JP7449663B2 - 固体撮像素子、撮像装置、および、固体撮像素子の制御方法 - Google Patents
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Description
1.第1の実施の形態(比較結果に基づいて計数する例)
2.第2の実施の形態(比較結果に基づいて計数値を増分または減分する例)
3.第3の実施の形態(参照信号との比較結果、または、電圧との比較結果に基づいて計数する例)
4.第4の実施の形態(スキャン方式)
5.移動体への応用例
[撮像装置の構成例]
図1は、本技術の第1の実施の形態における撮像装置100の一構成例を示すブロック図である。この撮像装置100は、撮像レンズ110、固体撮像素子200、記録部120および制御部130を備える。撮像装置100としては、産業用ロボットに搭載されるカメラや、車載カメラなどが想定される。
図2は、本技術の第1の実施の形態における固体撮像素子200の積層構造の一例を示す図である。この固体撮像素子200は、回路チップ202と、その回路チップ202に積層された受光チップ201とを備える。これらのチップは、ビアなどの接続部を介して電気的に接続される。なお、ビアの他、Cu-Cu接合やバンプにより接続することもできる。
図4は、本技術の第1の実施の形態における画素300の一構成例を示すブロック図である。この画素300は、電圧比較部400、計数部310、転送部380および初期化制御部390を備える。
図5は、本技術の第1の実施の形態における電圧比較部400の一構成例を示す回路図である。この電圧比較部400は、対数応答部410、バッファ420、微分回路430およびコンパレータ440を備える。
図7は、本技術の第1の実施の形態における計数部310の一構成例を示すブロック図である。この計数部310は、上限側カウンタ320および下限側カウンタ330を備える。上限側カウンタ320および下限側カウンタ330として、例えば、バイナリカウンタが用いられる。また、制御回路211からの制御信号SWは、上限側のN(Nは、整数)ビットの制御信号SW+と下限側のN(Nは、整数)ビットの制御信号SW-とを含む。これらのうち、制御信号SW+は上限側カウンタ320に入力され、制御信号SW-は下限側カウンタ330に入力される。
図8は、本技術の第1の実施の形態における上限側カウンタ320および下限側カウンタ330の一構成例を示すブロック図である。同図におけるaは、上限側カウンタ320の一構成例を示すブロック図であり、同図におけるbは、下限側カウンタ330の一構成例を示すブロック図である。
図13は、本技術の第1の実施の形態における固体撮像素子200の動作の一例を示すフローチャートである。この動作は、例えば、アドレスイベントを検出するための所定のアプリケーションが実行された際に開始される。
上述の第1の実施の形態では、コンパレータ440は、上限電圧および下限電圧の両方を、微分信号Voutと比較していたが、可変電圧と微分信号Voutとを比較することもできる。この第1の実施の形態の第1の変形例のコンパレータ440は、可変電圧と微分信号Voutとを比較する点において第1の実施の形態と異なる。
上述の第1の実施の形態では、画素300ごとに計数部310を配置していたが、画素数が多くなるほど、計数部310の個数が多くなり、固体撮像素子200の回路規模が増大するおそれがある。この第1の実施の形態の第2の変形例の固体撮像素子200は、複数の画素300が、計数部310を共有する点において第1の実施の形態と異なる。
上述の第1の実施の形態の第2の変形例では、コンパレータ440は、上限電圧および下限電圧の両方を、微分信号Voutと比較していたが、可変電圧と微分信号Voutとを比較することもできる。この第1の実施の形態の第3の変形例は、第2の変形例に第1の変形例をさらに適用したものである。
