration of solid-state imaging device>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a CMOS solid-state imaging device (CMOS image sensor) which is an embodiment of a semiconductor device according to the present invention. This CMOS solid-state imaging device is also an aspect of an electronic apparatus according to the present invention.

本実施形態の固体撮像装置1は、イメージセンサの画素(ピクセル)で取得された画素信号に基づき通常画像生成処理と演算処理とを完全分離して行なうことで実画像の高画質化を達成し、かつ演算処理にも最適な設計を可能とするべく、通常の画像出力処理を行なう通常画像処理系統と差分画像や加算画像など所定目的を達成するための演算情報を生成して出力する演算処理系統とを独立して備える点に特徴を有する。また、それぞれの処理系統が使用する画素信号の画素部からの出力処理を制御する垂直走査を、それぞれ独立して行なうことができるように構成している点に特徴を有する。以下、具体的に説明する。   The solid-state imaging device 1 according to the present embodiment achieves high image quality by performing normal image generation processing and calculation processing separately based on pixel signals acquired by pixels (pixels) of an image sensor. In addition, a normal image processing system for performing normal image output processing and calculation processing for generating and outputting calculation information for achieving a predetermined purpose such as a difference image and an added image so as to enable an optimum design for calculation processing It is characterized in that the system is provided independently. Further, the present invention is characterized in that vertical scanning for controlling output processing from the pixel portion of the pixel signal used by each processing system can be performed independently. This will be specifically described below.

固体撮像装置1は、入射光量に応じた電気信号を出力するフォトダイオードなどの光電変換素子(電荷生成部の一例)を含む複数個の画素が行および列に配列された(すなわち2次元マトリクス状の)画素部を有し、各画素からの信号出力が電圧信号であって、CDS(Correlated Double Sampling ;相関2重サンプリング)処理機能部やデジタル変換部(ADC;Analog Digital Converter)などのデータ処理部が列並列に設けられているものである。   In the solid-state imaging device 1, a plurality of pixels including a photoelectric conversion element (an example of a charge generation unit) such as a photodiode that outputs an electric signal corresponding to an incident light amount is arranged in rows and columns (that is, in a two-dimensional matrix form). ), And the signal output from each pixel is a voltage signal, and data processing such as a CDS (Correlated Double Sampling) processing function unit or a digital conversion unit (ADC) The portions are provided in parallel with each other.

“列並列にデータ処理部が設けられている”とは、垂直列の垂直信号線19に対して実質的に並列に複数のCDS処理機能部やデジタル変換部が設けられていることを意味する。複数の各機能部は、デバイスを平面視したときに、ともに画素部10に対して列方向の一方の端縁側(図の下側に配されている出力側)にのみ配されている形態のものであってもよいし、画素部10に対して列方向の一方の端縁側(図の下側に配されている出力側)とその反対側である他方の端縁側(図の上側)に分けて配されている形態のものであってもよい。後者の場合、行方向の読出走査(水平走査)を行なう水平走査部も、各端縁側に分けて配して、それぞれが独立に動作可能に構成するのがよい。   “The data processing unit is provided in parallel with the column” means that a plurality of CDS processing function units and digital conversion units are provided substantially in parallel with the vertical signal line 19 in the vertical column. . Each of the plurality of functional units is arranged only on one end side in the column direction with respect to the pixel unit 10 (output side arranged on the lower side of the drawing) when the device is viewed in plan view. Or one end side in the column direction (output side arranged on the lower side in the figure) and the other end side (the upper side in the figure) opposite to the pixel unit 10. The thing of the form distributed separately may be sufficient. In the latter case, it is preferable that the horizontal scanning unit that performs readout scanning (horizontal scanning) in the row direction is also arranged separately on each edge side so that each can operate independently.

たとえば、列並列にCDS処理機能部やデジタル変換部が設けられている典型例としては、撮像部の出力側に設けたカラム領域と呼ばれる部分に、CDS処理機能部やデジタル変換部を垂直列(カラム(列);Column)ごとに設け、順次出力側に読み出すカラム型のものである。また、カラム型に限らず、隣接する複数(たとえば2つ分)の垂直信号線19(垂直列)に対して1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態や、N本おき(Nは正の整数;間にN−1本を配する)のN本分の垂直信号線19(垂直列)に対して1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態などを採ることもできる。   For example, as a typical example in which a CDS processing function unit and a digital conversion unit are provided in parallel in a column, a CDS processing function unit and a digital conversion unit are arranged in a vertical column (a column area provided on the output side of the imaging unit). A column type is provided for each column and sequentially read out to the output side. In addition to the column type, a configuration in which one CDS processing function unit or digital conversion unit is assigned to a plurality of adjacent (for example, two) vertical signal lines 19 (vertical columns), or every N (N is It is also possible to adopt a form in which one CDS processing function unit or digital conversion unit is assigned to N vertical signal lines 19 (vertical columns) of a positive integer (with N−1 lines in between).

カラム型を除くものは、何れの形態も、複数の垂直信号線19(垂直列)が1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を共通に使用する構成となるので、画素部10側から供給される複数列分の画素信号を1つのCDS処理機能部やデジタル変換部に供給する切替回路(スイッチ)を設ける。なお、後段の処理によっては、出力信号を保持するメモリを設けるなどの対処が必要になる。   Except for the column type, in any form, since a plurality of vertical signal lines 19 (vertical columns) commonly use one CDS processing function unit and digital conversion unit, they are supplied from the pixel unit 10 side. A switching circuit (switch) that supplies pixel signals for a plurality of columns to one CDS processing function unit or digital conversion unit is provided. Depending on the subsequent processing, it is necessary to take measures such as providing a memory for holding the output signal.

何れにしても、複数の垂直信号線19(垂直列)に対して1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態などを採ることで、各画素信号の信号処理を画素列単位で読み出した後に行なうことで、同様の信号処理を各単位画素内で行なうものに比べて、各単位画素内の構成を簡素化し、イメージセンサの多画素化、小型化、低コスト化などに対応できる。   In any case, the signal processing of each pixel signal is read out in units of pixel columns by adopting a form in which one CDS processing function unit or digital conversion unit is assigned to a plurality of vertical signal lines 19 (vertical columns). By performing the processing later, the configuration in each unit pixel can be simplified and the number of pixels of the image sensor can be reduced, the size can be reduced, and the cost can be reduced as compared with the case where the same signal processing is performed in each unit pixel.

また、列並列に配された複数の信号処理部にて1行分の画素信号を同時並行処理することができるので、出力回路側やデバイスの外部で1つのCDS処理機能部やデジタル変換部にて処理を行なう場合に比べて、信号処理部を低速で動作させることができ、消費電力や帯域性能やノイズなどの面で有利である。逆に言えば、消費電力や帯域性能などを同じにする場合、センサ全体の高速動作が可能となる。   In addition, since a plurality of signal processing units arranged in parallel in a column can simultaneously process pixel signals for one row, one CDS processing function unit or digital conversion unit is provided on the output circuit side or outside the device. Therefore, the signal processing unit can be operated at a low speed as compared with the case where processing is performed, which is advantageous in terms of power consumption, bandwidth performance, noise, and the like. In other words, when the power consumption and bandwidth performance are the same, the entire sensor can be operated at high speed.

なお、カラム型の構成の場合、低速で動作させることができ消費電力や帯域性能やノイズなどの面で有利であるとともに切替回路(スイッチ)が不要である利点もある。以下の実施形態では、特に断りのない限り、このカラム型で説明する。   In the case of a column type configuration, it can be operated at a low speed, which is advantageous in terms of power consumption, bandwidth performance, noise, and the like, and has an advantage that a switching circuit (switch) is unnecessary. In the following embodiments, this column type will be described unless otherwise specified.

図1に示すように、本実施形態の固体撮像装置1は、正方状の複数の単位画素3が行および列に(つまり正方格子状に)配列された画素部(撮像部)10と、画素部10の外側に設けられた駆動制御部7と、図中画素部10の上側に設けられたCDS処理部(第3の差分情報取得部)およびカラムスイッチを有するカラム処理部(第1の信号処理部)26と、出力回路28とを備えている。カラム処理部26は、画素部10で取得された画素信号に基づき通常画像生成に関わる信号処理を行なうための通常画像処理系統の主要部として機能する。   As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device 1 of the present embodiment includes a pixel unit (imaging unit) 10 in which a plurality of square unit pixels 3 are arranged in rows and columns (that is, in a square lattice pattern), and pixels. Drive control unit 7 provided outside the unit 10, a CDS processing unit (third difference information acquisition unit) provided above the pixel unit 10 in the figure, and a column processing unit (first signal) having a column switch A processing unit) 26 and an output circuit 28. The column processing unit 26 functions as a main part of a normal image processing system for performing signal processing related to normal image generation based on the pixel signal acquired by the pixel unit 10.

なお、カラム処理部26の前段または後段には、必要に応じて信号増幅機能を持つAGC(Auto Gain Control) 回路やAD(Analog to Digital )変換回路などをカラム処理部26と同一の半導体領域に設けることも可能である。カラム処理部26の前段でAGCを行なう場合にはアナログ増幅、カラム処理部26の後段でAGCを行なう場合にはデジタル増幅となる。nビットのデジタルデータを単純に増幅してしまうと、階調が損なわれてしまう可能性があるため、どちらかというとアナログにて増幅した後にデジタル変換するのが好ましいと考えられる。   In addition, an AGC (Auto Gain Control) circuit or an AD (Analog to Digital) conversion circuit having a signal amplification function is provided in the same semiconductor region as the column processing unit 26 before or after the column processing unit 26, if necessary. It is also possible to provide it. When AGC is performed before the column processing unit 26, analog amplification is performed. When AGC is performed after the column processing unit 26, digital amplification is performed. If the n-bit digital data is simply amplified, the gradation may be lost. Therefore, it is preferable to perform digital conversion after amplification by analog.

また、本実施形態の固体撮像装置1は、画素部10で取得された画素信号に基づき差分画像や加算画像などの演算処理画像やその他の演算情報を生成して出力する演算処理部(第2の信号処理部)27を、図中画素部10の下側に備えている。   In addition, the solid-state imaging device 1 of the present embodiment generates an arithmetic processing image such as a difference image and an addition image and other arithmetic information based on the pixel signal acquired by the pixel unit 10 and outputs the arithmetic processing unit (second Signal processing unit) 27 is provided on the lower side of the pixel unit 10 in the figure.

演算処理部27は、演算処理における高速フレームレート(高速な処理単位時間)でのフレーム間の差分情報(高速フレーム差分情報ともいう)を取得する差分演算部(第1の差分情報取得部)272と、差分演算部272で取得された高速フレーム間差分情報J12を保持するアナログメモリアレイ部274と、アナログメモリアレイ部274内のカレントコピアセルにバイアス電流を供給するバイアス回路部(Offset Generator)275とを備えている。アナログメモリアレイ部274は、差分演算部272からの出力をカレントコピアセル内に一時記憶するように構成されている。   The arithmetic processing unit 27 obtains difference information between frames (also referred to as high-speed frame difference information) at a high-speed frame rate (high-speed processing unit time) in the arithmetic processing (first difference information acquisition unit) 272. An analog memory array unit 274 that holds the high-speed inter-frame difference information J12 acquired by the difference calculation unit 272, and a bias circuit unit (Offset Generator) 275 that supplies a bias current to the current copier cell in the analog memory array unit 274 And. The analog memory array unit 274 is configured to temporarily store the output from the difference calculation unit 272 in the current copier cell.

また演算処理部27は、アナログメモリアレイ部274に保持された前高速フレームにおける高速フレーム間差分情報J12aと、現時点の高速フレームにおいて差分演算部272で取得された高速フレーム間差分情報J12bとの差(以下差分情報J14ともいう)を検知する第2の差分情報取得部の一例であるコンパレータ部276と、コンパレータ部276で取得された差分情報J14を示すデジタルデータを保持するデータラッチ部278とを備えている。   The arithmetic processing unit 27 also compares the difference between the high-speed inter-frame difference information J12a in the previous high-speed frame held in the analog memory array unit 274 and the high-speed inter-frame difference information J12b acquired by the differential arithmetic unit 272 in the current high-speed frame. A comparator unit 276 that is an example of a second difference information acquisition unit that detects (hereinafter also referred to as difference information J14), and a data latch unit 278 that holds digital data indicating the difference information J14 acquired by the comparator unit 276. I have.

また、駆動制御部7の構成要素として、画素部10の信号を順次読み出すための制御回路機能を備えている。たとえば、駆動制御部7としては、列アドレスや列走査を制御する水平走査回路(列走査回路)12と、行アドレスや行走査を制御する垂直走査回路(行走査回路)14と、内部クロックを生成するなどの機能を持つ通信・タイミング制御部20とを備えている。水平走査回路12は、カラム処理部26や演算処理部27から画素情報を読み出すための水平駆動制御部(特に水平読出走査部)の機能を持つ。   Further, as a component of the drive control unit 7, a control circuit function for sequentially reading out signals from the pixel unit 10 is provided. For example, the drive control unit 7 includes a horizontal scanning circuit (column scanning circuit) 12 that controls column addresses and column scanning, a vertical scanning circuit (row scanning circuit) 14 that controls row addresses and row scanning, and an internal clock. And a communication / timing control unit 20 having a function such as generation. The horizontal scanning circuit 12 has a function of a horizontal drive control unit (particularly a horizontal reading scanning unit) for reading pixel information from the column processing unit 26 and the arithmetic processing unit 27.

これらの駆動制御部7の各要素は、画素部10とともに、半導体集積回路製造技術と同様の技術を用いて単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成され、半導体システムの一例である固体撮像素子(撮像デバイス)として構成される。   Each element of these drive control units 7 is formed integrally with a pixel unit 10 in a semiconductor region such as single crystal silicon using a technique similar to a semiconductor integrated circuit manufacturing technique, and is a solid-state imaging which is an example of a semiconductor system It is configured as an element (imaging device).

ここで、本実施形態特有の構成として、垂直走査回路14としては、それぞれ独立に設けられたカラム処理部26と演算処理部27とに画素部10からの画素信号を供給する構成要素として、カラム処理部26用の第1垂直走査回路(画像取得用垂直スキャナ)14aと、演算処理部27用の第2垂直走査回路(ID検出用垂直スキャナ)14bと、アナログメモリアレイ部274のカレントコピアセルを垂直走査方向にスキャンし、セル内のデータを取り出す第3垂直走査回路(メモリVスキャナ部)14cとを備えている。   Here, as a configuration peculiar to the present embodiment, the vertical scanning circuit 14 includes a column processor as a component that supplies the pixel signal from the pixel unit 10 to the column processing unit 26 and the arithmetic processing unit 27 provided independently of each other. A first vertical scanning circuit (image acquisition vertical scanner) 14 a for the processing unit 26, a second vertical scanning circuit (ID detection vertical scanner) 14 b for the arithmetic processing unit 27, and a current copier cell of the analog memory array unit 274 Is scanned in the vertical scanning direction, and a third vertical scanning circuit (memory V scanner unit) 14c for taking out the data in the cell is provided.

また水平走査回路12は、通常画像生成出力用のカラム処理部26から出力される画素データを順次水平走査方向に転送して出力回路28に供給する第1水平走査回路(画像取得用水平スキャナ)12aと、演算情報生成出力用の演算処理部27の出力であるデータラッチ部278から出力されるデータを順次水平走査方向に転送してデータ出力バス279に供給する第2水平走査回路(ID検出用水平スキャナ)12bとを備えている。   The horizontal scanning circuit 12 is a first horizontal scanning circuit (image acquisition horizontal scanner) that sequentially transfers pixel data output from the column processing unit 26 for generating and outputting normal images in the horizontal scanning direction and supplies the pixel data to the output circuit 28. 12a and a second horizontal scanning circuit (ID detection) for sequentially transferring the data output from the data latch unit 278, which is the output of the arithmetic processing unit 27 for output of calculation information generation, to the data output bus 279 by transferring it in the horizontal scanning direction. Horizontal scanner) 12b.

図1では、簡単のため行および列の一部を省略して示しているが、現実には、各行や各列には、数十から数千の単位画素3が配置される。この単位画素3は、典型的には、受光素子(電荷生成部)としてのフォトダイオードと、増幅用の半導体素子(たとえばトランジスタ)を有する画素内アンプとから構成される。   In FIG. 1, some of the rows and columns are omitted for the sake of simplicity, but in reality, tens to thousands of unit pixels 3 are arranged in each row and each column. The unit pixel 3 is typically composed of a photodiode as a light receiving element (charge generation unit) and an in-pixel amplifier having an amplifying semiconductor element (for example, a transistor).

画素内アンプとしては、たとえばフローティングディフュージョンアンプ構成のものが用いられる。一例としては、電荷生成部に対して、電荷読出部(転送ゲート部/読出ゲート部)の一例である読出選択用トランジスタ、リセットゲート部の一例であるリセットトランジスタ、垂直選択用トランジスタ、およびフローティングディフュージョンの電位変化を検知する検知素子の一例であるソースフォロア構成の増幅用トランジスタを有する、CMOSセンサとして汎用的な4つのトランジスタからなる構成のものを使用することができる。   As the intra-pixel amplifier, for example, a floating diffusion amplifier configuration is used. As an example, with respect to the charge generation unit, a read selection transistor that is an example of a charge readout unit (transfer gate unit / read gate unit), a reset transistor that is an example of a reset gate unit, a vertical selection transistor, and a floating diffusion As a CMOS sensor having a source follower-amplifying transistor, which is an example of a detection element for detecting a change in potential, a sensor composed of four general-purpose transistors can be used.

また、本実施形態の固体撮像装置1は、画素部10をカラー撮像対応にしている。すなわち、画素部10における各電荷生成部(フォトダイオードなど)の電磁波(本例では光)が入射される受光面には、カラー画像を撮像するための複数色の色フィルタの組合せからなる色分解フィルタの何れかの色フィルタが設けられている。   In the solid-state imaging device 1 of the present embodiment, the pixel unit 10 is adapted for color imaging. That is, color separation composed of a combination of a plurality of color filters for capturing a color image on a light receiving surface on which electromagnetic waves (light in this example) of each charge generation unit (such as a photodiode) in the pixel unit 10 is incident. Any color filter of the filter is provided.

図示した例は、いわゆるベイヤ(Bayer)配列の基本形のカラーフィルタを用いており、正方格子状に配された単位画素3が赤(R),緑(G),青(B)の3色カラーフィルタに対応するように、色分離フィルタの繰返単位が2画素×2画素で配されて画素部10を構成している。   The illustrated example uses a basic color filter of a so-called Bayer array, and unit pixels 3 arranged in a square lattice are three color colors of red (R), green (G), and blue (B). In order to correspond to the filter, the repeating unit of the color separation filter is arranged by 2 pixels × 2 pixels to constitute the pixel unit 10.

たとえば、奇数行奇数列には第1のカラー(赤;R)を感知するための第1のカラー画素を配し、奇数行奇偶数列および偶数行奇数列には第2のカラー(緑;G)を感知するための第2のカラー画素を配し、偶数行偶数列には第3のカラー(青;B)を感知するための第3のカラー画素を配しており、行ごとに異なったR/G、またはG/Bの2色のカラー画素が市松模様状に配置されている。   For example, a first color pixel for sensing a first color (red; R) is arranged in an odd-numbered row and an odd-numbered column, and a second color (green; G; ) Is arranged, and the third color pixel for sensing the third color (blue; B) is arranged in the even-numbered row and the even-numbered column, and is different for each row. Further, two color pixels of R / G or G / B are arranged in a checkered pattern.

このようなベイヤ配列の基本形のカラーフィルタの色配列は、行方向および列方向の何れについても、R/GまたはG/Bの2色が2つごとに繰り返される。   In the color arrangement of the basic color filter in such a Bayer arrangement, two colors of R / G or G / B are repeated every two in both the row direction and the column direction.

なお、図1では、正方格子状に配された単位画素3に対して、赤(R),緑(G),青(B)の3色カラーフィルタをベイヤ(Bayer)配列の基本形に従って配列していたが、フィルタ色やその配列順は図1に示した例に限定されない。たとえば、ベイヤ配列の改良形にすることもできるし、Y(黄),G(緑),Cy(シアン),M(マゼンタ)の4つの補色フィルタあるいはその他のフィルタ色を用いることができる。   In FIG. 1, three color filters of red (R), green (G), and blue (B) are arranged according to the basic form of the Bayer arrangement for the unit pixels 3 arranged in a square lattice pattern. However, the filter colors and the order of arrangement are not limited to the example shown in FIG. For example, a modified Bayer arrangement can be used, and four complementary color filters of Y (yellow), G (green), Cy (cyan), and M (magenta) or other filter colors can be used.

たとえば、偶数行偶数列に配した第2のカラー(緑;G)を感知するための第2のカラー画素に代えて、第4のカラー(エメラルド;E)を感知するための第4のカラー画素を配してもよい。   For example, instead of the second color pixel for sensing the second color (green; G) arranged in even rows and even columns, the fourth color for sensing the fourth color (emerald; E). Pixels may be arranged.

色信号処理についての詳細な説明は割愛するが、第4のカラー画素を配する場合、4色カラーフィルタに対応して、4色で撮影された各色の映像信号から、人間の目に近いRGBの3色を作り出すためのマトリックス演算を行なう画像処理プロセッサを出力回路28の後段に設ける。赤(R),緑(G),青(B)のフィルタに加えてエメラルド(E)のフィルタを搭載すれば、3色カラーフィルタよりも色再現の差を低減させることができ、たとえば青緑色や赤色の再現性を向上させることができる。   Although detailed description of the color signal processing is omitted, when a fourth color pixel is provided, RGB signals close to the human eye are obtained from the video signals of the respective colors photographed in four colors corresponding to the four-color filter. An image processor for performing a matrix operation for generating the three colors is provided at the subsequent stage of the output circuit 28. If an emerald (E) filter is mounted in addition to the red (R), green (G), and blue (B) filters, the difference in color reproduction can be reduced compared to a three-color filter, for example, blue-green And red reproducibility can be improved.

単位画素3は、行選択のための行制御線15を介して垂直走査回路14と、また垂直信号線19を介して通常画像生成出力用のカラム処理部26や演算情報生成出力用の演算処理部27と、それぞれ接続されている。ここで、行制御線15は垂直走査回路14から画素に入る配線全般を示す。   The unit pixel 3 has a vertical scanning circuit 14 via a row control line 15 for row selection, and a column processing unit 26 for normal image generation output and arithmetic processing for calculation information generation output via a vertical signal line 19. The unit 27 is connected to each. Here, the row control line 15 indicates the entire wiring that enters the pixel from the vertical scanning circuit 14.

垂直走査回路14(14a,14b,14c)や水平走査回路12(12a、12b)は、デコーダを含んで構成され、通信・タイミング制御部20から与えられる制御信号CN1(CN1a,CN1b,CN1c),CN2(CN2a,CN2b)に応答して、処理対象の画素信号の読出しを開始するようになっている。このため、行制御線15には、単位画素3を駆動するための種々のパルス信号(たとえば、リセットパルスRST、転送制御パルスTX、DRN制御パルスDRN、垂直選択パルスSELなど)が含まれる。   The vertical scanning circuit 14 (14a, 14b, 14c) and the horizontal scanning circuit 12 (12a, 12b) are configured to include a decoder, and control signals CN1 (CN1a, CN1b, CN1c) supplied from the communication / timing control unit 20, In response to CN2 (CN2a, CN2b), reading of the pixel signal to be processed is started. For this reason, the row control line 15 includes various pulse signals (for example, a reset pulse RST, a transfer control pulse TX, a DRN control pulse DRN, a vertical selection pulse SEL, etc.) for driving the unit pixel 3.

垂直走査回路14(14a,14b)と通信・タイミング制御部20とで、処理対象の複数の単位画素3のそれぞれの位置を指定して、この単位画素3から複数の画素信号のそれぞれをカラム処理部26や演算処理部27(特に差分演算部272)に入力させる単位信号選択制御部(垂直駆動制御部)が構成される。   The vertical scanning circuit 14 (14a, 14b) and the communication / timing control unit 20 specify the positions of the plurality of unit pixels 3 to be processed, and perform column processing on the pixel signals from the unit pixels 3 respectively. A unit signal selection control unit (vertical drive control unit) to be input to the unit 26 and the arithmetic processing unit 27 (particularly, the difference calculation unit 272) is configured.

通信・タイミング制御部20は、図示しないが、各部の動作に必要なクロックや所定タイミングのパルス信号を供給するタイミングジェネレータTG(読出アドレス制御装置の一例)の機能ブロックと、端子5aを介してマスタークロックCLK0を受け取り、また端子5bを介して動作モードなどを指令するデータDATAを受け取り、さらに固体撮像装置1の情報を含むデータを出力する通信インタフェースの機能ブロックとを備える。   Although not shown, the communication / timing control unit 20 is a master via a functional block of a timing generator TG (an example of a read address control device) that supplies a clock signal necessary for the operation of each unit and a pulse signal of a predetermined timing, and a terminal 5a. A communication interface functional block that receives the clock CLK0, receives data DATA for instructing an operation mode or the like via the terminal 5b, and outputs data including information of the solid-state imaging device 1;

たとえば、水平アドレス信号を水平デコーダへ、また垂直アドレス信号を垂直デコーダへ出力し、各デコーダは、それを受けて対応する行もしくは列を選択する。   For example, the horizontal address signal is output to the horizontal decoder and the vertical address signal is output to the vertical decoder, and each decoder receives it and selects the corresponding row or column.

この際、単位画素3を2次元マトリックス状に配置してあるので、画素信号生成部5により生成され垂直信号線19を介して列方向に出力されるアナログの画素信号を行単位で(列並列で)アクセスし取り込む(垂直)スキャン読みを行ない、この後に、垂直列の並び方向である行方向にアクセスし画素信号(本例ではデジタル化された画素データ)を出力側へ読み出す(水平)スキャン読みを行なうようにすることで、画素信号や画素データの読出しの高速化を図るのがよい。勿論、スキャン読みに限らず、読み出したい単位画素3を直接にアドレス指定することで、必要な単位画素3の情報のみを読み出すランダムアクセスも可能である。   At this time, since the unit pixels 3 are arranged in a two-dimensional matrix, analog pixel signals generated by the pixel signal generation unit 5 and output in the column direction via the vertical signal lines 19 are arranged in a row unit (column parallel). (In) Scan (access) to read (vertical) scan, and then access the row direction, which is the arrangement direction of vertical columns, and read out pixel signals (in this example, digitized pixel data) to the output side (horizontal) scan By performing reading, it is preferable to speed up reading of pixel signals and pixel data. Of course, not only scanning reading but also random access for reading out only the information of the necessary unit pixel 3 is possible by directly addressing the unit pixel 3 to be read out.

また、本実施形態の通信・タイミング制御部20では、端子5aを介して入力されるマスタークロック(マスタークロック)CLK0と同じ周波数のクロックCLK1や、それを2分周したクロックやより分周した低速のクロックをデバイス内の各部、たとえば水平走査回路12、垂直走査回路14、カラム処理部26、あるいは演算処理部27などに供給する。以下、2分周したクロックやそれ以下の周波数のクロック全般を纏めて、低速クロックCLK2という。   Further, in the communication / timing control unit 20 of the present embodiment, the clock CLK1 having the same frequency as the master clock (master clock) CLK0 input via the terminal 5a, a clock obtained by dividing the clock CLK1, or a low speed obtained by further dividing the clock. Is supplied to each part in the device, for example, the horizontal scanning circuit 12, the vertical scanning circuit 14, the column processing unit 26, or the arithmetic processing unit 27. Hereinafter, the clocks divided by two and the clocks having a frequency lower than that are collectively referred to as a low-speed clock CLK2.

垂直走査回路14は、画素部10の行を選択し、その行に必要なパルスを供給するものである。たとえば、第1垂直走査回路および第2垂直走査回路のそれぞれは、垂直方向の読出行を規定する(画素部10の行を選択する)垂直デコーダと、垂直デコーダにて規定された読出アドレス上(行方向)の単位画素3に対する行制御線15にパルスを供給して駆動する垂直駆動回路とを有する。なお、垂直デコーダは、信号を読み出す行の他に、電子シャッタ用の行なども選択する。   The vertical scanning circuit 14 selects a row of the pixel unit 10 and supplies a necessary pulse to the row. For example, each of the first vertical scanning circuit and the second vertical scanning circuit includes a vertical decoder that defines a vertical readout row (selects a row of the pixel unit 10), and a readout address defined by the vertical decoder ( And a vertical drive circuit that drives the row control line 15 for the unit pixels 3 in the row direction by supplying pulses. Note that the vertical decoder selects a row for electronic shutter in addition to a row from which a signal is read.

水平走査回路12は、低速クロックCLK2に同期してカラム処理部26の機能部を順番に選択し、その信号を水平信号線(水平出力線)18やデータ出力バス279に導くものである。たとえば、第1水平走査回路12aおよび第2水平走査回路12baのそれぞれは、水平方向の読出列を規定する(たとえばカラム処理部26内の個々のCDS処理部などを選択する、あるいはデータラッチ部278の何れかを選択する)水平デコーダと、水平デコーダにて規定された読出アドレスに従って、カラム処理部26の各信号を水平信号線18に導く、あるいはデータラッチ部278の各画素データをデータ出力バス279に導く水平駆動回路とを有する。なお、水平信号線18やデータ出力バス279は、たとえばカラム処理部26やデータラッチ部278が取り扱うビット数n(nは正の整数)分、たとえば10(=n)ビットならば、そのビット数分に対応して10本配置される。   The horizontal scanning circuit 12 sequentially selects the functional units of the column processing unit 26 in synchronization with the low-speed clock CLK2, and guides the signals to the horizontal signal line (horizontal output line) 18 and the data output bus 279. For example, each of the first horizontal scanning circuit 12a and the second horizontal scanning circuit 12ba defines a horizontal readout column (for example, selects an individual CDS processing unit in the column processing unit 26, or the data latch unit 278). The horizontal decoder and a read address defined by the horizontal decoder lead each signal of the column processing unit 26 to the horizontal signal line 18 or each pixel data of the data latch unit 278 to the data output bus And a horizontal drive circuit leading to H.279. If the horizontal signal line 18 and the data output bus 279 are, for example, 10 (= n) bits, which corresponds to the number of bits n (n is a positive integer) handled by the column processing unit 26 or the data latch unit 278, the number of bits. Ten lines are arranged corresponding to the minutes.

第1垂直走査回路14aと第1水平走査回路12aとは、第1の駆動制御部に関わる機能部であり、第2垂直走査回路14bと第2水平走査回路12bとは、第2の駆動制御部に関わる機能部である。   The first vertical scanning circuit 14a and the first horizontal scanning circuit 12a are functional units related to the first drive control unit, and the second vertical scanning circuit 14b and the second horizontal scanning circuit 12b are second drive control. It is a functional part related to the department.

このような構成の固体撮像装置1において、単位画素3から出力された画素信号は、垂直列ごとに、垂直信号線19を介して、カラム処理部26のCDS処理部に供給される。   In the solid-state imaging device 1 having such a configuration, the pixel signal output from the unit pixel 3 is supplied to the CDS processing unit of the column processing unit 26 via the vertical signal line 19 for each vertical column.

なお、カラム処理部26と水平走査回路12との間の信号経路上には、各垂直信号線19に対してドレイン端子が接続された図示しない負荷MOSトランジスタを含む負荷トランジスタ部が配され、各負荷MOSトランジスタを駆動制御する負荷制御部(負荷MOSコントローラ)が設けられている(後述する図3を参照)。   On the signal path between the column processing unit 26 and the horizontal scanning circuit 12, a load transistor unit including a load MOS transistor (not shown) having a drain terminal connected to each vertical signal line 19 is arranged. A load control unit (load MOS controller) for driving and controlling the load MOS transistor is provided (see FIG. 3 described later).

