JP2010011056A - Solid-state imaging element and camera system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging element and a camera system capable of realizing a normal cycle and a normal clock duty by a pulse without hazard in an output clock when a frame rate changes during image transfer, and of eliminating distortion of a displayed image. <P>SOLUTION: A solid-state imaging element has: a picture element part 110; a picture element driving part 120 and 150 that can operate so as to read out image data from the picture element part; and a clock controller 170 that implements control for read out image data transfer using an operation clock depending on a frequency selected depending on at least one master clock. The clock controller 170 stops the master clock when switching a frame rate, supplies the master clock after selecting the operation clock during stop of the master clock, and outputs the operation clock with normal pulse width, cycle, and clock duty which are proper to the frame rate after change. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、CMOSイメージセンサに代表される固体撮像素子およびカメラシステムに関するものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device represented by a CMOS image sensor and a camera system.

近年、CCDに代わる固体撮像素子(イメージセンサ)として、CMOSイメージセンサが注目を集めている。
これはCMOSイメージセンサが次の課題を克服しているからである。
すなわち、CCD画素の製造には専用プロセスを必要とし、また、その動作には複数の電源電圧が必要であり、さらに複数の周辺ICを組み合わせて動作させる必要がある。
このようなCCDの場合、システムが非常に複雑化するといった処々の問題を、CMOSイメージセンサが克服しているからである。
In recent years, CMOS image sensors have attracted attention as solid-state imaging devices (image sensors) that replace CCDs.
This is because the CMOS image sensor overcomes the following problems.
That is, a dedicated process is required for manufacturing a CCD pixel, a plurality of power supply voltages are required for its operation, and a plurality of peripheral ICs need to be operated in combination.
This is because, in the case of such a CCD, the CMOS image sensor overcomes various problems such as a very complicated system.

CMOSイメージセンサは、その製造には一般的なCMOS型集積回路と同様の製造プロセスを用いることが可能であり、また単一電源での駆動が可能で、さらにCMOSプロセスを用いたアナログ回路や論理回路を同一チップ内に混在させることができる。
このため、CMOSイメージセンサは、周辺ICの数を減らすことができるといった、大きなメリットを複数持ち合わせている。
The CMOS image sensor can be manufactured by using a manufacturing process similar to that of a general CMOS integrated circuit, can be driven by a single power source, and further, an analog circuit or logic using the CMOS process. Circuits can be mixed in the same chip.
For this reason, the CMOS image sensor has a plurality of great merits such that the number of peripheral ICs can be reduced.

CCDの出力回路は、浮遊拡散層(FD:Floating Diffusion)を有するFDアンプを用いた1チャネル(ch)出力が主流である。
これに対して、CMOSイメージセンサは画素毎にFDアンプを持ち合わせており、その出力は、画素アレイの中のある一行を選択し、それらを同時に列方向へと読み出すような列並列出力型が主流である。
これは、画素内に配置されたFDアンプでは十分な駆動能力を得ることは難しく、したがってデータレートを下げることが必要で、並列処理が有利とされているからである。
The output circuit of a CCD is mainly a 1-channel (ch) output using an FD amplifier having a floating diffusion layer (FD).
In contrast, a CMOS image sensor has an FD amplifier for each pixel, and the output is mainly a column parallel output type in which a row in a pixel array is selected and read out in the column direction at the same time. It is.
This is because it is difficult to obtain a sufficient driving capability with an FD amplifier arranged in a pixel, and therefore it is necessary to lower the data rate, and parallel processing is advantageous.

そして、CMOSイメージセンサでは一般に画素をリセットする際に、行ごとに遂次画素をリセットしていく方式が取られることが多い。
この方式をローリングシャッターと呼ぶ。
In general, in a CMOS image sensor, when resetting pixels, a method of resetting successive pixels for each row is often used.
This method is called a rolling shutter.

図1は、4つのトランジスタで構成されるCMOSイメージセンサの画素例を示す図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating a pixel example of a CMOS image sensor including four transistors.

この画素1は、たとえばフォトダイオードからなる光電変換素子11を有し、この1個の光電変換素子11に対して、転送トランジスタ12、リセットトランジスタ13、増幅トランジスタ14、および選択トランジスタ15の4つのトランジスタを能動素子として有する。   This pixel 1 has a photoelectric conversion element 11 made of, for example, a photodiode. For this one photoelectric conversion element 11, there are four transistors: a transfer transistor 12, a reset transistor 13, an amplification transistor 14, and a selection transistor 15. As an active element.

光電変換素子11は、入射光をその光量に応じた量の電荷(ここでは電子)に光電変換する。
転送トランジスタ12は、光電変換素子11とフローティングディフュージョンFDとの間に接続され、転送制御線LTxを通じてそのゲート(転送ゲート)に送信信号(駆動信号)TGが与えられる。
これにより、光電変換素子11で光電変換された電子をフローティングディフュージョンFDに転送する。
The photoelectric conversion element 11 photoelectrically converts incident light into an amount of electric charges (here, electrons) corresponding to the amount of light.
The transfer transistor 12 is connected between the photoelectric conversion element 11 and the floating diffusion FD, and a transmission signal (drive signal) TG is given to the gate (transfer gate) through the transfer control line LTx.
Thereby, the electrons photoelectrically converted by the photoelectric conversion element 11 are transferred to the floating diffusion FD.

リセットトランジスタ13は、電源ラインLVDDとフローティングディフュージョンFDとの間に接続され、リセット制御線LRSTを通してそのゲートにリセット信号RSTが与えられる。
これにより、フローティングディフュージョンFDの電位を電源ラインLVDDの電位にリセットする。
The reset transistor 13 is connected between the power supply line LVDD and the floating diffusion FD, and a reset signal RST is given to the gate through the reset control line LRST.
As a result, the potential of the floating diffusion FD is reset to the potential of the power supply line LVDD.

フローティングディフュージョンFDには、増幅トランジスタ14のゲートが接続されている。増幅トランジスタ14は、選択トランジスタ15を介して信号線16に接続され、画素部外の定電流源とソースフォロアを構成している。
そして、選択制御線LSELを通してアドレス信号(選択信号)SELが選択トランジスタ15のゲートに与えられ、選択トランジスタ15がオンする。
選択トランジスタ15がオンすると、増幅トランジスタ14はフローティングディフュージョンFDの電位を増幅してその電位に応じた電圧を信号線16に出力する。信号線16を通じて、各画素から出力された電圧は、カラム回路(列処理回路)に出力される。
The gate of the amplification transistor 14 is connected to the floating diffusion FD. The amplification transistor 14 is connected to the signal line 16 via the selection transistor 15, and constitutes a constant current source and a source follower outside the pixel portion.
Then, an address signal (selection signal) SEL is given to the gate of the selection transistor 15 through the selection control line LSEL, and the selection transistor 15 is turned on.
When the selection transistor 15 is turned on, the amplification transistor 14 amplifies the potential of the floating diffusion FD and outputs a voltage corresponding to the potential to the signal line 16. The voltage output from each pixel through the signal line 16 is output to a column circuit (column processing circuit).

この画素のリセット動作とは、光電変換素子11に蓄積されている電荷を、転送トランジスタ12をオンし、光電変換素子11に蓄積された電荷をフローティングディフュージョンFDに転送してはき出すことになる。
このとき、フローティングディフュージョンFDは事前に光電変換素子11の電荷を受け取れるように、リセットトランジスタ13をオンして電荷を電源側にはきすてている。あるいは転送トランジスタ12をオンしている間、これと並行としてリセットトランジスタ13をオンにして、直接電源に電荷をはきすてる場合もある。
これら一連の動作を単純化して、「画素リセット動作」あるいは「シャッター動作」と呼ぶ。
This pixel reset operation means that the charge accumulated in the photoelectric conversion element 11 is turned on by transferring the transfer transistor 12 and the charge accumulated in the photoelectric conversion element 11 is transferred to the floating diffusion FD.
At this time, the floating diffusion FD turns on the reset transistor 13 so as to receive the electric charge of the photoelectric conversion element 11 in advance, and releases the electric charge to the power supply side. Alternatively, while the transfer transistor 12 is turned on, the reset transistor 13 is turned on in parallel with the transfer transistor 12 to directly charge the power supply.
These series of operations are simplified and referred to as “pixel reset operation” or “shutter operation”.

一方読み出し動作では、まずリセットトランジスタ13をオンにしてフローティングディフュージョンFDをリセットし、リセットトランジスタ13をオフにして、その状態でオンされた選択トランジスタ15を通じて出力信号線16に出力する。これをP相出力と呼ぶ。
次に、転送トランジスタ12をオンにして光電変換素子11に蓄積された電荷をフローティングディフュージョンFDに転送し、その出力を出力信号線16に出力する。これをD相出力と呼ぶ。
画素回路外部でD相出力とP相出力の差分をとり、フローティングディフュージョンFDのリセットノイズをキャンセルして画像信号とする。
単純化してこれら一連の動作を単純に「画素読み出し動作」と呼ぶ。
On the other hand, in the read operation, first, the reset transistor 13 is turned on to reset the floating diffusion FD, the reset transistor 13 is turned off, and the signal is output to the output signal line 16 through the selection transistor 15 turned on in that state. This is called P-phase output.
Next, the transfer transistor 12 is turned on to transfer the charge accumulated in the photoelectric conversion element 11 to the floating diffusion FD, and the output is output to the output signal line 16. This is called D-phase output.
The difference between the D-phase output and the P-phase output is taken outside the pixel circuit, and the reset noise of the floating diffusion FD is canceled to obtain an image signal.
For simplicity, these series of operations are simply referred to as “pixel readout operations”.