上述の第1の実施の形態では、微分信号Voutが上限電圧より高くなった回数と、微分信号が上限電圧より低くなった回数とを上限側カウンタ320および下限側カウンタ330により個別に計数していた。ただし、この構成では、蛍光灯などでフリッカが生じた際に、フリッカによる周期的な明暗の変化をアドレスイベントして検出してしまい、アドレスイベントの検出回数が増大するおそれがある。この第2の実施の形態の計数部310は、アップダウンカウンタを配置してフリッカの影響を抑制した点において第1の実施の形態と異なる。
上述の第2の実施の形態では、コンパレータ440は、上限電圧および下限電圧の両方を、微分信号Voutと比較していたが、可変電圧と微分信号Voutとを比較することもできる。この第2の実施の形態の変形例は、第2の実施の形態に第1の実施の形態の第1の変形例をさらに適用したものである。
上述の第1の実施の形態では、固体撮像素子200がアドレスイベントの検出のみを行っていたが、交通事故の状況の記録などの用途で画像データの撮像が要求されることがある。この第3の実施の形態の固体撮像素子200は、画像データをさらに撮像する点において第1の実施の形態と異なる。
上述の第3の実施の形態では、計数部310は、Nビットの計数値CNT(すなわち、画素データ)を出力していたが、Nビットでは、画素データのデータサイズが不足することがある。そこで、この第3の実施の形態の第1の変形例の計数部310は、画素データのサイズを拡大して、データサイズの不足を解消した点において、第3の実施の形態と異なる。
[第2の変形例]
上述の第3の実施の形態の第1の変形例では、計数部310は、2Nビットの計数値CNT(すなわち、画素データ)を出力していたが、2Nビットでは、画素データのデータサイズが不足することがある。そこで、この第3の実施の形態の第2の変形例の計数部310は、画素データのサイズをさらに拡大して、データサイズの不足を解消した点において、第3の実施の形態と異なる。
上述した第1構成例に係る撮像装置20は、非同期型の読出し方式にてイベントを読み出す非同期型の撮像装置である。但し、イベントの読出し方式としては、非同期型の読出し方式に限られるものではなく、同期型の読出し方式であってもよい。同期型の読出し方式が適用される撮像装置は、所定のフレームレートで撮像を行う通常の撮像装置と同じ、スキャン方式の撮像装置である。
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
(1)入射光の変化量に応じたアナログ信号と所定の電圧範囲の境界を示す所定電圧とを比較して比較結果を電圧比較結果として出力する電圧比較部と、
前記アナログ信号が前記電圧範囲外であることを示す前記電圧比較結果が出力されるたびに計数値を計数する計数部と
を具備する固体撮像素子。
(2)所定の制御信号を供給する制御回路をさらに具備し、
前記計数部は、前記制御信号に従って前記計数値を示す複数のビットのいずれかを選択して出力する
前記(1)記載の固体撮像素子。
(3)前記所定電圧は、前記電圧範囲の上限を示す上限電圧と前記電圧範囲の下限を示す下限電圧とを含み、
前記計数部は、
前記アナログ信号が前記上限電圧より高い旨を示す前記電圧比較結果が出力されるたびに計数値を計数する上限側カウンタと、
前記アナログ信号が前記下限電圧より低い旨を示す前記電圧比較結果が出力されるたびに計数値を計数する下限側カウンタと
を備える前記(2)記載の固体撮像素子。
(4)前記所定電圧は、互いに異なる上限電圧および下限電圧のいずれかに変動する可変電圧であり、
前記計数部は、
前記可変電圧の値を示す極性信号に従って前記電圧比較部と前記上限カウンタとの間の経路を開閉する上限側スイッチと、
前記極性信号に従って前記電圧比較部と前記下限カウンタとの間の経路を開閉する下限側スイッチと
をさらに備える
前記(3)記載の固体撮像素子。
(5)前記入射光の光量に応じた画素信号と所定の参照信号とを比較して比較結果を参照信号比較結果として出力する参照信号比較部をさらに具備し、
前記計数部は、
前記電圧比較結果と前記参照信号比較結果とのいずれかを選択する選択部と、
前記選択された比較結果に基づいて前記計数値を計数するカウンタと
を備える前記(1)記載の固体撮像素子。