通常画像生成出力系統において、画素部10からの画素信号は、画素部10の図中の上方向に配置されたカラム処理部26へと伝達される。このとき、画素部10は、第1垂直走査回路14aによって同一水平行方向の画素が全てが同時選択され、各垂直列からの画素信号は並列に同時出力される、すなわち、列並列動作となる。   In the normal image generation output system, the pixel signal from the pixel unit 10 is transmitted to the column processing unit 26 arranged in the upward direction of the pixel unit 10 in the figure. At this time, in the pixel unit 10, all the pixels in the same horizontal direction are simultaneously selected by the first vertical scanning circuit 14a, and pixel signals from the respective vertical columns are simultaneously output in parallel, that is, a column parallel operation is performed. .

カラム処理部26のCDS処理機能部では、垂直信号線19を介して入力された電圧モードの画素信号に対して、画素リセット直後の信号レベル(ノイズレベル)と真の(受光光量に応じた)信号レベルVsig との差分をとる処理を行なうCDS処理を行なう。これにより、固定パターンノイズ(FPN;Fixed Pattern Noise )やリセットノイズといわれるノイズ信号成分を取り除くことができる。   In the CDS processing function unit of the column processing unit 26, the signal level (noise level) immediately after pixel reset and true (according to the amount of received light) with respect to the voltage mode pixel signal input through the vertical signal line 19. CDS processing is performed to perform processing for obtaining a difference from the signal level Vsig. Thereby, it is possible to remove a noise signal component called fixed pattern noise (FPN) or reset noise.

このカラム処理部26でCDS処理などがなされた画素信号は、第1水平走査回路12aからの水平選択信号により駆動される水平選択スイッチ(カラムスイッチS1)を介して水平信号線18に伝達され、さらに出力回路28に入力される。なお、以上のような通常の画像出力時の処理手順は、基本的に従来公知(たとえば、ISSCC/2000/SESSION6/CMOS IMAGE SENSORS WITH EMBEDDED PROCESSORS/6.1(2000IEEE International Solid-State Circults Conference) 参照) のものであるので、詳細説明は省略する。   The pixel signal subjected to the CDS processing in the column processing unit 26 is transmitted to the horizontal signal line 18 via a horizontal selection switch (column switch S1) driven by a horizontal selection signal from the first horizontal scanning circuit 12a. Further, it is input to the output circuit 28. In addition, the processing procedure at the time of normal image output as described above is basically conventionally known (see, for example, ISSCC / 2000 / SESSION6 / CMOS IMAGE SENSORS WITH EMBEDDED PROCESSORS / 6.1 (2000 IEEE International Solid-State Circults Conference)). Therefore, detailed description is omitted.

一方、演算処理系統において、画素部10からの画素信号は、画素部10の図中の下方向に配置された演算処理部27の差分演算部272へと伝達される。このとき、画素部10は、第2垂直走査回路14bによって同一水平行方向の画素が全てが同時選択され、各垂直列からの画素信号は並列に同時出力される、すなわち、列並列動作となる。   On the other hand, in the calculation processing system, the pixel signal from the pixel unit 10 is transmitted to the difference calculation unit 272 of the calculation processing unit 27 arranged in the downward direction of the pixel unit 10 in the figure. At this time, in the pixel unit 10, all the pixels in the same horizontal direction are simultaneously selected by the second vertical scanning circuit 14b, and the pixel signals from the respective vertical columns are simultaneously output in parallel, that is, the column parallel operation is performed. .

差分演算部272に伝達された信号は、高速フレームレートの各フレーム間で差分処理がなされ、この差分処理で得られた高速フレーム間差分情報J12が、高速フレームごとにアナログメモリアレイ部274に保持され、その後に、コンパレータ部276によって各高速フレーム間差分情報J12のデータ内容が比較され、この比較結果は、データラッチ部278によってデジタルデータに変換されてデータラッチされた後に、データ出力バス279より出力される。   The signal transmitted to the difference calculation unit 272 is subjected to difference processing between each frame of the high-speed frame rate, and high-speed inter-frame difference information J12 obtained by this difference processing is held in the analog memory array unit 274 for each high-speed frame. Thereafter, the comparator section 276 compares the data contents of the high-speed inter-frame difference information J12. The comparison result is converted into digital data by the data latch section 278 and is latched, and then the data is output from the data output bus 279. Is output.

このような構成によって、電荷生成部としての受光素子が行列状に配された画素部10からは、行ごとに各垂直列について画素信号が順次カラム処理部26と演算処理部27とに、第1垂直走査回路14aで駆動される通常フレームレートと、第2垂直走査回路14bで駆動される高速フレームレートで、それぞれ出力される。   With such a configuration, from the pixel unit 10 in which the light receiving elements as charge generation units are arranged in a matrix, pixel signals are sequentially sent to the column processing unit 26 and the arithmetic processing unit 27 for each vertical column for each row. The signals are output at a normal frame rate driven by the first vertical scanning circuit 14a and a high-speed frame rate driven by the second vertical scanning circuit 14b.

そして、受光素子(フォトダイオードなどの光電変換素子)が行列状に配された画素部10に対応する1枚分の画像すなわち通常のフレーム画像を示す出力回路28から出力される撮像信号が、画素部10全体の画素信号の集合で示されることとなる。   An imaging signal output from the output circuit 28 indicating an image for one sheet corresponding to the pixel unit 10 in which light receiving elements (photoelectric conversion elements such as photodiodes) are arranged in a matrix, that is, a normal frame image, is a pixel. This is indicated by a set of pixel signals of the entire unit 10.

一方、データ出力バス279から出力される、第2垂直走査回路14bで駆動される高速フレームレートでの演算情報は、様々なIT(Information Technology;情報技術)機器などにおいて、従来は実現が困難であった画像処理や画像認識などの各種アプリケーションの機能を実現するために利用される。各種アプリケーションを実行する演算機能としては、たとえば、三角測量の原理で被写体の各点の距離情報を取得することで距離計測を行なう3次元計測カメラや、実世界オブジェクトのID(Identification;識別子)や、ネットワーク・アドレス、ホスト・ネーム、URL(Uniform Resource Locator)、データ/コンテンツ、プログラム・コードやその他のオブジェクトに関連する情報を含んだ送信データを表した点滅パターンを持つ光源(ビーコン)からの光線(纏めて光学的IDともいう)を識別するID認識システムをなすIDカメラなどの機能がある。   On the other hand, calculation information at a high frame rate that is output from the data output bus 279 and driven by the second vertical scanning circuit 14b is difficult to realize in various IT (Information Technology) devices. It is used to realize various application functions such as image processing and image recognition. As an arithmetic function for executing various applications, for example, a three-dimensional measurement camera that performs distance measurement by acquiring distance information of each point of a subject by the principle of triangulation, an ID (Identification) of a real world object, Light from a light source (beacon) with a blinking pattern representing transmitted data, including network address, host name, URL (Uniform Resource Locator), data / content, program code and other object related information There is a function such as an ID camera that forms an ID recognition system for identifying (collectively referred to as an optical ID).

なお、ここでは、半導体装置の一例としてのイメージセンサの主要部である画素部10と、この画素部10を駆動制御する駆動制御部7や画素部10から出力された画素信号に基づいて所定の信号処理をするカラム処理部26や演算処理部27を有する(狭義の)物理情報取得装置とが、1枚の回路基板上に配されたもの、あるいは1つの半導体基板上に形成されたものとして、(広義の)物理情報取得装置の一例である固体撮像装置1を構成しているが、これは一例であって様々な変形形態を採ることができる。たとえば、画素部10と、その他の機能要素が、個別に提供されるものであってもよい。この場合、駆動制御部7やカラム処理部26や演算処理部27とで、物理情報取得装置が構成される。   Here, a pixel unit 10 that is a main part of an image sensor as an example of a semiconductor device, and a predetermined signal based on a pixel signal output from the drive control unit 7 that controls driving of the pixel unit 10 or the pixel unit 10 A physical information acquisition device (in a narrow sense) having a column processing unit 26 and an arithmetic processing unit 27 for signal processing is arranged on one circuit board or formed on one semiconductor substrate The solid-state imaging device 1 is an example of a physical information acquisition device (in a broad sense). However, this is an example, and various modifications can be employed. For example, the pixel unit 10 and other functional elements may be provided individually. In this case, the drive control unit 7, the column processing unit 26, and the arithmetic processing unit 27 constitute a physical information acquisition device.

ここで、本実施形態の固体撮像装置1では、通常画像を生成する通常画像処理系統と演算情報を生成して出力する演算処理系統とを、別な回路ブロックで完全分離して行なうとともに、それぞれ用の画素信号を画素部10から読み出す垂直走査の機能部も独立に設けるようにしたので、各画素内の構成の簡素化を図り、装置全体の小型化や実画像の高画質化を達成し、なおかつ演算処理にも最適な設計を行なうことが可能となるとともに、それぞれの機能を独立して走査することが可能になる。以下、アプリケーションの事例を用いつつ、本実施形態の固体撮像装置1の具体的な動作について詳細に説明する。   Here, in the solid-state imaging device 1 of the present embodiment, the normal image processing system for generating the normal image and the arithmetic processing system for generating and outputting the calculation information are completely separated by separate circuit blocks, respectively. Since the vertical scanning functional unit for reading out the pixel signal from the pixel unit 10 is also provided independently, the configuration in each pixel is simplified, and the entire apparatus is downsized and the actual image quality is improved. In addition, it is possible to design optimally for arithmetic processing and to scan each function independently. Hereinafter, a specific operation of the solid-state imaging device 1 of the present embodiment will be described in detail using an application example.

<具体的構成;第1実施形態>
図2は、画素部(撮像部)10における有効画像領域(有効部)と、光学的黒を与える基準画素領域との関係の一例を示す図である。画素部10は、図2に示すように、画像を取り込む有効領域である有効画像領域(有効部)11bの他に、光学的黒(Optical Black )を与える基準画素領域11cが、有効画像領域11bの周囲に配されて構成される。
<Specific Configuration; First Embodiment>
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a relationship between an effective image region (effective portion) in the pixel unit (imaging unit) 10 and a reference pixel region that gives optical black. As shown in FIG. 2, in the pixel unit 10, in addition to an effective image region (effective unit) 11b that is an effective region for capturing an image, a reference pixel region 11c that gives optical black is an effective image region 11b. It is arranged around.

一例としては、垂直列方向の上下に数行(たとえば1〜10行)分の光学的黒を与える基準画素が配列され、また、有効画像領域(有効部)11bを含む水平行における左右に数画素〜数10画素(たとえば3〜40画素)分の光学的黒を与える基準画素が配列される。   As an example, reference pixels for providing optical black for several rows (for example, 1 to 10 rows) are arranged above and below in the vertical column direction, and there are several numbers on the left and right in the horizontal direction including the effective image area (effective portion) 11b. Reference pixels that provide optical black for pixels to several tens of pixels (for example, 3 to 40 pixels) are arranged.

光学的黒を与える基準画素は、その受光面側が、フォトダイオードなどからなる電荷生成部に光が入らないように、遮光される。この基準画素からの画素信号は、映像信号の黒基準に使われる。   The reference pixel for providing optical black is shielded on the light receiving surface side so that light does not enter a charge generation unit made of a photodiode or the like. The pixel signal from this reference pixel is used for the black reference of the video signal.

具体的には、有効画素エリアは650(H;画素)×488(V;ライン)のものでは、垂直列方向の上下にそれぞれ4ライン分の光学的黒を与える基準画素が配列され、また、有効画像領域(有効部)11bを含む水平行における、左側に30画素分、右側に5画素分の光学的黒を与える基準画素が配列される。基準の黒レベルなどを設定するための基準画素領域11cを含めた総画素エリアは685(H)×496(V)である。   Specifically, in an effective pixel area of 650 (H; pixel) × 488 (V; line), reference pixels for providing optical black for four lines are arranged above and below in the vertical column direction, respectively, In the horizontal direction including the effective image area (effective portion) 11b, reference pixels for providing optical black of 30 pixels on the left side and 5 pixels on the right side are arranged. The total pixel area including the reference pixel area 11c for setting the reference black level is 685 (H) × 496 (V).

図3は、図1に示した固体撮像装置1における1垂直列に着目したカラム処理部26や演算処理部27の具体的な構成例(内部構成)の第1実施形態を示す図である。この第1実施形態では、IDカメラの機能を実現する構成となっている。たとえば、図中の上方側には画像取得機能を実現する回路としてカラム処理部26が配置され、図中の下方側にはID検出機能を実現する回路として演算処理部27が配置されている。   FIG. 3 is a diagram illustrating a first embodiment of a specific configuration example (internal configuration) of the column processing unit 26 and the arithmetic processing unit 27 focusing on one vertical column in the solid-state imaging device 1 illustrated in FIG. 1. In the first embodiment, the function of the ID camera is realized. For example, a column processing unit 26 is arranged as a circuit for realizing the image acquisition function on the upper side in the figure, and an arithmetic processing unit 27 is arranged as a circuit for realizing the ID detection function on the lower side in the figure.

画素部10内の単位画素(画素セル)3の構成は、通常のCMOSイメージセンサと同様であり、本実施形態では、CMOSセンサとして汎用的な4TR構成のものを使用している。もちろん、この画素構成は一例であり、非破壊読出しが可能な構造、すなわち読み出し後に、フローティングディフュージョンFDなどの電荷蓄積部をリセットする必要が必ずしもなく、フローティングディフュージョンFDなどに画素信号を保持可能なものである限り、通常のCMOSイメージセンサのアレイ構成であれば、何れのものでも使用できる。   The configuration of the unit pixel (pixel cell) 3 in the pixel unit 10 is the same as that of a normal CMOS image sensor. In this embodiment, a general-purpose 4TR configuration is used as the CMOS sensor. Of course, this pixel configuration is an example, and a structure capable of non-destructive reading, that is, a pixel that can hold a pixel signal in the floating diffusion FD or the like without necessarily resetting the charge storage unit such as the floating diffusion FD after reading. As long as the array configuration is a normal CMOS image sensor, any of them can be used.

図3に示す4TR構成の単位画素3は、光を受光して電荷に変換する光電変換機能とともに、その電荷を蓄積する電荷蓄積機能の各機能を兼ね備えた電荷生成部32と、電荷生成部32に対して、電荷読出部(転送ゲート部/読出ゲート部)の一例である読出選択用トランジスタ(転送トランジスタ)34、リセットゲート部の一例であるリセットトランジスタ36、垂直選択用トランジスタ40、およびフローティングディフュージョン38の電位変化を検知する検知素子の一例であるソースフォロア構成の増幅用トランジスタ42を有する。   The unit pixel 3 having the 4TR configuration shown in FIG. 3 includes a charge generation unit 32 having both a photoelectric conversion function for receiving light and converting it into a charge, and a charge storage function for storing the charge, and a charge generation unit 32. On the other hand, a read selection transistor (transfer transistor) 34 which is an example of a charge readout unit (transfer gate unit / read gate unit), a reset transistor 36 which is an example of a reset gate unit, a vertical selection transistor 40, and a floating diffusion It has an amplifying transistor 42 having a source follower configuration, which is an example of a detecting element that detects a potential change of 38.

この単位画素3は、電荷蓄積部の機能を備えた電荷注入部の一例であるフローティングディフュージョン38とからなるFDA(Floating Diffusion Amp)構成の画素信号生成部5を有するものとなっている。フローティングディフュージョン38は寄生容量を持った拡散層である。   The unit pixel 3 includes a pixel signal generation unit 5 having an FDA (Floating Diffusion Amp) configuration including a floating diffusion 38 which is an example of a charge injection unit having a function of a charge storage unit. The floating diffusion 38 is a diffusion layer having parasitic capacitance.

読出選択用トランジスタ(第2の転送部)34は、転送配線(読出選択線TX)55を介して図示しない転送駆動バッファにより駆動されるようになっている。リセットトランジスタ36は、リセット配線(RST)56を介して図示しないリセット駆動バッファにより駆動されるようになっている。垂直選択用トランジスタ40は、垂直選択線(SEL)52を介して図示しない選択駆動バッファにより駆動されるようになっている。各駆動バッファは、第1垂直走査回路14aあるいは第2垂直走査回路14bによって、それぞれ独立に駆動可能になっている。   The read selection transistor (second transfer unit) 34 is driven by a transfer drive buffer (not shown) via a transfer wiring (read selection line TX) 55. The reset transistor 36 is driven by a reset driving buffer (not shown) via a reset wiring (RST) 56. The vertical selection transistor 40 is driven by a selection drive buffer (not shown) via a vertical selection line (SEL) 52. Each drive buffer can be independently driven by the first vertical scanning circuit 14a or the second vertical scanning circuit 14b.

画素信号生成部5におけるリセットトランジスタ36は、ソースがフローティングディフュージョン38に、ドレインが電源VDDにそれぞれ接続され、ゲート(リセットゲートRG)にはリセットパルスRSTがリセット駆動バッファから入力される。このリセットトランジスタ36は、フローティングディフュージョン38の電位をリセットする機能を持つ。   The reset transistor 36 in the pixel signal generation unit 5 has a source connected to the floating diffusion 38 and a drain connected to the power supply VDD, and a reset pulse RST is input to the gate (reset gate RG) from the reset drive buffer. The reset transistor 36 has a function of resetting the potential of the floating diffusion 38.

垂直選択用トランジスタ40は、一例として、ドレインが増幅用トランジスタ42のソースに、ソースが画素線51にそれぞれ接続され、ゲート(特に垂直選択ゲートSELVという)は垂直選択線52に接続されている。なおこのような接続構成に限らず、垂直選択用トランジスタ40は、ドレインが電源VDDに、ソースが増幅用トランジスタ42のドレインにそれぞれ接続され、ゲートが垂直選択線52に接続されるようにしてもよい。   For example, in the vertical selection transistor 40, the drain is connected to the source of the amplification transistor 42, the source is connected to the pixel line 51, and the gate (in particular, the vertical selection gate SELV) is connected to the vertical selection line 52. The vertical selection transistor 40 is not limited to such a connection configuration, and the drain is connected to the power supply VDD, the source is connected to the drain of the amplification transistor 42, and the gate is connected to the vertical selection line 52. Good.

垂直選択線52には、垂直選択信号SELが印加される。増幅用トランジスタ42は、ゲートがフローティングディフュージョン38に接続され、ドレインが電源VDDに、ソースは垂直選択用トランジスタ40のドレインを介して画素線51に接続され、さらに垂直信号線19に接続されるようになっている。   A vertical selection signal SEL is applied to the vertical selection line 52. The amplification transistor 42 has a gate connected to the floating diffusion 38, a drain connected to the power supply VDD, a source connected to the pixel line 51 via the drain of the vertical selection transistor 40, and further connected to the vertical signal line 19. It has become.

このような構成では、フローティングディフュージョン38は増幅用トランジスタ42のゲートに接続されているので、増幅用トランジスタ42はフローティングディフュージョン38の電位(以下FD電位という)に対応した信号を電圧モードで、画素線51を介して垂直信号線19に出力する。   In such a configuration, since the floating diffusion 38 is connected to the gate of the amplifying transistor 42, the amplifying transistor 42 outputs a signal corresponding to the potential of the floating diffusion 38 (hereinafter referred to as FD potential) in the voltage mode, and the pixel line. The signal is output to the vertical signal line 19 via 51.

リセットトランジスタ36は、フローティングディフュージョン38をリセットする。読出選択用トランジスタ(転送トランジスタ)34は、電荷生成部32にて生成された信号電荷をフローティングディフュージョン38に転送する。垂直信号線19には多数の画素が接続されているが、画素を選択するのには、選択画素のみ垂直選択用トランジスタ40をオンする。すると選択画素のみが垂直信号線19と接続され、垂直信号線19には選択画素の信号が出力される。   The reset transistor 36 resets the floating diffusion 38. The read selection transistor (transfer transistor) 34 transfers the signal charge generated by the charge generator 32 to the floating diffusion 38. A large number of pixels are connected to the vertical signal line 19. To select a pixel, the vertical selection transistor 40 is turned on only for the selected pixel. Then, only the selected pixel is connected to the vertical signal line 19, and the signal of the selected pixel is output to the vertical signal line 19.

ここで、第1実施形態においては、通常画像生成を制御する第1垂直走査回路14aと演算情報生成を制御する第2垂直走査回路14bとは、独立したフレームレートで、すなわち互いに異なる速度で垂直掃引を行なうことで、画素部10の各単位画素3を制御して、それぞれの出力信号を異なる信号線に出力する、すなわち、画素信号をそれぞれカラム処理部26側もしくは演算処理部27側に読み出す。特に、第2垂直走査回路14bによる垂直走査は、第1垂直走査回路14aによる垂直走査よりも高速な(たとえば1桁以上の)フレームレートにする。   Here, in the first embodiment, the first vertical scanning circuit 14a for controlling the normal image generation and the second vertical scanning circuit 14b for controlling the calculation information generation are vertical at independent frame rates, that is, at different speeds. By performing the sweep, each unit pixel 3 of the pixel unit 10 is controlled, and each output signal is output to a different signal line, that is, the pixel signal is read to the column processing unit 26 side or the arithmetic processing unit 27 side, respectively. . In particular, the vertical scanning by the second vertical scanning circuit 14b has a frame rate that is faster (for example, one digit or more) than the vertical scanning by the first vertical scanning circuit 14a.

このため、行ごとに自由な読出処理ができ、たとえば蓄積時間を自由に設定できるようになるので、たとえば演算処理部27側では、高速点滅しているビーコンを検知する演算情報の取得処理の自由度が大幅に広がるので、所定のアプリケーションを実現するに際して使い勝手がよくなる。また、このような設定を、1つの垂直走査回路14により行なうのではなく、それぞれ専用の垂直走査回路14a,14bを設けて制御するようにしているので、その制御が容易になる。   For this reason, free reading processing can be performed for each row, and for example, the accumulation time can be set freely. For example, the arithmetic processing unit 27 can freely perform processing for acquiring arithmetic information for detecting a beacon that is blinking at high speed. Since the degree is greatly expanded, it is easy to use when realizing a predetermined application. Further, such a setting is not performed by one vertical scanning circuit 14, but is controlled by providing dedicated vertical scanning circuits 14a and 14b, respectively, so that the control becomes easy.

ただし、それぞれが独立したフレームレートで単位画素3を制御して画素信号を読み出すので、あるタイミングでは、双方の垂直走査が競合(衝突)する、すなわち、ある時点で同時に同じ単位画素3にアクセスする事態が起こり得るし、単純な読出処理をすると一方(本例では高速フレームレート走査側)の読出処理によって単位画素3が検知した信号電荷が消滅してしまい他方(本例では低速フレームレート走査側)の読出処理に悪影響を与え得る。本実施形態では、これらの問題を解消するように、第1垂直走査回路14aと第2垂直走査回路14bとが動作するようになっている。この点については後で詳しく説明する。   However, since each unit pixel 3 is controlled at an independent frame rate and the pixel signal is read out, at a certain timing, both vertical scans compete (collision), that is, at the same time, the same unit pixel 3 is accessed simultaneously. When a simple readout process is performed, the signal charge detected by the unit pixel 3 is extinguished by one (in this example, the high-speed frame rate scanning side) and the other (in this example, the low-speed frame rate scanning side) ) May be adversely affected. In the present embodiment, the first vertical scanning circuit 14a and the second vertical scanning circuit 14b operate so as to eliminate these problems. This point will be described in detail later.

なお、第1垂直走査回路14aによる低速フレーム走査機能の行選択走査は、第2垂直走査回路14bによる高速フレーム走査機能の行選択走査に同期させるようにしてもよい。この場合、同期位相を調整することで、競合を避けることも可能であるが、たとえばPLL(phase Lock Loop)回路などを必要とするので、回路規模が増大する。この点では、それぞれの出力信号を時分割で1本の垂直信号線19を共有するように、第1垂直走査回路14aと第2垂直走査回路14bとが動作する仕組みは効果が高い。   Note that the row selection scanning of the low-speed frame scanning function by the first vertical scanning circuit 14a may be synchronized with the row selection scanning of the high-speed frame scanning function by the second vertical scanning circuit 14b. In this case, it is possible to avoid contention by adjusting the synchronization phase. However, since a PLL (phase lock loop) circuit or the like is required, for example, the circuit scale increases. In this respect, the mechanism in which the first vertical scanning circuit 14a and the second vertical scanning circuit 14b operate so that each output signal shares one vertical signal line 19 in a time division manner is highly effective.

単位画素3の、図中の上側には、垂直信号線19と接続されたカラム処理部26が設けられている。カラム処理部26としては、一例として、サンプルホールド機能を持つCDS処理部26aと、CDS処理部26aによってサンプルホールドされた電位を水平信号線18に転送する機能を持ち、CDS処理部26aを選択するカラムスイッチ(水平選択スイッチ)S1とが設けられている。また、単位画素3の、図中の下側には、負荷MOSトランジスタ290を含む負荷トランジスタ部29が設けられている。   A column processing unit 26 connected to the vertical signal line 19 is provided above the unit pixel 3 in the drawing. As an example, the column processing unit 26 has a CDS processing unit 26a having a sample and hold function and a function of transferring the potential sampled and held by the CDS processing unit 26a to the horizontal signal line 18, and selects the CDS processing unit 26a. A column switch (horizontal selection switch) S1 is provided. A load transistor unit 29 including a load MOS transistor 290 is provided on the lower side of the unit pixel 3 in the drawing.

単位画素3を構成する増幅用トランジスタ42は、各垂直信号線19に接続されており、また垂直信号線19は垂直列ごとに負荷MOSトランジスタ290のドレインに接続され、また各負荷MOSトランジスタ290のゲート端子には、図示しない負荷制御部(負荷MOSコントローラ)からの負荷制御信号VL1が共通に入力されて駆動されるようになっており、信号読出し時には、各増幅用トランジスタ42に接続された負荷MOSトランジスタ290によって、予め決められた定電流を流し続けるようになっている。   The amplifying transistor 42 constituting the unit pixel 3 is connected to each vertical signal line 19. The vertical signal line 19 is connected to the drain of the load MOS transistor 290 for each vertical column. A load control signal VL1 from a load control unit (load MOS controller) (not shown) is commonly input to the gate terminal to be driven, and a load connected to each amplification transistor 42 at the time of signal reading. The MOS transistor 290 continues to pass a predetermined constant current.

たとえば、高速フレームレート走査機能と低速フレームレート走査機能のそれぞれにおいて、垂直信号線19への電位読出し時に負荷となる負荷MOSトランジスタ290のバイアスを変更することで、応答スピードを調整することができる。   For example, in each of the high-speed frame rate scanning function and the low-speed frame rate scanning function, the response speed can be adjusted by changing the bias of the load MOS transistor 290 serving as a load when reading the potential to the vertical signal line 19.

CDS処理部26aは、第1水平走査回路12aからの制御パルスSH,CLP1により制御され、またカラムスイッチS1は、同じく第1水平走査回路12aからの制御パルスSELHにより制御される。   The CDS processor 26a is controlled by control pulses SH and CLP1 from the first horizontal scanning circuit 12a, and the column switch S1 is also controlled by control pulses SELH from the first horizontal scanning circuit 12a.

カラムスイッチS1の出力側は、水平信号線18に接続されており、カラムスイッチS1がオンすることで選択されたCDS処理部26aからの画素信号が図示しない出力回路28に供給されるようになっている。   The output side of the column switch S1 is connected to the horizontal signal line 18, and the pixel signal from the CDS processing unit 26a selected when the column switch S1 is turned on is supplied to the output circuit 28 (not shown). ing.

一方、単位画素3の、図中の下側に配された演算処理部27は、演算処理機能の一例であるIDカメラの機能を実現する機能要素として、すなわち、垂直信号線19の電位変化をID検出用の信号として処理するための回路として、差分演算部272、アナログメモリアレイ部274をなす1組(本例では2つ)のカレントコピアセル320,340、アナログメモリアレイ部274の出力信号にバイアス電流をオフセット成分として供給するバイアス回路部(バイアス処理部)275、コンパレータ部276、およびデータラッチ部278を備えている。   On the other hand, the arithmetic processing unit 27 arranged on the lower side in the drawing of the unit pixel 3 is a functional element that realizes the function of the ID camera which is an example of the arithmetic processing function, that is, the potential change of the vertical signal line 19. As a circuit for processing as an ID detection signal, a difference calculation unit 272, a set of current copier cells 320 and 340 (two in this example) forming the analog memory array unit 274, and an output signal of the analog memory array unit 274 Are provided with a bias circuit section (bias processing section) 275 for supplying a bias current as an offset component, a comparator section 276, and a data latch section 278.

画素部10の図中下側の垂直信号線19上において、すなわち演算処理部27側において、差分演算部272とアナログメモリアレイ部274との間に両機能部を開閉するスイッチS2が設けられ、アナログメモリアレイ部274とバイアス回路部275やコンパレータ部276との間に両機能部を開閉するスイッチS3が設けられ、さらに、データラッチ部278とデータ出力バス279との間に両者を開閉するスイッチS4が設けられている。   On the lower vertical signal line 19 of the pixel unit 10 in the drawing, that is, on the arithmetic processing unit 27 side, a switch S2 for opening and closing both functional units is provided between the difference calculation unit 272 and the analog memory array unit 274. A switch S3 that opens and closes both functional units is provided between the analog memory array unit 274 and the bias circuit unit 275 and the comparator unit 276, and a switch that opens and closes between the data latch unit 278 and the data output bus 279. S4 is provided.

差分演算部272は、垂直信号線19上に設けられた結合コンデンサ302と、クランプスイッチとして機能するNchMOSトランジスタ304と、電圧信号を電流信号に変換する電圧/電流変換機能を持つNchMOSドライブトランジスタ306とを有している。   The difference calculation unit 272 includes a coupling capacitor 302 provided on the vertical signal line 19, an Nch MOS transistor 304 that functions as a clamp switch, and an Nch MOS drive transistor 306 that has a voltage / current conversion function for converting a voltage signal into a current signal. have.

ドライブトランジスタ306のゲートは、垂直信号線19上の結合コンデンサ302と接続され、ソースが接地されており、またドレインがスイッチS2と接続され、かつ当該差分演算部272の出力端子として機能するようになっている。   The gate of the drive transistor 306 is connected to the coupling capacitor 302 on the vertical signal line 19, the source is grounded, the drain is connected to the switch S 2, and functions as an output terminal of the difference calculation unit 272. It has become.

トランジスタ304は、ドレインが基準電源Vbに接続され、ソースが垂直信号線19上の結合コンデンサ302とドライブトランジスタ306のゲートとの接続点であるノードN1に接続されている。また、トランジスタ304のゲートには、第2垂直走査回路14bからのクランプパルスCLP2が入力されるようになっており、クランプパルスCLP2がH(ハイ)レベルのときにトランジスタ304がオンすることで、垂直信号線19上の画素信号が基準電源Vbにクランプされる。   The transistor 304 has a drain connected to the reference power supply Vb and a source connected to a node N1 that is a connection point between the coupling capacitor 302 on the vertical signal line 19 and the gate of the drive transistor 306. The clamp pulse CLP2 from the second vertical scanning circuit 14b is input to the gate of the transistor 304. When the clamp pulse CLP2 is at the H (high) level, the transistor 304 is turned on. The pixel signal on the vertical signal line 19 is clamped to the reference power supply Vb.

