JP2006242716A - Imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像装置に関し、より詳細には、走査型レーザレーダに利用する撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus, and more particularly to an imaging apparatus used for a scanning laser radar.
従来、レーザ光を走査ミラー(ポリゴンミラー等)で走査して前方に放射し、物体からの反射光を受光することにより、物体の有無、物体までの距離、物体の方位等を検出する走査型レーザレーダがある。この走査型レーザレーダを実現する際に、受光素子が行列状に配列されたエリア型のイメージセンサを用いるという技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。この特許文献1においては、送り出したレーザを受光する際に、積分器を用いて時間−電圧変換を行い、レーザの飛行時間を電圧という値に変換し、それを距離算出に用いるという原理を基本としてさまざまなアイデアが説明されている。但し、時間−電圧変換を行う回路には高精度な処理が必要である。図6は、特許文献1に記載の図であり、時間を電圧に変換する積分器52を示している。
Conventionally, a scanning type that detects the presence of an object, the distance to the object, the direction of the object, etc. by scanning the laser beam with a scanning mirror (polygon mirror, etc.) and emitting it forward and receiving the reflected light from the object There is a laser radar. A technique of using an area-type image sensor in which light receiving elements are arranged in a matrix is disclosed when realizing this scanning laser radar (see, for example, Patent Document 1). In this
しかし、図6の積分器52に、単純な積分器を用いると、積分器の時定数が製造ばらつき、温度特性などでばらついてしまうことで時間から電圧への変換が一義的に保証されないという問題がある。また、そのばらつきはルックアップテーブルなどを用いることで補正は可能ではあるが、そうすることでシステムコストが嵩んだり、動作速度が遅くなったりするという問題が考えられる。更に、動作速度向上のために積分器52を複数並列に動作させた場合には、積分器間の差も補正しなくてはならなくなるため、ルックアップテーブルのサイズも膨大となり、更に補正困難となる。 However, if a simple integrator is used as the integrator 52 in FIG. 6, the time constant of the integrator varies due to manufacturing variations, temperature characteristics, etc., and thus conversion from time to voltage cannot be uniquely guaranteed. There is. The variation can be corrected by using a look-up table or the like, but there are problems that the system cost increases and the operation speed becomes slow. Further, when a plurality of integrators 52 are operated in parallel for improving the operation speed, the difference between the integrators must be corrected, and the size of the lookup table becomes enormous, which makes correction difficult. Become.
また、特許文献1に記載の図である図7に示すように、受光素子アレイ8の出力がそのまま積分器52(データ測定回路11内)には与えられず、マルチプレクサ9や受光出力加算アンプ10などを介してから積分器52に入力されている。これにより、受光素子アレイ8の各画素から積分器52までの経路に挟まれた回路のジッタや温度特性のため、変換結果の精度は低下してしまう。つまり、受光素子アレイ8から積分器52までの経路をすべての素子において同等に配置し、遅延量をそろえることは困難なことから、遅延量の差に起因する結果のばらつきの影響を受けてしまうという問題がある。
Further, as shown in FIG. 7, which is a diagram described in
また、特許文献1においては、S/N比を向上させる手段として、隣接画素の出力を受光出力加算アンプ10で加算している。この処理により確かに受光信号のS/Nが改善されるが、受光出力加算アンプ10に固有のジッタ、遅延などを加味すると、受光素子アレイ8の出力から積分器52で積分するまでの総合的なS/N比は改善されない場合もあるという問題がある。
In
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、受光素子の出力から積分器で積分するまでの総合的なS/N比を改善できる撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide an imaging apparatus capable of improving the overall S / N ratio from the output of a light receiving element to integration by an integrator.
