WO2021220682A1 - 撮像装置 - Google Patents

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WO2021220682A1
WO2021220682A1 PCT/JP2021/012519 JP2021012519W WO2021220682A1 WO 2021220682 A1 WO2021220682 A1 WO 2021220682A1 JP 2021012519 W JP2021012519 W JP 2021012519W WO 2021220682 A1 WO2021220682 A1 WO 2021220682A1
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signal
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reference signal
pixel circuits
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圭汰 伊藤
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ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
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    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/79Arrangements of circuitry being divided between different or multiple substrates, chips or circuit boards, e.g. stacked image sensors

Definitions

  • the present disclosure relates to an imaging device that images a subject.
  • pixels including a photodiode are arranged in a matrix, and each pixel generates a pixel voltage according to the amount of light received.
  • an AD conversion circuit Analog to Digital Converter
  • Patent Document 1 discloses an imaging device that performs AD conversion by comparing a signal including a pixel voltage with a reference signal having a lamp waveform.
  • the first imaging device includes a plurality of pixel circuits and a control unit.
  • Each of the plurality of pixel circuits has a light receiving circuit, a comparator, a delay circuit, a selection circuit, and a latch circuit.
  • the light receiving circuit is configured to generate a pixel signal according to the amount of light received.
  • the comparator is configured to generate a first comparison signal by comparing a pixel signal with a reference signal having a ramp waveform.
  • the delay circuit is configured to generate a second comparison signal by delaying the first comparison signal.
  • the selection circuit is configured to select one of the first comparison signal and the second comparison signal and output the selected signal as the third comparison signal.
  • the latch circuit is configured to latch the time code at a timing based on the third comparison signal.
  • the control unit is configured to control the operation of the selection circuit in each of the plurality of pixel circuits.
  • the second image pickup apparatus includes a first reference signal generation unit, a second reference signal generation unit, a first plurality of pixel circuits, and a second plurality of pixel circuits. It has.
  • the first reference signal generation unit is configured to generate a first reference signal having a lamp waveform.
  • the second reference signal generation unit is configured to generate a second reference signal having a lamp waveform deviated from the lamp waveform of the first reference signal in the time axis direction.
  • Each of the first plurality of pixel circuits has a first light receiving circuit that generates a first pixel signal according to the amount of light received, and a first light receiving circuit by comparing the first pixel signal and the first reference signal.
  • Each of the second plurality of pixel circuits has a second light receiving circuit that generates a second pixel signal according to the amount of light received, and a second light receiving circuit by comparing the second pixel signal and the second reference signal. It has a second comparator that generates a comparison signal of the above, and a second latch circuit that latches a time code based on the second comparison signal.
  • a pixel signal corresponding to the amount of received light is generated in each of the plurality of pixel circuits, and the first comparison is made by comparing the pixel signal with the reference signal.
  • a signal is generated.
  • the second comparison signal is generated by delaying the first comparison signal.
  • One of the first comparison signal and the second comparison signal is selected, and the selected signal is selected as the third comparison signal. Then, the time code is latched at the timing based on the third comparison signal.
  • a first reference signal having a lamp waveform is generated, and the lamp waveform deviates from the lamp waveform of the first reference signal in the time axis direction.
  • a second reference signal is generated.
  • a first pixel signal corresponding to the amount of received light is generated, and a first comparison signal is generated by comparing the first pixel signal with the first reference signal.
  • the time code is latched based on this first comparison signal.
  • a second pixel signal corresponding to the amount of received light is generated, and a second comparison signal is generated by comparing the second pixel signal with the second reference signal. Then, the time code is latched based on this second comparison signal.
  • Timing waveform diagram which shows another example of the latch operation in the pixel circuit shown in FIG.
  • It is a circuit diagram which shows one structural example of the pixel circuit which concerns on a comparative example.
  • It is a timing waveform diagram which shows one operation example of the pixel circuit shown in FIG.
  • It is a waveform diagram which shows an example of the waveform of the reference signal which concerns on 1st Embodiment and the comparative example.
  • It is a block diagram which shows one configuration example of the image pickup apparatus which concerns on 2nd Embodiment. It is explanatory drawing which shows one configuration example of the cluster shown in FIG.
  • FIG. 1 shows a configuration example of an imaging device (imaging device 1) according to an embodiment.
  • the image pickup apparatus 1 includes a pixel array 11, a reference signal generation unit 12, a code generation unit 13, a pixel drive unit 14, a signal processing unit 15, and a timing generation unit 16.
  • the image pickup apparatus 1 is formed on two semiconductor substrates in this example.
  • FIG. 2 shows an implementation example of the image pickup apparatus 1.
  • the image pickup apparatus 1 is formed on two semiconductor substrates 101 and 102.
  • the semiconductor substrate 101 is arranged on the side of the image pickup surface S of the image pickup apparatus 1, and the semiconductor substrate 102 is arranged on the side opposite to the image pickup surface S of the image pickup apparatus 1.
  • the semiconductor substrates 101 and 102 are superposed on each other.
  • the wiring of the semiconductor substrate 101 and the wiring of the semiconductor substrate 102 are connected by the wiring 103.
  • a metal bond such as Cu—Cu can be used for the wiring 103.
  • the pixel array 11 (FIG. 1) has a plurality of pixels P arranged in a matrix.
  • the pixel P has a photodiode PD, generates a pixel signal SIG including a pixel voltage Vpix according to the amount of light received, and is configured to perform AD conversion based on the pixel signal SIG.
  • a predetermined number of pixels P form one cluster CL.
  • the cluster CL in this example, four pixels P are arranged side by side in the horizontal direction, and dozens of pixels P are arranged side by side in the vertical direction. Such cluster CLs are arranged side by side in the vertical direction and the horizontal direction in the pixel array 11.
  • FIG. 3 shows an example of a configuration of cluster CL.
  • the cluster CL has a plurality of pixel circuits 20 corresponding to each of the plurality of pixels P and a repeater 29.
  • FIG. 4 shows a configuration example of the pixel circuit 20.
  • the pixel circuit 20 includes a light receiving circuit 21, a comparison circuit 22, and a latch 26.
  • the light receiving circuit 21 is configured to generate a pixel voltage Vpix according to the amount of light received.
  • the light receiving circuit 21 is arranged on the semiconductor substrate 101.
  • the light receiving circuit 21 includes a photodiode PD, an emission transistor MN1, a transfer transistor MN2, a floating diffusion FD, and a reset transistor MN3.
  • the emission transistor MN1, the transfer transistor MN2, and the reset transistor MN3 are N-type MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistors.
  • the photodiode PD is a photoelectric conversion element that generates an amount of electric charge according to the amount of received light and accumulates it inside.
  • the anode of the photodiode PD is grounded and the cathode is connected to the source of the emission transistor MN1 and the source of the transfer transistor MN2.
  • the control signal OFG supplied from the pixel drive unit 14 (FIG. 1) is supplied to the gate of the emission transistor MN1, the voltage VOFG is supplied to the drain, and the source is connected to the cathode of the photodiode PD and the source of the transfer transistor MN2. Will be done.
  • the control signal TX supplied from the pixel drive unit 14 is supplied to the gate of the transfer transistor MN2, the source is connected to the cathode of the photodiode PD and the source of the discharge transistor MN1, and the drain is a floating diffusion FD and reset. It is connected to the source of the transistor MN3 and the gate of the transistor MN4 (described later) in the comparison circuit 22.
  • the floating diffusion FD is configured to accumulate the charge transferred from the photodiode PD.
  • the floating diffusion FD is configured by using, for example, a diffusion layer formed on the surface of the semiconductor substrate 101. In FIG. 4, the floating diffusion FD is shown using the symbol of the capacitive element.
  • the control signal RST supplied from the pixel drive unit 14 (FIG. 1) is supplied to the gate of the reset transistor MN3, the drain is connected to the drain of the transistor MN4 (described later) of the comparison circuit 22, the source is the floating diffusion FD, and the transfer is performed. It is connected to the drain of the transistor MN2 and the gate of the transistor MN4 (described later) of the comparison circuit 22.
  • the light receiving circuit 21 the charge accumulated in the photodiode PD is discharged by turning on the discharge transistor MN1 based on the control signal OFG. Then, when the emission transistor MN1 is turned off, the exposure period is started, and an amount of electric charge corresponding to the amount of received light is accumulated in the photodiode PD. Then, after the exposure period ends, the light receiving circuit 21 supplies the pixel signal SIG including the reset voltage Vreset and the pixel voltage Vpix to the comparison circuit 22. Specifically, as will be described later, the light receiving circuit 21 resets the voltage of the floating diffusion FD at that time in the P phase (Pre-charge phase) period TPA and TPB after the voltage of the floating diffusion FD is reset.
  • the light receiving circuit 21 uses the voltage of the floating diffusion FD at that time as the pixel voltage Vpix in the comparison circuit 22 in the D phase (Data phase) period TDA and TDB after the charge is transferred from the photodiode PD to the floating diffusion FD. It is designed to supply.
  • the comparison circuit 22 is configured to compare the reference signal REF and the pixel signal SIG.
  • the comparison circuit 22 has a comparator 23, a delay circuit 24, and a selection circuit 25.
  • the comparator 23 is configured to generate the signal CMP1 by comparing the reference signal REF and the pixel signal SIG.
  • the comparator 23 raises the signal CMP1 when the voltage of the reference signal REF is higher than the voltage of the pixel signal SIG, and lowers the signal CMP1 when the voltage of the reference signal REF is lower than the voltage of the pixel signal SIG. It has become like.
  • the comparator 23 has transistors MN4 to MN6, transistors MP1 and MP2, and an amplifier AMP.
  • the transistors MN4 to MN6 are N-type MOS transistors, and the transistors MP1 and MP2 are P-type MOS transistors.
  • the comparator 23 is arranged over the two semiconductor substrates 101 and 102. Specifically, the transistors MN4 to MN6 are arranged on the semiconductor substrate 101, and the transistors MP1 and MP2 and the amplifier AMP are arranged on the semiconductor substrate 102.
  • a pixel signal SIG is supplied to the gate of the transistor MN4, the drain is connected to the drain of the reset transistor MN3 in the light receiving circuit 21, and the drain of the transistor MP1 and the amplifier AMP via the wiring 103 between the semiconductor substrates 101 and 102.
  • the source is connected to the source of transistor MN5 and the drain of transistor MN6.
  • the reference signal REF is supplied from the reference signal generation unit 12 to the gate of the transistor MN5 via the wiring 103 between the semiconductor substrates 101 and 102, and the drain is the drain of the transistor MP2 via the wiring 103 between the semiconductor substrates 101 and 102.
  • the source is connected to the source of transistor MN4 and the drain of transistor MN6.
  • the reference signal REF is a signal having a so-called lamp waveform in which the voltage level gradually changes with the passage of time in the P-phase period TPA, TPB and the D-phase period TDA, TDB, which will be described in detail later.
  • a bias voltage Vb is supplied to the gate of the transistor MN6, the drain is connected to the source of the transistors MN4 and MN5, and the source is grounded.
  • Transistors MN4 and MN5 form a differential pair, and transistors MN6 form a constant current source.
  • the gate of the transistor MP1 is connected to the gate and drain of the transistor MP2 and is connected to the drain of the transistor MN5 via the wiring 103 between the semiconductor substrates 101 and 102, the power supply voltage VDD is supplied to the source, and the drain is the amplifier AMP. It is connected to the input terminal of the transistor MN4 and to the drain of the reset transistor MN3 in the light receiving circuit 21 via the wiring 103 between the semiconductor substrates 101 and 102.
  • the gate of the transistor MP2 is connected to the gate of the transistor MP1 and the drain of the transistor MP2, and is also connected to the drain of the transistor MN5 via the wiring 103 between the semiconductor substrates 101 and 102.
  • Transistors MP1 and MP2 constitute an active load of transistors MN4 and MN5.
  • the input terminal of the amplifier AMP is connected to the drain of the transistor MP1 and is connected to the drain of the reset transistor MN3 and the drain of the reset transistor MN3 in the light receiving circuit 21 via the wiring 103 between the semiconductor substrates 101 and 102, and the output terminal is delayed. It is connected to the circuit 24 and the selection circuit 25.
  • the comparator 23 outputs the signal CMP1 from the output terminal of the amplifier AMP.
  • the delay circuit 24 is configured to generate the signal CMP2 by delaying the signal CMP1 by a predetermined time.
  • the delay circuit 24 is arranged on the semiconductor substrate 102.
  • the selection circuit 25 selects one of the signals CMP1 and CMP2 based on the control signals supplied from the pixel drive unit 14 (FIG. 1) to the terminals T1 and T2, and outputs the selected signal as a signal CMP. It is configured as follows.
  • the selection circuit 25 is arranged on the semiconductor substrate 102.
  • the selection circuit 25 selects the signal CMP1 when the control signal supplied to the terminal T1 is at a high level and the control signal supplied to the terminal T2 is at a low level, and outputs the selected signal CMP1 as a signal CMP. do.
  • the selection circuit 25 selects the signal CMP2 when the control signal supplied to the terminal T2 has a high level and the control signal supplied to the terminal T1 has a low level, and selects the selected signal CMP2. Output.
  • One of the control signals SEL1 and SEL2 is supplied to the terminal T1 from the pixel drive unit 14, and the other of the control signals SEL1 and SEL2 is supplied to the terminal T2.
  • FIG. 5 shows an example of supplying control signals SEL1 and SEL2 to a plurality of pixel circuits 20.
  • the pixel circuit 20 (pixel circuit 20A) in which the control signal SEL1 is supplied to the terminal T1 and the control signal SEL2 is supplied to the terminal T2, and the control signal SEL2 is supplied to the terminal T1 and the control signal SEL1 is supplied to the terminal T2.
  • the supplied pixel circuits 20 (pixel circuits 20B) are alternately arranged in the vertical direction and alternately arranged in the horizontal direction.
  • the pixel P (pixel PA) corresponding to the pixel circuit 20A and the pixel P (pixel PB) corresponding to the pixel circuit 20B are alternately arranged in the vertical direction. At the same time, they are arranged alternately in the horizontal direction. In this way, in the pixel array 11, the pixels PA and PB are arranged in a checkered pattern.
  • the selection circuit 25 of the pixel circuit 20A outputs the signal CMP1 as a signal CMP when the control signal SEL1 is at a high level and the control signal SEL2 is at a low level, and the control signal SEL2 is at a high level.
  • the signal CMP2 is output as the signal CMP.
  • the selection circuit 25 of the pixel circuit 20B outputs the signal CMP1 as a signal CMP when the control signal SEL2 is at a high level and the control signal SEL1 is at a low level, and the control signal SEL1 is at a high level and is a control signal.
  • the signal CMP2 is output as a signal CMP.
  • the latch 26 (FIGS. 3 and 4) is configured to latch the time code TC supplied from the repeater 29, which changes with the passage of time, based on the signal CMP supplied from the comparison circuit 22.
  • the time code TC is a code having a plurality of bits, and for example, a Gray code can be used.
  • the latch 26 latches the time code TC at the transition timing of the signal CMP in the P-phase period TPA, so that the time (code value) from the start of the P-phase period TPA to the transition of the signal CMP.
  • the latch 26 By acquiring CPA) and latching the time code TC at the transition timing of the signal CMP in the P-phase period TPB, the time (code value CPB) from the start of the P-phase period TPB to the transition of the signal CMP can be obtained. get. Further, the latch 26 latches the time code TC at the transition timing of the signal CMP in the D-phase period TDA to set the time (code value CDA) from the start of the D-phase period TDA to the transition of the signal CMP. By acquiring and latching the time code TC at the transition timing of the signal CMP in the D-phase period TDB, the time (code value CDB) from the start of the D-phase period TDB to the transition of the signal CMP is acquired. Then, the latch 26 supplies these four code values CPA, CPB, CDA, and CDB to the repeater 29.
  • the latch 26 is arranged on the semiconductor substrate 102 as shown in FIG.
  • the pixel circuit 20 generates a pixel signal SIG including a pixel voltage Vpix according to the amount of light received, and performs AD conversion based on the pixel signal SIG to obtain code values CPA, CPB, CDA, and CDB. It is designed to generate.
  • the repeater 29 (FIGS. 3 and 4) transfers the time code TC supplied from the code generation unit 13 to the latch 26 of the plurality of pixels P belonging to the cluster CL in the P phase period TPA, TPB and the D phase period TDA, TDB. Configured to supply. Further, the repeater 29 supplies the code value CPA supplied from the latch 26 to the signal processing unit 15 after the P-phase period TPA, and signals the code value CPB supplied from the latch 26 after the P-phase period TPB. The code value CDA supplied from the latch 26 is supplied to the signal processing unit 15 after the D-phase period TDA, and the code value CDB supplied from the latch 26 is signal-processed after the D-phase period TDB. It is designed to be supplied to the unit 15. The repeater 29 is arranged on the semiconductor substrate 102 as shown in FIG.
  • the reference signal generation unit 12 (FIG. 1) is configured to generate a reference signal REF based on an instruction from the timing generation unit 16.
  • the reference signal REF has a so-called lamp waveform in which the voltage level gradually changes with the passage of time in the P-phase periods TPA, TPB and the D-phase periods TDA, TDB. Then, the reference signal generation unit 12 supplies the generated reference signal REF to the plurality of pixel circuits 20 in the pixel array 11.
  • the reference signal generation unit 12 is arranged on the semiconductor substrate 102 as shown in FIG.
  • the code generation unit 13 is configured to generate the time code TC based on the instruction from the timing generation unit 16.
  • the time code TC is a code that changes with the passage of time, and for example, a Gray code can be used. Then, the code generation unit 13 supplies the generated time code TC to the repeaters 29 in the plurality of cluster CLs.
  • the code generation unit 13 is arranged on, for example, the semiconductor substrate 102 (FIG. 2).
  • the pixel drive unit 14 is configured to control the operation of a plurality of pixel circuits 20 in the pixel array 11. Specifically, the pixel drive unit 14 generates control signals OFG, TX, RST, supplies these control signals OFG, TX, RST to the light receiving circuit 21, and also generates control signals SEL1 and SEL2. By supplying the control signals SEL1 and SEL2 of the above to the selection circuit 25, the operation of the pixel circuit 20 is controlled.
  • the pixel drive unit 14 is arranged on, for example, the semiconductor substrate 102 (FIG. 2).
  • the signal processing unit 15 is configured to generate an image signal Spic by performing predetermined image processing based on the code values CPA, CPB, CDA, and CDB generated by each of the plurality of pixel circuits 20.
  • the predetermined image processing includes, for example, a process of generating a pixel value using the principle of Correlated Double Sampling (CDS) based on four code values CPA, CPB, CDA, and CDB, and a black level. Includes black level correction processing for correction.
  • the signal processing unit 15 is arranged on, for example, the semiconductor substrate 102 (FIG. 2).
  • the timing generation unit 16 generates various timing signals, and supplies the generated various timing signals to the reference signal generation unit 12, the code generation unit 13, the pixel drive unit 14, and the signal processing unit 15. It is configured to control the operation of.
  • the timing generation unit 16 is arranged on, for example, the semiconductor substrate 102 (FIG. 2).
  • the pixel circuit 20 corresponds to a specific example of the "pixel circuit” in the present disclosure.
  • the pixel signal SIG corresponds to a specific example of the "pixel signal” in the present disclosure.
  • the reference signal REF corresponds to a specific example of the "reference signal” in the present disclosure.
  • the light receiving circuit 21 corresponds to a specific example of the “light receiving circuit” in the present disclosure.
  • the comparator 23 corresponds to a specific example of the “comparator” in the present disclosure.
  • the delay circuit 24 corresponds to a specific example of the "delay circuit” in the present disclosure.
  • the selection circuit 25 corresponds to a specific example of the "selection circuit” in the present disclosure.
  • the signal CMP1 corresponds to a specific example of the "first comparison signal” in the present disclosure.
  • the signal CMP2 corresponds to a specific example of the "second comparison signal” in the present disclosure.
  • the signal CMP corresponds to a specific example of the "third comparison signal” in the present disclosure.
  • the latch 26 corresponds to a specific example of the "latch circuit” in the present disclosure.
