JP2017055320A - Imaging apparatus, imaging system and control method for imaging apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable moving-picture photographing of satisfactory image quality even in a case where exposure time is changed for each frame, in an imaging apparatus having the function of a global electronic shutter.SOLUTION: In a first frame period among a plurality of frame periods for which a plurality of images composing a moving picture are acquired, electric charges generated in a first exposure period are accumulated. In a second frame period following the first frame period, electric charges generated in a second exposure period different in length from the first exposure period are accumulated. The interval between the time gravity center of the first exposure period and the time gravity center of the second exposure period, and the interval between the time gravity center of the first frame period and the time gravity center of the second frame period are equal.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、撮像装置、撮像システム及び撮像装置の駆動方法に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus, an imaging system, and a driving method of the imaging apparatus.

近年、CMOSイメージセンサにおいて、グローバル電子シャッタの機能を有するものが提案されている。特許文献1及び特許文献2にはグローバル電子シャッタの機能を備えた撮像装置が記載されている。このような撮像装置は、動きの速い被写体を撮影する場合であっても被写体像がゆがみにくいという利点がある。   In recent years, CMOS image sensors having a global electronic shutter function have been proposed. Patent Documents 1 and 2 describe an imaging apparatus having a global electronic shutter function. Such an image pickup apparatus has an advantage that the subject image is not easily distorted even when shooting a fast-moving subject.

特開2004−111590号公報JP 2004-111590 A 特開2006−246450号公報JP 2006-246450 A

グローバル電子シャッタの機能を備えた撮像装置を用いた動画撮影において、撮影シーンの輝度の変化への対応等のため、フレームごとに露光期間を変えて撮影を行う機能が求められることがある。このような場合に、各フレームの露光期間の中心の間隔が一定でなくなるために、動きのある被写体の動作が不自然になるジャーキネスと呼ばれる画質劣化が生じ得る。   In moving image shooting using an image pickup apparatus having a global electronic shutter function, there is a case where a function of shooting with changing an exposure period for each frame is required in order to cope with a change in luminance of a shooting scene. In such a case, since the interval between the centers of the exposure periods of the frames is not constant, image quality deterioration called jerkiness in which the motion of a moving subject becomes unnatural may occur.

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、グローバル電子シャッタの機能を備えた撮像装置において、フレームごとに露光時間を変えた場合であっても画質が良好な動画撮影を可能とすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and enables an image pickup apparatus having a global electronic shutter function to shoot a moving image with good image quality even when the exposure time is changed for each frame. For the purpose.

本発明の一観点によれば、入射光に応じて電荷を生成する光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタと、前記光電変換部から前記保持部に前記電荷を転送する第1の転送トランジスタと、前記保持部から前記増幅トランジスタに前記電荷を転送する第2の転送トランジスタとを各々が有する、複数の画素を有し、動画を構成する複数の画像を取得する複数のフレーム期間のうちの第1のフレーム期間において、第1の露光期間に生じた電荷が蓄積され、前記第1のフレーム期間の次の第2のフレーム期間において、前記第1の露光期間とは期間の長さが異なる第2の露光期間に生じた電荷が蓄積され、前記第1の露光期間の時間重心と前記第2の露光期間の時間重心との間隔と、前記第1のフレーム期間の時間重心と第2のフレーム期間の時間重心の間隔とは等しいことを特徴とする撮像装置が提供される。   According to an aspect of the present invention, a photoelectric conversion unit that generates charge according to incident light, a holding unit that holds the charge, an amplification transistor that outputs a signal based on the charge, and the photoelectric conversion unit A plurality of pixels each having a first transfer transistor that transfers the charge to the holding unit and a second transfer transistor that transfers the charge from the holding unit to the amplification transistor constitute a moving image In a first frame period of a plurality of frame periods for acquiring a plurality of images, charges generated in a first exposure period are accumulated, and in a second frame period subsequent to the first frame period, Charges generated in a second exposure period that is different in length from the first exposure period are accumulated, and an interval between the time centroid of the first exposure period and the time centroid of the second exposure period; Said Time center of the frame period and the time center interval of the second frame period the imaging device is provided, wherein the same.

本発明の他の観点によれば、入射光に応じて電荷を生成する光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタと、前記光電変換部から前記保持部に前記電荷を転送する第1の転送トランジスタと、前記保持部から前記増幅トランジスタに前記電荷を転送する第2の転送トランジスタとを各々が有する、複数の画素を有し、動画を構成する複数の画像を取得する複数のフレーム期間のうちの第1のフレーム期間において、第1の露光期間に生じた電荷が蓄積され、それぞれ所定の期間に生じた電荷を蓄積する複数の蓄積動作を行い、前記複数の蓄積動作は、互いに前記所定の期間の異なる第1の蓄積動作及び第2の蓄積動作を少なくとも含み、前記複数の蓄積動作において、前記所定の期間の時間重心が一定の間隔であることを特徴とする撮像装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, a photoelectric conversion unit that generates charge according to incident light, a holding unit that holds the charge, an amplification transistor that outputs a signal based on the charge, and the photoelectric conversion unit A plurality of pixels each having a first transfer transistor that transfers the charge to the holding unit and a second transfer transistor that transfers the charge from the holding unit to the amplification transistor constitute a moving image In the first frame period of the plurality of frame periods for acquiring a plurality of images, the charge generated in the first exposure period is accumulated, and a plurality of accumulation operations for accumulating the charges generated in a predetermined period are performed. And the plurality of accumulation operations include at least a first accumulation operation and a second accumulation operation that are different from each other in the predetermined period, and the plurality of accumulation operations are performed during the predetermined period. Imaging apparatus is provided which center of gravity is characterized by a constant distance.

本発明の他の観点によれば、入射光に応じて電荷を蓄積する光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタと、前記光電変換部から前記保持部に前記電荷を転送する第1の転送トランジスタと、前記保持部から前記増幅トランジスタに前記電荷を転送する第2の転送トランジスタとを各々が有する、複数の画素を有する撮像装置の駆動方法であって、動画を構成する複数の画像を取得する複数のフレーム期間のうちの第1のフレーム期間において、第1の露光期間に生じた電荷を蓄積し、前記第1のフレーム期間の次の第2のフレーム期間において、前記第1の露光期間とは期間の長さが異なる第2の露光期間に生じた電荷を蓄積し、前記第1の露光期間の時間重心と前記第2の露光期間の時間重心との間隔と、前記第1のフレーム期間の時間重心と第2のフレーム期間の時間重心の間隔とは等しいことを特徴とする撮像装置の駆動方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, a photoelectric conversion unit that accumulates electric charge according to incident light, a holding unit that holds the electric charge, an amplification transistor that outputs a signal based on the electric charge, and the photoelectric conversion unit A driving method of an imaging device having a plurality of pixels, each of which includes a first transfer transistor that transfers the charge to the holding unit and a second transfer transistor that transfers the charge from the holding unit to the amplification transistor. In the first frame period of the plurality of frame periods for acquiring the plurality of images constituting the moving image, the charge generated in the first exposure period is accumulated, and the next frame period after the first frame period is stored. In the second frame period, charges generated in a second exposure period that is different in length from the first exposure period are accumulated, and the time centroid of the first exposure period and the second exposure period are accumulated. of The spacing and between the center of gravity, the driving method of the imaging apparatus, characterized in that equal to the spacing of the time center of the first time center and a second frame period of the frame period is provided.

本発明によれば、グローバル電子シャッタの機能を備えた撮像装置において、フレームごとに露光時間を変えた場合であっても画質が良好な動画撮影が可能となる。   According to the present invention, in an imaging device having a global electronic shutter function, it is possible to shoot a moving image with good image quality even when the exposure time is changed for each frame.

第1実施形態に係る撮像装置の概略構成を表すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an imaging apparatus according to a first embodiment. 第1実施形態に係る撮像装置に含まれる画素の等価回路を表す図である。It is a figure showing the equivalent circuit of the pixel contained in the imaging device concerning a 1st embodiment. 第1実施形態に係る撮像装置の動作タイミングを示すタイミング図である。It is a timing diagram which shows the operation timing of the imaging device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る各フレームにおける読み出し動作を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the read-out operation | movement in each flame | frame concerning 1st Embodiment. 第2実施形態に係る撮像装置の動作タイミングを示すタイミング図である。It is a timing diagram which shows the operation timing of the imaging device which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る各フレームにおける読み出し動作を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the read-out operation | movement in each flame | frame concerning 2nd Embodiment. 第2実施形態の変形例に係る撮像装置の動作タイミングを示すタイミング図である。It is a timing diagram which shows the operation timing of the imaging device which concerns on the modification of 2nd Embodiment. 第2実施形態の変形例に係る各フレームにおける読み出し動作を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the read-out operation | movement in each flame | frame which concerns on the modification of 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る撮像装置の動作タイミングを示すタイミング図である。It is a timing diagram which shows the operation timing of the imaging device which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る各フレームにおける読み出し動作を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the read-out operation | movement in each flame | frame concerning 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る撮像装置の動作タイミングを示すタイミング図である。It is a timing diagram which shows the operation timing of the imaging device which concerns on 4th Embodiment. 第4実施形態に係る各フレームにおける読み出し動作を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the read-out operation | movement in each flame | frame concerning 4th Embodiment. 第5実施形態に係る撮像装置の動作タイミングを示すタイミング図である。It is a timing diagram which shows the operation timing of the imaging device which concerns on 5th Embodiment. 第5実施形態に係る各フレームにおける読み出し動作を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the read-out operation | movement in each flame | frame concerning 5th Embodiment. 第6実施形態に係る撮像装置の動作タイミングを示すタイミング図である。It is a timing diagram which shows the operation timing of the imaging device which concerns on 6th Embodiment. 第6実施形態に係る各フレームにおける読み出し動作を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the read-out operation | movement in each flame | frame concerning 6th Embodiment. 第6実施形態の変形例に係る撮像装置の動作タイミングを示すタイミング図である。It is a timing diagram which shows the operation timing of the imaging device which concerns on the modification of 6th Embodiment. 第6実施形態の変形例に係る各フレームにおける読み出し動作を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the read-out operation | movement in each flame | frame which concerns on the modification of 6th Embodiment. 第7実施形態に係る撮像システムのブロック図である。It is a block diagram of the imaging system concerning a 7th embodiment.