この発明は、上述した課題を解決すべくなされたもので、本発明による撮像装置においては、複数の受光素子が画素を形成し行列状に配列されている撮像素子を備える撮像装置であって、撮像素子の各画素において受光量に応じて電気信号を出力する受光素子と、受光素子の出力を受け付けて、出力の受け付け開始タイミングで第1の信号を出力し、出力が所定の閾値を越えたタイミングで第2の信号を出力する閾値演算手段と、第1の信号に応じて第1の積分処理を開始し、第2の信号に応じて第1の積分処理を終了して第1の積分結果を出力し、出力した第1の積分結果に対して第1の積分処理と極性の異なる第2の積分処理を所定の値となるまで行う積分手段と、積分手段が第2の積分処理を開始してから終了するまでの時間を計数する計数手段とを具備することを特徴とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. In the imaging apparatus according to the present invention, the imaging apparatus includes an imaging element in which a plurality of light receiving elements form pixels and are arranged in a matrix. A light receiving element that outputs an electrical signal according to the amount of light received in each pixel of the image pickup element, and an output of the light receiving element is received, and a first signal is output at an output reception start timing, and the output exceeds a predetermined threshold value Threshold calculation means for outputting the second signal at timing, and the first integration process is started in response to the first signal, the first integration process is ended in response to the second signal, and the first integration is started. An integration means for outputting a result and performing a second integration process having a polarity different from that of the first integration process on the output first integration result until a predetermined value is obtained; and the integration means performs the second integration process. Count time from start to finish Characterized by comprising a counting means.
これにより、本発明による撮像装置を例えばレーザレーダに利用した場合に、同一の積分器を用いて二度積分動作を行うことで、積分器自身に起因するばらつきをキャンセルし、高精度の時間情報を計数することが出来る。 As a result, when the imaging apparatus according to the present invention is used for, for example, a laser radar, by performing the integration operation twice using the same integrator, the variation caused by the integrator itself is canceled, and highly accurate time information is obtained. Can be counted.
また、本発明による撮像装置の一態様例においては、上記閾値演算手段、上記積分手段、上記計数手段、及び上記比較手段は、各画素内に設けられることを特徴とする。 In one embodiment of the imaging apparatus according to the present invention, the threshold value calculating means, the integrating means, the counting means, and the comparing means are provided in each pixel.
これにより、すべての画素で同時に時間の計数を開始、終了することが出来るようになる。かつ受光素子と積分手段が同一画素内に配置されるので、その間のジッタなどのばらつき要素を最小限に抑えることが出来、出力結果の精度を向上することが出来る。また、受光素子と積分手段、比較手段は、画素内の近傍に設けられているため、最小のジッタ、遅延で時間を計数出来る。 As a result, time counting can be started and ended simultaneously for all pixels. In addition, since the light receiving element and the integrating means are arranged in the same pixel, variation factors such as jitter between them can be minimized, and the accuracy of the output result can be improved. Since the light receiving element, the integrating means, and the comparing means are provided in the vicinity of the pixel, the time can be counted with the minimum jitter and delay.
また、本発明による撮像装置の一態様例においては、上記閾値演算手段、上記積分手段、及び上記比較手段は各画素内に設けられており、かつ、上記計数手段は、画素の配列における各行もしくは各列に共通に設けられ、共通する各行もしくは各列に含まれる各画素を選択的に処理することを特徴とする。 In one aspect of the imaging apparatus according to the present invention, the threshold value calculating means, the integrating means, and the comparing means are provided in each pixel, and the counting means is provided for each row or pixel array. It is provided in common to each column, and each pixel included in each common row or each column is selectively processed.
これにより、行または列単位の画素を同時に計数処理することができる。受光素子と積分手段が同一画素内に配置され、その間のジッタなどのばらつき要素を最小限に抑えることが出来るために、出力結果の精度を向上することが出来る。また、計数手段を各画素に設ける場合と比べて、省スペース化、ひいては低コスト化が可能となる。 Thereby, it is possible to simultaneously count pixels in units of rows or columns. Since the light receiving element and the integrating means are arranged in the same pixel and variation factors such as jitter between them can be minimized, the accuracy of the output result can be improved. In addition, space can be saved and cost can be reduced as compared with the case where the counting means is provided in each pixel.
