JP7113368B2 - 撮像装置及びカメラシステム - Google Patents

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Description

本開示は、撮像装置及びカメラシステムに関する。
近年、CMOS(Complementary MOS)イメージセンサなどの撮像装置が用いられている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。
特許第5067011号公報 国際公開第2015/111368号
このような撮像装置では、面積の増加を抑制しつつ高速化を実現することが望まれている。
本開示の限定的ではないある例示的な実施形態によれば、以下が提供される。
入射光に対応した画素信号を出力する画素と、前記画素信号と参照信号とを比較し、比較結果を示す出力信号を生成する比較器と、前記出力信号が反転するまでの期間をカウントすることで、前記画素信号に対応するデジタル信号を生成するカウンタと、前記デジタル信号を格納するメモリと、前記カウンタと前記メモリとを接続する、互いに異なる第1配線及び第2配線と、を備え、前記カウンタは、前記デジタル信号に含まれる複数のビットのうちの1つにそれぞれが対応する、第1カウンタ部、第2カウンタ部、第3カウンタ部、及び第4カウンタ部を含み、前記メモリは、前記第1カウンタ部に対応する第1メモリ部、前記第2カウンタ部に対応する第2メモリ部、前記第3カウンタ部に対応する第3メモリ部、及び前記第4カウンタ部に対応する第4メモリ部を含み、前記第1カウンタ部は、前記第1配線を介して前記第1メモリ部に接続され、前記第3カウンタ部は、前記第1配線を介して前記第3メモリ部に接続され、前記第2カウンタ部は、前記第2配線を介して前記第2メモリ部に接続され、前記第4カウンタ部は、前記第2配線を介して前記第4メモリ部に接続されている、撮像装置。
本開示は、面積の増加を抑制しつつ高速化を実現できる撮像装置又はカメラシステムを提供できる。
図1は、第1の実施形態に係る撮像装置の例示的な構成を示すブロック図である。 図2は、第1の実施の形態に係るカウンタ回路及びメモリ回路の構成を示す図である。 図3は、第1の実施の形態に係るカウンタ部の構成を示す図である。 図4は、第1の実施の形態に係るメモリ部の構成を示す回路図である。 図5は、第1の実施の形態に係る制御部、カウンタ及びメモリの構成を示す図である。 図6は、第1の実施の形態に係る動作タイミングを示す図である。 図7は、第2の実施の形態に係る制御部、カウンタ及びメモリの構成を示す図である。 図8は、第2の実施の形態に係る動作タイミング及び消費電流を示す図である。 図9は、第2の実施の形態に係る、低照度時における動作タイミング及び消費電流を示す図である。 図10は、第3の実施の形態に係る制御部、カウンタ及びメモリの構成を示す図である。 図11は、第3の実施の形態に係る動作タイミング及び消費電流を示す図である。 図12は、第4の実施の形態に係る制御部、カウンタ及びメモリの構成を示す図である。 図13は、第4の実施の形態に係る動作タイミング及び消費電流を示す図である。 図14は、第5の実施形態に係るカメラシステムの構成例を示すブロック図である。
(本開示に至った知見)
列方向に配列された列AD変換回路は、画素からのアナログ信号をデジタル信号に変換する。この列AD変換回路のAD変換時間の高速化が提案されている。また、デジタル信号をイメージセンサの外部に転送する処理の高速化も提案されている。例えば、特許文献1には、カウンタからメモリへの転送を一度に行う方式が提案されている。具体的には、それぞれのカウンタと対応するメモリとを別個の信号線で接続することにより、全てのカウンタからメモリへの転送を同時に行うことを可能にしている。しかしながらこの方式では、信号の転送を一度に行うために、同時に多くの信号が必要になる。現在のイメージセンサでは、画素数の増加に伴い1画素あたりのピッチが小さくなっている。また、高フレームレート化に伴い、列AD変換回路の数を増加させて並列処理を行うために、列AD変換回路のピッチが小さくなっている。よって、1列あたりの信号線の数を抑制しなければならない。このような状態において、特許文献1に記載のように、複数の信号線を用いて一度に信号を転送する方式を用いることは困難である。また、この方式では、転送時のピーク電流が大きくなるととともに、ピーク電流に起因するノイズも増加するという課題もある。
また、特許文献2には、カウンタとメモリとの間の信号の伝送に共通のバスを用いる方式が提案されている。具体的には、複数のカウンタと複数のメモリとを一本の信号線で接続している。しかしながら、特許文献2の手法では、転送処理の時間が長くなる可能があり、これにより、全体の処理時間が長くなってしまう可能性がある。
本実施の形態では、面積の増加を抑制しつつ高速化を実現できる撮像装置について説明する。また、転送時のピーク電流が低減するとともに、ピーク電流に起因するノイズも低減できる撮像装置について説明する。
本開示の一態様に係る撮像装置は、入射光に対応した画素信号を出力する画素と、前記画素信号と参照信号とを比較し、比較結果を示す出力信号を生成する比較器と、前記出力信号が反転するまでの期間をカウントすることで、前記画素信号に対応するデジタル信号を生成するカウンタと、前記デジタル信号を格納するメモリと、前記カウンタと前記メモリとを接続する、互いに異なる第1配線及び第2配線と、を備え、前記カウンタは、前記デジタル信号に含まれる複数のビットのうちの1つにそれぞれが対応する、第1カウンタ部、第2カウンタ部、第3カウンタ部、及び第4カウンタ部を含み、前記メモリは、前記第1カウンタ部に対応する第1メモリ部、前記第2カウンタ部に対応する第2メモリ部、前記第3カウンタ部に対応する第3メモリ部、及び前記第4カウンタ部に対応する第4メモリ部を含み、前記第1カウンタ部は、前記第1配線を介して前記第1メモリ部に接続され、前記第3カウンタ部は、前記第1配線を介して前記第3メモリ部に接続され、前記第2カウンタ部は、前記第2配線を介して前記第2メモリ部に接続され、前記第4カウンタ部は、前記第2配線を介して前記第4メモリ部に接続されている。
