JP2011166234A - Solid-state imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画素が2次元状に配置された固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device in which pixels are arranged two-dimensionally.
従来、固体撮像素子として、増幅読み出し機能を有する画素を用いたMOS型固体撮像素子が知られている。図8は、MOS型固体撮像素子の画素構成を示している。図8に示す画素100 は、フォトダイオード101、転送トランジスタ102、電荷保持部(FD:フローティングディフュージョン)103、フローティングディフュージョンリセットトランジスタ104、増幅トランジスタ105、選択トランジスタ106、フォトダイオードリセットトランジスタ107を有する。また、画素電源線110、フローティングディフュージョンリセット線111、転送線112、選択線113、垂直信号線114、フォトダイオードリセット線115は複数の画素間で共有される。
Conventionally, as a solid-state imaging device, a MOS type solid-state imaging device using a pixel having an amplification read function is known. FIG. 8 shows a pixel configuration of the MOS type solid-state imaging device. A
フォトダイオード101 は、蓄積される電荷量が入射される光に応じて変化する光電変換素子である。転送トランジスタ102 は、フォトダイオード101 で発生した信号電荷を電荷保持部103 に転送する(読み出す)ためのトランジスタである。電荷保持部103は、フォトダイオード101から転送された電荷を保持する電荷保持機能を有する。フローティングディフュージョンリセットトランジスタ104 は、電荷保持部103 をリセットするためのトランジスタである。増幅トランジスタ105 は、電荷保持部103 の電圧レベルを増幅して読み出すためのトランジスタである。選択トランジスタ106 は、増幅トランジスタ105の出力を出力信号として出力する特定の画素を選択し、垂直信号線114 に増幅トランジスタ105 の出力を伝えるためのトランジスタである。フォトダイオードリセットトランジスタ107は、フォトダイオード101をリセットするためのトランジスタである。ここで、フォトダイオード101 以外は遮光されている。
The
画素電源線110 は、電源電圧VDDを印加するための配線であり、フローティングディフュージョンリセットトランジスタ104 のドレイン側、増幅トランジスタ105 のドレイン側、及びフォトダイオードリセットトランジスタ107のドレイン側に電気的に接続されている。フローティングディフュージョンリセット線111 は、1行分の電荷保持部103をリセットするためのフローティングディフュージョンリセットパルスφRMiを印加するための配線であり、1行分のフローティングディフュージョンリセットトランジスタ104 のゲートに接続されている。
The pixel
転送線112 は、1行分の画素の信号電荷をそれぞれの画素の電荷保持部103 に転送するための行転送パルスφTRiが印加される配線であり、1行分の画素の転送トランジスタ102 のゲートに電気的に接続されている。選択線113 は、1行分の画素を選択するための行選択パルスφSEiが印加される配線であり、1行分の画素の選択トランジスタ106 のゲートに電気的に接続されている。フォトダイオードリセット線115 は、1行分のフォトダイオード101をリセットするための行フォトダイオードリセットパルスφRPDiが印加される配線であり、1行分のフォトダイオードリセットトランジスタ107のゲートに接続されている。このように5個のトランジスタを用いた画素構成により、光電変換機能、フォトダイオードリセット機能、電化保持部リセット機能、増幅読み出し機能、一時メモリ機能、及び選択機能が実現される。
The
MOS型固体撮像素子は、このような構成の画素をm行×n列の2次元状に配列した画素アレイを有する。各行の画素の信号を1行目からm行目まで順次選択して読み出すことで全画素の信号を読み出す手法を通常のXYアドレス読み出し方式という。しかしながら、通常のXYアドレス読み出し方式においては、信号を蓄積する時刻が画素アレイの行毎に異なるため、最初に信号を読み出す第1行と、最後に信号を読み出す第m行とでは、信号を読み出す時刻が最大で1フレーム分異なる。そのため、高速に移動する物体を撮影したときに画像が歪むという問題が生じる。 The MOS type solid-state imaging device has a pixel array in which pixels having such a configuration are arranged two-dimensionally in m rows × n columns. A method of reading out the signals of all the pixels by sequentially selecting and reading out the signals of the pixels in each row from the first row to the m-th row is called a normal XY address reading method. However, in the normal XY address readout method, since the signal accumulation time differs for each row of the pixel array, the signal is read out in the first row where the signal is read first and the m-th row where the signal is read out last. The time differs by up to one frame. Therefore, there arises a problem that an image is distorted when an object moving at high speed is photographed.
上記の問題点を解決する手法として、グローバルシャッター読み出し方式(例えば、特許文献1,2参照)がある。特許文献1では、グローバルシャッター読み出し方式が採用されており、kTCノイズをキャンセルするためにリセットフレームとビデオフレームの2フレーム分の信号を取得し、各信号の差分をとる駆動が行われている。
As a method for solving the above problems, there is a global shutter readout method (see, for example,
以下、図9を参照しながら、グローバルシャッター読み出し方式の動作を説明する。図7は、所定の動作を連続して繰り返す連続駆動シーケンスのうちの一部の駆動シーケンスを取り出したタイミングチャートである。まず、全行のフォトダイオードリセットパルスφRPD1〜φRPDmに“Hi”レベルが印加される。これにより、全行のフォトダイオード101がリセットされている状態となる。
Hereinafter, the operation of the global shutter readout method will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a timing chart obtained by extracting a part of the drive sequence from the continuous drive sequence in which the predetermined operation is continuously repeated. First, the “Hi” level is applied to the photodiode reset pulses φRPD1 to φRPDm of all rows. As a result, the
続いて、シグナルリセットフレームにおいて、行毎にフローティングディフュージョンリセットパルスφRMiに“Hi”レベルが印加され、電荷保持部103がリセットされる。続いて、行毎に行選択パルスφSEiに“Hi”レベルが印加され、リセット後の電荷保持部103の電位に基づくリセット信号が、増幅トランジスタ105及び選択トランジスタ106を通して垂直信号線114に出力される。
Subsequently, in the signal reset frame, the “Hi” level is applied to the floating diffusion reset pulse φRMi for each row, and the
その後、露光期間(蓄積期間)において、フォトダイオードリセットパルスφRPD1〜φRPDmに“Lo”レベルが印加される。これにより、全行のフォトダイオード101のリセットが同時に解除され、全行の画素における蓄積が同時に開始される。一定期間が経過した後、全行の行転送パルスφTR1〜φTRmに“Hi”レベルが印加され、蓄積(露光)で生じた信号成分(光信号)が全行一括で電荷保持部103に転送される。この転送の終了後、全行のフォトダイオードリセットパルスφRPD1〜φRPDmに再び“Hi”レベルが印加される。これにより、全行の画素における蓄積が同時に終了し、露光期間が完了する。その後、シグナルビデオフレームにおいて、1行目から順に行選択パルスφSE1〜φSEmに“Hi”レベルが印加され、光信号が出力される。
Thereafter, in the exposure period (accumulation period), the “Lo” level is applied to the photodiode reset pulses φRPD1 to φRPDm. As a result, the reset of the
以下、上記の概略タイミングを示した図10を参照しながら、シグナルリセットフレーム及びシグナルビデオフレームにおける読み出しについて説明する。図10において、φTR1〜mが図9の1行目からm行目の行転送パルスφTR1〜φTRmに対応する。φRPD1〜mが図9の1行目からm行目のフォトダイオードリセットパルスφRPD1〜φRPDmに対応する。破線20が、シグナルリセットフレームにおける電荷保持部103のリセット動作のタイミングを示している。実線21が、シグナルリセットフレームにおけるリセット信号の読み出しのタイミングを示している。実線22が、シグナルビデオフレームにおける光信号の読み出しのタイミングを示している。実線21が示すリセット信号の読み出しのタイミングから、実線22が示す光信号の読み出しタイミングまでの期間において、電荷保持部103に暗電流電荷が蓄積される。実線21,22に対応する直線の傾きが等しい、すなわちリセット信号及び光信号の読み出し速度が等しいため、電荷保持部103に蓄積される暗電流電荷は、全行で等しくなるはずである。
Hereinafter, reading in the signal reset frame and the signal video frame will be described with reference to FIG. 10 showing the above schematic timing. In FIG. 10, φTR1 to m correspond to the row transfer pulses φTR1 to φTRm from the first row to the mth row in FIG. φRPD1 to m correspond to the photodiode reset pulses φRPD1 to φRPDm in the first to mth rows in FIG. A
シグナルリセットフレームのリセット信号に含まれるノイズ成分(Noise[Reset_Frame])は(1)式となり、シグナルビデオフレームの光信号に含まれるノイズ成分(Noise[Video_Frame])は(2)式となる。なお、フィードスルーノイズは、電荷保持部103の容量ばらつきに依存して電荷保持部103の電位に発生するノイズ成分である。
The noise component (Noise [Reset_Frame]) included in the reset signal of the signal reset frame is expressed by equation (1), and the noise component (Noise [Video_Frame]) included in the optical signal of the signal video frame is expressed by equation (2). The feedthrough noise is a noise component generated at the potential of the
リセット信号(Signal[Reset_Frame])及び光信号(Signal[Video_Frame])の取得後、(3)式に示すように各信号を減算処理することで、kTCノイズをキャンセルした画像信号が得られる。
減算処理結果:Signal[Reset_Frame] - Signal[Video_Frame] ・・・(3)
After obtaining the reset signal (Signal [Reset_Frame]) and the optical signal (Signal [Video_Frame]), an image signal in which kTC noise is canceled is obtained by subtracting each signal as shown in the equation (3).