  • the time code TC corresponds to a specific example of the "time code” in the present disclosure.
  • the pixel drive unit 14 corresponds to a specific example of the “drive unit” in the present disclosure.
  • the plurality of pixel circuits 20A correspond to a specific example of the "first plurality of pixel circuits" in the present disclosure.
  • the plurality of pixel circuits 20B correspond to a specific example of the "second plurality of pixel circuits" in the present disclosure.
  • the D-phase period TDA corresponds to a specific example of the "first period” in the present disclosure.
  • the D-phase period TDB corresponds to a specific example of the "second period” in the present disclosure.
  • the signal processing unit 15 corresponds to a specific example of the “signal processing unit” in the present disclosure.
  • the semiconductor substrate 101 corresponds to a specific example of the "first semiconductor substrate” in the present disclosure.
  • the semiconductor substrate 102 corresponds to a specific example of the "second semiconductor substrate” in the present disclosure.
  • the reference signal generation unit 12 generates a reference signal REF.
  • the code generation unit 13 generates the time code TC.
  • the repeater 29 supplies the time code TC to the latch 26 of the plurality of pixels P belonging to the cluster CL.
  • the pixel drive unit 14 controls the operation of the plurality of pixel circuits 20 in the pixel array 11.
  • Each of the plurality of pixel circuits 20 in the pixel array 11 generates a pixel signal SIG including a pixel voltage Vpix according to the amount of received light, and AD conversion is performed based on the pixel signal SIG to perform code values CPA, CPB, and CDA. , Generate CDB.
  • the repeater 29 supplies the code values CPA, CPB, CDA, and CDB to the signal processing unit 15.
  • the signal processing unit 15 generates an image signal Spic by performing predetermined image processing based on the code values CPA, CPB, CDA, and CDB generated by each of the plurality of pixel circuits 20.
  • the timing generation unit 16 generates various timing signals, and supplies the generated various timing signals to the reference signal generation unit 12, the code generation unit 13, the pixel drive unit 14, and the signal processing unit 15. Control the operation of.
  • the charge accumulated in the photodiode PD is discharged by turning on the discharge transistor MN1 based on the control signal OFG. Then, when the emission transistor MN1 is turned off, the exposure period is started, and an amount of electric charge corresponding to the amount of received light is accumulated in the photodiode PD. Then, after the exposure period ends, the pixel circuit 20 performs AD conversion based on the pixel signal SIG including the reset voltage Vreset and the pixel voltage Vpix. The AD conversion will be described in detail below.
  • FIG. 7A and 7B show an example of an operation of AD conversion in a certain focused pixel circuit 20, where FIG. 7A shows the waveform of the control signal RST, FIG. 7B shows the waveform of the control signal TX, and FIG. 7C shows the waveform of the control signal TX.
  • FIG. 7A shows the waveform of the control signal RST
  • FIG. 7B shows the waveform of the control signal TX
  • FIG. 7C shows the waveform of the control signal TX.
  • D shows the waveform of the pixel signal SIG
  • E shows the waveform of the control signal SEL1
  • F shows the waveform of the control signal SEL2
  • G shows the signal.
  • the waveform of CMP is shown.
  • the reference signal generation unit 12 changes the voltage of the reference signal REF to the reset voltage Vreset (FIG. 7 (C)). Further, at this timing t11, the pixel drive unit 14 changes the control signal RST from a low level to a high level (FIG. 7 (A)). As a result, in the pixel circuit 20, the reset transistor MN3 is turned on, the floating diffusion FD is reset, and the voltage of the pixel signal SIG becomes the reset voltage Vreset (FIG. 7 (D)). Then, after a predetermined time has elapsed from the timing t11, the pixel drive unit 14 changes the control signal RST from a high level to a low level (FIG. 7A). As a result, the reset transistor MN3 is turned off.
  • the pixel drive unit 14 changes the control signal SEL1 from a low level to a high level and changes the control signal SEL2 from a high level to a low level (FIGS. 7 (E) and 7 (F)). ..
  • the selection circuit 25 outputs the signal CMP1 as a signal CMP
  • the control signal SEL2 is supplied to the terminal T1 for control.
  • the selection circuit 25 outputs the signal CMP2 as the signal CMP.
  • the reference signal generation unit 12 changes the voltage of the reference signal REF from the reset voltage Vreset to the voltage V1 (FIG. 7 (C)).
  • the voltage of the reference signal REF becomes higher than the voltage of the pixel signal SIG, so that the comparison circuit 22 raises the signal CMP to a high level (FIG. 7 (G)).
  • the pixel circuit 20 performs AD conversion based on the voltage (reset voltage Vreset) of the pixel signal SIG. Specifically, at the timing t13, the reference signal generation unit 12 starts to reduce the voltage of the reference signal REF from the voltage V1 by a predetermined degree of change (FIG. 7 (C)). Further, the code generation unit 13 starts the increment operation of the time code TC at this timing t13.
  • the comparison circuit 22 changes the signal CMP from a high level to a low level (FIG. 7 (G)).
  • the latch 26 latches the time code TC based on the transition of this signal CMP.
  • the code value CPA of the time code TC latched by the latch 26 is a code value corresponding to the length of time of the timings t13 to t14, and is a code value corresponding to the reset voltage V reset.
  • the reference signal generation unit 12 changes the voltage of the reference signal REF to the voltage V2 (FIG. 7 (C)), and the code generation unit 13 changes the time code TC. Ends the increment operation of.
  • the repeater 29 supplies the code value CPA generated by the pixel circuit 20 to the signal processing unit 15.
  • the pixel drive unit 14 changes the control signal SEL1 from a high level to a low level and changes the control signal SEL2 from a low level to a high level (FIGS. 7 (E) and 7 (F)). ..
  • the selection circuit 25 outputs the signal CMP2 as a signal CMP, and the control signal SEL2 is supplied to the terminal T1 for control.
  • the selection circuit 25 outputs the signal CMP1 as the signal CMP.
  • the reference signal generation unit 12 changes the voltage of the reference signal REF from the voltage V2 to the voltage V1 (FIG. 7 (C)).
  • the voltage of the reference signal REF becomes higher than the voltage of the pixel signal SIG, so that the comparison circuit 22 raises the signal CMP to a high level (FIG. 7 (G)).
  • the pixel circuit 20 performs AD conversion based on the voltage (reset voltage Vreset) of the pixel signal SIG. Specifically, at the timing t17, the reference signal generation unit 12 starts to reduce the voltage of the reference signal REF from the voltage V1 by a predetermined degree of change (FIG. 7 (C)). Further, the code generation unit 13 starts the increment operation of the time code TC at this timing t13.
  • the comparison circuit 22 changes the signal CMP from a high level to a low level (FIG. 7 (G)).
  • the latch 26 latches the time code TC based on the transition of this signal CMP.
  • the code value CPB of the time code TC latched by the latch 26 is a code value corresponding to the length of time of the timings t17 to t18 and a code value corresponding to the reset voltage V reset.
  • This code value CPB does not necessarily match the code value CPA, as will be described later. That is, since the signal CMPs in the P-phase periods TPA and TPB are signal CMP1 on one side and CMP2 on the other side, the code values CPA and CPB may be different from each other.
  • the reference signal generation unit 12 changes the voltage of the reference signal REF to the voltage V2 (FIG. 7 (C)), and the code generation unit 13 changes the time code TC. Ends the increment operation of.
  • the repeater 29 supplies the code value CPB generated by the pixel circuit 20 to the signal processing unit 15.
  • the pixel drive unit 14 changes the control signal SEL1 from a low level to a high level and changes the control signal SEL2 from a high level to a low level (FIGS. 7 (E) and 7 (F)). ..
  • the selection circuit 25 outputs the signal CMP1 as a signal CMP
  • the control signal SEL2 is supplied to the terminal T1 for control.
  • the selection circuit 25 outputs the signal CMP2 as the signal CMP.
  • the reference signal generation unit 12 changes the voltage of the reference signal REF from the voltage V2 to the voltage V1 (FIG. 7 (C)).
  • the voltage of the reference signal REF becomes higher than the voltage of the pixel signal SIG, so that the comparison circuit 22 changes the signal CMP from a low level to a high level (FIG. 7 (E)).
  • the pixel drive unit 14 changes the control signal TX from a low level to a high level (FIG. 7 (B)).
  • the transfer transistor MN2 is turned on, the electric charge generated by the photodiode PD is transferred to the floating diffusion FD, and the voltage of the pixel signal SIG becomes the pixel voltage Vpix (FIG. 7 (D)). ..
  • the pixel drive unit 14 changes the control signal TX from a high level to a low level (FIG. 7B). As a result, the transfer transistor MN2 is turned off.
  • the pixel circuit 20 performs AD conversion based on the voltage of the pixel signal SIG (pixel voltage Vpix). Specifically, at the timing t21, the reference signal generation unit 12 starts to reduce the voltage of the reference signal REF from the voltage V1 by a predetermined degree of change (FIG. 7 (C)). Further, the code generation unit 13 starts the increment operation of the time code TC at this timing t21.
  • the comparison circuit 22 changes the signal CMP from a high level to a low level (FIG. 7 (G)).
  • the latch 26 latches the time code TC based on the transition of this signal CMP.
  • the code value CDA of the time code TC latched by the latch 26 is a code value corresponding to the length of time of the timings t21 to t22, and is a code value corresponding to the pixel voltage Vpix.
  • the reference signal generation unit 12 sets the voltage of the reference signal REF to the voltage V2 (FIG. 7 (C)), and the code generation unit 13 increments the time code TC. End the operation. Then, in the period from timing t23 to t24, the repeater 29 supplies the code value CDA generated by the pixel circuit 20 to the signal processing unit 15.
  • the pixel drive unit 14 changes the control signal SEL1 from a high level to a low level and changes the control signal SEL2 from a low level to a high level (FIGS. 7 (E) and 7 (F)). ..
  • the selection circuit 25 outputs the signal CMP2 as a signal CMP, and the control signal SEL2 is supplied to the terminal T1 for control.
  • the selection circuit 25 outputs the signal CMP1 as the signal CMP.
  • the reference signal generation unit 12 changes the voltage of the reference signal REF from the voltage V2 to the voltage V1 (FIG. 7 (C)).
  • the voltage of the reference signal REF becomes higher than the voltage of the pixel signal SIG, so that the comparison circuit 22 changes the signal CMP from a low level to a high level (FIG. 7 (E)).
  • the pixel circuit 20 performs AD conversion based on the voltage of the pixel signal SIG (pixel voltage Vpix). Specifically, at the timing t25, the reference signal generation unit 12 starts to reduce the voltage of the reference signal REF from the voltage V1 by a predetermined degree of change (FIG. 7 (C)). Further, the code generation unit 13 starts the increment operation of the time code TC at this timing t25.
  • the comparison circuit 22 changes the signal CMP from a high level to a low level (FIG. 7 (G)).
  • the latch 26 latches the time code TC based on the transition of this signal CMP.
  • the code value CDB of the time code TC latched by the latch 26 is a code value corresponding to the length of time of the timings t25 to t26, and is a code value corresponding to the pixel voltage Vpix.
  • This code value CDB does not always match the code value CDA, as will be described later. That is, since the signal CMPs in the D-phase periods TDA and TDB are signal CMP1 on one side and CMP2 on the other side, the code values CDA and CDB may be different from each other.
  • the reference signal generation unit 12 sets the voltage of the reference signal REF to the voltage V2 (FIG. 7 (C)), and the code generation unit 13 increments the time code TC. End the operation. Then, in the period from timing t27 to t28, the repeater 29 supplies the code value CDB generated by the pixel circuit 20 to the signal processing unit 15.
  • the signal processing unit 15 performs predetermined image processing based on the code values CPA, CPB, CDA, and CDB generated by each of the plurality of pixel circuits 20. For example, the signal processing unit 15 generates pixel values based on the total value of the code values CPA and CPB and the total value of the code values CDA and CDB by using the principle of correlation double sampling. Specifically, the signal processing unit 15 generates a pixel value by, for example, subtracting the total value of the code values CPA and CPB from the total value of the code values CDA and CDB. Further, the signal processing unit 15 performs black level correction processing or the like for correcting the black level. In this way, the signal processing unit 15 generates the image signal Spic.
  • FIG. 8 shows an example of latch operation in the D-phase period TDA and TDB in the pixel circuit 20A
  • A shows the waveform of the reference signal REF
  • B shows the waveform of the pixel signal SIG
  • C shows the waveform of the signal CMP in the D-phase period TDA
  • D shows the waveform of the signal CMP in the D-phase period TDB
  • E shows the time code TC.
  • the waveform in the D-phase period TDA and the waveform in the D-phase period TDB are drawn on the same time axis.
  • the reference signal REF gradually decreases and falls below the pixel signal SIG at the timing t51 (FIGS. 8A and 8B).
  • the comparison circuit 22 changes the signal CMP from a high level to a low level accordingly (FIGS. 8 (C) and 8 (D)).
  • the selection circuit 25 of the pixel circuit 20A in which the control signal SEL1 is supplied to the terminal T1 and the control signal SEL2 is supplied to the terminal T2 outputs the signal CMP1 as the signal CMP. Therefore, the signal CMP in the D-phase period TDA changes from a high level to a low level at this timing t51, for example (FIG. 8 (C)).
  • the delay time of the comparator 23 and the amplifier AMP is set to zero.
  • the timing t51 is located in the latter half of the period in which the code value of the time code TC is “n” (FIG. 8 (E)).
  • the latch 26 latches the time code TC at this timing t51. As a result, the code value CDA becomes "n".
  • the selection circuit 25 of the pixel circuit 20A outputs the signal CMP2 as the signal CMP.
  • the signal CMP2 is a signal delayed by the delay time in the delay circuit 24 from the signal CMP1. As shown in FIG. 8, this delay time is preferably half ( ⁇ t / 2) of the time ⁇ t indicating the period in which the time code TC changes. Therefore, the signal CMP in the D-phase period TDB changes from a high level to a low level at the timing t52 delayed by ⁇ t / 2 from the timing t51 (FIG. 8 (D)).
  • the timing t52 is located in the first half of the period in which the code value of the time code TC is “n + 1” (FIG. 8 (E)).
  • the latch 26 latches the time code TC at this timing t52.
  • the code value CDB becomes "n + 1".
  • the timing t51 when the timing t51 is located in the first half of the period in which the code value of the time code TC is "n", the code value CDA and the code value CDB are both “n", so that the code value CDA , The total value of CDB is "2n".
  • the timing t51 when the timing t51 is located in the period when the time code TC value is “n”, when the timing t51 is located in the first half of the period, the total value of the code values CDA and CDB is “2n”. When the timing t51 is located in the latter half of the period, the total value of the code values CDA and CDB is “2n + 1”. In this way, the resolution of the AD conversion can be doubled by setting the delay time of the delay circuit 24 to half ( ⁇ t / 2) of the time ⁇ t indicating the period in which the time code TC changes.
  • the circuit scale of the pixel circuit 20 can be reduced by reducing the number of bits in the latch 26 by 1 bit instead of increasing the resolution of the AD conversion, so that the area of the pixel P can be reduced, for example.
  • the resolution can be increased and the image quality of the captured image can be improved.
  • FIG. 9 shows an example of the latch operation in the D-phase period TDA and TDB in the pixel circuit 20B.
  • the voltage of the pixel signal SIG in the pixel circuit 20B is the same as the voltage of the pixel signal SIG in the pixel circuit 20A shown in FIG.
  • the selection circuit 25 of the pixel circuit 20B in which the control signal SEL2 is supplied to the terminal T1 and the control signal SEL1 is supplied to the terminal T2 outputs the signal CMP2 as the signal CMP. Therefore, the signal CMP in the D-phase period TDA changes from a high level to a low level, for example, at a timing t52 delayed by ⁇ t / 2 from the timing t51 when the reference signal REF falls below the pixel signal SIG (FIG. 9 (D)). ).
  • the timing t52 is located in the first half of the period in which the value of the time code TC is “n + 1” (FIG. 9 (E)).
  • the latch 26 latches the time code TC at this timing t52. As a result, the code value CDA becomes "n + 1".
  • the selection circuit 25 of the pixel circuit 20B outputs the signal CMP1 as the signal CMP. Therefore, the signal CMP in the D-phase period TDB changes from a high level to a low level at the timing t51 when the reference signal REF falls below the pixel signal SIG (FIG. 9 (C)).
  • the timing t51 is located in the latter half of the period in which the value of the time code TC is “n” (FIG. 9 (E)).
  • the latch 26 latches the time code TC at this timing t51. As a result, the code value CDB becomes "n".
  • the code value CDA is “n + 1” and the code value. Since CDB is "n”, the total value of the code values CDA and CDB is "2n + 1".
  • the voltage of the pixel signal SIG in the pixel circuit 20B is the same as the voltage of the pixel signal SIG in the pixel circuit 20A, so that the total value of the code values CDA and CDB obtained in the pixel circuit 20B is , It is the same as the total value of the code values CDA and CDB obtained in the pixel circuit 20A.
  • the pixel circuit 20A latches the time code TC at the timing t51 when the reference signal REF is lower than the pixel signal SIG, as shown in FIG. 8, and the pixel circuit 20B latches the time code TC as shown in FIG. ,
  • the time code TC is latched at the timing t52 which is delayed by ⁇ t / 2 from the timing t51 when the reference signal REF is lower than the pixel signal SIG.
  • the pixel circuit 20A latches the time code TC at the timing t52 in which the reference signal REF is delayed by ⁇ t / 2 from the timing t51 below the pixel signal SIG, and the pixels.
  • the circuit 20B latches the time code TC at the timing t51 when the reference signal REF is lower than the pixel signal SIG.
  • the latch timing in the pixel circuit 20A and the latch timing in the pixel circuit 20B can be shifted in each of the P-phase period TPA, TPB, and the D-phase period TDA, TDB. As described with reference to the above, the image quality of the captured image can be improved.
  • FIG. 10 shows a configuration example of the pixel circuit 20R in the image pickup apparatus 1R.
  • the pixel circuit 20R has a comparison circuit 22R.
  • the comparison circuit 22R omits the delay circuit 24 and the selection circuit 25 from the comparison circuit 22 according to the present embodiment.
  • FIG. 11A and 11B show an example of an operation of AD conversion in a certain focused pixel circuit 20R, in which FIG. 11A shows the waveform of the control signal RST, FIG. 11B shows the waveform of the control signal TX, and FIG. 11C shows the waveform of the control signal TX.
  • FIG. 11A shows the waveform of the control signal RST
  • FIG. 11B shows the waveform of the control signal TX
  • FIG. 11C shows the waveform of the control signal TX.
  • D shows the waveform of the pixel signal SIG
  • E shows the waveform of the signal CMP.
  • the reference signal generation unit 12 changes the voltage of the reference signal REF to the reset voltage Vreset (FIG. 11 (C)). Further, at this timing t61, the pixel drive unit 14R of the image pickup apparatus 1R changes the control signal RST from a low level to a high level (FIG. 11A). As a result, in the pixel circuit 20R, the reset transistor MN3 is turned on, the floating diffusion FD is reset, and the voltage of the pixel signal SIG becomes the reset voltage Vreset (FIG. 11 (D)). Then, after a predetermined time has elapsed from the timing t61, the pixel drive unit 14R changes the control signal RST from a high level to a low level (FIG. 11A). As a result, the reset transistor MN3 is turned off.
  • the reference signal generation unit 12R of the image pickup apparatus 1R changes the voltage of the reference signal REF from the reset voltage Vreset to the voltage V1 (FIG. 11 (C)).
  • the comparison circuit 22R raises the signal CMP to a high level (FIG. 11 (E)).
  • the pixel circuit 20R performs AD conversion based on the voltage (reset voltage Vreset) of the pixel signal SIG. Specifically, at the timing t63, the reference signal generation unit 12R starts to reduce the voltage of the reference signal REF from the voltage V1 by a predetermined degree of change (FIG. 11 (C)). Further, the code generation unit 13 of the image pickup apparatus 1R starts the increment operation of the time code TC at this timing t63.
  • the comparison circuit 22R changes the signal CMP from a high level to a low level (FIG. 11 (E)).