これによれば、第1配線及び第2配線を用いて、転送処理が行われるので、転送処理を高速化できる。また、第1配線及び第2配線を、複数のビットの信号を転送する共通バスとして用いることができるので、面積の増加を抑制できる。また、転送時のピーク電流が低減するとともに、ピーク電流に起因するノイズも低減できる。
例えば、前記撮像装置は、前記第1配線及び前記第2配線を含むL(Lは2以上の整数)本の配線を備え、前記カウンタは、第1の順番に並んで配置された少なくとも2L個のカウンタ部を含み、前記第1カウンタ部は、前記第1の順番におけるi(iはL以下の整数)番目に配置されているカウンタ部であり、前記第3カウンタ部は、前記第1の順番におけるi+L番目に配置されているカウンタ部であり、前記第2カウンタ部は、前記第1の順番におけるk(kはL以下の整数、kはiと異なる)番目に配置されているカウンタ部であり、前記第4カウンタ部は、前記第1の順番におけるk+L番目に配置されているカウンタ部であってもよい。
例えば、前記メモリは、第2の順番に並んで配置された少なくとも2L個のメモリ部を含み、前記第1メモリ部は、前記第2の順番におけるi番目に配置されているメモリ部であり、前記第3メモリ部は、前記第2の順番におけるi+L番目に配置されているメモリ部であり、前記第2メモリ部は、前記第2の順番におけるk番目に配置されているメモリ部であり、前記第4メモリ部は、前記第2の順番におけるk+L番目に配置されているメモリ部であってもよい。
例えば、前記第1カウンタ部及び前記第3カウンタ部は、前記第1の順番における奇数番目に配置されているカウンタ部であり、前記第2カウンタ部及び前記第4カウンタ部は、前記第1の順番における偶数番目に配置されているカウンタ部であってもよい。
例えば、前記第1メモリ部及び前記第3メモリ部は、前記第2の順番における奇数番目に配置されているメモリ部であり、前記第2メモリ部及び前記第4メモリ部は、前記第2の順番における偶数番目に配置されているメモリ部であってもよい。
これによれば、転送処理を制御するための信号線を隣接するカウンタ部及びメモリ部で共通化できるので、配線リソースを削減できる。これにより、面積を低減できる。
例えば、前記第1カウンタ部及び前記第3カウンタ部は、前記デジタル信号の下位のビットに対応し、前記第2カウンタ部及び前記第4カウンタ部は、前記デジタル信号の上位のビットに対応してもよい。
これによれば、上位ビットの一つと下位ビットの一つとが同時に転送される。ここで、低照度撮像時には上位ビットのデータが遷移しない。よって、この構成により、低照度撮影時における転送処理のピーク電流を抑制できる。
例えば、前記第1カウンタ部から前記第1メモリ部への転送と、前記第2カウンタ部から前記第2メモリ部への転送とは、同一の信号に基づいて行われてもよい。
これによれば、第1配線を介したデータの転送と、第2配線を介したデータの転送とを同時に行うことができる。よって、転送処理を高速化できる。
例えば、前記第1カウンタ部から前記第1メモリ部への転送と、前記第2カウンタ部から前記第2メモリ部への転送とは互いに異なるタイミングで行われてもよい。
これによれば、第1配線を介したデータの転送と、第2配線を介したデータの転送とが異なるタイミングに行われる。これにより、転送時のピーク電流を抑制できる。
例えば、前記撮像装置は、第1動作モードと第2動作モードとを有し、前記第1動作モードにおいて、前記第1カウンタ部から前記第1メモリ部への転送と、前記第2カウンタ部から前記第2メモリ部への転送とは、同一の信号に基づいて行われ、前記第2動作モードにおいて、前記第1カウンタ部から前記第1メモリ部への転送と、前記第2カウンタ部から前記第2メモリ部への転送とは、互いに異なるタイミングで行われてもよい。
これによれば、高速化を実現できる第1動作モードと、転送時のピーク電流を抑制できる第2動作モードとを、用途にあわせて切り替えることができる。これにより、単一のカウンタ回路及びメモリ回路を、複数の用途の撮像装置又はカメラシステムに共用できる。
本開示の一態様に係るカメラシステムは、前記撮像装置と、前記撮像装置から出力される信号を処理するカメラ信号処理部と、を備える。
これによれば、当該カメラシステムでは、第1配線及び第2配線を用いて、転送処理が行われるので、転送処理を高速化できる。また、第1配線及び第2配線を、複数のビットの信号を転送する共通バスとして用いることができるので、面積の増加を抑制できる。また、転送時のピーク電流が低減するとともに、ピーク電流に起因するノイズも低減できる。
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも包括的または具体的な例を示す。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。本明細書において説明される種々の態様は、矛盾が生じない限り互いに組み合わせることが可能である。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。以下の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素は共通の参照符号で示し、説明を省略することがある。
(第1の実施形態)
まず、本実施形態に係る撮像装置の構成を説明する。図1は、本実施形態に係る撮像装置100の例示的な構成を示すブロック図である。図1に示す撮像装置100は、複数の画素102を含む画素アレイ101と周辺回路とを有する。
複数の画素102は、例えば半導体基板に行列状に配列されており、撮像領域として機能する。各画素102は、入射光を光電変換することで電荷を生成し、電荷に対応する電気信号である画素信号を出力する。複数の画素102は、列毎に設けられている垂直信号線に接続されている。
図示する例において、各画素102の中心は、正方格子の格子点上に位置している。もちろん、画素102の配置は、図示する例に限定されず、例えば、各中心が、三角格子、六角格子などの格子点上に位置するように複数の画素102が配置されてもよい。また、複数の画素102は、1次元に配列されてもよい。この場合、撮像装置100をラインセンサとして利用することができる。
