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JP2019103030A - Imaging device, control method thereof, and control program - Google Patents

Imaging device, control method thereof, and control program Download PDF

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JP2019103030A
JP2019103030A JP2017233591A JP2017233591A JP2019103030A JP 2019103030 A JP2019103030 A JP 2019103030A JP 2017233591 A JP2017233591 A JP 2017233591A JP 2017233591 A JP2017233591 A JP 2017233591A JP 2019103030 A JP2019103030 A JP 2019103030A
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Japan
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signal
image
readout
unit
readout mode
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JP2017233591A
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Japanese (ja)
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篤義 伊藤
Shigeyoshi Ito
篤義 伊藤
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Canon Inc
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Canon Inc
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Abstract

【課題】撮像素子の読み出し制御を行う際、読み出しノイズの差を低減して、かつ解像感の低下を抑制する。【解決手段】撮像装置は、複数の単位画素200が2次元マトリックス状に配列され、単位画素の各々が複数の光電変換部202aおよび202bを備える撮像素子106を有し、撮像素子に結像した光学像に応じた画像を得る。CPU109は複数の光電変換部から一括して画素信号を読み出す第1の読み出しモードと、複数の光電変換部の各々から画素信号を読み出す第2の読み出しモードとを選択的に行い、第1の読み出しモードおよび第2の読み出しモードにおいて単位画素から画素信号を読み出す回数を異ならせる。【選択図】図9Kind Code: A1 An object of the present invention is to reduce the difference in readout noise and suppress deterioration in resolution when performing readout control of an image sensor. Kind Code: A1 An image pickup apparatus has an image pickup element 106 in which a plurality of unit pixels 200 are arranged in a two-dimensional matrix, each unit pixel includes a plurality of photoelectric conversion units 202a and 202b, and an image is formed on the image pickup element 106. To obtain an image corresponding to an optical image. The CPU 109 selectively performs a first readout mode in which pixel signals are collectively read out from a plurality of photoelectric conversion units and a second readout mode in which pixel signals are read out from each of the plurality of photoelectric conversion units. The number of times the pixel signal is read out from the unit pixel is made different between the mode and the second readout mode. [Selection drawing] Fig. 9

Description

本発明は、撮像装置、その制御方法、および制御プログラムに関し、特に、撮像素子の読み出し制御に起因するノイズの低減に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus, a control method thereof, and a control program, and more particularly to reduction of noise due to readout control of an imaging device.

一般に、デジタルカメラなどの撮像装置では、静止画を撮影する際の連写速度又は動画におけるフレームレートの向上が望まれるとともに、オートフォーカス(AF)性能の向上が求められている。このため、画像の取得ととともにAF情報の取得可能な撮像装置がある。   Generally, in an imaging apparatus such as a digital camera, improvement in auto-focus (AF) performance is required as well as improvement in continuous shooting speed at the time of shooting a still image or a frame rate in a moving image is desired. For this reason, there are imaging devices capable of acquiring AF information as well as acquiring an image.

ところで、撮像装置に備えられた撮像素子において、1つのマイクロレンズ(ML)に対応させて単位画素に備えられたフォトダイオード(PD)を2つに瞳分割するようにしたものがある(特許文献1)。ここでは、瞳分割された画素の各々を並列に読み出し制御してAD変換を行って出力し、さらに、当該AD変換された2つの信号を加算した信号を出力する。このような構成によって、単位画素を瞳分割した際の信号と単位画素全体の信号とを同時に取得することができる。   By the way, there is an imaging device provided in an imaging device, in which a photodiode (PD) provided in a unit pixel is divided into two in correspondence with one microlens (ML) (Patent Document 1) 1). Here, each of the pupil-divided pixels is read out in parallel, subjected to AD conversion, and output. Further, a signal obtained by adding the two AD converted signals is output. With such a configuration, it is possible to simultaneously obtain a signal when the unit pixel is pupil-divided and a signal of the entire unit pixel.

上述のように、特許文献1においては、瞳分割されたPDから得られた信号について別々にAD変換を行い、AD変換後の2つの信号を加算して画像(撮像信号)を生成する。このため、つまり、AD変換後の2つの信号を加算しているので、不可避的に読み出しに起因するノイズが増加してしまう。   As described above, in Patent Document 1, AD conversion is separately performed on signals obtained from pupil-divided PDs, and the two signals after AD conversion are added to generate an image (imaging signal). For this reason, in other words, since the two signals after AD conversion are added, the noise resulting from the reading inevitably increases.

よって、瞳分割された単位画素と、瞳分割されていない単位画素とが混在する撮像素子の場合には、単位画素において読み出しノイズに差が生じてしまい、画素配列に応じたパターンノイズとして視認されてしまうことがある。   Therefore, in the case of an image pickup element in which unit pixels subjected to pupil division and unit pixels not subjected to pupil division coexist, a difference occurs in readout noise in the unit pixels, and is recognized as pattern noise according to the pixel arrangement. There are times when

一方、瞳分割された画素の各々を読み出し制御してデジタル的に加算して得られた信号(撮像信号)について、当該信号のレベルが所定のレベル以下の場合にノイズ低減処理を行うようにしたものがある(特許文献2)。   On the other hand, noise reduction processing is performed on a signal (imaging signal) obtained by performing readout control on each of the pupil-divided pixels and digitally adding them (imaging signal) when the level of the signal is lower than a predetermined level. There is a thing (patent document 2).

特許文献2に記載の手法を用いれば、瞳分割された単位画素と、瞳分割されていない単位画素とが混在する撮像素子において、読み出しノイズの差を低減することができる。   If the method described in Patent Document 2 is used, it is possible to reduce the difference in readout noise in an imaging device in which a unit pixel subjected to pupil division and a unit pixel not subjected to pupil division coexist.

特開2014−72541号公報JP 2014-72541 A 特開2016−92792号公報JP, 2016-92792, A

ところで、画像信号にフィルタ処理を施すと、ノイズを低減することができるものの、解像感が低下することが知られている。前述のように、特許文献2に記載の手法を用いれば、読み出しノイズの差を低減することができる。しかしながら、特許文献2に記載の手法を用いると、解像感に差が生じてしまうことになる。   By the way, it is known that when the image signal is subjected to filter processing, although the noise can be reduced, the sense of resolution is lowered. As described above, if the method described in Patent Document 2 is used, the difference in read noise can be reduced. However, when the method described in Patent Document 2 is used, a difference occurs in the resolution.

このため、特に、高周波成分が多い被写体においては、瞳分割された画素を読み出し制御して得られた撮像信号においては、フィルタ処理によって解像感が低下して、画質が劣化してしまうという課題がある。   For this reason, in the case of an object having a large amount of high-frequency components, in the image pickup signal obtained by reading and controlling the pupil-divided pixels, the image processing is deteriorated due to the reduction in resolution due to the filtering process. There is.

よって、本発明の目的は、読み出しノイズの差を低減して、かつ解像感の低下を抑制することのできる撮像装置、その制御方法、および制御プログラムを提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide an imaging device capable of reducing a difference in readout noise and suppressing a reduction in resolution, a control method thereof, and a control program.

上記の目的を達成するため、本発明による撮像装置は、複数の単位画素が2次元マトリックス状に配列された撮像素子を備え、前記撮像素子に結像した光学像に応じた画像を得る撮像装置であって、前記単位画素の各々は複数の光電変換部を備えており、前記単位画素から画素信号を読み出す際に前記複数の光電変換部から一括して前記画素信号を読み出す第1の読み出しモードと、前記複数の光電変換部の各々から画素信号を読み出す第2の読み出しモードとを選択的に行う読み出し手段と、前記画像を得る際、前記第1の読み出しモードおよび前記第2の読み出しモードを用いる場合には、前記読み出し手段を制御して前記第1の読み出しモードおよび前記第2の読み出しモードにおいて前記単位画素から前記画素信号を読み出す回数を異ならせる制御手段と、を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, an imaging device according to the present invention includes an imaging device in which a plurality of unit pixels are arranged in a two-dimensional matrix, and obtains an image according to an optical image formed on the imaging device. And each of the unit pixels includes a plurality of photoelectric conversion units, and a first readout mode in which the pixel signals are collectively read out from the plurality of photoelectric conversion units when reading out pixel signals from the unit pixels. Reading means for selectively performing a second reading mode for reading a pixel signal from each of the plurality of photoelectric conversion units; and obtaining the first reading mode and the second reading mode when obtaining the image When used, the number of times the pixel signal is read from the unit pixel in the first read mode and the second read mode is controlled by controlling the read unit. And control means for not, and having a.

本発明によれば、読み出しノイズの差を低減して、かつ解像感の低下を抑制することができる。   According to the present invention, it is possible to reduce the difference in readout noise and to suppress the reduction in resolution.

本発明の第1の実施形態による撮像装置の構成についてその一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example about the structure of the imaging device by the 1st Embodiment of this invention. 図1に示す撮像素子の構成の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of a structure of the image pick-up element shown in FIG. 図2に示す撮像素子における単位画素および読み出し回路の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the unit pixel in the image pick-up element shown in FIG. 2, and a read-out circuit. 図2に示すADCの構成および駆動の一例を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the configuration and driving of an ADC shown in FIG. 2; 図2に示す信号処理回路の構成についてその一例を示す図である。It is a figure which shows the example about the structure of the signal processing circuit shown in FIG. 図1に示すカメラで行われる焦点調節動作の原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of the focus adjustment operation | movement performed with the camera shown in FIG. 図1に示すカメラにおいて行われる画素読み出し動作の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the pixel read-out operation | movement performed in the camera shown in FIG. 図1に示すカメラで行われる第1の読み出し手法の一例を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating an example of the 1st read-out method performed with the camera shown in FIG. 図1に示すカメラで行われる第2の読み出し手法の一例を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating an example of the 2nd read-out method performed with the camera shown in FIG. 本発明の第2の実施形態に係るカメラで用いられる撮像素子の構成の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of a structure of the image pick-up element used with the camera which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るカメラにおいて行われる画素読み出し動作の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the pixel read-out operation | movement performed in the camera which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るカメラで用いられる撮影モード選択画面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the imaging | photography mode selection screen used with the camera which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るカメラで行われる撮影を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the imaging | photography performed with the camera which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.

以下に、本発明の実施の形態による撮像装置の一例について図面を参照して説明する。   Hereinafter, an example of an imaging device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態による撮像装置の構成についてその一例を示すブロック図である。
First Embodiment
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a configuration of an imaging device according to a first embodiment of the present invention.

図示の撮像装置は、例えば、デジタルカメラ(以下単にカメラと呼ぶ)であり、第1のレンズ100を有している。第1のレンズ100の後段には絞り101が配置され、絞り101は絞りアクチュエータ118によって駆動されてその開口径が調節される。つまり、絞り101によって光量調節が行われる。   The illustrated imaging apparatus is, for example, a digital camera (hereinafter simply referred to as a camera), and has a first lens 100. A diaphragm 101 is disposed downstream of the first lens 100. The diaphragm 101 is driven by a diaphragm actuator 118 to adjust its aperture diameter. That is, the light amount adjustment is performed by the aperture stop 101.

絞り101の後段には順次第2のレンズ102および第3のレンズ103が配置されている。そして、第2レンズ102および第3レンズ103はフォーカスアクチュエータ116によって駆動されて光軸に沿って移動し焦点調節が行われる。   The second lens 102 and the third lens 103 are sequentially disposed downstream of the diaphragm 101. The second lens 102 and the third lens 103 are driven by the focus actuator 116 to move along the optical axis for focusing.

第3のレンズ103の後段には、フォーカルプレンシャッター(以下単にシャッターと呼ぶ)104が配置されている。当該シャッター104は、静止画撮影の際に露光秒時を調節する。シャッター104の後段には光学的ローパスフィルタ(LPF)105が配置されている。LPF105は画像における偽色又はモアレを低減するために用いられる。LPF104を通過した光学像(被写体像)は撮像素子106に結像する。撮像素子106は、光電変換によって光学像に応じた電気信号を生成し、当該電気信号をA/D変換によってデジタル信号に変換する。なお、撮像素子106は、後述するCPU109によって制御される。   A focal plane shutter (hereinafter simply referred to as a shutter) 104 is disposed downstream of the third lens 103. The shutter 104 adjusts the exposure time when shooting a still image. An optical low pass filter (LPF) 105 is disposed downstream of the shutter 104. The LPF 105 is used to reduce false color or moiré in the image. An optical image (object image) that has passed through the LPF 104 forms an image on the image sensor 106. The imaging element 106 generates an electrical signal corresponding to the optical image by photoelectric conversion, and converts the electrical signal into a digital signal by A / D conversion. The image sensor 106 is controlled by a CPU 109 described later.

撮像素子106の出力であるデジタル信号(画像データ)は画像処理部(Digital Signal Processor:DSP)107に送られる。DSP107は撮像素子106の出力である画像データに対して、補正処理および圧縮処理などの所定の処理を行う。なお、DSP107は、後述するA像データおよびB像データを加算するとともに、画像データを用いて相関演算を行う。   A digital signal (image data) which is an output of the image sensor 106 is sent to an image processing unit (Digital Signal Processor: DSP) 107. The DSP 107 performs predetermined processing such as correction processing and compression processing on the image data which is the output of the imaging element 106. The DSP 107 adds A image data and B image data, which will be described later, and performs correlation calculation using the image data.

DSP107は、撮像素子106の出力である画像データを一旦RAM108に記録する。さらに、DSP107は、画像処理後の画像データをRAM108に記憶する。なお、RAM108は、CPU109のワークメモリとしても用いられる。   The DSP 107 temporarily stores the image data, which is the output of the image sensor 106, in the RAM 108. Furthermore, the DSP 107 stores the image data after image processing in the RAM 108. The RAM 108 is also used as a work memory of the CPU 109.

図示の例では、RAM108を用いているが、アクセス速度が十分に速く、かつ動作上問題のないレベルのメモリであれば、RAM以外のメモリを用いるようにしてもよい。さらに、図示の例では、RAM108は、DSP107およびCPU109に接続されているが、その一部又は全部をDSP107又はCPU109に内蔵するようにしてもよい。   Although the RAM 108 is used in the illustrated example, memories other than the RAM may be used if the memory has a sufficiently fast access speed and no problem in operation. Furthermore, in the illustrated example, the RAM 108 is connected to the DSP 107 and the CPU 109, but part or all of the RAM 108 may be incorporated in the DSP 107 or the CPU 109.