Subtraction result: Signal [Reset_Frame]-Signal [Video_Frame] (3)
上記の減算処理結果に含まれるノイズ成分は、(4)式となる。 The noise component included in the result of the subtraction process is expressed by equation (4).
上述した減算処理では、kTCノイズをキャンセルすることは可能だが、電荷保持部103の暗電流バラツキによる暗電流ノイズ成分は、処理後のノイズとして残ってしまう。特に、連写撮影時においては、連写撮影によるイメージセンサの温度上昇により、電荷保持部103の暗電流バラツキによる暗電流ノイズ成分が画質に悪影響を与える可能性が非常に高い。
In the subtraction process described above, kTC noise can be canceled, but the dark current noise component due to the dark current variation of the
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、連写撮影時において、電荷保持部の暗電流バラツキによる暗電流ノイズ成分を低減することができる固体撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of reducing a dark current noise component due to dark current variation of a charge holding unit during continuous shooting. And
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、蓄積期間内に入射した光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換部と、前記光電変換部に蓄積された信号電荷をリセットする第1のリセット部と、前記光電変換部から前記信号電荷を読み出す読み出し部と、前記読み出し部を通して読み出された前記信号電荷を保持する電荷保持部と、前記電荷保持部に保持された前記信号電荷を増幅する増幅部と、前記電荷保持部に保持された前記信号電荷をリセットする第2のリセット部と、前記増幅部の出力を出力信号として出力する特定の画素を選択する選択部と、を備えた画素を2次元状に配列した画素部と、前記画素の動作を制御する制御部と、前記画素から出力されたリセット信号及び光信号の第1の減算処理を行う信号処理部と、を備え、前記制御部は、連写撮影時の各フレームにおいて、前記蓄積期間外に前記第1のリセット部及び前記第2のリセット部にリセットを行わせ、前記画素から前記リセット信号を出力させ、前記蓄積期間の開始時に所定領域の全画素の前記第1のリセット部によるリセットを同時に解除し、前記蓄積期間の終了時に前記所定領域の全画素の前記読み出し部に同時に前記信号電荷を読み出させ、前記画素から前記光信号を出力させ、連写撮影の最初のフレームの前の第1のフレーム及び連写撮影の最後のフレームの後の第2のフレームにおいて、前記蓄積期間外に前記第1のリセット部及び前記第2のリセット部にリセットを行わせ、前記画素から当該リセットに基づく第1の信号を出力させ、前記蓄積期間内に前記第1のリセット部にリセットを行わせ、前記蓄積期間の終了時に前記画素から第2の信号を出力させ、前記信号処理部は、前記第1のフレームで出力された前記第1の信号と前記第2の信号との第2の減算処理を行い、前記第2のフレームで出力された前記第1の信号と前記第2の信号との第3の減算処理を行い、前記第2の減算処理及び前記第3の減算処理の結果の少なくとも一方を用いて、前記第1の減算処理の結果に含まれる、前記電荷保持部の暗電流バラツキに起因するノイズ成分を低減する補正を行うことを特徴とする固体撮像装置である。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and converts a light incident during an accumulation period into a signal charge and accumulates the signal, and resets the signal charge accumulated in the photoelectric conversion part. A first reset unit, a read unit that reads the signal charge from the photoelectric conversion unit, a charge holding unit that holds the signal charge read through the read unit, and the charge holding unit that holds the signal charge An amplifying unit for amplifying a signal charge; a second reset unit for resetting the signal charge held in the charge holding unit; and a selecting unit for selecting a specific pixel that outputs the output of the amplifying unit as an output signal; , A pixel unit in which pixels provided in a two-dimensional array, a control unit that controls the operation of the pixel, a signal processing unit that performs a first subtraction process on a reset signal and an optical signal output from the pixel, The The control unit causes the first reset unit and the second reset unit to perform a reset outside the accumulation period and outputs the reset signal from the pixel in each frame during continuous shooting. At the start of the accumulation period, all pixels in a predetermined area are simultaneously reset by the first reset unit, and at the end of the accumulation period, the signal charges are simultaneously read out by the readout sections of all pixels in the predetermined area. The optical signal is output from the pixel, and the first frame before the first frame of the continuous shooting and the second frame after the last frame of the continuous shooting are out of the accumulation period. Reset the second reset unit and the second reset unit to output a first signal based on the reset from the pixel, and reset the first reset unit within the accumulation period. The second signal is output from the pixel at the end of the accumulation period, and the signal processing unit is configured to output the first signal and the second signal output in the first frame. Performing a second subtraction process, performing a third subtraction process between the first signal and the second signal output in the second frame, and performing the second subtraction process and the third subtraction. A solid-state imaging device, wherein at least one of the processing results is used to perform correction for reducing a noise component caused by dark current variation of the charge holding unit, which is included in the result of the first subtraction processing. is there.
また、本発明の固体撮像装置において、前記信号処理部は、固体撮像装置に設けた温度センサが検出した温度に基づいて、連写撮影時の各フレームの温度変化を関数化し、連写撮影中の各フレームにおける前記ノイズ成分の変化分を前記温度変化の関数から求め、前記第2の減算処理の結果及び前記第3の減算処理の結果の少なくとも一方と前記ノイズ成分の変化分とを用いて、前記第1の減算処理の結果に含まれる前記ノイズ成分を低減する補正を行うことを特徴とする。 In the solid-state imaging device of the present invention, the signal processing unit functions as a function of the temperature change of each frame during continuous shooting based on the temperature detected by the temperature sensor provided in the solid-state imaging device. The change amount of the noise component in each frame is obtained from the function of the temperature change, and at least one of the result of the second subtraction process and the result of the third subtraction process and the change amount of the noise component are used. The correction for reducing the noise component included in the result of the first subtraction process is performed.
