JP2010268079A - Imaging apparatus and method for manufacturing the imaging apparatus - Google Patents

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Tsutomu Honda
努 本田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging apparatus or the like, which can achieve reduction of a current peak value, at electronic global shutter. <P>SOLUTION: The imaging apparatus includes TX2 drivers 21b, which apply a signal charge storage start signal, for resetting photoelectric conversion parts PD, to transistors Mtx2 while delaying the signal charge storage start signal by a prescribed delay time per row group; TX1 drivers 21a, which apply a transfer pulse, for transferring signal charges stored in the photoelectric conversion parts PD to signal charge holding parts FD, to transistors Mtx1 while delaying the transfer pulse by a prescribed delay time per row group so that temporally preceding and succeeding transfer pulses partially and temporally overlap with each other, after a prescribed exposure time elapses from the application of the signal charge storage start signal; and a signal line SEL, which drives selection transistors Mb for applying a read pulse for reading signal charges stored in the signal charge holding parts FD. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、光電変換部の信号電荷を露光時間が経過した後に信号電荷保持部へ移送して保持する撮像装置、撮像装置の製造方法に関する。   The present invention relates to an image pickup apparatus that transports and holds a signal charge of a photoelectric conversion unit to a signal charge holding unit after an exposure time has elapsed, and a method for manufacturing the image pickup apparatus.

デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置には、光学像を電気信号に変換する撮像素子が搭載されているが、この撮像素子は、近年、CCDからCMOSへとマーケットシェアーが移行しつつある。   An imaging device such as a digital camera or a digital video camera is equipped with an imaging device that converts an optical image into an electrical signal. In recent years, the market share of this imaging device is shifting from CCD to CMOS.

撮像装置に搭載されているCMOS等のMOS型撮像素子は、画素部に2次元状に配列された多数の画素の電荷を順次読み出すようになっているが、単純に順次読み出しただけでは露光開始時刻および露光終了時刻が画素毎に(あるいはライン毎に)異なることになる。そこで、全画素の露光開始時刻を同一にしかつ全画素の露光終了時刻を同一にすることができるように(つまり、グローバルシャッタによる制御が可能となるように)構成されたMOS型撮像素子の例が、例えば特開2001−238132号公報に記載されている。該公報に記載の撮像素子は、露光量に応じた信号を発生させるフォトダイオード等の光電変換部を備えるとともに、光電変換部において発生した信号電荷を一時的に保持する信号電荷保持部を備え、さらに、電荷の転送やリセットを行う際にスイッチとして機能するトランジスタ等を備えた構成となっている。   The MOS type image pickup device such as CMOS mounted on the image pickup apparatus reads out the charges of a large number of pixels arranged in a two-dimensional manner in the pixel portion, but the exposure starts simply by reading out sequentially. The time and the exposure end time are different for each pixel (or for each line). Therefore, an example of a MOS type image pickup device configured so that the exposure start time of all the pixels can be made the same and the exposure end time of all the pixels can be made the same (that is, control by a global shutter is possible). Is described, for example, in JP-A-2001-238132. The image sensor described in the publication includes a photoelectric conversion unit such as a photodiode that generates a signal corresponding to an exposure amount, and a signal charge holding unit that temporarily holds a signal charge generated in the photoelectric conversion unit, In addition, a transistor or the like that functions as a switch when transferring or resetting charges is provided.

このような撮像素子の画素の構成の一例を示すと、本発明の実施形態に係る図3に示すような、1画素内に5つのトランジスタが設けられた構成が挙げられる。この図3に示すような画素23の構成は、入射光量に応じた信号を発生させる光電変換部PDと、光電変換部PDをリセットするための第1のトランジスタMtx2と、光電変換部PDにより蓄積された信号電荷を受けて一定時間保持するための遮光された信号電荷保持部FDと、信号電荷保持部FDをリセットするための第2のトランジスタMrと、光電変換部PDと信号電荷保持部FDとの間に配置されて光電変換部PDにより蓄積された信号電荷を信号電荷保持部FDへ移送するためのゲート部として機能するトランジスタMtx1と、信号電荷保持部FDに保持された信号電荷を読み出すための第3のトランジスタである選択トランジスタMbとを有するものとなっている。   An example of the configuration of the pixel of such an image sensor includes a configuration in which five transistors are provided in one pixel as shown in FIG. 3 according to the embodiment of the present invention. The configuration of the pixel 23 as shown in FIG. 3 is accumulated by the photoelectric conversion unit PD that generates a signal corresponding to the amount of incident light, the first transistor Mtx2 for resetting the photoelectric conversion unit PD, and the photoelectric conversion unit PD. The signal charge holding unit FD that receives the signal charge and holds it for a certain period of time, the second transistor Mr for resetting the signal charge holding unit FD, the photoelectric conversion unit PD, and the signal charge holding unit FD And a transistor Mtx1 functioning as a gate for transferring the signal charge accumulated by the photoelectric conversion unit PD to the signal charge holding unit FD and the signal charge held in the signal charge holding unit FD are read out And a selection transistor Mb, which is a third transistor for this purpose.

そして、信号電荷保持部FDを画素内メモリとして利用したグローバルシャッタによる制御は、概略、次のように行う。
(1)トランジスタMrにより信号電荷保持部FDをリセットして、選択トランジスタMbによりリセットデータをライン毎に順次走査して読み出し、別途の回路に記憶しておく。
(2)TX2ドライバ21bを介してトランジスタMtx2により全画素の光電変換部PDを一括してリセット(グローバルリセット)して信号電荷の蓄積を開始し、所定の露光時間が経過した後に、TX1ドライバ21aを介してトランジスタMtx1により全画素の光電変換部PDの信号電荷を一括して信号電荷保持部FDへ移送する(グローバル転送)。
(3)信号電荷保持部FDへ移送された信号電荷を、選択トランジスタMbによりライン毎に順次走査して読み出し、(1)において別途の回路に記憶しておいたリセットデータを減算することによりリセットノイズを除去する。
The control by the global shutter using the signal charge holding unit FD as an in-pixel memory is roughly performed as follows.
(1) The signal charge holding unit FD is reset by the transistor Mr, the reset data is sequentially scanned and read for each line by the selection transistor Mb, and is stored in a separate circuit.
(2) The photoelectric conversion units PD of all the pixels are collectively reset (global reset) by the transistor Mtx2 via the TX2 driver 21b to start accumulation of signal charges. After a predetermined exposure time has elapsed, the TX1 driver 21a The signal charges of the photoelectric conversion units PD of all the pixels are collectively transferred to the signal charge holding unit FD by the transistor Mtx1 (global transfer).
(3) The signal charge transferred to the signal charge holding unit FD is read by sequentially scanning line by line with the selection transistor Mb, and reset by subtracting the reset data stored in a separate circuit in (1). Remove noise.

このような処理により、グローバルリセットで全画素の露光が一斉に開始され、グローバル転送により全画素の露光が一斉に終了するグローバルシャッタが実現される。   By such processing, a global shutter is realized in which exposure of all pixels is started at the same time by global reset, and exposure of all pixels is completed at the same time by global transfer.

ところで、グローバルリセットを行う場合には全画素のトランジスタMtx2を同時にオフ(一括リセット)し、また、グローバル転送を行う場合には全画素のトランジスタMtx1を同時にオン(一括転送)することになるために、撮像素子が大判で高画素になるほど瞬間的な電流値が高くなってしまう。具体例として、1画素当たり200(nA)の電流が流れるとすると、1500万画素の撮像素子の場合には3(A)の電流が瞬時に流れてしまうことになる。   By the way, when performing global reset, the transistors Mtx2 of all the pixels are simultaneously turned off (collective reset), and when performing global transfer, the transistors Mtx1 of all the pixels are simultaneously turned on (collective transfer). The instantaneous current value increases as the image sensor becomes large and high in pixel. As a specific example, if a current of 200 (nA) per pixel flows, a current of 3 (A) flows instantaneously in the case of an image sensor with 15 million pixels.

この点について、図20を参照して説明する。図20は従来のグローバルシャッタの動作を示すタイミングチャートである。この図20に示すタイミングは、例えば上述した特開2001−238132号公報に記載された技術に基づく動作となっている。   This point will be described with reference to FIG. FIG. 20 is a timing chart showing the operation of the conventional global shutter. The timing shown in FIG. 20 is based on, for example, the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-238132 described above.

図20(A)に示すように、全画素の露光を一斉に開始するグローバルリセットは、全ラインのTX2ドライバ21bに対して、トランジスタMtx2をオンからオフにさせるための制御信号を同時に入力させることにより行われる。このときに、TX2ドライバ21bから信号線TX2へ出力される信号の電圧は、図20(B)に示すように、遅延時間tlをもってオンに対応するレベルからオフに対応するレベルへ移行する。この遅延は、後述する本発明の実施形態において詳細に説明するように、配線抵抗やトランジスタMtx2がもつ浮遊容量Ctx2がRCハイカットフィルタを構成することに起因して発生する。   As shown in FIG. 20A, a global reset that starts exposure of all pixels simultaneously causes the TX2 driver 21b of all lines to simultaneously input a control signal for turning off the transistor Mtx2. Is done. At this time, as shown in FIG. 20B, the voltage of the signal output from the TX2 driver 21b to the signal line TX2 shifts from a level corresponding to ON to a level corresponding to OFF with a delay time tl. This delay occurs due to the wiring resistance and the stray capacitance Ctx2 included in the transistor Mtx2 constituting an RC high cut filter, as will be described in detail in an embodiment of the present invention described later.

TX2ドライバ21bへの制御入力が行われた時点から露光時間Texpが経過した後に、全画素の露光を一斉に終了するグローバル転送が行われる。このグローバル転送は、図20(A)に示すように、全ラインのTX1ドライバ21aに対して、トランジスタMtx1をオフからオンにさせるための制御信号を同時に入力させ、電荷を光電変換部PDから信号電荷保持部FDへ移送するために必要な移送時間taを少なくとも経た後に、トランジスタMtx1をオンからオフにさせるための制御信号を同時に入力させることにより行われる。上述した信号線TX2へ出力される信号の場合と同様に、TX1ドライバ21aから信号線TX1へ出力される信号の電圧は、遅延時間tlをもってオフに対応するレベルからオンに対応するレベルへ移行する(図20(B)参照)(なお、その後に、オンに対応するレベルからオフに対応するレベルへ移行するときもほぼ同様である)。従って、オンに対応するレベルを上述した移送時間taだけ維持するためには、信号線TX1を流れるパルスは少なくとも(tl+ta)の時間だけ継続する必要がある。   After the exposure time Texp elapses from the time when the control input to the TX2 driver 21b is performed, global transfer is performed to end the exposure of all the pixels at once. As shown in FIG. 20A, in this global transfer, a control signal for turning on the transistor Mtx1 from the OFF state to the ON state is simultaneously input to the TX1 drivers 21a of all the lines, and the charge is transmitted from the photoelectric conversion unit PD. This is performed by simultaneously inputting a control signal for turning off the transistor Mtx1 after at least a transfer time ta required for transfer to the charge holding unit FD. As in the case of the signal output to the signal line TX2, the voltage of the signal output from the TX1 driver 21a to the signal line TX1 shifts from the level corresponding to OFF to the level corresponding to ON with a delay time tl. (Refer to FIG. 20B) (It is almost the same when the level is changed from ON to OFF). Therefore, in order to maintain the level corresponding to ON for the transfer time ta described above, the pulse flowing through the signal line TX1 needs to continue for at least the time (tl + ta).

そして、図20(C)に示すように、グローバルリセット時に全ラインの信号線TX2を流れる電流の合計値(合成電流)と、グローバル転送時に全ラインの信号線TX1を流れる電流の合計値(合成電流)とは、上述した信号印加の同時性のために、電圧波形の変動部分においてかなり大きな値(上述したように、例えば3(A))になっている。   Then, as shown in FIG. 20C, the total value (composite current) of the currents flowing through the signal lines TX2 of all lines at the time of the global reset and the total value (composite values) of the currents flowing through the signal lines TX1 of all the lines at the time of global transfer. The current is a considerably large value (for example, 3 (A) as described above) in the fluctuation portion of the voltage waveform due to the above-described simultaneous application of signals.

このために、上記特開2001−238132号公報に記載されたような撮像素子では、電圧降下を防ぐために撮像素子内の配線を太くしたり、あるいは撮像素子を搭載する撮像基板の給電能力を大きくしたりする必要がある。しかし、前者の場合には撮像素子自体の大型化や多層化が必要となり、後者の場合には強力な電源回路が必要となるために、撮像装置の大型化を招くことになる。   For this reason, in the image pickup device as described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-238132, the wiring in the image pickup device is thickened to prevent a voltage drop, or the power supply capability of the image pickup board on which the image pickup device is mounted is increased. It is necessary to do. However, in the former case, it is necessary to increase the size and the number of layers of the image pickup device itself, and in the latter case, a powerful power supply circuit is required, which leads to an increase in the size of the image pickup apparatus.

なお、上述した遅延時間tlが経過中は電圧が不安定(電圧の立ち上がり、立ち下がりが不安定)であるために、ライン位置によって(あるいは画素位置によって)動作が異なることがあり、ライン位置(あるいは画素位置)によって露光ムラが発生する可能性がある。従って、この遅延時間tlに起因する露光ムラを無視し得るようにするためには、露光時間Texpを遅延時間tlの20倍程度以上(例えば100倍)確保する必要があると考えられる。ここで遅延時間tlが仮に2(μsec)であると仮定すると(ただし、この遅延時間tlの値は、撮像基板の配線抵抗、撮像素子内の配線抵抗、撮像素子内のトランジスタ等の各回路要素の浮遊容量、などに応じて異なる)、露光ムラを無視し得る最短の露光時間Texpは200(μsec)=0.2(msec)となり、この露光時間に対応するシャッタ速度は1/5000(秒)である。従って、電子グローバルシャッタであっても、無制限に高速のシャッタ動作を行うことができるわけではなく、上限のシャッタ速度が存在することが分かる。   Since the voltage is unstable (the rise and fall of the voltage are unstable) while the delay time tl described above has elapsed, the operation may vary depending on the line position (or the pixel position). Alternatively, uneven exposure may occur depending on the pixel position. Therefore, in order to be able to ignore the exposure unevenness due to the delay time tl, it is considered necessary to secure the exposure time Texp about 20 times (for example, 100 times) the delay time tl. Here, assuming that the delay time tl is 2 (μsec) (however, the value of the delay time tl is a circuit resistance such as a wiring resistance of the imaging substrate, a wiring resistance in the imaging device, a transistor in the imaging device, or the like). The shortest exposure time Texp at which exposure unevenness can be ignored is 200 (μsec) = 0.2 (msec), and the shutter speed corresponding to this exposure time is 1/5000 (seconds). ). Therefore, even with an electronic global shutter, it is understood that an unlimited high-speed shutter operation cannot be performed, and there is an upper limit shutter speed.