アナログメモリアレイ部274は、電流サンプリング部としてカレントコピアセル(電流記憶セル)320,340を使用した点に特徴を有する。各カレントコピアセル320,340の出力側には、アナログメモリアレイ部274とバイアス回路部275やコンパレータ部276とを開閉するスイッチS3が設けられている。   The analog memory array unit 274 is characterized in that current copier cells (current storage cells) 320 and 340 are used as current sampling units. On the output side of each of the current copier cells 320 and 340, a switch S3 that opens and closes the analog memory array unit 274, the bias circuit unit 275, and the comparator unit 276 is provided.

アナログメモリアレイ部274は、差分演算部272から出力される電流信号を受け取り、この受け取った電流信号の大きさに対応する大きさの電流信号を記憶し所定のタイミングで出力する機能を持つ。   The analog memory array unit 274 has a function of receiving the current signal output from the difference calculation unit 272, storing a current signal having a magnitude corresponding to the magnitude of the received current signal, and outputting the current signal at a predetermined timing.

たとえば、図3に示すように、一方のカレントコピアセル320は、当該カレントコピアセル320への電流入力や電流出力を制御するスイッチとして機能するトランジスタ322と、入出力端子としてのドレインがトランジスタ322のドレインと接続され、ソースが電源線VDDに接続されたPchMOSトランジスタ324と、このPchMOSトランジスタ324のゲートと電源線VDDとの間に接続されたサンプリング用の容量素子326と、PchMOSトランジスタ324のゲートとドレイン間に接続されたスイッチ素子として機能するNchMOSトランジスタ328とから構成されている。   For example, as illustrated in FIG. 3, one current copier cell 320 includes a transistor 322 that functions as a switch that controls current input and current output to the current copier cell 320, and a drain as an input / output terminal of the transistor 322. A PchMOS transistor 324 connected to the drain and having a source connected to the power supply line VDD, a sampling capacitor 326 connected between the gate of the PchMOS transistor 324 and the power supply line VDD, and a gate of the PchMOS transistor 324 An NchMOS transistor 328 that functions as a switch element connected between the drains is formed.

すなわち、先ず、差分演算部272の出力、つまりドライブトランジスタ306のドレイン端子を、PchMOSトランジスタ324のドレイン端子に接続する。PchMOSトランジスタ324のゲートには、サンプリング用の容量素子326が電源電圧VDDとの間に接続され、また、ゲートとドレインの間にスイッチ素子であるトランジスタ328が挿入され、カレントコピア90として構成される。   That is, first, the output of the difference calculation unit 272, that is, the drain terminal of the drive transistor 306 is connected to the drain terminal of the Pch MOS transistor 324. A sampling capacitive element 326 is connected to the power supply voltage VDD at the gate of the Pch MOS transistor 324, and a transistor 328 as a switching element is inserted between the gate and the drain to constitute a current copier 90. .

PchMOSトランジスタ324とトランジスタ328のドレイン端子同士をつないだノードの先には、スイッチ素子として機能するトランジスタ322を介して、垂直信号線19が接続される。   The vertical signal line 19 is connected to the end of the node connecting the drain terminals of the Pch MOS transistor 324 and the transistor 328 via the transistor 322 functioning as a switch element.

トランジスタ322のゲートには、選択制御パルスSM1が入力されるようになっており、この選択制御パルスSM1がH(ハイ)レベルのときに、トランジスタ322がオンする。また、トランジスタ328のゲートには、書込制御パルスME1が入力されるようになっており、この書込制御パルスME1がH(ハイ)レベルのときに、トランジスタ328がオンする。   The selection control pulse SM1 is input to the gate of the transistor 322. When the selection control pulse SM1 is at the H (high) level, the transistor 322 is turned on. A write control pulse ME1 is input to the gate of the transistor 328. When the write control pulse ME1 is at the H (high) level, the transistor 328 is turned on.

このような構成により、選択制御パルスSM1をHレベルにしてトランジスタ322を導通状態(オン)にするとともに、書込制御パルスME1をHレベルにしてトランジスタ328を導通状態(オン)にすると、カレントコピアセル320は入力フェーズ、すなわち差分演算部272の出力側の垂直信号線19上の電流信号を書き込むモードとなる。   With such a configuration, when the selection control pulse SM1 is set to H level to turn on the transistor 322 (on) and the write control pulse ME1 is set to H level to turn on the transistor 328 (on), the current copier is turned on. The cell 320 is in an input phase, that is, a mode for writing a current signal on the vertical signal line 19 on the output side of the difference calculation unit 272.

一方、選択制御パルスSM1をHレベルにしてトランジスタ322を導通状態(オン)にするとともに、書込制御パルスME1をLレベルにしてトランジスタ328を非導通状態(オフ)にすると、カレントコピアセル320は出力フェーズ、すなわちカレントコピアセル320に保持しておいた電流信号を垂直信号線19上の後段の回路(バイアス回路部275やコンパレータ部276)に読み出すモードとなる。   On the other hand, when the selection control pulse SM1 is set to H level to turn on the transistor 322 (ON) and the write control pulse ME1 is set to L level to turn off the transistor 328 (OFF), the current copier cell 320 is In the output phase, that is, a mode in which the current signal held in the current copier cell 320 is read out to the subsequent circuit on the vertical signal line 19 (the bias circuit unit 275 and the comparator unit 276).

また、他方のカレントコピアセル340は、当該カレントコピアセル340への電流入力や電流出力を制御するスイッチとして機能するトランジスタ342と、入出力端子としてのドレインがトランジスタ342のドレインと接続され、ソースが電源線VDDに接続されたPchMOSトランジスタ344と、このPchMOSトランジスタ344のゲートと電源線VDDとの間に接続されたサンプリング用の容量素子346と、PchMOSトランジスタ344のゲートとドレイン間に接続されたスイッチ素子として機能するNchMOSトランジスタ348とから構成されている。つまり、カレントコピアセル320における機能部材の参照番号32@を参照番号34@に置き換えて考えればよい。   The other current copier cell 340 has a transistor 342 functioning as a switch for controlling current input and output to the current copier cell 340, a drain as an input / output terminal connected to the drain of the transistor 342, and a source A PchMOS transistor 344 connected to the power supply line VDD, a sampling capacitor 346 connected between the gate of the PchMOS transistor 344 and the power supply line VDD, and a switch connected between the gate and drain of the PchMOS transistor 344 It is composed of an Nch MOS transistor 348 that functions as an element. That is, the functional member reference number 32 @ in the current copier cell 320 may be replaced with the reference number 34 @.

トランジスタ342のゲートには、選択制御パルスSM2が入力されるようになっており、この選択制御パルスSM2がH(ハイ)レベルのときに、トランジスタ342がオンする。また、トランジスタ348のゲートには、書込制御パルスME2が入力されるようになっており、この書込制御パルスME2がH(ハイ)レベルのときに、トランジスタ348がオンする。このカレントコピアセル340の動作は、前述のカレントコピアセル320と同様であるので、詳細な説明を割愛する。   The selection control pulse SM2 is input to the gate of the transistor 342. When the selection control pulse SM2 is at the H (high) level, the transistor 342 is turned on. A write control pulse ME2 is input to the gate of the transistor 348. When the write control pulse ME2 is at the H (high) level, the transistor 348 is turned on. Since the operation of the current copier cell 340 is the same as that of the current copier cell 320 described above, a detailed description thereof will be omitted.

なお、この図3の例では、単位画素3が増幅用トランジスタ423としてNchMOSトランジスタを備えているので、これに応じて、カレントコピアセル320のトランジスタ324としてPchMOSを使用しているが、単位画素3が、増幅用トランジスタ42としてPchMOSトランジスタを備えている場合には、カレントコピアセル320の形態も、トランジスタのNchとPchの極性を反転させたものを使用すればよい。   In the example of FIG. 3, since the unit pixel 3 includes an Nch MOS transistor as the amplifying transistor 423, a Pch MOS is used as the transistor 324 of the current copier cell 320. However, in the case where a PchMOS transistor is provided as the amplifying transistor 42, the current copier cell 320 may be formed by inverting the polarity of Nch and Pch of the transistor.

バイアス回路部275は、信号の重み付けのために、バイアス制御信号により、バイアス電流を垂直信号線19上に供給するものであり、具体的にはアナログメモリアレイ部274からの信号に任意に重み付けを行なうことが可能にしている。   The bias circuit unit 275 supplies a bias current to the vertical signal line 19 by a bias control signal for signal weighting. Specifically, the bias circuit unit 275 arbitrarily weights the signal from the analog memory array unit 274. It is possible to do.

たとえば、本実施形態のバイアス回路部275としては、PchMOSトランジスタ362とNchMOSトランジスタ364とがカスケード接続されたドライバ構成を使用することができる。トランジスタ362のゲートにはアクティブL(ロー)のバイアス制御信号PBISが供給され、トランジスタ364のゲートにはアクティブH(ハイ)のバイアス制御信号NBISが供給される。   For example, as the bias circuit unit 275 of this embodiment, a driver configuration in which a Pch MOS transistor 362 and an Nch MOS transistor 364 are cascade-connected can be used. An active L (low) bias control signal PBIS is supplied to the gate of the transistor 362, and an active H (high) bias control signal NBIS is supplied to the gate of the transistor 364.

もちろん、このような構成に限らず、たとえば列共通のカレントミラーでバイアスされたPchMOSトランジスタのソースフォロア回路を用いることもできる。   Of course, the present invention is not limited to such a configuration, and for example, a source follower circuit of a Pch MOS transistor biased by a current mirror common to the columns can be used.

なお、バイアス回路部275は、読出し動作以外では、アナログメモリアレイ部274との間に設けられているスイッチS3をオフすることにより、コンパレータ部276の前段の垂直信号線19の電位を電源電圧にバイアスする機能も持つ。   Note that the bias circuit unit 275 sets the potential of the vertical signal line 19 in the previous stage of the comparator unit 276 to the power supply voltage by turning off the switch S3 provided between the bias circuit unit 275 and the analog memory array unit 274 except for the read operation. It also has a bias function.

コンパレータ部276は、チョッパ型のコンパレータ機能を持つように構成されている。たとえば、コンパレータ部276は、スイッチS3以降の垂直信号線19上の画素信号における所定の信号レベルを当該コンパレータ部276の中でクランプするために、コンデンサ381、アンプ382、およびスイッチ383からなる第1のクランプ回路と、コンデンサ384、アンプ385、およびスイッチ386からなる第2のクランプ回路とを有する、2段のクランプ回路(ダブルクランプ回路)構成を有している。コンパレータ部276の各スイッチ383,386には、第2垂直走査回路14bからクランプパルスCP1,CP2が入力される。第2のクランプ回路の出力は、データ保持機能を持つデータラッチ部278に入力される。   The comparator unit 276 is configured to have a chopper type comparator function. For example, the comparator unit 276 includes a capacitor 381, an amplifier 382, and a switch 383 in order to clamp a predetermined signal level in the pixel signal on the vertical signal line 19 after the switch S3 in the comparator unit 276. And a second clamp circuit composed of a capacitor 384, an amplifier 385, and a switch 386, has a two-stage clamp circuit (double clamp circuit) configuration. Clamp pulses CP1 and CP2 are input to the switches 383 and 386 of the comparator unit 276 from the second vertical scanning circuit 14b. The output of the second clamp circuit is input to the data latch unit 278 having a data holding function.

このような構成において、コンパレータ部276は、2つのクランプ回路を、クランプパルスCP1,CP2により、初期化動作とコンパレート動作とを行なう。たとえば、クランプパルスCP1,CP2がともにH(ハイ)レベルのときにコンパレータ部276が初期化され、この後、クランプパルスCP2をHレベルに維持したままで、クランプパルスCP1をL(ロー)レベルにして、スイッチS3以降の垂直信号線19上の画素信号(第1の画素信号)をクランプし、さらにこの後クランプパルスCP2をLレベルにしてスイッチS3以降の垂直信号線19上の画素信号(第2の画素信号)を取り込むことで、第1の画素信号と第2の画素信号との大小を比較する。   In such a configuration, the comparator unit 276 performs an initialization operation and a comparison operation on the two clamp circuits by the clamp pulses CP1 and CP2. For example, the comparator unit 276 is initialized when both of the clamp pulses CP1 and CP2 are at the H (high) level, and thereafter, the clamp pulse CP1 is set to the L (low) level while the clamp pulse CP2 is maintained at the H level. Then, the pixel signal (first pixel signal) on the vertical signal line 19 after the switch S3 is clamped, and then the clamp pulse CP2 is set to the L level to set the pixel signal (first pixel signal on the vertical signal line 19 after the switch S3). 2 pixel signal), the magnitudes of the first pixel signal and the second pixel signal are compared.

つまり、高速フレームレートにおける1H期間の所定タイミングでコンパレータ部276の初期化を行ない、その後、第1の画素信号を読み出して、コンパレータ部276に信号を送り第1のクランピング処理を行ない、さらにこの後第2の画素信号を読み出して、コンパレータ部276に信号を送り第2のクランピング処理を行なうことにより、どのレベルでデジタルデータが反転するかを検出することで、画像情報(本例ではビーコンの点滅情報で表わされるID情報)の抽出を行なう。   That is, the comparator unit 276 is initialized at a predetermined timing in the 1H period at the high-speed frame rate, and then the first pixel signal is read out and sent to the comparator unit 276 to perform the first clamping process. After that, the second pixel signal is read out and sent to the comparator unit 276 to perform the second clamping process, thereby detecting the level at which the digital data is inverted, thereby detecting the image information (beacon in this example). ID information represented by blinking information) is extracted.

データラッチ部278は、ラッチ278aを有している。ラッチ278aの出力データは、データラッチ部278とデータ出力バス279とを開閉するスイッチS4を介してデータ出力バス279に伝達されるようになっている。   The data latch unit 278 includes a latch 278a. The output data of the latch 278a is transmitted to the data output bus 279 via the switch S4 that opens and closes the data latch unit 278 and the data output bus 279.

このデータラッチ部278は、コンパレータ部276における比較結果を示す“0;Lレベル”もしくは“1;Hレベル”を取込パルスCKDに同期してラッチ278aに取り込み保持する。この後、第2垂直走査回路14bからの読出パルスで制御されるスイッチS4がオンすることで、データ出力バス279上に比較結果を1ビットのデジタルデータで出力する。つまり、コンパレータ部276とデータラッチ部278とで、演算情報をデジタルデータとして取得するAD変換機能部が構成されている。   The data latch unit 278 captures and holds “0; L level” or “1; H level” indicating the comparison result in the comparator unit 276 in the latch 278a in synchronization with the capture pulse CKD. Thereafter, the switch S4 controlled by the readout pulse from the second vertical scanning circuit 14b is turned on, so that the comparison result is output as 1-bit digital data on the data output bus 279. In other words, the comparator unit 276 and the data latch unit 278 constitute an AD conversion function unit that acquires calculation information as digital data.

また、カラム処理部26と演算処理部27との後段には、カラム処理部26と演算処理部27のそれぞれにて得られた出力に基づいて、所定目的を達成する用途信号を取得する用途信号取得部(第3の信号処理部)100を備えている。   Further, in the subsequent stage of the column processing unit 26 and the arithmetic processing unit 27, a usage signal for obtaining a usage signal that achieves a predetermined purpose based on the outputs obtained by the column processing unit 26 and the arithmetic processing unit 27, respectively. An acquisition unit (third signal processing unit) 100 is provided.

ここで、第1実施形態の用途信号取得部100としては、IDカメラを実現するべく、ハードウェア上でビーコンの点滅パターンを認識し、所定の通信インタフェース経由でパーソナルコンピュータなどに送信する機能部が設けられる。   Here, as the use signal acquisition unit 100 of the first embodiment, a functional unit that recognizes a blinking pattern of beacons on hardware and transmits it to a personal computer or the like via a predetermined communication interface in order to realize an ID camera. Provided.

点滅光源としてのビーコンは、たとえば点滅情報によって表わされるID情報として、8ビットで、255通りの識別が可能にしておく。8ビットのID情報を4kHzのキャリアでマンチェスター符号化し、22ビットのパケットとしてID情報をパソコンなどに送信する。これによりビーコンが障害物などによってパケットを送信中に隠れても、パケット単位でデータを受信可能である。   The beacon serving as the blinking light source is, for example, 8 bits as ID information represented by the blinking information, and allows 255 ways of identification. The 8-bit ID information is Manchester encoded with a 4 kHz carrier, and the ID information is transmitted to a personal computer or the like as a 22-bit packet. As a result, even if the beacon is hidden during transmission of a packet due to an obstacle or the like, data can be received in units of packets.

図示しないが、このようなIDカメラ機能を持つ固体撮像装置1を実現する際には、光学レンズ、イメージセンサや駆動制御部7の他に、光学レンズやデコード用の集積回路(たとえばFPGA(Field Programmable Gate Array )や通信IF部が用意される。IDカメラ機能を実行する際には、演算処理部27側で取得されるID情報をデコードし、カラム処理部26側で取得される通常画像(シーン画像)とデコードしたID情報とを組にして、所定の通信インタフェース経由で出力するようにする。   Although not shown, when realizing the solid-state imaging device 1 having such an ID camera function, in addition to the optical lens, the image sensor, and the drive control unit 7, an optical lens and an integrated circuit for decoding (for example, FPGA (Field Programmable Gate Array) and communication IF unit When executing the ID camera function, the ID information acquired on the arithmetic processing unit 27 side is decoded, and the normal image (obtained on the column processing unit 26 side) (Scene image) and decoded ID information are paired and output via a predetermined communication interface.

あるいは、点滅データをデコードする際には、演算処理部27は、12kHzのサンプリングを200回繰り返し、ビーコンが送信するキャリア周波数4kHzの8ビットのID情報を画素部10の全画素においてデコードし、15fpsでID画像を作成する。ID画像は、画像の各画素の値がデコードしたID情報となっており、通常画像とID画像を組にして利用することで、通常画像上のビーコンの位置とID情報の値を合成することが可能である。   Alternatively, when decoding the blinking data, the arithmetic processing unit 27 repeats sampling at 12 kHz 200 times, decodes 8-bit ID information with a carrier frequency of 4 kHz transmitted by the beacon in all pixels of the pixel unit 10, and 15 fps. To create an ID image. The ID image is ID information obtained by decoding the value of each pixel of the image. By using the normal image and the ID image as a set, the position of the beacon on the normal image and the value of the ID information are synthesized. Is possible.

<具体的動作;第1実施形態>
図4は、図3に示した第1実施形態の固体撮像装置1における、画像取得機能とID検出機能における画素信号読出しのタイミングを説明するタイミングチャートである。ここで、図4(A)は、画像取得機能の読出動作を示し、図4(B)は、ID検出機能の読出動作を示す。本例では、第1垂直走査回路14aによる画像取得機能用の低速フレームの行選択走査は、第2垂直走査回路14bによるID検出機能用の高速フレームの行選択走査に同期させている。ただしこの場合でも、後述するように、競合が避けられないようになっている。
<Specific Operation; First Embodiment>
FIG. 4 is a timing chart illustrating pixel signal readout timings in the image acquisition function and the ID detection function in the solid-state imaging device 1 according to the first embodiment shown in FIG. Here, FIG. 4A shows the reading operation of the image acquisition function, and FIG. 4B shows the reading operation of the ID detection function. In this example, the row selection scanning of the low-speed frame for the image acquisition function by the first vertical scanning circuit 14a is synchronized with the row selection scanning of the high-speed frame for the ID detection function by the second vertical scanning circuit 14b. However, even in this case, as will be described later, competition is inevitable.

なお、単位画素3を駆動する画素セルタイミング中、画像取得走査ラインにて選択されている垂直選択パルスSEL、リセットパルスRST、転送制御パルスTXを、それぞれ垂直選択パルスSEL(1)、リセットパルスRST(1)、転送制御パルスTX(1)と表記する。一方、ID検出ラインにて選択されている同信号線は、それぞれ垂直選択パルスSEL(2)、リセットパルスRST(2)、転送制御パルスTX(2)と表記し区別する。   Note that, during the pixel cell timing for driving the unit pixel 3, the vertical selection pulse SEL, the reset pulse RST, and the transfer control pulse TX that are selected in the image acquisition scanning line are used as the vertical selection pulse SEL (1) and the reset pulse RST, respectively. (1) Described as transfer control pulse TX (1). On the other hand, the signal lines selected in the ID detection line are distinguished from each other by being expressed as a vertical selection pulse SEL (2), a reset pulse RST (2), and a transfer control pulse TX (2).

第1実施形態では、同一センサ上に、画像取得用の第1垂直走査回路14aおよび第1水平走査回路12aと、ID検出用の第2垂直走査回路14bおよび第2水平走査回路12bをそれぞれ独立に用意し、それぞれにより独立した2つの垂直(V)掃引、水平(H)掃引走査を行なうことにより、低速フレーム走査を必要とする通常画像取得機能と高速フレーム走査を必要とするID検出機能を同時に実現する。   In the first embodiment, the first vertical scanning circuit 14a and the first horizontal scanning circuit 12a for image acquisition, and the second vertical scanning circuit 14b and the second horizontal scanning circuit 12b for ID detection are independently provided on the same sensor. The normal image acquisition function that requires low-speed frame scanning and the ID detection function that requires high-speed frame scanning are performed by performing two independent vertical (V) sweep and horizontal (H) sweep scans. Realize at the same time.

たとえば、画像取得機能の読出し動作に際しては、図4(A)に示すように、画像取得用の垂直(V)掃引はVsync_image信号により、第1垂直走査回路(画像取得用垂直スキャナ)14aが掃引を開始し、1/30secで1フレームの読み出しを完了させる。以下、画像取得動作時のフレームを1画像フレームと呼ぶ。そして、各行の選択は、第1水平走査回路12aによる水平(H)掃引トリガ信号Hsync_imageにより開始され、1H期間は64μsである。   For example, in the read operation of the image acquisition function, as shown in FIG. 4A, the vertical (V) sweep for image acquisition is swept by the first vertical scanning circuit (vertical scanner for image acquisition) 14a by the Vsync_image signal. And reading out of one frame is completed in 1/30 sec. Hereinafter, the frame during the image acquisition operation is referred to as one image frame. The selection of each row is started by a horizontal (H) sweep trigger signal Hsync_image by the first horizontal scanning circuit 12a, and the 1H period is 64 μs.

1H期間はブランキング期間と水平転送期間に区別され、ブランキング期間中に画素からの信号が行一括で読み出され、カラム上方端に設けられたカラム処理部26のCDS処理部26aにおいて、固定パターンノイズ除去処理の後にサンプルホールドされる。CDS処理部26aにてサンプルホールドされた画素信号は、水平転送期間において、第1水平走査回路(水平スキャナ)12aにより、水平方向にカラムスイッチS1が順次選択され、水平信号線18を介して出力回路28に画素信号が読み出される。   The 1H period is divided into a blanking period and a horizontal transfer period. During the blanking period, signals from the pixels are read in a batch and fixed in the CDS processing unit 26a of the column processing unit 26 provided at the upper end of the column. Sample hold is performed after the pattern noise removal processing. The pixel signals sampled and held by the CDS processing unit 26a are sequentially selected in the horizontal direction by the first horizontal scanning circuit (horizontal scanner) 12a in the horizontal transfer period and output via the horizontal signal line 18. A pixel signal is read out to the circuit 28.

ここで、単位画素3内の読出し動作は、水平掃引トリガ信号Hsync_imageから一定ディレイ期間td後、垂直選択パルスSEL(1)により特定の行が選択され、対応する垂直選択用トランジスタ40がオン(ON)となる。次に、転送制御パルスTX(1)により読出選択用トランジスタ34をオンすることで電荷生成部32中の電荷をフローティングディフュージョン38に読み出し、増幅用トランジスタ42と負荷MOSトランジスタ290によって構成されるソースフォロア回路により垂直信号線19の電圧が決定される。   Here, in the readout operation in the unit pixel 3, a specific row is selected by the vertical selection pulse SEL (1) after a fixed delay period td from the horizontal sweep trigger signal Hsync_image, and the corresponding vertical selection transistor 40 is turned on (ON). ) Next, the read selection transistor 34 is turned on by the transfer control pulse TX (1), whereby the charge in the charge generation unit 32 is read to the floating diffusion 38, and the source follower configured by the amplification transistor 42 and the load MOS transistor 290 is read. The voltage of the vertical signal line 19 is determined by the circuit.

この信号電位は、CDS処理部26aにおいてクランプパルスCLP1によりクランプされる。次に、リセットパルスRST(1)によりリセットトランジスタ36をオンとし、フローティングディフュージョン38をリセットし、そのリセット信号電位を同様に垂直信号線19に読み出す。CDS処理部26aは、このリセット電位と先の信号電位を差し引くことにより、画素ごとの固定パターンノイズを除去する。そして、この信号電位をサンプルホールドパルスSHによりサンプルホールドする。   This signal potential is clamped by the clamp pulse CLP1 in the CDS processor 26a. Next, the reset transistor 36 is turned on by the reset pulse RST (1), the floating diffusion 38 is reset, and the reset signal potential is similarly read out to the vertical signal line 19. The CDS processing unit 26a removes the fixed pattern noise for each pixel by subtracting the reset potential and the previous signal potential. Then, the signal potential is sampled and held by a sample hold pulse SH.

なお、通常のCMOSセンサでは、先にリセット状態が読み出されCDS処理部26aにてクランプし、その後フォトダイオードなどの電荷生成部32から電荷の転送を行ない信号レベルを読み出すがが、第1実施形態の動作では逆の動作としている。   In a normal CMOS sensor, the reset state is read out first and clamped by the CDS processing unit 26a, and then the charge is transferred from the charge generation unit 32 such as a photodiode to read out the signal level. In the operation of the form, the reverse operation is performed.

次に、図4(B)を参照して、ID検出機能の読出し動作について説明する。なお、画素セル読出部の期間Thは、図4(A),図4(B)において時間レンジを合わせて表記している。   Next, the reading operation of the ID detection function will be described with reference to FIG. Note that the period Th of the pixel cell readout portion is shown in accordance with the time range in FIGS. 4 (A) and 4 (B).

ID検出機能のV掃引は、第2垂直走査回路(ID検出用垂直スキャナ)14bによりなされる。Vsync_ID信号により第1垂直走査回路(画像取得用垂直スキャナ)14aと第3垂直走査回路(メモリ垂直スキャナ)14cの掃引が開始され、1V期間は512μsecであり約2kfpsとなる。以下、ID検出機能の1V期間をIDフレームと呼ぶ。各行の読出しは、第2水平走査回路12bによる水平(H)掃引トリガ信号Hsync_IDによって開始され、1H期間は1μsである。   The ID detection function V sweep is performed by the second vertical scanning circuit (ID detection vertical scanner) 14b. The sweep of the first vertical scanning circuit (image acquisition vertical scanner) 14a and the third vertical scanning circuit (memory vertical scanner) 14c is started by the Vsync_ID signal, and the 1V period is 512 μsec, which is about 2 kfps. Hereinafter, the 1V period of the ID detection function is referred to as an ID frame. Reading of each row is started by a horizontal (H) sweep trigger signal Hsync_ID by the second horizontal scanning circuit 12b, and 1H period is 1 μs.

先ず、水平(H)掃引トリガ信号Hsync_IDにより垂直選択パルスSEL(2)が立ち上がり、垂直選択用トランジスタ40が選択され、その時点において既にフローティングディフュージョン38に蓄積されている電荷によって決まる信号が垂直信号線19に読み出される。   First, the vertical selection pulse SEL (2) rises by the horizontal (H) sweep trigger signal Hsync_ID, the vertical selection transistor 40 is selected, and the signal determined by the charge already accumulated in the floating diffusion 38 at that time is a vertical signal line. 19 is read out.

このFD電位は、前のIDフレーム走査時に転送された信号電荷による電位か、もしくは画像取得機能の読出し走査によりリセットされたリセット電位に対応するものである。垂直信号線19の電位は増幅用トランジスタ42と負荷MOSトランジスタ290の電位分割により決まり、これによる垂直信号線19の信号電位は、画素部10の図中下方側に設けられた演算処理部27の差分演算部272において、クランプパルスCLP2のアクティブHがトランジスタ304のゲートに供給されることによって、ノードN1に基準電位Vbでクランプされる。   This FD potential corresponds to the potential due to the signal charge transferred during the previous ID frame scan or the reset potential reset by the readout scan of the image acquisition function. The potential of the vertical signal line 19 is determined by the potential division between the amplifying transistor 42 and the load MOS transistor 290, and the signal potential of the vertical signal line 19 is thereby determined by the arithmetic processing unit 27 provided on the lower side of the pixel unit 10 in the figure. In the difference calculation unit 272, the active H of the clamp pulse CLP2 is supplied to the gate of the transistor 304, whereby the node N1 is clamped at the reference potential Vb.

次に、転送制御パルスTXによって、電荷生成部32の電荷がフローティングディフュージョン38に読み出される。このとき、転送制御パルスTX(2)印加前の電荷はフローティングディフュージョン38に残ったままであるので、転送制御パルスTX(2)印加により読み出される電荷は前の電荷に足し加えられることになり、FD電位も同時に前の信号と転送による信号との加算となる。この加算信号は垂直信号線19を介して差分演算部272に読み出される。   Next, the charge of the charge generator 32 is read out to the floating diffusion 38 by the transfer control pulse TX. At this time, since the charge before the transfer control pulse TX (2) is applied remains in the floating diffusion 38, the charge read by applying the transfer control pulse TX (2) is added to the previous charge, and the FD The potential is also the sum of the previous signal and the signal from the transfer. This addition signal is read to the difference calculation unit 272 via the vertical signal line 19.

差分演算部272は、転送前の信号電位でクランプされているので、ノードN1では転送前後の信号の差分に相当する電位が現れる。これにより、単位画素3のリセット動作なしで、1IDフレーム期間に蓄積される信号電位のみを抽出することが可能となる。   Since the difference calculation unit 272 is clamped at the signal potential before transfer, a potential corresponding to the difference between the signals before and after transfer appears at the node N1. Thereby, it is possible to extract only the signal potential accumulated in one ID frame period without resetting the unit pixel 3.

またここで、画像取得走査で選択された単位画素3とID検出により選択された単位画素3は同一カラムでは同じ垂直信号線19を共有することになるので、時間分割により使用することで垂直走査の競合を回避するようにする。具体的には、この第1実施形態では、ID検出の垂直選択パルスSEL(2)の選択期間を、前述した画像取得動作におけるディレイ期間td内に終了させるようにする。   Here, the unit pixel 3 selected by the image acquisition scanning and the unit pixel 3 selected by the ID detection share the same vertical signal line 19 in the same column. To avoid conflicts. Specifically, in the first embodiment, the selection period of the ID selection vertical selection pulse SEL (2) is ended within the delay period td in the above-described image acquisition operation.

ノードN1は、ドライブトランジスタ306のゲートに接続されており、スイッチS2がオンしたときに、アナログメモリアレイ部274を構成する入力フェーズ(書込モード)にあるカレントコピアセル320,340から電流を引く。   The node N1 is connected to the gate of the drive transistor 306, and draws current from the current copier cells 320 and 340 in the input phase (write mode) constituting the analog memory array unit 274 when the switch S2 is turned on. .

アナログメモリアレイ部274は、1画素あたり2つのセル(2フレーム分;カレントコピアセル320,340)が設定されており、第3垂直走査回路(メモリ垂直スキャナ)14cにより、対応するカレントコピアセル320,340の何れか一方(図のタイミングでは320)が選択制御パルスSM1により選択され、書込制御パルスME1の走査により、カレントコピアセル320に書き込みがなされる。   In the analog memory array unit 274, two cells (for two frames; current copier cells 320 and 340) are set per pixel, and the corresponding current copier cell 320 is set by the third vertical scanning circuit (memory vertical scanner) 14c. , 340 (320 in the figure) is selected by the selection control pulse SM1, and the current copier cell 320 is written by scanning the write control pulse ME1.

