JP2010011392A - Imaging apparatus and solid-state imaging device - Google Patents

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Takashi Shimizu
孝 清水
Kenichi Shimomura
研一 下邨
Masanori Kyogoku
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging apparatus and a solid-state imaging device matching scan timing of a front-curtain electronic shutter to running characteristics of a curtain shutter without causing any side effect such as inviting deterioration in image quality or missing a shutter chance in the imaging apparatus. <P>SOLUTION: In the imaging apparatus or the solid-state imaging device, that the imaging apparatus incldues, a vertical scan control section 220 for controlling pixel reset in a pixel array includes a curtain shutter synchronizing mode for performing reset scan on pixels of a plurality of rows being adjacent within one horizontal scan term. The vertical scan control section 220 includes a means wherein, during such a mode, M rows in a pixel array 210 is divided into K sets (K is a natural number smaller than M) constituted of a plurality of adjacent rows so as to complete the pixel reset scan on the plurality of rows divided into the sets within one horizontal scan term, respectively, and the number of rows in each set can be arbitrarily selected so as to match pixel reset scan with running characteristics of a second-curtain shutter. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、MOS型等の固体撮像素子、またはMOS型等の固体撮像素子を使用した撮像装置に関するものであり、特に、撮像装置として一眼レフカメラに好適な技術に関するものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device such as a MOS type or an imaging device using a solid-state imaging device such as a MOS type, and particularly relates to a technique suitable for a single-lens reflex camera as an imaging device.

銀塩カメラのフィルムを固体撮像素子に置き換えたデジタルカメラが、カメラ市場の主流になって久しい。デジタル化の恩恵により、「カメラ」と呼ばれる専用機だけでなく、携帯電話やパソコンにもカメラ機能が追加され、誰もが使える商品になった一方で、ハイエンドカメラとしての一眼レフカメラが、さらなる画質や機能の向上、及びそれに逆行するように進む低価格化に支えられて、その市場を近年急速に拡大している。   Digital cameras that replace silver halide camera films with solid-state image sensors have been the mainstream of the camera market for a long time. Thanks to the digitalization, not only a dedicated camera called “camera” but also a camera function has been added to mobile phones and computers, making it usable for everyone. The market has been rapidly expanding in recent years, supported by improvements in image quality and functions, and lower prices that go backwards.

一眼レフカメラは、同じ光学設計を前提として一連の交換レンズを使用できることなどが特徴で、カメラによる画作りを楽しむことを追求した製品仕様になっているが、一方で、そのサイズや重量が大きいことがさらなる市場拡大の足枷になっている。例えば、一眼レフカメラでは幕シャッタが特徴の一つであるが、先幕と後幕の両方のシャッタを備えると、メカが大きくなるなど欠点があるので、固体撮像素子の露光開始タイミングを決定する先幕シャッタを使用せず、固体撮像素子自体の画素リセット走査タイミングによりこれを代替する先幕電子シャッタ機能を搭載した固体撮像素子、ないしはこれを使用したカメラの提案がある(例えば、特許文献1)。
特開平11−41523号公報
Single-lens reflex cameras are characterized by the ability to use a series of interchangeable lenses on the premise of the same optical design, and are designed to enjoy image creation with the camera, but on the other hand, their size and weight are large This is a foothold for further market expansion. For example, a single-lens reflex camera has a curtain shutter as one of the features. However, if both the front curtain and the rear curtain are provided, there is a drawback that the mechanism becomes large, so the exposure start timing of the solid-state imaging device is determined. There is a proposal of a solid-state image pickup device equipped with a front-curtain electronic shutter function that replaces this by the pixel reset scanning timing of the solid-state image pickup device itself without using the front curtain shutter, or a camera using the same (for example, Patent Document 1). ).
Japanese Patent Laid-Open No. 11-41523

特許文献1によると、固体撮像素子の画素リセット走査を行うためのクロック周波数を、画素リセット走査期間だけ高くすることで、固体撮像素子全行の画素リセット走査にかかる時間を幕シャッタの走行時間に合わせるという技術が開示されている(特許文献1の図2(b)。本明細書で図11として再掲。)。   According to Patent Document 1, by increasing the clock frequency for performing the pixel reset scanning of the solid-state imaging device only for the pixel reset scanning period, the time required for the pixel reset scanning of all rows of the solid-state imaging device is set as the running time of the curtain shutter. The technique of matching is disclosed (FIG. 2B of Patent Document 1; reprinted as FIG. 11 in this specification).

また、幕シャッタの走行速度が一定でない場合についても、固体撮像素子の画素リセット走査を行うためのクロック周波数の変調を行うことで、固体撮像素子全行の画素リセット走査にかかる時間を幕シャッタの走行時間に合わせるという技術が開示されている(特許文献1の図3(b)。本明細書で図12として再掲。)。   Also, even when the curtain shutter travel speed is not constant, the time required for the pixel reset scan of all the solid-state image sensors is adjusted by modulating the clock frequency for performing the pixel reset scan of the solid-state image sensor. A technique of adjusting to the traveling time is disclosed (FIG. 3B of Patent Document 1; reprinted as FIG. 12 in this specification).

ここで開示されている技術に含まれる課題を明確化するために、幕シャッタの使用有無による画素リセット走査期間の違いについて説明する。   In order to clarify the problems included in the technology disclosed herein, the difference in the pixel reset scanning period depending on whether or not the curtain shutter is used will be described.

幕シャッタを使用しない場合は、固体撮像素子の画素リセット走査は、画素読み出し走査と同じく、一水平走査期間(以下、1H)を1サイクルとして、1行ずつ行うことで各行の露光時間を均一にしている(図13(a))。したがって、固体撮像素子の1画面分を走査するのにかかる時間は、画素の読み出しレートで決まる。画素読み出しの高速化も進んできたが、画素数の増加も続いているため、一眼レフに使われるような大型の固体撮像素子での全画素読み出しの出力レートはあまり変わらないと考えられる。例えば、そのレートが毎秒5フレーム、つまり1画面分の画素読み出し走査期間が200msの固体撮像素子では、幕シャッタ不使用時の画素リセット走査期間も、同じく200msである。   When the curtain shutter is not used, the pixel reset scanning of the solid-state imaging device is performed one row at a time in one horizontal scanning period (hereinafter referred to as 1H) as in the pixel readout scanning, thereby making the exposure time of each row uniform. (FIG. 13A). Therefore, the time taken to scan one screen of the solid-state imaging device is determined by the pixel readout rate. Although the speed of pixel readout has been increased, the number of pixels continues to increase, so that the output rate of all pixel readout in a large solid-state imaging device used for a single-lens reflex camera is considered not to change much. For example, in a solid-state imaging device whose rate is 5 frames per second, that is, a pixel readout scanning period for one screen is 200 ms, the pixel reset scanning period when the curtain shutter is not used is also 200 ms.

これに対し、幕シャッタが撮像面全体を横切る走行時間は、例えば4msであり、そのオーダーが大きく異なることがわかる(図13(b))。   On the other hand, the traveling time for the curtain shutter to cross the entire imaging surface is, for example, 4 ms, and it can be seen that the order is greatly different (FIG. 13B).

さて、市販カメラの画素数を見ると、コンパクトカメラでもすでに1000万画素を超えており、本発明の適用対象と想定している一眼レフカメラでは近い将来、2000万画素を超えていく見込みである。そこで、たとえば縦横4対3で、5200(V)×3900(V)で有効画素が2000万以上ある固体撮像素子をモデルケースとして、以下の説明を行う。   Now, looking at the number of pixels of commercial cameras, compact cameras already exceed 10 million pixels, and single-lens reflex cameras that are assumed to be the subject of the present invention are expected to exceed 20 million pixels in the near future. . Therefore, for example, a solid-state imaging device having a vertical and horizontal ratio of 4 to 3 and having 5200 (V) × 3900 (V) and 20 million or more effective pixels will be described below as a model case.

前記モデルケースの1フレームサイクルには、垂直ブランキング期間を含めて、ざっと4000行分の水平走査サイクルが必要である。   One frame cycle of the model case requires roughly 4000 rows of horizontal scanning cycles including the vertical blanking period.