図1に例示する構成において、周辺回路は、行走査回路103、電流源回路104、比較回路105、カウンタ回路106、メモリ回路107、制御部108、信号処理回路109及び出力回路110を含んでいる。周辺回路は、画素アレイ101が形成される半導体基板上に配置されていてもよいし、その一部が他の基板上に配置されていてもよい。
行走査回路103は、複数の画素102のうち一部の行の画素102を選択する。電流源回路104は、列毎に設けられている電流源(図示せず)を含む。各電流源は、対応する列の垂直信号線に接続されている。
比較回路105は、列毎に設けられている比較器(図示せず)を含む。各比較器は、対応する垂直信号線に接続されており、画素102から垂直信号線に出力された画素信号と参照信号RAMPとを比較し、比較結果を示す出力信号を生成する。
カウンタ回路106は、列毎に設けられているカウンタ121を含む。各カウンタ121は、カウント期間の開始から、比較器からの出力信号が反転するまでの期間をカウントすることで、画素信号に対応するデジタル信号を生成する。つまり、比較器及びカウンタ121により、アナログ信号である画素信号がAD変換されることでデジタル信号が生成される。
メモリ回路107は、列毎に設けられているメモリ131を含む。各メモリ131は、対応するカウンタ121で得られたデジタル信号を格納する。
共通転送バス111は、対応するカウンタ121とメモリ131との間に接続され、カウンタ121から出力されたデジタル信号をメモリ131に伝送する。
制御部108は、各処理部を制御する。信号処理回路109は、メモリ回路107に格納されているデジタル信号に信号処理を行う。出力回路110は、信号処理回路109で信号処理された後のデジタル信号を撮像装置100の外部に出力する。
図2は、カウンタ回路106及びメモリ回路107の構成を示す図である。カウンタ121は、は2n(nは1以上の整数)ビットのカウンタであり、2n個のカウンタ部122を含む。各カウンタ部122は、1ビットのカウンタである。つまり、カウンタ121は、2nビットのデジタル信号を生成する。また、2n個のカウンタ部122の各々は、デジタル信号に含まれる各ビットに対応する。また、2n個のカウンタ部122は、例えば、列が延びる方向に配列されている。また、例えば、図2に示すカウンタ部CNT0側が、デジタル信号の下位ビット側に対応し、カウンタ部CNT2n-1側が、デジタル信号の上位ビット側に対応する。つまり、デジタル信号の0ビット目~2n-1ビット目の各々に、カウンタ部CNT0~CNT2n-1の各々が対応する。
メモリ131は、2n(nは1以上の整数)ビットのメモリであり、2n個のメモリ部132を含む。つまり、メモリ131は、2nビットのデジタル信号を格納する。各メモリ部132は、1ビットのメモリである。つまり、2n個のメモリ部132の各々は、デジタル信号に含まれる各ビットに対応する。また、2n個のメモリ部132は、例えば、列が延びる方向に配列されている。また、例えば、図2に示すメモリ部MEM0側が、デジタル信号の下位ビット側に対応し、メモリ部MEM2n-1側が、デジタル信号の上位ビット側に対応する。つまり、デジタル信号の0ビット目~2n-1ビット目の各々に、メモリ部MEM0~MEM2n-1の各々が対応する。また、2n個のカウンタ部122及び2n個のメモリ部132は、共通転送バス111A、111B、134A及び134Bを介して接続されている。
また、メモリ回路107は、保持回路133A及び133Bと、センスアンプ136とを備える。保持回路133A及び133Bは、共通転送バス111A及び111Bに接続される。
メモリ部132に保持されたデータを読み出す場合には、読み出し用ワード線RDにより選択されたメモリ部132内のデータが、読み出し用ビット線135A及び135Bに出力される。センスアンプ136は、このデータを増幅した後に出力する。
図3は、カウンタ部122の構成例を示す図である。カウンタ部122は、1ビットのカウント値を保持するカウント値格納セル123と、トライステートバッファ124とを備える。トライステートバッファ124の出力端子は共通転送バス111A及び111Bのいずれか一方のみに接続されている。なお、ここでは、共通転送バス111A及び111Bを区別しない場合、共通転送バス111A及び111Bのいずれか一方を、共通転送バス111とも記す。また、共通転送バス134A及び134Bを区別しない場合、共通転送バス134A及び134Bのいずれか一方を、共通転送バス134とも記す。転送信号TRによってカウント値格納セル123内のデータが共通転送バス111に出力される。また、当該データの反転データが共通転送バス134に出力される。
図4は、メモリ部132の構成例を示す図である。転送用ワード線の転送信号TRがハイレベルになることで共通転送バス111のデータがメモリ部132に書き込まれる。また、読み出し用ワード線RDがハイレベルになることで、メモリ部132のデータが読出し用ビット線135A及び135Bに出力される。これにより、メモリ部132からの読み出し動作が実行される。なお、図4では、メモリ部132がSRAM(スタティックランダムアクセスメモリ)構造である例を示すが、メモリ部132の構成はこれに限らない。
図5は、一つのカウンタ121及びメモリ131と、制御部108との接続関係を示す図である。
図5に示すように、最下位のビット0のカウンタ部122は共通転送バス111Aに接続され、ビット1のカウンタ部122は共通転送バス111Bに接続され、ビット2のカウンタ部122は共通転送バス111Aに接続され、ビット2n-2のカウンタ部122は共通転送バス111Aに接続され、ビット2n-1のカウンタ部122は共通転送バス111Bに接続されている。このように、共通転送バス111Aに接続されるカウンタ部122と、共通転送バス111Bに接続されるカウンタ部122とが交互に配列される。つまり、複数のカウンタ部122は、列が延びる方向に順番に並んで配置されている。共通転送バス111Aに接続される複数のカウンタ部122の各々は、上記順番における奇数番目に配置されている。共通転送バス111Aに接続される複数のカウンタ部122の各々は、上記順番における偶数番目に配置されている。