すなわち、先にも説明したように、選択制御パルスSM1をHレベルにしてトランジスタ322をオンにするとともに、書込制御パルスME1をHレベルにしてトランジスタ328をオンにすることで、カレントコピアセル320を入力フェーズにして、垂直信号線19上の電流信号をカレントコピアセル320に書き込む。   That is, as described above, the selection control pulse SM1 is set to H level to turn on the transistor 322, and the write control pulse ME1 is set to H level to turn on the transistor 328, whereby the current copier cell 320 is turned on. And the current signal on the vertical signal line 19 is written to the current copier cell 320.

この後、コンパレートシーケンスに入り、先ず、前のフレームデータが格納されているカレントコピアセル320,340の何れか一方(図のタイミングでは340)を選択制御パルスSM2により選択し、カレントコピアセル340が保持している電流情報をコンパレータ部276へ読み出す。   Thereafter, the comparator sequence is entered. First, one of the current copier cells 320 and 340 (340 in the timing in the figure) storing the previous frame data is selected by the selection control pulse SM2, and the current copier cell 340 is selected. Reads out the current information held by the comparator unit 276.

すなわち、先にも説明したように、選択制御パルスSM2をHレベルにしてトランジスタ342をオンにするとともに、書込制御パルスME2をLレベルにしてトランジスタ348をオフにすることで、カレントコピアセル320を出力フェーズにして、カレントコピアセル340が保持していた電流信号を垂直信号線19上に読み出す。   That is, as described above, the selection control pulse SM2 is set to H level to turn on the transistor 342, and the write control pulse ME2 is set to L level to turn off the transistor 348, whereby the current copier cell 320 is turned on. In the output phase, the current signal held by the current copier cell 340 is read onto the vertical signal line 19.

この読出動作における当初には、クランプパルスCP1,CP2をともにHレベルにして、チョッパ型のコンパレータ部276を初期化し、この後、クランプパルスCP1→クランプパルスCP2の順に、僅かの時間差をおいて順次Lレベルにし、スイッチS3以降の垂直信号線19上の画素信号(すなわち前のフレームデータ)をクランプする。   At the beginning of this read operation, both the clamp pulses CP1 and CP2 are set to the H level to initialize the chopper type comparator unit 276. Thereafter, the clamp pulse CP1 and the clamp pulse CP2 are sequentially followed by a slight time difference. The pixel signal (that is, the previous frame data) on the vertical signal line 19 after the switch S3 is clamped at the L level.

次に、クランプパルスCP1,CP2をLレベルにした状態で、現フレームデータが格納されているカレントコピアセル320,340の何れか一方(図のタイミングではカレントコピアセル320)から、選択制御パルスSM1の制御でトランジスタ322をオンさせることで、スイッチS3以降の垂直信号線19上の画素信号、すなわちカレントコピアセル320が保持している現フレームの電流情報をコンパレータ部276へ読み出す。このようにして、コンパレータ部276に前フレームデータと現フレームデータとを順次取り込んだ後には、コンパレータ部276は、前フレームデータと現フレームデータと比較する。これにより、LED点滅(ビーコン)のエッジを検出することができる。   Next, with the clamp pulses CP1 and CP2 set to L level, the selection control pulse SM1 is selected from one of the current copier cells 320 and 340 (current copier cell 320 at the timing in the figure) in which the current frame data is stored. By turning on the transistor 322 under the control, the pixel signal on the vertical signal line 19 after the switch S 3, that is, the current frame current information held by the current copier cell 320 is read out to the comparator unit 276. Thus, after the previous frame data and the current frame data are sequentially taken into the comparator unit 276, the comparator unit 276 compares the previous frame data with the current frame data. Thereby, the edge of LED blinking (beacon) can be detected.

ここで、バイアス回路部275は、オフセット処理機能を持ち、カレントコピアセル320,340からの電流を引き込む負荷トランジスタとして働くと同時に、コンパレート動作時に、各データに重み付けを行なう。この重み付けは、光変化がない定常状態において、コンパレータ部276による比較結果であるコンパレートデータを一定(たとえば“0”データ)に固定するためのものである。   Here, the bias circuit unit 275 has an offset processing function and functions as a load transistor that draws current from the current copier cells 320 and 340, and at the same time weights each data during the comparison operation. This weighting is for fixing the comparator data, which is the comparison result by the comparator unit 276, to a constant value (for example, “0” data) in a steady state where there is no light change.

すなわち、光変化がない定常状態においては、前フレームデータと現フレームデータとが微妙に異なる(大小関係が不安定になる)ので、オフセットを与えなければ、コンパレートデータが不安定になるが、適正レベルのオフセットを与えることで、光変化がない定常状態においても、コンパレートデータが安定になる。   That is, in a steady state where there is no light change, the previous frame data and the current frame data are slightly different (the magnitude relationship becomes unstable), so that the comparator data becomes unstable unless an offset is given. By providing an appropriate level of offset, the comparator data becomes stable even in a steady state where there is no light change.

たとえば、図4に示すように、コンパレータ部276におけるコンパレート処理時に、NchMOSトランジスタ364のゲートに供給するバイアス制御信号NBISをアクティブHで一定としておきつつ、PchMOSトランジスタ362のゲートに供給するバイアス制御信号PBISを、前のフレームデータを保持しているカレントコピアセル340の読出し時のみ、アクティブLにする。   For example, as shown in FIG. 4, the bias control signal supplied to the gate of the PchMOS transistor 362 is kept constant at active H while the bias control signal NBIS supplied to the gate of the NchMOS transistor 364 is kept constant during the comparison processing in the comparator unit 276. PBIS is set to active L only when reading the current copier cell 340 holding the previous frame data.

このようにすると、コンパレータ部276への入力電位が一定レベル高くなり、現フレーム読出電位が前フレーム時に比べて十分高くなると(LED点滅が立ち下がるとき)、コンパレータの出力値は“0”から“1”に変化する。   In this way, when the input potential to the comparator unit 276 becomes a certain level higher and the current frame read potential becomes sufficiently higher than that in the previous frame (when LED blinking falls), the output value of the comparator is changed from “0” to “ 1 "changes.

以降、このコンパレート結果はバイナリデータとしてカラムごとにデータラッチ部278のラッチ278aにラッチされ、データ出力バス279を介して、センサ外部に読み出される。   Thereafter, the comparison result is latched as binary data in the latch 278a of the data latch unit 278 for each column, and is read out to the outside of the sensor via the data output bus 279.

なお、データ出力タイミングについては明示しないが、データバス幅の設定により1H期間(1μs)以内に1H分の出力がなされるようにし、1μsのサイクルで読み出しからデータ出力までが繰り返されるようにする。これにより、ID検出機能において、LED点滅のエッジ検出が可能となる。   Although the data output timing is not specified, the data bus width is set so that the output for 1H is made within 1H period (1 μs), and the process from reading to data output is repeated in a cycle of 1 μs. Thereby, in the ID detection function, LED blinking edge detection can be performed.

以上のID検出機能のシーケンスは、差分演算部272とコンパレータ部276とによって、2回の差分演算がなされたことになる。つまり、第1実施形態のアーキテクチャでは、フローティングディフュージョン38にIDフレームごとに逐次蓄積されている電荷に対し、2階差分演算を実行することにより、LED点滅の立上りエッジと立下りエッジを検出していることになる。   In the above ID detection function sequence, the difference calculation unit 272 and the comparator unit 276 perform the difference calculation twice. In other words, in the architecture of the first embodiment, the rising edge and the falling edge of the LED blinking are detected by performing the second-order difference operation on the charges sequentially stored in the floating diffusion 38 for each ID frame. Will be.

以上の画像取得機能の動作とID検出機能の動作は、それぞれの垂直、水平スキャナを独立して走査することにより、機能として同時に動作させることが可能である。   The operation of the image acquisition function and the operation of the ID detection function can be performed simultaneously as functions by scanning each vertical and horizontal scanner independently.

<具体的動作;競合時の処理>
図5は、第1垂直走査回路14aと第2垂直走査回路14bとが独立した垂直走査をすることによる競合発生時の対処方法を説明するタイミングチャートである。この図5により、時間軸に対する、第1垂直走査回路(画像用垂直スキャナ)14aの選択ラインの移動と、第2垂直走査回路(ID検出用垂直スキャナ)14bの選択ラインの移動の関係が理解できる。
<Concrete action: Processing at the time of competition>
FIG. 5 is a timing chart for explaining a coping method when a conflict occurs when the first vertical scanning circuit 14a and the second vertical scanning circuit 14b perform independent vertical scanning. FIG. 5 shows the relationship between the movement of the selection line of the first vertical scanning circuit (image vertical scanner) 14a and the movement of the selection line of the second vertical scanning circuit (ID detection vertical scanner) 14b with respect to the time axis. it can.

たとえば、画像フレーム走査の開始時には、画像取得走査とID検出走査は、それぞれVsyn_image、Vsync_IDパルスにより、画素部10の下端の1ライン目より同時にスキャン走査が開始される。   For example, at the start of the image frame scan, the image acquisition scan and the ID detection scan are started simultaneously from the first line at the lower end of the pixel unit 10 by the Vsyn_image and Vsync_ID pulses, respectively.

しかしながら、1H期間は画像取得機能では64μs、ID検出機能では1μsと大きく異なるため、それぞれの選択ラインは大きく離れていく。たとえば、画像取得走査ラインが8ライン目を選択しているときに、ID検出走査ラインは丁度1IDフレーム分の走査が終了し、画像取得機能の9ライン目の走査とID検出の1ライン目の走査が同時となる。このように、画像出力走査の8ライン走査ごとにID検出走査は1IDフレームを掃引し、以後、これが繰り返されていく。   However, since the 1H period is greatly different from 64 μs for the image acquisition function and 1 μs for the ID detection function, the respective selection lines are greatly separated. For example, when the image acquisition scan line is selected as the eighth line, the ID detection scan line has finished scanning for exactly one ID frame, and the ninth line scan of the image acquisition function and the ID detection first line are completed. Scanning is simultaneous. Thus, the ID detection scan sweeps one ID frame every 8 line scans of the image output scan, and this is repeated thereafter.

このとき、先ず、画像取得走査に着目した場合、非選択ラインは本来、1画像フレーム期間において信号電荷の蓄積をフォトダイオードなどの電荷生成部32にて行なうべきところであるが、ID検出走査ラインにより常に電荷生成部32から電荷の読出し動作が行なわれてしまっている。   At this time, first, when focusing on image acquisition scanning, the non-selected line should originally be accumulated in the charge generation unit 32 such as a photodiode in one image frame period. The charge read operation is always performed from the charge generation unit 32.

しかし、通常画像生成処理用の掃引処理よりも高速な掃引処理を行なうID検出走査では、単位画素3から読み出された信号電荷は単位画素3のフローティングディフュージョン38にそのまま保持されて残るので、低速掃引側である1画像フレーム期間においては、高速掃引処理によって信号電荷の読出処理を行なっても、物理量(本例では光)の変化を検知した信号電荷が単位画素3に保持され失われることはない。すなわち、高速掃引処理の駆動制御では、非破壊読出を行なっている。   However, in the ID detection scanning that performs a sweep process faster than the sweep process for the normal image generation process, the signal charge read from the unit pixel 3 remains held in the floating diffusion 38 of the unit pixel 3 as it is. In one image frame period on the sweep side, even if the signal charge reading process is performed by the high-speed sweep process, the signal charge detected in the physical quantity (in this example, light) is held in the unit pixel 3 and lost. Absent. That is, non-destructive reading is performed in the drive control of the high-speed sweep process.

画像取得走査では、前述した通り、最初にフローティングディフュージョン38の信号を読み出し、後にリセット信号の読出しを行なうので、通常のセンサとは逆の動作となるが、これは以上の走査により、フローティングディフュージョン38に蓄積されている電荷をリセットする前に読む必要があるからである。以上より、ID検出走査が画像取得走査をディスターブする、すなわち通常画像生成用の画素信号の読出しに悪影響を与えることはない。   In the image acquisition scanning, as described above, the signal of the floating diffusion 38 is first read out and then the reset signal is read out later. Therefore, the operation is reverse to that of a normal sensor. This is because it is necessary to read before resetting the electric charge accumulated in the. As described above, the ID detection scan disturbs the image acquisition scan, that is, does not adversely affect the reading of the pixel signal for generating the normal image.

一方、ID検出走査に注目した場合、常に、電荷転送の前と後のフローティングディフュージョン38の電位を差分演算部272で処理するシーケンスとなっている。よって、フローティングディフュージョン38の電位状態がライン選択前にどのようであったかは演算結果に影響してこない。画像取得走査が行なわれたラインはフローティングディフュージョン38のリセット動作が行なわれるが、フローティングディフュージョン38がいつリセットされたかは、ID検出走査には影響しない。   On the other hand, when paying attention to the ID detection scanning, the difference calculation unit 272 always processes the potential of the floating diffusion 38 before and after the charge transfer. Therefore, how the potential state of the floating diffusion 38 was before the line selection does not affect the calculation result. The line on which the image acquisition scan has been performed undergoes a reset operation of the floating diffusion 38, but when the floating diffusion 38 is reset does not affect the ID detection scan.

また、画像取得走査のV掃引開始時(Vsync_imageパルス印加時)と画像取得走査ラインをID検出ラインが追い越す時(図5のサークル部)は、ライン選択が重なってしまう。しかしながらこの場合も、画素セル内の動作においては、画像取得動作とID検出動作はディレイ時間tdをおいて時間分けがなされているので、垂直選択パルスSEL,転送制御パルスTX,リセットパルスRSTの各制御パルスをそれぞれ(1)と(2)を重ね合わせたタイミング設定とすることにより、それぞれの機能を独立して走査することが可能である。   In addition, when the V sweep of the image acquisition scan starts (when the Vsync_image pulse is applied) and when the ID detection line passes the image acquisition scan line (circle portion in FIG. 5), the line selection overlaps. However, also in this case, in the operation in the pixel cell, the image acquisition operation and the ID detection operation are divided into time intervals with a delay time td, and therefore, each of the vertical selection pulse SEL, the transfer control pulse TX, and the reset pulse RST. By setting the control pulse to a timing setting in which (1) and (2) are superimposed, it is possible to scan each function independently.

<具体的動作;第1実施形態の変形例1>
図6は、図3に示した第1実施形態の固体撮像装置1における、画像取得機能とID検出機能の変形例1を説明するタイミングチャートである。基本的な動作は図4に示したものと同様であるが、単位画素3の駆動タイミングに若干の違いがある。
<Specific operation: Modification 1 of the first embodiment>
FIG. 6 is a timing chart illustrating a first modification of the image acquisition function and the ID detection function in the solid-state imaging device 1 according to the first embodiment illustrated in FIG. 3. The basic operation is the same as that shown in FIG. 4, but there is a slight difference in the drive timing of the unit pixel 3.

具体的には、この変形例1は、画像取得走査のTX(1)とID検出走査のTX(2)を同じタイミングに設定したものである。タイミングを同じとしても、垂直選択線52(SEL(1),SEL(2))はそのままであるので、垂直信号線19の時間分割共有は変わらない。   Specifically, in Modification 1, TX (1) for image acquisition scanning and TX (2) for ID detection scanning are set at the same timing. Even if the timing is the same, since the vertical selection lines 52 (SEL (1), SEL (2)) remain as they are, the time division sharing of the vertical signal lines 19 does not change.

つまり、それぞれの選択行において、フォトダイオードなどの電荷生成部32からフローティングディフュージョン38への電荷の転送が同時に行なわれるが、画像取得行では、垂直信号線19への信号伝達は選択線SEL(1)が選択されてからとなる。   That is, in each selected row, charges are simultaneously transferred from the charge generation unit 32 such as a photodiode to the floating diffusion 38, but in the image acquisition row, signal transmission to the vertical signal line 19 is performed on the selection line SEL (1 ) Is selected.

このようにすると、画像取得ライン走査の読出タイミングに余裕ができ、タイミング設定がし易くなるというメリットがある。   In this way, there is an advantage that there is a margin in the readout timing of the image acquisition line scan, and the timing can be easily set.

<具体的動作;第1実施形態の変形例2>
図7は、図3に示した第1実施形態の固体撮像装置1における、画像取得機能とID検出機能の他の変形例2を説明するタイミングチャートである。基本的な動作は図4に示したものと同様であるが、負荷MOSトランジスタ290の駆動タイミングに若干の違いがある。
<Specific Operation; Modification 2 of First Embodiment>
FIG. 7 is a timing chart for explaining another modification 2 of the image acquisition function and the ID detection function in the solid-state imaging device 1 of the first embodiment shown in FIG. The basic operation is the same as that shown in FIG. 4, but there is a slight difference in the drive timing of the load MOS transistor 290.

たとえば、図3において、負荷MOSトランジスタ290は、垂直信号線19の信号読出し時の負荷となる定電流トランジスタであり、画像取得機能時およびID検出機能時の何れにおいても、垂直信号線19への読出し時に定電流源として設定される。通常、この負荷MOSトランジスタ290の設定電流を変えることにより、信号の読出し時の動作点やスピードを調整することが可能である。   For example, in FIG. 3, a load MOS transistor 290 is a constant current transistor serving as a load at the time of reading a signal from the vertical signal line 19, and is connected to the vertical signal line 19 in both the image acquisition function and the ID detection function. It is set as a constant current source during reading. Usually, by changing the set current of the load MOS transistor 290, it is possible to adjust the operating point and speed at the time of signal reading.

図4や図6の事例では、この設定値は画像取得機能時とID検出機能時で一定であるとしたが、一定にすることに限らず、画像取得機能時とID検出機能時で設定を変更して最適化することが可能である。たとえば、図7に示すように、垂直選択パルスSEL(1)と垂直選択パルスSEL(2)の動作タイミングに合わせて設定を変更するようにしてもよい。   In the examples of FIGS. 4 and 6, this setting value is constant during the image acquisition function and the ID detection function. However, the setting value is not limited to a constant value and is set during the image acquisition function and the ID detection function. It is possible to change and optimize. For example, as shown in FIG. 7, the setting may be changed in accordance with the operation timing of the vertical selection pulse SEL (1) and the vertical selection pulse SEL (2).

以上説明したように、第1実施形態(その変形例1,2を含む)の固体撮像装置1によれば、従来例で説明したイメージセンサのピクセルごとに保持していた演算回路をカラムごとに共有し、さらに、画像出力の処理と演算処理とを別な回路ブロックで完全分離して行なうことにより、各画素内の構成の簡素化を図り、装置全体の小型化や実画像の高画質化を達成し、なおかつ演算処理にも最適な設計を行なうことが可能となる。   As described above, according to the solid-state imaging device 1 of the first embodiment (including the first and second modifications), the arithmetic circuit held for each pixel of the image sensor described in the conventional example is provided for each column. In addition, image output processing and arithmetic processing are completely separated by separate circuit blocks, simplifying the configuration within each pixel, reducing the overall size of the device and improving the quality of actual images In addition, it is possible to design optimally for arithmetic processing.

加えて、通常画像用の画素信号を処理するカラム処理部26とID画像用の画素信号を処理する演算処理部27とを独立に設けるとともに、それぞれに関して垂直走査する垂直走査回路14a,14bや水平走査する第1水平走査回路12a,12b(纏めてイメージセンサを駆動制御する駆動制御部)も独立に設けるようにしているので、このように、通常画像とID画像の両方を出力する場合でも、通常画像モードとID検出モードとを交互に繰り返す必要がない。   In addition, a column processing unit 26 that processes pixel signals for normal images and an arithmetic processing unit 27 that processes pixel signals for ID images are provided independently, and vertical scanning circuits 14a and 14b that perform vertical scanning with respect to each of the column processing units 26 and 14b. Since the first horizontal scanning circuits 12a and 12b for scanning (drive control unit for collectively controlling the driving of the image sensor) are also provided independently, even when both the normal image and the ID image are output in this way, There is no need to alternately repeat the normal image mode and the ID detection mode.

また、ビーコンの点滅間隔を通常画像のフレームレートを気にすることなく短くすることができ、それを検出する演算処理部27を高速なフレーム走査で動作させることで、伝達情報量の増大を図ることができる。   Also, the blinking interval of the beacon can be shortened without worrying about the frame rate of the normal image, and the arithmetic processing unit 27 that detects it can be operated by high-speed frame scanning to increase the amount of transmitted information. be able to.

たとえば、LED光源が数百fpsで点滅していた場合でも、それをサンプリングするために、演算処理部27は、通常画像のフレームレート(一般的には30fpsあるいは60fps)よりも高速な数kfps程度の高速動作が必要とされるが、本実施形態では、このような設定が容易に実現できる。   For example, even when the LED light source is blinking at several hundred fps, in order to sample it, the arithmetic processing unit 27 is several kfps, which is faster than the frame rate of the normal image (generally 30 fps or 60 fps). However, in this embodiment, such a setting can be easily realized.

つまり、本実施形態によれば、IDカメラのアプリケーションを実現するため、使用されるイメージセンサが通常の画像を取得するととともに、高速なフレーム走査により高速で点滅する光の点滅タイミングを検出するという2つの機能を持つことができる。   That is, according to the present embodiment, in order to realize the application of the ID camera, the image sensor to be used acquires a normal image and detects the blinking timing of the light that blinks at high speed by high-speed frame scanning. Can have one function.

また、演算処理部27の垂直走査を高速動作させることで、ビーコンの点滅タイミングがシステム全体で同期している必要はなく、ビーコンの設置に制限がなく、用途の自由度が非常に広い。たとえば、複数の各ビーコンが同期せずに独自のクロックで動作するものであっても適用可能である。これにより独立な複数のビーコンが同時に環境に存在可能となる。   In addition, by operating the vertical scanning of the arithmetic processing unit 27 at a high speed, the blinking timing of the beacon does not need to be synchronized throughout the system, the beacon installation is not limited, and the flexibility of application is very wide. For example, the present invention can be applied even when a plurality of beacons operate with their own clock without being synchronized. This allows multiple independent beacons to exist in the environment at the same time.

また、演算処理部27の垂直走査を高速動作させることで、高速なサンプリングが可能であるので、認識速度も高速であり、たとえば移動物体での利用も可能となる。たとえば、自律移動ロボッットや自動車の車庫入れ制御などの用途においては、移動する物体の位置を高精度に測定する必要がある。   Further, since the sampling processing can be performed at high speed by operating the vertical scanning of the arithmetic processing unit 27 at a high speed, the recognition speed is also high, and for example, it can be used with a moving object. For example, in applications such as autonomous mobile robots and garage control of automobiles, it is necessary to measure the position of a moving object with high accuracy.

このような場合のアプリケーションとして、第1実施形態を適用して、たとえば作業空間上で位置が既知となっている複数の点に点滅パターン(光ビーコン)を発生する送信機を配置し、ロボットや自動車などの機体上に受信機を搭載して、実空間を撮影する。画像フレーム上の座標と作業空間上の点滅点の組合せが一定数以上同時に分かる場合には、受信機すなわち機体の作業空間上の位置と傾きまたは姿勢を計算することができる。もちろん、ロボットや自動車などの機体上に、1台だけではなく複数台の受信機を装備してもよい。このような場合、広い視野で送信機を探索して自分の位置や傾きを測定することができる。   As an application in such a case, by applying the first embodiment, for example, a transmitter that generates blink patterns (light beacons) at a plurality of points whose positions are known on the work space is arranged, and a robot or A receiver is mounted on a vehicle such as an automobile to shoot real space. When a certain number or more of combinations of coordinates on the image frame and blinking points on the work space are known at the same time, the position, tilt, or posture of the receiver, that is, the aircraft, on the work space can be calculated. Of course, a plurality of receivers may be installed instead of only one on a robot or automobile. In such a case, it is possible to search for a transmitter with a wide field of view and measure its position and inclination.

あるいは、第1実施形態を適用して、受信機をジャイロなどの回転センサと組み合わせて用いてもよい。このような場合、先ず、受信機の絶対座標と方向を決めた後、ジャイロで相対的な回転方向を追跡していくことで、受信機の画面から送信器がはみ出していても、回転運動に追従して送信機を捉えることができる。   Alternatively, the receiver may be used in combination with a rotation sensor such as a gyro by applying the first embodiment. In such a case, first determine the absolute coordinates and direction of the receiver, and then track the relative rotational direction with the gyro so that even if the transmitter protrudes from the screen of the receiver, the rotational movement will occur. You can follow and catch the transmitter.

また、掃引(走査)の形態は順次走査に限らず、ランダムな掃引も可能である。たとえば、通常の画像出力と演算処理とにおいて、各ピクセルを掃引する順序を変更することにより、最適な処理を行なうことが可能となる。また、画素の掃引の順序として、1画素単位または少数画素ブロック単位によるシリアル処理と複数の信号線による並列処理とを使い分けることが可能となる。   Further, the form of sweeping (scanning) is not limited to sequential scanning, and random sweeping is also possible. For example, it is possible to perform optimum processing by changing the order of sweeping each pixel in normal image output and arithmetic processing. Further, as the order of pixel sweeping, serial processing in units of one pixel or a small number of pixel blocks and parallel processing by a plurality of signal lines can be used properly.

たとえば、画像情報の出力処理時には1画素単位によるシリアル処理を行ない、その他の演算処理時には複数の信号線による並列処理を行なうことができ、各信号処理のそれぞれの特性に合わせた最適化が可能となる。   For example, serial processing can be performed in units of one pixel at the time of image information output processing, and parallel processing by a plurality of signal lines can be performed at the time of other arithmetic processing, enabling optimization according to the characteristics of each signal processing. Become.

また、1本の信号線に同時に伝送する画素数を変更することができ、画像情報の出力処理側については画素ごとの信号を1本の信号線に伝送し、その他の演算処理側については複数画素の信号を同時に1本の信号線に伝送することも可能である。こうすることで、各信号処理のそれぞれの特性に合わせた信号伝送の最適化が可能となる。   In addition, the number of pixels simultaneously transmitted to one signal line can be changed. On the image information output processing side, a signal for each pixel is transmitted to one signal line, and the other arithmetic processing side has a plurality of signals. It is also possible to transmit pixel signals simultaneously to one signal line. By doing so, it is possible to optimize signal transmission in accordance with the characteristics of each signal processing.

また、演算処理時に1本の信号線に同時に伝送する画素数として、カラーフィルタの組み合わせに対応した画素数を用いることにより、高精度の演算が可能となる。   Further, by using the number of pixels corresponding to the combination of the color filters as the number of pixels simultaneously transmitted to one signal line at the time of calculation processing, high-precision calculation can be performed.

また、ピクセルアレイの1つまたは複数のカラムごとにスイッチを設け、これらスイッチの中から信号読出し時にオンするスイッチを選択し、個々の差分演算部272に入力されるカラムを選択するような構成や、ピクセルアレイ内の複数行の同時選択または、複数カラムの同時選択により、複数画素の信号を融合・加算し、複数画素を1つの受光画素単位として扱うことにより、演算処理に固有の方法を採用することが可能となり、最適化が可能である。   In addition, a switch is provided for each of one or more columns of the pixel array, a switch that is turned on at the time of signal readout is selected from these switches, and a column that is input to each differential operation unit 272 is selected. Adopt a method specific to arithmetic processing by combining and adding signals from multiple pixels by simultaneously selecting multiple rows in a pixel array or simultaneously selecting multiple columns, and treating multiple pixels as a single light-receiving pixel unit Can be optimized.

<具体的構成;第2実施形態>
図8は、図1に示した固体撮像装置1における1垂直列に着目したカラム処理部26や演算処理部27の具体的な構成例(内部構成)の第2実施形態を示す図である。この第2実施形態も、第1実施形態と同様に、IDカメラの機能を実現する構成となっている。
<Specific Configuration; Second Embodiment>
FIG. 8 is a diagram illustrating a second embodiment of a specific configuration example (internal configuration) of the column processing unit 26 and the arithmetic processing unit 27 focusing on one vertical column in the solid-state imaging device 1 illustrated in FIG. 1. The second embodiment is also configured to realize the function of the ID camera as in the first embodiment.

ここで、第2実施形態の固体撮像装置1は、画像取得用のCDS処理機能部と、ID検出用の差分演算処理機能部とを兼用する1つの回路で構成するようにしている点に特徴を有する。   Here, the solid-state imaging device 1 according to the second embodiment is characterized in that the solid-state imaging device 1 is configured by a single circuit that doubles as a CDS processing function unit for image acquisition and a difference calculation processing function unit for ID detection. Have

たとえば、第1実施形態の構成では、カラム処理部26は、画像取得用にCDS処理部26aを備えるとともに、ID検出用に演算処理部27を用意していた。しかしながら、これらの機能部は、何れも、実際には、2つの信号差の差分演算をしているものであり、回路も同様に構成することができる。   For example, in the configuration of the first embodiment, the column processing unit 26 includes the CDS processing unit 26a for image acquisition and the arithmetic processing unit 27 for ID detection. However, each of these functional units actually performs a difference calculation of two signal differences, and the circuit can be similarly configured.

第2実施形態では、この点に着目して、これら2つの機能において、CDS処理部26aと演算処理部27とを1つの回路(CDS兼差分演算処理部)で兼用して用いるようにしている。   In the second embodiment, paying attention to this point, in these two functions, the CDS processing unit 26a and the arithmetic processing unit 27 are used in a single circuit (CDS / difference arithmetic processing unit). .

CDS兼差分演算処理部400は、第1実施形態の結合コンデンサ302に対応する結合コンデンサ402と、トランジスタ304に対応するトランジスタ404と、ドライブトランジスタ306に対応するドライブトランジスタ406とを有している。   The CDS / difference calculation processing unit 400 includes a coupling capacitor 402 corresponding to the coupling capacitor 302 of the first embodiment, a transistor 404 corresponding to the transistor 304, and a drive transistor 406 corresponding to the drive transistor 306.

また、CDS兼差分演算処理部400は、結合コンデンサ402とドライブトランジスタ406との間に、アンプ410とNchMOSトランジスタ412の縦続回路を有している。さらに、この縦続回路と並列に、NchMOSトランジスタ416とサンプルホールドキャパシタ418の縦続回路を有している。   The CDS / difference calculation processing unit 400 includes a cascade circuit of an amplifier 410 and an Nch MOS transistor 412 between the coupling capacitor 402 and the drive transistor 406. Further, a cascade circuit of an Nch MOS transistor 416 and a sample hold capacitor 418 is provided in parallel with this cascade circuit.

トランジスタ412は、サンプルホールドスイッチとして機能するようになっており、そのドレインはアンプ410の出力に接続され、ソースはドライブトランジスタ406のゲートに接続され、さらにゲートにはアクティブH(ハイ)のサンプルホールドパルスSH2が図示しない第2垂直走査回路14bから供給されるようになっている。   The transistor 412 functions as a sample and hold switch, the drain is connected to the output of the amplifier 410, the source is connected to the gate of the drive transistor 406, and the active H (high) sample and hold is connected to the gate. The pulse SH2 is supplied from a second vertical scanning circuit 14b (not shown).

また、トランジスタ416も、サンプルホールドスイッチとして機能するようになっており、そのドレインはアンプ410の出力に接続され、ソースはサンプルホールドキャパシタ418の一方の端子にノードN3にて接続されている。サンプルホールドキャパシタ418の他方の端子は接地されている。さらにトランジスタ416のゲートにはアクティブH(ハイ)のサンプルホールドパルスSH1が図示しない第2垂直走査回路14bから供給されるようになっている。   The transistor 416 also functions as a sample and hold switch, with its drain connected to the output of the amplifier 410 and its source connected to one terminal of the sample and hold capacitor 418 at the node N3. The other terminal of the sample hold capacitor 418 is grounded. Further, an active H (high) sample hold pulse SH1 is supplied to the gate of the transistor 416 from a second vertical scanning circuit 14b (not shown).