CPU109は、カメラの動作を統括的に制御する。例えば、CPU109は、DSP107の出力である相関演算結果に応じて、フォーカス駆動回路115を駆動制御して焦点調節を行う。   The CPU 109 centrally controls the operation of the camera. For example, the CPU 109 performs drive control of the focus drive circuit 115 according to the correlation calculation result which is the output of the DSP 107 to perform focus adjustment.

表示部110は、CPU109の制御下で、撮影によって得られた静止画像又は動画像およびメニューなどを表示する。操作部111は、撮影命令および撮影条件などの設定をCPU109に行うためのものである。記録媒体112には、静止画データおよび動画データなどの画像データが記録される。記録媒体112はカメラに対して着脱可能である。ROM113には、CPU109によって実行されるプログラムなどが格納される。   Under the control of the CPU 109, the display unit 110 displays a still image or a moving image obtained by shooting, a menu, and the like. The operation unit 111 is for performing settings such as a shooting command and shooting conditions to the CPU 109. The recording medium 112 records image data such as still image data and moving image data. The recording medium 112 is detachable from the camera. The ROM 113 stores programs executed by the CPU 109 and the like.

シャッター駆動回路114は、CPU109の制御下でシャッター104を駆動制御する。フォーカス駆動回路115は、CPU109の制御下で、フォーカスアクチュエータ116を駆動して、第2レンズ102および第3レンズ103を光軸に沿って移動させて焦点調節を行う。絞り駆動回路117は、CPU109の制御下で絞りアクチュエータ118を駆動して絞り101の開口を調節する。   The shutter drive circuit 114 controls driving of the shutter 104 under the control of the CPU 109. The focus drive circuit 115 drives the focus actuator 116 under the control of the CPU 109 to move the second lens 102 and the third lens 103 along the optical axis to perform focus adjustment. The diaphragm drive circuit 117 drives the diaphragm actuator 118 under the control of the CPU 109 to adjust the aperture of the diaphragm 101.

図2は、図1に示す撮像素子の構成の一例を説明するための図である。そして、図2(a)は画素配列を示す図であり、図2(b)は撮像素子の回路構成を示す図である。   FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the configuration of the imaging device shown in FIG. FIG. 2A is a diagram showing a pixel array, and FIG. 2B is a diagram showing a circuit configuration of an imaging device.

図2(a)を参照して、撮像素子106は、2次元マトリックス状に配列された複数の単位画素200を有しており、当該画素配列は画素アレイと呼ばれる。単位画素200の各々にはマイクロレンズ(ML)201が配置されており、単位画素200の各々は光電変換を行うための2つのフォトダイオード(PD)202aおよび202bを有している。そして、これら2つのPD202aおよび202bは単一のML201の下に配置されている。   Referring to FIG. 2A, the imaging device 106 includes a plurality of unit pixels 200 arranged in a two-dimensional matrix, and the pixel arrangement is called a pixel array. A microlens (ML) 201 is disposed in each of the unit pixels 200, and each of the unit pixels 200 has two photodiodes (PD) 202a and 202b for performing photoelectric conversion. And these two PD 202 a and 202 b are arranged under a single ML 201.

上述の画素アレイでは、PD202aおよび202bは瞳分割され、PD202aおよび202bには位相差をもって光学像が入射される。以下の説明では、PD202aおよび202bをそれぞれA像用光電変換部およびB像用光電変換部と呼ぶことがある。   In the pixel array described above, the PDs 202a and 202b are pupil-divided, and an optical image is incident on the PDs 202a and 202b with a phase difference. In the following description, the PDs 202a and 202b may be referred to as an A image photoelectric conversion unit and a B image photoelectric conversion unit, respectively.

図2(b)を参照して、図示の例では、単位画素200が2次元マトリックス状に配列された画素アレイ300が示されており、ここでは、水平方向(行方向)に(m+1)個,そして、垂直方向(列方向)に(n+1)個の単位画素200が配列されている(mおよびnはそれぞれ1以上の整数である)。   Referring to FIG. 2B, in the illustrated example, a pixel array 300 in which unit pixels 200 are arranged in a two-dimensional matrix is shown. Here, (m + 1) pixels are arranged in the horizontal direction (row direction) , And (n + 1) unit pixels 200 are arranged in the vertical direction (column direction) (m and n are integers of 1 or more).

タイミングジェネレータ(TG)301は、CPU109の制御下で、後述するように制御パルスを発生する。なお、図示の例では、撮像素子106にTG301が内蔵されているが、撮像素子106の外部にTG301を備えるようにしてもよい。   The timing generator (TG) 301 generates control pulses as described later, under the control of the CPU 109. Although the TG 301 is built in the imaging device 106 in the illustrated example, the TG 301 may be provided outside the imaging device 106.

垂直走査回路302はTG301から供給される制御パルスに応じて所定のタイミングで単位画素200に駆動信号を送る。当該駆動信号によって、単位画素200の各々は、光学像に応じた画素信号を出力する。なお、当該画素信号は行毎に垂直出力線303に出力される。   The vertical scanning circuit 302 sends a drive signal to the unit pixel 200 at a predetermined timing according to a control pulse supplied from the TG 301. The drive signal causes each of the unit pixels 200 to output a pixel signal corresponding to the optical image. Note that the pixel signal is output to the vertical output line 303 for each row.

定電流源304は画素アンプ用トランジスタ403と協働してソースフォロワ回路を構成する。読み出し回路305は、各列の垂直出力線303から出力される信号を増幅する。AD変換回路(ADC)306は読み出し回路305の出力をデジタル信号に変換する。ADC306の出力である画像信号は、水平走査回路307によって順次選択されて、信号処理回路308に送られる。信号処理回路308は画像信号に対して黒レベル補正、欠陥補正、およびレベル補正などを含む所定の信号処理を施し、信号処理回路308の出力は出力部309からDSP107に出力される。   The constant current source 304 cooperates with the pixel amplifier transistor 403 to constitute a source follower circuit. The readout circuit 305 amplifies the signal output from the vertical output line 303 of each column. An AD converter circuit (ADC) 306 converts the output of the read circuit 305 into a digital signal. The image signal that is the output of the ADC 306 is sequentially selected by the horizontal scanning circuit 307 and sent to the signal processing circuit 308. The signal processing circuit 308 subjects the image signal to predetermined signal processing including black level correction, defect correction, level correction and the like, and the output of the signal processing circuit 308 is output from the output unit 309 to the DSP 107.

図3は、図2に示す撮像素子における単位画素および読み出し回路の一例を説明するための図である。そして、図3(a)は単位画素の構成を示す図であり、図3(b)は読み出し回路の構成を示す図である。   FIG. 3 is a diagram for explaining an example of a unit pixel and a readout circuit in the image sensor shown in FIG. FIG. 3A is a view showing the configuration of a unit pixel, and FIG. 3B is a view showing the configuration of a readout circuit.

図3(a)を参照して、前述のように、単位画素200はPD202aおよび202bを有している。A像用光電変換部転送スイッチ(TxA)400aは、垂直走査回路302から供給されるA像用転送信号φtxaによって制御される。また、B像用光電変換部転送スイッチ(TxB)400bはB像用転送信号φtxbによって制御される。ここでは、A像用転送信号φtxaがハイレベル(Hレベル)の場合に、PD202aに蓄積された電荷がフローティングディフュージョン(FD)部401に転送される。同様に、B像用転送信号φtxbがHレベルの場合に、PD20baに蓄積された電荷がFD部401に転送される。これらTxAおよびTxBは独立してオンオフ制御されるので、PD202aおよび202bに蓄積された電荷を独立してFD部401に転送することができる。   Referring to FIG. 3A, as described above, unit pixel 200 has PDs 202a and 202b. The A image photoelectric conversion unit transfer switch (TxA) 400 a is controlled by the A image transfer signal φtxa supplied from the vertical scanning circuit 302. The B image photoelectric conversion unit transfer switch (TxB) 400b is controlled by the B image transfer signal φtxb. Here, when the transfer signal φtxa for image A is at the high level (H level), the charge accumulated in the PD 202 a is transferred to the floating diffusion (FD) unit 401. Similarly, when the B image transfer signal φtxb is at H level, the charge accumulated in the PD 20 ba is transferred to the FD unit 401. Since these TxA and TxB are independently controlled on and off, the charges accumulated in the PDs 202a and 202b can be independently transferred to the FD unit 401.

リセットスイッチ402はFD分401を初期化するためのスイッチであり、垂直走査回路302から供給されるリセット信号φpresによって制御される。図示のように、FD部401はアンプ403に接続されており、当該のアンプ403は、FD部401に蓄積された電荷に応じた電圧を出力する。   The reset switch 402 is a switch for initializing the FD portion 401, and is controlled by a reset signal φpres supplied from the vertical scanning circuit 302. As illustrated, the FD unit 401 is connected to the amplifier 403, and the amplifier 403 outputs a voltage according to the charge stored in the FD unit 401.

セレクトスイッチ404は、垂直走査回路302から送出されるセレクト信号(選択信号)φpselがHレベルとなると、アンプ403の出力である電圧を画素信号として垂直出力線302に出力する。   The select switch 404 outputs a voltage output from the amplifier 403 as a pixel signal to the vertical output line 302 when the select signal (select signal) φpsel sent from the vertical scanning circuit 302 becomes H level.

図3(b)を参照して、読み出し回路305はクランプ容量500を備えており、垂直出力線303に出力された画素信号はクランプ容量500を介して演算増幅器503の反転入力端子に入力される。また、演算増幅器503の非反転入力端子には基準電圧Vrefが入力される。   Referring to FIG. 3B, readout circuit 305 includes clamp capacitance 500, and the pixel signal output to vertical output line 303 is input to the inverting input terminal of operational amplifier 503 via clamp capacitance 500. . Further, the reference voltage Vref is input to the non-inversion input terminal of the operational amplifier 503.

スイッチ502およびフィードバック容量501が並列に接続され、これらスイッチ502およびフィードバック容量501は演算増幅器503の反転入力端子および出力端子に接続されている。スイッチ502は、フィードバック容量501を短絡するためのスイッチであって、TG301から供給される制御バルス(制御信号φcfs)によって制御される。   The switch 502 and the feedback capacitor 501 are connected in parallel, and the switch 502 and the feedback capacitor 501 are connected to the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 503. The switch 502 is a switch for shorting the feedback capacitance 501, and is controlled by a control pulse (control signal φcfs) supplied from the TG 301.

図4は、図2に示すADCの構成および駆動の一例を説明するための図である。   FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the configuration and driving of the ADC shown in FIG.

ADC306は、複数の比較器600を有しており、比較器600には読み出し回路305の出力とランプ信号生成回路(Ramp)601からのランプ信号とが入力される。ランプ信号の信号レベルはTG301から端子602を介して入力される制御パルス(制御信号φadres)がローレベル(Lレベル)となると、時間の経過とともに大きくなる。そして、ランプ信号の信号レベルが読み出し回路305の出力信号レベルを上回ると、比較器600の出力はLレベルからHレベルに切り替わる。   The ADC 306 has a plurality of comparators 600, and the output of the readout circuit 305 and the ramp signal from the ramp signal generation circuit (Ramp) 601 are input to the comparator 600. The signal level of the ramp signal increases with the passage of time when the control pulse (control signal φadres) input from the TG 301 via the terminal 602 becomes low level (L level). Then, when the signal level of the ramp signal exceeds the output signal level of the readout circuit 305, the output of the comparator 600 switches from L level to H level.

比較器600の出力はラッチ選択回路604に接続されている。ラッチ選択回路604にはTG301から端子603を介して制御パルス(制御信号φssel)が入力される。制御信号φsselがLレベルの場合、ラッチ選択回路604は比較器600の出力をN信号用ラッチ(Latch)605に入力する。一方、制御信号φsselがHレベルの場合、ラッチ選択回路604は比較器600の出力をS信号用ラッチ609に入力する。   The output of comparator 600 is connected to latch select circuit 604. A control pulse (control signal φssel) is input to the latch selection circuit 604 from the TG 301 via the terminal 603. When the control signal φssel is at L level, the latch selection circuit 604 inputs the output of the comparator 600 to the N signal latch (Latch) 605. On the other hand, when the control signal φssel is at H level, the latch selection circuit 604 inputs the output of the comparator 600 to the S signal latch 609.

制御信号φsselがLレベルの時、ラッチ605は比較器600の出力がLレベルからHレベルに切り替わった瞬間における加算器607の出力をラッチする。加算器607は、ラッチ605の出力とカウンタ(Counter)606の出力(カウント値)とを加算する。なお、当該カウント値は読み出し回路305の出力(デジタル値)である。   When the control signal φssel is at L level, the latch 605 latches the output of the adder 607 at the moment when the output of the comparator 600 switches from L level to H level. The adder 607 adds the output of the latch 605 and the output (count value) of the counter 606. The count value is an output (digital value) of the read circuit 305.

加算器607の存在によって、カウンタ806がリセットされた場合であっても、ラッチ605によってカウント値が保持されていれば、カウンタ606はカウントを途中から再開することができる。つまり、ラッチ605は、読み出し回路305の出力をデジタル的に保持する機能を有していることになる。   Due to the presence of the adder 607, even if the counter 806 is reset, the counter 606 can restart counting from the middle if the latch 605 holds the count value. That is, the latch 605 has a function of digitally holding the output of the reading circuit 305.

制御信号φsselがHレベルの場合、ラッチ選択回路604は比較器600の出力をラッチ609に入力する。そして、ラッチ609は、ラッチ605と同様の動作を行って、読み出し回路305の出力をデジタル信号に変換する。   When control signal φssel is at H level, latch selection circuit 604 inputs the output of comparator 600 to latch 609. Then, the latch 609 performs the same operation as the latch 605 to convert the output of the read circuit 305 into a digital signal.

ラッチ605および609の出力は列選択回路608に送られる。列選択回路608は、水平走査回路307から入力される制御信号φhsr_i(iは列番号1〜mを示す)によって、後述するように画像信号(デジタル信号)を信号処理回路308に出力する。   The outputs of latches 605 and 609 are sent to column select circuit 608. The column selection circuit 608 outputs an image signal (digital signal) to the signal processing circuit 308 as will be described later according to a control signal φhsr_i (i indicates column numbers 1 to m) input from the horizontal scanning circuit 307.