言い換えると、偶数ビットに対応する複数のカウンタ部122は共通転送バス111Aに接続され、奇数ビットに対応する複数のカウンタ部122は共通転送バス111Bに接続されている。
また、ビット0のメモリ部132は共通転送バス111A及び134Aに接続され、ビット1のメモリ部132は共通転送バス111B及び134Bに接続され、ビット2のメモリ部132は共通転送バス111A及び134Aに接続され、ビット2n―2のメモリ部132は共通転送バス111A及び134Aに接続され、ビット2n―1のメモリ部132は共通転送バス111B及び134Bに接続されている。
前記複数のメモリ部は、第2の順番に並んで配置されており、このように、共通転送バス111A及び134Aに接続されるメモリ部132と、共通転送バス111B及び134Bに接続されるメモリ部132とが交互に配列される。つまり、複数のメモリ部132は、列が延びる方向に順番に並んで配置されている。共通転送バス111A及び134Aに接続される複数のメモリ部132の各々は、上記順番における奇数番目に配置されている。共通転送バス111B及び134Bに接続される複数のメモリ部132の各々は、上記順番における偶数番目に配置されている。
言い換えると、偶数ビットに対応する複数のメモリ部132は共通転送バス111A及び134Aに接続され、奇数ビットに対応する複数のメモリ部132は共通転送バス111B及び134Bに接続されている。
制御部108は、nビットのシフトレジスタ141を含む。シフトレジスタ141は、転送クロック信号CLK1を用いて、nビットの転送信号TRANS0~TRANSn-1を生成する。転送信号TRANS0は、ビット0及びビット1のカウンタ部122並びにメモリ部123に供給される。以降順次同様に、各ビットの転送信号TRANSは、連続する2ビットのカウンタ部122及びメモリ部132に供給される。なお、以降では、各ビットのカウンタ部122及びメモリ部132に供給される転送信号をTRi(iは1~2n-1)と記す。
このような構成により、隣接するカウンタ部122に同一の信号が供給されるので、2ビットに対する配線を1本の配線で実現できる。これにより、配線領域の面積を削減できる。なお、ここでは、複数のカウンタ部122及び複数のメモリ部132がビット順に並んで配置される例を示したが、ビット順に並ばなくてもよい。つまり、物理的に隣接配置される2つのカウンタ部122に同一の信号が供給されればよい。
以下、撮像装置100の動作を説明する。図6は、信号の読み出し時における撮像装置100の動作を説明するための例示的なタイミングチャートである。
期間T1において、M行目の画素102から、例えば、リセット状態の信号である基準信号が読み出される。次に、期間T2において、制御部108の制御により、参照信号RAMPが比較回路105に入力され、同時にカウントクロックCLK0がカウンタ回路106に入力される。また、カウンタ回路106は、ダウンカウントを行う。これにより、画素102からのアナログ信号である基準信号がデジタル信号に変換される。
続いて期間T3において、画素102から光の強度に応じた信号が読み出される。次に、期間T4において、制御部108の制御により、参照信号RAMPが比較回路105に入力され、同時にカウントクロックCLK0がカウンタ回路106に入力される。また、カウンタ回路106はアップカウントを行う。これにより、M行目の画素102で得られた、光の強度に応じた信号と基準信号との差分に相当するデジタル信号がカウンタ回路106に格納される。
次に、期間T5において、制御部108は、転送クロック信号CLK1を用いて転送信号TRANS0~TRANSn-1を生成し、転送信号TR0~TR2n-1としてカウンタ回路106に供給する。これにより、カウンタ回路106のデジタル信号がメモリ回路107に転送される。
具体的には、1回目の転送クロック信号CLK1に応じて0ビット目の転送信号TRANS0が活性化する。この転送信号TRANS0は、0ビット目と1ビット目のカウンタ部122及びメモリ部132に供給される。これにより、0ビット目と1ビット目のカウンタ部122のデータ及び反転データがそれぞれ共通転送バス111A、111B、134A及び134Bに出力され、このデータが0ビット目と1ビット目のメモリ部132に格納される。このように0ビット目のカウンタ部122からメモリ部132への転送と、1ビット目のカウンタ部122からメモリ部132への転送とは、同一の転送信号TRANS0に基づくタイミングに行われる。
以降順次同様の動作が行われる。これにより、2nビットのデジタル信号が、2nビットのカウンタ部122から2nビットのメモリ部132へ、n回の転送クロックにより高速に転送される。
次に、M+1行目の画素信号の読み出しが、期間T6から期間T10において同じように実行されると同時にメモリ回路107からM行目の画素信号に応じたデジタル信号が撮像装置100の外部に読み出される。
なお、カウンタ部122及びメモリ部132のビット数は偶数でなくてもよい。また、カウンタ部122とメモリ部132のビット数が異なっても良い。例えば、カウンタ部122は11ビットであり、メモリ部132は12ビットである。また、メモリ部132の残りの1ビットには、カウンタ部122のデータに含まれないフラグ信号等が格納される。
また、共通転送バス111の数は3本以上であってもよい。例えば、L(Lは2以上の整数)本の第1から第Lの共通転送バス111が用いられる場合、第i(iは1からLの任意の整数)の共通転送バス111には、i番目及びi+L番目に配置されているカウンタ部122と、i番目及びi+L番目に配置されているメモリ部132とが接続されている。
(第2の実施形態)
本実施形態では、第1の実施形態の変形例について説明する。本実施形態では、2本の共通転送バス111A及び111Bと、カウンタ部122及びメモリ部132との接続関係が、第1の実施形態と異なる。図7は、本実施形態に係る撮像装置100における一つのカウンタ121及びメモリ131と、制御部108との接続関係を示す図である。