このような構成のCDS兼差分演算処理部400では、差分演算がなされるノードN1とその電位を増幅するアンプ410までは、通常画像生成処理機能とID検出機能の両機能で共用される。   In the CDS / difference calculation processing unit 400 having such a configuration, the node N1 where the difference calculation is performed and the amplifier 410 that amplifies the potential are shared by both the normal image generation processing function and the ID detection function.

また、アンプ410以降は、サンプルホールドスイッチ機能を持つトランジスタ412,416により分岐される。たとえば、サンプルホールドパルスSH2で制御される一方のサンプルホールドスイッチ(トランジスタ412)以降は、第1実施形態と同様に、ID検出機能の処理がなされる。   Further, the amplifier 410 and later are branched by transistors 412 and 416 having a sample and hold switch function. For example, after one sample hold switch (transistor 412) controlled by the sample hold pulse SH2, the process of the ID detection function is performed as in the first embodiment.

一方、サンプルホールドパルスSH1で制御される他方のサンプルホールドスイッチ(トランジスタ416)以降は、画像取得機能用であり、ノードN1にてリファレンスレベルを差し引かれた信号がアンプ410で増幅され、ノードN3に保持される。   On the other hand, after the other sample and hold switch (transistor 416) controlled by the sample and hold pulse SH1, the signal obtained by subtracting the reference level at the node N1 is amplified by the amplifier 410 and applied to the node N3. Retained.

この信号電荷は、近傍に配置された図示しない第1垂直走査回路(画像取得用水平スキャナ)14aによりカラムスイッチS1が順次選択されることにより、水平信号線18に順次転送される。   The signal charges are sequentially transferred to the horizontal signal line 18 by sequentially selecting the column switch S1 by a first vertical scanning circuit (image acquisition horizontal scanner) 14a (not shown) disposed in the vicinity thereof.

この第2実施形態では、第1実施形態と異なり、図示しない第1水平走査回路(画像取得用水平スキャナ)12aと図示した水平信号線18は、ID検出機能用の演算処理部27と同じ側に配置される。   In the second embodiment, unlike the first embodiment, the first horizontal scanning circuit (image acquisition horizontal scanner) 12a (not shown) and the illustrated horizontal signal line 18 are on the same side as the arithmetic processing unit 27 for the ID detection function. Placed in.

<具体的動作;第2実施形態>
図9は、図8に示した第2実施形態の固体撮像装置1における、画像取得機能とID検出機能における画素信号読出しのタイミングを説明するタイミングチャートである。ここで、図9(A)は、画像取得機能の読出動作を示し、図9(B)は、ID検出機能の読出動作を示す。
<Specific Operation; Second Embodiment>
FIG. 9 is a timing chart illustrating pixel signal readout timings in the image acquisition function and the ID detection function in the solid-state imaging device 1 according to the second embodiment illustrated in FIG. Here, FIG. 9A shows the reading operation of the image acquisition function, and FIG. 9B shows the reading operation of the ID detection function.

図4に示した第1実施形態に対し、サンプルホールドスイッチSH2のタイミングが加わる点が異なる。サンプルホールドスイッチSH2は、ID検出機能のタイミングにおいて、転送配線TX(2)により画素内で信号電荷が転送されてから、アナログメモリアレイ部274にデータの書込みが行なわれるまでの期間オンとなる。画像取得機能動作時の選択線SELやその他は、第1実施形態と同様である。   4 differs from the first embodiment shown in FIG. 4 in that the timing of the sample hold switch SH2 is added. The sample hold switch SH2 is turned on for a period from when the signal charge is transferred in the pixel by the transfer wiring TX (2) to when data is written to the analog memory array unit 274 at the timing of the ID detection function. The selection line SEL during the operation of the image acquisition function and others are the same as in the first embodiment.

なお、サンプルホールドパルスSH1は、第1実施形態のサンプルホールドパルスSHと同様であり、サンプルホールドスイッチSH1により信号がサンプルホールドキャパシタ418にサンプルホールドされた後は、ID検出動作と独立して水平信号線18への転送が可能である。   The sample hold pulse SH1 is the same as the sample hold pulse SH in the first embodiment. After the signal is sampled and held in the sample hold capacitor 418 by the sample hold switch SH1, the horizontal signal is independent of the ID detection operation. Transfer to line 18 is possible.

第2実施形態と同様に、先ず、垂直選択パルスSEL(2)により対応する垂直選択用トランジスタ40が選択され、それまで、フローティングディフュージョン38に蓄積されていた電荷による信号電位が垂直信号線19に読み出され、その信号電位を、クランプパルスCLP2のアクティブHをトランジスタ504に供給することで、ノードN1にクランプする。   As in the second embodiment, first, the corresponding vertical selection transistor 40 is selected by the vertical selection pulse SEL (2), and the signal potential due to the charge accumulated in the floating diffusion 38 until then is applied to the vertical signal line 19. The read signal potential is clamped at the node N1 by supplying the active H of the clamp pulse CLP2 to the transistor 504.

なお、この第2実施形態では、画像取得機能とID検出機能の処理の切り分けを明確にするために、サンプルホールドスイッチSH1,SH2を設けているが、この内、サンプルホールドスイッチSH2については無くても問題ない。このときの画素読出タイミングは、第1実施形態と完全に同等で可能となる。   In the second embodiment, the sample hold switches SH1 and SH2 are provided in order to clarify the separation of the processing of the image acquisition function and the ID detection function. Of these, the sample hold switch SH2 is not provided. There is no problem. The pixel readout timing at this time can be completely equivalent to that in the first embodiment.

以上説明したように、第2実施形態の固体撮像装置1によれば、画像取得用のCDS処理機能部と、ID検出用の差分演算処理機能部とを、1つの処理回路で構成するようにしたので、第1実施形態の構成よりもコンパクトで低コストな仕組みにできる。   As described above, according to the solid-state imaging device 1 of the second embodiment, the CDS processing function unit for image acquisition and the difference calculation processing function unit for ID detection are configured by one processing circuit. As a result, a more compact and lower cost structure than the configuration of the first embodiment can be achieved.

<具体的構成;第3実施形態>
図10は、図1に示した固体撮像装置1における1垂直列に着目したカラム処理部26や演算処理部27の具体的な構成例(内部構成)の第3実施形態を示す図である。この第3実施形態も、第1実施形態と同様に、IDカメラの機能を実現する構成となっている。
<Specific Configuration; Third Embodiment>
FIG. 10 is a diagram illustrating a third embodiment of a specific configuration example (internal configuration) of the column processing unit 26 and the arithmetic processing unit 27 focusing on one vertical column in the solid-state imaging device 1 illustrated in FIG. The third embodiment is configured to realize the function of the ID camera as in the first embodiment.

ここで、第3実施形態の固体撮像装置1は、1画素を構成する単位画素3内に、増幅用トランジスタ42とそれを選択する垂直選択用トランジスタ40が2組ずつ存在し、それぞれは別の信号線に接続され、1カラム当たり2本の垂直信号線19a.19bが存在する点に特徴を有する。これらの2つの組は、画像取得用とID検出用で区別される。   Here, in the solid-state imaging device 1 according to the third embodiment, two sets of amplification transistors 42 and two vertical selection transistors 40 for selecting the same exist in the unit pixel 3 constituting one pixel, and each of them is different. Connected to the signal line, two vertical signal lines 19a. It is characterized in that 19b exists. These two sets are distinguished for image acquisition and ID detection.

たとえば、図12において、単位画素3は、フォトダイオードPDなどからなる電荷生成部32、読出選択用トランジスタ34、リセットトランジスタ36、2つの増幅用トランジスタ42a,42b、選択トランジスタ40a,40bより構成されている。増幅用トランジスタ42bや選択トランジスタ40bにより第1画素信号生成部5bが構成され、増幅用トランジスタ42aや選択トランジスタ40aにより第2画素信号生成部5aが構成される。   For example, in FIG. 12, the unit pixel 3 includes a charge generation unit 32 including a photodiode PD, a read selection transistor 34, a reset transistor 36, two amplification transistors 42a and 42b, and selection transistors 40a and 40b. Yes. The amplifying transistor 42b and the selection transistor 40b constitute a first pixel signal generation unit 5b, and the amplification transistor 42a and the selection transistor 40a constitute a second pixel signal generation unit 5a.

光信号により電荷生成部32に蓄積された電荷は、読出選択用トランジスタ34によりフローティングディフュージョン38に転送される。増幅用トランジスタ42a,42bのゲート電極は、ともにフローティングディフュージョン38に接続されており、同じFD電位信号をゲート電極に受ける。   The charge accumulated in the charge generation unit 32 by the optical signal is transferred to the floating diffusion 38 by the read selection transistor 34. The gate electrodes of the amplifying transistors 42a and 42b are both connected to the floating diffusion 38, and receive the same FD potential signal at the gate electrodes.

増幅用トランジスタ42a,42bのソース電極は、それぞれ選択トランジスタ40a,40bに接続されており、さらに垂直選択用トランジスタ40a,40bは、それぞれ垂直信号線19a,19bに接続される。それぞれの増幅用トランジスタ42a,42b、垂直選択用トランジスタ40a,40b、垂直信号線19a,19bの組合せは、画像取得機能とID検出機能で区別して使用され、増幅用トランジスタ42a,垂直選択用トランジスタ40a,垂直信号線19aは画像取得専用に、また増幅用トランジスタ42b,垂直選択用トランジスタ40b,垂直信号線19bは、ID検出専用に用いられる。   The source electrodes of the amplification transistors 42a and 42b are connected to the selection transistors 40a and 40b, respectively, and the vertical selection transistors 40a and 40b are connected to the vertical signal lines 19a and 19b, respectively. The combinations of the amplifying transistors 42a and 42b, the vertical selection transistors 40a and 40b, and the vertical signal lines 19a and 19b are used separately for the image acquisition function and the ID detection function, and the amplification transistor 42a and the vertical selection transistor 40a. The vertical signal line 19a is used exclusively for image acquisition, and the amplifying transistor 42b, the vertical selection transistor 40b, and the vertical signal line 19b are used exclusively for ID detection.

また、垂直信号線19としては、垂直信号線19a,19bの2本用意されているので、負荷トランジスタ部29も、定電流源となる負荷MOSトランジスタとして、2本の垂直信号線19a,19bのそれぞれに用意される(負荷MOSトランジスタ290a,290b)。   Further, since two vertical signal lines 19a and 19b are prepared as the vertical signal line 19, the load transistor section 29 is also a load MOS transistor serving as a constant current source, and the two vertical signal lines 19a and 19b. Prepared for each (load MOS transistors 290a and 290b).

垂直信号線19aに読み出される信号は全カラム同時に画素部10の上方に読み出され、CDS処理部26aにて、画素ごとの固定パターンノイズなどが除去され、画素部10の外部に信号が出力される。   Signals read to the vertical signal line 19a are simultaneously read above the pixel unit 10 for all columns, and fixed pattern noise for each pixel is removed by the CDS processing unit 26a, and a signal is output to the outside of the pixel unit 10. The

一方、ID検出信号は、垂直信号線19bに沿って画素部10の下方に読み出され、演算処理部27の差分演算部272、アナログメモリアレイ部274、コンパレータ部276などを通して、前フレームとの比較処理がなされ、LED点滅(ビーコン)のエッジが検出される。   On the other hand, the ID detection signal is read below the pixel unit 10 along the vertical signal line 19b, and is transmitted to the previous frame through the difference calculation unit 272, the analog memory array unit 274, the comparator unit 276, and the like of the calculation processing unit 27. Comparison processing is performed, and the edge of LED blinking (beacon) is detected.

<具体的動作;第3実施形態>
図11は、図10に示した第3実施形態の固体撮像装置1における、画像取得機能とID検出機能における画素信号読出しのタイミングを説明するタイミングチャートである。ここで、図11(A)は、画像取得機能の読出動作を示し、図11(B)は、ID検出機能の読出動作を示す。V掃引期間やH掃引期間の走査タイミングは、図4に示した第1実施形態と同様である。
<Specific Operation; Third Embodiment>
FIG. 11 is a timing chart illustrating pixel signal readout timings in the image acquisition function and the ID detection function in the solid-state imaging device 1 according to the third embodiment illustrated in FIG. Here, FIG. 11A shows the reading operation of the image acquisition function, and FIG. 11B shows the reading operation of the ID detection function. The scanning timing in the V sweep period and the H sweep period is the same as that in the first embodiment shown in FIG.

画像取得用の垂直(V)掃引はVsync_image信号により画像取得用垂直スキャナが掃引を開始し、1/30secで1フレームの読み出しが完了する(以下画像取得動作時のフレームを1画像フレームと呼ぶ)。各行の読み出しは、水平(H)掃引トリガ信号Hsync_imageにより開始し、1H期間は64μsである。   In the vertical (V) sweep for image acquisition, the vertical scanner for image acquisition starts sweeping by the Vsync_image signal, and reading of one frame is completed in 1/30 sec (hereinafter, the frame during the image acquisition operation is referred to as one image frame). . Reading of each row is started by a horizontal (H) sweep trigger signal Hsync_image, and the 1H period is 64 μs.

1H期間はブランキング期間と水平転送期間に区別され、ブランキング期間中に画素からの信号が行一括で読み出され、カラム端においてCDS処理部26aによる処理の後サンプルホールドされる。サンプルホールドされたデータはその後、水平方向に順次カラムスイッチS1がオンし、読み出しがなされる。   The 1H period is divided into a blanking period and a horizontal transfer period. During the blanking period, signals from the pixels are read out in a row and sample-held at the column end after processing by the CDS processing unit 26a. Thereafter, the column-switched data S1 is sequentially turned on in the horizontal direction to read the sampled and held data.

ここで、画素部10内の読出し動作は、先ず、垂直選択パルスSEL(1)により特定の行が選択され、対応する垂直選択用トランジスタ40がオンとなる。そして、転送制御パルスTX(1)により電荷生成部32中の電荷をフローティングディフュージョン38に読み出し、増幅用トランジスタ42により増幅された信号を垂直信号線19aに供給する。   Here, in the reading operation in the pixel unit 10, first, a specific row is selected by the vertical selection pulse SEL (1), and the corresponding vertical selection transistor 40 is turned on. Then, the charge in the charge generator 32 is read to the floating diffusion 38 by the transfer control pulse TX (1), and the signal amplified by the amplifying transistor 42 is supplied to the vertical signal line 19a.

この信号電位は、カラム端に配置されたCDS処理部26aにおいてクランプパルスCLP1によりクランプされる。次に、リセットパルスRST(1)によりフローティングディフュージョン38をリセットし、そのリセット信号電位を同様にCDS処理部26aに読み出す。   This signal potential is clamped by the clamp pulse CLP1 in the CDS processing unit 26a arranged at the column end. Next, the floating diffusion 38 is reset by the reset pulse RST (1), and the reset signal potential is similarly read to the CDS processing unit 26a.

CDS処理部26aは、このリセット電位と先の信号電位を差し引くことで固定パターンノイズが除去された信号電位を生成し、さらに、画素ごとの固定パターンノイズが除去された信号電位を、サンプルホールドパルスSHによりサンプルホールドする。   The CDS processing unit 26a generates a signal potential from which fixed pattern noise has been removed by subtracting the reset potential and the previous signal potential, and further uses the signal potential from which fixed pattern noise has been removed for each pixel as a sample hold pulse. Sample hold by SH.

次に、図13(B)を参照して、ID検出の走査を説明する。ID検出機能のV掃引はVsync_ID信号により第2垂直走査回路(ID検出用垂直スキャナ)14bが掃引を開始し、1V期間はおよそ512μsecであり、約2kfpsである(以下、ID検出機能のフレームを1IDフレームと呼ぶ)。各行の読み出しは、まず、垂直選択パルスSEL(2)により、垂直選択用トランジスタ40が選択され、その時点で既に蓄積されている電荷によって決まるFD電位に対応した信号が垂直信号線19bに読み出される。   Next, ID detection scanning will be described with reference to FIG. In the ID detection function V sweep, the second vertical scanning circuit (ID detection vertical scanner) 14b starts sweeping by the Vsync_ID signal, and the 1V period is about 512 μsec, which is about 2 kfps (hereinafter, the ID detection function frame 1 ID frame). For reading out each row, first, the vertical selection transistor 40 is selected by the vertical selection pulse SEL (2), and a signal corresponding to the FD potential determined by the electric charge already accumulated at that time is read out to the vertical signal line 19b. .

このFD電位は前のIDフレーム走査時に転送された信号電荷による電位か、もしくは画像取得機能の読出し走査によりリセットされたリセット電位に対応するものである。これによる垂直信号線19bの信号電位は画素部10の図中下方側の差分演算部272のクランプパルスCLP2によってノードN1にクランプされる。   This FD potential corresponds to the potential due to the signal charge transferred during the previous ID frame scan or the reset potential reset by the readout scan of the image acquisition function. Thus, the signal potential of the vertical signal line 19b is clamped to the node N1 by the clamp pulse CLP2 of the difference calculation unit 272 on the lower side of the pixel unit 10 in the drawing.

次に、転送制御パルスTXによって、電荷生成部32の電荷がフローティングディフュージョン38に読み出される。このとき、転送制御パルスTX印加前の電荷はフローティングディフュージョン38に残ったままであるので、転送制御パルスTX(2)印加により読み出される電荷は前の電荷に足し加えられることになり、FD電位も同時に前の信号と転送による信号との加算となる。   Next, the charge of the charge generator 32 is read out to the floating diffusion 38 by the transfer control pulse TX. At this time, since the charge before application of the transfer control pulse TX remains in the floating diffusion 38, the charge read out by applying the transfer control pulse TX (2) is added to the previous charge, and the FD potential is also simultaneously. This is the addition of the previous signal and the signal from the transfer.

この加算信号は垂直信号線19bに読み出される。ここで、差分演算部272は転送前の信号電位でクランプされているので、ノードN1では転送前後の信号の差分に相当する電位が現れる。これにより、単位画素3内のリセット動作なしで、1IDフレーム期間に蓄積される信号電位を抽出することが可能となる。   This addition signal is read out to the vertical signal line 19b. Here, since the difference calculation unit 272 is clamped at the signal potential before the transfer, a potential corresponding to the difference between the signals before and after the transfer appears at the node N1. Thereby, it is possible to extract the signal potential accumulated in one ID frame period without the reset operation in the unit pixel 3.

ノードN1は、負荷MOSトランジスタ290のゲートに繋がり、カレントコピアセル320,340で構成されたアナログメモリアレイ部274から電流を引く。アナログメモリアレイ部274は、1画素当たり2つのセル(2フレーム分;カレントコピアセル320,340)が設定されており、対応するカレントコピアセル320,340が選択され、書き込みがなされる。   Node N1 is connected to the gate of load MOS transistor 290 and draws current from analog memory array section 274 formed of current copier cells 320 and 340. In the analog memory array section 274, two cells (for two frames; current copier cells 320 and 340) are set per pixel, and the corresponding current copier cells 320 and 340 are selected and written.

以後第1実施形態と同様に、前フレームのデータと現フレームのデータがそれぞれのカレントコピアセル320,340から順次読み出され、下方のコンパレータ部276にて大小の比較がされる。   Thereafter, as in the first embodiment, the data of the previous frame and the data of the current frame are sequentially read out from the current copier cells 320 and 340 and compared in magnitude by the lower comparator unit 276.

この結果は、バイナリデータとしてカラムごとにデータラッチ部278でラッチされ、データ出力バス279よりセンサ外部に読み出される。これにより、ID検出機能において、LED点滅のエッジ検出が可能となる。   The result is latched as binary data by the data latch unit 278 for each column and read out from the sensor via the data output bus 279. Thereby, in the ID detection function, LED blinking edge detection can be performed.

以上の画像取得機能の動作とID検出機能の動作は、第1実施形態と同様に独立した走査として同時に行なうことが可能である。また、画像取得走査とID検出走査のライン走査(Vスキャン走査)の関係も図5と同様になる。   The operation of the image acquisition function and the operation of the ID detection function can be performed simultaneously as independent scanning as in the first embodiment. Further, the relationship between the image acquisition scan and the ID detection scan line scan (V scan scan) is the same as in FIG.

ただし、この第3実施形態では、画像取得用とID検出用で垂直信号線19a,19bの2本を用意することにより、タイミング設定のフレキシビリティーを上げることができる。つまり、第1実施形態では、同じ信号線19を両機能で共有していたために、画像取得時のライン選択(SEL(1))とID検出用のライン選択(SEL(2))のタイミングをずらす必要があった。これに対して、第3実施形態では、図13に示すように、転送制御パルスTXの立上りタイミングのみを同時に設定しておけば、両者のタイミングをずらす必要がなくなる。つまり、画像取得の読出し動作を垂直選択パルスSEL(2)のタイミングに制約されることなく、Th時間内で設定することが可能である。   However, in the third embodiment, the timing setting flexibility can be increased by preparing two vertical signal lines 19a and 19b for image acquisition and ID detection. That is, in the first embodiment, since the same signal line 19 is shared by both functions, the timing of line selection (SEL (1)) at the time of image acquisition and line selection for ID detection (SEL (2)) is set. It was necessary to shift. On the other hand, in the third embodiment, as shown in FIG. 13, if only the rising timing of the transfer control pulse TX is set at the same time, it is not necessary to shift both timings. That is, it is possible to set the readout operation for image acquisition within the Th time without being restricted by the timing of the vertical selection pulse SEL (2).

なお、第3実施形態を用いて、第1実施形態と同様に、垂直選択パルスSEL1,SEL2のタイミングをずらして走査するタイミングの設定も可能である。   Note that, using the third embodiment, similarly to the first embodiment, it is possible to set the scanning timing by shifting the timings of the vertical selection pulses SEL1 and SEL2.

また、第1実施形態と異なり、第3実施形態では、垂直信号線19としては、垂直信号線19a,19bの2本用意されているので、定電流源となる負荷MOSトランジスタ290も、2本の垂直信号線19a,19bのそれぞれに用意される(29a1,29a2)。よって、これらの定電流値、タイミングの設定は、図13中、VL1、VL2に示すように、それぞれの機能に対して、自由に設定することが可能である。   Further, unlike the first embodiment, in the third embodiment, two vertical signal lines 19a and 19b are prepared as the vertical signal line 19, so that two load MOS transistors 290 serving as constant current sources are also provided. The vertical signal lines 19a and 19b are respectively prepared (29a1 and 29a2). Therefore, the constant current value and timing can be freely set for each function as indicated by VL1 and VL2 in FIG.

<具体的構成;第4実施形態>
図12は、図1に示した固体撮像装置1における1垂直列に着目したカラム処理部26や演算処理部27の具体的な構成例(内部構成)の第4実施形態を示す図である。この第4実施形態も、第1実施形態と同様に、IDカメラの機能を実現する構成となっている。
<Specific Configuration; Fourth Embodiment>
FIG. 12 is a diagram illustrating a fourth embodiment of a specific configuration example (internal configuration) of the column processing unit 26 and the arithmetic processing unit 27 focusing on one vertical column in the solid-state imaging device 1 illustrated in FIG. 1. As in the first embodiment, the fourth embodiment is configured to realize the function of the ID camera.

ここで、第4実施形態の固体撮像装置1は、2つのフローティングディフュージョンノードを備えるようにしている点に特徴を有する。たとえば、第1実施形態の構成に対して、転送トランジスタ(第1の転送部)35を読出選択用トランジスタ34とリセットトランジスタ36との間に追加している。転送トランジスタ35によって分離形成される2つのフローティングノードを、それぞれフローティングディフュージョン38a、38b(読出選択用トランジスタ34側がフローティングディフュージョン38b)とする。   Here, the solid-state imaging device 1 according to the fourth embodiment is characterized in that it includes two floating diffusion nodes. For example, a transfer transistor (first transfer unit) 35 is added between the read selection transistor 34 and the reset transistor 36 in the configuration of the first embodiment. The two floating nodes separated and formed by the transfer transistor 35 are defined as floating diffusions 38a and 38b (the reading selection transistor 34 side is the floating diffusion 38b), respectively.

そして、画像取得機能に用いられる増幅用トランジスタ42aのゲートは、フローティングディフュージョン38aに接続され、ID検出機能に用いられる増幅用トランジスタ42aのゲートはフローティングディフュージョン38bに接続される。リセットトランジスタ36のソースはフローティングディフュージョン38aにのみ接続される。   The gate of the amplification transistor 42a used for the image acquisition function is connected to the floating diffusion 38a, and the gate of the amplification transistor 42a used for the ID detection function is connected to the floating diffusion 38b. The source of the reset transistor 36 is connected only to the floating diffusion 38a.

リセットトランジスタ36のソースは、2つのフローティングディフュージョン38a,38bのうち、フローティングディフュージョン38aにのみ接続される。   The source of the reset transistor 36 is connected only to the floating diffusion 38a of the two floating diffusions 38a and 38b.

また、図14の画素構成として、フローティングディフュージョン38bからフローティングディフュージョン38aへの電荷転送は転送トランジスタ35の選択により、全電荷完全に行なわれるものとする。   Further, in the pixel configuration of FIG. 14, it is assumed that the charge transfer from the floating diffusion 38 b to the floating diffusion 38 a is completely performed by selecting the transfer transistor 35.

<具体的動作;第4実施形態>
図13は、図12に示した第4実施形態の固体撮像装置1における、画像取得機能とID検出機能における画素信号読出しのタイミングを説明するタイミングチャートである。ここで、図13(A)は、画像取得機能の読出動作を示し、図13(B)は、ID検出機能の読出動作を示す。
<Specific Operation; Fourth Embodiment>
FIG. 13 is a timing chart illustrating pixel signal readout timings in the image acquisition function and the ID detection function in the solid-state imaging device 1 according to the fourth embodiment illustrated in FIG. Here, FIG. 13A shows the reading operation of the image acquisition function, and FIG. 13B shows the reading operation of the ID detection function.

V掃引期間やH掃引期間の走査タイミングは、図4に示した第1実施形態と同等で可能である。しかしながら、この第4実施形態の構成にすることにより、さらにフレキシブルなタイミング設定が可能となる。   The scanning timing in the V sweep period and the H sweep period can be equivalent to that in the first embodiment shown in FIG. However, the configuration of the fourth embodiment enables more flexible timing setting.

具体的には、画像取得走査が第1実施形態とは異なる。たとえば、ID検出動作では、電荷の転送を電荷生成部32からフローティングディフュージョン38bまでで行ない、フローティングディフュージョン38bの電位を増幅用トランジスタ42bで受けて垂直信号線19bに信号を伝達する。   Specifically, image acquisition scanning is different from that of the first embodiment. For example, in the ID detection operation, charge transfer is performed from the charge generation unit 32 to the floating diffusion 38b, and the potential of the floating diffusion 38b is received by the amplifying transistor 42b to transmit a signal to the vertical signal line 19b.

一方、画像取得走査では、画像フレームの蓄積期間においてフローティングディフュージョン38bに転送されている電荷を転送トランジスタ35によりフローティングディフュージョン38aへ転送する。そして、そのフローティングディフュージョン38aの電位を増幅用トランジスタ42aで受けて垂直信号線19aに信号を伝達する。   On the other hand, in the image acquisition scanning, the charge transferred to the floating diffusion 38b during the image frame accumulation period is transferred to the floating diffusion 38a by the transfer transistor 35. The potential of the floating diffusion 38a is received by the amplifying transistor 42a, and a signal is transmitted to the vertical signal line 19a.

このように、第4実施形態においては、第1実施形態の構成におけるフローティングディフュージョン38の部分に、このフローティングディフュージョン38を2分割するように転送トランジスタ35を設けることにより、画像取得機能とID検出機能で電位をセンスするノードが異なるようにする。   Thus, in the fourth embodiment, an image acquisition function and an ID detection function are provided by providing the transfer transistor 35 so as to divide the floating diffusion 38 into two portions in the floating diffusion 38 in the configuration of the first embodiment. The nodes that sense the potential are made different.

単位画素3内の走査において、ID検出用の走査は第1実施形態と同様である。一方、画像取得用走査では、第1実施形態と同様に、ID検出機能の垂直選択パルスSEL(2)が立ち下がってから垂直選択パルスSEL(1)の立ち上げを行なう。そして、先ずリセットパルスRSTによりフローティングディフュージョン38aのノードをリセットし、そのときの垂直信号線19aの電位をCDS処理部26aにてクランプする。次に転送制御パルスTX2によりフローティングディフュージョン38bの電荷をフローティングディフュージョン38aに転送する。そして、そのときの信号電位によりCDS処理部26aにてリセットレベルとの差分がとられ、画像信号として出力される。   In scanning within the unit pixel 3, scanning for ID detection is the same as in the first embodiment. On the other hand, in the image acquisition scan, as in the first embodiment, the vertical selection pulse SEL (1) is raised after the vertical selection pulse SEL (2) of the ID detection function falls. First, the node of the floating diffusion 38a is reset by the reset pulse RST, and the potential of the vertical signal line 19a at that time is clamped by the CDS processing unit 26a. Next, the charge of the floating diffusion 38b is transferred to the floating diffusion 38a by the transfer control pulse TX2. Then, a difference from the reset level is obtained by the CDS processing unit 26a based on the signal potential at that time, and is output as an image signal.

ここで、第4実施形態の構成では、一旦フローティングディフュージョン38bからフローティングディフュージョン38aに電荷転送を行なうとID検出走査と画像取得走査は独立して行なうことが可能である。   Here, in the configuration of the fourth embodiment, once charge transfer is performed from the floating diffusion 38b to the floating diffusion 38a, ID detection scanning and image acquisition scanning can be performed independently.

よって、画像取得走査のタイミングはID検出走査に制限されることなく自由な設定が可能となる。第1実施形態では、垂直選択パルスSEL(2)の立ち下がりをID検出の1H期間内(Th)に終了させる必要があったが、第4実施形態では、その必要はなくなる。   Therefore, the timing of image acquisition scanning can be freely set without being limited to ID detection scanning. In the first embodiment, the falling of the vertical selection pulse SEL (2) needs to be terminated within the ID detection 1H period (Th), but in the fourth embodiment, this is not necessary.

なお、フローティングディフュージョン38bのリセットのタイミングは、上述した通り、転送制御パルスTX2による電荷転送前でなくとも、第1実施形態と同様に、電荷転送後に行なう設定も可能である。   As described above, the reset timing of the floating diffusion 38b can be set after the charge transfer as in the first embodiment, even before the charge transfer by the transfer control pulse TX2.

<具体的動作;第4実施形態の変形例>
図14は、図12に示した第4実施形態の固体撮像装置1における、画像取得機能とID検出機能の変形例を説明するタイミングチャートである。基本的な動作は図13に示したものと同様であるが、画像取得用の転送選択線TX1の駆動タイミングに若干の違いがある。
<Specific Operation; Modification of Fourth Embodiment>
FIG. 14 is a timing chart for explaining a modification of the image acquisition function and the ID detection function in the solid-state imaging device 1 of the fourth embodiment shown in FIG. The basic operation is the same as that shown in FIG. 13, but there is a slight difference in the drive timing of the transfer selection line TX1 for image acquisition.

