JP2012175259A - Solid state image pickup device - Google Patents
Solid state image pickup device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012175259A JP2012175259A JP2011033407A JP2011033407A JP2012175259A JP 2012175259 A JP2012175259 A JP 2012175259A JP 2011033407 A JP2011033407 A JP 2011033407A JP 2011033407 A JP2011033407 A JP 2011033407A JP 2012175259 A JP2012175259 A JP 2012175259A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- unit
- noise
- holding unit
- charge
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
Description
本発明は、所定領域の全ての画素で同時に露光を行うグローバルシャッタ動作が可能な固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device capable of a global shutter operation in which exposure is performed simultaneously on all pixels in a predetermined region.
デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置には、光学像を電気信号に変換する撮像素子(固体撮像装置)が搭載されている。この撮像素子のマーケットシェアは、近年、CCDからCMOSへと移行しつつある。撮像装置に搭載されているCMOS等の一般的なMOS型撮像素子は、撮像面に2次元状に配列された複数の画素に蓄積された電荷を順次読み出すようになっているが、この読み出し方式では露光開始時刻および露光終了時刻が画素毎(あるいはライン毎)に異なることになり、画像に歪みが生じる。 An imaging device (solid-state imaging device) that converts an optical image into an electrical signal is mounted on an imaging device such as a digital camera or a digital video camera. In recent years, the market share of this image sensor is shifting from CCD to CMOS. A general MOS type image pickup device such as a CMOS mounted on an image pickup apparatus sequentially reads out charges accumulated in a plurality of pixels arranged two-dimensionally on the image pickup surface. Then, the exposure start time and the exposure end time are different for each pixel (or for each line), and the image is distorted.
そこで、全画素の露光開始時刻を同一にし、かつ全画素の露光終了時刻を同一にすることができるように(つまり、グローバルシャッタによる制御が可能となるように)構成されたMOS型撮像素子がある。このMOS型撮像素子は、露光量に応じた電荷を発生するフォトダイオード等の光電変換部を備えると共に、光電変換部において発生した信号電荷を一時的に保持する電荷保持部や、電荷の転送やリセットを行う際にスイッチとして機能するトランジスタ等を備えている。 Therefore, there is provided a MOS type image pickup device that is configured so that the exposure start time of all the pixels can be made the same and the exposure end time of all the pixels can be made the same (that is, control by a global shutter is possible). is there. This MOS type imaging device includes a photoelectric conversion unit such as a photodiode that generates charges according to the exposure amount, and also includes a charge holding unit that temporarily holds signal charges generated in the photoelectric conversion unit, transfer of charges, A transistor or the like that functions as a switch when resetting is provided.
図10は、このような撮像素子の画素の構成の一例を示している。図10に示すように、1つの画素内に5つのトランジスタ(Mf,Mt,Mr,Ma,Ms)が設けられている。これらのトランジスタとして、例えばMOSトランジスタが用いられる。 FIG. 10 shows an example of a pixel configuration of such an image sensor. As shown in FIG. 10, five transistors (Mf, Mt, Mr, Ma, Ms) are provided in one pixel. For example, MOS transistors are used as these transistors.
光電変換部PDは、例えばフォトダイオードであり、入射した光に基づく信号電荷を生成する。電荷保持部FDは、光電変換部PDで生成された信号電荷を一時的に保持する。転送トランジスタMtは、図示しない垂直制御回路から与えられる転送パルスTXに基づいて、光電変換部PDで生成された信号電荷を電荷保持部FDに転送する。増幅トランジスタMaは、電荷保持部FDに保持されている信号電荷に基づく信号を増幅し、選択トランジスタMsを介して垂直信号線ReadBusに出力する。ここでは、垂直信号線ReadBusに接続されている、図示しない電流源と増幅トランジスタMaとから構成されるソースフォロワ回路の例を示している。増幅トランジスタMaの入力部に電荷保持部FDが接続されている。 The photoelectric conversion unit PD is, for example, a photodiode, and generates a signal charge based on incident light. The charge holding unit FD temporarily holds the signal charge generated by the photoelectric conversion unit PD. The transfer transistor Mt transfers the signal charge generated by the photoelectric conversion unit PD to the charge holding unit FD based on a transfer pulse TX given from a vertical control circuit (not shown). The amplification transistor Ma amplifies a signal based on the signal charge held in the charge holding unit FD, and outputs the amplified signal to the vertical signal line ReadBus via the selection transistor Ms. Here, an example of a source follower circuit including a current source (not shown) and an amplification transistor Ma connected to the vertical signal line ReadBus is shown. The charge holding unit FD is connected to the input unit of the amplification transistor Ma.
選択トランジスタMsは、垂直制御回路から与えられる選択パルスSELに基づいて、増幅トランジスタMaからの信号を垂直信号線ReadBusに出力する。選択トランジスタMsを選択パルスSELによりオンにすることによって、各画素を選択して各画素から信号を読み出すことが可能である。リセットトランジスタMrは、基準電圧VAA_PIXを供給する電圧源に接続されており、垂直制御回路から与えられるリセットパルスRSTに基づいて電荷保持部FDの電位をリセットする。PDリセットトランジスタMfは、基準電圧VAA_GSを供給する電圧源に接続されており、垂直制御回路から与えられるPDリセットパルスFTに基づいて光電変換部PDの電位をリセットする。 The selection transistor Ms outputs a signal from the amplification transistor Ma to the vertical signal line ReadBus based on the selection pulse SEL given from the vertical control circuit. By turning on the selection transistor Ms with the selection pulse SEL, it is possible to select each pixel and read a signal from each pixel. The reset transistor Mr is connected to a voltage source that supplies a reference voltage VAA_PIX, and resets the potential of the charge holding unit FD based on a reset pulse RST supplied from the vertical control circuit. The PD reset transistor Mf is connected to a voltage source that supplies the reference voltage VAA_GS, and resets the potential of the photoelectric conversion unit PD based on a PD reset pulse FT supplied from the vertical control circuit.
図10に示す構成により、電荷保持部FDを画素内メモリとして利用して、グローバルシャッタによる制御が可能となっている。この撮像素子をデジタルカメラに用いる場合に、KTCノイズ(リセットノイズ)を抑圧するために、以下のようなシーケンスで撮像素子およびその周辺回路を駆動する技術が、例えば特許文献1に記載されている。
(1)電荷保持部FDに蓄積された信号電荷をリセットし、リセット信号をライン毎に順次走査して読み出し、記憶する。
(2)全画素の光電変換部PDで発生した信号電荷を一括してリセットし、所定の露光時間が経過した後に、光電変換部PDの信号電荷を一括して電荷保持部FDへ転送する。
(3)電荷保持部FDへ転送された信号電荷に基づく光信号をライン毎に順次走査して読み出し、光信号から、(1)で記憶したリセット信号を減算する(光信号とリセット信号との差分をとる)。
With the configuration shown in FIG. 10, control by a global shutter is possible using the charge holding unit FD as an in-pixel memory. For example,
(1) The signal charge accumulated in the charge holding unit FD is reset, and the reset signal is sequentially scanned and read for each line and stored.
(2) The signal charges generated in the photoelectric conversion units PD of all the pixels are collectively reset, and after a predetermined exposure time has elapsed, the signal charges of the photoelectric conversion units PD are collectively transferred to the charge holding unit FD.
(3) The optical signal based on the signal charge transferred to the charge holding unit FD is sequentially scanned and read for each line, and the reset signal stored in (1) is subtracted from the optical signal (the optical signal and the reset signal Take the difference).