図7に示すように、最下位のビット0からビットn-1までのカウンタ部122は共通転送バス111Aに接続されている。ビットnからビット2n-1までのカウンタ部122は共通転送バス111Bに接続されている。
また、最下位のビット0からビットn-1までのメモリ部132は共通転送バス111A及び134Aに接続されている。ビットnからビット2n-1までのメモリ部132は共通転送バス111B及び134Bに接続されている。
このように、共通転送バス111Aに接続される複数のカウンタ部122及び複数のメモリ部132は、デジタル信号の複数の下位ビットに対応する。また、共通転送バス111Bに接続される複数のカウンタ部122及び複数のメモリ部132は、デジタル信号の複数の上位ビットに対応する。
制御部108の構成は第1の実施形態と同様であるが、転送信号TRANS0~TRANSn-1の供給先が第1の実施形態と異なる。転送信号TRANS0は、ビット0及びビットnのカウンタ部122並びにメモリ部132に供給される。以降順次同様に、各ビットの転送信号TRANSは、nビット離れた2つカウンタ部122及びメモリ部132に供給される。
図8は、通常照度時のカウンタ部122からメモリ部132への転送動作のタイミングチャートである。制御部108は、転送クロック信号CLK1を用いて転送信号TRANS0~TRANSn-1を生成し、転送信号TR0~TR2n-1としてカウンタ回路106に供給する。これにより、カウンタ回路106のデジタル信号がメモリ回路107に転送される。
具体的には、1回目の転送クロック信号CLK1に応じて0ビット目の転送信号TRANS0が活性化する。この転送信号TRANS0は、0ビット目とnビット目のカウンタ部122及びメモリ部132に供給される。これにより、0ビット目とnビット目のカウンタ部122のデータ及び反転データがそれぞれ共通転送バス111A、111B、134A及び134Bに出力され、このデータが0ビット目とnビット目のメモリ部132に格納される。
以降順次同様の動作が行われる。これにより、第1の実施形態と同様に、2nビットのデジタル信号を、n回の転送クロックにより高速に転送できる。
ここで、1ビットの転送時にデータが反転した場合のピーク電流をAとした場合、2ビットずつの転送が行われるため、クロックごとに最大2Aのピーク電流が消費される可能性がある。
図9は、低照度時のカウンタ部122からメモリ部132への転送動作のタイミングチャートである。低照度時には、上位側のビットはほとんど変化しないことから上位側の共通転送バス111Bは保持回路133Bで保持されたデータからほとんど変化することはない。これにより、カウンタ部122からメモリ部132への転送時に共通転送バス111B及び134Bを駆動するための電流がほとんど発生しない。本実施形態では、上述したように同時に転送されるビットの組は、上位ビットと下位ビットからなる。よって低照度時のピーク電流は、図9に示すようにAとなる。このように、本実施形態の構成を用いることで、低照度時のピーク電流を低減できる。これにより、ピーク電流に起因するノイズを削減できる。
なお、低照度時のピーク電流を低減するためには、同時に転送されるデジタル信号が下位ビットと上位ビットとの組になるように制御が行われればよい。つまり、複数のカウンタ部122及び複数のメモリ部132の物理的な配置は任意でよい。
(第3の実施形態)
本実施形態では、第1の実施形態の変形例について説明する。第1の実施形態では、2本の共通転送バス111A及び111Bにより2ビットのデータが同時に転送される例を述べた。本実施形態では、2本の共通転送バス111A及び111Bを用いて1ビットずつ異なるタイミングでデータが転送される。
図10は、本実施形態に係る撮像装置100における一つのカウンタ121及びメモリ131と、制御部108Aとの接続関係を示す図である。
なお、カウンタ部122及びメモリ部132と、共通転送バス111A及び111Bとの接続関係は、第1の実施形態と同様である。
制御部108Aは、nビットのシフトレジスタ141及び141Aを備える。シフトレジスタ141は、転送クロック信号CLK1を用いて、nビットの転送信号TRANS0_0~TRANS0_n-1を生成する。転送信号TRANS0_0~TRANS0_n-1は、偶数ビットのカウンタ部122メモリ部132に供給される。
シフトレジスタ141Aは、転送クロック信号CLK2を用いて、nビットの転送信号TRANS1_0~TRANS1_n-1を生成する。転送信号TRANS1_0~TRANS1_n-1は、奇数ビットのカウンタ部122メモリ部132に供給される。
図11は、本実施形態のカウンタ部122からメモリ部132への転送動作のタイミングチャートである。転送クロック信号CLK1とCLK2とは位相が異なり、例えば、図11に示すように、転送クロック信号CLK2は転送クロック信号CLK1の反転信号である。
また、図11に示すように、0ビット目のカウンタ部122から順に異なるタイミングでデータの転送が順次行われる。つまり、0ビット目のカウンタ部122からメモリ部132への転送と、1ビット目のカウンタ部122からメモリ部132への転送とは異なる転送信号TRANS0_0及びTRANS1_0に基づき異なるタイミングに行われる。
以上により、本実施形態では、第1の実施形態と同様に高速に転送を実現できる。さらに、転送信号TR0~TR2n-1のタイミングをずらすことができるので、図11に示すように、転送時のピーク電流を2A未満に抑制できる。これにより、ピーク電流に起因するノイズを削減できる。
なお、ここでは、第1の実施形態の構成に対して、上記変更を適用する例を説明したが、第2の実施形態の構成に対して同様の変更を適用してもよい。
また、複数の転送信号TRのハイ区間は互いに重複しなくてもよいし、異なる転送共通バス111に接続されているカウンタ部122に供給される転送信号TRの一部が重複してもよい。
(第4の実施形態)
本実施形態では、第1の実施形態の変形例について説明する。本実施形態では、第1の実施形態で説明した2本の共通転送バス111A及び111Bを用いて高速転送を行う第1動作モードと、高速転送を行わない第2動作モードとを有する撮像装置100について説明する。
