JP2020145502A - Imaging device and control method thereof - Google Patents

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Abstract

To provide an imaging device including an imaging element having an AD conversion and a counter, which can acquire a suitable signal with an expanded dynamic range.SOLUTION: An imaging device 700 that acquires a plurality of signals from an imaging element in which a pixel unit includes a plurality of photoelectric conversion units and detects the phase difference includes a plurality of counters that count signals output by the plurality of photoelectric conversion units in a unit pixel of the imaging element, and a system control unit that controls the counting by performing input to the counter or controlling a circuit of the counter. The system control unit controls each of the counters in a first counting mode in which signals output by the plurality of photoelectric conversion units are individually counted, and a second counting mode in which signals output by the plurality of photoelectric conversion units are summed and counted, and a part of the output of the counter in the first counting mode is input to the counter in the second counting mode.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、撮像装置およびその制御方法に関する。 The present invention relates to an image pickup apparatus and a control method thereof.

焦点検出を行う方法として位相差検出方式が知られている。
位相差検出方式は、撮影レンズの射出瞳領域を通過した光束を分割し、分割した光束に応じて得られた信号を比較することによって相対的なずれ量を算出し、焦点を合わせるためのフォーカスレンズの駆動量を求めるものである。近年では、撮像素子が有する各画素のマイクロレンズ下に複数の光電変換部(分割画素)を設けることによって瞳分割機能を付与し、撮像信号と位相差検出用の焦点検出信号を得ることが可能な撮像装置が知られている。特許文献1は、撮像素子から得られた一対の焦点検出用信号の位相差に基づいて焦点検出を行うとともに、1つのマイクロレンズを共有する複数の受光部の加算信号を撮像信号として利用する撮像装置を開示している。
A phase difference detection method is known as a method for performing focus detection.
The phase difference detection method divides the luminous flux that has passed through the exit pupil region of the photographing lens, calculates the relative deviation amount by comparing the signals obtained according to the divided luminous flux, and focuses for focusing. The driving amount of the lens is calculated. In recent years, by providing a plurality of photoelectric conversion units (divided pixels) under the microlens of each pixel of the imaging element, it is possible to impart a pupil division function and obtain an imaging signal and a focus detection signal for phase difference detection. Imaging devices are known. Patent Document 1 performs focus detection based on the phase difference of a pair of focus detection signals obtained from an image sensor, and uses an additive signal of a plurality of light receiving units sharing one microlens as an image pickup signal. The device is disclosed.

特許文献2は、画素毎に1bit型AD変換とカウンタを有するイメージセンサにおいて、受光素子に一定の電荷が蓄積されるたびに蓄積容量をリセットする信号処理回路を開示している。このイメージセンサにおいて検出可能な光量は、蓄積容量の電圧が基準電圧と一致したときに出力されるパルスの回数を数えるカウンタの上限により定まる。また、受光素子に一定の電荷が蓄積されるたびに蓄積容量をリセットするため、光電変換素子で飽和することがない。 Patent Document 2 discloses a signal processing circuit that resets the storage capacity each time a certain amount of electric charge is accumulated in a light receiving element in an image sensor having a 1-bit type AD conversion and a counter for each pixel. The amount of light that can be detected by this image sensor is determined by the upper limit of the counter that counts the number of pulses output when the voltage of the storage capacity matches the reference voltage. Further, since the storage capacity is reset every time a constant charge is accumulated in the light receiving element, the photoelectric conversion element does not saturate.

特開2001−083407号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-083407 特開2015−173432号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-173432

しかしながら、特許文献2のイメージセンサでは、高輝度の被写体を撮影した場合に撮像信号や焦点検出信号で飽和が発生し、画質の劣化や焦点検出精度の低下につながる場合があった。 However, in the image sensor of Patent Document 2, when a high-luminance subject is photographed, saturation occurs in the image pickup signal and the focus detection signal, which may lead to deterioration of image quality and focus detection accuracy.

本発明は、AD変換とカウンタを有する撮像素子を備えた撮像装置であって、ダイナミックレンジを拡大した好適な信号を取得できる撮像装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an image pickup device including an image pickup device having an AD conversion and a counter, which can acquire a suitable signal with an expanded dynamic range.

上記課題を解決するために、本発明の撮像装置は、画素部が複数の光電変換部を備える撮像素子から複数の信号を取得して位相差検出を行う撮像装置であって、前記複数の光電変換部がそれぞれ出力する信号を計数する複数の計数手段と、前記計数手段への入力または前記計数手段の回路を制御することにより前記計数を制御する制御手段と、を備える。前記制御手段は、それぞれの前記計数手段を、前記複数の光電変換部がそれぞれ出力する信号を個別に計数する第1の計数モードと、前記複数の光電変換部がそれぞれ出力する信号を合算して計数する第2の計数モードのいずれかで制御し、前記第1の計数モードの出力の一部を、前記第2の計数モードの前記計数手段に入力する。 In order to solve the above problems, the image pickup apparatus of the present invention is an image pickup apparatus in which a plurality of signals are acquired from an image pickup element having a plurality of photoelectric conversion units in a pixel unit to detect a phase difference, and the plurality of photoelectric devices are detected. A plurality of counting means for counting the signals output by the conversion unit, and a control means for controlling the counting by inputting to the counting means or controlling the circuit of the counting means. The control means sums up the first counting mode in which each of the counting means individually counts the signals output by the plurality of photoelectric conversion units, and the signals output by the plurality of photoelectric conversion units. It is controlled by any of the second counting modes for counting, and a part of the output of the first counting mode is input to the counting means of the second counting mode.

本発明によれば、AD変換とカウンタを有する撮像素子を備えた撮像装置であって、ダイナミックレンジを拡大した好適な信号を取得できる撮像装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an image pickup device including an image pickup device having an AD conversion and a counter, which can acquire a suitable signal with an expanded dynamic range.

単位画素の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of a unit pixel. カウンタ104Aの構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the counter 104A. カウンタ104Bの構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the counter 104B. 単位画素間の配線を説明する図である。It is a figure explaining the wiring between unit pixels. 撮像素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an image sensor. 撮像素子の出力データの一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the output data of an image sensor. 撮像装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the image pickup apparatus. 信号整形処理のタイミングを示す図である。It is a figure which shows the timing of a signal shaping process. 信号整形処理のタイミングを示す図である。It is a figure which shows the timing of a signal shaping process.

図1は、本実施形態に係る単位画素100の構成を示す回路図である。単位画素100は、図7に示される撮像装置700が備える撮像素子500が有する画素の1つである。撮像素子500は、例えば、行方向および列方向に二次元状に配置された複数の単位画素100を有している。単位画素100は複数の光電変換部を備え、各光電変換部からの位相差を有する位相差検出用の信号に基づいて撮像光学系の焦点調節を行うことができる。本実施形態では、単位画素100が2つの光電変換部を備える例を説明する。 FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a unit pixel 100 according to the present embodiment. The unit pixel 100 is one of the pixels included in the image pickup device 500 included in the image pickup apparatus 700 shown in FIG. 7. The image pickup device 500 has, for example, a plurality of unit pixels 100 arranged two-dimensionally in the row direction and the column direction. The unit pixel 100 includes a plurality of photoelectric conversion units, and can adjust the focus of the imaging optical system based on a phase difference detection signal having a phase difference from each photoelectric conversion unit. In this embodiment, an example in which the unit pixel 100 includes two photoelectric conversion units will be described.

単位画素100は、アバランシェフォトダイオード(以下、APDとする)101A、APD101B、クエンチ抵抗102A、クエンチ抵抗102B、波形整形回路103A、波形整形回路103B、カウンタ104Aおよびカウンタ104Bを備える。単位画素100は、さらに、OR回路105、セレクタ106Aおよびセレクタ106Bを備える。 The unit pixel 100 includes an avalanche photodiode (hereinafter referred to as APD) 101A, APD101B, a quench resistor 102A, a quench resistor 102B, a waveform shaping circuit 103A, a waveform shaping circuit 103B, a counter 104A, and a counter 104B. The unit pixel 100 further includes an OR circuit 105, a selector 106A, and a selector 106B.

APD101A,APD101Bは、受光した光を電気信号に変換する光電変換部である。APD101A,APD101Bは、具体的には、アバランシェ効果を用いた光電変換素子である。同一マイクロレンズを透過した光をAPD101A,APD101Bがそれぞれ受光することにより、射出瞳の領域の異なる一対の信号を得ることが可能である。APD101Aは、クエンチ抵抗102Aを介して逆バイアス電圧VAPDと接続しており、所定電圧が供給される。APD101Bは、クエンチ抵抗102Bを介して逆バイアス電圧VAPDと接続しており、所定電圧が供給される。そのため、APD101A,APD101Bに光子が入射するとアバランシェ増倍(アバランシェ効果)による電荷が発生し、発生した信号(APD_A,APD_B)は波形整形回路103A,波形整形回路103Bに入力される。 The APD101A and APD101B are photoelectric conversion units that convert the received light into an electric signal. Specifically, the APD101A and APD101B are photoelectric conversion elements using the avalanche effect. When the APD101A and APD101B receive the light transmitted through the same microlens, it is possible to obtain a pair of signals having different regions of the exit pupil. APD101A through the quench resistor 102A is connected to the reverse bias voltage V APD, predetermined voltage is supplied. The APD101B is connected to the reverse bias voltage V APD via the quench resistor 102B, and a predetermined voltage is supplied. Therefore, when a photon is incident on APD101A and APD101B, an electric charge is generated by avalanche multiplication (avalanche effect), and the generated signals (APD_A, APD_B) are input to the waveform shaping circuit 103A and the waveform shaping circuit 103B.