(6)前記所定電圧は、前記電圧範囲の上限を示す上限電圧と前記電圧範囲の下限を示す下限電圧とを含み、
前記電圧比較結果は、前記上限電圧との比較結果を示す上限側比較結果と前記下限電圧との比較結果を示す下限側比較結果とを含み、
前記カウンタは、前段カウンタおよび後段カウンタを備え、
前記選択部は、
前記上限側比較結果および前記下限側比較結果の一方と前記参照信号比較結果とのいずれかを選択して前記前段カウンタに供給する前段セレクタと、
前記上限側比較結果および前記下限側比較結果の他方と前記前段カウンタの出力ビットとのいずれかを選択して前記後段カウンタに供給する後段セレクタと
を備える前記(5)記載の固体撮像素子。
(7)前記カウンタは、さらに予備カウンタを備える
前記(6)記載の固体撮像素子。
(8)前記予備カウンタは、前記後段カウンタの出力ビットに基づいて計数値を計数し、
前記後段セレクタと前記予備カウンタとの間の経路を開閉するスイッチをさらに具備する
前記(7)記載の固体撮像素子。
(9)前記予備カウンタは、前記前段セレクタと前記参照信号比較部との間に挿入される
前記(7)記載の固体撮像素子。
(10)所定の閾値を供給する制御回路と、
前記計数部は、
前記アナログ信号が前記電圧範囲外であることを示す前記電圧比較結果が出力されるたびに前記計数値を計数するカウンタと、
前記計数値と前記閾値とを比較する閾値比較部と
を備える前記(1)記載の固体撮像素子。
(11)前記所定電圧は、前記電圧範囲の上限を示す上限電圧と前記電圧範囲の下限を示す下限電圧とを含み、
前記カウンタは、
前記アナログ信号が前記上限電圧より高い旨を示す前記電圧比較結果が出力された場合には前記計数値に対して増分処理および減分処理の一方を行い、前記アナログ信号が前記下限電圧より低い旨を示す前記電圧比較結果が出力された場合には、前記計数値に対して前記増分処理および前記減分処理の他方を行う
前記(10)記載の固体撮像素子。
(12)前記所定電圧は、互いに異なる上限電圧および下限電圧のいずれかに変動する可変電圧であり、
前記カウンタは、前記可変電圧の値を示す極性信号と前記電圧比較結果とに基づいて前記増分処理および前記減分処理の一方を行う
前記(11)記載の固体撮像素子。
(13)前記電圧比較部は、複数の画素のそれぞれに配置され、
前記計数部は、前記複数の画素を配列した画素ブロックに配置され、
前記計数部は、
前記複数の画素のそれぞれに対応する前記電圧比較結果を処理する比較結果処理部と、
前記比較結果処理部の処理結果に基づいて前記計数値を計数するカウンタと
を備える前記(1)から(12)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(14)前記所定電圧は、互いに異なる上限電圧および下限電圧のいずれかに変動する可変電圧であり、
前記比較結果処理部は、
前記上限電圧に対応する前記電圧比較結果を処理する上限側比較結果処理部と、
前記下限電圧に対応する前記電圧比較結果を処理する下限側比較結果処理部と
を備え、
前記計数部は、
前記可変電圧の値を示す極性信号に従って前記電圧比較部と前記上限側比較結果処理部との間の経路を開閉する上限側スイッチと、
前記極性信号に従って前記電圧比較部と前記下限側比較結果処理部との間の経路を開閉する下限側スイッチと
をさらに備える
前記(13)記載の固体撮像素子。
(15)前記比較結果処理部は、前記複数の画素のそれぞれに対応する前記電圧比較結果の排他的論理和を前記処理結果として出力する
前記(13)記載の固体撮像素子。
(16)前記比較結果処理部は、前記複数の画素のそれぞれに対応する前記電圧比較結果の論理和を前記処理結果として出力する
前記(13)記載の固体撮像素子。
(17)前記比較結果処理部は、前記複数の画素のそれぞれに対応する前記電圧比較結果のいずれかを選択して前記処理結果として出力する
前記(13)記載の固体撮像素子。
(18)前記電圧比較部は、
光電流を電圧信号に変換する電流電圧変換部と、
前記電圧信号を微分して前記アナログ信号として出力する微分回路と、
前記アナログ信号と前記所定電圧とを比較するコンパレータと
を備える
