JP2017112420A - Imaging element and imaging device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging element and an imaging device capable of using the charges, generated in a photodiode, effectively.SOLUTION: An imaging element includes a photoelectric conversion part for generating charges by performing photoelectric conversion of incident light, and a plurality of pixels having first and second reading parts connected with the photoelectric conversion part. The first reading part has a first charge voltage conversion part for converting the charges, transferred from the photoelectric conversion part, into a voltage, and a first output part for outputting an output signal corresponding to the voltage of the first charge voltage conversion part. The second reading part has a second charge voltage conversion part for converting the charges, transferred from the photoelectric conversion part, into a voltage, and a second output part for outputting an output signal corresponding to the voltage of the second charge voltage conversion part.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、撮像素子および撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging element and an imaging apparatus.

グローバルシャッタ方式の撮像素子が知られている(例えば、特許文献1)。従来技術には、フォトダイオードで生じた電荷を有効利用できていないという問題があった。   A global shutter type imaging device is known (for example, Patent Document 1). The prior art has a problem that charges generated in the photodiode cannot be effectively used.

特開2004−297089号公報JP 2004-297089 A

請求項1に記載の撮像素子は、入射光を光電変換して電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部に接続された第1および第2読出部とを有する画素を複数備え、前記第1読出部は、前記光電変換部から転送された電荷を電圧に変換する第1電荷電圧変換部と、前記第1電荷電圧変換部の電圧に応じた出力信号を出力する第1出力部とを有し、前記第2読出部は、前記光電変換部から転送された電荷を電圧に変換する第2電荷電圧変換部と、前記第2電荷電圧変換部の電圧に応じた出力信号を出力する第2出力部とを有する。
請求項7に記載の撮像装置は、請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の撮像素子と、前記第1出力部から出力された出力信号に基づき第1表示画像を作成すると共に、前記第2出力部から出力された出力信号に基づき第2表示画像を作成する画像作成部と、前記第1表示画像と前記第2表示画像とを交互に表示する画像表示部と、を備える。
請求項8に記載の撮像装置は、請求項2から請求項6までのいずれか一項に記載の撮像素子と、前記撮像素子への入射光を遮らない開放状態と、前記撮像素子への入射光を遮る遮光状態とを切替可能なシャッター装置を備え、前記第1読出部は、前記シャッター装置が前記開放状態である第1期間に前記光電変換部で生成された電荷を、前記第1電荷保持部に転送し、その後、当該電荷に対応する出力信号を前記第1出力部から出力し、前記第2読出部は、前記シャッター装置が前記開放状態であり前記第1期間とは重複しない第2期間に前記光電変換部で生成された電荷を、第2電荷保持部に転送し、その後、当該電荷に対応する出力信号を前記第2出力部から出力し、前記シャッター装置は、前記シャッター装置が前記開放状態であり前記第1期間および前記第2期間より後の第3期間に前記光電変換部で生成された電荷を、前記遮光状態に切り替えて前記光電変換部に保持し、前記第1読出部は、前記シャッター装置が前記遮光状態になることで前記光電変換部に保持された電荷を、前記第1期間に前記光電変換部で生成された電荷に基づく出力信号を前記第1出力部から出力し終わった後に前記第1電荷保持部に転送する。
請求項11に記載の撮像装置は、請求項2から請求項6までのいずれか一項に記載の撮像素子と、被写体に所定の変調光を投影する投影部を備え、前記第1読出部は、前記光電変換部が前記変調光の反射光の一部を光電変換して生成した電荷を前記第1電荷保持部に転送し、当該電荷に基づく出力信号を前記第1出力部から出力し、前記第2読出部は、前記光電変換部が前記変調光の反射光のうち、前記一部の残りを光電変換して生成した電荷を前記第2電荷保持部に転送し、当該電荷に基づく出力信号を前記第2出力部から出力し、前記第1出力部から出力された出力信号と、前記第2出力部から出力された出力信号とに基づき、前記被写体までの距離を算出する距離算出部を備える。
請求項12に記載の撮像素子は、入射光を光電変換して電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部に接続された第1および第2読出部とを有する画素を複数備え、前記第1読出部は、前記光電変換部から転送された電荷を保持する第1電荷保持部と、前記第1電荷保持部に保持された電荷に応じた出力信号を出力する第1出力部とを有し、前記第2読出部は、前記光電変換部から転送された電荷を保持する第2電荷保持部と、前記第2電荷保持部に保持された電荷に応じた出力信号を出力する第2出力部とを有する。
The image pickup device according to claim 1 includes a plurality of pixels each including a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light to generate a charge, and first and second readout units connected to the photoelectric conversion unit, A first reading unit configured to convert a charge transferred from the photoelectric conversion unit into a voltage; a first output unit configured to output an output signal corresponding to the voltage of the first charge voltage conversion unit; And the second reading unit outputs a second charge-voltage conversion unit that converts the charge transferred from the photoelectric conversion unit into a voltage, and an output signal corresponding to the voltage of the second charge-voltage conversion unit. And a second output unit.
An imaging device according to a seventh aspect creates a first display image based on the imaging element according to any one of the first to sixth aspects and an output signal output from the first output unit. And an image creating unit that creates a second display image based on an output signal output from the second output unit, and an image display unit that alternately displays the first display image and the second display image. Prepare.
An imaging apparatus according to an eighth aspect includes the imaging element according to any one of claims 2 to 6, an open state that does not block incident light on the imaging element, and an incidence on the imaging element. A shutter device capable of switching between a light blocking state and a light blocking state, wherein the first reading unit converts the charge generated by the photoelectric conversion unit during the first period in which the shutter device is in the open state into the first charge. Then, the output signal corresponding to the electric charge is output from the first output unit, and the second readout unit is configured to output a first signal that is not overlapped with the first period when the shutter device is in the open state. The charge generated by the photoelectric conversion unit in two periods is transferred to the second charge holding unit, and then an output signal corresponding to the charge is output from the second output unit, and the shutter device includes the shutter device. Is in the open state before The charge generated by the photoelectric conversion unit in the third period after the first period and the second period is switched to the light-shielding state and held in the photoelectric conversion unit, and the first reading unit is connected to the shutter device. After the output from the first output unit, the output signal based on the charge generated by the photoelectric conversion unit in the first period is output from the first output unit. Transfer to the first charge holding unit.
An imaging device according to an eleventh aspect includes the imaging element according to any one of the second to sixth aspects, and a projection unit that projects predetermined modulated light onto a subject, wherein the first reading unit includes: , The photoelectric conversion unit transfers the charge generated by photoelectrically converting a part of the reflected light of the modulated light to the first charge holding unit, and outputs an output signal based on the charge from the first output unit, The second reading unit transfers the charge generated by the photoelectric conversion unit photoelectrically converting the remaining part of the reflected light of the modulated light to the second charge holding unit, and outputs based on the charge A distance calculation unit that outputs a signal from the second output unit and calculates a distance to the subject based on the output signal output from the first output unit and the output signal output from the second output unit Is provided.
The image pickup device according to claim 12 includes a plurality of pixels each including a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light to generate charges, and first and second readout units connected to the photoelectric conversion unit, The first reading unit includes: a first charge holding unit that holds the charge transferred from the photoelectric conversion unit; and a first output unit that outputs an output signal corresponding to the charge held in the first charge holding unit. And the second readout unit outputs a second charge holding unit that holds the charge transferred from the photoelectric conversion unit and an output signal corresponding to the charge held in the second charge holding unit. And an output unit.