図2は、図1の画素を2次元アレイ状に配置したCMOSイメージセンサ(固体撮像素子)の一般的な構成例を示す図である。   FIG. 2 is a diagram illustrating a general configuration example of a CMOS image sensor (solid-state imaging device) in which the pixels of FIG. 1 are arranged in a two-dimensional array.

図2のCMOSイメージセンサ20は、図1に示した画素回路を2次元アレイ状に配置した画素アレイ部21、画素駆動回路(垂直走査回路)22、およびカラム回路(列処理回路)23により構成されている。   A CMOS image sensor 20 in FIG. 2 includes a pixel array unit 21 in which the pixel circuits shown in FIG. 1 are arranged in a two-dimensional array, a pixel driving circuit (vertical scanning circuit) 22, and a column circuit (column processing circuit) 23. Has been.

画素駆動回路22は、各行の画素の転送トランジスタ12リセットトランジスタ13、選択トランジスタ15のオン、オフを制御する。   The pixel drive circuit 22 controls on / off of the transfer transistor 12 reset transistor 13 and the selection transistor 15 of each row of pixels.

カラム回路23は、画素駆動回路22により読み出し制御された画素行のデータを受け取り、後段の信号処理回路に転送する回路である。   The column circuit 23 is a circuit that receives data of a pixel row that is controlled to be read out by the pixel driving circuit 22 and transfers the data to a signal processing circuit at a subsequent stage.

このような構成を有するCMOSイメージセンサにおいては、複数の駆動モードを有する。
以下にCMOSイメージセンサの駆動モードの例を示す。
CMOSイメージセンサの駆動モードとしては、全画素読み出しモード、可変ウィンドウ(Window)切り出しモード、水平垂直2x2ライン加算読み出しモード、垂直1/2間引き読み出しモードが知られている。
The CMOS image sensor having such a configuration has a plurality of drive modes.
An example of the drive mode of the CMOS image sensor is shown below.
As a driving mode of the CMOS image sensor, an all-pixel reading mode, a variable window cutting mode, a horizontal / vertical 2 × 2 line addition reading mode, and a vertical ½ thinning reading mode are known.

全画素読み出しモードにおいては、画素を全て読み出す。
可変ウィンドウ切り出しモードにおいては、全画素の中で、任意の水平、垂直領域を切り出し、そのウィンドウ領域を読み出す。
In the all pixel readout mode, all pixels are read out.
In the variable window cutout mode, arbitrary horizontal and vertical areas are cut out from all pixels, and the window areas are read out.

水平垂直2x2ライン加算読み出しモードにおいては、画素を水平方向に2画素、垂直方向に2画素、RGBの同色で加算後に読み出す。このモードは、低照度で使用する。画素の密度は、1/4になる。   In the horizontal / vertical 2 × 2 line addition readout mode, the pixels are read out after addition in the same color of RGB, 2 pixels in the horizontal direction, 2 pixels in the vertical direction. This mode is used at low illumination. The pixel density is 1/4.

垂直1/2間引き読み出しモードにおいては、画素の垂直方向を1/2に間引いて読み出す。このモードでは、縦方向の領域が半分になる。   In the vertical ½ thinning readout mode, readout is performed by thinning the vertical direction of the pixels by ½. In this mode, the vertical area is halved.

図3(A)〜(C)は、CMOSイメージセンサの出力フォーマットを示す図である。   3A to 3C are diagrams showing output formats of the CMOS image sensor.

CMOSイメージセンサの出力フォーマット(Format)には、図3(A)〜(C)に示すように、1DDR、1SDR、2SDRがある。
CMOSイメージセンサから出力される画像データを取り込む回路(DSP等)は、出力フォーマットに応じたデータ取り込みを行う。
The output format (Format) of the CMOS image sensor includes 1DDR, 1SDR, and 2SDR, as shown in FIGS.
A circuit (such as a DSP) that captures image data output from the CMOS image sensor performs data capture according to the output format.

1DDR出力フォーマットの場合、図3(A)に示すように、1ポートで、出力データMUXDATA0を1/2周期の出力クロックMUXDCKで取り込む。   In the case of the 1DDR output format, as shown in FIG. 3 (A), the output data MUXDATA0 is fetched by the output clock MUXDCK of 1/2 cycle at one port.

1SDR出力フォーマットの場合、図3(B)に示しように、1ポートで、出力データMUXDATA0を同じ周期の出力クロックMUXDCKで取り込む。   In the case of the 1SDR output format, as shown in FIG. 3B, the output data MUXDATA0 is fetched with the output clock MUXDCK having the same cycle at one port.

2SDR出力フォーマットの場合、図3(C)に示すように、2ポートで、出力データMUXDATA0,MUXDATA1を同じ周期の出力クロックMUXDCKで取り込む。   In the case of the 2SDR output format, as shown in FIG. 3C, the output data MUXDATA0 and MUXDATA1 are fetched by the output clock MUXDCK having the same cycle in two ports.

CMOSイメージセンサにおいて、駆動モードと出力フォーマットと画像転送用のマスタクロック(Master Clock)の組合せより、フレームレート(Frame_Rate:N_Frame/Sec)が選択され、1フレームの画素領域(H x V)より、出力クロックの周期が決まる。   In the CMOS image sensor, the frame rate (Frame_Rate: N_Frame / Sec) is selected from the combination of the drive mode, the output format, and the master clock for image transfer (Master Clock), and from the pixel area (H x V) of 1 frame, The period of the output clock is determined.

たとえば、仕様がマスタクロックの周波数が100MHz、フレームレートが30フレーム/秒、出力フォーマットが1SDR、1フレームの画素領域が水平方向(H)で1600画素、垂直方向(V)で1000画素の場合、出力クロックの周期は次にようになる。
演算により、1フレームの画素数が1,600,000、1秒間の画素数が48,000,000(=48M)であることから、出力クロック周期は、1/48M、すなわち、20.8n秒(Sec)となる。
特開2004‐166269号公報
For example, when the specification is that the master clock frequency is 100 MHz, the frame rate is 30 frames / second, the output format is 1 SDR, the pixel area of 1 frame is 1600 pixels in the horizontal direction (H), and 1000 pixels in the vertical direction (V), The period of the output clock is as follows.
Since the number of pixels in one frame is 1,600,000 and the number of pixels in one second is 48,000,000 (= 48M), the output clock cycle is 1 / 48M, that is, 20.8nsec. (Sec).
JP 2004-166269 A

ところで、CMOSイメージセンサにおいて、画像データの転送のためのマスタクロックMCKを、非同期の高転送レート用と低転送レート用の2個用いる場合と、1個用いる場合がある。   Incidentally, in the CMOS image sensor, there are cases where two master clocks MCK for transferring image data are used, one for asynchronous high transfer rate and one for low transfer rate.

図4は、画像転送のマスタクロックに、非同期の高転送レート用と低転送レート用の2個を使用している場合のタイミングチャートである。   FIG. 4 is a timing chart when two asynchronous high transfer rate and low transfer rate are used as the master clock for image transfer.

図4において、Clock切替Case1では、クロックClock1の負のパルス幅が消滅する。
Clock切替Case2では、クロックClock2の正のパルス幅が狭くなる。
Clock切替Case3では、クロックClock2の正のパルス幅が狭くなる。
Clock切替Case4では、クロックClock1の負のパルス幅が広くなる。
In FIG. 4, in the clock switching Case1, the negative pulse width of the clock Clock1 disappears.
In Clock switching Case2, the positive pulse width of clock Clock2 becomes narrower.
In Clock switching Case 3, the positive pulse width of clock Clock 2 becomes narrower.
In Clock switching Case4, the negative pulse width of clock Clock1 becomes wide.

そして、図4の場合、非同期のマスタクロックMCK1、MCK2において、フレームレートの切り替わりで、下記の問題があった。   In the case of FIG. 4, there are the following problems in switching the frame rate in the asynchronous master clocks MCK1 and MCK2.

画像データ転送中のマスタクロックMCKの切り替わりで、ハザードが発生する。
出力クロックの生成開始で、正規のパルス幅、周期、クロックデューティ(Clock_Duty)を補償できない。その結果、表示画像にゆがみを生じるおそれがある。
画像データの受け側の回路(DSP等)で、動作モードの切り替わりトリガを検出できない。
不正規の出力クロックを使用して、たとえば1Hラインまたは1ラインで誤動作が発生するおそれがある。
A hazard occurs when the master clock MCK is switched during image data transfer.
The normal pulse width, period, and clock duty (Clock_Duty) cannot be compensated at the start of output clock generation. As a result, the display image may be distorted.
The operation mode switching trigger cannot be detected by the circuit (DSP, etc.) that receives the image data.
If an irregular output clock is used, a malfunction may occur in, for example, 1H line or 1 line.

図5は、画像転送のマスタクロックが、1個を使用している場合のタイミングチャートである。   FIG. 5 is a timing chart when a single master clock for image transfer is used.