列選択回路608において、第i列は、制御信号φhsr_iがLレベルの場合にはオフ状態であって、信号処理回路308から切断される。一方、制御信号φhsr_iがHレベルの場合には、第i列はオン状態となって、当該列のN信号用ラッチ605およびS信号用ラッチ609の出力が信号処理回路308に出力される。   In column selection circuit 608, the i-th column is off when control signal φhsr_i is at L level, and is disconnected from signal processing circuit 308. On the other hand, when the control signal φhsr_i is at the H level, the i-th column is turned on, and the outputs of the N signal latch 605 and the S signal latch 609 of the corresponding column are output to the signal processing circuit 308.

水平走査回路307は、全ての制御信号φhsr_iがLレベルの場合に、TG301から端子610を介して入力される制御信号φhsrの立ち上がりエッジを検出すると、制御信号φhsr_0をHレベルにする。その後、制御信号φhsr_iがHレベルの時にφhsrの立ち上がりエッジを検出すると、水平走査回路307は制御信号φhsr_iをLレベルとする。さらに、水平走査回路307は制御信号φhsr_(i+1)をHレベルとする。そして、制御信号φhsr_mがHレベルの時に制御信号φhsrの立ち上がりエッジを検出すると、水平走査回路307は全ての制御信号φhsr_iをLレベルにする。   The horizontal scanning circuit 307 sets the control signal φhsr_0 to the H level when detecting the rising edge of the control signal φhsr input from the TG 301 via the terminal 610 when all the control signals φhsr_i are at the L level. Thereafter, when the rising edge of φhsr is detected when control signal φhsr_i is at H level, horizontal scanning circuit 307 sets control signal φhsr_i to L level. Furthermore, the horizontal scanning circuit 307 sets the control signal φhsr_ (i + 1) to the H level. When the rising edge of the control signal φhsr is detected when the control signal φhsr_m is at the H level, the horizontal scanning circuit 307 sets all the control signals φhsr_i to the L level.

このようにして、水平走査回路307は、第1列目から第m列目までのラッチの出力を順次信号処理回路308に出力する水平走査を行う。   In this manner, the horizontal scanning circuit 307 performs horizontal scanning in which the outputs of the first to m-th latches are sequentially output to the signal processing circuit 308.

図5は、図2に示す信号処理回路の構成についてその一例を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the signal processing circuit shown in FIG.

信号処理回路308は、正規化演算器700aおよび700bを有している。ここでは、正規化演算器700aは、ADC306からS信号用ラッチ信号(つまり、S信号)を受けて正規化処理を行う。同様に、正規化演算器700bはN信号用ラッチ信号(つまり、N信号)を受けて正規化処理を行う。減算器701は正規化後のS信号から正規化後のN信号を減算して画像データとして出力する。   The signal processing circuit 308 includes normalization operators 700a and 700b. Here, the normalization operator 700 a receives the latch signal for S signal (that is, S signal) from the ADC 306 and performs normalization processing. Similarly, the normalization operator 700b receives an N signal latch signal (that is, N signal) and performs normalization processing. The subtractor 701 subtracts the normalized N signal from the normalized S signal and outputs the result as image data.

正規化演算器700aおよび700bの各々は、読み出し回数に応じた設定に基づいて信号出力のレベルを正規化する。例えば、2回の読み出しを行うと、1回の読み出しを行った場合に比べて、ラッチから出力されるデジタル信号のレベルは約2倍となる。このような場合、正規化演算器700の設定を2で除する設定として、出力レベルを正規化する。   Each of normalization operators 700a and 700b normalizes the level of the signal output based on the setting according to the number of times of reading. For example, when two readings are performed, the level of the digital signal output from the latch is approximately doubled as compared to the case where one reading is performed. In such a case, the output level is normalized as setting of dividing the setting of the normalization operator 700 by two.

図6は、図1に示すカメラで行われる焦点調節動作の原理を説明するための図である。そして、図6(a)はピントがあっていない状態を示す図であり、図6(b)は図6(a)に示す状態における出力レベルを示す図である。また、図6(c)はピントがあっている状態を示す図であり、図6(d)は図6(c)に示す状態における出力レベルを示す図である。   FIG. 6 is a diagram for explaining the principle of the focusing operation performed by the camera shown in FIG. 6 (a) is a diagram showing a state in which the subject is not in focus, and FIG. 6 (b) is a diagram showing an output level in the state shown in FIG. 6 (a). Further, FIG. 6 (c) is a diagram showing a state in which the camera is in focus, and FIG. 6 (d) is a diagram showing an output level in the state shown in FIG. 6 (c).

まず、図6(a)および図6(b)を参照して、前述のように、PD202aおよび202bはML201を共有して、水平方向に瞳分割されている。そして、主被写体800からの光線は、レンズ803の水平方向において異なる瞳面を通る光線801および802に分けることができる。   First, referring to FIGS. 6A and 6B, as described above, the PDs 202a and 202b share the ML 201 and are pupil-divided in the horizontal direction. The rays from the main subject 800 can then be split into rays 801 and 802 passing through different pupil planes in the horizontal direction of the lens 803.

これらの光線801および802はレンズ803を通過した後、焦点804に集光される。焦点804の位置は撮像面と異なる位置であるので、撮像素子においては互いに異なる位置にある画素のPD202aおよび202bに入射する。よって、PD202aから得られるA像805と、PD202bから得られるB像806の出力レベルは、水平方向において一致しない(図6(b)参照)。   After passing through the lens 803, these light rays 801 and 802 are collected at the focal point 804. Since the position of the focal point 804 is different from the imaging plane, the light is incident on the PDs 202 a and 202 b of pixels at different positions in the imaging device. Therefore, the output levels of the A image 805 obtained from the PD 202a and the B image 806 obtained from the PD 202b do not match in the horizontal direction (see FIG. 6B).

続いて、図6(c)および図6(d)を参照して、主被写体800からの2光線801および802はレンズ803を通過した後、焦点807で集光される。焦点807の位置は撮像面上の位置であるので、光線801および802は、同一の画素におけるPD202aおよび202bに入射する。よって、図6(d)に示すように、A像805およびB像806の出力レベルは水平方向において一致する。   Subsequently, referring to FIGS. 6C and 6D, two light rays 801 and 802 from the main subject 800 are condensed at the focal point 807 after passing through the lens 803. Since the position of the focal point 807 is a position on the imaging plane, the light rays 801 and 802 are incident on the PDs 202a and 202b in the same pixel. Therefore, as shown in FIG. 6D, the output levels of the A image 805 and the B image 806 match in the horizontal direction.

このようにして、A像805およびB像806を別々に取得して、水平方向の像ずれ情報に基づいてピント位置が撮像面に対してどの程度ずれているかを求めることができる。   Thus, the A image 805 and the B image 806 can be acquired separately, and it can be determined how much the focus position is shifted with respect to the imaging surface based on the image shift information in the horizontal direction.

図6(b)においては、ずれ量(像ずれ量)808は、A像805とB像806とのずれ量であり、DSP107によって当該ずれ量808を算出することを相関演算と呼ぶ。そして、相関演算によって算出されたずれ量808に基づいて、CPU109は焦点調節用レンズ(第2レンズ102と第3レンズ103)の駆動方向および駆動量を求める。CPU109は、求めた駆動方向および駆動量に基づいてフォーカス駆動回路115を制御してフォーカスアクチュエータ116によって焦点調節用レンズを駆動して焦点調節を行う。   In FIG. 6B, the shift amount (image shift amount) 808 is a shift amount between the A image 805 and the B image 806. The calculation of the shift amount 808 by the DSP 107 is called correlation calculation. Then, based on the displacement amount 808 calculated by the correlation calculation, the CPU 109 obtains the drive direction and the drive amount of the focusing lens (the second lens 102 and the third lens 103). The CPU 109 controls the focus drive circuit 115 based on the obtained drive direction and drive amount, and drives the focusing lens by the focus actuator 116 to perform focusing.

なお、図示の例では、DSP107において相関演算を行い、CPU109がレンズ駆動方向および駆動量を求めるようにしたが、このような構成には限定されない。例えば、相関演算をCPU109で行うようにしてもよく、DSP107でレンズ駆動方向および駆動量を求めるようにしてもよいし、それぞれにおいて特別のICなどを設ける構成としてもよい。   In the illustrated example, the DSP 107 performs correlation calculation and the CPU 109 obtains the lens drive direction and the drive amount. However, the present invention is not limited to such a configuration. For example, the correlation operation may be performed by the CPU 109, the lens driving direction and the driving amount may be obtained by the DSP 107, or a special IC may be provided in each of them.

上述のように、焦点調節を行うためには、A像805およびB像806を別々に取得する必要がある。いま、PD202aおよび202bの読み出しによって得られた画素信号画素レベルで合成する読み出し手法を第1の読み出し手法(第1の読み出しモード)とする。また、A像信号およびB像信号を独立に読み出す手法を第2の読み出し手法(第2の読み出しモード)とする。第2の読み出し手法は、第1の読み出し手法に比べて、1行の読み出しに時間が掛かる。   As described above, in order to perform focusing, it is necessary to separately acquire the A-image 805 and the B-image 806. Now, it is assumed that a readout method of combining at the pixel signal level obtained by readout of the PDs 202 a and 202 b is a first readout method (first readout mode). Further, a method of reading out the A image signal and the B image signal independently is referred to as a second reading method (second reading mode). The second read method takes longer to read one row than the first read method.

第2の読み出し手法においては、1行当りの読み出し時間が増大してしまうので、全画素について第2の読み出し手法を行うと、読み出しの際のフレームレートが低下してしまう。そこで、本実施形態では、読み出しフレームレートを維持しつつ、焦点検出を行うため、後述するように、一部の画素についてのみ第2の読み出し手法を行う。つまり、1フレームの画像を得る際に、第1の読み出しモードおよび第2の読み出しモードが選択的に行われる。   In the second readout method, the readout time per row increases, and thus the frame rate at the time of readout decreases if the second readout method is performed for all the pixels. Therefore, in the present embodiment, in order to perform focus detection while maintaining the read frame rate, as described later, the second read method is performed for only a part of the pixels. That is, when obtaining an image of one frame, the first read mode and the second read mode are selectively performed.

図7は、図1に示すカメラにおいて行われる画素読み出し動作の一例を説明するための図である。そして、図7(a)は読み出し動作におけるタイミングチャートであり、図7(b)は撮像素子全体における読み出しを示す図である。   FIG. 7 is a diagram for explaining an example of the pixel readout operation performed in the camera shown in FIG. FIG. 7A is a timing chart in the reading operation, and FIG. 7B is a diagram showing the reading in the entire imaging device.

図7(a)において、図示の例では、行単位で読み出し手法(読み出しモード)が選択される。第n行では、第1の読み出し手法900によって一括して画素読み出しが行われる。第1の読み出し手法においては、PD202aおよび202bから転送された電荷をFD部401で合成して、(A+B像)信号として読み出す。   In FIG. 7A, in the illustrated example, the read method (read mode) is selected in row units. In the n-th row, pixel readout is performed collectively by the first readout method 900. In the first reading method, the charges transferred from the PDs 202 a and 202 b are combined by the FD unit 401 and read as an (A + B image) signal.

第(n+1)行では、第2の読み出し手法901によって画素読み出しが行われる。第2の読み出し手法においては、PD202aおよび202bから別々に電荷が転送される。図示の例では、まず、PD202aから電荷をFD部401に転送して、当該電荷に応じた画素信号を読み出す。続いて、FD部401をリセットした後、PD202bから電荷をFD部401に転送して、当該電荷に応じた画素信号を読み出す。   In the (n + 1) th row, pixel readout is performed by the second readout method 901. In the second read method, charges are separately transferred from the PDs 202a and 202b. In the illustrated example, first, the charge is transferred from the PD 202a to the FD unit 401, and a pixel signal corresponding to the charge is read. Subsequently, after resetting the FD unit 401, the charge is transferred from the PD 202b to the FD unit 401, and a pixel signal corresponding to the charge is read.

このように、第2の読み出し手法によって画像信号を得る画素を、撮像素子の一部の画素に限定することによって、読み出し時間の増加を抑制することができる。そして、第2の読み出し手法を一部の画素についてのみ行えば、画像信号とAF情報を、フレームレートを低下させることなく行うことができる。   As described above, by limiting the pixels from which the image signal is obtained by the second readout method to a part of pixels of the imaging device, an increase in readout time can be suppressed. Then, if the second readout method is performed for only a part of the pixels, the image signal and the AF information can be performed without reducing the frame rate.

図7(b)に示す例では、撮像素子902に対して測距枠903が存在する行において、その一部の行のみに第2の読み出し手法による画素読み出しを行う。測距枠903が存在する他の行については第1の読み出し手法によって画素読み出しを行う。   In the example shown in FIG. 7B, in the row in which the distance measurement frame 903 is present with respect to the image sensor 902, pixel readout is performed by the second readout method only in a part of the rows. For the other rows in which the distance measurement frame 903 exists, pixel readout is performed by the first readout method.

図8は、図1に示すカメラで行われる第1の読み出し手法の一例を説明するためのタイミングチャートである。   FIG. 8 is a timing chart for explaining an example of a first reading method performed by the camera shown in FIG.

時刻T=t1000において、水平同期信号(HD)がLレベルとなると、リセットが行われる。特に、ADC306においては、ラッチ605および609がリセットされて、その値は0となる。   When the horizontal synchronization signal (HD) becomes L level at time T = t1000, reset is performed. In particular, in ADC 306, latches 605 and 609 are reset to a value of zero.

時刻T=t1000からt1001において、リセット信号φpresがHレベルとなって、FD部401がリセットされる。続いて、時刻T=t1001において、A像用転送信号φtxaおよびB像用転送信号φtxbがHレベルとなって、PD202aおよび202bがリセットされる。   From time T = t1000 to t1001, the reset signal φpres becomes H level, and the FD unit 401 is reset. Subsequently, at time T = t1001, the A-image transfer signal φtxa and the B-image transfer signal φtxb become H level, and the PDs 202a and 202b are reset.