具体的には、この変形例は、画像取得用の転送選択線TX1を1H期間ごとに選択するのではなく、転送トランジスタ35を制御することで、低速フレームレート走査機能の垂直ブランキング期間中に、全ライン同時に選択し、信号電荷をフローティングディフュージョン38bからフローティングディフュージョン38aに全ライン一斉に転送する。   Specifically, in this modification, the transfer selection line TX1 for image acquisition is not selected every 1H period, but by controlling the transfer transistor 35, during the vertical blanking period of the low-speed frame rate scanning function. All lines are selected simultaneously, and signal charges are transferred from the floating diffusion 38b to the floating diffusion 38a all at once.

そして、各H期間の走査では転送制御パルスTX1の選択は行なわずに、垂直選択パルスSEL(1)を選択した時点で、フローティングディフュージョン38aの信号電荷を垂直信号線19aに読み出すようにする。   In the scanning of each H period, the transfer control pulse TX1 is not selected, and the signal charge of the floating diffusion 38a is read out to the vertical signal line 19a when the vertical selection pulse SEL (1) is selected.

このようにすると、画素ごとに、電荷生成部32と画素信号生成部5をなす増幅用トランジスタ42などとの間に電荷蓄積部としてのフローティングディフュージョン38aを設け、全画素を同時に露光した後、電荷生成部32にて生成された信号電荷を同時にフローティングディフュージョン38aに転送させる構造のものとなる。   In this way, for each pixel, the floating diffusion 38a as a charge storage unit is provided between the charge generation unit 32 and the amplification transistor 42 forming the pixel signal generation unit 5, and after all the pixels are exposed simultaneously, The signal charge generated by the generator 32 is transferred to the floating diffusion 38a at the same time.

各ラインにおいて、フローティングディフュージョン38bからフローティングディフュージョン38aへの電荷転送が同時刻となるために、同時シャッター機能、いわゆるグローバルシャッター動作が可能となる。ここで、グローバルシャッター動作とは、電子シャッタ動作を行なったときの各画素の露光蓄積時間が一定となるようにする(同時刻露光する)機能である。   In each line, charge transfer from the floating diffusion 38b to the floating diffusion 38a is performed at the same time, so that a simultaneous shutter function, so-called global shutter operation, is possible. Here, the global shutter operation is a function that makes the exposure accumulation time of each pixel constant when the electronic shutter operation is performed (exposure at the same time).

つまり、図13のタイミングでは、各ラインの電荷転送は各ラインの選択時に行なわれるため、フローティングディフュージョン38bでの電荷蓄積期間の時刻が各ラインによって異なってしまう。このようなシャッタ動作は、フォーカルプレインシャッターと呼ばれる。これは、ラインの上下方向で蓄積時刻が異なることを意味し、動いているものを撮影するときなど、画像に歪みが生じてしまう。このようなことは、CMOSセンサ特有の問題として知られていることと同じである。これに対して、第4実施形態の変形例によれば、図14のような設定とすることにより、このような現象を回避することが可能となる。   That is, at the timing of FIG. 13, charge transfer of each line is performed when each line is selected, and therefore the time of the charge accumulation period in the floating diffusion 38b differs depending on each line. Such a shutter operation is called a focal plane shutter. This means that the accumulation time differs in the vertical direction of the line, and the image is distorted when shooting moving objects. This is the same as a known problem specific to CMOS sensors. On the other hand, according to the modification of the fourth embodiment, such a phenomenon can be avoided by setting as shown in FIG.

以上説明したように、第4実施形態(その変形例を含む)の固体撮像装置1によれば、2つのフローティングディフュージョンノードを備えるように単位画素3の構成を変形したので、画像取得走査のタイミングをID検出走査に制限されることなく自由に設定でき、第1実施形態の構成よりも使い勝手がよくなる。   As described above, according to the solid-state imaging device 1 of the fourth embodiment (including modifications thereof), the configuration of the unit pixel 3 is modified to include two floating diffusion nodes, and therefore the timing of image acquisition scanning. Can be freely set without being limited to ID detection scanning, and is more convenient than the configuration of the first embodiment.

なお第1〜第4実施形態(各変形例を含む)において、説明を簡略化するために、1つの電荷生成部32(フォトダイオードなど)について、1組の画素内トランジスタの組合せを対応させたが、第1実施形態の纏めでも述べたように、複数の電荷生成部32(フォトダイオードなど)で1組の画素内トランジスタの組合せを対応させてもよい。このような構成は、1つ当たりの実効的な画素サイズを縮小させるときなどに有効な手段となる。   In the first to fourth embodiments (including the respective modifications), in order to simplify the description, one charge generation unit 32 (such as a photodiode) is associated with one set of in-pixel transistors. However, as described in the summary of the first embodiment, a plurality of charge generation units 32 (such as photodiodes) may correspond to a combination of one set of in-pixel transistors. Such a configuration is an effective means for reducing the effective pixel size per pixel.

また、イメージセンサより出力される信号データは、画像取得機能、ID検出機能ともに、画素ごとであることを前提としているが、これは、画素内、または信号線などにおいて、近傍の画素信号を加算して信号処理、出力することも可能である。   The signal data output from the image sensor is based on the premise that the image acquisition function and the ID detection function are for each pixel, but this is based on the addition of nearby pixel signals within the pixel or signal line. It is also possible to perform signal processing and output.

また、その時の加算の有無、加算する画素数は、画像取得機能、ID検出機能で異なってもよい。このような手段は、実効的に総画素数を減らすことになり、より高速なフレーム走査などを行なうときなどに有効となる。さらにID検出機能の場合は、各画素上に配置されているカラーフィルタの違いを補償するために、カラーフィルタマトリックスの単位構成画素で加算するなどの手段が考えられる。   Further, the presence / absence of addition and the number of pixels to be added at that time may differ depending on the image acquisition function and the ID detection function. Such means effectively reduces the total number of pixels, and is effective when performing faster frame scanning or the like. Further, in the case of the ID detection function, means such as addition at the unit constituent pixels of the color filter matrix can be considered in order to compensate for the difference between the color filters arranged on each pixel.

また、第1〜第4実施形態(各変形例を含む)において、ID検出機能の差分演算以降の処理はセンサ内で行なうことを前提としているが、画素内構成とその走査方法のみの特徴部分(すなわち画素信号の読出処理用の独立した駆動制御)に着目すれば、画素から読み出されたID検出用の信号を高速でセンサ外部に読み出し、差分演算以降の処理をセンサ外部のプロセッサにて実効する構成も可能である。   In the first to fourth embodiments (including each modification), it is assumed that the processing after the difference calculation of the ID detection function is performed in the sensor. Focusing on (that is, independent drive control for pixel signal readout processing), the ID detection signal read from the pixel is read out to the sensor at high speed, and the processing after the difference calculation is performed by a processor outside the sensor. An effective configuration is also possible.

また、第1〜第4実施形態(各変形例を含む)において示した走査のタイミングは一例であり、画素内構成とその走査方法のみの特徴部分(すなわち画素信号の読出処理用の独立した駆動制御)の本質を失わない範囲で、様々なタイミング設定のバリエーションが考えられる。   In addition, the scanning timing shown in the first to fourth embodiments (including the respective modifications) is an example, and only the characteristic part of the internal configuration of the pixel and the scanning method (that is, independent driving for pixel signal readout processing) Various timing setting variations are conceivable as long as the essence of the control is not lost.

また、第1〜第4実施形態(各変形例を含む)において、ID検出機能は高速で変化する光の変化タイミングを検出するものであり、これと同じ動作により、撮影する被写体の動き検出に用いることができる。   In the first to fourth embodiments (including each modification), the ID detection function detects a change timing of light that changes at high speed, and the same operation as this detects motion of a subject to be photographed. Can be used.

<具体的構成;第5実施形態>
図15は、固体撮像装置1における1垂直列に着目したカラム処理部の具体的な構成例(内部構成)の第5実施形態を示す図である。この第5実施形態は、第1〜第4実施形態との構成と同様に、2つの垂直走査回路(垂直スキャナ)14a,14bを異なるスピードで走査するものであるが、それらの走査により出力される信号を、それぞれ、高フレームレート、低フレームレート走査による画像信号とし、これらの複数の信号により、ダイナミックレンジを拡張した画像を得るようにした点に特徴を有する。
<Specific Configuration; Fifth Embodiment>
FIG. 15 is a diagram illustrating a fifth exemplary embodiment of a specific configuration example (internal configuration) of the column processing unit focusing on one vertical column in the solid-state imaging device 1. In the fifth embodiment, the two vertical scanning circuits (vertical scanners) 14a and 14b are scanned at different speeds in the same manner as in the first to fourth embodiments. Each of the signals is an image signal obtained by scanning at a high frame rate and a low frame rate, and an image having an extended dynamic range is obtained by the plurality of signals.

すなわち、第1〜第4実施形態(各変形例を含む)のID検出機能において、最初の差分演算処理された信号は、高速なフレーム走査により得られた自然画像の情報に相当するものである。つまり、この信号をセンサ外部に出力するような構成にした場合、センサからは、低速フレーム走査による自然画像の信号と、高速フレーム走査による自然画像の信号が同時に出力されることになる。一般に、異なる蓄積時間による信号が同時に得られる場合、これらのデータから高ダイナミックレンジの画像を構成することができる。よって、本センサの構成により、電荷蓄積時間の異なる2種の信号の演算処理により、高ダイナミックレンジ画像の取得が可能となる。   That is, in the ID detection function of the first to fourth embodiments (including the respective modifications), the signal subjected to the first difference calculation process corresponds to information on a natural image obtained by high-speed frame scanning. . That is, when this signal is configured to be output to the outside of the sensor, a natural image signal by low-speed frame scanning and a natural image signal by high-speed frame scanning are simultaneously output from the sensor. In general, when signals with different accumulation times are obtained simultaneously, an image with a high dynamic range can be constructed from these data. Therefore, according to the configuration of this sensor, it is possible to acquire a high dynamic range image by calculating two types of signals having different charge accumulation times.

たとえば、第5実施形態の固体撮像装置1は、第2実施形態の構成と同様に、CDS兼差分演算処理部500を、第1のフレームレートで動作するカラム処理部260aと第2のフレームレートで動作するカラム処理部260bといったサンプルホールド機能を持つ2種の信号処理部で共有する構成を採る。   For example, in the solid-state imaging device 1 of the fifth embodiment, similarly to the configuration of the second embodiment, the CDS / difference calculation processing unit 500 includes a column processing unit 260a that operates at the first frame rate and a second frame rate. The configuration is shared by two types of signal processing units having a sample and hold function, such as the column processing unit 260b operating in the above.

たとえば、CDS兼差分演算処理部500は、第2実施形態の結合コンデンサ402に対応する結合コンデンサ502と、トランジスタ404に対応するトランジスタ504と、アンプ410に対応するアンプ510と、トランジスタ416に対応するトランジスタ516と、サンプルホールドキャパシタ418に対応するサンプルホールドキャパシタ518とを有する。これらによって、カラム処理部260aが構成される。   For example, the CDS / difference calculation processing unit 500 corresponds to the coupling capacitor 502 corresponding to the coupling capacitor 402 of the second embodiment, the transistor 504 corresponding to the transistor 404, the amplifier 510 corresponding to the amplifier 410, and the transistor 416. A transistor 516 and a sample and hold capacitor 518 corresponding to the sample and hold capacitor 418 are included. These constitute the column processing unit 260a.

さらに、CDS兼差分演算処理部500は、トランジスタ516とサンプルホールドキャパシタ518との縦続回路と並列に、トランジスタ516に対応するトランジスタ512と、サンプルホールドキャパシタ518に対応するサンプルホールドキャパシタ514の縦続回路を有している。結合コンデンサ502と、トランジスタ504と、アンプ410とがカラム処理部260aと兼用され、かつトランジスタ512とサンプルホールドキャパシタ514とでカラム処理部260bが構成される。   Further, the CDS / difference calculation processing unit 500 includes a transistor 512 corresponding to the transistor 516 and a sample-and-hold capacitor 514 corresponding to the sample-and-hold capacitor 518 in parallel with the cascade circuit of the transistor 516 and the sample-and-hold capacitor 518. Have. The coupling capacitor 502, the transistor 504, and the amplifier 410 are also used as the column processing unit 260a, and the transistor 512 and the sample hold capacitor 514 constitute the column processing unit 260b.

トランジスタ512も、サンプルホールドスイッチとして機能するようになっており、そのドレインはアンプ510の出力に接続され、ソースはサンプルホールドキャパシタ514の一方の端子にノードN2にて接続されている。サンプルホールドキャパシタ514の他方の端子は接地されている。さらにトランジスタ512のゲートにはアクティブH(ハイ)のサンプルホールドパルスSH2が図示しない第2垂直走査回路14bから供給されるようになっている。   The transistor 512 also functions as a sample and hold switch, and has a drain connected to the output of the amplifier 510 and a source connected to one terminal of the sample and hold capacitor 514 at the node N2. The other terminal of the sample hold capacitor 514 is grounded. Further, an active H (high) sample hold pulse SH2 is supplied to the gate of the transistor 512 from a second vertical scanning circuit 14b (not shown).

また、この第5実施形態では、第2実施形態と同様に、図示しない第1水平走査回路(画像取得用水平スキャナ)12aと図示した水平信号線18aは、第2のフレームレートで動作するカラム処理部260bと同じ側に配置される。   In the fifth embodiment, as in the second embodiment, a first horizontal scanning circuit (image acquisition horizontal scanner) 12a (not shown) and a horizontal signal line 18a (not shown) are connected to a column operating at the second frame rate. It is arranged on the same side as the processing unit 260b.

このような構成のCDS兼差分演算処理部500では、第2実施形態に準じて、差分演算がなされるノードN1とその電位を増幅するアンプ510までは、第1のフレームレートでの通常画像生成処理機能と第2のフレームレートでの通常画像生成処理機能の両機能で共用される。   In the CDS / difference calculation processing unit 500 having such a configuration, the normal image generation at the first frame rate is performed up to the node N1 where the difference calculation is performed and the amplifier 510 that amplifies the potential according to the second embodiment. This is shared by both the processing function and the normal image generation processing function at the second frame rate.

また、アンプ510以降は、サンプルホールドスイッチ機能を持つ512,516により分岐される。たとえば、サンプルホールドパルスSH1で制御される一方のサンプルホールドスイッチ(トランジスタ516)以降は、画像取得機能用であるが、ここでは第1のフレームレートでの通常画像生成処理機能の処理がなされる。   Further, the amplifier 510 and later are branched by 512 and 516 having a sample hold switch function. For example, the one sample hold switch (transistor 516) and subsequent ones controlled by the sample hold pulse SH1 are for the image acquisition function, but here, the normal image generation processing function is processed at the first frame rate.

たとえば、ノードN1にてリファレンスレベルを差し引かれた信号がアンプ510で増幅され、ノードN3に保持される。この第1のフレームレートで取得された信号電荷は、近傍に配置された図示しない第1垂直走査回路(画像取得用水平スキャナ)14aによりカラムスイッチS1が順次選択されることにより、第1水平信号線18aに画像出力1として順次転送される。   For example, a signal obtained by subtracting the reference level at the node N1 is amplified by the amplifier 510 and held at the node N3. The signal charge acquired at the first frame rate is converted into the first horizontal signal by sequentially selecting the column switch S1 by a first vertical scanning circuit (image acquisition horizontal scanner) 14a (not shown) arranged in the vicinity. The image output 1 is sequentially transferred to the line 18a.

一方、サンプルホールドパルスSH2で制御される他方のサンプルホールドスイッチ(トランジスタ412)以降も、画像取得機能用であるが、ここでは第2のフレームレートでの通常画像生成処理機能の処理がなされる。たとえば、ノードN1にてリファレンスレベルを差し引かれた信号がアンプ510で増幅され、ノードN2に保持される。この第2のフレームレートで取得された信号電荷は、近傍に配置された図示しない第2垂直走査回路(画像取得用水平スキャナ)14bによりスイッチS2が順次選択されることにより、第2水平信号線18bに画像出力2として順次転送される。   On the other hand, the other sample hold switch (transistor 412) controlled by the sample hold pulse SH2 is also used for the image acquisition function, but here, the normal image generation processing function at the second frame rate is performed. For example, a signal obtained by subtracting the reference level at the node N1 is amplified by the amplifier 510 and held at the node N2. The signal charges acquired at the second frame rate are sequentially selected by a switch S2 by a second vertical scanning circuit (image acquisition horizontal scanner) 14b (not shown) disposed in the vicinity, whereby the second horizontal signal line. The images are sequentially transferred as image output 2 to 18b.

つまり、この第5実施形態では、CDS兼差分演算処理部500は、ノードN1にクランプされた信号を、アンプ410により増幅した後、サンプルホールドスイッチ機能を持つトランジスタ512,516にて分岐する。この後、それぞれサンプルホールドキャパシタ514,518に保持する。さらにこれらのサンプルホールドキャパシタ514,518に保持した信号電荷を、それぞれ独立な水平走査回路(水平スキャナ)12a、12bにて順に選択されるカラムスイッチS1,S2を介し、水平信号線18a,18bに転送し、それぞれ、画像出力1、画像出力2として、外部に出力する。   In other words, in the fifth embodiment, the CDS / difference calculation processing unit 500 amplifies the signal clamped at the node N1 by the amplifier 410, and then branches by the transistors 512 and 516 having the sample hold switch function. Thereafter, the sample is held in the sample hold capacitors 514 and 518, respectively. Further, the signal charges held in the sample and hold capacitors 514 and 518 are respectively transferred to the horizontal signal lines 18a and 18b via column switches S1 and S2 which are sequentially selected by independent horizontal scanning circuits (horizontal scanners) 12a and 12b. The image is transferred and output to the outside as image output 1 and image output 2, respectively.

たとえば、通常走査による画像出力走査を第1のフレームレートで動作することで画像出力1として取得し、第1のフレームレートよりも高速な第2のフレームレートによる画像出力走査で画像出力2として取得する。   For example, image output scanning by normal scanning is acquired as image output 1 by operating at the first frame rate, and acquired as image output 2 by image output scanning at a second frame rate faster than the first frame rate. To do.

カラム処理部260aとカラム処理部260bとの後段には、カラム処理部260aとカラム処理部260bのそれぞれにて得られた画像出力1、画像出力2に基づいて、所定目的を達成する用途信号を取得する用途信号取得部100を備えている。   In the subsequent stage of the column processing unit 260a and the column processing unit 260b, a use signal that achieves a predetermined purpose based on the image output 1 and the image output 2 obtained by the column processing unit 260a and the column processing unit 260b, respectively. An application signal acquisition unit 100 for acquisition is provided.

ここで、第5実施形態の用途信号取得部100としては、電子的にすなわち画像データ処理により画像のダイナミックレンジを拡大するダイナミックレンジ拡大処理を行なう機能要素として、電荷蓄積時間の異なる複数枚の画像に基づきダイナミックレンジ拡大処理を行なうレンジ拡大処理部120を有している。   Here, as the use signal acquisition unit 100 of the fifth embodiment, as a functional element that performs a dynamic range expansion process for electronically expanding the dynamic range of an image by image data processing, a plurality of images having different charge accumulation times are used. A range expansion processing unit 120 for performing dynamic range expansion processing based on the above.

レンジ拡大処理部120は、カラム処理部260aからの画像出力1とカラム処理部260bからの画像出力2とに基づき所定の演算処理をして演算画像を生成する演算画像生成部122、カラム処理部260aからの画像出力1とカラム処理部260bからの画像出力2と、演算画像生成部122から出力された演算画像(本例ではDレンジが拡大された1枚の画像)の何れか1つを選択して出力する出力画像選択部124、および固体撮像素子10の撮像領域におけるダイナミックレンジ拡大処理に関わる画素位置(あるいは画像領域)を指定したり当該レンジ拡大処理部120における処理動作を制御したりする処理制御部126を備えている。   The range expansion processing unit 120 includes a calculation image generation unit 122 that generates a calculation image by performing predetermined calculation processing based on the image output 1 from the column processing unit 260a and the image output 2 from the column processing unit 260b, and a column processing unit. One of the image output 1 from 260a, the image output 2 from the column processing unit 260b, and the calculation image output from the calculation image generation unit 122 (in this example, one image in which the D range is expanded). The output image selection unit 124 to be selected and output, and the pixel position (or image region) related to the dynamic range expansion processing in the imaging region of the solid-state imaging device 10 are designated, or the processing operation in the range expansion processing unit 120 is controlled. The process control part 126 which performs is provided.

<具体的動作;第5実施形態>
図16は、図15に示した第5実施形態の固体撮像装置1における、画像取得機能における画素信号読出しのタイミングを説明するタイミングチャートである。ここで、図16(A)は、第1のフレームレートで動作する画像取得機能の読出動作を示し、図16(B)は、第2のフレームレートで動作する画像取得機能の読出動作を示す。
<Specific Operation; Fifth Embodiment>
FIG. 16 is a timing chart illustrating pixel signal readout timing in the image acquisition function in the solid-state imaging device 1 according to the fifth embodiment illustrated in FIG. 15. Here, FIG. 16A shows the reading operation of the image acquisition function that operates at the first frame rate, and FIG. 16B shows the reading operation of the image acquisition function that operates at the second frame rate. .

第5実施形態においては、画像出力1を担当するカラム処理部260aは、第2実施形態と同様に、通常(第1)のフレームレートで処理することで、通常の画像を出力するが、画像出力2を担当するカラム処理部260b側では、差分演算走査により、通常画像のフレーム走査中にフローティングディフュージョン38の電荷を破壊することなく、第1のフレームレートよりも高速な第2のフレームレートで画像信号を読み出す。   In the fifth embodiment, the column processing unit 260a in charge of the image output 1 outputs a normal image by processing at a normal (first) frame rate, as in the second embodiment. On the side of the column processing unit 260b in charge of the output 2, the difference calculation scan does not destroy the charge of the floating diffusion 38 during the frame scan of the normal image, and the second frame rate is higher than the first frame rate. Read the image signal.

すなわち、図16(A)に示すように、画像出力1の走査は、図9(A)で示した第2実施形態と同様である。一方、画像出力2では、一例として、図16(B)に示すように、フレームレートを画像出力1の4倍の速さで走査した場合を示している。よって、画像出力2の垂直掃引期間は1/120secであり、水平掃引期間は16μsecである。   That is, as shown in FIG. 16A, scanning of the image output 1 is the same as that in the second embodiment shown in FIG. On the other hand, as an example, the image output 2 shows a case where the frame rate is scanned at a speed four times that of the image output 1 as shown in FIG. Therefore, the vertical sweep period of image output 2 is 1/120 sec, and the horizontal sweep period is 16 μsec.

ここで画像出力2の垂直ブランキング期間、水平ブランキング期間は、画像出力1と同様に、それぞれ、出力画素数換算で、24カウント、100カウントのタイミングを取っている。画像出力2の画素読出しは、水平ブランキング期間中、画像出力1の読出しに先行するtd期間において行なわれる。   Here, in the vertical blanking period and horizontal blanking period of the image output 2, as in the case of the image output 1, timings of 24 counts and 100 counts are taken in terms of the number of output pixels, respectively. Pixel readout of the image output 2 is performed during a td period preceding the readout of the image output 1 during the horizontal blanking period.

オペレーションは、第2実施形態と同様に、先ず、垂直選択パルスSEL(2)により対応する垂直選択用トランジスタ40を選択し、それまで、フローティングディフュージョン38に蓄積されていた電荷による信号電位を垂直信号線19に読み出し、その信号電位を、クランプパルスCLP2のアクティブHをトランジスタ504に供給することで、ノードN1にクランプする。   In the operation, as in the second embodiment, first, the corresponding vertical selection transistor 40 is selected by the vertical selection pulse SEL (2), and the signal potential due to the charges accumulated in the floating diffusion 38 until then is changed to the vertical signal. The signal potential is read to the line 19 and the signal potential is clamped to the node N1 by supplying the active H of the clamp pulse CLP2 to the transistor 504.

この後、転送制御パルスTX(2)のアクティブHを読出選択用トランジスタ34に供給して対応する読出選択用トランジスタ34を選択し、新たに電荷生成部32に蓄積された電荷をフローティングディフュージョン38に転送し、それによる信号電位を垂直信号線19に読み出し、先の電位との差分に相当する電位をノードN1に保持する。   Thereafter, the active H of the transfer control pulse TX (2) is supplied to the read selection transistor 34 to select the corresponding read selection transistor 34, and the charge newly accumulated in the charge generation unit 32 is supplied to the floating diffusion 38. The signal potential is transferred to the vertical signal line 19, and the potential corresponding to the difference from the previous potential is held at the node N1.

アンプ510は、この電位を増幅し、同時にサンプルホールドパルスSH2のアクティブHをトランジスタ512に供給することでトランジスタ512をオンさせることにより、サンプルホールドキャパシタ514に信号電位を保持する。この信号電位は、以降、第2水平走査回路(水平スキャナ)12bにてスイッチS2が順次選択されることで、水平転送期間に、画像出力2として読み出される。   The amplifier 510 amplifies this potential and simultaneously supplies the active H of the sample and hold pulse SH2 to the transistor 512 to turn on the transistor 512, thereby holding the signal potential in the sample and hold capacitor 514. Thereafter, the signal potential is read as the image output 2 in the horizontal transfer period by sequentially selecting the switch S2 in the second horizontal scanning circuit (horizontal scanner) 12b.

<ダイナミックレンジ拡大処理機能の概念>
図17は、ダイナミックレンジ拡大処理の処理態様を説明する図である。レンジ拡大処理部120は、露光時間(電荷蓄積時間)の異なる複数枚の画像をそれぞれカラム処理部260a,260bから取り込み、演算画像生成部122にて合成処理を行なう。
<Concept of dynamic range expansion processing function>
FIG. 17 is a diagram for explaining the processing mode of the dynamic range expansion processing. The range expansion processing unit 120 takes in a plurality of images having different exposure times (charge accumulation times) from the column processing units 260a and 260b, and performs a synthesis process in the arithmetic image generation unit 122.

ここで、レンジ拡大処理部120における広ダイナミックレンジ化のための信号処理は、短時間蓄積の画像と長時間蓄積の画像とを1枚に合成した和を使用することもできる。また、両画像を用途によって使い分けることもできる。この選択は出力画像選択部124にてなされる。すなわち、垂直走査回路14a,14bを利用したフレームレート独立制御機能を利用して電荷蓄積時間(シャッタ速度に相当)を変え、明るい部分から暗い部分までが含まれるダイナミックレンジが広い被写体を撮像すればよい。   Here, the signal processing for wide dynamic range in the range expansion processing unit 120 can use a sum obtained by combining a short-time accumulation image and a long-time accumulation image into one sheet. In addition, both images can be properly used depending on the application. This selection is made by the output image selection unit 124. That is, if a charge accumulation time (corresponding to the shutter speed) is changed using an independent frame rate control function using the vertical scanning circuits 14a and 14b, and an object with a wide dynamic range including a bright part to a dark part is imaged. Good.

短時間蓄積(高速シャッタ)では暗い被写体は写らないが、明るい被写体は鮮明に写る。一方、長時間蓄積(低速シャッタ)では明るい被写体は飽和して飛んでしまうが、暗い被写体は鮮明に写る。ダイナミックレンジ拡大処理では、これらの2つの画像から、良好な部分だけを切り出して使用(たとえば合成)するようにすればよい。   With short-term storage (high-speed shutter), a dark subject is not captured, but a bright subject is clearly captured. On the other hand, when the image is accumulated for a long time (low speed shutter), a bright subject is saturated and flies, but a dark subject is clearly captured. In the dynamic range expansion process, only a good part may be cut out from these two images and used (for example, synthesized).

何れの場合でも、画像の中の輝度レベルの比較的低い部分は長時間蓄積(低速シャッタ)画像の比率を高くし、輝度レベルの高い部分は短時間蓄積(高速シャッタ)画像の比率を高くするのがよい。このような処理により、高輝度部分の飽和による白飛びがなく、かつ、低輝度部分のS/Nの良好な画像を得ることができる。   In any case, the proportion of the image with a relatively low luminance level in the image is increased for a long-time accumulation (low-speed shutter) image, and the portion with a high luminance level is increased for a short-time accumulation (high-speed shutter) image. It is good. By such processing, it is possible to obtain an image having no whiteout due to saturation of a high luminance portion and having a good S / N of a low luminance portion.

たとえば、ダイナミックレンジ拡大の概念を図17(A)と図17(B)に示している。固体撮像素子10の信号出力は入射光量に比例して増加するが、出力が飽和レベルに達するとそれ以上は増加しない。たとえば、図17(A)にa,bで示すように、固体撮像素子10が飽和する光量がL1である。   For example, the concept of dynamic range expansion is shown in FIGS. 17 (A) and 17 (B). The signal output of the solid-state imaging device 10 increases in proportion to the amount of incident light, but does not increase further when the output reaches a saturation level. For example, as indicated by a and b in FIG. 17A, the amount of light that saturates the solid-state imaging device 10 is L1.

ここで、垂直走査回路14bを利用したフレームレート独立制御機能を利用して固体撮像素子10の電荷蓄積時間を短縮すると、入射光量と信号出力の関係は、cのように変化し、固体撮像素子10が飽和する光量は増加する。最大入射光量が増加した場合、電荷蓄積時間を調整してcのカーブに沿った信号を取り出すことになるが、L1以下の光量の領域においては電荷蓄積時間の長いaの方が、出力が大きく、S/Nが良好である。   Here, when the charge accumulation time of the solid-state imaging device 10 is shortened using the frame rate independent control function using the vertical scanning circuit 14b, the relationship between the incident light quantity and the signal output changes as shown in c, and the solid-state imaging device. The amount of light at which 10 is saturated increases. When the maximum incident light amount increases, the charge accumulation time is adjusted to extract a signal along the curve of c. However, in the region of the light amount equal to or less than L1, the output a is larger when the charge accumulation time is longer. , S / N is good.

したがって、L1以下の領域では長時間電荷蓄積の信号aをより多く使用し、L1以上の領域では短時間電荷蓄積の信号cをより多く使用すれば、飽和する入射光量が大きく、かつ暗い部分でのS/Nの良好な画像信号が得られる。すなわち、ダイナミックレンジを拡大することができる。   Therefore, if the signal a for long-time charge accumulation is used more in the region below L1, and if the signal c for short-time charge accumulation is used more in the region above L1, the amount of saturated incident light is large and in a dark part. An image signal with a good S / N can be obtained. That is, the dynamic range can be expanded.

ここで、撮像装置の使用目的によっては、光量と出力が不連続の関係でも使用可能である。すなわち、低光量側の画像を重視する場合には、長時間電荷蓄積の画像を選択出力して使用する一方、高光量側の画像を重視する場合には、短時間電荷蓄積の画像を選択出力して使用する。つまり、高速フレームレート画像と低速フレームレート画像の何れか一方を選択使用する。電荷蓄積時間制御の応答性を気にすることなく、即時に何れかに切り替えることができる。   Here, depending on the purpose of use of the imaging apparatus, the light quantity and the output can be used in a discontinuous relationship. In other words, when the low-light image is important, the long-time charge accumulation image is selectively output and used, while when the high-light image is important, the short-time charge accumulation image is selected and output. And use it. That is, one of the high-speed frame rate image and the low-speed frame rate image is selected and used. Without worrying about the responsiveness of the charge accumulation time control, it can be immediately switched to either.

たとえば、演算画像生成部122にて、短時間蓄積の画像と長時間蓄積の画像とを所定の比率で加算することで、非直線あるいはなだらかに連続させて、1つの画像に合成して使用することができる。   For example, the arithmetic image generation unit 122 adds a short-time accumulation image and a long-time accumulation image at a predetermined ratio, thereby combining them into a single image that is non-linearly or gently continuous. be able to.

