JP2012175259A - Solid state image pickup device - Google Patents

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秀樹 加藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid state image pickup device capable of reducing the influence of noise due to leakage of a signal charge to a charge holding unit.SOLUTION: A photoelectric conversion unit PD forms a signal charge based on incident light, where a global shutter operation exposes all pixels in a predetermined region at the same time. A charge holding unit FD holds the signal charge formed in the photoelectric conversion unit PD. A transfer transistor Mt transfers the signal charge from the photoelectric conversion unit PD to the charge holding unit FD. A correction dummy DM holds a noise charge generated corresponding to light quantity incident on the photoelectric conversion unit PD. An amplifier transistor Ma amplifies a signal based on the signal charge held by the charge holding unit FD and outputs the signal as an optical signal, and amplifies a signal based on the noise charge held by the correction dummy DM and outputs the signal as a noise signal. The optical signal and the noise signal are used to perform an operation for removing the noise signal from the optical signal.

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, Patent Document 1 discloses a technique for driving an image sensor and its peripheral circuits in the following sequence to suppress KTC noise (reset noise) when the image sensor is used in a digital camera. .
(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).

特開2005−65184号公報JP 2005-65184 A

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.

本発明の各実施形態による撮像装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the imaging device by each embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における撮像部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the imaging part in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における画素の構成を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration of a pixel in the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態におけるグローバルシャッタ動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the global shutter operation | movement in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における画素の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing pixel drive timing in the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態における撮像部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the imaging part in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態における画素の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the pixel in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態における画素の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。6 is a timing chart illustrating pixel drive timings according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態における画素のレイアウトを示す参考図である。It is a reference diagram showing a layout of a pixel in the third embodiment of the present invention. 従来の画素の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the conventional pixel.

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 lens 1, an imaging unit 2, an image processing unit 3, a display unit 4, a drive control unit 5, a lens control unit 6, a camera control unit 7, and a camera operation unit 8. And. Although the memory card 9 is also shown in FIG. 1, the memory card 9 may be configured not to be unique to the imaging apparatus by configuring the memory card 9 to be detachable from the imaging apparatus.

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 lens 1 is a photographic lens for forming an optical image of a subject on an imaging surface of an imaging unit 2 constituting an imaging element (solid-state imaging device). The imaging unit 2 converts the optical image of the subject formed by the lens 1 into a digital image signal by photoelectric conversion and outputs the digital image signal. The image processing unit 3 performs various digital image processing on the image signal output from the imaging unit 2. The image processing unit 3 includes a first image processing unit 3a that processes an image signal for recording, and a second image processing unit 3b that processes the image signal for display.

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 display unit 4 displays an image based on the image signal subjected to image processing for display by the second image processing unit 3b of the image processing unit 3. The display unit 4 can reproduce and display a still image, and can perform a moving image (live view) display that displays an image in a captured range in real time. The drive control unit 5 controls the operation of the imaging unit 2 based on an instruction from the camera control unit 7. The lens control unit 6 controls the aperture and focal position of the lens 1 based on an instruction from the camera control unit 7.

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 memory card 9 is a recording medium for storing the image signal processed for recording by the first image processing unit 3a.

(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 imaging unit 2 in the first embodiment. The imaging unit 2 includes an imaging device 21 that is a MOS solid-state imaging device, an AD conversion unit 22, and a noise removal unit 23.

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 image sensor 21 includes a pixel unit 24, a column processing circuit unit 25, a vertical control circuit 26 (control unit), and a horizontal scanning circuit 27. The column processing circuit unit 25 includes a noise calculation unit 25a (calculation unit). ). The image sensor 21 can operate in a global shutter mode in which the pixel accumulation operation (exposure operation) is controlled collectively for all pixels. Note that the image sensor 21 may be able to operate in a rolling shutter mode in which pixel accumulation operation is controlled for each row.