本発明の第1の実施の形態に係る撮像装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the imaging device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 撮像素子120の撮像面10を模式的に示す平面図である。2 is a plan view schematically showing an imaging surface 10 of an imaging element 120. FIG. 撮像画素20の回路図である。2 is a circuit diagram of an imaging pixel 20. FIG. 撮像面10上の撮像画素20を拡大した模式図である。3 is an enlarged schematic diagram of an imaging pixel 20 on the imaging surface 10. FIG. 撮像画素20の断面図およびポテンシャル図である。2 is a cross-sectional view and a potential diagram of an imaging pixel 20. FIG. ライブビュー動作のタイミングチャートである。It is a timing chart of live view operation. ライブビュー動作のタイミングチャートである。It is a timing chart of live view operation. 本撮影のタイミングチャートである。It is a timing chart of this imaging | photography. 本撮影のタイミングチャートである。It is a timing chart of this imaging | photography. ライブビュー動作のタイミングチャートである。It is a timing chart of live view operation. ライブビュー動作のタイミングチャートである。It is a timing chart of live view operation. 本撮影のタイミングチャートである。It is a timing chart of this imaging | photography. 本撮影のタイミングチャートである。It is a timing chart of this imaging | photography. 露出オートブラケッティング撮影動作のタイミングチャートである。It is a timing chart of exposure auto bracketing photographing operation. ハイダイナミックレンジ合成の露光時間を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the exposure time of high dynamic range composition. 本発明の第4の実施の形態に係る撮像装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the imaging device which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 測距動作のタイミングチャートである。It is a timing chart of ranging operation.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る撮像装置の構成を示す模式図である。撮像装置100は、結像光学系110と、撮像素子120と、制御回路130と、メカニカルシャッター140と、表示装置150と、記録媒体160とを有している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention. The imaging device 100 includes an imaging optical system 110, an imaging element 120, a control circuit 130, a mechanical shutter 140, a display device 150, and a recording medium 160.