また、本発明の固体撮像装置において、前記信号処理部は、前記第2の減算処理の結果と前記第3の減算処理の結果との第4の減算処理の結果を連写撮影の総フレーム数に応じて等分することにより1フレーム当たりの前記ノイズ成分の変化分を求め、前記第2の減算処理の結果及び前記第3の減算処理の結果の少なくとも一方と前記ノイズ成分の変化分とを用いて、前記第1の減算処理の結果に含まれる前記ノイズ成分を低減する補正を行うことを特徴とする。 In the solid-state imaging device according to the aspect of the invention, the signal processing unit may calculate the result of the fourth subtraction process between the result of the second subtraction process and the result of the third subtraction process as the total number of frames for continuous shooting. The change of the noise component per frame is obtained by equally dividing the difference, and at least one of the result of the second subtraction process and the result of the third subtraction process and the change of the noise component are obtained. And performing correction for reducing the noise component included in the result of the first subtraction process.
また、本発明の固体撮像装置において、前記信号処理部は、固体撮像装置に設けた温度センサが検出した温度を閾値と比較した結果に基づいて、前記第2の減算処理の結果及び前記第3の減算処理の結果のいずれかを選択し、選択した減算処理の結果を用いて、前記第1の減算処理の結果に含まれる前記ノイズ成分を低減する補正を行うことを特徴とする。 Further, in the solid-state imaging device according to the present invention, the signal processing unit may determine the result of the second subtraction process and the third based on a result of comparing a temperature detected by a temperature sensor provided in the solid-state imaging device with a threshold value. One of the results of the subtraction process is selected, and the correction for reducing the noise component included in the result of the first subtraction process is performed using the result of the selected subtraction process.
また、本発明の固体撮像装置において、前記信号処理部は、連写撮影中のフレーム数を閾値と比較した結果に基づいて、前記第2の減算処理の結果及び前記第3の減算処理の結果のいずれかを選択し、選択した減算処理の結果を用いて、前記第1の減算処理の結果に含まれる前記ノイズ成分を低減する補正を行うことを特徴とする。 In the solid-state imaging device according to the present invention, the signal processing unit may determine the result of the second subtraction process and the result of the third subtraction process based on a result of comparing the number of frames during continuous shooting with a threshold value. Is selected, and correction for reducing the noise component included in the result of the first subtraction process is performed using the result of the selected subtraction process.
本発明によれば、第1のフレーム及び第2のフレームでは蓄積期間外及び蓄積期間内の両方で第1のリセット部によるリセットが行われているため、第2の減算処理の結果及び第3の減算処理の結果には、電荷保持部の暗電流バラツキによる暗電流ノイズ成分が含まれているが、光電変換部に係るショットノイズ等のノイズ成分は低減されている。したがって、第2の減算処理及び第3の減算処理の結果の少なくとも一方を用いて第1の減算処理の結果を補正することによって、連写撮影時において、電荷保持部の暗電流バラツキによる暗電流ノイズ成分を低減することができる。 According to the present invention, in the first frame and the second frame, the reset by the first reset unit is performed both outside and within the accumulation period. The result of the subtraction process includes a dark current noise component due to the dark current variation of the charge holding unit, but a noise component such as shot noise related to the photoelectric conversion unit is reduced. Therefore, by correcting the result of the first subtraction process using at least one of the results of the second subtraction process and the third subtraction process, the dark current due to the dark current variation of the charge holding unit during continuous shooting is obtained. Noise components can be reduced.
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。なお、固体撮像素子の構成として、単一の画素が4行4列に配列された構成を示しているが、行数及び列数に関わらず、下記の例を実施することは可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that, as a configuration of the solid-state imaging device, a configuration in which single pixels are arranged in 4 rows and 4 columns is shown, but the following example can be implemented regardless of the number of rows and the number of columns.
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態を説明する。図1は、本実施形態による固体撮像素子を有するデジタルカメラ(カメラシステム)の構成を示している。図1に示すデジタルカメラ7-1aは、レンズ7-2、メカニカルシャッタ7-3、イメージセンサ7-4、画像処理回路7-5、メモリ7-6、記録装置7-7、レンズ制御装置7-8、シャッタ駆動装置7-9、イメージャ駆動装置7-10、カメラ制御装置7-11、表示装置7-12、及び温度センサ7-13から構成されている。
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows the configuration of a digital camera (camera system) having a solid-state imaging device according to the present embodiment. A digital camera 7-1a shown in FIG. 1 includes a lens 7-2, a mechanical shutter 7-3, an image sensor 7-4, an image processing circuit 7-5, a memory 7-6, a recording device 7-7, and a lens control device 7. -8, a shutter driving device 7-9, an imager driving device 7-10, a camera control device 7-11, a display device 7-12, and a temperature sensor 7-13.
レンズ7-2は被写体像をイメージセンサ7-4に結像する。イメージセンサ7-4は固体撮像素子である。画像処理回路7-5は、イメージセンサ7-4から出力された画像信号に対して補正や圧縮等の各種処理を行う。また、画像処理回路7-5は、連写撮影におけるフレーム(シグナルフレーム)の数(連写枚数)をカウントするカウンタ7-5aを有している。 The lens 7-2 forms a subject image on the image sensor 7-4. The image sensor 7-4 is a solid-state image sensor. The image processing circuit 7-5 performs various processes such as correction and compression on the image signal output from the image sensor 7-4. The image processing circuit 7-5 has a counter 7-5a that counts the number of frames (signal frames) in continuous shooting (number of continuous shots).
メモリ7-6は画像信号を一時的に記憶する。記録装置7-7は、画像処理回路7-5によって処理された画像信号を記録媒体に記録する。レンズ制御装置7-8は、レンズ7-2のズーム、フォーカス、絞り等を制御する。シャッタ駆動装置7-9は、メカニカルシャッタ7-3の駆動を制御する。イメージャ駆動装置7-10は、イメージセンサ7-4の駆動を制御する。カメラ制御装置7-11は、デジタルカメラ7-1の全体を制御する。表示装置7-12は、画像信号に基づく画像を表示する。温度センサ7-13は、例えばイメージセンサ7-4の表面あるいは内部に設けられており、イメージセンサ7-4のチップ温度を計測し、計測結果を示す信号を出力する。 The memory 7-6 temporarily stores the image signal. The recording device 7-7 records the image signal processed by the image processing circuit 7-5 on a recording medium. The lens control device 7-8 controls the zoom, focus, aperture, etc. of the lens 7-2. The shutter driving device 7-9 controls driving of the mechanical shutter 7-3. The imager driving device 7-10 controls driving of the image sensor 7-4. The camera control device 7-11 controls the entire digital camera 7-1. The display device 7-12 displays an image based on the image signal. The temperature sensor 7-13 is provided, for example, on the surface or inside of the image sensor 7-4, measures the chip temperature of the image sensor 7-4, and outputs a signal indicating the measurement result.
