JP2011009837A - Solid-state imager and digital camera - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等に用いられる固体撮像装置およびデジタルカメラに関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a digital camera used for a video camera, a digital still camera, and the like.
近年、固体撮像素子としてCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補型金属酸化膜半導体)型撮像素子(以下、「MOS型撮像素子」という)が注目され、実用化されている。
このMOS型撮像素子は、CCD(Charge Coupled Device:電荷結合素子)型撮像素子と異なり、単一電源で駆動することが可能である。また、CCD型撮像素子では、専用の製造プロセスを必要とするのに対し、MOS型撮像素子は、他のLSIと同じ製造プロセスを用いて製造することができることからSOC(System On Chip)への対応が容易であり、固体撮像装置の多機能化を可能としている。
また、MOS型撮像素子は、各画素に増幅回路を備えることによって画素内で信号電荷を増幅しているため、信号の伝達経路からのノイズの影響を受けづらい構成になっている。さらに、各画素の信号電荷を選択して取り出す(選択方式)ことが可能であり、原理上、信号の蓄積時間や読み出し順序を画素毎に自由に制御することができるという特徴がある。
In recent years, CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type imaging devices (hereinafter referred to as “MOS type imaging devices”) have attracted attention and are put into practical use as solid-state imaging devices.
Unlike a CCD (Charge Coupled Device) type image sensor, this MOS type image sensor can be driven by a single power source. In addition, a CCD type image pickup device requires a dedicated manufacturing process, whereas a MOS type image pickup device can be manufactured using the same manufacturing process as other LSIs. It is easy to deal with and enables multi-functionalization of the solid-state imaging device.
In addition, since the MOS type image pickup device amplifies the signal charge in each pixel by providing an amplification circuit in each pixel, the MOS type image pickup device is not easily influenced by noise from the signal transmission path. Further, the signal charge of each pixel can be selected and taken out (selection method), and in principle, the signal accumulation time and readout order can be freely controlled for each pixel.
MOS型撮像素子を使用した装置の一例として、一眼レフカメラがある。図8は、一般的なデジタルカメラの概略構成を示したブロック図である。図8に示したデジタルカメラ1は、レンズ2、メカニカルシャッタ3、イメージセンサ4、画像信号処理回路5、メモリ6、記録装置7、レンズ制御装置8、シャッタ駆動装置9、イメージャ駆動装置10、カメラ制御装置11、表示装置12から構成される。
One example of a device that uses a MOS image sensor is a single-lens reflex camera. FIG. 8 is a block diagram showing a schematic configuration of a general digital camera. The
レンズ2は、レンズ制御装置8によってズーム、フォーカス、絞りなどが駆動制御され、被写体像をイメージセンサ4に結像させる。
メカニカルシャッタ3は、シャッタ駆動装置9によって駆動制御され、レンズ2を介してデジタルカメラ1内に入射した光を遮光する遮光部材(シャッタ)であり、所謂一眼レフカメラに使用されるフォーカルプレーン型のシャッタ機構である。
イメージセンサ4は、イメージャ駆動装置10によって駆動、制御され、レンズ2を介してデジタルカメラ1内に入射した被写体光を画像信号に変換する固体撮像装置である。以降の説明において、「イメージセンサ」という場合は、MOS型撮像素子を示すこととする。
画像信号処理回路5はイメージセンサ4から出力された画像信号に対して、信号の増幅、画像データへの変換および各種の補正、画像データの圧縮などの処理を行う。また、画像信号処理回路5は、各処理における画像データの一時記憶手段としてメモリ6を利用する。
記録装置7は、半導体メモリなどの着脱可能な記録媒体であり、画像データの記録または読み出しを行う。
表示装置12は、イメージセンサ4に結像され、画像信号処理回路5によって処理された画像データ、または記録装置7から読み出された画像データに基づく画像を表示する液晶などの表示装置である。
カメラ制御装置11は、デジタルカメラ1の全体の制御を行う制御装置である。
The
The
The
The image
The
The
The
図9は、従来の固体撮像装置の概略構成を示したブロック図である。図9において、イメージセンサ4は、イメージセンサ制御信号発生回路41、垂直走査回路42、水平走査回路43、定電流源44、単位画素45、CDS回路46、列選択回路47から構成される。なお、図9に示したイメージセンサ4では、複数の単位画素45が、3行3列に二次元的に配置された例を示している。また、定電流源44、CDS回路46、列選択回路47は、単位画素45の列方向毎に配置されている。
FIG. 9 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional solid-state imaging device. 9, the
なお、図9に示したイメージセンサ4において、各符号の後に表す“():括弧”内の数字および記号は、イメージセンサ4内に配置されている単位画素45に対応した行番号と列番号とを表し、最初の数字が行番号、最後の数字が列番号を示す。例えば、2行3列目の単位画素45は、単位画素45(23)と表す。また、行番号または列番号の一方のみ、すなわち、同一の行番号または列番号を表す場合は、同一の行番号または列番号を数字で表し、同一ではない行番号または列番号を“*:アスタリスク”で表す。例えば、3列目の定電流源44は、定電流源44(*3)と表す。また、行番号および列番号の両方を特定しない場合は、各符号の後の“():括弧”を表記しない。
In the
イメージセンサ制御信号発生回路41は、垂直走査回路42、水平走査回路43、およびCDS回路46を制御する。垂直走査回路42は、単位画素45を制御する。水平走査回路43は、列選択回路47を制御する。このイメージセンサ制御信号発生回路41、垂直走査回路42、および水平走査回路43による制御によって、イメージセンサ4は、入射した被写体光の画像信号を出力する。
The image sensor control
より具体的には、イメージセンサ4は、垂直走査回路42から出力されるリセットパルスφRS(1*)〜φRS(3*)、転送パルスφTX(1*)〜φTX(3*)およびセレクトパルスφSE(1*)〜φSE(3*)によって選択された行方向の単位画素45の出力を画素信号として垂直信号線V(*1)〜V(*3)に出力する。そして、イメージセンサ4は、単位画素45から垂直信号線V(*1)〜V(*3)に出力された画素信号のノイズ成分を、CDS回路46によって抑圧する。そして、水平走査回路43から出力される列選択パルスφH(*1)〜φH(*3)によって選択された列方向のノイズ抑圧後の画素信号を、イメージセンサ4の画像信号として水平信号線Hに出力する。
More specifically, the
単位画素45は、入射した光を電気信号に変換し、垂直信号線Vに出力する回路である。単位画素45は、それぞれ、フォトダイオードPD、フローティングディフュージョンFD、リセットトランジスタM1、転送トランジスタM2、増幅トランジスタM3、選択トランジスタM4から構成される。
フォトダイオードPDは、入射した光を光電変換して電荷を発生する光電変換部である。転送トランジスタM2は、垂直走査回路42から入力された転送パルスφTXに基づいて、フォトダイオードPDで発生した電荷を、増幅トランジスタM3のゲート端子に接続されたフローティングディフュージョンFDに転送する。転送トランジスタM2によって転送された電荷は、フローティングディフュージョンFDに蓄積される。増幅トランジスタM3は、フローティングディフュージョンFDに蓄積された電荷に応じた電圧を出力する。リセットトランジスタM1は、垂直走査回路42から入力されたリセットパルスφRSに基づいて、フローティングディフュージョンFDを電源電圧Vdにリセットする。選択トランジスタM4は、垂直走査回路42から入力されたセレクトパルスφSEに基づいて、増幅トランジスタM3が出力した電圧を、単位画素45の出力として垂直信号線Vに出力する。
The
The photodiode PD is a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light to generate charges. Based on the transfer pulse φTX input from the
垂直信号線V(*1)〜V(*3)は、それぞれ列方向毎の単位画素45、CDS回路46、および定電流源44に接続されている。
定電流源44内のトランジスタのドレイン端子は垂直信号線Vに接続され、ソース端子はグランドに固定されている。また、定電流源44内のトランジスタのゲート端子は電流源バイアスVbiasに接続されている。
The vertical signal lines V (* 1) to V (* 3) are connected to the
The drain terminal of the transistor in the constant
CDS回路46は、単位画素45で発生する画素信号のノイズを抑圧する回路である。CDS回路46は、それぞれ、クランプトランジスタM5、サンプルホールドトランジスタM6、クランプキャパシタC1、サンプルホールドキャパシタC2から構成される。