図12は、本実施形態に係る撮像装置100における一つのカウンタ121及びメモリ131と、制御部108Bとの接続関係を示す図である。
なお、カウンタ部122及びメモリ部132と、共通転送バス111A及び111Bとの接続関係は、第1の実施形態と同様である。
制御部108Bは、nビットのシフトレジスタ141と、2nビットのシフトレジスタ141Bと、セレクタ142とを含む。シフトレジスタ141は、転送クロック信号CLK1を用いて、nビットの転送信号TRANS0_0~TRANS0_n-1を生成する。シフトレジスタ141Bは、転送クロック信号CLK1を用いて、2nビットの転送信号TRANS1_0~TRANS1_2n-1を生成する。
セレクタ142は、モード制御信号MODEに基づき、nビットの転送信号TRANS0_0~TRANS0_n-1と、2nビットの転送信号TRANS1_0~TRANS1_2n-1との一方を選択し、選択した信号を、転送信号TR0~TR2n-1として複数のカウンタ部122及び複数のメモリ部132に供給する。
具体的には、セレクタ142は、モード制御信号MODEにより第1動作モードが示される場合には、nビットの転送信号TRANS0_0~TRANS0_n-1を、第1の実施形態と同様の手法により、複数のカウンタ部122及び複数のメモリ部132に供給する。また、セレクタ142は、モード制御信号MODEにより第2動作モードが示される場合には、2nビットの転送信号TRANS1_0~TRANS1_2n-1を、複数のカウンタ部122及び複数のメモリ部132に供給する。
図13は、第2動作モードが選択された場合の転送動作のタイミングチャートである。図13に示すように、第2動作モードでは、転送クロック信号CLK1の一つのクロックに対して、1ビットの信号の転送のみが行われる。これにより、転送時のピーク電流を小さくできる。
このように、本実施形態では、動作モードを切り替えることで、高速転送を実現できる第1動作モードと、ピーク電流を抑制できる第2動作モードとを切り替えることができる。これにより、これにより、単一のカウンタ回路及びメモリ回路を、複数の用途の撮像装置又はカメラシステムに共用できる。
なお、ここでは、第1の実施形態の構成に対して、上記変更を適用する例を説明したが、第2の実施形態の構成又は第3の実施形態の構成に対して同様の変更を適用してもよい。
また、第1から第4の実施形態に示した構成は、転送元のカウンタ121のビット数と転送先のメモリ132のビット数とがほぼ同数である撮像装置において特に有効な手段である。
(第5の実施形態)
本実施形態では、上述した撮像装置100を備えるカメラシステムについて説明する。
図14は、本実施形態に係るカメラシステム200の構成の一例を示すブロック図である。このカメラシステム200は、例えば、スマートフォン、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、監視カメラ、又は車載向けのカメラなどに用いられる。
このカメラシステム200は、撮像装置100と、レンズ201と、カメラ信号処理部202と、システムコントローラ203とを備える。
レンズ201は、撮像装置100が備える画素アレイ101に入射光を導くための光学素子である。
撮像装置100は、例えば、上述した実施形態に係る撮像装置100である。撮像装置100は、レンズ201によって撮像面に結像された像光を、画素単位で電気信号に変換し、得られた画像信号を出力する。
カメラ信号処理部202は、撮像装置100で生成された画像信号に対して種々の処理をする回路である。
システムコントローラ203は、撮像装置100及びカメラ信号処理部202を駆動する制御部である。
カメラ信号処理部202で処理された画像信号は、例えばメモリなどの記録媒体に静止画または動画として記録される。または、画像信号は、液晶ディスプレイ等からなるモニタに動画として映し出される。
本実施形態に係るカメラシステム200は、上述した撮像装置100を用いることで、カウンタ回路106からメモリ回路107へ転送を高速化できる。
以上、本開示の実施の形態に係る撮像装置について説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。
例えば、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを一つの機能ブロックとして実現したり、一つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。
また、上記実施形態に係る各装置に含まれる各処理部は典型的には集積回路であるLSIとして実現される。これらは個別に1チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように1チップ化されてもよい。
また、集積回路化はLSIに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後にプログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)、又はLSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
また、上記各実施の形態において、各構成要素の一部は、当該構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。構成要素は、CPUまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
本開示に係る撮像装置は、デジタルスチルカメラ、医療用カメラ、監視用カメラ、車載用カメラ、デジタル一眼レフカメラ、デジタルミラーレス一眼カメラ等、様々なカメラシステム及びセンサシステムへ利用できる。
100 撮像装置
101 画素アレイ
102 画素
103 行走査回路
104 電流源回路
105 比較回路
106 カウンタ回路
107 メモリ回路
108、108A、108B 制御部
109 信号処理回路
110 出力回路
111、111A、111B、134、134A、134B 共通転送バス
121 カウンタ