ここで、イメージセンサのダイナミックレンジが60dBあると仮定するとともに、長時間蓄積を1フレーム期間近傍の適当な期間、たとえば約1/15ms程度に設定し、また短時間蓄積を1水平期間以下の適当な期間、たとえば約1/15μs程度に設定すると、長時間蓄積時間の光量に対するセンサ出力は、光量の変化に対し3桁まで対応することになる。また、短時間蓄積時間の光量に対するセンサ出力も、光量の変化に対し3桁まで対応することになるが、長時間蓄積時間で検出できる光量と3桁ずれることになる。   Here, it is assumed that the dynamic range of the image sensor is 60 dB, the long-time accumulation is set to an appropriate period in the vicinity of one frame period, for example, about 1/15 ms, and the short-time accumulation is an appropriate one less than one horizontal period. If the period is set to about 1/15 μs, for example, the sensor output corresponding to the light quantity during the long accumulation time corresponds to up to three digits with respect to the change in the light quantity. In addition, the sensor output corresponding to the light amount during the short accumulation time corresponds to up to three digits with respect to the change in the light amount, but is shifted by three digits from the light amount that can be detected during the long accumulation time.

よって、蓄積時間の異なる画像を加算演算することで得られる加算演算の画像により、6桁すなわち120dBのダイナミックレンジを実現できる。たとえば、長時間蓄積時間では飽和してしまう部分が存在する画像を、短時間蓄積時間で検出された画像で補うことができ、一方の蓄積時間だけでは画像出力できない飽和レベル以上についても、再現することができるようになる。   Therefore, a dynamic range of 6 digits, that is, 120 dB can be realized by the addition calculation image obtained by adding the images having different accumulation times. For example, an image that has a portion that saturates in the long accumulation time can be supplemented with an image that is detected in the short accumulation time, and even a saturation level that cannot be output with only one accumulation time is reproduced. Will be able to.

たとえば、上述したように、第5実施形態によれば、画像出力1の系統(カラム処理部260a)では、通常画像として、1/30secのフレームレートで画像が出力される。一方、画像出力2の系統(カラム処理部260b)では、その4倍のスピードの1/120secのフレームレートで画像が出力される。   For example, as described above, according to the fifth embodiment, the image output 1 system (column processing unit 260a) outputs an image as a normal image at a frame rate of 1/30 sec. On the other hand, in the system of image output 2 (column processing unit 260b), an image is output at a frame rate of 1/120 sec.

これらのフレームレートはフォトダイオードなどの電荷生成部32での光照射による電荷の蓄積時間に相当するので、4倍異なる蓄積時間による画像情報が同時に取得されることを意味する。   Since these frame rates correspond to the charge accumulation time due to light irradiation in the charge generation unit 32 such as a photodiode, it means that image information with a four-fold different accumulation time is acquired simultaneously.

これらフレームレート(すなわち電荷蓄積時間)が異なる2つの画像信号は、光の信号強度に対して、丁度、4倍感度の異なる2種のセンサからの信号と等価の関係となる。よって、これらの2つの画像信号を、レンジ拡大処理部120において、たとえば、演算画像生成部122で加算処理することにより、図17(B)のような信号特性を実現でき、従来の通常信号の出力(画像出力1に相当)に比べ、検出信号レンジ(ダイナミックレンジ)を拡大することが可能となる。   These two image signals having different frame rates (that is, charge accumulation times) have an equivalent relationship to signals from two types of sensors having exactly four times the sensitivity with respect to the light signal intensity. Therefore, by adding these two image signals in the range expansion processing unit 120, for example, in the arithmetic image generation unit 122, the signal characteristics as shown in FIG. Compared to output (corresponding to image output 1), the detection signal range (dynamic range) can be expanded.

以上説明したように、時間加算処理の応用として、蓄積時間の異なる同一位置の複数の画素信号を加算すれば、演算データとして、より広い入射光量に対して飽和し難い信号出力が得られ、ダイナミックレンジを拡大可能なデータを取得できる。白飛びや黒潰れの緩和された光量に対するダイナミックレンジの広い画像を取得することができる。   As described above, as an application of time addition processing, if a plurality of pixel signals at the same position with different accumulation times are added, a signal output that is difficult to saturate for a wider incident light amount can be obtained as computation data, and dynamic Data that can expand the range can be acquired. It is possible to acquire an image with a wide dynamic range with respect to the amount of light with reduced whiteout and blackout.

また、蓄積時間の異なる2つ(必要に応じてさらに蓄積時間の異なる画素信号を増やしてもよい)の画素信号の合成によりダイナミックレンジを拡大するようにしているので、画素内メモリなど専用の画素構造を必要とせず、通常の画素構造のデバイスにも適用可能であり、センサデバイスとしての制限がない。   Further, since the dynamic range is expanded by combining two pixel signals having different accumulation times (the pixel signals having different accumulation times may be increased if necessary), a dedicated pixel such as an in-pixel memory is used. It does not require a structure, can be applied to a device having a normal pixel structure, and is not limited as a sensor device.

ただし、実際には、単純な加算処理では、光量に対するセンサ出力が視感度と適合した理想的なニー特性にはならない。すなわち、光量の対数に比例して明るさを識別するという人間の視覚特性に合わない。   However, in practice, in the simple addition process, the sensor output with respect to the light amount does not have an ideal knee characteristic that matches the visibility. That is, it does not match the human visual characteristic of identifying the brightness in proportion to the logarithm of the amount of light.

この問題を解消するには、視感度を考慮するべく、比較処理に使用される参照信号の時間変化量を調整することで、加算演算における処理対象画像信号についての係数を設定するのが好ましい。特に、通常の蓄積時間であれば飽和してしまうような高レベルの信号を飽和することなくかつ視感度補正を実現するべく、比較的短時間の蓄積時間の元で取得された処理対象画像について、変化量を調整するのが好ましい。   In order to solve this problem, it is preferable to set the coefficient for the image signal to be processed in the addition operation by adjusting the amount of time change of the reference signal used for the comparison processing in consideration of the visibility. In particular, with respect to a processing target image acquired under a relatively short accumulation time in order to realize visibility correction without saturating a high level signal that would be saturated during a normal accumulation time It is preferable to adjust the amount of change.

具体的には、線形に変化させずに、傾きを数段階に亘り変化させるのがよい。なお、このような線形性を持ちつつ段階的に変化させることに限らず、たとえば2次関数などの高次関数に従って連続的に漸次変化させてもよい。   Specifically, it is preferable to change the slope over several stages without changing it linearly. In addition, it is not limited to changing in stages while having such linearity, and may be changed gradually and gradually according to a high-order function such as a quadratic function.

このときの変化のさせ方としては、人間の目の感度の対数特性に合わせて、また人間の目が暗部での明るさの変化に敏感であることに適合するように暗部での階調精度を維持し、人間の目が明部での明るさの変化に鈍感であることに適合するように明部での階調精度を甘くする。具体的には、AD変換の初期において参照電位RAMPの傾きを小さくすることで係数を大きく設定(高ゲインにする)し、AD変換が進むに従って、参照電位RAMPの傾きを大きくするのがよい。人間の視覚特性に合わせて高輝度の範囲を圧縮した特性であるニー特性を実現する。   The method of change at this time is to match the logarithmic characteristics of the sensitivity of the human eye, and to match the human eye's sensitivity to changes in brightness in the dark area, The gradation accuracy in the bright part is reduced so that the human eye is insensitive to the change in brightness in the bright part. Specifically, it is preferable that the coefficient is set to be large (high gain) by reducing the slope of the reference potential RAMP at the initial stage of AD conversion, and the slope of the reference potential RAMP is increased as AD conversion proceeds. A knee characteristic, which is a characteristic obtained by compressing a high luminance range in accordance with the human visual characteristic, is realized.

このような変化特性を与えるには、短時間蓄積感度曲線には、ゲイン成分を持たせつつ、高輝度側でガンマ補正を施す、すなわち人間の視覚特性に合わせて高輝度の範囲を圧縮した特性であるニー特性を実現するのがよい。   In order to give such a change characteristic, the short-time accumulation sensitivity curve has a gain component and is subjected to gamma correction on the high luminance side, that is, a characteristic in which the high luminance range is compressed according to human visual characteristics. It is better to realize the knee characteristic.

このように、傾きを漸次変化させるようにすれば、異なる蓄積時間の合成によりワイドダイナミックレンジを実現するだけに留まらず、感度特性にガンマ補正を施し、より自然な信号変化特性を実現することができる。異なる蓄積時間の間の感度差を自然に繋ぐことができ、より自然な画像を合成することができるようになる。   In this way, if the slope is gradually changed, it is possible not only to realize a wide dynamic range by combining different accumulation times, but also to perform gamma correction on the sensitivity characteristic to realize a more natural signal change characteristic. it can. Sensitivity differences between different accumulation times can be naturally connected, and more natural images can be synthesized.

なお、この第5実施形態の説明では、一例として、画像出力2は画像出力1の4倍の高速としたが、このスピードは任意に変えることが可能であり、たとえば、外部のシステムにより、画像全体の明るさを検知して適宜第2垂直走査回路14bによる垂直走査のスピードを変え、画像出力2の系統が最適な画像となるように調整、制御することも可能である。   In the description of the fifth embodiment, as an example, the image output 2 is four times as high as the image output 1, but this speed can be arbitrarily changed. For example, the image output 2 can be changed by an external system. It is also possible to adjust and control the image output 2 so that the system of the image output 2 becomes an optimum image by detecting the overall brightness and appropriately changing the vertical scanning speed by the second vertical scanning circuit 14b.

また、この第5実施形態の説明では、第2実施形態を元にした変形例として説明したが、たとえば垂直信号線19に画像出力2のためのカラム処理部260b、第2水平信号線18b、第2水平走査回路(水平スキャナ)12bを付加すれば、他の実施形態に基づいた変形例を構成することもできる。また、第5実施形態では、ID検出機能を省いた構成で説明したが、第2実施形態が備えるID検出用の演算処理部27を保持したままで、画像出力2用のカラム処理部260bを付加することも可能である。   In the description of the fifth embodiment, the modification based on the second embodiment has been described. For example, the vertical signal line 19 includes a column processing unit 260b for the image output 2, the second horizontal signal line 18b, If a second horizontal scanning circuit (horizontal scanner) 12b is added, a modification based on another embodiment can be configured. In the fifth embodiment, the ID detection function is omitted. However, the column processing unit 260b for the image output 2 is provided while holding the ID detection calculation processing unit 27 provided in the second embodiment. It is also possible to add.

以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. Various changes or improvements can be added to the above-described embodiment without departing from the gist of the invention, and embodiments to which such changes or improvements are added are also included in the technical scope of the present invention.

また、上記の実施形態は、クレーム(請求項)にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。   Further, the above embodiments do not limit the invention according to the claims (claims), and all combinations of features described in the embodiments are not necessarily essential to the solution means of the invention. Absent. The embodiments described above include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. Even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, as long as an effect is obtained, a configuration from which these some constituent requirements are deleted can be extracted as an invention.

たとえば、通常画像用の画素信号を処理するカラム処理部26と、通常画像性処理とは異なる演算処理を行なう演算処理部27とを独立に設けるとともに、それぞれに関して垂直走査する垂直走査回路14a,14bや水平走査する第1水平走査回路12a,12b(纏めてイメージセンサを駆動制御する駆動制御部)も独立に設ける構成を備えていればよく、この限りにおいて、様々なアプリケーションを考えることができる。以下に、その一例を列記する。   For example, a column processing unit 26 that processes pixel signals for normal images and an arithmetic processing unit 27 that performs arithmetic processing different from normal image processing are provided independently, and vertical scanning circuits 14a and 14b that perform vertical scanning with respect to each other. The first horizontal scanning circuits 12a and 12b that perform horizontal scanning (a drive control unit that collectively drives and controls the image sensor) need only be provided independently, and various applications can be considered as long as this is provided. Some examples are listed below.

(応用例1)演算処理部27側では、三角法とスリット光の検出方法を適用する光切断法のシステムを用いて3次元計測を行なうようにすれば、距離情報に基づいて、画像の中から、ある特定の距離範囲にある画像を抜き出す(抽出する)制御を行なうことができる。これにより、たとえば、センサから手前にある物体の画像のみを切り抜き、背景の画像部分を消去する。この機能により、携帯電話、携帯端末(PDA)、TV電話、TV会議などにおける画像通信において、手前の会話を行なっている人物や、会話対象となる人物のみを抜き出すことが可能となる。これは、会話対象人物のいる場所などの情報を削除することにより、プライベート事項の秘匿などの機能として用いることができる。また、伝送する画像を切り抜いた画像のみに限定すれば、伝送画像情報の情報量削減の機能としても使用可能である。   (Application 1) On the side of the arithmetic processing unit 27, if three-dimensional measurement is performed using a light cutting method system that applies a triangulation method and a detection method of slit light, based on distance information, Therefore, it is possible to perform control for extracting (extracting) an image within a specific distance range. Thereby, for example, only the image of the object in front is cut out from the sensor, and the background image portion is erased. With this function, it is possible to extract only a person who has a previous conversation or a person who is a conversation target in image communication in a mobile phone, a portable terminal (PDA), a TV phone, a TV conference, or the like. This can be used as a function for concealing private matters by deleting information such as the location of the person to be conversed. Further, if the image to be transmitted is limited to the cut out image, it can also be used as a function for reducing the amount of transmitted image information.

また、削除した背景の代わりに他の背景を用いる、すなわちある特定の距離範囲にある画像を他の画像に置き換える処理を行なうことも可能である。つまり、背景として、別途取得しておいた風景画などを用いることにより、背景を個人の好みに入れ代えて使用することが可能である。このとき、切り出し物体と背景の距離情報を利用すれば、画像の重ね合わせを容易に行なうことができる。また、特定の画像の抽出処理は、画像認識、物体認識の処理の前処理として用いることが可能である。たとえば、通常、顔認識の処理においては、顔部分の認識走査を行なう前段階の処理として、背景から顔部分の画像を抜き出す走査が必要となる。一般にこれは画像情報のみを用いて行なうため、処理時間がかかるなど容易ではなかったが、上記システムを用いることにより、顔部分の切り出し処理などは容易に行なうことが可能である。   It is also possible to perform a process of using another background instead of the deleted background, that is, replacing an image within a specific distance range with another image. That is, by using a landscape image acquired separately as the background, it is possible to replace the background with personal preference. At this time, if the distance information between the clipped object and the background is used, the images can be easily superimposed. The specific image extraction processing can be used as preprocessing for image recognition and object recognition processing. For example, in the face recognition processing, scanning that extracts the image of the face portion from the background is usually required as a step before the face portion recognition scanning. In general, since this is performed using only image information, it is not easy because it takes a long processing time. However, by using the above-described system, it is possible to easily perform face segmentation processing and the like.

(応用例2)光切断法のシステムを2つ用いて、距離情報に応じて2つの画像を合成することができる。つまり、2つの画像において常に手前にある画像を表示するなどの制御を行なうようにする。これは、たとえば、仮想空間のシミュレーションとして、ある部屋のテーブルに他の場所に配置された置物を仮想的に画面上で配置することが可能となる。または、人物がある部屋の中を仮想的に移動し、物の影に隠れたりするなどの映像をリアルタイムに取得することが可能である。これらは、インテリアの配置シミュレーション、またインタラクション(相互対戦型)ゲームなどに使用することが可能である。   (Application Example 2) Two images can be synthesized according to distance information using two systems of the light cutting method. That is, control is performed such as displaying the image that is always in front of the two images. For example, as a simulation of a virtual space, it is possible to virtually arrange an ornament placed on a table in a room on another screen. Alternatively, it is possible to acquire in real time an image such as a person moving virtually in a room with a person and hiding in the shadow of an object. These can be used for interior layout simulation and interaction (mutual battle type) games.

また、画面上のキーボード、各種ボタンなどと、手作業で作成した映像を反映させることにより、ユーザインタフェースを構築することが可能である。また、アプリケーションによっては、手前にある画像のみを表示するのではなく、後ろにある画像を表示するなどの走査も可能であり、本来見えないものを見えるようにするなどの走査も可能となる。また、システムを2台に限らず、3台以上でも画像の合成は可能であり、リアルタイムでの合成処理だけでなく、記録しておいた複数の画像を用いての制御や、記録画像とリアルタイムに取得した画像との合成などのバリエーションが可能である。   In addition, it is possible to construct a user interface by reflecting a manually created video with a keyboard and various buttons on the screen. In addition, depending on the application, it is possible to perform scanning such as displaying an image in the rear instead of displaying only the image in the foreground, and scanning such that an originally invisible image can be seen. In addition, not only two systems but also three or more images can be combined. In addition to real-time combining processing, control using a plurality of recorded images and recorded images and real-time are also possible. Variations such as synthesis with the acquired image are possible.

(応用例3)光切断法のシステムを用いて、画像情報と距離情報を様々な機器、ロボットの走査フィードバック制御に利用することができる。たとえば、遠隔医療などのリモートコントロール走査において、画像の距離情報に応じた機器の自動制御が可能である。または、映像に映っている物体に何らかの機器走査を施すとき、物体に機器が接触しないよう、その機器の走査可能空間を制限するなどの処置を施すことが可能である。また、自律型ロボットなどに搭載させ、ロボットが部屋の家具の配置情報などを検知、記憶することにより、ロボットが部屋の環境情報のマップを作成することが可能となる。これはロボットが部屋の中を移動、作業を行なう上での基礎データ情報として利用することができる。   Application Example 3 Using a light cutting method system, image information and distance information can be used for scanning feedback control of various devices and robots. For example, in remote control scanning such as telemedicine, it is possible to automatically control devices according to image distance information. Alternatively, when some device scan is performed on an object shown in an image, it is possible to take measures such as limiting the scanable space of the device so that the device does not touch the object. In addition, when installed in an autonomous robot or the like, the robot detects and stores the furniture arrangement information of the room, and the robot can create a map of the environmental information of the room. This can be used as basic data information when the robot moves and works in the room.

(応用例4)光切断法のシステムを用いて、物体の距離情報を時間軸において解析することで、物体の動き認識、ジェスチャー認識を行なうことができる。光切断法のシステムを用いると、リアルタイムに3次元距離情報が取得可能であるので、物体の位置変化を時間軸方向に解析し、その動きの特徴を解析することにより、人の動きパターン(ジェスチャー)の認識が可能となる。これを利用すると、たとえば、ジェスチャーによるユーザインタフェースの技術などが可能となる。これらは、パーソナルコンピュータ、ゲーム、ロボット、各種AV(Audio-Visual)、IT(Information Technology)機器などのユーザインタフェースとして利用可能である。また、このジェスチャー認識は、通常画像からの取得情報と組み合わせて、より認識対象、認識効果を高めることも可能である。   (Application Example 4) By using a light cutting method system and analyzing distance information of an object on a time axis, it is possible to perform motion recognition and gesture recognition of the object. Since the three-dimensional distance information can be acquired in real time by using the optical cutting method system, by analyzing the position change of the object in the time axis direction and analyzing the characteristics of the movement, the human motion pattern (gesture ) Can be recognized. If this is used, for example, a user interface technique based on a gesture becomes possible. These can be used as user interfaces for personal computers, games, robots, various AV (Audio-Visual), IT (Information Technology) devices, and the like. In addition, this gesture recognition can be combined with information acquired from a normal image to further enhance the recognition target and the recognition effect.

(応用例5)自然の凹凸情報を物体認識、または人物認知、セキュリティー用途として利用することができる。たとえば、人物認証を行なうセキュリティ用途として、人の顔形状情報を事前に認識登録しておき、その後、不特定の人物が来たときに、その人物の顔の凹凸情報と、事前登録してある人物の凹凸情報を照合し、一致するか否かにより人物の特定を行なう。このとき、光切断法のシステムを用いたセンサシステムにおいては、通常画像の取得も同時に可能であるので、応用例1のように、画像認識による人物認証と組み合わせて使用することが可能である。また、これは、顔に限らず、身体の様々な部分での認証を行なうことが可能である。   (Application example 5) Natural unevenness information can be used for object recognition, person recognition, or security purposes. For example, as a security application for performing person authentication, a person's face shape information is recognized and registered in advance, and when an unspecified person comes, it is pre-registered with unevenness information of the person's face. The unevenness information of the person is collated, and the person is specified depending on whether or not they match. At this time, in the sensor system using the optical cutting method system, normal images can be acquired at the same time. Therefore, as in Application Example 1, it can be used in combination with person authentication by image recognition. This is not limited to the face, and it is possible to perform authentication on various parts of the body.

また、光切断法のシステムを用いたセンサシステムは、応用例4で示したような、時間軸方向への解析による、動き検出、ジェスチャー認識も可能となる。よって、このジェスチャーを個人認証として利用することも可能である。また、このような、凹凸による認証は、人物のみでなく、通常の物体の認識に用いることも可能である。また、上記のように、被写体の各部の凹凸情報を正確に認識、認証のデータとして用いるのではなく、凹凸の特徴、たとえば、テクスチャ(質感)の特徴として解析し、認識、認証のデータとして用いることも可能である。   In addition, the sensor system using the optical cutting method system can perform motion detection and gesture recognition by analysis in the time axis direction as shown in Application Example 4. Therefore, this gesture can be used as personal authentication. Moreover, such authentication by unevenness can be used not only for a person but also for recognition of a normal object. Further, as described above, the unevenness information of each part of the subject is not accurately used as recognition and authentication data, but is analyzed as unevenness characteristics, for example, texture (texture) characteristics, and used as recognition and authentication data. It is also possible.

(応用例6)光切断法のシステムを自動車の後方確認、車外確認に利用することができる。たとえば、後方確認の場合では、センサによる通常画像を見ながら運転走査を行ない、システムはそれと同時に後方障害物の距離を計測し、障害物まで一定の距離に近づけば警告を発する。また、一般道路などに、凹凸による標識を設定し、これを個別の車に搭載したセンサシステムにて読みとることにより、自動車の自動制御フィードバックなどに応用することが可能である。たとえば、道路の側部に凹凸の標識を設定し、自動車はこれを読み取りながら進行し、自動車が道路より外れそうになったら、警告を発するなどのシステムを構築することができる。   (Application example 6) The system of the light cutting method can be used for vehicle rearward confirmation and vehicle exterior confirmation. For example, in the case of backward confirmation, driving scanning is performed while viewing a normal image from the sensor, and at the same time, the system measures the distance of the rear obstacle, and issues a warning when approaching the obstacle to a certain distance. Moreover, it is possible to apply to automatic control feedback of automobiles by setting signs with unevenness on general roads and reading them with a sensor system mounted on individual cars. For example, it is possible to construct a system in which an uneven sign is set on the side of a road, the car advances while reading this, and a warning is issued when the car is about to leave the road.

(応用例7)光切断法のシステムを自動車の車内において利用することができる。たとえば、3次元計測機能を利用して、座席に座っている人の有無、座っている人の年齢などの判別を行なう。この検出結果はシートベルトの装着警告、エアバッグの動作レベルの調整などにフィードバックすることができる。また、応用例2のようなジェスチャー認識機能を用い、運転者が車内の搭載機器をボタンなどに触れることなく、身振り、手振りで走査ができるようにすることもできる。   (Application example 7) The light cutting system can be used in a car. For example, the presence / absence of a person sitting on the seat and the age of the person sitting are determined using a three-dimensional measurement function. This detection result can be fed back to seat belt warning, adjustment of the operation level of the airbag, and the like. Further, by using the gesture recognition function as in Application Example 2, it is possible to allow the driver to scan by gesture or hand gesture without touching a button or the like on the onboard device.

(応用例8)光切断法のシステムをリアルタイム3次元モデリングに使用することができる。光切断法のシステムを用いたシステムは、通常画像の取得と3次元計測がほぼ同時に可能であるので、物体の3次元モデリングと、画像の切り貼りによるテクスチャマッピングが可能である。またこれらは、リアルタイムで可能となる。   (Application 8) The system of the light cutting method can be used for real-time three-dimensional modeling. Since a system using the light cutting method system can usually acquire an image and perform three-dimensional measurement almost simultaneously, it can perform three-dimensional modeling of an object and texture mapping by cutting and pasting an image. These are also possible in real time.

(応用例9)光切断法のシステムをMPEG(Moving Picture Experts Group)4のオブジェクト切出処理に利用することができる。   (Application 9) The optical cutting system can be used for MPEG (Moving Picture Experts Group) 4 object extraction processing.

(応用例10)ネットワークで接続された複数の受信機が、空間的位置が分かっている場所に設置した場合、ステレオ・マッチングを行なうことで2台以上の受信機に撮像された送信機の空間的位置を計算することができる。ステレオ処理を行なう場合、複数の受信機で時間的な同期を取る必要がある。送信機から送信されたID情報などの点滅パターン(光ビーコン)を、時間とともにインクリメンタルに変化させることで、送信データ中のタイムコードを含ませることができる。同じID情報をデコードした瞬間は同じ時間であることが言える。これに複数の受信機間で容易に同期を取ることができる。   (Application example 10) When a plurality of receivers connected by a network are installed in a place where the spatial position is known, the space of the transmitter imaged by two or more receivers by performing stereo matching The target position can be calculated. When performing stereo processing, it is necessary to synchronize in time with a plurality of receivers. By changing the blinking pattern (optical beacon) such as ID information transmitted from the transmitter incrementally with time, the time code in the transmission data can be included. It can be said that the moment when the same ID information is decoded is the same time. This makes it possible to easily synchronize among a plurality of receivers.

(応用例11)上述した実施形態では、画素部10の後段にそれぞれ独立した駆動制御によって出力された画素信号に基づいてそれぞれ異なる信号処理を行なう機能部を設けていたが、各信号処理を行なう機能部は、同一の信号処理を行なうものであってもよい。この場合、各信号処理を行なう機能部から同一の信号処理結果が出力される。たとえば、一方の信号処理を行なう機能部のドライブ能力が不足する場合に、そのドライブ不足を補うように、他方の信号処理を行なう機能部の出力を利用することができる。   (Application Example 11) In the above-described embodiment, the functional units that perform different signal processing based on the pixel signals output by the independent drive control are provided in the subsequent stage of the pixel unit 10, but each signal processing is performed. The functional unit may perform the same signal processing. In this case, the same signal processing result is output from the function unit that performs each signal processing. For example, when the drive capability of a functional unit that performs one signal processing is insufficient, the output of the functional unit that performs the other signal processing can be used to compensate for the lack of drive.

本発明に係る半導体装置の一実施形態であるCMOS固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the CMOS solid-state imaging device (CMOS image sensor) which is one Embodiment of the semiconductor device which concerns on this invention. 画素部における有効画像領域と、光学的黒を与える基準画素領域との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the effective image area | region in a pixel part, and the reference | standard pixel area | region which gives optical black. 図1に示した固体撮像装置における1垂直列に着目したカラム処理部や演算処理部の具体的な構成例の第1実施形態を示す図である。It is a figure which shows 1st Embodiment of the specific structural example of the column processing part and arithmetic processing part which paid its attention to 1 vertical column in the solid-state imaging device shown in FIG. 図3に示した第1実施形態の固体撮像装置における、画像取得機能とID検出機能における画素信号読出しのタイミングを説明するタイミングチャートである。4 is a timing chart for explaining pixel signal readout timing in an image acquisition function and an ID detection function in the solid-state imaging device of the first embodiment shown in FIG. 3. 第1垂直走査回路と第2垂直走査回路とが独立した垂直走査をすることによる競合発生時の対処方法を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the coping method at the time of competition occurrence by the 1st vertical scanning circuit and the 2nd vertical scanning circuit performing independent vertical scanning. 図3に示した第1実施形態の固体撮像装置における、画像取得機能とID検出機能の変形例1を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the modification 1 of the image acquisition function and ID detection function in the solid-state imaging device of 1st Embodiment shown in FIG. 図3に示した第1実施形態の固体撮像装置における、画像取得機能とID検出機能の他の変形例2を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the other modification 2 of the image acquisition function and ID detection function in the solid-state imaging device of 1st Embodiment shown in FIG. 図1に示した固体撮像装置における1垂直列に着目したカラム処理部や演算処理部の具体的な構成例の第2実施形態を示す図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the specific structural example of the column processing part and arithmetic processing part which paid its attention to 1 vertical column in the solid-state imaging device shown in FIG. 図8に示した第2実施形態の固体撮像装置における、画像取得機能とID検出機能における画素信号読出しのタイミングを説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the timing of pixel signal reading in the image acquisition function and the ID detection function in the solid-state imaging device of the second embodiment shown in FIG. 図1に示した固体撮像装置における1垂直列に着目したカラム処理部や演算処理部の具体的な構成例の第3実施形態を示す図である。It is a figure which shows 3rd Embodiment of the specific structural example of the column processing part and arithmetic processing part which paid its attention to 1 vertical column in the solid-state imaging device shown in FIG. 図10に示した第3実施形態の固体撮像装置における、画像取得機能とID検出機能における画素信号読出しのタイミングを説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the timing of pixel signal reading in the image acquisition function and the ID detection function in the solid-state imaging device of the third embodiment shown in FIG. 図1に示した固体撮像装置における1垂直列に着目したカラム処理部や演算処理部の具体的な構成例の第4実施形態を示す図である。It is a figure which shows 4th Embodiment of the specific structural example of the column process part and arithmetic processing part which paid its attention to 1 vertical column in the solid-state imaging device shown in FIG. 図12に示した第4実施形態の固体撮像装置における、画像取得機能とID検出機能における画素信号読出しのタイミングを説明するタイミングチャートである。13 is a timing chart for explaining pixel signal readout timings in an image acquisition function and an ID detection function in the solid-state imaging device of the fourth embodiment shown in FIG. 12. 図12に示した第4実施形態の固体撮像装置における、画像取得機能とID検出機能の変形例を説明するタイミングチャートである。13 is a timing chart for explaining a modification of the image acquisition function and the ID detection function in the solid-state imaging device according to the fourth embodiment shown in FIG. 固体撮像装置における1垂直列に着目したカラム処理部の具体的な構成例の第5実施形態を示す図である。It is a figure which shows 5th Embodiment of the specific structural example of the column process part which paid its attention to 1 vertical column in a solid-state imaging device. 図15に示した第5実施形態の固体撮像装置における、画像取得機能における画素信号読出しのタイミングを説明するタイミングチャートである。16 is a timing chart illustrating pixel signal readout timing in an image acquisition function in the solid-state imaging device according to the fifth embodiment illustrated in FIG. 15. ダイナミックレンジ拡大処理の処理態様を説明する図である。It is a figure explaining the processing mode of a dynamic range expansion process. 非特許文献1に記載の仕組みの概要を示した図である。It is the figure which showed the outline | summary of the mechanism as described in a nonpatent literature 1. FIG. 特許文献2に記載の固体撮像装置の全体概要を示した平面図である。It is the top view which showed the whole outline | summary of the solid-state imaging device of patent document 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…固体撮像装置、3…単位画素、7…駆動制御部、10…画素部、12…水平走査回路、12a…第1水平走査回路(画像取得用水平スキャナ)、12b…第2水平走査回路(ID検出用水平スキャナ)、14…垂直走査回路、14a…第1垂直走査回路(画像取得用垂直スキャナ)、14b…第2垂直走査回路(ID検出用垂直スキャナ)、15…行制御線、18…水平信号線、19…垂直信号線、20…通信・タイミング制御部、26…カラム処理部、27…演算処理部、28…出力回路、100…用途信号取得部、120…レンジ拡大処理部、272…差分演算部、274…アナログメモリアレイ部、275…バイアス回路部、276…コンパレータ部、278…データラッチ部、400,500…CDS兼差分演算処理部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid-state imaging device, 3 ... Unit pixel, 7 ... Drive control part, 10 ... Pixel part, 12 ... Horizontal scanning circuit, 12a ... 1st horizontal scanning circuit (horizontal scanner for image acquisition), 12b ... 2nd horizontal scanning circuit (ID detection horizontal scanner), 14 ... vertical scanning circuit, 14a ... first vertical scanning circuit (image acquisition vertical scanner), 14b ... second vertical scanning circuit (ID detection vertical scanner), 15 ... row control line, DESCRIPTION OF SYMBOLS 18 ... Horizontal signal line, 19 ... Vertical signal line, 20 ... Communication / timing control part, 26 ... Column processing part, 27 ... Operation processing part, 28 ... Output circuit, 100 ... Usage signal acquisition part, 120 ... Range expansion processing part 272: Difference calculation unit, 274 ... Analog memory array unit, 275 ... Bias circuit unit, 276 ... Comparator unit, 278 ... Data latch unit, 400, 500 ... CDS and difference calculation processing unit