また、本発明による撮像装置の一態様例においては、上記閾値演算手段及び上記積分手段は各画素内に設けられており、かつ、上記比較手段及び上記計数手段は、画素の配列における各行もしくは各列に共通に設けられ、共通する各行もしくは各列に含まれる各画素を選択的に処理することを特徴とする。 In one embodiment of the imaging apparatus according to the present invention, the threshold value calculating means and the integrating means are provided in each pixel, and the comparing means and the counting means are each row or each in the pixel array. It is provided in common to the columns, and each pixel included in each common row or column is selectively processed.
これにより、行または列単位の画素を同時に比較処理及び計数処理することができる。受光素子と積分手段が同一画素内に配置され、その間のジッタなどのばらつき要素を最小限に抑えることが出来るために、出力結果の精度を向上することが出来る。また、比較手段及び計数手段を各画素に設ける場合と比べて、省スペース化、ひいては低コスト化が可能となる。 Thereby, it is possible to simultaneously perform comparison processing and counting processing on pixels in units of rows or columns. Since the light receiving element and the integrating means are arranged in the same pixel and variation factors such as jitter between them can be minimized, the accuracy of the output result can be improved. Further, space saving and cost reduction can be achieved as compared with the case where the comparison means and the counting means are provided in each pixel.
また、本発明による撮像装置の一態様例においては、閾値演算手段、積分手段、計数手段、及び比較手段は、同一の半導体基板上に構成されることを特徴とする。 In one aspect of the imaging apparatus according to the present invention, the threshold value calculation means, the integration means, the counting means, and the comparison means are configured on the same semiconductor substrate.
これにより、例えば同一のシリコン基板状に閾値演算手段、積分手段、計数手段、及び比較手段を設けることで、各手段間の信号伝達経路がより短くなり、前述のジッタや遅延を極力小さくすることが出来るようになる。 Thus, for example, by providing threshold calculation means, integration means, counting means, and comparison means on the same silicon substrate, the signal transmission path between each means becomes shorter, and the aforementioned jitter and delay are minimized. Will be able to.
また、本発明による撮像装置の一態様例においては、各行もしくは各列に共通で設けた計数手段が画素毎に計数した結果に対して、時間フィルタ処理又は/及び空間フィルタ処理を行うフィルタ手段を更に具備することを特徴とする。 Further, in one aspect of the imaging apparatus according to the present invention, there is provided filter means for performing temporal filter processing and / or spatial filter processing on a result of counting for each pixel by a counting means provided in common for each row or each column. Furthermore, it is characterized by comprising.
これにより、計数結果に対して、時間軸や空間軸方向にフィルタ処理を行うことで、例えば画素単位のばらつきを抑えた、更に精度の良い計数結果を出力することができる。また、たとえば過去の履歴に応じて現在の出力に変更を加えたり、周辺の時間情報に基づいて自身の結果を変更することなどが、精度良く行うことが出来るようになる。 Thus, by performing a filtering process on the count result in the time axis or space axis direction, it is possible to output a more accurate count result that suppresses, for example, pixel-by-pixel variations. In addition, for example, it is possible to accurately change the current output in accordance with the past history, change the own result based on the surrounding time information, and the like.
本発明による撮像装置は、受光素子の出力から積分器で積分するまでの総合的なS/N比を改善できる。 The image pickup apparatus according to the present invention can improve the overall S / N ratio from the output of the light receiving element to the integration by the integrator.