波形整形回路103A,波形整形回路103Bは、APD101A,APD101Bからの信号(APD_A,APD_B)の波形整形を行う。例えば、波形整形回路103A,波形整形回路103Bは比較回路を有し、信号(APD_A,APD_B)に係る入力電圧を所定の閾値電圧と比較することにより、電圧パルス(PLS_A,PLS_B)を出力する。すなわち、波形整形回路103A,波形整形回路103Bは、光子の入射に応じた電荷の生成・排出による電位の変化に対し増幅・エッジ検出を行うことにより、電圧パルス(PLS_A,PLS_B)をそれぞれ生成する。このように、APD101、クエンチ抵抗102および波形整形回路103は、光の入射を電圧パルスに変換することにより、1bit型AD変換部として機能する。 The waveform shaping circuit 103A and the waveform shaping circuit 103B perform waveform shaping of signals (APD_A, APD_B) from APD101A and APD101B. For example, the waveform shaping circuit 103A and the waveform shaping circuit 103B have a comparison circuit, and output voltage pulses (PLS_A, PLS_B) by comparing the input voltage related to the signal (APD_A, APD_B) with a predetermined threshold voltage. That is, the waveform shaping circuit 103A and the waveform shaping circuit 103B generate voltage pulses (PLS_A, PLS_B), respectively, by performing amplification and edge detection for changes in potential due to generation and discharge of electric charges in response to photon incidents. .. As described above, the APD 101, the quench resistor 102, and the waveform shaping circuit 103 function as a 1-bit type AD conversion unit by converting the incident light into a voltage pulse.

セレクタ106A,セレクタ106Bは、波形整形回路103A,波形整形回路103Bが出力した電圧パルス(PLS_A,PLS_B)から、カウンタ104A,カウンタ104Bに入力する電圧パルスを選択する。セレクタ106A,セレクタ106Bは、単位画素100の外部から入力されるセレクタ制御信号に応じて動作する。本実施形態では、セレクタ制御信号として‘0’もしくは‘1’が設定される。 The selector 106A and the selector 106B select voltage pulses to be input to the counter 104A and the counter 104B from the voltage pulses (PLS_A, PLS_B) output by the waveform shaping circuit 103A and the waveform shaping circuit 103B. The selector 106A and the selector 106B operate in response to a selector control signal input from the outside of the unit pixel 100. In the present embodiment, "0" or "1" is set as the selector control signal.

セレクタ制御信号が‘0’の場合、2つの光電変換部が出力する信号を個別に読み出す制御が行われる。以下、セレクタ制御信号が‘0’の場合を第1の計数モードという。2つの光電変換部が出力する信号を個別に読み出すため、位相差方式による焦点検出が可能となる。また、個別に読み出した信号を合成することで、撮像信号を生成することも可能である。したがって、第1の計数モードでは、焦点検出信号(A像信号およびB像信号)と撮像信号(A+B像信号)を取得することができる。セレクタ制御信号が‘0’の場合、セレクタ106Aは電圧パルスPLS_Aをカウンタ104Aの入力電圧パルスとして選択し、セレクタ106Bは電圧パルスPLS_Bをカウンタ104Bの入力電圧パルスとして選択する。 When the selector control signal is '0', control is performed to read out the signals output by the two photoelectric conversion units individually. Hereinafter, the case where the selector control signal is '0' is referred to as the first counting mode. Since the signals output by the two photoelectric conversion units are read out individually, focus detection by the phase difference method becomes possible. It is also possible to generate an imaging signal by synthesizing individually read signals. Therefore, in the first counting mode, the focus detection signal (A image signal and B image signal) and the image pickup signal (A + B image signal) can be acquired. When the selector control signal is '0', the selector 106A selects the voltage pulse PLS_A as the input voltage pulse of the counter 104A, and the selector 106B selects the voltage pulse PLS_B as the input voltage pulse of the counter 104B.

一方、セレクタ制御信号が‘1’の場合、2つの光電変換部が出力する信号を合算して読み出す制御が行われる。以下、セレクタ制御信号が‘1’の場合を第2の計数モードという。第2の計数モードでは、撮像信号(A+B像信号)を取得することができる。セレクタ制御信号が‘1’の場合、セレクタ106Aは、OR回路105を介して生成される電圧パルスPLS_Aと電圧パルスPLS_Bの論理和をカウンタ104Aの入力電圧パルスとして選択する。そして、セレクタ106Bはカウンタ104Aの桁上がり信号Aをカウンタ104Bの入力電圧パルスとして選択する。OR回路105は、2入力1出力の論理回路であり、波形整形回路103Aの出力信号である電圧パルスPLS_Aおよび波形整形回路103Bの出力信号である電圧パルスPLS_Bを取得し、論理和演算を行って信号をカウンタ104Aに出力する。 On the other hand, when the selector control signal is '1', control is performed to add up and read out the signals output by the two photoelectric conversion units. Hereinafter, the case where the selector control signal is ‘1’ is referred to as a second counting mode. In the second counting mode, the imaging signal (A + B image signal) can be acquired. When the selector control signal is '1', the selector 106A selects the logical sum of the voltage pulse PLS_A and the voltage pulse PLS_B generated via the OR circuit 105 as the input voltage pulse of the counter 104A. Then, the selector 106B selects the carry signal A of the counter 104A as the input voltage pulse of the counter 104B. The OR circuit 105 is a logic circuit with two inputs and one output, acquires the voltage pulse PLS_A which is the output signal of the waveform shaping circuit 103A and the voltage pulse PLS_B which is the output signal of the waveform shaping circuit 103B, and performs a logical sum operation. The signal is output to the counter 104A.

カウンタ104A,カウンタ104Bは、セレクタ106A,セレクタ106Bによって選択された電圧パルスをカウントする計数部である。カウンタ104A,カウンタ104Bは、カウント値(計数値)を示す出力信号と最上位ビットの桁上がり信号を出力する。カウンタ104A,カウンタ104Bのリセットおよび計数のイネーブルは、単位画素100に入力される駆動信号により制御される。また、カウンタ104Bは、別の単位画素100に構成されるカウンタ104A,カウンタ104Bの桁上がり信号およびセレクタ制御信号を受け付けることが可能となっている。 The counter 104A and the counter 104B are counting units that count the voltage pulses selected by the selector 106A and the selector 106B. The counter 104A and the counter 104B output an output signal indicating a count value (count value) and a carry signal of the most significant bit. The reset and count enablement of the counter 104A and the counter 104B are controlled by the drive signal input to the unit pixel 100. Further, the counter 104B can receive the carry signal and the selector control signal of the counter 104A and the counter 104B configured in another unit pixel 100.

次に、図2および図3を参照し、カウンタ104Aおよびカウンタ104Bについて説明する。本実施形態では、カウンタ104Aおよびカウンタ104Bを最大4ビットの非同期カウンタとして構成した場合について説明を行うが、カウンタのビット数は4ビットに限られるものではない。 Next, the counter 104A and the counter 104B will be described with reference to FIGS. 2 and 3. In the present embodiment, the case where the counter 104A and the counter 104B are configured as an asynchronous counter having a maximum of 4 bits will be described, but the number of bits of the counter is not limited to 4 bits.

図2は、カウンタ104Aの回路の構成を示す図である。カウンタ104Aは、データを保持する複数のフリップフロップ200によって構成される。本実施形態においては、カウンタ104Aは、4つのフリップフロップ200を備える。カウンタ104Aは、入力としてセレクタ106Aからの電圧パルスと、単位画素100に入力される駆動信号に含まれるリセット信号(RST)を受け付け可能である。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a circuit of the counter 104A. The counter 104A is composed of a plurality of flip-flops 200 that hold data. In this embodiment, the counter 104A includes four flip-flops 200. The counter 104A can receive a voltage pulse from the selector 106A as an input and a reset signal (RST) included in the drive signal input to the unit pixel 100.