上述したようなシーケンスで撮像素子を駆動した場合には、固定パターンノイズやリセットノイズを除去するためのリセット信号を読み出した直後から光信号を読み出すまでの少なくとも1フレーム以上の期間、電荷保持部FDが信号電荷を保持したままの状態となる。そのため、その期間に光電変換部PDへ強い光が照射されると、この入射した光の光量に応じた迷光による信号電荷や、光電変換部PDからあふれた信号電荷が電荷保持部FDに漏れ込み、信号電荷にノイズ電荷が重畳してしまい、画質が劣化する場合があった。 When the imaging device is driven in the sequence as described above, the charge holding unit FD is used for at least one frame period from immediately after reading a reset signal for removing fixed pattern noise and reset noise until reading an optical signal. Becomes a state in which the signal charge is held. Therefore, when strong light is irradiated onto the photoelectric conversion unit PD during that period, signal charges due to stray light corresponding to the amount of incident light or signal charges overflowing from the photoelectric conversion unit PD leak into the charge holding unit FD. In some cases, the noise charge is superimposed on the signal charge, and the image quality deteriorates.
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、電荷保持部への信号電荷の漏れ込みによるノイズの影響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 the influence of noise due to leakage of signal charges into the charge holding unit.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、入射した光に基づく信号電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部で生成された信号電荷を保持する電荷保持部と、前記光電変換部から前記電荷保持部に信号電荷を転送する転送部と、前記光電変換部に入射する光量に応じて発生するノイズ電荷を保持するノイズ保持部と、前記電荷保持部に保持された信号電荷に基づく信号を増幅して光信号として出力し、前記ノイズ保持部に保持されたノイズ電荷に基づく信号を増幅してノイズ信号として出力する増幅部と、を含む画素が2次元状に配列された画素部と、所定領域内の全ての前記画素における露光を同時に行うグローバルシャッタ動作を行うように前記画素における露光を制御する制御部と、前記光信号と前記ノイズ信号を用いて、前記光信号から前記ノイズ信号を除去する演算を行う演算部と、を具備する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 problem, and includes a photoelectric conversion unit that generates a signal charge based on incident light, a charge holding unit that holds a signal charge generated by the photoelectric conversion unit, A transfer unit that transfers signal charges from the photoelectric conversion unit to the charge holding unit, a noise holding unit that holds noise charges generated according to the amount of light incident on the photoelectric conversion unit, and held by the charge holding unit A pixel including an amplification unit that amplifies a signal based on the signal charge and outputs it as an optical signal, amplifies the signal based on the noise charge held in the noise holding unit and outputs the signal as a noise signal, and arranged in a two-dimensional manner A pixel unit, a control unit that controls exposure in the pixel so as to perform a global shutter operation that simultaneously performs exposure in all the pixels in a predetermined region, and the optical signal and the noise signal. There are a solid-state imaging apparatus characterized by comprising a, a calculation section that performs calculation for removing the noise signal from the optical signal.
また、本発明の固体撮像装置において、前記演算部は、前記光信号から前記ノイズ信号に対して所定の係数を乗じた信号を減算することを特徴とする。 In the solid-state imaging device of the present invention, the arithmetic unit subtracts a signal obtained by multiplying the noise signal by a predetermined coefficient from the optical signal.
また、本発明の固体撮像装置において、前記係数は、2次元状に配列された前記画素の位置に応じた係数であることを特徴とする。 In the solid-state imaging device of the present invention, the coefficient is a coefficient corresponding to the position of the pixel arranged in a two-dimensional manner.
また、本発明の固体撮像装置は、前記電荷保持部と前記転送部と前記増幅部の入力部とを接続する第1のスイッチと、前記ノイズ保持部と前記転送部と前記増幅部の入力部とを接続する第2のスイッチと、を具備することを特徴とする。 The solid-state imaging device of the present invention includes a first switch that connects the charge holding unit, the transfer unit, and the input unit of the amplification unit, the noise holding unit, the transfer unit, and the input unit of the amplification unit. And a second switch for connecting the two to each other.
また、本発明の固体撮像装置において、前記制御部は、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチをオンにし、前記電荷保持部および前記ノイズ保持部のリセットを行う第1のステップと、前記第2のスイッチをオフにし、前記画素からリセット信号を出力させる第2のステップと、前記所定領域内の全ての画素で一括して前記光電変換部をリセットする第3のステップと、露光期間の経過後、前記全ての画素で一括して、前記光電変換部から前記転送部を介して、前記電荷保持部に信号電荷を転送する第4のステップと、前記画素から前記光信号を出力させる第5のステップと、前記第1のスイッチをオフにすると共に前記第2のスイッチをオンにし、前記画素から前記ノイズ信号を出力させる第6のステップと、を有する制御を行うことを特徴とする。 In the solid-state imaging device of the present invention, the control unit turns on the first switch and the second switch to reset the charge holding unit and the noise holding unit, A second step of turning off the second switch and outputting a reset signal from the pixel; a third step of collectively resetting the photoelectric conversion unit in all pixels in the predetermined region; and an exposure period After the elapse of time, a fourth step of transferring the signal charge from the photoelectric conversion unit to the charge holding unit via the transfer unit collectively in all the pixels, and a step of outputting the optical signal from the pixel. And a sixth step of turning off the first switch and turning on the second switch to output the noise signal from the pixel. And wherein the door.
また、本発明の固体撮像装置は、前記電荷保持部から前記ノイズ保持部に信号電荷を転送する第2の転送部を具備し、前記ノイズ保持部は、前記増幅部の入力側に接続された容量であることを特徴とする。 The solid-state imaging device of the present invention further includes a second transfer unit that transfers signal charges from the charge holding unit to the noise holding unit, and the noise holding unit is connected to an input side of the amplification unit. It is characterized by a capacity.
また、本発明の固体撮像装置において、前記制御部は、前記所定領域内の全ての画素で一括して前記光電変換部をリセットする第1のステップと、前記全ての画素で一括して前記電荷保持部および前記ノイズ保持部をリセットする第2のステップと、露光期間の経過後、前記全ての画素で一括して、前記光電変換部から前記転送部を介して、前記電荷保持部に信号電荷を転送する第3のステップと、前記画素から前記ノイズ信号を出力させる第4のステップと、前記ノイズ保持部をリセットし、前記画素からリセット信号を出力させる第5のステップと、前記電荷保持部から前記第2の転送部を介して前記ノイズ保持部に信号電荷を転送し、前記画素から前記光信号を出力させる第6のステップと、を有する制御を行い、前記演算部は、前記光信号と前記ノイズ信号と前記リセット信号を用いて、前記光信号から前記ノイズ信号を除去する演算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 control unit may collectively reset the photoelectric conversion unit for all the pixels in the predetermined region, and the charge for all the pixels. A second step of resetting the holding unit and the noise holding unit; and after the exposure period has elapsed, the signal charge is transferred from the photoelectric conversion unit to the charge holding unit via the transfer unit in a batch at all the pixels. A third step of outputting the noise signal, a fourth step of outputting the noise signal from the pixel, a fifth step of resetting the noise holding unit and outputting a reset signal from the pixel, and the charge holding unit And a sixth step of transferring the signal charge from the pixel to the noise holding unit via the second transfer unit and outputting the optical signal from the pixel. Using the signal and the noise signal and the reset signal, and performs the operation for removing the noise signal from the optical signal.
また、本発明の固体撮像装置において、前記画素における前記光電変換部と前記電荷保持部と前記ノイズ保持部の平面的な配置が、前記画素部に光を入射させるレンズの光軸に対して軸対称であることを特徴とする。 In the solid-state imaging device of the present invention, the planar arrangement of the photoelectric conversion unit, the charge holding unit, and the noise holding unit in the pixel is an axis with respect to an optical axis of a lens that allows light to enter the pixel unit. It is symmetric.
