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JP2017158178A - Imaging device - Google Patents

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JP2017158178A JP2016254058A JP2016254058A JP2017158178A JP 2017158178 A JP2017158178 A JP 2017158178A JP 2016254058 A JP2016254058 A JP 2016254058A JP 2016254058 A JP2016254058 A JP 2016254058A JP 2017158178 A JP2017158178 A JP 2017158178A
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伸司 阪口
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

【課題】画素群毎に感度差を補正し、更に、撮像を行わない期間に発生する電荷の影響を低減させる。【解決手段】複数の撮像素子が配列された撮像装置であって、撮像素子は、光電変換により受光した光から電荷を生成する受光素子と、受光素子が生成した電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョンと、受光素子からフローティングディフュージョンへ電荷を転送させる電荷転送スイッチと、フローティングディフュージョンの電圧をリセットするリセットスイッチと、フローティングディフュージョンの電圧を増幅するソースフォロワと、を有し、リセットスイッチは、一画像データ取得期間中にフローティングディフュージョンの電圧のリセットを所定の画素群毎に複数回行い、電荷転送スイッチは、一画像データ取得期間中に受光素子からフローティングディフュージョンへの電荷の転送を所定の画素群毎に複数回行う。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To correct a sensitivity difference for each pixel group and further reduce the influence of electric charge generated during a period when imaging is not performed. An imaging device in which a plurality of imaging elements are arranged, the imaging element is a light receiving element that generates an electric charge from light received by photoelectric conversion, and a floating diffusion that converts the electric charge generated by the light receiving element into a voltage. It has a charge transfer switch that transfers charges from the light receiving element to the floating diffusion, a reset switch that resets the voltage of the floating diffusion, and a source follower that amplifies the voltage of the floating diffusion. During the acquisition period, the floating diffusion voltage is reset multiple times for each predetermined pixel group, and the charge transfer switch transfers the charge from the light receiving element to the floating diffusion for each predetermined pixel group during the one image data acquisition period. Do it multiple times. [Selection diagram] Fig. 2

Description

本発明は、撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus.

CMOSリニアイメージセンサなどの撮像装置は所定の期間毎に画像データの読み出しを行う。例えば、各画素のフォトダイオードに光電変換により電荷を蓄積し、その蓄積した電荷を所定のタイミングでフローティングディフュージョンに転送し、フローティングディフュージョンが保持する電荷を画像データとして読み取る。撮像装置における画素データの読み出し技術として例えば次のようなものが開示されている。   An imaging device such as a CMOS linear image sensor reads out image data every predetermined period. For example, charges are accumulated in the photodiode of each pixel by photoelectric conversion, the accumulated charges are transferred to the floating diffusion at a predetermined timing, and the charges held in the floating diffusion are read as image data. For example, the following is disclosed as a pixel data reading technique in the imaging apparatus.

例えば特許文献1には、固体撮像素子の各画素の検出信号を全行同時にリセットしてから露光を開始し、露光時間の経過後にメカニカルシャッタを閉じ、その状態において固体撮像素子の各画素の検出信号を行毎に順次読み出す技術が開示されている。   For example, in Patent Document 1, the detection signal of each pixel of the solid-state image sensor is reset simultaneously for all rows, and then the exposure is started. A technique for sequentially reading out signals for each row is disclosed.

また、特許文献2には、フローティングディフュージョンのリセットレベルを読み出す動作を行い、更に、フローティングディフュージョンに転送された電荷を信号レベルとして読み出す動作を行い、信号レベルとリセットレベルとの差分をとる技術が開示されている。   Patent Document 2 discloses a technique for performing an operation of reading the reset level of the floating diffusion, and further performing an operation of reading out the electric charge transferred to the floating diffusion as a signal level to obtain a difference between the signal level and the reset level. Has been.

また、特許文献3には、フォトセンサーから電荷を転送する前にそれぞれの蓄積ノードがリセットされるように、複数の蓄積ノードのローリングシャッターリセットを実行する技術が開示されている。   Patent Document 3 discloses a technique for performing rolling shutter reset of a plurality of storage nodes so that each storage node is reset before charge is transferred from the photosensor.

また、特許文献4には、製品出荷前における電子シャッタのリニアリティ評価のための技術が開示されている。この技術では、行の整列順に、各行から整列順に露光時間を徐々に延ばした画素データを出力し、画素データの露光時間と画素データの出力レベルとの関係を示す特性からリニアリティ評価を実施する。   Patent Document 4 discloses a technique for evaluating the linearity of an electronic shutter before product shipment. In this technique, pixel data in which the exposure time is gradually extended from each row in the order of row alignment is output, and linearity evaluation is performed from the characteristics indicating the relationship between the exposure time of the pixel data and the output level of the pixel data.

しかしながら、従来の技術では、画素群毎に個別に蓄積期間を設定し、その上で電荷の転送開始時点のフローティングディフュージョンの状態を一定に保つなどの対策はなされていなかった。フローティングディフュージョンの電荷がリセットされた状態ではない状態で電荷の転送を行うと、フローティングディフュージョンにおいて保持することができる総電荷量を上回り、フォトダイオードで発生した電荷を全転送することができない場合がある。この場合、フォトダイオードに電荷が残留し、その電荷が次の蓄積期間に得られた電荷量に加算されることになり、実際の被写体と撮像した画像データとにずれが生じるという問題が生じる。   However, the conventional technique has not taken measures such as setting an accumulation period individually for each pixel group and keeping the floating diffusion state constant at the start of charge transfer. If charge transfer is performed in a state where the charge of the floating diffusion is not reset, the total amount of charge that can be held in the floating diffusion may be exceeded, and the charge generated by the photodiode may not be fully transferred. . In this case, a charge remains in the photodiode, and the charge is added to the charge amount obtained in the next accumulation period, which causes a problem that a deviation occurs between the actual subject and the captured image data.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、画素群毎に感度差を補正することができ、更に撮像を行わない期間に発生する電荷の影響を低減させることができる撮像装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and provides an imaging apparatus capable of correcting a sensitivity difference for each pixel group and further reducing the influence of charges generated during a period in which imaging is not performed. The purpose is to do.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の撮像素子が配列された撮像装置であって、前記撮像素子は、光電変換により受光した光から電荷を生成する受光素子と、前記受光素子が生成した前記電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョンと、前記受光素子から前記フローティングディフュージョンへ前記電荷を転送させる電荷転送スイッチと、前記フローティングディフュージョンの前記電圧をリセットするリセットスイッチと、前記フローティングディフュージョンの前記電圧を増幅するソースフォロワと、を有し、前記リセットスイッチは、一画像データ取得期間中に前記フローティングディフュージョンの前記電圧のリセットを所定の画素群毎に複数回行い、前記電荷転送スイッチは、前記一画像データ取得期間中に前記受光素子から前記フローティングディフュージョンへの前記電荷の転送を所定の画素群毎に複数回行うことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention is an imaging device in which a plurality of imaging elements are arranged, and the imaging element generates a charge from light received by photoelectric conversion. A floating diffusion that converts the charge generated by the light receiving element into a voltage; a charge transfer switch that transfers the charge from the light receiving element to the floating diffusion; a reset switch that resets the voltage of the floating diffusion; A source follower that amplifies the voltage of the floating diffusion, and the reset switch resets the voltage of the floating diffusion a plurality of times for each predetermined pixel group during one image data acquisition period. The transfer switch And carrying out a plurality of times from the light receiving element during the data acquisition period for each of the predetermined group of pixels the transfer of charge to the floating diffusion.

本発明によれば、画素群毎に感度差を補正することができ、更に、撮像を行わない期間に発生する電荷の影響を低減させることができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to correct a difference in sensitivity for each pixel group, and further, it is possible to reduce the influence of charges generated during a period in which imaging is not performed.

図1は、実施形態にかかる撮像装置の構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus according to the embodiment. 図2は、撮像素子の構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the image sensor. 図3は、撮像装置の第1動作例を示すタイミングチャートである。FIG. 3 is a timing chart illustrating a first operation example of the imaging apparatus. 図4は、撮像装置の第2動作例を示すタイミングチャートである。FIG. 4 is a timing chart illustrating a second operation example of the imaging apparatus. 図5は、撮像装置の第3動作例を示すタイミングチャートである。FIG. 5 is a timing chart illustrating a third operation example of the imaging apparatus. 図6は、撮像装置の第4動作例を示すタイミングチャートである。FIG. 6 is a timing chart illustrating a fourth operation example of the imaging apparatus.