一方、特開2006−203775号公報には、光電変換部のリセットと光電変換部からの画素データの読み出しとを、メカニカルシャッタの動作に合わせてライン毎に時間差をつけながら駆動パルスを印加することにより行い(つまり、高速ローリングシャッタを行い)、その後に、シャッタ動作時間よりも長い時間をかけて信号電荷保持部から画素データを読み出す技術が記載されている。この点について、図21を参照して説明する。図21は従来のメカニカルシャッタ動作に合わせた高速ローリングシャッタによる画素データ転送時の動作を示すタイミングチャートである。   On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-203775 applies a driving pulse while resetting the photoelectric conversion unit and reading out pixel data from the photoelectric conversion unit with a time difference for each line in accordance with the operation of the mechanical shutter. (That is, performing a high-speed rolling shutter) and then reading out pixel data from the signal charge holding unit over a time longer than the shutter operation time. This point will be described with reference to FIG. FIG. 21 is a timing chart showing an operation at the time of pixel data transfer by a high-speed rolling shutter according to a conventional mechanical shutter operation.

図21(A)に示すように、TX1ドライバには、メカニカルシャッタ動作に合わせてライン毎に制御信号が入力される。この図21に示す例においては、制御信号として入力される各パルス信号には重畳している部分は存在していない。そして、このときにも撮像素子の浮遊容量等に起因する遅延は発生するために、TX1信号の電圧波形は、図21(B)に示すように、エッジがややなだらかになったものとなる。さらに、TX1信号の電流波形のピークは、図21(C)に示すように、電圧波形における変動部分に発生している。   As shown in FIG. 21A, the TX1 driver receives a control signal for each line in accordance with the mechanical shutter operation. In the example shown in FIG. 21, there is no overlapping portion in each pulse signal input as a control signal. At this time as well, a delay due to the stray capacitance of the image sensor or the like occurs, so that the voltage waveform of the TX1 signal has a slightly smooth edge as shown in FIG. Further, the peak of the current waveform of the TX1 signal is generated at the fluctuation portion in the voltage waveform as shown in FIG.

そして、ローリングシャッタは上述したように比較的高速ではあっても信号印加が非同時であるために、画素データ転送時に全ラインの信号線TX1を流れる電流の合計値(合成電流)は、図21(D)に示すように、比較的低い値(この例では、図21(C)に示す1ラインの電流のピーク値と、図21(D)に示す合成電流のピーク値とがほぼ同じ)に収まっている。   As described above, since the rolling shutter does not apply signals simultaneously even at a relatively high speed, the total value (combined current) of the currents flowing through the signal lines TX1 of all lines during pixel data transfer is as shown in FIG. As shown in (D), a relatively low value (in this example, the peak value of the current of one line shown in FIG. 21C and the peak value of the combined current shown in FIG. 21D are substantially the same). Is in the range.

このような動作を行うと、上記特開2001−238132号公報に記載されたような同時動作を行う場合よりは瞬時に流れる電流が少なくなるが、1ライン目の動作タイミングから最終ライン目の動作タイミングまでの経過時間が長くなる。具体例として、ライン間のタイミングのずれが5(μsec)、撮像素子上の全ライン数が3000ラインであるものとすると、5(μsec)×(3000−1)≒15(msec)、つまり1/60秒程度の電子シャッタ幕速となる(なお、メカニカルシャッタは、高速なタイプのもので幕速が3(msec)、つまり1/300秒程度である)。   When such an operation is performed, a current that flows instantaneously is smaller than that in the case of performing the simultaneous operation as described in JP-A-2001-238132, but the operation of the last line from the operation timing of the first line is performed. Elapsed time to timing becomes longer. As a specific example, assuming that the timing deviation between lines is 5 (μsec) and the total number of lines on the image sensor is 3000 lines, 5 (μsec) × (3000-1) ≈15 (msec), that is, 1 The electronic shutter curtain speed is about 60 seconds (note that the mechanical shutter is of a high-speed type and the curtain speed is 3 (msec), that is, about 1/300 seconds).

こうして、上記特開2006−203775号公報に記載されたような技術では、グローバルシャッタと呼べる程度に高速化を図ることが困難であるために、高速で移動する物体を撮影したときには動歪(画素位置によって露光タイミングが異なるときに、移動物体の画像部分に生じる歪み)が発生し易い。ここに、グローバルシャッタと呼べる幕速は、もちろん全ラインが同時であることが理想であるが、現時点のフォーカルプレーンシャッタの最高速である1/2000〜1/8000秒程度(例えば1/3000秒)の速度を1つの目安にすることができると考えられる。従って、このような幕速を実現することができる場合には、グローバルシャッタと呼ぶことにする。該公報には、このような幕速の高速化に対応するために、同時に複数本のラインの光電変換部をリセットしたり光電変換部から画素データを移送したりする実施形態も記載されている。具体的には、該公報に記載の技術で1/3000秒(約0.3(msec)=300(μsec))のシャッタ速度に対応しようとした場合には、300(μsec)/5(μsec)=60であるから、3000ライン/60=50ラインとなり、50本のラインを同時に処理する必要がある。すなわち、全ラインを同時に処理した場合の合成電流のピーク値が仮に3(A)だとすると、50本のライン毎に同時処理を行う場合の合成電流のピーク値は3/60=0.05(A)=50(mA)である。全ライン同時の場合よりは電流ピーク値が低くなって電圧変動などが幾分解決されるものの、依然として1ラインの電流ピーク値の50倍という高い値であるために、充分な解決とはいえない。   Thus, with the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-203775, it is difficult to increase the speed to the extent that it can be called a global shutter. When the exposure timing varies depending on the position, distortion that occurs in the image portion of the moving object is likely to occur. Here, it is ideal that the curtain speed that can be called a global shutter is of course that all lines are simultaneously, but the maximum speed of the current focal plane shutter is about 1/2000 to 1/8000 seconds (for example, 1/3000 seconds). ) Can be used as a guide. Therefore, when such a curtain speed can be realized, it is called a global shutter. The publication also describes an embodiment in which the photoelectric conversion units of a plurality of lines are simultaneously reset or pixel data is transferred from the photoelectric conversion units in order to cope with such an increase in the curtain speed. . Specifically, when the technique described in the publication is intended to support a shutter speed of 1/3000 seconds (about 0.3 (msec) = 300 (μsec)), 300 (μsec) / 5 (μsec) ) = 60, 3000 lines / 60 = 50 lines, and it is necessary to process 50 lines simultaneously. That is, assuming that the peak value of the combined current when all lines are processed simultaneously is 3 (A), the peak value of the combined current when simultaneous processing is performed for every 50 lines is 3/60 = 0.05 (A ) = 50 (mA). Although the current peak value is lower than in the case of all lines at the same time, and voltage fluctuations are somewhat solved, it is still a high value of 50 times the current peak value of one line, so it is not a sufficient solution. .

特開2001−238132号公報JP 2001-238132 A 特開2006−203775号公報JP 2006-203775 A

上述したような従来の技術では、電子グローバルシャッタの実現と、電子グローバルシャッタ時の電流ピーク値の低減と、の両立を図ることができず、撮像装置の大型化を招いていた。   In the conventional technology as described above, it is impossible to achieve both the realization of the electronic global shutter and the reduction of the current peak value at the time of the electronic global shutter, resulting in an increase in the size of the imaging apparatus.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電子グローバルシャッタ時における電流ピーク値の低減を図ることができる撮像装置、撮像装置の製造方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an imaging apparatus and a manufacturing method of the imaging apparatus that can reduce a current peak value at the time of an electronic global shutter.

上記の目的を達成するために、本発明のある態様による撮像装置は、入射光量に応じた信号を発生させ蓄積する光電変換部と、該光電変換部をリセットするための第1トランジスタと、該光電変換部により蓄積された信号電荷を受けて一定時間保持するための遮光された信号電荷保持部と、該信号電荷保持部をリセットするための第2トランジスタと、前記光電変換部と前記信号電荷保持部との間に配置されて前記光電変換部により蓄積された信号電荷を前記信号電荷保持部へ移送するためのゲート部と、前記信号電荷保持部に保持された信号電荷を読み出すための第3トランジスタと、を有する画素が行方向および列方向に2次元状に配列された画素部と、前記光電変換部をリセットして該光電変換部における信号電荷の蓄積を開始させるための信号電荷蓄積開始信号を1以上の行で構成される行群毎に印加するものであって、同一の行群に属する各行については同時に、かつ、異なる行群については行群毎に所定の遅延時間ずつ遅らせながら印加するための信号電荷蓄積開始信号制御部と、前記信号電荷蓄積開始信号が印加されてから所定の露光時間が経過した後に、前記ゲート部を駆動して前記光電変換部により蓄積された信号電荷を前記信号電荷保持部へ移送するための移送パルスを前記行群毎に印加するものであって、同一の行群に属する各行については同時に、かつ、時間的に相前後する該移送パルスの一部が互いに時間的に重複するように前記所定の遅延時間ずつ遅らせながら印加するための移送パルス制御部と、前記第3トランジスタを駆動して前記信号電荷保持部に蓄積された信号電荷を読み出すための読出パルスを印加するための読出パルス制御部と、を具備したものである。   In order to achieve the above object, an imaging apparatus according to an aspect of the present invention includes a photoelectric conversion unit that generates and stores a signal according to an incident light amount, a first transistor for resetting the photoelectric conversion unit, A light-shielded signal charge holding unit for receiving a signal charge accumulated by the photoelectric conversion unit and holding it for a certain period of time, a second transistor for resetting the signal charge holding unit, the photoelectric conversion unit and the signal charge A gate unit for transferring the signal charge accumulated between the photoelectric conversion unit and the signal charge holding unit to the signal charge holding unit; and a first unit for reading the signal charge held in the signal charge holding unit. And a pixel portion in which pixels having three transistors are two-dimensionally arranged in a row direction and a column direction, and resetting the photoelectric conversion portion to start accumulation of signal charges in the photoelectric conversion portion The signal charge accumulation start signal is applied to each row group composed of one or more rows, and for each row belonging to the same row group, a different row group is predetermined for each row group. A signal charge accumulation start signal control unit for applying while delaying each delay time, and after the predetermined exposure time has elapsed since the application of the signal charge accumulation start signal, the photoelectric conversion unit is driven by driving the gate unit A transfer pulse for transferring the signal charge accumulated by the signal charge holding unit is applied to each row group, and each row belonging to the same row group is simultaneously and temporally A transfer pulse controller for applying the pulse by delaying the predetermined delay time so that some of the transfer pulses overlap each other in time, and driving the third transistor to hold the signal charge It is obtained by anda read pulse controller for applying a read pulse for reading signal charges accumulated in the.

また、本発明の他の態様による撮像装置の製造方法は、前記撮像装置であって、さらに、前記信号電荷保持部をリセットしたときのリセット電圧を読み出すリセット電圧読出制御部を具備する撮像装置、の製造方法において、前記信号電荷蓄積開始信号制御部により前記光電変換部をリセットするときのリセット電流が所定値以下のときには、全ての画素に対する前記リセット電圧読出制御部によるリセット電圧の読み出しが終了した後に前記信号電荷蓄積開始信号制御部による信号電荷の蓄積を開始させるための第1のシーケンスと、前記リセット電圧読出制御部によるリセット電圧の読み出しが終了する前に前記信号電荷蓄積開始信号制御部による信号電荷の蓄積を開始する第2のシーケンスと、の両方を含む第2の撮像プログラムを前記撮像装置に設定し、前記リセット電流が前記所定値よりも大きいときには、前記第1のシーケンスを含み前記第2のシーケンスを含まない第1の撮像プログラムを前記撮像装置に設定する方法である。   An image pickup apparatus manufacturing method according to another aspect of the present invention is the image pickup apparatus further comprising a reset voltage read control unit that reads a reset voltage when the signal charge holding unit is reset, In this manufacturing method, when the reset current when the photoelectric conversion unit is reset by the signal charge accumulation start signal control unit is equal to or less than a predetermined value, reading of the reset voltage by the reset voltage read control unit for all pixels is completed. A first sequence for starting signal charge accumulation by the signal charge accumulation start signal control unit later, and by the signal charge accumulation start signal control unit before the reset voltage read control unit finishes reading the reset voltage. A second sequence for starting signal charge accumulation and a second imaging program including both Set in the imaging apparatus, when the reset current is greater than the predetermined value is a method for setting the first imaging program that does not include the second sequence comprises a first sequence on the imaging device.

本発明の撮像装置、撮像装置の製造方法によれば、電子グローバルシャッタ時における電流ピーク値の低減を図ることが可能となる。   According to the imaging device and the manufacturing method of the imaging device of the present invention, it is possible to reduce the current peak value during the electronic global shutter.