以下に、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。
[第一の実施例]
まず、本発明の第一の実施例における撮像装置の備える撮像素子の画素一つあたりの構成について説明する。図1は、本発明の第一の実施例における撮像装置の備える撮像素子の画素一つあたりの構成例を示す図である。図1に示すように、撮像素子の1画素の中で、抵抗201、容量202、及び演算増幅器203により積分器が構成されている。演算増幅器203は、2つの入力端子(+、−)と一つの出力端子を備える。
The preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First embodiment]
First, the configuration per pixel of the image sensor included in the image pickup apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example per pixel of an image pickup element included in the image pickup apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an integrator is configured by a
抵抗201の一方の端子と演算増幅器203の入力端子(−)が接続され、その相互接続点に容量202の一方の端子が接続されている。また、容量202の他方の端子は、演算増幅器203の出力端子に接続されている。また、初期化のためのスイッチ204(SW1)が演算増幅器203の入力端子(−)と出力を短絡できるように接続されている。また、演算増幅器203の入力端子(+)には、参照電圧VREF1を供給する電圧供給線に接続されている。演算増幅器203の出力端子は、後述する比較器217の一方の入力端子に接続されており、出力信号213を出力する。
One terminal of the
上記積分器の入力端子(抵抗201の他方の端子)は、スイッチ205(SW3)を介して参照電圧VREF1に接続されており、その値は例えば演算増幅器203の参照電圧(VREF1)と同一である。また、積分器の入力端子(抵抗201の他方の端子)は、スイッチ206(SW2)を介して参照電圧VREF2に接続されている。スイッチ205とスイッチ206は相補的にオン/オフ制御される。その制御の為の信号は、閾演算回路208の出力信号と、積分開始信号209から、論理回路210によって生成される。閾演算回路208は、フォトダイオード207の出力に対して閾値演算を行う。具体的には、閾演算回路208は、フォトダイオード207の出力がある閾値を越えた場合に論理回路210にその旨を伝える出力信号を出力する。これにより、論理回路210は、スイッチ206をオフにして、スイッチ205をオンにする。
The input terminal of the integrator (the other terminal of the resistor 201) is connected to the reference voltage VREF1 via the switch 205 (SW3), and the value thereof is the same as the reference voltage (VREF1) of the
また、積分器の入力端子(抵抗201の他方の端子)は、スイッチ211(SW4)を介して参照電圧VREF3に接続されている。スイッチ211は、第二次積分開始制御信号212によりオン/オフを制御されている。尚、スイッチ211がオンしている間は、スイッチ205とスイッチ206は相補的制御ではなく、双方ともにオフされる。これは、論理回路210が、第二次積分開始制御信号212の変化に応じて行う。
The input terminal of the integrator (the other terminal of the resistor 201) is connected to the reference voltage VREF3 via the switch 211 (SW4). The
積分器の出力信号213は、比較器217の一方の入力端子に入力され、他方の入力端子には参照電圧214としてVREF4が入力されている。VREF4はVREF1と等しい電圧値でも良いが、ここではあえて同じにする必要は無いことを示すために別の記号を与えている。比較器217の出力信号は、カウンタ215のカウント停止用端子216に入力されている。またカウンタ215のカウント開始用端子は、前述の第二次積分開始制御信号212が入力されている。尚、本実施例では、カウンタ215のカウント開始用端子に第二次積分開始制御信号212を入力しているが、これに限定されるものではなく、例えば第二次積分開始制御信号212に準じた信号を入力しても良い。
The
次に、図1に示した撮像素子の動作の一例についてタイミングチャートを用いて説明する。図2は、図1に示した撮像素子の動作の一例を示すタイミングチャートである。尚、図2のSW1〜4と図1のスイッチの対応関係は、SW1=スイッチ204、SW2=スイッチ206、SW3=スイッチ205、SW4=スイッチ211である。
Next, an example of the operation of the imaging element illustrated in FIG. 1 will be described using a timing chart. FIG. 2 is a timing chart showing an example of the operation of the image sensor shown in FIG. The correspondence relationship between SW1 to SW4 in FIG. 2 and the switch in FIG. 1 is SW1 =
図2に示すように、まず、タイミング301の前までに、SW1がオンすることで積分器の初期化が行われ、タイミング301でSW1がオフすることで初期化を終える。その後タイミング302において、閾演算回路208がフォトダイオード207からの光出力を受け付けはじめる。閾演算回路208が受付を開始すると論理回路210の制御により、SW2がオンし、SW3がオフすることで積分器は積分を開始する。このとき積分する値は、SW2がオンしているのでVREF2の値である。積分開始と共に、積分器の出力信号213は上昇し始める。フォトダイオード207がある程度の光を受け、閾演算回路208における閾値を超えたと判断したタイミング304にて、論理回路210の制御によりSW2がオフしてSW3がオンすることで第一回目の積分(第一次積分)は終了する。
As shown in FIG. 2, first, the integrator is initialized when SW1 is turned on before timing 301, and the initialization is completed when SW1 is turned off at
ここでは積分終了時に積分器への出力をVREF1とすることで、積分器に流れ込む電流をゼロとすることを行っているが、本来の目的は積分器の積分電圧の上昇を停止させることであり、この手法に限られるものではない。 Here, the output to the integrator is set to VREF1 at the end of the integration so that the current flowing into the integrator is set to zero, but the original purpose is to stop the increase of the integration voltage of the integrator. It is not limited to this method.