フリップフロップ200は、D端子に入力された信号をCLK端子の立ち上がりエッジでQ端子に正論理、Q端子と対になるQ端子に負論理で出力する。なお、Q端子は図中では下記のように表示する。

Figure 2020145502
The flip-flop 200 outputs the signal input to the D terminal to the Q terminal at the rising edge of the CLK terminal with positive logic and to the Q * terminal paired with the Q terminal with negative logic. The Q * terminal is displayed as shown below in the figure.
Figure 2020145502

初段のフリップフロップ200のCLK端子には、電圧パルスが入力される。フリップフロップ200のQ端子からの出力は、後段のフリップフロップ200のCLK端子に接続する。初段以外のフリップフロップ200のCLK端子を前段のフリップフロップ200のQ端子に接続することにより、Q端子の出力を桁上がり信号として使用することができる。フリップフロップ200のそれぞれのQ端子出力による4ビットの信号はカウンタ104Aの出力信号Aとして外部へと出力される。また、最後段のフリップフロップ200のQ端子の出力の出力であるQ信号は、桁上がり信号Aとしてカウンタ104Aの外部へと出力される。 A voltage pulse is input to the CLK terminal of the first-stage flip-flop 200. The output from the Q * terminal of the flip-flop 200 is connected to the CLK terminal of the flip-flop 200 in the subsequent stage. By connecting the CLK terminal of the flip-flop 200 other than the first stage to the Q * terminal of the flip-flop 200 of the previous stage, the output of the Q * terminal can be used as a carry signal. The 4-bit signal generated by the output of each Q terminal of the flip-flop 200 is output to the outside as the output signal A of the counter 104A. Further, the Q * signal, which is the output of the output of the Q * terminal of the flip-flop 200 at the final stage, is output to the outside of the counter 104A as a carry signal A.

図3は、カウンタ104Bの回路の構成を示す図である。カウンタ104Bは、データを保持する複数のフリップフロップ200と、複数のセレクタによって構成される。本実施形態においては、カウンタ104Bは、4つのフリップフロップ200とセレクタ301およびセレクタ302を備える。カウンタ104Bは、入力としてセレクタ106Bからの電圧パルスと、単位画素100に入力される駆動信号に含まれるリセット信号(RST)を受け付け可能である。さらに、カウンタ104Bは、入力として外部桁上がり信号A、外部桁上がり信号B、セレクタ制御信号を受け付け可能である。 FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a circuit of the counter 104B. The counter 104B is composed of a plurality of flip-flops 200 for holding data and a plurality of selectors. In this embodiment, the counter 104B includes four flip-flops 200, a selector 301, and a selector 302. The counter 104B can receive a voltage pulse from the selector 106B as an input and a reset signal (RST) included in the drive signal input to the unit pixel 100. Further, the counter 104B can receive an external carry signal A, an external carry signal B, and a selector control signal as inputs.

セレクタ301は、3段目のフリップフロップ200の入力信号のセレクタである。セレクタ301は、制御信号が‘0’の場合は、2段目のフリップフロップ200のQ端子出力を選択して3段目のフリップフロップ200に出力する。一方、セレクタ301は、セレクタ制御信号が‘1’の場合は、外部桁上がり信号Aを選択して3段目のフリップフロップ200に出力する。 The selector 301 is a selector for the input signal of the third-stage flip-flop 200. When the control signal is '0', the selector 301 selects the Q * terminal output of the second-stage flip-flop 200 and outputs it to the third-stage flip-flop 200. On the other hand, when the selector control signal is '1', the selector 301 selects the external carry signal A and outputs it to the third-stage flip-flop 200.

セレクタ302は4段目のフリップフロップ200の入力信号のセレクタである。セレクタ302は、制御信号が‘0’の場合は3段目のフリップフロップ200のQ端子出力を選択して4段目のフリップフロップ200に出力する。一方、セレクタ302は、セレクタ制御信号が‘0’の場合は、外部桁上がり信号Bを選択して4段目のフリップフロップ200に出力する。 The selector 302 is a selector for the input signal of the fourth-stage flip-flop 200. When the control signal is '0', the selector 302 selects the Q * terminal output of the third-stage flip-flop 200 and outputs it to the fourth-stage flip-flop 200. On the other hand, when the selector control signal is '0', the selector 302 selects the external carry signal B and outputs it to the fourth stage flip-flop 200.

各フリップフロップ200のQ端子の出力からなる4ビットの信号は、カウンタの出力信号Bとしてカウンタ104Bの外部へと出力される。また、最後段のフリップフロップ200のQ端子の出力であるQ信号は、桁上がり信号Bとしてカウンタ104Bの外部へと出力される。 The 4-bit signal consisting of the output of the Q terminal of each flip-flop 200 is output to the outside of the counter 104B as the output signal B of the counter. Further, the Q * signal, which is the output of the Q * terminal of the flip-flop 200 at the final stage, is output to the outside of the counter 104B as a carry signal B.

以上説明したように、セレクタ制御信号が‘0’の場合は、カウンタ104Bは電圧パルスを計数する4ビットの非同期カウンタとして動作する。一方、セレクタ制御信号が‘1’の場合、1段目および2段目が電圧パルスを計数する2ビットカウンタ、3段目が外部桁上がり信号Aを保持する1ビットのフリップフロップ、4段目が外部桁上がり信号Bを計数する1ビットのフリップフロップとして動作する。 As described above, when the selector control signal is '0', the counter 104B operates as a 4-bit asynchronous counter that counts voltage pulses. On the other hand, when the selector control signal is '1', the first and second stages are 2-bit counters that count voltage pulses, the third stage is a 1-bit flip-flop that holds the external carry signal A, and the fourth stage. Operates as a 1-bit flip-flop that counts the external carry signal B.

単位画素100の8ビットからなる出力は、下位4ビットがカウンタ104Aの出力に対応し、上位4ビットがカウンタ104Bの出力に対応する。セレクタ制御信号が‘0’の場合は、下位4ビットがカウンタ104Aの出力である電圧パルスPLS_Aのカウント値に対応し、上位4ビットがカウンタBの出力である電圧パルスPLS_Bのカウント値に対応する。一方、セレクタ制御信号が‘1’の場合は、下位4ビットがカウンタ104Aの出力である電圧パルスPLS_Aと電圧パルスPLS_Bの和のカウント値に対応する。そして、上位4ビットのうち2ビットがカウンタ104Bに入力されたカウンタ104Aの桁上がり信号に対応し、残りの2ビットが、カウンタ104Bに入力された外部桁上がり信号に対応する。即ち、セレクタ制御信号が‘1’の場合は、下位6ビットが電圧パルスPLS_Aと電圧パルスPLS_Bの和のカウント値に、上位2ビットが外部桁上がり信号に対応している。 In the output consisting of 8 bits of the unit pixel 100, the lower 4 bits correspond to the output of the counter 104A, and the upper 4 bits correspond to the output of the counter 104B. When the selector control signal is '0', the lower 4 bits correspond to the count value of the voltage pulse PLS_A which is the output of the counter 104A, and the upper 4 bits correspond to the count value of the voltage pulse PLS_B which is the output of the counter B. .. On the other hand, when the selector control signal is '1', the lower 4 bits correspond to the count value of the sum of the voltage pulse PLS_A and the voltage pulse PLS_B which are the outputs of the counter 104A. Then, 2 of the upper 4 bits correspond to the carry signal of the counter 104A input to the counter 104B, and the remaining 2 bits correspond to the external carry signal input to the counter 104B. That is, when the selector control signal is '1', the lower 6 bits correspond to the count value of the sum of the voltage pulse PLS_A and the voltage pulse PLS_B, and the upper 2 bits correspond to the external carry signal.

図4は、単位画素間の配線を説明する図である。単位画素400および単位画素410は、単位画素100と同様の構成を有する。単位画素400は撮像素子上のある位置に配置され、単位画素410は単位画素400に対して垂直方向に隣接して配置される。単位画素400および単位画素410は、外部桁上がり信号を相互に配線する関係にある一対の単位画素100である。単位画素400から出力される桁上がり信号A,桁上がり信号Bは、外部桁上がり信号として単位画素410に入力される。単位画素410から出力される桁上がり信号A,桁上がり信号Bは、外部桁上がり信号として単位画素400に入力される。単位画素410から単位画素400に入力され桁上がり信号A,桁上がり信号Bは、単位画素410の出力信号を整形する際に信号整形部704により利用される。 FIG. 4 is a diagram illustrating wiring between unit pixels. The unit pixel 400 and the unit pixel 410 have the same configuration as the unit pixel 100. The unit pixel 400 is arranged at a certain position on the image sensor, and the unit pixel 410 is arranged adjacent to the unit pixel 400 in the vertical direction. The unit pixel 400 and the unit pixel 410 are a pair of unit pixels 100 that are in a relationship of wiring external carry signals to each other. The carry signal A and carry signal B output from the unit pixel 400 are input to the unit pixel 410 as an external carry signal. The carry signal A and carry signal B output from the unit pixel 410 are input to the unit pixel 400 as an external carry signal. The carry signal A and carry signal B input from the unit pixel 410 to the unit pixel 400 are used by the signal shaping unit 704 when shaping the output signal of the unit pixel 410.

図5は、撮像素子500の構成を示すブロック図である。撮像素子500は、画素部501、出力制御回路502、タイミング制御回路503、セレクタ制御回路504を備える。画素部501は、行列状に配置した複数の単位画素100を有する。具体的には、画素部501には、白塗りで示される単位画素400と単位画素400の垂直方向に隣接する斜線塗りで示される単位画素410の組み合わせが多数配置される。なお、本実施形態では単位画素400と単位画素410が垂直方向に交互に配置される例を説明するが、これに限られるものではない。例えば、単位画素400と単位画素410が水平方向に交互に配置されていてもよいし、水平方向および垂直方向に交互に配置されていてもよい。 FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the image sensor 500. The image sensor 500 includes a pixel unit 501, an output control circuit 502, a timing control circuit 503, and a selector control circuit 504. The pixel unit 501 has a plurality of unit pixels 100 arranged in a matrix. Specifically, in the pixel unit 501, a large number of combinations of the unit pixel 400 shown in white and the unit pixel 410 shown in diagonal lines adjacent to the unit pixel 400 in the vertical direction are arranged. In this embodiment, an example in which the unit pixels 400 and the unit pixels 410 are alternately arranged in the vertical direction will be described, but the present invention is not limited to this. For example, the unit pixels 400 and the unit pixels 410 may be arranged alternately in the horizontal direction, or may be arranged alternately in the horizontal direction and the vertical direction.