本発明の実施形態1における撮像装置の構成を示すブロック図。1 is a block diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 上記実施形態1における撮像部のより詳細な構成を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a more detailed configuration of an imaging unit in the first embodiment. 上記実施形態1の画素部における画素の構成例をより詳細に示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating in more detail a configuration example of a pixel in the pixel portion of the first embodiment. 上記実施形態1の半導体基板における画素の構成を基板厚み方向に示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a pixel in the semiconductor substrate of Embodiment 1 in a substrate thickness direction. 上記実施形態1の撮像装置におけるグローバルシャッタ動作の第1のシーケンスを示すタイミングチャート。6 is a timing chart showing a first sequence of global shutter operation in the imaging apparatus according to the first embodiment. 上記実施形態1の撮像装置におけるグローバルシャッタ動作の第2のシーケンスを示すタイミングチャート。6 is a timing chart showing a second sequence of global shutter operation in the imaging apparatus according to the first embodiment. 上記実施形態1において、図5または図6における信号電荷蓄積開始信号に係る符号ENL1の部分を拡大しかつより詳細に分類して示すタイミングチャート。7 is a timing chart showing, in an enlarged manner, the portion of reference symbol ENL1 related to the signal charge accumulation start signal in FIG. 5 or FIG. 上記実施形態1において、図5または図6における移送パルスに係る符号ENL2の部分を拡大しかつより詳細に分類して示すタイミングチャート。In the said Embodiment 1, the timing chart which expands and shows in detail the part of the code | symbol ENL2 which concerns on the transfer pulse in FIG. 5 or FIG. 上記実施形態1において、信号線TX1およびトランジスタMtx1、または信号線TX2およびトランジスタMtx2を含む回路部分の抵抗および浮遊容量に関する等価回路を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram showing an equivalent circuit regarding resistance and stray capacitance of a circuit portion including the signal line TX1 and the transistor Mtx1 or the signal line TX2 and the transistor Mtx2 in the first embodiment. 上記実施形態1において、電源からTX1またはTX2ドライバへの回路部分のインダクタンスおよび浮遊容量に関する等価回路を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram showing an equivalent circuit regarding inductance and stray capacitance of a circuit portion from a power supply to a TX1 or TX2 driver in the first embodiment. 上記実施形態1において、応答に対する遅延の様子をより詳細に説明するためのタイミングチャート。In the said Embodiment 1, the timing chart for demonstrating in detail the mode of the delay with respect to a response. 上記実施形態1において、信号電荷蓄積開始信号および移送パルスを遅らせる所定の遅延時間を、図9に示した回路構成に起因する応答時間tkにしたときの、合成インラッシュ電流の最大値を説明するための図。In the first embodiment, the maximum value of the combined inrush current when the predetermined delay time for delaying the signal charge accumulation start signal and the transfer pulse is set to the response time tk due to the circuit configuration shown in FIG. Figure for. 上記実施形態1において、1つの行群に含まれる行数がmであるときの、m本のラインに関するTX1ドライバ供給電流を加算したピークの様子を示す図。The figure which shows the mode of the peak which added the TX1 driver supply current regarding m lines in the said Embodiment 1, when the number of rows contained in one row group is m. 上記実施形態1において、所定の遅延時間を応答時間tkにしたときに達成し得る最高ストロボ同調速度で電子シャッタ動作を行ったときの様子を示すタイミングチャート。5 is a timing chart showing a state when the electronic shutter operation is performed at the maximum strobe tuning speed that can be achieved when the predetermined delay time is set to the response time tk in the first embodiment. 上記実施形態1において、撮像装置に搭載される撮像素子の種類に応じてどのような撮像プログラムを設定するかを設計する撮像装置の製造方法における処理の流れを示すフローチャート。5 is a flowchart showing a flow of processing in a manufacturing method of an imaging apparatus that designs what imaging program is set according to the type of imaging element mounted on the imaging apparatus in the first embodiment. 上記実施形態1において、撮像装置に設定される第1の撮像プログラムを示すフローチャート。4 is a flowchart illustrating a first imaging program set in the imaging apparatus in the first embodiment. 上記実施形態1において、撮像装置に設定される第2の撮像プログラムを示すフローチャート。4 is a flowchart illustrating a second imaging program set in the imaging apparatus in the first embodiment. 本発明の実施形態2の画素部における画素の構成例をより詳細に示す回路図。The circuit diagram which shows the structural example of the pixel in the pixel part of Embodiment 2 of this invention in detail. 上記実施形態2の撮像装置におけるグローバルシャッタ動作のシーケンスを示すタイミングチャート。6 is a timing chart showing a sequence of a global shutter operation in the imaging apparatus according to the second embodiment. 従来のグローバルシャッタの動作を示すタイミングチャート。9 is a timing chart showing the operation of a conventional global shutter. 従来のメカニカルシャッタ動作に合わせた高速ローリングシャッタによる画素データ転送時の動作を示すタイミングチャート。9 is a timing chart showing an operation at the time of pixel data transfer by a high-speed rolling shutter according to a conventional mechanical shutter operation.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
[実施形態1]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Embodiment 1]

図1から図17は本発明の実施形態1を示したものであり、図1は撮像装置の構成を示すブロック図である。   1 to 17 show the first embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the imaging apparatus.

この撮像装置は、図1に示すように、ズームレンズ2と絞り3とフォーカスレンズ4とを備える撮影光学系1と、レンズ駆動部5と、撮像部6と、AF処理部7と、画像処理部8と、背面表示部10および電子ビューファインダ(EVF)11を備える表示部9と、カメラ操作部13と、カメラ制御部14と、を備えている。また、撮像装置には、後述する図2に示すように、電源15も含まれている。なお、図1にはメモリカード12も記載されているが、このメモリカード12は撮像装置に対して着脱可能に構成されているために、撮像装置に固有の構成でなくても構わない。   As shown in FIG. 1, the imaging apparatus includes a photographing optical system 1 including a zoom lens 2, a diaphragm 3, and a focus lens 4, a lens driving unit 5, an imaging unit 6, an AF processing unit 7, and image processing. A display unit 9 including a display unit 8, a rear display unit 10 and an electronic viewfinder (EVF) 11, a camera operation unit 13, and a camera control unit 14. The imaging apparatus also includes a power supply 15 as shown in FIG. Although the memory card 12 is also illustrated in FIG. 1, the memory card 12 is configured to be detachable from the imaging apparatus, and thus may not have a configuration unique to the imaging apparatus.

撮影光学系1は、被写体の光学像を撮像部6に含まれる撮像素子の画素部22(図2参照)に結像するものである。   The photographing optical system 1 forms an optical image of a subject on a pixel unit 22 (see FIG. 2) of an image sensor included in the image capturing unit 6.

ズームレンズ2は、撮影光学系1の焦点距離を変更して、ズーミングを行うためのものである。   The zoom lens 2 is for zooming by changing the focal length of the photographing optical system 1.

絞り3は、撮影光学系1を通過する被写体光束の通過範囲を規定することにより、撮像部6に結像される被写体光学像の明るさを調節するためのものである。   The diaphragm 3 is for adjusting the brightness of the subject optical image formed on the imaging unit 6 by defining the passage range of the subject light flux passing through the photographing optical system 1.

フォーカスレンズ4は、撮影光学系1の焦点位置(ピント位置)を調節して、フォーカシングを行うためのものである。   The focus lens 4 is for performing focusing by adjusting the focal position (focus position) of the photographing optical system 1.

レンズ駆動部5は、撮影光学系1を駆動するためのものである。すなわち、レンズ駆動部5は、AF処理部7からAF評価値を受けたカメラ制御部14の制御に基づいて、撮影光学系1に含まれる絞り3およびフォーカスレンズ4を駆動し、撮像部6に結像される被写体像が適切な光量となり、かつ合焦に至るようにするものである。また、レンズ駆動部5は、レンズ位置や絞り量などのレンズ駆動情報をカメラ制御部14へ出力するようになっている。   The lens driving unit 5 is for driving the photographing optical system 1. That is, the lens driving unit 5 drives the diaphragm 3 and the focus lens 4 included in the photographing optical system 1 based on the control of the camera control unit 14 that receives the AF evaluation value from the AF processing unit 7, and The object image to be formed has an appropriate amount of light and is focused. Further, the lens driving unit 5 outputs lens driving information such as a lens position and an aperture amount to the camera control unit 14.

撮像部6は、撮影光学系1により結像された被写体の光学像を光電変換して、画像信号として出力するものである。   The imaging unit 6 photoelectrically converts the optical image of the subject imaged by the photographing optical system 1 and outputs it as an image signal.

AF処理部7は、撮像部6から出力された画像信号に基づいてAF評価値を算出し、カメラ制御部14へ出力するものである。すなわち、この撮像装置は、コントラストAF(山登りAF)によりオートフォーカスを行うように構成されたものとなっている。   The AF processing unit 7 calculates an AF evaluation value based on the image signal output from the imaging unit 6 and outputs the AF evaluation value to the camera control unit 14. That is, this imaging apparatus is configured to perform autofocus by contrast AF (mountain climbing AF).

画像処理部8は、撮像部6から出力される画像信号に種々の画像処理を施すものである。   The image processing unit 8 performs various image processing on the image signal output from the imaging unit 6.

表示部9は、画像処理部8により表示用に画像処理された信号に基づき、画像を表示するものである。この表示部9は、ライブビュー(LV)表示と静止画像の再生表示とを行うことができるようになっている。表示部9の背面表示部10は、撮像装置本体の背面側に配設されていて、撮影者が直視することができるように構成されたものである。また、EVF11は、撮像装置上部にファインダ部として設けられていて、撮影者が接眼レンズ等を介して拡大して観察するように構成されたものである。   The display unit 9 displays an image based on a signal image-processed for display by the image processing unit 8. The display unit 9 can perform live view (LV) display and still image reproduction display. The rear display unit 10 of the display unit 9 is arranged on the rear side of the imaging apparatus main body, and is configured so that a photographer can directly view. Further, the EVF 11 is provided as a finder unit on the upper part of the image pickup apparatus, and is configured to allow a photographer to enlarge and observe through an eyepiece lens or the like.

メモリカード12は、画像処理部8により記録用に画像処理された信号を保存するための記録媒体である。   The memory card 12 is a recording medium for storing a signal image-processed for recording by the image processing unit 8.

カメラ操作部13は、この撮像装置に対する各種の操作入力を行うためのものである。このカメラ操作部13には、撮像装置の電源をオン/オフするための電源スイッチ、静止画撮影を指示入力するための2段式押圧ボタンでなるレリーズボタンなどの操作部材が含まれている。   The camera operation unit 13 is for performing various operation inputs to the imaging apparatus. The camera operation unit 13 includes operation members such as a power switch for turning on / off the power of the imaging apparatus and a release button including a two-stage push button for inputting an instruction for still image shooting.

カメラ制御部14は、レンズ駆動部5からのレンズ駆動情報やAF処理部7からのAF評価値、カメラ操作部13からの操作入力などに基づいて、レンズ駆動部5、撮像部6、画像処理部8、メモリカード12等を含むこの撮像装置全体を制御するものである。また、カメラ制御部14は、露光時間設定部として機能し、撮像部6からの信号に基づいて(あるいは図示しない測光回路からの測光データに基づいて)AE演算を行い、撮像部6における電子シャッタのシャッタ速度(露光時間)や、絞り3の絞り値を設定するようになっている。   The camera control unit 14 is based on the lens drive information from the lens drive unit 5, the AF evaluation value from the AF processing unit 7, the operation input from the camera operation unit 13, and the like. The image pickup apparatus including the unit 8 and the memory card 12 is controlled. Further, the camera control unit 14 functions as an exposure time setting unit, performs AE calculation based on a signal from the imaging unit 6 (or based on photometric data from a photometric circuit not shown), and an electronic shutter in the imaging unit 6. The shutter speed (exposure time) and the aperture value of the aperture 3 are set.

次に、図2は、撮像部6のより詳細な構成を示す図である。   Next, FIG. 2 is a diagram illustrating a more detailed configuration of the imaging unit 6.

この撮像部6は、垂直走査回路21と、画素部22と、水平走査回路24と、A/D変換部25と、を備えている。   The imaging unit 6 includes a vertical scanning circuit 21, a pixel unit 22, a horizontal scanning circuit 24, and an A / D conversion unit 25.

画素部22は、複数の画素23が行方向および列方向に2次元状に配列されており、各画素23毎に光電変換を行って信号電荷(画素データ)を発生するものである。   The pixel unit 22 has a plurality of pixels 23 arranged two-dimensionally in the row direction and the column direction, and performs photoelectric conversion for each pixel 23 to generate signal charges (pixel data).

垂直走査回路21は、画素部22に配列された画素に行(ライン)単位で各種の信号を印加するものである。この垂直走査回路21により選択された行の画素からの信号は、列毎に設けられている垂直転送線VTL(図3参照)へ出力されるようになっている。これら垂直走査回路21および画素部22のより詳細な構成については、後で図3を参照して説明する。   The vertical scanning circuit 21 applies various signals to the pixels arranged in the pixel unit 22 in units of rows (lines). Signals from the pixels in the row selected by the vertical scanning circuit 21 are output to a vertical transfer line VTL (see FIG. 3) provided for each column. More detailed configurations of the vertical scanning circuit 21 and the pixel unit 22 will be described later with reference to FIG.

水平走査回路24は、垂直走査回路21により選択されて垂直転送線VTLから転送されてくる1行分の画素の信号を取り込み、その行の画素の信号を水平方向の画素並びの順で時系列に出力するものである。   The horizontal scanning circuit 24 takes in signals of pixels for one row selected by the vertical scanning circuit 21 and transferred from the vertical transfer line VTL, and time-series the signals of the pixels in that row in the order of the horizontal pixel arrangement. Is output.

A/D変換部25は、水平走査回路24から出力されてくるアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換するものである。   The A / D converter 25 converts an analog image signal output from the horizontal scanning circuit 24 into a digital image signal.

続いて、図3は、画素部22における画素23の構成例をより詳細に示す回路図である。この図3には、例えばMOS型の固体撮像素子に構成された画素23の例が示されている。   Next, FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the pixel 23 in the pixel unit 22 in more detail. FIG. 3 shows an example of a pixel 23 configured in, for example, a MOS type solid-state imaging device.

図3において、PD(フォトダイオード)は入射光量に応じた信号を発生させる光電変換部であり、FD(フローティングディフュージョン)は光電変換部PDにより蓄積された信号電荷を受けて一定時間保持するための遮光された信号電荷保持部である。   In FIG. 3, PD (photodiode) is a photoelectric conversion unit that generates a signal according to the amount of incident light, and FD (floating diffusion) receives signal charges accumulated by the photoelectric conversion unit PD and holds them for a certain period of time. This is a signal charge holding portion that is shielded from light.

Mtx2は、光電変換部PDをリセットする第1リセット部として機能するトランジスタ(第1トランジスタ)であり、電流源VDDに接続されると共に、信号電荷蓄積開始信号を印加するための信号線TX2に接続されている。このトランジスタMtx2は浮遊容量をもっており、この浮遊容量を図3中にCtx2として明示している。   Mtx2 is a transistor (first transistor) that functions as a first reset unit that resets the photoelectric conversion unit PD, and is connected to the current source VDD and to the signal line TX2 for applying the signal charge accumulation start signal. Has been. The transistor Mtx2 has a stray capacitance, and this stray capacitance is clearly shown as Ctx2 in FIG.