以上の構成により、積分器は、計測を開始してから光が入射されるまでの時間を、積分結果として電圧に変換できる。ただし、問題点として、積分器のR(抵抗201の抵抗値)とC(容量202の容量値)がばらつくと、そのばらつきの比に応じて積分結果がばらつくことがあげられる。通常、製造プロセスなどの要因によりそれらの値はある幅を持ってばらついてしまうので、この積分結果はある幅を持ってばらつく。しかし、本実施例では、後述する処理により第一次積分の積分結果に生じたばらつきをキャンセルできる。 With the above configuration, the integrator can convert the time from the start of measurement until light is incident into a voltage as an integration result. However, as a problem, if the integrator R (resistance value of the resistor 201) and C (capacitance value of the capacitor 202) vary, the integration result varies depending on the variation ratio. Usually, these values vary with a certain width due to factors such as the manufacturing process, so that the integration result varies with a certain width. However, in the present embodiment, it is possible to cancel the variation occurring in the integration result of the first-order integration by the process described later.
また、本実施例によれば、フォトダイオード207の出力変化がすぐ積分器における積分処理停止に利用されている。時間計測には通常ナノ秒以下の精度で制御が必要であり、積分処理の精度を著しく増すことが出来る。
Further, according to the present embodiment, the output change of the
第一次積分が終了後、次にタイミング305で第二次積分開始制御信号212が活性化することにより第二次積分を開始する。これにより、積分器は、SW4を介して入力されるVREF3に応じて積分を行い、その極性は第一次積分と逆方向である。それと同時に、カウンタ215のリセットを解除し、カウンタ215を所定周波数のクロックでカウントアップ、またはカウントダウンし、計測を開始する。タイミング306にて、第二次積分の結果、積分器の出力はVREF3(ここではVREF3=VREF1とした)に至り、この時点で比較器217はカウンタ215へ停止信号を送る。つまり、カウンタ215は、タイミング305からタイミング306まで間にカウントした値を、カウント値として出力する。カウンタ215は、たとえばデジタルカウンタでも良いし、もしくは精度が著しく高いアナログ動作の時刻計測デバイスでも良い。
After the completion of the primary integration, the secondary integration start control signal 212 is activated at
一連の動作の結果、第一次積分の電圧が、カウント値という値になるが、ここで、第一次積分と第二次積分を同一のRとCで行うことによって、たとえ一次積分の結果がずれたとしても、二次積分でそのずれを含めてカウント値に変換するので、各画素のRとCのばらつきをキャンセルすることが可能となる。 As a result of a series of operations, the voltage of the primary integration becomes a value called a count value. Here, by performing the primary integration and the secondary integration with the same R and C, even if the result of the primary integration is Even if there is a deviation, since the deviation is converted into a count value by the quadratic integration, it is possible to cancel the variation in R and C of each pixel.