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 pixel unit 24 is configured by two-dimensionally arranging a plurality of pixels 28 in the row direction and the column direction. The vertical control circuit 26 applies a signal for controlling the operation of the pixel in units of rows to the pixels 28 of the pixel unit 24 to control the reset operation, the accumulation operation, the signal readout operation, and the like of the pixels 28. Pixel signals are output from the pixels 28 in the row selected by the vertical control circuit 26 to the vertical signal line ReadBus (see FIG. 3) provided for each column.

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 processing circuit unit 25 processes the pixel signal output to the vertical signal line ReadBus for each column. For example, the column processing circuit unit 25 performs an amplification operation and removes noise when the image pickup device 21 is operated as a rolling shutter. CDS processing is performed. The horizontal scanning circuit 27 outputs the pixel signals output from the column processing circuit unit 25 as image signals in time series in the order of arrangement in the horizontal direction.

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 AD conversion unit 22 performs AD conversion for converting an analog image signal output from the image sensor 21 into a digital image signal. When the column processing circuit unit 25 has an AD conversion circuit, the AD conversion unit 22 is not necessary. The noise removal unit 23 performs noise removal processing on the digital image signal output from the AD conversion unit 22 when the image sensor 21 performs a global shutter operation. The noise removing unit 23 includes a memory for storing an image signal.

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 pixel 28 in the first embodiment. 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 correction dummy DM (noise holding unit) holds a noise charge equivalent to the noise component superimposed on the signal charge of the charge holding unit FD according to the amount of incident light. The charge holding unit FD is connected to the transfer transistor Mt (transfer unit) and the input unit (gate terminal) of the amplification transistor Ma via the switch SW1 (first switch), and the correction dummy DM is connected to the switch SW2 (second switch). To the input section (gate terminal) of the transfer transistor Mt and the amplification transistor Ma.

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 vertical control circuit 26. The amplification transistor Ma amplifies a signal based on the signal charge held in the charge holding unit FD, and outputs a reset signal or an optical signal to the vertical signal line ReadBus via the selection transistor Ms. The amplification transistor Ma amplifies a signal based on the signal charge held in the correction dummy DM, and outputs a noise 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.

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 vertical control circuit 26. By turning on the selection transistor Ms with the selection pulse SEL, it is possible to select each pixel 28 and read a signal from each pixel 28. The reset transistor Mr is connected to a voltage source that supplies the reference voltage VAA_PIX, and resets the potential of the charge holding unit FD based on the reset pulse RST supplied from the vertical control circuit 26. 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 the PD reset pulse FT supplied from the vertical control circuit 26.

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 vertical control circuit 26. The switch SW2 is controlled to be turned on / off based on a control pulse P2 provided from the vertical control circuit 26. For example, MOS transistors are used as the switches SW1 and SW2.

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 pixels 28 included in the image sensor 21 is a pixel signal readout target area. However, a part of an area including all the pixels 28 included in the image sensor 21 is defined as a readout target area. The pixel signal described in (1) may be read out.

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 imaging unit 2 will be described. The imaging device 21 can perform a global shutter operation, and the operation of the imaging unit 2 when the imaging device 21 performs the global shutter operation will be described.

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 horizontal scanning circuit 27.

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 pixels 28. When the reset signal is read out from the pixel 28 in the first row and the reset signal is read out from the pixel 28 in the n-th row which is the last row, the reset signal readout period ends. Subsequently, exposure (optical signal accumulation) is simultaneously started in all the pixels 28, and after a predetermined exposure period has elapsed, exposure (optical signal accumulation) is simultaneously completed in all the pixels 28. In the optical signal readout period after the exposure (optical signal accumulation) is completed, the optical signals are read out in units of rows in order from the pixels 28. When the readout of the optical signal is started from the pixel 28 in the first row and the optical signal is read out from the pixel 28 in the n-th row which is the final row, the optical signal readout period ends.

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 pixels 28 in the first row as an example. FIG. 5 shows each signal output from the vertical control circuit 26 and the signal level V_ReadBus of the vertical signal line ReadBus. In the reset signal readout period before exposure (optical signal accumulation) by the global shutter operation, readout of the reset level of the charge holding unit FD and reset operation of the correction dummy DM are performed. Hereinafter, the reset signal readout period will be divided into periods T1, T2, and T3, and the operation of the pixels 28 in the first row will be mainly described.