時刻T=t1002において、A像用転送信号φtxaおよびB像用転送信号φtxbがLレベルとなって、PD202aおよび202bにおいて電荷蓄積が開始される。時刻T=t1003において、選択信号φpselがHレベルとなって、アンプ403が動作状態となる。そして、T=t1004において、リセット信号φpresがLレベルとなって、FD部401のリセットが解除される。リセットが解除されると、FD部401に蓄積された電荷がノイズ信号(以下N信号と呼ぶ)として読み出されて読み出し回路305に出力される。   At time T = t1002, the transfer signal for image A φtxa and the transfer signal for image B φtxb become L level, and charge accumulation is started in the PDs 202a and 202b. At time T = t1003, the selection signal φpsel becomes H level, and the amplifier 403 is in the operating state. Then, at T = t1004, the reset signal φpres becomes L level, and the reset of the FD section 401 is released. When the reset is released, the charge stored in the FD unit 401 is read as a noise signal (hereinafter referred to as an N signal) and output to the read circuit 305.

読み出し回路305において、時刻T=t1005で制御信号φcfsがLレベルとされ、演算増幅器503では基準電圧Vrefの出力バッファ状態が解除される。そして、読み出し回路305の出力であるN信号が演算増幅器503から出力される。この際、読み出し回路305から比較器600への入力は、図中、参照番号1000で示されるように立ち上がり始める。   In the read circuit 305, the control signal φcfs is set to L level at time T = t1005, and the operational amplifier 503 cancels the output buffer state of the reference voltage Vref. Then, the N signal which is the output of the readout circuit 305 is output from the operational amplifier 503. At this time, the input from the readout circuit 305 to the comparator 600 starts rising as indicated by reference numeral 1000 in the figure.

時刻T=t1006において、制御信号φadresがLレベルとなって、ランプ信号生成回路601およびカウンタ606のリセットが解除されて、AD変換動作が開始する。ランプ信号生成回路601から比較器600に入力されるランプ信号は、図中参照番号1001で示されており、カウンタ606のカウント値は参照番号1002で示されている。   At time T = t1006, the control signal φadres becomes L level, the reset of the ramp signal generation circuit 601 and the counter 606 is released, and the AD conversion operation is started. The ramp signal input from the ramp signal generation circuit 601 to the comparator 600 is indicated by reference numeral 1001 in the drawing, and the count value of the counter 606 is indicated by reference numeral 1002.

時刻T=t1007において、ランプ信号は読み出し回路からの入力1000よりも大きくなって、この際、比較器600の出力はLレベルからHレベルに立ち上がる。時刻T=t1007において、制御信号φsselはLレベルであるので、ラッチ選択用回路604はN信号用ラッチ605を選択する。この結果、比較器600の出力はラッチ605に入力される。   At time T = t1007, the ramp signal becomes larger than the input 1000 from the readout circuit, and at this time, the output of the comparator 600 rises from the L level to the H level. At time T = t1007, since the control signal φssel is at L level, the latch selection circuit 604 selects the N signal latch 605. As a result, the output of the comparator 600 is input to the latch 605.

ラッチ605は、時刻T=t1007における加算器607の出力をラッチするが、これまでラッチ605は0を出力していたので、加算器607の出力はカウンタ606の出力と同一の値である。ここでは、その値を図中参照番号1003で示すようにN(Nは0以上の整数)とする。つまり、時刻T=t1007においてラッチ605の出力はNとなる。   The latch 605 latches the output of the adder 607 at time T = t1007, but since the latch 605 has output 0 until now, the output of the adder 607 has the same value as the output of the counter 606. Here, the value is N (N is an integer of 0 or more) as indicated by reference numeral 1003 in the drawing. That is, the output of the latch 605 is N at time T = t1007.

時刻T=t1008において、ランプ信号1001とカウント値1002とはともに最大値となって、このタイミングで、制御信号φadresがHレベルとされてN信号のAD変換動作が終了する。   At time T = t1008, both the ramp signal 1001 and the count value 1002 become maximum values, and at this timing, the control signal φadres is set to H level, and the AD conversion operation of the N signal ends.

時刻T=t1009において、転送信号φtxaおよびφtxbがHレベルとなり、PD202aおよび202bに蓄積された電荷がFD部401に転送される。FD部401に蓄えられた電荷に応じた電圧が垂直出力線302および演算増幅器503を介して読み出し回路305に送られる。そして、読み出し回路305は信号成分+ノイズ成分(以下S+N信号と呼ぶ)の信号を比較器600に送る。   At time T = t1009, transfer signals φtxa and φtxb attain the H level, and the charges accumulated in PDs 202a and 202b are transferred to FD portion 401. A voltage corresponding to the charge stored in the FD unit 401 is sent to the reading circuit 305 through the vertical output line 302 and the operational amplifier 503. Then, the readout circuit 305 sends a signal of signal component + noise component (hereinafter referred to as S + N signal) to the comparator 600.

図示の入力1000は時刻T=t1009から増加を開始する。時刻T=t1010において、制御信号φsselがHレベルとなり、ラッチ選択用回路604はS信号用ラッチ609を選択する。時刻T=t1011において、転送信号φtxaおよびφtxbがLレベルとなって電荷の転送が終了する。その後、時刻T=t1012まで読み出し回路305の出力の安定を待つ。   The illustrated input 1000 starts to increase at time T = t1009. At time T = t1010, control signal φssel attains the H level, and latch selection circuit 604 selects S signal latch 609. At time T = t1011, transfer signals .phi.txa and .phi.txb attain L level, and transfer of charges is completed. After that, until the time T = t1012, stabilization of the output of the reading circuit 305 is awaited.

時刻T=t1012において、制御信号φadresがLレベルとなり、S+N信号のAD変換動作が開始される。このS+N信号は、PD202aおよび202bに蓄積された電荷に応じた画素信号と、読み出し回路305の列毎のばらつきに起因するオフセット信号などを含む。このS+N信号からN信号を減算することによってS信号に含まれる回路ノイズ成分をキャンセルすることができ、画素信号成分であるS信号のみを得ることができる。   At time T = t1012, the control signal φadres becomes L level, and the AD conversion operation of the S + N signal is started. The S + N signal includes a pixel signal corresponding to the charge stored in the PDs 202 a and 202 b, an offset signal caused by the variation of each column of the readout circuit 305, and the like. The circuit noise component included in the S signal can be canceled by subtracting the N signal from the S + N signal, and only the S signal which is a pixel signal component can be obtained.

S+N信号のAD変換の動作はN信号のAD変換と同様にして行われ、時刻T=t1013において、カウンタ606の出力Sにラッチ609の出力がラッチされる。このラッチ609の出力がS+N信号のAD変換値となる。時刻T=t1014において、制御信号φadresがHレベルとなって、AD変換動作が終了する。   The operation of AD conversion of the S + N signal is performed in the same manner as AD conversion of the N signal, and the output S of the counter 606 is latched at the output S of the counter 606 at time T = t1013. The output of the latch 609 is an AD conversion value of the S + N signal. At time T = t1014, the control signal φadres becomes H level, and the AD conversion operation is completed.

時刻T=t1015において、制御信号φhsrの立ち上がりエッジが水平走査回路307に入力される。これによって、水平走査回路307の出力が全てLレベルの状態から、制御信号φhsr_0のみがHレベルとなる状態となる。これによって、第1列目の水平選択回路608のスイッチがラッチ605および609に接続され、ラッチ605および609にラッチされた値が信号処理回路308に入力される。   At time T = t1015, the rising edge of control signal φhsr is input to horizontal scanning circuit 307. As a result, only the control signal φhsr_0 becomes H level from the state where all the outputs of the horizontal scanning circuit 307 are L level. Thereby, the switches of the horizontal selection circuit 608 in the first column are connected to the latches 605 and 609, and the values latched in the latches 605 and 609 are input to the signal processing circuit 308.

信号処理回路308においては、ラッチ605および609の値が正規化演算器700で処理される。ここでは、ラッチ605および609の値は1回のみのカウントであるので正規化演算をする必要はない。このため、正規化演算器700は、1倍とする処理を行うようにプログラムされる。   In signal processing circuit 308, the values of latches 605 and 609 are processed by normalization operator 700. Here, since the values of the latches 605 and 609 are counted only once, there is no need to perform a normalization operation. For this reason, the normalization operator 700 is programmed to perform a process of 1 ×.

正規化演算器700で処理された信号を用いて、減算器701はS+N信号からN信号を減算して、S信号のみを得る。そして、当該S信号が出力部309から出力される。   Using the signal processed by the normalization operator 700, the subtractor 701 subtracts the N signal from the S + N signal to obtain only the S signal. Then, the S signal is output from the output unit 309.

このようにして、第1列からS信号が出力された後、制御信号φhsrを入力すると、制御信号φhsr_1のみがHレベルとなる。このようにして、順次行方向にS信号を読み出し、第1列から第m列までS信号を読み出す。そして、当該水平走査は時刻T=t1016で終了する。   In this way, when the control signal φhsr is input after the S signal is output from the first column, only the control signal φhsr_1 becomes H level. Thus, the S signal is sequentially read in the row direction, and the S signal is read from the first column to the m-th column. Then, the horizontal scanning ends at time T = t1016.

時刻T=t1017において、初期化が行われて画素の状態を初期化する。ここでは、リセット信号φpresがHレベルとなって、FD部401が初期化される。さらに、制御信号φcfsがHレベルとなって、演算増幅器503の出力を基準電圧Vrefの出力バッファ状態とする。また、制御信号φsselをLレベルとして、ラッチ選択用回路604がN信号用ラッチ605を選択するようにする。   At time T = t1017, initialization is performed to initialize the state of the pixel. Here, the reset signal φpres becomes H level, and the FD unit 401 is initialized. Further, the control signal φcfs becomes H level, and the output of the operational amplifier 503 is put in the output buffer state of the reference voltage Vref. Further, the control signal .phi.ssel is set to the L level, and the latch selection circuit 604 selects the N signal latch 605.

時刻T=t1018において、選択信号φpselがLレベルとなって、行の選択状態が解除される。そして、時刻T=t1019において、HDの立ち下がりが入力されて、ラッチ605および609がリセットされる。   At time T = t1018, select signal φpsel attains L level, and the selected state of the row is released. Then, at time T = t1019, the falling edge of HD is input, and the latches 605 and 609 are reset.

このようにして、1つの行の読み出し動作を終了した後、次の行の読み出し動作を開始する。なお、時刻T=t1019は、次の行の読み出しにおけるT=t1000である。   Thus, after the read operation of one row is completed, the read operation of the next row is started. The time T = t1019 is T = t1000 in the reading of the next row.

図9は、図1に示すカメラで行われる第2の読み出し手法の一例を説明するためのタイミングチャートである。   FIG. 9 is a timing chart for explaining an example of a second reading method performed by the camera shown in FIG.

時刻T=t1100において、HDがLレベルとなってリセットが行われる。特に、ADC306においては、ラッチ605および609がリセットされて、その値は0となる。   At time T = t1100, HD becomes L level and reset is performed. In particular, in ADC 306, latches 605 and 609 are reset to a value of zero.

時刻T=t1100からt1101において、リセット信号φpresがHレベルとなって、FD部401がリセットされる。続いて、時刻T=t1101において、A像用転送信号φtxaおよびB像用転送信号φtxbがHレベルとなって、PD202aおよび202bがリセットされる。   From time T = t1100 to t1101, the reset signal φpres becomes H level, and the FD unit 401 is reset. Subsequently, at time T = t1101, the A image transfer signal φtxa and the B image transfer signal φtxb become H level, and the PDs 202a and 202b are reset.

時刻T=t1102において、A像用転送信号φtxaおよびB像用転送信号φtxbがLレベルとなって、PD202aおよび202bにおいて電荷蓄積が開始される。時刻T=t1103において、選択信号φpselがHレベルとなって、アンプ403が動作状態となる。そして、T=t1104において、リセット信号φpresがLレベルとなって、FD部401のリセットが解除される。リセットが解除されると、FD部401に蓄積された電荷がN信号として読み出されて読み出し回路305に出力される。   At time T = t1102, the A-image transfer signal φtxa and the B-image transfer signal φtxb become L level, and charge accumulation is started in the PDs 202a and 202b. At time T = t1103, the selection signal φpsel becomes H level, and the amplifier 403 is in the operating state. Then, at T = t 1104, the reset signal φpres becomes L level, and the reset of the FD section 401 is released. When the reset is released, the charge stored in the FD unit 401 is read as an N signal and is output to the reading circuit 305.

読み出し回路305において、時刻T=t1105で制御信号φcfsがLレベルとされ、演算増幅器503では基準電圧Vrefの出力バッファ状態が解除される。そして、読み出し回路305の出力であるN信号が演算増幅器503から出力される。この際、読み出し回路305から比較器600への入力は、図中、参照番号1100で示されるように立ち上がり始める。   In read circuit 305, control signal φcfs is set to L level at time T = t1105, and in operational amplifier 503, the output buffer state of reference voltage Vref is released. Then, the N signal which is the output of the readout circuit 305 is output from the operational amplifier 503. At this time, the input from the readout circuit 305 to the comparator 600 starts rising as indicated by reference numeral 1100 in the figure.

時刻T=t1106において、制御信号φadresがLレベルとなって、ランプ信号生成回路601およびカウンタ606のリセットが解除されて、AD変換動作が開始する。時刻T=t1107において、比較器の出力はLレベルからHレベルに変化し、ラッチ605の出力はカウント値に変化する。そして、時刻T=t1108において、制御信号φadresがHレベルとなってAD変換動作が終了する。   At time T = t1106, the control signal φadres becomes L level, the reset of the ramp signal generation circuit 601 and the counter 606 is released, and the AD conversion operation is started. At time T = t1107, the output of the comparator changes from the L level to the H level, and the output of the latch 605 changes to the count value. Then, at time T = t1108, the control signal φadres becomes H level, and the AD conversion operation ends.

時刻T=t1109において、制御信号φadresが再びLレベルとなる。これによって、同一のN信号について再度AD変換が行われる。ここで、2回目のAD変換によって変換される信号に重畳される読み出しノイズは、前述のように、1回目のAD変換によって変換された信号の読み出しノイズと異なる。カウンタ606は1回目のAD変換の場合と同様の動作を行うが、ラッチから加算器607への入力は、1回目のAD変換の値となる。   At time T = t1109, control signal φadres attains the L level again. As a result, AD conversion is performed again for the same N signal. Here, the readout noise superimposed on the signal converted by the second AD conversion is different from the readout noise of the signal converted by the first AD conversion as described above. The counter 606 performs the same operation as in the first AD conversion, but the input from the latch to the adder 607 is the value of the first AD conversion.