本発明によれば、電荷保持部に保持された信号電荷に基づく光信号から、ノイズ保持部に保持されたノイズ電荷に基づくノイズ信号を除去する演算を行うことによって、電荷保持部への信号電荷の漏れ込みによるノイズの影響を低減することができる。 According to the present invention, the signal charge to the charge holding unit is obtained by performing an operation of removing the noise signal based on the noise charge held in the noise holding unit from the optical signal based on the signal charge held in the charge holding unit. It is possible to reduce the influence of noise due to leakage.
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。図1は、以下の各実施形態の説明に用いる撮像装置の構成を示している。図1に示す撮像装置は、レンズ1と、撮像部2と、画像処理部3と、表示部4と、駆動制御部5と、レンズ制御部6と、カメラ制御部7と、カメラ操作部8とを備えている。図1にはメモリカード9も示されているが、このメモリカード9を撮像装置に対して着脱可能に構成することによって、メモリカード9は撮像装置に固有の構成でなくても構わない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of an imaging apparatus used for the description of each embodiment below. An imaging apparatus shown in FIG. 1 includes a
レンズ1は、撮像素子(固体撮像装置)を構成する撮像部2の撮像面に被写体の光学像を結像するための撮影レンズである。撮像部2は、レンズ1によって結像された被写体の光学像を光電変換によりデジタルの画像信号に変換して出力する。画像処理部3は、撮像部2から出力される画像信号に種々のデジタル的な画像処理を施す。この画像処理部3は、画像信号を記録用に処理する第1画像処理部3aと、画像信号を表示用に処理する第2画像処理部3bとを備えている。
The
表示部4は、画像処理部3の第2画像処理部3bにより表示用に画像処理された画像信号に基づき画像を表示する。この表示部4は、静止画像を再生表示することができると共に、被撮像範囲の画像をリアルタイムに表示する動画(ライブビュー)表示を行うことができるようになっている。駆動制御部5は、カメラ制御部7からの指示に基づいて撮像部2の動作を制御する。レンズ制御部6は、カメラ制御部7からの指示に基づいて、レンズ1の絞りや焦点位置を制御する。
The
カメラ制御部7は、撮像装置全体を制御する。カメラ操作部8は、ユーザが撮像装置に対する各種の操作入力を行うための操作用の各種部材を有し、操作入力の結果に基づく信号をカメラ制御部7へ出力する。カメラ操作部8の具体例として、撮像装置の電源をオン・オフするための電源スイッチ、静止画撮影を指示するためのレリーズボタン、静止画撮影モードを単写モードと連写モードの間で切り替えるための静止画撮影モードスイッチなどが挙げられる。メモリカード9は、第1画像処理部3aにより記録用に処理された画像信号を保存するための記録媒体である。
The camera control unit 7 controls the entire imaging apparatus. The camera operation unit 8 includes various members for operation for the user to perform various operation inputs to the imaging apparatus, and outputs a signal based on the result of the operation input to the camera control unit 7. As a specific example of the camera operation unit 8, a power switch for turning on and off the imaging apparatus, a release button for instructing still image shooting, and a still image shooting mode are switched between a single shooting mode and a continuous shooting mode. For example, a still image shooting mode switch. The
(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2は、第1の実施形態における撮像部2の構成を示している。撮像部2は、MOS型固体撮像素子である撮像素子21と、AD変換部22と、ノイズ除去部23とを備えている。
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 shows a configuration of the
撮像素子21は、画素部24と、列処理回路部25と、垂直制御回路26(制御部)と、水平走査回路27とを備えており、列処理回路部25はノイズ演算部25a(演算部)を有する。撮像素子21は、画素の蓄積動作(露光動作)を全画素一括に制御するグローバルシャッタモードで動作することが可能である。なお、撮像素子21は、画素の蓄積動作を行毎に制御するローリングシャッタモードで動作することが可能であっても良い。
The
画素部24は、複数の画素28が行方向および列方向に2次元状に配列されて構成されている。垂直制御回路26は、画素部24の画素28に対して、行単位で画素の動作を制御する信号を印加し、画素28のリセット動作、蓄積動作、信号読み出し動作等を制御する。この垂直制御回路26によって選択された行の画素28から、列毎に設けられている垂直信号線ReadBus(図3参照)へ画素信号が出力されるようになっている。
The
列処理回路部25は、垂直信号線ReadBusに出力された画素信号を列毎に処理するものであり、例えば増幅動作を行うほか、撮像素子21をローリングシャッタ動作させたときのノイズ除去のためのCDS処理を行うものである。水平走査回路27は、列処理回路部25から出力される画素信号を水平方向の並びの順で時系列に画像信号として出力する。
The column
AD変換部22は、撮像素子21から出力されるアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換するAD変換を行う。なお、列処理回路部25がAD変換回路を有している場合、AD変換部22は不要である。ノイズ除去部23は、撮像素子21がグローバルシャッタ動作を行うときに、AD変換部22から出力されるデジタル画像信号にノイズ除去の処理を行う。なお、ノイズ除去部23は、画像信号を記憶するためのメモリを備えている。
The
図3は、第1の実施形態における画素28の構成を示している。光電変換部PDは、例えばフォトダイオードであり、入射した光に基づく信号電荷を生成する。電荷保持部FDは、光電変換部PDで生成された信号電荷を一時的に保持する。補正用ダミーDM(ノイズ保持部)は、入射した光の光量に応じて電荷保持部FDの信号電荷に重畳するノイズ成分と同等のノイズ電荷を保持する。電荷保持部FDは、スイッチSW1(第1のスイッチ)を介して転送トランジスタMt(転送部)および増幅トランジスタMaの入力部(ゲート端子)に接続され、補正用ダミーDMは、スイッチSW2(第2のスイッチ)を介して転送トランジスタMtおよび増幅トランジスタMaの入力部(ゲート端子)に接続される。
FIG. 3 shows the configuration of the
転送トランジスタMtは、垂直制御回路26から与えられる転送パルスTXに基づいて、光電変換部PDで生成された信号電荷を電荷保持部FDに転送する。増幅トランジスタMaは、電荷保持部FDに保持されている信号電荷に基づく信号を増幅し、選択トランジスタMsを介してリセット信号または光信号を垂直信号線ReadBusに出力する。また、増幅トランジスタMaは、補正用ダミーDMに保持されている信号電荷に基づく信号を増幅し、選択トランジスタMsを介してノイズ信号を垂直信号線ReadBusに出力する。ここでは、垂直信号線ReadBusに接続されている、図示しない電流源と増幅トランジスタMaとから構成されるソースフォロワ回路の例を示している。
The transfer transistor Mt transfers the signal charge generated by the photoelectric conversion unit PD to the charge holding unit FD based on the transfer pulse TX supplied from the
選択トランジスタMsは、垂直制御回路26から与えられる選択パルスSELに基づいて、増幅トランジスタMaからの信号を垂直信号線ReadBusに出力する。選択トランジスタMsを選択パルスSELによりオンにすることによって、各画素28を選択して各画素28から信号を読み出すことが可能である。リセットトランジスタMrは、基準電圧VAA_PIXを供給する電圧源に接続されており、垂直制御回路26から与えられるリセットパルスRSTに基づいて電荷保持部FDの電位をリセットする。PDリセットトランジスタMfは、基準電圧VAA_GSを供給する電圧源に接続されており、垂直制御回路26から与えられるPDリセットパルスFTに基づいて光電変換部PDの電位をリセットする。
The selection transistor Ms outputs a signal from the amplification transistor Ma to the vertical signal line ReadBus based on the selection pulse SEL provided from the
スイッチSW1は、垂直制御回路26から与えられる制御パルスP1に基づいて、オン・オフが制御される。スイッチSW2は、垂直制御回路26から与えられる制御パルスP2に基づいて、オン・オフが制御される。スイッチSW1,SW2として、例えばMOSトランジスタが用いられる。