出力制御回路502には、画素部501に配置された単位画素400,単位画素410の出力A,出力Bがそれぞれ入力される。出力制御回路502は、入力された信号から出力する単位画素の信号を選択し制御する。タイミング制御回路503は、画素部501に駆動信号を出力する他、出力制御回路502の駆動タイミングを制御する。セレクタ制御回路504は、画素部501の単位画素400,単位画素410に入力されるセレクタ制御信号を制御する。セレクタ制御回路504と単位画素400は、セレクタ制御信号線505により接続される。また、セレクタ制御回路504と単位画素410は、セレクタ制御信号線506により接続される。タイミング制御回路503およびセレクタ制御回路504は、後述するシステム制御部707により制御される。 The unit pixel 400 and the output A and the output B of the unit pixel 410 arranged in the pixel unit 501 are input to the output control circuit 502, respectively. The output control circuit 502 selects and controls a unit pixel signal to be output from the input signal. The timing control circuit 503 outputs a drive signal to the pixel unit 501 and also controls the drive timing of the output control circuit 502. The selector control circuit 504 controls the selector control signal input to the unit pixel 400 and the unit pixel 410 of the pixel unit 501. The selector control circuit 504 and the unit pixel 400 are connected by a selector control signal line 505. Further, the selector control circuit 504 and the unit pixel 410 are connected by the selector control signal line 506. The timing control circuit 503 and the selector control circuit 504 are controlled by the system control unit 707, which will be described later.

図6は、撮像素子500の出力データの一例を説明する図である。撮像素子500は、出力制御回路502により選択される単位画素100の出力Aおよび出力Bを連結し、8ビットの信号として順次外部に出力する。本実施形態では、例えば図6に示されるように、8ビットのうち下位4ビットを単位画素100の出力A、上位4ビットを単位画素100の出力Bに割り当てる。 FIG. 6 is a diagram illustrating an example of output data of the image sensor 500. The image sensor 500 connects the output A and the output B of the unit pixel 100 selected by the output control circuit 502, and sequentially outputs them as an 8-bit signal to the outside. In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 6, the lower 4 bits of the 8 bits are assigned to the output A of the unit pixel 100, and the upper 4 bits are assigned to the output B of the unit pixel 100.

図7は、撮像装置700の構成を示す図である。撮像装置700は、撮像光学系701、撮像素子500、信号整形部704、画像処理部705、焦点検出部706、光学駆動部702、撮像素子駆動部703およびシステム制御部707を備える。撮像光学系701は、撮像素子500に被写体の光学像を結像するための光学系であり、シフトレンズやズームレンズなどの複数のレンズや絞りを含む。光学駆動部702は、焦点検出部706から出力されるフォーカス情報やシステム制御部707の光学系駆動情報に応じて、撮像光学系701を制御する。なお、本実施形態では、レンズとカメラ本体とが一体となった撮像装置を例に説明するが、これに限られるものではなく、レンズが着脱可能なレンズ交換式の撮像装置であってもよい。 FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the image pickup apparatus 700. The image pickup device 700 includes an image pickup optical system 701, an image pickup element 500, a signal shaping section 704, an image processing section 705, a focus detection section 706, an optical drive section 702, an image pickup element drive section 703, and a system control section 707. The image pickup optical system 701 is an optical system for forming an optical image of a subject on the image pickup element 500, and includes a plurality of lenses such as a shift lens and a zoom lens, and an aperture. The optical drive unit 702 controls the image pickup optical system 701 according to the focus information output from the focus detection unit 706 and the optical system drive information of the system control unit 707. In the present embodiment, an image pickup device in which a lens and a camera body are integrated will be described as an example, but the present invention is not limited to this, and an image pickup device with a removable lens may be used. ..

撮像素子500は、撮像光学系701を介して結像された被写体の光学像を電気的な信号に変換する。撮像素子500については、図5を用いてその詳細を説明した。撮像素子500は、撮像素子駆動部703からの指示に基づき、セレクタ制御回路504によるセレクタ制御信号を決定する。撮像素子駆動部703は、システム制御部707からの撮像素子の駆動指示情報に応じて、撮像素子500を制御する。 The image sensor 500 converts an optical image of a subject imaged via the image pickup optical system 701 into an electrical signal. The details of the image sensor 500 have been described with reference to FIG. The image sensor 500 determines the selector control signal by the selector control circuit 504 based on the instruction from the image sensor drive unit 703. The image sensor drive unit 703 controls the image sensor 500 in response to drive instruction information of the image sensor from the system control unit 707.

信号整形部704は、撮像素子500から出力される8ビットの出力信号を所定の手順に従って整形し、撮像信号および焦点検出用信号を生成する。信号整形部704は、単位画素400により構成されるラインの出力信号と単位画素410により構成されるラインの出力信号との待ち合わせ用にラインメモリを備える。信号整形部704による信号整形処理の詳細については後述する。なお、本実施形態では水平方向に並ぶ単位画素を1つのラインとして扱い、単位画素400により構成されるラインと出力信号と単位画素410により構成されるラインが垂直方向に交互に配置されるようにしているが、これに限られるものではない。垂直方向に並ぶ単位画素を1つのラインとして扱い、単位画素400により構成されるラインと出力信号と単位画素410により構成されるラインが水平方向に交互に配置されるようにしてもよい。また、単位画素400と単位画素410が水平垂直方向に交互に配置されるようにしてもよい。 The signal shaping unit 704 shapes the 8-bit output signal output from the image sensor 500 according to a predetermined procedure, and generates an image pickup signal and a focus detection signal. The signal shaping unit 704 includes a line memory for waiting for the output signal of the line composed of the unit pixel 400 and the output signal of the line composed of the unit pixel 410. Details of the signal shaping process by the signal shaping unit 704 will be described later. In the present embodiment, the unit pixels arranged in the horizontal direction are treated as one line, and the line composed of the unit pixel 400, the output signal, and the line composed of the unit pixel 410 are alternately arranged in the vertical direction. However, it is not limited to this. The unit pixels arranged in the vertical direction may be treated as one line, and the line composed of the unit pixel 400, the output signal, and the line composed of the unit pixel 410 may be alternately arranged in the horizontal direction. Further, the unit pixels 400 and the unit pixels 410 may be arranged alternately in the horizontal and vertical directions.

画像処理部705は、信号整形部704で生成された画像信号に対し、例えば、ホワイトバランス等の画像処理を行う。画像処理部705で各種画像処理が行われた画像信号は、不図示の圧縮部にて圧縮符号化され、記録媒体に記録される。記録媒体は、撮像装置に対して着脱可能であってもよいし、撮像装置に内蔵されていてもよい。 The image processing unit 705 performs image processing such as white balance on the image signal generated by the signal shaping unit 704. The image signal subjected to various image processing by the image processing unit 705 is compressed and coded by a compression unit (not shown) and recorded on a recording medium. The recording medium may be detachable from the image pickup device or may be built in the image pickup device.

焦点検出部706は、信号整形部704から得られた2つの瞳分割像から位相差測距を行うための位相差評価値を算出し、撮像光学系701のフォーカス位置を制御するためのフォーカス情報を算出する。システム制御部707は、各種演算を行い、撮像装置700全体を制御するCPU(Central Processing Unit)である。システム制御部707は、撮影シーンや撮像モードなどから得られる撮影情報に基づいて、光学駆動部702へズームや絞りなどの光学系の駆動情報を送る。また、システム制御部707は、撮像素子駆動部703へ露光時間やセレクタ制御回路の設定指示などの撮像素子の駆動情報を送る。 The focus detection unit 706 calculates a phase difference evaluation value for performing phase difference ranging from the two pupil division images obtained from the signal shaping unit 704, and focus information for controlling the focus position of the imaging optical system 701. Is calculated. The system control unit 707 is a CPU (Central Processing Unit) that performs various calculations and controls the entire image pickup apparatus 700. The system control unit 707 sends drive information of the optical system such as zoom and aperture to the optical drive unit 702 based on the shooting information obtained from the shooting scene, the imaging mode, and the like. Further, the system control unit 707 sends drive information of the image sensor such as an exposure time and a setting instruction of the selector control circuit to the image sensor drive unit 703.