結像光学系110は、撮像素子120の撮像面に被写体像を結像させる。制御回路130は、撮像装置100の全体を制御する。メカニカルシャッター140は、いわゆるフォーカルプレーンシャッターであり、撮像素子120の撮像面近傍に設けられている。表示装置150は、例えば液晶ディスプレイ等の表示装置である。記録媒体160は、例えばメモリカード等の可搬性の記録媒体である。   The imaging optical system 110 forms a subject image on the imaging surface of the image sensor 120. The control circuit 130 controls the entire imaging apparatus 100. The mechanical shutter 140 is a so-called focal plane shutter, and is provided in the vicinity of the imaging surface of the imaging device 120. The display device 150 is a display device such as a liquid crystal display. The recording medium 160 is a portable recording medium such as a memory card.

図2は、撮像素子120の撮像面10を模式的に示す平面図である。撮像面10には、複数の撮像画素20が二次元状に多数配列されている。撮像画素20は、それぞれ赤(R)、緑(G)、青(B)のいずれかの色成分に対応している。例えば赤(R)の色成分に対応する撮像画素20は、入射光のうち赤の色成分の光を光電変換した光電変換信号(撮像信号)を出力する。これら3種類の撮像画素20は、いわゆるベイヤー配列を成している。   FIG. 2 is a plan view schematically showing the imaging surface 10 of the imaging device 120. A large number of imaging pixels 20 are two-dimensionally arranged on the imaging surface 10. The imaging pixel 20 corresponds to any one of red (R), green (G), and blue (B) color components, respectively. For example, the imaging pixel 20 corresponding to the red (R) color component outputs a photoelectric conversion signal (imaging signal) obtained by photoelectrically converting light of the red color component in the incident light. These three types of imaging pixels 20 form a so-called Bayer array.

制御回路130は、記録用画像を撮影する場合(いわゆる本撮影時)には、全ての撮像画素から撮像信号を読み出す。これに対し、ライブビュー用画像を撮影する場合には、制御回路130は、表示装置150の表示画素数に合わせて、撮像画素20の間引き読み出しを行う。つまり、全ての撮像画素20から撮像信号を読み出すのではなく、表示装置150の表示画素数に合わせて、例えば3行おきの撮像画素20からのみ撮像信号を読み出す(3行のうち1行のみを読み出し残りの2行は飛ばす)。   The control circuit 130 reads out the image pickup signal from all of the image pickup pixels when taking a recording image (so-called main image pickup). On the other hand, when shooting an image for live view, the control circuit 130 performs thinning readout of the imaging pixel 20 in accordance with the number of display pixels of the display device 150. In other words, the imaging signals are not read from all the imaging pixels 20, but the imaging signals are read only from the imaging pixels 20 every three rows, for example, according to the number of display pixels of the display device 150 (only one row of the three rows is read). The remaining two lines are skipped).

次に、図3〜図5を参照して、撮像画素20の構成について詳述する。図3は、撮像画素20の回路図である。撮像画素20は、光電変換部PDと、第1読出部21と、第2読出部22と、リセットトランジスタRとを有する。   Next, the configuration of the imaging pixel 20 will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 3 is a circuit diagram of the imaging pixel 20. The imaging pixel 20 includes a photoelectric conversion unit PD, a first reading unit 21, a second reading unit 22, and a reset transistor R.

光電変換部PDは、フォトダイオードであり、入射光を光電変換して電荷を生成する。撮像画素20には、不図示のマイクロレンズが設けられており、撮像画素20への入射光はマイクロレンズによって光電変換部PDに集光される。光電変換部PDのカソード端子には、第1読出部21と第2読出部22とが並列に接続されている。   The photoelectric conversion unit PD is a photodiode, and generates charges by photoelectrically converting incident light. The imaging pixel 20 is provided with a microlens (not shown), and incident light on the imaging pixel 20 is condensed on the photoelectric conversion unit PD by the microlens. The first reading unit 21 and the second reading unit 22 are connected in parallel to the cathode terminal of the photoelectric conversion unit PD.