The switch SW1 is controlled to be turned on / off based on a control pulse P1 given from the
本実施形態では、撮像素子21が有する全ての画素28からなる領域を画素信号の読み出し対象領域とするが、撮像素子21が有する全ての画素28からなる領域の一部を読み出し対象領域として、以下で説明する画素信号の読み出しを行ってもよい。
In the present embodiment, an area including all the
次に、撮像部2の動作を説明する。撮像素子21は、グローバルシャッタ動作が可能であり、撮像素子21がグローバルシャッタ動作を行う場合の撮像部2の動作について説明する。
Next, the operation of the
図4は、グローバルシャッタ動作を示している。図4の横軸は時間を示している。破線DL1および実線SL1は、行毎の画素信号の読み出しのタイミングを示している。また、図4には、転送パルスTXおよびPDリセットパルスFTについて、全画素同時に印加されるタイミングが示されている。図4には、水平走査回路27の出力信号も示されている。
FIG. 4 shows the global shutter operation. The horizontal axis in FIG. 4 indicates time. A broken line DL1 and a solid line SL1 indicate pixel signal readout timing for each row. FIG. 4 shows the timing at which all the pixels are simultaneously applied to the transfer pulse TX and the PD reset pulse FT. FIG. 4 also shows an output signal of the
まず、リセット信号読み出し期間において、画素28から順に行単位でリセット信号が読み出される。1行目の画素28からリセット信号の読み出しが開始され、最終行であるn行目の画素28からリセット信号が読み出されると、リセット信号読み出し期間が終了する。続いて、全ての画素28で同時に露光(光信号蓄積)が開始され、所定の露光期間が経過した後、全ての画素28で同時に露光(光信号蓄積)が終了する。露光(光信号蓄積)終了後の光信号読み出し期間において、画素28から順に行単位で光信号が読み出される。1行目の画素28から光信号の読み出しが開始され、最終行であるn行目の画素28から光信号が読み出されると、光信号読み出し期間が終了する。
First, in the reset signal readout period, reset signals are read out in units of rows in order from the
図5は、一例として1行目の画素28の駆動タイミングを示している。図5には、垂直制御回路26から出力される各信号と、垂直信号線ReadBusの信号レベルV_ReadBusとが示されている。グローバルシャッタ動作による露光(光信号蓄積)を行う前のリセット信号読み出し期間において、電荷保持部FDのリセットレベルの読み出しと補正用ダミーDMのリセット動作が行われる。以下では、リセット信号読み出し期間を期間T1,T2,T3に分けて、1行目の画素28の動作を中心に説明する。
FIG. 5 shows the drive timing of the
期間T1(第1のステップ)では、リセットトランジスタMrにリセットパルスRSTが印加されると共に、スイッチSW1、スイッチSW2にそれぞれ制御パルスP1、制御パルスP2が印加される。これによって、リセットトランジスタMr、スイッチSW1、スイッチSW2がそれぞれオンとなり、リセットトランジスタMrとスイッチSW1を介して電荷保持部FDがリセットされると共に、リセットトランジスタMrとスイッチSW2を介して補正用ダミーDMがリセットされる。また、選択トランジスタMsに選択パルスSELが印加され、選択トランジスタMsがオンとなる。 In the period T1 (first step), the reset pulse RST is applied to the reset transistor Mr, and the control pulse P1 and the control pulse P2 are applied to the switch SW1 and the switch SW2, respectively. As a result, the reset transistor Mr, the switch SW1, and the switch SW2 are turned on, the charge holding unit FD is reset via the reset transistor Mr and the switch SW1, and the correction dummy DM is reset via the reset transistor Mr and the switch SW2. Reset. Further, the selection pulse SEL is applied to the selection transistor Ms, and the selection transistor Ms is turned on.
期間T2(第2のステップ)では、スイッチSW2への制御パルスP2の印加が解除されてスイッチSW2がオフとなる。スイッチSW1および選択トランジスタMsはオンであるため、電荷保持部FDのリセット後の電位に基づくリセット信号が垂直信号線ReadBusに出力される。垂直信号線ReadBusに出力されたリセット信号は、列処理回路部25、水平走査回路27、AD変換部22を介してノイズ除去部23に出力され、ノイズ除去部23に記憶される。
In the period T2 (second step), the application of the control pulse P2 to the switch SW2 is canceled and the switch SW2 is turned off. Since the switch SW1 and the selection transistor Ms are on, a reset signal based on the reset potential of the charge holding unit FD is output to the vertical signal line ReadBus. The reset signal output to the vertical signal line ReadBus is output to the
リセット信号の読み出しが終了した後、選択トランジスタMsへの選択パルスSELの印加が解除され、選択トランジスタMsがオフとなる。このような動作が画素部24の1行目からn行目(最終行)まで行われる。
After the reading of the reset signal is completed, the application of the selection pulse SEL to the selection transistor Ms is released, and the selection transistor Ms is turned off. Such an operation is performed from the first row to the n-th row (final row) of the
期間T3(第3のステップ)では、全ての画素28のPDリセットトランジスタMfにPDリセットパルスFTが同時に印加され、PDリセットトランジスタMfが同時にオンとなる。これによって、全ての画素28の光電変換部PDが一括してリセットされる。その後、全ての画素28のPDリセットトランジスタMfへのPDリセットパルスFTの印加が同時に解除され、PDリセットトランジスタMfが同時にオフとなることにより、全ての画素28で一括して露光(蓄積)が開始される。
In the period T3 (third step), the PD reset pulse FT is simultaneously applied to the PD reset transistors Mf of all the
以下では、露光期間終了後の光信号読み出し期間を期間T5,T6,T7に分けて、1行目の画素28の動作を中心に説明する。露光を開始してから任意の露光期間(期間T4)が経過した後、期間T5(第4のステップ)では、全ての画素28の転送トランジスタMtに転送パルスTXが同時に印加され、転送トランジスタMtが同時にオンとなる。また、スイッチSW1はオンのままである。これによって、露光期間中に光電変換部PDに蓄積された信号電荷が電荷保持部FDに一括で転送される。つまり、全ての画素28の露光が同時に終了する。
In the following description, the optical signal readout period after the end of the exposure period is divided into periods T5, T6, and T7, and the operation of the
期間T6(第5のステップ)では、選択トランジスタMsに選択パルスSELが印加され、選択トランジスタMsがオンとなる。スイッチSW1および選択トランジスタMsはオンであるため、光電変換部PDから信号電荷が転送された後の電荷保持部FDの電位に基づく光信号が垂直信号線ReadBusに出力され、列処理回路部25で信号V1としてサンプリングされ、記憶される。
In the period T6 (fifth step), the selection pulse SEL is applied to the selection transistor Ms, and the selection transistor Ms is turned on. Since the switch SW1 and the selection transistor Ms are on, an optical signal based on the potential of the charge holding unit FD after the signal charge is transferred from the photoelectric conversion unit PD is output to the vertical signal line ReadBus, and the column