次に、図8および図9を参照し、セレクタ制御信号の設定および信号整形部704による信号整形処理について説明する。本実施形態の撮像装置700は、第1の撮像モードおよび第2の撮像モードが設定可能である。第1の撮像モードは、撮像素子500の画素部501の全ラインから撮像信号および焦点検出用信号を取得するモードである。第2の撮像モードは、撮像素子500の画素部501のうち、撮像信号のみ取得するラインと、撮像信号と焦点検出用信号の両方を取得するラインとを交互に配置するモードである。 Next, the setting of the selector control signal and the signal shaping process by the signal shaping unit 704 will be described with reference to FIGS. 8 and 9. The image pickup apparatus 700 of the present embodiment can set a first image pickup mode and a second image pickup mode. The first image pickup mode is a mode in which an image pickup signal and a focus detection signal are acquired from all lines of the pixel unit 501 of the image pickup element 500. The second image pickup mode is a mode in which lines for acquiring only the image pickup signal and lines for acquiring both the image pickup signal and the focus detection signal are alternately arranged in the pixel portion 501 of the image pickup device 500.

第2のモードでは、撮像信号のみ取得するラインと、撮像信号と焦点検出用信号の両方を取得するラインが混在している。撮像信号と焦点検出用信号の両方を取得する場合、下位4ビットが電圧パルスPLS_Aのカウント値、上位4ビットが電圧パルスPLS_Bのカウント値に対応している出力信号を整形すると、4ビットの焦点検出用信号と5ビットの撮像信号が取得される。撮像信号のみ取得する場合、電圧パルスPLS_Aと電圧パルスPLS_Bの和である8ビットの出力信号から、8ビットの撮像信号を取得することも可能である。しかし、撮像信号と焦点検出用信号の両方を取得する場合の撮像信号のビット数と、撮像信号のみを取得する場合の撮像信号のビット数に2ビット以上の差があると、それらを合わせて画像を生成した場合に不自然な画像となってしまう。そのため、公的な撮像画像を得るためには、撮像信号のみを取得する場合の撮像信号のビット数は、撮像信号と焦点検出用信号の両方を取得する場合のビット数+1に収めることが望ましい。そのため、本実施形態では、像信号のみを取得する場合の撮像信号のビット数が5+1=6ビットとなるように制御する。したがって、撮像信号のみ取得する場合、8ビットの出力信号のうち6ビットを撮像信号に対応する各単位画素の電圧パルスPLS_Aと電圧パルスPLS_Bの和のカウント値とする。そして、残りの2ビットを、撮像信号と焦点検出用信号のダイナミックレンジを拡張するために利用する外部桁上がり信号に使用する。したがって、第2の撮像モードは撮像信号と焦点検出用信号のダイナミックレンジを拡張可能なモードである。 In the second mode, a line for acquiring only the imaging signal and a line for acquiring both the imaging signal and the focus detection signal are mixed. When acquiring both the imaging signal and the focus detection signal, if the output signal corresponding to the count value of the voltage pulse PLS_A in the lower 4 bits and the count value of the voltage pulse PLS_B in the upper 4 bits is shaped, the 4-bit focus is obtained. The detection signal and the 5-bit imaging signal are acquired. When only the imaging signal is acquired, it is also possible to acquire the 8-bit imaging signal from the 8-bit output signal which is the sum of the voltage pulse PLS_A and the voltage pulse PLS_B. However, if there is a difference of 2 bits or more between the number of bits of the image pickup signal when both the image pickup signal and the focus detection signal are acquired and the number of bits of the image pickup signal when only the image pickup signal is acquired, they are combined. When an image is generated, the image becomes unnatural. Therefore, in order to obtain a publicly captured image, it is desirable that the number of bits of the imaging signal when only the imaging signal is acquired be set to +1 the number of bits when both the imaging signal and the focus detection signal are acquired. .. Therefore, in the present embodiment, the number of bits of the image pickup signal when only the image signal is acquired is controlled to be 5 + 1 = 6 bits. Therefore, when only the imaging signal is acquired, 6 bits of the 8-bit output signal are used as the count value of the sum of the voltage pulse PLS_A and the voltage pulse PLS_B of each unit pixel corresponding to the imaging signal. Then, the remaining 2 bits are used for an external carry signal used to extend the dynamic range of the imaging signal and the focus detection signal. Therefore, the second imaging mode is a mode in which the dynamic range of the imaging signal and the focus detection signal can be expanded.

システム制御部707は、設定された撮像モードに応じて撮像素子駆動部703および信号整形部704の駆動方法を切り替える。第1の撮像モードが設定されている場合、システム制御部707は、撮像素子駆動部703を介してセレクタ制御信号線505およびセレクタ制御信号線506を共に‘0’に設定するように、セレクタ制御回路504へ駆動指示を出す。セレクタ制御回路504は、システム制御部707の指示に基づき、セレクタ制御信号線505およびセレクタ制御信号線506に‘0’を設定する。 The system control unit 707 switches the driving method of the image sensor driving unit 703 and the signal shaping unit 704 according to the set imaging mode. When the first image pickup mode is set, the system control unit 707 controls the selector so as to set both the selector control signal line 505 and the selector control signal line 506 to '0' via the image sensor drive unit 703. A drive instruction is issued to the circuit 504. The selector control circuit 504 sets '0' to the selector control signal line 505 and the selector control signal line 506 based on the instruction of the system control unit 707.

先に説明したように、セレクタ制御信号が‘0’の場合、セレクタ106Aは電圧パルスPLS_Aをカウンタ104Aの入力電圧パルスとして選択し、セレクタ106Bは電圧パルスPLS_Bをカウンタ104Bの入力電圧パルスとして選択する。そのため、第1の撮像モードでは、各単位画素に構成されるカウンタ104A,カウンタ104Bはそれぞれ4ビットのカウンタとして動作する。したがって、第1の撮像モードでは、撮像素子500の出力信号は8ビット中の下位4ビットが各単位画素の電圧パルスPLS_Aのカウント値、上位4ビットが各単位画素の電圧パルスPLS_Bのカウント値となる。 As described above, when the selector control signal is '0', the selector 106A selects the voltage pulse PLS_A as the input voltage pulse of the counter 104A, and the selector 106B selects the voltage pulse PLS_B as the input voltage pulse of the counter 104B. .. Therefore, in the first imaging mode, the counter 104A and the counter 104B configured in each unit pixel operate as 4-bit counters, respectively. Therefore, in the first imaging mode, the output signal of the imaging element 500 is such that the lower 4 bits of the 8 bits are the count value of the voltage pulse PLS_A of each unit pixel, and the upper 4 bits are the count value of the voltage pulse PLS_B of each unit pixel. Become.

一方、第2の撮像モードが設定されている場合、システム制御部707は、撮像素子駆動部703を介してセレクタ制御信号線505を‘1’、セレクタ制御信号線506を‘0’に設定するように、セレクタ制御回路504へ駆動指示を出す。セレクタ制御回路504はシステム制御部707の指示に基づき、セレクタ制御信号線505には‘1’、セレクタ制御信号線506には‘0’を設定する。 On the other hand, when the second image pickup mode is set, the system control unit 707 sets the selector control signal line 505 to '1' and the selector control signal line 506 to '0' via the image sensor drive unit 703. As a result, a drive instruction is issued to the selector control circuit 504. The selector control circuit 504 sets "1" for the selector control signal line 505 and "0" for the selector control signal line 506 based on the instruction of the system control unit 707.

まず、第2の撮像モードにいてセレクタ制御信号として‘1’が入力される単位画素400について説明する。先に説明したように、セレクタ制御信号が‘1’の場合、セレクタ106AはOR回路105を介して生成される電圧パルスPLS_Aと電圧パルスPLS_Bの論理和をカウンタ104Aの入力電圧パルスとして選択する。そして、セレクタ106Bはカウンタ104Aの桁上がり信号Aをカウンタ104Bの入力電圧パルスとして選択する。そのため、第2の撮像モードでセレクタ制御信号が‘1’に設定される単位画素400は、カウンタ104A,カウンタ104Bを直列に接続する。そして、カウンタ104Bの3ビット目と4ビット目はそれぞれ対応する単位画素410の桁上がり信号を計数するように動作する。第2の撮像モードにおいて単位画素400により構成されるラインでは、撮像素子500の出力信号8ビット中の下位6ビットが各単位画素の電圧パルスPLS_Aと電圧パルスPLS_Bの和のカウント値となる。そして、撮像素子500の出力信号8ビット中の上位2ビットが対応する単位画素410の桁上がり信号A,桁上がり信号Bとなる。 First, the unit pixel 400 in which "1" is input as a selector control signal in the second imaging mode will be described. As described above, when the selector control signal is '1', the selector 106A selects the logical sum of the voltage pulse PLS_A and the voltage pulse PLS_B generated via the OR circuit 105 as the input voltage pulse of the counter 104A. Then, the selector 106B selects the carry signal A of the counter 104A as the input voltage pulse of the counter 104B. Therefore, the unit pixel 400 whose selector control signal is set to '1' in the second imaging mode connects the counter 104A and the counter 104B in series. Then, the third bit and the fourth bit of the counter 104B operate so as to count the carry signals of the corresponding unit pixels 410, respectively. In the line composed of the unit pixels 400 in the second image pickup mode, the lower 6 bits of the 8 bits of the output signal of the image pickup element 500 are the count value of the sum of the voltage pulse PLS_A and the voltage pulse PLS_B of each unit pixel. Then, the upper 2 bits of the 8 bits of the output signal of the image sensor 500 become the carry signal A and the carry signal B of the corresponding unit pixel 410.