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 noise removal unit 23 via the column processing circuit unit 25, the horizontal scanning circuit 27, and the AD conversion unit 22, and is stored in the noise removal unit 23.

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 pixel unit 24.

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 pixels 28, and the PD reset transistors Mf are simultaneously turned on. Thereby, the photoelectric conversion parts PD of all the pixels 28 are collectively reset. Thereafter, the application of the PD reset pulse FT to the PD reset transistors Mf of all the pixels 28 is simultaneously canceled and the PD reset transistors Mf are simultaneously turned off, so that exposure (accumulation) is started in all the pixels 28 at once. Is done.

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 pixels 28 in the first row will be mainly described. After an arbitrary exposure period (period T4) has elapsed since the start of exposure, in period T5 (fourth step), the transfer pulse TX is simultaneously applied to the transfer transistors Mt of all the pixels 28, and the transfer transistors Mt are turned on. It turns on at the same time. Further, the switch SW1 remains on. Thereby, the signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit PD during the exposure period are collectively transferred to the charge holding unit FD. That is, the exposure of all the pixels 28 is completed simultaneously.

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 processing circuit unit 25 It is sampled and stored as signal V1.

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 processing circuit unit 25.

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 processing circuit unit 25 corresponds to the sum of the signal component ΔVs and the noise component ΔVn1 due to the signal charge leaking into the charge holding unit FD. The signal V2 corresponds to a noise component ΔVn2 due to noise charges accumulated in the correction dummy DM. Therefore, assuming that the noise charge accumulated in the charge holding unit is equal to the noise charge accumulated in the correction dummy DM, ΔVn1 = ΔVn2, and the charge holding unit FD is calculated by calculating the difference between the signal V2 and the signal V1. Thus, an optical signal from which noise due to the signal charge leaking into the light is removed is detected.

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 noise calculation unit 25a of the column processing circuit unit 25 performs the above calculation and outputs an optical signal after the calculation. Note that reset noise is superimposed on this optical signal. The optical signal output from the column processing circuit unit 25 is output to the noise removal unit 23 via the horizontal scanning circuit 27 and the AD conversion unit 22. The noise removal unit 23 generates an image signal from which the reset noise is removed by taking a difference between the stored reset signal and the optical signal processed by the noise calculation unit 25a of the column processing circuit unit 25. The image signal processed by the noise removing unit 23 is output from the imaging unit 2 to the image processing unit 3.

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 pixel portion 24 as in the reset readout.

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 noise calculation unit 25a of the column processing circuit unit 25, the noise due to the signal charge leaking into the charge holding unit FD is removed by taking the difference between αΔVn2 obtained by multiplying the noise component ΔVn2 by the coefficient α and the signal V1. An optical signal can be obtained.

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 lens 1 due to the aberration of the lens 1, the amount of stray light that causes noise increases. As a result, as the distance from the optical axis increases, it is necessary to increase the noise coefficient α of each pixel 28 in proportion to the distance from the optical axis. The layout is not limited to this.

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 imaging unit 2 in the second embodiment. The configuration of the imaging unit 2 in the second embodiment is a configuration obtained by removing the noise removing unit 23 from the configuration of the imaging unit 2 (FIG. 2) shown in the first embodiment. Omitted.

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 pixel 28 in the second embodiment. When the configuration of the pixel 28 in the second embodiment is compared with the configuration of the pixel 28 in the first embodiment, a charge holding unit FD1 is provided instead of the correction dummy DM. Further, a transfer transistor Mt1 (second transfer unit) connected to the input portions of the transfer transistor Mt and the amplification transistor Ma is provided. The charge holding unit FD is directly connected to the transfer transistor Mt and the transfer transistor Mt1, and the charge holding unit FD1 is directly connected to the transfer transistor Mt1 and the amplification transistor Ma.

