JP6270398B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging equipment.
デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなど、撮像素子を用いて撮像し、撮像画像をデジタルデータとして保存する撮像装置が普及している。このような撮像装置に用いる撮像素子は、CCD(Charge Coupled Device)型イメージセンサ(以下、CCDセンサ)が一般的であった。近年では、撮像素子の多画素化が進むにつれ、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサ(以下、CMOSセンサ)が注目されている。 2. Description of the Related Art Imaging devices that capture an image using an image sensor and store the captured image as digital data, such as a digital still camera and a digital video camera, are widely used. An image pickup element used in such an image pickup apparatus is generally a CCD (Charge Coupled Device) type image sensor (hereinafter referred to as a CCD sensor). In recent years, CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type image sensors (hereinafter referred to as CMOS sensors) have attracted attention as the number of pixels in an image sensor increases.
CMOSセンサは、画素信号のランダムアクセスが可能である点や、CCDセンサと比較して読み出しが高速で、高感度、低消費電力といった特徴がある。CMOSセンサを高速に動作させて高いフレームレートを実現する方法として、画素信号の読み出しから外部へ出力するまでの手段を複数持つ方法が提案されている(例えば、特許文献1の図5参照)。この方法によれば、例えば1行目の画素の信号と2行目の画素の信号を異なる読み出し手段及び異なる出力手段を用いて、2行の信号を同時に出力することが可能となり、2倍のフレームレートを実現することが可能となる。 The CMOS sensor has features such that random access of pixel signals is possible, readout is faster than CCD sensors, high sensitivity, and low power consumption. As a method for realizing a high frame rate by operating a CMOS sensor at high speed, a method having a plurality of means from reading a pixel signal to outputting it to the outside has been proposed (see, for example, FIG. 5 of Patent Document 1). According to this method, for example, it is possible to simultaneously output two rows of signals using different readout means and different output means for the pixels of the first row and the pixels of the second row. A frame rate can be realized.
CMOSセンサの高画素化・高精細化に伴い、画素サイズの縮小が強く求められており、特に画素において飽和・感度といった特性を維持したまま複数の読み出し手段を持つことは非常に困難になっている。これに対して、画素の信号を列方向に読み出す信号線は共通にして、それ以降の出力手段は複数持つ方法が提案されている(例えば、特許文献1の図1参照)。 With the increase in pixels and resolution of CMOS sensors, there is a strong demand for reduction in pixel size, and it becomes extremely difficult to have multiple readout means while maintaining characteristics such as saturation and sensitivity, especially in pixels. Yes. On the other hand, a method has been proposed in which a signal line for reading out pixel signals in the column direction is used in common and a plurality of output means are provided thereafter (see, for example, FIG. 1 of Patent Document 1).
この方法では、まず、1行目の画素の信号を列方向に共通の信号線を通して、画素領域外にある第1の回路部に読み出す。読み出された1行目の画素の信号は、第1の回路部で所定の処理を施された後に、第1の出力手段からデジタル信号として出力される。また、1行目の画素の信号を第1の回路部に読み出した後に、2行目の画素の信号を列方向に共通の信号線を通して、画素領域外にある第2の回路部に読み出す。読み出された2行目の画素の信号は、第2の回路部で所定の処理を施された後に、第2の出力手段からデジタル信号として出力される。この方法によれば、1行目の画素の信号と2行目の画素の信号を共通の読み出し手段と異なる出力手段を用いて、2行の信号を別々に出力することが可能となり、2倍のフレームレートを実現することが可能となる。 In this method, first, the signal of the pixel in the first row is read out to the first circuit portion outside the pixel region through a common signal line in the column direction. The read signal of the pixels in the first row is subjected to a predetermined process in the first circuit unit and then output as a digital signal from the first output means. Further, after reading the signal of the pixel in the first row to the first circuit portion, the signal of the pixel in the second row is read out to the second circuit portion outside the pixel region through a common signal line in the column direction. The read pixel signals in the second row are subjected to predetermined processing in the second circuit unit, and then output as digital signals from the second output means. According to this method, it is possible to output the signals of the pixels in the first row and the signals of the pixels in the second row separately from the common readout means, and to output the signals in the two rows separately. The frame rate can be realized.
しかしながら、この方法は、2行の信号を並列的に出力することはできるが同時に出力することはできない。すなわち、1行目の画素の信号を第1の回路部に読み出した後に、2行目の画素の信号を第2の回路部に読み出す。そのため、第1の出力手段から出力される1行目の画素の信号と第2の出力手段から出力される2行目の画素の信号の間には、1行目の画素の信号を第1の回路部に読み出す時間分の遅延が生じることになる。 However, this method can output two rows of signals in parallel, but cannot output them simultaneously. That is, after reading the signal of the pixel in the first row to the first circuit portion, the signal of the pixel in the second row is read out to the second circuit portion. Therefore, the signal of the pixel in the first row is the first pixel signal between the signal of the pixel in the first row output from the first output means and the signal of the pixel in the second row output from the second output means. This causes a delay corresponding to the time for reading out to the circuit section.
DSP(Digital Signal Processor)等の信号処理回路が撮像素子から出力される信号を受ける場合、2行同時であれば、1行目の第1画素の信号と2行目の第1画素の信号とが同期している方が処理しやすい構成となっていることが多い。この遅延を解消する方法として、複数の出力手段の後段にFIFO(First In First Out)メモリを設けることで信号間の時間差をなくす方法(例えば、特許文献2の図12)が考えられる。また、先に出力する出力手段の後段にディレイラインを設けることで信号間の時間差をなくす方法が考えられる。しかし、これらの方法では、遅延を解消するための回路が特別に必要になる。 When a signal processing circuit such as a DSP (Digital Signal Processor) receives a signal output from the image sensor, if there are two rows simultaneously, the signal of the first pixel in the first row and the signal of the first pixel in the second row In many cases, synchronization is easier to process. As a method of eliminating this delay, a method of eliminating a time difference between signals by providing a FIFO (First In First Out) memory in the subsequent stage of a plurality of output means (for example, FIG. 12 of Patent Document 2) can be considered. Another possible method is to eliminate the time difference between signals by providing a delay line in the subsequent stage of the output means that outputs first. However, these methods require a special circuit for eliminating the delay.
CMOSセンサにおいて、画素サイズの縮小と高速読み出し動作を両立させるために、2行の画素の信号を共通の読み出し手段と異なる出力手段を用いて2行の信号を並列的に出力する方法を用いた場合には、2行の信号間に時間差が発生するという問題がある。また、この時間差を解消するために、複数の出力手段の後段にFIFOメモリやディレイラインを設ける場合には、そのための回路が特別に必要になってしまうという問題がある。本発明の目的は、特別な回路を設けることなく、撮像素子の高速読み出し動作を可能にする撮像装置及びその制御方法を提供することである。 In the CMOS sensor, in order to achieve both the reduction in the pixel size and the high-speed readout operation, a method of outputting the signals of the two rows in parallel using the output means different from the common readout means is used. In some cases, there is a problem that a time difference occurs between signals in two rows. Further, in order to eliminate this time difference, when a FIFO memory or a delay line is provided at the subsequent stage of the plurality of output means, there is a problem that a circuit for that purpose is required. An object of the present invention is to provide an imaging apparatus and a control method therefor that enable high-speed reading operation of an imaging element without providing a special circuit.
本発明に係る撮像装置は、光電変換手段をそれぞれ有する行列状に配列された複数の画素と、前記複数の画素からの信号を列毎に出力する列信号線と、前記複数の画素を1行ずつ選択する走査手段と、前記列信号線に接続し画素から読み出した信号をそれぞれ処理する複数の列信号処理手段と、前記複数の列信号処理手段にそれぞれ対応して設けられ、前記列信号処理手段により処理された信号に同期信号を付加して出力する複数の出力手段と、を有する撮像素子と、先に読み出した画素の信号の前記出力手段からの出力が終了する前に、当該出力手段に対応する前記列信号処理手段とは異なる前記列信号処理手段への次の行の画素の信号の読み出しを開始するとともに、前記同期信号に続けて前記列信号処理手段からの信号を前記出力手段が出力するように前記撮像素子を制御する制御手段と、を備え、前記同期信号は、前記複数の出力手段の内の何れの出力手段から出力されたかを認識するための信号を含むことを特徴とする。 An imaging apparatus according to the present invention includes a plurality of pixels arranged in a matrix each having photoelectric conversion means, a column signal line for outputting a signal from the plurality of pixels for each column, and the plurality of pixels in one row. by a run査means you select, a plurality of column signal processing means for processing signals read from pixels connected to the column signal lines, respectively, provided corresponding to said plurality of column signal processing means, said column A plurality of output means for adding and outputting a synchronization signal to the signal processed by the signal processing means , and before the output from the output means of the signal of the pixel read out before is completed The readout of the pixel signal of the next row to the column signal processing means different from the column signal processing means corresponding to the output means is started, and the signal from the column signal processing means is sent following the synchronization signal. Output means And a control means for controlling said image sensor to output, the synchronization signal, and characterized in that it comprises a signal for recognizing whether output from one of the output means of said plurality of output means To do.
本発明によれば、出力手段より同期信号に続けて画素の信号を出力することで、撮像素子において複数行の画素の信号を並列的に出力した場合に、特別な回路を設けなくとも、行毎に異なるタイミングで出力される複数の出力信号の同期制御が可能になる。これにより、特別な回路を設けることなく、撮像装置における高速読み出し動作を実現することができる。 According to the present invention, the pixel signal is output following the synchronization signal from the output means, so that when the image signal of the pixels in a plurality of rows is output in parallel in the image sensor, the row is not provided even if a special circuit is not provided. Synchronous control of a plurality of output signals output at different timings is possible. As a result, a high-speed readout operation in the imaging apparatus can be realized without providing a special circuit.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiment described below is an example as means for realizing the present invention, and should be appropriately modified or changed according to the configuration and various conditions of the apparatus to which the present invention is applied. It is not limited to the embodiment.
(第1の実施形態)
図1から図7を参照して、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。本実施形態の撮像装置は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどに応用可能である。本実施形態の撮像装置は、図1に示すように、光学系11、撮像素子12、信号処理部13、圧縮伸張部14、同期制御部15、操作部16、画像表示部17、及び画像記録部18を有する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus according to the present embodiment. The imaging device of this embodiment can be applied to a digital still camera, a digital video camera, and the like. As shown in FIG. 1, the imaging apparatus according to the present embodiment includes an
光学系11は、被写体からの光を撮像素子12に集光するためのレンズ、レンズを移動させてズームや合焦を行うための駆動機構、メカニカルシャッタ機構、絞り機構などを備えている。これらのうちの可動部は、同期制御部15からの制御信号に基づいて駆動される。
The
撮像素子12は、CMOS型イメージセンサ(CMOSセンサ)、CDS(Correlated Double Sampling)回路、AGC(Auto Gain Control)回路、AD(Analog Digital)変換器などからなる。撮像素子12は、同期制御部15からの制御信号により制御される。ここで、CMOSセンサは、XYアドレス方式で画像信号を読み出す。また、CMOSセンサは、同期制御部15からの制御信号に応じて、露光や信号読み出し、リセットなどの動作タイミングが制御されて撮像動作を実施する。そして、CDS回路によるノイズ除去、AGC回路による利得制御、及び、AD変換器によるアナログデジタル変換を経て、デジタル化された画像信号が出力される。
The
信号処理部13は、同期制御部15の制御の下で、撮像素子12から入力されるデジタル化された画像信号に対して、ホワイトバランス調整処理や色補正処理、AF(Auto Focus)処理、AE(Auto Exposure)処理などの信号処理を施す。圧縮伸張部14は、同期制御部15の制御の下で動作し、信号処理部13からの画像信号に対して、所定の静止画像データフォーマットで圧縮符号化処理を行う。所定の静止画像データフォーマットは、例えばJPEG(Joint Photographic Coding Experts Group)方式などである。また、圧縮伸張部14は、同期制御部15から供給された静止画像の符号化データを伸張復号化処理する。さらに、MPEG(Moving Picture Experts Group)方式などにより動画像の圧縮符号化処理や伸張復号化処理を実行可能なようにしても良い。
The
同期制御部15は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などから構成されるマイクロコントローラである。同期制御部15は、ROMなどに記憶されたプログラムをCPUが実行することにより、撮像装置の各部を統括的に制御する。操作部16は、例えばシャッタレリーズボタンなどの各種操作キーやレバー、ダイヤルなどから構成され、ユーザによる入力操作に応じた制御信号を同期制御部15に出力する。
The
画像表示部17は、LCD(Liquid Crystal Display)などの表示デバイスや、これに対するインタフェース回路などからなる。画像表示部17は、同期制御部15から供給された画像信号から表示デバイスに表示させるための画像信号を生成し、この信号を表示デバイスに供給して画像を表示させる。画像記録部18は、例えば、可搬型の半導体メモリや、光ディスク、HDD(Hard Disk Drive)、磁気テープなどとして実現され、圧縮伸張部14により符号化された画像データファイルを同期制御部15から受け取って記憶する。また、画像記録部18は、同期制御部15からの制御信号により指定されたデータを読み出し、同期制御部15に出力する。
The
ここで、本実施形態の撮像装置における基本的な動作について説明する。
静止画像の撮像前には、撮像素子12から出力された画像信号が信号処理部13に順次供給される。信号処理部13は、撮像素子12からのデジタル画像信号に対して画質補正処理を施し、カメラスルー画像の信号として、同期制御部15を通じて画像表示部17に供給する。これにより、カメラスルー画像が表示され、ユーザは表示画像を見て画角合わせを行うことが可能となる。
Here, a basic operation in the imaging apparatus of the present embodiment will be described.
