列平行ADCを有するCMOSセンサにおける倍速化
【課題】サンプル−ホールド動作とアナログ−ディジタル変換とを2ステップで行う上部及び下部のディジタル化回路を高速化したイメージングシステムを提供する。
【解決手段】一方のディジタル化回路がサンプル−ホールド動作を実行する間に、他方のディジタル化回路がアナログ−ディジタル変換を実行する。サンプル−ホールド回路及びアナログ−ディジタル変換器の追加的な組を用いることによって、前記上部及び下部のディジタル化回路内でインターリーブの動作を行うことによって、イメージングシステムの速度を増加させることができる。
【解決手段】一方のディジタル化回路がサンプル−ホールド動作を実行する間に、他方のディジタル化回路がアナログ−ディジタル変換を実行する。サンプル−ホールド回路及びアナログ−ディジタル変換器の追加的な組を用いることによって、前記上部及び下部のディジタル化回路内でインターリーブの動作を行うことによって、イメージングシステムの速度を増加させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、米国特許暫定出願番号60/313,117、2001年8月17日にもとづいて優先権を主張し、この特許出願の内容は参考文献として本明細書に含める。
【0002】
[発明の分野]
本発明は、撮像システムに関するものである。より詳細には、本発明は、イメージング(撮像)システム用の高速アナログ−ディジタル変換のアーキテクチャに関するものである。
【0003】
[発明の背景]
図1に、CMOSアクティブ(能動型)画素センサ(APS:active pixel sensor)・イメージングシステム100を示す。システム100は、画素アレイ110を具えて、画素アレイ110は図3に示すように、行デコーダ(復号化器)112、及びN行M列のアレイ111に配置した複数の画素Pを具えている。システム100がカラーシステムであれば、画素Pは赤色、緑色、及び青色の原色に感応するように作製され、そして通常はバイエル(Bayer)パターンに配置され、バイエルパターンでは、緑色画素と赤色画素が交互に並ぶ行と、緑色画素と青色画素が交互に並ぶ行とが、交互に繰り返される。
【0004】
図2に、画素Pの1つの代表的なアーキテクチャを示す。画素Pは、フォトダイオード210のような光電(感光)素子を具えて、この光電素子は光エネルギーを電気信号に変換する。フォトダイオード210は節点Aに結合して、節点Aはトランジスタ220のソース/ドレイン端子に結合する。トランジスタ220の他方のソース/ドレイン端子は電圧源Vddに結合して、トランジスタ220のゲートは、読み出し信号を受信するように結合する。ノードAはソースフォロワ・トランジスタ230のゲートに結合して、ソースフォロワ・トランジスタ230の一方のソース/ドレイン端子は電圧源Vddに結合して、他方のソース/ドレイン端子は行トランジスタ240のソース/ドレイン端子に結合する。行トランジスタ240のゲートは制御信号ROWに結合して、行トランジスタ240の他方のソース/ドレイン端子は、節点Bで出力線250に結合する。
【0005】
画素Pは、光電素子210によって検出した光の輝度に関係する電圧を、節点Aに発生する。節点Aの電圧がソースフォロワ・トランジスタ230のゲートを制御することによって、節点Bにおける出力を制御する。行トランジスタ240は、線260上のROW信号によって、ソースフォロワ・トランジスタ230の出力を、節点Bにおいて出力線250に結合するか否かを制御する。出力線250は、アレイ110内の、同じ列位置の異なる行にある他の画素Pにも結合される。なお、図に示す画素Pは、画素の代表的なアーキテクチャの1つに過ぎない。周知のように、画素に適したいくつかの異なるアーキテクチャが存在し、これらには、例えばリセット・トランジスタを利用して、光信号成分及びリセット信号成分から成る差分信号を出力するものも含まれる。
【0006】
図1に戻って説明する。画素Pが出力する電気信号はアナログ信号である。これらの信号は直後に、アナログ処理兼ディジタル化回路120b(下部)か、アナログ処理兼ディジタル化回路120t(上部)のいずれかによって処理される。回路120b、120tは、アナログ信号を等価なディジタル信号に変換して、このディジタル信号は、データバス181経由でディジタル処理兼記憶システム130に搬送して、ディジタル領域でのさらなる処理(例えば色補間)及び記憶を行う。制御回路140は、制御バス182を介して、画素アレイ110、アナログ処理兼ディジタル化システム120b、120t、及びディジタル処理兼記憶システム140の動作を調整する。
【0007】
図3に、画素アレイ110、及びアナログ処理兼ディジタル化システム120b、120tのより詳細な図を示す。画素アレイ110は、画素Pのアレイ111及び行デコーダ112を具えている。行デコーダ112は、例えば制御回路140から信号線113上に来る画素アドレスを受信する。行デコーダ112は行アドレスをデコード(復号化)して、信号線260のうちの1本をハイ(高)の論理状態に駆動して、他の信号線260をロー(低)の論理状態に維持することによって、アレイ111の1つの行を動作させる。
【0008】
各アナログ処理兼ディジタル化回路120b、120tは、複数のサンプル−ホールド(標本化−保持)回路121、及びアナログ−ディジタル変換器(ADC)123を含む。サンプル−ホールド回路121の各々が、画素アレイの列出力線250のそれぞれに結合されている。より詳細には、下部の回路120b内のサンプル−ホールド回路121は、出力線250を介して奇数番目の列に結合し、上部の回路120tは出力線250を介して偶数番目の列に結合する。各サンプル−ホールド回路121は、信号線122b(下部の回路120b用)、または信号線122t(上部の回路120t用)にも結合して、それぞれ制御信号SHEb及びSHEtを受信する。制御信号SHEb及びSHEtは、サンプル−ホールド回路121がそれぞれの入力信号をサンプル−ホールド(標本化して保持)する時点を決める。
【0009】
各サンプル−ホールド回路121は、これに対応するアナログ−ディジタル変換器123に関連付けられている。各アナログ−ディジタル変換器123は、それぞれのサンプル−ホールド回路121が出力する信号を、入力として受け入れる。各アナログ−ディジタル変換器123は、信号線124b(下部の回路120b用)または信号線124t(上部の回路120t用)上の、それぞれ制御信号ADEb、ADEtを受け入れて、アナログ−ディジタル変換を行うべき時点を決める。
【0010】