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 image sensor 21 in the present embodiment can also perform a global shutter operation, and the operation will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows the drive timing of the pixel 28 in this embodiment. FIG. 8 shows each signal output from the vertical control circuit 26, the potential Vfd of the charge holding unit FD, and the potential Vfd1 of the charge holding unit FD1.

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 pixels 28. The PD reset pulse FT applied collectively at all the pixels 28 is expressed as FT (1... N), and the transfer pulse TX applied collectively at all the pixels 28 is TX (1... N). It expresses. Note that a reset pulse RST, a transfer pulse TX1, and a selection pulse SEL applied to an arbitrary m-th row of pixels 28 are represented as RST (m), TX1 (m), and SEL (m), respectively, and an arbitrary m + 1-th row. The reset pulse RST, transfer pulse TX1, and selection pulse SEL applied to the pixel 28 are represented as RST (m + 1), TX1 (m + 1), and SEL (m + 1), respectively.

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 pixels 28, and the PD reset transistors Mf are simultaneously turned on. Thereby, the photoelectric conversion parts PD of all the pixels 28 are collectively reset. Thereafter, the application of the PD reset pulse FT to the PD reset transistors Mf of all the pixels 28 is simultaneously canceled and the PD reset transistors Mf are simultaneously turned off, so that exposure (accumulation) is started in all the pixels 28 at once. Is done.

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 pixel 28 will be described by dividing the exposure period into periods T2, T3, and T4. In a period T2 (second step) after the elapse of a predetermined period from the start of exposure, the reset pulse RST is applied to the reset transistors Mr of all the pixels 28 and the transfer pulse TX1 is applied to the transfer transistors Mt1. Is done. Accordingly, the reset transistor Mr and the transfer transistor Mt1 are turned on, the charge holding unit FD1 is reset via the reset transistor Mr, and the charge holding unit FD is reset via the reset transistor Mr and the transfer transistor Mt1.

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 pixels 28 to the transfer transistors Mt1 is released and the transfer transistors Mt1 are turned off. In the period T4, the application of the reset pulse RST to the reset transistors Mr of all the pixels 28 is released and reset. The transistor Mr is turned off.

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 pixel 28 will be described by dividing the optical signal readout period after the exposure period into periods T5, T6, T7, and T8. In the period T5 (third step), the transfer pulse TX is simultaneously applied to the transfer transistors Mt of all the pixels 28, and the transfer transistors Mt are simultaneously turned on. Thereby, the signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit PD during the exposure period are collectively transferred to the charge holding unit FD. That is, the exposure of all the pixels 28 is completed simultaneously.

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 pixel 28 in the m-th row, and the selection transistor Ms is turned on. Thus, a noise signal based on the potential of the charge holding unit FD1 of the pixel 28 in the m-th row is output to the vertical signal line ReadBus, and is sampled and stored as the signal V1 by the column processing circuit unit 25.

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 pixel 28 in the m-th row, and the reset transistor Mr is turned on. As a result, the charge holding unit FD1 of the pixel 28 in the m-th row is reset, a reset signal based on the reset potential of the charge holding unit FD1 is output to the vertical signal line ReadBus, and is sampled as the signal V2 by the column processing circuit unit 25. And memorized. Subsequently, the application of the reset pulse RST to the reset transistor Mr of the pixel 28 in the m-th row is released, and the reset transistor RST is turned off.

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 pixel 28 in the m-th row, and the transfer transistor Mt1 is turned on. As a result, the signal charge held in the charge holding unit FD is transferred to the charge holding unit FD1. Since the selection transistor Ms is on, an optical signal based on the potential of the charge holding unit FD1 is output to the vertical signal line ReadBus, and is sampled and stored as the signal V3 by the column processing circuit unit 25.

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 pixels 28 in the (m + 1) th row. That is, in the periods T6, T7, and T8, the signals V1, V2, and V3 are sequentially read from the pixel 28 in the first row to the pixel 28 in the n-th row (final row).