  • the latch 26 obtains the code value CP by latching the time code TC based on the transition of the signal CMP.
  • the reference signal generation unit 12R changes the voltage of the reference signal REF to the voltage V2 (FIG. 11 (C)), and the code generation unit 13R changes the time code TC. Ends the increment operation of.
  • the repeater 29 supplies the code value CP generated by the pixel circuit 20R to the signal processing unit 15R of the image pickup apparatus 1R.
  • the reference signal generation unit 12R changes the voltage of the reference signal REF from the voltage V2 to the voltage V1 (FIG. 11 (C)).
  • the comparison circuit 22R changes the signal CMP from a low level to a high level (FIG. 11 (E)).
  • the pixel drive unit 14R changes the control signal TX from a low level to a high level (FIG. 11 (B)).
  • the transfer transistor MN2 is turned on, the electric charge generated by the photodiode PD is transferred to the floating diffusion FD, and the voltage of the pixel signal SIG becomes the pixel voltage Vpix (FIG. 11 (D)). ..
  • the pixel drive unit 14R changes the control signal TX from a high level to a low level (FIG. 11B). As a result, the transfer transistor MN2 is turned off.
  • the pixel circuit 20R performs AD conversion based on the voltage of the pixel signal SIG (pixel voltage Vpix). Specifically, at the timing t66, the reference signal generation unit 12R starts to reduce the voltage of the reference signal REF from the voltage V1 by a predetermined degree of change (FIG. 11 (C)). Further, the code generation unit 13R starts the increment operation of the time code TC at this timing t66.
  • the comparison circuit 22R changes the signal CMP from a high level to a low level (FIG. 11 (E)).
  • the latch 26 obtains the code value CD by latching the time code TC based on the transition of the signal CMP.
  • the reference signal generation unit 12R sets the voltage of the reference signal REF to the voltage V2 (FIG. 11 (C)), and the code generation unit 13R increments the time code TC. End the operation. Then, in the period from timing t68 to t69, the repeater 29 supplies the code value CD generated by the pixel circuit 20R to the signal processing unit 15R.
  • the signal processing unit 15R performs predetermined image processing based on the code values CP and CD generated by each of the plurality of pixel circuits 20R. For example, the signal processing unit 15R generates pixel values based on the code values CP and CD by using the principle of correlated double sampling. Specifically, the signal processing unit 15R generates a pixel value by, for example, subtracting the code value CP from the code value CD. Further, the signal processing unit 15R performs black level correction processing and the like. In this way, the signal processing unit 15R generates the image signal Spic.
  • the time code TC is latched at the same timing.
  • the P-phase period TP since the current flows in such a plurality of pixel circuits 20R at the same time, the power supply voltage may fluctuate. When the power supply voltage fluctuates in this way, a malfunction may occur in the image pickup apparatus 1R, and when such a malfunction occurs, the image quality of the captured image deteriorates.
  • the latch timing in the pixel circuit 20A and the latch timing in the pixel circuit 20B can be shifted. can.
  • the timing at which the current flows in the pixel circuit 20 can be dispersed, so that fluctuations in the power supply voltage can be suppressed.
  • the image pickup apparatus 1 can reduce the possibility of malfunction, and thus reduce the risk of deterioration of the image quality of the captured image.
  • the delay time of the delay circuit 24 is set to half ( ⁇ t / 2) of the time ⁇ t indicating the period in which the time code TC changes, thereby increasing the resolution of AD conversion. Can be done.
  • TDB can be shortened by, for example, reducing the number of bits in the latch 26 by 1 bit.
  • FIG. 12 shows an example of the AD conversion operation in the image pickup device 1 according to the embodiment and the image pickup device 1R according to the comparative example
  • FIG. 12A shows the waveform of the reference signal REF in the image pickup device 1.
  • B) shows the waveform of the pixel signal SIG in the image pickup device 1
  • C) shows the waveform of the reference signal REF in the image pickup device 1R
  • D shows the waveform of the pixel signal SIG in the image pickup device 1R.
  • the waveforms of FIGS. 12 (A) and 12 (B) are the same as the waveforms of FIGS. 7 (C) and 7 (D), and the waveforms of FIGS. 12 (C) and 12 (D) are shown in FIGS. 11 (C) and 11 (D). ) Is the same as the waveform.
  • the number of bits in the latch 26 is reduced by 1 bit as compared with the image pickup apparatus 1R according to the comparative example.
  • the inclination of the lamp waveform of the reference signal REF is doubled as compared with the image pickup apparatus 1R.
  • the lengths of the P-phase periods TPA and TPB can be halved from the length of the P-phase period TP in the imaging device 1R, and similarly, the lengths of the D-phase periods TDA and TDB. Can be halved in the length of the D-phase period TD in the image pickup apparatus 1R.
  • the image pickup apparatus 1 can suppress a decrease in the frame rate to some extent.
  • the light receiving circuit 21 in which each of the plurality of pixel circuits 20 generates the pixel signal SIG according to the amount of received light is compared with the pixel signal SIG and the reference signal REF having the lamp waveform.
  • the comparator 23 that generates the signal CMP1 by It has a selection circuit 25 and a latch 26 that latches the time code TC at a timing based on the signal CMP.
  • the pixel drive unit 14 controls the operation of the selection circuit 25 in each of the plurality of pixel circuits 20. Thereby, the latch timing in the pixel circuit 20 in which the signal CMP1 is selected and the latch timing in the pixel circuit 20 in which the signal CMP2 is selected can be shifted from each other.
  • the timing at which the current flows in the pixel circuit 20 can be dispersed, so that fluctuations in the power supply voltage can be suppressed.
  • the image quality of the captured image can be improved because the image pickup device 1 can reduce the possibility of malfunction.
  • the selection circuit 25 in each of the plurality of pixel circuits 20A is made to select the signal CMP1
  • the selection circuit 25 in each of the plurality of pixel circuits 20B is made to select the signal CMP2. Therefore, the timing at which the current flows in the pixel circuit 20 can be dispersed, so that the image quality of the captured image can be improved.
  • the selection circuit 25 in each of the plurality of pixel circuits 20A selects the signal CMP2, and the selection circuit 25 in each of the plurality of pixel circuits 20B selects the signal CMP1. I made it select.
  • the total value of the code value CDA and the code value CDB obtained in the pixel circuit 20A is the total value of the code value CDA and the code value CDB obtained in the pixel circuit 20B having the same light receiving amount as the pixel circuit 20A. Is the same as. Therefore, in the image pickup apparatus 1, the process of calculating the pixel value based on these code values CDA and CDB can be simplified.
  • the delay time of the delay circuit 24 is set to half ( ⁇ t / 2) of the time ⁇ t indicating the cycle in which the time code TC changes, the resolution of AD conversion can be improved.
  • the circuit scale of the pixel circuit 20 can be reduced, and the area of the pixel P can be reduced.
  • the resolution can be increased and the image quality of the captured image can be improved.
  • any one of the plurality of pixel circuits 20A and any one of the plurality of pixel circuits 20B are alternately arranged, and the pixel array 11 is arranged.
  • any one of the plurality of pixel circuits 20A and any one of the plurality of pixel circuits 20B are arranged alternately, so that the image quality of the captured image can be improved. That is, for example, in the vertical direction of the pixel array 11, any one of the plurality of pixel circuits 20A and any one of the plurality of pixel circuits 20B are alternately arranged, and in the horizontal direction of the pixel array 11.
  • the linear patterns may be visually recognized by the pixel circuits 20A and 20B arranged side by side.
  • any one of the plurality of pixel circuits 20A and any one of the plurality of pixel circuits 20B are alternately arranged in both the vertical direction and the horizontal direction. Therefore, it is possible to reduce the possibility that such a linear pattern is visually recognized, and thus it is possible to improve the image quality of the captured image.
  • the signal CMP1 is obtained by comparing the light receiving circuit in which each of the plurality of pixel circuits generates a pixel signal according to the amount of received light with the pixel signal and the reference signal having a lamp waveform.
  • a comparator to generate, a delay circuit that generates signal CMP2 by delaying signal CMP1, a selection circuit that selects one of signal CMP1 and signal CMP2 and outputs the selected signal as signal CMP, and signal CMP. It has a latch that latches the time code at the timing based on. Then, the pixel drive unit controls the operation of the selection circuit in each of the plurality of pixel circuits. As a result, the image quality of the captured image can be improved.
  • the selection circuits in each of the plurality of pixel circuits 20A are made to select the signal CMP1 and the selection circuits in each of the plurality of pixel circuits 20B are made to select the signal CMP2. Therefore, the timing at which the current flows in the pixel circuit can be dispersed, so that the image quality of the captured image can be improved. Further, for example, in the D-phase period TDB, the selection circuits in each of the plurality of pixel circuits 20A are made to select the signal CMP2, and the selection circuits in each of the plurality of pixel circuits 20B are made to select the signal CMP1. The process of calculating the pixel value based on these code values can be simplified.
  • the delay time of the delay circuit is halved from the time indicating the cycle in which the time code changes, so that the resolution of AD conversion can be improved.
  • the circuit scale of the pixel circuit can be reduced, so that the pixel area can be reduced.
  • the resolution can be increased and the image quality of the captured image can be improved.
  • any one of the plurality of pixel circuits 20A and any one of the plurality of pixel circuits 20B are alternately arranged, and in the horizontal direction of the pixel array. Since any one of the plurality of pixel circuits 20A and any one of the plurality of pixel circuits 20B are arranged alternately, the image quality of the captured image can be improved.
  • FIG. 13 shows a configuration example of the comparator 23B.
  • the comparator 23B has an amplifier AMP.
  • the amplifier AMP has transistors MP3 and MN7 and a capacitive element C1.
  • the transistor MP3 is a P-type MOS transistor
  • the transistor MN7 is an N-type MOS transistor.
  • the gate of the transistor MP3 is connected to the drain of the transistors MP1 and MN4 and one end of the capacitive element C1, the power supply voltage VDD is supplied to the source, and the drain is connected to the drain of the transistor MN7 and the other end of the capacitive element C1.
  • One end of the capacitive element C1 is connected to the gate of the transistor MP3 and the drain of the transistors MP1 and MN4, and the other end is connected to the drain of the transistors MP3 and MN7.
  • a power supply voltage VDDL is supplied to the gate of the transistor MN7, and the drain is connected to the drain of the transistor MP3 and the other end of the capacitance element C1.
  • the power supply voltage VDDL is a voltage lower than the power supply voltage VDDL.
  • the amplifier AMP has a function of performing voltage conversion from a voltage range of the ground voltage or more and the power supply voltage VDD or less to a voltage range of the ground voltage or more and the power supply voltage VDDL or less.
  • the capacitive element C1 is provided to limit the band.
  • the image pickup apparatus 2 according to the second embodiment will be described.
  • the latch timing in the latch 26 is made different by making the timing of the reference signal REF different.
  • the components substantially the same as those of the image pickup apparatus 1 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate.
  • FIG. 14 shows an example of a configuration of the image pickup apparatus 2.
  • the image pickup apparatus 2 includes a pixel array 31, reference signal generation units 32A and 32B, a code generation unit 13, a pixel drive unit 34, a signal processing unit 15, and a timing generation unit 36.
  • FIG. 15 shows an example of a configuration of cluster CL.
  • the cluster CL has a plurality of pixel circuits 40 corresponding to each of the plurality of pixels P and a repeater 29.
  • the pixel circuit 40 (pixel circuit 40A) to which the reference signal REFA generated by the reference signal generation unit 32A is supplied, and the pixel circuit 40 to which the reference signal REFB generated by the reference signal generation unit 32B is supplied.
  • Pixel circuits 40B are arranged alternately in the vertical direction and alternately arranged in the horizontal direction.
  • the pixel P (pixel PA) corresponding to the pixel circuit 40A and the pixel P (pixel PB) corresponding to the pixel circuit 40B are arranged in the vertical direction. They are arranged alternately and are arranged alternately in the horizontal direction. In this way, in the pixel array 31, the pixels PA and PB are arranged in a checkered pattern.
  • FIG. 16 shows a configuration example of the pixel circuit 40.
  • the pixel circuit 40 includes a light receiving circuit 21, a comparison circuit 42, and a latch 26.
  • the comparison circuit 42 is configured to compare the reference signal REF (reference signal REFA or reference signal REFB) with the pixel signal SIG.
  • REF reference signal REFA or reference signal REFB
  • the comparison circuit 42 in the pixel circuit 40A compares the reference signal REFA generated by the reference signal generation unit 32A with the pixel signal SIG
  • the comparison circuit 42 in the pixel circuit 40B is performed by the reference signal generation unit 32B.
  • the generated reference signal REFB and the pixel signal SIG are compared.
  • the comparison circuit 42 has a comparator 23 and a selection circuit 25. That is, the comparison circuit 42 omits the delay circuit 24 and the selection circuit 25 from the comparison circuit 22 (FIG. 4) according to the first embodiment.
  • the reference signal generation unit 32A (FIG. 14) is configured to generate the reference signal REFA based on the instruction from the timing generation unit 36.
  • the reference signal generation unit 32B is configured to generate the reference signal REFB based on the instruction from the timing generation unit 36.
  • FIG. 17 shows an example of reference signals REFA and REFB.
  • the ramp waveform of the reference signal REFB is shifted behind the ramp waveform of the reference signal REFA by ⁇ t / 2 in the time axis direction.
  • the ramp waveform of the reference signal REFA is shifted behind the ramp waveform of the reference signal REFB by ⁇ t / 2 in the time axis direction.
  • the pixel drive unit 34 (FIG. 14) is configured to control the operation of a plurality of pixel circuits 40 in the pixel array 31. Specifically, the pixel drive unit 34 controls the operation of the pixel circuit 40 by generating control signals OFG, TX, RST and supplying these control signals OFG, TX, RST to the light receiving circuit 21. It has become.
  • the timing generation unit 36 generates various timing signals, and supplies the generated various timing signals to the reference signal generation units 32A and 32B, the code generation unit 13, the pixel drive unit 34, and the signal processing unit 15 to perform imaging. It is configured to control the operation of the device 2.
  • the reference signal generation unit 32A corresponds to a specific example of the "first reference signal generation unit” in the present disclosure.
  • the reference signal REFA corresponds to a specific example of the "first reference signal” in the present disclosure.
  • the reference signal generation unit 32B corresponds to a specific example of the “second reference signal generation unit” in the present disclosure.
  • the reference signal REFB corresponds to a specific example of the "second reference signal” in the present disclosure.
  • the plurality of pixel circuits 40A correspond to a specific example of the "first plurality of pixel circuits" in the present disclosure.
  • the plurality of pixel circuits 40B correspond to a specific example of the "second plurality of pixel circuits" in the present disclosure.
  • FIG. 18 shows an example of latch operation in the D-phase period TDA and TDB in the pixel circuit 40A
  • FIG. 18 (A) shows the waveform of the reference signal REFA (reference signal REFA_TDA) in the D-phase period TDA.
  • B) shows the waveform of the reference signal REFA (reference signal REFA_TDB) in the D-phase period TDB
  • C) shows the waveform of the pixel signal SIG
  • (D) shows the waveform of the signal CMP in the D-phase period TDA.
  • (E) show the waveform of the signal CMP in the D phase period TDB
  • (F) shows the time code TC.
  • the waveform in the D-phase period TDA and the waveform in the D-phase period TDB are drawn on the same time axis.
  • the reference signal REFA gradually decreases and falls below the pixel signal SIG at the timing t81 (FIGS. 18A and 18C).
  • the signal CMP changes from a high level to a low level at this timing t81 (FIG. 18 (D)).
  • the timing t81 is located in the latter half of the period in which the code value of the time code TC is “n” (FIG. 18 (F)).
  • the latch 26 latches the time code TC at this timing t81. As a result, the code value CDA becomes "n".
  • the ramp waveform of the reference signal REFA in the D-phase period TDB is shifted behind the ramp waveform of the reference signal REFA in the D-phase period TDA by ⁇ t / 2 in the time axis direction. Therefore, in the D-phase period TDB, the reference signal REFA is lower than the pixel signal SIG at the timing t82 (FIGS. 18 (B) and 18 (C)).
  • the signal CMP changes from a high level to a low level at this timing t82 (FIG. 18 (E)).
  • the timing t82 is located in the first half of the period in which the code value of the time code TC is “n + 1” (FIG. 18 (F)).
  • the latch 26 latches the time code TC at this timing t82. As a result, the code value CDB becomes "n + 1".
  • FIG. 19 shows an example of the latch operation in the D-phase period TDA and TDB in the pixel circuit 40B
  • FIG. 19A shows the waveform of the reference signal REFB (reference signal REFB_TDA) in the D-phase period TDA
  • B) shows the waveform of the reference signal REFB (reference signal REFB_TDB) in the D phase period TDB
  • C shows the waveform of the pixel signal SIG
  • D shows the waveform of the signal CMP in the D phase period TDA
  • (E) show the waveform of the signal CMP in the D phase period TDB
  • (F) shows the time code TC.
  • the voltage of the pixel signal SIG in the pixel circuit 40B is the same as the voltage of the pixel signal SIG in the pixel circuit 40A shown in FIG.
  • the ramp waveform of the reference signal REFB in the D-phase period TDA is shifted backward by ⁇ t / 2 in the time axis direction from the ramp waveform of the reference signal REFB in the D-phase period TDB. Therefore, in the D-phase period TDA, the reference signal REFB is lower than the pixel signal SIG at the timing t82 (FIGS. 19A and 19C).
  • the signal CMP changes from a high level to a low level at this timing t82 (FIG. 19 (D)).
  • the timing t82 is located in the first half of the period in which the code value of the time code TC is “n + 1” (FIG. 19 (F)).
  • the latch 26 latches the time code TC at this timing t82. As a result, the code value CDA becomes "n + 1".
  • the reference signal REFB is lower than the pixel signal SIG at the timing t81 (FIGS. 19B and 19C).
  • the signal CMP changes from a high level to a low level at this timing t81 (FIG. 19 (E)).
  • the timing t81 is located in the latter half of the period in which the code value of the time code TC is “n” (FIG. 19 (F)).
  • the latch 26 latches the time code TC at this timing t81. As a result, the code value CDB becomes "n".
  • the reference signal generation unit 32A generates the reference signal REFA having the lamp waveform, and the reference signal generation unit 32B deviates from the lamp waveform of the reference signal REFA in the time axis direction.
  • the reference signal REFB having the above is generated.
  • each of the pixel circuits 40A has a light receiving circuit 21 that generates a pixel signal SIG according to the amount of received light, a comparator 23 that generates a signal CMP by comparing the pixel signal SIG with the reference signal REFA, and a signal CMP. It has a latch 26 and a latch 26 that latches the time code based on the above.
  • each of the pixel circuits 40B has a light receiving circuit 21 that generates a pixel signal SIG according to the amount of light received, a comparator 23 that generates a signal CMP by comparing the pixel signal SIG with the reference signal REFB, and a signal CMP. It has a latch 26 and a latch 26 that latches the time code based on the above. Thereby, the latch timing in the pixel circuit 40A to which the reference signal REFA is supplied and the latch timing in the pixel circuit 40B to which the reference signal REFB is supplied can be shifted from each other. As a result, the timing at which the current flows in the pixel circuit 40 can be dispersed, so that fluctuations in the power supply voltage can be suppressed. As a result, the image quality of the captured image can be improved because the image pickup device 2 can reduce the possibility of malfunction.
  • the lamp waveform of the reference signal REFB is shifted backward in the time axis direction from the lamp waveform of the reference signal REFA, so that the timing at which the current flows in the pixel circuit 40 Can be dispersed, so that the image quality of the captured image can be improved.
  • the lamp waveform of the reference signal REFA is shifted backward in the time axis direction from the lamp waveform of the reference signal REFB.
  • the total value of the code value CDA and the code value CDB obtained in the pixel circuit 40A is the total value of the code value CDA and the code value CDB obtained in the pixel circuit 40B having the same light receiving amount as the pixel circuit 40A. It is the same. Therefore, in the image pickup apparatus 2, the process of calculating the pixel value based on these code values CDA and CDB can be simplified.
