JP7321741B2 - Imaging device and its control method - Google Patents

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本発明は、光電変換部の出力に基づく信号を計数する計数部を備える撮像装置とその制御方法に関する。 The present invention relates to an image pickup apparatus having a counting section that counts signals based on the output of a photoelectric conversion section, and a control method thereof.

撮像装置において被写体の撮像画像をリアルタイムに表示するライブビュー動作時には、撮像素子からの読み出しデータ量を削減し、フレームレートの向上と消費電力の低減を実現している。 During live view operation, in which the captured image of the subject is displayed in real time by the imaging device, the amount of data read from the imaging device is reduced, improving the frame rate and reducing power consumption.

一方、特許文献1に記載されているように画素毎に1bit型AD変換部とカウンタを有する撮像素子が提案されている。このような撮像素子では受光素子の信号に対して画素毎にAD変換が行われるので、列毎にAD変換を行う撮像素子の持つ走査線数と読み出し速度とのトレードオフを解消可能である。 On the other hand, as described in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-200010, an image pickup device having a 1-bit AD converter and a counter for each pixel has been proposed. In such an image sensor, since AD conversion is performed for each pixel on the signal of the light receiving element, it is possible to eliminate the trade-off between the number of scanning lines and the readout speed of the image sensor that performs AD conversion for each column.

特開2015-173432号公報JP 2015-173432 A

特許文献1の撮像素子では、上記したライブビュー動作時においても読み出しデータを削減することができず、結果としてフレームレートの向上や消費電力の低減も実現できない。
本発明に係る撮像装置は、画素部が有する光電変換部の出力に基づく信号を計数する計数部を備える。本発明は、回路規模の増大を抑えつつ、全画素における一部の画素から信号の読み出しを行うモードにおいて、読み出しデータの削減が可能な撮像装置を提供することを目的とする。
With the image pickup device of Patent Document 1, it is not possible to reduce readout data even during the above-described live view operation, and as a result, it is not possible to improve the frame rate and reduce power consumption.
An imaging device according to the present invention includes a counting section that counts a signal based on an output of a photoelectric conversion section included in a pixel section. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an imaging apparatus capable of reducing readout data in a mode in which signals are read out from some of all pixels while suppressing an increase in circuit size.

本発明の実施形態の装置は、複数の画素部を有する撮像素子を備える撮像装置であって、前記画素部が有するアバランシェ効果を用いた光電変換部の出力から生成される信号を計数して保持する計数手段と、前記計数手段を制御する制御手段と、前記計数手段の出力を用いて信号処理を行う信号処理手段と、を備える。複数の前記光電変換部のうち、第1の光電変換部の信号を読み出し、第2の光電変換部の信号を読み出さないことで前記光電変換部の出力に基づく信号に対する間引き読み出し動作を行うモードにて前記制御手段は、前記第1の光電変換部に対応する第1の前記計数手段によって撮像画像に係る現フレームでの第1の計数値を保持し、前記第2の光電変換部に対応する第2の前記計数手段によって前記撮像画像に係る前フレームでの前記第1の計数値に相当する第2の計数値を保持する制御を行い、前記信号処理手段は、前記第1および第2の計数値を用いて信号処理を行う。
A device according to an embodiment of the present invention is an imaging device including an imaging device having a plurality of pixel units, in which a signal generated from an output of a photoelectric conversion unit using the avalanche effect of the pixel unit is counted and held. counting means for controlling the counting means, control means for controlling the counting means, and signal processing means for performing signal processing using the output of the counting means. A mode is set in which the signal of the first photoelectric conversion unit among the plurality of photoelectric conversion units is read and the signal of the second photoelectric conversion unit is not read, thereby performing a thinning readout operation for the signal based on the output of the photoelectric conversion unit. The control means holds a first count value in the current frame of the captured image by the first counting means corresponding to the first photoelectric conversion section, and the second counting means corresponds to the second photoelectric conversion section. The second counting means performs control to hold a second count value corresponding to the first count value in the previous frame of the captured image, and the signal processing means controls the first and second count values. Signal processing is performed using the count value.

本発明によれば、回路規模の増大を抑えつつ、全画素における一部の画素群から信号の読み出しを行うモードにおいて、読み出しデータの削減が可能な撮像装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an imaging device capable of reducing readout data in a mode in which signals are read out from some pixel groups of all pixels while suppressing an increase in circuit size.

本発明の第1実施形態に係る単位画素の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the unit pixel which concerns on 1st Embodiment of this invention. 第1実施形態に係る単位画素が有するカウンタの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the counter which the unit pixel which concerns on 1st Embodiment has. 第1実施形態に係る撮像素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the imaging device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る単位画素の駆動を示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing driving of a unit pixel according to the first embodiment; 第1実施形態に係る圧縮部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the compression part which concerns on 1st Embodiment. 本発明の実施形態に係る圧縮処理を説明するフローチャートである。4 is a flowchart for explaining compression processing according to the embodiment of the present invention; 本発明の実施形態に係る撮像装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the imaging device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る単位画素の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the unit pixel which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態に係る単位画素が有するカウンタの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the counter which the unit pixel which concerns on 2nd Embodiment has. 第2実施形態に係る撮像素子の構成を示す図である。It is a figure showing composition of an image pick-up element concerning a 2nd embodiment. 第2実施形態に係る単位画素の駆動を示すタイミングチャートである。9 is a timing chart showing driving of a unit pixel according to the second embodiment;

以下に、本発明の好ましい実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
[第1実施形態]
図1を参照して、本実施形態に係る固体撮像素子を構成する画素アレイの構成要素である単位画素100について説明する。図1は単位画素100の構成を示す図である。単位画素100は、アバランシェフォトダイオード(以下、APDと記す)101、クエンチ抵抗102、波形整形回路103、カウンタ104により構成される。
Preferred embodiments of the present invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings.
[First embodiment]
A unit pixel 100, which is a constituent element of a pixel array that constitutes the solid-state imaging device according to the present embodiment, will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a unit pixel 100. As shown in FIG. A unit pixel 100 includes an avalanche photodiode (hereinafter referred to as APD) 101 , a quench resistor 102 , a waveform shaping circuit 103 and a counter 104 .

光電変換素子としてのAPD101はアバランシェ効果を利用した半導体素子である。APD101のカソードはクエンチ抵抗102を介して逆バイアス電圧VAPDの電圧源と接続され、APD101のアノードは接地されている。APD101は、光子の入射によりアバランシェ増倍による電荷を発生させる。発生した電荷はクエンチ抵抗102を介して排出される。 The APD 101 as a photoelectric conversion element is a semiconductor element utilizing the avalanche effect. The cathode of APD 101 is connected to a voltage source of reverse bias voltage VAPD through quench resistor 102, and the anode of APD 101 is grounded. The APD 101 generates charges by avalanche multiplication when photons are incident. The generated charge is discharged through quench resistor 102 .

波形整形回路103は、その入力端子がAPD101のカソードに接続されており、光子の入射に応じた電荷の生成・排出に伴う電位の変化に対し、増幅とエッジ検出を行うことにより、電圧パルスを生成する。このようにAPD101、クエンチ抵抗102、波形整形回路103は、光子の入射の有無を電圧パルスに変換することにより、1bit型AD変換部として機能する。 The waveform shaping circuit 103, whose input terminal is connected to the cathode of the APD 101, amplifies and edge-detects changes in potential associated with the generation and discharge of charges in response to incident photons, thereby generating a voltage pulse. Generate. Thus, the APD 101, the quench resistor 102, and the waveform shaping circuit 103 function as a 1-bit AD converter by converting the presence or absence of incident photons into voltage pulses.

カウンタ104は、波形整形回路103が出力する電圧パルスの数を計数して計数結果(計数値)を出力する。これにより、露光期間中の画素値を多ビットで出力することが可能である。カウンタ104は、単位画素100に入力されるイネーブル信号CNT_EN、制御信号LOAD_ENおよびデータ信号LOAD_DATAに基づいて、後述のフリップフロップ(図2:400)にデータを設定する。 The counter 104 counts the number of voltage pulses output by the waveform shaping circuit 103 and outputs a count result (count value). This makes it possible to output pixel values during the exposure period in multiple bits. Based on the enable signal CNT_EN, the control signal LOAD_EN, and the data signal LOAD_DATA input to the unit pixel 100, the counter 104 sets data in a flip-flop (400 in FIG. 2), which will be described later.

図2を参照して、カウンタ104の具体的な構成および動作について説明する。カウンタ104は、フリップフロップ(以下、FFとも記す)400、加算部401、カウンタ選択部402、AND素子403を備える。イネーブル信号CNT_ENと波形整形回路103が出力する電圧パルスPLSがAND素子403に入力され、論理積演算が行われる。イネーブル信号CNT_ENは、電圧パルスPLSを計数するかどうかを決定する制御信号である。カウンタ104はイネーブル信号CNT_ENに基づいて電圧パルスのカウントを行う。 A specific configuration and operation of counter 104 will be described with reference to FIG. The counter 104 includes a flip-flop (hereinafter also referred to as FF) 400 , an addition section 401 , a counter selection section 402 and an AND element 403 . The enable signal CNT_EN and the voltage pulse PLS output from the waveform shaping circuit 103 are input to the AND element 403 to perform a logical product operation. The enable signal CNT_EN is a control signal that determines whether to count voltage pulses PLS. The counter 104 counts voltage pulses based on the enable signal CNT_EN.

加算部401は、AND素子403の出力とFF400の出力とを加算してカウンタ選択部402に出力する。カウンタ選択部402には、加算部401の出力とデータ信号LOAD_DATAが入力される。カウンタ選択部402は制御信号LOAD_ENに基づいて、データ信号LOAD_DATAに設定するか、または加算部401の出力に設定するかを決定する。 Adder 401 adds the output of AND element 403 and the output of FF 400 and outputs the result to counter selector 402 . The output of the addition section 401 and the data signal LOAD_DATA are input to the counter selection section 402 . The counter selection unit 402 determines whether to set the data signal LOAD_DATA or the output of the addition unit 401 based on the control signal LOAD_EN.