以下に添付図面を参照して、撮像装置の実施形態を詳細に説明する。図1は、実施形態にかかる撮像装置1の構成例を示す図である。撮像装置1は、例えばCMOS(Complementary MOS)カラーリニアセンサであり、撮像素子ブロック10、AD(Analog to Digital)変換回路12、水平読み出し回路14、画像データ処理回路16、及び制御回路18を有する。なお、以下において、「撮像素子」は撮像装置1に構成されている単位画素の任意の一つを指すものとする。また、複数の撮像素子の集まり、つまり複数の単位画素の集まりを「画素群」と呼ぶこととする。   Hereinafter, embodiments of an imaging device will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus 1 according to the embodiment. The imaging apparatus 1 is, for example, a CMOS (Complementary MOS) color linear sensor, and includes an imaging element block 10, an AD (Analog to Digital) conversion circuit 12, a horizontal readout circuit 14, an image data processing circuit 16, and a control circuit 18. In the following description, the “imaging element” refers to any one of unit pixels configured in the imaging apparatus 1. A group of a plurality of image sensors, that is, a group of a plurality of unit pixels is referred to as a “pixel group”.

撮像素子ブロック10は、複数の撮像素子20が配置されているエリアである。図1には、撮像素子20が3行に並べて配置されているものを一例として示している。撮像素子ブロック10の1行目、2行目、3行目には、この順に、カラーフィルタ2r,2g,2bが各撮像素子20の上方(図1の紙面手前側)に配置されている。つまり、撮像素子ブロック10は、カラーフィルタ2rが配置された1行目の画素群と、カラーフィルタ2gが配置された2行目の画素群と、カラーフィルタ2bが配置された3行目の画素群とを有する。   The image sensor block 10 is an area where a plurality of image sensors 20 are arranged. FIG. 1 shows an example in which the imaging elements 20 are arranged in three rows. In the first row, the second row, and the third row of the image sensor block 10, the color filters 2r, 2g, and 2b are arranged in this order above the image sensors 20 (the front side in FIG. 1). That is, the image sensor block 10 includes a pixel group in the first row in which the color filter 2r is arranged, a pixel group in the second row in which the color filter 2g is arranged, and a pixel in the third row in which the color filter 2b is arranged. Having a group.

各画素群は、それぞれの上方に対応付けて配置されているカラーフィルタ(カラーフィルタ2r,2g,2bの何れか)を介して光(それぞれ、R(赤色)、G(緑色)、B(青色)の光)を受光し、光電変換により発生した電荷を蓄積する。そして、各画素群は、それぞれの、蓄積期間内に発生した電荷に基づき、各撮像素子20から画像データの各画素を構成する画素信号を出力する。なお、「蓄積期間」とは、後においても説明するが、画像データの各画素に対応する各撮像素子20の、受光素子における電荷の蓄積期間のことを指す。   Each pixel group receives light (R (red), G (green), and B (blue, respectively) through a color filter (any one of the color filters 2r, 2g, and 2b) disposed in association with the pixel group. ) Is received and charges generated by photoelectric conversion are accumulated. Each pixel group outputs a pixel signal that constitutes each pixel of the image data from each image sensor 20 based on the charge generated during the respective accumulation period. As will be described later, the “accumulation period” refers to a charge accumulation period in the light receiving element of each image sensor 20 corresponding to each pixel of image data.

AD変換回路12は、各撮像素子20がそれぞれ出力する電圧(画素信号)を列単位でAD変換するカラム構成となっており、変換したRGB各色のデジタル画素信号を水平読み出し回路14に対して出力する。水平読み出し回路14は、AD変換回路12から入力されるRGB各色のデジタル画素信号をパラレルシリアル変換し、画像データ処理回路16に対して出力する。画像データ処理回路16は、水平読み出し回路14から入力されるRGB各色のデジタル信号(つまり画像データ)に対して補正等を行い、外部に対して出力する。   The AD conversion circuit 12 has a column configuration that AD-converts the voltages (pixel signals) output from the respective image sensors 20 in units of columns, and outputs the converted digital pixel signals of RGB colors to the horizontal readout circuit 14. To do. The horizontal readout circuit 14 performs parallel-serial conversion on digital pixel signals of RGB colors input from the AD conversion circuit 12 and outputs the converted signals to the image data processing circuit 16. The image data processing circuit 16 corrects the RGB digital signals (that is, image data) input from the horizontal readout circuit 14 and outputs the digital signals to the outside.

制御回路(制御部の一例)18は、撮像装置1を構成する各部を制御する。例えば、制御回路18は、各撮像素子20の各種スイッチSEL,TX,RT(図2参照)に制御信号Sを出力し、スイッチオンとスイッチオフとの切り替えを制御する。制御信号Sには、RT206を制御するSRT31,33,35(図3参照)や、TX202を制御するSTX32,34,36(図3参照)や、SEL210を制御するSSEL30(図3参照)などの信号が含まれる。これら各スイッチや制御については後述する。   A control circuit (an example of a control unit) 18 controls each unit constituting the imaging device 1. For example, the control circuit 18 outputs a control signal S to various switches SEL, TX, RT (see FIG. 2) of each image sensor 20, and controls switching between switch-on and switch-off. The control signal S includes SRTs 31, 33 and 35 (see FIG. 3) for controlling the RT 206, STXs 32, 34 and 36 (see FIG. 3) for controlling the TX 202, and SSEL 30 (see FIG. 3) for controlling the SEL 210. A signal is included. Each of these switches and controls will be described later.

この他、制御回路18は、AD変換回路12、水平読み出し回路14、画像データ処理回路16などを制御する。なお、制御回路18による制御対象は適宜決めても良い。   In addition, the control circuit 18 controls the AD conversion circuit 12, the horizontal readout circuit 14, the image data processing circuit 16, and the like. The control target by the control circuit 18 may be determined as appropriate.

図2は、撮像素子20の構成例を示す図である。撮像素子20の一例として、フォトダイオード(PD)200と、電荷転送スイッチ(TX)202と、フローティングディフュージョン(FD)204と、リセットスイッチ(RT)206と、ソースフォロワ回路(SF)208と、選択制御スイッチ(SEL)210とを含む4トランジスタ構成のものを示している。PD200は、「受光素子」の一例であり、入射した光を光電変換して電荷を生成し、光量に応じた電荷を蓄積する。例えば埋め込み型のフォトダイオードである。TX202と、RT206と、SF208と、SEL210とが4つのトランジスタ(一例としてMOSFET(MOS Field Effect Transistor))の構成をとる。撮像素子20内の接続関係を次に示す。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the image sensor 20. As an example of the imaging device 20, a photodiode (PD) 200, a charge transfer switch (TX) 202, a floating diffusion (FD) 204, a reset switch (RT) 206, a source follower circuit (SF) 208, and a selection A four-transistor configuration including a control switch (SEL) 210 is shown. The PD 200 is an example of a “light receiving element”, photoelectrically converts incident light to generate charges, and accumulates charges according to the amount of light. For example, it is an embedded photodiode. TX 202, RT 206, SF 208, and SEL 210 have a configuration of four transistors (for example, MOSFET (MOS Field Effect Transistor)). The connection relationship in the image sensor 20 is shown below.

PD200は、アノードが接地され、カソードがTX202のドレインに接続される。TX202は、ドレインがPD200のカソードに接続され、ソースがFD204に接続される。RT206は、ドレインが電圧VDDに接続され、ソースがFD204に接続される。SF208は、ゲートがFD204に接続され、ドレインが電圧VDDに接続され、ソースがSEL210のドレインに接続される。SEL210は、ドレインがSF208のソースに接続され、ソースから画素信号(電圧)をAD変換回路12(図1参照)側に出力する。   The PD 200 has an anode grounded and a cathode connected to the drain of the TX 202. TX 202 has a drain connected to the cathode of PD 200 and a source connected to FD 204. The RT 206 has a drain connected to the voltage VDD and a source connected to the FD 204. The SF 208 has a gate connected to the FD 204, a drain connected to the voltage VDD, and a source connected to the drain of the SEL 210. The SEL 210 has a drain connected to the source of the SF 208 and outputs a pixel signal (voltage) from the source to the AD conversion circuit 12 (see FIG. 1) side.

制御回路18(図1参照)は、TX202のゲートや、RT206のゲートや、SEL210のゲートに制御信号S(図1参照)としてパルス電圧を印加することにより撮像素子20を動作させる。   The control circuit 18 (see FIG. 1) operates the imaging device 20 by applying a pulse voltage as a control signal S (see FIG. 1) to the gate of TX 202, the gate of RT 206, or the gate of SEL 210.