200ms ÷ 4000行 = 50μs
4ms ÷ 4000行 = 1μs
200ms ÷ 4000 lines = 50μs
4ms ÷ 4000 lines = 1μs

つまり、幕シャッタ不使用時の画素リセット走査に使える時間として、1行あたり最大50μsあるのに対して、幕シャッタ使用時の画素リセット走査には、平均で1行あたり1μsしかないことがわかる。しかも、幕シャッタの機械的応答による非線形性から、シャッタ動作の前半のリセット走査が長くなる反面、後半の各行では画素リセット走査期間が1μsよりも大幅に短くなる。画素のリセットには通常、1μs程度は必要なので、画素のリセット不足による電荷残りのため、残像という画質上の課題が生じる。   In other words, the maximum time that can be used for the pixel reset scanning when the curtain shutter is not used is 50 μs per row, while the pixel reset scanning when the curtain shutter is used is only 1 μs per row on average. In addition, because of the non-linearity due to the mechanical response of the curtain shutter, the reset scanning in the first half of the shutter operation becomes longer, but the pixel reset scanning period is significantly shorter than 1 μs in each row in the second half. Since the pixel reset usually requires about 1 μs, a charge remaining due to insufficient reset of the pixel causes an image quality problem of afterimage.

特許文献1では、その段落0077や段落0088で図10(本明細書で図14として再掲)を用いて説明しているように、画素リセットパルスは1行ずつ、順次加える仕様となっているが、リセット走査から見た水平走査期間が短く、かつ、行が進むとともに、さらに短くなることについての対策などの記載はない。   In Patent Document 1, as described with reference to FIG. 10 (represented as FIG. 14 in this specification) in paragraphs 0077 and 0088, the pixel reset pulse is sequentially applied line by line. There is no description of measures for shortening the horizontal scanning period as viewed from the reset scanning and further shortening as the line advances.

これを解決するには、図15のように複数のリセット走査が重なることを許して、1行のリセット期間を延ばせばよい。しかしながら、リセット走査を幕シャッタの走行特性に合わせるには、画素リセットパルスの立ち上がりと立ち下がりのタイミングそれぞれにクロック周波数の変調が必要になるという駆動上の課題が生じる。また、各行の特性を揃えるため画素リセットパルス幅を一定にして、クロック変調によるリセット走査を行おうとすると、全行の立ち上がりが完了するまで、立ち下がりの駆動に入ることができなくなる。このため、最初の行のリセット開始(リセットパルス立ち上がり)から最後の行のリセット終了(リセットパルス立ち下がり)までが、幕シャッタ走行時間の倍である8ms以上になってしまう。この場合、数μsあれば十分の画素リセットパルス幅が4msにもなってしまう(幕シャッタのスピードが遅ければ、この時間はさらに長くなる。)。これはカメラシステムから見た場合、カメラのレリーズボタン押下から画像取り込みまでのレスポンスが遅くなることに繋がり、シャッタチャンスを逃すことを意味している。   In order to solve this, it is only necessary to extend a reset period for one row by allowing a plurality of reset scans to overlap as shown in FIG. However, in order to match the reset scanning with the running characteristics of the curtain shutter, there arises a driving problem that the clock frequency needs to be modulated at the rising and falling timings of the pixel reset pulse. Further, if reset scanning by clock modulation is performed with the pixel reset pulse width being constant in order to make the characteristics of each row uniform, it becomes impossible to enter the driving for falling until the rising of all rows is completed. For this reason, the time from the start of reset of the first row (rise of reset pulse) to the end of reset of the last row (fall of reset pulse) is 8 ms or more, which is twice the curtain shutter travel time. In this case, a sufficient pixel reset pulse width is as long as 4 ms with a few μs (if the curtain shutter speed is slow, this time becomes even longer). This means that when viewed from the camera system, the response from pressing the release button of the camera to capturing an image is delayed, and a photo opportunity is missed.

そこで、本発明は、画質の劣化を招いたり、シャッタチャンスを逃すなどの副作用を伴わないで、先幕電子シャッタの走査タイミングを幕シャッタの走行特性に合わせることができる撮像装置及び固体撮像素子を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides an image pickup apparatus and a solid-state image pickup device that can match the scanning timing of the front curtain electronic shutter with the running characteristics of the curtain shutter without causing side effects such as degradation of image quality or missing a photo opportunity. The purpose is to provide.

上記目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子の露光終了を制御するメカニカルシャッタとを有する撮像装置であって、前記固体撮像素子は、複数の画素がM行N列(MとNは自然数)に配置された画素配列と、前記画素配列の画素リセットと画素読み出しを制御する垂直走査制御部とを含み、前記垂直走査制御部は、1水平走査期間に隣接する複数行の画素のリセット走査を行う幕シャッタ同期モードを有し、当該幕シャッタ同期モードでは、画素の露光期間の完了を、前記メカニカルシャッタの後幕動作での遮光により実質的に行い、画素配列のM行を、1または複数の互いに隣接する行からなるK組(KはMより小さい自然数)に分けた場合に、各組に分かれた複数行の画素リセット走査をそれぞれ1水平走査期間で行い、画素リセット走査を後幕シャッタの走行特性に合わせるように、各組の行数を任意に選択することを特徴する。   In order to achieve the above object, an imaging apparatus according to the present invention is an imaging apparatus having a solid-state imaging element and a mechanical shutter that controls the end of exposure of the solid-state imaging element. A pixel array in which pixels are arranged in M rows and N columns (M and N are natural numbers), and a vertical scanning control unit that controls pixel reset and pixel reading of the pixel array. A curtain shutter synchronization mode for performing reset scanning of pixels in a plurality of rows adjacent to the scanning period. In the curtain shutter synchronization mode, the completion of the pixel exposure period is substantially reduced by light shielding in the rear curtain operation of the mechanical shutter. And dividing the M rows of the pixel array into K sets (K is a natural number smaller than M) composed of one or more adjacent rows, a plurality of rows of pixel reset scanning divided into each set are performed. Performed in respectively one horizontal scanning period, so as to match the pixel reset scanning the traveling characteristics of the rear curtain shutter, it features more optional number of rows each set.

また、上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像素子は、複数の画素がM行N列(MとNは自然数)に配置された画素配列と、前記画素配列の画素リセットと画素読み出しを制御する垂直走査制御部とを含む固体撮像素子であって、前記垂直走査制御部は、1水平走査期間に隣接する複数行の画素のリセット走査を行う幕シャッタ同期モードを有し、前記幕シャッタ同期モードでは、画素配列のM行を、1または複数の互いに隣接する行からなるK組(KはMより小さい自然数)に分けた場合に、画素リセット走査をそれぞれ1水平走査期間で行う各組の行数を任意に選択できることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention includes a pixel array in which a plurality of pixels are arranged in M rows and N columns (M and N are natural numbers), a pixel reset of the pixel array, and a pixel A solid-state imaging device including a vertical scanning control unit that controls reading, wherein the vertical scanning control unit has a curtain shutter synchronization mode that performs reset scanning of pixels in a plurality of rows adjacent to one horizontal scanning period, and In the curtain shutter synchronization mode, when the M rows of the pixel array are divided into K groups (K is a natural number smaller than M) composed of one or a plurality of adjacent rows, each pixel reset scan is performed in one horizontal scanning period. The number of rows in each group can be arbitrarily selected.

これにより、幕シャッタ同期モードでは、画素の露光期間の完了を、メカニカルシャッタの後幕動作での遮光により実質的に行い、画素配列のM行を、1または複数の互いに隣接する行からなるK組(KはMより小さい自然数)とした場合に、各組に分かれた複数行の画素リセット走査をそれぞれ1水平走査期間で行い、画素リセット走査を後幕シャッタの走行特性に合わせるように、各組の行数を任意に選択できるので、画質の劣化を招いたり、シャッタチャンスを逃すなどの副作用を伴わないで、先幕電子シャッタの走査タイミングを幕シャッタの走行特性に合わせることができる。   Thus, in the curtain shutter synchronization mode, the completion of the pixel exposure period is substantially performed by light shielding in the rear curtain operation of the mechanical shutter, and the M rows of the pixel array are made up of one or a plurality of adjacent rows. In the case of a set (K is a natural number smaller than M), each of the plurality of rows of pixel reset scans divided into each set is performed in one horizontal scan period, and each pixel reset scan is adjusted to match the running characteristics of the trailing shutter. Since the number of rows in the set can be arbitrarily selected, the scanning timing of the front curtain electronic shutter can be matched to the running characteristics of the curtain shutter without causing side effects such as degradation of image quality and missing photo opportunities.