ここで図4も参照して、画素アレイ110、及び下部及び上部のアナログ処理兼ディジタル化回路120b、120tについて説明する。行デコーダ112は、信号線260のうちの1本をハイの論理状態に設定して、他の信号線260をローの論理状態に設定することによって、信号線113上に予め供給された行アドレスをデコードする。このことは図4のROW信号が"row i(行i)"の所でハイになっていることに現れている。前に図2を参照して説明したように、ROW信号をイネーブル(有効)状態にすることによって、画素Pの出力が出力線250に結合される。従って、行i内の奇数番目の列に相当する画素Pの出力は、対応する(下部の回路120bの)サンプル−ホールド回路121に結合されて、行i内の偶数番目の列に相当する(上部の回路120tの)サンプル−ホールド回路121に結合される。
【0011】
上部の回路120tと下部の回路120bとが協働して、単一行を同時に処理する。ROW信号がハイ状態になれば、ロー状態であった信号SHEbと信号SHEtは同時にハイ状態になる。これにより、下部及び上部の回路120b及び120t内のサンプル−ホールド回路121が、各々に対応する画素信号をサンプル−ホールドすることが可能になる。
【0012】
次に、信号SHEb及びSHEtはロー状態になる。この時点では、サンプル−ホールド回路121が画素の出力を一時蓄積(バッファ)しており、この一時蓄積している信号をアナログ−ディジタル変換器123が利用できるようにする。
【0013】
その短時間後に、ロー状態であったADEb信号及びADEt信号がハイ状態になる。これにより、下部及び上部の回路120b及び120t内のアナログ−ディジタル変換器123がイネーブル状態になる。サンプル−ホールド回路121内に一時蓄積している信号は、奇数画素及び偶数画素共に、ディジタル信号に変換される。そしてADEb信号及びADEt信号がロー状態に戻る。
【0014】
ディジタル処理兼記憶システム130がディジタルデータを利用可能になると(図4では信号DATA上の"row i"で表わす)、アレイ内の次の行(即ち行i+1)について処理(プロセス)を繰り返し、これはROW信号が"row i+1"でハイ状態になったことで示す。この時点では、アレイ110内の各画素Pが処理されており、他の画像フレームについての処理を繰り返すことができる。
【0015】
従って、上述した装置及び方法は、アレイ110内の各画素Pのアナログ出力をディジタル信号に変換する高速のメカニズムを提供し、このディジタル信号は、ディジタル処理兼記憶システム130がディジタル的に処理して記憶することができる。しかし、高速写真技術、スローモーション映画、あるいはホログラフィックメモリーシステムからの情報検索のような一部の用途では、より高速の画像ディジタル化を必要とする。従って、イメージングシステムにおけるディジタル化を実行する高速アーキテクチャの必要性及び要望が存在する。
【0016】
[発明の概要]
本発明は、イメージングシステムにおけるディジタル化を実行する高速アーキテクチャに指向したものである。本発明のシステムでは、画素アレイを、上部及び下部のアナログアナログ処理兼ディジタル化回路に関連付ける。上部及び下部の各回路を、偶数画素と奇数画素の両方に結合する。従って本発明では、同一行のサンプル−ホールド及びディジタル化処理を、奇数画素と偶数画素に分けて行う代りに、前記上部及び下部の各々がパイプライン的な方法で、画素アレイの異なる行に作用する
【0017】
本発明の以上及び他の利点、及び特徴は、以下の図面を参照した本発明の好適な実施例の詳細な説明より、一層明らかになる。
【0018】
[実施例の詳細な説明]
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
各図面中では、同一構成要素は同一参照番号で表わす。図5に、本発明の原理を含むイメージングシステム500を示す。イメージングシステム500は、修正した画素アレイ110'を具えて、画素アレイ110'は修正した上部及び下部のアナログ処理兼ディジタル化回路120a'及び120b'に結合する。本発明の説明では、「上部」及び「下部」のような用語は独立した回路を表わすために用いるが、これらの独立した回路は、物理的に画素アレイの上部及び下部に存在する必要はなく、イメージングチップ上のいずれの好都合な箇所にも配置可能であることは、当業者にとって明らかである。このイメージングシステムは、ディジタル処理兼記憶システム130も具えている。図1のイメージングシステム100のように、画素アレイ110'内の各画素は、光をアナログ電気信号に変換して、この電気信号をアナログ処理兼ディジタル化回路120a'、120b'によってディジタル化して、さらにディジタル処理兼記憶システム130によって、ディジタル領域で処理して記憶する。
【0019】
図に示す実施例では、アナログ処理兼ディジタル化回路120a'、120b'を、データバス181を介してディジタル処理兼記憶システム130に結合する。同様に、コントローラ140を、制御バス182を介して、アナログ処理兼ディジタル化回路120a'、120b'、画素アレイ110'、及びディジタル処理兼記憶システム130に結合する。しかし、制御信号及びデータ信号は、異なる方法で、イメージングシステム500の構成要素間の搬送を行えることは明らかである。例えば、データバスと制御バスを別々にする代りに、単一のバスを用いて、データ信号及び制御信号を共に搬送することができる。あるいはまた、必要に応じた回路から回路、あるいは回路からシステムへのポイント・ツー・ポイント(二点間)・リンクによって、制御信号及び/またはデータ信号の経路設定を行うことができる。
【0020】
図6に示すように、各アナログ処理兼ディジタル化回路120a'、120b'は、複数のサンプル−ホールド回路121、及び複数のアナログ−ディジタル変換器123を具えている。サンプル−ホールド回路121の各々は、それぞれの画素列に関連する出力線250に結合する。本発明では、アナログ処理兼ディジタル化回路120a'、120b'の双方のサンプル−ホールド回路121を、アレイ111の奇数番目及び偶数番目の列に共に結合する。従って各列は、その上部(120a')及び下部(120b')の両方に、それぞれの出力線250によって結合したサンプル−ホールド回路121を有することになる。各サンプル−ホールド回路121は、信号線122b(回路120b'用)または信号線122a(回路120a'用)にも結合して、それぞれ制御信号SHEa及びSHEbを受信する。サンプル−ホールド回路121が入力信号をサンプル−ホールドすべき時点は、制御信号SHEa、SHEbの状態によって決まる。
【0021】