撮像素子20の基本的な動作を次に示す。先ず、PD200が光電変換を行うことにより、入射される光の量に応じた電荷を生成して蓄積する。PD200に蓄積された電荷は、TX202のスイッチオンにより、PD200からFD204へと転送される。FD204は、PD200が生成した電荷を電圧に変換する。具体的に、FD204は、PD200からTX202を介して転送されてきた信号電荷を保持する。更に、FD204は、保持した信号電荷を電圧の信号レベルへ変換して出力し、その信号レベルをSF208に印加する。   The basic operation of the image sensor 20 is as follows. First, the PD 200 performs photoelectric conversion to generate and store charges corresponding to the amount of incident light. The electric charge accumulated in the PD 200 is transferred from the PD 200 to the FD 204 when the TX 202 is switched on. The FD 204 converts the charge generated by the PD 200 into a voltage. Specifically, the FD 204 holds the signal charge transferred from the PD 200 via the TX 202. Further, the FD 204 converts the held signal charge into a voltage signal level and outputs it, and applies the signal level to the SF 208.

SF208は、SEL210のスイッチオンにより、次のように動作する。SF208は、FD204の信号レベルの電圧を増幅し、画素信号(電圧)SFOとして出力する。FD204の信号レベルをSFOへ出力した後に、FD204の信号レベルは、RT206のスイッチオンによりリセットされ、所定のレベルに初期化される。画素信号SFOは、AD変換回路12や水平読み出し回路14などを経て画像データとなる。   The SF 208 operates as follows when the SEL 210 is switched on. The SF 208 amplifies the voltage of the signal level of the FD 204 and outputs it as a pixel signal (voltage) SFO. After outputting the signal level of the FD 204 to the SFO, the signal level of the FD 204 is reset by switching on the RT 206 and initialized to a predetermined level. The pixel signal SFO becomes image data through the AD conversion circuit 12, the horizontal readout circuit 14, and the like.

(第1動作例)
次に、撮像装置1の動作について詳述する。図3は、撮像装置1の第1動作例を示すタイミングチャートである。図3のSSEL30には、行1と行2と行3とを含む全ての行に共通の、SEL210におけるスイッチオンとスイッチオフとのタイミングを示している。SRT31、33、35には、それぞれ、行1、行2、行3のRT206におけるスイッチオンとスイッチオフとのタイミングを示している。STX32、34、36には、それぞれ、行1、行2、行3のTX202におけるスイッチオンとスイッチオフとのタイミングを示している。各タイミングは、ハイレベルがスイッチオン(以下、オンとも言う)を示し、ローレベルがスイッチオフ(以下、オフとも言う)を示す。
(First operation example)
Next, the operation of the imaging apparatus 1 will be described in detail. FIG. 3 is a timing chart illustrating a first operation example of the imaging apparatus 1. The SSEL 30 in FIG. 3 shows the switch-on and switch-off timings in the SEL 210 that are common to all rows including the row 1, the row 2, and the row 3. SRTs 31, 33, and 35 show the switch-on and switch-off timings in the RT 206 of row 1, row 2, and row 3, respectively. In STX 32, 34, and 36, the timing of switch-on and switch-off in TX 202 of row 1, row 2, and row 3, respectively is shown. In each timing, a high level indicates that the switch is on (hereinafter also referred to as “on”), and a low level indicates that the switch is off (hereinafter also referred to as “off”).

行1、行2、行3には、それぞれ、1つ前の画像データ取得期間(第n−1回目の画像データ取得期間)の終わりから、続く第n回目の画像データ取得期間までのものを示している。ここで、nは2以上の整数とする。   Rows 1, 2, and 3 each include from the end of the previous image data acquisition period (the (n−1) th image data acquisition period) to the subsequent nth image data acquisition period. Show. Here, n is an integer of 2 or more.

例えば行1において、SRT31の1つ目のパルスP11は第n−1回目の画像データ取得期間のRT206のオンを示し、STX32の1つ目のパルスP101は同じ第n−1回目の画像データ取得期間のTX202のオンを示す。SRT31の2つ目のパルスP12は、第n回目の画像データ取得期間のRT206のオンを示し、STX32の2つ目のパルスP102は同じn回目の画像データ取得期間のTX202のオンを示す。このように、第1動作例では「一画像データ取得期間」にRT206とTX202とがそれぞれ1回だけオンになる。   For example, in the row 1, the first pulse P11 of the SRT 31 indicates that the RT 206 is turned on in the (n−1) th image data acquisition period, and the first pulse P101 of the STX 32 is the same n−1th image data acquisition. Indicates that the period 202 is turned on. The second pulse P12 of the SRT 31 indicates that the RT 206 is turned on during the n-th image data acquisition period, and the second pulse P102 of the STX 32 indicates that the TX 202 is turned on during the same n-th image data acquisition period. Thus, in the first operation example, RT 206 and TX 202 are each turned on only once in the “one image data acquisition period”.

撮像素子20からの画素信号の読み出しの直後から同じ撮像素子20からの次の画素信号の読み出しの直後までの間隔が「画像データ取得間隔」に当たり、本明細書において、この期間を「一画像データ取得期間」と呼ぶ。図3において、STX32に示す1つ目のパルスP101の立下りと2つ目のパルスP102の立下りまでの期間が「一画像データ取得期間」の長さに相当する。   The interval from immediately after readout of the pixel signal from the image sensor 20 to immediately after readout of the next pixel signal from the same image sensor 20 corresponds to an “image data acquisition interval”. In this specification, this period is referred to as “one image data”. This is called “acquisition period”. In FIG. 3, the period from the fall of the first pulse P101 to the fall of the second pulse P102 shown in STX 32 corresponds to the length of “one image data acquisition period”.

(蓄積期間)
ここで、蓄積期間について説明する。SRT31の1つ目のパルスP11ではFD204の信号レベルがリセットされる。続くSTX32の1つ目のパルスP101ではPD200に蓄積されている電荷が全てFD204に転送される。そして、SSEL30の1つ目のパルスP1001により、FD204に転送された電荷に基づく信号レベルがSF208で増幅されて第n−1回目の画素信号として出力される。図3において「画像データ」に示す第n−1回目の画像データG(n−1)は、第n−1回目の各画素信号に基づいて構成された画像データの出力タイミングを示したものである。因みに、第n回目の画像データG(n)は、第n回目の各画素信号に基づいて構成された画像データの出力タイミングを示している。
(Accumulation period)
Here, the accumulation period will be described. In the first pulse P11 of the SRT 31, the signal level of the FD 204 is reset. In the subsequent first pulse P101 of STX 32, all charges accumulated in the PD 200 are transferred to the FD 204. The signal level based on the charge transferred to the FD 204 is amplified by the SF 208 by the first pulse P1001 of the SSEL 30, and is output as the (n-1) th pixel signal. In FIG. 3, the (n−1) th image data G (n−1) shown in “image data” indicates the output timing of the image data configured based on the (n−1) th pixel signals. is there. Incidentally, the nth image data G (n) indicates the output timing of the image data configured based on each nth pixel signal.

以上により、第n回目の画像データ取得期間において、PD200による電荷の蓄積期間は、STX32の1つ目のパルスP101の立下りから開始され、2つ目のパルスP102の立下りで、1つ目のパルスP101の立下りから2つ目のパルスP102の立下りまでにPD200において蓄積された電荷がFD204に全て転送されることをもって、終了する。つまり、1つ目のパルスP101の立下りから2つ目のパルスP102の立下りまでが第n回目の画像データ取得期間におけるPD200での蓄積期間T1(第n回目の蓄積期間)になる。なお、蓄積期間T1は、各画像データ取得期間において同じものとする。第1の動作例では蓄積期間T1を「一画像データ取得期間」全体に当てたものになっている。   As described above, in the n-th image data acquisition period, the charge accumulation period by the PD 200 starts from the falling edge of the first pulse P101 of STX32, and the first one at the falling edge of the second pulse P102. The process ends when all the charges accumulated in the PD 200 are transferred to the FD 204 from the fall of the second pulse P101 to the fall of the second pulse P102. That is, the accumulation period T1 (n-th accumulation period) in the PD 200 in the n-th image data acquisition period is from the fall of the first pulse P101 to the fall of the second pulse P102. The accumulation period T1 is the same in each image data acquisition period. In the first operation example, the accumulation period T1 is applied to the entire “one image data acquisition period”.