前記(1)から(17)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(19)前記計数値が計数されるたびに前記微分回路を制御して前記アナログ信号を所定の初期値にする初期化制御部をさらに具備する
前記(18)記載の固体撮像素子。
(20)前記計数値と所定の閾値とを比較した結果を示す信号を転送し、前記信号を転送した後に前記計数値を初期化する転送部をさらに具備する
前記(1)から(19)のいずれかに記載の固体撮像素子。
110 撮像レンズ
120 記録部
130 制御部
200 固体撮像素子
201 受光チップ
202 回路チップ
211 制御回路
212 信号処理部
213 アービタ
214 画素アレイ部
215 DAC
300 画素
301 画素ブロック
310 計数部
311~314、324、325、326、334、335、336、343、373 スイッチ
320 上限側カウンタ
321、331 第0桁出力部
322、332 第1桁出力部
323、333 第2桁出力部
330 下限側カウンタ
340 上限側比較結果処理部
341、393、394 XOR(排他的論理和)ゲート
342 OR(論理和)ゲート
350 下限側比較結果処理部
361 アップダウンカウンタ
362 上限側比較回路
363 下限側比較回路
371、372、511 セレクタ
374 予備カウンタ
380 転送部
390 初期化制御部
391、392 遅延部
400 電圧比較部
410 対数応答部
411 光電変換素子
412、415、435、442、444 N型トランジスタ
413、431、434 コンデンサ
414、421、422、432、433、441、443 P型トランジスタ
416 電流電圧変換部
420 バッファ
430 微分回路
440 コンパレータ
500 参照信号比較部
512 転送トランジスタ
513 リセットトランジスタ
514 増幅トランジスタ
515 コンパレータ
12031 撮像部
Claims (19)
- 入射光の変化量に応じたアナログ信号と所定の電圧範囲の境界を示す所定電圧とを比較して比較結果を電圧比較結果として出力する電圧比較部と、
前記アナログ信号が前記電圧範囲外であることを示す前記電圧比較結果が出力されるたびに計数値を計数する計数部と、
前記計数値と所定の閾値とを比較した結果を示す信号を転送し、前記信号を転送した後に前記計数値を初期化する転送部と
を具備する固体撮像素子。 - 所定の制御信号を供給する制御回路をさらに具備し、
前記計数部は、前記制御信号に従って前記計数値を示す複数のビットのいずれかを選択して出力する
請求項1記載の固体撮像素子。 - 前記所定電圧は、前記電圧範囲の上限を示す上限電圧と前記電圧範囲の下限を示す下限電圧とを含み、
前記計数部は、
前記アナログ信号が前記上限電圧より高い旨を示す前記電圧比較結果が出力されるたびに計数値を計数する上限側カウンタと、
前記アナログ信号が前記下限電圧より低い旨を示す前記電圧比較結果が出力されるたびに計数値を計数する下限側カウンタと
を備える請求項2記載の固体撮像素子。 - 前記所定電圧は、互いに異なる上限電圧および下限電圧のいずれかに変動する可変電圧であり、
前記計数部は、
前記可変電圧の値を示す極性信号に従って前記電圧比較部と前記上限側カウンタとの間の経路を開閉する上限側スイッチと、
前記極性信号に従って前記電圧比較部と前記下限側カウンタとの間の経路を開閉する下限側スイッチと
をさらに備える
請求項3記載の固体撮像素子。 - 前記入射光の光量に応じた画素信号と所定の参照信号とを比較して比較結果を参照信号比較結果として出力する参照信号比較部をさらに具備し、
前記計数部は、
前記電圧比較結果と前記参照信号比較結果とのいずれかを選択する選択部と、
前記選択された比較結果に基づいて前記計数値を計数するカウンタと
を備える請求項1記載の固体撮像素子。 - 前記所定電圧は、前記電圧範囲の上限を示す上限電圧と前記電圧範囲の下限を示す下限電圧とを含み、
前記電圧比較結果は、前記上限電圧との比較結果を示す上限側比較結果と前記下限電圧との比較結果を示す下限側比較結果とを含み、