各サンプル−ホールド回路121は、これに対応するアナログ−ディジタル変換器123に関連付けられている。各アナログ−ディジタル変換器123は、信号線124a(回路120a'用)または信号線124b(回路120b'用)上の制御信号それぞれADEa、ADEbを受け入れて、アナログ−ディジタル変換を行うべき時点を決める。
【0022】
再び図6を参照し、そして図7のタイミング図を参照して、修正した画素アレイ110'及び修正したアナログ処理兼ディジタル化回路120a'、120b'の動作について説明する。信号線113上に予め供給されている行アドレスを行デコーダ112がデコードして、信号線260のうちの1本をハイの論理状態に設定すると、処理を開始する。他の信号線260はローの論理状態に設定する。このことは、図7のROW信号が"row i(行i)"の所でハイ状態になっていることに現れている。ROW信号がハイ状態になると、デコード行(即ち行i)内の画素からの出力が出力線250に結合される。これに加えて、ロー状態であるSHEa信号もハイ状態に駆動される。SHEb信号はロー状態のままである。これにより、回路120a'内のサンプル−ホールド回路121は、デコード行のすべての画素信号をサンプル−ホールドすることができる。
【0023】
次に、制御回路140が新たな行アドレスを行デコーダ112に送ると、ROW信号は再びローの論理状態に遷移する。行デコーダ112は、新たな行アドレスのデコードを終えると、新たなデコード行(即ち行i+1)に対応する信号線260をハイ状態に駆動して、他の信号線260をローの論理状態に設定する。このことは、図7のROW信号が"row i+1(行i+1)"の所でハイ状態になっていることに現れている。ROW信号が行i+1に対してハイ状態になると、APEa信号及びSHEb信号がハイ状態に駆動される。APEb信号及びSHEa信号はロー状態のままである。APEa信号をハイ状態に駆動すれば、回路120a'のアナログ−ディジタル変換器123が、(回路120a'の)サンプル−ホールド回路121に保持されているアナログ信号をディジタル信号に変換する。SHEb信号をハイ状態に駆動することによって、回路120b'内のサンプル−ホールド回路121が、行i+1のすべての画素をサンプル−ホールドする。
【0024】
次に、制御回路140が他の行アドレスを行デコーダ112に送ると、ROW信号は再びローの論理状態に遷移する。行デコーダ112は、行のデコードを終えると、デコード行(即ち行i+2)に対応する信号線260をハイ状態に駆動して、他の信号線260をローの論理状態に設定する。このことは、図7のROW信号が"row i+2(行i+2)"の所でハイ状態になっていることに現れている。ROW信号が行i+2に対してハイ状態になると、回路120a'のディジタル−アナログ変換器123が変換したデータが出力される。このことは図7のDATA信号上の"row i"の部分に現れている。データの出力に加えて、信号SHEa及びADEbは共にハイ状態に駆動される。これにより、回路120a'のサンプル−ホールド回路121が、行i+2からの画素信号をサンプル−ホールドする。またこれにより、回路120b'のアナログ−ディジタル変換器123もディジタル変換を実行する。
【0025】
次に、制御回路140が行デコーダ112に他の行アドレス送ると、ROW信号は再びローの論理状態に遷移する。行デコーダ112は、行のデコードを終えると、上述したように、行i+3用の信号線260を駆動する。制御信号APEa及びSHEbは共にハイ状態に駆動されて、これにより、行i+3をサンプル−ホールドして、行i+1に対応するデータを出力することができる。
【0026】
なお、以上の説明は、行iから処理を開始することを想定している。通常の動作では、第1行から処理を開始すべきである。行iが第1行でない場合には、ROW信号が行iに対してハイ状態になると、信号ADEbもハイ状態に駆動されて、ROW信号が行i+1に対して再びハイ状態に駆動されると、行i−1に対応するデータが使用可能になる。図7には、上述した現象に関連する信号を点線で示す。
【0027】
従って本発明は、上部及び下部のアナログ処理兼ディジタル化回路120a'、120b'を修正して、奇数列及び偶数列からの信号を共に受信可能にしたものである。2つの回路の一方の回路120a'を用いて、画素Pの行をサンプル−ホールドして、他方の回路120b'が、前にサンプル−ホールドした行に対するディジタル化を実行することによって、処理性能を2倍にすることができる。このようにして、どの所定時点でも、1つのサンプル−ホールド回路が動作状態であり、1つのアナログ−ディジタル変換器も動作状態である。このパイプライン的な方法は、行デコーダが以前の2倍の速さで動作することを必要とするが、2倍速のデータ変換を可能にする。
【0028】
前述したように、こうした高速変換は、例えばホログラフィックメモリーシステムの読み取りを含めた種々の用途に利用できる。図8に、本発明のイメージングシステム500を、ホログラフィックメモリーシステム800と共に利用する方法を示す。ホログラフィックメモリーシステム800は、参照光ビームRを発生するレーザー801を具えている。参照項ビームRを、可制御光学器の光路802を用いて集束させて集束ビームR'を形成して、これによりホログラフィック記録媒体803を照射する。ホログラフィック記録媒体803は、集束ビームR'に応答して、集束ビームR'を回折させて回折ビームR''にして、回折ビームR''は第2の可制御光学器の光路804を通過して、これによりビームR'''が生成されて、ビームR'''は本発明のイメージングシステム500によって読み取られる。コントローラ805は、レーザー801、可制御光学器802、ホログラフィック記録媒体803の位置決め、第2の可制御光学器804の動作、及びイメージングシステム500を調整する。
【0029】
本発明の原理を拡張して、追加的なアナログ−ディジタル変換器123及びサンプル−ホールド回路121の使用によりアナログ処理兼ディジタル化回路120a'、120b'を修正することによって、さらに高速のイメージングシステムを作製することができる。例として図9に、修正したアナログ処理兼ディジタル化回路120a''を示す。修正した回路120a''は、回路120b'を同様に修正したもの(図示せず)と組み合わせて使用すべく設計し、ここでは2倍の数のサンプル−ホールド回路121及び2倍の数のアナログ−ディジタル変換器123を利用する。元の回路121、123はそれぞれ、制御信号SHEa1及びADEa1によって制御し、追加的な回路121、123はそれぞれ、制御信号SHEa2及びADEa2によって制御する。行デコーダ112は2倍の速度で動作させて、2組の回路121、123は、インターリーブする(交錯させる)方法で動作させる。このように、サンプル−ホールド回路121及びアナログ−ディジタル変換器123の追加的な組を用いることによって、イメージングシステムの速度を2倍にするか、(インターリーブの程度次第では)さらに増加させることができる。