本発明は、幕シャッタ走行特性に合わせた高速な画素リセット走査を実現する固体撮像素子において、画質に必要なリセットパルス幅が不足するという不具合を避けることができる。また、クロック周波数の変調という手法を使わず、幕シャッタ同期モードでも、ネイティブモードと同様の画素リセット走査タイミングを使うことができるため、2つのモードを兼ね備えた固体撮像素子の設計が容易となる。また、同じくクロック周波数の変調を行わないため、画素リセットパルスの立ち上がりと立ち下がりのタイミング関係に余分な制約が生じず、最初の行の画素リセット開始から最後の行の画素リセット終了までの時間を、幕シャッタ走行時間と同程度に抑えることができる固体撮像素子を実現できるため、シャッタチャンスを逃しにくいカメラシステムを提供できる。   The present invention can avoid a problem that a reset pulse width necessary for image quality is insufficient in a solid-state imaging device that realizes high-speed pixel reset scanning in accordance with curtain shutter running characteristics. In addition, even in the curtain shutter synchronization mode, the same pixel reset scanning timing as in the native mode can be used in the curtain shutter synchronization mode without using the method of clock frequency modulation, so that it is easy to design a solid-state imaging device having two modes. Similarly, because the clock frequency is not modulated, there is no extra restriction on the timing relationship between the rise and fall of the pixel reset pulse, and the time from the start of pixel reset in the first row to the end of pixel reset in the last row is reduced. Since a solid-state imaging device that can be suppressed to the same level as the curtain shutter travel time can be realized, it is possible to provide a camera system that does not miss a photo opportunity.

よって、デジタル一眼レフカメラ等のデジタルカメラが普及してきた今日における本発明の実用的価値は極めて高い。   Therefore, the practical value of the present invention in which digital cameras such as digital single-lens reflex cameras have prevailed is extremely high.

本発明の実施形態に係る撮像装置の構成を図1に示す。
図に示すように、撮像装置(カメラ)は、一眼レフカメラ等であり、大きく分けて、光学系100、固体撮像素子(イメージセンサ)200、画像信号処理部300、および制御部400から構成されている。
A configuration of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention is shown in FIG.
As shown in the figure, the imaging device (camera) is a single-lens reflex camera or the like, and is roughly composed of an optical system 100, a solid-state imaging device (image sensor) 200, an image signal processing unit 300, and a control unit 400. ing.

光学系100は、被写体からの光を集光して固体撮像素子200の画素配列上に画像イメージを形成するレンズ101と、レンズ101と固体撮像素子200の間の光路上に位置し、画素配列上に導かれる光量を制御するメカニカルシャッタ102(以後、幕シャッタと称す)を備えている。   The optical system 100 is located on the optical path between the lens 101 and the solid-state image sensor 200, and the lens 101 that collects light from the subject and forms an image on the pixel array of the solid-state image sensor 200. A mechanical shutter 102 (hereinafter referred to as curtain shutter) that controls the amount of light guided upward is provided.

固体撮像素子200は、フォトダイオードなどの光感応素子やMOSトランジスタ等を含む単位画素を2次元配列上に並べた画素配列210と、画素配列210の画素を行単位で選択し、画素のリセットや読み出しを制御する垂直走査制御部220と、画素配列210から読み出された画素信号をA/D変換するA/D変換回路230、A/D変換された画素信号を保持するカラムデジタルメモリ240、カラムデジタルメモリ240の各列を選択して、保持されているデジタル画素信号の読み出しを駆動する水平走査部250を備える。   The solid-state imaging device 200 selects a pixel array 210 in which unit pixels including a photosensitive element such as a photodiode and a MOS transistor are arranged in a two-dimensional array, and selects the pixels of the pixel array 210 in units of rows, A vertical scanning control unit 220 that controls reading, an A / D conversion circuit 230 that performs A / D conversion on the pixel signals read from the pixel array 210, a column digital memory 240 that holds the A / D converted pixel signals, A horizontal scanning unit 250 that selects each column of the column digital memory 240 and drives reading of the held digital pixel signal is provided.

画像信号処理部300は、固体撮像素子200から出力されたデジタル画素信号を受けて、カメラ信号処理として必要な、ガンマ補正、色補間処理や空間補間処理、オートホワイトバランスなどの処理を行うDSP(Digital Signal Processor)等である。また、JPEGなどの圧縮フォーマットへの変換やメモリへの記録、カメラが備える液晶画面への表示用信号処理などを行う場合もある。   The image signal processing unit 300 receives a digital pixel signal output from the solid-state imaging device 200 and performs a DSP (processing such as gamma correction, color interpolation processing, spatial interpolation processing, and auto white balance necessary for camera signal processing. (Digital Signal Processor). In some cases, conversion to a compression format such as JPEG, recording in a memory, display signal processing on a liquid crystal screen provided in the camera, and the like may be performed.

制御部400は、ユーザI/F(図示せず)で指定された各種の設定に従って、光学系や固体撮像素子、画像信号処理部の制御を行い、撮像装置の全体動作を統合するマイクロコンピュータ等である。ユーザI/Fとしては、例えば、ズーム倍率の変更やレリーズボタンなどのリアルタイム指示も入力として受け、レンズ101のズーム倍率変更や幕シャッタ102の走行や固体撮像素子200のリセット走査の制御を行う。特に本発明の観点では、カメラシステムの設計者が幕シャッタの走行特性に合わせたリセット走査に係る制御パラメータを、ユーザI/Fを介して、後述のリセット走査レジスタに書き込むことを想定している。   The control unit 400 controls the optical system, the solid-state imaging device, and the image signal processing unit in accordance with various settings designated by a user I / F (not shown), and a microcomputer that integrates the entire operation of the imaging apparatus. It is. As the user I / F, for example, a zoom magnification change and a real-time instruction such as a release button are received as inputs, and the zoom magnification change of the lens 101, the running of the curtain shutter 102, and the reset scanning of the solid-state imaging device 200 are controlled. In particular, from the viewpoint of the present invention, it is assumed that a camera system designer writes a control parameter related to reset scanning in accordance with the running characteristics of the curtain shutter into a reset scanning register (to be described later) via the user I / F. .

固体撮像素子200のうち、垂直走査制御部220のリセット走査に係る部位について、画素配列210との接続を含めて、図2を用いて説明する。なお、垂直走査制御部220が含む画素読み出し走査回路、およびこれに接続し、画素読み出しにのみ係る回路は、本図では省略している。   A part of the solid-state imaging device 200 related to the reset scanning of the vertical scanning control unit 220 including the connection with the pixel array 210 will be described with reference to FIG. Note that a pixel readout scanning circuit included in the vertical scanning control unit 220 and a circuit connected to and connected to the pixel readout only are omitted in this drawing.

垂直走査制御部220は、1行分の画素を読み出すサイクル時間である1水平走査期間(1H)毎に、画素のリセットトランジスタのOn/Offを制御するRSi信号や、画素の転送トランジスタのOn/Offを制御するTXi信号の各行共通の原信号となるRSg信号やTXg信号を生成する水平同期信号発生回路221と、画素配列210の各行の画素のリセットのための選択走査を行う画素リセット走査回路222、および画素リセット走査回路の制御パラメータを指定するリセット走査レジスタ223を備える。   The vertical scanning control unit 220 controls the RSi signal for controlling the On / Off of the pixel reset transistor and the On / Off of the pixel transfer transistor every horizontal scanning period (1H) which is a cycle time for reading out pixels for one row. A horizontal synchronization signal generation circuit 221 that generates an RSg signal or a TXg signal that is an original signal common to each row of the TXi signal that controls Off, and a pixel reset scanning circuit that performs selective scanning for resetting pixels in each row of the pixel array 210 222 and a reset scanning register 223 for designating control parameters of the pixel reset scanning circuit.