第1読出部21は、第1電荷保持部SG1と、第1転送トランジスタTX1と、第1電荷電圧変換部FD1と、第1増幅トランジスタSF1と、第1出力トランジスタS1と、第1出力部23とを有する。第1出力トランジスタS1と第1出力部23との間には、第1定電流源25が接続されている。この第1定電流源25は、1列ごとに1つ存在し、1つの列に存在する全行分の撮像画素20について並列に接続されている。   The first reading unit 21 includes a first charge holding unit SG1, a first transfer transistor TX1, a first charge voltage conversion unit FD1, a first amplification transistor SF1, a first output transistor S1, and a first output unit 23. And have. A first constant current source 25 is connected between the first output transistor S 1 and the first output unit 23. One first constant current source 25 exists for each column, and the imaging pixels 20 for all rows existing in one column are connected in parallel.

第1電荷保持部SG1は、N型のMOSFETである。詳細は後述するが、第1電荷保持部SG1は、光電変換部PDで生成された電荷を一時的に保持できるよう、大きな容量を有している。第1転送トランジスタTX1は、N型のMOSFETであり、第1電荷保持部SG1に保持されている電荷を、第1電荷電圧変換部FD1に転送する機能を有する。   The first charge holding unit SG1 is an N-type MOSFET. Although details will be described later, the first charge holding unit SG1 has a large capacity so that the charge generated by the photoelectric conversion unit PD can be temporarily held. The first transfer transistor TX1 is an N-type MOSFET and has a function of transferring the charge held in the first charge holding unit SG1 to the first charge voltage conversion unit FD1.

第1電荷電圧変換部FD1は、いわゆるフローティングディフュージョンであり、第1転送トランジスタTX1によって第1電荷保持部SG1から転送された電荷を一時的に保持することで、第1電荷保持部SG1に保持されていた電荷量に応じた電位をとる。つまり、第1電荷保持部SG1に保持されていた電荷を、電圧に変換する。第1増幅トランジスタSF1は、N型のMOSFETであり、第1電荷電圧変換部FD1に保持されている電荷量(第1電荷電圧変換部FD1の電位)に応じた出力信号を第1出力トランジスタS1に出力する。第1出力トランジスタS1は、N型のMOSFETであり、第1増幅トランジスタSF1から出力された出力信号を第1出力部23に出力する。つまり第1出力部23には、第1電荷電圧変換部FD1に保持されている電荷量に応じた出力信号が出力される。   The first charge voltage conversion unit FD1 is a so-called floating diffusion, and is held in the first charge holding unit SG1 by temporarily holding the charge transferred from the first charge holding unit SG1 by the first transfer transistor TX1. A potential corresponding to the amount of charge that has been stored is taken. That is, the charge held in the first charge holding unit SG1 is converted into a voltage. The first amplification transistor SF1 is an N-type MOSFET, and outputs an output signal corresponding to the amount of charge held in the first charge-voltage conversion unit FD1 (the potential of the first charge-voltage conversion unit FD1) to the first output transistor S1. Output to. The first output transistor S <b> 1 is an N-type MOSFET, and outputs the output signal output from the first amplification transistor SF <b> 1 to the first output unit 23. That is, the first output unit 23 outputs an output signal corresponding to the amount of charge held in the first charge-voltage conversion unit FD1.

第1電荷保持部SG1のドレイン端子は、光電変換部PDのカソード端子に接続されている。第1電荷保持部SG1のソース端子は、第1転送トランジスタTX1のドレイン端子に接続されている。第1転送トランジスタTX1のソース端子は、リセットトランジスタRのソース端子と、第1増幅トランジスタSF1のゲート端子と、第1電荷電圧変換部FD1に接続されている。リセットトランジスタRのドレイン端子と、第1増幅トランジスタSF1のドレイン端子は、電源VDDに接続されている。第1増幅トランジスタSF1のソース端子は、第1出力トランジスタS1のドレイン端子に接続されている。第1出力トランジスタS1のソース端子は、第1定電流源25の出力端子と、第1出力部23に接続されている。残りの端子、すなわち第1電荷保持部SG1のゲート端子と、第1転送トランジスタTX1のゲート端子と、第1出力トランジスタS1のゲート端子は、それぞれ不図示の走査回路に接続され、不図示の走査回路により制御される。   The drain terminal of the first charge holding unit SG1 is connected to the cathode terminal of the photoelectric conversion unit PD. The source terminal of the first charge holding unit SG1 is connected to the drain terminal of the first transfer transistor TX1. The source terminal of the first transfer transistor TX1 is connected to the source terminal of the reset transistor R, the gate terminal of the first amplification transistor SF1, and the first charge / voltage converter FD1. The drain terminal of the reset transistor R and the drain terminal of the first amplification transistor SF1 are connected to the power supply VDD. The source terminal of the first amplification transistor SF1 is connected to the drain terminal of the first output transistor S1. The source terminal of the first output transistor S <b> 1 is connected to the output terminal of the first constant current source 25 and the first output unit 23. The remaining terminals, that is, the gate terminal of the first charge holding unit SG1, the gate terminal of the first transfer transistor TX1, and the gate terminal of the first output transistor S1 are connected to a scanning circuit (not shown), respectively. Controlled by a circuit.