【0030】
本発明は、好適な実施例に関連して詳細に説明してきたが、本発明は以上に開示した実施例に限定されないことは明らかである。むしろ本発明は、以上では説明していないが本発明の範囲に合った変形、変更、代案、あるいは等価な構成をいくらでも含むように修正することができる。従って、本発明は以上の説明及び図面に限定されるものではなく、請求項の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】従来技術の画像処理システムのブロック図である。
【図2】画像処理で用いる従来技術のブロック図である。
【図3】アナログ処理兼ディジタル化システムの、画素アレイ、下部、及び上部の詳細ブロック図である。
【図4】図3に示す装置の動作を示すタイミング図である。
【図5】本発明による画像処理システムのブロック図である。
【図6】本発明の原理による画素アレイ、及びアナログ処理兼ディジタル化システムのブロック図である。
【図7】図5に示す装置の動作を示すタイミング図である。
【図8】本発明の原理によるアナログ処理兼ディジタル化システムを用いたホログラフィック記憶装置の詳細ブロック図である。
【図9】本発明の原理による代案の実施例の詳細ブロック図である。
【技術分野】
【0001】
本願は、米国特許暫定出願番号60/313,117、2001年8月17日にもとづいて優先権を主張し、この特許出願の内容は参考文献として本明細書に含める。
【0002】
[発明の分野]
本発明は、撮像システムに関するものである。より詳細には、本発明は、イメージング(撮像)システム用の高速アナログ−ディジタル変換のアーキテクチャに関するものである。
【0003】
[発明の背景]
図1に、CMOSアクティブ(能動型)画素センサ(APS:active pixel sensor)・イメージングシステム100を示す。システム100は、画素アレイ110を具えて、画素アレイ110は図3に示すように、行デコーダ(復号化器)112、及びN行M列のアレイ111に配置した複数の画素Pを具えている。システム100がカラーシステムであれば、画素Pは赤色、緑色、及び青色の原色に感応するように作製され、そして通常はバイエル(Bayer)パターンに配置され、バイエルパターンでは、緑色画素と赤色画素が交互に並ぶ行と、緑色画素と青色画素が交互に並ぶ行とが、交互に繰り返される。
【0004】
図2に、画素Pの1つの代表的なアーキテクチャを示す。画素Pは、フォトダイオード210のような光電(感光)素子を具えて、この光電素子は光エネルギーを電気信号に変換する。フォトダイオード210は節点Aに結合して、節点Aはトランジスタ220のソース/ドレイン端子に結合する。トランジスタ220の他方のソース/ドレイン端子は電圧源Vddに結合して、トランジスタ220のゲートは、読み出し信号を受信するように結合する。ノードAはソースフォロワ・トランジスタ230のゲートに結合して、ソースフォロワ・トランジスタ230の一方のソース/ドレイン端子は電圧源Vddに結合して、他方のソース/ドレイン端子は行トランジスタ240のソース/ドレイン端子に結合する。行トランジスタ240のゲートは制御信号ROWに結合して、行トランジスタ240の他方のソース/ドレイン端子は、節点Bで出力線250に結合する。
【0005】
画素Pは、光電素子210によって検出した光の輝度に関係する電圧を、節点Aに発生する。節点Aの電圧がソースフォロワ・トランジスタ230のゲートを制御することによって、節点Bにおける出力を制御する。行トランジスタ240は、線260上のROW信号によって、ソースフォロワ・トランジスタ230の出力を、節点Bにおいて出力線250に結合するか否かを制御する。出力線250は、アレイ110内の、同じ列位置の異なる行にある他の画素Pにも結合される。なお、図に示す画素Pは、画素の代表的なアーキテクチャの1つに過ぎない。周知のように、画素に適したいくつかの異なるアーキテクチャが存在し、これらには、例えばリセット・トランジスタを利用して、光信号成分及びリセット信号成分から成る差分信号を出力するものも含まれる。
【0006】
図1に戻って説明する。画素Pが出力する電気信号はアナログ信号である。これらの信号は直後に、アナログ処理兼ディジタル化回路120b(下部)か、アナログ処理兼ディジタル化回路120t(上部)のいずれかによって処理される。回路120b、120tは、アナログ信号を等価なディジタル信号に変換して、このディジタル信号は、データバス181経由でディジタル処理兼記憶システム130に搬送して、ディジタル領域でのさらなる処理(例えば色補間)及び記憶を行う。制御回路140は、制御バス182を介して、画素アレイ110、アナログ処理兼ディジタル化システム120b、120t、及びディジタル処理兼記憶システム140の動作を調整する。
【0007】
図3に、画素アレイ110、及びアナログ処理兼ディジタル化システム120b、120tのより詳細な図を示す。画素アレイ110は、画素Pのアレイ111及び行デコーダ112を具えている。行デコーダ112は、例えば制御回路140から信号線113上に来る画素アドレスを受信する。行デコーダ112は行アドレスをデコード(復号化)して、信号線260のうちの1本をハイ(高)の論理状態に駆動して、他の信号線260をロー(低)の論理状態に維持することによって、アレイ111の1つの行を動作させる。
【0008】
各アナログ処理兼ディジタル化回路120b、120tは、複数のサンプル−ホールド(標本化−保持)回路121、及びアナログ−ディジタル変換器(ADC)123を含む。サンプル−ホールド回路121の各々が、画素アレイの列出力線250のそれぞれに結合されている。より詳細には、下部の回路120b内のサンプル−ホールド回路121は、出力線250を介して奇数番目の列に結合し、上部の回路120tは出力線250を介して偶数番目の列に結合する。各サンプル−ホールド回路121は、信号線122b(下部の回路120b用)、または信号線122t(上部の回路120t用)にも結合して、それぞれ制御信号SHEb及びSHEtを受信する。制御信号SHEb及びSHEtは、サンプル−ホールド回路121がそれぞれの入力信号をサンプル−ホールド(標本化して保持)する時点を決める。
【0009】