[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について図1から図4を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る撮像装置の概略構成を表すブロック図である。撮像装置は画素アレイ100、垂直走査回路101、列増幅回路102、水平走査回路103、出力回路104、制御回路105を備える。画素アレイ100は、XYの行列状に配置された複数の画素20を備えている。垂直走査回路101は、画素20のトランジスタをオン(導通状態)又はオフ(非導通状態)に制御するための制御信号を供給する。垂直走査回路101には、シフトレジスタやアドレスデコーダなどの論理回路が用いられ得る。画素20の各列には列信号線8が設けられており、画素20からの信号が列ごとに列信号線8に読み出される。列増幅回路102は列信号線8に出力された画素信号を増幅し、リセット時の信号及び光電変換時の信号に基づく相関二重サンプリング処理を行う。水平走査回路103は、列増幅回路102の増幅器に接続されたスイッチと、該スイッチをオン又はオフに制御するための制御信号を供給する。出力回路104はバッファアンプ、差動増幅器などから構成され、列増幅回路102からの画素信号を撮像装置の外部の信号処理部に出力する。なお、AD変換部を撮像装置に設け、デジタルの画像信号を出力しても良い。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the imaging apparatus according to the present embodiment. The imaging apparatus includes a pixel array 100, a vertical scanning circuit 101, a column amplification circuit 102, a horizontal scanning circuit 103, an output circuit 104, and a control circuit 105. The pixel array 100 includes a plurality of pixels 20 arranged in an XY matrix. The vertical scanning circuit 101 supplies a control signal for controlling the transistor of the pixel 20 to be on (conductive state) or off (non-conductive state). For the vertical scanning circuit 101, a logic circuit such as a shift register or an address decoder can be used. A column signal line 8 is provided in each column of the pixels 20, and a signal from the pixel 20 is read out to the column signal line 8 for each column. The column amplifier circuit 102 amplifies the pixel signal output to the column signal line 8 and performs correlated double sampling processing based on the signal at reset and the signal at photoelectric conversion. The horizontal scanning circuit 103 supplies a switch connected to the amplifier of the column amplifier circuit 102 and a control signal for controlling the switch on or off. The output circuit 104 includes a buffer amplifier, a differential amplifier, and the like, and outputs a pixel signal from the column amplifier circuit 102 to a signal processing unit outside the imaging apparatus. Note that an AD conversion unit may be provided in the imaging apparatus to output a digital image signal.

図2は、本実施形態に係る撮像装置における画素20の等価回路を示している。図2には行方向及び列方向に2次元配列された複数の画素20のうち、3行×3列の9個の画素20が示されているが、撮像装置はさらに多くの画素20を有している。   FIG. 2 shows an equivalent circuit of the pixel 20 in the imaging apparatus according to the present embodiment. FIG. 2 shows nine pixels 20 of 3 rows × 3 columns among the plurality of pixels 20 two-dimensionally arranged in the row direction and the column direction. However, the imaging device has more pixels 20. doing.

複数の画素20の各々は、光電変換部1、保持部2、第1の転送トランジスタ4、第2の転送トランジスタ5、オーバーフロートランジスタ6、選択トランジスタ7、リセットトランジスタ9及び増幅トランジスタ10を備える。   Each of the plurality of pixels 20 includes a photoelectric conversion unit 1, a holding unit 2, a first transfer transistor 4, a second transfer transistor 5, an overflow transistor 6, a selection transistor 7, a reset transistor 9, and an amplification transistor 10.

光電変換部1は、入射光を光電変換するとともに、光電変換された電荷を蓄積する。第1の転送トランジスタ4は、オンとなることにより光電変換部1の電荷を保持部2に転送する。保持部2は、光電変換部1から転送された電荷を保持する。保持部2は、回路図上では、一方のノードが接地端子11に接続された容量として表現される。   The photoelectric conversion unit 1 photoelectrically converts incident light and accumulates photoelectrically converted charges. When the first transfer transistor 4 is turned on, the charge of the photoelectric conversion unit 1 is transferred to the holding unit 2. The holding unit 2 holds the charge transferred from the photoelectric conversion unit 1. The holding unit 2 is expressed as a capacitor having one node connected to the ground terminal 11 on the circuit diagram.

第2の転送トランジスタ5は、オンとなることにより保持部2の電荷を増幅トランジスタ10の入力ノード(ゲートノード)であるフローティングディフュージョン3に転送する。増幅トランジスタ10はソースフォロアを構成し、フローティングディフュージョン3の電圧に基づく信号を選択トランジスタ7を介して列信号線8に出力する。列信号線8には定電流源16が接続されている。リセットトランジスタ9は、オンとなることによりフローティングディフュージョン3の電圧を電源端子12の電圧でリセットする。なお、p列目の列信号線8に出力される電圧をVout(p)とする。オーバーフロートランジスタ6は、オンとなることにより光電変換部1で生成される電荷を、電源端子12の電圧を有するノード(オーバーフロードレイン)に排出する。   When the second transfer transistor 5 is turned on, the charge of the holding unit 2 is transferred to the floating diffusion 3 that is an input node (gate node) of the amplification transistor 10. The amplification transistor 10 forms a source follower, and outputs a signal based on the voltage of the floating diffusion 3 to the column signal line 8 via the selection transistor 7. A constant current source 16 is connected to the column signal line 8. The reset transistor 9 is turned on to reset the voltage of the floating diffusion 3 with the voltage of the power supply terminal 12. A voltage output to the column signal line 8 of the p-th column is assumed to be Vout (p). The overflow transistor 6 discharges the electric charge generated in the photoelectric conversion unit 1 when turned on to a node (overflow drain) having the voltage of the power supply terminal 12.

同一行の画素20に対しては共通の制御信号が垂直走査回路101から供給される。すなわち、第m行の画素20の第1の転送トランジスタ4、第2の転送トランジスタ5、選択トランジスタ7、リセットトランジスタ9には、制御信号pTX1(m)、pTX2(m)、pSEL(m)、pRES(m)がそれぞれ供給される。また、オーバーフロートランジスタ6には、制御信号pOFG(m)が供給される。これらのトランジスタは、制御信号がハイレベルのときにオンとなり、ローレベルのときにオフとなる。また、これらのトランジスタは、例えば、MOSトランジスタで構成し得る。   A common control signal is supplied from the vertical scanning circuit 101 to the pixels 20 in the same row. In other words, the control signals pTX1 (m), pTX2 (m), pSEL (m), and the control signals pTX1 (m), pTX2 (m), pSEL (m), Each pRES (m) is supplied. The overflow transistor 6 is supplied with a control signal pOFG (m). These transistors are turned on when the control signal is at a high level and turned off when the control signal is at a low level. Further, these transistors can be constituted by, for example, MOS transistors.

このような構成により、複数の画素20の間で光電変換を行う期間が一致するような撮像動作、すなわち、グローバル電子シャッタの動作を行うことができる。また、光電変換部1にはオーバーフロートランジスタ6が接続されているので、保持部2が電荷を保持している間に光電変換部1で生じた電荷を、光電変換部1に蓄積することができる。あるいは、光電変換部1で生じた電荷を光電変換部1に蓄積せずにオーバーフロートランジスタ6を介して電荷を排出することもできる。これにより、露光時間の制御を行うことができる。   With such a configuration, it is possible to perform an imaging operation, that is, a global electronic shutter operation, in which the periods of photoelectric conversion between the plurality of pixels 20 coincide. In addition, since the overflow transistor 6 is connected to the photoelectric conversion unit 1, charges generated in the photoelectric conversion unit 1 while the holding unit 2 holds charges can be accumulated in the photoelectric conversion unit 1. . Alternatively, the charges generated in the photoelectric conversion unit 1 can be discharged through the overflow transistor 6 without accumulating in the photoelectric conversion unit 1. Thereby, the exposure time can be controlled.

本実施形態の撮像装置は、動画撮影に用いることができる。動画撮影を行う際には、撮像装置は、所定の期間(フレーム期間)ごとに、動画を構成する複数の画像を取得する。   The imaging device of this embodiment can be used for moving image shooting. When performing moving image shooting, the imaging apparatus acquires a plurality of images constituting the moving image every predetermined period (frame period).

なお、露光とは、光電変換によって光電変換部1で生じた電荷が信号として蓄積又は保持されることを意味する。露光期間とは、各フレーム期間において露光の開始から終了までの期間を意味する。露光時間とは、露光期間の長さを意味する。   Note that exposure means that charges generated in the photoelectric conversion unit 1 by photoelectric conversion are accumulated or held as signals. The exposure period means a period from the start to the end of exposure in each frame period. The exposure time means the length of the exposure period.

次に、第1実施形態の撮像装置の駆動方法について、図3及び図4を用いて説明する。図3は、第1実施形態に係る撮像装置の動作タイミングを示すタイミング図である。また、図4は、第1実施形態に係る各フレームにおける読み出し動作を示す模式図である。図3及び図4では、動画を構成する複数の静止画像の各々の撮像を行う期間(フレーム期間)のうち、露光時間が互いに異なる第nフレームから第n+2フレームまでの撮像動作が示されている。   Next, a method for driving the imaging apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a timing diagram illustrating operation timings of the imaging apparatus according to the first embodiment. FIG. 4 is a schematic diagram showing a read operation in each frame according to the first embodiment. 3 and 4 illustrate the imaging operation from the nth frame to the (n + 2) th frame with different exposure times in a period (frame period) in which each of a plurality of still images constituting a moving image is captured. .

図4に示されているように、第n+1フレームの露光時間は第nフレームの露光時間よりも短く、第n+2フレームの露光時間は第n+1フレームの露光時間よりも短い。図3には、m〜m+2行目の画素についての、垂直走査回路101から供給される制御信号pTX1、pTX2、pOFGが示されている。   As shown in FIG. 4, the exposure time of the (n + 1) th frame is shorter than the exposure time of the nth frame, and the exposure time of the (n + 2) th frame is shorter than the exposure time of the (n + 1) th frame. FIG. 3 shows control signals pTX1, pTX2, and pOFG supplied from the vertical scanning circuit 101 for the pixels in the m to m + 2th rows.