クランプキャパシタC1は、単位画素45から垂直信号線Vに出力された画素信号の出力電圧を保持する。クランプトランジスタM5は、イメージセンサ制御信号発生回路41から入力されたクランプパルスφCLに基づいて、単位画素45のリセット電圧、すなわち、電源電圧Vdを出力する。サンプルホールドトランジスタM6は、イメージセンサ制御信号発生回路41から入力されたサンプルホールドパルスφSHに基づいて、クランプキャパシタC1に保持された単位画素45の画素信号の電圧と、クランプトランジスタM5を介して出力されたリセット電圧との差分の電圧、すなわち、ノイズ抑圧された画素信号をサンプルホールドキャパシタC2に保持させる。
The
The clamp capacitor C1 holds the output voltage of the pixel signal output from the
列選択回路47は、水平走査回路43から出力される列選択パルスφH(*1)〜φH(*3)に基づいて、CDS回路46内のサンプルホールドキャパシタC2に保持されているノイズ抑圧後の画素信号を選択し、イメージセンサ4の画像信号として水平信号線Hに出力する。
The
図10は、従来のデジタルカメラの撮影におけるシャッタ駆動の概略動作を模式化した図である。図10においてメカニカルシャッタ3は、フォーカルプレーンシャッタ後幕31、フォーカルプレーンシャッタ先幕32から構成される。図10(a)は、フォーカルプレーンシャッタ後幕31とフォーカルプレーンシャッタ先幕32とが共に“開”の状態で、デジタルカメラに備わっている表示装置12にイメージセンサ4からの画像をリアルタイムで表示する、所謂ライブビュー状態を示している。このライブビューの状態からシャッタボタンが押下されると、静止画撮像開始のレリーズ信号が発生し、図10(b)に示すようにフォーカルプレーンシャッタ先幕32が、一度“閉”の状態となる。その後、図10(c)〜図10(d)に示すように、フォーカルプレーンシャッタ後幕31とフォーカルプレーンシャッタ先幕32とが一定の間隔で走行することにより、露光時間が制御される。最後に、図10(e)の状態、すなわち、フォーカルプレーンシャッタ後幕31が完全に“閉”の状態となることによって撮影が完了し、その後、イメージセンサ4の画像信号が順次読み出される。
FIG. 10 is a diagram schematically showing a general operation of shutter driving in photographing with a conventional digital camera. In FIG. 10, the
しかしながら、図10に示した従来のデジタルカメラにおいて、シャッタボタンが押下されてから、フォーカルプレーンシャッタ先幕32が“閉”の状態(図10(b))となるまでの期間は、静止画撮像のための露光を開始することができず、この期間が撮影までのタイムラグとして問題となっていた。
However, in the conventional digital camera shown in FIG. 10, during the period from when the shutter button is pressed until the focal plane shutter
上述の撮影までのタイムラグの問題を改善するため、種々の技術が考案されている。例えば、特許文献1には、フォーカルプレーンシャッタ先幕32の代わりに、電子シャッタ動作を利用する方法が開示されている。なお、電子シャッタ動作とは、単位画素45内のリセットトランジスタM1と転送トランジスタM2を“ON”させることにより、単位画素45内のフォトダイオードPDに蓄積されている電荷をリセットする動作である。
なお、以降の説明において、フォーカルプレーンシャッタ先幕32の代わりに、電子シャッタ動作を利用する方法を「先幕電子シャッタ」と呼ぶこととする。
Various techniques have been devised in order to improve the above-described problem of time lag until photographing. For example,
In the following description, a method using an electronic shutter operation instead of the focal plane shutter
図11に先幕電子シャッタ駆動の概略動作を模式化した図を示す。図11(a)は、図10(a)と同様なライブビュー状態を示している。このライブビューの状態からシャッタボタンが押下されると、図10(b)とは異なり、フォーカルプレーンシャッタ先幕32が “閉”の状態には移行せず、図11(b)〜図11(c)に示すように、フォーカルプレーンシャッタ後幕31の走行と、電子シャッタによるイメージセンサ4の走査が行われる。すなわち、フォーカルプレーンシャッタ後幕31と電子シャッタ動作ON領域とを同期させることにより、露光時間が制御される。最後に、図11(d)の状態、すなわち、フォーカルプレーンシャッタ後幕31が完全に“閉”の状態となることによって撮影が完了し、その後、イメージセンサ4の画像信号が順次読み出される。
FIG. 11 shows a schematic diagram of the schematic operation of the front curtain electronic shutter drive. FIG. 11A shows a live view state similar to FIG. When the shutter button is pressed from this live view state, unlike FIG. 10B, the focal plane shutter
図12に、従来の先幕電子シャッタ駆動のタイミングを示したタイミングチャートを示す。まず、シャッタボタンが押下され、時刻t1において、レリーズ信号(図12における“High”パルス)が発生すると、セレクトパルスφSEが“Low”レベルとなり、リセットパルスφRSおよび転送パルスφTXが、行毎に順次“High”レベルとなり、先幕電子シャッタタイミングで電子シャッタが走査される。このことにより、静止画撮像の露光が開始される。その後、一定時間が経過した時刻t2からメカニカルシャッタ走行タイミングで、フォーカルプレーンシャッタ後幕31の走行が開始される。フォーカルプレーンシャッタ後幕31の走行が完全に終了した時刻t3の時点でイメージセンサ4は完全に遮光され、静止画撮像の露光が完了する。引き続き、イメージセンサ4から画像信号の読み出しが順次行われる。
このように、先幕電子シャッタの動作を行うことにより、シャッタボタンが押下されてから、静止画撮像の露光が開始されるまでのタイムラグを軽減している。
FIG. 12 is a timing chart showing the timing of the conventional front curtain electronic shutter drive. First, when the shutter button is pressed and a release signal (“High” pulse in FIG. 12) is generated at time t1, the select pulse φSE is set to the “Low” level, and the reset pulse φRS and the transfer pulse φTX are sequentially supplied for each row. The electronic shutter is scanned at the “High” level at the leading shutter electronic shutter timing. As a result, exposure for still image capturing is started. Thereafter, the travel of the focal plane shutter
In this way, by performing the operation of the front curtain electronic shutter, the time lag from when the shutter button is pressed until the exposure of still image capturing is started is reduced.
しかしながら、特許文献1に記載されている従来の先幕電子シャッタの技術では、電子シャッタによるイメージセンサ4の遮光にかかる時間と、フォーカルプレーンシャッタ後幕31によるイメージセンサ4の遮光にかかる時間とが異なるという問題がある。
図13は、従来の先幕電子シャッタにおける上述の問題を説明する図である。
However, in the conventional front curtain electronic shutter technology described in
FIG. 13 is a diagram for explaining the above-described problem in the conventional front curtain electronic shutter.
電子シャッタの動作は、図12に示したように、単位画素45内のフォトダイオードPDに蓄積されている電荷を、行毎に順次リセットしている。電子シャッタの動作によってイメージセンサ4の全行に渡って順次リセットする時間は、図13(a)に示すように、数msとなる。例えば1行あたりの読み出し時間を1.5μsとし、イメージセンサ4が全体で3000行であると仮定すると、電子シャッタの動作によってイメージセンサ4の全行をリセットするのにかかる時間、すなわち、電子シャッタ動作による先幕の幕速は、4.5ms程度となる。一方、フォーカルプレーンシャッタ後幕31の幕速は、通常2〜3ms程度である。このため、シャッタボタンが押下された後の1行目の単位画素45の露光時間と、その後のn行目の単位画素45の露光時間とが大きく異なり、図13(b)に示すように、単位画素45の行毎の露光時間の差によるシェーディングが撮影画像に発生する。
In the operation of the electronic shutter, as shown in FIG. 12, the charges accumulated in the photodiode PD in the
本発明は、上記の課題認識に基づいてなされたものであり、固体撮像素子の電子シャッタ動作をシャッタの先幕として利用する固体撮像装置において、電子シャッタによるシャッタの先幕の動作を、簡単な構成でフォーカルプレーンシャッタの後幕に近い動作とすることができ、撮影画像に発生するシェーディングを防止することができる固体撮像装置およびデジタルカメラを提供することを目的としている。 The present invention has been made on the basis of the above-mentioned problem recognition. In a solid-state imaging device that uses the electronic shutter operation of a solid-state imaging device as a shutter front curtain, the operation of the shutter front curtain by the electronic shutter can be simplified. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device and a digital camera that can operate close to the rear curtain of the focal plane shutter with the configuration and can prevent shading that occurs in a captured image.