なお、以下の説明では、本来は撮像素子120内の走査回路により行われる制御動作を、便宜上、制御回路130により行われるものとして説明している。以下の説明において制御回路130により行われるものとして説明される種々の動作は、撮像素子120内の回路(例えば不図示の走査回路)によって行うようにしてもよいし、撮像素子120外の回路(例えば制御回路130やそれ以外の回路)によって行うようにしてもよい。   In the following description, the control operation originally performed by the scanning circuit in the image sensor 120 is described as being performed by the control circuit 130 for convenience. In the following description, various operations described as being performed by the control circuit 130 may be performed by a circuit in the image sensor 120 (for example, a scanning circuit (not shown)), or a circuit outside the image sensor 120 ( For example, the control circuit 130 or other circuits may be used.

第2読出部22は、第2電荷保持部SG2と、第2転送トランジスタTX2と、第2電荷電圧変換部FD2と、第2増幅トランジスタSF2と、第2出力トランジスタS2と、第2出力部24とを有する。第2出力トランジスタS2と第2出力部24との間には、第2定電流源26が接続されている。この第2定電流源26は、1列につき1つ存在し、1つの列に存在する全行分の撮像画素20について並列に接続されている。これらの各部は、第1読出部21と同一であるため説明を省略する。リセットトランジスタRは、N型のMOSFETであり、光電変換部PD、第1電荷保持部SG1、第2電荷保持部SG2、第1電荷電圧変換部FD1、第2電荷電圧変換部FD2をリセットする機能を有する。   The second readout unit 22 includes a second charge holding unit SG2, a second transfer transistor TX2, a second charge voltage conversion unit FD2, a second amplification transistor SF2, a second output transistor S2, and a second output unit 24. And have. A second constant current source 26 is connected between the second output transistor S2 and the second output unit 24. One second constant current source 26 exists for each column, and is connected in parallel for the imaging pixels 20 for all rows existing in one column. Since each of these units is the same as the first reading unit 21, a description thereof will be omitted. The reset transistor R is an N-type MOSFET and has a function of resetting the photoelectric conversion unit PD, the first charge holding unit SG1, the second charge holding unit SG2, the first charge voltage conversion unit FD1, and the second charge voltage conversion unit FD2. Have

図4は、撮像面10上の撮像画素20を拡大した模式図である。光電変換部PDは、撮像画素20の右上隅に配置されており、生成した電荷を一定程度保持できるよう、撮像画素20全体に対して比較的大きな面積を占めている。第1読出部21と、第2読出部22は、それぞれ光電変換部PDの下側および左側に配置される。   FIG. 4 is an enlarged schematic diagram of the imaging pixel 20 on the imaging surface 10. The photoelectric conversion unit PD is disposed in the upper right corner of the imaging pixel 20 and occupies a relatively large area with respect to the entire imaging pixel 20 so that the generated charges can be held to a certain degree. The first reading unit 21 and the second reading unit 22 are disposed on the lower side and the left side of the photoelectric conversion unit PD, respectively.

第1電荷保持部SG1および第2電荷保持部SG2は、それぞれ光電変換部PDの下端および左端に隣接して配置される。第1電荷保持部SG1および第2電荷保持部SG2は、光電変換部PDにおいて生成された電荷を保持できるよう、比較的大きな静電容量(例えば、光電変換部PDよりも大きな静電容量)を持たせる必要がある。そのため、第1電荷保持部SG1および第2電荷保持部SG2は、光電変換部PDに近い面積を有している。なお、第1電荷電圧変換部FD1および第2電荷電圧変換部FD2は、第1電荷保持部SG1および第2電荷保持部SG2よりも更に大きな静電容量を有している。   The first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2 are disposed adjacent to the lower end and the left end of the photoelectric conversion unit PD, respectively. The first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2 have a relatively large capacitance (for example, a larger capacitance than the photoelectric conversion unit PD) so as to hold the charge generated in the photoelectric conversion unit PD. It is necessary to have it. Therefore, the first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2 have an area close to the photoelectric conversion unit PD. The first charge voltage conversion unit FD1 and the second charge voltage conversion unit FD2 have a larger capacitance than the first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2.