時刻T1以前の期間において、各行の制御信号pTX2が順次ハイレベルになる。これにより、第nフレームの前のフレーム(不図示の第n−1フレーム)の期間において蓄積された電荷が保持部2からフローティングディフュージョン3に順次転送され、信号が読み出される。時刻T1は、この読み出しが完了する時刻である。なお、図3及び図4において、第nフレームより前のフレームの動作は破線で示されている。   In a period before time T1, the control signal pTX2 of each row sequentially becomes high level. As a result, the charges accumulated in the period of the frame before the n-th frame (the (n−1) th frame not shown) are sequentially transferred from the holding unit 2 to the floating diffusion 3 and the signal is read out. Time T1 is the time when this reading is completed. In FIGS. 3 and 4, the operation of the frame before the nth frame is indicated by a broken line.

本実施形態における第nフレームの露光は、時刻T1から時刻T2の間の一部又は全部の期間に行われる。露光期間の開始時刻(第nフレームでは時刻T1)において、制御信号pTX1はローレベルであり、第1の転送トランジスタ4はオフに維持されている。また、同時刻において、制御信号pOFGが全行同時にハイレベルからローレベルになり、オーバーフロートランジスタ6が全画素で同時にオンからオフになる。オーバーフロートランジスタ6がオフになることで、光電変換部1での電荷の蓄積が開始する。   The exposure of the nth frame in the present embodiment is performed during a part or all of the period between time T1 and time T2. At the start time of the exposure period (time T1 in the nth frame), the control signal pTX1 is at a low level, and the first transfer transistor 4 is kept off. At the same time, the control signal pOFG changes from the high level to the low level at the same time in all rows, and the overflow transistors 6 are simultaneously turned on from off in all the pixels. When the overflow transistor 6 is turned off, charge accumulation in the photoelectric conversion unit 1 starts.

なお、本明細書において、「同時」とは、厳密に同時刻である場合に限定されるものではなく、撮像装置の動作において実質的に同時である場合も含むものとする。例えば、制御信号の遅延時間等により動作時間差が生じる場合、設計上の理由で実質的に動作に問題が生じない範囲でわずかな動作時間差が与えられている場合等も「同時」に含まれ得る。また、タイミング図等において複数の信号が同時刻に変化するように図示されている場合であっても、上述と同様に厳密に同時刻である場合に限定されるものではなく、これらの信号に時間差がある場合を除外することを意図するものではない。   In the present specification, “simultaneous” is not limited to the case where the time is strictly the same, but includes the case where the operation of the imaging apparatus is substantially the same. For example, when the operation time difference occurs due to the delay time of the control signal, etc., the case where a slight operation time difference is given within a range that does not substantially cause an operation for design reasons, etc. can be included in “simultaneous”. . Further, even in the case where a plurality of signals are shown to change at the same time in a timing diagram or the like, it is not limited to the case where the signals are strictly at the same time as described above. It is not intended to exclude cases where there is a time difference.

その後、制御信号pTX1が全行同時にローレベルからハイレベルになり、第1の転送トランジスタ4が全画素で同時にオフからオンになる。これにより、光電変換部1に蓄積された電荷が保持部2に転送される。その後、制御信号pTX1が全行同時にローレベルになる。この時刻が露光期間の終了時刻(第nフレームでは時刻T2)である。   Thereafter, the control signal pTX1 is changed from the low level to the high level at the same time in all rows, and the first transfer transistor 4 is simultaneously turned on from off in all the pixels. Thereby, the electric charge accumulated in the photoelectric conversion unit 1 is transferred to the holding unit 2. Thereafter, the control signal pTX1 becomes the low level simultaneously for all the rows. This time is the end time of the exposure period (time T2 in the nth frame).

制御信号pTX1が全行同時にローレベルになった時点以後、制御信号pOFGが全行同時にローレベルからハイレベルになり、オーバーフロートランジスタ6が全画素で同時にオフからオンになる。これ以降、光電変換部1で生成された電荷はオーバーフロートランジスタ6を介してオーバーフロードレインに排出される。また、時刻T2から、各行の制御信号pTX2が順次ハイレベルになる。これにより、第nフレームの露光期間において蓄積された電荷が保持部2からフローティングディフュージョン3に順次転送され、信号が読み出される。   After the time when the control signal pTX1 becomes the low level at the same time for all the rows, the control signal pOFG changes from the low level to the high level at the same time for all the rows, and the overflow transistors 6 are simultaneously turned on from all the pixels off. Thereafter, the charge generated in the photoelectric conversion unit 1 is discharged to the overflow drain via the overflow transistor 6. In addition, from time T2, the control signal pTX2 of each row sequentially becomes a high level. As a result, the charges accumulated during the exposure period of the nth frame are sequentially transferred from the holding unit 2 to the floating diffusion 3 and the signal is read out.

時刻T2から第1の期間が経過する時刻T3までの期間において、第1の転送トランジスタ4はオフに維持される。本実施形態では、全ての画素20の第1の転送トランジスタ4がオフに維持される。しかしながら、少なくとも1つの画素において、時刻T2から時刻T3まで、第1の転送トランジスタ4がオフに維持されていればよい。   In a period from time T2 to time T3 when the first period elapses, the first transfer transistor 4 is kept off. In the present embodiment, the first transfer transistors 4 of all the pixels 20 are kept off. However, in at least one pixel, the first transfer transistor 4 only needs to be kept off from time T2 to time T3.

さらに時刻T2から第1の期間が経過する時刻T3までの期間(第n+1フレームにおける第1の期間)は、制御信号pOFGはハイレベルであり、オーバーフロートランジスタ6はオンに維持される。本実施形態では、全ての画素20のオーバーフロートランジスタ6が第1の期間においてオンに維持されるものとする。しかしながら、少なくとも1つの画素において、時刻T2から時刻T3まで、オーバーフロートランジスタ6がオンに維持されていればよい。第1の期間に生じる電荷はオーバーフロートランジスタ6を介してオーバーフロードレインに排出される。   Further, during a period from time T2 to time T3 when the first period elapses (first period in the (n + 1) th frame), the control signal pOFG is at a high level, and the overflow transistor 6 is kept on. In the present embodiment, it is assumed that the overflow transistors 6 of all the pixels 20 are kept on in the first period. However, in at least one pixel, the overflow transistor 6 only needs to be kept on from time T2 to time T3. The electric charge generated in the first period is discharged to the overflow drain through the overflow transistor 6.

一方、第n+1フレームにおける第1の期間において、保持部2は、第nフレームで生じた電荷を保持している。この期間に、保持部2に保持された電荷はフローティングディフュージョン3に順次転送される。フローティングディフュージョン3の容量と転送された電荷の量に応じて、フローティングディフュージョン3の電圧が変化する。増幅トランジスタ10は、フローティングディフュージョン3の電圧に基づく信号を列信号線8に順次出力する。この読み出し動作が、1行目の画素から最後の行の画素までのそれぞれにおいて行われる。時刻T3は、前フレームの時刻T1に対応する時刻であり、第nフレームに保持部2に転送された電荷が、フローティングディフュージョン3に順次読み出される動作が完了する時刻である。   On the other hand, in the first period in the (n + 1) th frame, the holding unit 2 holds charges generated in the nth frame. During this period, the charges held in the holding unit 2 are sequentially transferred to the floating diffusion 3. The voltage of the floating diffusion 3 changes according to the capacity of the floating diffusion 3 and the amount of charge transferred. The amplification transistor 10 sequentially outputs a signal based on the voltage of the floating diffusion 3 to the column signal line 8. This readout operation is performed in each of the pixels from the first row to the last row. Time T3 is a time corresponding to time T1 of the previous frame, and is a time at which the operation of sequentially reading out the charges transferred to the holding unit 2 in the nth frame to the floating diffusion 3 is completed.

上述のように、第nフレームの露光期間は、時刻T1から時刻T2までの期間である。第nフレームの露光期間における時間重心T(n)は次の式(1)で与えられる。
T(n)=(T1+T2)/2 (1)
As described above, the exposure period of the nth frame is a period from time T1 to time T2. The time centroid T (n) in the exposure period of the nth frame is given by the following equation (1).
T (n) = (T1 + T2) / 2 (1)

次に第nフレームよりも露光期間が短縮された第n+1フレームについて説明する。時刻T3から時間Aだけ後の時刻(T3+A)において、制御信号pOFGがローレベルになり、オーバーフロートランジスタ6が全画素同時にオンからオフになる。これにより、光電変換部1における電荷の蓄積が開始する。すなわち、時刻(T3+A)が第n+1フレームの露光開始時刻である。   Next, the (n + 1) th frame whose exposure period is shorter than the nth frame will be described. At time (T3 + A) after time T3 by time A, the control signal pOFG becomes low level, and the overflow transistors 6 are simultaneously turned on from all pixels. As a result, charge accumulation in the photoelectric conversion unit 1 starts. That is, time (T3 + A) is the exposure start time of the (n + 1) th frame.

その後、制御信号pTX1がハイレベルになり、第1の転送トランジスタ4が全画素同時にオンになることで、光電変換部1から保持部2への電荷の転送が開始する。さらにその後、時刻T4から時間Aだけ前の時刻(T4−A)において、制御信号pTX1がローレベルになり、第1の転送トランジスタ4が全画素同時にオンからオフになる。この時刻(T4−A)が第n+1フレームの露光終了時刻である。これに続き、制御信号pOFGが全画素同時にハイレベルになり、オーバーフロートランジスタ6が全画素同時にオフからオンになる。   Thereafter, the control signal pTX1 becomes a high level, and the first transfer transistor 4 is turned on at the same time for all the pixels, whereby transfer of charges from the photoelectric conversion unit 1 to the holding unit 2 is started. Thereafter, at a time (T4-A) that is a time A before time T4, the control signal pTX1 goes to a low level, and the first transfer transistor 4 is simultaneously turned on from all pixels. This time (T4-A) is the exposure end time of the (n + 1) th frame. Following this, the control signal pOFG becomes the high level at the same time for all the pixels, and the overflow transistor 6 is turned on from all the pixels at the same time.