FF400はカウンタ選択部402により決定された出力信号を保持し、保持した信号に対応するカウンタ値(計数値)を出力する。FF400は非同期リセット信号によってクロックに非同期で初期値ゼロに初期化される。なお、本実施形態にてクロックおよび非同期リセット信号は撮像素子の撮像部全体で共通の信号である。 The FF 400 holds the output signal determined by the counter selection unit 402 and outputs a counter value (count value) corresponding to the held signal. The FF 400 is initialized to an initial value of zero asynchronously to the clock by an asynchronous reset signal. In this embodiment, the clock and asynchronous reset signal are signals common to the entire imaging section of the imaging element.

続いて図3を参照して、本実施形態に係る撮像素子300の構成を説明する。撮像素子300は、複数の単位画素100を二次元アレイ状に配置した構成である。図3では便宜上、画素アレイにおける3列×4行の画素群のみを示す。図3の上から1行目および3行目の単位画素100に対するデータ信号LOAD_DATAにはゼロが設定されている。また、図3の上から2行目および4行目の単位画素100に対するデータ信号LOAD_DATAには、同列の1行目および3行目の単位画素100のカウンタ値が設定される。つまり、自然数の変数i,jを用いると、第2×i行第j列の単位画素には、第2×i-1行第j列の単位画素100のカウンタ値に相当するデータ信号が入力される。 Next, with reference to FIG. 3, the configuration of the imaging device 300 according to this embodiment will be described. The imaging device 300 has a configuration in which a plurality of unit pixels 100 are arranged in a two-dimensional array. For convenience, FIG. 3 shows only 3 columns×4 rows of pixels in the pixel array. A data signal LOAD_DATA for the unit pixels 100 on the first and third rows from the top of FIG. 3 is set to zero. The data signal LOAD_DATA for the unit pixels 100 on the second and fourth rows from the top in FIG. 3 is set with the counter values of the unit pixels 100 on the first and third rows in the same column. That is, when natural number variables i and j are used, a data signal corresponding to the counter value of the unit pixel 100 in the 2×i−1 row and j-th column is input to the unit pixel in the 2×i-th row and j-th column. be done.

各単位画素100の出力については、図3の左から右に向かう方向を基準方向として以下のように定義する。
・1行目においてCNT00、CNT01、CNT02。
・2行目においてCNT10、CNT11、CNT12。
・3行目においてCNT20、CNT21、CNT22。
・4行目においてCNT30、CNT31、CNT32。
本実施形態では、間引き読み出しを行う際の垂直方向における間引き率を1/2とし、2行目および4行目の画素値を間引いて読み出す処理が行われるものとする。
The output of each unit pixel 100 is defined as follows with the direction from left to right in FIG. 3 as a reference direction.
・CNT00, CNT01, CNT02 in the first line.
- CNT10, CNT11, and CNT12 in the second line.
- CNT20, CNT21, and CNT22 in the third line.
· CNT30, CNT31, and CNT32 in the fourth line.
In the present embodiment, the thinning rate in the vertical direction is set to 1/2 when thinning readout is performed, and pixel values in the second and fourth rows are thinned out and read out.

撮像素子300は、複数のスイッチ素子301,303、水平選択回路302、タイミングジェネレータ(TGとも記す)304、制御部305、圧縮部306、垂直選択回路307、制御信号線308,310,311、ラインメモリ309を備える。制御信号線308には、制御部305から制御信号LOAD_ENが出力され、1行目と2行目、3行目と4行目の同列の単位画素は2つ単位でシフトレジスタのように動作する。制御信号LOAD_ENの出力に係る制御は、制御部305が内部に備える不図示のスイッチ素子を用いて行われる。 The imaging device 300 includes a plurality of switch elements 301 and 303, a horizontal selection circuit 302, a timing generator (also referred to as TG) 304, a control section 305, a compression section 306, a vertical selection circuit 307, control signal lines 308, 310 and 311, line A memory 309 is provided. A control signal LOAD_EN is output from the control unit 305 to the control signal line 308, and the unit pixels in the same column in the first and second rows and the third and fourth rows operate like a shift register in units of two. . Control related to the output of the control signal LOAD_EN is performed using a switch element (not shown) provided inside the control unit 305 .

制御信号線310,311には、制御部305から各単位画素のカウンタ104での計数を行うかどうかを制御するイネーブル信号CNT_ENが出力される。制御部305は、制御信号線310を介して1行目および3行目のイネーブル信号CNT_ENを単位画素に供給し、制御信号線311を介して2行目および4行目のイネーブル信号CNT_ENを単位画素に供給する。撮像素子300の間引き読み出し動作を行うモード時には、蓄積動作中に制御信号線310に出力されるイネーブル信号CNT_ENのみがハイ(H)レベルとなるように制御される。また、全画素読み出し動作を行うモード時には、蓄積動作中に制御信号線310および311の各々に出力されるイネーブル信号CNT_ENが同じタイミングでHレベルとなるように制御される。 An enable signal CNT_EN for controlling whether or not the counter 104 of each unit pixel counts is output from the control unit 305 to the control signal lines 310 and 311 . The control unit 305 supplies the enable signals CNT_EN of the first and third rows to the unit pixels through the control signal line 310, and supplies the enable signals CNT_EN of the second and fourth rows to the unit pixels through the control signal line 311. supply the pixels. In the thinning readout mode of the imaging device 300, only the enable signal CNT_EN output to the control signal line 310 during the accumulation operation is controlled to be high (H) level. In addition, in the mode in which the all-pixel readout operation is performed, the enable signals CNT_EN output to each of the control signal lines 310 and 311 during the accumulation operation are controlled to become H level at the same timing.

TG304は不図示のカウンタに基づいて、撮像期間や転送期間等のタイミングの通知用信号を生成して垂直選択回路307、水平選択回路302に出力する。また、信号読み出しが行われている画素の座標が奇数行であるか、または偶数行であるかを判別するためにTG304は、読み出しが行われている垂直方向のライン番号をラインメモリ309、圧縮部306に通知する。 Based on a counter (not shown), the TG 304 generates signals for notifying timings such as an imaging period and a transfer period, and outputs the signals to the vertical selection circuit 307 and the horizontal selection circuit 302 . In addition, in order to determine whether the coordinates of the pixels for which signal readout is being performed are odd rows or even rows, the TG 304 stores the vertical line numbers for which readout is being performed in the line memory 309 and compresses them. 306 is notified.

垂直選択回路307は、TG304によって通知されたタイミングに基づいて、垂直伝送路に対する、複数のスイッチ素子301のON/OFFを制御する。スイッチ素子301がONになったときに、当該スイッチ素子301に対応する垂直伝送路へ単位画素100の計数結果が伝送される。 The vertical selection circuit 307 controls ON/OFF of the plurality of switch elements 301 for the vertical transmission line based on the timing notified by the TG 304 . When the switch element 301 is turned on, the counting result of the unit pixel 100 is transmitted to the vertical transmission line corresponding to the switch element 301 .

水平選択回路302は、TG304によって通知されたタイミングに基づいて水平伝送路に対する、複数のスイッチ素子303を制御する。スイッチ素子303がONになったときに垂直伝送路の出力が水平伝送路へ順次に伝送される。 The horizontal selection circuit 302 controls a plurality of switching elements 303 for horizontal transmission lines based on the timing notified by the TG 304 . When the switch element 303 is turned on, the outputs of the vertical transmission lines are sequentially transmitted to the horizontal transmission lines.

制御部305は、TG304によって通知された撮像期間およびフレームのカウントに基づいて、単位画素100に制御信号線308,310,311を介して供給される制御信号LOAD_EN、イネーブル信号CNT_ENの制御を行う。 The control unit 305 controls the control signal LOAD_EN and the enable signal CNT_EN supplied to the unit pixel 100 via the control signal lines 308 , 310 and 311 based on the imaging period and frame count notified by the TG 304 .

ラインメモリ309は、TG304によって通知されたタイミングに基づいて、水平伝送路に出力された画素データを記憶する。圧縮部306は、TG304によって通知されたタイミングに基づいて、水平伝送路に出力された画素データおよびラインメモリ309からの画素データを取得して圧縮処理を行う。 A line memory 309 stores the pixel data output to the horizontal transmission line based on the timing notified by the TG 304 . The compression unit 306 acquires the pixel data output to the horizontal transmission line and the pixel data from the line memory 309 based on the timing notified by the TG 304, and performs compression processing.

図4を参照して、本実施形態の撮像装置の駆動方法について説明する。図4は、撮像素子300の間引き読み動作を説明するタイミングチャートである。図4では単位画素100における撮像駆動を示しており、撮像駆動を複数の単位画素100にて並列して行うことにより、光学像がデジタル信号に変換される。図4において、CNT00に対応する単位画素100が備えるAPD101およびクエンチ抵抗102により生成される波形をAPD00と表記し、波形整形回路103から出力される電圧パルスをPLS00と表記する。また、制御信号線308に出力される制御信号をLOAD_EN308と表記し、制御信号線310,311に出力されるイネーブル信号をCNT_EN310,CNT_EN311と表記する。さらに、水平伝送路の出力データをREAD_DATAと表記する。なお、CNT00からCNT32については図3で説明済みである。スイッチ素子301および303の制御によって垂直伝送路および水平伝送路を介して単位画素100の計数結果が順次に出力される。 A method of driving the imaging device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a timing chart for explaining the thinning reading operation of the image sensor 300. FIG. FIG. 4 shows imaging driving in the unit pixel 100. By performing imaging driving in parallel in a plurality of unit pixels 100, an optical image is converted into a digital signal. In FIG. 4, the waveform generated by the APD 101 and the quench resistor 102 provided in the unit pixel 100 corresponding to CNT00 is denoted as APD00, and the voltage pulse output from the waveform shaping circuit 103 is denoted as PLS00. Also, the control signal output to the control signal line 308 is denoted as LOAD_EN308, and the enable signals output to the control signal lines 310 and 311 are denoted as CNT_EN310 and CNT_EN311. Furthermore, the output data of the horizontal transmission line is written as READ_DATA. CNT00 to CNT32 have already been described in FIG. Under the control of switch elements 301 and 303, count results of unit pixels 100 are sequentially output via vertical and horizontal transmission lines.