図5において、Clock切替Case1では、4分周の正のパルス幅が広くなる。
Clock切替Case2では、2分周の負のパルス幅が消滅する。
Clock切替Case3では、4分周の負のパルス幅が消滅する。
Clock切替Case4では、8分周の負のパルス幅が狭くなる。
In FIG. 5, in the clock switching Case 1, the positive pulse width of divide by 4 is widened.
In Clock switching Case 2, the negative pulse width divided by 2 disappears.
In Clock switching Case3, the negative pulse width of 4 divisions disappears.
In Clock switching Case4, the negative pulse width of 8 division is narrowed.

そして、図5の場合、1個のマスタクロックMCK1において、フレームレート切り替わりで、下記の問題あった。   In the case of FIG. 5, there is the following problem when the frame rate is switched in one master clock MCK1.

出力クロックの生成開始で、正規のパルス幅、周期、クロックデューティを補償できない。その結果、表示画像にゆがみを生じるおそれがある。
画像データの受け側の回路(DSP等)で、動作モードの切り替わりトリガを検出できない。
不正規の出力クロックを使用して、たとえば1Hラインまたは1ラインで誤動作が発生するおそれがある。
The normal pulse width, period, and clock duty cannot be compensated at the start of output clock generation. As a result, the display image may be distorted.
The operation mode switching trigger cannot be detected by the circuit (DSP, etc.) that receives the image data.
If an irregular output clock is used, a malfunction may occur in, for example, 1H line or 1 line.

本発明は、画像転送中にフレームレートの変更があった場合、出力クロックにハザードのないパルスで、正規の周期、クロックデューティを実現でき、表示画像のゆがみをなくすことが可能な固体撮像素子およびカメラシステムを提供することにある。   The present invention provides a solid-state imaging device capable of realizing a normal period and a clock duty with a pulse having no hazard in an output clock when a frame rate is changed during image transfer, and eliminating distortion of a display image. It is to provide a camera system.

本発明の第1の観点の固体撮像素子は、光信号を電気信号に変換し、その電気信号を露光時間に応じて蓄積する機構を有する複数の画素回路が行列状に配列された画素部と、上記画素部の画像データの読み出しを行うように駆動可能な画素駆動部と、読み出した画像データを少なくとも一つのマスタクロックに応じて選択される周波数に応じた動作クロック用いて転送するように制御するクロック制御部と、を有し、上記クロック制御部は、フレームレートの切り替わりで上記マスタクロックを停止し、当該マスタクロックの停止中に、上記動作クロックを選択した後、マスタクロックの供給を行い、変更後のフレームレートに適応した正規のパルス幅、周期、クロックデューティで上記動作クロックを出力する。   A solid-state imaging device according to a first aspect of the present invention includes a pixel unit in which a plurality of pixel circuits having a mechanism for converting an optical signal into an electrical signal and storing the electrical signal in accordance with an exposure time are arranged in a matrix. , A pixel drive unit that can be driven to read out image data of the pixel unit, and control to transfer the read image data using an operation clock corresponding to a frequency selected according to at least one master clock A clock controller that stops the master clock when the frame rate is switched, and supplies the master clock after the operation clock is selected while the master clock is stopped. The operation clock is output with a normal pulse width, period and clock duty adapted to the changed frame rate.

好適には、上記クロック制御部は、周波数の異なるマスタクロックを複数使用して画像データを転送する場合、フレームレートの切り替わりで上記マスタクロックを停止し、当該マスタクロックの停止中に、上記新しいマスタクロックおよび動作クロックを選択した後、選択した新しいマスタクロックの供給を行い、変更後のフレームレートに適応した正規のパルス幅、周期、クロックデューティで上記動作クロックを出力する。   Preferably, when transferring image data using a plurality of master clocks having different frequencies, the clock control unit stops the master clock when the frame rate is switched, and the new master clock is stopped while the master clock is stopped. After selecting the clock and the operation clock, the selected new master clock is supplied, and the operation clock is output with a normal pulse width, period, and clock duty adapted to the changed frame rate.

好適には、上記クロック制御部は、1つのマスタクロックを使用して画像データを転送する場合、フレームレートの切り替わりで上記マスタクロックを停止し、当該マスタクロックの停止中に、上記動作クロックを選択した後、再度マスタクロックの供給を行い、変更後のフレームレートに適応した正規のパルス幅、周期、クロックデューティで上記動作クロックを出力する。   Preferably, when transferring the image data using one master clock, the clock control unit stops the master clock at the switching of the frame rate, and selects the operation clock while the master clock is stopped. After that, the master clock is supplied again, and the operation clock is output with a normal pulse width, period, and clock duty adapted to the changed frame rate.

好適には、上記画素回路は、出力ノードと、光信号を電気信号に変換し信号電荷を蓄積する光電変換素子と、上記送信信号によりオン、オフされ、オン状態で上記光電変換素子の電荷を上記出力ノードの転送する転送素子と、上記第2のリセット信号によりオン、オフされ、オン状態で上記出力ノードをリセットするリセット素子と、を含む。   Preferably, the pixel circuit includes an output node, a photoelectric conversion element that converts an optical signal into an electric signal and accumulates a signal charge, and is turned on and off by the transmission signal, and charges the photoelectric conversion element in an on state. A transfer element that transfers the output node; and a reset element that is turned on and off by the second reset signal and resets the output node in the on state.

好適には、上記画素部から複数の画素単位で画素信号の読み出しを行う画素信号読み出し回路を有し、上記画素信号読み出し回路は、上記動作クロックが供給され、画素の列配列に対応して配置され、読み出し信号電位と参照電圧とを比較判定し、当該判定信号を出力する複数の比較器と、上記比較器の出力に動作が制御され、対応する上記比較器の比較時間をカウントする複数のカウンタと、上記カウンタの出力をラッチするラッチと、を含む。   Preferably, the pixel unit includes a pixel signal readout circuit that reads out pixel signals in units of a plurality of pixels, and the pixel signal readout circuit is supplied with the operation clock and is arranged corresponding to the column arrangement of pixels. A plurality of comparators that compare and determine the read signal potential and the reference voltage and output the determination signal, and a plurality of comparators that control the operation to the output of the comparator and count the comparison time of the corresponding comparator. A counter and a latch for latching the output of the counter.

本発明の第2の観点のカメラシステムは、固体撮像素子と、上記撮像素子に被写体像を結像する光学系と、上記撮像素子の出力画像信号を処理する信号処理回路と、を有し、上記固体撮像素子は、光信号を電気信号に変換し、その電気信号を露光時間に応じて蓄積する機構を有する複数の画素回路が行列状に配列された画素部と、上記画素部の画像データの読み出しを行うように駆動可能な画素駆動部と、読み出した画像データを少なくとも一つのマスタクロックに応じて選択される周波数に応じた動作クロック用いて転送するように制御するクロック制御部と、を有し、上記クロック制御部は、フレームレートの切り替わりで上記マスタクロックを停止し、当該マスタクロックの停止中に、上記動作クロックを選択した後、マスタクロックの供給を行い、変更後のフレームレートに適応した正規のパルス幅、周期、クロックデューティで上記動作クロックを出力する。   A camera system according to a second aspect of the present invention includes a solid-state imaging device, an optical system that forms a subject image on the imaging device, and a signal processing circuit that processes an output image signal of the imaging device, The solid-state imaging device includes a pixel unit in which a plurality of pixel circuits having a mechanism for converting an optical signal into an electrical signal and storing the electrical signal according to an exposure time are arranged in a matrix, and image data of the pixel unit A pixel driver that can be driven so as to perform reading, and a clock controller that controls the read image data to be transferred using an operation clock corresponding to a frequency selected according to at least one master clock. And the clock control unit stops the master clock by switching the frame rate, selects the operation clock while the master clock is stopped, and then selects the master clock. It performs supply, the pulse width of the normal adapted to the frame rate after the change period and outputs the operation clock in the clock duty.

本発明によれば、クロック制御部において、フレームレートの切り替わりでマスタクロックが停止される。
そして、クロック制御部において、マスタクロックの停止中に、動作クロックを選択した後、マスタクロックの供給を行う。次いで、クロック制御部において変更後のフレームレートに適応した正規のパルス幅、周期、クロックデューティで動作クロックが出力される。
According to the present invention, the master clock is stopped by switching the frame rate in the clock control unit.
Then, the clock controller supplies the master clock after selecting the operation clock while the master clock is stopped. Next, the clock control unit outputs an operation clock with a normal pulse width, period, and clock duty adapted to the changed frame rate.

本発明によれば、画像転送中にフレームレートの変更があった場合、出力クロックにハザードのないパルスで、正規の周期、クロックデューティを実現でき、表示画像のゆがみをなくすことが可能となる。   According to the present invention, when the frame rate is changed during image transfer, a normal cycle and clock duty can be realized with pulses having no hazard in the output clock, and distortion of the display image can be eliminated.

以下、本発明の実施の形態を図面に関連付けて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図6は、本発明の実施形態に係るCMOSイメージセンサ(固体撮像素子)の構成例を示す図である。   FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a CMOS image sensor (solid-state imaging device) according to the embodiment of the present invention.