  • the lamp waveform of the reference signal REFB is deviated from the lamp waveform of the reference signal REFA by half the time ( ⁇ t / 2) of the time ⁇ t indicating the cycle in which the time code TC changes.
  • the resolution of AD conversion can be increased. For example, by reducing the number of bits in the latch 26 instead of increasing the resolution of the AD conversion, the circuit scale of the pixel circuit 40 can be reduced, and the area of the pixel P can be reduced. As a result, for example, since more pixels P can be arranged in the pixel array 31, the resolution can be increased and the image quality of the captured image can be improved.
  • any one of the plurality of pixel circuits 40A and any one of the plurality of pixel circuits 40B are alternately arranged, and the pixel array 31 is arranged.
  • any one of the plurality of pixel circuits 40A and any one of the plurality of pixel circuits 40B are arranged alternately, so that the image quality of the captured image can be improved. That is, for example, in the vertical direction of the pixel array 31, any one of the plurality of pixel circuits 40A and any one of the plurality of pixel circuits 40B are alternately arranged, and in the horizontal direction of the pixel array 31.
  • the linear patterns may be visually recognized by the pixel circuits 40A and 40B arranged side by side.
  • any one of the plurality of pixel circuits 40A and any one of the plurality of pixel circuits 40B are alternately arranged in both the vertical direction and the horizontal direction. Therefore, it is possible to reduce the possibility that such a linear pattern is visually recognized, and thus it is possible to improve the image quality of the captured image.
  • the reference signal generation unit 32A generates the reference signal REFA having the lamp waveform, and the reference signal generation unit 32B deviates from the lamp waveform of the reference signal REFA in the time axis direction.
  • the reference signal REFB having the above is generated.
  • each of the pixel circuits 40A has a light receiving circuit that generates a pixel signal according to the amount of received light, a comparator that generates a signal CMP by comparing the pixel signal with the reference signal REFA, and a time based on the signal CMP. It has a latch to latch the cord.
  • each of the pixel circuits 40B has a light receiving circuit that generates a pixel signal according to the amount of received light, a comparator that generates a signal CMP by comparing the pixel signal with the reference signal REFB, and a time based on the signal CMP. It has a latch to latch the cord. As a result, the image quality of the captured image can be improved.
  • the lamp waveform of the reference signal REFB is shifted backward in the time axis direction from the lamp waveform of the reference signal REFA, so that the timing at which the current flows in the pixel circuit is dispersed. Therefore, the image quality of the captured image can be improved.
  • the lamp waveform of the reference signal REFA is shifted backward in the time axis direction from the lamp waveform of the reference signal REFB, so that the pixel value is calculated based on these code values.
  • the process to do can be simplified.
  • the ramp waveform of the reference signal REFB is deviated from the ramp waveform of the reference signal REFA by half the time indicating the cycle in which the time code changes, so that the resolution of AD conversion can be improved.
  • the circuit scale of the pixel circuit can be reduced, so that the pixel area can be reduced.
  • the resolution can be increased and the image quality of the captured image can be improved.
  • any one of the plurality of pixel circuits 40A and any one of the plurality of pixel circuits 40B are alternately arranged, and in the horizontal direction of the pixel array. Since any one of the plurality of pixel circuits 40A and any one of the plurality of pixel circuits 40B are arranged alternately, the image quality of the captured image can be improved.
  • FIG. 20 shows an example of using the imaging devices 1 and 2 according to the above embodiment.
  • the image pickup apparatus 1 described above can be used in various cases for sensing light such as visible light, infrared light, ultraviolet light, and X-ray, as described below.
  • Devices that capture images used for viewing such as digital cameras and portable devices with camera functions.
  • Devices and user gestures used for traffic such as in-vehicle sensors that photograph the rear, surroundings, and interior of vehicles, surveillance cameras that monitor traveling vehicles and roads, and distance measurement sensors that measure distance between vehicles.
  • devices and endoscopes used in home appliances such as televisions, refrigerators, and air conditioners, and devices that perform angiography by receiving infrared light.
  • Equipment used for medical and healthcare surveillance cameras for crime prevention, cameras for person authentication, etc., equipment used for security, skin measuring instruments for photographing skin, and scalp Devices used for beauty such as microscopes for taking pictures, action cameras and wearable cameras for sports applications, devices used for sports, cameras for monitoring the condition of fields and crops, etc.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure is realized as a device mounted on a moving body of any kind such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility, an airplane, a drone, a ship, and a robot. You may.
  • FIG. 21 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • the vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via the communication network 12001.
  • the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an outside information detection unit 12030, an in-vehicle information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
  • a microcomputer 12051, an audio image output unit 12052, and an in-vehicle network I / F (interface) 12053 are shown as a functional configuration of the integrated control unit 12050.
  • the drive system control unit 12010 controls the operation of the device related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the drive system control unit 12010 provides a driving force generator for generating the driving force of the vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting the driving force to the wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism for adjusting and a braking device for generating a braking force of a vehicle.
  • the body system control unit 12020 controls the operation of various devices mounted on the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as a head lamp, a back lamp, a brake lamp, a winker, or a fog lamp.
  • the body system control unit 12020 may be input with radio waves transmitted from a portable device that substitutes for the key or signals of various switches.
  • the body system control unit 12020 receives inputs of these radio waves or signals and controls a vehicle door lock device, a power window device, a lamp, and the like.
  • the vehicle outside information detection unit 12030 detects information outside the vehicle equipped with the vehicle control system 12000.
  • the image pickup unit 12031 is connected to the vehicle exterior information detection unit 12030.
  • the vehicle outside information detection unit 12030 causes the image pickup unit 12031 to capture an image of the outside of the vehicle and receives the captured image.
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 may perform object detection processing or distance detection processing such as a person, a vehicle, an obstacle, a sign, or a character on the road surface based on the received image.
  • the imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electric signal according to the amount of the light received.
  • the image pickup unit 12031 can output an electric signal as an image or can output it as distance measurement information. Further, the light received by the imaging unit 12031 may be visible light or invisible light such as infrared light.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 detects the in-vehicle information.
  • a driver state detection unit 12041 that detects the driver's state is connected to the in-vehicle information detection unit 12040.
  • the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that images the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 determines the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. It may be calculated, or it may be determined whether the driver is dozing.
  • the microcomputer 12051 calculates the control target value of the driving force generator, the steering mechanism, or the braking device based on the information inside and outside the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, and the drive system control unit.
  • a control command can be output to 12010.
  • the microcomputer 12051 realizes ADAS (Advanced Driver Assistance System) functions including vehicle collision avoidance or impact mitigation, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, vehicle lane deviation warning, and the like. It is possible to perform cooperative control for the purpose of.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • the microcomputer 12051 controls the driving force generator, the steering mechanism, the braking device, and the like based on the information around the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040. It is possible to perform coordinated control for the purpose of automatic driving, etc., which runs autonomously without depending on the operation.
  • the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on the information outside the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030.
  • the microcomputer 12051 controls the headlamps according to the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the external information detection unit 12030, and performs coordinated control for the purpose of anti-glare such as switching the high beam to the low beam. It can be carried out.
  • the audio image output unit 12052 transmits the output signal of at least one of the audio and the image to the output device capable of visually or audibly notifying the passenger or the outside of the vehicle of the information.
  • an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are exemplified as output devices.
  • the display unit 12062 may include, for example, at least one of an onboard display and a heads-up display.
  • FIG. 22 is a diagram showing an example of the installation position of the imaging unit 12031.
  • the vehicle 12100 has image pickup units 12101, 12102, 12103, 12104, 12105 as the image pickup unit 12031.
  • the imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, 12105 are provided at positions such as the front nose, side mirrors, rear bumpers, back doors, and the upper part of the windshield in the vehicle interior of the vehicle 12100, for example.
  • the imaging unit 12101 provided on the front nose and the imaging unit 12105 provided on the upper part of the windshield in the vehicle interior mainly acquire an image in front of the vehicle 12100.
  • the imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors mainly acquire images of the side of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12104 provided on the rear bumper or the back door mainly acquires an image of the rear of the vehicle 12100.
  • the images in front acquired by the imaging units 12101 and 12105 are mainly used for detecting a preceding vehicle or a pedestrian, an obstacle, a traffic light, a traffic sign, a lane, or the like.
  • FIG. 22 shows an example of the photographing range of the imaging units 12101 to 12104.
  • the imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided on the front nose
  • the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided on the side mirrors, respectively
  • the imaging range 12114 indicates the imaging range of the imaging units 12102 and 12103.
  • the imaging range of the imaging unit 12104 provided on the rear bumper or the back door is shown. For example, by superimposing the image data captured by the imaging units 12101 to 12104, a bird's-eye view image of the vehicle 12100 as viewed from above can be obtained.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information.
  • at least one of the image pickup units 12101 to 12104 may be a stereo camera composed of a plurality of image pickup elements, or an image pickup element having pixels for phase difference detection.
  • the microcomputer 12051 has a distance to each three-dimensional object within the imaging range 12111 to 12114 based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, and a temporal change of this distance (relative velocity with respect to the vehicle 12100). By obtaining can. Further, the microcomputer 12051 can set an inter-vehicle distance to be secured in front of the preceding vehicle in advance, and can perform automatic braking control (including follow-up stop control), automatic acceleration control (including follow-up start control), and the like. In this way, it is possible to perform coordinated control for the purpose of automatic driving or the like in which the vehicle travels autonomously without depending on the operation of the driver.
  • automatic braking control including follow-up stop control
  • automatic acceleration control including follow-up start control
  • the microcomputer 12051 converts three-dimensional object data related to a three-dimensional object into two-wheeled vehicles, ordinary vehicles, large vehicles, pedestrians, electric poles, and other three-dimensional objects based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104. It can be classified and extracted and used for automatic avoidance of obstacles. For example, the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into obstacles that can be seen by the driver of the vehicle 12100 and obstacles that are difficult to see. Then, the microcomputer 12051 determines the collision risk indicating the risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or higher than the set value and there is a possibility of collision, the microcomputer 12051 via the audio speaker 12061 or the display unit 12062. By outputting an alarm to the driver and performing forced deceleration and avoidance steering via the drive system control unit 12010, driving support for collision avoidance can be provided.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays.
  • the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether or not a pedestrian is present in the captured image of the imaging units 12101 to 12104.
  • pedestrian recognition includes, for example, a procedure for extracting feature points in an image captured by an imaging unit 12101 to 12104 as an infrared camera, and pattern matching processing for a series of feature points indicating the outline of an object to determine whether or not the pedestrian is a pedestrian. It is done by the procedure to determine.
  • the audio image output unit 12052 When the microcomputer 12051 determines that a pedestrian is present in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 and recognizes the pedestrian, the audio image output unit 12052 outputs a square contour line for emphasizing the recognized pedestrian.
  • the display unit 12062 is controlled so as to superimpose and display. Further, the audio image output unit 12052 may control the display unit 12062 so as to display an icon or the like indicating a pedestrian at a desired position.
  • the above is an example of a vehicle control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • the technique according to the present disclosure can be applied to the imaging unit 12031 among the configurations described above.
  • the vehicle control system 12000 realizes a vehicle collision avoidance or collision mitigation function, a follow-up running function based on the inter-vehicle distance, a vehicle speed maintenance running function, a vehicle collision warning function, a vehicle lane deviation warning function, and the like with high accuracy. can.
  • the pixels P are arranged over the two semiconductor substrates 101 and 102, but the present invention is not limited to this, and the pixels P may be arranged on one semiconductor substrate. It may be arranged over more than one semiconductor substrate.
  • this technology can be configured as follows. According to the present technology having the following configuration, the image quality of the captured image can be improved.
  • a light receiving circuit that generates a pixel signal according to the amount of received light, a comparator that generates a first comparison signal by comparing the pixel signal with a reference signal having a lamp waveform, and the first A delay circuit that generates a second comparison signal by delaying the comparison signal of the above, and one of the first comparison signal and the second comparison signal are selected, and the selected signal is compared with the third.
  • a plurality of pixel circuits having a selection circuit that outputs as a signal and a latch circuit that latches a time code at a timing based on the third comparison signal.
  • An imaging device including a control unit that controls the operation of the selection circuit in each of the plurality of pixel circuits.
  • the plurality of pixel circuits include a first plurality of pixel circuits and a second plurality of pixel circuits.
  • the control unit causes the selection circuit in each of the first plurality of pixel circuits to select the first comparison signal, and the selection in each of the second plurality of pixel circuits.
  • the imaging device according to (1) above which causes a circuit to select the second comparison signal.
  • the control unit causes the selection circuit in each of the first plurality of pixel circuits to select the second comparison signal, and each of the second plurality of pixel circuits.
  • any one of the first plurality of pixel circuits and any one of the second plurality of pixel circuits are alternately arranged.
  • any one of the first plurality of pixel circuits and any one of the second plurality of pixel circuits are alternately arranged.
  • the time code changes every time a predetermined time elapses.
  • the imaging device according to (3) or (4), wherein the delay time in the delay circuit is half the time of the predetermined time.
  • the signal processing unit has a time code latched by the latch circuit in the first period and a time code latched by the latch circuit in the second period.
  • the imaging device according to any one of (3) to (5) above, which generates a pixel value of the one pixel circuit based on the above.
  • the light receiving circuit is provided on the first semiconductor substrate.
  • the delay circuit, the selection circuit, and the latch circuit are provided on a second semiconductor substrate attached to the first semiconductor substrate.
  • the image pickup apparatus according to any one of (1) to (6) above, wherein the comparator is provided over the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate.
  • a first reference signal generation unit that generates a first reference signal having a lamp waveform
  • a second reference signal generation unit that generates a second reference signal having a lamp waveform deviated from the lamp waveform of the first reference signal in the time axis direction.
  • Each generates a first comparison signal by comparing the first light receiving circuit that generates the first pixel signal according to the amount of received light with the first pixel signal and the first reference signal.
  • a first plurality of pixel circuits having a first comparator and a first latch circuit that latches a time code based on the first comparison signal.
  • Each generates a second comparison signal by comparing the second light receiving circuit that generates the second pixel signal according to the amount of light received with the second pixel signal and the second reference signal.
  • An image pickup apparatus including a second plurality of pixel circuits having a second comparator and a second latch circuit for latching the time code based on the second comparison signal.
  • (9) The imaging according to (8), wherein in the first period, the lamp waveform of the second reference signal is displaced behind the lamp waveform of the first reference signal in the time axis direction.
  • Device. (10) The imaging according to (9), wherein in the second period, the lamp waveform of the first reference signal is displaced behind the lamp waveform of the second reference signal in the time axis direction.
  • any one of the first plurality of pixel circuits and any one of the second plurality of pixel circuits are alternately arranged.
  • (12) The time code changes every time a predetermined time elapses.
  • (13) Further equipped with a signal processing unit The signal processing unit In one of the first plurality of pixel circuits, the time code latched by the first latch circuit in the first period and the first latch circuit latched in the second period. Based on the time code, the pixel value of the one pixel circuit is generated.
  • the time code latched by the second latch circuit in the first period and the second latch circuit latched in the second period is provided.
  • the imaging apparatus according to any one of (10) to (12) above, which generates a pixel value of the one pixel circuit based on the time code.
  • the first light receiving circuit and the second light receiving circuit are provided on the first semiconductor substrate.
  • the first latch circuit and the second latch circuit are provided on a second semiconductor substrate attached to the first semiconductor substrate.
  • the imaging apparatus according to any one of (8) to (13), wherein the first comparator and the second comparator are provided over the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate.