Prior to capturing a still image, image signals output from the
この状態で、操作部16のシャッタレリーズボタンが押下されると、同期制御部15の制御により、撮像素子12からの1フレーム分の画像信号が信号処理部13に取り込まれる。信号処理部13は、取り込んだ1フレーム分の画像信号に画質補正処理を施し、処理後の画像信号を圧縮伸張部14に供給する。圧縮伸張部14は、入力された画像信号を圧縮符号化し、生成した符号化データを同期制御部15を通じて画像記録部18に供給する。これにより、撮像された静止画像のデータファイルが画像記録部18に記録される。
In this state, when the shutter release button of the
画像記録部18に記録された静止画像のデータファイルを再生する場合には、同期制御部15は、操作部16からの操作入力に応じて、選択されたデータファイルを画像記録部18から読み込み、圧縮伸張部14に供給して伸張復号化処理を実行させる。復号化された画像信号は、同期制御部15を介して画像表示部17に供給され、これにより静止画像が再生表示される。
When reproducing the still image data file recorded in the
また、動画像を記録する場合には、信号処理部13で順次処理された画像信号に圧縮伸張部14で圧縮符号化処理を施し、生成された動画像の符号化データを順次画像記録部18に転送して記録する。画像記録部18から動画像のデータファイルを読み出して圧縮伸張部14に供給し、伸張復号化処理させて、画像表示部17に供給することで、動画像が表示される。
When recording a moving image, the image signal sequentially processed by the
図2は、本実施形態に係る撮像素子(CMOSセンサ)12の概略構成を示す図である。撮像素子12は、複数の画素100が配された画素領域101、垂直走査部102、第1信号選択部105a及び第2信号選択部105b、第1列信号処理部106a及び第2列信号処理部106b、第1列AD部107a及び第2列AD部107bを有する。また、撮像素子12は、第1水平メモリ部108a及び第2水平メモリ部108b、第1水平走査部109a及び第2水平走査部109b、第1出力部110a及び第2出力部110b、信号生成部(TG:Timing Generator)112を有する。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the image sensor (CMOS sensor) 12 according to the present embodiment. The
画素領域101は、図2にP11〜P44で示すように複数の画素100が行方向(水平方向)・列方向(垂直方向)に行列状(マトリクス状)に配列されている。各画素100は、不図示の光電変換部とトランジスタとを有する。本実施形態においては、4×4配列(4列4行)の画素領域101を例として説明するが、画像領域101における画素配列は、この数に限定されるものではない。
In the
垂直走査部102は、画素領域101に配列されている画素を1行ずつ選択し、選択した画素行のリセット動作や読み出し動作を駆動制御する。画素制御線103は、画素行毎に配置されて同一行の画素に共通して接続され、垂直走査部102による行単位の駆動制御信号を伝達する。
The
垂直信号線104は、画素列毎に配置されて同一列の画素に共通して接続され、画素制御線103により選択された行の画素の信号がそれぞれ対応する垂直信号線104に読み出される。垂直信号線104は、第1信号選択部105aを介して第1列信号処理部106aに接続可能であるとともに、第2信号選択部105bを介して第2列信号処理部106bに接続可能である。すなわち、信号選択部105a、105bは、垂直信号線104を第1列信号処理部106a或いは第2列信号処理部106bのどちらか一方に選択的に接続するスイッチとして機能する。
The
列信号処理部106a、106bは、それぞれ垂直信号線104毎に設けられる不図示のCDS回路やAGC回路を有する。列信号処理部106a、106bは、垂直信号線104を通して送られてくる行単位の各列の画素の信号に対して、CDS処理により固定パターンノイズを除去して、S/N(Signal/Noise)比を良好に保つようにサンプルホールドを行う。固定パターンノイズは、画素回路内のトランジスタのしきい値のばらつきに起因するノイズである。また、列信号処理部106a、106bは、必要であれば、AGC回路による利得制御を実施する。
The column
列AD部107a、107bは、垂直信号線104毎に設けられるAD変換器を有する。列AD部107a、107bは、それぞれ対応する列信号処理部106a、106bから送られてくる行単位の各列の画素の信号のそれぞれをアナログデジタル変換する。ここで、本実施形態の列AD部107a、107bは、すべて8ビット(bit)精度のAD変換器を有するものとするが、ビット精度においては、10ビット、12ビット、14ビット等のさらに高精度なAD変換器を用いても良い。
The
水平メモリ部108a、108bは、それぞれ対応する列AD部107a、107bにおいてデジタル化された行単位の各列の画素信号を記憶する。ここで、本実施形態の水平メモリ部108a、108bは、対応する列AD部107a、107bにあわせて各列毎に8ビットのデジタル信号を記憶できるものとするが、AD変換器のビット精度に応じたビット数のデジタル信号が記憶できれば良い。
The
水平走査部109a、109bは、それぞれ対応する水平メモリ部108a、108bに記憶しているデジタル化された画素信号を、それぞれ対応する出力部110a、110bに列毎に選択して転送するように、水平メモリ部108a、108bを制御する。
The
出力部110a、110bは、デジタル化された行単位の画素信号の前或いは前後に同期信号を付加する。また、出力部110a、110bは、同期信号付きのデジタル画素信号を、それぞれ対応する出力端子111a、111bから信号処理部13へ出力する。信号生成部(TG)112は、制御端子113を介した同期制御部15からの制御信号に基づいて、撮像素子12の各部の動作に必要な各種のクロック信号や制御信号などを出力する。
The
本実施形態に係る出力部110a、110bについて説明する。以下では、第1出力部110aについて説明するが、第2出力部110bについても同様である。図3は、本実施形態に係る出力部110aの構成を示す図である。第1出力部110aは、第1信号変換部201a、第1同期信号付加部202a、及び第1差動送信バッファ203aを有する。
The
第1信号変換部201aには、8ビットに対応する8本の水平信号線を介して、第1水平メモリ部108aから送られてくる画素信号D0a、D1a、D2a、D3a、D4a、D5a、D6a及びD7aが入力される。また、第1信号変換部201aには、TG112からクロック信号として送られてくる画素クロック信号Sckaが入力される。画素クロック信号Sckaは、第1水平走査部109aの転送と同じ周期の信号である。第1信号変換部201aは、画素クロック信号Sckaの位相と同期するように、8ビットの画素信号D0a〜D7aの位相を調整する。
The first
第1信号変換部201aは、さらに、例えば黒レベル調整、列ばらつき補正、信号増幅、色関係処理等を実施しても良い。黒レベル調整は、画素領域101の周辺に配置された不図示の遮光された画素の信号レベルが、予め同期制御部15によって設定されたレベルになるように、すべての画素信号のレベルを同じだけシフトする機能である。列ばらつき補正は、画素領域101の上部或いは下部に配置された不図示の遮光された画素の信号から列方向のばらつき補正データを作成し、列信号処理部106及び列AD部107で発生する画素信号における列方向のばらつきを補正する機能である。信号増幅は、画像処理において適正な信号レベルとなるように、画素信号にゲインをかける機能である。例えば、信号処理部13が事前に撮像された画像から適切なゲイン量を算出して、同期制御部15がゲインを設定するような制御が可能である。色関係処理は、例えばホワイトバランス(WB)処理である。画素領域101の各画素100に対して、不図示のRGBの色フィルタが、例えばベイヤ配列等の配列に従って設けられている。例えば、信号処理部13が事前に撮像された画像から適切なWB処理を施す色毎のゲイン量を算出して、同期制御部15が色毎のゲインを設定するような制御が可能である。
The first
第1同期信号付加部202aは、画素クロック信号Sckaの位相と同期した状態で、画素信号D0a〜D7aのそれぞれに対して、スタート同期信号及び、必要に応じてエンド同期信号を付加する。ここで、同期信号を付加するタイミングは、同期制御部15からの制御信号に基づいて、TG112から出力される制御信号により制御される。
The first synchronization
第1差動送信バッファ203aは、同期信号を付加した画素信号D0a〜D7a及び画素クロック信号Sckaのそれぞれに対して設けられ、それぞれのパルス信号と同極性の正転信号と逆極性の反転信号とを同時に出力する。本実施形態においては、正転画素信号がD0Pa〜D7Pa、反転画素信号がD0Na〜D7Naとなり、正転画素クロック信号がSckPa、反転画素クロック信号がSckNaとなっている。
The first
ここで、出力部110a、110bに入力される画素クロック信号は、同じ信号がTG112から送られてくるものとするが、TG112から出力部110a、110bのそれぞれまでの距離に応じた遅延が発生する。そのため、出力部110a、110bにそれぞれ入力される画素クロック信号Scka、Sckbは区別して用いるものとする。
Here, the pixel clock signal input to the
また、図3に示す第1出力部110aの第1差動送信バッファ203aは、電流モードで差動動作をさせるLVDS(Low Voltage Differential Signaling)を利用することができる。こうすることで、耐ノイズ性や不要輻射の問題に対して有利になる。
In addition, the first
すなわち、正転信号に相当するパルス信号のみの単相(シングル)出力では、高速になるほどパルス波形に鈍りやリンギングなどの成分が発生し易くなり、その影響を直接に被る。これに対して、差動動作をさせるLVDSにおいては、差動出力の両方を使って波形再生することが可能となるので、耐ノイズ性が改善する。この点は、画素信号に限らず、画素クロック信号についても同様の効果が得られる。 That is, in the single-phase (single) output of only the pulse signal corresponding to the normal rotation signal, components such as blunting and ringing are more likely to occur in the pulse waveform as the speed increases, and the influence is directly affected. On the other hand, in the LVDS that performs the differential operation, it is possible to reproduce the waveform by using both differential outputs, so that the noise resistance is improved. In this respect, the same effect can be obtained not only for pixel signals but also for pixel clock signals.
さらに、正転信号に相当するパルス信号のみの単相出力では、パルスの変化に対応して送信側である出力回路と受信側である入力回路の間で電流が行き来するので、そのたびに不要輻射の原因となる電磁界が発生し、周辺回路や固体撮像装置の外部に影響を与える。これに対して、電流モードで差動動作をさせるLVDSにおいては、送信側出力回路と受信側入力回路の間で電流が行き来するものの、常に正転信号と反転信号における切り換わりのタイミングが同時であり、発生する電磁界の向きが互いに逆方向となる。よって、双方が発生した電磁界を打ち消し合うようになり、不要輻射の原因となる電磁界の発生が大幅に低減されることになる。なお、この効果をより高めるには、差動信号における正転信号と反転信号の2つの出力線を近接して配置するとともに、差動送信バッファと差動受信バッファの間の接続距離が極力同じになるように回路設計をする必要がある。 Furthermore, in the single-phase output of only the pulse signal corresponding to the normal rotation signal, current flows back and forth between the output circuit on the transmission side and the input circuit on the reception side in response to the change of the pulse, so it is unnecessary each time. An electromagnetic field that causes radiation is generated, which affects the peripheral circuits and the outside of the solid-state imaging device. On the other hand, in LVDS that performs differential operation in the current mode, although current flows back and forth between the transmission side output circuit and the reception side input circuit, the switching timing of the normal signal and the inverted signal is always the same. Yes, the directions of the generated electromagnetic fields are opposite to each other. Therefore, the electromagnetic fields generated by both parties cancel each other, and the generation of electromagnetic fields that cause unnecessary radiation is greatly reduced. In order to further enhance this effect, the two output lines of the normal signal and the inverted signal in the differential signal are arranged close to each other, and the connection distance between the differential transmission buffer and the differential reception buffer is the same as much as possible. It is necessary to design the circuit so that
次に、図4を用いて、第1の実施形態での動作を説明する。図4は、第1の実施形態に係る撮像素子12の動作例を示すタイミングチャートである。図4において、Opr1は、第1信号選択部105aが選択されたときの第1の読み出し動作を示し、Opr2は、第2信号選択部105bが選択されたときの第2の読み出し動作を示す。画素領域101に配列されている画素のうち、奇数行目の画素の信号を第1の読み出し動作Opr1を用いて読み出し、偶数行目の画素の信号を第2の読み出し動作Opr2を用いて読み出すことにする。
Next, the operation in the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a timing chart illustrating an operation example of the
第1の読み出し動作Opr1では、まず、期間Read1rにおいて、第1信号選択部105aが選択された状態で、垂直走査部102からの駆動制御信号により、1行目の画素の信号がそれぞれ対応する垂直信号線104に読み出される(時刻t00〜t01)。このとき、最初に画素をリセットした状態のN信号が、第1列信号処理部106aでサンプルホールドされ、続いて光電変換部の信号を読み出した状態のS信号が、第1列信号処理部106aでサンプルホールドされる。
In the first read operation Opr1, first, in the period Read1r, the first
次に、期間CDS1rにおいて、第1列信号処理部106aが、CDS回路でS信号からN信号を減算することによってCDS処理によるノイズ除去を実施し、必要であればAGC回路による利得制御を実施する(時刻t01以降)。そして、期間AD1rにおいて、第1列AD部107aが、ノイズ除去された1行目の画素の信号をアナログデジタル変換して、第1水平メモリ部108aへ記憶させる(時刻t03まで)。ここまでの時刻t00〜t03での処理が、1行目の各画素の信号に対する列毎の並列処理になる。
Next, in the period CDS1r, the first column
続いて、期間SD1rにおいて、第1出力部110a内の第1同期信号付加部202aが画素クロック信号Sckaの位相と同期した状態で、8ビットの画素信号が送られてくる前にスタート同期信号を付加する(時刻t03以降)。このとき、スタート同期信号は、8ビットの画素信号が取り得ない値の組み合わせに設定しておく必要がある。黒レベル調整後の黒レベルが0より高い値に設定されている場合には、画素信号を構成する8ビットのそれぞれの信号に対して、例えば、スタート同期信号として“11110000”を付加することで実現できる。
Subsequently, in the period SD1r, the first synchronization
具体的には、期間SD1rとして画素クロック信号Sckaの8クロックを割り当てる。そして、期間SD1rの間に、8ビットの正転画素信号であるD0Pa〜D7Paのそれぞれが、D0Pa=11110000からD7Pa=11110000を出力する。同様に、期間SD1rの間に、8ビットの反転画素信号であるD0Na〜D7Naのそれぞれが、D0Na=00001111からD7Na=00001111を出力する。このとき、正転画素クロック信号SckPa及び反転画素クロック信号SckNaには、スタート同期信号を付加しない。 Specifically, 8 clocks of the pixel clock signal Skca are assigned as the period SD1r. During the period SD1r, D0Pa to D7Pa, which are 8-bit normal pixel signals, output D0Pa = 11110000 to D7Pa = 11110000. Similarly, during the period SD1r, D0Na to D7Na, which are 8-bit inverted pixel signals, output D0Na = 00001111 to D7Na = 00001111. At this time, the start synchronization signal is not added to the normal pixel clock signal SckPa and the inverted pixel clock signal SckNa.