Mtx1は、光電変換部PDと信号電荷保持部FDとの間に配置されていて、光電変換部PDにより蓄積された信号電荷を信号電荷保持部FDへ移送するためのゲート部として機能するトランジスタであり、移送パルスを印加するための信号線TX1に接続されている。このトランジスタMtx1も浮遊容量をもっており、この浮遊容量を図3中にCtx1として明示している。   Mtx1 is a transistor which is disposed between the photoelectric conversion unit PD and the signal charge holding unit FD and functions as a gate unit for transferring the signal charge accumulated by the photoelectric conversion unit PD to the signal charge holding unit FD. Yes, and connected to a signal line TX1 for applying a transfer pulse. This transistor Mtx1 also has a stray capacitance, and this stray capacitance is clearly shown as Ctx1 in FIG.

Maは増幅部として機能する増幅用トランジスタであり、電流源VDDとでソースフォロアンプを構成する。信号電荷保持部FDに保持された信号電荷は、増幅用トランジスタMaにより増幅され、信号電荷読出部として機能する第3トランジスタである選択トランジスタMbを介して、垂直転送線VTLへ読み出される。選択トランジスタMbは、読出パルスを印加するための信号線SELに接続されている。   Ma is an amplifying transistor that functions as an amplifying unit, and forms a source follower amplifier with the current source VDD. The signal charge held in the signal charge holding unit FD is amplified by the amplifying transistor Ma, and read out to the vertical transfer line VTL via the selection transistor Mb which is the third transistor functioning as the signal charge reading unit. The selection transistor Mb is connected to a signal line SEL for applying a read pulse.

Mrは信号電荷保持部FDおよび増幅用トランジスタMaの入力部をリセットする第2リセット部として機能するトランジスタ(第2トランジスタ)であり、FDリセットパルスを印加するための信号線RESに接続されている。なお、上述したトランジスタMtx1への移送パルスの印加と、このトランジスタMrへのFDリセットパルスの印加と、を同時に行えば、信号電荷保持部FDをリセットすることができるだけでなく、同時にさらに光電変換部PDをリセットすることができる。従って、トランジスタMtx1およびトランジスタMrの組み合わせは、光電変換部PDに対する第1リセット部としても機能し得るものとなっている。   Mr is a transistor (second transistor) that functions as a second reset unit that resets the signal charge holding unit FD and the input unit of the amplification transistor Ma, and is connected to a signal line RES for applying an FD reset pulse. . Note that if the application of the transfer pulse to the transistor Mtx1 and the application of the FD reset pulse to the transistor Mr are performed at the same time, not only the signal charge holding unit FD can be reset, but also the photoelectric conversion unit The PD can be reset. Therefore, the combination of the transistor Mtx1 and the transistor Mr can function as a first reset unit for the photoelectric conversion unit PD.

ここに、各ラインの信号線TX1には垂直走査回路21内のTX1ドライバ21aがそれぞれ接続されている。同様に、各ラインの信号線TX2には垂直走査回路21内のTX2ドライバ21bがそれぞれ接続されている。   Here, the TX1 driver 21a in the vertical scanning circuit 21 is connected to the signal line TX1 of each line. Similarly, the TX2 driver 21b in the vertical scanning circuit 21 is connected to the signal line TX2 of each line.

TX2ドライバ21bは、各ライン毎のタイミングに応じて、ライン上の各画素23のトランジスタMtx2をオンからオフへ変化させる信号電荷蓄積開始信号を印加することにより、光電変換部PDをリセットして光電変換部PDにおける信号電荷の蓄積を開始させるためのものである。   The TX2 driver 21b resets the photoelectric conversion unit PD by applying a signal charge accumulation start signal that changes the transistor Mtx2 of each pixel 23 on the line from on to off according to the timing of each line, thereby photoelectrically This is for starting the accumulation of signal charges in the conversion unit PD.

すなわち、垂直走査回路21は、信号電荷蓄積開始信号制御部として機能して、各ライン毎のTX2ドライバ21bを制御し、信号電荷蓄積開始信号を1以上の行で構成される行群毎に同時に印加するとともに、行群毎に印加される信号電荷蓄積開始信号を所定の遅延時間ずつ遅らせながら印加するようになっている。   That is, the vertical scanning circuit 21 functions as a signal charge accumulation start signal control unit, controls the TX2 driver 21b for each line, and simultaneously outputs the signal charge accumulation start signal for each row group including one or more rows. In addition to the application, the signal charge accumulation start signal applied for each row group is applied while being delayed by a predetermined delay time.

TX1ドライバ21aは、各ライン毎に信号電荷蓄積開始信号が印加されてから所定の露光時間が経過した後のタイミングで、光電変換部PDにより蓄積された信号電荷を信号電荷保持部FDへ移送するための移送パルスを、ライン上の各画素23のトランジスタMtx1へ印加するためのものである。   The TX1 driver 21a transfers the signal charge accumulated by the photoelectric conversion unit PD to the signal charge holding unit FD at a timing after a predetermined exposure time has elapsed after the signal charge accumulation start signal is applied for each line. The transfer pulse is applied to the transistor Mtx1 of each pixel 23 on the line.

すなわち、垂直走査回路21は、移送パルス制御部としても機能して、各ライン毎のTX1ドライバ21aを制御し、移送パルスを行群毎に同時に、かつ時間的に相前後する移送パルスの一部が互いに時間的に重複するように所定の遅延時間ずつ遅らせながら印加するようになっている。   That is, the vertical scanning circuit 21 also functions as a transfer pulse control unit, controls the TX1 driver 21a for each line, and transfers a part of the transfer pulse that is simultaneously and temporally shifted for each row group. Are applied while being delayed by a predetermined delay time so as to overlap each other in time.

垂直走査回路21の信号電荷蓄積開始信号制御部および移送パルス制御部としての機能は、後で図7から図14等を参照してより詳細に説明する。   The functions of the vertical scanning circuit 21 as the signal charge accumulation start signal control unit and the transfer pulse control unit will be described in detail later with reference to FIGS.

なお、垂直走査回路21は、さらに読出パルス制御部としても機能して、選択トランジスタMbを駆動して信号電荷保持部FDに保持された信号電荷を読み出すための読出パルスを印加するようになっている。   The vertical scanning circuit 21 further functions as a read pulse control unit, and drives the selection transistor Mb to apply a read pulse for reading the signal charge held in the signal charge holding unit FD. Yes.

加えて、垂直走査回路21は、さらにリセット電圧読出制御部としても機能して、トランジスタMrに信号線RESからリセットパルスを印加し、さらに、選択トランジスタMbに信号線SELから読出パルスを印加することにより、信号電荷保持部FDをリセットしたときのリセット電圧(リセットデータ)を読み出すようになっている。   In addition, the vertical scanning circuit 21 further functions as a reset voltage read control unit, and applies a reset pulse from the signal line RES to the transistor Mr, and further applies a read pulse from the signal line SEL to the selection transistor Mb. Thus, the reset voltage (reset data) when the signal charge holding unit FD is reset is read out.

次に、図4は、半導体基板における画素23の構成を基板厚み方向に示す図である。   Next, FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the pixel 23 in the semiconductor substrate in the substrate thickness direction.

この図4に示す例においては、半導体基板としてP型基板を用いている。   In the example shown in FIG. 4, a P-type substrate is used as the semiconductor substrate.

光電変換部PDは、n−領域として形成されていて、その配線層側にはp領域が形成されている。また、このp領域に隣接する基板表面には電極が形成されていて、この電極に信号線TX2が接続されている。このように光電変換部PDは埋め込み型として形成されているために、暗電流を少なくすることが可能となっている。さらに、この光電変換部PDに対応する部分以外の基板表面は、所定の遮光性能を備えた遮光膜により遮光されている。   The photoelectric conversion part PD is formed as an n− region, and a p region is formed on the wiring layer side. An electrode is formed on the substrate surface adjacent to the p region, and the signal line TX2 is connected to the electrode. Thus, since the photoelectric conversion part PD is formed as a buried type, it is possible to reduce dark current. Further, the substrate surface other than the portion corresponding to the photoelectric conversion portion PD is shielded from light by a light shielding film having a predetermined light shielding performance.

信号電荷保持部FDは、光電変換部PDと所定の間隔を離してn+領域として形成されている。このn+領域は、増幅用トランジスタMa側へ接続されるようになっている。このように信号電荷保持部FDは、配線層に直接接続されているために、暗電流を少なくすることは困難である。   The signal charge holding unit FD is formed as an n + region at a predetermined interval from the photoelectric conversion unit PD. This n + region is connected to the amplification transistor Ma side. As described above, since the signal charge holding unit FD is directly connected to the wiring layer, it is difficult to reduce the dark current.

また、光電変換部PDと信号電荷保持部FDとの間の基板表面にはゲート電極が形成され、トランジスタMtx1が構成されている。このトランジスタMtx1のゲート電極は、信号線TX1に接続されている。   Further, a gate electrode is formed on the substrate surface between the photoelectric conversion unit PD and the signal charge holding unit FD, and the transistor Mtx1 is configured. The gate electrode of the transistor Mtx1 is connected to the signal line TX1.

さらに、信号電荷保持部FDを構成するn+領域から所定の間隔を離した位置に、他のn+領域が形成されており、後者のn+領域に電流源VDDが接続されている。そして、これら2つのn+領域の間の基板表面にゲート電極が形成されて、トランジスタMrが構成されている。このトランジスタMrのゲート電極は、信号線RESに接続されている。   Further, another n + region is formed at a position spaced apart from the n + region constituting the signal charge holding portion FD, and the current source VDD is connected to the latter n + region. A gate electrode is formed on the surface of the substrate between these two n + regions, thereby forming a transistor Mr. The gate electrode of the transistor Mr is connected to the signal line RES.

続いて、図5は、撮像装置におけるグローバルシャッタ動作の第1のシーケンスを示すタイミングチャートである。   Next, FIG. 5 is a timing chart showing a first sequence of global shutter operation in the imaging apparatus.

カメラ操作部13のレリーズボタンが押圧されてレリーズ信号がカメラ制御部14へ入力されると、カメラ制御部14の制御に基づいて、このグローバルシャッタ動作が開始される。   When the release button of the camera operation unit 13 is pressed and a release signal is input to the camera control unit 14, this global shutter operation is started based on the control of the camera control unit 14.

そして、グローバルシャッタ動作による信号電荷蓄積を行う前に、まず、リセットデータ読出期間において、信号電荷保持部FDのリセットおよびリセットノイズの読み出しを行う。   Then, before performing signal charge accumulation by the global shutter operation, first, the signal charge holding unit FD is reset and reset noise is read in the reset data reading period.

すなわち、まず、画素部22の第1行目に配列された各画素23のトランジスタMrに、信号線RESからリセットパルスを印加して、第1行目の信号電荷保持部FDのリセットを行う。さらに、画素部22の第1行目に配列された各画素23の選択トランジスタMbに、信号線SELから読出パルスを印加することにより、第1行目の信号電荷保持部FDからリセットノイズ(信号電荷保持部FDをリセットしたときのリセット電圧)の読み出しを行う。このような動作を、画素部22の第1行目から第V行目(ここに、画素部22の水平ライン数がVであるものとしており、最終行目)へ向かって順次行うことにより、全画素のリセットノイズを読み出す。ここで読み出されたリセットノイズは、水平走査回路24、A/D変換部25を順に介して、画像処理部8へ出力される。   That is, first, a reset pulse is applied from the signal line RES to the transistors Mr of the pixels 23 arranged in the first row of the pixel unit 22 to reset the signal charge holding unit FD in the first row. Further, by applying a read pulse from the signal line SEL to the selection transistor Mb of each pixel 23 arranged in the first row of the pixel unit 22, the reset noise (signal from the signal charge holding unit FD in the first row is set. The reset voltage when the charge holding portion FD is reset is read out. By sequentially performing such an operation from the first row of the pixel unit 22 to the Vth row (here, the number of horizontal lines of the pixel unit 22 is V, the last row), Read reset noise of all pixels. The reset noise read here is output to the image processing unit 8 through the horizontal scanning circuit 24 and the A / D conversion unit 25 in this order.

次に、このグローバルシャッタ動作時には、信号線TX2を介して全ラインのトランジスタMtx2にグローバルシャッタと呼べるほどの同時性を保ちながら実際には順次に信号電荷蓄積開始信号を印加して、トランジスタMtx2をオンからオフにすることにより、光電変換部PDへの電荷の蓄積開始、つまり露光開始を、全画素について略同時的に行う。   Next, during this global shutter operation, a signal charge accumulation start signal is actually applied sequentially to the transistors Mtx2 of all the lines via the signal line TX2 while maintaining a synchronism that can be called a global shutter. By switching from on to off, the accumulation of charges in the photoelectric conversion unit PD, that is, the start of exposure is performed almost simultaneously for all the pixels.

より詳しくは、このグローバルシャッタ動作時には、信号線TX2を介して、1以上の行で構成される行群(従って、行群は1行であっても構わない)のトランジスタMtx2に、行群毎に、信号電荷蓄積開始信号を所定の遅延時間ずつ遅らせながら印加する。このとき、全ての行群の遅延時間の合計が、グローバルシャッタと呼べるほどの同時性を保つ(例えば、1/3000(秒)以下となる)ように制御される。なお、図5において符号ENL1として示すこの露光開始部分に関しては、後で図7等を参照してより詳細に説明する。   More specifically, at the time of the global shutter operation, each row group is connected to the transistor Mtx2 of the row group including one or more rows (therefore, the row group may be one row) via the signal line TX2. The signal charge accumulation start signal is applied while being delayed by a predetermined delay time. At this time, the total delay time of all the row groups is controlled so as to maintain simultaneity that can be called a global shutter (for example, 1/3000 (seconds) or less). Note that the exposure start portion indicated by the symbol ENL1 in FIG. 5 will be described in detail later with reference to FIG.

その後、各行群毎に露光を開始してから所定の露光時間(この露光時間(露光期間)は、AE演算により決定されたシャッタ速度に対応する)が経過したところで、信号線TX1を介して各行群のトランジスタMtx1に移送パルスを印加することにより、光電変換部PDに蓄積されていた電荷が信号電荷保持部FDへ移送され、つまり行群毎に露光が終了する。露光開始が、上述したようにグローバルシャッタと呼べるほどの同時性を保ちながらの順次であったために、所定の露光時間が経過した後のこの露光終了も同様に、グローバルシャッタと呼べるほどの同時性を保ちながらの順次であるといえる。なお、図5において符号ENL2として示すこの露光終了部分に関しては、後で図8等を参照してより詳細に説明する。   Thereafter, when a predetermined exposure time (this exposure time (exposure period) corresponds to the shutter speed determined by the AE calculation) has elapsed after the start of exposure for each row group, each row is transmitted via the signal line TX1. By applying a transfer pulse to the group of transistors Mtx1, the charges accumulated in the photoelectric conversion unit PD are transferred to the signal charge holding unit FD, that is, the exposure is finished for each row group. Since the start of exposure is sequential while maintaining the simultaneity that can be called a global shutter as described above, the concurrency that can also be called a global shutter is the same as the end of exposure after a predetermined exposure time has passed. It can be said that it is sequential while keeping Note that this exposure end portion indicated by reference numeral ENL2 in FIG. 5 will be described in detail later with reference to FIG.