122 カウンタ部
123 カウント値格納セル
124 トライステートバッファ
131 メモリ
132 メモリ部
133A、133B 保持回路
135A、135B 読み出し用ビット線
136 センスアンプ
141、141A、141B シフトレジスタ
142 セレクタ
200 カメラシステム
201 レンズ
202 カメラ信号処理部
203 システムコントローラ

Claims (10)

  1. 入射光に対応した画素信号を出力する画素と、
    前記画素信号と参照信号とを比較し、比較結果を示す出力信号を生成する比較器と、
    前記出力信号が反転するまでの期間をカウントすることで、前記画素信号に対応するデジタル信号を生成するカウンタと、
    前記デジタル信号を格納するメモリと、
    前記カウンタと前記メモリとを接続する、互いに異なる第1配線及び第2配線と、
    を備え、
    前記カウンタは、前記デジタル信号に含まれる複数のビットのうちの1つにそれぞれが対応する、第1カウンタ部、第2カウンタ部、第3カウンタ部、及び第4カウンタ部を含み、
    前記メモリは、前記第1カウンタ部に対応する第1メモリ部、前記第2カウンタ部に対応する第2メモリ部、前記第3カウンタ部に対応する第3メモリ部、及び前記第4カウンタ部に対応する第4メモリ部を含み、
    前記第1カウンタ部は、前記第1配線を介して前記第1メモリ部に接続され、
    前記第3カウンタ部は、前記第1配線を介して前記第3メモリ部に接続され、
    前記第2カウンタ部は、前記第2配線を介して前記第2メモリ部に接続され、
    前記第4カウンタ部は、前記第2配線を介して前記第4メモリ部に接続されており、
    前記デジタル信号に含まれる前記複数のビットは、前記複数のビットの中で下位側にある下位ビットと、前記複数のビットの中で上位側にある上位ビットとを含み、
    前記第1カウンタ部及び前記第3カウンタ部はそれぞれ、前記下位ビットのうちの1つのビットに対応し、
    前記第2カウンタ部及び前記第4カウンタ部はそれぞれ、前記上位ビットのうちの1つのビットに対応する、撮像装置。
  2. 前記撮像装置は、前記第1配線及び前記第2配線を含むL(Lは2以上の整数)本の配線を備え、
    前記カウンタは、第1の順番に並んで配置された少なくとも2L個のカウンタ部を含み、
    前記第1カウンタ部は、前記第1の順番におけるi(iはL以下の整数)番目に配置されているカウンタ部であり、
    前記第3カウンタ部は、前記第1の順番におけるi+L番目に配置されているカウンタ部であり、
    前記第2カウンタ部は、前記第1の順番におけるk(kはL以下の整数、kはiと異なる)番目に配置されているカウンタ部であり、
    前記第4カウンタ部は、前記第1の順番におけるk+L番目に配置されているカウンタ部である、請求項1に記載の撮像装置。
  3. 撮像装置であって
    入射光に対応した画素信号を出力する画素と、
    前記画素信号と参照信号とを比較し、比較結果を示す出力信号を生成する比較器と、
    前記出力信号が反転するまでの期間をカウントすることで、前記画素信号に対応するデジタル信号を生成するカウンタと、
    前記デジタル信号を格納するメモリと、
    前記カウンタと前記メモリとを接続する、互いに異なる第1配線及び第2配線と、
    を備え、
    前記カウンタは、前記デジタル信号に含まれる複数のビットのうちの1つにそれぞれが対応する、第1カウンタ部、第2カウンタ部、第3カウンタ部、及び第4カウンタ部を含み、
    前記メモリは、前記第1カウンタ部に対応する第1メモリ部、前記第2カウンタ部に対応する第2メモリ部、前記第3カウンタ部に対応する第3メモリ部、及び前記第4カウンタ部に対応する第4メモリ部を含み、
    前記第1カウンタ部は、前記第1配線を介して前記第1メモリ部に接続され、
    前記第3カウンタ部は、前記第1配線を介して前記第3メモリ部に接続され、
    前記第2カウンタ部は、前記第2配線を介して前記第2メモリ部に接続され、
    前記第4カウンタ部は、前記第2配線を介して前記第4メモリ部に接続されており、
    前記撮像装置は、前記第1配線及び前記第2配線を含むL(Lは2以上の整数)本の配線を備え、
    前記カウンタは、第1の順番に並んで配置された少なくとも2L個のカウンタ部を含み、
    前記第1カウンタ部は、前記第1の順番におけるi(iはL以下の整数)番目に配置されているカウンタ部であり、
    前記第3カウンタ部は、前記第1の順番におけるi+L番目に配置されているカウンタ部であり、
    前記第2カウンタ部は、前記第1の順番におけるk(kはL以下の整数、kはiと異なる)番目に配置されているカウンタ部であり、
    前記第4カウンタ部は、前記第1の順番におけるk+L番目に配置されているカウンタ部であり、
    前記第1カウンタ部及び前記第3カウンタ部は、前記第1の順番における奇数番目に配置されているカウンタ部であり、
    前記第2カウンタ部及び前記第4カウンタ部は、前記第1の順番における偶数番目に配置されているカウンタ部である、撮像装置。
  4. 前記メモリは、第2の順番に並んで配置された少なくとも2L個のメモリ部を含み、
    前記第1メモリ部は、前記第2の順番におけるi番目に配置されているメモリ部であり、
    前記第3メモリ部は、前記第2の順番におけるi+L番目に配置されているメモリ部であり、
    前記第2メモリ部は、前記第2の順番におけるk番目に配置されているメモリ部であり、
    前記第4メモリ部は、前記第2の順番におけるk+L番目に配置されているメモリ部である、請求項2または請求項3に記載の撮像装置。
  5. 撮像装置であって
    入射光に対応した画素信号を出力する画素と、
    前記画素信号と参照信号とを比較し、比較結果を示す出力信号を生成する比較器と、
    前記出力信号が反転するまでの期間をカウントすることで、前記画素信号に対応するデジタル信号を生成するカウンタと、
    前記デジタル信号を格納するメモリと、