次に、第2の撮像モードにいてセレクタ制御信号として‘0’が入力される単位画素410について説明する。先に説明したように、セレクタ制御信号が‘0’の場合、セレクタ106Aは、電圧パルスPLS_Aをカウンタ104Aの入力電圧パルスとして選択し、セレクタ106Bは電圧パルスPLS_Bをカウンタ104Bの入力電圧パルスとして選択する。そのため、単位画素410により構成されるラインにおいては、出力信号8ビット中の下位4ビットが単位画素410の電圧パルスPLS_Aのカウント値、上位4ビットが単位画素410の電圧パルスPLS_Bのカウント値となる。 Next, the unit pixel 410 in which “0” is input as the selector control signal in the second imaging mode will be described. As described above, when the selector control signal is '0', the selector 106A selects the voltage pulse PLS_A as the input voltage pulse of the counter 104A, and the selector 106B selects the voltage pulse PLS_B as the input voltage pulse of the counter 104B. To do. Therefore, in the line composed of the unit pixel 410, the lower 4 bits of the 8 bits of the output signal are the count value of the voltage pulse PLS_A of the unit pixel 410, and the upper 4 bits are the count value of the voltage pulse PLS_B of the unit pixel 410. ..

図8および図9は、撮像モード毎の信号整形部704の各信号の遷移を示すタイミングチャートである。信号整形部704は、撮像素子500から出力された出力信号を整形処理し、整形信号を生成する。タイミングt801およびt901は、単位画素400により構成されるラインの出力信号の転送開始タイミングを表している。タイミングt802およびt902は、単位画素400により構成されるラインの出力信号の転送終了タイミングおよび単位画素410により構成されるラインの出力信号の転送開始タイミングを表している。タイミングt803およびt903は、単位画素410により構成されるラインの出力信号の転送終了タイミングを表している。タイミングt803以降はタイミングt801からタイミングt803に示す信号の遷移が、撮像素子500の最終ラインまで繰り返しているものとする。同様に、タイミングt903以降はタイミングt901からタイミングt903に示す信号の遷移が、撮像素子500の最終ラインまで繰り返しているものとする。 8 and 9 are timing charts showing the transition of each signal of the signal shaping unit 704 for each imaging mode. The signal shaping unit 704 shapes the output signal output from the image pickup device 500 and generates a shaping signal. The timings t801 and t901 represent the transfer start timing of the output signal of the line composed of the unit pixel 400. The timings t802 and t902 represent the transfer end timing of the output signal of the line composed of the unit pixel 400 and the transfer start timing of the output signal of the line composed of the unit pixel 410. The timings t803 and t903 represent the transfer end timings of the output signals of the line composed of the unit pixels 410. After the timing t803, it is assumed that the transition of the signal shown in the timing t801 to the timing t803 is repeated until the final line of the image sensor 500. Similarly, after the timing t903, it is assumed that the signal transition from the timing t901 to the timing t903 is repeated until the final line of the image sensor 500.

出力信号は、撮像素子500から出力される8ビットのデータを示している。遅延信号は、信号整形部704に内蔵される1ライン分の出力信号を保持可能なラインメモリを介して出力される遅延信号である。A整形信号、B整形信号、A+B整形信号は、撮像素子500からの出力信号に基づいて信号整形処理により生成される信号整形部704の出力信号である。有効信号A、有効信号B、有効信号A+Bは、整形信号A、整形信号B、整形信号A+Bに対して有効なデータ区間であることを示す制御用の出力信号である。有効信号A、有効信号B、有効信号A+Bでは、データが有効な期間は‘H’(High)を、データが無効な期間は‘L’(Low)を示す。 The output signal indicates 8-bit data output from the image sensor 500. The delay signal is a delay signal that is output via a line memory that can hold an output signal for one line built in the signal shaping unit 704. The A shaping signal, the B shaping signal, and the A + B shaping signal are output signals of the signal shaping unit 704 generated by signal shaping processing based on the output signal from the image sensor 500. The effective signal A, the effective signal B, and the effective signal A + B are output signals for control indicating that the data sections are valid for the shaped signal A, the shaped signal B, and the shaped signal A + B. In the valid signal A, the valid signal B, and the valid signal A + B, the period during which the data is valid indicates "H" (High), and the period during which the data is invalid indicates "L" (Low).

まず、図8を参照し、第1の撮像モードにおける信号整形部704の信号整形処理と各信号の遷移について説明する。第1の撮像モードにおける信号整形部704は、出力信号に対し、下位4ビットと上位4ビットに分離し、それぞれを整形信号A、整形信号Bの値とする。また、整形信号Aと整形信号Bを加算した値を、整形信号A+Bの値とする。 First, with reference to FIG. 8, the signal shaping process of the signal shaping unit 704 and the transition of each signal in the first imaging mode will be described. The signal shaping unit 704 in the first imaging mode separates the output signal into lower 4 bits and upper 4 bits, and sets the values of the shaping signal A and the shaping signal B, respectively. Further, the value obtained by adding the shaping signal A and the shaping signal B is taken as the value of the shaping signal A + B.

一例として、タイミングt804のタイミングにおける信号整形処理について説明する。タイミングt804において、撮像素子500の出力信号は0xBCである。このとき、出力信号の上位4ビットと下位4ビットに信号を分離すると、出力信号の上位4ビットは0x0B、下位4ビットは0x0Cとなる。出力信号の下位4ビットの値0x0Cは整形信号A、上位4ビットの0xBは整形信号Bの値として取り扱われる。また、整形信号Aと整形信号Bの加算信号は0x17となり、整形信号A+Bの値として取り扱われる。 As an example, signal shaping processing at the timing of timing t804 will be described. At the timing t804, the output signal of the image sensor 500 is 0xBC. At this time, if the signal is separated into the upper 4 bits and the lower 4 bits of the output signal, the upper 4 bits of the output signal are 0x0B and the lower 4 bits are 0x0C. The lower 4 bits of the output signal, 0x0C, are treated as the shaping signal A, and the upper 4 bits, 0xB, are treated as the shaping signal B. Further, the addition signal of the shaping signal A and the shaping signal B is 0x17, and is treated as the value of the shaping signal A + B.

タイミングt802からタイミングt803の期間においても同様に、出力信号に対し、下位4ビットを整形信号A、上位4ビットを整形信号B、整形信号Aと整形信号Bの加算信号を整形信号A+Bとする。なお、第1の撮像モードにおいては全ラインにおいて整形信号A、整形信号B、整形信号A+Bに対応する有効信号A、有効信号B、有効信号A+Bを‘H’としている。したがって、すべてのラインにおいて出力信号に対して整形処理された、整形信号A、整形信号B、整形信号A+Bが並列で後段へと出力される。このように、第1の撮像モードにおいては、信号整形処理によって全ラインの単位画素毎に4ビットの整形信号A、4ビットの整形信号B、5ビットの整形信号A+Bが生成され、後段へと出力される。 Similarly, in the period from the timing t802 to the timing t803, the lower 4 bits are the shaping signal A, the upper 4 bits are the shaping signal B, and the addition signal of the shaping signal A and the shaping signal B is the shaping signal A + B with respect to the output signal. In the first imaging mode, the shaping signal A, the shaping signal B, the valid signal A corresponding to the shaping signal A + B, the valid signal B, and the valid signal A + B are set to'H'in all lines. Therefore, the shaping signal A, the shaping signal B, and the shaping signal A + B, which have been shaped for the output signals in all the lines, are output in parallel to the subsequent stage. In this way, in the first imaging mode, a 4-bit shaping signal A, a 4-bit shaping signal B, and a 5-bit shaping signal A + B are generated for each unit pixel of the entire line by the signal shaping process, and the process proceeds to the subsequent stage. It is output.

次に、図9を参照し、第2の撮像モードにおける信号整形部704の信号整形処理と各信号の遷移について説明する。第2の撮像モードにおける信号整形部704は、単位画素400により構成されるラインと、単位画素410により構成されるラインで信号整形処理方法を切り替える。 Next, with reference to FIG. 9, the signal shaping process of the signal shaping unit 704 and the transition of each signal in the second imaging mode will be described. The signal shaping unit 704 in the second imaging mode switches the signal shaping processing method between a line composed of the unit pixels 400 and a line composed of the unit pixels 410.

最初に単位画素400により構成されるラインの信号整形処理について説明する。タイミングt901からタイミングt902に示す単位画素400の信号出力期間においては、出力信号のうち下位6ビットがPLS_AとPLS_Bの論理和のカウント値である。そして、出力信号のうち上位2ビットが対応する単位画素410のカウンタ104A、カウンタ104Bの桁上がり信号のカウント値である。 First, the signal shaping process of the line composed of the unit pixels 400 will be described. In the signal output period of the unit pixel 400 shown in the timing t901 to the timing t902, the lower 6 bits of the output signal are the count values of the logical sums of PLS_A and PLS_B. Then, the upper two bits of the output signal are the count values of the carry signals of the counter 104A and the counter 104B of the corresponding unit pixel 410.