そして、その後は画素データ読出期間に入って、信号電荷保持部FDに保持されている信号電荷が、増幅用トランジスタMaおよび選択トランジスタMbを介して、第1行目から第V行目(最終行目)へ向かってライン単位で垂直転送線VTLへ順次転送される。   Thereafter, the pixel data reading period starts, and the signal charges held in the signal charge holding unit FD are transferred from the first row to the Vth row (the last row) through the amplification transistor Ma and the selection transistor Mb. To the vertical transfer line VTL in line units.

次に、図6は、撮像装置におけるグローバルシャッタ動作の第2のシーケンスを示すタイミングチャートである。   Next, FIG. 6 is a timing chart showing a second sequence of the global shutter operation in the imaging apparatus.

この図6に示す第2のシーケンスは、図5に示した第1のシーケンスに対して、リセットデータ読出期間をできるだけ露光期間と重複させるようにしたものとなっている。これにより、リセットデータを読み出してから画素データを読み出すまでの時間を図5に示した第1のシーケンスよりも短縮することができるために、暗電流に起因して発生するノイズを低減することが可能となる。   The second sequence shown in FIG. 6 is such that the reset data read period overlaps with the exposure period as much as possible with respect to the first sequence shown in FIG. Accordingly, since the time from reading the reset data to reading the pixel data can be shortened as compared with the first sequence shown in FIG. 5, noise generated due to the dark current can be reduced. It becomes possible.

ここに、露光期間が開始されて光電変換部PDに信号電荷が蓄積されている間でも、トランジスタMtx1はオフになっているために、信号電荷保持部FDをリセットしても光電変換部PDの信号電荷に影響を与えることはない。そこで、この露光期間に、トランジスタMrおよび選択トランジスタMbを動作させることで、露光と同時にリセットデータの読み出しを行うことが可能である。   Here, even while the signal charge is accumulated in the photoelectric conversion unit PD after the exposure period is started, the transistor Mtx1 is off. Therefore, even if the signal charge holding unit FD is reset, the photoelectric conversion unit PD It does not affect the signal charge. Therefore, by operating the transistor Mr and the selection transistor Mb during this exposure period, it is possible to read out the reset data simultaneously with the exposure.

なお、この図6に示す例においては、露光期間よりもリセットデータ読出期間が長いために、リセットデータ読出期間の後半が露光期間と重複しているが、露光期間がリセットデータ読出期間と同じかまたはより長い場合には、リセットデータ読出期間を全て露光期間内に含めるようにすることも可能である。   In the example shown in FIG. 6, since the reset data reading period is longer than the exposure period, the second half of the reset data reading period overlaps with the exposure period, but is the exposure period the same as the reset data reading period? Alternatively, in the case of a longer period, it is possible to include the entire reset data reading period within the exposure period.

また、この図6に示すような、露光期間の開始タイミングがリセットデータ読出期間に重なるような場合(符号PAに示す部分が生じる場合)においては、信号線TX2へ印加する信号電荷蓄積開始信号の制御に注意を要するが、これについては後で(図15のステップS2等参照)説明する。   Further, as shown in FIG. 6, in the case where the exposure period start timing overlaps the reset data read period (when the portion indicated by symbol PA occurs), the signal charge accumulation start signal applied to the signal line TX2 Although attention is required for the control, this will be described later (see step S2 in FIG. 15).

図7は図5または図6における信号電荷蓄積開始信号に係る符号ENL1の部分を拡大しかつより詳細に分類して示すタイミングチャート、図8は図5または図6における移送パルスに係る符号ENL2の部分を拡大しかつより詳細に分類して示すタイミングチャートである。なお、図7および図8においては、幾つかの行群に関する信号のみを記載しているが、未記載の行群に関しても同様の信号波形が生じているものとする。   FIG. 7 is a timing chart showing an enlarged portion of the symbol ENL1 related to the signal charge accumulation start signal in FIG. 5 or FIG. 6, and FIG. 8 is a timing chart showing the details of the symbol ENL2 related to the transfer pulse in FIG. It is a timing chart which expands and shows a part in detail and classifying. 7 and 8, only the signals relating to some row groups are described, it is assumed that similar signal waveforms are generated for the undescribed row groups.

垂直走査回路21のTX2ドライバ21bに入力される制御信号は、図7(A)に示すような、トランジスタMtx2をオンからオフへ状態遷移させるための階段状の電圧波形の信号となっている。そして、この制御信号は、上述したように、同一の行群に属する各行について同時に、かつ、異なる行群に関しては行群毎に所定の遅延時間ずつ遅れるように、印加される。なお、この遅延時間をどのように決定するかに関しては、後で図15〜図17を参照して説明する。   The control signal input to the TX2 driver 21b of the vertical scanning circuit 21 is a stepped voltage waveform signal for causing the transistor Mtx2 to transition from on to off as shown in FIG. As described above, this control signal is applied to each row belonging to the same row group at the same time, and with respect to different row groups, so as to be delayed by a predetermined delay time for each row group. Note that how to determine the delay time will be described later with reference to FIGS.

一方、TX2ドライバ21bから出力される信号の電圧波形は、信号線TX2の配線抵抗やトランジスタMtx2の浮遊容量(後述する図9も参照)により応答遅れが発生してエッジがなまり、図7(B)に示すようになる。   On the other hand, in the voltage waveform of the signal output from the TX2 driver 21b, a response delay occurs due to the wiring resistance of the signal line TX2 and the stray capacitance of the transistor Mtx2 (see also FIG. 9 to be described later), and the edge becomes rounded. ) As shown.

そして、トランジスタMtx2の浮遊容量を満たすためにTX2ドライバ21bから出力される信号の電流波形は、図7(C)に示すようになる。   Then, a current waveform of a signal output from the TX2 driver 21b to satisfy the stray capacitance of the transistor Mtx2 is as shown in FIG.

加えて、TX2ドライバ21bから出力される信号を、全ての行について加算したときの合成電流波形は、図7(D)に示すようになる。すなわち、図7に示すような遅延時間だけずらした場合には、全ての行に係る合成電流のピーク値は、単一の行に係る電流のピーク値よりもさほど増大していないことが分かる。   In addition, the combined current waveform when the signals output from the TX2 driver 21b are added for all the rows is as shown in FIG. That is, it can be seen that when the delay time as shown in FIG. 7 is shifted, the peak value of the combined current related to all the rows is not so much increased than the peak value of the current related to the single row.

同様に、垂直走査回路21のTX1ドライバ21aに入力される制御信号は、図8(A)に示すような、トランジスタMtx1をオフからオンへ状態遷移させさらにその後の所定時間経過後にオンからオフへ状態遷移させるための幅をもった矩形パルス状の電圧波形の信号となっている。そして、この制御信号は、上述したように、同一の行群に属する各行について同時に、かつ、異なる行群に関しては時間的に相前後する移送パルスの一部が互いに時間的に重複するように所定の遅延時間ずつ遅らせながら印加される。なお、この遅延時間は、全ての行の露光時間が同一となるようにする必要があることから、図7を参照して説明したTX2ドライバ21bに係る遅延時間と基本的に同一となる。   Similarly, the control signal input to the TX1 driver 21a of the vertical scanning circuit 21 causes the transistor Mtx1 to transition from off to on as shown in FIG. 8A, and then from on to off after a predetermined time has elapsed. This is a rectangular pulse voltage waveform signal having a width for state transition. As described above, this control signal is predetermined so that a part of transfer pulses that are temporally adjacent to each other belong to the same row group at the same time. It is applied while delaying each delay time. This delay time is basically the same as the delay time related to the TX2 driver 21b described with reference to FIG. 7 because the exposure time of all the rows needs to be the same.

一方、TX1ドライバ21aから出力される信号の電圧波形は、信号線TX1の配線抵抗やトランジスタMtx1の浮遊容量(後述する図9も参照)により応答遅れが発生してエッジがなまり、図8(B)に示すようになる。   On the other hand, in the voltage waveform of the signal output from the TX1 driver 21a, a response delay occurs due to the wiring resistance of the signal line TX1 and the stray capacitance of the transistor Mtx1 (see also FIG. 9 described later), and the edge becomes rounded. ) As shown.

そして、トランジスタMtx1の浮遊容量を満たすためにTX1ドライバ21aから出力される信号の電流波形は、図8(C)に示すようになる。この電流波形は、移送パルスが立ち上がり部分および立ち下がり部分を備えていることに各対応して、極大ピークと極小ピークとをそれぞれ1つずつもつ波形となっている。   Then, the current waveform of the signal output from the TX1 driver 21a to satisfy the stray capacitance of the transistor Mtx1 is as shown in FIG. This current waveform is a waveform having one maximum peak and one minimum peak corresponding to each of the transfer pulse having a rising portion and a falling portion.

加えて、TX1ドライバ21aから出力される信号を、全ての行について加算したときの合成電流波形は、図8(D)に示すようになる。すなわち、図8に示すような遅延時間だけずらした場合には、全ての行に係る合成電流のピーク値は、単一の行に係る電流のピーク値よりもさほど増大していないことが分かる。   In addition, the combined current waveform when the signals output from the TX1 driver 21a are added for all the rows is as shown in FIG. That is, it can be seen that when the delay time is shifted as shown in FIG. 8, the peak value of the combined current relating to all the rows is not so much increased than the peak value of the current relating to the single row.

次に、図9は信号線TX1およびトランジスタMtx1、または信号線TX2およびトランジスタMtx2を含む回路部分の抵抗および浮遊容量に関する等価回路を示す回路図、図10は電源15からTX1またはTX2ドライバへの回路部分のインダクタンスおよび浮遊容量に関する等価回路を示す回路図、図11は応答に対する遅延の様子をより詳細に説明するためのタイミングチャートである。   Next, FIG. 9 is a circuit diagram showing an equivalent circuit regarding the resistance and stray capacitance of the circuit portion including the signal line TX1 and the transistor Mtx1, or the signal line TX2 and the transistor Mtx2, and FIG. 10 is a circuit from the power supply 15 to the TX1 or TX2 driver. FIG. 11 is a timing chart for explaining in more detail the state of delay with respect to the response.

信号線TX1や、信号線TX1からトランジスタMtx1へ分岐する信号線などには配線抵抗があり、これらを1行分まとめて合成した配線抵抗を図9にRとして示している。さらに、トランジスタMtx1には浮遊容量Ctx1があり、1行分の全トランジスタMtx1の合成浮遊容量を図9にCとして示している。   The signal line TX1, the signal line branched from the signal line TX1 to the transistor Mtx1, and the like have wiring resistance, and the wiring resistance obtained by combining these for one row is shown as R in FIG. Further, the transistor Mtx1 has a stray capacitance Ctx1, and the combined stray capacitance of all the transistors Mtx1 for one row is shown as C in FIG.

同様に、信号線TX2や、信号線TX2からトランジスタMtx2へ分岐する信号線などには配線抵抗があり、これらを1行分まとめて合成した配線抵抗を図9にRとして示している。さらに、トランジスタMtx2には浮遊容量Ctx2があり、1行分の全トランジスタMtx2の合成浮遊容量を図9にCとして示している。   Similarly, the signal line TX2, the signal line branched from the signal line TX2 to the transistor Mtx2, and the like have wiring resistance, and the wiring resistance obtained by combining these for one row is shown as R in FIG. Further, the transistor Mtx2 has a stray capacitance Ctx2, and the combined stray capacitance of all the transistors Mtx2 for one row is shown as C in FIG.

なお、信号線TX1に係る配線抵抗と信号線TX2に係る配線抵抗とは厳密にはそれぞれ異なるかもしれず、浮遊容量Ctx1と浮遊容量Ctx2とも厳密にはそれぞれ異なるかもしれないが、ここでは簡単のために同一であるものとしている。   The wiring resistance related to the signal line TX1 and the wiring resistance related to the signal line TX2 may be strictly different from each other, and the stray capacitance Ctx1 and the stray capacitance Ctx2 may be strictly different from each other. Are the same.

この図9に示すような回路構成は、いわゆるRCローパスフィルタ(RCハイカットフィルタ)となっている。この回路構成において、例えば、配線抵抗Rが5(kΩ)、浮遊容量Ctx1,Ctx2が5(fF)であるものとする。1ライン上に配列された画素数が例えば4000画素であるときには、合成浮遊容量Cは20(pF)となる。従って、インパルス応答に対する時間遅れの程度を示す時定数がRC=100(nsec)となって、この程度の時間だけ応答遅れが発生することが分かる。   The circuit configuration shown in FIG. 9 is a so-called RC low-pass filter (RC high cut filter). In this circuit configuration, for example, it is assumed that the wiring resistance R is 5 (kΩ) and the stray capacitances Ctx1 and Ctx2 are 5 (fF). When the number of pixels arranged on one line is, for example, 4000 pixels, the combined stray capacitance C is 20 (pF). Therefore, it can be seen that the time constant indicating the degree of time delay with respect to the impulse response is RC = 100 (nsec), and that the response delay occurs for this amount of time.

さらに、電源15からTX1またはTX2ドライバへの回路部分のインダクタンスおよび浮遊容量に関する等価回路は、例えば図10に示すようになる。この図10においては、インダクタンスをL、浮遊容量をCとして示している。この図10に示すような回路構成は、いわゆるLCローパスフィルタ(LCハイカットフィルタ)となっている。   Furthermore, an equivalent circuit regarding the inductance and stray capacitance of the circuit portion from the power supply 15 to the TX1 or TX2 driver is as shown in FIG. 10, for example. In FIG. 10, the inductance is indicated by L and the stray capacitance is indicated by C. The circuit configuration shown in FIG. 10 is a so-called LC low pass filter (LC high cut filter).