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Abstract

本開示の撮像装置は、それぞれが、受光量に応じた画素信号を生成する受光回路と、画素信号とランプ波形を有する参照信号とを比較することにより第1の比較信号を生成するコンパレータと、第1の比較信号を遅延させることにより第2の比較信号を生成する遅延回路と、第1の比較信号および第2の比較信号のうちの一方を選択し、選択された信号を第3の比較信号として出力する選択回路と、第3の比較信号に基づくタイミングでタイムコードをラッチするラッチ回路とを有する複数の画素回路と、複数の画素回路のそれぞれにおける選択回路の動作を制御する制御部とを備える。

Description

撮像装置
 本開示は、被写体を撮像する撮像装置に関する。
 一般に、撮像装置では、フォトダイオードを含む画素がマトリクス状に配置され、各画素が、受光量に応じた画素電圧を生成する。そして、例えばAD変換回路(Analog to Digital Converter)が、画素電圧(アナログ信号)をデジタル信号に変換する。例えば、特許文献1には、画素電圧を含む信号と、ランプ波形を有する参照信号とを比較することによりAD変換を行う撮像装置が開示されている。
特開2018-148528号公報
 ところで、撮像装置では、撮像画像の画質が高いことが望まれており、さらなる画質の向上が期待されている。
 撮像画像の画質を高めることができる撮像装置を提供することが望ましい。
 本開示の一実施の形態における第1の撮像装置は、複数の画素回路と、制御部とを備えている。複数の画素回路のそれぞれは、受光回路と、コンパレータと、遅延回路と、選択回路と、ラッチ回路とを有している。受光回路は、受光量に応じた画素信号を生成するように構成される。コンパレータは、画素信号とランプ波形を有する参照信号とを比較することにより第1の比較信号を生成するように構成される。遅延回路は、第1の比較信号を遅延させることにより第2の比較信号を生成するように構成される。選択回路は、第1の比較信号および第2の比較信号のうちの一方を選択し、選択された信号を第3の比較信号として出力するように構成される。ラッチ回路は、第3の比較信号に基づくタイミングでタイムコードをラッチするように構成される。制御部は、複数の画素回路のそれぞれにおける選択回路の動作を制御するように構成される。
 本開示の一実施の形態における第2の撮像装置は、第1の参照信号生成部と、第2の参照信号生成部と、第1の複数の画素回路と、第2の複数の画素回路とを備えている。第1の参照信号生成部は、ランプ波形を有する第1の参照信号を生成するように構成される。第2の参照信号生成部は、第1の参照信号のランプ波形から時間軸方向においてずれたランプ波形を有する第2の参照信号を生成するように構成される。第1の複数の画素回路のそれぞれは、受光量に応じた第1の画素信号を生成する第1の受光回路と、第1の画素信号と第1の参照信号とを比較することにより第1の比較信号を生成する第1のコンパレータと、第1の比較信号に基づいてタイムコードをラッチする第1のラッチ回路とを有する。第2の複数の画素回路のそれぞれは、受光量に応じた第2の画素信号を生成する第2の受光回路と、第2の画素信号と第2の参照信号とを比較することにより第2の比較信号を生成する第2のコンパレータと、第2の比較信号に基づいてタイムコードをラッチする第2のラッチ回路とを有する。
 本開示の一実施の形態における第1の撮像装置では、複数の画素回路のそれぞれにおいて、受光量に応じた画素信号が生成され、この画素信号と参照信号とを比較することにより第1の比較信号が生成される。この第1の比較信号が遅延されることにより第2の比較信号が生成される。第1の比較信号および第2の比較信号のうちの一方が選択され、選択された信号が第3の比較信号として選択される。そして、この第3の比較信号に基づくタイミングで、タイムコードがラッチされる。
 本開示の一実施の形態における第2の撮像装置では、ランプ波形を有する第1の参照信号が生成されるとともに、この第1の参照信号のランプ波形から時間軸方向においてずれたランプ波形を有する第2の参照信号が生成される。複数の第1の画素回路のそれぞれでは、受光量に応じた第1の画素信号が生成され、この第1の画素信号と第1の参照信号とを比較することにより第1の比較信号が生成され、この第1の比較信号に基づいてタイムコードがラッチされる。複数の第2の画素回路のそれぞれでは、受光量に応じた第2の画素信号が生成され、この第2の画素信号と第2の参照信号とを比較することにより第2の比較信号が生成され、この第2の比較信号に基づいてタイムコードがラッチされる。
本開示の第1の実施の形態に係る撮像装置の一構成例を表すブロック図である。 図1に示した撮像装置の一実装例を表す模式図である。 図1に示したクラスタの一構成例を表す説明図である。 図1に示した画素に含まれる画素回路の一構成例を表す回路図である。 図3に示した画素回路への制御信号の一供給例を表す回路図である。 図1に示した画素の配列の一例を表す説明図である。 図4に示した画素回路の一動作例を表すタイミング波形図である。 図4に示した画素回路におけるラッチ動作の一例を表すタイミング波形図である。 図4に示した画素回路におけるラッチ動作の他の一例を表すタイミング波形図である。 比較例に係る画素回路の一構成例を表す回路図である。 図10に示した画素回路の一動作例を表すタイミング波形図である。 第1の実施の形態および比較例に係る参照信号の波形の一例を表す波形図である。 変形例に係るコンパレータの一構成例を表す回路図である。 第2の実施の形態に係る撮像装置の一構成例を表すブロック図である。 図14に示したクラスタの一構成例を表す説明図である。 図14に示した画素に含まれる画素回路の一構成例を表す回路図である。 第2の実施の形態に係る参照信号の波形の一例を表す波形図である。 図16に示した画素回路におけるラッチ動作の一例を表すタイミング波形図である。 図16に示した画素回路におけるラッチ動作の他の一例を表すタイミング波形図である。 撮像装置の使用例を表す説明図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
 以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態
2.第2の実施の形態
3.撮像装置の使用例
4.移動体への応用例
<1.第1の実施の形態>
[構成例]
 図1は、一実施の形態に係る撮像装置(撮像装置1)の一構成例を表すものである。撮像装置1は、画素アレイ11と、参照信号生成部12と、コード生成部13と、画素駆動部14と、信号処理部15と、タイミング生成部16とを備えている。撮像装置1は、この例では2枚の半導体基板に形成される。
 図2は、撮像装置1の一実装例を表すものである。撮像装置1は、この例では、2枚の半導体基板101,102に形成される。半導体基板101は、撮像装置1における撮像面Sの側に配置され、半導体基板102は、撮像装置1の撮像面Sとは反対側に配置される。半導体基板101,102は互いに重ね合わされる。半導体基板101の配線と、半導体基板102の配線とは、配線103により接続される。配線103は、例えばCu-Cuなどの金属結合などを用いることができる。
 画素アレイ11(図1)は、マトリクス状に配置された複数の画素Pを有している。画素Pは、フォトダイオードPDを有し、受光量に応じた画素電圧Vpixを含む画素信号SIGを生成し、この画素信号SIGに基づいてAD変換を行うように構成される。画素アレイ11では、所定数の画素Pが1つのクラスタCLを構成する。クラスタCLでは、この例では、横方向に4つの画素Pが並設され、縦方向に数十個の画素Pが並設される。画素アレイ11には、このようなクラスタCLが縦方向および横方向に並設される。
 図3は、クラスタCLの一構成例を表すものである。クラスタCLは、複数の画素Pにそれぞれ対応する複数の画素回路20と、リピータ29とを有している。図4は、画素回路20の一構成例を表すものである。画素回路20は、受光回路21と、比較回路22と、ラッチ26とを有している。
 受光回路21は、受光量に応じた画素電圧Vpixを生成するように構成される。受光回路21は、半導体基板101に配置される。受光回路21は、フォトダイオードPDと、排出トランジスタMN1と、転送トランジスタMN2と、フローティングディフュージョンFDと、リセットトランジスタMN3とを有している。排出トランジスタMN1、転送トランジスタMN2、およびリセットトランジスタMN3は、N型のMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタである。
 フォトダイオードPDは、受光量に応じた量の電荷を生成して内部に蓄積する光電変換素子である。フォトダイオードPDのアノードは接地され、カソードは排出トランジスタMN1のソースおよび転送トランジスタMN2のソースに接続される。
 排出トランジスタMN1のゲートには画素駆動部14(図1)から供給された制御信号OFGが供給され、ドレインには電圧VOFGが供給され、ソースはフォトダイオードPDのカソードおよび転送トランジスタMN2のソースに接続される。
 転送トランジスタMN2のゲートには画素駆動部14(図1)から供給された制御信号TXが供給され、ソースはフォトダイオードPDのカソードおよび排出トランジスタMN1のソースに接続され、ドレインはフローティングディフュージョンFD、リセットトランジスタMN3のソース、および比較回路22におけるトランジスタMN4(後述)のゲートに接続される。
 フローティングディフュージョンFDは、フォトダイオードPDから転送された電荷を蓄積するように構成される。フローティングディフュージョンFDは、例えば、半導体基板101の表面に形成された拡散層を用いて構成される。図4では、フローティングディフュージョンFDを、容量素子のシンボルを用いて示している。
 リセットトランジスタMN3のゲートには画素駆動部14(図1)から供給された制御信号RSTが供給され、ドレインは比較回路22のトランジスタMN4(後述)のドレインに接続され、ソースはフローティングディフュージョンFD、転送トランジスタMN2のドレイン、および比較回路22のトランジスタMN4(後述)のゲートに接続される。
 この構成により、受光回路21では、制御信号OFGに基づいて、排出トランジスタMN1がオン状態になることにより、フォトダイオードPDに蓄積された電荷が排出される。そして、排出トランジスタMN1がオフ状態になることにより、露光期間が開始され、フォトダイオードPDに、受光量に応じた量の電荷が蓄積される。そして、露光期間が終了した後に、受光回路21は、リセット電圧Vresetおよび画素電圧Vpixを含む画素信号SIGを比較回路22に対して供給する。具体的には、受光回路21は、後述するように、フローティングディフュージョンFDの電圧がリセットされた後のP相(Pre-charge相)期間TPA,TPBにおいて、その時のフローティングディフュージョンFDの電圧をリセット電圧Vresetとして比較回路22に供給する。また、受光回路21は、フォトダイオードPDからフローティングディフュージョンFDへ電荷が転送された後のD相(Data相)期間TDA,TDBにおいて、その時のフローティングディフュージョンFDの電圧を画素電圧Vpixとして比較回路22に供給するようになっている。
 比較回路22は、参照信号REFと画素信号SIGとを比較するように構成される。比較回路22は、コンパレータ23と、遅延回路24と、選択回路25とを有している。
 コンパレータ23は、参照信号REFと画素信号SIGとを比較することにより信号CMP1を生成するように構成される。コンパレータ23は、参照信号REFの電圧が画素信号SIGの電圧よりも高い場合に信号CMP1を高レベルにし、参照信号REFの電圧が画素信号SIGの電圧よりも低い場合に信号CMP1を低レベルにするようになっている。コンパレータ23は、トランジスタMN4~MN6と、トランジスタMP1,MP2と、アンプAMPとを有している。トランジスタMN4~MN6はN型のMOSトランジスタであり、トランジスタMP1,MP2はP型のMOSトランジスタである。コンパレータ23は、2枚の半導体基板101,102にわたって配置される。具体的には、トランジスタMN4~MN6は半導体基板101に配置され、トランジスタMP1,MP2およびアンプAMPは半導体基板102に配置される。
 トランジスタMN4のゲートには画素信号SIGが供給され、ドレインは受光回路21におけるリセットトランジスタMN3のドレインに接続されるとともに、半導体基板101,102間の配線103を介してトランジスタMP1のドレインおよびアンプAMPの入力端子に接続され、ソースはトランジスタMN5のソースおよびトランジスタMN6のドレインに接続される。トランジスタMN5のゲートには、半導体基板101,102間の配線103を介して参照信号生成部12から参照信号REFが供給され、ドレインは半導体基板101,102間の配線103を介してトランジスタMP2のドレインおよびトランジスタMP1,MP2のゲートに接続され、ソースはトランジスタMN4のソースおよびトランジスタMN6のドレインに接続される。参照信号REFは、詳しくは後述するが、P相期間TPA,TPBおよびD相期間TDA,TDBにおいて時間の経過に応じて電圧レベルが徐々に変化する、いわゆるランプ波形を有する信号である。トランジスタMN6のゲートにはバイアス電圧Vbが供給され、ドレインはトランジスタMN4,MN5のソースに接続され、ソースは接地される。トランジスタMN4,MN5は差動対を構成し、トランジスタMN6は定電流源を構成する。
 トランジスタMP1のゲートはトランジスタMP2のゲートおよびドレインに接続されるとともに半導体基板101,102間の配線103を介してトランジスタMN5のドレインに接続され、ソースには電源電圧VDDが供給され、ドレインはアンプAMPの入力端子に接続されるとともに半導体基板101,102間の配線103を介してトランジスタMN4のドレインおよび受光回路21におけるリセットトランジスタMN3のドレインに接続される。トランジスタMP2のゲートはトランジスタMP1のゲートおよびトランジスタMP2のドレインに接続されるとともに半導体基板101,102間の配線103を介してトランジスタMN5のドレインに接続され、ソースには電源電圧VDDが供給され、ドレインはトランジスタMP1,MP2のゲートに接続されるとともに半導体基板101,102間の配線103を介してトランジスタMN5のドレインに接続される。トランジスタMP1,MP2は、トランジスタMN4,MN5の能動負荷を構成する。
 アンプAMPの入力端子はトランジスタMP1のドレインに接続されるとともに半導体基板101,102間の配線103を介してリセットトランジスタMN3のドレインおよび受光回路21におけるリセットトランジスタMN3のドレインに接続され、出力端子は遅延回路24および選択回路25に接続される。コンパレータ23は、アンプAMPの出力端子から信号CMP1を出力するようになっている。
 遅延回路24は、信号CMP1を所定の時間だけ遅延させることにより信号CMP2を生成するように構成される。遅延回路24は、半導体基板102に配置される。
 選択回路25は、画素駆動部14(図1)から端子T1,T2に供給された制御信号に基づいて、信号CMP1,CMP2のうちの一方を選択し、選択された信号を信号CMPとして出力するように構成される。選択回路25は、半導体基板102に配置される。選択回路25は、端子T1に供給された制御信号が高レベルであり端子T2に供給された制御信号が低レベルである場合に、信号CMP1を選択し、選択された信号CMP1を信号CMPとして出力する。また、選択回路25は、端子T2に供給に供給された制御信号が高レベルであり端子T1に供給された制御信号が低レベルである場合に、信号CMP2を選択し、選択された信号CMP2を出力する。端子T1には、画素駆動部14から制御信号SEL1,SEL2のうちの一方が供給され、端子T2には、制御信号SEL1,SEL2のうちの他方が供給される。
 図5は、複数の画素回路20への制御信号SEL1,SEL2の供給例を表すものである。画素アレイ11では、制御信号SEL1が端子T1に供給され制御信号SEL2が端子T2に供給される画素回路20(画素回路20A)、および制御信号SEL2が端子T1に供給され制御信号SEL1が端子T2に供給される画素回路20(画素回路20B)が、縦方向において交互に配置されるとともに、横方向において交互に配置される。
 これにより、画素アレイ11では、図6に示したように、画素回路20Aに対応する画素P(画素PA)、および画素回路20Bに対応する画素P(画素PB)が、縦方向において交互に配置されるとともに、横方向において交互に配置される。このように、画素アレイ11では、画素PA,PBは市松模様状に配置される。
 この構成により、例えば、画素回路20Aの選択回路25は、制御信号SEL1が高レベルであり制御信号SEL2が低レベルである場合に信号CMP1を信号CMPとして出力し、制御信号SEL2が高レベルであり制御信号SEL1が低レベルである場合に信号CMP2を信号CMPとして出力する。また、例えば、画素回路20Bの選択回路25は、制御信号SEL2が高レベルであり制御信号SEL1が低レベルである場合に信号CMP1を信号CMPとして出力し、制御信号SEL1が高レベルであり制御信号SEL2が低レベルである場合に信号CMP2を信号CMPとして出力するようになっている。
 ラッチ26(図3,4)は、比較回路22から供給された信号CMPに基づいて、リピータ29から供給された、時間の経過に応じて変化するタイムコードTCをラッチするように構成される。タイムコードTCは、複数ビットを有するコードであり、例えばグレイコードを用いることができる。ラッチ26は、後述するように、P相期間TPAにおいて、信号CMPの遷移タイミングでタイムコードTCをラッチすることにより、P相期間TPAが開始してから信号CMPが遷移するまでの時間(コード値CPA)を取得し、P相期間TPBにおいて、信号CMPの遷移タイミングでタイムコードTCをラッチすることにより、P相期間TPBが開始してから信号CMPが遷移するまでの時間(コード値CPB)を取得する。また、ラッチ26は、D相期間TDAにおいて、信号CMPの遷移タイミングでタイムコードTCをラッチすることにより、D相期間TDAが開始してから信号CMPが遷移するまでの時間(コード値CDA)を取得し、D相期間TDBにおいて、信号CMPの遷移タイミングでタイムコードTCをラッチすることにより、D相期間TDBが開始してから信号CMPが遷移するまでの時間(コード値CDB)を取得する。そして、ラッチ26は、これらの4つのコード値CPA,CPB,CDA,CDBをリピータ29に供給するようになっている。ラッチ26は、図4に示したように、半導体基板102に配置される。
 このようにして、画素回路20は、受光量に応じた画素電圧Vpixを含む画素信号SIGを生成し、この画素信号SIGに基づいてAD変換を行うことによりコード値CPA,CPB,CDA,CDBを生成するようになっている。
 リピータ29(図3,4)は、P相期間TPA,TPBおよびD相期間TDA,TDBにおいて、コード生成部13から供給されたタイムコードTCを、クラスタCLに属する複数の画素Pのラッチ26に供給するように構成される。また、リピータ29は、P相期間TPAの後に、ラッチ26から供給されたコード値CPAを信号処理部15に供給し、P相期間TPBの後に、ラッチ26から供給されたコード値CPBを信号処理部15に供給し、D相期間TDAの後に、ラッチ26から供給されたコード値CDAを信号処理部15に供給し、D相期間TDBの後に、ラッチ26から供給されたコード値CDBを信号処理部15に供給するようになっている。リピータ29は、図4に示したように、半導体基板102に配置される。
 参照信号生成部12(図1)は、タイミング生成部16からの指示に基づいて、参照信号REFを生成するように構成される。参照信号REFは、P相期間TPA,TPBおよびD相期間TDA,TDBにおいて、時間の経過に応じて電圧レベルが徐々に変化する、いわゆるランプ波形を有する。そして、参照信号生成部12は、生成した参照信号REFを、画素アレイ11における複数の画素回路20に供給するようになっている。参照信号生成部12は、図4に示したように、半導体基板102に配置される。
 コード生成部13は、タイミング生成部16からの指示に基づいて、タイムコードTCを生成するように構成される。タイムコードTCは、時間の経過に応じて変化するコードであり、例えば、グレイコードを用いることができる。そして、コード生成部13は、生成したタイムコードTCを、複数のクラスタCLにおけるリピータ29に供給するようになっている。コード生成部13は、例えば半導体基板102(図2)に配置される。
 画素駆動部14は、画素アレイ11における複数の画素回路20の動作を制御するように構成される。具体的には、画素駆動部14は、制御信号OFG,TX,RSTを生成し、これらの制御信号OFG,TX,RSTを受光回路21に供給するとともに、制御信号SEL1,SEL2を生成し、これらの制御信号SEL1,SEL2を選択回路25に供給することにより、画素回路20の動作を制御するようになっている。画素駆動部14は、例えば半導体基板102(図2)に配置される。
 信号処理部15は、複数の画素回路20のそれぞれが生成したコード値CPA,CPB,CDA,CDBに基づいて所定の画像処理を行うことにより画像信号Spicを生成するように構成される。所定の画像処理は、例えば、4つのコード値CPA,CPB,CDA,CDBに基づいて相関2重サンプリング(CDS;Correlated Double Sampling)の原理を利用して画素値を生成する処理や、黒レベルを補正する黒レベル補正処理を含む。信号処理部15は、例えば半導体基板102(図2)に配置される。
 タイミング生成部16は、各種タイミング信号を生成し、生成した各種タイミング信号を、参照信号生成部12、コード生成部13、画素駆動部14、および信号処理部15に供給することにより、撮像装置1の動作を制御するように構成される。タイミング生成部16は、例えば半導体基板102(図2)に配置される。
 ここで、画素回路20は、本開示における「画素回路」の一具体例に対応する。画素信号SIGは、本開示における「画素信号」の一具体例に対応する。参照信号REFは、本開示における「参照信号」の一具体例に対応する。受光回路21は、本開示における「受光回路」の一具体例に対応する。コンパレータ23は、本開示における「コンパレータ」の一具体例に対応する。遅延回路24は、本開示における「遅延回路」の一具体例に対応する。選択回路25は、本開示における「選択回路」の一具体例に対応する。信号CMP1は、本開示における「第1の比較信号」の一具体例に対応する。信号CMP2は、本開示における「第2の比較信号」の一具体例に対応する。信号CMPは、本開示における「第3の比較信号」の一具体例に対応する。ラッチ26は、本開示における「ラッチ回路」の一具体例に対応する。タイムコードTCは、本開示における「タイムコード」の一具体例に対応する。画素駆動部14は、本開示における「駆動部」の一具体例に対応する。複数の画素回路20Aは、本開示における「第1の複数の画素回路」の一具体例に対応する。複数の画素回路20Bは、本開示における「第2の複数の画素回路」の一具体例に対応する。D相期間TDAは、本開示における「第1の期間」の一具体例に対応する。D相期間TDBは、本開示における「第2の期間」の一具体例に対応する。信号処理部15は、本開示における「信号処理部」の一具体例に対応する。半導体基板101は、本開示における「第1の半導体基板」の一具体例に対応する。半導体基板102は、本開示における「第2の半導体基板」の一具体例に対応する。
[動作および作用]
 続いて、本実施の形態の撮像装置1の動作および作用について説明する。
(全体動作概要)