信号整形部704は、タイミングt901からタイミングt902の期間中は出力信号の下位6ビットを整形信号A+Bとして取り扱うとともに、出力信号を不図示のラインメモリに入力する。なお、タイミングt901からタイミングt902の期間においては整形信号A+Bに対応する有効信号A+Bを‘H’、整形信号Aおよび整形信号Bに対応する有効信号Aおよび有効信号Bついては‘L’としている。 During the period from timing t901 to timing t902, the signal shaping unit 704 handles the lower 6 bits of the output signal as shaping signals A + B, and inputs the output signal to a line memory (not shown). In the period from timing t901 to timing t902, the valid signal A + B corresponding to the shaping signal A + B is set to "H", and the valid signal A and valid signal B corresponding to the shaping signal A and the shaping signal B are set to "L".

タイミングt902からタイミングt903に示す単位画素410の信号出力期間においては、出力信号の内訳は下位4ビットが単位画素410のPLS_Aのカウント値、上位4ビットが単位画素410のPLS_Bのカウント値となる。また、不図示のラインメモリにより、1ライン前の出力信号、即ち単位画素400により構成されるラインの出力信号が、対応する単位画素410と同期して遅延信号として出力される。 In the signal output period of the unit pixel 410 shown from the timing t902 to the timing t903, the breakdown of the output signal is that the lower 4 bits are the count value of PLS_A of the unit pixel 410 and the upper 4 bits are the count value of PLS_B of the unit pixel 410. Further, by a line memory (not shown), the output signal one line before, that is, the output signal of the line composed of the unit pixel 400 is output as a delay signal in synchronization with the corresponding unit pixel 410.

信号整形部704は、タイミングt902からタイミングt903の期間中は出力信号の下位4ビットと遅延信号の7ビット目を結合し、5ビットの信号を生成して整形信号Aとして取り扱う。即ち、信号整形部704は、単位画素410に構成されるカウンタ104Aの桁上がり信号Aが接続されたフリップフロップの出力ビットを結合し、5ビットの信号を生成して整形信号Aとして取り扱う。 During the period from timing t902 to timing t903, the signal shaping unit 704 combines the lower 4 bits of the output signal with the 7th bit of the delay signal, generates a 5-bit signal, and handles it as the shaping signal A. That is, the signal shaping unit 704 combines the output bits of the flip-flop to which the carry signal A of the counter 104A configured in the unit pixel 410 is connected, generates a 5-bit signal, and handles it as the shaping signal A.

また、信号整形部704は、出力信号の上位4ビットと遅延信号の8ビット目を結合し、5ビットの信号を生成して整形信号Bとして取り扱う。即ち、信号整形部704は、単位画素410に構成されるカウンタ104Bの桁上がり信号Bが接続されたフリップフロップの出力ビットを結合し、5ビットの信号を生成して整形信号Bとして取り扱う。また、信号整形部704は、整形信号Aと整形信号Bを加算した値を、6ビットの整形信号A+Bとして取り扱う。 Further, the signal shaping unit 704 combines the upper 4 bits of the output signal and the 8th bit of the delay signal, generates a 5-bit signal, and handles it as the shaping signal B. That is, the signal shaping unit 704 combines the output bits of the flip-flop to which the carry signal B of the counter 104B configured in the unit pixel 410 is connected, generates a 5-bit signal, and handles it as the shaping signal B. Further, the signal shaping unit 704 handles the value obtained by adding the shaping signal A and the shaping signal B as a 6-bit shaping signal A + B.

なお、タイミングt902からタイミングt903の期間において、整形信号A、整形信号B、および整形信号A+Bに対応する有効信号A、有効信号B、有効信号A+Bは‘H’となる。したがって、出力信号に対して整形処理された、整形信号A、整形信号B、整形信号A+Bが並列で後段へと出力される。 In the period from the timing t902 to the timing t903, the shaping signal A, the shaping signal B, and the valid signal A, the valid signal B, and the valid signal A + B corresponding to the shaping signal A + B become ‘H’. Therefore, the shaping signal A, the shaping signal B, and the shaping signal A + B, which have been shaped with respect to the output signal, are output in parallel to the subsequent stage.

一例として、タイミングt905、タイミングt906のタイミングにおける信号整形処理を説明する。タイミングt905において、出力信号は0xE4である。このとき、出力信号の下位6ビットは0x24となる。また、出力信号の上位2ビットは0x3である。出力信号の下位6ビットの値0x24は、整形信号A+Bの値として取り扱われる。 As an example, the signal shaping process at the timings t905 and t906 will be described. At the timing t905, the output signal is 0xE4. At this time, the lower 6 bits of the output signal are 0x24. The upper 2 bits of the output signal are 0x3. The lower 6-bit value 0x24 of the output signal is treated as the value of the shaping signal A + B.

タイミングt906において、出力信号は0x22である。このとき、出力信号の上位4ビットと下位4ビットに信号を分離すると、出力信号の上位4ビットは0x2、下位4ビットは0x2となる。また、遅延信号には、対応する単位画素400の出力信号0xEAが同期して入力される。 At the timing t906, the output signal is 0x22. At this time, if the signal is separated into the upper 4 bits and the lower 4 bits of the output signal, the upper 4 bits of the output signal are 0x2 and the lower 4 bits are 0x2. Further, the output signal 0xEA of the corresponding unit pixel 400 is input to the delay signal in synchronization with each other.

出力信号の下位4ビットの値0x2と遅延信号の7ビット目の値‘1’を出力信号の下位4ビットの最上位ビットに結合した値を、整形信号Aの値として取り扱う。即ち、整形信号Aは0x12となる。また、出力信号の上位4ビットの値0x2と遅延信号の8ビット目の値‘1’を出力信号の上位4ビットの最上位ビットに結合した値を、整形信号Bの値として取り扱う。即ち、整形信号Bは0x12となる。整形信号AとBの加算信号は0x24となり、整形信号A+Bの値として取り扱われる。 The value obtained by combining the value 0x2 of the lower 4 bits of the output signal and the value '1' of the 7th bit of the delay signal with the most significant bit of the lower 4 bits of the output signal is treated as the value of the shaping signal A. That is, the shaping signal A is 0x12. Further, the value obtained by combining the value 0x2 of the upper 4 bits of the output signal and the value ‘1’ of the 8th bit of the delay signal with the most significant bit of the upper 4 bits of the output signal is treated as the value of the shaping signal B. That is, the shaping signal B is 0x12. The addition signal of the shaping signals A and B is 0x24, and is treated as the value of the shaping signals A + B.

このように、第2の撮像モードにおいては、単位画素400により構成されるラインでは、6ビットの整形信号A+Bが生成され、後段へと出力される。また、単位画素410により構成されるラインでは、5ビットのA整形信号、5ビットのB整形信号、6ビットのA+B整形信号が生成され、後段へと出力される。本実施形態のよると、第1の撮像モードにおける各整形信号に対し、第2の撮像モードにおける各整形信号は1ビット分のデータレンジを拡張した状態で計数することが可能となり、高輝度被写体を撮影する場合でも飽和の発生を抑制することが可能となる。 As described above, in the second imaging mode, the 6-bit shaping signal A + B is generated in the line composed of the unit pixels 400 and output to the subsequent stage. Further, in the line composed of the unit pixels 410, a 5-bit A-shaped signal, a 5-bit B-shaped signal, and a 6-bit A + B-shaped signal are generated and output to the subsequent stage. According to the present embodiment, for each shaping signal in the first imaging mode, each shaping signal in the second imaging mode can be counted in a state where the data range for one bit is expanded, and a high-brightness subject can be counted. It is possible to suppress the occurrence of saturation even when shooting.

なお、本実施形態では、単位画素400を撮像信号のみ取得で、単位画素410を撮像信号と焦点検出用信号の両方を取得可能としたが、これに限定されるものではない。例えば、単位画素400で撮像信号と焦点検出用信号の両方を取得し、単位画素410で撮像信号のみ所得する場合にも適用可能である。この場合、システム制御部707は撮像素子駆動部703を介して単位画素400のセレクタ制御信号を‘0’、単位画素410のセレクタ制御信号を‘1’に設定するように駆動指示を出し、信号整形部704での整形方法を適当な形に変えればよい。 In the present embodiment, the unit pixel 400 can acquire only the imaging signal, and the unit pixel 410 can acquire both the imaging signal and the focus detection signal, but the present invention is not limited to this. For example, it can be applied to the case where both the image pickup signal and the focus detection signal are acquired by the unit pixel 400 and only the image pickup signal is received by the unit pixel 410. In this case, the system control unit 707 issues a drive instruction via the image sensor drive unit 703 to set the selector control signal of the unit pixel 400 to '0' and the selector control signal of the unit pixel 410 to '1', and signals. The shaping method in the shaping section 704 may be changed to an appropriate shape.