更に、第1の動作例では、図3に示すように各行のスイッチオンとスイッチオフのタイミングを揃えている。このため、各行(従って全撮像素子20)共に、同一の期間に電荷の蓄積が行われる。従って、全撮像素子20において同一タイミングで受光された光の電荷が画素信号として出力され、それらの画像データの読み出しが可能になる。   Furthermore, in the first operation example, the switch-on and switch-off timings of each row are aligned as shown in FIG. For this reason, charges are accumulated in the same period in each row (and hence all the image sensors 20). Therefore, the charge of light received at the same timing in all the image pickup devices 20 is output as a pixel signal, and the image data can be read out.

(制御回路の動作)
図3に示す第1動作例において制御回路18は次のように動作する。一例として行1の第n−1回目の動作について説明する。制御回路18は、第n−1回目の画像データ取得期間においてRT206に1パルス(SRT31の1つ目のパルスP11に相当)を出力してRT206をオンにすることにより、FD204を初期化させる。続いて、制御回路18は、TX202に1パルス(STX32の1つ目のパルスP101に相当)を出力してTX202をオンにすることにより、第n−1回目の蓄積期間(蓄積期間T1に相当)においてPD200に発生した電荷をFD204へ転送させる。そして、制御回路18は、SEL210に図3に示すように予め1パルス(SSEL30の1つ目のパルスP1001に相当)を出力してSEL210をオンにしておく。
(Operation of control circuit)
In the first operation example shown in FIG. 3, the control circuit 18 operates as follows. As an example, the (n-1) th operation in row 1 will be described. The control circuit 18 initializes the FD 204 by outputting one pulse to the RT 206 (corresponding to the first pulse P11 of the SRT 31) and turning on the RT 206 in the (n-1) th image data acquisition period. Subsequently, the control circuit 18 outputs one pulse to the TX 202 (corresponding to the first pulse P101 of the STX 32) and turns on the TX 202, whereby the n−1th accumulation period (corresponding to the accumulation period T1). ), The charge generated in the PD 200 is transferred to the FD 204. Then, the control circuit 18 outputs one pulse (corresponding to the first pulse P1001 of the SSEL 30) to the SEL 210 in advance as shown in FIG.

これにより、制御回路18は、SEL210がオンになっている期間にFD204の信号レベルを増幅した画素信号を出力させ、各画素信号の画像データを出力させる。なお、制御回路18は、SEL210へのパルスP1001の出力を第n回目の蓄積期間T1中(ただし、パルスP12の出力前とする)に行っても良い。   Accordingly, the control circuit 18 outputs a pixel signal obtained by amplifying the signal level of the FD 204 during a period in which the SEL 210 is on, and outputs image data of each pixel signal. Note that the control circuit 18 may output the pulse P1001 to the SEL 210 during the n-th accumulation period T1 (but before the output of the pulse P12).

以上のように、第1動作例では、一画像データ取得期間の全体に渡ってPD200で光を順次電荷に変換し、その蓄積された電荷を1回のTX202のオンにより、PD200からFD204へ転送する。   As described above, in the first operation example, light is sequentially converted into charges by the PD 200 over one image data acquisition period, and the accumulated charges are transferred from the PD 200 to the FD 204 when the TX 202 is turned on once. To do.

ところで、光電変換によりPD200で発生する電荷量には飽和レベルがある。よって、光を受けている期間にPD200で発生する電荷量を飽和レベル以下に抑えるために、最も感度が高くなる色(この例ではR色)を受光するPD200が飽和レベルに達しないように蓄積期間T1を設定することが望ましい。   Incidentally, there is a saturation level in the amount of charge generated in the PD 200 by photoelectric conversion. Therefore, in order to keep the amount of charge generated in the PD 200 during the period of receiving light below the saturation level, the PD 200 that receives the color with the highest sensitivity (in this example, R color) is stored so as not to reach the saturation level. It is desirable to set the period T1.

(第2動作例)
第1の動作例において、光を受けている期間にPD200で発生する電荷量を飽和レベル以下に抑えることが必要であることについて述べた。それ以外にも、FD204には、保持することができる総電荷量がある。その総電荷量を超える電荷をPD200からFD204に転送する場合、その分の電荷がPD200に残留することになる。よって、FD204が総電荷量に達する前にFD204の信号レベルをリセットすることも必要になる。
(Second operation example)
In the first operation example, it has been described that the amount of charge generated in the PD 200 during the period of receiving light needs to be suppressed to a saturation level or less. In addition, the FD 204 has a total amount of charge that can be held. When charges exceeding the total charge amount are transferred from the PD 200 to the FD 204, the corresponding charges remain in the PD 200. Therefore, it is necessary to reset the signal level of the FD 204 before the FD 204 reaches the total charge amount.

図4は、撮像装置1の第2動作例を示すタイミングチャートである。第2動作例では、一画像データ取得期間においてリセットと転送の数を共に1回から複数回に増やした場合の例を示す。ここでは、一例として2回に増やした場合の例を示すが、リセットと転送の回数を2回に限らず3回や4回などと増やしても良い。   FIG. 4 is a timing chart illustrating a second operation example of the imaging apparatus 1. In the second operation example, an example is shown in which both the number of resets and transfers are increased from one to a plurality of times in one image data acquisition period. Here, an example in which the number of resets and transfers is increased to two is shown as an example, but the number of resets and transfers is not limited to two but may be increased to three or four.

図4において、「一画像データ取得期間」の長さは、比較を容易にするため第1動作例と同様とする。従って、図4において、SSEL40をSSEL30(図3参照)と同じにしてある。この例の場合、「一画像データ取得期間」の長さは、STX42に示す1つ目のパルスP101の立下りと3つ目のパルスP103の立下りまでの期間となる。なお、後述する他の動作例においても「一画像データ取得期間」の長さは同じ長さとする。   In FIG. 4, the length of “one image data acquisition period” is the same as that of the first operation example in order to facilitate comparison. Therefore, in FIG. 4, the SSEL 40 is the same as the SSEL 30 (see FIG. 3). In this example, the length of the “one image data acquisition period” is a period from the falling edge of the first pulse P101 to the falling edge of the third pulse P103 shown in STX42. Note that the length of the “one image data acquisition period” is the same in other operation examples described later.

第2動作例では、「一画像データ取得期間」においてRT206とTX202のそれぞれが2回オンになる。RT206とTX202の1回目のオンと、2回目のオンは、何れも、FD204の信号レベルがリセットされてPD200からFD204へ電荷が転送される動作になる。この内、1回目のオンは、FD204に転送された電荷は捨てられ、2回目のオンは、FD204に転送された電荷は捨てられることなく画素信号として出力される。つまり、一画像データ取得期間は、電荷を捨てる前半の第1期間と電荷を画素信号として出力する後半の第2の期間とにより構成されることになる。   In the second operation example, each of RT 206 and TX 202 is turned on twice in the “one image data acquisition period”. Both the first turn-on of RT 206 and TX 202 and the second turn-on are operations in which the signal level of FD 204 is reset and charges are transferred from PD 200 to FD 204. Among these, the first ON turns off the charges transferred to the FD 204 and the second ON turns on the charges transferred to the FD 204 and outputs them as pixel signals. That is, one image data acquisition period is composed of a first period of the first half in which charges are discarded and a second period of the second half in which charges are output as pixel signals.

具体的に、行1を例に説明する。SRT41とSTX42の1つ目のパルスP11とパルスP101は、それぞれ、第n−1回目の画像データ取得期間における、RT206とTX202の2回目のオンを表す。つまり、FD204のリセット後にFD204に転送された電荷が画素信号として出力される。   Specifically, line 1 will be described as an example. The first pulse P11 and pulse P101 of SRT41 and STX42 respectively represent the second turn-on of RT206 and TX202 in the (n-1) th image data acquisition period. That is, the charge transferred to the FD 204 after the FD 204 is reset is output as a pixel signal.

SRT41とSTX42の2つ目のパルスP12とパルスP102は、それぞれ、第n回目の画像データ取得期間における、RT206とTX202の1回目のオンを表す。STX42の1つ目のパルスP101の立下りから2つ目のパルスP102の立下りまでが第1の期間に相当する。この第1の期間にはPD200で受光される光が順次電荷に変換され、その蓄積された電荷の全てが、RT206とTX202の2つ目のパルスP12とパルスP102とによりPD200からFD204へと転送される。   The second pulse P12 and pulse P102 of SRT41 and STX42 respectively represent the first turn-on of RT206 and TX202 during the nth image data acquisition period. The period from the falling edge of the first pulse P101 of STX42 to the falling edge of the second pulse P102 corresponds to the first period. During this first period, the light received by the PD 200 is sequentially converted into charges, and all of the accumulated charges are transferred from the PD 200 to the FD 204 by the second pulse P12 and pulse P102 of RT206 and TX202. Is done.