図2は、本実施形態による固体撮像素子の構成を示している。図2に示す固体撮像素子は、画素部200、垂直走査回路300、水平信号読み出し回路400、電流源150、及び各種配線から構成されている。
FIG. 2 shows the configuration of the solid-state imaging device according to the present embodiment. The solid-state imaging device shown in FIG. 2 includes a
画素部200は、図8に示す画素100を複数行及び複数列の2次元状に配列した構造を有している。垂直走査回路300は行単位で画素の駆動制御を行う。この駆動制御のために、垂直走査回路300は、フローティングディフュージョンリセットパルスφRMi、行転送パルスφTRi、フォトダイオードリセットパルスφRPDi、行選択パルスφSEiを行毎に独立して制御することのできる制御回路を備えている。これらの各パルスにより選択的に制御された行の画素の信号は、列毎に設けられている垂直信号線114へ出力されるようになっている。
The
水平信号読み出し回路400は、垂直信号線114に出力される1行分の画素の信号を、水平方向の並び順で時系列に出力端子410から出力する。電流源150は、垂直信号線114に接続されており、バイアス電流を供給する。フローティングディフュージョンリセット線111 は、フローティングディフュージョンリセットパルスφRMiが印加される配線である。転送線112 は、行転送パルスφTRiが印加される配線である。選択線113 は、行選択パルスφSEiが印加される配線である。フォトダイオードリセット線115 は、フォトダイオードリセットパルスφRPDiが印加される配線である。なお、画素電源を供給する画素電源線110は図示していない。
The horizontal
次に、本実施形態における駆動シーケンスを説明する。図3に示すように、連写撮影期間に相当するシグナルフレームの前後に、フローティングディフュージョン暗電流参照フレーム(フローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirst、フローティングディフュージョン暗電流参照フレームLast)が設けられている。 Next, the drive sequence in this embodiment will be described. As shown in FIG. 3, a floating diffusion dark current reference frame (floating diffusion dark current reference frame First, floating diffusion dark current reference frame Last) is provided before and after the signal frame corresponding to the continuous shooting period.
図3において、φTR1〜mが1行目からm行目の行転送パルスφTR1〜φTRmに対応する。φRPD1〜mが1行目からm行目のフォトダイオードリセットパルスφRPD1〜φRPDmに対応する。フローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirst及びフローティングディフュージョン暗電流参照フレームLastは、フローティングディフュージョンリセットフレームと、所定の長さの待機期間(蓄積期間)と、フローティングディフュージョンビデオフレームとで構成される。シグナルフレームは、シグナルリセットフレームと、所定の長さの露光期間(蓄積期間)と、シグナルビデオフレームとで構成される。 In FIG. 3, φTR1 to m correspond to row transfer pulses φTR1 to φTRm from the first row to the mth row. φRPD1 to m correspond to photodiode reset pulses φRPD1 to φRPDm in the first to mth rows. The floating diffusion dark current reference frame First and the floating diffusion dark current reference frame Last include a floating diffusion reset frame, a standby period (accumulation period) having a predetermined length, and a floating diffusion video frame. The signal frame includes a signal reset frame, an exposure period (accumulation period) having a predetermined length, and a signal video frame.
破線10が、フローティングディフュージョンリセットフレーム及びシグナルリセットフレームにおける電荷保持部103のリセット動作のタイミングを示している。実線11が、フローティングディフュージョンリセットフレーム及びシグナルリセットフレームにおけるリセット信号の読み出しのタイミングを示している。実線12が、フローティングディフュージョンビデオフレーム及びシグナルビデオフレームにおける暗電流信号及び光信号の読み出しのタイミングを示している。なお、フローティングディフュージョンビデオフレームで取得される信号を、他の信号と区別するために便宜的に暗電流信号と呼ぶ。実線11が示すリセット信号の読み出しのタイミングから、実線12が示す暗電流信号又は光信号の読み出しタイミングまでの期間において、電荷保持部103に暗電流電荷が蓄積される。
A
図4は、図3のフローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirst及び最初のシグナルフレームにおける詳細な駆動シーケンスを示している。まず、垂直走査回路300は全行のフォトダイオードリセットパルスφRPD1〜φRPDmに“Hi”レベルを印加し、全行のフォトダイオード101をリセット状態とする。続いて、フローティングディフュージョンリセットフレームにおいて、垂直走査回路300は行毎にフローティングディフュージョンリセットパルスφRMiに“Hi”レベルを印加し、各行の電荷保持部103を順次リセットする。
FIG. 4 shows a detailed driving sequence in the floating diffusion dark current reference frame First and the first signal frame of FIG. First, the
さらに、垂直走査回路300は行毎に行選択パルスφSEiに“Hi”レベルを印加する。これにより、リセット後の電荷保持部103の電位に基づくリセット信号が、増幅トランジスタ105及び選択トランジスタ106を通して垂直信号線114に出力され、水平信号読み出し回路400を通して出力される。全行のリセット信号が出力された後、フローティングディフュージョン暗電流参照フレームとシグナルフレームで電荷保持部103に蓄積される暗電流ノイズ成分を同じにするために、露光期間と同じ時間だけの待機期間が設けられている。
Further, the
待機期間の終了後、フローティングディフュージョンビデオフレームにおいて、垂直走査回路300は行毎に行選択パルスφSEiに“Hi”レベルを印加する。これにより、電荷保持部103に蓄積された暗電流信号が、増幅トランジスタ105及び選択トランジスタ106を通して垂直信号線114に出力され、水平信号読み出し回路400を通して出力される。全行の暗電流信号が出力されると、フローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirstが終了する。
After the end of the waiting period, in the floating diffusion video frame, the
この後のシグナルフレームでの駆動タイミングについては、図9と同様のため、説明を省略する。なお、各シグナルフレームでは、温度センサ7-13がチップ温度を計測する。最後のシグナルフレームの終了後のフローティングディフュージョン暗電流参照フレームLastにおいても、上記と同様な駆動により暗電流信号が出力される。上記の駆動と並行して、カウンタ7-5aは各シグナルフレームで1ずつカウントアップする。 Since the drive timing in the subsequent signal frame is the same as in FIG. 9, description thereof is omitted. In each signal frame, the temperature sensor 7-13 measures the chip temperature. Also in the floating diffusion dark current reference frame Last after the end of the last signal frame, a dark current signal is output by the same driving as described above. In parallel with the above driving, the counter 7-5a counts up by one in each signal frame.
図4に示す駆動をまとめると以下のようになる。連写撮影時の各シグナルフレームにおいて、垂直走査回路300からの各種パルスにより、露光期間の開始前にフォトダイオード101及び電荷保持部103のリセットが行われ、画素100からリセット信号が出力される。また、垂直走査回路300からの各種パルスにより、露光期間の開始時に所定領域の全画素のフォトダイオードのリセットが同時に解除され、露光期間の終了時に所定領域の全画素の信号電荷がフォトダイオード101から同時に読み出され、信号電荷に基づく光信号が画素100から順次出力される。
The drive shown in FIG. 4 is summarized as follows. In each signal frame at the time of continuous shooting, the
また、フローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirst及びフローティングディフュージョン暗電流参照フレームLastにおいて、垂直走査回路300からの各種パルスにより、待機期間の開始前にフォトダイオード101及び電荷保持部103のリセットが行われ、画素100からリセット信号が出力される。また、垂直走査回路300からの各種パルスにより、待機期間中はフォトダイオードのリセットが継続し、待機期間の終了時に暗電流信号が画素100から順次出力される。画素100から出力されたリセット信号、光信号、及び暗電流信号はメモリ7-6に一時記憶される。
In the floating diffusion dark current reference frame First and the floating diffusion dark current reference frame Last, the
フローティングディフュージョン暗電流参照フレームLastが終了すると、画像処理回路7-5は、連写撮影時の各シグナルフレームに対応するフレーム数と各シグナルフレームにおけるチップ温度とを関連付け、各シグナルフレームの温度変化を関数化する。図5は、フレーム数に対する温度変化を示している。図5のX軸はフレーム数であり、Y軸はチップ温度である。図5に示すように、連写撮影が進行してフレーム数が増加するに従ってチップ温度は増加しており、フレーム数と温度変化は、ある関数で規定できる。画像処理回路7-5は、図5の関係を近似する関数Y=f(X)を算出する。 When the floating diffusion dark current reference frame Last is completed, the image processing circuit 7-5 associates the number of frames corresponding to each signal frame during continuous shooting with the chip temperature in each signal frame, and calculates the temperature change of each signal frame. Make it a function. FIG. 5 shows a temperature change with respect to the number of frames. The X axis in FIG. 5 is the number of frames, and the Y axis is the chip temperature. As shown in FIG. 5, the chip temperature increases as the continuous shooting progresses and the number of frames increases, and the number of frames and temperature change can be defined by a certain function. The image processing circuit 7-5 calculates a function Y = f (X) that approximates the relationship of FIG.