    前記カウンタと前記メモリとを接続する、互いに異なる第1配線及び第2配線と、
    を備え、
    前記カウンタは、前記デジタル信号に含まれる複数のビットのうちの1つにそれぞれが対応する、第1カウンタ部、第2カウンタ部、第3カウンタ部、及び第4カウンタ部を含み、
    前記メモリは、前記第1カウンタ部に対応する第1メモリ部、前記第2カウンタ部に対応する第2メモリ部、前記第3カウンタ部に対応する第3メモリ部、及び前記第4カウンタ部に対応する第4メモリ部を含み、
    前記第1カウンタ部は、前記第1配線を介して前記第1メモリ部に接続され、
    前記第3カウンタ部は、前記第1配線を介して前記第3メモリ部に接続され、
    前記第2カウンタ部は、前記第2配線を介して前記第2メモリ部に接続され、
    前記第4カウンタ部は、前記第2配線を介して前記第4メモリ部に接続されており、
    前記撮像装置は、前記第1配線及び前記第2配線を含むL(Lは2以上の整数)本の配線を備え、
    前記カウンタは、第1の順番に並んで配置された少なくとも2L個のカウンタ部を含み、
    前記第1カウンタ部は、前記第1の順番におけるi(iはL以下の整数)番目に配置されているカウンタ部であり、
    前記第3カウンタ部は、前記第1の順番におけるi+L番目に配置されているカウンタ部であり、
    前記第2カウンタ部は、前記第1の順番におけるk(kはL以下の整数、kはiと異なる)番目に配置されているカウンタ部であり、
    前記第4カウンタ部は、前記第1の順番におけるk+L番目に配置されているカウンタ部であり、
    前記メモリは、第2の順番に並んで配置された少なくとも2L個のメモリ部を含み、
    前記第1メモリ部は、前記第2の順番におけるi番目に配置されているメモリ部であり、
    前記第3メモリ部は、前記第2の順番におけるi+L番目に配置されているメモリ部であり、
    前記第2メモリ部は、前記第2の順番におけるk番目に配置されているメモリ部であり、
    前記第4メモリ部は、前記第2の順番におけるk+L番目に配置されているメモリ部であり、
    前記第1メモリ部及び前記第3メモリ部は、前記第2の順番における奇数番目に配置さ
    れているメモリ部であり、
    前記第2メモリ部及び前記第4メモリ部は、前記第2の順番における偶数番目に配置されているメモリ部である、撮像装置。
  6. 前記第1カウンタ部から前記第1メモリ部への転送と、前記第2カウンタ部から前記第2メモリ部への転送とは、同一の信号に基づいて行われる、請求項1から請求項のいずれか一項に記載の撮像装置。
  7. 前記第1カウンタ部から前記第1メモリ部への転送と、前記第2カウンタ部から前記第2メモリ部への転送とは互いに異なるタイミングで行われる、請求項1から請求項のいずれか一項に記載の撮像装置。
  8. 撮像装置であって
    入射光に対応した画素信号を出力する画素と、
    前記画素信号と参照信号とを比較し、比較結果を示す出力信号を生成する比較器と、
    前記出力信号が反転するまでの期間をカウントすることで、前記画素信号に対応するデジタル信号を生成するカウンタと、
    前記デジタル信号を格納するメモリと、
    前記カウンタと前記メモリとを接続する、互いに異なる第1配線及び第2配線と、
    を備え、
    前記カウンタは、前記デジタル信号に含まれる複数のビットのうちの1つにそれぞれが対応する、第1カウンタ部、第2カウンタ部、第3カウンタ部、及び第4カウンタ部を含み、
    前記メモリは、前記第1カウンタ部に対応する第1メモリ部、前記第2カウンタ部に対応する第2メモリ部、前記第3カウンタ部に対応する第3メモリ部、及び前記第4カウンタ部に対応する第4メモリ部を含み、
    前記第1カウンタ部は、前記第1配線を介して前記第1メモリ部に接続され、
    前記第3カウンタ部は、前記第1配線を介して前記第3メモリ部に接続され、
    前記第2カウンタ部は、前記第2配線を介して前記第2メモリ部に接続され、
    前記第4カウンタ部は、前記第2配線を介して前記第4メモリ部に接続されており、
    前記撮像装置は、第1動作モードと第2動作モードとを有し、
    前記第1動作モードにおいて、前記第1カウンタ部から前記第1メモリ部への転送と、前記第2カウンタ部から前記第2メモリ部への転送とは、同一の信号に基づいて行われ、
    前記第2動作モードにおいて、前記第1カウンタ部から前記第1メモリ部への転送と、前記第2カウンタ部から前記第2メモリ部への転送とは、互いに異なるタイミングで行われる、撮像装置。
  9. 入射光に対応した画素信号を出力する画素と、
    前記画素信号と参照信号とを比較し、比較結果を示す出力信号を生成する比較器と、
    前記出力信号が反転するまでの期間をカウントすることで、前記画素信号に対応するデジタル信号を生成するカウンタと、
    前記デジタル信号を格納するメモリと、
    前記カウンタと前記メモリとを接続する、互いに異なる第1配線及び第2配線と、
    を備え、
    前記カウンタは、前記デジタル信号に含まれる複数のビットの中で下位側にある下位ビットのそれぞれに一対一に対応する下位カウンタ部と、前記デジタル信号に含まれる複数のビットの中で上位側にある上位ビットのそれぞれに一対一に対応する上位カウンタ部と、を含み、
    前記メモリは、前記下位カウンタ部のそれぞれに一対一に対応する下位メモリ部と、前記上位カウンタ部のそれぞれに一対一に対応する上位メモリ部と、を含み、
    前記下位カウンタ部のそれぞれは、前記第1配線を介して前記下位メモリ部のうちの対応する下位メモリ部に接続され、
    前記上位カウンタ部のそれぞれは、前記第2配線を介して前記上位メモリ部のうちの対応する上位メモリ部に接続される、撮像装置。
  10. 請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置から出力される信号を処理するカメラ信号処理部と、
    を備える、カメラシステム。
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