次に、期間SigOut1rにおいて、第1水平走査部109aが第1水平メモリ部108aを列毎に選択し、第1水平メモリ部108aに記憶しているデジタル化された8ビットの画素信号D0a〜D7aを第1出力部110aに転送する。そして、第1信号変換部201aが、TG112から送られてくる画素クロック信号Sckaの位相と同期するように、8ビットの画素信号D0a〜D7aの位相を調整する。その後、第1差動送信バッファ203aが、8ビットそれぞれの信号に対応する正転信号と反転信号に変換して、第1出力端子111aから出力する。
Next, in the period SigOut1r, the first
さらに、続けて、期間ED1rにおいて、第1出力部110a内の第1同期信号付加部202aが画素クロック信号Sckaの位相と同期した状態で、8ビットの画素信号が送り出された後にエンド同期信号を付加する(時刻t05まで)。このとき、エンド同期信号は、8ビットの画素信号が取り得ない値の組み合わせに設定しておく必要がある。また、スタート同期信号と区別するために、画素信号を構成する8ビットのそれぞれの信号に対して、例えば、エンド同期信号として“11001100”を付加することで実現できる。
Further, in the period ED1r, after the 8-bit pixel signal is sent out in a state where the first synchronization
具体的には、期間ED1rとして画素クロック信号Sckaの8クロックを割り当てる。そして、期間ED1rの間に、8ビットの正転画素信号であるD0Pa〜D7Paのそれぞれが、D0Pa=11001100からD7Pa=11001100を出力する。同様に、期間ED1rの間に、8ビットの反転画素信号であるD0Na〜D7Naのそれぞれが、D0Na=00110011からD7Na=00110011を出力する。このとき、正転画素クロック信号SckPa及び反転画素クロック信号SckNaには、エンド同期信号を付加しない。ここまでの時刻t03〜t05の期間が、スタート同期信号及びエンド同期信号を付加した1行目の各画素の信号の出力期間になる。 Specifically, 8 clocks of the pixel clock signal Skca are assigned as the period ED1r. Then, during the period ED1r, D0Pa to D7Pa, which are 8-bit normal pixel signals, output D0Pa = 1001100 to D7Pa = 1001100. Similarly, during the period ED1r, D0Na to D7Na, which are 8-bit inverted pixel signals, output D0Na = 00110011 to D7Na = 00110011. At this time, the end synchronization signal is not added to the normal pixel clock signal SckPa and the inverted pixel clock signal SckNa. The period from time t03 to t05 so far is the signal output period of each pixel in the first row to which the start synchronization signal and end synchronization signal are added.
第1の読み出し動作Opr1においては、1行目の画素の信号の出力後、続けて3行目の画素の信号を出力する。時刻t05〜t07の期間が、3行目の各画素の信号について、列毎の読み出し、CDS処理、アナログデジタル変換、水平メモリ部への記憶といった列毎の並列処理を実施する期間になる。そして、時刻t07〜t09の期間が、スタート同期信号及びエンド同期信号を付加した3行目の各画素の信号の出力期間になる。さらに、第1の実施形態においては、画素領域101に配列されている画素100は4行であるため、時刻t09以降に、再び1行目の画素の信号の読み出し動作が開始される。
In the first read operation Opr1, after the pixel signal of the first row is output, the signal of the pixel of the third row is output continuously. A period from time t05 to t07 is a period in which parallel processing for each column such as readout for each column, CDS processing, analog-digital conversion, and storage in the horizontal memory unit is performed for the signal of each pixel in the third row. A period from time t07 to t09 is an output period of the signal of each pixel in the third row to which the start synchronization signal and the end synchronization signal are added. Furthermore, in the first embodiment, since the
次に、第2の読み出し動作Opr2においては、垂直信号線104が垂直画素列共通に配線されているため、1行目の画素の信号を読み出す期間Read1r終了後から動作を開始する(時刻t01以降)。まず、期間Read2rにおいて、第2信号選択部105bが選択された状態で、垂直走査部102からの駆動制御信号により、2行目の画素の信号がそれぞれ対応する垂直信号線104に読み出される。すなわち、2行目の画素の信号のN信号とS信号をそれぞれ対応する垂直信号線104を介して第2列信号処理部106bに読み出す(時刻t01〜t02)。
Next, in the second readout operation Opr2, since the
次に、期間CDS2rにおいて、第2列信号処理部106bが、CDS回路でCDS処理によるノイズ除去を実施し、必要であればAGC回路による利得制御を実施する(時刻t02以降)。そして、期間AD2rにおいて、第2列AD部107bが、2行目の画素の信号をアナログデジタル変換して、第2水平メモリ部108bへ記憶させる(時刻t04まで)。ここまでの時刻t01〜t04での処理が、2行目の各画素の信号に対する列毎の並列処理になる。
Next, in the period CDS2r, the second column
続いて、期間SD2rにおいて、第2出力部110b内の不図示の第2同期信号付加部が画素クロック信号Sckbの位相と同期した状態で、8ビットの画素信号が送られてくる前にスタート同期信号を付加する(時刻t04以降)。このとき、スタート同期信号は、8ビットの画素信号が取り得ない値の組み合わせに設定しておく必要があり、画素信号を構成する8ビットのそれぞれの信号に対して、例えば、スタート同期信号として“11110000”を付加することで実現できる。具体的な8ビットのそれぞれの信号に対するスタート同期信号は、第1の読み出し動作Opr1におけるスタート同期信号と同様であるので、説明は省略する。
Subsequently, in a period SD2r, start synchronization is performed before an 8-bit pixel signal is sent in a state where a second synchronization signal adding unit (not shown) in the
ここで、第2の読み出し動作Opr2においては、期間Read1rの終了後から2行目の画素の信号の読み出し動作を開始したため、スタート同期信号を付加する期間SD2rも期間Read1rに相当する時間遅れて開始する必要がある。 Here, in the second readout operation Opr2, since the readout operation of the pixel signal of the second row is started after the end of the period Read1r, the period SD2r to which the start synchronization signal is added also starts with a time delay corresponding to the period Read1r. There is a need to.
次に、期間SigOut2rにおいて、第2水平走査部109bが第2水平メモリ部108bを列毎に選択し、第2水平メモリ部108bに記憶しているデジタル化された8ビットの画素信号D0b〜D7bを第2出力部110bに転送する。そして、第2出力部110bの不図示の第2信号変換部が、TG112から送られてくる画素クロック信号Sckbの位相と同期するように、8ビットの画素信号D0b〜D7bの位相を調整する。その後、第2出力部110bの不図示の第2差動送信バッファが、8ビットそれぞれの信号に対応する正転信号と反転信号に変換して、第2出力端子111bから出力する。
Next, in the period SigOut2r, the second
さらに、続けて、期間ED2rにおいて、第2出力部110b内の第2同期信号付加部が画素クロック信号Sckbの位相と同期した状態で、8ビットの画素信号が送り出された後にエンド同期信号を付加する(時刻t06まで)。このとき、エンド同期信号は、8ビットの画素信号が取り得ない値の組み合わせに設定しておく必要がある。また、スタート同期信号と区別するために、画素信号を構成する8ビットのそれぞれの信号に対して、例えば、エンド同期信号として“11001100”を付加することで実現できる。具体的な8ビットのそれぞれの信号に対するエンド同期信号は、第1の読み出し動作Opr1におけるエンド同期信号と同様であるので、説明は省略する。ここまでの時刻t04〜t06の期間が、スタート同期信号及びエンド同期信号を付加した2行目の各画素の信号の出力期間になる。
Further, subsequently, in the period ED2r, the end synchronization signal is added after the 8-bit pixel signal is sent out while the second synchronization signal addition unit in the
第2の読み出し動作Opr2においては、2行目の画素の信号の出力後、続けて4行目の画素の信号を出力する。時刻t06〜t08の期間が、4行目の各画素の信号について、列毎の読み出し、CDS処理、アナログデジタル変換、水平メモリ部への記憶といった列毎の並列処理を実施する期間になる。そして、時刻t08〜t10の期間が、スタート同期信号及びエンド同期信号を付加した4行目の各画素の信号の出力期間になる。さらに、第1の実施形態においては、画素領域101に配列されている画素100は4行であるため、時刻t10以降に、再び2行目の画素の信号の読み出し動作が開始される。
In the second read operation Opr2, after the pixel signal of the second row is output, the signal of the pixel of the fourth row is output continuously. A period from time t06 to t08 is a period for executing parallel processing for each column such as readout for each column, CDS processing, analog-digital conversion, and storage in the horizontal memory unit for the signals of the pixels in the fourth row. A period from time t08 to t10 is an output period of the signal of each pixel in the fourth row to which the start synchronization signal and the end synchronization signal are added. Furthermore, in the first embodiment, since the
このように、第1の実施形態においては、第1の読み出し動作Opr1と第2の読み出し動作Opr2を、期間Read1r分だけずらせて動作させる必要がある。このため、TG112は、期間Read1r、期間CDS1r、期間AD1rの間に実施する1行目の画素の信号の読み出しから第1水平メモリ部108aへの記憶までの列毎の並列処理動作を制御することが可能となっている。また、TG112は、期間Read1r分だけずらせて、期間Read2r、期間CDS2r、期間AD2rの間に実施する2行目の画素の信号の読み出しから第2水平メモリ部108bへの記憶までの列毎の並列処理動作を制御することが可能となっている。
Thus, in the first embodiment, it is necessary to operate the first read operation Opr1 and the second read operation Opr2 while being shifted by the period Read1r. For this reason, the
ここで、第1の読み出し動作Opr1と第2の読み出し動作Opr2の開始時刻の差は、垂直信号線104が垂直画素列に共通に配線されているために1行目の画素の信号の読み出しが終了するまで、2行目の画素の信号の読み出しを開始できないことによる。したがって、第2の読み出し動作Opr2の開始時刻は、期間Read1r終了後、所定の時間が経過した後でも構わない。
Here, the difference between the start times of the first read operation Opr1 and the second read operation Opr2 is that the signal of the pixel in the first row is read because the
さらに、TG112は、前述した列毎の並列処理動作とは別に、スタート同期信号及びエンド同期信号を付加した1行目の画素の信号及び2行目の画素の信号の出力動作をそれぞれ制御することが可能となっている。ここで、1行目の画素の信号に付加したスタート同期信号の出力動作の開始タイミングは、1行目の画素の信号の並列処理動作の終了後、所定の時間が経過した後でも構わない。また、2行目の画素の信号に付加したスタート同期信号の出力動作の開始タイミングも、2行目の画素の信号の並列処理動作の終了後、所定の時間が経過した後でも構わない。さらに、1行目の画素の信号に付加したスタート同期信号と2行目の画素の信号に付加したスタート同期信号の出力開始タイミングの差も、期間Read1r以上で構わない。
Furthermore, the
これら期間Read1rの開始タイミング、期間Read2rの開始タイミング、期間SD1rの開始タイミング及び期間SD2rの開始タイミングは、同期制御部15からの制御信号に基づいて、TG112が個別にかつ適宜設定できる。
The start timing of the period Read1r, the start timing of the period Read2r, the start timing of the period SD1r, and the start timing of the period SD2r can be individually and appropriately set based on the control signal from the
以上の説明は、第1の読み出し動作Opr1と第2の読み出し動作Opr2の関係について述べたものである。読み出し動作が繰り返される場合には、2行目の画素の信号を読み出す第2の読み出し動作Opr2と3行目の画素の信号を読み出す第1の読み出し動作Opr1の関係についても同様である。 The above description describes the relationship between the first read operation Opr1 and the second read operation Opr2. When the readout operation is repeated, the same applies to the relationship between the second readout operation Opr2 that reads out the signals of the pixels in the second row and the first readout operation Opr1 that reads out the signals of the pixels in the third row.
また、本実施形態において、スタート同期信号及びエンド同期信号は、それぞれ“11110000”及び“11001100”に設定したが、これに限定されるものではない。スタート同期信号及びエンド同期信号が区別でき、かつ、8ビットの画素信号が取り得ない値の組み合わせであれば良いので、例えば、スタート同期信号を“11001100”及びエンド同期信号を“11110000”のように逆にしても良い。また、例えば、スタート同期信号を“1111111100000000”及びエンド同期信号を“1111000011110000”のように長さを長くしても良い。 In this embodiment, the start synchronization signal and the end synchronization signal are set to “11110000” and “11001100”, respectively, but the present invention is not limited to this. Since the start synchronization signal and the end synchronization signal can be distinguished from each other, and any combination of values that cannot be taken by the 8-bit pixel signal is acceptable, for example, the start synchronization signal is “11001100” and the end synchronization signal is “11110000”. It may be reversed. In addition, for example, the length may be increased such that the start synchronization signal is “1111111100000000” and the end synchronization signal is “1111000011110000”.