比較器600の出力は、時刻T=t1110においてLレベルからHレベルに変化し、ラッチによってこの際の加算器607の出力がラッチされる。この際の加算器607の出力は、N信号の1回目のAD変換値と2回目のAD変換値との和となる。   The output of comparator 600 changes from L level to H level at time T = t 1110, and the output of adder 607 at this time is latched by the latch. The output of the adder 607 at this time is the sum of the first AD conversion value of the N signal and the second AD conversion value.

時刻T=t1111において、N信号のAD変換動作を終了して、制御信号φadresがHレベルとなる。このようにして、異なる読み出しノイズが重畳された同一のN信号を2回読み出して加算する。   At time T = t1111, the AD conversion operation of the N signal ends, and the control signal φadres becomes H level. In this manner, the same N signal on which different read noises are superimposed is read twice and added.

時刻T=t1112において、転送信号φtxaがHレベルとなり、PD202aに蓄えられた電荷がFD部401に転送される。FD部401に蓄えられた電荷に応じた電圧が垂直出力線302および演算増幅器503を介して読み出し回路305に送られる。そして、読み出し回路305はS+N信号の信号を比較器600に入力する。   At time T = t 1112, the transfer signal φtxa becomes H level, and the charge stored in the PD 202 a is transferred to the FD unit 401. A voltage corresponding to the charge stored in the FD unit 401 is sent to the reading circuit 305 through the vertical output line 302 and the operational amplifier 503. Then, the readout circuit 305 inputs the signal of the S + N signal to the comparator 600.

読み出し回路305の入力1100は、時刻T=t1112から増加を開始する。時刻T=t1113において、制御信号φsselがHレベルとなって、ラッチ選択用回路604はS信号用ラッチ609を選択する。時刻T=t1114において、転送信号φtxaがLレベルとなってPD202aからの電荷の転送が終了する。その後、時刻T=t1115まで読み出し回路305の出力の安定を待つ。   The input 1100 of the readout circuit 305 starts to increase at time T = t1112. At time T = t1113, the control signal φssel becomes H level, and the latch selection circuit 604 selects the S signal latch 609. At time T = t1114, transfer signal φtxa becomes L level, and transfer of charges from PD 202a is completed. After that, it waits for the output of the reading circuit 305 to be stabilized until time T = t1115.

時刻T=t1115において、制御信号φadresがLレベルとなって、S+N信号のAD変換動作が開始される。このAD変換の動作はN信号のAD変換と同様にして行われ、時刻T=t1116においてカウンタ606の出力Sにラッチ609の出力がラッチされる。そして、ラッチ609の出力がS+N信号のAD変換値となる。   At time T = t1115, the control signal φadres becomes L level, and the AD conversion operation of the S + N signal is started. The operation of this A / D conversion is performed in the same manner as the A / D conversion of the N signal, and the output S of the counter 606 is latched at the time T = t1116. Then, the output of the latch 609 becomes an AD conversion value of the S + N signal.

時刻T=t1114において、制御信号φadresがHレベルとなって、AD変換動作が終了する。続いて、時刻T=t1118において、再度制御信号φadresがLレベルとなってAD変換が開始する。そして、T=t1119において、ラッチの出力はカウント値と1回目のAD変換結果との和となる。   At time T = t1114, the control signal φadres becomes H level, and the AD conversion operation ends. Subsequently, at time T = t1118, the control signal φadres becomes L level again to start AD conversion. Then, at T = t1119, the output of the latch is the sum of the count value and the first AD conversion result.

時刻T=t1120において、制御信号φadresがHレベルとなって、2回目のAD変換動作が終了する。このようにして、異なる読み出しノイズが重畳された同一のS+N信号を2回読み出して加算が行われる。   At time T = t1120, the control signal φadres becomes H level, and the second AD conversion operation ends. In this way, the same S + N signal on which different read noises are superimposed is read twice and addition is performed.

時刻T=t1121において、制御信号φhsrの立ち上がりエッジが水平走査回路307に入力される。当該立ち上がりエッジを水平走査回路307が検出すると、水平走査回路307からの出力が全てLレベルの状態から、制御信号φhsr_0のみがHレベルとなる状態となる。これによって、第1列目の水平選択回路608のスイッチがラッチ605および609に接続される。そして、ラッチ605および609にラッチされた値が信号処理回路308に送られる。   At time T = t1121, the rising edge of the control signal φhsr is input to the horizontal scanning circuit 307. When the horizontal scanning circuit 307 detects the rising edge, all the outputs from the horizontal scanning circuit 307 are at L level, and only the control signal φhsr_0 becomes H level. Thereby, the switches of the horizontal selection circuit 608 of the first column are connected to the latches 605 and 609. Then, the values latched in the latches 605 and 609 are sent to the signal processing circuit 308.

信号処理回路308においては、ラッチ605および609の値が正規化演算器700で処理される。ここでは、読み出し動作においてラッチ605および609の値を2回ずつカウントしたので、1回の読み出しを行った場合に比べて出力が2倍となる。このため、正規化演算器700は、デジタル値を半分にする処理を行うようにプログラムされる。正規化演算器700で処理された信号を用いて、減算器701はS+N信号からN信号を減算してS信号を得る。そして、当該S信号は出力部309から出力される。   In signal processing circuit 308, the values of latches 605 and 609 are processed by normalization operator 700. Here, since the values of the latches 605 and 609 are counted twice in the read operation, the output is doubled as compared to the case where one read operation is performed. Thus, the normalization operator 700 is programmed to perform processing to halve the digital value. Using the signal processed by the normalization operator 700, the subtractor 701 subtracts the N signal from the S + N signal to obtain the S signal. Then, the S signal is output from the output unit 309.

このようにして、第1列からS信号を出力した後、制御信号φhsrが再度入力される。これによって、制御信号φhsr_1のみがHレベルとなる。このようにして、順次行方向にS信号が読み出されて、第1列から第m列までのS信号が読み出される。そして、当該水平走査は時刻T=t1122で終了する。   Thus, after the S signal is output from the first column, the control signal φhsr is input again. As a result, only the control signal φhsr_1 is at H level. In this manner, the S signal is sequentially read in the row direction, and the S signals in the first to m-th columns are read. Then, the horizontal scanning ends at time T = t1122.

時刻T=t1123において、初期化が行われて画素の状態が初期化される。ここでは、リセット信号φpresがHレベルとなって、FD部401が初期化される。さらに、制御信号φcfsがHレベルとなって、演算増幅器503の出力が基準電圧Vrefの出力バッファ状態とされる。また、制御信号φsselがLレベルとされて、ラッチ選択用回路604はN信号用ラッチ605を選択する。   At time T = t1123, initialization is performed to initialize the state of the pixel. Here, the reset signal φpres becomes H level, and the FD unit 401 is initialized. Further, control signal φcfs attains the H level, and the output of operational amplifier 503 is brought into the output buffer state of reference voltage Vref. Further, the control signal φssel is set to the L level, and the circuit for latch selection 604 selects the latch for N signal 605.

時刻T=t1124において、選択信号φpselがLレベルとなって、行の選択状態が解除される。そして、時刻T=t1125において、HDの立ち下がりが入力されて、ラッチ605および609がリセットされる。このようにして、1つの行のA像の読み出し動作が終了して、続いてB像の読み出し動作が開始される。   At time T = t 1124, select signal φpsel attains the L level, and the selected state of the row is cancelled. Then, at time T = t1125, the falling edge of HD is input, and the latches 605 and 609 are reset. Thus, the operation of reading out the A image of one row is completed, and then the operation of reading the B image is started.

B像の読み出し動作の際には、A像と同時に蓄積した信号を読み出すためにフォトダイオードのリセットを行わない。   During the reading operation of the B image, the photodiode is not reset to read out the signal accumulated simultaneously with the A image.

時刻T=t1126において、選択信号φpselがHレベルとなって、アンプ403が動作状態となる。時刻T=t1127において、リセット信号φpresがLレベルとなって、FD部401のリセットが解除される。リセットが解除されると、FD部401に蓄積された電荷に応じた電圧が垂直出力線302にノイズ成分として読み出されて、読み出し回路305に出力される。   At time T = t1126, the selection signal φpsel becomes H level, and the amplifier 403 is put into operation. At time T = t1127, the reset signal φpres becomes L level, and the reset of the FD unit 401 is released. When the reset is released, a voltage corresponding to the charge stored in the FD unit 401 is read out as a noise component on the vertical output line 302 and output to the read out circuit 305.

時刻T=t1128において、制御信号φcfsがLレベルとなり、読み出し回路305において、演算増幅器503における基準電圧Vrefの出力バッファ状態が解除される。そして、N信号が演算増幅器503から出力される。   At time T = t1128, control signal φcfs attains the L level, and read circuit 305 cancels the output buffer state of reference voltage Vref in operational amplifier 503. Then, the N signal is output from the operational amplifier 503.

時刻T=t1129において、制御信号φadresがLレベルとなって、ランプ信号生成回路601およびカウンタ606のリセットが解除されて、AD変換動作が開始する。時刻T=t1130において、比較器の出力はLレベルからHレベルに変化して、ラッチ605の出力はこの際のカウント値N1103に変化する。そして、時刻T=t1131において、制御信号φadresがHレベルとなって、N信号の1回目のAD変換動作が終了する。   At time T = t1129, the control signal φadres becomes L level, the reset of the ramp signal generation circuit 601 and the counter 606 is released, and the AD conversion operation is started. At time T = t1130, the output of the comparator changes from the L level to the H level, and the output of the latch 605 changes to the count value N1103 at this time. Then, at time T = t1131, the control signal φadres becomes H level, and the first AD conversion operation of the N signal ends.

続いて、時刻T=t1132において、制御信号φadresがLレベルとなり、N信号の2回目のAD変換動作が開始する。時刻T=t1133において、比較器の出力はLレベルからHレベルに変化し、ラッチ605の出力はこの際の1回目のAD変換によって確定したラッチ605の値とカウント値N1103とを加算器607で加算した値に変化する。そして、時刻T=t1134において、制御信号φadresがHレベルとなって、N信号のAD変換動作が終了する。   Subsequently, at time T = t1132, the control signal φadres becomes L level, and the second AD conversion operation of the N signal starts. At time T = t1133, the output of the comparator changes from the L level to the H level, and the output of the latch 605 is added by the adder 607 with the value of the latch 605 determined by the first AD conversion and the count value N1103. It changes to the added value. Then, at time T = t1134, the control signal φadres becomes H level, and the AD conversion operation of the N signal ends.

このようにして、異なる読み出しノイズが重畳された同一のN信号を2回読み出して、加算が行われる。   In this way, the same N signal on which different read noises are superimposed is read twice to perform addition.

時刻T=t1135において、転送信号φtxbがHレベルとなり、PD202bに蓄えられた電荷がFD部401に転送される。FD部401に蓄えられた電荷に応じた電圧が、垂直出力線302および演算増幅器503を介して読み出し回路305に送られる。これによって、読み出し回路305はS+N信号を比較器600に入力する。   At time T = t1135, the transfer signal φtxb becomes H level, and the charge stored in the PD 202b is transferred to the FD unit 401. A voltage corresponding to the charge stored in the FD unit 401 is sent to the readout circuit 305 via the vertical output line 302 and the operational amplifier 503. By this, the readout circuit 305 inputs the S + N signal to the comparator 600.

読み出し回路305からの入力1100は時刻T=t1135から増加を開始する。時刻T=t1136においては、制御信号φsselがHレベルとなり、ラッチ選択用回路604はS信号用ラッチ609を選択する。時刻T=t1137において、転送信号φtxbがLレベルとなって、PD202bからの電荷の転送が終了する。その後、時刻T=t1138まで読み出し回路305の出力の安定を待つ。そして、時刻T=t1138において、制御信号φadresがLレベルとなり、S+N信号のAD変換動作が開始する。   The input 1100 from the readout circuit 305 starts to increase at time T = t1135. At time T = t1136, control signal φssel attains the H level, and latch selection circuit 604 selects S signal latch 609. At time T = t1137, the transfer signal φtxb becomes L level, and the transfer of charge from the PD 202b is completed. After that, it waits for stabilization of the output of the reading circuit 305 until time T = t1138. Then, at time T = t1138, the control signal φadres becomes L level, and the AD conversion operation of the S + N signal starts.

当該AD変換の動作はN信号のAD変換と同様にして行われ、時刻T=t1139において、カウンタ606の出力SとしてS+N信号のAD変換値が確定して、ラッチ609にラッチされる。時刻T=t1140において、制御信号φadresがHレベルとなり、1回目のAD変換動作が終了する。   The AD conversion operation is performed in the same manner as the AD conversion of the N signal, and at time T = t1139, the AD conversion value of the S + N signal is determined as the output S of the counter 606 and latched in the latch 609. At time T = t1140, the control signal φadres becomes H level, and the first AD conversion operation ends.

続いて、時刻T=t1141において、再度制御信号φadresがLレベルとなってAD変換が開始する。そして、時刻T=t1142において、ラッチの出力はカウント値と1回目のAD変換結果との和になる。時刻T=t1143において、制御信号φadresがLレベルとなって、2回目のAD変換動作が終了する。   Subsequently, at time T = t1141, the control signal φadres becomes L level again to start AD conversion. Then, at time T = t1142, the output of the latch is the sum of the count value and the first AD conversion result. At time T = t1143, the control signal φadres becomes L level, and the second AD conversion operation ends.

時刻T=t1144からT=t1145までは、前述の水平転送動作が行われる。ここでも、N信号とS+N信号とは、2回のAD変換によって得られた値の和になっているので、正規化演算器700において半分の値に正規化される。その後、減算器701によってS+N信号からN信号が減算されて、B像に係るS信号が得られる。   The aforementioned horizontal transfer operation is performed from time T = t1144 to T = t1145. Also in this case, since the N signal and the S + N signal are the sum of the values obtained by the two AD conversions, they are normalized to a half value in the normalization operator 700. Thereafter, the subtractor 701 subtracts the N signal from the S + N signal to obtain the S signal related to the B image.