Claims (47)

物理量の変化を検知した単位信号を出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための半導体装置を使用して、物理量についての所定の検知条件の元で取得された前記単位信号に基づいて、所定目的用の物理情報を取得する物理情報取得方法であって、
前記単位構成要素に対してそれぞれ独立した駆動制御を行ない、これにより前記単位構成要素から出力されたそれぞれの前記単位信号に基づいて、それぞれ独立した信号処理を行なう
ことを特徴とする物理情報取得方法。
A unit signal generation unit that outputs a unit signal that detects a change in physical quantity is included in the unit component, and a semiconductor device for detecting a physical quantity distribution in which the unit component is arranged in a predetermined order is used. A physical information acquisition method for acquiring physical information for a predetermined purpose based on the unit signal acquired under a predetermined detection condition,
A physical information acquisition method characterized by performing independent drive control on each unit component, and thereby performing independent signal processing based on each unit signal output from the unit component. .
前記それぞれ独立した駆動制御は、前記単位信号の読出しに関わるそれぞれの掃引処理の速度が異なるものである
ことを特徴とする請求項1に記載の物理情報取得方法。
2. The physical information acquisition method according to claim 1, wherein the independent drive control has different sweep processing speeds related to reading of the unit signal.
前記それぞれの掃引処理を同期して行なう
ことを特徴とする請求項2に記載の物理情報取得方法。
The physical information acquisition method according to claim 2, wherein the respective sweep processes are performed synchronously.
前記それぞれ独立した信号処理として、前記掃引処理の速度が異なる条件の元で取得される前記単位構成要素から出力されたそれぞれの前記単位信号に基づいて、処理単位時間がそれぞれ異なる前記物理情報を同時に取得する
ことを特徴とする請求項2に記載の物理情報取得方法。
As the independent signal processing, based on the unit signals output from the unit components acquired under conditions where the speed of the sweep processing is different, the physical information having different processing unit times is simultaneously applied. It acquires. The physical information acquisition method of Claim 2 characterized by the above-mentioned.
前記単位構成要素から出力されるそれぞれの前記単位信号を、前記単位構成要素からの共通の信号線を介して時分割で読み出す
ことを特徴とする請求項1に記載の物理情報取得方法。
The physical information acquisition method according to claim 1, wherein the unit signals output from the unit components are read out in a time division manner through a common signal line from the unit components.
前記単位構成要素から出力されるそれぞれの前記単位信号を、前記単位構成要素からの独立した信号線を介して読み出す
ことを特徴とする請求項1に記載の物理情報取得方法。
The physical information acquisition method according to claim 1, wherein each unit signal output from the unit component is read out via an independent signal line from the unit component.
前記それぞれ独立した信号処理の一方は、同一の前記単位構成要素からそれぞれ異なる時間に出力された前記単位信号間の差分を取る処理を含むものである
ことを特徴とする請求項1に記載の物理情報取得方法。
The physical information acquisition according to claim 1, wherein one of the independent signal processes includes a process of taking a difference between the unit signals output at different times from the same unit component. Method.
前記単位信号間の差分を所定の記憶媒体に記憶しておき、この後、前記記憶媒体に記憶されている差分と、新たに取得される前記単位信号間の差分との間で、さらに差分を取る処理を行なう
ことを特徴とする請求項7に記載の物理情報取得方法。
The difference between the unit signals is stored in a predetermined storage medium, and thereafter, a difference is further calculated between the difference stored in the storage medium and the newly acquired difference between the unit signals. The physical information acquisition method according to claim 7, further comprising: performing processing.
前記それぞれ異なる時間に出力された前記単位信号は、前記それぞれ独立した駆動制御による検知時間がそれぞれ異なる条件の元で取得されたものである
ことを特徴とする請求項8に記載の物理情報取得方法。
The physical information acquisition method according to claim 8, wherein the unit signals output at different times are acquired under conditions under different detection times by the independent drive controls. .
前記それぞれ独立した信号処理の他方は、同一の前記単位構成要素からそれぞれ異なる時間に出力された前記単位信号間の差分を取る処理を含むものである
ことを特徴とする請求項8に記載の物理情報取得方法。
The physical information acquisition according to claim 8, wherein the other of the independent signal processes includes a process of taking a difference between the unit signals output at different times from the same unit component. Method.
前記それぞれ独立した信号処理の一方と、前記それぞれ独立した信号処理の他方とにおける、前記差分を取る処理を、共通の処理系統で行なう
ことを特徴とする請求項10に記載の物理情報取得方法。
The physical information acquisition method according to claim 10, wherein the process of obtaining the difference between one of the independent signal processes and the other of the independent signal processes is performed in a common processing system.
同一の前記単位構成要素に対する双方の掃引処理の競合を回避するように、駆動制御を行なう
ことを特徴とする請求項1に記載の物理情報取得方法。
The physical information acquisition method according to claim 1, wherein drive control is performed so as to avoid competition between both sweep processes for the same unit component.
前記それぞれ独立した駆動制御の内の一方は、前記単位構成要素から前記単位信号が出力された後にも、物理量の変化を検知した単位信号が前記単位構成要素内に保持されるように、駆動制御を行なう
ことを特徴とする請求項1に記載の物理情報取得方法。
One of the independent drive controls is drive control so that a unit signal in which a change in physical quantity is detected is held in the unit component even after the unit signal is output from the unit component. The physical information acquisition method according to claim 1, wherein:
前記それぞれ独立した駆動制御の内の一方は、自然画像を取得するように前記単位構成要素に対して駆動制御を行ない、
前記それぞれ独立した駆動制御の内の他方は、光源の点滅信号の強度変化のタイミングを検出するように前記単位構成要素に対して駆動制御を行なう
ことを特徴とする請求項1に記載の物理情報取得方法。
One of the independent drive controls performs drive control on the unit component so as to acquire a natural image,
2. The physical information according to claim 1, wherein the other of the independent drive controls performs drive control on the unit component so as to detect timing of intensity change of a blinking signal of a light source. Acquisition method.
前記それぞれ独立した駆動制御の内の一方の駆動制御による、前記単位信号の読出しに関わる掃引処理の速度は、前記それぞれ独立した駆動制御の内の他方の駆動制御による、前記単位信号の読出しに関わる掃引処理の速度よりも低速である
ことを特徴とする請求項14に記載の物理情報取得方法。
The speed of the sweep processing related to the reading of the unit signal by one of the independent drive controls is related to the reading of the unit signal by the other drive control of the independent drive controls. The physical information acquisition method according to claim 14, wherein the physical information acquisition method is slower than a speed of the sweep process.
前記それぞれ独立した信号処理により得られたそれぞれの出力信号に基づいて、さらに所定の信号処理を行なう
ことを特徴とする請求項1に記載の物理情報取得方法。
The physical information acquisition method according to claim 1, further comprising performing predetermined signal processing based on each output signal obtained by the independent signal processing.
前記所定の信号処理は、前記それぞれの出力信号間での合成処理を伴うものである
ことを特徴とする請求項16に記載の物理情報取得方法。
The physical information acquisition method according to claim 16, wherein the predetermined signal processing involves synthesis processing between the respective output signals.
前記それぞれの出力信号は、前記それぞれ独立した駆動制御による検知期間がそれぞれ異なる条件の元で取得されたものである
ことを特徴とする請求項17に記載の物理情報取得方法。
18. The physical information acquisition method according to claim 17, wherein each of the output signals is acquired under a condition in which detection periods by the independent drive control are different from each other.
前記それぞれ独立した信号処理により得られたそれぞれの出力信号に基づいて、画像信号出力を行なうとともに、移動動物体の検出処理、距離計測処理、画像フィルタ処理、画像の平滑化処理、画像のエッジ検出処理の内の少なくとも1つを行なう
ことを特徴とする請求項1に記載の物理情報取得方法。
Based on each output signal obtained by the independent signal processing, an image signal is output, and a moving object detection process, a distance measurement process, an image filter process, an image smoothing process, and an image edge detection are performed. The physical information acquisition method according to claim 1, wherein at least one of the processes is performed.
物理量の変化を検知した単位信号を出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための半導体装置を使用して、物理量についての所定の検知条件の元で取得された前記単位信号に基づいて、所定目的用の物理情報を取得する物理情報取得装置であって、
前記単位構成要素に対して第1の駆動制御を行なう第1の駆動制御部と、
前記第1の駆動制御部の制御の元で前記単位構成要素から出力された前記単位信号に基づいて信号処理を行なう第1の信号処理部と、
前記単位構成要素に対して第2の駆動制御を行なう第2の駆動制御部と、
前記第2の駆動制御部の制御の元で前記単位構成要素から出力された前記単位信号に基づいて信号処理を行なう第2の信号処理部と、
を備えたことを特徴とする物理情報取得装置。
A unit signal generation unit that outputs a unit signal that detects a change in physical quantity is included in the unit component, and a semiconductor device for detecting a physical quantity distribution in which the unit component is arranged in a predetermined order is used. A physical information acquisition device that acquires physical information for a predetermined purpose based on the unit signal acquired under a predetermined detection condition,
A first drive control unit that performs first drive control on the unit component;
A first signal processing unit that performs signal processing based on the unit signal output from the unit component under the control of the first drive control unit;
A second drive control unit for performing second drive control on the unit component;
A second signal processing unit that performs signal processing based on the unit signal output from the unit component under the control of the second drive control unit;
A physical information acquisition apparatus comprising:
前記第1の信号処理部と前記第2の信号処理部とは、それぞれ異なる信号処理を行なう
ことを特徴とする請求項20に記載の物理情報取得装置。
The physical information acquisition apparatus according to claim 20, wherein the first signal processing unit and the second signal processing unit perform different signal processing.
前記第1の駆動制御部と前記第2の駆動制御部とは、前記単位信号の読出しに関わるそれぞれの掃引処理の速度を異なるものとする
ことを特徴とする請求項20に記載の物理情報取得装置。
The physical information acquisition according to claim 20, wherein the first drive control unit and the second drive control unit have different sweep processing speeds related to reading of the unit signal. apparatus.
前記第1の駆動制御部と前記第2の駆動制御部とは、前記それぞれの掃引処理を同期して行なう
ことを特徴とする請求項22に記載の物理情報取得装置。
The physical information acquisition apparatus according to claim 22, wherein the first drive control unit and the second drive control unit perform the respective sweep processes in synchronization.
前記第1の信号処理部と前記第2の信号処理部とは、前記掃引処理の速度が異なる条件の元で取得される前記単位構成要素から出力されたそれぞれの前記単位信号に基づいて、処理単位時間がそれぞれ異なる前記物理情報を同時に取得する
ことを特徴とする請求項22に記載の物理情報取得装置。
The first signal processing unit and the second signal processing unit are configured to perform processing based on the unit signals output from the unit components acquired under conditions where the speed of the sweep processing is different. The physical information acquisition apparatus according to claim 22, wherein the physical information having different unit times is acquired simultaneously.
前記第1の駆動制御部と前記第2の駆動制御部とは、前記単位構成要素から出力されるそれぞれの前記単位信号を、前記単位構成要素からの共通の信号線を介して時分割で読み出すように駆動制御を行なう
ことを特徴とする請求項20に記載の物理情報取得装置。
The first drive control unit and the second drive control unit read each unit signal output from the unit component in a time division manner via a common signal line from the unit component. 21. The physical information acquisition apparatus according to claim 20, wherein drive control is performed as described above.
前記第1の駆動制御部と前記第2の駆動制御部とは、前記単位構成要素から出力されるそれぞれの前記単位信号を、前記単位構成要素からの独立した信号線を介して読み出すように駆動制御を行なう
ことを特徴とする請求項20に記載の物理情報取得装置。
The first drive control unit and the second drive control unit are driven so as to read out the respective unit signals output from the unit component via independent signal lines from the unit component. 21. The physical information acquisition apparatus according to claim 20, wherein control is performed.
前記第2の信号処理部は、同一の前記単位構成要素からそれぞれ異なる時間に出力された前記単位信号間の差分を取る処理を行なう差分情報取得部を有する
ことを特徴とする請求項20に記載の物理情報取得装置。
The said 2nd signal processing part has a difference information acquisition part which performs the process which takes the difference between the said unit signals output at the different time from the said same unit component, respectively. Physical information acquisition device.
前記第2の信号処理部は、前記単位信号間の差分を記憶する記憶媒体と、
前記記憶媒体に記憶されている差分と、新たに取得される前記単位信号間の差分との間で、さらに差分を取る処理を行なう第2の差分情報取得部と
を有することを特徴とする請求項27に記載の物理情報取得装置。
The second signal processing unit includes a storage medium for storing a difference between the unit signals;
A second difference information acquisition unit that performs a process of obtaining a difference between the difference stored in the storage medium and a difference between the newly acquired unit signals. Item 27. The physical information acquisition apparatus according to Item 27.
前記第1の駆動制御部と前記第2の駆動制御部とは、前記それぞれ異なる時間に出力された前記単位信号が、検知時間がそれぞれ異なる条件の元で取得されるように、駆動制御を行なう
ことを特徴とする請求項28に記載の物理情報取得装置。
The first drive control unit and the second drive control unit perform drive control such that the unit signals output at the different times are acquired under different conditions of the detection times. 29. The physical information acquisition apparatus according to claim 28.
前記第1の信号処理部は、同一の前記単位構成要素からそれぞれ異なる時間に出力された前記単位信号間の差分を取る処理を行なう第3の差分情報取得部
を有することを特徴とする請求項28に記載の物理情報取得装置。
The said 1st signal processing part has a 3rd difference information acquisition part which performs the process which takes the difference between the said unit signals each output at the different time from the said same unit component, It is characterized by the above-mentioned. 28. The physical information acquisition apparatus according to 28.
前記第1の差分情報取得部と前記第3の差分情報取得部とは、共通の処理系統を有する ことを特徴とする請求項30に記載の物理情報取得装置。   The physical information acquisition apparatus according to claim 30, wherein the first difference information acquisition unit and the third difference information acquisition unit have a common processing system. 前記第1の駆動制御部と前記第2の駆動制御部とは、同一の前記単位構成要素に対する双方の掃引処理の競合を回避するように、駆動制御を行なう
ことを特徴とする請求項20に記載の物理情報取得装置。
21. The drive control unit according to claim 20, wherein the first drive control unit and the second drive control unit perform drive control so as to avoid competition of both sweep processes for the same unit component. The physical information acquisition device described.
前記第1の駆動制御部と前記第2の駆動制御部の内の一方は、前記単位構成要素から前記単位信号が出力された後にも、物理量の変化を検知した単位信号が前記単位構成要素内に保持されるように、駆動制御を行なう
ことを特徴とする請求項20に記載の物理情報取得装置。
One of the first drive control unit and the second drive control unit is configured so that a unit signal in which a change in physical quantity is detected is detected in the unit component even after the unit signal is output from the unit component. The physical information acquisition apparatus according to claim 20, wherein drive control is performed so that
前記第2の信号処理部は、前記単位構成要素から出力された前記単位信号もしくは当該単位信号に対応する処理済み信号に対してオフセット成分を与えるバイアス処理部
を有することを特徴とする請求項20に記載の物理情報取得装置。
The second signal processing unit includes a bias processing unit that provides an offset component to the unit signal output from the unit component or a processed signal corresponding to the unit signal. The physical information acquisition device described in 1.
前記第1の駆動制御部は、自然画像を取得するように前記単位構成要素に対して駆動制御を行ない、
前記第2の駆動制御部は、光源の点滅信号の強度変化のタイミングを検出するように前記単位構成要素に対して駆動制御を行なう
ことを特徴とする請求項20に記載の物理情報取得装置。
The first drive control unit performs drive control on the unit component so as to acquire a natural image,
The physical information acquisition apparatus according to claim 20, wherein the second drive control unit performs drive control on the unit component so as to detect timing of intensity change of a blinking signal of a light source.
前記第1の駆動制御部と前記第2の駆動制御部とは、前記第1の駆動制御部による前記単位信号の読出しに関わる掃引処理の速度が、前記第2の駆動制御部による前記単位信号の読出しに関わる掃引処理の速度よりも低速となるように設定する
ことを特徴とする請求項35に記載の物理情報取得装置。
The first drive control unit and the second drive control unit are configured such that a speed of a sweep process related to reading of the unit signal by the first drive control unit is equal to the unit signal by the second drive control unit. 36. The physical information acquisition apparatus according to claim 35, wherein the physical information acquisition apparatus is set so as to be slower than a speed of a sweep process related to reading of.
前記第1の信号処理部は、前記単位構成要素から出力される前記単位信号に基づいて画像情報の出力処理を行ない、
前記第2の信号処理部は、前記単位構成要素から出力される前記単位信号を用いた所定のアプリケーションを実行するための演算処理を行なう
ことを特徴とする請求項20に記載の物理情報取得装置。
The first signal processing unit performs output processing of image information based on the unit signal output from the unit component,
The physical information acquisition apparatus according to claim 20, wherein the second signal processing unit performs arithmetic processing for executing a predetermined application using the unit signal output from the unit component. .
前記第1の信号処理部と前記第2の信号処理部により得られたそれぞれの出力信号に基づいて、さらに所定の信号処理を行なう第3の信号処理部
を有することを特徴とする請求項20に記載の物理情報取得装置。
21. A third signal processing unit for further performing predetermined signal processing based on respective output signals obtained by the first signal processing unit and the second signal processing unit. The physical information acquisition device described in 1.
前記第3の信号処理部は、前記第1の信号処理部と前記第2の信号処理部により得られたそれぞれの出力信号間での合成処理を行なう合成処理部を含む
ことを特徴とする請求項38に記載の物理情報取得装置。
The third signal processing unit includes a synthesis processing unit that performs synthesis processing between respective output signals obtained by the first signal processing unit and the second signal processing unit. Item 40. The physical information acquisition apparatus according to Item 38.
前記第1の駆動制御部と前記第2の駆動制御部とは、前記第1の信号処理部と前記第2の信号処理部により得られるそれぞれの出力信号が、検知期間がそれぞれ異なる条件となるように駆動制御を行なう
ことを特徴とする請求項38に記載の物理情報取得装置。
In the first drive control unit and the second drive control unit, the output signals obtained by the first signal processing unit and the second signal processing unit have different detection periods. The physical information acquisition apparatus according to claim 38, wherein drive control is performed as described above.
前記第2の信号処理部は、前記所定のアプリケーションとして、移動動物体の検出処理、距離計測処理、画像フィルタ処理、画像の平滑化処理、画像のエッジ検出処理の内の少なくとも1つに関わる信号処理を行なう
ことを特徴とする請求項36に記載の物理情報取得装置。
The second signal processing unit is a signal related to at least one of moving object detection processing, distance measurement processing, image filtering processing, image smoothing processing, and image edge detection processing as the predetermined application. 37. The physical information acquisition apparatus according to claim 36, wherein processing is performed.
前記半導体装置を備えたことを特徴とする請求項20に記載の物理情報取得装置。   21. The physical information acquisition apparatus according to claim 20, comprising the semiconductor device. 物理量の変化を検知した単位信号を出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための半導体装置であって、
同一の前記単位構成要素から出力される前記単位信号を、それぞれ独立に出力可能な個別の信号線を有する
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device for detecting a physical quantity distribution including a unit signal generation unit that outputs a unit signal that detects a change in physical quantity in a unit constituent element, and the unit constituent elements are arranged in a predetermined order,
A semiconductor device comprising: individual signal lines capable of independently outputting the unit signals output from the same unit component.
物理量の変化を検知した単位信号を出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための半導体装置であって、
検知された前記物理量の変化を示す情報を前記単位信号生成部に転送する転送部を複数備えている
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device for detecting a physical quantity distribution including a unit signal generation unit that outputs a unit signal that detects a change in physical quantity in a unit constituent element, and the unit constituent elements are arranged in a predetermined order,
A semiconductor device comprising a plurality of transfer units that transfer information indicating the detected change in the physical quantity to the unit signal generation unit.
物理量の変化を検知した単位信号を出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための半導体装置であって、
検知された前記物理量の変化を示す同一の情報を検知する複数の前記単位信号生成部と、
前記複数の前記単位信号生成部のそれぞれから出力される前記単位信号を、それぞれ独立に出力可能な個別の信号線と
を有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device for detecting a physical quantity distribution including a unit signal generation unit that outputs a unit signal that detects a change in physical quantity in a unit constituent element, and the unit constituent elements are arranged in a predetermined order,
A plurality of the unit signal generation units for detecting the same information indicating a change in the detected physical quantity;
A semiconductor device comprising: individual signal lines capable of independently outputting the unit signals output from each of the plurality of unit signal generation units.
検知された前記物理量の変化を示す同一の情報を前記複数の前記単位信号生成部の内の一方に転送する第1の転送部と、
前記単位信号生成部の内の一方に転送された前記物理量の変化を示す同一の情報を、さらに前記単位信号生成部の内の他方に転送する第2の転送部と
を有することを特徴とする請求項45に記載の半導体装置。
A first transfer unit that transfers the same information indicating the detected change in the physical quantity to one of the plurality of unit signal generation units;
A second transfer unit that transfers the same information indicating the change in the physical quantity transferred to one of the unit signal generation units to the other of the unit signal generation units. 46. The semiconductor device according to claim 45.
前記第1の転送部は、それぞれの前記単位構成要素に対して、同時に制御可能に構成されている
ことを特徴とする請求項46に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 46, wherein the first transfer unit is configured to be simultaneously controllable with respect to each of the unit components.
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Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007281556A (en) * 2006-04-03 2007-10-25 Seiko Epson Corp Imaging element, imaging apparatus, and imaging system
JP2009060443A (en) * 2007-08-31 2009-03-19 Canon Inc Imaging apparatus and control method therefor
US7847231B2 (en) 2007-08-28 2010-12-07 Panasonic Corporation Image sensor and electromagnetic radiation imaging device
JP2011176616A (en) * 2010-02-24 2011-09-08 Canon Inc Solid-state image-pickup apparatus, and driving method for the same
JPWO2011013548A1 (en) * 2009-07-30 2013-01-07 浜松ホトニクス株式会社 Solid-state imaging device
JP2013114647A (en) * 2011-12-01 2013-06-10 Exvision Inc Gesture input system
JP2014022931A (en) * 2012-07-18 2014-02-03 Canon Inc Imaging device, and method and program of controlling the same
WO2014192152A1 (en) * 2013-05-31 2014-12-04 株式会社ニコン Electronic device and control program
JP2015177301A (en) * 2014-03-14 2015-10-05 キヤノン株式会社 Imaging apparatus, control method thereof, and program
WO2015151793A1 (en) * 2014-03-31 2015-10-08 ソニー株式会社 Imaging element, imaging method, and electronic device
JP2016164564A (en) * 2013-03-20 2016-09-08 コグネクス コーポレイション Image sensor
JP2016201797A (en) * 2015-04-09 2016-12-01 株式会社半導体エネルギー研究所 Imaging device and electronic equipment
KR101841744B1 (en) 2016-08-10 2018-03-23 주식회사 유엑스팩토리 Stereo Image Matching System integrated CMOS Image Sensor and Method thereof
US10113870B2 (en) 2013-03-20 2018-10-30 Cognex Corporation Machine vision system for forming a digital representation of a low information content scene
US10284793B2 (en) 2016-01-15 2019-05-07 Cognex Corporation Machine vision system for forming a one dimensional digital representation of a low information content scene
WO2020039531A1 (en) * 2018-08-23 2020-02-27 国立大学法人東北大学 Optical sensor and signal readout method thereof, and optical area sensor and signal readout method thereof
WO2020045685A1 (en) * 2018-08-31 2020-03-05 ソニー株式会社 Imaging device, imaging system, imaging method and imaging program
JP2020115570A (en) * 2015-03-24 2020-07-30 株式会社半導体エネルギー研究所 Imaging apparatus
JP2020167424A (en) * 2010-07-01 2020-10-08 株式会社半導体エネルギー研究所 Imaging device
CN115493800A (en) * 2022-11-17 2022-12-20 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 Synchronous parallel acquisition system for steady-state pressure and pulsating pressure data and application method
WO2023189600A1 (en) * 2022-03-29 2023-10-05 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Imaging system

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11196339A (en) * 1998-01-05 1999-07-21 Nikon Corp Image pickup device for motion detection
JP2000050287A (en) * 1998-07-31 2000-02-18 Olympus Optical Co Ltd Image input device
JP2003153291A (en) * 2001-11-08 2003-05-23 Canon Inc Imaging apparatus and system
JP2003169251A (en) * 2001-09-20 2003-06-13 Sony Corp Solid-state image pickup unit and control method thereof
JP2003348459A (en) * 2002-05-27 2003-12-05 Sony Corp Solid-state imaging apparatus and its drive method
JP2005086246A (en) * 2003-09-04 2005-03-31 Olympus Corp Solid-state imaging apparatus
JP2005277513A (en) * 2004-03-23 2005-10-06 Olympus Corp Solid state imaging device
JP2005295381A (en) * 2004-04-02 2005-10-20 Sony Corp Imaging apparatus

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11196339A (en) * 1998-01-05 1999-07-21 Nikon Corp Image pickup device for motion detection
JP2000050287A (en) * 1998-07-31 2000-02-18 Olympus Optical Co Ltd Image input device
JP2003169251A (en) * 2001-09-20 2003-06-13 Sony Corp Solid-state image pickup unit and control method thereof
JP2003153291A (en) * 2001-11-08 2003-05-23 Canon Inc Imaging apparatus and system
JP2003348459A (en) * 2002-05-27 2003-12-05 Sony Corp Solid-state imaging apparatus and its drive method
JP2005086246A (en) * 2003-09-04 2005-03-31 Olympus Corp Solid-state imaging apparatus
JP2005277513A (en) * 2004-03-23 2005-10-06 Olympus Corp Solid state imaging device
JP2005295381A (en) * 2004-04-02 2005-10-20 Sony Corp Imaging apparatus

Cited By (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007281556A (en) * 2006-04-03 2007-10-25 Seiko Epson Corp Imaging element, imaging apparatus, and imaging system
US7847231B2 (en) 2007-08-28 2010-12-07 Panasonic Corporation Image sensor and electromagnetic radiation imaging device
JP2009060443A (en) * 2007-08-31 2009-03-19 Canon Inc Imaging apparatus and control method therefor
US8767110B2 (en) 2009-07-30 2014-07-01 Hamamatsu Photonics K.K. Solid-state image pickup device
JPWO2011013548A1 (en) * 2009-07-30 2013-01-07 浜松ホトニクス株式会社 Solid-state imaging device
JP5632374B2 (en) * 2009-07-30 2014-11-26 浜松ホトニクス株式会社 Solid-state imaging device
JP2011176616A (en) * 2010-02-24 2011-09-08 Canon Inc Solid-state image-pickup apparatus, and driving method for the same
JP2020167424A (en) * 2010-07-01 2020-10-08 株式会社半導体エネルギー研究所 Imaging device
JP2013114647A (en) * 2011-12-01 2013-06-10 Exvision Inc Gesture input system
JP2014022931A (en) * 2012-07-18 2014-02-03 Canon Inc Imaging device, and method and program of controlling the same
US10113870B2 (en) 2013-03-20 2018-10-30 Cognex Corporation Machine vision system for forming a digital representation of a low information content scene
US10677593B2 (en) 2013-03-20 2020-06-09 Cognex Corporation Machine vision system for forming a digital representation of a low information content scene
JP2016164564A (en) * 2013-03-20 2016-09-08 コグネクス コーポレイション Image sensor
US10630960B2 (en) 2013-03-20 2020-04-21 Cognex Corporation Machine vision 3D line scan image acquisition and processing
WO2014192152A1 (en) * 2013-05-31 2014-12-04 株式会社ニコン Electronic device and control program
JP6075393B2 (en) * 2013-05-31 2017-02-08 株式会社ニコン Electronic equipment and control program
US11290652B2 (en) 2013-05-31 2022-03-29 Nikon Corporation Electronic apparatus and control program
JPWO2014192152A1 (en) * 2013-05-31 2017-02-23 株式会社ニコン Electronic equipment and control program
JP2015177301A (en) * 2014-03-14 2015-10-05 キヤノン株式会社 Imaging apparatus, control method thereof, and program
JPWO2015151793A1 (en) * 2014-03-31 2017-04-13 ソニー株式会社 Imaging device, imaging method, electronic device
US9930275B2 (en) 2014-03-31 2018-03-27 Sony Corporation Image sensor, imaging method, and electronic apparatus
TWI643500B (en) * 2014-03-31 2018-12-01 日商新力股份有限公司 Imaging element, imaging method and electronic device
WO2015151793A1 (en) * 2014-03-31 2015-10-08 ソニー株式会社 Imaging element, imaging method, and electronic device
JP2020115570A (en) * 2015-03-24 2020-07-30 株式会社半導体エネルギー研究所 Imaging apparatus
US11202026B2 (en) 2015-04-09 2021-12-14 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device and electronic device
US10582141B2 (en) 2015-04-09 2020-03-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device and electronic device
JP2016201797A (en) * 2015-04-09 2016-12-01 株式会社半導体エネルギー研究所 Imaging device and electronic equipment
US10284793B2 (en) 2016-01-15 2019-05-07 Cognex Corporation Machine vision system for forming a one dimensional digital representation of a low information content scene
KR101841744B1 (en) 2016-08-10 2018-03-23 주식회사 유엑스팩토리 Stereo Image Matching System integrated CMOS Image Sensor and Method thereof
JPWO2020039531A1 (en) * 2018-08-23 2021-08-26 国立大学法人東北大学 Optical sensor and its signal reading method and optical area sensor and its signal reading method
WO2020039531A1 (en) * 2018-08-23 2020-02-27 国立大学法人東北大学 Optical sensor and signal readout method thereof, and optical area sensor and signal readout method thereof
JP7333562B2 (en) 2018-08-23 2023-08-25 国立大学法人東北大学 Optical sensor and its signal readout method and optical area sensor and its signal readout method
JP2020039124A (en) * 2018-08-31 2020-03-12 ソニー株式会社 Imaging apparatus, imaging system, imaging method and imaging program
WO2020045685A1 (en) * 2018-08-31 2020-03-05 ソニー株式会社 Imaging device, imaging system, imaging method and imaging program
US11704904B2 (en) 2018-08-31 2023-07-18 Sony Corporation Imaging apparatus, imaging system, imaging method, and imaging program
WO2023189600A1 (en) * 2022-03-29 2023-10-05 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Imaging system
CN115493800A (en) * 2022-11-17 2022-12-20 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 Synchronous parallel acquisition system for steady-state pressure and pulsating pressure data and application method
CN115493800B (en) * 2022-11-17 2023-02-28 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 Synchronous parallel acquisition system for steady-state pressure and pulsating pressure data and application method

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