 まず、図1,3,4を参照して、撮像装置1の全体動作概要を説明する。参照信号生成部12は、参照信号REFを生成する。コード生成部13は、タイムコードTCを生成する。リピータ29は、タイムコードTCを、クラスタCLに属する複数の画素Pのラッチ26に供給する。画素駆動部14は、画素アレイ11における複数の画素回路20の動作を制御する。画素アレイ11における複数の画素回路20のそれぞれは、受光量に応じた画素電圧Vpixを含む画素信号SIGを生成し、この画素信号SIGに基づいてAD変換を行うことによりコード値CPA,CPB,CDA,CDBを生成する。リピータ29は、コード値CPA,CPB,CDA,CDBを信号処理部15に供給する。信号処理部15は、複数の画素回路20のそれぞれが生成したコード値CPA,CPB,CDA,CDBに基づいて所定の画像処理を行うことにより画像信号Spicを生成する。タイミング生成部16は、各種タイミング信号を生成し、生成した各種タイミング信号を、参照信号生成部12、コード生成部13、画素駆動部14、および信号処理部15に供給することにより、撮像装置1の動作を制御する。
(詳細動作)
 画素アレイ11における複数の画素回路20のそれぞれでは、制御信号OFGに基づいて、排出トランジスタMN1がオン状態になることにより、フォトダイオードPDに蓄積された電荷が排出される。そして、排出トランジスタMN1がオフ状態になることにより、露光期間が開始され、フォトダイオードPDに、受光量に応じた量の電荷が蓄積される。そして、露光期間が終了した後に、画素回路20は、リセット電圧Vresetおよび画素電圧Vpixを含む画素信号SIGに基づいてAD変換を行う。以下に、このAD変換について詳細に説明する。
 図7は、ある着目した画素回路20におけるAD変換の一動作例を表すものであり、(A)は制御信号RSTの波形を示し、(B)は制御信号TXの波形を示し、(C)は参照信号REFの波形を示し、(D)は画素信号SIGの波形を示し、(E)は制御信号SEL1の波形を示し、(F)は制御信号SEL2の波形を示し、(G)は信号CMPの波形を示す。
 まず、タイミングt11において、参照信号生成部12は、参照信号REFの電圧をリセット電圧Vresetに変化させる(図7(C))。また、このタイミングt11において、画素駆動部14は、制御信号RSTを低レベルから高レベルに変化させる(図7(A))。これにより、画素回路20では、リセットトランジスタMN3がオン状態になり、フローティングディフュージョンFDがリセットされ、画素信号SIGの電圧がリセット電圧Vresetになる(図7(D))。そして、タイミングt11から所定の時間が経過した後に、画素駆動部14は、制御信号RSTを高レベルから低レベルに変化させる(図7(A))。これにより、リセットトランジスタMN3はオフ状態になる。
 次に、タイミングt12において、画素駆動部14は、制御信号SEL1を低レベルから高レベルに変化させるとともに、制御信号SEL2を高レベルから低レベルに変化させる(図7(E),(F))。これにより、制御信号SEL1が端子T1に供給され制御信号SEL2が端子T2に供給される画素回路20Aでは、選択回路25は信号CMP1を信号CMPとして出力し、制御信号SEL2が端子T1に供給され制御信号SEL1が端子T2に供給される画素回路20Bでは、選択回路25は信号CMP2を信号CMPとして出力する。
 また、このタイミングt12において、参照信号生成部12は、参照信号REFの電圧をリセット電圧Vresetから電圧V1に変化させる(図7(C))。これにより、参照信号REFの電圧は画素信号SIGの電圧より高くなるので、比較回路22は、信号CMPを高レベルにする(図7(G))。
 次に、タイミングt13~t15の期間(P相期間TPA)において、画素回路20は、この画素信号SIGの電圧(リセット電圧Vreset)に基づいてAD変換を行う。具体的には、タイミングt13において、参照信号生成部12は、参照信号REFの電圧を、電圧V1から所定の変化度合いで低下させ始める(図7(C))。また、コード生成部13は、このタイミングt13において、タイムコードTCのインクリメント動作を開始する。
 そして、タイミングt14において、参照信号REFの電圧が画素信号SIGの電圧(リセット電圧Vreset)を下回る(図7(C),(D))。これに応じて、比較回路22は、信号CMPを高レベルから低レベルに変化させる(図7(G))。ラッチ26は、この信号CMPの遷移に基づいて、タイムコードTCをラッチする。ラッチ26においてラッチされたタイムコードTCのコード値CPAは、タイミングt13~t14の時間の長さに対応するコード値であるとともに、リセット電圧Vresetに対応するコード値である。
 そして、タイミングt15において、P相期間TPAの終了に伴い、参照信号生成部12は、参照信号REFの電圧を電圧V2に変化させ(図7(C))、コード生成部13は、タイムコードTCのインクリメント動作を終了する。そして、タイミングt15~t16の期間において、リピータ29は、この画素回路20が生成したコード値CPAを信号処理部15に供給する。
 次に、タイミングt16において、画素駆動部14は、制御信号SEL1を高レベルから低レベルに変化させるとともに、制御信号SEL2を低レベルから高レベルに変化させる(図7(E),(F))。これにより、制御信号SEL1が端子T1に供給され制御信号SEL2が端子T2に供給される画素回路20Aでは、選択回路25は信号CMP2を信号CMPとして出力し、制御信号SEL2が端子T1に供給され制御信号SEL1が端子T2に供給される画素回路20Bでは、選択回路25は信号CMP1を信号CMPとして出力する。
 また、このタイミングt16において、参照信号生成部12は、参照信号REFの電圧を電圧V2から電圧V1に変化させる(図7(C))。これにより、参照信号REFの電圧は画素信号SIGの電圧より高くなるので、比較回路22は、信号CMPを高レベルにする(図7(G))。
 次に、タイミングt17~t19の期間(P相期間TPB)において、画素回路20は、この画素信号SIGの電圧(リセット電圧Vreset)に基づいてAD変換を行う。具体的には、タイミングt17において、参照信号生成部12は、参照信号REFの電圧を、電圧V1から所定の変化度合いで低下させ始める(図7(C))。また、コード生成部13は、このタイミングt13において、タイムコードTCのインクリメント動作を開始する。
 そして、タイミングt18において、参照信号REFの電圧が画素信号SIGの電圧(リセット電圧Vreset)を下回る(図7(C),(D))。これに応じて、比較回路22は、信号CMPを高レベルから低レベルに変化させる(図7(G))。ラッチ26は、この信号CMPの遷移に基づいて、タイムコードTCをラッチする。ラッチ26においてラッチされたタイムコードTCのコード値CPBは、タイミングt17~t18の時間の長さに対応するコード値であるとともに、リセット電圧Vresetに対応するコード値である。このコード値CPBは、後述するように、コード値CPAと必ずしも一致しない。すなわち、P相期間TPA,TPBにおける信号CMPは、一方は信号CMP1であり他方はCMP2であるので、コード値CPA,CPBは互いに異なる場合があり得る。
 そして、タイミングt19において、P相期間TPBの終了に伴い、参照信号生成部12は、参照信号REFの電圧を電圧V2に変化させ(図7(C))、コード生成部13は、タイムコードTCのインクリメント動作を終了する。そして、タイミングt19~t20の期間において、リピータ29は、この画素回路20が生成したコード値CPBを信号処理部15に供給する。
 次に、タイミングt20において、画素駆動部14は、制御信号SEL1を低レベルから高レベルに変化させるとともに、制御信号SEL2を高レベルから低レベルに変化させる(図7(E),(F))。これにより、制御信号SEL1が端子T1に供給され制御信号SEL2が端子T2に供給される画素回路20Aでは、選択回路25は信号CMP1を信号CMPとして出力し、制御信号SEL2が端子T1に供給され制御信号SEL1が端子T2に供給される画素回路20Bでは、選択回路25は信号CMP2を信号CMPとして出力する。
 また、このタイミングt20において、参照信号生成部12は、参照信号REFの電圧を電圧V2から電圧V1に変化させる(図7(C))。これにより、参照信号REFの電圧は画素信号SIGの電圧より高くなるので、比較回路22は、信号CMPを低レベルから高レベルに変化させる(図7(E))。
 また、このタイミングt20において、画素駆動部14は、制御信号TXを低レベルから高レベルに変化させる(図7(B))。これにより、画素回路20では、転送トランジスタMN2がオン状態になり、フォトダイオードPDで発生した電荷がフローティングディフュージョンFDに転送され、画素信号SIGの電圧が画素電圧Vpixになる(図7(D))。そして、タイミングt20から所定の時間が経過した後に、画素駆動部14は、制御信号TXを高レベルから低レベルに変化させる(図7(B))。これにより、転送トランジスタMN2はオフ状態になる。
 次に、タイミングt21~t23の期間(D相期間TDA)において、画素回路20は、この画素信号SIGの電圧(画素電圧Vpix)に基づいてAD変換を行う。具体的には、タイミングt21において、参照信号生成部12は、参照信号REFの電圧を、電圧V1から所定の変化度合いで低下させ始める(図7(C))。また、コード生成部13は、このタイミングt21において、タイムコードTCのインクリメント動作を開始する。
 そして、タイミングt22において、参照信号REFの電圧が画素信号SIGの電圧(画素電圧Vpix)を下回る(図7(C),(D))。これに応じて、比較回路22は、信号CMPを高レベルから低レベルに変化させる(図7(G))。ラッチ26は、この信号CMPの遷移に基づいて、タイムコードTCをラッチする。ラッチ26においてラッチされたタイムコードTCのコード値CDAは、タイミングt21~t22の時間の長さに対応するコード値であるとともに、画素電圧Vpixに対応するコード値である。
 そして、タイミングt23において、D相期間TDAの終了に伴い、参照信号生成部12は、参照信号REFの電圧を電圧V2にし(図7(C))、コード生成部13は、タイムコードTCのインクリメント動作を終了する。そして、タイミングt23~t24の期間において、リピータ29は、この画素回路20が生成したコード値CDAを信号処理部15に供給する。
 次に、タイミングt24において、画素駆動部14は、制御信号SEL1を高レベルから低レベルに変化させるとともに、制御信号SEL2を低レベルから高レベルに変化させる(図7(E),(F))。これにより、制御信号SEL1が端子T1に供給され制御信号SEL2が端子T2に供給される画素回路20Aでは、選択回路25は信号CMP2を信号CMPとして出力し、制御信号SEL2が端子T1に供給され制御信号SEL1が端子T2に供給される画素回路20Bでは、選択回路25は信号CMP1を信号CMPとして出力する。
 また、このタイミングt24において、参照信号生成部12は、参照信号REFの電圧を電圧V2から電圧V1に変化させる(図7(C))。これにより、参照信号REFの電圧は画素信号SIGの電圧より高くなるので、比較回路22は、信号CMPを低レベルから高レベルに変化させる(図7(E))。
 次に、タイミングt25~t27の期間(D相期間TDB)において、画素回路20は、この画素信号SIGの電圧(画素電圧Vpix)に基づいてAD変換を行う。具体的には、タイミングt25において、参照信号生成部12は、参照信号REFの電圧を、電圧V1から所定の変化度合いで低下させ始める(図7(C))。また、コード生成部13は、このタイミングt25において、タイムコードTCのインクリメント動作を開始する。
 そして、タイミングt26において、参照信号REFの電圧が画素信号SIGの電圧(画素電圧Vpix)を下回る(図7(C),(D))。これに応じて、比較回路22は、信号CMPを高レベルから低レベルに変化させる(図7(G))。ラッチ26は、この信号CMPの遷移に基づいて、タイムコードTCをラッチする。ラッチ26においてラッチされたタイムコードTCのコード値CDBは、タイミングt25~t26の時間の長さに対応するコード値であるとともに、画素電圧Vpixに対応するコード値である。このコード値CDBは、後述するように、コード値CDAと必ずしも一致しない。すなわち、D相期間TDA,TDBにおける信号CMPは、一方は信号CMP1であり他方はCMP2であるので、コード値CDA,CDBは互いに異なる場合があり得る。
 そして、タイミングt27において、D相期間TDAの終了に伴い、参照信号生成部12は、参照信号REFの電圧を電圧V2にし(図7(C))、コード生成部13は、タイムコードTCのインクリメント動作を終了する。そして、タイミングt27~t28の期間において、リピータ29は、この画素回路20が生成したコード値CDBを信号処理部15に供給する。
 信号処理部15は、複数の画素回路20のそれぞれが生成したコード値CPA,CPB,CDA,CDBに基づいて所定の画像処理を行う。例えば、信号処理部15は、コード値CPA,CPBの合計値およびコード値CDA,CDBの合計値に基づいて、相関2重サンプリングの原理を利用して画素値を生成する。具体的には、信号処理部15は、例えば、コード値CDA,CDBの合計値からコード値CPA,CPBの合計値を減算することにより、画素値を生成する。また、信号処理部15は、黒レベルを補正する黒レベル補正処理などを行う。このようにして、信号処理部15は画像信号Spicを生成する。
(ラッチ動作について)
 次に、画素回路20Aにおけるラッチ動作、および画素回路20Bにおけるラッチ動作について、詳細に説明する。この例では、D相期間TDA,TDBにおけるラッチ動作を例に挙げて説明するが、P相期間TPA,TPBにおけるラッチ動作についても同様である。
 図8は、画素回路20AにおけるD相期間TDA,TDBでのラッチ動作の一例を表すものであり、(A)は参照信号REFの波形を示し、(B)は画素信号SIGの波形を示し、(C)はD相期間TDAでの信号CMPの波形を示し、(D)はD相期間TDBでの信号CMPの波形を示し、(E)はタイムコードTCを示す。図8では、D相期間TDAにおける波形およびD相期間TDBにおける波形を、同じ時間軸上に描いている。
 D相期間TDA,TDBでは、参照信号REFは徐々に低下し、タイミングt51において画素信号SIGを下回る(図8(A),(B))。比較回路22は、これに応じて信号CMPを高レベルから低レベルに変化させる(図8(C),(D))。
 D相期間TDAでは、制御信号SEL1が端子T1に供給され制御信号SEL2が端子T2に供給される画素回路20Aの選択回路25は、信号CMP1を信号CMPとして出力する。よって、D相期間TDAでの信号CMPは、例えば、このタイミングt51において高レベルから低レベルに変化する(図8(C))。なお、この図では、説明の便宜上、コンパレータ23およびアンプAMPの遅延時間をゼロにしている。この例では、タイミングt51は、タイムコードTCのコード値が“n”である期間のうちの後半に位置する(図8(E))。ラッチ26は、このタイミングt51において、タイムコードTCをラッチする。これにより、コード値CDAは“n”となる。
 一方、D相期間TDBでは、画素回路20Aの選択回路25は、信号CMP2を信号CMPとして出力する。信号CMP2は、信号CMP1よりも、遅延回路24における遅延時間だけ遅延した信号である。この遅延時間は、図8に示したように、タイムコードTCが変化する周期を示す時間Δtの半分(Δt/2)であることが望ましい。よって、D相期間TDBでの信号CMPは、タイミングt51からΔt/2だけ遅れたタイミングt52において高レベルから低レベルに変化する(図8(D))。この例では、タイミングt52は、タイムコードTCのコード値が“n+1”である期間のうちの前半に位置する(図8(E))。ラッチ26は、このタイミングt52において、タイムコードTCをラッチする。これにより、コード値CDBは“n+1”となる。
 このように、参照信号REFが画素信号SIGを下回るタイミングt51がタイムコードTCの値が“n”である期間のうちの後半に位置する場合には、コード値CDAは“n”でありコード値CDBは“n+1”であるので、コード値CDA,CDBの合計値は“2n+1”である。
 また、例えば、タイミングt51がタイムコードTCのコード値が“n”である期間のうちの前半に位置する場合には、コード値CDAおよびコード値CDBはともに“n”であるので、コード値CDA,CDBの合計値は“2n”である。
 このように、タイミングt51がタイムコードTCの値が“n”である期間に位置する場合において、タイミングt51がその期間の前半に位置する場合にはコード値CDA,CDBの合計値は“2n”であり、タイミングt51がその期間の後半に位置する場合にはコード値CDA,CDBの合計値は“2n+1”である。このように、遅延回路24の遅延時間を、タイムコードTCが変化する周期を示す時間Δtの半分(Δt/2)にすることにより、AD変換の分解能を2倍に高めることができる。例えば、AD変換の分解能を高める代わりに、ラッチ26におけるビット数を1ビット減らすことにより、画素回路20の回路規模を小さくすることができるので、例えば画素Pの面積を小さくすることができる。その結果、例えば、画素アレイ11により多くの画素Pを配置することができるので、解像度を高めることができ、撮像画像の画質を高めることができる。
 図9は、画素回路20BにおけるD相期間TDA,TDBでのラッチ動作の一例を表すものである。この例では、画素回路20Bにおける画素信号SIGの電圧は、図8に示した画素回路20Aにおける画素信号SIGの電圧と同じである。
 D相期間TDAでは、制御信号SEL2が端子T1に供給され制御信号SEL1が端子T2に供給される画素回路20Bの選択回路25は、信号CMP2を信号CMPとして出力する。よって、D相期間TDAでの信号CMPは、例えば、参照信号REFが画素信号SIGを下回ったタイミングt51からΔt/2だけ遅れたタイミングt52において高レベルから低レベルに変化する(図9(D))。タイミングt52は、タイムコードTCの値が“n+1”である期間のうちの前半に位置する(図9(E))。ラッチ26は、このタイミングt52において、タイムコードTCをラッチする。これにより、コード値CDAは“n+1”となる。
 一方、D相期間TDBでは、画素回路20Bの選択回路25は、信号CMP1を信号CMPとして出力する。よって、D相期間TDBでの信号CMPは、参照信号REFが画素信号SIGを下回ったタイミングt51において高レベルから低レベルに変化する(図9(C))。タイミングt51は、タイムコードTCの値が“n”である期間のうちの後半に位置する(図9(E))。ラッチ26は、このタイミングt51において、タイムコードTCをラッチする。これにより、コード値CDBは“n”となる。
 このように、参照信号REFが画素信号SIGを下回るタイミングt51がタイムコードTCの値が“n”である期間のうちの後半に位置する場合には、コード値CDAは“n+1”でありコード値CDBは“n”であるので、コード値CDA,CDBの合計値は“2n+1”である。このように、この例では、画素回路20Bにおける画素信号SIGの電圧は、画素回路20Aにおける画素信号SIGの電圧と同じであるので、画素回路20Bにおいて得られたコード値CDA,CDBの合計値は、画素回路20Aにおいて得られたコード値CDA,CDBの合計値と同じである。
 D相期間TDAでは、画素回路20Aは、図8に示したように、参照信号REFが画素信号SIGを下回るタイミングt51においてタイムコードTCをラッチし、画素回路20Bは、図9に示したように、参照信号REFが画素信号SIGを下回るタイミングt51からΔt/2だけ遅れたタイミングt52においてタイムコードTCをラッチする。また、D相期間TDBでは、画素回路20Aは、図8に示したように、参照信号REFが画素信号SIGを下回るタイミングt51からΔt/2だけ遅れたタイミングt52においてタイムコードTCをラッチし、画素回路20Bは、図9に示したように、参照信号REFが画素信号SIGを下回るタイミングt51においてタイムコードTCをラッチする。P相期間TPA,TPBについても同様である。このように、撮像装置1では、P相期間TPA,TPB、およびD相期間TDA,TDBのそれぞれにおいて、画素回路20Aにおけるラッチタイミングと、画素回路20Bにおけるラッチタイミングとをずらすことができるので、以下に比較例を挙げて説明するように、撮像画像の画質を高めることができる。
(比較例)
 次に、比較例に係る撮像装置1Rと対比して、実施の形態に係る撮像装置1の効果を説明する。
 図10は、撮像装置1Rにおける画素回路20Rの一構成例を表すものである。画素回路20Rは、比較回路22Rを有している。比較回路22Rは、本実施の形態に係る比較回路22から、遅延回路24および選択回路25を省いたものである。
 図11は、ある着目した画素回路20RにおけるAD変換の一動作例を表すものであり、(A)は制御信号RSTの波形を示し、(B)は制御信号TXの波形を示し、(C)は参照信号REFの波形を示し、(D)は画素信号SIGの波形を示し、(E)は信号CMPの波形を示す。
 まず、タイミングt61において、参照信号生成部12は、参照信号REFの電圧をリセット電圧Vresetに変化させる(図11(C))。また、このタイミングt61において、撮像装置1Rの画素駆動部14Rは、制御信号RSTを低レベルから高レベルに変化させる(図11(A))。これにより、画素回路20Rでは、リセットトランジスタMN3がオン状態になり、フローティングディフュージョンFDがリセットされ、画素信号SIGの電圧がリセット電圧Vresetになる(図11(D))。そして、タイミングt61から所定の時間が経過した後に、画素駆動部14Rは、制御信号RSTを高レベルから低レベルに変化させる(図11(A))。これにより、リセットトランジスタMN3はオフ状態になる。
 次に、タイミングt62において、撮像装置1Rの参照信号生成部12Rは、参照信号REFの電圧をリセット電圧Vresetから電圧V1に変化させる(図11(C))。これにより、比較回路22Rは、信号CMPを高レベルにする(図11(E))。
 次に、タイミングt63~t65の期間(P相期間TP)において、画素回路20Rは、この画素信号SIGの電圧(リセット電圧Vreset)に基づいてAD変換を行う。具体的には、タイミングt63において、参照信号生成部12Rは、参照信号REFの電圧を、電圧V1から所定の変化度合いで低下させ始める(図11(C))。また、撮像装置1Rのコード生成部13は、このタイミングt63において、タイムコードTCのインクリメント動作を開始する。
 そして、タイミングt64において、参照信号REFの電圧が画素信号SIGの電圧(リセット電圧Vreset)を下回る(図11(C),(D))。これに応じて、比較回路22Rは、信号CMPを高レベルから低レベルに変化させる(図11(E))。ラッチ26は、この信号CMPの遷移に基づいて、タイムコードTCをラッチすることにより、コード値CPを得る。
 そして、タイミングt65において、P相期間TPの終了に伴い、参照信号生成部12Rは、参照信号REFの電圧を電圧V2に変化させ(図11(C))、コード生成部13Rは、タイムコードTCのインクリメント動作を終了する。そして、タイミングt65~t66の期間において、リピータ29は、この画素回路20Rが生成したコード値CPを撮像装置1Rの信号処理部15Rに供給する。
 次に、タイミングt65において、参照信号生成部12Rは、参照信号REFの電圧を電圧V2から電圧V1に変化させる(図11(C))。これにより、比較回路22Rは、信号CMPを低レベルから高レベルに変化させる(図11(E))。
 また、このタイミングt65において、画素駆動部14Rは、制御信号TXを低レベルから高レベルに変化させる(図11(B))。これにより、画素回路20Rでは、転送トランジスタMN2がオン状態になり、フォトダイオードPDで発生した電荷がフローティングディフュージョンFDに転送され、画素信号SIGの電圧が画素電圧Vpixになる(図11(D))。そして、タイミングt65から所定の時間が経過した後に、画素駆動部14Rは、制御信号TXを高レベルから低レベルに変化させる(図11(B))。これにより、転送トランジスタMN2はオフ状態になる。