各サンプル−ホールド回路121は、これに対応するアナログ−ディジタル変換器123に関連付けられている。各アナログ−ディジタル変換器123は、それぞれのサンプル−ホールド回路121が出力する信号を、入力として受け入れる。各アナログ−ディジタル変換器123は、信号線124b(下部の回路120b用)または信号線124t(上部の回路120t用)上の、それぞれ制御信号ADEb、ADEtを受け入れて、アナログ−ディジタル変換を行うべき時点を決める。
【0010】
ここで図4も参照して、画素アレイ110、及び下部及び上部のアナログ処理兼ディジタル化回路120b、120tについて説明する。行デコーダ112は、信号線260のうちの1本をハイの論理状態に設定して、他の信号線260をローの論理状態に設定することによって、信号線113上に予め供給された行アドレスをデコードする。このことは図4のROW信号が"row i(行i)"の所でハイになっていることに現れている。前に図2を参照して説明したように、ROW信号をイネーブル(有効)状態にすることによって、画素Pの出力が出力線250に結合される。従って、行i内の奇数番目の列に相当する画素Pの出力は、対応する(下部の回路120bの)サンプル−ホールド回路121に結合されて、行i内の偶数番目の列に相当する(上部の回路120tの)サンプル−ホールド回路121に結合される。
【0011】
上部の回路120tと下部の回路120bとが協働して、単一行を同時に処理する。ROW信号がハイ状態になれば、ロー状態であった信号SHEbと信号SHEtは同時にハイ状態になる。これにより、下部及び上部の回路120b及び120t内のサンプル−ホールド回路121が、各々に対応する画素信号をサンプル−ホールドすることが可能になる。
【0012】
次に、信号SHEb及びSHEtはロー状態になる。この時点では、サンプル−ホールド回路121が画素の出力を一時蓄積(バッファ)しており、この一時蓄積している信号をアナログ−ディジタル変換器123が利用できるようにする。
【0013】
その短時間後に、ロー状態であったADEb信号及びADEt信号がハイ状態になる。これにより、下部及び上部の回路120b及び120t内のアナログ−ディジタル変換器123がイネーブル状態になる。サンプル−ホールド回路121内に一時蓄積している信号は、奇数画素及び偶数画素共に、ディジタル信号に変換される。そしてADEb信号及びADEt信号がロー状態に戻る。
【0014】
ディジタル処理兼記憶システム130がディジタルデータを利用可能になると(図4では信号DATA上の"row i"で表わす)、アレイ内の次の行(即ち行i+1)について処理(プロセス)を繰り返し、これはROW信号が"row i+1"でハイ状態になったことで示す。この時点では、アレイ110内の各画素Pが処理されており、他の画像フレームについての処理を繰り返すことができる。
【0015】
従って、上述した装置及び方法は、アレイ110内の各画素Pのアナログ出力をディジタル信号に変換する高速のメカニズムを提供し、このディジタル信号は、ディジタル処理兼記憶システム130がディジタル的に処理して記憶することができる。しかし、高速写真技術、スローモーション映画、あるいはホログラフィックメモリーシステムからの情報検索のような一部の用途では、より高速の画像ディジタル化を必要とする。従って、イメージングシステムにおけるディジタル化を実行する高速アーキテクチャの必要性及び要望が存在する。
【0016】
[発明の概要]
本発明は、イメージングシステムにおけるディジタル化を実行する高速アーキテクチャに指向したものである。本発明のシステムでは、画素アレイを、上部及び下部のアナログアナログ処理兼ディジタル化回路に関連付ける。上部及び下部の各回路を、偶数画素と奇数画素の両方に結合する。従って本発明では、同一行のサンプル−ホールド及びディジタル化処理を、奇数画素と偶数画素に分けて行う代りに、前記上部及び下部の各々がパイプライン的な方法で、画素アレイの異なる行に作用する
【0017】
本発明の以上及び他の利点、及び特徴は、以下の図面を参照した本発明の好適な実施例の詳細な説明より、一層明らかになる。
【0018】
[実施例の詳細な説明]
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
各図面中では、同一構成要素は同一参照番号で表わす。図5に、本発明の原理を含むイメージングシステム500を示す。イメージングシステム500は、修正した画素アレイ110'を具えて、画素アレイ110'は修正した上部及び下部のアナログ処理兼ディジタル化回路120a'及び120b'に結合する。本発明の説明では、「上部」及び「下部」のような用語は独立した回路を表わすために用いるが、これらの独立した回路は、物理的に画素アレイの上部及び下部に存在する必要はなく、イメージングチップ上のいずれの好都合な箇所にも配置可能であることは、当業者にとって明らかである。このイメージングシステムは、ディジタル処理兼記憶システム130も具えている。図1のイメージングシステム100のように、画素アレイ110'内の各画素は、光をアナログ電気信号に変換して、この電気信号をアナログ処理兼ディジタル化回路120a'、120b'によってディジタル化して、さらにディジタル処理兼記憶システム130によって、ディジタル領域で処理して記憶する。
【0019】
図に示す実施例では、アナログ処理兼ディジタル化回路120a'、120b'を、データバス181を介してディジタル処理兼記憶システム130に結合する。同様に、コントローラ140を、制御バス182を介して、アナログ処理兼ディジタル化回路120a'、120b'、画素アレイ110'、及びディジタル処理兼記憶システム130に結合する。しかし、制御信号及びデータ信号は、異なる方法で、イメージングシステム500の構成要素間の搬送を行えることは明らかである。例えば、データバスと制御バスを別々にする代りに、単一のバスを用いて、データ信号及び制御信号を共に搬送することができる。あるいはまた、必要に応じた回路から回路、あるいは回路からシステムへのポイント・ツー・ポイント(二点間)・リンクによって、制御信号及び/またはデータ信号の経路設定を行うことができる。
【0020】
図6に示すように、各アナログ処理兼ディジタル化回路120a'、120b'は、複数のサンプル−ホールド回路121、及び複数のアナログ−ディジタル変換器123を具えている。サンプル−ホールド回路121の各々は、それぞれの画素列に関連する出力線250に結合する。本発明では、アナログ処理兼ディジタル化回路120a'、120b'の双方のサンプル−ホールド回路121を、アレイ111の奇数番目及び偶数番目の列に共に結合する。従って各列は、その上部(120a')及び下部(120b')の両方に、それぞれの出力線250によって結合したサンプル−ホールド回路121を有することになる。各サンプル−ホールド回路121は、信号線122b(回路120b'用)または信号線122a(回路120a'用)にも結合して、それぞれ制御信号SHEa及びSHEbを受信する。サンプル−ホールド回路121が入力信号をサンプル−ホールドすべき時点は、制御信号SHEa、SHEbの状態によって決まる。