さらに、1行目のスタート同期信号を“11001100”、2行目のスタート同期信号を“11000011”、3行目のスタート同期信号を“11000000”及び4行目のスタート同期信号を“11000011”と設定したとする。この場合には、1行目のスタート同期信号のみ5クロック目、6クロック目をともに1に設定することで、画素の信号の1行目であることを示すことができる。また、7クロック目、8クロック目をともに0に設定したときは、第1出力部110aから出力される奇数行の画素の信号であることを示すようにすることもできる。また、7クロック目、8クロック目をともに1に設定したときは、第2出力部110bから出力される偶数行の画素の信号であることを示すようにすることもできる。このとき、エンド同期信号については、すべて“11001111”と設定すれば、どのスタート同期信号とも区別することができる。
Further, the start synchronization signal of the first row is “11001100”, the start synchronization signal of the second row is “111000011”, the start synchronization signal of the third row is “11000000”, and the start synchronization signal of the fourth row is “11000011”. Suppose that it is set. In this case, it can be shown that the first row of the pixel signal is set by setting only the start synchronization signal of the first row to 1 for both the fifth clock and the sixth clock. Further, when both the seventh clock and the eighth clock are set to 0, it can be indicated that the signal is an odd row pixel signal output from the
あるいは、1行目のスタート同期信号を“11000001”、2行目のスタート同期信号を“11000010”、3行目のスタート同期信号を“11000011”及び4行目のスタート同期信号を“11000100”と設定したとする。このようにして、6クロック目から8クロック目が行番号の2進数を表すことにしても良い。このとき、エンド同期信号については、すべて“11000000”と設定すれば、どのスタート同期信号とも区別することができる。 Alternatively, the start synchronization signal of the first row is “11000001”, the start synchronization signal of the second row is “11000010”, the start synchronization signal of the third row is “11000011”, and the start synchronization signal of the fourth row is “11000100”. Suppose that it is set. In this way, the 6th clock to the 8th clock may represent binary numbers of row numbers. At this time, if all end synchronization signals are set to “11000000”, they can be distinguished from any start synchronization signal.
そして、画素領域の行数が増えた場合には、スタート同期信号の信号数を予め必要な信号数に設定しておけば良い。
ここで、撮像素子12の出力信号の画素数は、予め決まっているので、同期制御部15が信号処理部13に対して、1行分の画素に相当する処理の制御を実施可能であれば、エンド同期信号は省略可能である。
When the number of rows in the pixel area increases, the number of start synchronization signals may be set to a necessary number in advance.
Here, since the number of pixels of the output signal of the
図5は、本実施形態に係る信号処理部13の入力部分の構成を示す図であり、信号処理部13での信号処理が可能となるように、撮像素子12から出力される行単位でタイミングがずれたデジタル画素信号を受け取ることが可能な構成になっている。信号処理部13は、第1入力部401a、第2入力部401b、同期信号解読部403、及び内部メモリ404を有する。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an input portion of the
第1入力部401a及び第2入力部401bには、第1出力部110a及び第2出力部110bからの画素の信号が、それぞれ第1入力端子402a及び第2入力端子402bを介して入力される。信号処理部13に入力される信号は、図3を用いて説明した、1つの信号が正転画素信号及び反転画素信号からなる差動信号であるので、不図示の差動受信バッファにより受信して、通常のパルス信号に変換する。このとき、同時に入力される画素クロック信号と信号処理部13の信号処理クロック信号の位相を比較して、デジタル画素信号の位相を信号処理部13の信号処理クロック信号の位相に同期させる処理も行う。
Pixel signals from the
同期信号解読部403は、同期信号付きの行単位の画素信号の同期信号を解読して、スタート同期信号とエンド同期信号に挟まれた行単位の画素信号を内部メモリ404に記憶させる。内部メモリ404は、行単位の画素信号を記憶する。1行目から8行目までの画素信号を記憶する領域を、便宜的にそれぞれmP1r〜mP8rとして示している。
The synchronization
第1入力部401aから同期信号解読部403に1行目の画素の信号が入力されると、同期制御部15からの制御信号に基づいて、スタート同期信号とエンド同期信号に挟まれた行単位の画素信号を内部メモリ404の領域mP1rに記憶する。次に、第2入力部401bから同期信号解読部403に2行目の画素の信号が入力されると、同期制御部15からの制御信号に基づいて、スタート同期信号とエンド同期信号に挟まれた行単位の画素信号を内部メモリ404の領域mP2rに記憶する。
When the pixel signal of the first row is input from the
このとき、内部メモリ404に対しては、1行目の画素の信号の記憶動作と2行目の画素の信号の記憶動作を同時に行うことになるが、内部メモリ404の異なる領域に対する記憶動作なので、制御可能となっている。1行目及び2行目の画素の信号の記憶動作の終了後、3行目及び4行目の画素の信号の記憶動作も同様に行う。
At this time, for the
そして、内部メモリ404の領域mP1r〜mP4rに記憶された1行目〜4行目の画素の信号は、同期制御部15からの制御信号に基づいて、内部メモリ端子405から1行毎に信号処理されていくことになる。その後、続けて1行目の画素の信号が入力された場合には、また最初から領域mP1rに記憶すればよい。あるいは、奇数回目の撮像では、1行目〜4行目の画素の信号を、それぞれ領域mP1r〜mP4rに記憶し、偶数回目の撮像では、1行目〜4行目の画素の信号を、それぞれ領域mP5r〜mP8rに記憶するようにしてもよい。このようにした場合には、後段の信号処理にかかる時間を確保することが可能になる。
Then, the signals of the pixels in the first to fourth rows stored in the areas mP1r to mP4r of the
以上のように、本実施形態においては、複数の出力手段の信号それぞれに対して、読み出し時間差に応じて個別にスタート同期信号を設定することで、出力信号の同期制御の手段を提供することができる。そして、信号処理部の入力部分において、解読した同期信号に応じた画素の信号を記憶するメモリ領域を割り当てることで、読み出し時間差に対応した同期制御が実現可能である。これにより、撮像素子の出力手段の後段にFIFOメモリやディレイラインを設ける必要がなくなり、複数の画素の信号を共通の読み出し手段と異なる出力手段を用いて別々に出力することが可能となるので、撮像装置における高速読み出し動作が実現できる。 As described above, in the present embodiment, it is possible to provide a means for controlling the synchronization of output signals by individually setting the start synchronization signal for each of the signals of the plurality of output means in accordance with the read time difference. it can. Then, by assigning a memory area for storing a pixel signal corresponding to the decoded synchronization signal at the input portion of the signal processing unit, synchronization control corresponding to the readout time difference can be realized. As a result, it is not necessary to provide a FIFO memory or a delay line after the output unit of the image sensor, and signals of a plurality of pixels can be output separately using an output unit different from the common readout unit. A high-speed reading operation in the imaging apparatus can be realized.
さらに、スタート同期信号として読み出される信号が1行目の画素の信号であることを認識できる信号を付加した場合には、同期制御手段を介することなく、信号処理部が信号処理動作を開始することができる。また、スタート同期信号としてどの出力手段の信号から出力されたかを認識できる信号を付加した場合には、同期制御手段を介することなく、信号処理部が特定の行に応じた補正などの信号処理動作を実施することができる。また、スタート同期信号として読み出される行の順番が認識できる信号を付加した場合には、同期制御手段を介することなく、同期信号解読手段が画素の信号を記憶するメモリ領域を割り当てることができる。 Furthermore, when a signal that can be recognized as a signal read out as a start synchronization signal is a pixel signal in the first row, the signal processing unit starts the signal processing operation without going through the synchronization control means. Can do. In addition, when a signal that can be recognized from which output means signal is added as a start synchronization signal, the signal processing section performs signal processing operations such as correction according to a specific row without going through the synchronization control means. Can be implemented. Further, when a signal for recognizing the order of the rows read out as the start synchronization signal is added, the synchronization signal decoding means can allocate a memory area for storing the pixel signal without going through the synchronization control means.
(第2の実施形態)
次に、図1〜図3及び図5に加えて、図6を参照して、本発明の第2の実施形態について説明する。なお、第2の実施形態では、撮像装置の基本的な構成と動作及び撮像素子の基本的な構成と動作は、第1の実施形態と同様であるので、図及び符号を流用して説明する。第1の実施形態における信号処理部13は、撮像素子12から出力される行単位でタイミングがずれたデジタル画素信号を受け取ることが可能な構成になっている。一般に、DSP等の信号処理回路が撮像素子から出力される信号を受ける場合、2行同時であれば、1行目の第1画素の信号と2行目の第1画素の信号が同期している方が処理しやすい構成となっていることがある。そこで、第2の実施形態においては、撮像素子の出力手段の後段にFIFOメモリやディレイラインを設けることなく、1行目の第1画素の信号と2行目の第1画素の信号の同期出力を可能にする方法について説明する。
(Second Embodiment)
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6 in addition to FIGS. In the second embodiment, the basic configuration and operation of the imaging apparatus and the basic configuration and operation of the imaging element are the same as those in the first embodiment. . The
図6は、第2の実施形態に係る撮像素子12の動作例を示すタイミングチャートである。図6において、Opr1は、第1信号選択部105aが選択されたときの第1の読み出し動作を示し、Opr2は、第2信号選択部105bが選択されたときの第2の読み出し動作を示す。
FIG. 6 is a timing chart illustrating an operation example of the
第2の実施形態においては、第1の読み出し動作Opr1における1行目の期間SD1rの開始が、期間AD1rの終了である時刻t23ではなく、2行目の期間SD2rの開始である時刻t24になっていることが、第1の実施形態と異なる。また、3行目の期間SD3rの開始が、期間AD3rの終了である時刻t28ではなく、4行目の期間SD4rの開始である時刻t29になっていることが、第1の実施形態と異なる。つまり、第2の実施形態においては、1行目の期間SD1rと2行目の期間SD2rが同時に開始し、3行目の期間SD3rと4行目の期間SD4rが同時に開始する。 In the second embodiment, the start of the period SD1r of the first row in the first read operation Opr1 is not the time t23 that is the end of the period AD1r but the time t24 that is the start of the period SD2r of the second row. This is different from the first embodiment. Also, the start of the period SD3r in the third row is not the time t28 at which the period AD3r ends, but the time t29 at the start of the period SD4r in the fourth line, which is different from the first embodiment. That is, in the second embodiment, the period SD1r for the first row and the period SD2r for the second row start simultaneously, and the period SD3r for the third row and the period SD4r for the fourth row start simultaneously.
第1の読み出し動作Opr1における期間AD1rの終了である時刻t23において、1行目の画素信号は、デジタル化された行単位の画素信号として、第1水平メモリ部108aに記憶されている。第1水平メモリ部108aに記憶された画素信号は、デジタルデータであるため、アナログ信号とは異なり劣化せずに保持しておくことができる。そこで、同期制御部15からの制御信号に基づいて、TG112が第1水平走査部109aの動作開始を遅らせる。次に、2行目の期間SD2rの開始である時刻t24において、1行目の期間SD1rを開始することで、期間SD1rと期間SD2rを同期させる。
At time t23, which is the end of the period AD1r in the first read operation Opr1, the pixel signal of the first row is stored in the first
続いて、2行目の期間SigOut2rの開始と同時に、1行目の期間SigOut1rを開始する。すなわち、2行目の期間SigOut2rの開始と同時に、第1水平走査部109aが第1水平メモリ部108aを列毎に選択し、第1水平メモリ部108aに記憶しているデジタル化された8ビットの画素信号D0a〜D7aを第1出力部110aに転送する。これにより、1行目の第1画素の信号と2行目の第1画素の信号を同期させることができる。さらに、続けて、2行目の期間ED2rに同期させて1行目の期間ED1rを開始する。
Subsequently, the period SigOut1r of the first row is started simultaneously with the start of the period SigOut2r of the second row. That is, simultaneously with the start of the period SigOut2r of the second row, the first
以上のように、スタート同期信号及びエンド同期信号を付加した1行目の画素の信号の出力期間全体が、期間Read2r(時刻t23〜t24)に相当する時間だけ遅延するように、同期制御部15が撮像素子12を制御する。これにより、1行目の画素の信号と2行目の画素の信号を同期させて出力させることができる。そして、3行目の画素の信号及び4行目の画素の信号についても同様の動作を実行させる。
As described above, the
以上のように、本実施形態においては、複数の出力手段の信号それぞれに対して、個別にスタート同期信号を設定することで、出力信号を同期させることができる。ただし、スタート同期信号及びエンド同期信号を付加した1行目の画素の信号の出力期間を期間Read2rに相当する時間だけ遅延させることとなる。そのため、第1の読み出し動作Opr1における行毎の読み出し時間が期間Read2rに相当する時間だけ長くなることになる。しかし、これにより、撮像素子の出力手段の後段にFIFOメモリやディレイラインを設ける必要なく、複数の画素の信号を共通の読み出し手段と異なる出力手段を用いて別々に出力することが可能となるので、撮像装置における高速読み出し動作が実現できる。 As described above, in this embodiment, the output signal can be synchronized by individually setting the start synchronization signal for each of the signals of the plurality of output means. However, the output period of the pixel signal of the first row to which the start synchronization signal and the end synchronization signal are added is delayed by a time corresponding to the period Read2r. Therefore, the read time for each row in the first read operation Opr1 becomes longer by a time corresponding to the period Read2r. However, this makes it possible to separately output signals from a plurality of pixels by using output means different from the common readout means without providing a FIFO memory or a delay line after the output means of the image sensor. A high-speed reading operation in the imaging apparatus can be realized.