時刻T=t1146において、初期化が行われて画素の状態が初期化される。ここでは、リセット信号φpresがHレベルとなり、FD部401が初期化される。さらに、制御信号φcfsがHレベルとなって、演算増幅器503の出力が基準電圧Vrefの出力バッファ状態とされる。また、制御信号φsselがLレベルとされて、ラッチ選択用回路604はN信号用ラッチ605を選択する。   At time T = t1146, initialization is performed to initialize the state of the pixel. Here, the reset signal φpres becomes H level, and the FD unit 401 is initialized. Further, control signal φcfs attains the H level, and the output of operational amplifier 503 is brought into the output buffer state of reference voltage Vref. Further, the control signal φssel is set to the L level, and the circuit for latch selection 604 selects the latch for N signal 605.

時刻T=t1147において、選択信号φpselがLレベルとなり、行の選択状態が解除される。そして、時刻T=t1148においてHDの立ち下がりが入力されて、ラッチ605および609がリセットされる。   At time T = t1147, select signal φpsel attains the L level, and the selected state of the row is cancelled. Then, at time T = t1148, the falling edge of HD is input, and the latches 605 and 609 are reset.

このようにして、1つの行の読み出し動作が終了して、次の行の読み出し動作が開始される。なお、時刻T=t1148は次の行の読み出しにおけるT=t1100とである。   In this way, the read operation of one row is completed and the read operation of the next row is started. The time T = t1148 is T = t1100 at the time of reading of the next row.

なお、図8および図9に示す例では、読み出し回路305からの出力が時間的に一定であるとして説明したが、実際には電源などの様々な信号のゆらぎに起因して、その出力は変化する。また、ランプ信号の品質も、同様に電源のゆらぎなどに影響される。このため、カウント値が常に正しくカウントされている場合に、同一の信号に対して同じようにして読み出し動作を行っても、AD変換の結果は毎回異なる。このばらつきが読み出しノイズの原因となる。   In the examples shown in FIGS. 8 and 9, although the output from the reading circuit 305 has been described as being constant in time, the output is actually changed due to fluctuation of various signals such as a power supply. Do. Also, the quality of the ramp signal is similarly affected by fluctuations in the power supply and the like. Therefore, when the count value is always correctly counted, the result of AD conversion differs every time even if the same read operation is performed on the same signal. This variation causes read noise.

ここで、第1および第2の読み出し手法の各々によって得られた画像信号のノイズ量について説明する。一回の読み出し動作によって信号に重畳するノイズ量をσとする。このノイズはガウス性のノイズであることが知られている。   Here, the noise amount of the image signal obtained by each of the first and second readout methods will be described. The amount of noise superimposed on the signal by one read operation is denoted by σ. This noise is known to be Gaussian noise.

図8で説明した第1の読み出し手法では、N信号およびS+N信号の2信号を読み出して、これらを減算器701によって減算処理してS信号を得た。無相関のガウス性ノイズ同士を加減すると、ノイズ量は(2)1/2倍になるので、最終的なS信号に存在する読み出しノイズ量はσ×(2)1/2となる。 In the first readout method described with reference to FIG. 8, two signals of the N signal and the S + N signal are read out and subjected to subtraction processing by the subtractor 701 to obtain the S signal. If uncorrelated Gaussian noises are added to each other, the amount of noise is (2) 1/2 times, so the amount of readout noise present in the final S signal is σ × (2) 1/2 .

一方、図9で説明した第2の読み出し手法では、N信号を2回読み出すとともに、S+N信号を2回読み出して、これらを正規化した後、減算器701によって減算処理する。2回読み出した後の信号の加算によって読み出しノイズ量はσ×(2)1/2となる。ところが、信号強度は2倍になっているので、正規化演算器700によって平均化される際に2で除されて、読み出しノイズ量はσ/(2)1/2となる。そして、当該ノイズを有するS+N信号とN信号とを減算器701で減算処理すれば、最終的にS信号に存在するノイズ量はσとなる。 On the other hand, in the second readout method described with reference to FIG. 9, the N signal is read twice, the S + N signal is read twice, these are normalized, and then subtraction processing is performed by the subtractor 701. The readout noise amount becomes σ × (2) 1/2 by addition of the signals read out twice. However, since the signal strength is doubled, when it is averaged by the normalization operator 700, it is divided by 2 and the read noise amount becomes σ / (2) 1/2 . Then, if the S + N signal and the N signal having the noise are subtracted by the subtractor 701, the amount of noise finally present in the S signal becomes σ.

第2の読み出し手法によって得られる信号は、A像805とB像806の信号であるので、画像信号として利用する際には、これらをDSP107で加算する必要がある。A像用信号およびB像用信号の読み出しノイズ量は、前述のように、それぞれσであるので、これらを加算することによって得られる画像信号の読み出しノイズ量はσ×(2)1/2となる。このノイズ量は、第1の読み出し手法によって得られた画像信号の読み出しノイズ量と同一である。 Since the signals obtained by the second readout method are the signals of the A image 805 and the B image 806, when used as an image signal, it is necessary to add them by the DSP 107. Since the readout noise amounts of the A and B image signals are respectively σ as described above, the readout noise amount of the image signal obtained by adding these is σ × (2) 1/2 Become. This noise amount is the same as the readout noise amount of the image signal obtained by the first readout method.

上述のようにして得られたA像805とB像806を用いて、DSP107は相関演算を行って、A像805とB像806とのズレ量808を求める。そして、当該ズレ量808はCPU109に送られる。CPU109はズレ量に基づいて焦点調節用のレンズ102および103の駆動量および駆動方向を求める。CPU109は当該駆動量および駆動方向に応じてフォーカス駆動回路115を制御して、フォーカスアクチュエータ116によって焦点調節用のレンズ102および103駆動して焦点調節を行う。   Using the A image 805 and the B image 806 obtained as described above, the DSP 107 performs correlation calculation to determine the amount of shift 808 between the A image 805 and the B image 806. Then, the deviation amount 808 is sent to the CPU 109. The CPU 109 obtains the drive amount and drive direction of the focusing lenses 102 and 103 based on the shift amount. The CPU 109 controls the focus drive circuit 115 according to the drive amount and the drive direction to drive the focus adjustment lenses 102 and 103 by the focus actuator 116 to perform focus adjustment.

また、DSP107は、第1の読み出し手法によって得られたA+B信号と、第2の読み出し手法によって得られたA像805およびB像806とを加算して1フレームの画像を生成する。そして、CPU109は当該1フレームの画像を圧縮および加工処理して記録媒体112に書き込む。   Further, the DSP 107 adds the A + B signal obtained by the first reading method and the A image 805 and the B image 806 obtained by the second reading method to generate an image of one frame. Then, the CPU 109 compresses and processes the image of one frame and writes the image on the recording medium 112.

このように、本発明の第1の実施形態では、第1の読み出し手法および第2の読み出し手法において、信号の読み出し回数を異ならせる。これによって、画質の劣化を抑制しつつ、焦点検出用の信号と1フレームの画像信号を高速に得ることかできる。   As described above, in the first embodiment of the present invention, the number of signal readouts is made different in the first readout method and the second readout method. By this, it is possible to obtain a signal for focus detection and an image signal of one frame at high speed while suppressing the deterioration of the image quality.

さらに、第2の読み出し手法で読み出される信号におけるノイズが低下するので、DSP107における相関演算の精度が向上して、AF性能が向上する。   Furthermore, since the noise in the signal read by the second read method is reduced, the accuracy of the correlation calculation in the DSP 107 is improved, and the AF performance is improved.

[変形例]
上述の第1の実施形態では、第2の読み出し手法においては、A像信号とB像信号の双方を別々に読み出すようにしたが、これに限定はされない。例えば、A像信号を単独で読みだした後、FD部401にB像信号を転送して、先に転送したA像信号と合成してA+B像信号として読み出すようにしてもよい。この場合、DSP107では、A+B像からA像を減算してB像を求めて相関演算を行うことになる。
[Modification]
In the first embodiment described above, in the second readout method, both the A image signal and the B image signal are separately read out, but the present invention is not limited to this. For example, after the A image signal is read alone, the B image signal may be transferred to the FD unit 401, and may be combined with the previously transferred A image signal and read out as an A + B image signal. In this case, the DSP 107 subtracts the A image from the A + B image to obtain the B image and performs the correlation operation.

上記の読み出し手法では、画像信号は一度しか読み出されないので、読み出しノイズ量は、第1の読み出し方手法によって得られる信号の読み出しノイズ量と同様である。一方、FD部401からN信号を読み出した後、A像信号を読み出して、その後FD部401をリセットせずにA+B像信号を読み出さなければならない。よって、N信号を読み出してから画像信号を読み出すまでに時間が掛かってしまう。このため、1/fノイズが増加し、さらにはN信号の状態が変化して画素ノイズが増加することが知られている。当該ノイズの増加を低減するために、本発明を適用することもできる。   In the above readout method, since the image signal is read out only once, the readout noise amount is the same as the readout noise amount of the signal obtained by the first readout method. On the other hand, after reading out the N signal from the FD unit 401, it is necessary to read out the A image signal and then read out the A + B image signal without resetting the FD unit 401. Therefore, it takes time from reading out the N signal to reading out the image signal. For this reason, it is known that 1 / f noise increases, and furthermore, the state of the N signal changes to increase pixel noise. The present invention can also be applied to reduce the increase in the noise.

つまり、A像信号を単独で読みだした後、FD部401にB像信号を転送して、先に転送したA像信号と合成してA+B像信号として読み出す手法に本発明を適用することによって、画像の劣化を低減することができる。   That is, by reading the A image signal alone, the B image signal is transferred to the FD unit 401, and the present invention is applied to a method of combining with the A image signal transferred earlier and reading out as the A + B image signal. , Degradation of the image can be reduced.

さらには、上述の読み出し手法においては、A像信号は画像信号として出力されないので、A像信号のノイズ量は画質に影響しない。このため、A像信号の取得に際して、各信号に対する読み出し動作を一度行って、A+B像信号の取得の際に複数回のAD変換を行うようにしてもよい。   Furthermore, in the above-described reading method, the A image signal is not output as an image signal, so the noise amount of the A image signal does not affect the image quality. For this reason, when acquiring the A image signal, the readout operation for each signal may be performed once, and AD conversion may be performed a plurality of times when acquiring the A + B image signal.

このような構成の場合には、A像信号の取得に際して複数回の読み出し動作を行った場合に比べて高速に画像信号を得ることができる。   In the case of such a configuration, an image signal can be obtained at high speed as compared to the case where a plurality of reading operations are performed at the time of obtaining the A image signal.

また、第1の実施形態では、N信号の読み出し動作が終了した後、信号+ノイズ成分を垂直線303に転送してS+N信号の読み出し動作を行うようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、演算増幅器503の直後にアナログメモリ(サンプルホールド回路:図示せず)を配置して、S+N信号の垂直転送と2回目のN信号のAD変換を時間的に並列的に行うようにしてもよい。   Further, in the first embodiment, after the read operation of the N signal is completed, the signal + noise component is transferred to the vertical line 303 to perform the read operation of the S + N signal, but the present invention is limited thereto. It is not a thing. For example, even if an analog memory (sample and hold circuit: not shown) is disposed immediately after the operational amplifier 503, the vertical transfer of the S + N signal and the AD conversion of the second N signal are performed in parallel in time. Good.

このような構成の場合には、信号の垂直線303への読み出しとAD変換動作とを時間的に並列に行うので、より高速に信号を読み出すことができる。   In the case of such a configuration, the signal can be read out at higher speed because the readout of the signal to the vertical line 303 and the AD conversion operation are performed in parallel in time.

さらに、読み出した信号に重畳されるノイズの主要因がAD変換で発生するノイズである場合、同一の信号を垂直線303に転送する動作を複数回行わないで、AD変換のみを複数回行うようにしてもよい。この場合には、N信号をサンプルホールドした直後にS+N信号の垂直転送を開始することができる。   Furthermore, when the main factor of the noise superimposed on the read signal is noise generated by AD conversion, only the AD conversion is performed multiple times without performing the operation of transferring the same signal to the vertical line 303 multiple times. You may In this case, vertical transfer of the S + N signal can be started immediately after sample and hold of the N signal.

このような構成の場合には、同一の信号を垂直線303に転送する時間を省略することができるので、より高速に信号を読み出すことが可能となる。   In such a configuration, the time for transferring the same signal to the vertical line 303 can be omitted, so that the signal can be read faster.

また、ADC306に、一列の垂直出力線303に対応するAD変換回路を複数設けて、時間的に並列に複数回のAD変換を行うようにしてもよい。   Further, a plurality of AD conversion circuits corresponding to one column of vertical output lines 303 may be provided in the ADC 306 so that AD conversion may be performed a plurality of times in parallel in time.

このような構成の場合には、同一の信号の2回の読み出し動作が並列的に行われるので、より高速に信号を読み出すことが可能となる。   In such a configuration, two read operations of the same signal are performed in parallel, so that the signal can be read at higher speed.

その他、同一の信号を複数回読み出すことによって、読み出しノイズを低減することができるあらゆる構成を本発明に適用することができる。   In addition, any configuration that can reduce read noise can be applied to the present invention by reading the same signal multiple times.

[第2の実施形態]
続いて、本発明の第2の実施形態によるカメラの一例について説明する。なお、第2の実施形態によるカメラの構成は図1に示すカメラと同様である。
Second Embodiment
Subsequently, an example of a camera according to a second embodiment of the present invention will be described. The configuration of the camera according to the second embodiment is similar to that of the camera shown in FIG.

図10は、本発明の第2の実施形態に係るカメラで用いられる撮像素子の構成の一例を説明するための図である。そして、図10(a)は画素配列を示す図であり、図10(b)は単位画素の構成を示す図である。   FIG. 10 is a diagram for explaining an example of the configuration of an imaging device used in the camera according to the second embodiment of the present invention. 10 (a) is a diagram showing a pixel array, and FIG. 10 (b) is a diagram showing a configuration of a unit pixel.