 次に、タイミングt66~t68の期間(D相期間TD)において、画素回路20Rは、この画素信号SIGの電圧(画素電圧Vpix)に基づいてAD変換を行う。具体的には、タイミングt66において、参照信号生成部12Rは、参照信号REFの電圧を、電圧V1から所定の変化度合いで低下させ始める(図11(C))。また、コード生成部13Rは、このタイミングt66において、タイムコードTCのインクリメント動作を開始する。
 そして、タイミングt67において、参照信号REFの電圧が画素信号SIGの電圧(画素電圧Vpix)を下回る(図11(C),(D))。これに応じて、比較回路22Rは、信号CMPを高レベルから低レベルに変化させる(図11(E))。ラッチ26は、この信号CMPの遷移に基づいて、タイムコードTCをラッチすることにより、コード値CDを得る。
 そして、タイミングt68において、D相期間TDの終了に伴い、参照信号生成部12Rは、参照信号REFの電圧を電圧V2にし(図11(C))、コード生成部13Rは、タイムコードTCのインクリメント動作を終了する。そして、タイミングt68~t69の期間において、リピータ29は、この画素回路20Rが生成したコード値CDを信号処理部15Rに供給する。
 信号処理部15Rは、複数の画素回路20Rのそれぞれが生成したコード値CP,CDに基づいて所定の画像処理を行う。例えば、信号処理部15Rは、コード値CP,CDに基づいて、相関2重サンプリングの原理を利用して画素値を生成する。具体的には、信号処理部15Rは、例えば、コード値CDからコード値CPを減算することにより、画素値を生成する。また、信号処理部15Rは、黒レベル補正処理などを行う。このようにして、信号処理部15Rは画像信号Spicを生成する。
 比較例に係る撮像装置1Rでは、例えば、D相期間TDにおいて、画素信号SIGの電圧が同じである複数の画素回路20Rでは、同じタイミングで、タイムコードTCがラッチされる。P相期間TPでも同様である。この場合には、このような複数の画素回路20Rにおいて同時に電流が流れるので、電源電圧が揺れるおそれがある。このように電源電圧が揺れた場合には、撮像装置1Rにおいて誤動作が生じるおそれがあり、このように誤動作が生じた場合には、撮像画像の画質が低下してしまう。
 一方、本実施の形態に係る撮像装置1では、例えば、P相期間TPA,TPB、D相期間TDA,TDBのそれぞれにおいて、画素回路20Aにおけるラッチタイミングと、画素回路20Bにおけるラッチタイミングをずらすことができる。これにより、画素回路20において電流が流れるタイミングを分散させることができるので、電源電圧の揺れを抑えることができる。その結果、撮像装置1では、誤動作が生じるおそれを低減することができるので、撮像画像の画質が低下するおそれを低減することができる。
 また、撮像装置1では、上述したように、遅延回路24の遅延時間を、タイムコードTCが変化する周期を示す時間Δtの半分(Δt/2)にすることにより、AD変換の分解能を高めることができる。例えば、AD変換の分解能を高める代わりに、例えば、ラッチ26におけるビット数を1ビット減らすことにより、P相期間TPA,TPBおよびD相期間TDA,TDBの時間を短くすることができる。
 図12は、実施の形態に係る撮像装置1および比較例に係る撮像装置1Rにおける、AD変換動作の一例を表すものであり、(A)は撮像装置1における参照信号REFの波形を示し、(B)は撮像装置1における画素信号SIGの波形を示し、(C)は撮像装置1Rにおける参照信号REFの波形を示し、(D)は撮像装置1Rにおける画素信号SIGの波形を示す。図12(A),(B)の波形は、図7(C),(D)の波形と同様であり、図12(C),(D)の波形は、図11(C),(D)の波形と同様である。
 実施の形態に係る撮像装置1では、比較例に係る撮像装置1Rと比べて、ラッチ26におけるビット数を1ビット減らしている。これに応じて、撮像装置1では、図12に示したように、撮像装置1Rと比べて、参照信号REFのランプ波形の傾斜を2倍にしている。その結果、撮像装置1では、P相期間TPA,TPBの長さを、撮像装置1RにおけるP相期間TPの長さの半分にすることができ、同様に、D相期間TDA、TDBの長さを、撮像装置1RにおけるD相期間TDの長さの半分にすることができる。これにより、撮像装置1では、フレームレートの低下をある程度抑えることができる。
 このように、撮像装置1では、複数の画素回路20のそれぞれが、受光量に応じた画素信号SIGを生成する受光回路21と、画素信号SIGとランプ波形を有する参照信号REFとを比較することにより信号CMP1を生成するコンパレータ23と、信号CMP1を遅延させることにより信号CMP2を生成する遅延回路24と、信号CMP1および信号CMP2のうちの一方を選択し、選択された信号を信号CMPとして出力する選択回路25と、信号CMPに基づくタイミングでタイムコードTCをラッチするラッチ26とを有するようにした。そして、画素駆動部14が、複数の画素回路20のそれぞれにおける選択回路25の動作を制御するようにした。これにより、信号CMP1が選択された画素回路20におけるラッチタイミング、および信号CMP2が選択された画素回路20におけるラッチタイミングを、互いにずらすことができる。これにより、画素回路20において電流が流れるタイミングを分散させることができるので、電源電圧の揺れを抑えることができる。その結果、撮像装置1では、誤動作が生じるおそれを低減することができるので、撮像画像の画質を高めることができる。
 また、撮像装置1では、例えばD相期間TDAにおいて、複数の画素回路20Aのそれぞれにおける選択回路25に信号CMP1を選択させるとともに、複数の画素回路20Bのそれぞれにおける選択回路25に信号CMP2を選択させるようにしたので、画素回路20において電流が流れるタイミングを分散させることができるので、撮像画像の画質を高めることができる。また、撮像装置1では、さらに、例えばD相期間TDBにおいて、複数の画素回路20Aのそれぞれにおける選択回路25に信号CMP2を選択させるとともに、複数の画素回路20Bのそれぞれにおける選択回路25に信号CMP1を選択させるようにした。これにより、例えば、画素回路20Aにおいて得られたコード値CDAおよびコード値CDBの合計値は、その画素回路20Aと同じ受光量の画素回路20Bにおいて得られたコード値CDAおよびコード値CDBの合計値と同じである。よって、撮像装置1では、これらのコード値CDA,CDBに基づいて画素値を算出する処理をシンプルにすることができる。
 また、撮像装置1では、遅延回路24の遅延時間を、タイムコードTCが変化する周期を示す時間Δtの半分(Δt/2)にしたので、AD変換の分解能を高めることができる。例えば、AD変換の分解能を高める代わりに、ラッチ26におけるビット数を減らすことにより、画素回路20の回路規模を小さくすることができ、画素Pの面積を小さくすることができる。その結果、例えば、画素アレイ11により多くの画素Pを配置することができるので、解像度を高めることができ、撮像画像の画質を高めることができる。
 また、撮像装置1では、画素アレイ11の縦方向において、複数の画素回路20Aのうちのいずれか1つと、複数の画素回路20Bのうちのいずれか1つとが交互に配置され、画素アレイ11の横方向において、複数の画素回路20Aのうちのいずれか1つと、複数の画素回路20Bのうちのいずれか1つとが交互に配置されるようにしたので、撮像画像の画質を高めることができる。すなわち、例えば、画素アレイ11の縦方向において、複数の画素回路20Aのうちのいずれか1つと、複数の画素回路20Bのうちのいずれか1つとが交互に配置され、画素アレイ11の横方向において、画素回路20Aおよび画素回路20Bが並んで配置された場合には、並んで配置された画素回路20A,20Bにより、線状の模様が視認されてしまうおそれがある。一方、撮像装置1では、縦方向および横方向の両方において、複数の画素回路20Aのうちのいずれか1つと、複数の画素回路20Bのうちのいずれか1つとが交互に配置されるようにしたので、このような線状の模様が視認されるおそれを低減することができるため、撮像画像の画質を高めることができる。
[効果]
 以上のように本実施の形態では、複数の画素回路のそれぞれが、受光量に応じた画素信号を生成する受光回路と、画素信号とランプ波形を有する参照信号とを比較することにより信号CMP1を生成するコンパレータと、信号CMP1を遅延させることにより信号CMP2を生成する遅延回路と、信号CMP1および信号CMP2のうちの一方を選択し、選択された信号を信号CMPとして出力する選択回路と、信号CMPに基づくタイミングでタイムコードをラッチするラッチとを有するようにした。そして、画素駆動部が、複数の画素回路のそれぞれにおける選択回路の動作を制御するようにした。これにより、撮像画像の画質を高めることができる。
 本実施の形態では、例えばD相期間TDAにおいて、複数の画素回路20Aのそれぞれにおける選択回路に信号CMP1を選択させるとともに、複数の画素回路20Bのそれぞれにおける選択回路に信号CMP2を選択させるようにしたので、画素回路において電流が流れるタイミングを分散させることができるので、撮像画像の画質を高めることができる。また、さらに、例えばD相期間TDBにおいて、複数の画素回路20Aのそれぞれにおける選択回路に信号CMP2を選択させるとともに、複数の画素回路20Bのそれぞれにおける選択回路に信号CMP1を選択させるようにしたので、これらのコード値に基づいて画素値を算出する処理をシンプルにすることができる。
 本実施の形態では、遅延回路の遅延時間を、タイムコードが変化する周期を示す時間の半分にしたので、AD変換の分解能を高めることができる。例えば、AD変換の分解能を高める代わりに、ラッチにおけるビット数を減らすことにより、画素回路の回路規模を小さくすることができるので、画素の面積を小さくすることができる。その結果、例えば、画素アレイにより多くの画素を配置することができるので、解像度を高めることができ、撮像画像の画質を高めることができる。
 本実施の形態では、画素アレイの縦方向において、複数の画素回路20Aのうちのいずれか1つと、複数の画素回路20Bのうちのいずれか1つとが交互に配置され、画素アレイの横方向において、複数の画素回路20Aのうちのいずれか1つと、複数の画素回路20Bのうちのいずれか1つとが交互に配置されるようにしたので、撮像画像の画質を高めることができる。
[変形例1]
 上記実施の形態では、ラッチにおけるビット数を減らすことにより、画素回路の回路規模を小さくしたが、このようにして減少した回路面積に、他の素子を配置してもよい。図13は、コンパレータ23Bの一構成例を表すものである。コンパレータ23Bは、アンプAMPを有している。アンプAMPは、トランジスタMP3,MN7と、容量素子C1とを有している。トランジスタMP3はP型のMOSトランジスタであり、トランジスタMN7はN型のMOSトランジスタである。トランジスタMP3のゲートはトランジスタMP1、MN4のドレインおよび容量素子C1の一端に接続され、ソースには電源電圧VDDが供給され、ドレインはトランジスタMN7のドレインおよび容量素子C1の他端に接続される。容量素子C1の一端はトランジスタMP3のゲートおよびトランジスタMP1,MN4のドレインに接続され、他端はトランジスタMP3,MN7のドレインに接続される。トランジスタMN7のゲートには電源電圧VDDLが供給され、ドレインはトランジスタMP3のドレインおよび容量素子C1の他端に接続される。電源電圧VDDLは、電源電圧VDDよりも低い電圧である。この構成により、アンプAMPは、接地電圧以上電源電圧VDD以下の電圧レンジから、接地電圧以上電源電圧VDDL以下の電圧レンジに電圧変換を行う機能を有している。容量素子C1は、帯域制限を行うために設けられている。これにより、撮像装置1では、ランダムノイズを低減することができ、撮像画像の画質を高めることができる。
<2.第2の実施の形態>
 次に、第2の実施の形態に係る撮像装置2について説明する。本実施の形態は、参照信号REFのタイミングを異ならせることによりラッチ26におけるラッチタイミングを異ならせるものである。なお、上記第1の実施の形態に係る撮像装置1と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
 図14は、撮像装置2の一構成例を表すものである。撮像装置2は、画素アレイ31と、参照信号生成部32A,32Bと、コード生成部13と、画素駆動部34と、信号処理部15と、タイミング生成部36とを備えている。
 図15は、クラスタCLの一構成例を表すものである。クラスタCLは、複数の画素Pにそれぞれ対応する複数の画素回路40と、リピータ29とを有している。画素アレイ31では、参照信号生成部32Aにより生成された参照信号REFAが供給される画素回路40(画素回路40A)、および参照信号生成部32Bにより生成された参照信号REFBが供給される画素回路40(画素回路40B)が、縦方向において交互に配置されるとともに、横方向において交互に配置される。
 これにより、画素アレイ31では、画素アレイ11(図6)と同様に、画素回路40Aに対応する画素P(画素PA)、および画素回路40Bに対応する画素P(画素PB)が、縦方向において交互に配置されるとともに、横方向において交互に配置される。このように、画素アレイ31では、画素PA,PBは市松模様状に配置される。
 図16は、画素回路40の一構成例を表すものである。画素回路40は、受光回路21と、比較回路42と、ラッチ26とを有している。比較回路42は、参照信号REF(参照信号REFAまたは参照信号REFB)と画素信号SIGとを比較するように構成される。具体的には、画素回路40Aにおける比較回路42は、参照信号生成部32Aにより生成された参照信号REFAと画素信号SIGとを比較し、画素回路40Bにおける比較回路42は、参照信号生成部32Bにより生成された参照信号REFBと画素信号SIGとを比較するようになっている。比較回路42は、コンパレータ23と、選択回路25とを有している。すなわち、この比較回路42は、第1の実施の形態に係る比較回路22(図4)から、遅延回路24および選択回路25を省いたものである。
 参照信号生成部32A(図14)は、タイミング生成部36からの指示に基づいて、参照信号REFAを生成するように構成される。参照信号生成部32Bは、タイミング生成部36からの指示に基づいて、参照信号REFBを生成するように構成される。
 図17は、参照信号REFA,REFBの一例を表すものである。P相期間TPAおよびD相期間TDAでは、参照信号REFBのランプ波形は、参照信号REFAのランプ波形よりも時間軸方向において後ろにΔt/2の時間だけずれている。また、P相期間TPBおよびD相期間TDBでは、参照信号REFAのランプ波形は、参照信号REFBのランプ波形よりも時間軸方向において後ろにΔt/2の時間だけずれている。
 画素駆動部34(図14)は、画素アレイ31における複数の画素回路40の動作を制御するように構成される。具体的には、画素駆動部34は、制御信号OFG,TX,RSTを生成し、これらの制御信号OFG,TX,RSTを受光回路21に供給することにより、画素回路40の動作を制御するようになっている。
 タイミング生成部36は、各種タイミング信号を生成し、生成した各種タイミング信号を、参照信号生成部32A,32B、コード生成部13、画素駆動部34、および信号処理部15に供給することにより、撮像装置2の動作を制御するように構成される。
 ここで、参照信号生成部32Aは、本開示における「第1の参照信号生成部」の一具体例に対応する。参照信号REFAは、本開示における「第1の参照信号」の一具体例に対応する。参照信号生成部32Bは、本開示における「第2の参照信号生成部」の一具体例に対応する。参照信号REFBは、本開示における「第2の参照信号」の一具体例に対応する。複数の画素回路40Aは、本開示における「第1の複数の画素回路」の一具体例に対応する。複数の画素回路40Bは、本開示における「第2の複数の画素回路」の一具体例に対応する。
 図18は、画素回路40AにおけるD相期間TDA,TDBでのラッチ動作の一例を表すものであり、(A)はD相期間TDAでの参照信号REFA(参照信号REFA_TDA)の波形を示し、(B)はD相期間TDBでの参照信号REFA(参照信号REFA_TDB)の波形を示し、(C)は画素信号SIGの波形を示し、(D)はD相期間TDAでの信号CMPの波形を示し、(E)はD相期間TDBでの信号CMPの波形を示し、(F)はタイムコードTCを示す。図18では、D相期間TDAにおける波形およびD相期間TDBにおける波形を、同じ時間軸上に描いている。
 D相期間TDAでは、参照信号REFAは徐々に低下し、タイミングt81において画素信号SIGを下回る(図18(A),(C))。画素回路40Aでは、信号CMPは、このタイミングt81において高レベルから低レベルに変化する(図18(D))。この例では、タイミングt81は、タイムコードTCのコード値が“n”である期間のうちの後半に位置する(図18(F))。ラッチ26は、このタイミングt81において、タイムコードTCをラッチする。これにより、コード値CDAは“n”となる。
 D相期間TDBにおける参照信号REFAのランプ波形は、D相期間TDAにおける参照信号REFAのランプ波形よりも時間軸方向において後ろにΔt/2の時間だけずれている。よって、D相期間TDBでは、参照信号REFAは、タイミングt82において画素信号SIGを下回る(図18(B),(C))。画素回路40Aでは、信号CMPは、このタイミングt82において高レベルから低レベルに変化する(図18(E))。この例では、タイミングt82は、タイムコードTCのコード値が“n+1”である期間のうちの前半に位置する(図18(F))。ラッチ26は、このタイミングt82において、タイムコードTCをラッチする。これにより、コード値CDBは“n+1”となる。
 図19は、画素回路40BにおけるD相期間TDA,TDBでのラッチ動作の一例を表すものであり、(A)はD相期間TDAでの参照信号REFB(参照信号REFB_TDA)の波形を示し、(B)はD相期間TDBでの参照信号REFB(参照信号REFB_TDB)の波形を示し、(C)は画素信号SIGの波形を示し、(D)はD相期間TDAでの信号CMPの波形を示し、(E)はD相期間TDBでの信号CMPの波形を示し、(F)はタイムコードTCを示す。この例では、画素回路40Bにおける画素信号SIGの電圧は、図18に示した画素回路40Aにおける画素信号SIGの電圧と同じである。
 D相期間TDAにおける参照信号REFBのランプ波形は、D相期間TDBにおける参照信号REFBのランプ波形よりも時間軸方向において後ろにΔt/2の時間だけずれている。よって、D相期間TDAでは、参照信号REFBは、タイミングt82において画素信号SIGを下回る(図19(A),(C))。画素回路40Bでは、信号CMPは、このタイミングt82において高レベルから低レベルに変化する(図19(D))。この例では、タイミングt82は、タイムコードTCのコード値が“n+1”である期間のうちの前半に位置する(図19(F))。ラッチ26は、このタイミングt82において、タイムコードTCをラッチする。これにより、コード値CDAは“n+1”となる。
 D相期間TDBでは、参照信号REFBは、タイミングt81において画素信号SIGを下回る(図19(B),(C))。画素回路40Bでは、信号CMPは、このタイミングt81において高レベルから低レベルに変化する(図19(E))。この例では、タイミングt81は、タイムコードTCのコード値が“n”である期間のうちの後半に位置する(図19(F))。ラッチ26は、このタイミングt81において、タイムコードTCをラッチする。これにより、コード値CDBは“n”となる。
 以上のように、撮像装置2では、参照信号生成部32Aが、ランプ波形を有する参照信号REFAを生成し、参照信号生成部32Bが、参照信号REFAのランプ波形から時間軸方向においてずれたランプ波形を有する参照信号REFBを生成するようにした。そして、画素回路40Aのそれぞれが、受光量に応じた画素信号SIGを生成する受光回路21と、その画素信号SIGと参照信号REFAとを比較することにより信号CMPを生成するコンパレータ23と、信号CMPに基づいてタイムコードをラッチするラッチ26とを有するようにした。また、画素回路40Bのそれぞれが、受光量に応じた画素信号SIGを生成する受光回路21と、その画素信号SIGと参照信号REFBとを比較することにより信号CMPを生成するコンパレータ23と、信号CMPに基づいてタイムコードをラッチするラッチ26とを有するようにした。これにより、参照信号REFAが供給された画素回路40Aにおけるラッチタイミング、および参照信号REFBが供給された画素回路40Bにおけるラッチタイミングを、互いにずらすことができる。これにより、画素回路40において電流が流れるタイミングを分散させることができるので、電源電圧の揺れを抑えることができる。その結果、撮像装置2では、誤動作が生じるおそれを低減することができるので、撮像画像の画質を高めることができる。
 また、撮像装置2では、例えばD相期間TDAにおいて、参照信号REFBのランプ波形が、参照信号REFAのランプ波形よりも時間軸方向において後ろにずれるようにしたので、画素回路40において電流が流れるタイミングを分散させることができるので、撮像画像の画質を高めることができる。また、撮像装置2では、さらに、例えばD相期間TDBにおいて、参照信号REFAのランプ波形が、参照信号REFBのランプ波形よりも時間軸方向において後ろにずれるようにした。よって、例えば、画素回路40Aにおいて得られたコード値CDAおよびコード値CDBの合計値は、その画素回路40Aと同じ受光量の画素回路40Bにおいて得られたコード値CDAおよびコード値CDBの合計値と同じである。よって、撮像装置2では、これらのコード値CDA,CDBに基づいて画素値を算出する処理をシンプルにすることができる。
 また、撮像装置2では、参照信号REFBのランプ波形が、参照信号REFAのランプ波形から、タイムコードTCが変化する周期を示す時間Δtの半分(Δt/2)の時間だけずれるようにしたので、AD変換の分解能を高めることができる。例えば、AD変換の分解能を高める代わりに、ラッチ26におけるビット数を減らすことにより、画素回路40の回路規模を小さくすることができ、画素Pの面積を小さくすることができる。その結果、例えば、画素アレイ31により多くの画素Pを配置することができるので、解像度を高めることができ、撮像画像の画質を高めることができる。
 また、撮像装置2では、画素アレイ31の縦方向において、複数の画素回路40Aのうちのいずれか1つと、複数の画素回路40Bのうちのいずれか1つとが交互に配置され、画素アレイ31の横方向において、複数の画素回路40Aのうちのいずれか1つと、複数の画素回路40Bのうちのいずれか1つとが交互に配置されるようにしたので、撮像画像の画質を高めることができる。すなわち、例えば、画素アレイ31の縦方向において、複数の画素回路40Aのうちのいずれか1つと、複数の画素回路40Bのうちのいずれか1つとが交互に配置され、画素アレイ31の横方向において、画素回路40Aおよび画素回路40Bが並んで配置された場合には、並んで配置された画素回路40A,40Bにより、線状の模様が視認されてしまうおそれがある。一方、撮像装置2では、縦方向および横方向の両方において、複数の画素回路40Aのうちのいずれか1つと、複数の画素回路40Bのうちのいずれか1つとが交互に配置されるようにしたので、このような線状の模様が視認されるおそれを低減することができるため、撮像画像の画質を高めることができる。
[効果]