そして、図8等を参照して概略を説明したように、垂直走査回路21のTX1ドライバ21aに矩形状の電圧波形の制御信号(図11(A))が入力されると、TX1ドライバ21aから出力される移送パルスの波形(図11(B))は、上述した100(nsec)程度の応答時間tkをもった特性のものとなる。なお、光電変換部PDの信号電荷を信号電荷保持部FDへ移送するには、例えば5(μsec)程度の移送時間taが必要であるが、100(nsec)≪5(μsec)であるために、tk≪taが満たされているということができる。   Then, as outlined with reference to FIG. 8 and the like, when a rectangular voltage waveform control signal (FIG. 11A) is input to the TX1 driver 21a of the vertical scanning circuit 21, the TX1 driver 21a The waveform of the output transfer pulse (FIG. 11B) has a characteristic having the response time tk of about 100 (nsec) described above. Note that, in order to transfer the signal charge of the photoelectric conversion unit PD to the signal charge holding unit FD, for example, a transfer time ta of about 5 (μsec) is required, but because 100 (nsec) << 5 (μsec). Tk << ta is satisfied.

さらに、TX1ドライバ21aから出力される信号の電流波形は図11(C)に示すようになる。   Further, the current waveform of the signal output from the TX1 driver 21a is as shown in FIG.

この図11(C)に示したような電流波形の出力を行うためにTX1ドライバ21aに電源15から供給される電流波形は、図10に示したようなLCローパスフィルタの特性を考慮すると、図11(D)に示すように、最初にピークが立ち、その後に減衰するような波形となる。なお、この図11において、1行分のTX1ドライバ21aに供給される電流のピーク値をIL、1つのピークに関する電流の実効供給期間をtpとする。   The current waveform supplied from the power source 15 to the TX1 driver 21a to output the current waveform as shown in FIG. 11C is a graph showing the characteristics of the LC low-pass filter as shown in FIG. As shown in FIG. 11 (D), the waveform first has a peak and then decays. In FIG. 11, the peak value of the current supplied to the TX1 driver 21a for one row is IL, and the effective current supply period for one peak is tp.

次に、図12は、信号電荷蓄積開始信号および移送パルスを遅らせる所定の遅延時間を、図9に示した回路構成に起因する応答時間tkにしたときの、合成インラッシュ電流の最大値を説明するための図である。   Next, FIG. 12 illustrates the maximum value of the combined inrush current when the predetermined delay time for delaying the signal charge accumulation start signal and the transfer pulse is the response time tk due to the circuit configuration shown in FIG. It is a figure for doing.

TX1ドライバ21aに供給される電流のピーク値は、図11(D)に示したようにILである。また、遅延時間tkは、図11(B)に示したように、TX1,TX2ドライバ21a,21bからの出力を開始し、トランジスタMtx1,Mtx2のオン/オフの状態遷移が安定する所定電圧に達するまでの時間である。これに対して、図11(D)に示した電流の実効供給期間tpは、所定電圧に達した後、さらに電流値が減衰する時間も含んでいる。従って、tk<tpとなると考えられ、この図12に示すように、遅延時間を応答時間tkに設定したときには、各電流ピークが幾らかずつ重畳された状態となる。従って、全てのラインに関するTX1ドライバ供給電流を加算した合成インラッシュ電流Iinは、ピーク値ILよりも大きい値(IL<Iin)となる。   The peak value of the current supplied to the TX1 driver 21a is IL as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 11B, the delay time tk starts output from the TX1 and TX2 drivers 21a and 21b and reaches a predetermined voltage at which the on / off state transition of the transistors Mtx1 and Mtx2 is stabilized. It is time until. On the other hand, the effective current supply period tp shown in FIG. 11D further includes a time during which the current value attenuates after reaching the predetermined voltage. Therefore, it is considered that tk <tp, and as shown in FIG. 12, when the delay time is set to the response time tk, each current peak is overlapped somewhat. Therefore, the combined inrush current Iin obtained by adding the TX1 driver supply currents for all lines is a value (IL <Iin) larger than the peak value IL.

なお、図12では、1つの行群が1つの行により構成される場合を図示したが、複数の行により構成される場合には1つのピークが図13に示すようになる。ここに、図13は、1つの行群に含まれる行数がmであるときの、m本のラインに関するTX1ドライバ供給電流を加算したピークの様子を示す図である。   Note that FIG. 12 illustrates the case where one row group is configured by one row, but in the case where it is configured by a plurality of rows, one peak is as illustrated in FIG. FIG. 13 is a diagram illustrating a peak state obtained by adding TX1 driver supply currents regarding m lines when the number of rows included in one row group is m.

図示のように、電流の実効供給期間tpは1つの行のときと同一であるが、ピーク値はm倍となってmILである。従って、m行で構成される行群毎に処理を行う場合には、図12における1つのピークのピーク値IL、および合成インラッシュ電流値Iinをそれぞれm倍して考えれば良い。   As shown in the figure, the effective current supply period tp is the same as that in one row, but the peak value is m times as much as mIL. Therefore, when processing is performed for each row group composed of m rows, the peak value IL of one peak and the combined inrush current value Iin in FIG.

また、図14は、所定の遅延時間を応答時間tkにしたときに達成し得る最高ストロボ同調速度で電子シャッタ動作を行ったときの様子を示すタイミングチャートである。なお、この図14においては、図12に示した場合と同様に、所定の遅延時間を応答時間tkにすると共に、1つの行群が1つの行により構成されている例を示している。   FIG. 14 is a timing chart showing a state in which the electronic shutter operation is performed at the maximum strobe tuning speed that can be achieved when the predetermined delay time is set to the response time tk. FIG. 14 shows an example in which the predetermined delay time is set to the response time tk and one row group is composed of one row, as in the case shown in FIG.

このときには、先幕として機能させるために信号電荷蓄積開始信号を全ライン(第1〜Vライン)に印加するのに要する時間は、tk×(V−1)である。また、後幕として機能させるために移送パルスを全ラインに印加するのに要する時間も、同様にtk×(V−1)である。従って、ストロボ同調可能な最高シャッタ速度に対応する露光時間Texpはtk×(V−1)となる。上述したようにtkの具体値としては例えば100(nsec)が考えられ、総ライン数Vを例えば3000ラインとした場合には、
Texp=tk×(V−1)=100(nsec)×2999
≒0.3(msec)≒1/3300(sec)
となって、実質的にグローバルシャッタと呼べるような高速シャッタを実現することができていることが分かる。
At this time, the time required to apply the signal charge accumulation start signal to all the lines (first to V lines) in order to function as the front curtain is tk × (V−1). Similarly, the time required to apply the transfer pulse to all lines in order to function as the rear curtain is tk × (V−1). Therefore, the exposure time Texp corresponding to the maximum shutter speed at which the flash can be tuned is tk × (V−1). As described above, for example, 100 (nsec) can be considered as a specific value of tk, and when the total number of lines V is, for example, 3000 lines,
Texp = tk × (V−1) = 100 (nsec) × 2999
≒ 0.3 (msec) ≒ 1/3300 (sec)
Thus, it can be seen that a high-speed shutter that can be substantially called a global shutter can be realized.

次に、図15は、撮像装置に搭載される撮像素子の種類に応じてどのような撮像プログラムを設定するかを設計する撮像装置の製造方法における処理の流れを示すフローチャートである。   Next, FIG. 15 is a flowchart showing a flow of processing in the manufacturing method of the imaging apparatus that designs what imaging program is set according to the type of the imaging element mounted on the imaging apparatus.

この処理を開始すると、まず、1ライン分のトランジスタMtx1,Mtx2の浮遊容量Ctx1,Ctx2に1ライン分の画素数を乗算して合成浮遊容量Cを求め、さらに、信号線TX1,TX2の配線抵抗Rを用いて図9に示したようなRCハイカットフィルタ(RCローパスフィルタ)の時定数RCを算出し、この時定数RCを1ラインにおける遅延時間tkとする(ステップS1)。   When this processing is started, first, the combined stray capacitance C is obtained by multiplying the stray capacitances Ctx1 and Ctx2 of the transistors Mtx1 and Mtx2 for one line by the number of pixels for one line, and further the wiring resistance of the signal lines TX1 and TX2 A time constant RC of an RC high cut filter (RC low pass filter) as shown in FIG. 9 is calculated using R, and this time constant RC is set as a delay time tk in one line (step S1).

続いて、図6の符号PAに示したような、露光期間の開始タイミングがリセットデータ読出期間に重なるようなケースにおいて、信号電荷保持部FDからのリセットデータの読み出しに影響を与えないような、TX2ドライバ供給電流を全てのラインに関して加算した合成インラッシュ電流の最大値Iinmax(A)を、撮像装置に搭載される撮像素子の種類に応じて設定する(ステップS2)。   Subsequently, in the case where the start timing of the exposure period overlaps with the reset data reading period as shown by the symbol PA in FIG. 6, the reading of the reset data from the signal charge holding unit FD is not affected. A maximum value Iinmax (A) of the combined inrush current obtained by adding the TX2 driver supply current for all lines is set according to the type of the image sensor mounted in the image pickup apparatus (step S2).

次に、例えば図11(A)に示したような制御信号がTX1ドライバ21aに入力されると、ステップS1において算出した遅延時間tkに基づけば、TX1ドライバ21aからの出力電圧波形は図11(B)、出力電流波形は図11(C)にそれぞれ示すようになる。一方、電源15や垂直走査回路21等の回路により、図10に示したようなLCハイカットフィルタ(LCローパスフィルタ)が構成されるために、その時定数LCに基づけば、図11(C)に示すような出力電流波形を得られるTX1ドライバ21aへの入力電流波形は、図11(D)に示すようになることが分かる。従って、図11(D)に示すような、1ラインにおける入力電流のピーク値IL(A)が設定される(ステップS3)。   Next, for example, when a control signal as shown in FIG. 11A is input to the TX1 driver 21a, based on the delay time tk calculated in step S1, the output voltage waveform from the TX1 driver 21a is as shown in FIG. B) The output current waveforms are as shown in FIG. On the other hand, since the LC high cut filter (LC low pass filter) as shown in FIG. 10 is configured by the circuit such as the power supply 15 and the vertical scanning circuit 21, it is shown in FIG. 11C based on the time constant LC. It can be seen that the input current waveform to the TX1 driver 21a from which such an output current waveform can be obtained is as shown in FIG. Accordingly, the peak value IL (A) of the input current in one line as shown in FIG. 11D is set (step S3).

そして、ステップS2において求めた合成インラッシュ電流の最大値Iinmax(A)を、ステップS3において求めた1ラインにおける入力電流のピーク値IL(A)で除算し、その結果の小数点以下を切り捨てることにより、つまり、
m=[Iinmax/IL]
とすることにより、整数mを求める(ステップS4)。ここに、ステップS4の数式における記号[]は床関数を表している。
Then, the maximum value Iinmax (A) of the combined inrush current obtained in step S2 is divided by the peak value IL (A) of the input current in one line obtained in step S3, and the result is rounded down. That is,
m = [Iinmax / IL]
Thus, the integer m is obtained (step S4). Here, the symbol [] in the mathematical expression in step S4 represents a floor function.

遅延時間tkと1つのピークに関する電流の実効供給期間tpとが図11に示すような関係になるような典型例では、合成インラッシュ電流値Iinは、図12に示したように、1ラインにおける入力電流のピーク値ILよりは大きいが、1ラインにおける入力電流のピーク値ILの2倍よりは小さい程度となる。そこで、遅延時間tkだけライン毎の駆動時間を遅延させた場合に、ステップS4において算出した整数mは、2以上のときに合成インラッシュ電流値Iinをその最大値Iinmaxよりも小さくすることができるような指標として用いることができる。すなわち、mが2以上であるときには図5に示した第1のシーケンスによる撮像と図6に示した第2のシーケンスによる撮像との両方を実行可能であるが、mが0または1であるときには図5に示した第1のシーケンスによる撮像のみが実行可能となって図6に示した第2のシーケンスによる撮像は実行不可能となる。   In a typical example in which the delay time tk and the effective current supply period tp for one peak have a relationship as shown in FIG. 11, the combined inrush current value Iin is as shown in FIG. Although it is larger than the peak value IL of the input current, it is smaller than twice the peak value IL of the input current in one line. Therefore, when the driving time for each line is delayed by the delay time tk, the combined inrush current value Iin can be made smaller than the maximum value Iinmax when the integer m calculated in step S4 is 2 or more. It can be used as such an index. That is, when m is 2 or more, both the imaging by the first sequence shown in FIG. 5 and the imaging by the second sequence shown in FIG. 6 can be executed, but when m is 0 or 1 Only the imaging in the first sequence shown in FIG. 5 can be executed, and the imaging in the second sequence shown in FIG. 6 cannot be executed.

そこで次に、この整数mが、1または0であるか否かを判定する(ステップS5)。   Therefore, it is next determined whether or not the integer m is 1 or 0 (step S5).

このステップS5において、mが1または0であると判定された場合には、後述する図16に示すような第1のシーケンスのみを含む第1の撮像プログラムを撮像装置に設定し(ステップS6)、一方、mが2以上であると判定された場合には、後述する図17に示すような第1のシーケンスと第2のシーケンスとの両方を含む第2の撮像プログラムを撮像装置に設定してから(ステップS7)、この処理を終了する。   If it is determined in this step S5 that m is 1 or 0, a first imaging program including only a first sequence as shown in FIG. 16 described later is set in the imaging device (step S6). On the other hand, when it is determined that m is 2 or more, a second imaging program including both a first sequence and a second sequence as shown in FIG. (Step S7), this process is terminated.

次に、図16は、撮像装置に設定される第1の撮像プログラムを示すフローチャートである。   Next, FIG. 16 is a flowchart illustrating a first imaging program set in the imaging apparatus.

この処理を開始すると、まず、撮影画像のアスペクト比を設定する(ステップS11)。ここでは、例えば画素部22のアスペクト比が4:3(水平ラインの本数をV2とする)であって、この画素部22の上端部および下端部の画素データを除外することによりさらに16:9のアスペクト比(水平ラインの本数をV1とする。ここにV1<V2)を設定可能であるものとする。   When this process is started, first, the aspect ratio of the photographed image is set (step S11). Here, for example, the aspect ratio of the pixel portion 22 is 4: 3 (the number of horizontal lines is V2), and the pixel data of the upper end portion and the lower end portion of the pixel portion 22 are excluded to further increase the 16: 9. The aspect ratio (the number of horizontal lines is V1, where V1 <V2) can be set.

そして、ステップS11において設定されたアスペクト比に基づいて、水平ラインの本数を表す変数Vに、V1またはV2を格納する(ステップS12)。   Based on the aspect ratio set in step S11, V1 or V2 is stored in the variable V representing the number of horizontal lines (step S12).