上述のように、第n+1フレームの露光期間は、時刻(T3+A)から時刻(T4−A)までの期間である。第n+1フレームの露光期間における時間重心T(n+1)は次の式(2)で与えられる。
T(n+1)={(T3+A)+(T4−A)}/2=(T3+T4)/2 (2)
As described above, the exposure period of the (n + 1) th frame is a period from time (T3 + A) to time (T4-A). The time centroid T (n + 1) in the exposure period of the (n + 1) th frame is given by the following equation (2).
T (n + 1) = {(T3 + A) + (T4-A)} / 2 = (T3 + T4) / 2 (2)

ここで、時刻T3は時刻T1の1フレーム期間経過後の時刻であり、時刻T4は時刻T2の1フレーム期間経過後の時刻である。したがって、第n+1フレームの露光期間における時間重心T(n+1)と、第nフレームの露光期間における時間重心T(n)との時間間隔は、1フレーム期間の長さに相当する。そのため、第nフレーム及び第n+1フレームでの露光期間の時間重心の位置が、各時間重心が属するフレーム期間に対して揃った状態となる。なお、1フレーム期間の長さは、例えば、第nフレームの時間重心と第n+1フレームの時間重心の間隔と定義することができる。あるいは、フレーム期間の長さを第n+1フレームの開始時刻T2から終了時刻T4までの期間の長さと定義することもできる。   Here, time T3 is the time after the lapse of one frame period at time T1, and time T4 is the time after the lapse of one frame period at time T2. Therefore, the time interval between the time centroid T (n + 1) in the exposure period of the (n + 1) th frame and the time centroid T (n) in the exposure period of the nth frame corresponds to the length of one frame period. Therefore, the positions of the time centroids of the exposure period in the nth frame and the (n + 1) th frame are aligned with respect to the frame period to which each time centroid belongs. The length of one frame period can be defined as, for example, the interval between the time centroid of the nth frame and the time centroid of the (n + 1) th frame. Alternatively, the length of the frame period can be defined as the length of the period from the start time T2 to the end time T4 of the (n + 1) th frame.

これを言い換えると以下のように説明できる。第1のフレーム期間の露光期間を第1の露光期間とし、第2のフレームの露光期間を第2の露光期間とする。ここで、第1のフレーム期間が本実施形態の第nフレームに、第2のフレーム期間が本実施形態の第n+1フレームに対応するものとする。このとき、第1の露光期間の時間重心と第2の露光期間の時間重心との間隔は、1フレーム期間の長さ(例えば、第1のフレーム期間の時間重心と第2のフレーム期間の時間重心の間隔)に相当する。また、第1のフレーム期間が本実施形態の第n+1フレームに、第2のフレーム期間が本実施形態の第n+2フレームに対応するものとするものと読み替えた場合にも、同じ関係となっている。このように任意のnに対して順次上述の関係を適用すると、隣接フレーム間における露光期間の時間重心同士の間隔が全て1フレーム期間の長さに対応し、一定値となる。別の観点では、所定の露光期間に生じた電荷を蓄積する蓄積動作が複数回行われる。複数回の蓄積動作には、互いに異なる露光期間、例えば、図4の第nフレームの露光期間と第n+1フレームの露光期間を持つ蓄積動作が含まれる。これらの複数回の蓄積動作において、露光期間の時間重心が一定の間隔である。この一定の間隔は典型的にはフレーム期間の長さに等しい。例えば、60fpsの動画を撮影する場合には、一定の間隔は1/60秒である。   In other words, it can be explained as follows. The exposure period of the first frame period is the first exposure period, and the exposure period of the second frame is the second exposure period. Here, it is assumed that the first frame period corresponds to the nth frame of the present embodiment, and the second frame period corresponds to the (n + 1) th frame of the present embodiment. At this time, the interval between the time centroid of the first exposure period and the time centroid of the second exposure period is the length of one frame period (for example, the time centroid of the first frame period and the time of the second frame period). Equivalent to the center of gravity). In addition, the same relationship is obtained when the first frame period is read as corresponding to the (n + 1) th frame of the present embodiment, and the second frame period corresponds to the (n + 2) th frame of the present embodiment. . When the above relationship is sequentially applied to an arbitrary n in this way, the intervals between the time centroids of the exposure periods between adjacent frames all correspond to the length of one frame period and become a constant value. From another viewpoint, an accumulation operation for accumulating charges generated in a predetermined exposure period is performed a plurality of times. The multiple accumulation operations include accumulation operations having different exposure periods, for example, the exposure period of the nth frame and the exposure period of the (n + 1) th frame in FIG. In these multiple accumulation operations, the time centroid of the exposure period is a constant interval. This constant interval is typically equal to the length of the frame period. For example, when shooting a moving image of 60 fps, the certain interval is 1/60 second.

続いて図4を参照しつつ本実施形態の効果を説明する。   Next, the effect of this embodiment will be described with reference to FIG.

図4には、各フレームにおける露光期間と、光電変換部1が電荷を蓄積している期間(光電変換部の蓄積期間)と、保持部2が電荷を保持している期間(保持部の保持期間)とが示されている。「光電変換部の蓄積期間」の項において、各光電変換部1で電荷の生成及び蓄積が行われている期間には「PD(n)」等と表示されている。また、光電変換部1からオーバーフロートランジスタ6を介してオーバーフロードレインに電荷が排出される期間には「OFD」と表示され、さらに枠にハッチングが付されている。「保持部の保持期間」の項において、光電変換部1から保持部2に電荷が転送され、保持部2が電荷を保持している期間には、「MEM(n)」等と表示されている。図4に示されるように、第1の期間において、複数の画素の読み出し動作が順次行われる。なお、読み出し動作は、第2の転送トランジスタ5による保持部2からフローティングディフュージョン3への電荷の転送と、増幅トランジスタ10からの信号の出力とを含む動作である。   FIG. 4 shows an exposure period in each frame, a period during which the photoelectric conversion unit 1 accumulates charges (accumulation period of the photoelectric conversion unit), and a period during which the holding unit 2 holds charges (holding of the holding unit). Period). In the section “Photoelectric Conversion Unit Accumulation Period”, “PD (n)” or the like is displayed during a period in which charge generation and accumulation are performed in each photoelectric conversion unit 1. Further, “OFD” is displayed during the period in which charge is discharged from the photoelectric conversion unit 1 to the overflow drain via the overflow transistor 6, and the frame is hatched. In the term “holding period of the holding unit”, the charge is transferred from the photoelectric conversion unit 1 to the holding unit 2, and “MEM (n)” or the like is displayed during the period in which the holding unit 2 holds the charge. Yes. As shown in FIG. 4, in the first period, a plurality of pixels are read out sequentially. Note that the read operation is an operation including transfer of charges from the holding unit 2 to the floating diffusion 3 by the second transfer transistor 5 and output of a signal from the amplification transistor 10.

本実施形態では、第nフレームから第n+2フレームの3つのフレーム期間において、露光期間が互いに異なっている。しかしながら、図3に示すような動作タイミングにより撮像装置を動作させることにより、各フレームでの露光期間の時間重心のフレーム期間に対する位置を揃えることができる。言い換えると、隣接フレーム間における露光期間の時間重心の間隔が一定となる。これにより、動画撮影において、動きのある被写体の動作が不自然になるジャーキネスと呼ばれる画質劣化が生じにくくなる。したがって、グローバル電子シャッタの機能を備えた撮像装置において、フレームごとに露光時間を変えた場合であっても画質が良好な動画撮影が可能となる。   In the present embodiment, the exposure periods are different from each other in the three frame periods from the nth frame to the n + 2th frame. However, by operating the imaging apparatus at the operation timing as shown in FIG. 3, the position of the time centroid of the exposure period in each frame can be aligned with the frame period. In other words, the interval of the time centroid of the exposure period between adjacent frames is constant. As a result, in moving image shooting, image quality deterioration called jerkiness in which the motion of a moving subject becomes unnatural is less likely to occur. Therefore, in an imaging device having a global electronic shutter function, it is possible to shoot a moving image with good image quality even when the exposure time is changed for each frame.

[第2実施形態]
図5乃至図8を参照しつつ第2実施形態を説明する。本実施形態は、第1の転送トランジスタ4の駆動方法の点で第1実施形態と異なる。撮像装置の回路構成及びその他のトランジスタの動作は第1実施形態と同様であるため、共通する部分についての説明を省略又は簡略化する。
[Second Embodiment]
The second embodiment will be described with reference to FIGS. This embodiment is different from the first embodiment in the driving method of the first transfer transistor 4. Since the circuit configuration of the image pickup apparatus and the operation of other transistors are the same as those in the first embodiment, description of common parts is omitted or simplified.

第2実施形態の撮像装置の駆動方法について、図5及び図6を用いて説明する。図5は、第2実施形態に係る撮像装置の動作タイミングを示すタイミング図である。また、図6は、第2実施形態に係る各フレームにおける読み出し動作を示す模式図である。   A method for driving the imaging apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. 5 is a timing diagram illustrating operation timings of the imaging apparatus according to the second embodiment. FIG. 6 is a schematic diagram showing a read operation in each frame according to the second embodiment.

本実施形態では時刻T1から時刻T2の間の露光期間の中間付近の時刻において、制御信号pTX1が一度、一時的に全行同時にハイレベルになり、複数の第1の転送トランジスタ4が同時に一時的にオンになる。これにより、時刻T1から制御信号pTX1がハイレベルになるまでの期間に光電変換部1に蓄積された電荷の全てが保持部2に転送される。その後再び制御信号pTX1はローレベルになり、複数の第1の転送トランジスタ4は同時にオフになり、光電変換部1には再び電荷が蓄積される。すなわち、本実施形態では、1回の露光期間において、露光期間の中間付近の時刻と露光の終了時刻の2回にわたり、光電変換部1の電荷が保持部2に転送される点が第1実施形態と異なる。   In the present embodiment, at a time near the middle of the exposure period between time T1 and time T2, the control signal pTX1 once temporarily temporarily goes to the high level at the same time, and the plurality of first transfer transistors 4 are temporarily turned on simultaneously. Turned on. As a result, all the charges accumulated in the photoelectric conversion unit 1 during the period from the time T1 to the time when the control signal pTX1 becomes high level are transferred to the holding unit 2. Thereafter, the control signal pTX1 again becomes a low level, the plurality of first transfer transistors 4 are simultaneously turned off, and charges are accumulated in the photoelectric conversion unit 1 again. That is, in the present embodiment, in the first exposure period, the charge of the photoelectric conversion unit 1 is transferred to the holding unit 2 twice in the vicinity of the middle of the exposure period and the exposure end time. Different from form.