SRT41とSTX42の3つ目のパルスP13とパルスP103は、それぞれ、第n回目の画像データ取得期間における、RT206とTX202の2回目のオンを表す。STX42の2つ目のパルスP102の立下りから3つ目のパルスP103の立下りまでが第2の期間に相当する。続く第2の期間にはPD200で受光される光が、第1の期間と同様に順次電荷に変換され蓄積される。その後、パルスP13により、FD204に保持されている第1の期間の電荷が全て捨てられ、続くパルスP103により、第2の期間において蓄積された全ての電荷がPD200からFD204へと転送される。この電荷は、SSEL40のパルスP1002により画素信号として出力される。   The third pulse P13 and pulse P103 of SRT41 and STX42 respectively represent the second turn-on of RT206 and TX202 in the n-th image data acquisition period. The period from the fall of the second pulse P102 of STX42 to the fall of the third pulse P103 corresponds to the second period. In the subsequent second period, the light received by the PD 200 is sequentially converted into electric charges and stored in the same manner as in the first period. Thereafter, all the charges in the first period held in the FD 204 are discarded by the pulse P13, and all charges accumulated in the second period are transferred from the PD 200 to the FD 204 by the subsequent pulse P103. This electric charge is output as a pixel signal by the pulse P1002 of the SSEL 40.

また、ここでは行1を例に説明したが、行2と行3についても同様とする。後述する各動作例においても、行毎に説明する必要が無い限り、行1を例に説明する。   In addition, although the description has been given by taking the line 1 as an example, the same applies to the lines 2 and 3. In each of the operation examples described later, unless there is a need to explain for each row, the explanation will be given by taking row 1 as an example.

(蓄積期間)
第2動作例における蓄積期間T2は、STX42の2つ目のパルスP102の立下りから3つ目のパルスP103の立下りまでの第2の期間である。つまり、「一画像データ取得期間」の一部が蓄積期間T2として利用される。第1の期間ではFD204の電荷が画像データに反映されないため「撮像を行わない期間」に相当する。
(Accumulation period)
The accumulation period T2 in the second operation example is a second period from the fall of the second pulse P102 of the STX 42 to the fall of the third pulse P103. That is, a part of the “one image data acquisition period” is used as the accumulation period T2. Since the charge of the FD 204 is not reflected in the image data in the first period, this corresponds to a “period in which no imaging is performed”.

なお、蓄積期間T2は、STX42の2つ目のパルスP102のタイミングをSTX42の1つ目のパルスP101と3つ目のパルスP103の範囲で移動させることにより適宜変更しても良い。   The accumulation period T2 may be changed as appropriate by moving the timing of the second pulse P102 of the STX 42 within the range of the first pulse P101 and the third pulse P103 of the STX 42.

また、第1の期間においてリセットと転送を複数回行う場合は、第1の期間における最後のSRT41のリセット後のSTX42のパルスの立下りから、蓄積期間T2が開始となる。   When reset and transfer are performed a plurality of times in the first period, the accumulation period T2 starts from the falling edge of the STX42 pulse after the last reset of the SRT 41 in the first period.

また、第2の動作例では、第1の動作例と同様に、各行の蓄積期間T2のタイミングを揃えているため、全撮像素子20において同一タイミングで受光された光の画像データの読み出しが可能になる。   Further, in the second operation example, as in the first operation example, the timings of the accumulation periods T2 of the respective rows are aligned, so that it is possible to read the image data of the light received at the same timing in all the image pickup devices 20. become.

(保持期間)
パルスP13により、FD204に保持されている第1の期間の電荷が全て捨てられ、続くパルスP103により、第2の期間において蓄積された全ての電荷がPD200からFD204へと転送される。この転送(一画像データ取得期間中の複数回目の転送)後から、次のリセットパルスの立ち上がりまでの期間が「保持期間」に当たる。
(Retention period)
All charges stored in the FD 204 in the first period are discarded by the pulse P13, and all charges stored in the second period are transferred from the PD 200 to the FD 204 by the subsequent pulse P103. The period from this transfer (multiple transfers during one image data acquisition period) to the rise of the next reset pulse corresponds to the “holding period”.

本例では、SSEL40のパルスP1002のタイミングをSTX42のパルスP103のタイミングに重ならせている。このため、次のリセットパルスの立ち上がり前、つまり保持期間内に、FD204に保持されている電荷を全て画素信号として出力することが可能になる。SSEL40のパルスP1002のタイミングは、次のリセットパルスの立ち上がりの直前まで遅らせることが可能である。   In this example, the timing of the pulse P1002 of SSEL40 is overlapped with the timing of the pulse P103 of STX42. For this reason, it is possible to output all the charges held in the FD 204 as pixel signals before the next reset pulse rises, that is, within the holding period. The timing of the pulse P1002 of the SSEL 40 can be delayed until just before the rising edge of the next reset pulse.

(制御回路の動作)
制御回路18は、一画像データ取得期間におけるリセットと転送の回数をこの期間内の出力パルスの追加により増加させることができる。
(Operation of control circuit)
The control circuit 18 can increase the number of resets and transfers in one image data acquisition period by adding an output pulse in this period.

以上より、制御回路18は、第2の動作例に示すように、一画像データ取得期間において転送を行わせるパルスを複数回出力することにより、PD200で発生する電荷量を飽和レベル以下に抑えることが可能になる。また、制御回路18は、第2の動作例に示すように、一画像データ取得期間においてリセットを行わせるパルスを複数回出力することにより、FD204が保持する電荷量が総電荷量に到達する前にFD204の信号レベルをリセットすることも可能になる。   As described above, as shown in the second operation example, the control circuit 18 suppresses the amount of charge generated in the PD 200 to a saturation level or less by outputting a pulse for performing transfer a plurality of times in one image data acquisition period. Is possible. Further, as shown in the second operation example, the control circuit 18 outputs a pulse for resetting a plurality of times in one image data acquisition period, so that the charge amount held by the FD 204 reaches the total charge amount. It is also possible to reset the signal level of the FD 204.

(第3動作例)
一般に、RGB3色の光をPD200で検出する場合、R,G,Bの順で感度が下がる。このため、RGB3色の光に対して光電変換を同一期間実施した場合、R,G,Bの順でPD200により発生する電荷量が少なくなる。
(Third operation example)
In general, when RGB three-color light is detected by the PD 200, the sensitivity decreases in the order of R, G, and B. For this reason, when photoelectric conversion is performed for the RGB three-color light in the same period, the amount of charge generated by the PD 200 in the order of R, G, and B decreases.

R色の光を受光するPD200を飽和させないようにと蓄積期間を短く設定した場合、最も感度の低いB色の光を受光するPD200において発生する電荷は、飽和レベルよりもずっと少なくなる。R色の光を受光するPD200はダイナミックレンジをフルに活用できても、B色の光を受光するPD200は不十分になることがある。この点について改善した動作例を次に示す。   When the accumulation period is set short so as not to saturate the PD 200 that receives R light, the charge generated in the PD 200 that receives B light with the lowest sensitivity is much less than the saturation level. Even if the PD 200 that receives light of R color can fully utilize the dynamic range, the PD 200 that receives light of B color may be insufficient. An operation example improved in this regard is shown below.

図5は、撮像装置1の第3動作例を示すタイミングチャートである。第3動作例では、カラーフィルタの色により分けた画素群(本例では行1の画素群、行2の画素群、行3の画素群)を単位にそれぞれの蓄積期間を異ならせた場合について示している。   FIG. 5 is a timing chart illustrating a third operation example of the imaging apparatus 1. In the third operation example, each accumulation period is different for each pixel group (in this example, the pixel group in row 1, the pixel group in row 2, and the pixel group in row 3) divided according to the color of the color filter. Show.

第3の動作例では、「一画像データ取得期間」においてRT206とTX202の1回目のオンのタイミングを行(画素群)に応じて異ならせる。具体的に、行1ではR色の光を受光するため、図5に示すようにSRT51とSTX52のそれぞれの2つ目のパルスP12とパルスP102を後方に移動する。これにより、蓄積期間T31が3つの行の中で最も短くなる。行2ではG色の光を受光するため、SRT53とSTX54のそれぞれの2つ目のパルスP22とパルスP202をやや後方に移動する。これにより、蓄積期間T32が3つの行の中で2番目に短くなる。行3ではB色の光を受光するため、SRT55とSTX56のそれぞれの2つ目のパルスP32とパルスP302をそのままの位置とする。これにより、蓄積期間T33が3つの行の中で最も長くなる。   In the third operation example, the first ON timing of RT 206 and TX 202 in the “one image data acquisition period” is varied depending on the row (pixel group). Specifically, in order to receive R light in row 1, the second pulse P12 and pulse P102 of SRT 51 and STX 52 are moved backward as shown in FIG. As a result, the accumulation period T31 is the shortest of the three rows. In row 2, since light of G color is received, the second pulse P22 and pulse P202 of SRT 53 and STX 54 are moved slightly backward. As a result, the accumulation period T32 is the second shortest of the three rows. In row 3, since light of B color is received, the second pulse P32 and pulse P302 of SRT55 and STX56 are set as they are. As a result, the accumulation period T33 is the longest of the three rows.