【0021】
各サンプル−ホールド回路121は、これに対応するアナログ−ディジタル変換器123に関連付けられている。各アナログ−ディジタル変換器123は、信号線124a(回路120a'用)または信号線124b(回路120b'用)上の制御信号それぞれADEa、ADEbを受け入れて、アナログ−ディジタル変換を行うべき時点を決める。
【0022】
再び図6を参照し、そして図7のタイミング図を参照して、修正した画素アレイ110'及び修正したアナログ処理兼ディジタル化回路120a'、120b'の動作について説明する。信号線113上に予め供給されている行アドレスを行デコーダ112がデコードして、信号線260のうちの1本をハイの論理状態に設定すると、処理を開始する。他の信号線260はローの論理状態に設定する。このことは、図7のROW信号が"row i(行i)"の所でハイ状態になっていることに現れている。ROW信号がハイ状態になると、デコード行(即ち行i)内の画素からの出力が出力線250に結合される。これに加えて、ロー状態であるSHEa信号もハイ状態に駆動される。SHEb信号はロー状態のままである。これにより、回路120a'内のサンプル−ホールド回路121は、デコード行のすべての画素信号をサンプル−ホールドすることができる。
【0023】
次に、制御回路140が新たな行アドレスを行デコーダ112に送ると、ROW信号は再びローの論理状態に遷移する。行デコーダ112は、新たな行アドレスのデコードを終えると、新たなデコード行(即ち行i+1)に対応する信号線260をハイ状態に駆動して、他の信号線260をローの論理状態に設定する。このことは、図7のROW信号が"row i+1(行i+1)"の所でハイ状態になっていることに現れている。ROW信号が行i+1に対してハイ状態になると、APEa信号及びSHEb信号がハイ状態に駆動される。APEb信号及びSHEa信号はロー状態のままである。APEa信号をハイ状態に駆動すれば、回路120a'のアナログ−ディジタル変換器123が、(回路120a'の)サンプル−ホールド回路121に保持されているアナログ信号をディジタル信号に変換する。SHEb信号をハイ状態に駆動することによって、回路120b'内のサンプル−ホールド回路121が、行i+1のすべての画素をサンプル−ホールドする。
【0024】
次に、制御回路140が他の行アドレスを行デコーダ112に送ると、ROW信号は再びローの論理状態に遷移する。行デコーダ112は、行のデコードを終えると、デコード行(即ち行i+2)に対応する信号線260をハイ状態に駆動して、他の信号線260をローの論理状態に設定する。このことは、図7のROW信号が"row i+2(行i+2)"の所でハイ状態になっていることに現れている。ROW信号が行i+2に対してハイ状態になると、回路120a'のディジタル−アナログ変換器123が変換したデータが出力される。このことは図7のDATA信号上の"row i"の部分に現れている。データの出力に加えて、信号SHEa及びADEbは共にハイ状態に駆動される。これにより、回路120a'のサンプル−ホールド回路121が、行i+2からの画素信号をサンプル−ホールドする。またこれにより、回路120b'のアナログ−ディジタル変換器123もディジタル変換を実行する。
【0025】
次に、制御回路140が行デコーダ112に他の行アドレス送ると、ROW信号は再びローの論理状態に遷移する。行デコーダ112は、行のデコードを終えると、上述したように、行i+3用の信号線260を駆動する。制御信号APEa及びSHEbは共にハイ状態に駆動されて、これにより、行i+3をサンプル−ホールドして、行i+1に対応するデータを出力することができる。
【0026】
なお、以上の説明は、行iから処理を開始することを想定している。通常の動作では、第1行から処理を開始すべきである。行iが第1行でない場合には、ROW信号が行iに対してハイ状態になると、信号ADEbもハイ状態に駆動されて、ROW信号が行i+1に対して再びハイ状態に駆動されると、行i−1に対応するデータが使用可能になる。図7には、上述した現象に関連する信号を点線で示す。
【0027】
従って本発明は、上部及び下部のアナログ処理兼ディジタル化回路120a'、120b'を修正して、奇数列及び偶数列からの信号を共に受信可能にしたものである。2つの回路の一方の回路120a'を用いて、画素Pの行をサンプル−ホールドして、他方の回路120b'が、前にサンプル−ホールドした行に対するディジタル化を実行することによって、処理性能を2倍にすることができる。このようにして、どの所定時点でも、1つのサンプル−ホールド回路が動作状態であり、1つのアナログ−ディジタル変換器も動作状態である。このパイプライン的な方法は、行デコーダが以前の2倍の速さで動作することを必要とするが、2倍速のデータ変換を可能にする。
【0028】
前述したように、こうした高速変換は、例えばホログラフィックメモリーシステムの読み取りを含めた種々の用途に利用できる。図8に、本発明のイメージングシステム500を、ホログラフィックメモリーシステム800と共に利用する方法を示す。ホログラフィックメモリーシステム800は、参照光ビームRを発生するレーザー801を具えている。参照項ビームRを、可制御光学器の光路802を用いて集束させて集束ビームR'を形成して、これによりホログラフィック記録媒体803を照射する。ホログラフィック記録媒体803は、集束ビームR'に応答して、集束ビームR'を回折させて回折ビームR''にして、回折ビームR''は第2の可制御光学器の光路804を通過して、これによりビームR'''が生成されて、ビームR'''は本発明のイメージングシステム500によって読み取られる。コントローラ805は、レーザー801、可制御光学器802、ホログラフィック記録媒体803の位置決め、第2の可制御光学器804の動作、及びイメージングシステム500を調整する。
【0029】