図10(a)を参照して、撮像素子106は、2次元マトリックス状に配列された複数の単位画素200を有している。単位画素200の各々にはML201が配置されており、単位画素200の各々は光電変換を行うための4つのPD1200a、1200b、1200c、および1200dを有している。そして、これら4つのPD1200a、1200b、1200c、および1200dは単一のML201の下に配置されている。   Referring to FIG. 10A, the imaging device 106 has a plurality of unit pixels 200 arranged in a two-dimensional matrix. An ML 201 is disposed in each of the unit pixels 200, and each of the unit pixels 200 has four PDs 1200a, 1200b, 1200c, and 1200d for performing photoelectric conversion. And, these four PDs 1200a, 1200b, 1200c, and 1200d are disposed under a single ML 201.

これらのPD1200a、1200b、1200c、および1200dを独立して読み出し制御することによって、水平方向の位相差に加えて、垂直方向の位相差を得ることができる。   By independently performing read control on these PDs 1200a, 1200b, 1200c, and 1200d, it is possible to obtain a phase difference in the vertical direction in addition to the phase difference in the horizontal direction.

このように、単位画素が2個を超えるPDを備える場合には、位相差を得るために必ずしも全ての画素を独立に読み出す必要はない。例えば、焦点調節用情報として水平方向の位相差を得れば十分である場合には、単位画素において垂直方向に隣接するPDの電荷を合成して読み出せばよい。具体的には、PD1200aおよび1200cの電荷を合成して読み出し、PD1200bおよびPD1200dの電荷を合成して読み出す。   Thus, when the unit pixel includes more than two PDs, it is not necessary to read out all the pixels independently in order to obtain the phase difference. For example, if it is sufficient to obtain a phase difference in the horizontal direction as focus adjustment information, it is sufficient to combine and read the charges of the PDs adjacent in the vertical direction in the unit pixel. Specifically, the charges of the PDs 1200a and 1200c are combined and read out, and the charges of the PDs 1200b and PD 1200d are combined and read out.

図10(b)を参照して、前述のように、単位画素200はPD1200a、1200b、1200c、および1200dを有している。A像用光電変換部転送スイッチ(TxA)1300aは、垂直走査回路302から供給されるA像用転送信号φtxaによって制御される。また、B像用光電変換部転送スイッチ(TxB)1300bはB像用転送信号φtxbによって制御される。C像用光電変換部転送スイッチ(TxC)1300cは、C像用転送信号φtxcによって制御される。さらに、D像用光電変換部転送スイッチ(TxB)1300dはD像用転送信号φtxdによって制御される。   Referring to FIG. 10B, as described above, unit pixel 200 includes PDs 1200a, 1200b, 1200c, and 1200d. The A image photoelectric conversion unit transfer switch (TxA) 1300 a is controlled by the A image transfer signal φtxa supplied from the vertical scanning circuit 302. The B image photoelectric conversion unit transfer switch (TxB) 1300 b is controlled by the B image transfer signal φtxb. The C image photoelectric conversion unit transfer switch (TxC) 1300 c is controlled by the C image transfer signal φtxc. Further, the D image photoelectric conversion unit transfer switch (TxB) 1300d is controlled by the D image transfer signal φtxd.

ここでは、A像用転送信号φtxaがHレベルの場合に、PD1200aに蓄積された電荷がフローティングディフュージョン(FD)部401に転送される。同様に、B像用転送信号φtxbがHレベルの場合に、PD1200bに蓄積された電荷がFD部401に転送される。また、C像用転送信号φtxcがHレベルの場合に、PD1200cに蓄積された電荷がFD部401に転送される。そして、D像用転送信号φtxdがHレベルの場合に、PD1200dに蓄積された電荷がFD部401に転送される。   Here, when the transfer signal φtxa for the image A is at the H level, the charge accumulated in the PD 1200 a is transferred to the floating diffusion (FD) unit 401. Similarly, when the B image transfer signal φtxb is at H level, the charges accumulated in the PD 1200 b are transferred to the FD unit 401. When the C image transfer signal φtxc is at H level, the charge accumulated in the PD 1200 c is transferred to the FD unit 401. When the D image transfer signal φtxd is at H level, the charge accumulated in the PD 1200 d is transferred to the FD unit 401.

これら転送スイッチTxA、TxB、TxC、およびTxDは独立してオンオフ制御されるので、PD1200a、1200b、1200c、および1200dに蓄積された電荷を独立してFD部401に転送することができる。また、これら転送スイッチTxA、TxB、TxC、およびTxDのうちの少なくとも2つを同時にHレベルとすれば、対応するPDに蓄積された電荷をFD部401で合成して読み出すことができる。   Since the transfer switches TxA, TxB, TxC, and TxD are independently controlled on and off, the charges accumulated in the PDs 1200a, 1200b, 1200c, and 1200d can be independently transferred to the FD unit 401. If at least two of the transfer switches TxA, TxB, TxC, and TxD are simultaneously set to the H level, charges accumulated in the corresponding PD can be combined and read out by the FD unit 401.

図11は、本発明の第2の実施形態に係るカメラにおいて行われる画素読み出し動作の一例を説明するための図である。そして、図11(a)は読み出し動作におけるタイミングチャートであり、図11(b)は撮像素子全体における読み出しを示す図である。   FIG. 11 is a diagram for explaining an example of the pixel readout operation performed in the camera according to the second embodiment of the present invention. FIG. 11A is a timing chart in the reading operation, and FIG. 11B is a diagram showing the reading in the entire imaging device.

図11(a)において、第n行では、第1の読み出し手法1400によって画素読み出しが行われる。第1の読み出し手法1400においては、PD1200a、1200b、1200c、および1200dから転送された電荷をFD部401で合成して、(A+B+C+D像)信号として読み出す。   In FIG. 11A, in the n-th row, pixel readout is performed by the first readout method 1400. In the first readout method 1400, the charges transferred from the PDs 1200a, 1200b, 1200c, and 1200d are combined by the FD unit 401 and read out as an (A + B + C + D image) signal.

第(n+1)行では、第2の読み出し手法1401(第3の読み出しモード)によって画素読み出しが行われる。第2の読み出し手法1401においては、PD1200aおよび1200c(グループ)から電荷がFD部301に転送される(つまり、グループ毎に電荷が読み出される)。そして、FD部401で合成されて、A+B像信号として読み出される。第2の読み出し手法1402を行うと、水平方向における位相差を得ることができる。   In the (n + 1) th row, pixel readout is performed by the second readout method 1401 (third readout mode). In the second reading method 1401, charges are transferred from the PDs 1200a and 1200c (groups) to the FD unit 301 (that is, charges are read out for each group). Then, they are combined by the FD unit 401 and read out as an A + B image signal. When the second readout method 1402 is performed, a phase difference in the horizontal direction can be obtained.

第(n+2)行では、再び第1の読み出し手法1401が行われる。第(n+3)行では、第2の読み出し手法1403(第4の読み出しモード)によって画素読み出しが行われる。ここでは、PD1200aからA像が読み出され、PD1200bからB像が読み出され、PD1200cからC像が読み出されて、PD1200dからD像が読み出される。そして、これらの読み出しは独立的にPD毎(光電変換部毎)に行われる。このような読み出し手法を行うと、水平方向および垂直方向における位相差を得ることができる。   In the (n + 2) th row, the first read method 1401 is performed again. In the (n + 3) -th row, pixel readout is performed by the second readout method 1403 (fourth readout mode). Here, the image A is read from the PD 1200 a, the image B is read from the PD 1200 b, the image C is read from the PD 1200 c, and the image D is read from the PD 1200 d. Then, these readouts are performed independently for each PD (each photoelectric conversion unit). By performing such a reading method, it is possible to obtain phase differences in the horizontal direction and the vertical direction.

図7(b)に示す例では、撮像素子902に対して測距枠903が存在する行において、その一部の行に対して第1の読み出し手法1400による画素読み出しを行い、さらに、第2の読み出し手法による画素読み出しを行う。   In the example shown in FIG. 7B, in the row in which the distance measurement frame 903 exists with respect to the image sensor 902, pixel readout is performed on a part of the rows by the first readout method 1400, and the second The pixel readout is performed by the readout method of

第2の読み出し手法を行う際には、垂直方向に隣接するPDの信号を合成する第2の読み出し手法1401を行う行と、第2の読み出し手法1402を行う行とが存在する。また、測距枠903が存在する他の行については第1の読み出し手法によって画素読み出しを行う。   When performing the second readout method, there are a row in which the second readout method 1401 for combining signals of adjacent PDs in the vertical direction is performed, and a row in which the second readout method 1402 is performed. In addition, for the other rows in which the distance measurement frame 903 exists, the pixel readout is performed by the first readout method.

これら複数の読み出し手法を用いて画素読み出しを行って、画像信号を生成する場合には、画像信号の生成に必要な信号の数が異なる。例えば、第1の読み出し方法1400によって得られた信号は画像信号であるので1信号とカウントする。第2の読み出し手法1401の場合には、画像信号の生成に必要な信号の数は2信号となる。また、第2の読み出し手法1402の場合には、画像信号の生成に必要な信号の数は4信号となる。   When pixel readout is performed using the plurality of readout methods to generate an image signal, the number of signals required to generate the image signal is different. For example, since the signal obtained by the first readout method 1400 is an image signal, it is counted as one signal. In the case of the second readout method 1401, the number of signals required to generate an image signal is two. Further, in the case of the second readout method 1402, the number of signals required to generate an image signal is four.

単位画素が瞳分割された複数のPDを備える際に、PDを独立して読み出し制御して、その信号を加算することによって画像信号を生成するとする。この場合、第1の実施形態で説明したように、画像信号の生成に必要な信号の数に応じて画像信号のノイズ量が異なる。このような場合には、第1の読み出し手法又は第2の読み出し手法に応じて読み出し回数を決定することなく、合成処理に用いた信号の数に応じて読み出し回数を決定する。   When a unit pixel includes a plurality of PDs divided into pupils, the PDs are independently read out and controlled to generate an image signal by adding the signals. In this case, as described in the first embodiment, the noise amount of the image signal differs according to the number of signals required to generate the image signal. In such a case, the number of readouts is determined according to the number of signals used for the combining process without determining the number of readouts according to the first readout method or the second readout method.

例えば、第1の読み出し方法1401の場合には、図8で説明したように、1回の読み出しで画像信号を得る。一方、第2の読み出し手法1401の場合には、図9で説明したように、2回の読み出しで画像信号を得る。そして、第2の読み出し手法1402の場合には、4回の読み出しで画像信号を得る。   For example, in the case of the first reading method 1401, as described in FIG. 8, an image signal is obtained by one reading. On the other hand, in the case of the second readout method 1401, as described in FIG. 9, an image signal is obtained by two readouts. Then, in the case of the second reading method 1402, an image signal is obtained by four readings.

なお、ここでは、単位画素におけるPDの分割数が4の場合について説明したが、これには限定されず、単位画素おけるPDの分割数は複数であればよい。また、読み出し手法の種類も限定されない。   Although the case where the division number of PD in the unit pixel is four has been described here, the present invention is not limited to this, and the number of divisions of PD in the unit pixel may be plural. Further, the type of reading method is not limited.

このように、本発明の第2の実施形態では、画像信号を生成するために用いた信号の数に応じてサンプリング回数を決定するようにしたので、様々なパターンで瞳分割された撮像素子においても本発明を適用することができる。   As described above, in the second embodiment of the present invention, since the number of times of sampling is determined according to the number of signals used to generate an image signal, in an imaging element divided into pupils in various patterns, The present invention can also be applied.

[第3の実施形態]
続いて、本発明の第3の実施形態によるカメラの一例について説明する。なお、第3の実施形態によるカメラの構成は、図1に示すカメラと同様である。
Third Embodiment
Subsequently, an example of a camera according to a third embodiment of the present invention will be described. The configuration of the camera according to the third embodiment is the same as that of the camera shown in FIG.

同一の信号を複数回読み出して、読み出しノイズの低減を行う場合、ノイズの少ない画像を得るため第1の読み出し手法を用いた場合においても同一の信号を複数回読み出すことがある。   When the same signal is read a plurality of times to reduce the read noise, the same signal may be read a plurality of times even when the first read method is used to obtain an image with less noise.

例えば、図2(a)に示すように、単位画素が2つのPDを有する場合、第1の読み出し手法を用いて2回の読み出しを行い、第2の読み出し手法によって4回の読み出しを行う。これによって、第1の実施形態で得られた効果と同一の効果を得つつ、さらに低ノイズの画像を得ることができる。   For example, as shown in FIG. 2A, when the unit pixel has two PDs, two readings are performed using the first reading method, and four readings are performed using the second reading method. As a result, it is possible to obtain an image with lower noise while obtaining the same effect as the effect obtained in the first embodiment.

ところが、この場合には、1フレームにおいて信号を読み出す回数が2倍になるので、フレームレートが低下する。このフレームレートの低下を防止するためには、例えば、第2の読み出し手法を用いる行数を低減して、全体として読み出し回数を低減するようにすればよい。そこで、ユーザーによって選択された撮影モードに応じてサンプリング回数を設定するようにする。   However, in this case, since the number of times the signal is read in one frame is doubled, the frame rate is lowered. In order to prevent the reduction of the frame rate, for example, the number of rows using the second readout method may be reduced to reduce the number of readouts as a whole. Therefore, the number of times of sampling is set in accordance with the imaging mode selected by the user.

図12は、本発明の第3の実施形態に係るカメラで用いられる撮影モード選択画面の一例を示す図である。   FIG. 12 is a view showing an example of a shooting mode selection screen used in the camera according to the third embodiment of the present invention.

図示の撮影モード選択画面1500は表示部110に表示される。ユーザーは操作部111を用いて、「画質優先モード」および「AF優先モード」のいずれかを選択することができる。   The illustrated shooting mode selection screen 1500 is displayed on the display unit 110. The user can use the operation unit 111 to select one of the “image quality priority mode” and the “AF priority mode”.

図13は、本発明の第3の実施形態に係るカメラで行われる撮影を説明するためのフローチャートである。   FIG. 13 is a flowchart for explaining shooting performed by the camera according to the third embodiment of the present invention.

図12および図13を参照して、撮影が開始されると、CPU109はユーザー操作によって設定されたモードが「画質優先モード」であるか否かを判定する(ステップS1601)。   Referring to FIGS. 12 and 13, when photographing is started, CPU 109 determines whether the mode set by the user operation is the "image quality priority mode" (step S1601).