近似関数を算出するため、画像処理回路7-5は、フローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirst及びフローティングディフュージョン暗電流参照フレームLastのそれぞれに関して、リセット信号及び暗電流信号の差分を算出する。この算出結果は、リセット信号が読み出されてから暗電流信号が読み出されるまでに電荷保持部103に蓄積される暗電流ノイズ成分(暗電流増加分)を示す。画像処理回路7-5は、各フレームの暗電流増加分を示す関数を以下のようにして算出する。
In order to calculate the approximate function, the image processing circuit 7-5 calculates the difference between the reset signal and the dark current signal for each of the floating diffusion dark current reference frame First and the floating diffusion dark current reference frame Last. This calculation result indicates a dark current noise component (a dark current increase) accumulated in the
暗電流増加分を示す関数は、図5に示す関数Y=f(X)を用いて、y=α×f(x)+βと表すことができる。フローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirstの暗電流増加分をa、フローティングディフュージョン暗電流参照フレームLastの暗電流増加分をbとする。また、最初及び最後のシグナルフレームの暗電流増加分を近似的にa、bとすると以下の(5)式及び(6)式からα及びβを算出することができる。ただし、最後のシグナルフレームに対応するフレーム数をNとする。
a = α×1 + β ・・・(5)
b = α×N + β ・・・(6)
A function indicating the increase in dark current can be expressed as y = α × f (x) + β using the function Y = f (X) shown in FIG. The dark current increase in the floating diffusion dark current reference frame First is a, and the dark current increase in the floating diffusion dark current reference frame Last is b. If the dark current increases in the first and last signal frames are approximately a and b, α and β can be calculated from the following equations (5) and (6). However, N is the number of frames corresponding to the last signal frame.
a = α × 1 + β (5)
b = α × N + β (6)
上記の関数を用いることにより、各シグナルフレームにおける暗電流増加分を求めることができる。画像処理回路7-5は、最初のシグナルフレームのリセット信号(Signal[Reset_Frame])及び光信号(Signal[Video_Frame])と、フローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirstのリセット信号(Signal[FD_Reset_Frame_First])及び暗電流信号(Signal[FD_Video_Frame_First])とを用いて、以下の(7)式に示す減算処理を行う。
減算処理結果:(Signal[Reset_Frame] - Signal[Video_Frame])
- (Signal[FD_Reset_Frame_First] - Signal[FD_Video_Frame_First]) ・・・(7)
By using the above function, the increase in dark current in each signal frame can be obtained. The image processing circuit 7-5 includes a reset signal (Signal [Reset_Frame]) and an optical signal (Signal [Video_Frame]) of the first signal frame, a reset signal (Signal [FD_Reset_Frame_First]) and dark signal of the floating diffusion dark current reference frame First. Using the current signal (Signal [FD_Video_Frame_First]), the subtraction process shown in the following equation (7) is performed.
Subtraction result: (Signal [Reset_Frame]-Signal [Video_Frame])
-(Signal [FD_Reset_Frame_First]-Signal [FD_Video_Frame_First]) (7)
最初のシグナルフレームのリセット信号に含まれるノイズ成分(Noise[Reset_Frame])は(8)式となり、光信号に含まれるノイズ成分(Noise[Video_Frame])は(9)式となる。また、フローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirstのリセット信号に含まれるノイズ成分(Noise[FD_Reset_Frame_First])は(10)式となり、フローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirstの暗電流信号に含まれるノイズ成分(Noise[FD_Video_Frame_First])は(11)式となる。 The noise component (Noise [Reset_Frame]) included in the reset signal of the first signal frame is expressed by equation (8), and the noise component (Noise [Video_Frame]) included in the optical signal is expressed by equation (9). In addition, the noise component (Noise [FD_Reset_Frame_First]) included in the reset signal of the floating diffusion dark current reference frame First is expressed by Equation (10), and the noise component included in the dark current signal of the floating diffusion dark current reference frame First (Noise [FD_Video_Frame_First ]) Becomes the equation (11).
(8)式〜(11)式における記号は(1)式及び(2)式における記号と同様である。(7)式の減算処理結果に含まれるノイズ成分は、(12)式となる。 Symbols in the equations (8) to (11) are the same as those in the equations (1) and (2). The noise component included in the subtraction result of equation (7) is equation (12).
(12)式が示すように、電荷保持部103の暗電流バラツキによる暗電流ノイズ成分(N2 FDv)をキャンセルすることができる。
As shown by the equation (12), the dark current noise component (N 2 FDv ) due to the dark current variation of the
画像処理回路7-5は、2フレーム目以降のシグナルフレームのリセット信号(Signal[Reset_Frame])及び光信号(Signal[Video_Frame])と、フローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirstのリセット信号(Signal[FD_Reset_Frame_First])及び暗電流信号(Signal[FD_Video_Frame_First])と、各シグナルフレームにおける暗電流増加分とを用いて、以下の(13)式に示す減算処理を行う。
減算処理結果:(Signal[Reset_Frame] - Signal[Video_Frame])
- (Signal[FD_Reset_Frame_First] - Signal[FD_Video_Frame_First] + 各シグナルフレームにおける暗電流増加分) ・・・(13)
The image processing circuit 7-5 includes a reset signal (Signal [Reset_Frame]) and an optical signal (Signal [Video_Frame]) of the second and subsequent frames, and a reset signal (Signal [FD_Reset_Frame_First] of the floating diffusion dark current reference frame First. ) And the dark current signal (Signal [FD_Video_Frame_First]) and the dark current increase in each signal frame, the subtraction process shown in the following equation (13) is performed.