以下では図3を用いて、幕シャッタを使わない場合について、画素のリセット走査タイミングを説明する。   Hereinafter, the pixel reset scanning timing in the case where the curtain shutter is not used will be described with reference to FIG.

水平同期信号発生回路221から出力される原信号RSgやTXgは、1水平走査期間に1回、アクティブとなる信号である。画素リセット走査回路からSEL1、SEL2、...と順次出力される行選択信号SELiは、基本的に1水平走査期間アクティブとなる信号で、上述の原信号RSgやTXgとの論理積を取ったあと、波形整形用バッファ(または、信号振幅変換のためのレベルシフタ)を介して、RSiやTXiとして、同じく順次出力される。   The original signals RSg and TXg output from the horizontal synchronizing signal generation circuit 221 are signals that become active once in one horizontal scanning period. From the pixel reset scanning circuit, SEL1, SEL2,. . . The row selection signal SELi that is sequentially output is basically a signal that becomes active for one horizontal scanning period, and after performing a logical product with the above-mentioned original signals RSg and TXg, the waveform shaping buffer (or signal amplitude conversion) Are also sequentially output as RSi and TXi.

画素に対して、リセットが有効となるのはRSiとTXiが同時に“H”の期間であるが、「発明が解決しようとする課題」で説明したように、想定しているカメラシステムでは、1水平走査期間が、たとえば50μsであり、RSiやTXiの“H”に必要な期間は1μs程度であるので、十分余裕があることがわかる。   The reset is effective for the pixel during the period when RSi and TXi are simultaneously “H”. However, as described in “Problems to be Solved by the Invention”, in the assumed camera system, 1 The horizontal scanning period is, for example, 50 μs, and the period necessary for “H” of RSi and TXi is about 1 μs.

ここで、図3を用いて説明したように、1水平走査期間に1行分のみの画素のリセット走査を行うモードを、本明細書において、「ネイティブモード」と呼ぶことにする。これに対して、幕シャッタを使用するため、画素リセット走査を、幕シャッタの走査タイミングと同期を取るモードを「幕シャッタ同期モード」と呼ぶことにする。   Here, as described with reference to FIG. 3, a mode in which reset scanning of pixels for only one row in one horizontal scanning period is referred to as “native mode” in this specification. On the other hand, since the curtain shutter is used, a mode in which the pixel reset scanning is synchronized with the curtain shutter scanning timing is referred to as a “curtain shutter synchronization mode”.

次に、図4を用いて、この幕シャッタ同期モードでの画素のリセット走査タイミングを説明する。同じく、水平同期信号発生回路221から出力される原信号RSgやTXgは、1水平走査期間に1回、アクティブとなる信号であって、基本的に1水平走査期間が同じであり、これらのパルス幅やタイミングも同じとする。但し、幕シャッタ同期モードでは、後述するようにリセット走査レジスタの設定にしたがって、複数行を同時にリセットすることができ、かつ、その行数を行アドレスによって変えることができる。その様子をタイミング波形として示したのが図4であり、画素リセット走査回路から出力される行選択信号SELiのうち、SEL1、SEL2と1行ずつリセットをした後、SEL3とSEL4が同時にアクティブとなり、3行目と4行目が同時にリセットされることがわかる。   Next, pixel reset scanning timing in the curtain shutter synchronization mode will be described with reference to FIG. Similarly, the original signals RSg and TXg output from the horizontal synchronizing signal generation circuit 221 are signals that become active once in one horizontal scanning period, and basically have the same one horizontal scanning period. The width and timing are the same. However, in the curtain shutter synchronization mode, a plurality of lines can be reset simultaneously and the number of lines can be changed according to the line address according to the setting of the reset scanning register as will be described later. FIG. 4 shows the state as a timing waveform. Among the row selection signals SELi output from the pixel reset scanning circuit, after resetting SEL1 and SEL2 one by one, SEL3 and SEL4 become active at the same time. It can be seen that the third and fourth lines are reset simultaneously.

つまり、本発明の垂直走査制御部220の画素配列M行全行に対する動作を考えると、画素配列M行を、1または複数の互いに隣接する行からなるK組(KはMより小さい自然数)に分けて、各組の複数行の画素リセット走査をそれぞれ1水平走査期間で行い、K組すべての画素リセット走査をK水平走査期間で行うことで、M行全行の画素リセット走査期間をK/Mに短縮し、画素リセット走査を後幕シャッタの走行特性に合わせるように、各組の行数を任意に選択できる機能を有する。   In other words, considering the operation of the vertical scanning control unit 220 of the present invention for all the M rows of the pixel array, the M rows of the pixel array are divided into K sets (K is a natural number smaller than M) including one or a plurality of adjacent rows. Separately, pixel reset scanning of a plurality of rows in each group is performed in one horizontal scanning period, and pixel reset scanning in all K groups is performed in a K horizontal scanning period. The number of rows in each group can be arbitrarily selected so that the pixel reset scanning is shortened to M and the running characteristics of the rear curtain shutter are matched.

なお、図3と図4では、RSiをTXiと同じく、行ごとに制御する波形で示しているが、RSiについては、全行分すべてを画素リセット期間中にアクティブにして、TXiのみ、垂直走査を行うなどの制御を行うことも可能である。   In FIGS. 3 and 4, RSi is shown as a waveform for each row as in TXi. However, for RSi, all rows are activated during the pixel reset period, and only TXi is scanned vertically. It is also possible to perform control such as.

また、図2において、画素配列の理解を容易とするために、入射光を電荷に変換するフォトダイオード(以後、PDと称す)と、フォトダイオードの電荷のフローティングディフュージョン(以後、FDと称す)への転送を信号TXiにより制御する転送トランジスタ、信号RSiによりFD及びPDをリセットするためのリセットトランジスタ、およびFDの電位を画素出力線Pjに読み出すSFトランジスタを含むi行j列の1画素の構成を図中に示したが、さらに、出力の選択を行う選択トランジスタを備えた画素構成や、複数画素で1個のFDや1個のリセットトランジスタを共有する画素構成であったとしても、本発明は適用可能である。   In FIG. 2, in order to facilitate understanding of the pixel arrangement, a photodiode (hereinafter referred to as PD) that converts incident light into electric charge and a floating diffusion (hereinafter referred to as FD) of the electric charge of the photodiode. The configuration of one pixel in the i row and j column includes a transfer transistor that controls the transfer of the FD and PD by the signal TXi, a reset transistor for resetting the FD and PD by the signal RSi, and an SF transistor that reads the potential of the FD to the pixel output line Pj. Although shown in the figure, the present invention can be applied to a pixel configuration including a selection transistor for selecting an output, or a pixel configuration in which a plurality of pixels share one FD or one reset transistor. Applicable.

また、図3と図4に記載したVRは画素の電源であり、図2に示した画素構成の場合、読み出し時に電圧制御を行うことがあるため、念のために記載しているが、画素リセット走査時は電源電位を保ったままでよいため、本発明には直接関係しない。   3 and 4 is a power source of the pixel. In the case of the pixel configuration shown in FIG. 2, voltage control may be performed at the time of reading. Since the power supply potential may be maintained during reset scanning, it is not directly related to the present invention.

次に、図5を用いて、リセット走査レジスタ223の詳細について説明する。
図に示すように、リセット走査レジスタ223は、レジスタファイルであり、「同時リセット行数変化点1」〜「同時リセット行数変化点K−1」までのK−1個のレジスタと、「同時画素リセット行数1」〜「同時画素リセット行数K」までのK個のレジスタを備えている。
Next, the details of the reset scanning register 223 will be described with reference to FIG.
As shown in the figure, the reset scanning register 223 is a register file, and includes K−1 registers from “simultaneous reset row number change point 1” to “simultaneously reset row number change point K−1”, K registers from “pixel reset row number 1” to “simultaneous pixel reset row number K” are provided.

「同時リセット行数変化点i」は、画素リセット走査を折れ線グラフと見た場合の折れ点に当たる行を指定するレジスタである。「同時画素リセット行数i」は、1水平走査期間に同時にリセットする行数を指定するレジスタである。同じく、折れ線グラフへの対応としては、各折れ線の傾きに相当するパラメータである。   The “simultaneous reset row number change point i” is a register that designates a row corresponding to a break point when the pixel reset scan is viewed as a line graph. The “simultaneous pixel reset row number i” is a register for designating the number of rows to be simultaneously reset in one horizontal scanning period. Similarly, the correspondence to the line graph is a parameter corresponding to the inclination of each line.