続いて本実施形態の効果を説明する。本実施形態の駆動方法では、各フレームの露光期間内において、光電変換部1から保持部2に電荷を転送する回数が第1実施形態と異なる。すなわち、本実施形態では、1回の露光期間に光電変換部1で生じる電荷を2回に分けて保持部2に転送する。そのため、1回の露光期間に蓄積可能な電荷量を光電変換部1の飽和電荷量の2倍とすることができ、画素20の飽和電荷量を実質的に増加させることができる。これにより、ダイナミックレンジが向上する効果が得られる。   Then, the effect of this embodiment is demonstrated. In the driving method of the present embodiment, the number of times charges are transferred from the photoelectric conversion unit 1 to the holding unit 2 within the exposure period of each frame is different from that of the first embodiment. That is, in this embodiment, the electric charge generated in the photoelectric conversion unit 1 in one exposure period is divided into two times and transferred to the holding unit 2. Therefore, the amount of charge that can be accumulated in one exposure period can be made twice the amount of saturation charge of the photoelectric conversion unit 1, and the amount of saturation charge of the pixel 20 can be substantially increased. As a result, an effect of improving the dynamic range can be obtained.

次に本実施形態の変形例を説明する。図7は、第2実施形態の変形例に係る撮像装置の動作タイミングを示すタイミング図である。また、図8は、第2実施形態の変形例に係る各フレームにおける読み出し動作を示す模式図である。本変形例では、1回の露光期間に生じる光電変換部1の電荷を4回に分けて転送する。この場合、1回の露光期間に蓄積可能な電荷量を光電変換部1の飽和電荷量の4倍とすることができ、画素20の飽和電荷量を実質的に増加させることができる。すなわち、転送回数は2回には限られず、複数回、すなわち2回以上の任意の回数とすることができる。このように、本実施形態においては、複数の第1の転送トランジスタ4が同時にオフからオンになり、その後再び同時にオフになる動作が複数回繰り返される。なお、転送回数が複数回である場合、複数回の第1の転送トランジスタ4の動作のうちの最後にオフになる時刻が露光期間の終了時刻である。   Next, a modification of this embodiment will be described. FIG. 7 is a timing diagram illustrating the operation timing of the imaging apparatus according to the modification of the second embodiment. FIG. 8 is a schematic diagram showing a read operation in each frame according to a modification of the second embodiment. In this modification, the electric charge of the photoelectric conversion unit 1 generated in one exposure period is transferred in four times. In this case, the amount of charge that can be accumulated in one exposure period can be four times the saturation charge amount of the photoelectric conversion unit 1, and the saturation charge amount of the pixel 20 can be substantially increased. In other words, the number of transfers is not limited to twice, but can be any number of times, that is, two or more times. As described above, in this embodiment, the operation in which the plurality of first transfer transistors 4 are simultaneously turned on from off and then turned off again is repeated a plurality of times. When the number of transfers is a plurality of times, the time at which the first transfer transistor 4 is turned off at the end of the plurality of operations is the end time of the exposure period.

本実施形態では、第1実施形態で述べた効果に加え、1回の露光期間に光電変換部1で生じる電荷を複数回に分けて保持部2に転送することで、動画撮影においてダイナミックレンジを向上させることができる。   In the present embodiment, in addition to the effects described in the first embodiment, the charge generated in the photoelectric conversion unit 1 during one exposure period is transferred to the holding unit 2 in a plurality of times, thereby increasing the dynamic range in moving image shooting. Can be improved.

なお、制御信号pTX1がハイレベルになり、第1の転送トランジスタ4がオンになるタイミング、あるいは、制御信号pTX1がローレベルになり、第1の転送トランジスタ4がオフになるタイミングは、一定の間隔とすることがより好ましい。光電変換部1の飽和電荷量を最大限に活用することができ、ダイナミックレンジがより向上するためである。   The timing at which the control signal pTX1 becomes high level and the first transfer transistor 4 is turned on, or the timing at which the control signal pTX1 becomes low level and the first transfer transistor 4 is turned off is at a constant interval. More preferably. This is because the saturation charge amount of the photoelectric conversion unit 1 can be utilized to the maximum, and the dynamic range is further improved.

[第3実施形態]
図9及び図10を参照しつつ第3実施形態を説明する。本実施形態は、第1の転送トランジスタ4の駆動方法の点で第1実施形態と異なる。撮像装置の回路構成及びその他のトランジスタの動作は第1実施形態と同様であるため、共通する部分についての説明を省略又は簡略化する。図9は、第3実施形態に係る撮像装置の動作タイミングを示すタイミング図である。また、図10は、第3実施形態に係る各フレームにおける読み出し動作を示す模式図である。
[Third Embodiment]
A third embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. This embodiment is different from the first embodiment in the driving method of the first transfer transistor 4. Since the circuit configuration of the image pickup apparatus and the operation of other transistors are the same as those in the first embodiment, description of common parts is omitted or simplified. FIG. 9 is a timing diagram illustrating operation timings of the imaging apparatus according to the third embodiment. FIG. 10 is a schematic diagram showing a read operation in each frame according to the third embodiment.

本実施形態では、露光の開始時刻(制御信号pOFGがローレベルになる時刻)に、制御信号pTX1がハイレベルになり、第1の転送トランジスタ4をオンにする点が第1実施形態と異なっている。その後、第1の転送トランジスタ4がオフになり露光が終了するまで、第1の転送トランジスタ4はオンに維持される。この動作は全画素同時に行われる。これにより、露光期間の開始直後から光電変換部1で生成された電荷は、生成後すぐに保持部2に転送される。   This embodiment is different from the first embodiment in that the control signal pTX1 becomes high level and the first transfer transistor 4 is turned on at the exposure start time (time when the control signal pOFG becomes low level). Yes. Thereafter, the first transfer transistor 4 is kept on until the first transfer transistor 4 is turned off to complete the exposure. This operation is performed simultaneously for all pixels. Thereby, the charge generated by the photoelectric conversion unit 1 immediately after the start of the exposure period is transferred to the holding unit 2 immediately after generation.

続いて本実施形態の効果を説明する。本実施形態の駆動方法では、各フレームで、保持部2が電荷を保持している期間が第1実施形態と異なる。本実施形態では、露光期間の開始直後から光電変換部1で生じた電荷は、生成後すぐに保持部2に転送される。これにより、光電変換部1の飽和電荷量が実質的に十分に大きくなったものと考えることができ、ダイナミックレンジが向上する効果が得られる。   Then, the effect of this embodiment is demonstrated. In the driving method of the present embodiment, the period during which the holding unit 2 holds electric charges in each frame is different from that in the first embodiment. In the present embodiment, the charge generated in the photoelectric conversion unit 1 immediately after the start of the exposure period is transferred to the holding unit 2 immediately after generation. Thereby, it can be considered that the saturation charge amount of the photoelectric conversion unit 1 is substantially sufficiently large, and an effect of improving the dynamic range is obtained.

本実施形態では、第1実施形態で述べた効果に加え、露光期間の開始直後から光電変換部1で生じた電荷がすぐに保持部2に転送される構成とすることで、動画撮影においてダイナミックレンジを向上させることができる。   In the present embodiment, in addition to the effects described in the first embodiment, the charge generated in the photoelectric conversion unit 1 is immediately transferred to the holding unit 2 immediately after the start of the exposure period. Range can be improved.

[第4実施形態]
図11及び図12を参照しつつ第4実施形態を説明する。本実施形態は、第1の転送トランジスタ4及びオーバーフロートランジスタ6の駆動方法の点で第1実施形態と異なる。撮像装置の回路構成及びその他のトランジスタの動作は第1実施形態と同様であるため、共通する部分についての説明を省略又は簡略化する。図11は、第4実施形態に係る撮像装置の動作タイミングを示すタイミング図である。また、図12は、第4実施形態に係る各フレームにおける読み出し動作を示す模式図である。
[Fourth Embodiment]
A fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 11 and 12. This embodiment is different from the first embodiment in the driving method of the first transfer transistor 4 and the overflow transistor 6. Since the circuit configuration of the image pickup apparatus and the operation of other transistors are the same as those in the first embodiment, description of common parts is omitted or simplified. FIG. 11 is a timing diagram illustrating operation timings of the imaging apparatus according to the fourth embodiment. FIG. 12 is a schematic diagram showing a read operation in each frame according to the fourth embodiment.

まず、第nフレームの露光期間を参照して説明する。本実施形態では、時刻T1から時刻T2の間の露光期間において、第1実施形態と同様の露光開始動作から露光終了動作までの動作を間欠的に4回繰り返し行っている。言い換えると、1回の露光期間が複数に分割されている。本実施形態は、この点で第1実施形態と異なる。すなわち、時刻T1から時刻T2までの露光期間において、露光開始動作と露光終了動作の間の時間に生じた電荷のみが保持部2に転送され、その他の期間の電荷はオーバーフロートランジスタ6を介してオーバーフロードレインに排出される。この転送と排出とが間欠的に繰り返される。このように、本実施形態では、複数回にわたって露光が間欠的に行われるため、光電変換部1で光電変換により生じた電荷のうち、出力信号に寄与するのは露光期間のうちの一部の時間(光電変換時間と呼ぶ)に生じたもののみである。   First, description will be made with reference to the exposure period of the nth frame. In the present embodiment, the same operation from the exposure start operation to the exposure end operation similar to that in the first embodiment is intermittently repeated four times during the exposure period between time T1 and time T2. In other words, one exposure period is divided into a plurality. This embodiment is different from the first embodiment in this point. That is, in the exposure period from time T1 to time T2, only the charge generated during the time between the exposure start operation and the exposure end operation is transferred to the holding unit 2, and the charge in the other period overflows via the overflow transistor 6. It is discharged to the drain. This transfer and discharge are repeated intermittently. As described above, in this embodiment, since exposure is intermittently performed a plurality of times, a part of the exposure period contributes to the output signal among the charges generated by the photoelectric conversion in the photoelectric conversion unit 1. It only occurs in time (referred to as photoelectric conversion time).

なお、本実施形態において、露光の開始時刻は、あるフレーム期間において最初に制御信号pOFGがローレベルになり、オーバーフロートランジスタ6が全画素同時にオンからオフになる時刻である。また、露光の終了時刻は、最後に制御信号pTX1がローレベルになり、第1の転送トランジスタ4が全画素同時にオンからオフになる時刻である。   In the present embodiment, the exposure start time is the time at which the control signal pOFG first becomes low level in a certain frame period, and the overflow transistors 6 are simultaneously turned on from all pixels. The exposure end time is the time when the control signal pTX1 finally becomes low level and the first transfer transistor 4 is simultaneously turned on from all pixels.