本CMOSイメージセンサ100は、画素アレイ部110、画素駆動部としての垂直走査回路120、および水平走査回路130、カラム読み出し回路140、制御部150、データ処理部160、およびクロック制御部170を有する。   The CMOS image sensor 100 includes a pixel array unit 110, a vertical scanning circuit 120 as a pixel driving unit, a horizontal scanning circuit 130, a column readout circuit 140, a control unit 150, a data processing unit 160, and a clock control unit 170.

画素アレイ部110は、複数の画素回路110Aが2次元状(マトリクス状)に配列されている。
また、固体撮像素子100においては、画素アレイ部110の信号を順次読み出すための制御系としての構成部を有する。
すなわち、固体撮像素子100は、内部クロックやクロック制御部170を含む制御部150、行アドレスや行走査を制御する垂直走査回路120、列アドレスや列走査を制御する水平走査回路130、およびカラム読み出し回路140が配置されている。
制御部150に配置されたクロック制御部170については後で詳述する。
In the pixel array section 110, a plurality of pixel circuits 110A are arranged in a two-dimensional form (matrix form).
In addition, the solid-state imaging device 100 includes a configuration unit as a control system for sequentially reading signals from the pixel array unit 110.
That is, the solid-state imaging device 100 includes a control unit 150 including an internal clock and clock control unit 170, a vertical scanning circuit 120 that controls row addresses and row scanning, a horizontal scanning circuit 130 that controls column addresses and column scanning, and column readout. A circuit 140 is arranged.
The clock control unit 170 arranged in the control unit 150 will be described in detail later.

図7は、本実施形態に係る4つのトランジスタで構成されるCMOSイメージセンサの画素の一例を示す図である。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a pixel of a CMOS image sensor including four transistors according to the present embodiment.

この画素回路110Aは、たとえばフォトダイオードからなる光電変換素子111を有する。
そして、画素回路110Aは、この1個の光電変換素子111に対して、転送トランジスタ112、リセットトランジスタ113、増幅トランジスタ114、および選択トランジスタ115の4つのトランジスタを能動素子として有する。
The pixel circuit 110A includes a photoelectric conversion element 111 made of, for example, a photodiode.
The pixel circuit 110 </ b> A has four transistors, which are a transfer transistor 112, a reset transistor 113, an amplification transistor 114, and a selection transistor 115, as active elements for the one photoelectric conversion element 111.

光電変換素子111は、入射光をその光量に応じた量の電荷(ここでは電子)に光電変換する。
転送トランジスタ112は、光電変換素子111と出力ノードとしてのフローティングディフュージョンFDとの間に接続され、転送制御線LTxを通じてそのゲート(転送ゲート)に制御信号である送信信号TGが与えられる。
これにより、転送トランジスタ112は、光電変換素子111で光電変換された電子をフローティングディフュージョンFDに転送する。
The photoelectric conversion element 111 photoelectrically converts incident light into an amount of electric charges (here, electrons) corresponding to the amount of light.
The transfer transistor 112 is connected between the photoelectric conversion element 111 and the floating diffusion FD as an output node, and a transmission signal TG as a control signal is given to a gate (transfer gate) through the transfer control line LTx.
Thereby, the transfer transistor 112 transfers the electrons photoelectrically converted by the photoelectric conversion element 111 to the floating diffusion FD.

リセットトランジスタ113は、電源ラインLVDDとフローティングディフュージョンFDとの間に接続され、リセット制御線LRSTを通してそのゲートに制御信号であるリセット信号RSTが与えられる。
これにより、リセットトランジスタ113は、フローティングディフュージョンFDの電位を電源ラインLVDDの電位にリセットする。
The reset transistor 113 is connected between the power supply line LVDD and the floating diffusion FD, and a reset signal RST that is a control signal is given to the gate of the reset transistor 113 through the reset control line LRST.
As a result, the reset transistor 113 resets the potential of the floating diffusion FD to the potential of the power supply line LVDD.

フローティングディフュージョンFDには、増幅トランジスタ114のゲートが接続されている。増幅トランジスタ114は、選択トランジスタ115を介して信号線116に接続され、画素部外の定電流源とソースフォロアを構成している。
そして、選択制御線LSELを通してアドレス信号に応じた制御信号である選択信号SELが選択トランジスタ115のゲートに与えられ、選択トランジスタ115がオンする。
選択トランジスタ115がオンすると、増幅トランジスタ114はフローティングディフュージョンFDの電位を増幅してその電位に応じた電圧を信号線116に出力する。信号線116を通じて、各画素から出力された電圧は、カラム読み出し回路140に出力される。
これらの動作は、たとえば転送トランジスタ112、リセットトランジスタ113、および選択トランジスタ115の各ゲートが行単位で接続されていることから、1行分の各画素について同時に行われる。
The gate of the amplification transistor 114 is connected to the floating diffusion FD. The amplification transistor 114 is connected to the signal line 116 via the selection transistor 115, and constitutes a constant current source and a source follower outside the pixel portion.
A selection signal SEL, which is a control signal corresponding to the address signal, is supplied to the gate of the selection transistor 115 through the selection control line LSEL, and the selection transistor 115 is turned on.
When the selection transistor 115 is turned on, the amplification transistor 114 amplifies the potential of the floating diffusion FD and outputs a voltage corresponding to the potential to the signal line 116. The voltage output from each pixel through the signal line 116 is output to the column readout circuit 140.
These operations are performed simultaneously for each pixel for one row because, for example, the gates of the transfer transistor 112, the reset transistor 113, and the selection transistor 115 are connected in units of rows.

画素アレイ部110に配線されているリセット制御線LRST、転送制御線LTx、および選択制御線LSELが一組として画素配列の各行単位で配線されている。
これらのリセット制御線LRST、転送制御線LTx、および選択制御線LSELは、垂直走査回路120により駆動される。
A reset control line LRST, a transfer control line LTx, and a selection control line LSEL wired to the pixel array unit 110 are wired as a set for each row of the pixel array.
These reset control line LRST, transfer control line LTx, and selection control line LSEL are driven by the vertical scanning circuit 120.

垂直走査回路120は、固体撮像素子のシャッター動作・読み出し動作を行う際の行の指定を行う機能を有する。   The vertical scanning circuit 120 has a function of specifying a row when performing a shutter operation / reading operation of the solid-state imaging device.

カラム読み出し回路140は、垂直走査回路120により読み出し制御された画素行のデータを受け取り、この読み出しデータは水平走査回路130を介して後段のデータ処理部160に転送する。
カラム読み出し回路140は、相関二重サンプリング(CDS:Correlated Double Sampling)などの信号処理を施す機能を有する。
The column readout circuit 140 receives the pixel row data controlled to be read out by the vertical scanning circuit 120, and transfers the readout data to the subsequent data processing unit 160 via the horizontal scanning circuit 130.
The column readout circuit 140 has a function of performing signal processing such as correlated double sampling (CDS).

以下、本実施形態に係るクロック制御部170の具体的な構成および機能について説明する。   Hereinafter, a specific configuration and function of the clock control unit 170 according to the present embodiment will be described.

CMOSイメージセンサの駆動モードとしては、たとえば全画素読み出しモード、可変ウィンドウ(Window)切り出しモード、水平垂直2x2ライン加算読み出しモード、垂直1/2間引き読み出しモードを有する。
CMOSイメージセンサの出力フォーマット(Format)には、図3(A)〜(C)に示すように、1DDR、1SDR、2SDRがある。
CMOSイメージセンサから出力される画像データを取り込む回路(DSP等)は、出力フォーマットに応じたデータ取り込みを行う。
As driving modes of the CMOS image sensor, for example, there are an all-pixel reading mode, a variable window cutting mode, a horizontal / vertical 2 × 2 line addition reading mode, and a vertical 1/2 thinning reading mode.
The output format (Format) of the CMOS image sensor includes 1DDR, 1SDR, and 2SDR, as shown in FIGS.
A circuit (such as a DSP) that captures image data output from the CMOS image sensor performs data capture according to the output format.

CMOSイメージセンサにおいて、駆動モードと出力フォーマットと画像転送用のマスタクロック(Master Clock)の組合せより、フレームレート(Frame_Rate:N_Frame/Sec)が選択され、1フレームの画素領域(H x V)より、出力クロックの周期が決まる。   In the CMOS image sensor, the frame rate (Frame_Rate: N_Frame / Sec) is selected from the combination of the drive mode, the output format, and the master clock for image transfer (Master Clock), and from the pixel area (H x V) of 1 frame, The period of the output clock is determined.

クロック制御部170は、画像転送中にフレームレートの変更があった場合、出力クロックにハザードのないパルスで、正規の周期、クロックデューティを実現でき、表示画像のゆがみをなくすことが可能に構成されている。   The clock controller 170 is configured such that when the frame rate is changed during image transfer, a normal cycle and clock duty can be realized with a pulse having no hazard in the output clock, and distortion of the display image can be eliminated. ing.

具体的には、クロック制御部170は、以下に示す特徴的な処理を行うように構成される。   Specifically, the clock control unit 170 is configured to perform the following characteristic processing.