上記の課題を解決するため、本発明の固体撮像装置は、入射光を信号電荷に変換する光電変換手段(例えば、実施形態におけるフォトダイオードPD)と、前記光電変換手段で発生した前記信号電荷を転送する転送手段(例えば、実施形態における転送トランジスタM2)と、前記転送された前記信号電荷を増幅する増幅手段(例えば、実施形態における増幅トランジスタM3)と、前記信号電荷をリセットするリセット手段(例えば、実施形態におけるリセットトランジスタM1)と、を有する画素(例えば、実施形態における単位画素45)を、行列方向に複数配列した撮像素子と、前記撮像素子の前記信号電荷を順次リセットするための第1の走査回路(例えば、実施形態における電子シャッタ用シフトレジスタ422)と、前記撮像素子の前記信号電荷を順次読み出すための第2の走査回路(例えば、実施形態における読み出し用シフトレジスタ421)と、先幕または後幕の一方として前記撮像素子を遮光するシャッタの走行に対応して、前記先幕または前記後幕の他方として前記撮像素子の前記信号電荷のリセットを行う場合に、前記第1の走査回路および前記第2の走査回路を、並列に駆動するように制御する制御手段(例えば、実施形態におけるイメージセンサ制御信号発生回路141)と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a solid-state imaging device of the present invention includes a photoelectric conversion unit (for example, a photodiode PD in the embodiment) that converts incident light into a signal charge, and the signal charge generated by the photoelectric conversion unit. Transfer means for transferring (for example, transfer transistor M2 in the embodiment), amplification means for amplifying the transferred signal charge (for example, amplification transistor M3 in the embodiment), and reset means (for example, resetting the signal charge) , And a reset transistor M1) in the embodiment, for example, an image sensor in which a plurality of pixels (for example, the
また、本発明の前記制御手段は、前記撮像素子を複数行同時にリセットするように前記第1の走査回路および前記第2の走査回路を制御する、ことを特徴とする。 Further, the control means of the present invention is characterized in that the first scanning circuit and the second scanning circuit are controlled so that the image sensor is simultaneously reset in a plurality of rows.
また、本発明の前記制御手段は、前記撮像素子の行毎のリセット時間を重複させてリセットするように前記第1の走査回路および前記第2の走査回路を制御する、ことを特徴とする。 Further, the control means of the present invention is characterized in that the first scanning circuit and the second scanning circuit are controlled so as to reset by resetting reset times for each row of the image sensor.
また、本発明の固体撮像装置は、前記撮像素子の前記信号電荷を順次リセットするための1または複数の第3の走査回路(例えば、実施形態における読み出しモード切り替え用シフトレジスタ427)、をさらに有し、前記制御手段は、前記第1の走査回路および前記第2の走査回路と、前記複数の第3の走査回路とを並列に駆動するように制御する、ことを特徴とする。
The solid-state imaging device according to the present invention further includes one or a plurality of third scanning circuits (for example, a read mode switching
また、本発明の前記制御手段は、前記第2の走査回路からの出力信号(例えば、実施形態における読み出し用シフトレジスタパルスφRSR)を、前記撮像素子の前記信号電荷を読み出す信号を生成する手段(例えば、実施形態における信号電荷読み出し回路425)、または前記撮像素子の前記信号電荷をリセットする信号を生成する手段(例えば、実施形態における信号電荷リセット回路426)に出力する走査回路選択スイッチ(例えば、実施形態におけるシフトレジスタ選択スイッチ423、424)と、前記撮像素子の前記信号電荷のリセット動作に対応して、前記走査回路選択スイッチを介して出力される前記第2の走査回路の出力信号の出力先を切り替える信号(例えば、実施形態における選択信号φSEL)を生成する制御信号発生手段(例えば、実施形態におけるイメージセンサ制御信号発生回路141)と、を備えることを特徴とする。
Further, the control means of the present invention is a means for generating a signal for reading the signal charge of the image sensor from the output signal from the second scanning circuit (for example, the read shift register pulse φRSR in the embodiment) ( For example, a scanning circuit selection switch (for example, a signal
また、本発明のデジタルカメラは、前記固体撮像装置と、入射光を前記固体撮像装置に導光するレンズ(例えば、実施形態におけるレンズ2)と、前記固体撮像装置と前記レンズの間に配置されたシャッタ(例えば、実施形態におけるメカニカルシャッタ3)と、前記固体撮像装置、前記レンズおよび前記シャッタを制御するカメラ制御装置(例えば、実施形態におけるカメラ制御装置11)と、を備えることを特徴とする。
The digital camera of the present invention is disposed between the solid-state imaging device, a lens (for example, the
本発明によれば、固体撮像素子の電子シャッタ動作をシャッタの先幕として利用する固体撮像装置において、電子シャッタによるシャッタの先幕の動作を、簡単な構成でフォーカルプレーンシャッタの後幕に近い動作とすることができるので、得られる最終の撮影画像に発生するシェーディングを防止することができるという効果が得られる。 According to the present invention, in the solid-state imaging device that uses the electronic shutter operation of the solid-state imaging device as the front curtain of the shutter, the operation of the front curtain of the shutter by the electronic shutter is an operation close to the rear curtain of the focal plane shutter with a simple configuration. Therefore, it is possible to prevent the shading that occurs in the final captured image to be obtained.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図1は、本実施形態のデジタルカメラ(例えば、デジタルカメラ)の概略構成を示したブロック図である。図1に示したデジタルカメラ101は、レンズ2、メカニカルシャッタ103、イメージセンサ104、画像信号処理回路5、メモリ6、記録装置7、レンズ制御装置8、シャッタ駆動装置109、イメージャ駆動装置110、カメラ制御装置111、表示装置12から構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a digital camera (for example, a digital camera) of the present embodiment. A
なお、本実施形態のデジタルカメラ101は、図8に示した従来のデジタルカメラ1と同様の構成であるが、従来のデジタルカメラ1のイメージセンサ4が本発明のイメージセンサ104に変更されている。また、イメージセンサ104への変更に伴い、メカニカルシャッタ3がメカニカルシャッタ103に、シャッタ駆動装置9がシャッタ駆動装置109に、イメージャ駆動装置10がイメージャ駆動装置110に、カメラ制御装置11がカメラ制御装置111にそれぞれ変更されている。
The
なお、本実施形態のデジタルカメラ101と図8に示した従来のデジタルカメラ1とが同様の動作をする構成要素については、同一の符号を付与して説明を省略する。また、以下の説明において、各符号の後に表す“():括弧”内の数字および記号の表す意味も同様である。
In addition, about the component in which the
メカニカルシャッタ103は、シャッタ駆動装置109によって駆動制御され、レンズ2を介してデジタルカメラ内に入射した光を遮光するフォーカルプレーン型のシャッタ機構であるが、フォーカルプレーンシャッタ後幕のみが駆動制御される。例えば、図10に示したメカニカルシャッタ3と同じ構成とし、シャッタ駆動装置109によって、フォーカルプレーンシャッタ後幕31のみが駆動制御される。
なお、メカニカルシャッタ103は、例えば、図10に示したフォーカルプレーンシャッタ後幕31のみが備えられている構成とすることもできる。
The
For example, the
イメージセンサ104は、イメージャ駆動装置110によって駆動、制御され、レンズ2を介してデジタルカメラ内に入射した被写体光を画像信号に変換する固体撮像装置である。なお、このイメージセンサ104に関する詳細な説明は、後述する。
The
カメラ制御装置111は、図8に示した従来のデジタルカメラ1におけるカメラ制御装置11と同様に、デジタルカメラの全体の制御を行う制御装置であるが、シャッタ駆動装置109とイメージャ駆動装置110との制御によって、メカニカルシャッタ103とイメージセンサ104とを協調制御する。
The
<第1実施形態>
次に、本実施形態のイメージセンサについて説明する。図2は、本実施形態によるイメージセンサ104の概略構成を示したブロック図である。図2において、イメージセンサ104は、イメージセンサ制御信号発生回路141、垂直走査回路142、水平走査回路43、定電流源44、単位画素45、CDS回路46、列選択回路47から構成される。なお、図2に示したイメージセンサ104では、複数の単位画素45が、3行3列に二次元的に配置された例を示している。また、定電流源44、CDS回路46、列選択回路47は、単位画素45の列方向毎に配置されている。
<First Embodiment>
Next, the image sensor of this embodiment will be described. FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the
図2に示したイメージセンサ104は、2つのシフトレジスタを使用して先幕電子シャッタ動作を高速で行うものである。