図4に示す時刻t200から時刻t210は、単位画素100の駆動に関する各種のタイミングを表している。時刻t200から時刻t203までの期間は初期化期間であり、時刻t203から時刻t204までの期間は第1の撮像期間である(第1フレーム)。時刻t204から時刻t207までの期間は第1の読み出しおよび初期化期間である。時刻t207から時刻t208までの期間は第2の撮像期間である(第2フレーム)。時刻t208以降の所定期間は第2の読み出しおよび初期化期間である。 Time t200 to time t210 shown in FIG. 4 represent various timings related to the driving of the unit pixel 100 . A period from time t200 to time t203 is an initialization period, and a period from time t203 to time t204 is a first imaging period (first frame). The period from time t204 to time t207 is the first read and initialization period. A period from time t207 to time t208 is a second imaging period (second frame). A predetermined period after time t208 is a second reading and initialization period.

時刻t200は、単位画素100のFF400の値の初期化を開始するタイミングを表し、この時点で制御信号LOAD_EN308がHレベルとなる。この時、CNT00~CNT32の値は不定(Xと表記する)である。 Time t200 represents the timing of starting initialization of the value of the FF 400 of the unit pixel 100. At this time, the control signal LOAD_EN308 becomes H level. At this time, the values of CNT00 to CNT32 are undefined (denoted as X).

次の時刻t201では、不図示のクロックに同期して、1行目のCNT00~CNT02に対応する単位画素および3行目のCNT20~CNT22に対応する単位画素にそれぞれ、ゼロがロードされる。また、2行目のCNT10~CNT12に対応する単位画素および4行目のCNT30~32に対応する単位画素にはそれぞれ、1行目および3行目における同列の単位画素のCNT出力がロードされる。時刻t201では、時刻t200での1行目および3行目の各単位画素の計数出力がXであるため、偶数行目の各単位画素にXがロードされる。 At the next time t201, zeros are loaded into the unit pixels corresponding to CNT00 to CNT02 on the first row and the unit pixels corresponding to CNT20 to CNT22 on the third row in synchronization with a clock (not shown). Also, the CNT outputs of the unit pixels in the same columns in the first and third rows are loaded into the unit pixels corresponding to CNT10 to CNT12 in the second row and the unit pixels corresponding to CNT30 to 32 in the fourth row, respectively. . At time t201, since the count output of each unit pixel of the first and third rows at time t200 is X, X is loaded into each unit pixel of even-numbered rows.

時刻t202にて、2行目のCNT10~CNT12に対応する単位画素および4行目のCNT30~CNT32に対応する単位画素にはそれぞれ、1行目および3行目の同列の単位画素の出力値であるゼロがロードされて初期化が行われる。同じタイミング(時刻t202)で制御信号LOAD_EN308の信号レベルはLとなる。 At time t202, the unit pixels corresponding to CNT10 to CNT12 in the second row and the unit pixels corresponding to CNT30 to CNT32 in the fourth row are respectively output values of the unit pixels in the same columns in the first and third rows. Initialization is done by loading some zeros. At the same timing (time t202), the signal level of the control signal LOAD_EN308 becomes L.

時刻t203でイネーブル信号CNT_EN310の信号レベルがHとなり、露光期間が開始する。APD101に光が入射され、電圧パルスPLS00が立ち上がることで、略同一のタイミングでCNT00の値は初期値に対して1を加算した値に変化する。1行目のCNT01とCNT02、および3行目のCNT20からCNT22においても、それぞれ対応する単位画素のAPD101の変化によって同様の処理が行われる。 At time t203, the signal level of the enable signal CNT_EN310 becomes H, and the exposure period starts. When light is incident on the APD 101 and the voltage pulse PLS00 rises, the value of CNT00 changes to a value obtained by adding 1 to the initial value at substantially the same timing. CNT01 and CNT02 on the first row and CNT20 to CNT22 on the third row are also processed in the same manner by changing the APD 101 of the corresponding unit pixel.

時刻t204でイネーブル信号CNT_EN310の信号レベルがLとなり、露光期間が完了する(第1の撮像期間の終了)。CNT00~CNT02の計数結果はC00~C02としてそれぞれ読み出しが開始され、CNT20~CNT22の計数結果はC20~C22としてそれぞれ読み出しが開始される。1行目のスイッチ素子301が有効(ON)となると、各列の垂直伝送路にCNT00~CNT02の値が出力される。以降、1列目のスイッチ素子303から3列目のスイッチ素子303が順次に有効になることで1行目の画素データが水平伝送路に出力される。同様にして4行目まで動作が行われて、各画素データがラインメモリ309および圧縮部306に出力される。 At time t204, the signal level of the enable signal CNT_EN310 becomes L, and the exposure period ends (end of the first imaging period). Reading of the counting results of CNT00 to CNT02 is started as C00 to C02, respectively, and reading of the counting results of CNT20 to CNT22 is started as C20 to C22, respectively. When the switch element 301 in the first row is enabled (ON), the values of CNT00 to CNT02 are output to the vertical transmission lines of each column. Thereafter, the switch elements 303 in the first column to the switch elements 303 in the third column are sequentially enabled, thereby outputting the pixel data of the first row to the horizontal transmission line. The same operation is performed up to the fourth row, and each pixel data is output to the line memory 309 and the compression section 306 .

時刻t205で制御信号LOAD_EN308の信号レベルがHとなり、1行目と3行目で初期化が開始される。時刻t206では、1行目のCNT00からCNT02に対応する単位画素および3行目のCNT20からCNT22に対応する単位画素にそれぞれ、ゼロがロードされる。また2行目のCNT10からCNT12に対応する単位画素にはC00からC02がロードされ、4行目のCNT30~CNT32に対応する単位画素にはC20からC22がロードされる。同じタイミング(時刻t206)で制御信号LOAD_EN308の信号レベルがLとなる。 At time t205, the signal level of the control signal LOAD_EN308 becomes H, and initialization is started in the first and third rows. At time t206, zero is loaded into the unit pixels corresponding to CNT00 to CNT02 on the first row and the unit pixels corresponding to CNT20 to CNT22 on the third row. C00 to C02 are loaded to the unit pixels corresponding to CNT10 to CNT12 on the second row, and C20 to C22 are loaded to the unit pixels corresponding to CNT30 to CNT32 on the fourth row. At the same timing (time t206), the signal level of the control signal LOAD_EN308 becomes L.

時刻t207で、イネーブル信号CNT_EN310の信号レベルがHとなり、時刻t203と同様に露光期間が開始される。時刻t208では、時刻t204と同様に露光期間が完了し、読み出し動作が開始される。つまり、1行目および3行目の単位画素100からは今回の露光によって得られた計数結果が出力される。2行目および4行目の単位画素100からは前回の露光によって得られた計数結果が出力される。時刻t209では、時刻t205と同様に初期化が開始され、時刻t210で時刻t206と同様に初期化が実行される。 At time t207, the signal level of the enable signal CNT_EN310 becomes H, and the exposure period starts as at time t203. At time t208, similarly to time t204, the exposure period is completed and the readout operation is started. That is, the counting results obtained by the current exposure are output from the unit pixels 100 in the first and third rows. The count results obtained by the previous exposure are output from the unit pixels 100 in the second and fourth rows. At time t209, initialization is started as at time t205, and initialization is executed at time t210, as at time t206.

このように処理が行われることで、間引き読み出しにおいて特別なフレームメモリを設ける必要がなくなる。すなわち、前フレームの単位画素100の出力と現フレームの単位画素100の出力を、1フレームのデータの中でラインメモリ309および圧縮部306に出力することが可能である。 By performing processing in this way, it is not necessary to provide a special frame memory for thinning readout. That is, it is possible to output the output of the unit pixel 100 of the previous frame and the output of the unit pixel 100 of the current frame to the line memory 309 and the compression unit 306 in the data of one frame.

ラインメモリ309は、水平伝送路を介して読み出された1行目および3行目の画素データを保持し、2行目および4行目の画素データが読み出されている期間に同期して保持している画素データを圧縮部306に出力する。 The line memory 309 holds the pixel data of the 1st and 3rd rows read out via the horizontal transmission path, and synchronizes with the period when the pixel data of the 2nd and 4th rows is read out. It outputs the held pixel data to the compression unit 306 .

次に、図5および図6を参照して、圧縮部306について詳細に説明する。図5は圧縮部306の構成を示すブロック図である。圧縮部306は量子化部500、エントロピー符号化部501、符号量計測部503、符号量制御部502、減算器505、選択部506を備える。減算器505は、ラインメモリ309から読み出された1行目および3行目の画素データから、2行目および4行目の画素データを減算して、差分を算出する。選択部506は、フレーム間差分選択信号に基づいて、減算器505からのフレーム間差分信号を出力するか否かを決定する。フレーム間差分選択信号はフレーム間差分信号を出力する期間に対応する信号である。 Next, the compressor 306 will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the compression section 306. As shown in FIG. Compression section 306 includes quantization section 500 , entropy coding section 501 , code amount measurement section 503 , code amount control section 502 , subtractor 505 and selection section 506 . A subtractor 505 subtracts the pixel data of the second and fourth rows from the pixel data of the first and third rows read from the line memory 309 to calculate a difference. Selection section 506 determines whether or not to output the inter-frame difference signal from subtractor 505 based on the inter-frame difference selection signal. The inter-frame difference selection signal is a signal corresponding to the period during which the inter-frame difference signal is output.