<マスタクロックMCKを2個以上使用して画像データを転送する場合の処理>
(1).フレームレートの切替わりで、マスタクロックMCKを停止する。
(2).受け側の回路(DSP等)は、マスタクロックMCKの停止期間を、使用クロックでサンプリングすることにより、フレームレート変更のトリガとして、検知できる。
(3).マスタクロックMCK停止中に、新しいマスタクロックと動作クロックの選択をする。
(4).その後、新しいマスタクロックMCKに切り替え、変更後のフレームレートに適応した、正規のパルス幅、周期、クロックデューティで動作クロックCLKを出力する。
<Process when transferring image data using two or more master clocks MCK>
(1). The master clock MCK is stopped when the frame rate is switched.
(2) The receiving circuit (DSP or the like) can detect the stop period of the master clock MCK as a trigger for changing the frame rate by sampling with the clock used.
(3). While the master clock MCK is stopped, a new master clock and operation clock are selected.
(4) After that, the master clock MCK is switched to a new master clock MCK, and the operation clock CLK is output with a normal pulse width, period and clock duty adapted to the changed frame rate.

<マスタクロックMCKが1個で画像データを転送する場合の処理>
(1).フレームレートの切り替わりで、マスタクロックMCKを停止する。
(2).受け側の回路(DSP等)は、マスタクロックMCKの停止期間を、使用クロックでサンプリングすることにより、フレームレート変更のトリガとして、検知できる。
(3).マスタクロックMCK停止中に、動作クロックの選択をする。
(4).その後、再度、マスタクロックMCKを供給し、変更後のフレームレートに適応した、正規のパルス幅、周期、クロックデューティで動作クロックCLKを出力する。
<Processing when image data is transferred with one master clock MCK>
(1). The master clock MCK is stopped when the frame rate is switched.
(2) The receiving circuit (DSP or the like) can detect the stop period of the master clock MCK as a trigger for changing the frame rate by sampling with the clock used.
(3). The operation clock is selected while the master clock MCK is stopped.
(4) After that, the master clock MCK is supplied again, and the operation clock CLK is output with a normal pulse width, period and clock duty adapted to the changed frame rate.

以下、クロック制御部170におけるクロック切替タイミングの制御内容を、図8〜図11に関連付けて、さらに詳細に説明する。   Hereinafter, the control content of the clock switching timing in the clock control unit 170 will be described in more detail with reference to FIGS.

図8は、本実施形態に係るクロック制御部におけるマスタクロック切替回路の構成例を示す図である。
図9は、本実施形態に係るクロック制御部における動作クロック生成回路の構成例を示す図である。
図10は、図8の回路のタイミングチャートである。
また、図11は、クロック制御部全体のタイミングチャートである。
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of a master clock switching circuit in the clock control unit according to the present embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of an operation clock generation circuit in the clock control unit according to the present embodiment.
FIG. 10 is a timing chart of the circuit of FIG.
FIG. 11 is a timing chart of the entire clock control unit.

図8のマスタクロック切替回路180は、マスタクロック選択レジスタ(MCLOCK_SEL_reg[6:0])181、第1マスタクロック選択部(Master_Clock1_Sel)182、および第2マスタクロック選択部(Master_Clock2_Sel)183を有する。
マスタクロック切替回路180は、さらに、ラッチ184,185、ANDゲート186,187、およびORゲート188を有する。
The master clock switching circuit 180 of FIG. 8 includes a master clock selection register (MCLOCK_SEL_reg [6: 0]) 181, a first master clock selection unit (Master_Clock1_Sel) 182, and a second master clock selection unit (Master_Clock2_Sel) 183.
Master clock switching circuit 180 further includes latches 184 and 185, AND gates 186 and 187, and OR gate 188.

マスタクロック選択レジスタ181は、たとえば7個のレジスタREG0〜6が縦続接続されている。
このレジスタREG0〜6、ラッチ184,185は、D型フリップフロップにより形成されている。
レジスタREG0〜7およびラッチ184は、第1マスタクロックMCK1をクロックとしてクロック端子に供給される。ラッチ185は、第2マスタクロックMCK2をクロックとしてクロック端子に供給される。
ラッチ184のD入力は第1マスタクロック選択部(Master_Clock1_Sel)182の出力に接続され、ラッチ185のD入力は第2マスタクロック選択部(Master_Clock2_Sel)183の出力に接続されている。
ANDゲート186の一方の入力がラッチ184のQ出力に接続され、他方の入力が第1マスタクロックMCK1の供給ラインに接続されている。
ANDゲート187の一方の入力がラッチ185のQ出力に接続され、他方の入力が第2マスタクロックMCK2の供給ラインに接続されている。
そして、ANDゲート186,187の出力がORゲート188の入力にそれぞれ接続されている。このORゲート188から選択されたマスタクロックが出力Master_Clock_out1 または、Master_Clock_out2として図9の動作クロック生成回路190に出力される。
For example, seven registers REG0 to REG6 are cascade-connected to the master clock selection register 181.
The registers REG0 to REG6 and latches 184 and 185 are formed by D-type flip-flops.
The registers REG0 to REG7 and the latch 184 are supplied to the clock terminals using the first master clock MCK1 as a clock. The latch 185 is supplied to the clock terminal using the second master clock MCK2 as a clock.
The D input of the latch 184 is connected to the output of the first master clock selection unit (Master_Clock1_Sel) 182, and the D input of the latch 185 is connected to the output of the second master clock selection unit (Master_Clock2_Sel) 183.
One input of the AND gate 186 is connected to the Q output of the latch 184, and the other input is connected to the supply line of the first master clock MCK1.
One input of the AND gate 187 is connected to the Q output of the latch 185, and the other input is connected to the supply line of the second master clock MCK2.
The outputs of the AND gates 186 and 187 are connected to the input of the OR gate 188, respectively. The master clock selected from the OR gate 188 is output to the operation clock generation circuit 190 of FIG. 9 as an output Master_Clock_out1 or Master_Clock_out2.

動作クロック生成回路190は、動作クロックMUXDCKを出力するためのレジスタ(muxdckreg)191、同期式64進カウンタ192、クロック分周比選択デコーダ193、ANDゲート194〜199、およびORゲート200を有する。
また、図9には、3ビットのクロック選択信号MUXSELとデコード結果の対応表210を示している。
レジスタ191は、D型フリップフロップにより形成されている。
レジスタ191のD入力がORゲート200の出力に接続され、クロック端子に図8のORゲート188からMaster_Clock_out1 または、Master_Clock_out2として出力されたマスタクロックMCKが供給される。
また、同期式64進カウンタ192のクロック端子にも図8のORゲート188からMaster_Clock_out1 または、Master_Clock_out2として出力されたマスタクロックMCKが供給される。
The operation clock generation circuit 190 includes a register (muxdckreg) 191 for outputting the operation clock MUXDCK, a synchronous hexadecimal counter 192, a clock division ratio selection decoder 193, AND gates 194 to 199, and an OR gate 200.
FIG. 9 shows a correspondence table 210 of the 3-bit clock selection signal MUXSEL and the decoding result.
The register 191 is formed by a D-type flip-flop.
The D input of the register 191 is connected to the output of the OR gate 200, and the master clock MCK output as Master_Clock_out1 or Master_Clock_out2 from the OR gate 188 of FIG. 8 is supplied to the clock terminal.
Further, the master clock MCK output as Master_Clock_out1 or Master_Clock_out2 from the OR gate 188 in FIG. 8 is also supplied to the clock terminal of the synchronous hex counter 192.

レジスタ191と同期式64進カウンタ192のクリア端子にはクリア信号xclrが供給される。
デコーダ193は、クロックの分周比をデコードし、その結果を対応するANDゲート194〜199に出力する。
本実施形態においては、マスタクロックMCKの周波数として256MHzを使用している。そして、128MHz、64MHz、32MHz、16MHz、8MHz、および4MHzに分周する。
A clear signal xclr is supplied to the clear terminals of the register 191 and the synchronous 64-ary counter 192.
The decoder 193 decodes the frequency division ratio of the clock and outputs the result to the corresponding AND gates 194 to 199.
In the present embodiment, 256 MHz is used as the frequency of the master clock MCK. Then, the frequency is divided into 128 MHz, 64 MHz, 32 MHz, 16 MHz, 8 MHz, and 4 MHz.

ANDゲート194〜199の一方の入力には同期式64進カウンタ192の対応する結果が供給され、他方の入力にはデコーダ193の対応するデコード結果が供給される。
ANDゲート194〜199の出力がORゲート200の各入力に接続されている。
One input of the AND gates 194 to 199 is supplied with the corresponding result of the synchronous hex counter 192, and the other input is supplied with the corresponding decoding result of the decoder 193.
The outputs of the AND gates 194 to 199 are connected to the inputs of the OR gate 200.

次に、上記構成によるクロック切替動作を説明する。   Next, the clock switching operation with the above configuration will be described.

画像データ転送中にフレームレートの変更が発生したら、図11に示すように、レジスタ(muxdckreg)191のD入力(Din)を0にし、マスタクロックMCKにより、レジスタ(muxdckreg)191のQ出力を0にする。すなわち、出力クロックを0に固定にする。
次に、レジスタ(muxdckreg)191のQ出力を0にした後に、マスタクロックMCKの供給を停止する。
このマスタクロックMCKの停止期間中に、変更されたフレームレートに対応する新しいマスタクロックMCKを選択する。
When the frame rate is changed during image data transfer, as shown in FIG. 11, the D input (Din) of the register (muxdckreg) 191 is set to 0, and the Q output of the register (muxdckreg) 191 is set to 0 by the master clock MCK. To. That is, the output clock is fixed to 0.
Next, after the Q output of the register (muxdckreg) 191 is set to 0, the supply of the master clock MCK is stopped.
A new master clock MCK corresponding to the changed frame rate is selected during the stop period of the master clock MCK.