なお、本実施形態のイメージセンサ104と図9に示した従来のイメージセンサ4とは、イメージセンサ制御信号発生回路141、垂直走査回路142のみが異なり、図9に示した従来のイメージセンサ4と同様の構成要素については、同一の符号を付与して説明を省略する。
The
Note that the
イメージセンサ制御信号発生回路141は、垂直走査回路142、水平走査回路43およびCDS回路46を制御する。
垂直走査回路142は、単位画素45を制御する。また、垂直走査回路142は、単位画素45の制御において、行間引き動作が可能である。なお、この垂直走査回路142に関する詳細な説明は、後述する。
The image sensor control
The
次に、本実施形態の垂直走査回路142について説明する。図3は、本実施形態による垂直走査回路142の概略構成を示したブロック図である。図3において、垂直走査回路142は、読み出し用シフトレジスタ421、電子シャッタ用シフトレジスタ422、シフトレジスタ選択スイッチ423および424、複数の論理和ゲートOR2、信号電荷読み出し回路425、信号電荷リセット回路426から構成される。なお、信号電荷読み出し回路425、信号電荷リセット回路426は、複数の論理和ゲートORおよび複数の論理積ゲートANDから構成される。
なお、図3において、各構成要素の符号および信号線名の後に表す“():括弧”内の数字および記号の表す意味は、図2に示したイメージセンサ104と同様に、単位画素45に対応した行番号と列番号とを表す。
Next, the
In FIG. 3, the meanings of numerals and symbols in “(): parentheses” shown after the reference numerals and signal line names of the components are the same as those of the
読み出し用シフトレジスタ421は、間引きモードを備え、各行をスキップして選択することができるシフトレジスタである。
読み出し用シフトレジスタ421の各ビットの出力パルスφRSR(以下、「読み出し用シフトレジスタパルスφRSR」という)は、シフトレジスタ選択スイッチ423を介して、信号電荷読み出し回路425に入力される。また、読み出し用シフトレジスタパルスφRSRは、シフトレジスタ選択スイッチ424を介して、信号電荷リセット回路426に入力される。
The read
An output pulse φRSR of each bit of the read shift register 421 (hereinafter referred to as “read shift register pulse φRSR”) is input to the signal charge read
電子シャッタ用シフトレジスタ422は、間引きモードを備え、各行をスキップして選択することができるシフトレジスタである。
電子シャッタ用シフトレジスタ422の各ビットの出力パルスφSSR(以下、「電子シャッタ用シフトレジスタパルスφSSR」という)は、論理和ゲートOR2によって、シフトレジスタ選択スイッチ424を介して入力された読み出し用シフトレジスタパルスφRSRと論理和され、信号電荷リセット回路426に入力される。
The electronic
An output pulse φSSR of each bit of the electronic shutter shift register 422 (hereinafter referred to as “electronic shutter shift register pulse φSSR”) is read out by the OR gate OR2 via the shift
シフトレジスタ選択スイッチ423および424は、イメージセンサ制御信号発生回路141から入力された選択信号φSELによって、“ON”状態と“OFF”状態とが切り替えられる。なお、図3においては、選択信号φSELをまとめて表示しているが、イメージセンサ制御信号発生回路141から入力される選択信号φSELは、シフトレジスタ選択スイッチ423および424毎にそれぞれ異なる信号である。
The shift
信号電荷読み出し回路425には、読み出し用シフトレジスタパルスφRSRと、φRS1、φTX1、φSEが入力される。φRS1、φTX1、φSEは、イメージセンサ104の読み出しに使用するパルスであり、イメージセンサ制御信号発生回路141から出力される。
信号電荷読み出し回路425は、シフトレジスタ選択スイッチ423が“ON”、かつシフトレジスタ選択スイッチ424が“OFF”の状態のときに、読み出し用シフトレジスタパルスφRSRの値に基づいて、通常の読み出し制御信号をイメージセンサ104の単位画素45に出力する。
The signal charge read
When the shift
より具体的には、信号電荷読み出し回路425は、通常の読み出し動作において、読み出し用シフトレジスタパルスφRSRが“High”レベルのときに、イメージセンサ制御信号発生回路141から入力されたφRS1、φTX1、φSEを、読み出し用のセレクトパルスφSE(1*)〜φSE(3*)、リセットパルスφRS(1*)〜φRS(3*)および転送パルスφTX(1*)〜φTX(3*)として、イメージセンサ104の単位画素45に“High”レベルのパルスを出力する。
More specifically, the signal
信号電荷リセット回路426には、読み出し用シフトレジスタパルスφRSRと電子シャッタ用シフトレジスタパルスφSSRとが論理和された論理和ゲートOR2の出力信号と、φRS2、φTX2が入力される。φRS2、φTX2は、イメージセンサ104の電子シャッタに使用するパルスであり、イメージセンサ制御信号発生回路141から出力される。
信号電荷リセット回路426は、シフトレジスタ選択スイッチ423が“OFF”、かつシフトレジスタ選択スイッチ424が“ON”状態のときに、読み出し用シフトレジスタパルスφRSRの値に基づいて、電子シャッタ用の制御信号をイメージセンサ104の単位画素45に出力する。
The signal charge reset
The signal charge reset
より具体的には、信号電荷リセット回路426は、読み出し用シフトレジスタパルスφRSRの値に基づいた電子シャッタ用の制御信号を出力する場合、読み出し用シフトレジスタパルスφRSRが“High”レベルのときに、イメージセンサ制御信号発生回路141から入力されたφRS2、φTX2を、電子シャッタ用のリセットパルスφRS(1*)〜φRS(3*)および転送パルスφTX(1*)〜φTX(3*)として、イメージセンサ104の単位画素45に“High”レベルのパルスを出力する。
More specifically, when the signal charge reset
なお、信号電荷リセット回路426は、シフトレジスタ選択スイッチ423および424の状態とは関係なく、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφSSRの値に基づいて、電子シャッタ用の制御信号をイメージセンサ104の単位画素45に出力する。すなわち、通常の電子シャッタ動作において、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφSSRが“High”レベルのときに、イメージセンサ制御信号発生回路141から入力されたφRS2、φTX2を、電子シャッタ用のリセットパルスφRS(1*)〜φRS(3*)および転送パルスφTX(1*)〜φTX(3*)として、イメージセンサ104の単位画素45に“High”レベルのパルスを出力する。
The signal charge reset
次に、本実施形態のイメージセンサの動作について説明する。図4は、本実施形態によるイメージセンサ104の動作タイミングを示したタイミングチャートである。なお、図4は、4行3列に単位画素45が格子状に配置されているイメージセンサ104の例を示している。また、単位画素45は、上述のように、読み出し用シフトレジスタパルスφRSRまたは電子シャッタ用シフトレジスタパルスφSSRの“High”レベルによって選択されたφRS1、φRS2、φTX1、φTX2、φSEによる“High”レベルのセレクトパルスφSE(1*)〜φSE(4*)、リセットパルスφRS(1*)〜φRS(4*)および転送パルスφTX(1*)〜φTX(4*)によって駆動される。
Next, the operation of the image sensor of this embodiment will be described. FIG. 4 is a timing chart showing the operation timing of the
はじめに、通常の電子シャッタの駆動タイミングについて説明する。時刻t1のとき、シフトレジスタ選択スイッチ423が“ON”、かつシフトレジスタ選択スイッチ424が“OFF”の状態とする。このとき、読み出し用シフトレジスタパルスφRSR(1*)が“High”レベルとなっている1行目の単位画素45に入力されるセレクトパルスφSE(1*)、リセットパルスφRS(1*)および転送パルスφTX(1*)が“High”レベルとなる。このことによって、1行目の単位画素45が露光した画素信号が読み出される。その後、読み出された画素信号に応じた電圧が、水平信号線Hに出力される。
なお、この時、フォーカルプレーンシャッタ後幕31およびフォーカルプレーンシャッタ先幕32は、共に“開”の状態であるライブビュー状態である。
First, the drive timing of a normal electronic shutter will be described. At time t1, the shift
At this time, both the focal plane shutter
続いて、読み出し用シフトレジスタ421が順次シフトして、読み出し用シフトレジスタパルスφRSR(2*)〜φRSR(4*)が順次“High”レベルになることによって、対応する行の単位画素45に入力されるセレクトパルスφSE(2*)〜φSE(4*)、リセットパルスφRS(2*)〜φRS(4*)および転送パルスφTX(2*)〜φTX(4*)が順次“High”レベルとなる。このことによって、2〜4行目の単位画素45が露光した画素信号が順次読み出され、読み出された画素信号に応じた電圧が、順次水平信号線Hに出力される。
Subsequently, the read
また、時刻t1から一定時間後の時刻t2のとき、通常の電子シャッタタイミングで画素がリセットされる。通常の電子シャッタタイミングでは、まず、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφSSR(1*)が“High”レベルとなっている1行目の単位画素45に入力されるリセットパルスφRS(1*)および転送パルスφTX(1*)が“High”レベルとなる。このことによって、1行目の単位画素45がリセットされる。
Also, at time t2 after a certain time from time t1, the pixel is reset at normal electronic shutter timing. At normal electronic shutter timing, first, the reset pulse φRS (1 *) and the transfer pulse input to the
続いて、電子シャッタ用シフトレジスタ422が順次シフトして、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφSSR(2*)〜φSSR(4*)が順次“High”レベルになることによって、対応する行の単位画素45に入力されるリセットパルスφRS(2*)〜φRS(4*)および転送パルスφTX(2*)〜φTX(4*)が順次“High”レベルとなる。このことによって、2〜4行目の単位画素45が順次リセットされる。
なお、ライブビュー状態において、露光時間を全行で同一にするために、通常の電子シャッタタイミングの傾きは、読み出しタイミングの傾きと同じである必要がある。
Subsequently, the electronic
In the live view state, in order to make the exposure time the same for all the rows, the inclination of the normal electronic shutter timing needs to be the same as the inclination of the readout timing.