2行目および4行目の単位画素100の読み出しデータは、前フレームの1行目および3行目の同列に配置された単位画素100の出力するデータである。そのため、1行目および3行目と2行目および4行目との各読み出しデータの差分はフレーム間差分データとなる。 The readout data of the unit pixels 100 in the second and fourth rows are data output from the unit pixels 100 arranged in the same column in the first and third rows of the previous frame. Therefore, the difference between the read data of the first and third rows and the read data of the second and fourth rows is inter-frame difference data.

選択部506は、2行目および4行目の単位画素100から出力される期間にフレーム間差分信号を出力する。一方、1行目および3行目の単位画素100からデータが入力されている期間に選択部506は、無効データであるデータ0を出力する。この場合、圧縮部306は符号化データを出力しない。なお、最初のフレームでは、時刻t202(図4)で前フレームの出力である2行目および4行目の単位画素の出力はゼロとなっている。そのため、フレーム間の差分出力については現フレームの出力とゼロとの差分となるので、現フレームのみの出力と同義である。 The selection unit 506 outputs the inter-frame difference signal during the period in which the unit pixels 100 in the second and fourth rows output. On the other hand, the selection unit 506 outputs data 0, which is invalid data, while data is being input from the unit pixels 100 on the first and third rows. In this case, the compression section 306 does not output encoded data. In the first frame, the outputs of the unit pixels of the second and fourth rows, which are the outputs of the previous frame, are zero at time t202 (FIG. 4). Therefore, the difference output between frames is the difference between the output of the current frame and zero, so it is synonymous with the output of only the current frame.

本実施形態では、時刻t202で2行目および4行目の単位画素の初期化を行う構成を説明したが、その限りではない。例えば、最初のフレームのみ現フレームの出力を選択するように構成することで、最初のフレームではフレーム内圧縮を行うことが可能となる。また、所定のフレーム数単位で現フレームのみの圧縮を行うことで、GOP(Group Of Picture)の構成が可能となる。 In this embodiment, the configuration in which the unit pixels in the second and fourth rows are initialized at time t202 has been described, but this is not the only option. For example, by selecting the output of the current frame only for the first frame, intra-frame compression can be performed for the first frame. Also, by compressing only the current frame in units of a predetermined number of frames, it is possible to construct a GOP (Group Of Picture).

図5に示す量子化部500は、符号化ブロック内において互いに隣接する画素間の差分値を算出し、差分値の量子化データを生成する。エントロピー符号化部(以下、単に符号化部という)501は、量子化された差分値に対して符号を割り当てて符号化データを生成する。エントロピー符号化の方式としては、ゴロム符号化やハフマン符号化が知られているが、任意の符号化方式を用いることができる。符号量計測部503は符号化ブロック単位の符号化データ量を計測する。符号量制御部502は、符号量計測部503により計測された符号化データ量に基づいて、符号量の制御を行う。 A quantization unit 500 shown in FIG. 5 calculates a difference value between adjacent pixels in an encoding block and generates quantized data of the difference value. An entropy coding unit (hereinafter simply referred to as a coding unit) 501 assigns codes to the quantized difference values to generate coded data. Golomb coding and Huffman coding are known as entropy coding methods, but any coding method can be used. A code amount measurement unit 503 measures the amount of encoded data for each encoded block. The code amount control unit 502 controls the code amount based on the encoded data amount measured by the code amount measurement unit 503 .

図6は、圧縮部306における量子化部500とこれ以降の構成要素が行う、一連の処理を説明するフローチャートである。量子化部500以降の構成要素は、符号化部501、符号量制御部502、符号量計測部503である。図6において圧縮処理が開始されると、符号化ブロック単位の画素データは量子化部500に入力される。 FIG. 6 is a flowchart for explaining a series of processes performed by the quantization unit 500 and subsequent components in the compression unit 306 . Components after the quantization unit 500 are an encoding unit 501 , a code amount control unit 502 , and a code amount measurement unit 503 . When compression processing is started in FIG. 6, pixel data in units of encoding blocks is input to the quantization unit 500 .

最初にS1101で量子化部500は、符号化ブロック内の隣接画素間の差分値を算出する。次にS1102で量子化部500は、S1101で算出された差分値に対し、所定の値を用いて量子化処理を行う。所定の値とは量子化ステップを決定するパラメータであり、符号量制御部502によって動的に決定される。以降、前記所定の値をQP(Quantization Parameter:量子化パラメータ)と呼称する。算出された差分値はQPで除算され、除算結果の小数部を四捨五入することによって量子化される。
次にS1103で符号化部501は、S1102で量子化された差分値に対して符号の割り当てを行う。次にS1104で符号量計測部503は、符号化されたデータの量(符号化データ量)を計測する。符号量計測部503は、符号化データ量が目標となるデータ量(以下、目標符号化データ量という)以内に収まっているか否かを判定する。本実施形態においては、目標符号化データ量には撮像素子300の出力帯域に収まる符号化データ量が設定される。
First, in S1101, the quantization unit 500 calculates the difference value between adjacent pixels in the encoding block. Next, in S1102, the quantization unit 500 performs quantization processing using a predetermined value on the difference value calculated in S1101. The predetermined value is a parameter that determines the quantization step, and is dynamically determined by code amount control section 502 . Hereinafter, the predetermined value will be referred to as QP (Quantization Parameter). The calculated difference value is divided by QP and quantized by rounding off the fractional part of the division result.
Next, in S1103, the encoding unit 501 assigns codes to the difference values quantized in S1102. Next, in S1104, the code amount measurement unit 503 measures the amount of encoded data (encoded data amount). The code amount measuring unit 503 determines whether or not the encoded data amount is within a target data amount (hereinafter referred to as a target encoded data amount). In this embodiment, an encoded data amount that fits within the output band of the image sensor 300 is set as the target encoded data amount.

S1104において、符号化データ量が目標符号化データ量以内に収まっていないと判定された場合、S1105の処理へ進み、符号化データ量が目標符号化データ量以内に収まっていると判定された場合にはS1106の処理へ進む。 If it is determined in S1104 that the encoded data amount is not within the target encoded data amount, the process proceeds to S1105, and if it is determined that the encoded data amount is within the target encoded data amount , the process proceeds to S1106.

S1105に示すQ値制御では、符号量制御部502によってQPの選択が行われる。一般的に、QPについては、自然画に対する圧縮率は高いが画質の低下が著しいパラメータと、圧縮率は低いが画質の低下があまりないパラメータがある。固定長圧縮では、このような複数の量子化パラメータを用いて、目標とする圧縮が達成できなかった場合に再度QPを変更して圧縮処理が実施される。S1105の処理後にS1102に戻って処理を続行し、符号化データ量と目標符号化データ量との差分に対応して符号の割り当てが再び行われる。 In the Q value control shown in S1105, the code amount control unit 502 selects QP. In general, QP includes a parameter with a high compression ratio for a natural image but with significant deterioration in image quality, and a parameter with a low compression ratio but little deterioration in image quality. In fixed-length compression, a plurality of such quantization parameters are used, and when the target compression cannot be achieved, the QP is changed again and compression processing is performed. After the process of S1105, the process returns to S1102 to continue the process, and code allocation is performed again according to the difference between the encoded data amount and the target encoded data amount.

また、S1104からS1106へ進む場合には、S1106で符号化データの出力処理が行われる。なお、出力時には各符号化ブロックの量子化に用いたQPや符号化の際の符号割り当て情報(符号化パラメータ)と、フレーム内圧縮であるかフレーム間圧縮であるかを表すフラグ信号が、出力データ(符号化データ)と対応づけて出力される。
このように処理を行うことで、撮像素子300の出力においてフレーム間の情報を参照した圧縮を、フレームメモリを持つことなく処理することが可能となる。
Also, when proceeding from S1104 to S1106, output processing of encoded data is performed in S1106. At the time of output, the QP used for quantization of each encoded block, code allocation information (encoding parameter) at the time of encoding, and a flag signal indicating whether intra-frame compression or inter-frame compression are output. It is output in association with data (encoded data).
By performing processing in this way, it is possible to perform compression with reference to information between frames in the output of the image sensor 300 without having a frame memory.

本実施形態では、水平伝送路を1系統のみ有する構成の説明を行ったが、その限りではない。例えば撮像素子300の構成として、水平伝送路が2系統あって2行同時に読み出すことが可能な構成を想定する。この場合にはラインメモリ309を削除し、奇数ラインと偶数ラインのデータを同期して圧縮部306に入力することで、さらなるメモリの削減が可能となる。また、本実施形態では垂直方向における1/2の間引き率で行う処理を説明したが、垂直方向の間引き率を限定するものではない。例えば、垂直方向における1/4の間引き率で処理を行う撮像素子においては4フレーム分のデータを同時に出力可能となる。垂直方向の間引き処理だけではなく、水平方向の間引き処理へ適用してもよい。 In this embodiment, the configuration having only one horizontal transmission line has been described, but this is not the only option. For example, as a configuration of the imaging device 300, a configuration is assumed in which two horizontal transmission lines are provided and two lines can be read out simultaneously. In this case, by deleting the line memory 309 and synchronizing the odd line data and the even line data and inputting them to the compression unit 306, the memory can be further reduced. Also, in the present embodiment, processing performed at a thinning rate of 1/2 in the vertical direction has been described, but the thinning rate in the vertical direction is not limited. For example, an imaging device that performs processing at a thinning rate of 1/4 in the vertical direction can simultaneously output data for four frames. It may be applied not only to the vertical thinning process but also to the horizontal thinning process.