マスタクロックMCKの選択は以下に示すように行われる(図10)。
マスタクロック選択信号MCLOCK_SELで、マスタクロックMCK1、MCK2の選択を行う。
マスタクロック選択信号MCLOCK_SELは、高速の第1マスタクロックMCK1でスキャンされ、マスタクロック選択レジスタ(MCLOCK_SEL_reg[6:0])181に連続して保持する。
The selection of the master clock MCK is performed as shown below (FIG. 10).
The master clocks MCK1 and MCK2 are selected by the master clock selection signal MCLOCK_SEL.
The master clock selection signal MCLOCK_SEL is scanned by the high-speed first master clock MCK1 and continuously held in the master clock selection register (MCLOCK_SEL_reg [6: 0]) 181.

マスタクロックレジスタ(MCLOCK_SEL_reg[6:0])181の値が7Fhで、第1マスタクロック選択部(Master_Clock1_Sel)182において第1マスタクロックMCK1の選択を行う。
マスタクロックレジスタ(MCLOCK_SEL_reg[6:0])181の値が00hで、第2マスタクロック選択部(Master_Clock2_Sel)183において第2マスタクロックMCK2の選択を行う。
The value of the master clock register (MCLOCK_SEL_reg [6: 0]) 181 is 7Fh, and the first master clock selection unit (Master_Clock1_Sel) 182 selects the first master clock MCK1.
The value of the master clock register (MCLOCK_SEL_reg [6: 0]) 181 is 00h, and the second master clock selection unit (Master_Clock2_Sel) 183 selects the second master clock MCK2.

第1マスタクロック選択部(Master_Clock1_Sel)182の出力信号は第1マスタクロックMCK1の立下りのタイミングでラッチ184に取り込まれる。
そして、マスタクロック出力Master_Clock_out1 は、第1マスタクロックMCK1とラッチ184とのANDで出力され、正のパルス幅の縮小は発生しない。
第2マスタクロック選択部(Master_Clock2_Sel)183の出力信号は第2マスタクロックMCK2の立下りのタイミングでラッチ185に取り込まれる。
そして、マスタクロック出力Master_Clock_out2 は、第2マスタクロックMCK2とラッチ185とのANDで出力され、正のパルス幅の縮小は発生しない。
The output signal of the first master clock selection unit (Master_Clock1_Sel) 182 is taken into the latch 184 at the falling timing of the first master clock MCK1.
The master clock output Master_Clock_out1 is output as an AND of the first master clock MCK1 and the latch 184, and no positive pulse width reduction occurs.
The output signal of the second master clock selection unit (Master_Clock2_Sel) 183 is taken into the latch 185 at the falling timing of the second master clock MCK2.
The master clock output Master_Clock_out2 is output as an AND of the second master clock MCK2 and the latch 185, and the positive pulse width is not reduced.

マスタクロックレジスタ(MCLOCK_SEL_reg[6:0])181は、7ビット構成のため、第1マスタクロック選択部(Master_Clock1_Sel)182の出力信号と第2マスタクロック選択部(Master_Clock2_Sel)183の出力信号が同時に有効にはならない。
そして、ORゲート188の出力Master_Clock_out は、Master_Clock_out1またはMaster_Clock_out2 のいずれかとして出力される。
Since the master clock register (MCLOCK_SEL_reg [6: 0]) 181 has a 7-bit configuration, the output signal of the first master clock selection unit (Master_Clock1_Sel) 182 and the output signal of the second master clock selection unit (Master_Clock2_Sel) 183 are valid at the same time. It will not be.
The output Master_Clock_out of the OR gate 188 is output as either Master_Clock_out1 or Master_Clock_out2.

また、マスタクロックMCKの供給を停止期間中に、変更されたフレームレートに対応する出力クロックMUXDCKをマスタクロックの分周比1/2〜1/64のデコーダ193選択を行う。
出力クロックMUXDCKの選択は、クロック選択信号MUXSEL=0,1,2,3,4,5 で行い、mux4,8,16,32,64,128 に対応している。
この例では、マスタクロックMCKの周波数=256MHzより同期式64進カウンタ192は 128, 64, 32, 16, 8, 4MHz に分周している。
mux4,8,16,32,64,128 と 128, 64, 32, 16, 8, 4MHz のそれぞれのANDで出力クロックMUXDCKが選択される。
In addition, during a period in which the supply of the master clock MCK is stopped, the decoder 193 having a master clock frequency division ratio of 1/2 to 1/64 is selected for the output clock MUXDCK corresponding to the changed frame rate.
The output clock MUXDCK is selected by the clock selection signal MUXSEL = 0, 1, 2, 3, 4, 5 and corresponds to mux 4, 8, 16, 32, 64, 128.
In this example, the synchronous 64-hexadecimal counter 192 is divided into 128, 64, 32, 16, 8, 4 MHz from the frequency of the master clock MCK = 256 MHz.
The output clock MUXDCK is selected by AND of mux4, 8, 16, 32, 64, 128 and 128, 64, 32, 16, 8, 4 MHz.

マスタクロックMCKの供給開始より出力クロックMUXDCKがレジスタ191から出力され、ハザートのない正規のパルス幅、周期、クロックデューティになる。
そして、出力クロックのパルス幅縮小、パルスの瞬断は発生せず、最初のフレームで表示画像のゆがみが無くなる。
The output clock MUXDCK is output from the register 191 from the start of supply of the master clock MCK, and has a normal pulse width, cycle, and clock duty free from hazards.
Then, the pulse width of the output clock is not reduced and no instantaneous pulse interruption occurs, and the display image is not distorted in the first frame.

以上説明したように、本実施形態によれば、CMOSイメージセンサから出力される画像データの取り込む回路構成において、以下の効果を得ることができる。
受け取り回路で使用しているクロックで、出力クロックをサンプリングすることにより、フレームレートの切り替わりトリガを生成できる。
フレームレートの切り替わりで出力クロックのパルス幅の拡大、縮小、パルスの瞬断は発生しないので、画像データを正常に取り込むことができる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained in the circuit configuration for capturing image data output from the CMOS image sensor.
By sampling the output clock with the clock used in the receiving circuit, a frame rate switching trigger can be generated.
Since the pulse rate of the output clock does not increase / decrease and the instantaneous interruption of the pulse does not occur when the frame rate is switched, the image data can be captured normally.

なお、各実施形態に係るCMOSイメージセンサは、特に限定されないが、たとえば列並列型のアナログ−デジタル変換装置(以下、ADC(Analog digital converter)と略す)を搭載したCMOSイメージセンサとして構成することも可能である。   Although the CMOS image sensor according to each embodiment is not particularly limited, for example, it may be configured as a CMOS image sensor equipped with a column parallel type analog-digital converter (hereinafter abbreviated as ADC (Analog digital converter)). Is possible.

図12は、本実施形態に係る列並列ADC搭載固体撮像素子(CMOSイメージセンサ)の構成例を示すブロック図である。   FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration example of a solid-state image pickup device (CMOS image sensor) with column-parallel ADCs according to the present embodiment.

この固体撮像素子300は、図12に示すように、撮像部としての画素アレイ部310、画素駆動部としての垂直走査回路320、水平転送走査回路330、タイミング制御回路340を有する。
さらに、固体撮像素子300は、ADC群350、デジタル−アナログ変換装置(以下、DAC (Digital Analog converter)と略す)360、アンプ回路(S/A)370、および信号処理回路380を有する。
As shown in FIG. 12, the solid-state imaging device 300 includes a pixel array unit 310 serving as an imaging unit, a vertical scanning circuit 320 serving as a pixel driving unit, a horizontal transfer scanning circuit 330, and a timing control circuit 340.
Further, the solid-state imaging device 300 includes an ADC group 350, a digital-analog converter (hereinafter abbreviated as DAC (Digital Analog converter)) 360, an amplifier circuit (S / A) 370, and a signal processing circuit 380.

画素部アレイ310は、フォトダイオードと画素内アンプとを含む、たとえば図7に示すような画素がマトリックス状(行列状)に配置されて構成される。
また、固体撮像素子300においては、画素アレイ部310の信号を順次読み出すための制御回路として次の回路が配置されている。
すなわち、固体撮像素子300においては、制御回路として内部クロックを生成するタイミング制御回路340、行アドレスや行走査を制御する垂直走査回路320、そして列アドレスや列走査を制御する水平転送走査回路330が配置される。
The pixel section array 310 includes photodiodes and in-pixel amplifiers, for example, pixels as shown in FIG. 7 arranged in a matrix (matrix).
Further, in the solid-state imaging device 300, the following circuit is arranged as a control circuit for sequentially reading out signals from the pixel array unit 310.
That is, the solid-state imaging device 300 includes a timing control circuit 340 that generates an internal clock as a control circuit, a vertical scanning circuit 320 that controls row addresses and row scanning, and a horizontal transfer scanning circuit 330 that controls column addresses and column scanning. Be placed.