また、本実施例では具体的な回路図を提示したが、本例に限定される物ではない。たとえば抵抗201の代わりにスイッチトキャパシタを用いて抵抗素子を擬似的に生成しても良いし、また、比較器217も簡単なオペアンプだけではなく、その他様々な比較手段を採用しても良い。本実施例の特徴は、計時結果の電圧を再度積分することで計時に影響する素子の値のばらつきや変動をキャンセルできることであって、その効果が得られる回路構成であればよい。
Further, although a specific circuit diagram is presented in the present embodiment, the present invention is not limited to this example. For example, a resistor element may be generated in a pseudo manner using a switched capacitor instead of the
また、このような回路をどのように実現するか、であるが、たとえば一つのICのなかにすべての機能を盛り込むことが好ましい。IC上につくることで、各機能ブロック間の距離を著しく小さくすることができ、寄生素子や外乱など、高精度化の妨げとなる要因を排除することが出来る。たとえばシリコン基板などにつくることが好ましい。 Further, how to realize such a circuit is preferable. For example, it is preferable to incorporate all functions in one IC. By making it on the IC, the distance between the functional blocks can be remarkably reduced, and factors that hinder high accuracy such as parasitic elements and disturbances can be eliminated. For example, it is preferable to make it on a silicon substrate.
また、フォトダイオード207については、たとえばシリコン基板状に三次元状にフォトダイオードを作り込む技術などで、開口率を上げる構成を用いても良い。また、その際には、単結晶シリコン以外の材料、たとえばアモルファスシリコンや、もしくはアバランシェフォトダイオードなどを形成しても良い。
The
以上説明した構成により、本実施例における撮像装置は、積分器の時定数のばらつき(RやCのばらつき)の影響をキャンセルできる。更に、本実施例における撮像装置は、画素出力(フォトダイオード207の出力)から積分器までの経路を従来より簡素にしているので、従来では上記経路に設けられた回路により生じていたジッタや遅延の影響を防ぐことができ、S/N比を高めることができる。また、1画素内に積分器、比較器217、及びカウンタ215を設けることで、各回路間の信号伝達経路が短縮され、従来よりジッタや遅延の影響を防ぐことができ、S/N比を高めることができる。以上により、本実施例における撮像装置は精度よく時間−電圧変換を行うことができ、走査型レーザレーダに最適な撮像装置である。
With the configuration described above, the imaging apparatus according to the present embodiment can cancel the influence of the variation in the time constant of the integrator (the variation in R and C). Furthermore, since the image pickup apparatus according to the present embodiment has a simpler path from the pixel output (output of the photodiode 207) to the integrator than in the past, jitter and delay conventionally caused by circuits provided in the above path. Can be prevented, and the S / N ratio can be increased. In addition, by providing an integrator, a
[第二の実施例]
図3は、本発明の第二の実施例における撮像装置が備える撮像素子の構成例を示す図である。図1に示した第一の実施例では、画素一つあたりに一つのカウンタ215を備えていたが、第二の実施例では、一列あたり一つのカウンタ405を設けて、列単位でカウンタを共通化している。さらに、第二の実施例では、列の中のどの行を読むかを選択スイッチ401で選択出来るようにしている。また、積分開始信号402、第二次積分開始信号403、そのほか行を駆動するパルス、たとえば積分器の初期化の信号などを、各行別々に制御できるようにした点が異なる。また、カウンタ405のスタート信号404は行毎の第二次積分開始信号からデコードされて作られる。
[Second Example]
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging element included in the imaging device according to the second embodiment of the present invention. In the first embodiment shown in FIG. 1, one counter 215 is provided for each pixel. However, in the second embodiment, one
回路構成は、スイッチ401が比較器217の出力端子に接続され、列単位でカウンタ405が設けられた点以外は、図1と同様であり、図3においては、図1に示した符号201〜217は省略しており、その説明も省略する。また、図3に示す撮像素子の動作は、第一の実施例とほぼ同等であり、異なる点について以下に説明する。
The circuit configuration is the same as that of FIG. 1 except that the