また、機能画素を備える撮像素子において、機能画素に割り当てられるカウンタを活用してもよい。機能画素とは、例えば1つのマイクロレンズを共有する複数の副画素(光電変換部)を有する瞳分割型撮像素子において、その一部の副画素などである。例えば1つの画素部はマイクロレンズと、マイクロレンズを介して被写体からの光を受光して光電変換を行う第1および第2の光電変換部を有する。第1の光電変換部の出力と第2の光電変換部の出力から相関演算により位相差信号を取得し、また第1および第2の光電変換部の各出力の加算により撮像信号を取得することができる。 Further, in an image pickup device having functional pixels, counters assigned to functional pixels may be utilized. A functional pixel is, for example, a part of sub-pixels in a split-pupil imaging device having a plurality of sub-pixels (photoelectric conversion units) sharing one microlens. For example, one pixel section has a microlens, and first and second photoelectric conversion sections that receive light from an object via the microlens and perform photoelectric conversion. Acquiring a phase difference signal from the output of the first photoelectric conversion unit and the output of the second photoelectric conversion unit by correlation calculation, and acquiring the imaging signal by adding each output of the first and second photoelectric conversion units. can be done.

続いて、図7を参照して、撮像素子300を用いた撮像装置600の構成の概要について説明する。光学系ユニット601は、焦点調節を行うためのフォーカスレンズや、撮像光学系を構成する可動レンズ(シフトレンズ等)、固定レンズ、シャッタ、絞り、レンズ制御部等で構成される。光学系ユニット601は撮像素子300上に光学像を結像する。撮像素子300は、光学系ユニット601によって結像された被写体像を光電変換して電気信号とし、さらに圧縮部306により画素値のデータ圧縮を行った信号を伸長部602に出力する。 Next, with reference to FIG. 7, an overview of the configuration of an imaging device 600 using the imaging device 300 will be described. The optical system unit 601 includes a focus lens for focus adjustment, a movable lens (shift lens, etc.) that constitutes an imaging optical system, a fixed lens, a shutter, an aperture, a lens control unit, and the like. An optical system unit 601 forms an optical image on the imaging device 300 . The imaging device 300 photoelectrically converts the subject image formed by the optical system unit 601 into an electrical signal, and further compresses the pixel values by the compression unit 306 and outputs the signal to the decompression unit 602 .

伸長部602は、圧縮部306で圧縮データと対応づけられた符号化パラメータやフレーム内圧縮かフレーム間圧縮かを表すフラグ信号に基づいて伸長処理を行う。伸長部602は、偶数行と奇数行の伸長結果を1枚の画像データに合成してキャプチャー部603に出力する。この時、フレーム内圧縮を表すフラグ信号があった場合、伸長部602は不図示の記憶部から前フレームの画像データを読み出さずにフレーム内圧縮データの伸長結果をキャプチャー部603および不図示の記憶部に出力する。またフレーム間圧縮を表すフラグ信号があった場合、伸長部602は不図示の記憶部に記憶されている前フレームの伸長結果を読み出してフレーム間参照を行い、現フレームの伸長処理を行う。 The decompression unit 602 performs decompression processing based on the encoding parameter associated with the compressed data in the compression unit 306 and the flag signal indicating intra-frame compression or inter-frame compression. The decompression unit 602 synthesizes the decompression results of the even-numbered lines and the odd-numbered lines into one sheet of image data, and outputs the image data to the capture unit 603 . At this time, if there is a flag signal indicating intra-frame compression, the decompression unit 602 does not read the image data of the previous frame from the storage unit (not shown), and stores the decompression result of the intra-frame compressed data in the capture unit 603 and the storage unit (not shown). output to the When there is a flag signal indicating inter-frame compression, the decompression unit 602 reads the decompression result of the previous frame stored in the storage unit (not shown), performs inter-frame reference, and decompresses the current frame.

キャプチャー部603は画素信号の有効期間および種別を判定し、デジタル信号処理部604にデータを出力する。デジタル信号処理部604は、キャプチャー部603から取得したデータに対して所定の処理を行う。所定の処理とは、ホワイトバランス補正や同時化処理、動画像の符号化処理等に代表されるデジタル信号処理である。デジタル信号処理部604が処理した画像データ(ストリームデータ)は外部表示装置605に出力される。外部表示装置605は液晶ディスプレイ等の表示デバイスを備え、デジタル信号処理部604から出力された画像データにしたがって画像を画面上に表示する。 The capture unit 603 determines the valid period and type of the pixel signal, and outputs data to the digital signal processing unit 604 . A digital signal processing unit 604 performs predetermined processing on the data acquired from the capture unit 603 . The predetermined processing is digital signal processing typified by white balance correction, synchronization processing, and moving image encoding processing. Image data (stream data) processed by the digital signal processing unit 604 is output to the external display device 605 . The external display device 605 has a display device such as a liquid crystal display, and displays an image on the screen according to the image data output from the digital signal processing section 604 .

本実施形態では、間引き読み出しモードにおいて使用しないカウンタのフリップフロップに、別行の同列のカウンタの出力を所定のタイミングでロードすることによって、1フレーム前のカウンタの出力を記憶する構成である。本実施形態によれば、間引き読み出しモードを備える、1bit型AD変換部とカウンタを有する撮像素子において、フレームメモリを用いずにフレーム間の信号を参照した圧縮が可能である。このような構成を取ることで撮像画像の伝送路のスループットに起因するフレームレートの低下や、撮像素子の読み出しによる消費電力を低減することができる。 In this embodiment, the flip-flops of the counters not used in the thinning readout mode are loaded with the output of the counter in the same column of another row at a predetermined timing, thereby storing the output of the counter one frame before. According to the present embodiment, in an imaging device having a 1-bit AD conversion section and a counter and having a thinning readout mode, compression can be performed by referring to signals between frames without using a frame memory. By adopting such a configuration, it is possible to reduce the frame rate drop due to the throughput of the transmission path of the captured image and the power consumption due to the readout of the image sensor.

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態を説明する。本実施形態では、カウンタの出力を別のフリップフロップにロードする構成以外の例として、波形整形回路103からの出力パルスについて、計数先のカウンタを切り替えることによって第1実施形態と同様の効果が得られる撮像素子を説明する。以下では第1実施形態との相違点を説明し、第1実施形態と同様の事項については既に使用した符号や記号を用いることによって、それらの詳細な説明を省略する。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the invention will be described. In this embodiment, as an example other than the configuration in which the output of the counter is loaded into another flip-flop, the effect similar to that of the first embodiment can be obtained by switching the counting destination counter for the output pulse from the waveform shaping circuit 103. An image sensor that can be used will be described. In the following, differences from the first embodiment will be explained, and detailed explanations thereof will be omitted by using the same reference numerals and symbols as those of the first embodiment.

図8から図10を参照して、本実施形態における撮像素子の構成について説明する。本実施形態の単位画素700は、第1実施形態で説明した図1の単位画素100と同様の構成を有するが、複数のAPD101、クエンチ抵抗102、波形整形回路103、カウンタ702を備える点で第1実施形態と相違する。つまり単位画素700は第1実施形態における2画素分の構成要素を有する。 The configuration of the imaging element in this embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 10. FIG. A unit pixel 700 of this embodiment has the same configuration as the unit pixel 100 of FIG. Differs from one embodiment. That is, the unit pixel 700 has components for two pixels in the first embodiment.

図8の上側に示す第1の画素構成部は第1のAPD101、第1のクエンチ抵抗102、第1の波形整形回路103、出力切替部701、第1のカウンタ702を有し、常時読み出される画素に対応している。一方、図8の下側に示す第2の画素構成部は第2のAPD101、第2のクエンチ抵抗102、第2の波形整形回路103、AND素子703、OR素子704、第2のカウンタ702を有し、間引き対象の画素に対応している。 The first pixel configuration section shown on the upper side of FIG. 8 has a first APD 101, a first quench resistor 102, a first waveform shaping circuit 103, an output switching section 701, and a first counter 702, and is always read out. corresponds to pixels. On the other hand, the second pixel configuration portion shown on the lower side of FIG. and correspond to pixels to be thinned out.

第1のカウンタ702にはイネーブル信号CNT_ENと、リセット信号SRESET0と、出力切替部701の出力信号が入力される。第1のカウンタ702にはリセット信号SRESET0でゼロがロードされる。出力切替部701は波形整形回路103の出力先を切り替えて、第1のカウンタ702またはOR素子704に信号を出力する。 The enable signal CNT_EN, the reset signal SRESET0, and the output signal of the output switching unit 701 are input to the first counter 702 . The first counter 702 is loaded with zero by the reset signal SRESET0. The output switching unit 701 switches the output destination of the waveform shaping circuit 103 and outputs a signal to the first counter 702 or the OR element 704 .

また第2のカウンタ702にはイネーブル信号CNT_ENと、リセット信号SRESET1と、OR素子704の出力信号が入力される。第2のカウンタ702にはリセット信号SRESET1でゼロがロードされる。AND素子703は間引き読み出しモードかどうかに応じた制御を行うための論理素子である。OR素子704は出力切替部701の出力とAND素子703の出力との論理和演算を行う論理素子である。 Also, the enable signal CNT_EN, the reset signal SRESET1, and the output signal of the OR element 704 are input to the second counter 702 . The second counter 702 is loaded with zero by the reset signal SRESET1. An AND element 703 is a logic element for performing control according to whether or not the thinning readout mode is set. An OR element 704 is a logic element that performs a logical sum operation between the output of the output switching section 701 and the output of the AND element 703 .

各部の動作について説明する。第1の画素構成部の出力切替部701は、制御部305から出力される選択信号CNT_SELに基づいて、第1の波形整形回路103の出力を2つあるカウンタ702のどちらに出力するかを切り替える。選択信号CNT_SELの信号レベルがLであるときに出力切替部701は、第1のカウンタ702にパルスを出力する。また出力切替部701は選択信号CNT_SELの信号レベルがHであるときにOR素子704を介して第2のカウンタ702にパルスを出力する。 The operation of each part will be described. The output switching unit 701 of the first pixel configuration unit switches which of the two counters 702 to output the output of the first waveform shaping circuit 103 based on the selection signal CNT_SEL output from the control unit 305. . When the signal level of the selection signal CNT_SEL is L, the output switching section 701 outputs a pulse to the first counter 702 . Also, the output switching unit 701 outputs a pulse to the second counter 702 via the OR element 704 when the signal level of the selection signal CNT_SEL is H.