Subtraction result: (Signal [Reset_Frame]-Signal [Video_Frame])
-(Signal [FD_Reset_Frame_First]-Signal [FD_Video_Frame_First] + Dark current increase in each signal frame) (13)
(13)式が示すように、減算処理の際に、各シグナルフレームで増加する暗電流ノイズ成分(Signal[FD_Reset_Frame_First]- Signal[FD_Video_Frame_First])に対して、チップ温度の上昇に応じた暗電流増加分を加算することによって、各シグナルフレームで増加する暗電流ノイズ成分をより正確に求めることができ、減算処理結果に含まれる暗電流ノイズ成分を低減することができる。また、本実施形態では、最初のシグナルフレームの前及び最後のシグナルフレームの後に1つずつフローティングディフュージョン暗電流参照フレームが用意されているため、余分にフローティングディフュージョン暗電流参照フレームを挿入することがなく、連写撮影のフレームレートの低下を防止することができる。 As shown in equation (13), the dark current increases as the chip temperature increases for the dark current noise component (Signal [FD_Reset_Frame_First] -Signal [FD_Video_Frame_First]) that increases in each signal frame during the subtraction process. By adding the minutes, the dark current noise component that increases in each signal frame can be obtained more accurately, and the dark current noise component included in the subtraction processing result can be reduced. In the present embodiment, since the floating diffusion dark current reference frames are prepared one by one before the first signal frame and after the last signal frame, there is no need to insert extra floating diffusion dark current reference frames. Further, it is possible to prevent a decrease in the frame rate for continuous shooting.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。図6は、本実施形態によるカメラシステムの構成を示している。図6に示すデジタルカメラ7-1bは、図1に示すデジタルカメラ7-1aから温度センサ7-13を除いたものである。他の構成については、デジタルカメラ7-1aの構成と同様である。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 shows the configuration of the camera system according to the present embodiment. A digital camera 7-1b shown in FIG. 6 is obtained by removing the temperature sensor 7-13 from the digital camera 7-1a shown in FIG. Other configurations are the same as those of the digital camera 7-1a.
連写駆動シーケンスは図3及び図4に示すシーケンスと同様であるので、説明を省略する。第1の実施形態では、フレーム数とチップ温度の関係を求めて、各シグナルフレームにおける暗電流増加分を近似する関数を求めているが、第2の実施形態では、フレーム数と暗電流増加分の関係が線形であるものとして、各シグナルフレームにおける暗電流増加分を求める。 Since the continuous shooting drive sequence is the same as the sequence shown in FIGS. 3 and 4, description thereof will be omitted. In the first embodiment, the relationship between the number of frames and the chip temperature is obtained, and a function that approximates the increase in dark current in each signal frame is obtained. In the second embodiment, the number of frames and the increase in dark current are obtained. As the relationship is linear, the increase in dark current in each signal frame is obtained.
画像処理回路7-5は、フローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirst及びフローティングディフュージョン暗電流参照フレームLastのそれぞれに関して、リセット信号及び暗電流信号の差分を算出することで、暗電流増加分を算出する。フローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirstの暗電流増加分をa、フローティングディフュージョン暗電流参照フレームLastの暗電流増加分をbとする。また、最初及び最後のシグナルフレームの暗電流増加分を近似的にa、bとし、シグナルフレームの総数をNとすると、暗電流増加分は1フレーム毎に平均して(b - a)/N増加する。この増加分を暗電流平均増加分とする。 The image processing circuit 7-5 calculates the increase in dark current by calculating the difference between the reset signal and the dark current signal for each of the floating diffusion dark current reference frame First and the floating diffusion dark current reference frame Last. The dark current increase in the floating diffusion dark current reference frame First is a, and the dark current increase in the floating diffusion dark current reference frame Last is b. Also, if the increase in dark current in the first and last signal frames is approximately a and b, and the total number of signal frames is N, the increase in dark current is averaged every frame (b-a) / N To increase. This increase is defined as the dark current average increase.
画像処理回路7-5は、最初のシグナルフレームのリセット信号(Signal[Reset_Frame])及び光信号(Signal[Video_Frame])と、フローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirstのリセット信号(Signal[FD_Reset_Frame_First])及び暗電流信号(Signal[FD_Video_Frame_First])とを用いて、以下の(14)式に示す減算処理を行う。
減算処理結果:(Signal[Reset_Frame] - Signal[Video_Frame])
- (Signal[FD_Reset_Frame_First] - Signal[FD_Video_Frame_First]) ・・・(14)
The image processing circuit 7-5 includes a reset signal (Signal [Reset_Frame]) and an optical signal (Signal [Video_Frame]) of the first signal frame, a reset signal (Signal [FD_Reset_Frame_First]) and dark signal of the floating diffusion dark current reference frame First. Using the current signal (Signal [FD_Video_Frame_First]), the subtraction process shown in the following equation (14) is performed.
Subtraction result: (Signal [Reset_Frame]-Signal [Video_Frame])
-(Signal [FD_Reset_Frame_First]-Signal [FD_Video_Frame_First]) (14)
また、画像処理回路7-5は、2フレーム目以降のn(1<n≦N)フレーム目のシグナルフレームのリセット信号(Signal[Reset_Frame])及び光信号(Signal[Video_Frame])と、フローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirstのリセット信号(Signal[FD_Reset_Frame_First])及び暗電流信号(Signal[FD_Video_Frame_First])と、暗電流平均増加分とを用いて、以下の(15)式に示す減算処理を行う。
減算処理結果:(Signal[Reset_Frame] - Signal[Video_Frame])
- (Signal[FD_Reset_Frame_First] - Signal[FD_Video_Frame_First] + 暗電流平均増加分×(n - 1)) ・・・(15)
The image processing circuit 7-5 also includes a reset signal (Signal [Reset_Frame]) and an optical signal (Signal [Video_Frame]) of the nth frame (1 <n ≦ N) of the second and subsequent frames, and floating diffusion. Using the dark current reference frame First reset signal (Signal [FD_Reset_Frame_First]) and dark current signal (Signal [FD_Video_Frame_First]) and the dark current average increment, the subtraction process shown in the following equation (15) is performed.
Subtraction result: (Signal [Reset_Frame]-Signal [Video_Frame])
-(Signal [FD_Reset_Frame_First]-Signal [FD_Video_Frame_First] + Dark current average increase x (n-1)) (15)
上記により、減算処理結果に含まれる暗電流ノイズ成分を低減することができる。また、第1の実施形態と比較して、簡易な演算で暗電流増加分を算出することができる。 As described above, the dark current noise component included in the subtraction processing result can be reduced. Compared to the first embodiment, the dark current increase can be calculated by a simple calculation.
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態を説明する。図7は、本実施形態によるカメラシステムの構成を示している。図7に示すデジタルカメラ7-1cは、図1に示すデジタルカメラ7-1aからカウンタ7-5aを除いたものである。他の構成については、デジタルカメラ7-1aの構成と同様である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 shows the configuration of the camera system according to the present embodiment. A digital camera 7-1c shown in FIG. 7 is obtained by removing the counter 7-5a from the digital camera 7-1a shown in FIG. Other configurations are the same as those of the digital camera 7-1a.
連写駆動シーケンスは図3及び図4に示すシーケンスと同様であるので、説明を省略する。第1の実施形態では、フレーム数とチップ温度の関係を求めて、各シグナルフレームにおける暗電流増加分を近似する関数を求めているが、第3の実施形態では、各シグナルフレームのチップ温度に応じて、フローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirst及びフローティングディフュージョン暗電流参照フレームLastのいずれかの暗電流増加分を減算処理に用いる。 Since the continuous shooting drive sequence is the same as the sequence shown in FIGS. 3 and 4, description thereof will be omitted. In the first embodiment, the relationship between the number of frames and the chip temperature is obtained, and a function that approximates the increase in dark current in each signal frame is obtained, but in the third embodiment, the chip temperature of each signal frame is calculated. Accordingly, the dark current increase of either the floating diffusion dark current reference frame First or the floating diffusion dark current reference frame Last is used for the subtraction process.