撮像画素20全体のうち、残りの約4分の1程度の面積の領域に、残りの部分、すなわち、第1転送トランジスタTX1、第2転送トランジスタTX2、第1電荷電圧変換部FD1、第2電荷電圧変換部FD2、第1増幅トランジスタSF1、第2増幅トランジスタSF2、第1出力トランジスタS1、第2出力トランジスタS2、リセットトランジスタRが配置される。   The remaining area, that is, the first transfer transistor TX1, the second transfer transistor TX2, the first charge voltage conversion unit FD1, and the second charge are formed in the remaining area of about one-fourth of the entire imaging pixel 20. A voltage conversion unit FD2, a first amplification transistor SF1, a second amplification transistor SF2, a first output transistor S1, a second output transistor S2, and a reset transistor R are arranged.

図5(a)は、図3のA−A’断面を模式的に示す図であり、図5(b)はそのポテンシャル図である。図5(a)に示すように、光電変換部PDは、受光面側(絶縁膜30側)のp+型領域31と、基板側のn型領域32とにより構成されている。   FIG. 5A is a diagram schematically showing the A-A ′ section of FIG. 3, and FIG. 5B is a potential diagram thereof. As shown in FIG. 5A, the photoelectric conversion unit PD includes a p + type region 31 on the light receiving surface side (insulating film 30 side) and an n type region 32 on the substrate side.

第1電荷保持部SG1は、絶縁膜30上に形成されたゲート33と、絶縁膜30下に形成されたn−型領域34およびn型領域35とにより構成されている。第1電荷保持部SG1の面積の大部分にはn型領域35が形成されており、n−型領域34は、光電変換部PDと隣接する一部のみに形成されている。なお、図5(a)では省略しているが、ゲート33の表面を金属等によって形成された遮光層で覆い、光漏れを防止することが望ましい。   The first charge holding unit SG <b> 1 includes a gate 33 formed on the insulating film 30, and an n − type region 34 and an n type region 35 formed under the insulating film 30. An n-type region 35 is formed in most of the area of the first charge holding unit SG1, and the n − -type region 34 is formed only in a part adjacent to the photoelectric conversion unit PD. Although not shown in FIG. 5A, it is desirable to cover the surface of the gate 33 with a light shielding layer formed of metal or the like to prevent light leakage.

第1転送トランジスタTX1は、絶縁膜30上に形成されたゲート36と、絶縁膜30下に形成されたn型領域37とにより構成されている。第1電荷保持部SG1と第1転送トランジスタTX1との間にはn−型領域38が形成されている。第1転送トランジスタTX1に隣接する第1電荷電圧変換部FD1は、絶縁膜30下に形成されたn+型領域39により構成される。その隣にはリセットトランジスタRとして機能するゲート40がある。ゲート40、すなわちリセットトランジスタRのゲート端子に所定レベル以上の電圧が印加されると、第1電荷電圧変換部FD1であるn+型領域39から、ゲート40の反対側に形成されているn+型領域41に電流が流れる。   The first transfer transistor TX1 includes a gate 36 formed on the insulating film 30 and an n-type region 37 formed under the insulating film 30. An n − type region 38 is formed between the first charge holding unit SG1 and the first transfer transistor TX1. The first charge-voltage conversion unit FD1 adjacent to the first transfer transistor TX1 is configured by an n + type region 39 formed under the insulating film 30. Next to that is a gate 40 which functions as a reset transistor R. When a voltage of a predetermined level or higher is applied to the gate 40, that is, the gate terminal of the reset transistor R, the n + type region formed on the opposite side of the gate 40 from the n + type region 39 which is the first charge voltage conversion unit FD1. A current flows through 41.

次に、図5(b)のポテンシャル図を用いて、これら各部の動作について説明する。なお、図5(b)のポテンシャル図では、紙面下側ほど電位が高くなっている。   Next, the operation of each part will be described with reference to the potential diagram of FIG. Note that in the potential diagram of FIG. 5B, the lower the paper surface, the higher the potential.