また、本実施形態では、垂直方向の隣接単位画素を一対のペアとして取り扱う例を示したが、これに限定されるものではなく、直列接続したカウンタの一部のビットを、並列接続で動作するカウンタの拡張ビットとして利用できるように構成されていればよい。例えば、水平方向の隣接単位画素により一対のペアを形成してもよいし、あるいは、隣接ではない単位画素間で配線を行うようにしてもよい。また、本実施形態では、単位画素100が計数手段であるカウンタ104Aおよびカウンタ104Bを備える例を説明したが、計数手段は必ずしも単位画素100に備えられている必要はなく、単位画素100と対応するように配置されていればよい。 Further, in the present embodiment, an example in which adjacent unit pixels in the vertical direction are handled as a pair is shown, but the present invention is not limited to this, and some bits of counters connected in series are operated in parallel connection. It may be configured so that it can be used as an extension bit of the counter. For example, a pair may be formed by adjacent unit pixels in the horizontal direction, or wiring may be performed between non-adjacent unit pixels. Further, in the present embodiment, an example in which the unit pixel 100 includes the counter 104A and the counter 104B which are counting means has been described, but the counting means does not necessarily have to be provided in the unit pixel 100 and corresponds to the unit pixel 100. It suffices if it is arranged like this.

(その他の実施例)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
(Other Examples)
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by the processing to be performed. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and modifications can be made within the scope of the gist thereof.

100 単位画素
104A カウンタ
104B カウンタ
500 撮像素子
504 セレクタ制御回路
707 システム制御部
704 信号整形部
100 Unit pixel 104A Counter 104B Counter 500 Image sensor 504 Selector control circuit 707 System control unit 704 Signal shaping unit

Claims (10)

画素部が複数の光電変換部を備える撮像素子から複数の信号を取得して位相差検出を行う撮像装置であって、
前記複数の光電変換部がそれぞれ出力する信号を計数する複数の計数手段と、
前記計数手段への入力または前記計数手段の回路を制御することにより前記計数を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、それぞれの前記計数手段を、前記複数の光電変換部がそれぞれ出力する信号を個別に計数する第1の計数モードと、前記複数の光電変換部がそれぞれ出力する信号を合算して計数する第2の計数モードのいずれかで制御し、前記第1の計数モードにおける前記計数手段の出力の一部を、前記第2の計数モードの前記計数手段に入力する
ことを特徴とする撮像装置。
An image pickup device in which a plurality of signals are acquired from an image pickup device having a plurality of photoelectric conversion units in a pixel unit to detect a phase difference.
A plurality of counting means for counting the signals output by the plurality of photoelectric conversion units, respectively.
A control means for controlling the counting by inputting to the counting means or controlling a circuit of the counting means is provided.
The control means sums up the first counting mode in which each of the counting means individually counts the signals output by the plurality of photoelectric conversion units, and the signals output by the plurality of photoelectric conversion units. An imaging feature is controlled in any of the second counting modes for counting, and a part of the output of the counting means in the first counting mode is input to the counting means in the second counting mode. apparatus.
前記第1の計数モードにおいて、
前記複数の光電変換部のうち、第1の光電変換部が出力する第1の信号を計数する第1の計数手段と、
前記複数の光電変換部のうち、第2の光電変換部が出力する第2の信号を計数する第2の計数手段と、を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
In the first counting mode,
Among the plurality of photoelectric conversion units, a first counting means for counting the first signal output by the first photoelectric conversion unit, and
The imaging device according to claim 1, further comprising a second counting means for counting a second signal output by the second photoelectric conversion unit among the plurality of photoelectric conversion units.
前記第2の計数モードにおいて、
前記第1の計数手段は、前記第1の信号および前記第2の信号の論理和を計数し、
前記第2の計数手段は、対となる前記第1の計数手段の出力の一部と、前記第1の計数モードで動作する前記第1の計数手段および前記第2の計数手段の出力の一部を計数することを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
In the second counting mode,
The first counting means counts the logical sum of the first signal and the second signal.
The second counting means is one of a part of the output of the first counting means paired with the output of the first counting means and the output of the second counting means operating in the first counting mode. The imaging device according to claim 2, wherein the number of units is counted.
前記計数手段の出力に基づいて信号の整形処理を行う整形手段と、
前記整形手段が出力した位相差検出用の信号に基づいて位相差検出を行う焦点検出手段と、を備えることを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
A shaping means that performs signal shaping processing based on the output of the counting means, and
The imaging device according to claim 3, further comprising a focus detecting means for detecting the phase difference based on a signal for detecting the phase difference output by the shaping means.
前記第1の計数モードにおいて、
前記整形手段は、前記第1の計数手段の計数値に対応する位相差検出用の信号である第1の整形信号と、前記第2の計数手段の計数値に対応する位相差検出用の信号である第2の整形信号と、前記第1の整形信号と前記第2の整形信号を加算した撮像信号である第3の整形信号とを整形することを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。
In the first counting mode,
The shaping means includes a first shaping signal which is a signal for detecting a phase difference corresponding to the counting value of the first counting means and a signal for detecting a phase difference corresponding to the counting value of the second counting means. The imaging according to claim 4, wherein the second shaping signal, and the third shaping signal, which is an imaging signal obtained by adding the first shaping signal and the second shaping signal, are shaped. apparatus.
全ての画素から位相差検出用の信号と撮像信号を取得する第1の撮像モードが設定された場合、前記制御手段は、全ての前記計数手段を前記第1の計数モードで制御し、一部の画素から位相差検出用の信号と撮像信号を取得し、その他の画素から撮像信号を取得する第2の撮像モードが設定された場合、前記制御手段は、前記一部の画素に対応する前記計数手段を前記第1の計数モードで制御し、前記その他の画素に対応する前記計数手段を前記第2の計数モードで制御することを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。 When the first imaging mode for acquiring the phase difference detection signal and the imaging signal from all the pixels is set, the control means controls all the counting means in the first counting mode, and a part of them. When a second imaging mode is set in which a signal for phase difference detection and an imaging signal are acquired from the pixels of the above and the imaging signal is acquired from the other pixels, the control means corresponds to the part of the pixels. The imaging device according to claim 5, wherein the counting means is controlled in the first counting mode, and the counting means corresponding to the other pixels is controlled in the second counting mode. 前記第2の撮像モードにおいて、
前記第1の計数モードで制御される前記第1の計数手段を第1のカウンタ、前記第2の計数手段を第2のカウンタ、前記第2の計数モードで制御される前記第1の計数手段を第3のカウンタ、前記第1のカウンタ乃至前記第3のカウンタの出力の一部が入力される前記第2の計数手段を第4のカウンタとすると、
前記整形手段は、前記第1のカウンタの計数値および前記第4のカウンタの計数値のうち前記第1のカウンタの出力に対応する計数値に基づいて、前記第1の整形信号を整形し、前記第2のカウンタの計数値および前記第4のカウンタの計数値のうち前記第2のカウンタの出力に対応する計数値に基づいて、前記第2の整形信号を整形することを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。
In the second imaging mode,
The first counting means controlled in the first counting mode is a first counter, the second counting means is a second counter, and the first counting means controlled in the second counting mode. Is a third counter, and the second counting means into which a part of the output of the first counter to the third counter is input is a fourth counter.
The shaping means shapes the first shaping signal based on the count value of the first counter and the count value corresponding to the output of the first counter among the count values of the fourth counter. A claim characterized in that the second shaping signal is shaped based on the count value of the second counter and the count value corresponding to the output of the second counter among the count values of the fourth counter. Item 6. The imaging device according to item 6.
前記制御手段は、前記撮像素子のラインごとに前記第1の計数モードと前記第2の計数モードの制御を行う
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の撮像装置。
The image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the control means controls the first counting mode and the second counting mode for each line of the image pickup device.
前記光電変換部はアバランシェ効果を用いた光電変換素子を有し、複数の前記光電変換素子の出力信号からそれぞれ生成されるパルスを前記複数の計数手段により計数する
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮像装置。
Claims 1 to 1, wherein the photoelectric conversion unit has a photoelectric conversion element using an avalanche effect, and counts pulses generated from output signals of the plurality of photoelectric conversion elements by the plurality of counting means. 8. The imaging device according to any one of 8.
画素部が複数の光電変換部を備える撮像素子から複数の信号を取得して位相差検出を行う撮像装置の制御方法であって、
前記複数の光電変換部がそれぞれ出力する信号を複数のカウンタで計数する計数工程と、
前記カウンタへの入力または前記カウンタの回路を制御することにより前記計数を制御する制御工程と、を備え、
前記制御工程では、それぞれの前記カウンタを、前記複数の光電変換部がそれぞれ出力する信号を個別に計数する第1の計数モードと、前記複数の光電変換部がそれぞれ出力する信号を合算して計数する第2の計数モードのいずれかで制御し、前記第1の計数モードにおける前記計数手段の出力の一部を、前記第2の計数モードの前記カウンタに入力する
ことを特徴とする制御方法。
It is a control method of an image pickup device that acquires a plurality of signals from an image pickup device having a plurality of photoelectric conversion units in a pixel unit to detect a phase difference.
A counting process in which signals output by the plurality of photoelectric conversion units are counted by a plurality of counters, and
A control step of controlling the count by inputting to the counter or controlling the circuit of the counter is provided.
In the control step, each of the counters is counted by adding up the first counting mode in which the signals output by the plurality of photoelectric conversion units are individually counted and the signals output by the plurality of photoelectric conversion units. A control method characterized in that control is performed in any of the second counting modes, and a part of the output of the counting means in the first counting mode is input to the counter in the second counting mode.
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