続いて、AE演算の結果に基づいて、カメラ制御部14がシャッタ速度SS(露光時間)を設定する(ステップS13)。   Subsequently, based on the result of the AE calculation, the camera control unit 14 sets a shutter speed SS (exposure time) (step S13).

そして、カメラ制御部14は、シャッタ速度SSが、遅延時間tkに水平ライン本数Vから1を引いた数を乗算したもの(つまり、最初の行群の信号電荷の蓄積を開始してから全ての行群の信号電荷の蓄積開始が終了するまでの遅延時間tkの総和)よりも大きいか否かを判定する(ステップS14)。   Then, the camera control unit 14 multiplies the delay time tk by the number obtained by subtracting 1 from the number of horizontal lines V (that is, all the signal charges in the first row group after starting to accumulate). It is determined whether or not it is greater than the sum of delay times tk until the start of accumulation of signal charges in the row group (step S14).

ここで、SS>tk×(V−1)であると判定された場合には、カメラ制御部14は、Vkライン(ただし、ここでは具体例として1ラインを想定している)毎に遅延時間tkだけ駆動時間をずらすシャッタ駆動制御を設定する(ステップS15)。   Here, if it is determined that SS> tk × (V−1), the camera control unit 14 delays each Vk line (here, one line is assumed as a specific example). Shutter drive control for shifting the drive time by tk is set (step S15).

また、ステップS14において、SS≦tk×(V−1)であると判定された場合には、カメラ制御部14は、SS=tk’×(V−1)を満たす遅延時間tk’を算出して、Vkライン毎に遅延時間tk’だけ駆動時間をずらすシャッタ駆動制御を設定する(ステップS16)。   If it is determined in step S14 that SS ≦ tk × (V−1), the camera control unit 14 calculates a delay time tk ′ that satisfies SS = tk ′ × (V−1). Thus, the shutter drive control for shifting the drive time by the delay time tk ′ is set for each Vk line (step S16).

このようなステップS15またはステップS16の処理を行うことにより、カメラ制御部14は、露光時間設定部として機能して、垂直走査回路21により最初の行群の信号電荷の蓄積を開始させてから全ての行群の信号電荷の蓄積開始が終了するまでの所定の遅延時間の総和がステップS13において設定した露光時間以下になるように、垂直走査回路21における所定の遅延時間を制御するようになっている。   By performing the processing of step S15 or step S16, the camera control unit 14 functions as an exposure time setting unit, and starts the accumulation of signal charges in the first row group by the vertical scanning circuit 21. The predetermined delay time in the vertical scanning circuit 21 is controlled so that the sum of the predetermined delay times until the start of signal charge accumulation in the row group is equal to or less than the exposure time set in step S13. Yes.

ステップS15またはステップS16の処理を行ったら、カメラ操作部13に含まれるレリーズボタンが操作されたか否かを判定して(ステップS17)、まだ操作されていない場合にはステップS11へ戻って上述したような処理を繰り返して行う。   After performing the process of step S15 or step S16, it is determined whether or not the release button included in the camera operation unit 13 has been operated (step S17). If the button has not been operated yet, the process returns to step S11 and described above. Repeat the process.

一方、このステップS17において、レリーズボタンが操作されたと判定された場合には、図5に示したような第1のシーケンスにより電子シャッタ駆動を行う(ステップS18)。   On the other hand, if it is determined in step S17 that the release button has been operated, electronic shutter driving is performed according to the first sequence as shown in FIG. 5 (step S18).

その後、画像処理部8により画像処理を行って(ステップS19)、処理後の画像をメモリカード12に記録すると共に必要に応じて表示部9に表示し(ステップS20)、撮影が終了したか否かを判定する(ステップS21)。   Thereafter, image processing is performed by the image processing unit 8 (step S19), and the processed image is recorded on the memory card 12 and displayed on the display unit 9 as necessary (step S20). Is determined (step S21).

ここで、撮影が終了していないと判定された場合にはステップS11へ戻って上述したような処理を繰り返して行い、撮影が終了したと判定された場合にはこの処理を終了する。   If it is determined that shooting has not been completed, the process returns to step S11 to repeat the above-described processing. If it is determined that shooting has been completed, this processing ends.

続いて、図17は、撮像装置に設定される第2の撮像プログラムを示すフローチャートである。   Next, FIG. 17 is a flowchart illustrating a second imaging program set in the imaging apparatus.

この処理を開始すると、上述したステップS11〜S14までの処理を行い、さらに、ステップS14の判定結果に応じて、上述したステップS15またはステップS16の処理を行う。   When this process is started, the process from step S11 to S14 described above is performed, and further, the process of step S15 or step S16 described above is performed according to the determination result of step S14.

ここで、ステップS16の処理を行って以降の処理は、図16に示した処理と同様である。   Here, the processing after the processing of step S16 is the same as the processing shown in FIG.

一方、ステップS15の処理を行った後は、カメラ操作部13に含まれるレリーズボタンが操作されたか否かを判定して(ステップS25)、まだ操作されていない場合にはステップS11へ戻って上述したような処理を繰り返して行う。   On the other hand, after performing the process of step S15, it is determined whether or not the release button included in the camera operation unit 13 has been operated (step S25), and if it has not been operated yet, the process returns to step S11 and described above. Repeat the above process.

このステップS25において、レリーズボタンが操作されたと判定された場合には、図6に示したような第2のシーケンスにより電子シャッタ駆動を行ってから(ステップS26)、上述したステップS19の処理へ進み、その後の処理は図16に示した処理と同様である。   If it is determined in step S25 that the release button has been operated, electronic shutter driving is performed according to the second sequence as shown in FIG. 6 (step S26), and the process proceeds to step S19 described above. The subsequent processing is the same as the processing shown in FIG.

このような実施形態1によれば、電子グローバルシャッタの実現と、電子グローバルシャッタ時の電流ピーク値の低減と、の両立を、撮像装置の大型化を招くことなく図ることができる。   According to the first embodiment, it is possible to achieve both the realization of the electronic global shutter and the reduction of the current peak value during the electronic global shutter without increasing the size of the imaging apparatus.

また、全ての行群の信号電荷の蓄積開始が終了するまでの遅延時間tkの総和が露光時間以下になるように制御しているために、全てのシャッタ速度においてストロボ同調することが可能になり、広義の意味でグローバルシャッタということができる。そして、これにより、メカニカルシャッタでは実現不可能な高速のストロボ同調速度を備えた撮像装置を、大型化することなく実現することができる。   In addition, since the total delay time tk until the start of signal charge accumulation in all row groups is controlled to be equal to or shorter than the exposure time, stroboscopic tuning can be performed at all shutter speeds. In a broad sense, it can be called a global shutter. As a result, it is possible to realize an imaging apparatus having a high strobe tuning speed that cannot be realized with a mechanical shutter without increasing the size.

加えて、撮像装置を製造する際に、光電変換部のリセット電流が所定値以下のときには第1のシーケンスと第2のシーケンスとの両方を含む第2の撮像プログラムを撮像装置に設定し、リセット電流が所定値よりも大きいときには第1のシーケンスを含み第2のシーケンスを含まない第1の撮像プログラムを撮像装置に設定するようにしたために、光電変換部PDへの信号電荷蓄積開始信号の印加が、信号電荷保持部FDからリセットデータの読み出しに影響を与えないようにすることができる。これにより、正確なリセットデータを取得することが可能となって、FD暗電流ノイズを良好に除去することができる。そして、第2のシーケンスを実行可能なときには実行するようにしているために、FD暗電流ノイズ自体を低減することが可能となり、よりノイズの少ない画像データを得ることができる。   In addition, when manufacturing the imaging device, when the reset current of the photoelectric conversion unit is equal to or less than a predetermined value, the second imaging program including both the first sequence and the second sequence is set in the imaging device and reset. Since the first imaging program including the first sequence and not including the second sequence is set in the imaging device when the current is larger than the predetermined value, the signal charge accumulation start signal is applied to the photoelectric conversion unit PD. However, the reading of the reset data from the signal charge holding portion FD can be prevented from being affected. As a result, accurate reset data can be acquired, and FD dark current noise can be removed satisfactorily. Since the second sequence is executed when it can be executed, the FD dark current noise itself can be reduced, and image data with less noise can be obtained.

さらに、リセットパルスや移送パルスを複数行でなる行群毎に印加するようにした場合には、消費電力とのバランスをとりながらより高速なシャッタを実現することができる。
[実施形態2]
Furthermore, when a reset pulse or a transfer pulse is applied to each row group consisting of a plurality of rows, a higher-speed shutter can be realized while balancing power consumption.
[Embodiment 2]

図18および図19は本発明の実施形態2を示したものであり、図18は画素部22における画素23の構成例をより詳細に示す回路図である。   18 and 19 show the second embodiment of the present invention, and FIG. 18 is a circuit diagram showing a configuration example of the pixel 23 in the pixel portion 22 in more detail.

この実施形態2において、上述の実施形態1と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。   In the second embodiment, parts that are the same as those in the first embodiment are given the same reference numerals and description thereof is omitted, and only differences are mainly described.

まず、図18を参照して、本実施形態の画素23の構成を説明する。この図18においては、点線で囲んだ画素23は、2画素分の画素領域を示している。すなわち、この図18に示す撮像素子は、例えば上下に隣接する2画素毎に、図示のような構成をとるようになっている。そして、この図18に示すような構成を採用する場合には、各垂直転送線VTLの終端側となる水平走査回路24の前段の位置に、画素データからリセットデータを減算するCDS部(図示せず)が設けられているものとする。   First, the configuration of the pixel 23 of the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 18, a pixel 23 surrounded by a dotted line indicates a pixel area for two pixels. That is, the image sensor shown in FIG. 18 has a configuration as shown in the drawing, for example, every two adjacent pixels. When the configuration shown in FIG. 18 is adopted, a CDS section (not shown) that subtracts reset data from pixel data at a position preceding the horizontal scanning circuit 24 on the end side of each vertical transfer line VTL. )).

図面上側に位置する第1の光電変換部PDは第1リセット部として機能するトランジスタMtx2を介して、図面下側に位置する第2の光電変換部PDは第1リセット部として機能するトランジスタMtx2’(第1トランジスタ)を介して、信号電荷蓄積開始信号を印加するための信号線TX2にそれぞれ接続されている。そして、この図18に示す構成においては、第1の光電変換部PDのリセットはトランジスタMtx2により、第2の光電変換部PDのリセットはトランジスタMtx2’により、それぞれ行われるようになっている。   The first photoelectric conversion unit PD positioned on the upper side of the drawing is connected to the transistor Mtx2 functioning as the first reset unit, and the second photoelectric conversion unit PD positioned on the lower side of the drawing is set to the transistor Mtx2 ′ functioning as the first reset unit. The signal charge accumulation start signal is applied to each signal line TX2 via (first transistor). In the configuration shown in FIG. 18, the reset of the first photoelectric conversion unit PD is performed by the transistor Mtx2, and the reset of the second photoelectric conversion unit PD is performed by the transistor Mtx2 '.

第1の光電変換部PDは、ゲート部として機能するトランジスタMtx1を介して、第1の電荷蓄積部C1へ接続されている。また、第2の光電変換部PDは、ゲート部として機能するトランジスタMtx1’を介して、第2の電荷蓄積部C2へ接続されている。これらのトランジスタMtx1およびトランジスタMtx1’は、移送パルスを印加するための信号線TX1に接続されている。   The first photoelectric conversion unit PD is connected to the first charge storage unit C1 via the transistor Mtx1 that functions as a gate unit. The second photoelectric conversion unit PD is connected to the second charge storage unit C2 via the transistor Mtx1 'functioning as a gate unit. The transistors Mtx1 and Mtx1 'are connected to a signal line TX1 for applying a transfer pulse.

第1の電荷蓄積部C1は、ゲート部として機能するトランジスタMtx3を介して、信号電荷保持部FDへ接続されている。ここに、トランジスタMtx3は、移送パルスを印加するための信号線TX3に接続されている。また、第2の電荷蓄積部C2は、ゲート部として機能するトランジスタMtx4を介して、信号電荷保持部FDへ接続されている。ここに、トランジスタMtx4は、移送パルスを印加するための信号線TX4に接続されている。   The first charge accumulation unit C1 is connected to the signal charge holding unit FD via the transistor Mtx3 functioning as a gate unit. Here, the transistor Mtx3 is connected to a signal line TX3 for applying a transfer pulse. The second charge storage unit C2 is connected to the signal charge holding unit FD via a transistor Mtx4 that functions as a gate unit. Here, the transistor Mtx4 is connected to a signal line TX4 for applying a transfer pulse.

この信号電荷保持部FD以降の構成は、図3に示したものと同様である。   The configuration after the signal charge holding unit FD is the same as that shown in FIG.

次に、図19は、撮像装置におけるグローバルシャッタ動作のシーケンスを示すタイミングチャートである。図18に示したような画素構成の撮像素子は、グローバルシャッタ動作時に、まず最初に露光を行い、その後にリセットデータと画素データとを読み出すように制御される。   Next, FIG. 19 is a timing chart showing the sequence of the global shutter operation in the imaging apparatus. The image sensor having the pixel configuration as shown in FIG. 18 is controlled to perform exposure first and then read out reset data and pixel data during the global shutter operation.

すなわち、カメラ操作部13のレリーズボタンが押圧されてレリーズ信号がカメラ制御部14へ入力されると、カメラ制御部14の制御に基づいて、このグローバルシャッタ動作が開始される。   That is, when the release button of the camera operation unit 13 is pressed and a release signal is input to the camera control unit 14, this global shutter operation is started based on the control of the camera control unit 14.

すると、信号線TX2を介して全ラインのトランジスタMtx2,Mtx2’に信号電荷蓄積開始信号を実質的にグローバルシャッタと呼べるような高速シャッタで順次に印加する(図7参照)ことにより、トランジスタMtx2,Mtx2’がオフとなって全画素の光電変換部PDへの電荷の蓄積が開始される(露光期間の開始)。   Then, the signal charge accumulation start signal is sequentially applied to the transistors Mtx2 and Mtx2 ′ of all the lines via the signal line TX2 by a high-speed shutter that can be called a global shutter (see FIG. 7), whereby the transistors Mtx2, Mtx2 ′ is turned off and charge accumulation in the photoelectric conversion units PD of all pixels is started (exposure period starts).