次に、先幕電子シャッタの駆動タイミングについて説明する。ライブビュー状態において任意のタイミング、例えば、時刻t3のときにシャッタボタンが押下され、静止画撮像開始のレリーズ信号に“High”レベルのパルスが入力されることにより、先幕電子シャッタの走査が始まる。 Next, the driving timing of the front curtain electronic shutter will be described. When the shutter button is pressed at an arbitrary timing in the live view state, for example, at time t3, and a “High” level pulse is input to the release signal for starting still image capturing, scanning of the front curtain electronic shutter starts. .
先幕電子シャッタタイミングにおいては、まず、シフトレジスタ選択スイッチ423および424により、奇数行の単位画素45および偶数行の単位画素45に出力する電子シャッタ用のリセットパルスφRSおよび転送パルスφTXを選択する。より具体的には、奇数行は、シフトレジスタ選択スイッチ423を“OFF”、かつシフトレジスタ選択スイッチ424を“ON”状態として、読み出し用シフトレジスタ421に基づいた電子シャッタ用のリセットパルスφRSおよび転送パルスφTXを出力するように制御する。また、偶数行は、シフトレジスタ選択スイッチ423を“OFF”、かつシフトレジスタ選択スイッチ424を“OFF”状態として、電子シャッタ用シフトレジスタ422に基づいた電子シャッタ用のリセットパルスφRSおよび転送パルスφTXを出力するように制御する。また、読み出し用シフトレジスタ421および電子シャッタ用シフトレジスタ422には、間引きモードを設定する。
At the front curtain electronic shutter timing, first, the shift
このことにより、読み出し用シフトレジスタパルスφRSR(1*)が“High”レベルとなっている1行目の単位画素45に入力されるリセットパルスφRS(1*)および転送パルスφTX(1*)が“High”レベルとなり、1行目の単位画素45がリセットされる。また同時に、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφSSR(2*)が“High”レベルとなっている2行目の単位画素45に入力されるリセットパルスφRS(2*)および転送パルスφTX(2*)が“High”レベルとなり、2行目の単位画素45がリセットされる。
As a result, the reset pulse φRS (1 *) and the transfer pulse φTX (1 *) input to the
続いて、読み出し用シフトレジスタ421がシフトすると、読み出し用シフトレジスタパルスφRSR(3*)が“High”レベルとなっている3行目の単位画素45に入力されるリセットパルスφRS(3*)および転送パルスφTX(3*)が“High”レベルとなり、3行目の単位画素45がリセットされる。また同時に、電子シャッタ用シフトレジスタ422がシフトすると、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφSSR(4*)が“High”レベルとなっている4行目の単位画素45に入力されるリセットパルスφRS(4*)および転送パルスφTX(4*)が“High”レベルとなり、4行目の単位画素45がリセットされる。
Subsequently, when the read
このように制御することにより、先幕電子シャッタタイミングの傾きは、通常の電子シャッタタイミングの傾きの2倍となり、メカニカルシャッタの速い走行タイミングに適合することができる。 By controlling in this way, the inclination of the front curtain electronic shutter timing becomes twice the inclination of the normal electronic shutter timing, and can be adapted to the fast traveling timing of the mechanical shutter.
その後、時刻t3から一定時間後に駆動を開始したフォーカルプレーンシャッタ後幕31が完全に“閉”の状態(時刻t4)となったときに撮影が完了する。そして、順次画素信号の読み出しを行う。なお、画素信号の読み出しは、時刻t1から開始した読み出しタイミングと同様であるため、説明を省略する。また、撮影が完了した後は、ライブビュー状態とは異なり、一定時間後に開始される通常の電子シャッタの駆動は行わない。
Thereafter, the photographing is completed when the focal plane shutter
次に、先幕電子シャッタの駆動タイミングの別の実施例について説明する。図5は、本実施形態によるイメージセンサ104の動作タイミングの別例を示したタイミングチャートである。図5に示したタイミングチャートは、図4に示したタイミングチャートと同様にシフトレジスタ選択スイッチ423および424の設定と、読み出し用シフトレジスタ421および電子シャッタ用シフトレジスタ422の間引きモードの設定とによって、先幕電子シャッタ動作を行い、かつ先幕電子シャッタタイミングの傾きを変更させる例である。
Next, another embodiment of the driving timing of the front curtain electronic shutter will be described. FIG. 5 is a timing chart showing another example of the operation timing of the
なお、図5に示したタイミングチャートは、図4に示したタイミングチャートと同様に4行3列に単位画素45が格子状に配置されているイメージセンサ104の例を示している。また、図5において、時刻t1〜時刻t3までのライブビュー状態の動作および時刻t5からの撮影完了後の画素信号の読み出し動作は、図4に示した時刻t1〜時刻t3までのライブビュー状態の動作および時刻t4からの撮影完了後の画素信号の読み出し動作と同様であるため、説明を省略する。
Note that the timing chart shown in FIG. 5 shows an example of the
また、先幕電子シャッタタイミングにおけるシフトレジスタ選択スイッチ423および424の設定と、読み出し用シフトレジスタ421および電子シャッタ用シフトレジスタ422の間引きモードの設定とも、図4で示した先幕電子シャッタタイミングと同様である。
Further, the setting of the shift
図5に示した時刻t3から開始される先幕電子シャッタタイミングでは、電子シャッタ用シフトレジスタ422が出力する電子シャッタ用シフトレジスタパルスφSSRのタイミングが、読み出し用シフトレジスタ421が出力する読み出し用シフトレジスタパルスφRSRのタイミングに対して、半周期遅れたタイミングとなっている。すなわち、読み出し用シフトレジスタパルスφRSRは、時刻t3のタイミングで“High”レベルとなっているのに対し、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφSSRは、半周期遅れた時刻t4のタイミングで“High”レベルとなっている。
At the front curtain electronic shutter timing starting from time t3 shown in FIG. 5, the timing of the electronic shutter shift register pulse φSSR output from the electronic
さらに、図5に示した先幕電子シャッタタイミングでは、時刻t3〜時刻t5の間は、イメージセンサ制御信号発生回路141から入力されるパルスであるφRS2およびφTX2を、常に“High”レベルとしている。このことによって、先幕電子シャッタのタイミングを、読み出し用シフトレジスタ421および電子シャッタ用シフトレジスタ422と完全に同期させることができる。
Further, at the front curtain electronic shutter timing shown in FIG. 5, between time t3 and time t5, φRS2 and φTX2, which are pulses input from the image sensor control
図5に示した先幕電子シャッタタイミングにおいては、まず、読み出し用シフトレジスタパルスφRSR(1*)が“High”レベルとなっている1行目のリセットパルスφRS(1*)および転送パルスφTX(1*)によって、1行目の単位画素45がリセットされる。
続いて、1行目の単位画素45のリセットから半周期遅れたタイミングで、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφSSR(2*)が“High”レベルとなっている2行目のリセットパルスφRS(2*)および転送パルスφTX(2*)によって、2行目の単位画素45がリセットされる。
In the first-curtain electronic shutter timing shown in FIG. 5, first, the reset pulse φRS (1 *) and the transfer pulse φTX ( 1) in the first row in which the read shift register pulse φRSR (1 *) is at “High” level. 1 *) resets the
Subsequently, the reset pulse φRS (2 * ) in the second row in which the electronic shutter shift register pulse φSSR (2 *) is at the “High” level at a timing delayed by a half cycle from the reset of the
続いて、読み出し用シフトレジスタ421がシフトすると、2行目の単位画素45のリセットから半周期遅れたタイミングで、読み出し用シフトレジスタパルスφRSR(3*)が“High”レベルとなっている3行目のリセットパルスφRS(3*)および転送パルスφTX(3*)によって、3行目の単位画素45がリセットされる。
続いて、電子シャッタ用シフトレジスタ422がシフトすると、3行目の単位画素45のリセットから半周期遅れたタイミングで、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφSSR(4*)が“High”レベルとなっている4行目のリセットパルスφRS(4*)および転送パルスφTX(4*)によって、4行目の単位画素45がリセットされる。
Subsequently, when the read
Subsequently, when the electronic
このように制御することにより、奇数行の単位画素45のリセットと偶数行の単位画素45のリセットとは、半周期遅れたタイミングとなる。このことにより、先幕電子シャッタタイミングの傾きは、通常の電子シャッタタイミングの傾きと異なる傾きとなり、メカニカルシャッタの速い走行タイミングに適合することができる。
By controlling in this way, the reset of the odd-numbered