次に、第n+1フレームの露光期間を参照して光電変換時間の短縮方法について説明する。第n+1フレームでは、第nフレームの露光に対して、制御信号pOFGがローレベルの期間が短くなり、ハイレベルの期間が長くなっている。これにより、電荷が排出される時間が長くなり、光電変換時間が短くなっている。なお、この場合であっても時間重心T(n+1)のフレーム期間に対する位置は時間重心T(n)と揃えられている。したがって、第1実施形態の場合と同様に、隣接フレーム間における露光期間の時間重心同士の間隔が全て1フレーム期間の長さに対応し、一定値となっている。   Next, a method for shortening the photoelectric conversion time will be described with reference to the exposure period of the (n + 1) th frame. In the (n + 1) th frame, the low level period of the control signal pOFG is short and the high level period is long with respect to the exposure of the nth frame. As a result, the time for discharging the charges is lengthened and the photoelectric conversion time is shortened. Even in this case, the position of the time centroid T (n + 1) with respect to the frame period is aligned with the time centroid T (n). Therefore, as in the first embodiment, the intervals between the time centers of the exposure periods between adjacent frames all correspond to the length of one frame period and are constant values.

次に、第n+2フレームの露光期間を参照して光電変換時間の別の短縮方法について説明する。第n+2フレームでは、第nフレームの露光に対して、制御信号pOFGをローレベルにする期間とハイレベルの期間の両方が短くなっている。これにより、露光期間が短くなっている。この場合も時間重心T(n+2)のフレーム期間に対する位置は時間重心T(n)と揃えられている。   Next, another method for shortening the photoelectric conversion time will be described with reference to the exposure period of the (n + 2) th frame. In the (n + 2) th frame, both the period during which the control signal pOFG is at a low level and the period during which the control signal pOFG is at a low level are shorter than the exposure at the nth frame. This shortens the exposure period. Also in this case, the position of the time centroid T (n + 2) with respect to the frame period is aligned with the time centroid T (n).

続いて本実施形態の効果を説明する。高輝度でかつちらつき現象(フリッカ)がある被写体を含む動画を撮影する場合、信号電荷の欠損による画質の劣化が一部のフレームに生じ得る。このような被写体の例としては、ブラウン管を用いたディスプレイ、蛍光灯等が挙げられる。また、フラッシュ光のような極めて短い時間に高輝度で発光する被写体においても同様の劣化が生じ得る。露光期間を短くするとこの信号電荷の欠損による画質の劣化はより顕著になり得る。本実施形態の駆動方法では、出力信号に寄与する電荷の蓄積及び転送が間欠的に行われる。そのため、1フレーム内での信号電荷の欠損の発生を低減することができる。   Then, the effect of this embodiment is demonstrated. When shooting a moving image including a subject with high brightness and flickering phenomenon (flicker), image quality degradation due to loss of signal charge may occur in some frames. Examples of such a subject include a display using a cathode ray tube, a fluorescent lamp, and the like. The same deterioration can occur in a subject that emits light with high brightness in a very short time such as flash light. If the exposure period is shortened, the deterioration of image quality due to the loss of signal charge can become more remarkable. In the driving method of this embodiment, accumulation and transfer of charges contributing to the output signal are performed intermittently. Therefore, the occurrence of signal charge loss within one frame can be reduced.

本実施形態では、第1実施形態で述べた効果に加え、出力信号に寄与する電荷の蓄積及び転送が間欠的に行われるようにすることで、動画撮影における信号電荷の欠損による画質の劣化を低減することができる。   In the present embodiment, in addition to the effects described in the first embodiment, the accumulation and transfer of charges contributing to the output signal are intermittently performed, thereby reducing the image quality due to the loss of signal charges in moving image shooting. Can be reduced.

[第5実施形態]
図13及び図14を参照しつつ第5実施形態を説明する。本実施形態は、第1の転送トランジスタ4及びオーバーフロートランジスタ6の駆動方法の点で第1実施形態と異なる。撮像装置の回路構成及びその他のトランジスタの動作は第1実施形態と同様であるため、共通する部分についての説明を省略又は簡略化する。図13は、第5実施形態に係る撮像装置の動作タイミングを示すタイミング図である。また、図14は、第5実施形態に係る各フレームにおける読み出し動作を示す模式図である。
[Fifth Embodiment]
The fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 13 and 14. This embodiment is different from the first embodiment in the driving method of the first transfer transistor 4 and the overflow transistor 6. Since the circuit configuration of the image pickup apparatus and the operation of other transistors are the same as those in the first embodiment, description of common parts is omitted or simplified. FIG. 13 is a timing diagram illustrating operation timings of the imaging apparatus according to the fifth embodiment. FIG. 14 is a schematic diagram showing a read operation in each frame according to the fifth embodiment.

第1実施形態の駆動方法では、前のフレームに保持部2に保持された電荷をフローティングディフュージョン3に転送して読み出しを行う第1の期間は露光期間に含まれない。しかしながら、本実施形態の駆動方法では、前のフレームに保持部2に保持された電荷を順次読み出す動作が完了する時刻T1よりも前から、当該フレームの露光期間が開始する。   In the driving method of the first embodiment, the first period in which the charge held in the holding unit 2 in the previous frame is transferred to the floating diffusion 3 and read out is not included in the exposure period. However, in the driving method of the present embodiment, the exposure period of the frame starts before time T1 when the operation of sequentially reading out the charges held in the holding unit 2 in the previous frame is completed.

第nフレームの時刻T0から時刻T1の第1の期間において、各行の制御信号pTX2が順次ハイレベルになる。これにより第nフレームの前のフレーム(不図示の第n−1フレーム)において蓄積された電荷が保持部2からフローティングディフュージョン3に順次転送され、信号が読み出される。これと並行して、時刻T0において、各行の制御信号pOFGがローレベルになり、オーバーフロートランジスタ6がオフになる。この動作により、第nフレームの露光期間が開始される。この駆動方法により1回の露光期間を、最大で1フレーム期間にまで延ばすことができる。   In the first period from time T0 to time T1 of the nth frame, the control signal pTX2 of each row is sequentially set to the high level. As a result, the charges accumulated in the frame before the nth frame (the (n−1) th frame not shown) are sequentially transferred from the holding unit 2 to the floating diffusion 3 and the signal is read out. In parallel with this, at time T0, the control signal pOFG of each row becomes low level, and the overflow transistor 6 is turned off. By this operation, the exposure period of the nth frame is started. With this driving method, one exposure period can be extended to a maximum of one frame period.

第nフレームよりも露光期間が短縮された第n+1フレームについては、第1実施形態と同様にして、露光期間の時間重心のフレーム期間に対する位置を揃えるように設定される。すなわち、第n+1フレームの露光期間における時間重心T(n+1)は、第nフレームの露光期間における時間重心T(n)から1フレーム期間経過後の時刻となるように設定される。これにより第1実施形態と同様の効果が得られる。   For the (n + 1) th frame whose exposure period is shorter than that of the nth frame, the position of the center of gravity of the exposure period with respect to the frame period is set to be the same as in the first embodiment. That is, the time centroid T (n + 1) in the exposure period of the (n + 1) th frame is set to be the time after the lapse of one frame period from the time centroid T (n) in the exposure period of the nth frame. Thereby, the same effect as the first embodiment can be obtained.

本実施形態では、第1実施形態で述べた効果に加え、前のフレームに保持部2に保持された電荷を順次読み出す動作が完了する時刻よりも前から、当該フレームの露光期間が開始する構成とすることで、露光期間をより長くすることができる。   In the present embodiment, in addition to the effects described in the first embodiment, the exposure period of the frame starts before the time when the operation of sequentially reading the charges held in the holding unit 2 in the previous frame is completed. By doing so, the exposure period can be made longer.

[第6実施形態]
図15乃至図18を参照しつつ第6実施形態を説明する。本実施形態は、第1の転送トランジスタ4及びオーバーフロートランジスタ6の駆動方法の点で第1実施形態と異なる。撮像装置の回路構成及びその他のトランジスタの動作は第1実施形態と同様であるため、共通する部分についての説明を省略又は簡略化する。
[Sixth Embodiment]
The sixth embodiment will be described with reference to FIGS. 15 to 18. This embodiment is different from the first embodiment in the driving method of the first transfer transistor 4 and the overflow transistor 6. Since the circuit configuration of the image pickup apparatus and the operation of other transistors are the same as those in the first embodiment, description of common parts is omitted or simplified.

第6実施形態の撮像装置の駆動方法について、図15及び図16を用いて説明する。図15は、第6実施形態に係る撮像装置の動作タイミングを示すタイミング図である。また、図16は、第6実施形態に係る各フレームにおける読み出し動作を示す模式図である。   A driving method of the imaging apparatus according to the sixth embodiment will be described with reference to FIGS. 15 and 16. FIG. 15 is a timing diagram illustrating operation timings of the imaging apparatus according to the sixth embodiment. FIG. 16 is a schematic diagram showing a read operation in each frame according to the sixth embodiment.

本実施形態では時刻T0から時刻T2の間の露光期間の中間付近の時刻において、制御信号pTX1が一度、一時的にハイレベルになり、第1の転送トランジスタ4が一時的にオフからオンになる。これにより、時刻T0から制御信号pTX1がハイレベルになるまでの期間に光電変換部1に蓄積された全ての電荷が保持部2に転送される。その後再び制御信号pTX1はローレベルになり、第1の転送トランジスタ4はオフになり、光電変換部1には再び電荷が蓄積される。すなわち、本実施形態では、第2実施形態と同様に、1回の露光期間において、露光期間の中間付近の時刻と露光の終了時刻の2回にわたり、光電変換部1の電荷が保持部2に転送される。また、本実施形態では、露光期間の中間付近の時刻における光電変換部1から保持部2への転送は、前のフレームに保持部2に保持された電荷の順次読み出しが完了する時刻T1以後に実施される。   In the present embodiment, at a time near the middle of the exposure period between time T0 and time T2, the control signal pTX1 temporarily becomes a high level once, and the first transfer transistor 4 is temporarily turned on from off. . As a result, all the charges accumulated in the photoelectric conversion unit 1 are transferred to the holding unit 2 during the period from the time T0 to the time when the control signal pTX1 becomes high level. Thereafter, the control signal pTX1 becomes low level again, the first transfer transistor 4 is turned off, and charges are accumulated in the photoelectric conversion unit 1 again. That is, in the present embodiment, as in the second embodiment, in one exposure period, the charge of the photoelectric conversion unit 1 is transferred to the holding unit 2 over the middle of the exposure period and twice at the exposure end time. Transferred. Further, in this embodiment, the transfer from the photoelectric conversion unit 1 to the holding unit 2 at a time near the middle of the exposure period is after time T1 when the sequential reading of the charges held in the holding unit 2 in the previous frame is completed. To be implemented.