ライン毎に露光を開始してから所定の露光期間が経過したところで、信号線TX1を介して全ラインの全画素のトランジスタMtx1,Mtx1’に移送パルスを実質的にグローバルシャッタと呼べるような高速シャッタで順次に印加する(図8参照)ことにより、光電変換部PDに蓄積されていた画素電荷が第1の電荷蓄積部C1および第2の電荷蓄積部C2へ移送される(露光期間の終了)。   When a predetermined exposure period has elapsed after the start of exposure for each line, a high-speed shutter that can substantially transfer a transfer pulse to the transistors Mtx1 and Mtx1 ′ of all pixels of all lines via the signal line TX1. (See FIG. 8), the pixel charges accumulated in the photoelectric conversion unit PD are transferred to the first charge accumulation unit C1 and the second charge accumulation unit C2 (end of the exposure period). .

続いて、リセットデータおよび画素データの読出期間が開始される。   Subsequently, a readout period of reset data and pixel data is started.

すなわちまず、画素部22の第1行目および第2行目に共通に設けられたトランジスタMrに、信号線RESからリセットパルスを印加して、第1行目および第2行目に共通の信号電荷保持部FDのリセットを行う。さらに、画素部22の第1行目および第2行目に共通に設けられた選択トランジスタMbに、信号線SELから読出パルスを印加することにより、信号電荷保持部FDからリセットノイズの読み出しを行う。   That is, first, a reset pulse is applied from the signal line RES to the transistors Mr provided in common in the first row and the second row of the pixel portion 22, so that signals common to the first row and the second row are applied. The charge holding unit FD is reset. Further, the reset noise is read from the signal charge holding portion FD by applying a read pulse from the signal line SEL to the select transistors Mb provided in common in the first row and the second row of the pixel portion 22. .

その直後に、画素部22の第1行目に設けられたトランジスタMtx3に信号線TX3を介して移送パルスを印加することにより、第1の電荷蓄積部C1に蓄積されている画素電荷を信号電荷保持部FDへ移送する。さらに、画素部22の第1行目および第2行目に共通に設けられた選択トランジスタMbに、信号線SELから読出パルスを印加することにより、信号電荷保持部FDから画素データの読み出しを行う。   Immediately thereafter, a transfer pulse is applied to the transistor Mtx3 provided in the first row of the pixel portion 22 via the signal line TX3, whereby the pixel charge accumulated in the first charge accumulation portion C1 is converted into a signal charge. Transfer to holding unit FD. Further, pixel data is read from the signal charge holding portion FD by applying a read pulse from the signal line SEL to the selection transistors Mb provided in common in the first row and the second row of the pixel portion 22. .

そして、撮像部6内のCDS部において、画素データからリセットノイズを減算する処理を行って、水平走査回路24へ出力する。   Then, the CDS unit in the imaging unit 6 performs a process of subtracting the reset noise from the pixel data and outputs the result to the horizontal scanning circuit 24.

このような動作を、画素部22の奇数行について、第1行目から第V行目(最終行目)へ向かって順次行うことにより、リセットノイズを除去した奇数ラインの画素データが出力される。   Such operations are sequentially performed from the first row to the V-th row (final row) for odd-numbered rows of the pixel unit 22 to output pixel data of odd-numbered lines from which reset noise is removed. .

次に、同様の動作を偶数ラインに対して行う。   Next, the same operation is performed on even lines.

すなわちまず、画素部22の第1行目および第2行目に共通に設けられたトランジスタMrに、信号線RESからリセットパルスを印加して、第1行目および第2行目に共通の信号電荷保持部FDのリセットを行う。さらに、画素部22の第1行目および第2行目に共通に設けられた選択トランジスタMbに、信号線SELから読出パルスを印加することにより、信号電荷保持部FDからリセットノイズの読み出しを行う。   That is, first, a reset pulse is applied from the signal line RES to the transistors Mr provided in common in the first row and the second row of the pixel portion 22, so that signals common to the first row and the second row are applied. The charge holding unit FD is reset. Further, the reset noise is read from the signal charge holding portion FD by applying a read pulse from the signal line SEL to the select transistors Mb provided in common in the first row and the second row of the pixel portion 22. .

その直後に、画素部22の第2行目に設けられたトランジスタMtx4に信号線TX4を介して移送パルスを印加することにより、第2の電荷蓄積部C2に蓄積されている画素電荷を信号電荷保持部FDへ移送する。さらに、画素部22の第1行目および第2行目に共通に設けられた選択トランジスタMbに、信号線SELから読出パルスを印加することにより、信号電荷保持部FDから画素データの読み出しを行う。   Immediately thereafter, a transfer pulse is applied to the transistor Mtx4 provided in the second row of the pixel portion 22 via the signal line TX4, whereby the pixel charge accumulated in the second charge accumulation portion C2 is converted into a signal charge. Transfer to holding unit FD. Further, pixel data is read from the signal charge holding portion FD by applying a read pulse from the signal line SEL to the selection transistors Mb provided in common in the first row and the second row of the pixel portion 22. .

そして、撮像部6内のCDS部において、画素データからリセットノイズを減算する処理を行って、水平走査回路24へ出力する。   Then, the CDS unit in the imaging unit 6 performs a process of subtracting the reset noise from the pixel data and outputs the result to the horizontal scanning circuit 24.

このような動作を、画素部22の偶数行について、第2行目から第V行目(最終行目)へ向かって順次行うことにより、リセットノイズを除去した偶数ラインの画素データが出力される。   By sequentially performing such an operation from the second row to the Vth row (final row) for even rows of the pixel unit 22, pixel data of even lines from which reset noise has been removed is output. .

このような実施形態2によれば、図18に示すような構成を備える撮像部に対しても、上述した実施形態1と同様に実質的にグローバルシャッタと呼べる高速シャッタを行い、ほぼ同様の効果を奏することができる。   According to the second embodiment, a high-speed shutter that can be substantially called a global shutter is performed on the imaging unit having the configuration shown in FIG. 18 as in the first embodiment, and substantially the same effect is obtained. Can be played.

また、実施形態2の構成によれば、リセットデータを読み出した直後に画素データを読み出すことができるために、FD暗電流ノイズの発生をほぼ0に抑制することが可能となり、ノイズが少なく画質の良い画像データを得ることができる利点がある。   Further, according to the configuration of the second embodiment, since pixel data can be read immediately after reset data is read, it is possible to suppress the generation of FD dark current noise to almost zero, and there is little noise and image quality is reduced. There is an advantage that good image data can be obtained.

なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, you may delete some components from all the components shown by embodiment. Furthermore, the constituent elements over different embodiments may be appropriately combined. Thus, it goes without saying that various modifications and applications are possible without departing from the spirit of the invention.

1…撮影光学系
2…ズームレンズ
3…絞り
4…フォーカスレンズ
5…レンズ駆動部
6…撮像部
7…AF処理部
8…画像処理部
9…表示部
10…背面表示部
11…電子ビューファインダ(EVF)
12…メモリカード
13…カメラ操作部
14…カメラ制御部(露光時間設定部)
15…電源
21…垂直走査回路(信号電荷蓄積開始信号制御部、移送パルス制御部、読出パルス制御部、リセット電圧読出制御部)
21a…TX1ドライバ
21b…TX2ドライバ
22…画素部
23…画素
24…水平走査回路
25…A/D変換部
C1,C2…電荷蓄積部
Ctx1,Ctx2…浮遊容量
FD…信号電荷保持部
Ma…増幅用トランジスタ
Mb…選択トランジスタ(第3トランジスタ)
Mr…トランジスタ(第2トランジスタ)
Mtx1,Mtx1’…トランジスタ(ゲート部)
Mtx2,Mtx2’…トランジスタ(第1トランジスタ)
Mtx3,Mtx4…トランジスタ(ゲート部)
PD…光電変換部
RES,SEL,TX1,TX2,TX3,TX4…信号線
VDD…電流源
VTL…垂直転送線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Shooting optical system 2 ... Zoom lens 3 ... Diaphragm 4 ... Focus lens 5 ... Lens drive part 6 ... Imaging part 7 ... AF process part 8 ... Image processing part 9 ... Display part 10 ... Back surface display part 11 ... Electronic viewfinder ( EVF)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Memory card 13 ... Camera operation part 14 ... Camera control part (exposure time setting part)
15 ... Power supply 21 ... Vertical scanning circuit (signal charge accumulation start signal controller, transfer pulse controller, readout pulse controller, reset voltage readout controller)
21a ... TX1 driver 21b ... TX2 driver 22 ... Pixel unit 23 ... Pixel 24 ... Horizontal scanning circuit 25 ... A / D conversion units C1, C2 ... Charge storage units Ctx1, Ctx2 ... Floating capacitance FD ... Signal charge holding unit Ma ... For amplification Transistor Mb ... selection transistor (third transistor)
Mr ... transistor (second transistor)
Mtx1, Mtx1 ′... Transistor (gate portion)
Mtx2, Mtx2 '... Transistor (first transistor)
Mtx3, Mtx4 ... Transistor (Gate part)
PD: photoelectric conversion unit RES, SEL, TX1, TX2, TX3, TX4 ... signal line VDD ... current source VTL ... vertical transfer line

Claims (3)

入射光量に応じた信号を発生させ蓄積する光電変換部と、該光電変換部をリセットするための第1トランジスタと、該光電変換部により蓄積された信号電荷を受けて一定時間保持するための遮光された信号電荷保持部と、該信号電荷保持部をリセットするための第2トランジスタと、前記光電変換部と前記信号電荷保持部との間に配置されて前記光電変換部により蓄積された信号電荷を前記信号電荷保持部へ移送するためのゲート部と、前記信号電荷保持部に保持された信号電荷を読み出すための第3トランジスタと、を有する画素が行方向および列方向に2次元状に配列された画素部と、
前記光電変換部をリセットして該光電変換部における信号電荷の蓄積を開始させるための信号電荷蓄積開始信号を1以上の行で構成される行群毎に印加するものであって、同一の行群に属する各行については同時に、かつ、異なる行群については行群毎に所定の遅延時間ずつ遅らせながら印加するための信号電荷蓄積開始信号制御部と、
前記信号電荷蓄積開始信号が印加されてから所定の露光時間が経過した後に、前記ゲート部を駆動して前記光電変換部により蓄積された信号電荷を前記信号電荷保持部へ移送するための移送パルスを前記行群毎に印加するものであって、同一の行群に属する各行については同時に、かつ、時間的に相前後する該移送パルスの一部が互いに時間的に重複するように前記所定の遅延時間ずつ遅らせながら印加するための移送パルス制御部と、
前記第3トランジスタを駆動して前記信号電荷保持部に蓄積された信号電荷を読み出すための読出パルスを印加するための読出パルス制御部と、
を具備したことを特徴とする撮像装置。
A photoelectric conversion unit for generating and storing a signal corresponding to the amount of incident light, a first transistor for resetting the photoelectric conversion unit, and a light shield for receiving a signal charge accumulated by the photoelectric conversion unit and holding it for a certain period of time The signal charge holding unit, the second transistor for resetting the signal charge holding unit, the signal charge that is arranged between the photoelectric conversion unit and the signal charge holding unit and accumulated by the photoelectric conversion unit Are arranged in a two-dimensional array in a row direction and a column direction, and a gate section for transferring the signal charge to the signal charge holding section and a third transistor for reading out the signal charge held in the signal charge holding section A pixel portion,
Applying a signal charge accumulation start signal for resetting the photoelectric conversion unit to start accumulation of signal charges in the photoelectric conversion unit for each row group composed of one or more rows, the same row A signal charge accumulation start signal control unit for applying each row belonging to a group at the same time, and for different row groups while being delayed by a predetermined delay time for each row group;
A transfer pulse for driving the gate unit to transfer the signal charge accumulated by the photoelectric conversion unit to the signal charge holding unit after a predetermined exposure time has elapsed since the signal charge accumulation start signal was applied. For each row group, and for each row belonging to the same row group, at the same time, the predetermined pulses are overlapped in time so that some of the transfer pulses that are temporally adjacent to each other overlap in time. A transfer pulse controller for applying while delaying each delay time;
A read pulse control unit for applying a read pulse for driving the third transistor and reading the signal charge accumulated in the signal charge holding unit;
An image pickup apparatus comprising:
露光時間を設定するとともに、前記信号電荷蓄積開始信号制御部により最初の行群の信号電荷の蓄積を開始させてから全ての行群の信号電荷の蓄積開始が終了するまでの前記所定の遅延時間の総和が前記露光時間以下になるように、該信号電荷蓄積開始信号制御部における前記所定の遅延時間を制御する露光時間設定部をさらに具備したことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。   The predetermined delay time from the start of signal charge accumulation of the first row group by the signal charge accumulation start signal control unit to the end of the start of signal charge accumulation of all row groups while setting the exposure time The imaging apparatus according to claim 1, further comprising an exposure time setting unit that controls the predetermined delay time in the signal charge accumulation start signal control unit so that a total sum of the signal charges becomes equal to or less than the exposure time. . 請求項1に記載の撮像装置であって、さらに、前記信号電荷保持部をリセットしたときのリセット電圧を読み出すリセット電圧読出制御部を具備する撮像装置、の製造方法において、
前記信号電荷蓄積開始信号制御部により前記光電変換部をリセットするときのリセット電流が所定値以下のときには、全ての画素に対する前記リセット電圧読出制御部によるリセット電圧の読み出しが終了した後に前記信号電荷蓄積開始信号制御部による信号電荷の蓄積を開始させるための第1のシーケンスと、前記リセット電圧読出制御部によるリセット電圧の読み出しが終了する前に前記信号電荷蓄積開始信号制御部による信号電荷の蓄積を開始する第2のシーケンスと、の両方を含む第2の撮像プログラムを前記撮像装置に設定し、
前記リセット電流が前記所定値よりも大きいときには、前記第1のシーケンスを含み前記第2のシーケンスを含まない第1の撮像プログラムを前記撮像装置に設定することを特徴とする撮像装置の製造方法。
The imaging apparatus according to claim 1, further comprising: a reset voltage read control unit that reads a reset voltage when the signal charge holding unit is reset.
When a reset current when the photoelectric conversion unit is reset by the signal charge accumulation start signal control unit is less than or equal to a predetermined value, the signal charge accumulation is performed after the reset voltage read control unit finishes reading all the pixels. A first sequence for starting signal charge accumulation by the start signal control unit, and signal charge accumulation by the signal charge accumulation start signal control unit before the reset voltage reading by the reset voltage read control unit is completed. A second imaging program including both of the second sequence to be started and set in the imaging device,
When the reset current is larger than the predetermined value, a first imaging program that includes the first sequence and does not include the second sequence is set in the imaging device.
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