上記に述べたとおり、本発明の第1の実施形態によれば、シフトレジスタ選択スイッチ423および424の設定と、読み出し用シフトレジスタ421および電子シャッタ用シフトレジスタ422の間引きモードの設定とによって、先幕電子シャッタタイミングの傾きを変更することができる。このことによって、先幕電子シャッタの駆動速度を高速にすることができる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the shift
また、ライブビュー機能が付随されている通常のデジタルカメラにおいては、電子シャッタおよび間引き動作は不可欠な機能であるため、ほとんどのカメラに使用されていることから、シフトレジスタ選択スイッチ423および424を設けるという簡単な構成変更のみで、先幕電子シャッタのタイミングを高速にすることが可能である。
Also, in a normal digital camera with a live view function, since an electronic shutter and a thinning-out operation are indispensable functions, shift
また、シフトレジスタ選択スイッチ423および424の設定と、読み出し用シフトレジスタ421および電子シャッタ用シフトレジスタ422の間引きモードの設定とに加え、電子シャッタ用シフトレジスタ422のパルス開始タイミングを可変することによって、先幕電子シャッタタイミングの傾きを可変することができる。このことによって、簡単な構成とタイミング変更のみで、先幕電子シャッタの駆動速度を可変にすることができ、先幕電子シャッタタイミングの傾きを、最適化することができる。
In addition to setting the shift
<第2実施形態>
次に、本実施形態の垂直走査回路の第2の実施形態について説明する。図6は、本実施形態による垂直走査回路242の概略構成を示したブロック図である。図6において、垂直走査回路242は、読み出し用シフトレジスタ421、電子シャッタ用シフトレジスタ422、読み出しモード切り替え用シフトレジスタ427、シフトレジスタ選択スイッチ423、424、428、429、複数の論理和ゲートOR3、信号電荷読み出し回路425、信号電荷リセット回路426から構成される。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the vertical scanning circuit of this embodiment will be described. FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of the
図6に示した垂直走査回路242は、図2および図3に示した垂直走査回路142の代わりにイメージセンサ104に備えられる垂直走査回路である。また、図6に示した垂直走査回路242は、図3に示した垂直走査回路142に対して、読み出しモード切り替え用シフトレジスタ427、シフトレジスタ選択スイッチ428および429が追加されたことが異なる。また、読み出しモード切り替え用シフトレジスタ427の追加に伴い、信号電荷リセット回路426には、複数の論理和ゲートOR2の出力信号に代わって複数の論理和ゲートOR3の出力信号が入力されることが異なる。
図6において、上述の変更以外の構成要素は、図3に示した垂直走査回路142と同様であり、垂直走査回路142と同様の構成要素については、同一の符号を付与し、同様の動作に関しては説明を省略する。
A
In FIG. 6, the components other than the above-described changes are the same as those of the
読み出しモード切り替え用シフトレジスタ427は、間引きモードを備え、例えばカメラのモードによって間引き率を変化させる際や、切り出し画像をライブビュー画面に映し出す際の特殊読み出し時に使用するシフトレジスタである。
読み出しモード切り替え用シフトレジスタ427の各ビットの出力パルスφESR(以下、「読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφESR」という)は、シフトレジスタ選択スイッチ429を介して論理和ゲートOR3に出力される。
The read mode switching
The output pulse φESR of each bit of the read mode switching shift register 427 (hereinafter referred to as “read mode switching shift register pulse φESR”) is output to the OR gate OR3 via the shift
読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφESRは、論理和ゲートOR3によって、シフトレジスタ選択スイッチ424を介して入力された読み出し用シフトレジスタパルスφRSRと、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφSSRと論理和され、信号電荷リセット回路426に入力される。また、読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφESRは、シフトレジスタ選択スイッチ428を介して、例えば、図示しない特殊読み出し回路に入力される。
より具体的には、シフトレジスタ選択スイッチ428が“ON”、かつシフトレジスタ選択スイッチ429が“OFF”の状態の場合、読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφESRは、特殊読み出しをするために使用され、シフトレジスタ選択スイッチ428が“OFF”、かつシフトレジスタ選択スイッチ429が“ON”の状態の場合に、先幕電子シャッタ用に図6に示した垂直走査回路242内で使用される。
The read mode switching shift register pulse φESR is logically ORed with the read shift register pulse φRSR input via the shift
More specifically, when the shift
シフトレジスタ選択スイッチ428および429は、イメージセンサ制御信号発生回路141から入力された選択信号φSELによって、“ON”状態と“OFF”状態とが切り替えられる。なお、図6においては、選択信号φSELをまとめて表示しているが、イメージセンサ制御信号発生回路141から入力される選択信号φSELは、シフトレジスタ選択スイッチ423、424、428、429毎にそれぞれ異なる信号である。
The shift
信号電荷リセット回路426には、読み出し用シフトレジスタパルスφRSRと、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφSSRと、読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφESRとが論理和された論理和ゲートOR3の出力信号と、φRS2、φTX2が入力される。
信号電荷リセット回路426は、図3に示した垂直走査回路142と同様に、読み出し用シフトレジスタパルスφRSRの値に基づいた電子シャッタ用の制御信号を、イメージセンサ104の単位画素45に出力する。また、信号電荷リセット回路426は、シフトレジスタ選択スイッチ428が“OFF”、かつシフトレジスタ選択スイッチ429が“ON”状態のときに、読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφESRの値に基づいて、電子シャッタ用の制御信号をイメージセンサ104の単位画素45に出力する。
The signal charge reset
Similarly to the
より具体的には、信号電荷リセット回路426は、読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφESRの値に基づいた電子シャッタ用の制御信号を出力する場合、読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφESRが“High”レベルのときに、イメージセンサ制御信号発生回路141から入力されたφRS2、φTX2を、電子シャッタ用のリセットパルスφRS(1*)〜φRS(3*)および転送パルスφTX(1*)〜φTX(3*)として、イメージセンサ104の単位画素45に“High”レベルのパルスを出力する。
More specifically, when the signal charge reset
なお、信号電荷リセット回路426は、シフトレジスタ選択スイッチ423、424、428、429の状態とは関係なく、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφSSRの値に基づいて、電子シャッタ用の制御信号をイメージセンサ104の単位画素45に出力する。
The signal charge reset
次に、本実施形態の垂直走査回路242による先幕電子シャッタの駆動タイミングについて説明する。図7は、本実施形態による垂直走査回路242による先幕電子シャッタの駆動タイミングを示したタイミングチャートである。なお、図7は、19行に単位画素45が格子状に配置されているイメージセンサ104の例において、読み出し用シフトレジスタパルスφRSR、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφSSR、読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφESRのみを示している。その他の信号の動作は、図4及び図5に示した第1実施形態におけるイメージセンサ104の動作タイミングと同様であるため、説明を省略する。すなわち、イメージセンサ104内の単位画素45は、読み出し用シフトレジスタパルスφRSR、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφSSR、読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφESRの“High”レベルによって選択されたφRS1、φRS2、φTX1、φTX2、φSEによる“High”レベルのセレクトパルスφSE(1*)〜φSE(19*)、リセットパルスφRS(1*)〜φRS(19*)および転送パルスφTX(1*)〜φTX(19*)によって駆動される。
Next, the driving timing of the front curtain electronic shutter by the
図7に示した先幕電子シャッタタイミングでは、ライブビュー状態において任意のタイミング、例えば、時刻t1のときにシャッタボタンが押下され、静止画撮像開始のレリーズ信号に“High”レベルのパルスが入力されることにより、先幕電子シャッタの走査が始まる。 At the front curtain electronic shutter timing shown in FIG. 7, the shutter button is pressed at an arbitrary timing in the live view state, for example, at time t1, and a “High” level pulse is input to the release signal for starting the still image capturing. As a result, scanning of the front curtain electronic shutter starts.