期間T7(第6のステップ)では、スイッチSW1への制御パルスP1の印加が解除されてスイッチSW1がオフとなる一方、スイッチSW2に制御パルスP2が印加されてスイッチSW2がオンとなる。これによって、補正用ダミーDMの電位に基づくノイズ信号が垂直信号線ReadBusに出力され、列処理回路部25で信号V2としてサンプリングされ、記憶される。
In the period T7 (sixth step), the application of the control pulse P1 to the switch SW1 is canceled and the switch SW1 is turned off, while the control pulse P2 is applied to the switch SW2 and the switch SW2 is turned on. As a result, a noise signal based on the potential of the correction dummy DM is output to the vertical signal line ReadBus, and is sampled and stored as the signal V2 by the column
ここで、列処理回路部25で記憶していた信号V1は、信号成分ΔVsと、電荷保持部FDに漏れ込む信号電荷によるノイズ成分ΔVn1とを加算したものに相当する。また、信号V2は、補正用ダミーDMに蓄積されたノイズ電荷によるノイズ成分ΔVn2に相当する。よって、電荷保持部に蓄積されたノイズ電荷と補正用ダミーDMに蓄積されたノイズ電荷が等しいとすると、ΔVn1=ΔVn2となり、信号V2と信号V1との差分を演算することで、電荷保持部FDに漏れ込む信号電荷によるノイズを除去した光信号が検出されることとなる。
Here, the signal V1 stored in the column
列処理回路部25のノイズ演算部25aは上記の演算を行い、演算後の光信号を出力する。なお、この光信号にはリセットノイズが重畳されている。列処理回路部25から出力された光信号は、水平走査回路27、AD変換部22を介してノイズ除去部23に出力される。ノイズ除去部23は、記憶していたリセット信号と、列処理回路部25のノイズ演算部25aで処理された光信号との差分をとることで、リセットノイズを除去した画像信号を生成する。ノイズ除去部23で処理された画像信号は撮像部2から画像処理部3へ出力される。
The
光信号の読み出しが終了した後、スイッチSW2への制御パルスP2の印加が解除されてスイッチSW2がオフとなる。また、選択トランジスタMsへの選択パルスSELの印加が解除され、選択トランジスタMsがオフとなる。このような動作がリセット読み出しと同様に画素部24の1行目から第n行目(最終行)まで行われる。
After the reading of the optical signal is completed, the application of the control pulse P2 to the switch SW2 is released and the switch SW2 is turned off. Further, the application of the selection pulse SEL to the selection transistor Ms is released, and the selection transistor Ms is turned off. Such an operation is performed from the first row to the n-th row (final row) of the
なお、本実施形態ではΔVn1=ΔVn2としたが、回路レイアウトの制約から、電荷保持部FDと補正用ダミーDMの容量が異なる場合や、製造条件のゆらぎによる電荷保持部FDと補正用ダミーDMの容量のばらつきが発生する場合も考えられる。このため、ゲインを補正するためにノイズ成分ΔVn2に所定の係数を乗じる必要がある。この場合、列処理回路部25のノイズ演算部25aにおいて、ノイズ成分ΔVn2に係数αを乗じたαΔVn2と信号V1との差分をとることで、電荷保持部FDに漏れ込む信号電荷によるノイズを除去した光信号を得ることができる。
In this embodiment, ΔVn1 = ΔVn2 is set. However, due to circuit layout restrictions, the charge holding unit FD and the correction dummy DM may have different capacities, or the charge holding unit FD and the correction dummy DM may vary due to fluctuations in manufacturing conditions. There may be a case where variations in capacitance occur. For this reason, it is necessary to multiply the noise component ΔVn2 by a predetermined coefficient in order to correct the gain. In this case, in the
また、レンズ1の収差によって、レンズ1の光軸から画素位置が離れるに連れて光の入射角が大きくなるため、ノイズの要因となる迷光量が増加する。これにより、光軸から遠ざかるに連れて、光軸からの距離に比例して各画素28のノイズ係数αを増加させる必要がある。なお、レイアウト配置によってはこれに限るものではない。
Further, since the incident angle of light increases as the pixel position moves away from the optical axis of the
上述したように、本実施形態によれば、電荷保持部FDに保持された信号電荷に基づく光信号から、補正用ダミーDMに保持されたノイズ電荷に基づくノイズ信号を除去する演算を行うことによって、電荷保持部FDへの信号電荷の漏れ込みによるノイズの影響を低減することができる。したがって、強い光を持った被写体を撮影する場合でも、光の漏れ込みによるノイズを除去することが可能となり、グローバルシャッタ方式のMOS型固体撮像装置を用いて歪みのない高画質な画像の撮影を行うことが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, by performing an operation of removing the noise signal based on the noise charge held in the correction dummy DM from the optical signal based on the signal charge held in the charge holding unit FD. In addition, it is possible to reduce the influence of noise due to leakage of signal charges into the charge holding portion FD. Therefore, even when shooting a subject with strong light, it is possible to eliminate noise due to light leakage, and to shoot high-quality images without distortion using a global shutter type MOS solid-state imaging device. Can be done.
また、ノイズ信号に対して所定の係数αを乗じた後に光信号から減算することによって、光信号に重畳したノイズ成分と、ノイズ信号に含まれるノイズ成分とが、電荷保持部FDと補正用ダミーDMとの容量比などに応じて異なる場合においても、光信号からノイズ信号を正確に除去することができ、高品質な光信号を検出することができる。 Further, by multiplying the noise signal by a predetermined coefficient α and then subtracting it from the optical signal, the noise component superimposed on the optical signal and the noise component included in the noise signal are converted into the charge holding unit FD and the correction dummy. Even in the case where it differs depending on the capacity ratio with DM, the noise signal can be accurately removed from the optical signal, and a high-quality optical signal can be detected.
また、所定の係数αを画素位置に応じた係数とすることによって、画素位置によらず、光信号からノイズ信号を正確に除去することができ、高品質な光信号を検出することができる。 Further, by setting the predetermined coefficient α to a coefficient corresponding to the pixel position, it is possible to accurately remove the noise signal from the optical signal regardless of the pixel position, and to detect a high-quality optical signal.