そして、タイミング制御回路340が、図6〜図11に関連付けて説明した、クロック制御部170を含む制御部340が配置されている。   The timing control circuit 340 includes a control unit 340 including the clock control unit 170 described with reference to FIGS.

ADC群350は、比較器351、カウンタ352、およびラッチ353を有するADCが複数列配列されている。
比較器351は、DAC360により生成される参照電圧を階段状に変化させたランプ波形(RAMP)である参照電圧Vslopと、行線毎に画素から垂直信号線を経由し得られるアナログ信号とを比較する。
カウンタ352は、比較器351の比較時間をカウントする。
ADC群350は、nビットデジタル信号変換機能を有し、垂直信号線(列線)毎に配置され、列並列ADCブロックが構成される。
各ラッチ353の出力は、たとえば2nビット幅の水平転送線390に接続されている。
そして、水平転送線390に対応した2n個のアンプ回路370、および信号処理回路380が配置される。
In the ADC group 350, a plurality of ADCs each having a comparator 351, a counter 352, and a latch 353 are arranged.
The comparator 351 compares the reference voltage Vslop, which is a ramp waveform (RAMP) obtained by changing the reference voltage generated by the DAC 360 in a stepped manner, with an analog signal obtained from a pixel via a vertical signal line for each row line. To do.
The counter 352 counts the comparison time of the comparator 351.
The ADC group 350 has an n-bit digital signal conversion function and is arranged for each vertical signal line (column line) to constitute a column parallel ADC block.
The output of each latch 353 is connected to a horizontal transfer line 390 having a width of 2n bits, for example.
Then, 2n amplifier circuits 370 and signal processing circuits 380 corresponding to the horizontal transfer lines 390 are arranged.

ADC群350においては、垂直信号線に読み出されたアナログ信号(電位Vsl)は列毎に配置された比較器351で参照電圧Vslop(ある傾きを持った線形に変化するスロープ波形)と比較される。
このとき、比較器351と同様に列毎に配置されたカウンタ352が動作しており、ランプ波形のある電位Vslopとカウンタ値が一対一対応を取りながら変化することで垂直信号線の電位(アナログ信号)Vslをデジタル信号に変換する。
参照電圧Vslopの変化は電圧の変化を時間の変化に変換するものであり、その時間をある周期(クロック)で数えることでデジタル値に変換するものである。
そしてアナログ電気信号Vslと参照電圧Vslopが交わったとき、比較器351の出力が反転し、カウンタ352の入力クロックを停止し、AD変換が完了する。
以上のAD変換期間終了後、水平転送走査回路330により、ラッチ353に保持されたデータが、水平転送線390、アンプ回路370を経て信号処理回路380に入力され、2次元画像が生成される。
このようにして、列並列出力処理が行われる。
In the ADC group 350, an analog signal (potential Vsl) read out to the vertical signal line is compared with a reference voltage Vslop (a linearly changing slope waveform having a certain slope) by a comparator 351 arranged for each column. The
At this time, the counter 352 arranged for each column is operating similarly to the comparator 351, and the potential of the vertical signal line (analogue) is changed by changing the potential Vslop having a ramp waveform and the counter value in a one-to-one correspondence. Signal) Vsl is converted into a digital signal.
The change in the reference voltage Vslop is to convert the change in voltage into a change in time, and is converted into a digital value by counting the time in a certain period (clock).
When the analog electric signal Vsl and the reference voltage Vslop intersect, the output of the comparator 351 is inverted, the input clock of the counter 352 is stopped, and AD conversion is completed.
After the above AD conversion period, the data held in the latch 353 is input to the signal processing circuit 380 via the horizontal transfer line 390 and the amplifier circuit 370 by the horizontal transfer scanning circuit 330, and a two-dimensional image is generated.
In this way, column parallel output processing is performed.

そして、クロック制御部170を有するCMOSイメージセンサ300において、カラムADC用のクロックは、基本クロックは周波数218MHzを使用し、AD変換を行い、メモリ(ラッチ)に記憶させる。
画像データ転送のマスタクロックMCK1,2として、非同期の周波数218MHzあるいは54MHzを使用し、フレームレート変更により選択された動作クロックで、AD変換後のメモリ(ラッチ)された画像データを取り込んでいる。
In the CMOS image sensor 300 having the clock controller 170, the column ADC clock uses a frequency of 218 MHz as the basic clock, performs AD conversion, and is stored in a memory (latch).
As the master clocks MCK1 and MCK2 for image data transfer, asynchronous frequency 218 MHz or 54 MHz is used, and the image data stored in the memory (latched) after AD conversion is taken in with the operation clock selected by changing the frame rate.

このような効果を有する固体撮像素子は、デジタルカメラやビデオカメラの撮像デバイスとして適用することができる。   A solid-state imaging device having such an effect can be applied as an imaging device for a digital camera or a video camera.

図13は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子が適用されるカメラシステムの構成の一例を示す図である。   FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a configuration of a camera system to which the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention is applied.

本カメラシステム400は、図13に示すように、本実施形態に係るCMOSイメージセンサ(固体撮像素子)100,300が適用可能な撮像デバイス410と、この撮像デバイス410の画素領域に入射光を導く(被写体像を結像する)光学系、たとえば入射光(像光)を撮像面上に結像させるレンズ420と、撮像デバイス410を駆動する駆動回路(DRV)430と、撮像デバイス410の出力信号を処理する信号処理回路(PRC)440と、を有する。   As shown in FIG. 13, the camera system 400 guides incident light to an imaging device 410 to which the CMOS image sensors (solid-state imaging devices) 100 and 300 according to the present embodiment can be applied, and a pixel region of the imaging device 410. An optical system (imaging a subject image), for example, a lens 420 that forms incident light (image light) on an imaging surface, a drive circuit (DRV) 430 that drives the imaging device 410, and an output signal of the imaging device 410 And a signal processing circuit (PRC) 440 for processing.

駆動回路430は、撮像デバイス410内の回路を駆動するスタートパルスやクロックパルスを含む各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ(図示せず)を有し、所定のタイミング信号で撮像デバイス410を駆動する。   The drive circuit 430 includes a timing generator (not shown) that generates various timing signals including a start pulse and a clock pulse that drive a circuit in the imaging device 410, and drives the imaging device 410 with a predetermined timing signal. .

また、信号処理回路440は、撮像デバイス410の出力信号に対して所定の信号処理を施す。
信号処理回路440で処理された画像信号は、たとえばメモリなどの記録媒体に記録される。記録媒体に記録された画像情報は、プリンタなどによってハードコピーされる。また、信号処理回路440で処理された画像信号を液晶ディスプレイ等からなるモニターに動画として映し出される。
In addition, the signal processing circuit 440 performs predetermined signal processing on the output signal of the imaging device 410.
The image signal processed by the signal processing circuit 440 is recorded on a recording medium such as a memory. The image information recorded on the recording medium is hard copied by a printer or the like. Further, the image signal processed by the signal processing circuit 440 is displayed as a moving image on a monitor including a liquid crystal display.

上述したように、デジタルスチルカメラ等の撮像装置において、撮像デバイス410として、先述した撮像素子100,300を搭載することで、低消費電力で、高精度なカメラが実現できる。   As described above, in the imaging apparatus such as a digital still camera, by mounting the above-described imaging elements 100 and 300 as the imaging device 410, a highly accurate camera with low power consumption can be realized.

4つのトランジスタで構成されるCMOSイメージセンサの画素例を示す図である。It is a figure which shows the pixel example of the CMOS image sensor comprised by four transistors. 図1の画素を2次元アレイ状に配置したCMOSイメージセンサ(固体撮像素子)の一般的な構成例を示す図である。It is a figure which shows the general structural example of the CMOS image sensor (solid-state image sensor) which has arrange | positioned the pixel of FIG. 1 in the two-dimensional array form. CMOSイメージセンサの出力フォーマットを示す図である。It is a figure which shows the output format of a CMOS image sensor. 画像転送のマスタクロックに、非同期の高転送レート用と低転送レート用の2個を使用している場合のタイミングチャートである。6 is a timing chart when two asynchronous high transfer rate and low transfer rate are used as master clocks for image transfer. 画像転送のマスタクロックが、1個を使用している場合のタイミングチャートである。6 is a timing chart when one master clock for image transfer is used. 本発明の実施形態に係るCMOSイメージセンサ(固体撮像素子)の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the CMOS image sensor (solid-state image sensor) which concerns on embodiment of this invention. 本実施形態に係る4つのトランジスタで構成されるCMOSイメージセンサの画素の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the pixel of the CMOS image sensor comprised by four transistors which concern on this embodiment. 本実施形態に係るクロック制御部におけるマスタクロック切替回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the master clock switching circuit in the clock control part which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るクロック制御部における動作クロック生成回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the operation clock generation circuit in the clock control part which concerns on this embodiment. 図8の回路のタイミングチャートである。FIG. 9 is a timing chart of the circuit of FIG. 8. クロック制御部全体のタイミングチャートである。It is a timing chart of the whole clock control part. 本実施形態に係る列並列ADC搭載固体撮像素子(CMOSイメージセンサ)の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the column parallel ADC mounting solid-state image sensor (CMOS image sensor) which concerns on this embodiment. 本発明の実施形態に係る固体撮像素子が適用されるカメラシステムの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the camera system with which the solid-state image sensor which concerns on embodiment of this invention is applied.