先幕電子シャッタの走査が始まると、シフトレジスタ選択スイッチ423、424、428、429の設定と、読み出し用シフトレジスタ421、電子シャッタ用シフトレジスタ422、読み出しモード切り替え用シフトレジスタ427の間引きモードの設定とを行い、先幕電子シャッタタイミングの傾きをメカニカルシャッタ(例えば、フォーカルプレーンシャッタ後幕31)の走行タイミングの傾きに合わせる。
When scanning of the front curtain electronic shutter starts, setting of the shift
より具体的には、シフトレジスタ選択スイッチ423を“OFF”、かつシフトレジスタ選択スイッチ424を“ON”状態として、読み出し用シフトレジスタ421に基づいた電子シャッタ用のリセットパルスφRSおよび転送パルスφTXを出力するように制御する。また、シフトレジスタ選択スイッチ428を“OFF”、かつシフトレジスタ選択スイッチ429を“ON”状態として、読み出しモード切り替え用シフトレジスタ427に基づいた電子シャッタ用のリセットパルスφRSおよび転送パルスφTXを出力するように制御する。
また、時刻t2および時刻t3において、読み出し用シフトレジスタ421の間引き率を変化させ、さらに、時刻t3において、読み出しモード切り替え用シフトレジスタ427の間引き率を変化させることによって、単位画素45に入力されるリセットパルスφRSおよび転送パルスφTXの“High”レベルとなるタイミングを変化させるように制御する。
More specifically, the shift
At time t2 and time t3, the decimation rate of the read
その後、時刻t1から一定時間後に駆動を開始したフォーカルプレーンシャッタ後幕31が完全に“閉”の状態(時刻t4)となって撮影が完了した後に、順次画素信号の読み出しを行う。
After that, after the focal plane shutter
上記に述べたとおり、本発明の第2の実施形態によれば、先幕電子シャッタタイミングの傾きを、メカニカルシャッタの走行タイミングの傾きに合わせるように制御する、すなわち、先幕電子シャッタタイミングの傾きを途中で変更することができる。このことによって、通常のメカニカルシャッタにおいて非線形である走行速度に応じて、先幕電子シャッタタイミングの傾きをメカニカルシャッタタイミングに合わせて変えることができ、イメージセンサ104に備えた全行の単位画素45で同一の露光時間を実現することができる。 As described above, according to the second embodiment of the present invention, the inclination of the front curtain electronic shutter timing is controlled to match the inclination of the mechanical shutter traveling timing, that is, the inclination of the front curtain electronic shutter timing. Can be changed on the way. This makes it possible to change the inclination of the front curtain electronic shutter timing in accordance with the mechanical shutter timing in accordance with the traveling speed that is non-linear in a normal mechanical shutter. The same exposure time can be realized.
また、多機能なデジタルカメラにおいては、カメラのモードによって間引き率を変化させる、または切り出し画像をライブビュー画面に映し出すといった特殊読み出し機能が装備されている場合が多いため、シフトレジスタ選択スイッチ423、424、428、429を設けるという簡単な構成変更のみで、先幕電子シャッタのタイミング特性をメカニカルシャッタの走行に合わせた非線形のタイミング特性にすることができる。 In many cases, a multifunctional digital camera is equipped with a special reading function such as changing a thinning rate depending on a camera mode or displaying a cut-out image on a live view screen. The timing characteristics of the front curtain electronic shutter can be made non-linear timing characteristics in accordance with the running of the mechanical shutter only by a simple configuration change of providing 428 and 429.
なお、第2の実施形態においては、読み出し用シフトレジスタ421、電子シャッタ用シフトレジスタ422の他に、読み出しモード切り替え用シフトレジスタ427を用いて、単位画素45に入力されるリセットパルスφRSおよび転送パルスφTXの“High” レベルとなるタイミングを変化させる場合について説明したが、さらに他のシフトレジスタ(複数であってもよい)を用いることもできる。
この場合、さらに他のシフトレジスタの出力パルスを選択するシフトレジスタ選択スイッチを、使用するシフトレジスタ分の数だけ追加し、信号電荷リセット回路426に選択したパルスを入力するための論理和ゲート(例えば、図6に示した論理和ゲートOR3に代わる論理和ゲート)を、使用するシフトレジスタに応じた論理和ゲートに変更することによって対応することができる。
このことによって、単位画素45に入力されるリセットパルスφRSおよび転送パルスφTXの“High”レベルとなるタイミングを、さらに細かく変えることができる。
In the second embodiment, in addition to the read
In this case, a shift register selection switch for selecting an output pulse of another shift register is added by the number of shift registers to be used, and an OR gate for inputting the selected pulse to the signal charge reset circuit 426 (for example, This can be dealt with by changing the OR gate in place of the OR gate OR3 shown in FIG. 6 to an OR gate corresponding to the shift register to be used.
As a result, the timing at which the reset pulse φRS and the transfer pulse φTX input to the
上記に述べたとおり、本発明を実施するための形態によれば、簡単な構成で先幕電子シャッタタイミングの傾きを変更することができ、かつ非線形の走行をするフォーカルプレーンシャッタの後幕に近い動作とすることができる。
このことによって、本実施形態のイメージセンサを搭載したデジタルカメラの撮影において、得られる最終の撮影画像に発生するシェーディングを防止することができる。
As described above, according to the embodiment for carrying out the present invention, the inclination of the front curtain electronic shutter timing can be changed with a simple configuration, and is close to the rear curtain of the focal plane shutter that performs non-linear running. It can be an action.
Thus, it is possible to prevent shading that occurs in the final captured image obtained when the digital camera equipped with the image sensor of the present embodiment is captured.
なお、本実施形態においては、メカニカルシャッタの走行速度の方が先幕電子シャッタの走査速度より高速である場合について説明したが、本発明は、メカニカルシャッタの走行速度と先幕電子シャッタの走査速度とが異なる場合について適用することができ、例えば、メカニカルシャッタの走行速度の方が先幕電子シャッタの走査速度より低速である場合についても適用することができる。 In the present embodiment, the case where the traveling speed of the mechanical shutter is higher than the scanning speed of the front curtain electronic shutter has been described. However, the present invention describes the traveling speed of the mechanical shutter and the scanning speed of the front curtain electronic shutter. For example, the present invention can also be applied to a case where the traveling speed of the mechanical shutter is lower than the scanning speed of the front curtain electronic shutter.