(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、第2の実施形態における撮像部2の構成を示している。第2の実施形態における撮像部2の構成は、第1の実施形態で示した撮像部2(図2)の構成からノイズ除去部23を除いた構成となるので、構成についての詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 shows a configuration of the
図7は、第2の実施形態における画素28の構成を示している。第2の実施形態における画素28の構成を第1の実施形態における画素28の構成と比較すると、補正用ダミーDMの代わりに電荷保持部FD1が設けられている。また、転送トランジスタMtおよび増幅トランジスタMaの入力部に接続される転送トランジスタMt1(第2の転送部)が設けられている。電荷保持部FDは転送トランジスタMtおよび転送トランジスタMt1に直接接続され、電荷保持部FD1は転送トランジスタMt1および増幅トランジスタMaに直接接続されている。
FIG. 7 shows a configuration of the
本実施形態における撮像素子21もグローバルシャッタ動作が可能であり、図8を用いて、その動作について説明する。図8は、本実施形態における画素28の駆動タイミングを示している。図8には、垂直制御回路26から出力される各信号と、電荷保持部FDの電位Vfdと、電荷保持部FD1の電位Vfd1とが示されている。
The
第1の実施形態と同様に、PDリセットパルスFTと転送パルスTXの印加は全ての画素28で一括して行われる。全ての画素28で一括して印加されるPDリセットパルスFTをFT(1・・・n)と表し、全ての画素28で一括して印加される転送パルスTXをTX(1・・・n)と表す。なお、任意のm行目の画素28に印加されるリセットパルスRST、転送パルスTX1、選択パルスSELをそれぞれRST(m)、TX1(m)、SEL(m)と表し、任意のm+1行目の画素28に印加されるリセットパルスRST、転送パルスTX1、選択パルスSELをそれぞれRST(m+1)、TX1(m+1)、SEL(m+1)と表す。
As in the first embodiment, the application of the PD reset pulse FT and the transfer pulse TX is performed at once for all the
露光期間前の期間T1(第1のステップ)では、全ての画素28のPDリセットトランジスタMfにPDリセットパルスFTが同時に印加され、PDリセットトランジスタMfが同時にオンとなる。これによって、全ての画素28の光電変換部PDが一括してリセットされる。その後、全ての画素28のPDリセットトランジスタMfへのPDリセットパルスFTの印加が同時に解除され、PDリセットトランジスタMfが同時にオフとなることにより、全ての画素28で一括して露光(蓄積)が開始される。
In the period T1 (first step) before the exposure period, the PD reset pulse FT is simultaneously applied to the PD reset transistors Mf of all the
以下では、露光期間を期間T2,T3,T4に分けて、画素28の動作を説明する。露光が開始されてから所定の期間が経過した後の期間T2(第2のステップ)では、全ての画素28のリセットトランジスタMrにリセットパルスRSTが印加されると共に転送トランジスタMt1に転送パルスTX1が印加される。これによって、リセットトランジスタMrおよび転送トランジスタMt1がオンとなり、リセットトランジスタMrを介して電荷保持部FD1がリセットされると共に、リセットトランジスタMrと転送トランジスタMt1を介して電荷保持部FDがリセットされる。
Hereinafter, the operation of the
その後の期間T3では全ての画素28の転送トランジスタMt1への印加が解除されて転送トランジスタMt1がオフとなり、期間T4では全ての画素28のリセットトランジスタMrへのリセットパルスRSTの印加が解除されてリセットトランジスタMrがオフとなる。
In the subsequent period T3, the application of all the
以下では、露光期間終了後の光信号読み出し期間を期間T5,T6,T7,T8に分けて、画素28の動作を説明する。期間T5(第3のステップ)では、全ての画素28の転送トランジスタMtに転送パルスTXが同時に印加され、転送トランジスタMtが同時にオンとなる。これによって、露光期間中に光電変換部PDに蓄積された信号電荷が電荷保持部FDに一括で転送される。つまり、全ての画素28の露光が同時に終了する。
Hereinafter, the operation of the
露光期間が終了してから、行位置に応じた期間T5が経過した後の期間T6(第4のステップ)では、m行目の画素28の選択トランジスタMsに選択パルスSELが印加され、選択トランジスタMsがオンとなる。これによって、m行目の画素28の電荷保持部FD1の電位に基づくノイズ信号が垂直信号線ReadBusに出力され、列処理回路部25で信号V1としてサンプリングされ、記憶される。
In a period T6 (fourth step) after a period T5 corresponding to the row position has elapsed after the exposure period ends, the selection pulse SEL is applied to the selection transistor Ms of the
期間T7(第5のステップ)では、m行目の画素28のリセットトランジスタMrにリセットパルスが印加され、リセットトランジスタMrがオンとなる。これによって、m行目の画素28の電荷保持部FD1がリセットされ、リセット後の電荷保持部FD1の電位に基づくリセット信号が垂直信号線ReadBusに出力され、列処理回路部25で信号V2としてサンプリングされ、記憶される。続いて、m行目の画素28のリセットトランジスタMrへのリセットパルスRSTの印加が解除され、リセットトランジスタRSTがオフとなる。
In a period T7 (fifth step), a reset pulse is applied to the reset transistor Mr of the
期間T8(第6のステップ)では、m行目の画素28の転送トランジスタMt1に転送パルスTX1が印加され、転送トランジスタMt1がオンとなる。これによって、電荷保持部FDに保持されている信号電荷が電荷保持部FD1に転送される。選択トランジスタMsはオンであるため、電荷保持部FD1の電位に基づく光信号が垂直信号線ReadBusに出力され、列処理回路部25で信号V3としてサンプリングされ、記憶される。
In the period T8 (sixth step), the transfer pulse TX1 is applied to the transfer transistor Mt1 of the
続いて、m+1行目の画素28について、期間T6,T7,T8における上記と同様の動作が行われる。すなわち、期間T6,T7,T8では、1行目の画素28からn行(最終行)目の画素28まで順次、信号V1,V2,V3が読み出される。
Subsequently, the same operation as described above in the periods T6, T7, and T8 is performed on the
次に、本実施形態における列処理回路部25のノイズ演算部25aで行われる、ノイズ除去に関する信号処理を説明する。本実施形態の列処理回路部25では、画素信号のサンプリングを信号V1(ノイズ信号)、信号V2(リセット信号)、信号V3(光信号)について3回行う。演算式を以下に示す。
(V2−V3)−α(V2−V1) ・・・(A)
α:電荷保持部FDと電荷保持部FDに蓄積されるノイズ成分の比
Next, signal processing related to noise removal performed by the
(V2-V3) -α (V2-V1) (A)
α: Ratio of noise components accumulated in the charge holding unit FD and the charge holding unit FD
電荷保持部FDの信号電荷に基づく信号を読み出すまでの間に発生するノイズ成分は電荷保持部FDと電荷保持部FD1の両方に蓄積される。電荷保持部FDに蓄積されるノイズ成分をΔVn1とし、電荷保持部FD1に蓄積されるノイズ成分をΔV2とすると、ΔVn1=αΔVn2となる。 Noise components generated until a signal based on the signal charge of the charge holding unit FD is read out are accumulated in both the charge holding unit FD and the charge holding unit FD1. If the noise component accumulated in the charge holding unit FD is ΔVn1 and the noise component accumulated in the charge holding unit FD1 is ΔV2, ΔVn1 = αΔVn2.
(A)式の(V2−V3)は、電荷保持部FDに蓄積されるノイズ成分ΔVn1と、光電変換部PDで生成された信号電荷との和に相当し、(A)式の(V2−V1)は、電荷保持部FD1に蓄積されるノイズ成分ΔVn2に相当する。したがって、(A)式によって、ノイズ成分を除去した光信号が得られる。なお、電荷保持部FDと電荷保持部FD1に蓄積されるノイズ成分が同等である場合はα=1となり、(A)式は簡単化されてV1−V3となる。 (V2−V3) in the equation (A) corresponds to the sum of the noise component ΔVn1 accumulated in the charge holding unit FD and the signal charge generated by the photoelectric conversion unit PD, and (V2−V3) in the equation (A). V1) corresponds to the noise component ΔVn2 accumulated in the charge holding unit FD1. Therefore, the optical signal from which the noise component is removed is obtained by the equation (A). When the noise components accumulated in the charge holding unit FD and the charge holding unit FD1 are equal, α = 1, and the expression (A) is simplified to V1-V3.
ノイズ演算部25aは、(A)式による演算を行い、演算後の光信号を出力する。列処理回路部25から出力された光信号は、水平走査回路27、AD変換部22を介して、画像信号として画像処理部3へ出力される。
The
上述したように、本実施形態によれば、電荷保持部FDに保持され、その後、電荷保持部FD1に保持された信号電荷に基づく光信号から、電荷保持部FD1に保持されたノイズ電荷に基づくノイズ信号を除去する演算を行うことによって、電荷保持部FDへの信号電荷の漏れ込みによるノイズの影響を低減することができる。したがって、強い光を持った被写体を撮影する場合でも、光の漏れ込みによるノイズを除去することが可能となり、グローバルシャッタ方式のMOS型固体撮像装置を用いて歪みのない高画質な画像の撮影を行うことが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, from the optical signal based on the signal charge held in the charge holding unit FD and then held in the charge holding unit FD1, based on the noise charge held in the charge holding unit FD1. By performing the calculation for removing the noise signal, it is possible to reduce the influence of noise due to leakage of the signal charge into the charge holding unit FD. Therefore, even when shooting a subject with strong light, it is possible to eliminate noise due to light leakage, and to shoot high-quality images without distortion using a global shutter type MOS solid-state imaging device. Can be done.