(第3の実施形態)
次に、図1〜図3及び図5に加えて、図7を参照して、本発明の第3の実施形態について説明する。なお、第3の実施形態では、撮像装置の基本的な構成と動作及び撮像素子の基本的な構成と動作は、第1の実施形態と同様であるので、図及び符号を流用して説明する。第1の実施形態においては、複数の画素の信号を共通の読み出し手段と異なる出力手段を用いて別々に出力することにより、撮像装置における高速読み出し動作を実現している。第3の実施形態においては、列毎の並列処理と画素信号の出力期間の一部を同時に動作させることで、さらなる高速読み出し動作を実現する方法について説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7 in addition to FIGS. In the third embodiment, the basic configuration and operation of the imaging apparatus and the basic configuration and operation of the imaging element are the same as those in the first embodiment. . In the first embodiment, a high-speed readout operation in the imaging apparatus is realized by separately outputting signals of a plurality of pixels using an output unit different from the common readout unit. In the third embodiment, a method for realizing a further high-speed reading operation by simultaneously operating a parallel processing for each column and a part of an output period of a pixel signal will be described.
図7は、第3の実施形態に係る撮像素子12の動作例を示すタイミングチャートである。図7において、Opr1は、第1信号選択部105aが選択されたときの第1の読み出し動作を示し、Opr2は、第2信号選択部105bが選択されたときの第2の読み出し動作を示す。
FIG. 7 is a timing chart illustrating an operation example of the
第3の実施形態においては、次の点が第1の実施形態と異なる。第1の読み出し動作Opr1における1行目の期間SD1rの終了が、時刻t43の1行目の期間AD1rの終了と同時になっている。また、1行目の期間ED1rの開始が、時刻t45の3行目の期間Read3rの開始と同時になっている。さらに、第2の読み出し動作Opr2における2行目の期間SD2rの終了が、時刻t44の2行目の期間AD2rの終了と同時になっている。また、2行目の期間ED2rの開始が、時刻t46の4行目の期間Read4rの開始と同時になっている。 The third embodiment is different from the first embodiment in the following points. The end of the period SD1r of the first row in the first read operation Opr1 is the same as the end of the period AD1r of the first row at time t43. The start of the period ED1r in the first row is simultaneously with the start of the period Read3r in the third row at time t45. Further, the end of the period SD2r of the second row in the second read operation Opr2 is the same as the end of the period AD2r of the second row at time t44. The start of the period ED2r in the second row is simultaneously with the start of the period Read4r in the fourth row at time t46.
第1の読み出し動作Opr1における期間AD1rの終了である時刻t43において、1行目の画素の信号は、デジタル化された行単位の画素信号として、第1水平メモリ部108aに記憶されている。したがって、時刻t43後であれば、1行目の期間SigOut1rを開始することは可能である。そこで、期間AD1rの終了と期間SD1rの終了が同時になるように、同期制御部15からの制御信号に基づいて、TG112が第1同期信号付加部202aからスタート同期信号を出力させる。そして、期間SD1rの終了後、続けて1行目の期間SigOut1rを開始する。
At time t43, which is the end of the period AD1r in the first readout operation Opr1, the pixel signal of the first row is stored in the first
また、期間SigOut1rの終了である時刻t45に続けて、エンド同期信号を出力させる。そして、同時に、3行目の画素の信号を読み出す期間Read3rを開始し、これ以降、1行目の画素の信号と同様な動作が実施される。 Further, an end synchronization signal is output following time t45, which is the end of the period SigOut1r. At the same time, a period Read3r for reading out the signals of the pixels in the third row is started, and thereafter, the same operation as that of the signals of the pixels in the first row is performed.
次に、第2の読み出し動作Opr2においても、期間AD2rの終了である時刻t44において、2行目の画素の信号は、デジタル化された行単位の画素信号として、第2水平メモリ部108bに記憶されている。したがって、時刻t44後であれば、2行目の期間SigOut2rを開始することは可能である。そこで、期間AD2rの終了と期間SD2rの終了が同時になるように、同期制御部15からの制御信号に基づいて、TG112が第2同期信号付加部202bからスタート同期信号を出力させる。そして、期間SD2rの終了後、続けて2行目の期間SigOut2rを開始する。
Next, also in the second readout operation Opr2, at time t44, which is the end of the period AD2r, the pixel signal of the second row is stored in the second
また、期間SigOut2rの終了である時刻t46に続けて、エンド同期信号を出力させる。そして、同時に、4行目の画素の信号を読み出す期間Read4rを開始し、これ以降、2行目の画素の信号と同様な動作が実施される。 Further, the end synchronization signal is output following time t46, which is the end of the period SigOut2r. At the same time, a period Read4r for reading out the signals of the pixels in the fourth row is started, and thereafter, the same operation as the signals of the pixels in the second row is performed.
以上のように、本実施形態においては、複数の出力手段の信号それぞれに対して、読み出し時間差に応じて個別にスタート同期信号を設定することで、出力信号の同期制御の手段を提供することができる。そして、信号処理部の入力部分において、解読した同期信号に応じた画素の信号を記憶するメモリ領域を割り当てることで、読み出し時間差に対応した同期制御が実現可能である。これにより、撮像素子の出力手段の後段にFIFOメモリやディレイラインを設ける必要がなくなり、複数の画素の信号を共通の読み出し手段と異なる出力手段を用いて別々に出力することが可能となるので、撮像装置における高速読み出し動作が実現できる。 As described above, in the present embodiment, it is possible to provide a means for controlling the synchronization of output signals by individually setting the start synchronization signal for each of the signals of the plurality of output means in accordance with the read time difference. it can. Then, by assigning a memory area for storing a pixel signal corresponding to the decoded synchronization signal at the input portion of the signal processing unit, synchronization control corresponding to the readout time difference can be realized. As a result, it is not necessary to provide a FIFO memory or a delay line after the output unit of the image sensor, and signals of a plurality of pixels can be output separately using an output unit different from the common readout unit. A high-speed reading operation in the imaging apparatus can be realized.
さらに、本実施形態においては、1行目の期間AD1rと1行目の期間SD1rを重ねること、及び1行目の期間ED1rと3行目の期間SD3rを重ねることにより、さらに高速な読み出し動作を実現することができる。同様に、2行目の期間AD2rと2行目の期間SD2rを重ねること、及び、2行目の期間ED2rと4行目の期間SD4rを重ねることにより、さらに高速な読み出し動作を実現することができる。 Further, in the present embodiment, the first row period AD1r and the first row period SD1r are overlapped, and the first row period ED1r and the third row period SD3r are overlapped, so that a higher-speed read operation is performed. Can be realized. Similarly, by overlapping the period AD2r in the second row and the period SD2r in the second row, and by overlapping the period ED2r in the second row and the period SD4r in the fourth row, a higher-speed read operation can be realized. it can.
(第4の実施形態)
次に、図1及び図8〜図11を参照して、本発明の第4の実施形態について説明する。なお、第4の実施形態では、撮像装置の基本的な構成と動作は、第1の実施形態と同様であるので、図及び符号を流用して説明する。第1の実施形態における撮像素子12は、水平メモリ部及び出力部をそれぞれ2組ずつ備えることで、2行同時出力による高速読み出し動作を実現している。以下に説明する第4の実施形態においては、水平メモリ部及び出力部をそれぞれ4組ずつ備えることで、さらなる高速読み出し動作を実現する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIGS. Note that in the fourth embodiment, the basic configuration and operation of the imaging apparatus are the same as those in the first embodiment, and therefore, description will be made with reference to the drawings and symbols. The
図8は、本実施形態に係る撮像素子12の概略構成を示す図である。撮像素子12は、複数の画素100が配された画素領域101、垂直走査部102、第1信号選択部105a及び第2信号選択部105b、第1列信号処理部106a及び第2列信号処理部106b、第1列AD部107a及び第2列AD部107bを有する。また、撮像素子12は、第1メモリ選択部114a及び第2メモリ選択部114b、第1水平メモリ部108a、第2水平メモリ部108b、第3水平メモリ部108c及び第4水平メモリ部108dを有する。また、撮像素子12は、第1水平走査部109a及び第2水平走査部109b、第1出力部110a、第2出力部110b、第3出力部110c及び第4出力部110d、及びTG(Timing Generator)112を有する。
FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration of the
画素領域101は、図8にP11〜P84で示すように複数の画素100が行方向(水平方向)・列方向(垂直方向)に行列状(マトリクス状)に配列されている。各画素100は、不図示の光電変換部とトランジスタとを有する。ここで、例えば、P11〜P14は1行目となる4画素を示し、P81〜P84は8行目となる4画素を示す。本実施形態においては、4×8配列(4列8行)の画素領域101を例として説明するが、画像領域101における画素配列は、この数に限定されるものではない。
In the
垂直走査部102、画素制御線103、垂直信号線104、信号選択部105a、105b、列信号処理部106a、106b、及び列AD部107a、107bは、図2に示した第1の実施形態における撮像素子と同じ動作を行うため、説明は省略する。
The
第1メモリ選択部114aは、第1列AD部107aにおいてアナログデジタル変換された行単位の画素の信号を、第1水平メモリ部108a或いは第3水平メモリ部108cのどちらか一方に選択的に接続するスイッチとなっている。第2メモリ選択部114bは、第2列AD部107bにおいてアナログデジタル変換された行単位の画素の信号を、第2水平メモリ部108b或いは第4水平メモリ部108dのどちらか一方に選択的に接続するスイッチとなっている。
The first
第1水平メモリ部108a及び第3水平メモリ部108cは、第1列AD部107aにおいてデジタル化された行単位の各列の画素信号を記憶する。第2水平メモリ部108b及び第4水平メモリ部108dは、第2列AD部107bにおいてデジタル化された行単位の各列の画素信号を記憶する。ここで、水平メモリ部108a、108b、108c、108dは、対応する列AD部107a、107bにあわせて各列毎に8ビットのデジタル信号を記憶できるものとするが、AD変換器のビット精度に応じたビット数のデジタル信号が記憶できれば良い。
The first
第1水平走査部109aは、水平メモリ部108a、108cに記憶しているデジタル化された画素信号を、それぞれ対応する出力部110a、110cに列毎に選択して転送するように、水平メモリ部108a、108bを制御する。第2水平走査部109bは、水平メモリ部108b、108dに記憶しているデジタル化された画素信号を、それぞれ対応する出力部110b、110dに列毎に選択して転送するように、水平メモリ部108b、108dを制御する。
The first
出力部110a、110b、110c及び110dは、デジタル化された行単位の画素信号の前或いは前後に同期信号を付加する。また、出力部110a、110b、110c及び110dは、同期信号付きのデジタル画素信号を、それぞれ対応する出力端子111a、111b、111c及び111dから信号処理部13へ出力する。TG112は、制御端子113を介した同期制御部15からの制御信号に基づいて、撮像素子12の各部の動作に必要な各種のクロック信号や制御信号などを出力する。
The
本実施形態に係る出力部110a、110b、110c、110dについて説明する。以下では、第1出力部110aについて説明するが、第2出力部110b、第3出力部110c、第4出力部110dについても同様である。図9は、本実施形態に係る出力部110aの構成を示す図である。第1出力部110aは、第1信号変換部201a、第1パラシリ変換部204a、第1同期信号付加部202a、及び第1差動送信バッファ203aを有する。
The
第1信号変換部201aには、8ビットに対応する8本の水平信号線を介して、第1水平メモリ部108aから送られてくる画素信号D0a、D1a、D2a、D3a、D4a、D5a、D6a及びD7aが入力される。また、第1信号変換部201aには、TG112からクロック信号として送られてくる画素クロック信号Sckaが入力される。画素クロック信号Sckaは、第1水平走査部109aの転送と同じ周期の信号である。第1信号変換部201aは、画素クロック信号Sckaの位相と同期するように、8ビットの画素信号D0a〜D7aの位相を調整する。第1信号変換部201aは、さらに、図3に示した第1の実施形態における第1信号変換部において説明した黒レベル調整、列ばらつき補正、信号増幅、色関係処理等を実施しても良い。
The first
第1パラシリ変換部204aには、画素クロック信号Sckaの位相と同期した8ビットの画素信号D0a〜D7a、及びTG112からクロック信号として送られてくる画素クロック信号Sckaの2倍の周波数をもつ逓倍クロック信号H2ckaが入力される。第1パラシリ変換部204aは、逓倍クロック信号H2ckaを用いて、8ビットがそれぞれ8本並列に入力される画素信号D0a〜D7aをパラレル・シリアル変換する。例えば、画素信号D0a〜D7aを、画素信号D0a・D1a、画素信号D2a・D3a、画素信号D4a・D5a及び画素信号D6a・D7aのように、逓倍クロック信号H2ckaに同期した2ビット直列の4本並列した画素信号に変換して出力する。ここで、逓倍クロック信号H2ckaは、画素クロック信号Sckaの2倍の周波数をもつので、画素クロック信号Scka当たりのデータ転送量は変化しない。
The first parallel-
第1同期信号付加部202aは、逓倍クロック信号H2ckaの位相と同期した状態で、画素信号D0a・D1a、D2a・D3a、D4a・D5a及びD6a・D7aのそれぞれに対して、スタート同期信号及び、必要に応じてエンド同期信号を付加する。ここで、同期信号を付加するタイミングは、同期制御部15からの制御信号に基づいて、TG112から出力される制御信号により制御される。
The first synchronization