前記カウンタは、前段カウンタおよび後段カウンタを備え、
前記選択部は、
前記上限側比較結果および前記下限側比較結果の一方と前記参照信号比較結果とのいずれかを選択して前記前段カウンタに供給する前段セレクタと、
前記上限側比較結果および前記下限側比較結果の他方と前記前段カウンタの出力ビットとのいずれかを選択して前記後段カウンタに供給する後段セレクタと
を備える請求項5記載の固体撮像素子。 - 前記カウンタは、さらに予備カウンタを備える
請求項6記載の固体撮像素子。 - 前記後段セレクタと前記予備カウンタとの間の経路を開閉するスイッチをさらに具備し、
前記予備カウンタは、前記後段カウンタの出力ビットに基づいて計数値を計数する
請求項7記載の固体撮像素子。 - 前記予備カウンタは、前記前段セレクタと前記参照信号比較部との間に挿入される
請求項7記載の固体撮像素子。 - 所定の閾値を供給する制御回路をさらに具備し、
前記計数部は、
前記アナログ信号が前記電圧範囲外であることを示す前記電圧比較結果が出力されるたびに前記計数値を計数するカウンタと、
前記計数値と前記閾値とを比較する閾値比較部と
を備える請求項1記載の固体撮像素子。 - 前記所定電圧は、前記電圧範囲の上限を示す上限電圧と前記電圧範囲の下限を示す下限電圧とを含み、
前記カウンタは、
前記アナログ信号が前記上限電圧より高い旨を示す前記電圧比較結果が出力された場合には前記計数値に対して増分処理および減分処理の一方を行い、前記アナログ信号が前記下限電圧より低い旨を示す前記電圧比較結果が出力された場合には、前記計数値に対して前記増分処理および前記減分処理の他方を行う
請求項10記載の固体撮像素子。 - 前記所定電圧は、互いに異なる上限電圧および下限電圧のいずれかに変動する可変電圧であり、
前記カウンタは、前記可変電圧の値を示す極性信号と前記電圧比較結果とに基づいて前記増分処理および前記減分処理の一方を行う
請求項11記載の固体撮像素子。 - 前記電圧比較部は、複数の画素のそれぞれに配置され、
前記計数部は、前記複数の画素を配列した画素ブロックに配置され、
前記計数部は、
前記複数の画素のそれぞれに対応する前記電圧比較結果を処理する比較結果処理部と、
前記比較結果処理部の処理結果に基づいて前記計数値を計数するカウンタと
を備える請求項1記載の固体撮像素子。 - 前記所定電圧は、互いに異なる上限電圧および下限電圧のいずれかに変動する可変電圧であり、
前記比較結果処理部は、
前記上限電圧に対応する前記電圧比較結果を処理する上限側比較結果処理部と、
前記下限電圧に対応する前記電圧比較結果を処理する下限側比較結果処理部と
を備え、
前記計数部は、
前記可変電圧の値を示す極性信号に従って前記電圧比較部と前記上限側比較結果処理部との間の経路を開閉する上限側スイッチと、
前記極性信号に従って前記電圧比較部と前記下限側比較結果処理部との間の経路を開閉する下限側スイッチと
をさらに備える
請求項13記載の固体撮像素子。 - 前記比較結果処理部は、前記複数の画素のそれぞれに対応する前記電圧比較結果の排他的論理和を前記処理結果として出力する
請求項13記載の固体撮像素子。 - 前記比較結果処理部は、前記複数の画素のそれぞれに対応する前記電圧比較結果の論理和を前記処理結果として出力する
請求項13記載の固体撮像素子。 - 前記比較結果処理部は、前記複数の画素のそれぞれに対応する前記電圧比較結果のいずれかを選択して前記処理結果として出力する
請求項13記載の固体撮像素子。 - 前記電圧比較部は、
光電流を電圧信号に変換する電流電圧変換部と、
前記電圧信号を微分して前記アナログ信号として出力する微分回路と、
前記アナログ信号と前記所定電圧とを比較するコンパレータと
を備える
請求項1記載の固体撮像素子。 - 前記計数値が計数されるたびに前記微分回路を制御して前記アナログ信号を所定の初期値にする初期化制御部をさらに具備する
請求項18記載の固体撮像素子。
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