第1電荷保持部SG1のゲート33には、所定のハイ(H)レベルの電圧か、所定のロー(L)レベルの電圧が印加される。第1電荷保持部SG1のゲート33にLレベルの電圧が印加されている場合、第1電荷保持部SG1のn−型領域34の電位は、光電変換部PDのn型領域32の電位よりも低いため、光電変換部PDにおいて生成された電荷は、光電変換部PDのn型領域32に蓄積される。第1電荷保持部SG1のゲート33にHレベルの電圧が印加されると、第1電荷保持部SG1のn−型領域34およびn型領域35の電位は光電変換部PDのn型領域32の電位よりも高くなるので、光電変換部PDのn型領域32に蓄積されていた電荷は、第1電荷保持部SG1のn型領域35に転送される。   A predetermined high (H) level voltage or a predetermined low (L) level voltage is applied to the gate 33 of the first charge holding unit SG1. When an L level voltage is applied to the gate 33 of the first charge holding unit SG1, the potential of the n − type region 34 of the first charge holding unit SG1 is higher than the potential of the n type region 32 of the photoelectric conversion unit PD. Since it is low, the charge generated in the photoelectric conversion unit PD is accumulated in the n-type region 32 of the photoelectric conversion unit PD. When an H level voltage is applied to the gate 33 of the first charge holding unit SG1, the potentials of the n − type region 34 and the n type region 35 of the first charge holding unit SG1 are changed in the n type region 32 of the photoelectric conversion unit PD. Since the potential is higher than the potential, the charges accumulated in the n-type region 32 of the photoelectric conversion unit PD are transferred to the n-type region 35 of the first charge holding unit SG1.

第1転送トランジスタTX1のゲート36にLレベルの電圧が印加されている場合、第1電荷保持部SG1のn型領域35の電位は、第1転送トランジスタTX1のn型領域37の電位よりも高くなるので、第1電荷保持部SG1のn型領域35に転送された電荷は、第1電荷保持部SG1のn型領域35に保持される。   When an L level voltage is applied to the gate 36 of the first transfer transistor TX1, the potential of the n-type region 35 of the first charge holding unit SG1 is higher than the potential of the n-type region 37 of the first transfer transistor TX1. Therefore, the charges transferred to the n-type region 35 of the first charge holding unit SG1 are held in the n-type region 35 of the first charge holding unit SG1.

第1電荷保持部SG1のゲート33にLレベルの電圧が印加されているときに、第1転送トランジスタTX1のゲート36にHレベルの電圧が印加されると、第1転送トランジスタTX1のn型領域37の電位は、第1電荷保持部SG1のn型領域35の電位よりも高くなる。これにより、第1電荷保持部SG1のn型領域35に保持されていた電荷は、第1電荷電圧変換部FD1に転送される。第1電荷電圧変換部FD1の電位は、転送された電荷量に応じて決定される。このとき、第1出力トランジスタS1のゲートにHレベルの電圧を印加すると、第1出力部23には、第1電荷電圧変換部FD1が保持している電荷量(第1電荷電圧変換部FD1の電位)に応じた大きさの出力信号が現れる。   When an H level voltage is applied to the gate 36 of the first transfer transistor TX1 when an L level voltage is applied to the gate 33 of the first charge holding unit SG1, the n-type region of the first transfer transistor TX1 is applied. The potential of 37 is higher than the potential of the n-type region 35 of the first charge holding unit SG1. As a result, the charges held in the n-type region 35 of the first charge holding unit SG1 are transferred to the first charge-voltage conversion unit FD1. The potential of the first charge-voltage conversion unit FD1 is determined according to the transferred charge amount. At this time, when an H level voltage is applied to the gate of the first output transistor S1, the amount of charge held by the first charge voltage conversion unit FD1 (of the first charge voltage conversion unit FD1) is supplied to the first output unit 23. An output signal having a magnitude corresponding to (potential) appears.

以上のように構成された撮像画素20は、光電変換部PDにより生成された電荷を一時的に保持する、第1電荷保持部SG1と第2電荷保持部SG2とを有している。従って、いわゆるグローバルシャッタ動作を行う際に、3枚分の撮影画像に相当する電荷を同時に保持することが可能である。ここでグローバルシャッタ動作とは、光電変換部PDによる電荷の生成開始(すなわちシャッタ開動作)と、電荷の生成終了(すなわちシャッタ閉動作)との両方を、全ての撮像画素20において同時に行う動作を指す。   The imaging pixel 20 configured as described above includes a first charge holding unit SG1 and a second charge holding unit SG2 that temporarily hold the charge generated by the photoelectric conversion unit PD. Therefore, when performing a so-called global shutter operation, it is possible to simultaneously hold charges corresponding to three captured images. Here, the global shutter operation is an operation in which all of the imaging pixels 20 perform both the start of charge generation (that is, shutter opening operation) and the end of charge generation (that is, shutter close operation) by the photoelectric conversion unit PD. Point to.