本発明の原理を拡張して、追加的なアナログ−ディジタル変換器123及びサンプル−ホールド回路121の使用によりアナログ処理兼ディジタル化回路120a'、120b'を修正することによって、さらに高速のイメージングシステムを作製することができる。例として図9に、修正したアナログ処理兼ディジタル化回路120a''を示す。修正した回路120a''は、回路120b'を同様に修正したもの(図示せず)と組み合わせて使用すべく設計し、ここでは2倍の数のサンプル−ホールド回路121及び2倍の数のアナログ−ディジタル変換器123を利用する。元の回路121、123はそれぞれ、制御信号SHEa1及びADEa1によって制御し、追加的な回路121、123はそれぞれ、制御信号SHEa2及びADEa2によって制御する。行デコーダ112は2倍の速度で動作させて、2組の回路121、123は、インターリーブする(交錯させる)方法で動作させる。このように、サンプル−ホールド回路121及びアナログ−ディジタル変換器123の追加的な組を用いることによって、イメージングシステムの速度を2倍にするか、(インターリーブの程度次第では)さらに増加させることができる。
【0030】
本発明は、好適な実施例に関連して詳細に説明してきたが、本発明は以上に開示した実施例に限定されないことは明らかである。むしろ本発明は、以上では説明していないが本発明の範囲に合った変形、変更、代案、あるいは等価な構成をいくらでも含むように修正することができる。従って、本発明は以上の説明及び図面に限定されるものではなく、請求項の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】従来技術の画像処理システムのブロック図である。
【図2】画像処理で用いる従来技術のブロック図である。
【図3】アナログ処理兼ディジタル化システムの、画素アレイ、下部、及び上部の詳細ブロック図である。
【図4】図3に示す装置の動作を示すタイミング図である。
【図5】本発明による画像処理システムのブロック図である。
【図6】本発明の原理による画素アレイ、及びアナログ処理兼ディジタル化システムのブロック図である。
【図7】図5に示す装置の動作を示すタイミング図である。
【図8】本発明の原理によるアナログ処理兼ディジタル化システムを用いたホログラフィック記憶装置の詳細ブロック図である。
【図9】本発明の原理による代案の実施例の詳細ブロック図である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
参照ビームを発生するレーザーと;
ホログラフィック媒体と;
前記レーザーと前記ホログラフィック媒体との間に配置された第1光学系と;
イメージングシステムと;
前記ホログラフィック媒体と前記イメージングシステムとの間に、前記ホログラフィック媒体によって前記参照ビームから生成される回折ビームに沿って配置された第2光学系とを具えたホログラフィックメモリーシステムにおいて、
前記イメージングシステムがさらに、
行及び列に配置された複数の画素から成る画素アレイであって、各々の前記列内の前記画素が選択的に、複数の列出力線のそれぞれに接続された画素アレイと;
第1の数の第1処理回路から成る第1ディジタル化回路と;
第2の数の第2処理回路から成る第2ディジタル化回路とを具え、
前記列出力線の各々が、前記第1の数の第1処理回路のうちの1つに結合されると共に前記第2の数の第2処理回路のうちの1つに結合され、
前記列出力線の各々が、前記第1ディジタル化回路及び前記第2ディジタル化回路の各々における少なくとも1つの処理回路に画素信号を供給する
ことを特徴とするホログラフィックメモリーシステム。
【請求項2】
前記イメージングシステムにおける前記第1の数の第1処理回路の各々が、サンプル−ホールド回路とアナログ−ディジタル変換器とを具えて、
前記サンプル−ホールド回路が、前記列出力線のうちの1本に結合された第1入力と、第1出力と、前記サンプル−ホールド回路に結合された第1イネーブル線とを具えて、
前記アナログ−ディジタル変換器が、前記第1出力に結合された第2入力と、第2出力と、前記アナログ−ディジタル変換器に結合された第2イネーブル線とを具えている
ことを特徴とする請求項1に記載のホログラフィックメモリーシステム。
【請求項3】
前記イメージングシステムにおける前記第2の数の第2処理回路の各々が、サンプル−ホールド回路とアナログ−ディジタル変換器とを具えて、
前記サンプル−ホールド回路が、前記列出力線のうちの1本に結合された第3入力と、第3出力と、前記サンプル−ホールド回路に結合された第3イネーブル線とを具えて、
前記アナログ−ディジタル変換器が、前記第3出力に結合された第4入力と、第4出力と、前記アナログ−ディジタル変換器に結合された第4イネーブル線とを具えている
ことを特徴とする請求項2に記載のホログラフィックメモリーシステム。
【請求項4】
前記第1の数が前記第2の数に等しいことを特徴とする請求項3に記載のホログラフィックメモリーシステム。
【請求項5】
前記第1イネーブル線と前記第3イネーブル線とが、共通の信号源からの共通の第1制御信号を搬送し、これにより、前記第1ディジタル化回路の第1動作が、前記第2ディジタル化回路の第1動作とほぼ同時に行われることを特徴とする請求項3に記載のホログラフィックメモリーシステム。
【請求項6】
前記第2イネーブル線と前記第4イネーブル線とが、共通の信号源からの共通の第2制御信号を搬送し、これにより、前記第1ディジタル化回路の第2動作が、前記第2ディジタル化回路の第2動作とほぼ同時に行われることを特徴とする請求項5に記載のホログラフィックメモリーシステム。
【請求項7】
前記第1ディジタル化回路がさらに、第3の数の第3処理回路を具えて、前記第3の数の第3処理回路の各々が前記列出力線のそれぞれに結合され、
前記第3の数の第3処理回路の各々が、サンプル−ホールド回路とアナログ−ディジタル変換器とを具えて、
前記サンプル−ホールド回路が、前記列出力線のうちの1本に結合された第5入力と、第5出力と、前記サンプル−ホールド回路に結合された第5イネーブル線とを具えて、
前記アナログ−ディジタル変換器が、前記第5出力に結合された第6入力と、第6出力と、前記アナログ−ディジタル変換器に結合された第6イネーブル線とを具えている
ことを特徴とする請求項3に記載のホログラフィックメモリーシステム。
【請求項8】
前記第2ディジタル化回路がさらに、第4の数の第4処理回路を具えて、前記第4の数の第4処理回路の各々が前記列出力線のそれぞれに結合され、
前記第4の数の第4処理回路の各々が、サンプル−ホールド回路とアナログ−ディジタル変換器とを具えて、
前記サンプル−ホールド回路が、前記列出力線のうちの1本に結合された第7入力と、第7出力と、前記サンプル−ホールド回路に結合された第7イネーブル線とを具えて、
前記アナログ−ディジタル変換器が、前記第7出力に結合された第8入力と、第8出力と、前記アナログ−ディジタル変換器に結合された第8イネーブル線とを具えている
