JP2005354568A - Physical information acquisition method, physical information acquisition device and semiconductor device for detecting physical value distribution - Google Patents
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Abstract
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). ).
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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-
“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
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
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-
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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 /
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 /
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 /
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
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 /
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
<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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
<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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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:
FIG. 6 is a timing chart illustrating a first modification of the image acquisition function and the ID detection function in the solid-
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
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
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;
FIG. 7 is a timing chart for explaining another
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-
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
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
<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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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-
<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
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-
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
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
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
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 (
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
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
<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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
<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-
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
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
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
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
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
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
<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-
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
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
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
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
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
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-
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-
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
<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-
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
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
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
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
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
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
<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
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
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-
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-
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
Claims (47)
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. .
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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. .
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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:
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
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. .
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004175247A JP4830270B2 (en) | 2004-06-14 | 2004-06-14 | Solid-state imaging device and signal processing method for solid-state imaging device |
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Country Status (1)
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---|---|
JP (1) | JP4830270B2 (en) |
Cited By (21)
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)
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 |
-
2004
- 2004-06-14 JP JP2004175247A patent/JP4830270B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
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)
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 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4830270B2 (en) | 2011-12-07 |
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