AND素子703には、間引きモードであることを示す制御信号MBK_ENと、第2の波形整形回路103の出力が入力される。AND素子703は、制御信号MBK_ENの信号レベルがHであるときに間引き対象の画素に対応した第2の波形整形回路103の出力をマスクする。またAND素子703は、制御信号MBK_ENの信号レベルがLのときに第2の波形整形回路103の出力をそのまま通過させてOR素子704に出力する。 A control signal MBK_EN indicating the thinning mode and the output of the second waveform shaping circuit 103 are input to the AND element 703 . The AND element 703 masks the output of the second waveform shaping circuit 103 corresponding to the pixels to be thinned out when the signal level of the control signal MBK_EN is H. When the signal level of the control signal MBK_EN is L, the AND element 703 passes the output of the second waveform shaping circuit 103 as it is and outputs it to the OR element 704 .

OR素子704には、出力切替部701からの出力と、AND素子703の出力とが入力される。OR素子704は、選択信号CNT_SELに基づいて動作する出力切替部701の出力と、第2の波形整形回路103に基づくパルスとの論理和演算の結果を表す信号を第2のカウンタ702に出力する。 The output from the output switching section 701 and the output from the AND element 703 are input to the OR element 704 . The OR element 704 outputs to the second counter 702 a signal representing the result of the OR operation between the output of the output switching section 701 operating based on the selection signal CNT_SEL and the pulse based on the second waveform shaping circuit 103 . .

図9を参照して、カウンタ702の構成を説明する。第1および第2のカウンタ702は同じ構成であるため、まとめて説明する。図2に示す構成との相違点は、第1実施形態で説明したカウンタ選択部402が、カウンタ選択部1002に変更されている点である。 The configuration of the counter 702 will be described with reference to FIG. Since the first and second counters 702 have the same configuration, they will be described together. A difference from the configuration shown in FIG. 2 is that the counter selection unit 402 described in the first embodiment is changed to a counter selection unit 1002 .

カウンタ選択部1002には加算部401の出力と、データ0が入力され、リセット信号SRESET(SRESET0またはSRESET1)に応じて選択される信号をFF400に出力する。カウンタ選択部1002はリセット信号SRESETが入力されると、不図示のクロックに同期してデータ0を選択する。それにより、FF400に保持されている値をゼロに設定する制御が行われる。またカウンタ選択部1002は、リセット信号SRESETが入力されないときには加算部401の出力を選択してFF400に出力する。 The output of the addition unit 401 and data 0 are input to the counter selection unit 1002 , and a signal selected according to the reset signal SRESET (SRESET0 or SRESET1) is output to the FF 400 . When the reset signal SRESET is input, the counter selection unit 1002 selects data 0 in synchronization with a clock (not shown). Thereby, control is performed to set the value held in the FF 400 to zero. Further, the counter selection unit 1002 selects the output of the addition unit 401 and outputs it to the FF 400 when the reset signal SRESET is not input.

次に図10を参照して、撮像素子800の構成について説明する。第1実施形態で説明した撮像素子300との相違点は、奇数行と偶数行の画素をそれぞれ、列単位に2画素ずつ、つまり第1および第2の画素構成部を有する単位画素700で構成している点である。例えば、図10に示す6個の単位画素700のうち、上側の左端に示す単位画素700は、図3に示す12個の単位画素100のうち、第1行および第2行の左端に示す2個の単位画素に対応している。制御部305は制御信号MBK_EN、選択信号CNT_SEL、リセット信号SRESET0およびSRESET1の各信号を単位画素700にそれぞれ出力する。 Next, referring to FIG. 10, the configuration of the imaging device 800 will be described. The difference from the imaging element 300 described in the first embodiment is that the pixels in each of the odd-numbered rows and the even-numbered rows are each composed of two pixels per column, that is, the unit pixels 700 having first and second pixel configuration portions. It is the point that For example, among the six unit pixels 700 shown in FIG. 10, the unit pixel 700 shown at the upper left end is the unit pixel 700 shown at the left end of the first row and the second row among the twelve unit pixels 100 shown in FIG. It corresponds to one unit pixel. The control unit 305 outputs the control signal MBK_EN, the selection signal CNT_SEL, and the reset signals SRESET0 and SRESET1 to the unit pixel 700, respectively.

図11のタイミングチャートを参照して、撮像素子800の間引き読み出し動作を説明する。図11は1つの単位画素700における撮像駆動を示しており、撮像駆動を複数の単位画素700にて並行して行うことにより光学像がデジタル信号に変換される。図11に示す記号については、図4で使用した表記法を踏襲する。 The thinning readout operation of the image sensor 800 will be described with reference to the timing chart of FIG. FIG. 11 shows imaging driving in one unit pixel 700. By performing imaging driving in parallel in a plurality of unit pixels 700, an optical image is converted into a digital signal. The symbols shown in FIG. 11 follow the notation used in FIG.

図11に示す時刻t900から時刻t909は、単位画素700の駆動に関する各種のタイミングを表している。時刻t900から時刻t902までの期間は初期化期間であり、時刻t902から時刻t903までの期間は第1の撮像期間である(第1フレーム)。時刻t903から時刻t906までの期間は第1の読み出しおよび初期化期間である。時刻t906から時刻t907までの期間は第2の撮像期間である(第2フレーム)。時刻t907以降の所定期間は第2の読み出しおよび初期化期間である。 Time t900 to time t909 shown in FIG. 11 represent various timings related to the driving of the unit pixel 700. FIG. A period from time t900 to time t902 is an initialization period, and a period from time t902 to time t903 is a first imaging period (first frame). The period from time t903 to time t906 is the first read and initialization period. A period from time t906 to time t907 is a second imaging period (second frame). A predetermined period after time t907 is a second reading and initialization period.

CNT00に対応する単位画素700において、常時読み出しを行う第1の画素構成部が有する第1のAPD101およびクエンチ抵抗102により生成される波形をAPD00で表す。第1の波形整形回路103から出力される電圧パルスを同様にPLS00で表す。 In the unit pixel 700 corresponding to CNT00, APD00 represents a waveform generated by the first APD 101 and the quench resistor 102 of the first pixel configuration portion that performs constant readout. Similarly, the voltage pulse output from the first waveform shaping circuit 103 is represented by PLS00.

時刻t900は単位画素700におけるFF400の値を初期化するタイミングであって、奇数行の同期リセットを行うリセット信号SRESET0の信号レベルがHとなる。この時、CNT00~CNT32の値はX(不定)である。また、間引き読み出しモードの設定として制御信号MBK_ENの信号レベルが時刻t900からHに設定される。 Time t900 is the timing for initializing the value of FF 400 in unit pixel 700, and the signal level of reset signal SRESET0 for synchronous resetting of odd rows becomes H. At this time, the values of CNT00 to CNT32 are X (undefined). Further, the signal level of the control signal MBK_EN is set to H from time t900 as the setting of the thinning readout mode.

時刻t901において、不図示のクロックに同期して1行目のCNT00~CNT02および3行目のCNT20~CNT22を出力しているカウンタのFF400にはゼロがロードされ、リセット信号SRESET0の信号レベルがLとなる。 At time t901, zero is loaded into FF400 of the counter that outputs CNT00 to CNT02 on the first row and CNT20 to CNT22 on the third row in synchronization with a clock (not shown), and the signal level of the reset signal SRESET0 becomes L. becomes.

時刻t902では初期化期間が完了し、イネーブル信号CNT_ENの信号レベルがHとなり、露光期間が開始する。APD101に光が入射され、電圧パルスPLS00が立ち上がることで、略同一のタイミングでCNT00の値は初期値に対して1を加算した値に変化する。1行目のCNT01、CNT02および3行目のCNT20からCNT22においても対応する画素構成部のAPD101の変化によって同様の処理が行われる。 At time t902, the initialization period is completed, the signal level of the enable signal CNT_EN becomes H, and the exposure period starts. When light is incident on the APD 101 and the voltage pulse PLS00 rises, the value of CNT00 changes to a value obtained by adding 1 to the initial value at substantially the same timing. Similar processing is performed for CNT01 and CNT02 on the first row and CNT20 to CNT22 on the third row by changing the APD 101 of the corresponding pixel configuration portion.

時刻t903ではイネーブル信号CNT_ENの信号レベルがLとなり、露光期間が完了する。CNT00~CNT02の計数結果はC00~C02として、またCNT20~CNT22の計数結果はC20~C22として読み出しが開始される。1行目のスイッチ素子301が有効(ON)となると、各列の垂直伝送路にCNT00~CNT02の値が出力される。以降、1列目のスイッチ素子303から3列目のスイッチ素子303が順次に有効(ON)になることで1行目の画素データが水平伝送路に出力される。これ以降、4行目まで同様の動作が行われる。画素データはラインメモリ309および圧縮部306に出力される。 At time t903, the signal level of the enable signal CNT_EN becomes L, and the exposure period is completed. Reading out of the count results of CNT00 to CNT02 is started as C00 to C02, and the count result of CNT20 to CNT22 is started as C20 to C22. When the switch element 301 in the first row is enabled (ON), the values of CNT00 to CNT02 are output to the vertical transmission lines of each column. Thereafter, the switch elements 303 in the first column to the switch elements 303 in the third column are sequentially enabled (ON), thereby outputting the pixel data of the first row to the horizontal transmission line. After that, the same operation is performed up to the fourth line. The pixel data are output to the line memory 309 and compression section 306 .

本実施形態では、第1実施形態とは異なり、1フレーム目では偶数行の計数結果がゼロとならない。そのため、奇数行の出力についてはラインメモリ309からの出力との差分を算出せずに、奇数行の出力を量子化部500に入力することでフレーム内圧縮を行う事が可能となる。あるいは、時刻t900でリセット信号SRESET1の信号レベルをHに設定し、時刻t901で当該信号レベルをLとすることで、奇数行と同様に偶数行の初期化処理が可能である。 In this embodiment, unlike the first embodiment, the counting result of the even-numbered rows does not become zero in the first frame. Therefore, it is possible to perform intra-frame compression by inputting the odd-numbered row output to the quantization unit 500 without calculating the difference between the odd-numbered row output and the output from the line memory 309 . Alternatively, by setting the signal level of the reset signal SRESET1 to H at time t900 and setting the signal level to L at time t901, even-numbered rows can be initialized in the same manner as odd-numbered rows.