続いて本実施形態の効果を説明する。本実施形態では、第2実施形態と同様に、1回の露光期間に光電変換部1で生じる電荷を2回に分けて保持部2に転送する。そのため、1回の露光期間に蓄積可能な電荷量を光電変換部1の飽和電荷量の2倍とすることができ、画素20の飽和電荷量を実質的に増加させることができる。これにより、ダイナミックレンジが向上する効果が得られる。また、第5実施形態と同様に、前のフレームに保持部2に保持された電荷を順次読み出す動作が完了する時刻よりも前から、当該フレームの露光期間が開始する構成としているので、露光期間をより長くすることができる。   Then, the effect of this embodiment is demonstrated. In the present embodiment, as in the second embodiment, charges generated in the photoelectric conversion unit 1 in one exposure period are transferred to the holding unit 2 in two portions. Therefore, the amount of charge that can be accumulated in one exposure period can be made twice the amount of saturation charge of the photoelectric conversion unit 1, and the amount of saturation charge of the pixel 20 can be substantially increased. As a result, an effect of improving the dynamic range can be obtained. Further, as in the fifth embodiment, the exposure period of the frame starts before the time when the operation of sequentially reading the charges held in the holding unit 2 in the previous frame is completed. Can be made longer.

次に本実施形態の変形例を説明する。図17は、第6実施形態の変形例に係る撮像装置の動作タイミングを示すタイミング図である。また、図18は、第6実施形態の変形例に係る各フレームにおける読み出し動作を示す模式図である。本変形例では、1回の露光期間に生じる光電変換部1の電荷を4回に分けて転送する。この場合、1回の露光期間に蓄積可能な電荷量を光電変換部1の飽和電荷量の4倍とすることができ、画素20の飽和電荷量を実質的に増加させることができる。このように、本実施形態において、転送回数は2回には限られず、2回以上の任意の回数とすることができる。また、本変形例では、4回の転送のうちの最初の1回については、第5実施形態と同様に、前のフレームの電荷の読み出しと並行して、当該フレームの露光が行われる構成となっている。そのため、露光期間をより長くすることができる。   Next, a modification of this embodiment will be described. FIG. 17 is a timing diagram illustrating operation timings of the imaging apparatus according to the modified example of the sixth embodiment. FIG. 18 is a schematic diagram showing a read operation in each frame according to the modification of the sixth embodiment. In this modification, the electric charge of the photoelectric conversion unit 1 generated in one exposure period is transferred in four times. In this case, the amount of charge that can be accumulated in one exposure period can be four times the saturation charge amount of the photoelectric conversion unit 1, and the saturation charge amount of the pixel 20 can be substantially increased. Thus, in the present embodiment, the number of transfers is not limited to two, and can be any number of times equal to or greater than two. Further, in the present modification, the first one of the four transfers is configured such that the exposure of the frame is performed in parallel with the reading of the charge of the previous frame, as in the fifth embodiment. It has become. Therefore, the exposure period can be made longer.

本実施形態では、第1実施形態で述べた効果に加え、1回の露光期間に光電変換部1で生じる電荷を複数回に分けて保持部2に転送することで、動画撮影においてダイナミックレンジを向上させることができる。さらに、本実施形態では、前のフレームに保持部2に保持された電荷を順次読み出す動作が完了する時刻よりも前から、当該フレームの露光期間が開始する構成としているので、露光期間をより長くすることができる。   In the present embodiment, in addition to the effects described in the first embodiment, the charge generated in the photoelectric conversion unit 1 during one exposure period is transferred to the holding unit 2 in a plurality of times, thereby increasing the dynamic range in moving image shooting. Can be improved. Furthermore, in this embodiment, since the exposure period of the frame starts before the time when the operation of sequentially reading the charges held in the holding unit 2 in the previous frame is completed, the exposure period is made longer. can do.

[第7実施形態]
第7実施形態に係る撮像システムについて説明する。上述の各実施形態の撮像装置は、種々の撮像システムに適用可能である。撮像システムの一例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などがあげられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、撮像システムに含まれる。図19に、撮像システムの例としてデジタルスチルカメラのブロック図を示す。
[Seventh Embodiment]
An imaging system according to the seventh embodiment will be described. The imaging devices of the above-described embodiments can be applied to various imaging systems. Examples of the imaging system include a digital still camera, a digital camcorder, a copying machine, a fax machine, a mobile phone, an in-vehicle camera, and an observation satellite. A camera module including an optical system such as a lens and an imaging device is also included in the imaging system. FIG. 19 shows a block diagram of a digital still camera as an example of an imaging system.

撮像システムは、レンズ1002の保護のためのバリア1001、被写体の光学像を撮像装置1004に結像させるレンズ1002、レンズ1002を通過する光量を可変にするための絞り1003、上述の実施形態のいずれかの撮像装置1004を有する。また、撮像システムは、撮像装置1004から出力される出力信号の処理を行う信号処理部1007を有する。信号処理部1007は、撮像装置1004から出力される信号に基づき画像を生成する。具体的には、信号処理部1007は、撮像装置1004から出力された信号に各種の補正、データ圧縮等を行って画像データを出力する。   The imaging system includes a barrier 1001 for protecting the lens 1002, a lens 1002 for forming an optical image of a subject on the imaging device 1004, a diaphragm 1003 for changing the amount of light passing through the lens 1002, and any of the above-described embodiments. The imaging device 1004 is included. In addition, the imaging system includes a signal processing unit 1007 that processes an output signal output from the imaging device 1004. The signal processing unit 1007 generates an image based on a signal output from the imaging device 1004. Specifically, the signal processing unit 1007 performs various corrections, data compression, and the like on the signal output from the imaging device 1004 and outputs image data.

また、撮像システムは、さらに、撮像装置1004及び信号処理部1007に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部1008、撮像システム全体を制御する制御部1009を有する。撮像システムは、さらに、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部1010、画像データを保持する半導体メモリ等の記録媒体1012、記録媒体1012に記録又は読み出しを行うための記録媒体インターフェース(I/F)部1011を有する。記録媒体1012は撮像システムに内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。さらに、撮像システムは、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース(I/F)部1013を有する。   The imaging system further includes a timing generation unit 1008 that outputs various timing signals to the imaging apparatus 1004 and the signal processing unit 1007, and a control unit 1009 that controls the entire imaging system. The imaging system further includes a memory unit 1010 for temporarily storing image data, a recording medium 1012 such as a semiconductor memory for holding image data, and a recording medium interface (I / F) part 1011 is included. The recording medium 1012 may be built in the imaging system or may be detachable. Further, the imaging system includes an external interface (I / F) unit 1013 for communicating with an external computer or the like.

ここで、タイミング信号等は撮像システムの外部から入力されてもよく、撮像システムは少なくとも撮像装置1004と、撮像装置1004から出力された撮像信号を処理する信号処理部1007とを有すればよい。   Here, the timing signal or the like may be input from the outside of the imaging system, and the imaging system only needs to include at least the imaging device 1004 and the signal processing unit 1007 that processes the imaging signal output from the imaging device 1004.

以上のように、本実施形態の撮像システムは、上述の実施形態のいずれかの撮像装置1004を適用して撮像動作を行うことが可能である。   As described above, the imaging system of the present embodiment can perform an imaging operation by applying the imaging device 1004 of any of the above-described embodiments.

本発明を適用し得る実施形態は、上述の実施形態のみに限定されない。例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を、他の実施形態に追加した実施形態、あるいは他の実施形態の一部の構成と置換した実施形態も本発明を適用し得る実施形態であると理解されるべきである。   Embodiments to which the present invention can be applied are not limited to the above-described embodiments. For example, an embodiment in which a part of the configuration of any of the embodiments is added to another embodiment, or an embodiment in which a part of the configuration of another embodiment is replaced is also an embodiment to which the present invention can be applied. Should be understood.

また、第7実施形態に示した撮像システムは、本発明の撮像装置を適用しうる撮像システムの一例を示したものであり、本発明の撮像装置を適用可能な撮像システムは図19に示した構成に限定されるものではない。   The imaging system shown in the seventh embodiment shows an example of an imaging system to which the imaging apparatus of the present invention can be applied. The imaging system to which the imaging apparatus of the present invention can be applied is shown in FIG. The configuration is not limited.

1 光電変換部
2 保持部
4 第1の転送トランジスタ
5 第2の転送トランジスタ
6 オーバーフロートランジスタ
10 増幅トランジスタ
20 画素
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photoelectric conversion part 2 Holding | maintenance part 4 1st transfer transistor 5 2nd transfer transistor 6 Overflow transistor 10 Amplification transistor 20 Pixel

Claims (16)