画像処理回路7-5は、フローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirst及びフローティングディフュージョン暗電流参照フレームLastのそれぞれに関して、リセット信号及び暗電流信号の差分を算出することで、暗電流増加分を算出する。 The image processing circuit 7-5 calculates the increase in dark current by calculating the difference between the reset signal and the dark current signal for each of the floating diffusion dark current reference frame First and the floating diffusion dark current reference frame Last.
また、シグナルフレームの減算処理を行う際に画像処理回路7-5は各シグナルフレームのチップ温度を所定の閾値と比較し、その比較結果に応じて以下の減算処理を行う。チップ温度が閾値未満である場合、各シグナルフレームの暗電流増加分として、近似的にフローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirstの暗電流増加分を用いる。すなわち、画像処理回路7-5は、シグナルフレームのリセット信号(Signal[Reset_Frame])及び光信号(Signal[Video_Frame])と、フローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirstのリセット信号(Signal[FD_Reset_Frame_First])及び暗電流信号(Signal[FD_Video_Frame_First])とを用いて、以下の(16)式に示す減算処理を行う。
減算処理結果:(Signal[Reset_Frame] - Signal[Video_Frame])
- (Signal[FD_Reset_Frame_First] - Signal[FD_Video_Frame_First]) ・・・(16)
Further, when performing the signal frame subtraction process, the image processing circuit 7-5 compares the chip temperature of each signal frame with a predetermined threshold value, and performs the following subtraction process according to the comparison result. When the chip temperature is lower than the threshold, the dark current increase in the floating diffusion dark current reference frame First is approximately used as the dark current increase in each signal frame. That is, the image processing circuit 7-5 includes a signal frame reset signal (Signal [Reset_Frame]) and an optical signal (Signal [Video_Frame]), a floating diffusion dark current reference frame First reset signal (Signal [FD_Reset_Frame_First]), and a dark signal. Using the current signal (Signal [FD_Video_Frame_First]), the subtraction process shown in the following equation (16) is performed.
Subtraction result: (Signal [Reset_Frame]-Signal [Video_Frame])
-(Signal [FD_Reset_Frame_First]-Signal [FD_Video_Frame_First]) (16)
チップ温度が閾値以上である場合、各シグナルフレームの暗電流増加分として、近似的にフローティングディフュージョン暗電流参照フレームLastの暗電流増加分を用いる。すなわち、画像処理回路7-5は、シグナルフレームのリセット信号(Signal[Reset_Frame])及び光信号(Signal[Video_Frame])と、フローティングディフュージョン暗電流参照フレームLastのリセット信号(Signal[FD_Reset_Frame_Last])及び暗電流信号(Signal[FD_Video_Frame_Last])とを用いて、以下の(17)式に示す減算処理を行う。
減算処理結果:(Signal[Reset_Frame] - Signal[Video_Frame])
- (Signal[FD_Reset_Frame_Last] - Signal[FD_Video_Frame_Last]) ・・・(17)
When the chip temperature is equal to or higher than the threshold value, the dark current increase in the floating diffusion dark current reference frame Last is approximately used as the dark current increase in each signal frame. That is, the image processing circuit 7-5 includes a signal frame reset signal (Signal [Reset_Frame]) and an optical signal (Signal [Video_Frame]), a floating diffusion dark current reference frame Last reset signal (Signal [FD_Reset_Frame_Last]), and a dark signal. Using the current signal (Signal [FD_Video_Frame_Last]), the subtraction process shown in the following equation (17) is performed.
Subtraction result: (Signal [Reset_Frame]-Signal [Video_Frame])
-(Signal [FD_Reset_Frame_Last]-Signal [FD_Video_Frame_Last]) (17)
上記により、減算処理結果に含まれる暗電流ノイズ成分を低減することができる。また、第1の実施形態と比較して、簡易な演算で暗電流増加分を算出することができる。なお、チップ温度の閾値は、任意に変更が可能である。 As described above, the dark current noise component included in the subtraction processing result can be reduced. Compared to the first embodiment, the dark current increase can be calculated by a simple calculation. Note that the chip temperature threshold can be arbitrarily changed.
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態を説明する。本実施形態によるカメラシステムの構成は、図6に示すデジタルカメラ7-1bの構成と同様である。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The configuration of the camera system according to the present embodiment is the same as the configuration of the digital camera 7-1b shown in FIG.
連写駆動シーケンスは図3及び図4に示すシーケンスと同様であるので、説明を省略する。第1の実施形態では、フレーム数とチップ温度の関係を求めて、各シグナルフレームにおける暗電流増加分を近似する関数を求めているが、第3の実施形態では、各シグナルフレームのフレーム数に応じて、フローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirst及びフローティングディフュージョン暗電流参照フレームLastのいずれかの暗電流増加分を減算処理に用いる。 Since the continuous shooting drive sequence is the same as the sequence shown in FIGS. 3 and 4, description thereof will be omitted. In the first embodiment, the relationship between the number of frames and the chip temperature is obtained, and a function that approximates the dark current increase in each signal frame is obtained, but in the third embodiment, the number of frames in each signal frame is calculated. Accordingly, the dark current increase of either the floating diffusion dark current reference frame First or the floating diffusion dark current reference frame Last is used for the subtraction process.
画像処理回路7-5は、フローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirst及びフローティングディフュージョン暗電流参照フレームLastのそれぞれに関して、リセット信号及び暗電流信号の差分を算出することで、暗電流増加分を算出する。 The image processing circuit 7-5 calculates the increase in dark current by calculating the difference between the reset signal and the dark current signal for each of the floating diffusion dark current reference frame First and the floating diffusion dark current reference frame Last.
また、シグナルフレームの減算処理を行う際に画像処理回路7-5は、各シグナルフレームに対応するフレーム数を(最大フレーム数/2)と比較し、その比較結果に応じて以下の減算処理を行う。最大フレーム数は、最後のシグナルフレームに対応するフレーム数、すなわちシグナルフレームの総フレーム数である。 In addition, when performing signal frame subtraction processing, the image processing circuit 7-5 compares the number of frames corresponding to each signal frame with (maximum number of frames / 2), and performs the following subtraction processing according to the comparison result. Do. The maximum number of frames is the number of frames corresponding to the last signal frame, that is, the total number of signal frames.
フレーム数が(最大フレーム数/2)未満である場合、各シグナルフレームの暗電流増加分として、近似的にフローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirstの暗電流増加分を用いる。すなわち、画像処理回路7-5は、シグナルフレームのリセット信号(Signal[Reset_Frame])及び光信号(Signal[Video_Frame])と、フローティングディフュージョン暗電流参照フレームFirstのリセット信号(Signal[FD_Reset_Frame_First])及び暗電流信号(Signal[FD_Video_Frame_First])とを用いて、以下の(18)式に示す減算処理を行う。
減算処理結果:(Signal[Reset_Frame] - Signal[Video_Frame])
- (Signal[FD_Reset_Frame_First] - Signal[FD_Video_Frame_First]) ・・・(18)
When the number of frames is less than (maximum number of frames / 2), the dark current increase of the floating diffusion dark current reference frame First is approximately used as the dark current increase of each signal frame. That is, the image processing circuit 7-5 includes a signal frame reset signal (Signal [Reset_Frame]) and an optical signal (Signal [Video_Frame]), a floating diffusion dark current reference frame First reset signal (Signal [FD_Reset_Frame_First]), and a dark signal. Using the current signal (Signal [FD_Video_Frame_First]), the subtraction process shown in the following equation (18) is performed.