符号の説明Explanation of symbols

100・・・固体撮像素子、110・・・画素アレイ部、110A・・・画素、111・・・光電変換素子、112・・・転送トランジスタ、113・・・リセットトランジスタ、114・・・増幅トランジスタ、115・・・選択トランジスタ、120・・・垂直走査回路(画素駆動部)、130・・・水平走査回路、140・・・カラム読み出し回路、150・・・制御部、160・・・データ処理部、170・・・クロック制御部、171・・・シリアル/パラレル変換部、172・・・データ保持部、173・・・1フレーム遅延更新タイミング生成部、174・・・反映制御部、175・・・ゲイン保持部、176・・・切替部、180・・・マスタクロック切替回路、181・・・マスタクロック選択レジスタ(MCLOCK_SEL_reg[6:0])、182・・・第1マスタクロック選択部(Master_Clock1_Sel)、183・・・第2マスタクロック選択部(Master_Clock2_Sel)、184,185・・・ラッチ、186,187・・・ANDゲート、188・・・ORゲート、190・・・動作クロック生成回路、191・・・レジスタ(muxdckreg)、192・・・同期式64進カウンタ、193・・・クロック分周比選択デコーダ、194〜199・・・ANDゲート、200・・・ORゲート、300・・・固体撮像素子、310・・・画素アレイ部、320・・・垂直走査回路、330・・・水平転送走査回路、340・・・タイミング制御回路、350・・・ADC群、360・・・DAC、370・・・アンプ回路(S/A)、380・・・信号処理回路、400・・・カメラシステム、410・・・撮像デバイス、420・・・レンズ、430・・・駆動回路、440・・・信号処理回路。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Solid-state image sensor, 110 ... Pixel array part, 110A ... Pixel, 111 ... Photoelectric conversion element, 112 ... Transfer transistor, 113 ... Reset transistor, 114 ... Amplification transistor , 115 ... selection transistor, 120 ... vertical scanning circuit (pixel drive unit), 130 ... horizontal scanning circuit, 140 ... column readout circuit, 150 ... control unit, 160 ... data processing 170, clock control unit, 171 ... serial / parallel conversion unit, 172 ... data holding unit, 173 ... 1 frame delay update timing generation unit, 174 ... reflection control unit, 175 ..Gain holding unit, 176 ... switching unit, 180 ... master clock switching circuit, 181 ... master clock selection register (MCLOCK_SEL_reg [6: 0]) , 182 ... 1st master clock selection part (Master_Clock1_Sel), 183 ... 2nd master clock selection part (Master_Clock2_Sel), 184, 185 ... Latch, 186, 187 ... AND gate, 188 ... OR gate, 190... Operation clock generation circuit, 191... Register (muxdckreg), 192... Synchronous hex counter, 193... Clock division ratio selection decoder, 194 to 199. , 200... OR gate, 300... Solid-state image sensor, 310... Pixel array unit, 320... Vertical scanning circuit, 330. ... ADC group, 360 ... DAC, 370 ... Amplifier circuit (S / A), 380 ... Signal processing circuit, 400 ... Camera system, 10 ... imaging device, 420 ... lens, 430 ... driving circuit, 440 ... signal processing circuit.

Claims (6)

光信号を電気信号に変換し、その電気信号を露光時間に応じて蓄積する機構を有する複数の画素回路が行列状に配列された画素部と、
上記画素部の画像データの読み出しを行うように駆動可能な画素駆動部と、
読み出した画像データを少なくとも一つのマスタクロックに応じて選択される周波数に応じた動作クロック用いて転送するように制御するクロック制御部と、を有し、
上記クロック制御部は、
フレームレートの切り替わりで上記マスタクロックを停止し、当該マスタクロックの停止中に、上記動作クロックを選択した後、マスタクロックの供給を行い、変更後のフレームレートに適応した正規のパルス幅、周期、クロックデューティで上記動作クロックを出力する
固体撮像素子。
A pixel unit in which a plurality of pixel circuits having a mechanism for converting an optical signal into an electrical signal and storing the electrical signal according to an exposure time are arranged in a matrix;
A pixel driver that can be driven to read image data of the pixel unit;
A clock control unit for controlling the read image data to be transferred using an operation clock corresponding to a frequency selected according to at least one master clock;
The clock control unit
The master clock is stopped by switching the frame rate, and the master clock is supplied after the operation clock is selected while the master clock is stopped, and the normal pulse width, period, A solid-state image sensor that outputs the above operation clock with a clock duty.
上記クロック制御部は、
周波数の異なるマスタクロックを複数使用して画像データを転送する場合、フレームレートの切り替わりで上記マスタクロックを停止し、当該マスタクロックの停止中に、上記新しいマスタクロックおよび動作クロックを選択した後、選択した新しいマスタクロックの供給を行い、変更後のフレームレートに適応した正規のパルス幅、周期、クロックデューティで上記動作クロックを出力する
請求項1記載の固体撮像素子。
The clock control unit
When transferring image data using multiple master clocks with different frequencies, select the new master clock and operation clock after stopping the master clock by switching the frame rate and selecting the new master clock and operation clock while the master clock is stopped. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the new master clock is supplied and the operation clock is output with a normal pulse width, cycle, and clock duty adapted to the changed frame rate.
上記クロック制御部は、
1つのマスタクロックを使用して画像データを転送する場合、フレームレートの切り替わりで上記マスタクロックを停止し、当該マスタクロックの停止中に、上記動作クロックを選択した後、再度マスタクロックの供給を行い、変更後のフレームレートに適応した正規のパルス幅、周期、クロックデューティで上記動作クロックを出力する
請求項1記載の固体撮像素子。
The clock control unit
When transferring image data using one master clock, the master clock is stopped by switching the frame rate, and the master clock is supplied again after selecting the operation clock while the master clock is stopped. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the operation clock is output with a normal pulse width, period, and clock duty adapted to the changed frame rate.
上記画素回路は、
出力ノードと、
光信号を電気信号に変換し信号電荷を蓄積する光電変換素子と、
上記送信信号によりオン、オフされ、オン状態で上記光電変換素子の電荷を上記出力ノードの転送する転送素子と、
上記第2のリセット信号によりオン、オフされ、オン状態で上記出力ノードをリセットするリセット素子と、を含む
請求項1から3のいずれか一に記載の固体撮像素子。
The pixel circuit is
An output node;
A photoelectric conversion element that converts an optical signal into an electrical signal and accumulates signal charges;
A transfer element that is turned on and off by the transmission signal and transfers the charge of the photoelectric conversion element to the output node in an on state;
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising: a reset device that is turned on and off by the second reset signal and resets the output node in an on state.
上記画素部から複数の画素単位で画素信号の読み出しを行う画素信号読み出し回路を有し、
上記画素信号読み出し回路は、
上記動作クロックが供給され、
画素の列配列に対応して配置され、読み出し信号電位と参照電圧とを比較判定し、当該判定信号を出力する複数の比較器と、
上記比較器の出力に動作が制御され、対応する上記比較器の比較時間をカウントする複数のカウンタと、
上記カウンタの出力をラッチするラッチと、を含む
請求項4記載の固体撮像素子。
A pixel signal readout circuit that reads out pixel signals from the pixel unit in units of a plurality of pixels;
The pixel signal readout circuit is
The above operating clock is supplied,
A plurality of comparators that are arranged corresponding to the column arrangement of pixels, compare and determine a read signal potential and a reference voltage, and output the determination signal;
A plurality of counters whose operation is controlled by the outputs of the comparators and counting the comparison time of the corresponding comparators;
The solid-state imaging device according to claim 4, further comprising: a latch that latches an output of the counter.
固体撮像素子と、
上記撮像素子に被写体像を結像する光学系と、
上記撮像素子の出力画像信号を処理する信号処理回路と、を有し、
上記固体撮像素子は、
光信号を電気信号に変換し、その電気信号を露光時間に応じて蓄積する機構を有する複数の画素回路が行列状に配列された画素部と、
上記画素部の画像データの読み出しを行うように駆動可能な画素駆動部と、
読み出した画像データを少なくとも一つのマスタクロックに応じて選択される周波数に応じた動作クロック用いて転送するように制御するクロック制御部と、を有し、
上記クロック制御部は、
フレームレートの切り替わりで上記マスタクロックを停止し、当該マスタクロックの停止中に、上記動作クロックを選択した後、マスタクロックの供給を行い、変更後のフレームレートに適応した正規のパルス幅、周期、クロックデューティで上記動作クロックを出力する
カメラシステム。
A solid-state image sensor;
An optical system for forming a subject image on the image sensor;
A signal processing circuit for processing an output image signal of the imaging device,
The solid-state imaging device is
A pixel unit in which a plurality of pixel circuits having a mechanism for converting an optical signal into an electrical signal and storing the electrical signal according to an exposure time are arranged in a matrix;
A pixel driver that can be driven to read image data of the pixel unit;
A clock control unit for controlling the read image data to be transferred using an operation clock corresponding to a frequency selected according to at least one master clock;
The clock control unit
The master clock is stopped by switching the frame rate, and the master clock is supplied after the operation clock is selected while the master clock is stopped, and the normal pulse width, period, A camera system that outputs the above operating clock with a clock duty.
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