 以上のように本実施の形態では、参照信号生成部32Aが、ランプ波形を有する参照信号REFAを生成し、参照信号生成部32Bが、参照信号REFAのランプ波形から時間軸方向においてずれたランプ波形を有する参照信号REFBを生成するようにした。そして、画素回路40Aのそれぞれが、受光量に応じた画素信号を生成する受光回路と、その画素信号と参照信号REFAとを比較することにより信号CMPを生成するコンパレータと、信号CMPに基づいてタイムコードをラッチするラッチとを有するようにした。また、画素回路40Bのそれぞれが、受光量に応じた画素信号を生成する受光回路と、その画素信号と参照信号REFBとを比較することにより信号CMPを生成するコンパレータと、信号CMPに基づいてタイムコードをラッチするラッチとを有するようにした。これにより、撮像画像の画質を高めることができる。
 本実施の形態では、例えばD相期間TDAにおいて、参照信号REFBのランプ波形が、参照信号REFAのランプ波形よりも時間軸方向において後ろにずれるようにしたので、画素回路において電流が流れるタイミングを分散させることができるので、撮像画像の画質を高めることができる。また、さらに、例えばD相期間TDBにおいて、参照信号REFAのランプ波形が、参照信号REFBのランプ波形よりも時間軸方向において後ろにずれるようにしたので、これらのコード値に基づいて画素値を算出する処理をシンプルにすることができる。
 本実施の形態では、参照信号REFBのランプ波形が、参照信号REFAのランプ波形から、タイムコードが変化する周期を示す時間の半分の時間だけずれるようにしたので、AD変換の分解能を高めることができる。例えば、AD変換の分解能を高める代わりに、ラッチにおけるビット数を減らすことにより、画素回路の回路規模を小さくすることができるので、画素の面積を小さくすることができる。その結果、例えば、画素アレイにより多くの画素を配置することができるので、解像度を高めることができ、撮像画像の画質を高めることができる。
 本実施の形態では、画素アレイの縦方向において、複数の画素回路40Aのうちのいずれか1つと、複数の画素回路40Bのうちのいずれか1つとが交互に配置され、画素アレイの横方向において、複数の画素回路40Aのうちのいずれか1つと、複数の画素回路40Bのうちのいずれか1つとが交互に配置されるようにしたので、撮像画像の画質を高めることができる。
<3.撮像装置の使用例>
 図20は、上記実施の形態に係る撮像装置1,2の使用例を表すものである。上述した撮像装置1は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、テレビジョンや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
<4.移動体への応用例>
 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。
 図21は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
 車両制御システム12000は、通信ネットワーク12001を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図21に示した例では、車両制御システム12000は、駆動系制御ユニット12010、ボディ系制御ユニット12020、車外情報検出ユニット12030、車内情報検出ユニット12040、及び統合制御ユニット12050を備える。また、統合制御ユニット12050の機能構成として、マイクロコンピュータ12051、音声画像出力部12052、及び車載ネットワークI/F(interface)12053が図示されている。
 駆動系制御ユニット12010は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット12010は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
 ボディ系制御ユニット12020は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット12020は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット12020には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット12020は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
 車外情報検出ユニット12030は、車両制御システム12000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット12030には、撮像部12031が接続される。車外情報検出ユニット12030は、撮像部12031に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット12030は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
 撮像部12031は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部12031は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部12031が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
 車内情報検出ユニット12040は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット12040には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部12041が接続される。運転者状態検出部12041は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット12040は、運転者状態検出部12041から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
 マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット12010に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
 また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
 また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット12020に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
 音声画像出力部12052は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図21の例では、出力装置として、オーディオスピーカ12061、表示部12062及びインストルメントパネル12063が例示されている。表示部12062は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
 図22は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。
 図22では、車両12100は、撮像部12031として、撮像部12101,12102,12103,12104,12105を有する。
 撮像部12101,12102,12103,12104,12105は、例えば、車両12100のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部12101及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として車両12100の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部12102,12103は、主として車両12100の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部12104は、主として車両12100の後方の画像を取得する。撮像部12101及び12105で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
 なお、図22には、撮像部12101ないし12104の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲12111は、フロントノーズに設けられた撮像部12101の撮像範囲を示し、撮像範囲12112,12113は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部12102,12103の撮像範囲を示し、撮像範囲12114は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部12104の撮像範囲を示す。例えば、撮像部12101ないし12104で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両12100を上方から見た俯瞰画像が得られる。
 撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
 例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を基に、撮像範囲12111ないし12114内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両12100に対する相対速度)を求めることにより、特に車両12100の進行路上にある最も近い立体物で、車両12100と略同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ12051は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
 例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両12100の周辺の障害物を、車両12100のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ12051は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ12061や表示部12062を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット12010を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
 撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部12101ないし12104の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。
 以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部12031に適用され得る。これにより、車両制御システム12000では、撮像部12031により得られた撮像画像の画質を高めることができる。その結果、車両制御システム12000では、車両の衝突回避あるいは衝突緩和機能、車間距離に基づく追従走行機能、車速維持走行機能、車両の衝突警告機能、車両のレーン逸脱警告機能等を、高い精度で実現できる。
 以上、実施の形態および変形例、ならびにそれらの具体的な応用例を挙げて本技術を説明したが、本技術はこれらの実施の形態等には限定されず、種々の変形が可能である。
 例えば、上記実施の形態では、画素Pを2枚の半導体基板101,102にわたって配置したが、これに限定されるものではなく、画素Pを1枚の半導体基板に配置してもよいし、3枚以上の半導体基板にわたって配置してもよい。
 なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
 なお、本技術は以下のような構成とすることができる。以下の構成の本技術によれば、撮像画像の画質を高めることができる。
(1)それぞれが、受光量に応じた画素信号を生成する受光回路と、前記画素信号とランプ波形を有する参照信号とを比較することにより第1の比較信号を生成するコンパレータと、前記第1の比較信号を遅延させることにより第2の比較信号を生成する遅延回路と、前記第1の比較信号および前記第2の比較信号のうちの一方を選択し、選択された信号を第3の比較信号として出力する選択回路と、前記第3の比較信号に基づくタイミングでタイムコードをラッチするラッチ回路とを有する複数の画素回路と、
 前記複数の画素回路のそれぞれにおける前記選択回路の動作を制御する制御部と
 を備えた撮像装置。
(2)前記複数の画素回路は、第1の複数の画素回路と、第2の複数の画素回路とを含み、
 前記制御部は、第1の期間において、前記第1の複数の画素回路のそれぞれにおける前記選択回路に前記第1の比較信号を選択させるとともに、前記第2の複数の画素回路のそれぞれにおける前記選択回路に前記第2の比較信号を選択させる
 前記(1)に記載の撮像装置。
(3)前記制御部は、第2の期間において、前記第1の複数の画素回路のそれぞれにおける前記選択回路に前記第2の比較信号を選択させるとともに、前記第2の複数の画素回路のそれぞれにおける前記選択回路に前記第1の比較信号を選択させる
 前記(2)に記載の撮像装置。
(4)第1の方向において、前記第1の複数の画素回路のうちのいずれか1つと、前記第2の複数の画素回路のうちのいずれか1つとが交互に配置され、
 前記第1の方向と交差する第2の方向において、前記第1の複数の画素回路のうちのいずれか1つと、前記第2の複数の画素回路のうちのいずれか1つとが交互に配置された
 前記(3)に記載の撮像装置。
(5)前記タイムコードは、所定の時間が経過する度に変化し、
 前記遅延回路における遅延時間は、前記所定の時間の半分の時間である
 前記(3)または(4)に記載の撮像装置。
(6)信号処理部をさらに備え、
 前記信号処理部は、前記複数の画素回路のうちの一の画素回路において、前記第1の期間において前記ラッチ回路がラッチしたタイムコードと、前記第2の期間において前記ラッチ回路がラッチしたタイムコードとに基づいて、前記一の画素回路の画素値を生成する
 前記(3)から(5)のいずれかに記載の撮像装置。
(7)前記受光回路は、第1の半導体基板に設けられ、
 前記遅延回路、前記選択回路、および前記ラッチ回路は、前記第1の半導体基板に張り付けられた第2の半導体基板に設けられ、
 前記コンパレータは、前記第1の半導体基板および前記第2の半導体基板にわたって設けられた
 前記(1)から(6)のいずれかに記載の撮像装置。
(8)ランプ波形を有する第1の参照信号を生成する第1の参照信号生成部と、
 前記第1の参照信号の前記ランプ波形から時間軸方向においてずれたランプ波形を有する第2の参照信号を生成する第2の参照信号生成部と、
 それぞれが、受光量に応じた第1の画素信号を生成する第1の受光回路と、前記第1の画素信号と前記第1の参照信号とを比較することにより第1の比較信号を生成する第1のコンパレータと、前記第1の比較信号に基づいてタイムコードをラッチする第1のラッチ回路とを有する第1の複数の画素回路と、
 それぞれが、受光量に応じた第2の画素信号を生成する第2の受光回路と、前記第2の画素信号と前記第2の参照信号とを比較することにより第2の比較信号を生成する第2のコンパレータと、前記第2の比較信号に基づいて前記タイムコードをラッチする第2のラッチ回路とを有する第2の複数の画素回路と
 を備えた撮像装置。
(9)第1の期間において、前記第2の参照信号の前記ランプ波形は、前記第1の参照信号の前記ランプ波形よりも時間軸方向において後ろにずれている
 前記(8)に記載の撮像装置。
(10)第2の期間において、前記第1の参照信号の前記ランプ波形は、前記第2の参照信号の前記ランプ波形よりも時間軸方向において後ろにずれている
 前記(9)に記載の撮像装置。
(11)第1の方向において、前記第1の複数の画素回路のうちのいずれか1つと、前記第2の複数の画素回路のうちのいずれか1つとが交互に配置され、
 前記第1の方向と交差する第2の方向において、前記第1の複数の画素回路のうちのいずれか1つと、前記第2の複数の画素回路のうちのいずれか1つとが交互に配置された
 前記(10)に記載の撮像装置。
(12)前記タイムコードは、所定の時間が経過する度に変化し、
 前記第2の参照信号の前記ランプ波形は、前記第1の参照信号の前記ランプ波形から、前記所定の時間の半分の時間ずれている
 前記(10)または(11)に記載の撮像装置。
(13)信号処理部をさらに備え、
 前記信号処理部は、
 前記第1の複数の画素回路のうちの一の画素回路において、前記第1の期間において前記第1のラッチ回路がラッチしたタイムコードと、前記第2の期間において前記第1のラッチ回路がラッチしたタイムコードとに基づいて、前記一の画素回路の画素値を生成し、
 前記第2の複数の画素回路のうちの一の画素回路において、前記第1の期間において前記第2のラッチ回路がラッチしたタイムコードと、前記第2の期間において前記第2のラッチ回路がラッチしたタイムコードとに基づいて、前記一の画素回路の画素値を生成する
 前記(10)から(12)のいずれかに記載の撮像装置。
(14)前記第1の受光回路および前記第2の受光回路は、第1の半導体基板に設けられ、
 前記第1のラッチ回路および前記第2のラッチ回路は、前記第1の半導体基板に張り付けられた第2の半導体基板に設けられ、
 前記第1のコンパレータおよび前記第2のコンパレータは、前記第1の半導体基板および前記第2の半導体基板にわたって設けられた
 前記(8)から(13)のいずれかに記載の撮像装置。
 本出願は、日本国特許庁において2020年4月28日に出願された日本特許出願番号2020-079694号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
 当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (14)

  1.  それぞれが、受光量に応じた画素信号を生成する受光回路と、前記画素信号とランプ波形を有する参照信号とを比較することにより第1の比較信号を生成するコンパレータと、前記第1の比較信号を遅延させることにより第2の比較信号を生成する遅延回路と、前記第1の比較信号および前記第2の比較信号のうちの一方を選択し、選択された信号を第3の比較信号として出力する選択回路と、前記第3の比較信号に基づくタイミングでタイムコードをラッチするラッチ回路とを有する複数の画素回路と、
     前記複数の画素回路のそれぞれにおける前記選択回路の動作を制御する制御部と
     を備えた撮像装置。
  2.  前記複数の画素回路は、第1の複数の画素回路と、第2の複数の画素回路とを含み、
     前記制御部は、第1の期間において、前記第1の複数の画素回路のそれぞれにおける前記選択回路に前記第1の比較信号を選択させるとともに、前記第2の複数の画素回路のそれぞれにおける前記選択回路に前記第2の比較信号を選択させる
     請求項1に記載の撮像装置。
  3.  前記制御部は、第2の期間において、前記第1の複数の画素回路のそれぞれにおける前記選択回路に前記第2の比較信号を選択させるとともに、前記第2の複数の画素回路のそれぞれにおける前記選択回路に前記第1の比較信号を選択させる
     請求項2に記載の撮像装置。
  4.  第1の方向において、前記第1の複数の画素回路のうちのいずれか1つと、前記第2の複数の画素回路のうちのいずれか1つとが交互に配置され、
     前記第1の方向と交差する第2の方向において、前記第1の複数の画素回路のうちのいずれか1つと、前記第2の複数の画素回路のうちのいずれか1つとが交互に配置された
     請求項3に記載の撮像装置。
  5.  前記タイムコードは、所定の時間が経過する度に変化し、
     前記遅延回路における遅延時間は、前記所定の時間の半分の時間である
     請求項3に記載の撮像装置。
  6.  信号処理部をさらに備え、
     前記信号処理部は、前記複数の画素回路のうちの一の画素回路において、前記第1の期間において前記ラッチ回路がラッチしたタイムコードと、前記第2の期間において前記ラッチ回路がラッチしたタイムコードとに基づいて、前記一の画素回路の画素値を生成する
     請求項3に記載の撮像装置。
  7.  前記受光回路は、第1の半導体基板に設けられ、
     前記遅延回路、前記選択回路、および前記ラッチ回路は、前記第1の半導体基板に張り付けられた第2の半導体基板に設けられ、
     前記コンパレータは、前記第1の半導体基板および前記第2の半導体基板にわたって設けられた
     請求項1に記載の撮像装置。
  8.  ランプ波形を有する第1の参照信号を生成する第1の参照信号生成部と、
     前記第1の参照信号の前記ランプ波形から時間軸方向においてずれたランプ波形を有する第2の参照信号を生成する第2の参照信号生成部と、
     それぞれが、受光量に応じた第1の画素信号を生成する第1の受光回路と、前記第1の画素信号と前記第1の参照信号とを比較することにより第1の比較信号を生成する第1のコンパレータと、前記第1の比較信号に基づいてタイムコードをラッチする第1のラッチ回路とを有する第1の複数の画素回路と、
     それぞれが、受光量に応じた第2の画素信号を生成する第2の受光回路と、前記第2の画素信号と前記第2の参照信号とを比較することにより第2の比較信号を生成する第2のコンパレータと、前記第2の比較信号に基づいて前記タイムコードをラッチする第2のラッチ回路とを有する第2の複数の画素回路と
     を備えた撮像装置。
  9.  第1の期間において、前記第2の参照信号の前記ランプ波形は、前記第1の参照信号の前記ランプ波形よりも時間軸方向において後ろにずれている
     請求項8に記載の撮像装置。
  10.  第2の期間において、前記第1の参照信号の前記ランプ波形は、前記第2の参照信号の前記ランプ波形よりも時間軸方向において後ろにずれている
     請求項9に記載の撮像装置。
  11.  第1の方向において、前記第1の複数の画素回路のうちのいずれか1つと、前記第2の複数の画素回路のうちのいずれか1つとが交互に配置され、
     前記第1の方向と交差する第2の方向において、前記第1の複数の画素回路のうちのいずれか1つと、前記第2の複数の画素回路のうちのいずれか1つとが交互に配置された
     請求項10に記載の撮像装置。
  12.  前記タイムコードは、所定の時間が経過する度に変化し、
     前記第2の参照信号の前記ランプ波形は、前記第1の参照信号の前記ランプ波形から、前記所定の時間の半分の時間ずれている
     請求項10に記載の撮像装置。
  13.  信号処理部をさらに備え、
     前記信号処理部は、
     前記第1の複数の画素回路のうちの一の画素回路において、前記第1の期間において前記第1のラッチ回路がラッチしたタイムコードと、前記第2の期間において前記第1のラッチ回路がラッチしたタイムコードとに基づいて、前記一の画素回路の画素値を生成し、
     前記第2の複数の画素回路のうちの一の画素回路において、前記第1の期間において前記第2のラッチ回路がラッチしたタイムコードと、前記第2の期間において前記第2のラッチ回路がラッチしたタイムコードとに基づいて、前記一の画素回路の画素値を生成する
     請求項10に記載の撮像装置。
  14.  前記第1の受光回路および前記第2の受光回路は、第1の半導体基板に設けられ、
     前記第1のラッチ回路および前記第2のラッチ回路は、前記第1の半導体基板に張り付けられた第2の半導体基板に設けられ、
     前記第1のコンパレータおよび前記第2のコンパレータは、前記第1の半導体基板および前記第2の半導体基板にわたって設けられた
     請求項8に記載の撮像装置。
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