第1差動送信バッファ203aは、同期信号を付加した画素信号D0a・D1a、D2a・D3a、D4a・D5a及びD6a・D7a、及び逓倍クロック信号H2ckaのそれぞれに対して設けられる。第1差動送信バッファ203aは、それぞれのパルス信号と同極性の正転信号と逆極性の反転信号とを同時に出力する。本実施形態においては、正転画素信号がD0Pa〜D7Pa、反転画素信号がD0Na〜D7Naとなり、正転逓倍クロック信号がH2ckPa、反転逓倍クロック信号がH2ckNaとなっている。
The first
ここで、出力部110a、110b、110c、110dに入力される画素クロック信号及び逓倍クロック信号は、同じ信号がTG112から送られてくるものとする。しかし、TG112から出力部110a、110b、110c、110dのそれぞれまでの距離に応じた遅延が発生する。そのため、出力部110a、110b、110c、110dにそれぞれ入力される画素クロック信号Scka、Sckb、Sckc、Sckd、及び逓倍クロック信号H2cka、H2ckb、H2ckc、H2ckdは区別して用いるものとする。
Here, it is assumed that the same signal is transmitted from the
次に、図10を用いて、第4の実施形態での動作を説明する。図10は、第4の実施形態に係る撮像素子12の動作例を示すタイミングチャートである。図10において、Opr1は、第1信号選択部105aが選択され、かつ、第1メモリ選択部114aにより第1水平メモリ部108aに接続したときの第1の読み出し動作を示す。Opr2は、第2信号選択部105bが選択され、かつ、第2メモリ選択部114bにより第2水平メモリ部108bに接続したときの第2の読み出し動作を示す。Opr3は、第1信号選択部105aが選択され、かつ、第1メモリ選択部114aにより第3水平メモリ部108cに接続したときの第3の読み出し動作を示す。Opr4は、第2信号選択部105bが選択され、かつ、第2メモリ選択部114bにより第4水平メモリ部108dに接続したときの第4の読み出し動作を示す。
Next, the operation in the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a timing chart illustrating an operation example of the
画素領域101に配列されている画素のうち、1行目及び5行目の画素の信号を第1の読み出し動作Opr1を用いて読み出し、2行目及び6行目の画素の信号を第2の読み出し動作Opr2を用いて読み出すことにする。また、3行目及び7行目の画素の信号を第3の読み出し動作Opr3を用いて読み出し、4行目及び8行目の画素の信号を第4の読み出し動作Opr4を用いて読み出すことにする。
Among the pixels arranged in the
第1の読み出し動作Opr1では、まず、期間Read1rにおいて、第1信号選択部105aが選択された状態で、垂直走査部102からの駆動制御信号により、1行目の画素の信号がそれぞれ対応する垂直信号線104に読み出される(時刻t60〜t61)。このとき、最初に画素をリセットした状態のN信号が、第1列信号処理部106aでサンプルホールドされ、続いて光電変換部の信号を読み出した状態のS信号が、第1列信号処理部106aでサンプルホールドされる。
In the first read operation Opr1, first, in the period Read1r, the first
次に、期間CDS1rにおいて、第1列信号処理部106aが、CDS回路でS信号からN信号を減算することによってCDS処理によるノイズ除去を実施し、必要であればAGC回路による利得制御を実施する(時刻t61以降)。そして、期間AD1rにおいて、第1列AD部107aが、ノイズ除去された1行目の画素の信号をアナログデジタル変換する。第1の読み出し動作Opr1においては、第1メモリ選択部114aにより第1水平メモリ部108aに接続しているので、デジタル信号に変換された1行目の画素の信号は、第1水平メモリ部108aに記憶される(時刻t63まで)。ここまでの時刻t60〜t63での処理が、1行目の各画素の信号に対する列毎の並列処理になる。
Next, in the period CDS1r, the first column
続いて、期間SD1rにおいて、第1出力部110a内の第1同期信号付加部202aが逓倍クロック信号H2ckaの位相と同期した状態で、2ビット直列4本並列した画素信号が送られてくる前にスタート同期信号を付加する(時刻t63以降)。ここで付加されるスタート同期信号は、2ビット直列4本並列した画素信号それぞれに対して、第1の実施形態におけるスタート同期信号と同じものを用いることができるので、説明は省略する。このとき、正転逓倍クロック信号H2ckPa及び反転逓倍クロック信号H2ckNaには、スタート同期信号を付加しない。
Subsequently, in the period SD1r, before the pixel signal in which four 2-bit serially parallel pixels are sent in a state where the first synchronizing
次に、期間SigOut1rにおいて、第1水平走査部109aが第1水平メモリ部108aを列毎に選択し、第1水平メモリ部108aに記憶しているデジタル化された8ビットの画素信号D0a〜D7aを第1出力部110aに転送する。そして、第1信号変換部201aが、TG112から送られてくる画素クロック信号Sckaの位相と同期するように、8ビットの画素信号D0a〜D7aの位相を調整する。また、第1パラシリ変換部204aが、位相が調整された8ビット並列に入力される画素信号D0a〜D7aを逓倍クロック信号H2ckaに同期した2ビット直列の4本並列した画素信号に変換する。その後、第1差動送信バッファ203aが、2ビット直列の4本並列したそれぞれの信号に対応する正転信号と反転信号に変換して、第1出力端子111aから出力する。
Next, in the period SigOut1r, the first
さらに、続けて、期間ED1rにおいて、第1出力部110a内の第1同期信号付加部202aが逓倍クロック信号H2ckaの位相と同期した状態で、2ビット直列の4本並列した画素信号が送り出された後にエンド同期信号を付加する(時刻t67まで)。ここで付加されるエンド同期信号は、2ビット直列の4本並列した画素信号それぞれに対して、第1の実施形態におけるエンド同期信号と同じものを用いることができるので、説明は省略する。このとき、正転逓倍クロック信号H2ckPa及び反転逓倍クロック信号H2ckNaには、エンド同期信号ED1rを付加しない。ここまでの時刻t63〜t67の期間が、スタート同期信号及びエンド同期信号を付加した1行目の各画素の信号の出力期間になる。
Further, continuously, in the period ED1r, four parallel pixel signals of 2 bits in series are sent out in a state where the first synchronization
第1の読み出し動作Opr1においては、1行目の画素の信号の出力後、続けて5行目の画素の信号を出力する。時刻t67〜t70の期間が、5行目の各画素の信号について、列毎の読み出し、CDS処理、アナログデジタル変換、水平メモリ部への記憶といった列毎の並列処理を実施する期間になる。そして、時刻t70〜t71の期間が、スタート同期信号及びエンド同期信号を付加した5行目の各画素の信号の出力期間になる。さらに、第2の実施形態においては、画素領域101に配列されている画素100は8行であるため、時刻t71以降に、再び1行目の画素の信号の読み出し動作が開始される。
In the first read operation Opr1, after the pixel signal of the first row is output, the signal of the pixel of the fifth row is output continuously. A period from time t67 to t70 is a period in which parallel processing for each column such as readout for each column, CDS processing, analog-digital conversion, and storage in the horizontal memory unit is performed for the signal of each pixel in the fifth row. A period from time t70 to t71 is an output period of the signal of each pixel in the fifth row to which the start synchronization signal and the end synchronization signal are added. Furthermore, in the second embodiment, since the
次に、第2の読み出し動作Opr2においては、垂直信号線104が垂直画素列に共通に配線されているため、1行目の画素の信号を読み出す期間Read1rの終了後から動作を開始する(時刻t61以降)。まず、期間Read2rにおいて、第2信号選択部105aが選択された状態で、垂直走査部102からの駆動制御信号により、2行目の画素の信号がそれぞれ対応する垂直信号線104に読み出される。すなわち、2行目の画素の信号のN信号とS信号をそれぞれ対応する垂直信号線104を介して第2列信号処理部106bに読み出す(時刻t61〜t62)。
Next, in the second readout operation Opr2, since the
次に、期間CDS2rにおいて、第2列信号処理部106bが、CDS回路でCDS処理によるノイズ除去を実施し、必要であればAGC回路による利得制御を実施する(時刻t62以降)。そして、期間AD2rにおいて、第2列AD部107bが、2行目の画素の信号をアナログデジタル変換する。第2の読み出し動作Opr2においては、第2メモリ選択部114bにより第2水平メモリ部108bに接続しているので、デジタル信号に変換された2行目の画素の信号は、第2水平メモリ部108bに記憶される(時刻t64まで)。ここまでの時刻t61〜t64での処理が、2行目の各画素の信号に対する列毎の並列処理になる。
Next, in the period CDS2r, the second column
続いて、期間SD2rにおいて、第2出力部110b内の不図示の第2同期信号付加部が逓倍クロック信号H2ckbの位相と同期した状態で、2ビット直列の4本並列した画素信号が送られてくる前にスタート同期信号を付加する(時刻t64以降)。ここで付加されるスタート同期信号は、第1の読み出し動作Opr1におけるスタート同期信号と同様であるので、説明は省略する。
Subsequently, in the period SD2r, two parallel 2-bit pixel signals are sent in a state where a second synchronization signal adding unit (not shown) in the
ここで、第2の読み出し動作Opr2においては、期間Read1rの終了後から2行目の画素の信号読み出し動作を開始したため、スタート同期信号を付加する期間SD2rも期間Read1rに相当する時間遅れて開始する必要がある。 Here, in the second readout operation Opr2, since the signal readout operation of the pixels in the second row is started after the end of the period Read1r, the period SD2r to which the start synchronization signal is added also starts with a time delay corresponding to the period Read1r. There is a need.
次に、期間SigOut2rにおいて、第2水平走査部109bが第2水平メモリ部108bを列毎に選択し、第2水平メモリ部108bに記憶しているデジタル化された8ビットの画素信号D0b〜D7bを第2出力部110bに転送する。そして、第2出力部110bの不図示の第2信号変換部が、TG112から送られてくる画素クロック信号Sckbの位相と同期するように、8ビットの画素信号D0b〜D7bの位相を調整する。また、第2出力部110bの不図示の第2パラシリ変換部が、位相が調整された8ビット並列に入力される画素信号D0b〜D7bを逓倍クロック信号H2ckbに同期した2ビット直列の4本並列した画素信号に変換する。その後、第2出力部110bの不図示の第2差動送信バッファが、2ビット直列の4本並列したそれぞれの信号に対応する正転信号と反転信号に変換して、第2出力端子111bから出力する。
Next, in the period SigOut2r, the second
さらに、続けて、期間ED2rにおいて、第2出力部110b内の第2同期信号付加部が逓倍クロック信号H2ckbの位相と同期した状態で、2ビット直列の4本並列した画素信号が送り出された後にエンド同期信号を付加する(時刻t68まで)。ここで付加されるエンド同期信号は、第1の読み出し動作Opr1におけるエンド同期信号と同様であるので、説明は省略する。ここまでの時刻t64〜t68の期間が、スタート同期信号及びエンド同期信号を付加した2行目の各画素の信号の出力期間になる。
Further, continuously, after a pixel signal in which four 2-bit serially parallel pixels are sent out in a period ED2r in a state where the second synchronization signal adding unit in the
第2の読み出し動作Opr2においては、2行目の画素の信号の出力後、続けて6行目の画素の信号を出力する。時刻t68以降の6行目の画素の信号の出力の説明は、2行目の画素の信号の出力と同様に行えば良いので省略する。そして、第2の実施形態においては、画素領域101に配列されている画素100は8行であるため、6行目の画素の信号の出力以降に、再び2行目の画素の信号の読み出し動作が開始される。
In the second readout operation Opr2, after the pixel signal of the second row is output, the pixel signal of the sixth row is output continuously. The description of the pixel signal output of the sixth row after time t68 is omitted because it may be performed in the same manner as the signal output of the pixel of the second row. In the second embodiment, since the
次に、第3の読み出し動作Opr3においては、垂直信号線104が垂直画素列に共通に配線されているため、2行目の画素の信号を読み出す期間Read2rの終了後から動作を開始する(時刻t62以降)。
Next, in the third readout operation Opr3, since the
時刻t62〜t65の期間が、3行目の各画素の信号について、列毎の読み出し、CDS処理、アナログデジタル変換、水平メモリ部への記憶といった列毎の並列処理を実施する期間になる。そして、時刻t65〜t69の期間が、スタート同期信号及びエンド同期信号を付加した3行目の各画素の信号の出力期間になる。時刻t69以降の7行目の画素の信号の出力の説明は、3行目の画素の信号の出力と同様に行えば良いので省略する。そして、第4の実施形態においては、画素領域101に配列されている画素100は8行であるため、7行目の画素の信号の出力以降に、再び3行目の画素の信号の読み出し動作が開始される。
The period from time t62 to t65 is a period in which parallel processing for each column such as readout for each column, CDS processing, analog-digital conversion, and storage in the horizontal memory unit is performed for the signal of each pixel in the third row. The period from time t65 to t69 is the signal output period of each pixel in the third row to which the start synchronization signal and end synchronization signal are added. The description of the output of the pixel signal of the seventh row after time t69 may be performed in the same manner as the output of the signal of the pixel of the third row, and is therefore omitted. In the fourth embodiment, since the
次に、第4の読み出し動作Opr4においては、垂直信号線104が垂直画素列に共通に配線されているため、3行目の画素の信号を読み出す期間Read3rの終了後から動作を開始する(時刻t63以降)。
Next, in the fourth readout operation Opr4, since the
時刻t63〜t66の期間が、4行目の各画素の信号について、列毎の読み出し、CDS処理、アナログデジタル変換、水平メモリ部への記憶といった列毎の並列処理を実施する期間になる。そして、時刻t66〜t70の期間が、スタート同期信号及びエンド同期信号を付加した4行目の各画素の信号の出力期間になる。時刻t70以降の8行目の画素の信号の出力の説明は、4行目の画素の信号の出力と同様に行えば良いので省略する。また、第2の実施形態においては、画素領域101に配列されている画素100は8行であるため、8行目の画素の信号の出力以降に、再び4行目の画素の信号の読み出し動作が開始される。
A period from time t63 to t66 is a period in which parallel processing for each column such as readout for each column, CDS processing, analog-digital conversion, and storage in the horizontal memory unit is performed for the signals of the pixels in the fourth row. A period from time t66 to t70 is an output period of the signal of each pixel in the fourth row to which the start synchronization signal and the end synchronization signal are added. The description of the signal output from the pixels in the eighth row after time t70 is omitted because it may be performed in the same manner as the signal output from the pixels in the fourth row. In the second embodiment, since the