また、本実施形態においては、単位画素45の行方向および列方向の配置に関して、いくつかの例を示したが、単位画素45の行方向および列方向の配置は、本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において単位画素45を配置する行方向および列方向の数を変更することができる。
Further, in the present embodiment, some examples have been shown regarding the arrangement of the
また、本発明における垂直走査回路およびイメージセンサ制御信号発生回路の具体的な構成は、本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更をすることができる。
例えば、本実施形態の垂直走査回路において、読み出し用シフトレジスタパルスφRSR、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφSSR、読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφESRの選択は、シフトレジスタ選択スイッチ423、424、428、429によって接続経路を選択する構成について説明したが、この構成に限定されるものではなく、単位画素45に入力されるリセットパルスφRSおよび転送パルスφTXの出力タイミングを変化させるように制御できる構成であればよい。
The specific configurations of the vertical scanning circuit and the image sensor control signal generation circuit in the present invention are not limited to the embodiments for carrying out the present invention, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Can do.
For example, in the vertical scanning circuit of the present embodiment, selection of the shift register pulse φRSR for reading, the shift register pulse φSSR for electronic shutter, and the shift register pulse φESR for reading mode switching is performed by shift
また、例えば、本実施形態の垂直走査回路において、シフトレジスタ選択スイッチ423、424、428、429の“ON”状態、“OFF”状態の切り替えは、イメージセンサ制御信号発生回路141から入力された選択信号φSELに基づいて行う構成について説明したが、この構成に限定されるものではなく、単位画素45に入力されるリセットパルスφRSおよび転送パルスφTXの出力タイミングの変更に伴って、読み出し用シフトレジスタパルスφRSR、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφSSR、読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφESRの切り替え制御ができる構成であればよい。
For example, in the vertical scanning circuit of this embodiment, the shift
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。 The embodiment of the present invention has been described above with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes various modifications within the scope of the present invention. It is.
1,101・・・デジタルカメラ、2・・・レンズ、3,103・・・メカニカルシャッタ、4,104・・・イメージセンサ、5・・・画像信号処理回路、6・・・メモリ、7・・・記録装置、8・・・レンズ制御装置、9,109・・・シャッタ駆動装置、10,110・・・イメージャ駆動装置、11,111・・・カメラ制御装置、12・・・表示装置、41,141・・・イメージセンサ制御信号発生回路、42,142,242・・・垂直走査回路、43・・・水平走査回路、44・・・定電流源、45・・・単位画素、46・・・CDS回路、47・・・列選択回路、421・・・読み出し用シフトレジスタ、422・・・電子シャッタ用シフトレジスタ、423,424,428,429・・・シフトレジスタ選択スイッチ、425・・・信号電荷読み出し回路、426・・・信号電荷リセット回路、427・・・読み出しモード切り替え用シフトレジスタ、PD・・・フォトダイオード、FD・・・フローティングディフュージョン、M1・・・リセットトランジスタ、M2・・・転送トランジスタ、M3・・・増幅トランジスタ、M4・・・選択トランジスタ、M5・・・クランプトランジスタ、M6・・・サンプルホールドトランジスタ、C1・・・クランプキャパシタ、C2・・・サンプルホールドキャパシタ、31・・・フォーカルプレーンシャッタ後幕、32・・・フォーカルプレーンシャッタ先幕、V・・・垂直信号線、H・・・水平信号線、φRS・・・リセットパルス、φTX・・・転送パルス、φSE・・・セレクトパルス、φCL・・・クランプパルス、φSH・・・サンプルホールドパルス、φH・・・列選択パルス、Vbias・・・電流源バイアス、Vd・・・電源電圧、φRSR・・・読み出し用シフトレジスタパルス、φSSR・・・電子シャッタ用シフトレジスタパルス、φESR・・・読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルス、φSEL・・・選択信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 ... Digital camera, 2 ... Lens, 3,103 ... Mechanical shutter, 4,104 ... Image sensor, 5 ... Image signal processing circuit, 6 ... Memory, 7. ..Recording device, 8 ... Lens control device, 9,109 ... Shutter drive device, 10,110 ... Imager drive device, 11,111 ... Camera control device, 12 ... Display device, 41, 141 ... image sensor control signal generation circuit, 42, 142, 242 ... vertical scanning circuit, 43 ... horizontal scanning circuit, 44 ... constant current source, 45 ... unit pixel, 46. ..CDS circuit, 47 ... column selection circuit, 421 ... readout shift register, 422 ... electronic shutter shift register, 423,424,428,429 ... shift
Claims (6)
前記撮像素子の前記信号電荷を順次リセットするための第1の走査回路と、
前記撮像素子の前記信号電荷を順次読み出すための第2の走査回路と、
先幕または後幕の一方として前記撮像素子を遮光するシャッタの走行に対応して、前記先幕または前記後幕の他方として前記撮像素子の前記信号電荷のリセットを行う場合に、前記第1の走査回路および前記第2の走査回路を、並列に駆動するように制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。 Photoelectric conversion means for converting incident light into signal charge; transfer means for transferring the signal charge generated by the photoelectric conversion means; amplification means for amplifying the transferred signal charge; and resetting the signal charge An image pickup device in which a plurality of pixels having reset means are arranged in a matrix direction;
A first scanning circuit for sequentially resetting the signal charges of the image sensor;
A second scanning circuit for sequentially reading out the signal charges of the image sensor;
When the signal charge of the image sensor is reset as the other of the front curtain or the rear curtain in response to the travel of a shutter that shields the image sensor as one of the front curtain or the rear curtain, Control means for controlling the scanning circuit and the second scanning circuit to drive in parallel;
A solid-state imaging device comprising:
前記撮像素子を複数行同時にリセットするように前記第1の走査回路および前記第2の走査回路を制御する、
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The control means includes
Controlling the first scanning circuit and the second scanning circuit so as to simultaneously reset the imaging elements in a plurality of rows;
The solid-state imaging device according to claim 1.
前記撮像素子の行毎のリセット時間を重複させてリセットするように前記第1の走査回路および前記第2の走査回路を制御する、
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The control means includes
Controlling the first scanning circuit and the second scanning circuit so as to overlap and reset the reset time for each row of the image sensor;
The solid-state imaging device according to claim 1.
をさらに有し、
前記制御手段は、
前記第1の走査回路および前記第2の走査回路と、前記複数の第3の走査回路とを並列に駆動するように制御する、
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 One or more third scanning circuits for sequentially resetting the signal charges of the image sensor;
Further comprising
The control means includes
Controlling the first scanning circuit and the second scanning circuit and the plurality of third scanning circuits to be driven in parallel;
The solid-state imaging device according to claim 1.
前記第2の走査回路からの出力信号を、前記撮像素子の前記信号電荷を読み出す信号を生成する手段、または前記撮像素子の前記信号電荷をリセットする信号を生成する手段に出力する走査回路選択スイッチと、
前記撮像素子の前記信号電荷のリセット動作に対応して、前記走査回路選択スイッチを介して出力される前記第2の走査回路の出力信号の出力先を切り替える信号を生成する制御信号発生手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The control means includes
A scanning circuit selection switch for outputting an output signal from the second scanning circuit to a means for generating a signal for reading out the signal charge of the image sensor or a means for generating a signal for resetting the signal charge of the image sensor When,
Control signal generating means for generating a signal for switching the output destination of the output signal of the second scanning circuit output via the scanning circuit selection switch in response to the reset operation of the signal charge of the imaging device;
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising:
入射光を前記固体撮像装置に導光するレンズと、
前記固体撮像装置と前記レンズの間に配置されたシャッタと、
前記固体撮像装置、前記レンズおよび前記シャッタを制御するカメラ制御装置と、
を備えることを特徴とするデジタルカメラ。 A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 5,
A lens for guiding incident light to the solid-state imaging device;
A shutter disposed between the solid-state imaging device and the lens;
A camera control device for controlling the solid-state imaging device, the lens and the shutter;
A digital camera comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009148708A JP2011009837A (en) | 2009-06-23 | 2009-06-23 | Solid-state imager and digital camera |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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ID=43566027
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2009148708A Withdrawn JP2011009837A (en) | 2009-06-23 | 2009-06-23 | Solid-state imager and digital camera |
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Country | Link |
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-
2009
- 2009-06-23 JP JP2009148708A patent/JP2011009837A/en not_active Withdrawn
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