第1と第2の動作例と同様にSEL210がオンにされている期間にTX202がオンにされるタイミングは全行で同一であるので、蓄積期間は異なっても画像データの読み出しは同一のタイミングとなる。   As in the first and second operation examples, the timing at which the TX 202 is turned on in the period in which the SEL 210 is turned on is the same for all rows, so that the image data is read at the same timing even if the accumulation period is different. It becomes.

(蓄積期間)
第3動作例においても、第2動作例と同様に、行1においてはSTX52の2つ目のパルスP102の立下りから、STX52の3つ目のパルスP103の立下りまでが蓄積期間(蓄積期間T31)になる。行2においてはSTX54の2つ目のパルスP202の立下りから、STX54の3つ目のパルスP203の立下りまでが蓄積期間(蓄積期間T32)になる。行3においてはSTX56の2つ目のパルスP302の立下りから、STX56の3つ目のパルスP303の立下りまでが蓄積期間(蓄積期間T33)になる。
(Accumulation period)
In the third operation example, as in the second operation example, in the row 1, the accumulation period (accumulation period) is from the falling edge of the second pulse P102 of STX52 to the falling edge of the third pulse P103 of STX52. T31). In row 2, the accumulation period (accumulation period T32) is from the fall of the second pulse P202 of STX54 to the fall of the third pulse P203 of STX54. In row 3, the accumulation period (accumulation period T33) is from the fall of the second pulse P302 of STX 56 to the fall of the third pulse P303 of STX 56.

因みに、例えば行1において、SRT51の2つ目のパルスP12と3つ目のパルスP13の間と、STX52の2つ目のパルスP102と3つ目のパルスP103の間に、共に同じ数のパルスを追加する場合には、SEL210がオフにされている期間(SSEL50の1つ目のパルスP1001の立下りから2つ目のパルスP1002の立ち上がりまでの期間)におけるSTX52の最後のパルスの立下りから、SEL210がオンにされている期間(SSEL50の2つ目のパルスP1002の期間)のSTX52の3つ目のパルスの立下りまでが蓄積期間となる。   For example, in the row 1, for example, the same number of pulses between the second pulse P12 and the third pulse P13 of the SRT 51 and between the second pulse P102 and the third pulse P103 of the STX 52. Is added from the falling edge of the last pulse of STX52 during the period in which SEL210 is turned off (period from the falling edge of the first pulse P1001 of SSEL50 to the rising edge of the second pulse P1002). The accumulation period is the period until the falling edge of the third pulse of STX52 during the period in which SEL210 is turned on (the period of the second pulse P1002 of SSEL50).

(制御回路の動作)
第3動作例では、制御回路18は一画像データ取得期間においてRT206とTX202とをこの順にセットで2回オンにする。制御回路18は、TX202をオンにする1回目のタイミング(2つ目のパルスP102、P202、P303のタイミング)を行毎にずらすことにより、色毎(画素群毎)に蓄積期間を変える。つまり、撮像装置1は、制御回路18による制御信号により蓄積期間を色毎に設定することが可能になる。
(Operation of control circuit)
In the third operation example, the control circuit 18 turns on RT 206 and TX 202 twice in this order in one image data acquisition period. The control circuit 18 shifts the accumulation period for each color (for each pixel group) by shifting the first timing (the timing of the second pulses P102, P202, and P303) for turning on the TX 202 for each row. That is, the imaging apparatus 1 can set the accumulation period for each color by the control signal from the control circuit 18.

以上により、同一の撮像素子20であっても、PD200で受光する色に合わせて制御回路18で蓄積期間を設定することにより、受光する色に依存することなく各撮像素子20で高いダイナミックレンジを確保することが可能になる。   As described above, even in the same image sensor 20, by setting the accumulation period in the control circuit 18 according to the color received by the PD 200, a high dynamic range can be achieved in each image sensor 20 without depending on the color received. It becomes possible to secure.

ここでは、制御回路18で感度の高いR色を処理する撮像素子20に短い蓄積期間T31を設定し、感度の低いB色を処理する撮像素子20に長い蓄積期間T33を設定した。これにより、感度の低いB色は、蓄積時間を長く設定したことにより、より多くの電荷に変換され、高いダイナミックレンジを確保することが可能になっている。また、感度の高いR色は、蓄積時間を短く設定したことにより飽和量未満に電荷の変換を抑え、高いダイナミックレンジを確保することが可能になっている。従って、撮像素子20がそれぞれ異なる色を扱うことによって生じる感度差が均一になるように補正することが可能になる。   Here, the control circuit 18 sets a short accumulation period T31 for the image sensor 20 that processes R color with high sensitivity, and sets a long accumulation period T33 for the image sensor 20 that processes B color with low sensitivity. As a result, the low sensitivity B color is converted into a larger amount of charge by setting the accumulation time longer, and a high dynamic range can be secured. Further, the R color with high sensitivity can suppress charge conversion to less than the saturation amount by setting the accumulation time short, and can secure a high dynamic range. Therefore, it is possible to correct so that the difference in sensitivity caused when the image pickup device 20 handles different colors becomes uniform.

(第4動作例)
第4動作例では、扱う色に応じて蓄積期間を変更し、更に各色の蓄積期間の中点を揃える場合について説明する。
(Fourth operation example)
In the fourth operation example, a case will be described in which the accumulation period is changed according to the color to be handled and the midpoints of the accumulation periods of the respective colors are aligned.

図6は、撮像装置1の第4動作例を示すタイミングチャートである。ここでは、行1、行2、行3の蓄積期間をそれぞれ、蓄積期間T41、蓄積期間T42、蓄積期間T43とし、それぞれの蓄積期間の中点(T41/2、T42/2、T43/2)のタイミングを破線で示す垂線上に一致させた場合のものについて示している。   FIG. 6 is a timing chart illustrating a fourth operation example of the imaging apparatus 1. Here, the accumulation periods of row 1, row 2, and row 3 are defined as accumulation period T41, accumulation period T42, and accumulation period T43, respectively, and the midpoint of each accumulation period (T41 / 2, T42 / 2, T43 / 2). The case where the timing is matched with the perpendicular line indicated by a broken line is shown.

また、第3動作例と比較すると、各行のSEL210のオンのタイミングも、行毎に異なるタイミングに調節している。例えば、行1についてはSSEL60のパルスP1002の立下りのタイミングをSTX62の3つ目のパルスP103の立下りのタイミングに合わせている。行2についてはSSEL63のパルスP1002の立下りのタイミングをSTX65の3つ目のパルスP203の立下りのタイミングに合わせている。行3についてはSSEL66のパルスP1002の立下りのタイミングをSTX68の2つ目のパルスP302の立下りのタイミングに合わせている。従って、SEL210のタイミングは、行毎に異なっている。   Further, compared with the third operation example, the ON timing of the SEL 210 in each row is also adjusted to a different timing for each row. For example, for row 1, the falling timing of the pulse P1002 of SSEL60 is matched with the falling timing of the third pulse P103 of STX62. For row 2, the falling timing of the pulse P1002 of SSEL63 is matched to the falling timing of the third pulse P203 of STX65. For the row 3, the falling timing of the pulse P1002 of the SSEL 66 is matched with the falling timing of the second pulse P302 of the STX 68. Therefore, the timing of the SEL 210 is different for each row.

各行のSEL210のタイミングの関係から、この例の場合には、画素信号は行1、行2、行3の順に出力される。このため、画像データG(n−1)、画像データG(n)は行3の出力後に出力されている。   In this example, pixel signals are output in the order of row 1, row 2, and row 3 due to the timing relationship of the SEL 210 in each row. For this reason, the image data G (n−1) and the image data G (n) are output after the output of the row 3.

(制御回路の動作)
制御回路18は、PD200の各色の蓄積期間の中点が揃うように、例えば図6に一例を示すように、SEL210、RT206、及びTX202のスイッチオンの動作タイミングを制御する。
(Operation of control circuit)
The control circuit 18 controls the switch-on operation timings of the SELs 210, RT206, and TX202, for example as shown in FIG.