以下、折れ線近似のフローチャートである図6を用いて、垂直走査制御部220による具体的な動作を説明する。   Hereinafter, a specific operation by the vertical scanning control unit 220 will be described with reference to FIG. 6 which is a flowchart of broken line approximation.

まず、垂直走査開始時に、画素のリセット行を示すカウンタ値を初期化(ゼロに)する(図6のステップa0。以下同様)。次に、(カウンタ値 ≦「同時リセット行数変化点1」)の条件判定(ステップa1)を満たしていれば、カウンタ値を「同時画素リセット行数1」分インクリメントし(ステップa2)、(カウンタ値+1−「同時画素リセット行数1」)行目から(カウンタ値)行目までについて同時にリセット信号を出力する(ステップa3)。   First, at the start of vertical scanning, a counter value indicating a pixel reset row is initialized (to zero) (step a0 in FIG. 6; the same applies hereinafter). Next, if the condition determination (step a1) of (counter value ≦ “simultaneous reset row number change point 1”) is satisfied, the counter value is incremented by “simultaneous pixel reset row number 1” (step a2), Counter value + 1− “simultaneous pixel reset row number 1”) A reset signal is simultaneously output from the (counter value) row to the (counter value) row (step a3).

また、a1の条件を満たしていない時、かつ、(カウンタ値 ≦「同時リセット行数変化点2」)の条件判定(ステップa4)を満たしていれば、カウンタ値を「同時画素リセット行数2」分インクリメントし(ステップa5)、(カウンタ値+1−「同時画素リセット行数2」)行目から(カウンタ値)行目までについて同時にリセット信号を出力する(ステップa6)。   When the condition of a1 is not satisfied and the condition determination (step a4) of (counter value ≦ “simultaneous reset row number change point 2”) is satisfied, the counter value is set to “simultaneous pixel reset row number 2”. "Counter value + 1-" Simultaneous pixel reset row number 2 ") and simultaneously output a reset signal from the (counter value) row to the (counter value) row (step a6).

また、(カウンタ値≦「同時リセット行数変化点K−2」)の条件を満たしていない時、かつ、(カウンタ値 ≦「同時リセット行数変化点K−1」)の条件判定(ステップa7)を満たしていれば、カウンタ値を「同時画素リセット行数K−1」分インクリメントし(ステップa8)、(カウンタ値+1−「同時画素リセット行数K−1」)行目から(カウンタ値)行目までについて同時にリセット信号を出力する(ステップa9)。   Further, when the condition of (counter value ≦ “simultaneous reset row number change point K−2”) is not satisfied, and the condition determination of (counter value ≦ “simultaneous reset row number change point K−1”) (step a7) ), The counter value is incremented by “simultaneous pixel reset row number K−1” (step a8), and (counter value + 1− “simultaneous pixel reset row number K−1”) from the row (counter value) ) A reset signal is simultaneously output up to the line (step a9).

また、「同時リセット行数変化点K−1」より大きいカウンタ値であれば、カウンタ値を(同時画素リセット行数K)分インクリメントし(ステップa10)、(カウンタ値+1−「同時画素リセット行数K」)行目から(カウンタ値)行目までリセット信号を出力する(ステップa11)。   If the counter value is larger than “simultaneous reset row number change point K−1”, the counter value is incremented by (simultaneous pixel reset row number K) (step a10), and (counter value + 1− “simultaneous pixel reset row”). The reset signal is output from the (number K ") line to the (counter value) line (step a11).

最後に、水平走査開始タイミングまで待った後に(ステップa12)、垂直走査が完了しているかどうかを判定し、完了していなければ、水平走査サイクルとして繰り返しを行う(ステップb1〜b2)。垂直走査が完了していれば、先幕電子シャッタとしての画素リセット走査の完了となる。   Finally, after waiting for the horizontal scanning start timing (step a12), it is determined whether or not the vertical scanning is completed. If not, the horizontal scanning cycle is repeated (steps b1 and b2). If the vertical scanning is completed, the pixel reset scanning as the front curtain electronic shutter is completed.

以下では、図7(a)及び図7(b)を使い、さらに具体的なレジスタ設定値を仮定して、幕シャッタ同期モードでの垂直走査制御部220の動作を説明する。   Hereinafter, the operation of the vertical scanning control unit 220 in the curtain shutter synchronization mode will be described using FIGS. 7A and 7B and assuming more specific register setting values.

図7(a)は、縦軸が画素配列の各行に対応し、横軸が時間に対応し、各行の横長の箱の左端が各行の画素リセット終了タイミングc1を示しており、右端が各行の読み出しタイミングc3を示している。固体撮像素子の露光時間c4は前記各行の画素リセット終了タイミングc1から始まり、図の中央を横断する後幕シャッタタイミングc2で終了する。   In FIG. 7A, the vertical axis corresponds to each row of the pixel array, the horizontal axis corresponds to time, the left end of the horizontally long box of each row indicates the pixel reset end timing c1 of each row, and the right end indicates each row. The read timing c3 is shown. The exposure time c4 of the solid-state imaging device starts from the pixel reset end timing c1 of each row and ends at the rear curtain shutter timing c2 crossing the center of the drawing.

たとえば図7(b)に示したように、同時リセット行数変化点1、2、3の設定値をそれぞれ4、12、27とし、同時画素リセット行数1、2、3の設定値を1、2、5と設定した場合、カウンタ値が1行目から4行目までは、ステップa1の条件を満たすので、同時画素リセット行数1(=1)に従って、各行単独にリセットを行う(ステップa2、a3)。   For example, as shown in FIG. 7B, the setting values of the simultaneous reset row number changing points 1, 2, and 3 are set to 4, 12, and 27, respectively, and the setting values of the simultaneous pixel reset row numbers 1, 2, and 3 are set to 1. When the counter value is set to 2, 5, since the condition of step a1 is satisfied when the counter value is from the first line to the fourth line, each line is reset according to the number of simultaneous pixel reset lines 1 (= 1) (step 1). a2, a3).

カウンタ値が5行目から12行目までは、ステップa4の条件を満たすので、同時画素リセット行数2(=2)に従って、2行ずつ同時にリセットを行う(ステップa5、a6)。   Since the counter value satisfies the condition of step a4 when the counter value is from the fifth line to the twelfth line, two lines are simultaneously reset according to the number of simultaneous pixel reset lines 2 (= 2) (steps a5 and a6).

カウンタ値が13行目から27行目までは、ステップa7の条件を満たすので、同時画素リセット行数3(=5)に従って、5行ずつ同時にリセットを行う(ステップa8、a9)。   When the counter value is from the 13th line to the 27th line, the condition of step a7 is satisfied. Therefore, the reset is performed 5 lines at a time according to the number of simultaneous pixel reset lines 3 (= 5) (steps a8 and a9).

このように画素リセットを行うサイクルを一定(1水平走査期間)にしつつ、同時画素リセット行数を1行、2行、5行と増加していくことで、画素リセットによる先幕電子シャッタのタイミングを、後幕シャッタの非線形な走行特性に近似することができる。   The timing of the front curtain electronic shutter by pixel reset is increased by increasing the number of simultaneous pixel reset rows to 1 row, 2 rows, and 5 rows while keeping the pixel reset cycle constant (one horizontal scanning period). Can be approximated to the non-linear running characteristics of the rear curtain shutter.

なお、「同時画素リセット行数1」レジスタの値を1とし、「同時リセット行数変化点1」レジスタの値をM(固体撮像素子の最大行数)にすると、ほかのリセット走査レジスタ設定値に拠らず、「ネイティブモード」での動作となる。また、「同時リセット行数変化点1」レジスタの値はMのままで、「同時画素リセット行数1」レジスタの値を4とすると、画素リセット走査の最初から最後まで4行ずつリセットを行う(折れ点がなく、傾き一定)ことになる。   If the value of the “simultaneous pixel reset row number 1” register is 1, and the value of the “simultaneous reset row number change point 1” register is M (maximum number of rows of the solid-state imaging device), other reset scan register setting values Regardless of the operation, the operation is in the “native mode”. Further, if the value of the “simultaneous reset row number change point 1” register remains M and the value of the “simultaneous pixel reset row number 1” register is 4, reset is performed for every four rows from the beginning to the end of the pixel reset scanning. (There is no break point and the slope is constant).