異なる点は、各行の第一次積分を行うタイミングと第二次積分を行うタイミングについてである。具体的には、たとえばある行毎に第一次積分、第二次積分を行いながら進めていく駆動方法、行列で同時に第一次積分を行った後で、その後に行毎に第二次積分を行い、カウント値を得ていく方法、もしくは、ある行の第二次積分を行っているときに、その次の行の第一次積分をおこなう駆動方法などが考えられ、その組み合わせは幾通りも考えられる。本実施例の特徴である、積分器のばらつきをキャンセルできるという効果は、上記の駆動についていかなる駆動を行っても得られるものである。 The difference is the timing for performing the first order integration and the second order integration for each row. Specifically, for example, a driving method that proceeds while performing primary integration and secondary integration for each row, after performing primary integration at the same time in a matrix, and then secondary integration for each row To obtain the count value, or the driving method that performs the first-order integration of the next row when performing the second-order integration of a certain row. Is also possible. The effect of being able to cancel the integrator variation, which is a feature of the present embodiment, can be obtained regardless of the type of driving described above.
また、第二の実施例に特有の効果として、カウンタ405を列で共有化したことで、1画素あたりの面積を抑えることが出来、高画素数化、チップサイズの縮小化など、機能、コストの面で優れた効果を得ることができる。
Further, as an effect peculiar to the second embodiment, the
[第三の実施例]
図4は、本発明の第三の実施例における撮像装置が備える撮像素子の構成例を示す図である。第二の実施例との大きな違いは、比較器も列あたりで共有されているという点である。図4に示すように、比較器406が、カウンタ405と対で配置され、比較器406の入力端子には、スイッチ401の出力端子が接続されている。また、スイッチ401の入力端子には、演算増幅器203の出力端子が接続されている。尚、図4でも図3と同様に、図1で説明した符号201〜213は省略しおり、その説明も省略する。
[Third embodiment]
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging element included in the imaging apparatus according to the third embodiment of the present invention. The major difference from the second embodiment is that the comparators are also shared per column. As shown in FIG. 4, the
また、列毎に選択するなどの駆動の詳細については、第二の実施例と同等である。第二の実施例の特徴である、積分器のばらつきをキャンセルできるという効果は、列の駆動方法に関係なく第三の実施例でも得られる。また、第三の実施例に特有の効果として、カウンタ405と比較器406を列で共有化したことで、1画素あたりの面積を第二の実施例と比べても抑えることが出来、高画素数化、チップサイズの縮小化など、機能、コストの面で優れた効果を得ることができる。
Further, details of driving such as selection for each column are the same as in the second embodiment. The effect of canceling the integrator variation, which is a feature of the second embodiment, can be obtained in the third embodiment regardless of the column driving method. Further, as an effect peculiar to the third embodiment, the
[第四の実施例]
図5は、本発明の第四の実施例における撮像装置が備える撮像素子の構成例を示す図である。第四の実施例は、第三の実施例の回路構成と、カウンタ405の出力する計時結果をFIRフィルタ601に入力している点で異なる。尚、図5でも図4と同様に、図1で説明した符号201〜213は省略しおり、その説明も省略する。また、図5において、比較器は画素内ではないが、比較器が各画素内に設けられている構成(図3のカウンタ405にFIRフィルタが設けられた構成)であってもよい。
[Fourth embodiment]
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging element included in the imaging apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. The fourth embodiment is different from the circuit configuration of the third embodiment in that the time measurement result output from the
たとえばカウント結果のS/Nをあげたい場合は、FIRフィルタ601において、隣接する画素のカウント値を加算する空間フィルタ処理や、時間軸での移動平均などの平均化処理のような時間フィルタ処理や、それらの組合せの処理を行うことが出来るようになる。従来例においては計時前に画素の出力の加算を行っていたために、画素出力が積分器の動作を制御するまでの経路において、加算回路などの存在に起因するジッタなどが生じており、逆にS/Nの低下要因を作り込んでいた。本回路形式によって、理想的な経路でデジタル値として変換された計時結果に対して時間・空間方向のFIRフィルタをかけることが出来、本来のS/N向上という目的を果たせるようになった。
For example, in order to increase the S / N of the count result, in the
以上説明したように上記第五の実施例に依れば、積分器の時定数ばらつきの影響を最小化し、かつ、ジッタや遅延の影響を最低限に押さえることでS/N比を改善することができる。更に、画素間で加算を行う際はジッタや遅延の影響を受けないような加算手法をとることで、S/N比の高いレーザレーダに最適な撮像装置(光電変換装置)を得ることができる。
尚、第二〜第四の実施例においては、画素配列において列単位でカウンタ等の共有を行っていたが、この限りではなく、行単位でカウンタ等の共有を行っても良い。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