また、第1の実施形態における画素28では7つのトランジスタが使用されているが、第2の実施形態における画素28では6つのトランジスタが使用されているので、第2の実施形態における画素28によれば、第1の実施形態における画素28よりも回路規模を削減することができる。
In addition, although seven transistors are used in the
(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。従来の撮像素子では、画素部のレイアウトは、位置に関係なく同じレイアウトとなっている。本実施形態では、第1の実施形態の画素28を用い、画素部24の端部に位置する4つの画素28のレイアウトを、それぞれの位置によって最適化する方法を示す。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the conventional image sensor, the layout of the pixel portion is the same regardless of the position. In the present embodiment, a method of using the
図9は本実施形態における画素28の平面的なレイアウトの概略を示している。ここでは、例として画素28が4×4の行列状に配置された画素部24の(a)左上端画素、(b)左下端画素、(c)右上端画素、(d)右下端画素のレイアウトを抽出して示している。
FIG. 9 shows an outline of a planar layout of the
(a)左上端画素における補正用ダミーDMは、光電変換部PDの下に配置されている電荷保持部FDの左隣に配置されている。(b)左下端画素における補正用ダミーDMは、光電変換部PDの上に配置されている電荷保持部FDの左隣に配置されている。(c)右上端画素における補正用ダミーDMは、光電変換部PDの下に配置されている電荷保持部FDの右隣に配置されている。(d)右下端画素における補正用ダミーDMは、光電変換部PDの上に配置されている電荷保持部FDの右隣に配置されている。それぞれの4つの端部の画素28内の各構成の配置は、画素部24に光を入射させるレンズ1の光軸Lに対して軸対象となっている。光軸Lは、図9において紙面に垂直な方向(すなわち、画素28が配置された撮像面に垂直な方向)に平行であるものとする。
(A) The correction dummy DM in the upper left pixel is arranged on the left side of the charge holding unit FD arranged under the photoelectric conversion unit PD. (B) The correction dummy DM in the lower left pixel is arranged on the left side of the charge holding unit FD arranged on the photoelectric conversion unit PD. (C) The correction dummy DM in the upper right end pixel is arranged on the right side of the charge holding unit FD arranged under the photoelectric conversion unit PD. (D) The correction dummy DM in the lower right pixel is arranged on the right side of the charge holding unit FD arranged on the photoelectric conversion unit PD. The arrangement of each component in the
レンズ1の収差によって、光軸Lからの距離に応じて、画素28に入射する光の入射角度が異なり、光の入射角度に応じて光量が異なる。第1の実施形態で説明した係数αを光軸Lからの画素28の距離に応じた係数に設定する場合、画素28のレイアウト配置を本実施形態のレイアウト配置とすることにより、光軸Lからの距離が等しい複数の画素28間で、光軸Lからの光電変換部PDの距離が等しくなり、光軸Lからの電荷保持部FDの距離が等しくなり、光軸Lからの補正用ダミーDMの距離が等しくなる。このため、光軸Lからの距離が等しい複数の画素28間で同一の係数αを設定する場合でも、画素位置に応じて異なる入射光の影響を低減することが可能となる。
Depending on the aberration of the
なお、本実施形態では画素部24における端部の画素を例として示しているが、実際には、光軸Lからの各画素28の距離に応じて徐々にレイアウトを変えたり、画素部24を複数のブロックに分割し、各ブロックの光軸Lからの距離に応じてブロック単位でレイアウトを変更したりしても良い。また、本実施形態では第1の実施形態の画素28への適用について説明したが、同様に第2の実施形態の画素28へ適用しても良い。
In the present embodiment, the pixel at the end of the
上述したように、本実施形態によれば、光が入射する光電変換部PDと光信号が蓄積される電荷保持部FDとノイズ成分が蓄積される補正用ダミーDMとの位置関係を最適化することによって、画素部24内の画素28の位置に応じて異なる入射光の影響を低減することができる。このため、ノイズ演算部25aでの演算を軽減することが可能となり、結果としてカメラシステム全体としてユーザに快適な撮影を提供することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the positional relationship among the photoelectric conversion unit PD that receives light, the charge holding unit FD that stores optical signals, and the correction dummy DM that stores noise components is optimized. As a result, it is possible to reduce the influence of different incident light depending on the position of the
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. .
1・・・レンズ、2・・・撮像部、3・・・画像処理部、3a・・・第1画像処理部、3b・・・第2画像処理部、4・・・表示部、5・・・駆動制御部、6・・・レンズ制御部、7・・・カメラ制御部、8・・・カメラ操作部、21・・・撮像素子、22・・・AD変換部、23・・・ノイズ除去部、24・・・画素部、25・・・列処理回路部、25a・・・ノイズ演算部、26・・・垂直制御回路、27・・・水平走査回路、PD・・・光電変換部、FD,FD1・・・電荷保持部、DM・・・補正用ダミー、Mf・・・PDリセットトランジスタ、Mt,Mt1・・・転送トランジスタ、Mr・・・リセットトランジスタ、Ma・・・増幅トランジスタ、Ms・・・選択トランジスタ、SW1,SW2・・・スイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記光電変換部で生成された信号電荷を保持する電荷保持部と、
前記光電変換部から前記電荷保持部に信号電荷を転送する転送部と、
前記光電変換部に入射する光量に応じて発生するノイズ電荷を保持するノイズ保持部と、
前記電荷保持部に保持された信号電荷に基づく信号を増幅して光信号として出力し、前記ノイズ保持部に保持されたノイズ電荷に基づく信号を増幅してノイズ信号として出力する増幅部と、
を含む画素が2次元状に配列された画素部と、
所定領域内の全ての前記画素における露光を同時に行うグローバルシャッタ動作を行うように前記画素における露光を制御する制御部と、
前記光信号と前記ノイズ信号を用いて、前記光信号から前記ノイズ信号を除去する演算を行う演算部と、
を具備することを特徴とする固体撮像装置。 A photoelectric conversion unit that generates a signal charge based on incident light; and
A charge holding unit for holding the signal charge generated by the photoelectric conversion unit;
A transfer unit that transfers signal charges from the photoelectric conversion unit to the charge holding unit;
A noise holding unit for holding noise charges generated according to the amount of light incident on the photoelectric conversion unit;
An amplification unit that amplifies a signal based on the signal charge held in the charge holding unit and outputs it as an optical signal, amplifies a signal based on the noise charge held in the noise holding unit, and outputs the amplified signal
A pixel portion in which pixels including are two-dimensionally arranged;
A control unit that controls exposure in the pixels so as to perform a global shutter operation that simultaneously performs exposure in all the pixels in a predetermined region;
An arithmetic unit that performs an operation of removing the noise signal from the optical signal using the optical signal and the noise signal;
A solid-state imaging device comprising:
前記ノイズ保持部と前記転送部と前記増幅部の入力部とを接続する第2のスイッチと、
を具備することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の固体撮像装置。 A first switch connecting the charge holding unit, the transfer unit, and the input unit of the amplification unit;
A second switch connecting the noise holding unit, the transfer unit, and the input unit of the amplification unit;
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising:
前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチをオンにし、前記電荷保持部および前記ノイズ保持部のリセットを行う第1のステップと、
前記第2のスイッチをオフにし、前記画素からリセット信号を出力させる第2のステップと、
前記所定領域内の全ての画素で一括して前記光電変換部をリセットする第3のステップと、
露光期間の経過後、前記全ての画素で一括して、前記光電変換部から前記転送部を介して、前記電荷保持部に信号電荷を転送する第4のステップと、
前記画素から前記光信号を出力させる第5のステップと、
前記第1のスイッチをオフにすると共に前記第2のスイッチをオンにし、前記画素から前記ノイズ信号を出力させる第6のステップと、
を有する制御を行うことを特徴とする請求項4に記載の固体撮像装置。 The controller is
A first step of turning on the first switch and the second switch to reset the charge holding unit and the noise holding unit;
A second step of turning off the second switch and outputting a reset signal from the pixel;
A third step of collectively resetting the photoelectric conversion unit in all the pixels in the predetermined region;
A fourth step of transferring signal charges from the photoelectric conversion unit to the charge holding unit via the transfer unit in a lump for all the pixels after the exposure period has passed;
A fifth step of outputting the optical signal from the pixel;
A sixth step of turning off the first switch and turning on the second switch to output the noise signal from the pixel;
The solid-state imaging device according to claim 4, wherein control is performed.