以下では、図8と図9を用いて、リセット走査レジスタ223の情報に従って、画素リセット走査回路222が同時に選択する行数を変えながら、リセット走査を行う方法を説明する。   Hereinafter, a method of performing reset scanning while changing the number of rows simultaneously selected by the pixel reset scanning circuit 222 in accordance with information in the reset scanning register 223 will be described with reference to FIGS. 8 and 9.

まず画素リセット走査開始時に、制御部400から貰うrst_v信号により、行アドレスカウンタ61を初期化(ゼロに)する。図6の制御フローでも示したように、この段階ではデコーダはマスクされている。   First, at the start of pixel reset scanning, the row address counter 61 is initialized (set to zero) by an rst_v signal received from the control unit 400. As shown in the control flow of FIG. 6, the decoder is masked at this stage.

次に、アドレス範囲判定回路62が、行アドレスカウンタ61のデータ(count)と、「同時リセット行数変化点」レジスタに設定された値との比較を行い、(どのアドレス範囲にいるかを判定した結果であるところの)1〜Kのいずれかの値であるselect_numを出力、セレクタ63はselect_numに該当する「同時画素リセット行数」レジスタの値をselect_dataとして出力する。   Next, the address range determination circuit 62 compares the data (count) of the row address counter 61 with the value set in the “simultaneously resetting row number change point” register (determines which address range is present). As a result, select_num which is one of the values 1 to K is output, and the selector 63 outputs the value of the “simultaneous pixel reset row number” register corresponding to select_num as select_data.

同時行数クロックパルス発生回路64は、clk_sを、入力された同時画素リセット行数(select_data)分のクロックパルスcount_clkとして出力する。例えば、図9でも示したように、select_dataが1の場合はパルスを1個、2の場合はパルスを2個、count_clkとして出力する。   The simultaneous row number clock pulse generation circuit 64 outputs clk_s as clock pulses count_clk for the number of input simultaneous pixel reset rows (select_data). For example, as shown in FIG. 9, when select_data is 1, one pulse is output, and when it is 2, two pulses are output as count_clk.

行アドレスカウンタ61は、count_clkパルスが入力されるたびにその値をインクリメントし、カウンタ値(count)として出力する。   Each time the count_clk pulse is input, the row address counter 61 increments the value and outputs it as a counter value (count).

アドレスデコーダ65は、count値が入力されるたびに、入力されたcount値を行アドレスとしてデコードし、該当するline_sel1〜line_selMのいずれかをアクティブ(“H”レベル)にし、リセット行選択回路66内の該当ラッチに“H”が書き込まれる。このラッチをリセット選択ラッチと呼ぶ。   Each time the count value is input, the address decoder 65 decodes the input count value as a row address, activates any one of the corresponding line_sel1 to line_selM (“H” level), and the reset row selection circuit 66 “H” is written in the corresponding latch. This latch is called a reset selection latch.

このリセット選択ラッチのデータ入力端子には、Hiレベルが固定的に接続されており、また、クロック入力端子には、アドレスデコーダ65の出力であるline_sel1〜line_selMのいずれかが接続されていて、これらの信号がアクティブになることで、“H”レベルが書き込まれる。   The Hi level is fixedly connected to the data input terminal of the reset selection latch, and any of line_sel1 to line_selM which is the output of the address decoder 65 is connected to the clock input terminal. The “H” level is written when this signal becomes active.

1水平走査期間に同時リセットしたい行数分の行アドレスが順次、すべてデコードされ、リセット行選択回路66の該当行のリセット選択ラッチすべてに1が書き込まれることになる。このラッチの値と水平同期信号発生回路221(図2参照)から生成されるTXgやRSgとの論理積を採ることで、リセット行選択回路66は、リセット選択ラッチに1を保持したすべての選択行の画素リセットを実行する。最後に、制御部400から貰うrst_h信号により、リセット選択ラッチのリセット(“L”レベル書込み)を行うことで、1水平走査期間分のリセット走査は完了する。次に、図6の制御フローにも示すように、1フレーム分の処理が終わるまで、上述のアドレス範囲判定回路62によるアドレス比較からの処理を繰り返すことになる。   All the row addresses corresponding to the number of rows to be simultaneously reset in one horizontal scanning period are sequentially decoded, and 1 is written in all the reset selection latches of the corresponding row of the reset row selection circuit 66. By taking the logical product of the latch value and the TXg or RSg generated from the horizontal synchronizing signal generation circuit 221 (see FIG. 2), the reset row selection circuit 66 makes all the selections that hold 1 in the reset selection latch. Perform row pixel reset. Finally, the reset selection latch is reset ("L" level writing) by the rst_h signal received from the control unit 400, thereby completing the reset scanning for one horizontal scanning period. Next, as shown in the control flow of FIG. 6, the process from the address comparison by the address range determination circuit 62 is repeated until the process for one frame is completed.

以上の手順を踏むことで、画素リセット走査回路222が同時に選択する行数を変えながら、リセット走査を行うことができる。   By performing the above procedure, reset scanning can be performed while changing the number of rows selected by the pixel reset scanning circuit 222 at the same time.

なお、同時にリセットする各行アドレスのデコードを逐次的に行うため、リセット行選択回路(リセット選択ラッチ)への1の書込みタイミングが行によって異なり、図9のSEL5、SEL6の波形で示したように、行の選択信号自体は同時ではない。しかしながら、同時行数クロックパルス発生回路64が入力とするclk_sとして、たとえば40MHz程度のクロックを使うことができるので、同時行数がたとえば100行であった場合、
25ns × 100行 = 2.5μs
であり、前述のように1水平走査期間が50μsであった場合、十分短いと云える。仮に1水平走査期間がこれより短い場合でも、RSgとTXgのアクティブタイミングに余裕を持たせることで、行間でリセットタイミングがばらつくことを避けることができる。
Since the row addresses to be reset at the same time are sequentially decoded, the timing of writing 1 to the reset row selection circuit (reset selection latch) varies depending on the row, and as shown by the waveforms of SEL5 and SEL6 in FIG. The row selection signals themselves are not simultaneous. However, as clk_s input to the simultaneous row number clock pulse generation circuit 64, for example, a clock of about 40 MHz can be used. Therefore, when the number of simultaneous rows is, for example, 100 rows,
25 ns x 100 lines = 2.5 μs
As described above, when one horizontal scanning period is 50 μs, it can be said to be sufficiently short. Even if one horizontal scanning period is shorter than this, it is possible to avoid variation in reset timing between rows by providing a margin for the active timing of RSg and TXg.

またさらに、図8に示した画素リセット走査回路のリセット行選択回路66の構成を変更することで、このばらつきを根本的になくすこともできる。画素リセット走査回路のリセット行選択回路のみ変更した回路構成(変形例)を図10に示す。リセット行選択回路67では、ラッチを1段増やして2段構成とし、前段のラッチにすべてのデコード信号をセット後に、1水平走査期間に1回、lat_cp_h信号の制御により、後段のラッチにその値をコピーすることで、後段ラッチの出力である行選択信号SELiがアクティブになるタイミングを揃えることができる。   Furthermore, this variation can be fundamentally eliminated by changing the configuration of the reset row selection circuit 66 of the pixel reset scanning circuit shown in FIG. FIG. 10 shows a circuit configuration (modified example) in which only the reset row selection circuit of the pixel reset scanning circuit is changed. In the reset row selection circuit 67, the number of latches is increased by one to form a two-stage configuration, and after all decode signals are set in the preceding latch, once in one horizontal scanning period, the value is set in the succeeding latch by controlling the lat_cp_h signal , The timing at which the row selection signal SELi, which is the output of the subsequent latch, becomes active can be aligned.