時刻t904ではリセット信号SRESET1の信号レベルがHとなり、偶数行の初期化が開始される。またCNT_SELの信号レベルがHに設定されることで、計数先が間引かれる画素(第2の画素構成部)に対応した第2のカウンタのFF400に変更される。時刻t905において、不図示のクロックに同期して2行目のCNT10~CNT12および4行目のCNT30~CNT32を出力しているカウンタのFF400にはゼロがロードされ、リセット信号SRESET1の信号レベルがLとなる。 At time t904, the signal level of the reset signal SRESET1 becomes H, and initialization of the even-numbered rows is started. Also, by setting the signal level of CNT_SEL to H, the count destination is changed to FF400 of the second counter corresponding to the pixels to be thinned out (second pixel component). At time t905, zero is loaded into the FF400 of the counter that outputs CNT10 to CNT12 on the second row and CNT30 to CNT32 on the fourth row in synchronization with a clock (not shown), and the signal level of the reset signal SRESET1 becomes L. becomes.

時刻t906では、時刻t902と同様にイネーブル信号CNT_ENの信号レベルがHとなり、露光期間が開始する。APD101に光が入射されて電圧パルスPLS00が立ち上がることで、略同一のタイミングでCNT10の値は初期値に対して1を加算した値に変化する。2行目のCNT11、CNT12および4行目のCNT30~CNT32においても対応する第2の画素構成部のAPD101の変化によって同様に処理が行われる。 At time t906, the signal level of the enable signal CNT_EN becomes H as at time t902, and the exposure period starts. When light is incident on the APD 101 and the voltage pulse PLS00 rises, the value of the CNT 10 changes to a value obtained by adding 1 to the initial value at substantially the same timing. CNT11 and CNT12 on the second row and CNT30 to CNT32 on the fourth row are processed in the same way by changing the APD 101 of the corresponding second pixel configuration portion.

時刻t907で露光期間が完了し、イネーブル信号CNT_ENの信号レベルがLとなり、読み出しが開始される。時刻t903では1行目から4行目のカウンタのFF400の出力について順次転送が行われたが、2フレーム目では2行目、1行目、4行目、3行目の順番で読み出す制御が行われる。その理由は、1フレーム目では奇数行が現フレームの計数結果であるのに対して、2フレーム目では計数先のFF400が偶数行の画素に対応したFF400に代わっているためである。このように制御することで、READ_DATAに出力されるデータの並びを、毎フレームで揃えることが可能となる。 At time t907, the exposure period is completed, the signal level of the enable signal CNT_EN becomes L, and reading is started. At time t903, the first to fourth row counter FF 400 outputs were sequentially transferred. done. The reason for this is that, in the first frame, the odd rows are the counting result of the current frame, whereas in the second frame, the FFs 400 that are counting destinations are replaced with the FFs 400 corresponding to the pixels in the even rows. By controlling in this way, it is possible to align the data output to READ_DATA for each frame.

時刻t908では選択信号CNT_SELの信号レベルがLとなり、またリセット信号SRESET0の信号レベルがHとなり、初期化が開始される。時刻t909では、1行目および3行目の各カウンタのFF400にゼロが設定され、リセット信号SRESET0の信号レベルがLとなる。以降、説明を行った時刻t902から時刻t909での動作制御が繰り返し行われる。 At time t908, the signal level of the selection signal CNT_SEL becomes L, the signal level of the reset signal SRESET0 becomes H, and initialization starts. At time t909, the FF400 of each counter in the first and third rows is set to zero, and the signal level of the reset signal SRESET0 becomes L. Thereafter, the operation control from time t902 to time t909 described above is repeated.

本実施形態では、計数先であるカウンタをフレーム単位で切り替える制御が行われる。よって、第1実施形態と同様に撮像素子の信号の間引き読み出しにおいてフレームメモリを有することなく、前フレームと現フレームの計数結果を1フレームのデータの中で読み出すことが可能となる。 In the present embodiment, control is performed to switch the counter, which is the counting destination, on a frame-by-frame basis. Therefore, as in the first embodiment, the counting results of the previous frame and the current frame can be read out in one frame of data without using a frame memory for thinning out the signals of the image sensor.

[その他の実施形態]
前記実施形態では奇数行と偶数行について同時に信号を読み出し、撮像素子の出力前の圧縮部でライン間のデータを参照し、前フレームのデータを出力しないことで間引いて撮像素子から出力している。しかしながら、本発明は消費電力の低減等を目的としてデータ圧縮を行う場合のみに適用されるものではない。例えば偶数フレームでは長秒露光を行い、奇数フレームでは短秒露光を行う実施形態にて、HDR(ハイダイナミックレンジ)処理のように暗部と明部での画像データを画像合成部により合成することで情報量を削減してもよい。
[Other embodiments]
In the above-described embodiment, signals are read out simultaneously for odd-numbered rows and even-numbered rows, data between lines are referred to in the compression unit before output from the image sensor, and the data of the previous frame is thinned out and output from the image sensor by not outputting the data. . However, the present invention is not applied only to data compression for the purpose of reducing power consumption. For example, in an embodiment in which long-time exposure is performed in even-numbered frames and short-time exposure is performed in odd-numbered frames, image data in dark and bright areas are synthesized by an image synthesizing unit like HDR (high dynamic range) processing. The amount of information may be reduced.

HDR処理はダイナミックレンジを拡大する処理として周知技術であるので、簡単な説明のみ行う。まず、撮像部における短秒露光時間をt1と表記し、長秒露光時間をt2と表記する。この場合、短秒露光によって取得された信号に対してt2/t1に相当するゲイン値を乗算する処理が行われる。次に画素値を上限値と比較する処理が行われる。例えば、画素値の上限値を12ビット相当の値とする。長秒露光によって取得された画像の画素値が上限値を超えている場合に、短秒露光により取得された信号に対して前記ゲイン値を乗算した画像の画素値を選択する処理が行われる。また長秒露光によって取得された画像の画素値が上限値以下である場合には、当該長秒露光による画像の画素値を選択する処理が行われる。 HDR processing is a well-known technique for expanding the dynamic range, so only a brief description will be given. First, the short-second exposure time in the imaging unit is denoted as t1, and the long-second exposure time is denoted as t2. In this case, a process of multiplying the signal acquired by short-second exposure by a gain value corresponding to t2/t1 is performed. Next, a process of comparing the pixel value with the upper limit value is performed. For example, the upper limit of pixel values is set to a value corresponding to 12 bits. When the pixel value of the image obtained by the long-second exposure exceeds the upper limit value, the process of selecting the pixel value of the image obtained by multiplying the signal obtained by the short-second exposure by the gain value is performed. Further, when the pixel values of the image obtained by the long-second exposure are equal to or less than the upper limit value, a process of selecting the pixel values of the image obtained by the long-second exposure is performed.

前記実施形態では画素部のカウンタが備えるFF400からなるレジスタ群を用いる構成を説明した。つまり、レジスタ群は、画素アレイにおける行方向または列方向にて周期的に配列される複数の画素部に対応しており、各画素部が有するカウンタのフリップフロップによって構成される。本発明の技術的範囲はこのような例に限定されない。信号の計数値を保持可能な各種の記憶素子(SRAM等)を用いてレジスタ群を構成した実施形態が可能である。 In the above embodiment, the configuration using the register group composed of the FFs 400 included in the counter of the pixel unit has been described. In other words, the register group corresponds to a plurality of pixel portions periodically arranged in the row direction or the column direction in the pixel array, and is composed of counter flip-flops included in each pixel portion. The technical scope of the present invention is not limited to such examples. An embodiment is possible in which the register group is configured using various storage elements (SRAM, etc.) capable of holding the count value of the signal.

また、前記実施形態では撮像素子300が内部に信号処理部(圧縮部306)を備える構成例を示した。本発明はこの例に限定されず、撮像素子300の外部に信号処理部を設けた構成に適用可能である。あるいは積層型撮像素子において、撮像層の基板部が多数の単位画素100または700からなる画素アレイを備え、回路層の基板部が信号処理部を備える構成に適用できる。 Further, in the above-described embodiment, the configuration example in which the image sensor 300 includes a signal processing unit (compression unit 306) inside has been shown. The present invention is not limited to this example, and can be applied to a configuration in which a signal processing section is provided outside the imaging device 300. FIG. Alternatively, in a stacked-type imaging device, the substrate portion of the imaging layer includes a pixel array composed of a large number of unit pixels 100 or 700, and the substrate portion of the circuit layer includes a signal processing portion.

瞳分割型撮像素子を備える撮像装置への適用例では、各画素部がマイクロレンズと、該マイクロレンズを介して受光して光電変換を行う複数の光電変換部を有する。例えば、第1および第2の光電変換部を有する2分割の構成では、第1のレジスタ群は、複数の第1の光電変換部にそれぞれ対応する複数のカウンタが備えるレジスタにより構成される。第2のレジスタ群は、複数の第2の光電変換部にそれぞれ対応する複数のカウンタが備えるレジスタにより構成される。撮像面位相差検出により算出されるデフォーカス量に基づく焦点調節を行うことや、第1および第2の光電変換部の各出力に基づいて視点の異なる複数の画像信号を取得して立体視表示等を行うことができる。 In an example of application to an imaging device having a split-pupil imaging device, each pixel unit has a microlens and a plurality of photoelectric conversion units that receive light through the microlens and perform photoelectric conversion. For example, in a two-part configuration having first and second photoelectric conversion units, the first register group is composed of registers provided with a plurality of counters respectively corresponding to the plurality of first photoelectric conversion units. The second register group is configured by registers included in a plurality of counters respectively corresponding to the plurality of second photoelectric conversion units. Performing focus adjustment based on the defocus amount calculated by imaging plane phase difference detection, acquiring a plurality of image signals from different viewpoints based on each output of the first and second photoelectric conversion units, and performing stereoscopic display. etc.