前記ノイズ保持部は、前記増幅部の入力側に接続された容量であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の固体撮像装置。 A second transfer unit that transfers a signal charge from the charge holding unit to the noise holding unit;
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the noise holding unit is a capacitor connected to an input side of the amplification unit.
前記所定領域内の全ての画素で一括して前記光電変換部をリセットする第1のステップと、
前記全ての画素で一括して前記電荷保持部および前記ノイズ保持部をリセットする第2のステップと、
露光期間の経過後、前記全ての画素で一括して、前記光電変換部から前記転送部を介して、前記電荷保持部に信号電荷を転送する第3のステップと、
前記画素から前記ノイズ信号を出力させる第4のステップと、
前記ノイズ保持部をリセットし、前記画素からリセット信号を出力させる第5のステップと、
前記電荷保持部から前記第2の転送部を介して前記ノイズ保持部に信号電荷を転送し、前記画素から前記光信号を出力させる第6のステップと、
を有する制御を行い、
前記演算部は、前記光信号と前記ノイズ信号と前記リセット信号を用いて、前記光信号から前記ノイズ信号を除去する演算を行う
ことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置。 The controller is
A first step of collectively resetting the photoelectric conversion unit in all pixels in the predetermined region;
A second step of collectively resetting the charge holding unit and the noise holding unit in all the pixels;
A third step of transferring signal charges from the photoelectric conversion unit to the charge holding unit via the transfer unit in a lump in all the pixels after the exposure period has elapsed;
A fourth step of outputting the noise signal from the pixel;
A fifth step of resetting the noise holding unit and outputting a reset signal from the pixel;
A sixth step of transferring a signal charge from the charge holding unit to the noise holding unit via the second transfer unit and outputting the optical signal from the pixel;
Control with
The solid-state imaging device according to claim 6, wherein the arithmetic unit performs an operation of removing the noise signal from the optical signal using the optical signal, the noise signal, and the reset signal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011033407A JP2012175259A (en) | 2011-02-18 | 2011-02-18 | Solid state image pickup device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011033407A JP2012175259A (en) | 2011-02-18 | 2011-02-18 | Solid state image pickup device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012175259A true JP2012175259A (en) | 2012-09-10 |
Family
ID=46977764
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011033407A Pending JP2012175259A (en) | 2011-02-18 | 2011-02-18 | Solid state image pickup device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2012175259A (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014029984A (en) * | 2012-06-29 | 2014-02-13 | Canon Inc | Solid state imaging element and imaging device |
CN104333719A (en) * | 2014-11-12 | 2015-02-04 | 上海集成电路研发中心有限公司 | Global shutter pixel unit and signal acquiring method and manufacturing method thereof |
US10009561B2 (en) | 2015-11-24 | 2018-06-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Driving method of imaging apparatus, imaging apparatus, and imaging system |
JP2019134413A (en) * | 2018-01-30 | 2019-08-08 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Imaging device |
CN110501691A (en) * | 2019-08-13 | 2019-11-26 | Oppo广东移动通信有限公司 | Noise filtering method, TOF mould group and the device of TOF mould group |
WO2020059553A1 (en) * | 2018-09-20 | 2020-03-26 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Solid-state imaging device and electronic apparatus |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005051282A (en) * | 2003-05-30 | 2005-02-24 | Canon Inc | Driving device and image pickup apparatus |
JP2007335978A (en) * | 2006-06-12 | 2007-12-27 | Nikon Corp | Solid-state imaging apparatus |
WO2008023806A1 (en) * | 2006-08-25 | 2008-02-28 | Kyocera Corporation | Sensitivity correction method and imaging device |
-
2011
- 2011-02-18 JP JP2011033407A patent/JP2012175259A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005051282A (en) * | 2003-05-30 | 2005-02-24 | Canon Inc | Driving device and image pickup apparatus |
JP2007335978A (en) * | 2006-06-12 | 2007-12-27 | Nikon Corp | Solid-state imaging apparatus |
WO2008023806A1 (en) * | 2006-08-25 | 2008-02-28 | Kyocera Corporation | Sensitivity correction method and imaging device |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014029984A (en) * | 2012-06-29 | 2014-02-13 | Canon Inc | Solid state imaging element and imaging device |
CN104333719A (en) * | 2014-11-12 | 2015-02-04 | 上海集成电路研发中心有限公司 | Global shutter pixel unit and signal acquiring method and manufacturing method thereof |
CN104333719B (en) * | 2014-11-12 | 2018-04-06 | 上海集成电路研发中心有限公司 | Global shutter pixel cell and its signal acquisition method and manufacture method |
US10009561B2 (en) | 2015-11-24 | 2018-06-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Driving method of imaging apparatus, imaging apparatus, and imaging system |
JP2019134413A (en) * | 2018-01-30 | 2019-08-08 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Imaging device |
JP7209340B2 (en) | 2018-01-30 | 2023-01-20 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Imaging device |
WO2020059553A1 (en) * | 2018-09-20 | 2020-03-26 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Solid-state imaging device and electronic apparatus |
CN110501691A (en) * | 2019-08-13 | 2019-11-26 | Oppo广东移动通信有限公司 | Noise filtering method, TOF mould group and the device of TOF mould group |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6735582B2 (en) | Imaging device, driving method thereof, and imaging device | |
JP5718069B2 (en) | Solid-state imaging device and imaging device | |
JP6315776B2 (en) | Imaging device, imaging device | |
JP5374110B2 (en) | Imaging sensor and imaging apparatus | |
JP5959834B2 (en) | Imaging device | |
US10313588B2 (en) | Image capturing system and control method of image capturing system | |
JP2012175259A (en) | Solid state image pickup device | |
JP5721518B2 (en) | Imaging device and imaging apparatus | |
JP2016076895A (en) | Imaging apparatus, control method therefor, program and storage medium | |
JP2018110353A (en) | Imaging element and imaging device | |
JP2007243731A (en) | Shift register, solid-state imaging element and control method | |
JP2012134756A (en) | Imaging apparatus | |
JP2012235193A (en) | Image sensor, imaging device, control method therefor, and control program | |
JP6257348B2 (en) | Solid-state imaging device, imaging system, and copying machine | |
US10531018B2 (en) | Image sensor for suppressing readout time of image signal and focus detection signal, control method therefor, and image capturing apparatus | |
JP2011182321A (en) | Solid-state imaging apparatus, driving method and imaging apparatus | |
JP5624804B2 (en) | Read control device, read control method, program, imaging device, and solid-state imaging device | |
JP2008042573A (en) | Imaging apparatus, its control method, imaging system, and program | |
JP2012175331A (en) | Imaging apparatus | |
JP7271131B2 (en) | IMAGING DEVICE AND METHOD OF CONTROLLING IMAGING DEVICE | |
JP5311927B2 (en) | Imaging apparatus and imaging method | |
JP2016092791A (en) | Imaging device | |
JP2008300931A (en) | Imaging device | |
JP2018019268A (en) | Imaging apparatus, imaging system, and driving method of imaging apparatus | |
JP5664010B2 (en) | Imaging device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140115 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140919 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140930 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20150217 |