なお、SSEL60、SSEL63、SSEL66のタイミングは一例であり、このタイミングに限定するものではない。   Note that the timings of SSEL60, SSEL63, and SSEL66 are merely examples, and are not limited to these timings.

以上により、各行(つまり各色)の画素の蓄積期間の中点を揃えることにより、画像データの各画素に、同じタイミングで受光した光のデータをより多く含ませることが可能になる。   As described above, by aligning the midpoints of the accumulation periods of the pixels in each row (that is, each color), it becomes possible to include more data of light received at the same timing in each pixel of the image data.

この場合、例えば、連続して撮像したRGB各色の画像をつなぎ合わせて元の画像を再現する場合に、RGB各色の画像データの相対的な位置関係を一致させることができ、再現時の画像処理負荷を軽減できる。   In this case, for example, when the original image is reproduced by stitching together the successively captured RGB images, the relative positional relationship of the RGB image data can be matched, and image processing during reproduction is possible. The load can be reduced.

なお、以上に示す第1〜第4の各動作は、一例であり、本実施の形態の適用が及ぶ範囲内において適宜変形しても良い。次に示すものは、その変形の一例である。   The first to fourth operations described above are examples, and may be appropriately modified within the scope of application of the present embodiment. The following is an example of the modification.

FD204の信号レベルのリセットは、PD200から電荷を転送する直前に行い、PD200からの電荷の転送は、FD204の信号レベルのリセットが完了した後に行う。例えば、図4に示す行1を一例に挙げると、SRT41の各パルスP11、P12、P13をSTX42の各パルスP102、P102、P103の直前に配置するようにする。こうすることにより、制御回路18は、RT206によるFD204の初期化をTX202による電荷転送直前に常時実施するため、PD200からの電荷転送直前に必ずFD204の信号レベルがリセット状態になる。リセット状態のFD204であれば、PD200の電荷を全て転送可能であるため、PD200での残留電荷をなくすことができる。   The signal level of the FD 204 is reset immediately before the charge is transferred from the PD 200, and the charge transfer from the PD 200 is performed after the reset of the signal level of the FD 204 is completed. For example, taking row 1 shown in FIG. 4 as an example, each pulse P11, P12, P13 of SRT41 is arranged immediately before each pulse P102, P102, P103 of STX42. By doing so, the control circuit 18 always performs initialization of the FD 204 by the RT 206 immediately before the charge transfer by the TX 202, so that the signal level of the FD 204 is always in a reset state immediately before the charge transfer from the PD 200. If the FD 204 is in the reset state, all of the charge of the PD 200 can be transferred, so that the residual charge in the PD 200 can be eliminated.

また、第2の期間の開始時にPD200に第1の期間の電荷が残る場合には、第2の期間の開始前にリセットと転送を複数回行うようにしても良い。つまり、第1の期間内に、PD200の蓄積電荷をFD204に転送し、リセットによりその電荷を捨てる動作を複数回繰り返す。図4に示す行1を一例に挙げると、SRT41のパルスP12とSTX42のパルスP102との間に複数組のリセットパルスと転送パルスを追加する。また、第1の期間を短縮できる場合は、SRT41のパルスP12とパルスP13の間に複数のリセットパルスを追加し、STX42のパルスP102とパルスP103の間に、SRT41に追加したリセットパルスに対応する転送パルスを追加する。この場合、追加された転送パルスの内のパルスP103の直前の転送パルスの立下りが蓄積期間の開始になる。   In addition, in the case where the charge of the first period remains in the PD 200 at the start of the second period, reset and transfer may be performed a plurality of times before the start of the second period. That is, the operation of transferring the accumulated charge of the PD 200 to the FD 204 and discarding the charge by resetting is repeated a plurality of times within the first period. Taking row 1 shown in FIG. 4 as an example, a plurality of sets of reset pulses and transfer pulses are added between the pulse P12 of SRT41 and the pulse P102 of STX42. If the first period can be shortened, a plurality of reset pulses are added between the pulse P12 and the pulse P13 of the SRT 41, and the reset pulse added to the SRT 41 is supported between the pulse P102 and the pulse P103 of the STX 42. Add a transfer pulse. In this case, the fall of the transfer pulse immediately before the pulse P103 among the added transfer pulses is the start of the accumulation period.

また、SRT及びSTXに対するSSELのパルスの位置関係は一例であるため、適宜変形しても良い。図4に示す行1を例に挙げると、SSEL40の1つ目のパルスP1001は、STX42の1つ目のパルスP101の立下りのタイミングからSRT41の2つ目のパルスP12の立ち上がりの前までの間に配置されていれば良い。   Further, the positional relationship of SSEL pulses with respect to SRT and STX is merely an example, and may be modified as appropriate. Taking the row 1 shown in FIG. 4 as an example, the first pulse P1001 of the SSEL 40 is from the falling timing of the first pulse P101 of the STX 42 to the time before the rising of the second pulse P12 of the SRT 41. What is necessary is just to be arrange | positioned between.

また、蓄積期間外に常時TX202をオンしておいてもよい。TX202がオンにされたままであれば、PD200で発生した電荷を常にFD204へと転送できる。ただし、FD204に転送できる総電荷量を超える電荷がPD200で発生する可能性がある場合は、FD204へ転送できなかった電荷がPD200に残る可能性がある。従って、その場合は、FD204に総電荷量を超える電荷が転送される前にRT206によるFD204の初期化を実施することによりFD204に保持した電荷を捨てる。   Further, the TX 202 may be always turned on outside the accumulation period. If TX 202 remains on, the charge generated in PD 200 can always be transferred to FD 204. However, if there is a possibility that charges exceeding the total charge amount that can be transferred to the FD 204 may be generated in the PD 200, charges that could not be transferred to the FD 204 may remain in the PD 200. Therefore, in that case, the charge held in the FD 204 is discarded by performing initialization of the FD 204 by the RT 206 before the charge exceeding the total charge amount is transferred to the FD 204.

また、制御回路18は、例えば画像データ取得間隔を長く設定し、蓄積期間を短く設定して、蓄積期間外のPD200に蓄積された電荷を複数回に分けてFD204へ転送させてもよい。   For example, the control circuit 18 may set the image data acquisition interval longer, set the accumulation period shorter, and transfer the charges accumulated in the PD 200 outside the accumulation period to the FD 204 in a plurality of times.

また、SF208は、多段に構成しても良い。また、SEL210は「制御スイッチ」の一例として示したものである。この他、定電流回路であれば、その他の構成のものに変更しても良い。   Further, the SF 208 may be configured in multiple stages. The SEL 210 is shown as an example of a “control switch”. In addition, as long as it is a constant current circuit, it may be changed to another configuration.

また、撮像装置は、画素単位で蓄積期間を設定できるものでも、所定の画素群毎に蓄積期間を設定できるものであっても良い。一例として行(画素群)毎に蓄積期間を設定する構成のものを示したが、画素毎に蓄積期間を設定するものであっても良い。また、リニアセンサのRGBの行を画素群の一例として示したが、画素群をこれに限定するものではない。例えばベイヤー配列の各画素を色別に分類したものを画素群にしても良い。   In addition, the imaging apparatus may be capable of setting the accumulation period in units of pixels or may be capable of setting the accumulation period for each predetermined pixel group. As an example, a configuration in which an accumulation period is set for each row (pixel group) is shown, but an accumulation period may be set for each pixel. Moreover, although the RGB row of the linear sensor is shown as an example of the pixel group, the pixel group is not limited to this. For example, a pixel group may be formed by classifying each pixel in the Bayer array by color.

また、画素を色別に分類した場合の画素群の構成を示したが、色別に限らず、各画素のPD200の光電変換特性により画素群を分類しても良い。例えば、光電変換特性が所定の基準よりも良いもの第1の画素群とし、所定の基準よりも悪いものを第2の画素群として分類する。   In addition, although the configuration of the pixel group when the pixels are classified by color is shown, the pixel group may be classified by the photoelectric conversion characteristics of the PD 200 of each pixel without being limited by color. For example, a pixel having a photoelectric conversion characteristic better than a predetermined standard is classified as a first pixel group, and a pixel having a photoelectric conversion characteristic worse than a predetermined standard is classified as a second pixel group.

また、撮像素子に異なるカラーフィルタを配置することにより、R色の光を入射させる画素群と、G色の光を入射させる画素群と、B色の光を入射させる画素群とに分類したが、各撮像素子に、白色光から分離したRGB色の何れかの光を直接入射させるようにしても良い。   In addition, by arranging different color filters on the image sensor, the image sensor is classified into a pixel group that makes R light incident, a pixel group that makes G light incident, and a pixel group that makes B light incident. In addition, any one of RGB colors separated from white light may be directly incident on each image sensor.