前記実施形態によれば、画素アレイの構成要素である単位画素がそれぞれ1bit型AD変換部とカウンタを有する撮像装置において、全画素における一部の画素群から信号の読み出しを行うモードにて回路規模の増大と製造コストの上昇を抑制できる。撮像画像に係る現フレームおよび前フレームの信号を参照することによって、データ圧縮や画像合成等に代表される信号処理が可能な撮像装置を提供できる。 According to the above-described embodiment, in an imaging device in which each unit pixel, which is a constituent element of a pixel array, has a 1-bit type AD converter and a counter, a circuit scale is set in a mode in which signals are read out from some pixel groups in all pixels. It is possible to suppress the increase in the production cost and the increase in the production cost. By referring to the signals of the current frame and the previous frame related to the captured image, it is possible to provide an imaging device capable of signal processing represented by data compression, image synthesis, and the like.

100,700 単位画素
101 APD(アバランシェフォトダイオード)
104,702 カウンタ
300,800 撮像素子
305 制御部
306 圧縮部

100,700 unit pixel 101 APD (avalanche photodiode)
104,702 counter 300,800 image sensor 305 control unit 306 compression unit

Claims (11)

複数の画素部を有する撮像素子を備える撮像装置であって、
前記画素部が有するアバランシェ効果を用いた光電変換部の出力から生成される信号を計数して保持する計数手段と、
前記計数手段を制御する制御手段と、
前記計数手段の出力を用いて信号処理を行う信号処理手段と、を備え、
複数の前記光電変換部のうち、第1の光電変換部の信号を読み出し、第2の光電変換部の信号を読み出さないことで前記光電変換部の出力に基づく信号に対する間引き読み出し動作を行うモードにて前記制御手段は、前記第1の光電変換部に対応する第1の前記計数手段によって撮像画像に係る現フレームでの第1の計数値を保持し、前記第2の光電変換部に対応する第2の前記計数手段によって前記撮像画像に係る前フレームでの前記第1の計数値に相当する第2の計数値を保持する制御を行い、
前記信号処理手段は、前記第1および第2の計数値を用いて信号処理を行う
ことを特徴とする撮像装置。
An imaging device comprising an imaging element having a plurality of pixel units,
counting means for counting and holding a signal generated from an output of a photoelectric conversion unit using an avalanche effect of the pixel unit;
a control means for controlling the counting means;
A signal processing means for performing signal processing using the output of the counting means,
A mode is set in which the signal of the first photoelectric conversion unit among the plurality of photoelectric conversion units is read and the signal of the second photoelectric conversion unit is not read, thereby performing a thinning readout operation for the signal based on the output of the photoelectric conversion unit. The control means holds a first count value in the current frame of the captured image by the first counting means corresponding to the first photoelectric conversion section, and the second counting means corresponds to the second photoelectric conversion section. performing control to hold a second count value corresponding to the first count value in the previous frame of the captured image by the second counting means;
The imaging apparatus, wherein the signal processing means performs signal processing using the first and second count values.
前記撮像素子は前記複数の画素部が配置された画素アレイを有し、
前記計数手段は前記計数値を保持するレジスタを有しており、
第1のレジスタ群は、前記画素アレイにおける第1の行または列に属する複数の画素部に対応する前記計数手段が有する前記レジスタにより構成され、
第2のレジスタ群は、前記画素アレイにおける第2の行または列に属する複数の画素部に対応する前記計数手段が有する前記レジスタにより構成され、
前記モードにて、前記第1のレジスタ群は前記第1の計数値をそれぞれ保持し、前記第2のレジスタ群は前記第2の計数値をそれぞれ保持する
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The imaging element has a pixel array in which the plurality of pixel units are arranged,
the counting means has a register holding the count value;
a first register group comprising the registers of the counting means corresponding to a plurality of pixel portions belonging to a first row or column in the pixel array;
a second register group comprising the registers of the counting means corresponding to a plurality of pixel portions belonging to a second row or column in the pixel array;
2. The method of claim 1, wherein in said mode said first register group holds said first count value respectively and said second register group holds said second count value respectively. imaging device.
前記制御手段は、前記画素部に対するリセットのタイミングを制御し、前記第1のレジスタ群が保持する複数の前記第1の計数値を前記第2のレジスタ群に転送する
ことを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
3. The control means controls reset timing for the pixel section, and transfers the plurality of the first count values held by the first register group to the second register group. 3. The imaging device according to 2.
前記制御手段は、前記計数手段に対して、計数の動作を制御する信号、またはデータのロードを行う信号を出力して前記計数値の初期化または設定を行う
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の撮像装置。
2. The control means initializes or sets the count value by outputting a signal for controlling counting operation or a signal for loading data to the counting means. 4. The imaging device according to any one of 3.
前記画素部はそれぞれ複数の前記光電変換部および複数の前記計数手段と、前記光電変換部から出力される信号をフレームごとに切り替えて複数の前記計数手段に出力する切替手段を有し、
前記制御手段は前記切替手段を制御することによって、複数の前記光電変換部のうち、前記第1の光電変換部からの信号を、複数の前記計数手段のうちの第1の計数手段へ出力するか、または前記第1の光電変換部からの信号を、複数の前記計数手段のうちの第2の計数手段へ出力する
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
each of the pixel units includes a plurality of photoelectric conversion units, a plurality of counting means, and a switching means for switching a signal output from the photoelectric conversion unit for each frame and outputting the signal to the plurality of counting means;
The control means outputs a signal from the first photoelectric conversion section among the plurality of photoelectric conversion sections to the first counting section among the plurality of counting sections by controlling the switching section. 2. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the signal from the first photoelectric conversion unit is output to second counting means among the plurality of counting means.
前記モードにて前記制御手段は前記画素部に制御信号を出力し、前記第2の光電変換部からの信号が前記第2の計数手段に入力されない制御を行う
ことを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。
6. The method according to claim 5, wherein in said mode, said control means outputs a control signal to said pixel section, and performs control such that a signal from said second photoelectric conversion section is not inputted to said second counting means. The imaging device described.
前記信号処理手段は、前記第1および第2の計数値を取得して、画像データの圧縮を行い、またはダイナミックレンジを拡大する処理を行う
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の撮像装置。
7. The signal processing means according to any one of claims 1 to 6, wherein the signal processing means obtains the first and second count values and compresses the image data or performs processing for expanding a dynamic range. 10. The image pickup device according to claim 1.
前記画素部は前記光電変換部および計数手段を有し、
前記第1および第2のレジスタ群は、前記画素アレイにおける行方向または列方向にて周期的に配列される複数の前記画素部に対応している
ことを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
The pixel unit has the photoelectric conversion unit and counting means,
3. The imaging according to claim 2, wherein the first and second register groups correspond to the plurality of pixel units periodically arranged in the row direction or the column direction in the pixel array. Device.
前記画素部はマイクロレンズと、該マイクロレンズを介して受光して光電変換を行う前記第1および第2の光電変換部を有し、
前記第1のレジスタ群は、複数の前記第1の光電変換部にそれぞれ対応する複数の前記計数手段が有するレジスタにより構成され、前記第2のレジスタ群は、複数の前記第2の光電変換部にそれぞれ対応する複数の前記計数手段が有するレジスタにより構成される
ことを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
The pixel section has a microlens and the first and second photoelectric conversion sections that perform photoelectric conversion by receiving light through the microlens,
The first register group includes registers included in the plurality of counting means corresponding to the plurality of first photoelectric conversion units, and the second register group includes the plurality of second photoelectric conversion units. 3. The image pickup apparatus according to claim 2, wherein the register comprises a plurality of registers of the counting means respectively corresponding to .
記撮像素子は、前記信号処理手段を備える
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の撮像装置。
The image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 9 , wherein the image pickup element includes the signal processing means.
複数の画素部を有する撮像素子を備える撮像装置にて実行される制御方法であって、
前記撮像装置は、
前記画素部が有するアバランシェ効果を用いた光電変換部の出力から生成される信号を計数して保持する計数手段と、
前記計数手段を制御する制御手段と、
前記計数手段の出力を用いて信号処理を行う信号処理手段と、を備え、
前記制御方法は、
複数の前記光電変換部のうち、第1の光電変換部の信号を読み出し、第2の光電変換部の信号を読み出さないことで前記光電変換部の出力に基づく信号に対する間引き読み出し動作を行うモードにて前記制御手段が、前記第1の光電変換部に対応する第1の前記計数手段によって撮像画像に係る現フレームでの第1の計数値を保持し、前記第2の光電変換部に対応する第2の前記計数手段によって前記撮像画像に係る前フレームでの前記第1の計数値に相当する第2の計数値を保持する制御を行う工程と、
前記信号処理手段が前記第1および第2の計数値を用いて信号処理を行う工程と、を有する
ことを特徴とする撮像装置の制御方法。
A control method executed by an imaging device including an imaging device having a plurality of pixel units,
The imaging device is
counting means for counting and holding a signal generated from an output of a photoelectric conversion unit using an avalanche effect of the pixel unit;
a control means for controlling the counting means;
A signal processing means for performing signal processing using the output of the counting means,
The control method is
A mode is set in which the signal of the first photoelectric conversion unit among the plurality of photoelectric conversion units is read and the signal of the second photoelectric conversion unit is not read, thereby performing a thinning readout operation for the signal based on the output of the photoelectric conversion unit. and the control means holds a first count value in the current frame of the captured image by the first counting means corresponding to the first photoelectric conversion section, and corresponding to the second photoelectric conversion section. a step of controlling to hold a second count value corresponding to the first count value in the previous frame of the captured image by the second counting means;
and a step of performing signal processing by the signal processing means using the first and second count values.
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