ここで、前段のラッチをリセットしてからlat_cp_h信号の制御でその値を後段のラッチにコピーすれば後段のラッチをリセットできるので、後段のラッチには必ずしもリセット端子は必要がない。   Here, if the latch of the previous stage is reset and then the value is copied to the latch of the subsequent stage by controlling the lat_cp_h signal, the latch of the subsequent stage can be reset. Therefore, the latch of the subsequent stage does not necessarily need a reset terminal.

以上のように、本実施の形態及び変形例における撮像装置によれば、幕シャッタ同期モードでは、画素の露光期間の完了を、メカニカルシャッタの後幕動作での遮光により実質的に行い、画素配列のM行を、1または複数の互いに隣接する行からなるK組(KはMより小さい自然数)とした場合に、各組に分かれた複数行の画素リセット走査をそれぞれ1水平走査期間で行い、画素リセット走査を後幕シャッタの走行特性に合わせるように、各組の行数を任意に選択できるので、画質の劣化を招いたり、シャッタチャンスを逃すなどの副作用を伴わないで、先幕電子シャッタの走査タイミングを幕シャッタの走行特性に合わせることができる。   As described above, according to the imaging device in the present embodiment and the modification, in the curtain shutter synchronization mode, the pixel exposure period is substantially completed by the light shielding in the rear curtain operation of the mechanical shutter. When the M rows are K sets (K is a natural number smaller than M) consisting of one or a plurality of adjacent rows, pixel reset scanning of each row divided into each set is performed in one horizontal scanning period, The number of rows in each group can be arbitrarily selected so that the pixel reset scan matches the running characteristics of the rear curtain shutter, so that the front curtain electronic shutter does not cause side effects such as image quality degradation or missing photo opportunities. The scanning timing can be matched to the running characteristics of the curtain shutter.

なお、本発明は画素の詳細構成に依らず、適用可能である。たとえば、上記実施の形態に対して、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。また、A/D変換の有無を始め、画素からの信号出力経路の回路方式にも依存することなく、適用可能である。   Note that the present invention can be applied regardless of the detailed configuration of the pixel. For example, the present invention also includes modifications obtained by making various modifications conceivable by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Further, the present invention can be applied without depending on the circuit system of the signal output path from the pixel, including the presence / absence of A / D conversion.

また、本実施の形態では、リセット走査レジスタ223を垂直走査制御部220に含むとしたが、本実施の形態の固体撮像素子200の中であれば、他のブロックに含むとしてもよい。また、たとえば、本実施の形態の固体撮像素子200と同一シリコン基板上に画像信号処理部300や制御部400を搭載する場合、リセット走査レジスタ223を画像信号処理部300や制御部400に含むとしても良い。   In the present embodiment, the reset scanning register 223 is included in the vertical scanning control unit 220. However, the reset scanning register 223 may be included in another block as long as it is in the solid-state imaging device 200 of the present embodiment. For example, when the image signal processing unit 300 and the control unit 400 are mounted on the same silicon substrate as the solid-state imaging device 200 of the present embodiment, the reset scanning register 223 is included in the image signal processing unit 300 and the control unit 400. Also good.

また、本実施の形態では、リセット走査パラメータとして、同時リセット行数と、それが変化する行アドレスを指定する場合について説明したが、たとえば、同時リセット行数そのものではなく、同時リセット行数の増分をパラメータとすることでも本発明の効果は何ら変わらない。   Further, in the present embodiment, the case where the number of simultaneous reset lines and the line address that changes as the reset scanning parameter has been described, but for example, the increment of the number of simultaneous reset lines instead of the number of simultaneous reset lines itself. The effect of the present invention is not changed by using as a parameter.

また、汎用的には、幕シャッタ走行特性を現す関数
Line = SHUT(t)
を制御部400に持たせ、入力としてのtに水平走査サイクル毎の時間として、1H、2H、…に相当する値として、1、2、…を入れていくことで、順次、Line1、Line2、…を、SHUT(1)、SHUT(2)、…として計算し、Linei+1 ― Lineiから同時行数を計算する手順を踏んでもよい。これは必ずしも演算器で実現する必要はなく、ルックアップテーブルを参照することで、値を出してもよい。
Also, for general purposes, the function Line = SHUT (t) representing curtain shutter travel characteristics
Is input to t as an input, and time 1, 2,... As values corresponding to 1H, 2H,. .. May be calculated as SHUT (1), SHUT (2),... And the number of simultaneous rows may be calculated from Linei + 1−Linei. This is not necessarily realized by an arithmetic unit, and a value may be output by referring to a lookup table.

なお、本発明を適用した場合、図7に示したように、同時にリセットされる一組の複数行に着目すると、露光開始は同じタイミングであるのに対して、厳密には幕シャッタによる露光終了タイミングは行間で異なるため、行間の露光時間に差が生じることがわかる。   When the present invention is applied, as shown in FIG. 7, focusing on a set of a plurality of rows that are simultaneously reset, exposure starts at the same timing, but strictly speaking, exposure by the curtain shutter ends. Since the timing differs between the rows, it can be seen that there is a difference in the exposure time between the rows.

但し、これも図7を見ればわかるように、その差は1H以内に収まる。先に記載したように、たとえば、有効画素数が1000万〜2000万の固体撮像素子の走査行数は3000〜4000行程度であり、露光時間が1V(1フレーム相当)の場合、各行の露光量の誤差の最大値は、1/3000〜1/4000、すなわち0.03%程度であり無視できるレベルである。露光時間が1/30・V(3フレーム/秒のカメラの場合で1/100秒程度)の場合には、これが1%程度となり無視できなくなるが、各行の露光時間の誤差はリセット走査レジスタ223の設定値としてわかっているので、後段の画像信号処理部300とその値を共有し、画像信号処理部300で各行の信号出力に対する補正ゲインを求め、これを乗じることで簡単に補正が可能であり、かつ、補正ゲイン値はユニティゲインに近いため、補正による誤差はほとんど生じない。   However, as can be seen from FIG. 7, the difference is within 1H. As described above, for example, when the number of scanning rows of a solid-state imaging device having 10 to 20 million effective pixels is about 3000 to 4000 rows and the exposure time is 1 V (corresponding to one frame), the exposure of each row The maximum amount error is 1/3000 to 1/4000, that is, about 0.03%, which is negligible. When the exposure time is 1/30 · V (about 1/100 second in the case of a camera of 3 frames / second), this is about 1% and cannot be ignored, but the error in the exposure time of each row is caused by the reset scanning register 223. Since it is known as the set value, the value is shared with the image signal processing unit 300 in the subsequent stage, the image signal processing unit 300 obtains a correction gain for the signal output of each row, and can be easily corrected by multiplying it. In addition, since the correction gain value is close to unity gain, there is almost no error due to correction.

本発明は、撮像装置及び固体撮像素子として、特に、画質の劣化を招いたり、シャッタチャンスを逃すなどの副作用を伴わないで、先幕電子シャッタの走査タイミングを幕シャッタの走行特性に合わせることができるMOS型撮像装置及びMOS型固体撮像素子として、具体的には、一眼レフカメラ等のデジタルカメラとして、利用できる。   The present invention, as an imaging device and a solid-state imaging device, can adjust the scanning timing of the front curtain electronic shutter to the running characteristics of the curtain shutter, particularly without causing side effects such as degradation of image quality and missing photo opportunities. As a MOS type imaging device and a MOS type solid-state imaging device that can be used, specifically, it can be used as a digital camera such as a single-lens reflex camera.