以上、第1動作例〜第4動作例に示した動作、また、この技術思想に含まれる全ての変形動作、その変形動作を含む構成では、画素群毎に感度差を補正することができ、更に撮像を行わない期間に発生する電荷の影響を低減させることができるという効果を奏する。   As described above, in the operations shown in the first operation example to the fourth operation example, and all the deformation operations included in this technical idea, and the configuration including the deformation operations, the sensitivity difference can be corrected for each pixel group. Furthermore, there is an effect that it is possible to reduce the influence of electric charges generated during a period in which imaging is not performed.

1 撮像装置
10 撮像素子ブロック
18 制御回路(制御部)
20 撮像素子
200 フォトダイオード(PD:受光素子)
202 電荷転送スイッチ(TX)
204 フローティングディフュージョン(FD)
206 リセットスイッチ(RT)
208 ソースフォロワ回路(SF)
210 選択制御スイッチ(SEL)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Imaging device 10 Imaging element block 18 Control circuit (control part)
20 Image sensor 200 Photodiode (PD: light receiving element)
202 Charge transfer switch (TX)
204 Floating diffusion (FD)
206 Reset switch (RT)
208 Source follower circuit (SF)
210 Selection control switch (SEL)

特開2006−191236号公報JP 2006-191236 A 特開2013−106231号公報JP 2013-106231 A 国際公開第2007/111854号International Publication No. 2007/111854 特開2011−66852号公報JP 2011-66852 A

Claims (9)

複数の撮像素子が配列された撮像装置であって、
前記撮像素子は、
光電変換により受光した光から電荷を生成する受光素子と、
前記受光素子が生成した前記電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョンと、
前記受光素子から前記フローティングディフュージョンへ前記電荷を転送させる電荷転送スイッチと、
前記フローティングディフュージョンの前記電圧をリセットするリセットスイッチと、
前記フローティングディフュージョンの前記電圧を増幅するソースフォロワと、
を有し、
前記リセットスイッチは、
一画像データ取得期間中に前記フローティングディフュージョンの前記電圧のリセットを所定の画素群毎に複数回行い、
前記電荷転送スイッチは、
前記一画像データ取得期間中に前記受光素子から前記フローティングディフュージョンへの前記電荷の転送を所定の画素群毎に複数回行うこと
を特徴とする撮像装置。
An imaging device in which a plurality of imaging elements are arranged,
The image sensor is
A light receiving element that generates electric charge from light received by photoelectric conversion;
Floating diffusion for converting the charge generated by the light receiving element into a voltage;
A charge transfer switch for transferring the charge from the light receiving element to the floating diffusion;
A reset switch for resetting the voltage of the floating diffusion;
A source follower for amplifying the voltage of the floating diffusion;
Have
The reset switch is
The voltage of the floating diffusion is reset a plurality of times for each predetermined pixel group during one image data acquisition period,
The charge transfer switch
The imaging apparatus, wherein the charge transfer from the light receiving element to the floating diffusion is performed a plurality of times for each predetermined pixel group during the one image data acquisition period.
前記電荷転送スイッチが前記受光素子から前記フローティングディフュージョンへ前記電荷を転送させる直前に、前記リセットスイッチが前記フローティングディフュージョンの前記電圧をリセットすること
を特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the reset switch resets the voltage of the floating diffusion immediately before the charge transfer switch transfers the charge from the light receiving element to the floating diffusion.
前記複数の撮像素子は、
それぞれ前記受光素子に対して赤、青、緑のいずれかの色の光を受光するようにフィルタが設けられ、受光する前記光の色毎に前記画素群を構成していること
を特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
The plurality of image sensors are
Each of the light receiving elements is provided with a filter so as to receive light of any one color of red, blue, and green, and the pixel group is configured for each color of the received light. The imaging device according to claim 1 or 2.
前記リセットスイッチが前記フローティングディフュージョンの前記電圧をリセットするタイミングと前記電荷転送スイッチが前記受光素子から前記フローティングディフュージョンへ前記電荷を転送させるタイミングとを制御する制御部を更に有すること
を特徴とする請求項1乃至3の内の何れか一項に記載の撮像装置。
The control unit further controls a timing at which the reset switch resets the voltage of the floating diffusion and a timing at which the charge transfer switch transfers the charge from the light receiving element to the floating diffusion. The imaging device according to any one of 1 to 3.
前記ソースフォロワによる前記フローティングディフュージョンの前記電圧を増幅して出力する動作をオンにする制御スイッチを有し、
前記制御スイッチは、前記一画像データ取得期間中の、前記複数回の転送の内の一部の転送により転送された前記電荷が前記フローティングディフュージョンに保持されている保持期間の終了までに前記動作をオンにすること
を特徴とする請求項1乃至4の内の何れか一項に記載の撮像装置。
A control switch for turning on an operation of amplifying and outputting the voltage of the floating diffusion by the source follower;
The control switch performs the operation until the end of the holding period in which the charge transferred by a part of the plurality of transfers is held in the floating diffusion during the one image data acquisition period. The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the imaging apparatus is turned on.
前記制御部は、更に、
前記制御スイッチの前記動作をオンにするタイミングを制御すること
を特徴とする請求項5に記載の撮像装置。
The control unit further includes:
The imaging apparatus according to claim 5, wherein a timing at which the operation of the control switch is turned on is controlled.
前記保持期間は、複数回目の前記転送後に開始される蓄積期間に前記受光素子において蓄積される電荷の、前記フローティングディフュージョンへの転送後から次にリセットされるまでの期間であること
を特徴とする請求項5又は6に記載の撮像装置。
The holding period is a period from the transfer of the charge accumulated in the light receiving element during the accumulation period started after the plurality of transfers to the next reset after the transfer to the floating diffusion. The imaging device according to claim 5 or 6.
前記蓄積期間は、画素群毎に異なること
を特徴とする請求項7に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 7, wherein the accumulation period is different for each pixel group.
前記制御部は、
前記受光素子それぞれが電荷を蓄積する期間の中点が揃うように、前記リセットスイッチ及び前記電荷転送スイッチの動作タイミングを制御すること
を特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の撮像装置。
The controller is
9. The operation timing of the reset switch and the charge transfer switch is controlled so that the midpoints of the periods in which the light receiving elements each accumulate charges are aligned. 9. Imaging device.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10965890B2 (en) 2018-05-17 2021-03-30 Canon Kabushiki Kaisha Imaging device and imaging system
US11792539B2 (en) 2020-06-25 2023-10-17 Ricoh Company, Ltd. Solid-state imaging element, reading device, image processing apparatus, and control method

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006121151A (en) * 2004-10-19 2006-05-11 Sony Corp Signal processing method, signal processing apparatus, and physical information acquisition apparatus
JP2008301360A (en) * 2007-06-01 2008-12-11 Panasonic Corp Imaging apparatus, imaging method, and integrated circuit
JP2009296276A (en) * 2008-06-04 2009-12-17 Sony Corp Imaging device and camera
JP2012175234A (en) * 2011-02-18 2012-09-10 Sony Corp Imaging apparatus, imaging element and imaging control method, and program
JP2013143729A (en) * 2012-01-12 2013-07-22 Sony Corp Imaging device, imaging apparatus, electronic apparatus, and imaging method
JP2014143498A (en) * 2013-01-22 2014-08-07 Toshiba Corp Solid-state imaging device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006121151A (en) * 2004-10-19 2006-05-11 Sony Corp Signal processing method, signal processing apparatus, and physical information acquisition apparatus
JP2008301360A (en) * 2007-06-01 2008-12-11 Panasonic Corp Imaging apparatus, imaging method, and integrated circuit
JP2009296276A (en) * 2008-06-04 2009-12-17 Sony Corp Imaging device and camera
JP2012175234A (en) * 2011-02-18 2012-09-10 Sony Corp Imaging apparatus, imaging element and imaging control method, and program
JP2013143729A (en) * 2012-01-12 2013-07-22 Sony Corp Imaging device, imaging apparatus, electronic apparatus, and imaging method
JP2014143498A (en) * 2013-01-22 2014-08-07 Toshiba Corp Solid-state imaging device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10965890B2 (en) 2018-05-17 2021-03-30 Canon Kabushiki Kaisha Imaging device and imaging system
US11792539B2 (en) 2020-06-25 2023-10-17 Ricoh Company, Ltd. Solid-state imaging element, reading device, image processing apparatus, and control method

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