ユーザーの設定が「画質優先モード」である場合(ステップS1601において、YES)、CPU109は第1の設定(設定1)を設定する(ステップS1602)。この設定1では、第1の読み出し手法における読み出し回数が2回、第2の読み出し手法における読み出し回数が4回に設定される。この際には、第2の読み出し方法によって読み出された行数をj本とする(jは1以上の整数)。   If the user setting is “image quality priority mode” (YES in step S1601), the CPU 109 sets a first setting (setting 1) (step S1602). In this setting 1, the number of readings in the first reading method is set to two, and the number of readings in the second reading method is set to four. At this time, j is the number of rows read by the second reading method (j is an integer of 1 or more).

ユーザーの設定が「画質優先モード」でない場合(ステップS1601において、NO)、CPU109は第2の設定(設定2)を設定する。この設定2では、第1の読み出し手法における読み出し回数を1回、第2の読み出し手法における読み出し回数が2回に設定される。この際には、第2の読み出し手法によって読み出された行数をk本とする(kは1以上の整数)。なお、このkはjよりも大きい数とする。   If the user setting is not the “image quality priority mode” (NO in step S1601), the CPU 109 sets a second setting (setting 2). In this setting 2, the number of readings in the first reading method is set to one, and the number of readings in the second reading method is set to two. In this case, the number of rows read by the second read method is k (k is an integer of 1 or more). Note that k is a number larger than j.

ステップS1602又はS1603の処理の後、CPU109は決定された設定に基づいて撮影を行う(ステップS1604)。ここでは、画素読み出しの際、設定された回数に応じて同一の信号を読み出す。例えば、第1の読み出し手法による読み出しが2回の場合には、図8に示す時刻T=t1006からT=t1008の動作と、時刻T=t1012からT=t1014の動作がそれぞれ2回繰り返される。   After the process of step S1602 or S1603, the CPU 109 performs photographing based on the determined setting (step S1604). Here, at the time of pixel readout, the same signal is read out according to the set number of times. For example, when the readout by the first readout method is performed twice, the operations from time T = t1006 to T = t1008 and the operations from time T = t1012 to T = t1014 shown in FIG. 8 are repeated twice each.

第2の読み出し手法による読み出しが4回の場合には、図9に示す時刻T=t1106からT=t1111の動作と、時刻T=t1115からT=t1120の動作がそれぞれ2回繰り返される。さらに、時刻T=t1129からT=t1134の動作と、時刻T=t1138からT=t1143の動作がそれぞれ2回繰り返される。   When reading by the second read method is four times, the operation from time T = t1106 to T = t1111 and the operation from time T = t1115 to T = t1120 shown in FIG. 9 are repeated twice each. Furthermore, the operation from time T = t1129 to T = t1134 and the operation from time T = t1138 to T = t1143 are repeated twice each.

このようにして、同一の読み出し方法であっても、設定に応じて同一信号を読み出す回数を変更する。   In this manner, the number of times of reading the same signal is changed according to the setting even if the reading method is the same.

続いて、CPU109は、ステップS1604で得られた画像信号(画像データ)に基づいてDSP107によって相関演算を行う。そして、CPU109は相関演算結果に基づいて焦点調節用のレンズ102および103の駆動方向および駆動量を求める(ステップS1605:AF用演算)。   Subsequently, the CPU 109 performs correlation calculation by the DSP 107 based on the image signal (image data) obtained in step S1604. Then, the CPU 109 obtains the drive direction and drive amount of the focus adjustment lenses 102 and 103 based on the correlation calculation result (step S1605: calculation for AF).

次に、CPU109はAF用演算結果に基づいて、前述したようにレンズを駆動する(ステップS1606)。そして、CPU109はステップS1604で得られた画像信号について画像処理(圧縮処理を含む)を行う(ステップS1607)。その後、CPU109は、画像処理済みの画像データを、記録媒体などに保存して(ステップS1608)、撮影を終了する。   Next, the CPU 109 drives the lens as described above based on the AF calculation result (step S1606). Then, the CPU 109 performs image processing (including compression processing) on the image signal obtained in step S1604 (step S1607). Thereafter, the CPU 109 stores the image-processed image data in a recording medium or the like (step S1608), and ends the shooting.

上述のような画素読み出しを行えば、「画質優先モード」においては「AF優先モード」と比較して、より低ノイズの画像を得ることができる。一方、「AF優先モード」においては、「画質優先モード」と比較して相関演算に用いることができる信号が多いので、AF精度を高めることができる。   By performing pixel readout as described above, an image with lower noise can be obtained in the “image quality priority mode” as compared to the “AF priority mode”. On the other hand, in the "AF priority mode", the AF accuracy can be enhanced because there are many signals that can be used for correlation calculation as compared with the "image quality priority mode".

なお、図示の例では、撮影モード選択画面に「画質優先モード」および「AF優先モード」を表示するようにしたが、この例には限定されない。例えば、サンプリング回数を選択するようにしてもよく、明示的にユーザーに選択させることなく、他の撮影条件設定の変更に基づいてサンプリング回数を変更するようにしてもよい。   In the illustrated example, the “image quality priority mode” and the “AF priority mode” are displayed on the shooting mode selection screen, but the present invention is not limited to this example. For example, the number of times of sampling may be selected, or the number of times of sampling may be changed based on the change of other imaging condition settings without explicitly selecting it by the user.

このように、本発明の第3の実施形態では、撮影モードの設定に応じてサンプリング回数を決定するようにしたので、撮影状況に適した撮影、つまり、画素読み出しを行うことができる。   As described above, in the third embodiment of the present invention, the number of times of sampling is determined according to the setting of the imaging mode, so that imaging suitable for the imaging situation, that is, pixel readout can be performed.

以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to these embodiment, The various form of the range which does not deviate from the summary of this invention is also included in this invention .

例えば、上記の実施の形態の機能を制御方法として、この制御方法を撮像装置に実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有するプログラムを制御プログラムとして、当該制御プログラムを撮像装置が備えるコンピュータに実行させるようにしてもよい。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。   For example, the control method may be performed by the imaging apparatus as the control method of the above-described embodiment. In addition, a program having the functions of the above-described embodiments may be used as a control program to cause a computer included in the imaging apparatus to execute the control program. The control program is recorded, for example, on a computer readable recording medium.

[その他の実施形態]
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
Other Embodiments
The present invention supplies a program that implements one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or storage medium, and one or more processors in a computer of the system or apparatus read and execute the program. Can also be realized. It can also be implemented by a circuit (eg, an ASIC) that implements one or more functions.

106 撮像素子
109 CPU
200 単位画素
201 マイクロレンズ
202a,202b 光電変換部(PD)
302 垂直走査回路
305 読み出し回路
306 AD変換器
307 水平走査回路
308 信号処理回路
106 image sensor 109 CPU
200 unit pixel 201 micro lens 202a, 202b photoelectric conversion part (PD)
302 Vertical scan circuit 305 Readout circuit 306 AD converter 307 Horizontal scan circuit 308 Signal processing circuit

Claims (11)

複数の単位画素が2次元マトリックス状に配列された撮像素子を備え、前記撮像素子に結像した光学像に応じた画像を得る撮像装置であって、
前記単位画素の各々は複数の光電変換部を備えており、
前記単位画素から画素信号を読み出す際に前記複数の光電変換部から一括して前記画素信号を読み出す第1の読み出しモードと、前記複数の光電変換部の各々から画素信号を読み出す第2の読み出しモードとを選択的に行う読み出し手段と、
前記画像を得る際、前記第1の読み出しモードおよび前記第2の読み出しモードを用いる場合には、前記読み出し手段を制御して前記第1の読み出しモードおよび前記第2の読み出しモードにおいて前記単位画素から前記画素信号を読み出す回数を異ならせる制御手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
An imaging device including an imaging device in which a plurality of unit pixels are arranged in a two-dimensional matrix, and obtaining an image according to an optical image formed on the imaging device,
Each of the unit pixels includes a plurality of photoelectric conversion units,
When reading out pixel signals from the unit pixels, a first readout mode in which the pixel signals are read out collectively from the plurality of photoelectric conversion units, and a second readout mode in which the pixel signals are read out from each of the plurality of photoelectric conversion units Reading means for selectively
When the first readout mode and the second readout mode are used when obtaining the image, the readout unit is controlled to control the readout unit from the unit pixel in the first readout mode and the second readout mode. Control means for changing the number of times the pixel signal is read out;
An imaging apparatus characterized by having:
前記制御手段は前記読み出し手段を制御して前記単位画素から前記画素信号を読み出す際、前記撮像素子の行単位で前記前記第1の読み出しモードおよび前記第2の読み出しモードのいずれかを選択することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。   When the control means controls the reading means to read the pixel signal from the unit pixel, the control means selects one of the first reading mode and the second reading mode on a row basis of the image sensor. The imaging device according to claim 1, characterized in that 前記第2の読み出しモードで得られた複数の像に応じて焦点調節を行う焦点調節手段を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。   3. The image pickup apparatus according to claim 1, further comprising focusing means for performing focusing in accordance with a plurality of images obtained in the second readout mode. 前記第2の読み出しモードで得られた複数の像を合成して画像を得る画像処理手段を有し、
前記制御手段は、前記画像処理手段における合成に用いた像の数に応じて読み出し回数を決定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置。
An image processing unit configured to obtain an image by combining a plurality of images obtained in the second readout mode;
The image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the control means determines the number of times of reading in accordance with the number of images used for combining in the image processing means.
前記制御手段は、前記第2の読み出しモードにおける読み出し回数を前記第1の読み出しモードにおける読み出し回数よりも多くすることを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。   5. The image pickup apparatus according to claim 4, wherein the control means sets the number of readouts in the second readout mode to be larger than the number of readouts in the first readout mode. 撮影の際に複数の撮影モードから1つの撮影モードを選択する選択手段を有し、
前記制御手段は、前記選択手段で選択された撮影モードに応じて前記読み出し回数を決定することを特徴とする請求項4又は5に記載の撮像装置。
It has selection means for selecting one shooting mode from a plurality of shooting modes at the time of shooting,
The image pickup apparatus according to claim 4, wherein the control unit determines the number of times of reading in accordance with the photographing mode selected by the selection unit.
前記複数の撮影モードには、少なくとも画質優先モードおよびAF優先モードがあり、
前記制御手段は、前記画質優先モードにおける読み出し回数を前記AF優先モードにおける読み出し回数よりも多くすることを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。
The plurality of shooting modes include at least an image quality priority mode and an AF priority mode.
7. The image pickup apparatus according to claim 6, wherein the control means sets the number of readouts in the image quality priority mode to be larger than the number of readouts in the AF priority mode.
前記単位画素は2つの光電変換部を備えることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の撮像装置。   The image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the unit pixel includes two photoelectric conversion units. 前記第2の読み出しモードには、2つの光電変換部をグループとして当該グループ毎に一括して前記画素信号を読み出す第3の読み出しモードと、前記光電変換部毎に前記画素信号を読み出す第4の読み出しモードとが備えられていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の撮像装置。   In the second readout mode, a third readout mode in which the two photoelectric conversion units are grouped and the pixel signal is read collectively for each group as a group, and a fourth readout mode in which the pixel signal is read out for each photoelectric conversion unit The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising: a readout mode. 複数の単位画素が2次元マトリックス状に配列され、前記単位画素の各々が複数の光電変換部を備える撮像素子を有し、前記撮像素子に結像した光学像に応じた画像を得る撮像装置の制御方法であって、
前記単位画素から画素信号を読み出す際に前記複数の光電変換部から一括して前記画素信号を読み出す第1の読み出しモードと、前記複数の光電変換部の各々から画素信号を読み出す第2の読み出しモードとを選択的に行う読み出しステップと、
前記画像を得る際、前記第1の読み出しモードおよび前記第2の読み出しモードを用いる場合には、前記第1の読み出しモードおよび前記第2の読み出しモードにおいて前記読み出しステップによる前記単位画素から前記画素信号を読み出す回数を異ならせる制御ステップと、
を有することを特徴とする制御方法。
An imaging device having an imaging device in which a plurality of unit pixels are arranged in a two-dimensional matrix, and each of the unit pixels includes a plurality of photoelectric conversion units, and obtaining an image according to an optical image formed on the imaging device. Control method, and
When reading out pixel signals from the unit pixels, a first readout mode in which the pixel signals are read out collectively from the plurality of photoelectric conversion units, and a second readout mode in which the pixel signals are read out from each of the plurality of photoelectric conversion units And a read-out step to selectively
When the first readout mode and the second readout mode are used to obtain the image, the pixel signal from the unit pixel in the readout step in the first readout mode and the second readout mode Control step of changing the number of times of reading out
A control method characterized by comprising:
複数の単位画素が2次元マトリックス状に配列され、前記単位画素の各々が複数の光電変換部を備える撮像素子を有し、前記撮像素子に結像した光学像に応じた画像を得る撮像装置で用いられる制御プログラムであって、
前記撮像装置が備えるコンピュータに、
前記単位画素から画素信号を読み出す際に前記複数の光電変換部から一括して前記画素信号を読み出す第1の読み出しモードと、前記複数の光電変換部の各々から画素信号を読み出す第2の読み出しモードとを選択的に行う読み出しステップと、
前記画像を得る際、前記第1の読み出しモードおよび前記第2の読み出しモードを用いる場合には、前記第1の読み出しモードおよび前記第2の読み出しモードにおいて前記読み出しステップによる前記単位画素から前記画素信号を読み出す回数を異ならせる制御ステップと、
を実行させることを特徴とする制御プログラム。
An imaging apparatus comprising: an imaging element in which a plurality of unit pixels are arranged in a two-dimensional matrix, and each of the unit pixels includes a plurality of photoelectric conversion units, and obtaining an image corresponding to an optical image formed on the imaging element. The control program used,
In a computer provided in the imaging device,
When reading out pixel signals from the unit pixels, a first readout mode in which the pixel signals are read out collectively from the plurality of photoelectric conversion units, and a second readout mode in which the pixel signals are read out from each of the plurality of photoelectric conversion units And a read-out step to selectively
When the first readout mode and the second readout mode are used to obtain the image, the pixel signal from the unit pixel in the readout step in the first readout mode and the second readout mode Control step of changing the number of times of reading out
A control program characterized by causing
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