このように、第4の実施形態においては、第1の読み出し動作Opr1と第2の読み出し動作Opr2を、期間Read1r分だけずらせて動作させる必要がある。このため、TG112は、期間Read1r、期間CDS1r、期間AD1rの間に実施する1行目の画素の信号の読み出しから第1水平メモリ部108aへの記憶までの列毎の並列処理動作を制御することが可能となっている。また、TG112は、期間Read1r分だけずらせて、期間Read2r、期間CDS2r、期間AD2r期間の間に実施する2行目の画素の信号の読み出しから第2水平メモリ部108bへの記憶までの列毎の並列処理動作を制御することが可能となっている。
As described above, in the fourth embodiment, it is necessary to operate the first read operation Opr1 and the second read operation Opr2 while being shifted by the period Read1r. For this reason, the
ここで、第1の読み出し動作Opr1と第2の読み出し動作Opr2の開始時刻の差は、垂直信号線104が垂直画素列共通に配線されているために1行目の画素の信号の読み出しが終了するまで、2行目の画素の信号の読み出しを開始できないことによる。したがって、第2の読み出し動作Opr2の開始時刻は、期間Read1rの終了後、所定の時間が経過した後でも構わない。
Here, the difference between the start times of the first readout operation Opr1 and the second readout operation Opr2 is that the readout of the signals of the pixels in the first row is completed because the
さらに、TG112は、前述した列毎の並列処理動作とは別に、スタート同期信号及びエンド同期信号を付加した各行の画素の信号の出力動作をそれぞれ制御することが可能となっている。ここで、1行目の画素の信号に付加したスタート同期信号の出力動作開始タイミングは、1行目の画素の信号の並列処理動作の終了後、所定の時間が経過した後でも構わない。また、例えば2行目の画素の信号に付加したスタート同期信号の出力動作の開始タイミングも、2行目の画素の信号の並列処理動作の終了後、所定の時間が経過した後でも構わない。さらに、1行目の画素信号に付加したスタート同期信号と2行目の画素の信号に付加したスタート同期信号の出力開始タイミングの差も、期間Read1r以上で構わない。
Further, the
これら期間Read1rの開始タイミング、期間Read2rの開始タイミング、期間SD1rの開始タイミング及び期間SD2rの開始タイミングは、同期制御部15からの制御信号に基づいて、TG112が個別にかつ適宜設定できる。
The start timing of the period Read1r, the start timing of the period Read2r, the start timing of the period SD1r, and the start timing of the period SD2r can be individually and appropriately set based on the control signal from the
以上の説明は、第1の読み出し動作Opr1と第2の読み出し動作Opr2の関係についてのみ述べたものである。第2の読み出し動作Opr2と第3の読み出し動作Opr3の関係、第3の読み出し動作Opr3と第4の読み出し動作Opr4の関係についても同様である。さらには、読み出し動作が繰り返される場合には、4行目の画素信号を読み出す第4の読み出し動作Opr4と5行目の画素信号を読み出す第1の読み出し動作Opr1の関係についても同様である。8行目の画素信号を読み出す第4の読み出し動作Opr4と1行目の画素信号を読み出す第1の読み出し動作Opr1の関係についても同様である。 The above description has described only the relationship between the first read operation Opr1 and the second read operation Opr2. The same applies to the relationship between the second read operation Opr2 and the third read operation Opr3, and the relationship between the third read operation Opr3 and the fourth read operation Opr4. Further, when the readout operation is repeated, the same applies to the relationship between the fourth readout operation Opr4 that reads out the pixel signal of the fourth row and the first readout operation Opr1 that reads out the pixel signal of the fifth row. The same applies to the relationship between the fourth readout operation Opr4 that reads out the pixel signal in the eighth row and the first readout operation Opr1 that reads out the pixel signal in the first row.
ここで、撮像素子12の出力信号の画素数は、予め決まっているので、同期制御部15が信号処理部13に対して、1行分の画素に相当する処理の制御を実施可能であれば、エンド同期信号は省略可能である。
Here, since the number of pixels of the output signal of the
図11は、本実施形態に係る信号処理部13の入力部分の構成を示す図であり、信号処理部13での信号処理が可能となるように、撮像素子12から出力される行単位でタイミングがずれたデジタル画素信号を受け取ることが可能な構成になっている。信号処理部13は、第1入力部401a、第2入力部401b、第3入力部401c、第4入力部401d、同期信号解読部403、シリパラ変換部406、及び内部メモリ404を有する。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of an input portion of the
第1入力部401a及び第2入力部401bには、第1出力部110a及び第2出力部110bからの画素の信号が、それぞれ第1入力端子402a及び第2入力端子402bを介して入力される。また、第3入力部401c及び第4入力部401dには、第3出力部110c及び第4出力部110dからの画素の信号が、それぞれ第3入力端子402c及び第4入力端子402dを介して入力される。
Pixel signals from the
信号処理部13に入力される信号は、図9を用いて説明した、1つの信号が正転画素信号及び反転画素信号からなる差動信号であるので、不図示の差動受信バッファにより受信して、通常のパルス信号に変換する。このとき、同時に入力される逓倍クロック信号と信号処理部13の信号処理クロック信号の位相を比較して、デジタル画素信号の位相を信号処理部13の信号処理クロック信号の位相に同期させる処理も行う。
Since the signal input to the
同期信号解読部403は、同期信号付きの行単位の画素信号の同期信号を解読して、スタート同期信号とエンド同期信号に挟まれた行単位の画素信号を出力する。シリパラ変換部406は、第1出力部110a、第2出力部110b、第3出力部110c及び第4出力部110dから送られてくる2ビット直列の4本並列した画素信号を8ビット並列した画素信号にシリアルパラレル変換し、内部メモリ404に記憶させる。例えば、第1出力部110aから送られてくる2ビット直列の4本並列した画素信号D0a・D1a、D2a・D3a、D4a・D5a及びD6a・D7aは、8ビット並列した画素信号D0a〜D7aに変換される。内部メモリ404は、行単位の画素信号を記憶する。図11には、1行目から8行目までの画素信号を記憶する領域を、便宜的にそれぞれmP1r〜mP8rとして示している。
The synchronization
ここで、図10に示した動作が実施された場合について説明する。第1入力部401aから同期信号解読部403に1行目の画素の信号が入力されると、同期制御部15からの制御信号に基づいて、スタート同期信号とエンド同期信号に挟まれた行単位の画素信号が、シリパラ変換部406に送られる。1行目の画素の信号は、シリパラ変換部406で8ビット並列した画素信号に変換されて内部メモリ404の領域mP1rに記憶される。次に、第2入力部401bから同期信号解読部403に2行目の画素の信号が入力されると、同期制御部15からの制御信号に基づいて、スタート同期信号とエンド同期信号に挟まれた行単位の画素信号が、シリパラ変換部406に送られる。2行目の画素の信号は、シリパラ変換部406で8ビット並列した画素信号に変換されて内部メモリ404の領域mP2rに記憶される。
Here, a case where the operation shown in FIG. 10 is performed will be described. When the pixel signal of the first row is input from the
続いて、第3入力部401cから3行目の画素の信号が入力され、8ビット並列した画素信号に変換されて内部メモリ404の領域mP3rに記憶される。さらに続けて、第4入力部401dから4行目の画素の信号が入力され、8ビット並列した画素信号に変換されて内部メモリ404の領域mP4rに記憶される。
Subsequently, a pixel signal of the third row is input from the
このとき、内部メモリ404に対しては、1行目の画素の信号の記憶動作、2行目の画素の信号の記憶動作、3行目の画素の信号の記憶動作及び4行目の画素の信号の記憶動作の一部が重なるタイミングが発生する。しかし、内部メモリ404の異なる領域に対する記憶動作なので、制御可能となっている。1行目、2行目、3行目及び4行目の画素の信号の記憶動作の終了後、5行目以降の画素の信号の記憶動作も同様に行う。
At this time, with respect to the
そして、内部メモリ404の領域mP1r〜mP8rに記憶された1行目〜8行目の画素の信号は、同期制御部15からの制御信号に基づいて、内部メモリ端子405から1行毎に信号処理されていくことになる。その後、続けて1行目の画素の信号が入力された場合には、また最初から領域mP1rに記憶すればよい。
Then, the signals of the pixels in the first to eighth rows stored in the areas mP1r to mP8r of the
以上のように、本実施形態においては、複数の出力手段の信号それぞれに対して、読み出し時間差に応じて個別にスタート同期信号を設定することで、出力信号の同期制御の手段を提供することができる。そして、信号処理部の入力部分において、解読した同期信号に応じて画素の信号を記憶するメモリ領域を割り当てることで、読み出し時間差に対応した同期制御が実現可能である。これにより、撮像素子の出力手段の後段にFIFOメモリやディレイラインを設ける必要がなくなり、複数の画素の信号を共通の読み出し手段と異なる出力手段を用いて別々に出力することが可能となるので、撮像装置における高速読み出し動作が実現できる。本実施形態においては、4行同時に出力することが可能となるので、4倍のフレームレートを実現できることになる。 As described above, in the present embodiment, it is possible to provide a means for controlling the synchronization of output signals by individually setting the start synchronization signal for each of the signals of the plurality of output means in accordance with the read time difference. it can. Then, by assigning a memory area for storing a pixel signal in accordance with the decoded synchronization signal at the input portion of the signal processing unit, synchronization control corresponding to the reading time difference can be realized. As a result, it is not necessary to provide a FIFO memory or a delay line after the output unit of the image sensor, and signals of a plurality of pixels can be output separately using an output unit different from the common readout unit. A high-speed reading operation in the imaging apparatus can be realized. In the present embodiment, since it is possible to output four rows simultaneously, a four times higher frame rate can be realized.
また、出力部110内のパラシリ変換部204において、8ビットがそれぞれ8本並列に入力される画素信号を2ビット直列の4本並列した画素信号に変換して出力しているので、4つの出力部110すべての差動送信バッファ203の数を半減させている。これにより、回路規模縮小と消費電力削減の効果が期待できるとともに、撮像素子からの出力端子数も削減されるので、撮像素子のパケージの小型化も可能になる。 Further, since the parallel-serial conversion unit 204 in the output unit 110 converts the pixel signals that are input in parallel with 8 bits each into 8 pixel signals that are 2 bits in series and outputs them, 4 outputs The number of differential transmission buffers 203 in all the units 110 is halved. As a result, the effect of reducing the circuit scale and power consumption can be expected, and the number of output terminals from the image sensor is also reduced, so that the package of the image sensor can be reduced.
(第5の実施形態)
次に、図1、図8、図9、図11及び図12を参照して、本発明の第5の実施形態について説明する。なお、第5の実施形態では、撮像装置の基本的な構成と動作及び撮像素子の基本的な構成と動作は、第4の実施形態と同様であるので、図及び符号を流用して説明する。第4の実施形態における信号処理部13は、撮像素子12から出力される行単位でタイミングがずれたデジタル画素信号を受け取ることが可能な構成になっている。第5の実施形態においては、撮像素子の出力手段の後段にFIFOメモリやディレイラインを設けることなく、1行目から4行目までの第1画素の信号の同期出力を可能にする方法について説明する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, FIG. 8, FIG. 9, FIG. In the fifth embodiment, the basic configuration and operation of the imaging apparatus and the basic configuration and operation of the imaging element are the same as those in the fourth embodiment. . The
図12は、第5の実施形態に係る撮像素子12の動作例を示すタイミングチャートである。図12において、Opr1は、第1信号選択部105aが選択され、かつ、第1メモリ選択部114aにより第1水平メモリ部108aに接続したときの第1の読み出し動作を示す。Opr2は、第2信号選択部105bが選択され、かつ、第2メモリ選択部114bにより第2水平メモリ部108bに接続したときの第2の読み出し動作を示す。Opr3は、第1信号選択部105aが選択され、かつ、第1メモリ選択部114aにより第3水平メモリ部108cに接続したときの第3の読み出し動作を示す。Opr4は、第2信号選択部105bが選択され、かつ、第2メモリ選択部114bにより第4水平メモリ部108dに接続したときの第4の読み出し動作を示す。
FIG. 12 is a timing chart illustrating an operation example of the
第5の実施形態においては、第1の読み出し動作Opr1における1行目の期間SD1rの開始が、第4の読み出し動作Opr4における4行目の期間SD4rの開始である時刻t86になっていることが、第4の実施形態と異なる。同様に、第2の読み出し動作Opr2における2行目の期間SD2rの開始、及び第3の読み出し動作Opr3における3行目の期間SD3rの開始が、4行目の期間SD4rの開始である時刻t86になっていることが、第4の実施形態と異なる。 In the fifth embodiment, the start of the period SD1r of the first row in the first read operation Opr1 is time t86, which is the start of the period SD4r of the fourth row in the fourth read operation Opr4. This is different from the fourth embodiment. Similarly, at the time t86 when the start of the second row period SD2r in the second read operation Opr2 and the start of the third row period SD3r in the third read operation Opr3 are the start of the fourth row period SD4r. This is different from the fourth embodiment.