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 noise calculation unit 25a of the column processing circuit unit 25 in the present embodiment will be described. In the column processing circuit unit 25 of the present embodiment, sampling of the pixel signal is performed three times for the signal V1 (noise signal), the signal V2 (reset signal), and the signal V3 (optical signal). The calculation formula is shown below.
(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 noise calculation unit 25a performs calculation according to the equation (A) and outputs the calculated optical signal. The optical signal output from the column processing circuit unit 25 is output to the image processing unit 3 as an image signal via the horizontal scanning circuit 27 and the AD conversion unit 22.

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 pixel 28 in the first embodiment, six transistors are used in the pixel 28 in the second embodiment. For example, the circuit scale can be reduced as compared with the pixel 28 in the first embodiment.

(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 pixels 28 of the first embodiment and optimizing the layout of the four pixels 28 located at the ends of the pixel unit 24 according to the respective positions will be described.

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 pixel 28 in the present embodiment. Here, as an example, (a) the upper left pixel, (b) the lower left pixel, (c) the upper right pixel, and (d) the lower right pixel of the pixel unit 24 in which the pixels 28 are arranged in a 4 × 4 matrix. The layout is extracted and shown.

(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 pixel 28 at each of the four end portions is an axis object with respect to the optical axis L of the lens 1 that causes light to enter the pixel portion 24. The optical axis L is assumed to be parallel to the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 9 (that is, the direction perpendicular to the imaging surface on which the pixels 28 are arranged).

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 lens 1, the incident angle of light incident on the pixel 28 varies depending on the distance from the optical axis L, and the amount of light varies depending on the incident angle of light. When the coefficient α described in the first embodiment is set to a coefficient corresponding to the distance of the pixel 28 from the optical axis L, the layout arrangement of the pixel 28 is set to the layout arrangement of the present embodiment, so that The distances of the photoelectric conversion units PD from the optical axis L are equal, the distances of the charge holding units FD from the optical axis L are equal, and the correction dummy DM from the optical axis L is between the pixels 28 having the same distance. The distances are equal. Therefore, even when the same coefficient α is set between the plurality of pixels 28 having the same distance from the optical axis L, it is possible to reduce the influence of different incident light depending on the pixel position.

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 pixel unit 24 is shown as an example. However, in actuality, the layout is changed gradually according to the distance of each pixel 28 from the optical axis L, or the pixel unit 24 is changed. It may be divided into a plurality of blocks, and the layout may be changed in units of blocks according to the distance from the optical axis L of each block. In the present embodiment, the application to the pixel 28 of the first embodiment has been described. However, the application to the pixel 28 of the second embodiment may be similarly performed.

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 pixel 28 in the pixel portion 24. For this reason, it is possible to reduce the calculation in the noise calculation unit 25a, and as a result, it is possible to provide comfortable shooting for the user as the entire camera system.

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 SYMBOLS 1 ... Lens, 2 ... Imaging part, 3 ... Image processing part, 3a ... 1st image processing part, 3b ... 2nd image processing part, 4 ... Display part, 5. ..Drive control unit, 6 ... Lens control unit, 7 ... Camera control unit, 8 ... Camera operation unit, 21 ... Image sensor, 22 ... AD conversion unit, 23 ... Noise Removal unit, 24 ... pixel unit, 25 ... column processing circuit unit, 25a ... noise calculation unit, 26 ... vertical control circuit, 27 ... horizontal scanning circuit, PD ... photoelectric conversion unit , FD, FD1 ... charge holding unit, DM ... correction dummy, Mf ... PD reset transistor, Mt, Mt1 ... transfer transistor, Mr ... reset transistor, Ma ... amplification transistor, Ms ... selection transistor, SW1, SW2 ... switch

Claims (8)

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。
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請求項1に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the arithmetic unit subtracts a signal obtained by multiplying the noise signal by a predetermined coefficient from the optical signal. 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請求項2に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the coefficient is a coefficient corresponding to a position of the pixel arranged two-dimensionally. 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.
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請求項1または請求項2に記載の固体撮像装置。   The planar arrangement of the photoelectric conversion unit, the charge holding unit, and the noise holding unit in the pixel is axially symmetric with respect to an optical axis of a lens that allows light to enter the pixel unit. The solid-state imaging device according to claim 1 or 2.
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