As described above, according to the fifth embodiment, the influence of the time constant variation of the integrator is minimized, and the S / N ratio is improved by minimizing the influence of jitter and delay. Can do. Furthermore, when performing addition between pixels, an image pickup device (photoelectric conversion device) that is optimal for a laser radar having a high S / N ratio can be obtained by using an addition method that is not affected by jitter or delay. .
In the second to fourth embodiments, the counter and the like are shared in units of columns in the pixel array. However, the present invention is not limited to this, and the counter and the like may be shared in units of rows.
The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like that do not depart from the gist of the present invention.
201 抵抗
202 容量
203 演算増幅器
204、205、206 スイッチ
207 フォトダイオード
208 閾演算回路
210 論理回路
215、405 カウンタ
217、406 比較器
601 FIRフィルタ
201 Resistor 202
Claims (7)
前記撮像素子の各画素において受光量に応じて電気信号を出力する受光素子と、
前記受光素子の出力を受け付けて、前記出力の受け付け開始タイミングで第1の信号を出力し、前記出力が所定の閾値を越えたタイミングで第2の信号を出力する閾値演算手段と、
前記第1の信号に応じて第1の積分処理を開始し、前記第2の信号に応じて前記第1の積分処理を終了して第1の積分結果を出力し、出力した前記第1の積分結果に対して前記第1の積分処理と極性の異なる第2の積分処理を所定の値となるまで行う積分手段と、
前記積分手段が前記第2の積分処理を開始してから終了するまでの時間を計数する計数手段と
を具備することを特徴とする撮像装置。 An imaging apparatus including an imaging device in which a plurality of light receiving elements form pixels and are arranged in a matrix,
A light receiving element that outputs an electrical signal according to the amount of light received in each pixel of the image sensor;
Threshold value calculating means for receiving an output of the light receiving element, outputting a first signal at a timing when the output starts to be received, and outputting a second signal when the output exceeds a predetermined threshold;
The first integration process is started in response to the first signal, the first integration process is ended in response to the second signal, the first integration result is output, and the output first first Integration means for performing a second integration process having a polarity different from that of the first integration process on the integration result until a predetermined value is reached;
An imaging apparatus comprising: counting means for counting a time from when the integration means starts the second integration process to when it ends.
前記計数手段は、比較手段の判断結果に応じて前記第2の積分処理の終了を察知することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 Comparing means for comparing and determining whether or not an integration result has reached the predetermined value when the integrating means is performing the second integration processing,
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the counting unit detects the end of the second integration process according to a determination result of the comparison unit.
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JP2009261401A (en) * | 2009-06-19 | 2009-11-12 | Research Institute Of Innovative Technology For The Earth | Method and device for culturing microorganism, biological method for producing hydrogen and fuel cell system |
WO2018180660A1 (en) * | 2017-03-29 | 2018-10-04 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Solid-state imaging device |
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