第1の読み出し動作Opr1における期間AD1rの終了である時刻t83において、1行目の画素信号は、デジタル化された行単位の画素信号として、第1水平メモリ部108aに記憶されている。同様に、第2の読み出し動作Opr2における2行目の画素信号及び第3の読み出し動作Opr3における3行目の画素信号も、デジタル化された行単位の画素信号として、それぞれ、第2水平メモリ部108b及び第3水平メモリ部108cに記憶される。記憶された画素信号は、デジタルデータであるため、アナログ信号とは異なり劣化せずに保持しておくことができる。そこで、同期制御部15からの制御信号に基づいて、TG112が第1水平走査部109a及び第2水平走査部109bの動作開始を遅らせる。次に、4行目の期間SD4rの開始である時刻t86において、1行目の期間SD1r、2行目の期間SD2r及び3行目の期間SD3rを開始することで、期間SD1r、期間SD2r、期間SD3r、及び期間SD4rを同期させる。
At time t83, which is the end of the period AD1r in the first read operation Opr1, the pixel signal of the first row is stored in the first
続いて、4行目の期間SigOut4rの開始と同時に、1行目の期間SigOut1r、2行目の期間SigOut2r及び3行目の期間SigOut3rを開始する。すなわち、4行目の期間SigOut4rの開始と同時に、第1水平走査部109aが第1水平メモリ部108a及び第3水平メモリ部108cを列毎に選択し、記憶している8ビットの画素信号を第1出力部110a及び第3出力部110cに転送する。同様に、4行目の期間SigOut4rの開始と同時に、第2水平走査部109bが第2水平メモリ部108b及び第4水平メモリ部108dを列毎に選択し、記憶している8ビットの画素信号を第2出力部110b及び第4出力部110dに転送する。これにより、1行目の第1画素の信号、2行目の第1画素の信号、3行目の第1画素の信号及び4行目の第1画素の信号を同期させることができる。さらに、続けて、4行目の期間ED4rに同期させて、1行目の期間ED1r、2行目の期間ED2r及び3行目の期間ED3rを開始する。
Subsequently, simultaneously with the start of the period SigOut4r of the fourth row, the period SigOut1r of the first row, the period SigOut2r of the second row, and the period SigOut3r of the third row are started. That is, simultaneously with the start of the period SigOut4r in the fourth row, the first
スタート同期信号及びエンド同期信号を付加した1行目の画素の信号の出力期間全体が、期間Read2r、期間Read3r、及び期間Read4r(時刻t83〜t86)に相当する時間だけ遅延するように、同期制御部15が撮像素子12を制御する。これにより、1行目の画素の信号と4行目の画素の信号を同期させて出力させることができる。同様に、スタート同期信号及びエンド同期信号を付加した2行目の画素の信号の出力期間全体を、期間Read3r及び期間Read4r(時刻t84〜t86)に相当する時間だけ遅延させるように、同期制御部15が撮像素子12を制御する。これにより、2行目の画素の信号と4行目の画素の信号を同期させて出力させることができる。
Synchronous control is performed so that the entire output period of the signal of the pixel in the first row to which the start synchronization signal and the end synchronization signal are added is delayed by a time corresponding to the period Read2r, the period Read3r, and the period Read4r (time t83 to t86). The
また、同様に、スタート同期信号及びエンド同期信号を付加した3行目の画素の信号の出力期間全体を、期間Read4r(時刻t85〜t86)に相当する時間だけ遅延させるように、同期制御部15が撮像素子12を制御する。これにより、3行目の画素の信号と4行目の画素の信号を同期させて出力させることができる。したがって、4行目の画素の信号に1行目の画素の信号、2行目の画素の信号及び3行目の画素の信号を同期させて出力させることができる。そして、5行目の画素の信号から8行目の画素の信号についても同様の動作を実行させる。
Similarly, the
以上のように、本実施形態においては、複数の出力手段の信号それぞれに対して、個別にスタート同期信号を設定することで、出力信号を同期させることができる。ただし、スタート同期信号及びエンド同期信号を付加した1行目の画素の信号の出力期間を期間Read2r、期間Read3r及び期間Read4rの合計に相当する時間だけ遅延させることとなる。そのため、第1の読み出し動作Opr1における行毎の読み出し時間が期間Read2r、期間Read3r、及び期間Read4rの合計に相当する時間だけ長くなることになる。しかし、これにより、撮像素子の出力手段の後段にFIFOメモリやディレイラインを設ける必要なく、複数の画素の信号を共通の読み出し手段と異なる出力手段を用いて別々に出力することが可能となるので、撮像装置における高速読み出し動作が実現できる。本実施形態においては、4行同時に出力することが可能となるので、4倍近いフレームレートを実現できることになる。 As described above, in this embodiment, the output signal can be synchronized by individually setting the start synchronization signal for each of the signals of the plurality of output means. However, the signal output period of the pixels in the first row to which the start synchronization signal and the end synchronization signal are added is delayed by a time corresponding to the sum of the period Read2r, the period Read3r, and the period Read4r. Therefore, the read time for each row in the first read operation Opr1 becomes longer by a time corresponding to the sum of the period Read2r, the period Read3r, and the period Read4r. However, this makes it possible to separately output signals from a plurality of pixels by using output means different from the common readout means without providing a FIFO memory or a delay line after the output means of the image sensor. A high-speed reading operation in the imaging apparatus can be realized. In this embodiment, since it is possible to output four rows simultaneously, a frame rate close to four times can be realized.
(第6の実施形態)
次に、図1、図8、図9、図11及び図13を参照して、本発明の第6の実施形態について説明する。なお、第6の実施形態では、撮像装置の基本的な構成と動作及び撮像素子の基本的な構成と動作は、第4の実施形態と同様であるので、図及び符号を流用して説明する。第4の実施形態においては、複数の画素の信号を共通の読み出し手段と異なる出力手段を用いて別々に出力することにより、撮像装置における高速読み出し動作を実現している。第6の実施形態においては、列毎の並列処理と画素信号の出力期間の一部を同時に動作させることで、さらなる高速読み出し動作を実現する方法について説明する。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, FIG. 8, FIG. 9, FIG. In the sixth embodiment, the basic configuration and operation of the imaging apparatus and the basic configuration and operation of the imaging element are the same as those in the fourth embodiment. . In the fourth embodiment, a high-speed readout operation in the imaging apparatus is realized by separately outputting signals of a plurality of pixels using an output unit different from the common readout unit. In the sixth embodiment, a method for realizing a further high-speed reading operation by simultaneously operating a parallel processing for each column and a part of an output period of a pixel signal will be described.
図13は、第6の実施形態に係る撮像素子12の動作例を示すタイミングチャートである。図13において、Opr1は、第1信号選択部105aが選択され、かつ、第1メモリ選択部114aにより第1水平メモリ部108aに接続したときの第1の読み出し動作を示す。Opr2は、第2信号選択部105bが選択され、かつ、第2メモリ選択部114bにより第2水平メモリ部108bに接続したときの第2の読み出し動作を示す。Opr3は、第1信号選択部105aが選択され、かつ、第1メモリ選択部114aにより第3水平メモリ部108cに接続したときの第3の読み出し動作を示す。Opr4は、第2信号選択部105bが選択され、かつ、第2メモリ選択部114bにより第4水平メモリ部108dに接続したときの第4の読み出し動作を示す。
FIG. 13 is a timing chart illustrating an operation example of the
第6の実施形態においては、次の点が第4の実施形態と異なる。各読み出し動作Oprにおけるスタート同期信号を付加する期間SDの終了が、アナログデジタル変換する期間ADの終了と同時になっている。また、各読み出し動作Oprにおけるエンド同期信号を付加する期間EDの開始が、それぞれ次の読み出し行の期間Readの開始と同時になっている。 The sixth embodiment differs from the fourth embodiment in the following points. The end of the period SD for adding the start synchronization signal in each read operation Opr is the same as the end of the period AD for analog-digital conversion. In addition, the start of the period ED for adding the end synchronization signal in each read operation Opr is simultaneously with the start of the period Read of the next read row.
第1の読み出し動作Opr1における期間AD1rの終了である時刻t103において、1行目の画素の信号は、デジタル化された行単位の画素信号として、第1水平メモリ部108aに記憶されている。したがって、時刻t103後であれば、1行目の期間SigOut1rを開始することは可能である。そこで、期間AD1rの終了と期間SD1rの終了が同時になるように、同期制御部15からの制御信号に基づいて、TG112が第1同期信号付加部202aからスタート同期信号を出力させる。そして、期間SD1rの終了後、続けて1行目の期間SigOut1rを開始する。
At time t103, which is the end of the period AD1r in the first read operation Opr1, the pixel signal of the first row is stored in the first
また、期間SigOut1rの終了である時刻t105に続けて、エンド同期信号を出力させる。そして、同時に、5行目の画素の信号を読み出す期間Read5rを開始し、これ以降、1行目の画素の信号と同様な動作が実施される。 Further, an end synchronization signal is output following time t105 when the period SigOut1r ends. At the same time, a period Read5r for reading out the signals of the pixels in the fifth row is started, and thereafter, the same operation as the signals of the pixels in the first row is performed.
同様に、第2〜第4の読み出し動作Oprにおいても、期間ADの終了と期間SDの終了が同時になるように、同期制御部15からの制御信号に基づいて、TG112が同期信号付加部からスタート同期信号を出力させる。そして、期間SDの終了後、続けて対応する行の期間SigOutを開始する。次に、期間SigOutの終了後、続けて対応する行のエンド同期信号を出力させる。そして、同時に、それぞれ次の読み出し行の期間Readを開始し、これ以降、同様な動作が実施される。
Similarly, in the second to fourth read operations Opr, the
以上のように、本実施形態においては、複数の出力手段の信号それぞれに対して、読み出し時間差に応じて個別にスタート同期信号を設定することで、出力信号の同期制御の手段を提供することができる。そして、信号処理部の入力部分において、解読した同期信号に応じた画素の信号を記憶するメモリ領域を割り当てることで、読み出し時間差に対応した同期制御が実現可能である。これにより、撮像素子の出力手段の後段にFIFOメモリやディレイラインを設ける必要がなくなり、複数の画素の信号を共通の読み出し手段と異なる出力手段を用いて別々に出力することが可能となるので、撮像装置における高速読み出し動作が実現できる。本実施形態においては、4行同時に出力することが可能となるので、4倍のフレームレートを実現できることになる。さらに、本実施形態においては、期間ADと期間SDを重ねること、及び期間EDと期間Readを重ねることにより、さらに高速な読み出し動作を実現することができる。 As described above, in the present embodiment, it is possible to provide a means for controlling the synchronization of output signals by individually setting the start synchronization signal for each of the signals of the plurality of output means in accordance with the read time difference. it can. Then, by assigning a memory area for storing a pixel signal corresponding to the decoded synchronization signal at the input portion of the signal processing unit, synchronization control corresponding to the readout time difference can be realized. As a result, it is not necessary to provide a FIFO memory or a delay line after the output unit of the image sensor, and signals of a plurality of pixels can be output separately using an output unit different from the common readout unit. A high-speed reading operation in the imaging apparatus can be realized. In the present embodiment, since it is possible to output four rows simultaneously, a four times higher frame rate can be realized. Furthermore, in the present embodiment, a higher-speed read operation can be realized by overlapping the period AD and the period SD and overlapping the period ED and the period Read.
なお、前記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
11:光学系 12:撮像素子 13:信号処理部 15:同期制御部 100:画素 101:画素領域 102:垂直走査部 103:画素制御線 104:垂直信号線 105:信号選択部 106:列信号処理部 107:列AD部 108:水平メモリ部 109:水平走査部 110:出力部 112:信号生成部(TG) 114:メモリ選択部 201:第1信号変換部 202:第1同期信号付加部 403:同期信号解読部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11: Optical system 12: Image pick-up element 13: Signal processing part 15: Synchronization control part 100: Pixel 101: Pixel area 102: Vertical scanning part 103: Pixel control line 104: Vertical signal line 105: Signal selection part 106: Column signal processing Unit 107: column AD unit 108: horizontal memory unit 109: horizontal scanning unit 110: output unit 112: signal generation unit (TG) 114: memory selection unit 201: first signal conversion unit 202: first synchronization signal addition unit 403: Sync signal decoder
Claims (3)
先に読み出した画素の信号の前記出力手段からの出力が終了する前に、当該出力手段に対応する前記列信号処理手段とは異なる前記列信号処理手段への次の行の画素の信号の読み出しを開始するとともに、前記同期信号に続けて前記列信号処理手段からの信号を前記出力手段が出力するように前記撮像素子を制御する制御手段と、
を備え、
前記同期信号は、前記複数の出力手段の内の何れの出力手段から出力されたかを認識するための信号を含むことを特徴とする撮像装置。 A plurality of pixels arranged in a matrix having a photoelectric conversion means, respectively, and a column signal line for outputting a signal from the plurality of pixels in each column, and run査means you select one row of the plurality of pixels A plurality of column signal processing means for processing signals read from the pixels connected to the column signal lines, and signals provided respectively corresponding to the plurality of column signal processing means and processed by the column signal processing means an imaging device having a plurality of output means, the outputting by adding a synchronization signal to,
Before the output of the signal of the previously read pixel from the output means is completed, the signal of the pixel of the next row is read to the column signal processing means different from the column signal processing means corresponding to the output means. Control means for controlling the image sensor so that the output means outputs a signal from the column signal processing means following the synchronization signal ;
With
2. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the synchronization signal includes a signal for recognizing from which output means of the plurality of output means .
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