本発明の撮像装置のシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of an imaging apparatus of the present invention. 本発明の固体撮像素子内の垂直走査制御部と画素配列の詳細な構成図である。It is a detailed block diagram of the vertical scanning control part and pixel arrangement | sequence in the solid-state image sensor of this invention. ネイティブモードの画素リセット走査タイミングを示す図である。It is a figure which shows the pixel reset scanning timing of native mode. 本発明の幕シャッタ同期モードの画素リセット走査タイミングを示す図である。It is a figure which shows the pixel reset scanning timing of curtain shutter synchronous mode of this invention. 本発明のリセット走査に係るパラメータ設定を行うリセット走査レジスタを示す図である。It is a figure which shows the reset scanning register which performs the parameter setting which concerns on the reset scanning of this invention. 本発明の折れ線近似での画素リセット走査の制御フローを示す図である。It is a figure which shows the control flow of the pixel reset scanning in the polygonal line approximation of this invention. 本発明のリセット走査レジスタの設定例とそれによるリセット走査タイミングを示す図である。It is a figure which shows the example of a setting of the reset scanning register of this invention, and the reset scanning timing by it. 本発明のリセット走査に係る画素リセット走査回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the pixel reset scanning circuit which concerns on the reset scanning of this invention. 本発明の画素リセット走査回路による走査波形の一例である。It is an example of the scanning waveform by the pixel reset scanning circuit of this invention. 本発明のリセット走査に係る画素リセット走査回路の異なる構成を示す図である。It is a figure which shows the different structure of the pixel reset scanning circuit which concerns on the reset scanning of this invention. 従来のクロック変調による画素リセット走査方法を示す図であり、画素リセット期間のみクロック周波数を高める方法である。It is a figure which shows the pixel reset scanning method by the conventional clock modulation, and is a method of raising a clock frequency only in a pixel reset period. 従来のクロック変調による画素リセット走査方法を示す図であり、画素リセット期間内に周波数を変化させる方法である。It is a figure which shows the pixel reset scanning method by the conventional clock modulation, and is a method of changing a frequency within a pixel reset period. 幕シャッタ使用有無による走査タイミングの違いの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the difference in the scanning timing by the presence or absence of curtain shutter use. 従来における、画素配列のk行目とi行目のリセット走査、及びそれに関わるパルス波形の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the reset scan of the kth line of a pixel arrangement | sequence, and the pulse waveform in connection with it in the past. 従来技術として、クロック変調により、複数行の画素リセットパルスを重ねて生成する場合の課題を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the subject in the case of producing | generating the pixel reset pulse of several rows by clock modulation as a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

61 行アドレスカウンタ
62 アドレス範囲判定回路
63 セレクタ
64 同時行数クロックパルス発生回路
65 アドレスデコーダ
66、67 リセット行選択回路 100 光学系
101 レンズ
102 メカニカルシャッタ(幕シャッタ)
200 固体撮像素子
210 画素配列
220 垂直走査制御部
221 水平同期信号発生回路
222 画素リセット走査回路
223 リセット走査レジスタ
223−a 同期リセット行数変化点を指定するレジスタ群
223−b 同期画素リセット行数を指定するレジスタ群
230 A/D変換回路
240 カラムデジタルメモリ
250 水平走査部
300 画像信号処理部
400 制御部
61 row address counter 62 address range determination circuit 63 selector 64 simultaneous row number clock pulse generation circuit 65 address decoder 66, 67 reset row selection circuit 100 optical system 101 lens 102 mechanical shutter (curtain shutter)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 200 Solid-state image sensor 210 Pixel arrangement 220 Vertical scanning control part 221 Horizontal synchronizing signal generation circuit 222 Pixel reset scanning circuit 223 Reset scanning register 223-a Register group 223-b A register group which designates a synchronous reset row number change point Register group to be designated 230 A / D conversion circuit 240 Column digital memory 250 Horizontal scanning unit 300 Image signal processing unit 400 Control unit

Claims (5)

固体撮像素子と、前記固体撮像素子の露光終了を制御するメカニカルシャッタとを有する撮像装置であって、
前記固体撮像素子は、複数の画素がM行N列(MとNは自然数)に配置された画素配列と、前記画素配列の画素リセットと画素読み出しを制御する垂直走査制御部とを含み、
前記垂直走査制御部は、1水平走査期間に隣接する複数行の画素のリセット走査を行う幕シャッタ同期モードを有し、当該幕シャッタ同期モードでは、画素の露光期間の完了を、前記メカニカルシャッタの後幕動作での遮光により実質的に行い、画素配列のM行を、1または複数の互いに隣接する行からなるK組(KはMより小さい自然数)に分けた場合に、各組に分かれた複数行の画素リセット走査をそれぞれ1水平走査期間で行い、画素リセット走査を後幕シャッタの走行特性に合わせるように、各組の行数を任意に選択することを特徴とした撮像装置。
An imaging apparatus having a solid-state imaging device and a mechanical shutter that controls the end of exposure of the solid-state imaging device,
The solid-state imaging device includes a pixel array in which a plurality of pixels are arranged in M rows and N columns (M and N are natural numbers), and a vertical scanning control unit that controls pixel reset and pixel readout of the pixel array,
The vertical scanning control unit has a curtain shutter synchronization mode for performing reset scanning of pixels in a plurality of rows adjacent to one horizontal scanning period. In the curtain shutter synchronization mode, the completion of the pixel exposure period is determined by the mechanical shutter. Substantially performed by shading in the trailing curtain operation, the M rows of the pixel array are divided into K sets (K is a natural number smaller than M) divided into one or a plurality of adjacent rows. An image pickup apparatus, wherein a plurality of rows of pixel reset scanning are each performed in one horizontal scanning period, and the number of rows in each group is arbitrarily selected so that the pixel reset scanning is matched with the running characteristics of the rear curtain shutter.
前記固体撮像素子は、前記幕シャッタ同期モードにおいて、隣接する複数行ごとに同時に画素リセットを行う前記各組の行数、及び同時リセット行数が変わる行アドレスを保持するレジスタを備え、当該レジスタに書き込まれたレジスタ値に対応するタイミングで、画素のリセット走査を行うことを特徴とした請求項1記載の撮像装置。   The solid-state imaging device includes a register that holds the number of rows of each set that simultaneously performs pixel reset for each of a plurality of adjacent rows in the curtain shutter synchronization mode, and a row address that changes the number of simultaneous reset rows. 2. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein reset scanning of the pixels is performed at a timing corresponding to the written register value. 複数の画素がM行N列(MとNは自然数)に配置された画素配列と、前記画素配列の画素リセットと画素読み出しを制御する垂直走査制御部とを含む固体撮像素子であって、
前記垂直走査制御部は、1水平走査期間に隣接する複数行の画素のリセット走査を行う幕シャッタ同期モードを有し、前記幕シャッタ同期モードでは、画素配列のM行を、1または複数の互いに隣接する行からなるK組(KはMより小さい自然数)に分けた場合に、画素リセット走査をそれぞれ1水平走査期間で行う各組の行数を任意に選択することを特徴とした固体撮像素子。
A solid-state imaging device including a pixel array in which a plurality of pixels are arranged in M rows and N columns (M and N are natural numbers), and a vertical scanning control unit that controls pixel reset and pixel readout of the pixel array,
The vertical scanning control unit has a curtain shutter synchronization mode for performing reset scanning of a plurality of rows of pixels adjacent to one horizontal scanning period. In the curtain shutter synchronization mode, the M rows of the pixel array are arranged in one or more mutually. A solid-state imaging device characterized by arbitrarily selecting the number of rows in each set for performing pixel reset scanning in one horizontal scanning period when divided into K sets (K is a natural number smaller than M) composed of adjacent rows. .
前記固体撮像素子は、前記幕シャッタ同期モードにおいて、隣接する複数行ごとに同時に画素リセットを行う前記各組の行数、及び同時リセット行数が変わる行アドレスを保持するレジスタを備え、当該レジスタに書き込まれたレジスタ値に対応するタイミングで、画素のリセット走査を行うことを特徴とした請求項3記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device includes a register that holds the number of rows of each set that simultaneously performs pixel reset for each of a plurality of adjacent rows in the curtain shutter synchronization mode, and a row address that changes the number of simultaneous reset rows. 4. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein reset scanning of the pixel is performed at a timing corresponding to the written register value. 前記垂直走査制御部は、前記幕シャッタ同期モードにおいて、画素配列のM行を、1または複数の互いに隣接する行からなるK組(KはMより小さい自然数)に分けた同一組内のすべての行について、画素リセット走査の立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングを一致させて、画素をリセット走査することを特徴とした請求項3記載の固体撮像素子。   In the curtain shutter synchronization mode, the vertical scanning control unit divides the M rows of the pixel array into K sets (K is a natural number smaller than M) composed of one or a plurality of adjacent rows. 4. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the pixels are reset-scanned by making the rising timing and falling timing of the pixel reset scanning coincide with each other.
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