Subtraction result: (Signal [Reset_Frame]-Signal [Video_Frame])
-(Signal [FD_Reset_Frame_First]-Signal [FD_Video_Frame_First]) (18)
フレーム数が(最大フレーム数/2)以上である場合、各シグナルフレームの暗電流増加分として、近似的にフローティングディフュージョン暗電流参照フレームLastの暗電流増加分を用いる。すなわち、画像処理回路7-5は、シグナルフレームのリセット信号(Signal[Reset_Frame])及び光信号(Signal[Video_Frame])と、フローティングディフュージョン暗電流参照フレームLastのリセット信号(Signal[FD_Reset_Frame_Last])及び暗電流信号(Signal[FD_Video_Frame_Last])とを用いて、以下の(19)式に示す減算処理を行う。
減算処理結果:(Signal[Reset_Frame] - Signal[Video_Frame])
- (Signal[FD_Reset_Frame_Last] - Signal[FD_Video_Frame_Last]) ・・・(19)
When the number of frames is equal to or greater than (the maximum number of frames / 2), the dark current increase of the floating diffusion dark current reference frame Last is approximately used as the dark current increase of each signal frame. That is, the image processing circuit 7-5 performs the reset signal (Signal [Reset_Frame]) and the optical signal (Signal [Video_Frame]) of the signal frame, the reset signal (Signal [FD_Reset_Frame_Last]) and the dark signal of the floating diffusion dark current reference frame Last. Using the current signal (Signal [FD_Video_Frame_Last]), the subtraction process shown in the following equation (19) is performed.
Subtraction result: (Signal [Reset_Frame]-Signal [Video_Frame])
-(Signal [FD_Reset_Frame_Last]-Signal [FD_Video_Frame_Last]) (19)
上記により、減算処理結果に含まれる暗電流ノイズ成分を低減することができる。また、第1の実施形態と比較して、簡易な演算で暗電流増加分を算出することができる。なお、フレーム数の閾値を(最大フレーム数/2)としているが、任意に変更が可能である。 As described above, the dark current noise component included in the subtraction processing result can be reduced. Compared to the first embodiment, the dark current increase can be calculated by a simple calculation. Although the threshold for the number of frames is (maximum number of frames / 2), it can be changed arbitrarily.
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the above-described embodiments, and includes design changes and the like without departing from the gist of the present invention. .
7-1a,7-1b,7-1c・・・デジタルカメラ(固体撮像装置)、7-4・・・イメージセンサ、7-5・・・画像処理回路(信号処理部)、7-5a・・・カウンタ、7-13・・・温度センサ、100・・・画素、101・・・フォトダイオード(光電変換部)、102・・・転送トランジスタ(読み出し部)、103・・・電荷保持部、104・・・フローティングディフュージョンリセットトランジスタ(第2のリセット部)、105・・・増幅トランジスタ(増幅部)、106・・・選択トランジスタ(選択部)、107・・・フォトダイオードリセットトランジスタ(第1のリセット部)、150・・・電流源、200・・・画素部、300・・・垂直走査回路(制御部)、400・・・水平信号読み出し回路 7-1a, 7-1b, 7-1c: Digital camera (solid-state imaging device), 7-4: Image sensor, 7-5: Image processing circuit (signal processing unit), 7-5a ..Counter, 7-13 ... temperature sensor, 100 ... pixel, 101 ... photodiode (photoelectric conversion unit), 102 ... transfer transistor (readout unit), 103 ... charge holding unit, 104 ... floating diffusion reset transistor (second reset unit), 105 ... amplification transistor (amplification unit), 106 ... selection transistor (selection unit), 107 ... photodiode reset transistor (first Reset unit), 150 ... current source, 200 ... pixel unit, 300 ... vertical scanning circuit (control unit), 400 ... horizontal signal readout circuit
Claims (5)
前記光電変換部に蓄積された信号電荷をリセットする第1のリセット部と、
前記光電変換部から前記信号電荷を読み出す読み出し部と、
前記読み出し部を通して読み出された前記信号電荷を保持する電荷保持部と、
前記電荷保持部に保持された前記信号電荷を増幅する増幅部と、
前記電荷保持部に保持された前記信号電荷をリセットする第2のリセット部と、
前記増幅部の出力を出力信号として出力する特定の画素を選択する選択部と、
を備えた画素を2次元状に配列した画素部と、
前記画素の動作を制御する制御部と、
前記画素から出力されたリセット信号及び光信号の第1の減算処理を行う信号処理部と、
を備え、
前記制御部は、
連写撮影時の各フレームにおいて、前記蓄積期間外に前記第1のリセット部及び前記第2のリセット部にリセットを行わせ、前記画素から前記リセット信号を出力させ、前記蓄積期間の開始時に所定領域の全画素の前記第1のリセット部によるリセットを同時に解除し、前記蓄積期間の終了時に前記所定領域の全画素の前記読み出し部に同時に前記信号電荷を読み出させ、前記画素から前記光信号を出力させ、
連写撮影の最初のフレームの前の第1のフレーム及び連写撮影の最後のフレームの後の第2のフレームにおいて、前記蓄積期間外に前記第1のリセット部及び前記第2のリセット部にリセットを行わせ、前記画素から当該リセットに基づく第1の信号を出力させ、前記蓄積期間内に前記第1のリセット部にリセットを行わせ、前記蓄積期間の終了時に前記画素から第2の信号を出力させ、
前記信号処理部は、前記第1のフレームで出力された前記第1の信号と前記第2の信号との第2の減算処理を行い、前記第2のフレームで出力された前記第1の信号と前記第2の信号との第3の減算処理を行い、前記第2の減算処理及び前記第3の減算処理の結果の少なくとも一方を用いて、前記第1の減算処理の結果に含まれる、前記電荷保持部の暗電流バラツキに起因するノイズ成分を低減する補正を行う
ことを特徴とする固体撮像装置。 A photoelectric conversion unit that converts the light incident during the accumulation period into a signal charge and accumulates it; and
A first reset unit that resets signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit;
A readout unit for reading out the signal charges from the photoelectric conversion unit;
A charge holding unit for holding the signal charge read through the reading unit;
An amplifying unit for amplifying the signal charge held in the charge holding unit;
A second reset unit that resets the signal charge held in the charge holding unit;
A selection unit that selects a specific pixel that outputs the output of the amplification unit as an output signal;
A pixel portion in which pixels provided with two-dimensionally arranged;
A control unit for controlling the operation of the pixel;
A signal processing unit for performing a first subtraction process of the reset signal and the optical signal output from the pixel;
With
The controller is
In each frame at the time of continuous shooting, the first reset unit and the second reset unit are reset outside the accumulation period, the reset signal is output from the pixel, and predetermined at the start of the accumulation period. The reset by the first reset unit of all the pixels in the region is canceled at the same time, and at the end of the accumulation period, the signal charge is simultaneously read out by the reading unit of all the pixels in the predetermined region, and the optical signal is output from the pixel Output
In the first frame before the first frame of the continuous shooting and the second frame after the last frame of the continuous shooting, the first reset unit and the second reset unit are outside the accumulation period. Causing the pixel to output a first signal based on the reset, causing the first reset unit to perform a reset within the accumulation period, and causing the pixel to receive a second signal at the end of the accumulation period. Output
The signal processing unit performs a second subtraction process between the first signal output in the first frame and the second signal, and outputs the first signal output in the second frame. And a third subtraction process between the second signal and the second subtraction process, using at least one of the second subtraction process and the third subtraction process, and included in the first subtraction process result, A solid-state imaging device that performs correction to reduce a noise component caused by dark current variation in the charge holding unit.
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