ことを特徴とする請求項7に記載のホログラフィックメモリーシステム。
【請求項9】
前記第3の数が前記第1の数に等しいことを特徴とする請求項8に記載のホログラフィックメモリーシステム。
【請求項10】
前記第3の数が前記第4の数に等しいことを特徴とする請求項8に記載のホログラフィックメモリーシステム。
【請求項1】
参照ビームを発生するレーザーと;
ホログラフィック媒体と;
前記レーザーと前記ホログラフィック媒体との間に配置された第1光学系と;
イメージングシステムと;
前記ホログラフィック媒体と前記イメージングシステムとの間に、前記ホログラフィック媒体によって前記参照ビームから生成される回折ビームに沿って配置された第2光学系とを具えたホログラフィックメモリーシステムにおいて、
前記イメージングシステムがさらに、
行及び列に配置された複数の画素から成る画素アレイであって、各々の前記列内の前記画素が選択的に、複数の列出力線のそれぞれに接続された画素アレイと;
第1の数の第1処理回路から成る第1ディジタル化回路と;
第2の数の第2処理回路から成る第2ディジタル化回路とを具え、
前記列出力線の各々が、前記第1の数の第1処理回路のうちの1つに結合されると共に前記第2の数の第2処理回路のうちの1つに結合され、
前記列出力線の各々が、前記第1ディジタル化回路及び前記第2ディジタル化回路の各々における少なくとも1つの処理回路に画素信号を供給する
ことを特徴とするホログラフィックメモリーシステム。
【請求項2】
前記イメージングシステムにおける前記第1の数の第1処理回路の各々が、サンプル−ホールド回路とアナログ−ディジタル変換器とを具えて、
前記サンプル−ホールド回路が、前記列出力線のうちの1本に結合された第1入力と、第1出力と、前記サンプル−ホールド回路に結合された第1イネーブル線とを具えて、
前記アナログ−ディジタル変換器が、前記第1出力に結合された第2入力と、第2出力と、前記アナログ−ディジタル変換器に結合された第2イネーブル線とを具えている
ことを特徴とする請求項1に記載のホログラフィックメモリーシステム。
【請求項3】
前記イメージングシステムにおける前記第2の数の第2処理回路の各々が、サンプル−ホールド回路とアナログ−ディジタル変換器とを具えて、
前記サンプル−ホールド回路が、前記列出力線のうちの1本に結合された第3入力と、第3出力と、前記サンプル−ホールド回路に結合された第3イネーブル線とを具えて、
前記アナログ−ディジタル変換器が、前記第3出力に結合された第4入力と、第4出力と、前記アナログ−ディジタル変換器に結合された第4イネーブル線とを具えている
ことを特徴とする請求項2に記載のホログラフィックメモリーシステム。
【請求項4】
前記第1の数が前記第2の数に等しいことを特徴とする請求項3に記載のホログラフィックメモリーシステム。
【請求項5】
前記第1イネーブル線と前記第3イネーブル線とが、共通の信号源からの共通の第1制御信号を搬送し、これにより、前記第1ディジタル化回路の第1動作が、前記第2ディジタル化回路の第1動作とほぼ同時に行われることを特徴とする請求項3に記載のホログラフィックメモリーシステム。
【請求項6】
前記第2イネーブル線と前記第4イネーブル線とが、共通の信号源からの共通の第2制御信号を搬送し、これにより、前記第1ディジタル化回路の第2動作が、前記第2ディジタル化回路の第2動作とほぼ同時に行われることを特徴とする請求項5に記載のホログラフィックメモリーシステム。
【請求項7】
前記第1ディジタル化回路がさらに、第3の数の第3処理回路を具えて、前記第3の数の第3処理回路の各々が前記列出力線のそれぞれに結合され、
前記第3の数の第3処理回路の各々が、サンプル−ホールド回路とアナログ−ディジタル変換器とを具えて、
前記サンプル−ホールド回路が、前記列出力線のうちの1本に結合された第5入力と、第5出力と、前記サンプル−ホールド回路に結合された第5イネーブル線とを具えて、
前記アナログ−ディジタル変換器が、前記第5出力に結合された第6入力と、第6出力と、前記アナログ−ディジタル変換器に結合された第6イネーブル線とを具えている
ことを特徴とする請求項3に記載のホログラフィックメモリーシステム。
【請求項8】
前記第2ディジタル化回路がさらに、第4の数の第4処理回路を具えて、前記第4の数の第4処理回路の各々が前記列出力線のそれぞれに結合され、
前記第4の数の第4処理回路の各々が、サンプル−ホールド回路とアナログ−ディジタル変換器とを具えて、
前記サンプル−ホールド回路が、前記列出力線のうちの1本に結合された第7入力と、第7出力と、前記サンプル−ホールド回路に結合された第7イネーブル線とを具えて、
前記アナログ−ディジタル変換器が、前記第7出力に結合された第8入力と、第8出力と、前記アナログ−ディジタル変換器に結合された第8イネーブル線とを具えている
ことを特徴とする請求項7に記載のホログラフィックメモリーシステム。
【請求項9】
前記第3の数が前記第1の数に等しいことを特徴とする請求項8に記載のホログラフィックメモリーシステム。
【請求項10】
前記第3の数が前記第4の数に等しいことを特徴とする請求項8に記載のホログラフィックメモリーシステム。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【公開番号】特開2007−243930(P2007−243930A)
【公開日】平成19年9月20日(2007.9.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−21698(P2007−21698)
【出願日】平成19年1月31日(2007.1.31)
【分割の表示】特願2003−521608(P2003−521608)の分割
【原出願日】平成14年8月16日(2002.8.16)
【出願人】(500014068)マイクロン テクノロジー,インコーポレイテッド (69)
【氏名又は名称原語表記】MICRON TECHNOLOGY, INC.
【Fターム(参考)】
【公開日】平成19年9月20日(2007.9.20)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年1月31日(2007.1.31)
【分割の表示】特願2003−521608(P2003−521608)の分割
【原出願日】平成14年8月16日(2002.8.16)
【出願人】(500014068)マイクロン テクノロジー,インコーポレイテッド (69)
【氏名又は名称原語表記】MICRON TECHNOLOGY, INC.
【Fターム(参考)】
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