入射光に応じて電荷を生成する光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタと、前記光電変換部から前記保持部に前記電荷を転送する第1の転送トランジスタと、前記保持部から前記増幅トランジスタに前記電荷を転送する第2の転送トランジスタとを各々が有する、複数の画素を有し、
動画を構成する複数の画像を取得する複数のフレーム期間のうちの第1のフレーム期間において、第1の露光期間に生じた電荷が蓄積され、
前記第1のフレーム期間の次の第2のフレーム期間において、前記第1の露光期間とは期間の長さが異なる第2の露光期間に生じた電荷が蓄積され、
前記第1の露光期間の時間重心と前記第2の露光期間の時間重心との間隔と、前記第1のフレーム期間の時間重心と第2のフレーム期間の時間重心の間隔とは等しい
ことを特徴とする撮像装置。
A photoelectric conversion unit that generates a charge in response to incident light; a holding unit that holds the charge; an amplification transistor that outputs a signal based on the charge; and a first unit that transfers the charge from the photoelectric conversion unit to the holding unit. A plurality of pixels each having one transfer transistor and a second transfer transistor that transfers the charge from the holding unit to the amplification transistor;
In the first frame period of the plurality of frame periods for acquiring a plurality of images constituting the moving image, the charge generated in the first exposure period is accumulated,
In the second frame period subsequent to the first frame period, charges generated in a second exposure period having a different period length from the first exposure period are accumulated,
The time centroid of the first exposure period and the time centroid of the second exposure period are equal to the time centroid of the first frame period and the time centroid of the second frame period. An imaging device.
前記第1のフレーム期間において、前記複数の画素で同時に、前記第1の転送トランジスタが、前記第1の露光期間に生じた前記電荷を前記光電変換部から前記保持部に転送し、
前記第2のフレーム期間において、前記複数の画素で順に、前記第2の転送トランジスタが、前記第1の露光期間に生じた前記電荷を前記保持部から前記増幅トランジスタに転送し、
前記第2のフレーム期間において、前記複数の画素で順に、前記増幅トランジスタが、前記第1の露光期間に蓄積された前記電荷に基づく信号を出力する
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
In the first frame period, the first transfer transistor simultaneously transfers the charges generated in the first exposure period from the photoelectric conversion unit to the holding unit in the plurality of pixels.
In the second frame period, the second transfer transistor sequentially transfers the charge generated in the first exposure period from the holding unit to the amplification transistor in the plurality of pixels.
2. The imaging according to claim 1, wherein, in the second frame period, the amplification transistor outputs a signal based on the charge accumulated in the first exposure period in order in the plurality of pixels. apparatus.
前記複数の画素の各々は、前記光電変換部から前記電荷を排出するオーバーフロートランジスタをさらに有し、
前記複数の画素の前記オーバーフロートランジスタが同時にオンからオフになることにより、前記第1の露光期間又は前記第2の露光期間が開始することを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
Each of the plurality of pixels further includes an overflow transistor that discharges the charge from the photoelectric conversion unit,
3. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the first exposure period or the second exposure period starts when the overflow transistors of the plurality of pixels are simultaneously turned from on to off.
前記複数の画素の前記第1の転送トランジスタが同時にオンからオフになることにより、前記第1の露光期間又は前記第2の露光期間が終了することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置。   4. The first exposure period or the second exposure period ends when the first transfer transistors of the plurality of pixels are simultaneously turned on and off. The imaging apparatus according to item 1. 前記複数の画素のそれぞれで、前記第1の転送トランジスタがオフからオンになり、その後再びオフになる動作が複数回繰り返されることにより、前記第1の露光期間又は前記第2の露光期間に生じた前記電荷が、前記光電変換部から前記保持部に複数回にわたって転送され、
前記複数回の前記第1の転送トランジスタの動作のうちの最後にオフになる動作により、前記第1の露光期間又は前記第2の露光期間が終了する
ことを特徴とすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置。
In each of the plurality of pixels, the operation in which the first transfer transistor is turned on from off and then turned off again is repeated a plurality of times, and thus occurs in the first exposure period or the second exposure period. The charge is transferred from the photoelectric conversion unit to the holding unit a plurality of times,
The first exposure period or the second exposure period is ended by an operation that is turned off at the end of the plurality of operations of the first transfer transistor. Item 4. The imaging device according to any one of Items 1 to 3.
前記第1の転送トランジスタがオフからオンになり、その後再びオフになる複数回の動作において、前記第1の転送トランジスタがオフになるタイミングが一定の間隔であることを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。   6. The operation according to claim 5, wherein, in a plurality of operations in which the first transfer transistor is turned on from off and then turned off again, the timing at which the first transfer transistor is turned off is a constant interval. The imaging device described. 前記第1の露光期間又は前記第2の露光期間が開始した後に、前記複数の画素の前記第1の転送トランジスタが同時にオフからオンになり、
その後、前記複数の画素の前記第1の転送トランジスタがオンからオフになることにより前記第1の露光期間又は前記第2の露光期間が終了するまでの期間、前記複数の画素の前記第1の転送トランジスタがオンに維持されることを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
After the first exposure period or the second exposure period starts, the first transfer transistors of the plurality of pixels are turned on simultaneously from off,
Thereafter, the first transfer transistor of the plurality of pixels is turned from on to off, so that the first exposure period or the second exposure period ends. The imaging apparatus according to claim 3, wherein the transfer transistor is kept on.
前記複数の画素の各々は、前記光電変換部から前記電荷を排出するオーバーフロートランジスタをさらに有し、
前記複数の画素の前記オーバーフロートランジスタが同時にオンからオフになり、その後再び同時にオンになる動作が複数回繰り返されることにより、1回の露光期間が複数に分割され、
前記複数回の前記オーバーフロートランジスタの動作のうちの最初にオフになる動作により、前記第1の露光期間又は前記第2の露光期間が開始する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
Each of the plurality of pixels further includes an overflow transistor that discharges the charge from the photoelectric conversion unit,
The operation in which the overflow transistors of the plurality of pixels are simultaneously turned on and off and then turned on again is repeated a plurality of times, whereby one exposure period is divided into a plurality of times,
3. The imaging according to claim 1, wherein the first exposure period or the second exposure period is started by an operation of turning off first of the plurality of operations of the overflow transistor. apparatus.
前記第1の露光期間の一部において、前記複数の画素の前記光電変換部が、入射光によって生じた前記電荷を蓄積する動作と並行して、
前記複数の画素で順に、前記第2の転送トランジスタが、前記保持部の保持する前記電荷を前記増幅トランジスタに転送し、
前記複数の画素で順に、前記増幅トランジスタが、前記電荷に基づく信号を出力する
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮像装置。
In a part of the first exposure period, in parallel with the operation in which the photoelectric conversion units of the plurality of pixels accumulate the charges generated by incident light,
In order in the plurality of pixels, the second transfer transistor transfers the charge held by the holding unit to the amplification transistor,
The imaging device according to any one of claims 1 to 8, wherein the amplification transistor outputs a signal based on the charge in order in the plurality of pixels.
入射光に応じて電荷を生成する光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタと、前記光電変換部から前記保持部に前記電荷を転送する第1の転送トランジスタと、前記保持部から前記増幅トランジスタに前記電荷を転送する第2の転送トランジスタとを各々が有する、複数の画素を有し、
動画を構成する複数の画像を取得する複数のフレーム期間のうちの第1のフレーム期間において、第1の露光期間に生じた電荷が蓄積され、
それぞれ所定の期間に生じた電荷を蓄積する複数の蓄積動作を行い、
前記複数の蓄積動作は、互いに前記所定の期間の異なる第1の蓄積動作及び第2の蓄積動作を少なくとも含み、
前記複数の蓄積動作において、前記所定の期間の時間重心が一定の間隔である
ことを特徴とする撮像装置。
A photoelectric conversion unit that generates a charge in response to incident light; a holding unit that holds the charge; an amplification transistor that outputs a signal based on the charge; and a first unit that transfers the charge from the photoelectric conversion unit to the holding unit. A plurality of pixels each having one transfer transistor and a second transfer transistor that transfers the charge from the holding unit to the amplification transistor;
In the first frame period of the plurality of frame periods for acquiring a plurality of images constituting the moving image, the charge generated in the first exposure period is accumulated,
A plurality of accumulation operations for accumulating charges generated in a predetermined period are performed,
The plurality of accumulation operations include at least a first accumulation operation and a second accumulation operation that are different from each other in the predetermined period,
In the plurality of accumulation operations, the time center of gravity of the predetermined period is a constant interval.
前記複数の蓄積動作のそれぞれにおける前記時間重心は、前記所定の期間の開始時刻と前記所定の期間の終了時刻との中間の時刻である
ことを特徴とする請求項10に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 10, wherein the time centroid in each of the plurality of accumulation operations is an intermediate time between a start time of the predetermined period and an end time of the predetermined period.
前記開始時刻に、前記複数の画素の前記第1の転送トランジスタが同時にオンからオフになる
ことを特徴とする請求項11に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 11, wherein the first transfer transistors of the plurality of pixels are simultaneously turned from on to off at the start time.
前記複数の画素の各々は、前記光電変換部から前記電荷を排出するオーバーフロートランジスタをさらに有し、
前記開始時刻に、前記複数の画素の前記オーバーフロートランジスタが同時にオンからオフになる
ことを特徴とする請求項11に記載の撮像装置。
Each of the plurality of pixels further includes an overflow transistor that discharges the charge from the photoelectric conversion unit,
The imaging apparatus according to claim 11, wherein the overflow transistors of the plurality of pixels are simultaneously turned from on to off at the start time.
前記終了時刻に、前記複数の画素の前記第1の転送トランジスタが同時にオンからオフになる
ことを特徴とする請求項11乃至13のいずれか1項に記載の撮像装置。
The imaging device according to any one of claims 11 to 13, wherein the first transfer transistors of the plurality of pixels are simultaneously turned from on to off at the end time.
請求項1乃至14のいずれか1項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部と
を有する撮像システム。
The imaging device according to any one of claims 1 to 14,
An imaging system comprising: a signal processing unit that processes a signal output from the imaging device.
入射光に応じて電荷を生成する光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタと、前記光電変換部から前記保持部に前記電荷を転送する第1の転送トランジスタと、前記保持部から前記増幅トランジスタに前記電荷を転送する第2の転送トランジスタとを各々が有する、複数の画素を有する撮像装置の駆動方法であって、
動画を構成する複数の画像を取得する複数のフレーム期間のうちの第1のフレーム期間において、第1の露光期間に生じた電荷を蓄積し、
前記第1のフレーム期間の次の第2のフレーム期間において、前記第1の露光期間とは期間の長さが異なる第2の露光期間に生じた電荷を蓄積し、
前記第1の露光期間の時間重心と前記第2の露光期間の時間重心との間隔と、前記第1のフレーム期間の時間重心と第2のフレーム期間の時間重心の間隔とは等しい
ことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
A photoelectric conversion unit that generates a charge in response to incident light; a holding unit that holds the charge; an amplification transistor that outputs a signal based on the charge; and a first unit that transfers the charge from the photoelectric conversion unit to the holding unit. 1. A method for driving an imaging device having a plurality of pixels, each having one transfer transistor and a second transfer transistor that transfers the charge from the holding unit to the amplification transistor,
In the first frame period of the plurality of frame periods for acquiring a plurality of images constituting the moving image, the charge generated in the first exposure period is accumulated,
In a second frame period subsequent to the first frame period, charges generated in a second exposure period having a different period length from the first exposure period are accumulated,
The time centroid of the first exposure period and the time centroid of the second exposure period are equal to the time centroid of the first frame period and the time centroid of the second frame period. A driving method of the imaging apparatus.
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