以下、3枚分の撮影画像に相当する電荷を同時に保持する方法について具体的に説明する。なお、以下ではメカニカルシャッター140を構成に含めずに説明する。まず、1回目のグローバルシャッタ動作の完了時、全ての撮像画素20において、光電変換部PDに蓄積されている電荷を第1電荷保持部SG1に転送する。以下の説明では、この動作をグローバル転送と称する。次に、全ての撮像画素20の第1電荷保持部SG1から出力信号を読み出し終わる前に、更に2回目のグローバルシャッタ動作を行う。2回目のグローバルシャッタ動作において光電変換部PDで生成された電荷は、グローバル転送により第2電荷保持部SG2に転送する。その後、全ての撮像画素20の第1電荷保持部SG1および第2電荷保持部SG2から出力信号を読み出し終わる前、すなわち、第1電荷保持部SG1と第2電荷保持部SG2が共に転送された電荷を保持している間に、更に3回目のグローバルシャッタ動作を行う。この3回目のグローバルシャッタ動作により光電変換部PDが生成した電荷は、光電変換部PDに保持することができる。以上のように、撮像画素20は、3枚分の撮影画像に相当する電荷を、それぞれ、第1電荷保持部SG1と、第2電荷保持部SG2と、光電変換部PDの3カ所に同時に保持することが可能である。   Hereinafter, a method for simultaneously holding charges corresponding to three captured images will be described in detail. In the following description, the mechanical shutter 140 is not included in the configuration. First, when the first global shutter operation is completed, the charges accumulated in the photoelectric conversion units PD in all the imaging pixels 20 are transferred to the first charge holding unit SG1. In the following description, this operation is referred to as global transfer. Next, a second global shutter operation is performed before the output signals are read from the first charge holding units SG1 of all the imaging pixels 20. The charges generated by the photoelectric conversion unit PD in the second global shutter operation are transferred to the second charge holding unit SG2 by global transfer. Thereafter, before the output signals are read out from the first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2 of all the imaging pixels 20, that is, the charges transferred together by the first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2. While holding, a third global shutter operation is performed. The charge generated by the photoelectric conversion unit PD by the third global shutter operation can be held in the photoelectric conversion unit PD. As described above, the imaging pixel 20 simultaneously holds the charges corresponding to the three captured images at the three locations of the first charge holding unit SG1, the second charge holding unit SG2, and the photoelectric conversion unit PD, respectively. Is possible.

次に、撮像装置100のライブビュー機能について説明する。図6は、ライブビュー動作のタイミングチャートである。なお、以下に説明するライブビュー動作において、「ライブビュー画像の作成に用いられる全ての撮像画素20」とは、間引き読み出しの対象となる撮像画素20を意味する。つまり、間引き読み出しを行う場合、ライブビュー画像に関与しない撮像画素20が存在することになるが、そのような撮像画素20は以下の処理から除外されている。   Next, the live view function of the imaging apparatus 100 will be described. FIG. 6 is a timing chart of the live view operation. In the live view operation described below, “all the imaging pixels 20 used for creating the live view image” means the imaging pixels 20 to be subjected to thinning readout. That is, when thinning readout is performed, there are imaging pixels 20 that are not involved in the live view image, but such imaging pixels 20 are excluded from the following processing.

制御回路130は、まず時刻t1に、ライブビュー画像の作成に用いられる全ての撮像画素20において、光電変換部PDと第1電荷保持部SG1と第2電荷保持部SG2とを同時にリセットする(シャッタ開動作に相当)。制御回路130は、その後の時刻t2に、ライブビュー画像の作成に用いられる全ての撮像画素20において、光電変換部PDの電荷を第1電荷保持部SG1に同時に転送する(シャッタ閉動作、兼、グローバル転送、兼、次の撮像におけるシャッタ開動作に相当)。   First, at time t1, the control circuit 130 simultaneously resets the photoelectric conversion unit PD, the first charge holding unit SG1, and the second charge holding unit SG2 in all the imaging pixels 20 used for creating the live view image (shutter). Equivalent to opening operation). At subsequent time t2, the control circuit 130 simultaneously transfers the charge of the photoelectric conversion unit PD to the first charge holding unit SG1 in all the imaging pixels 20 used for creating the live view image (shutter closing operation, Global transfer, equivalent to the shutter opening operation in the next imaging).

ここで転送される電荷は、時刻t1から時刻t2までの期間に光電変換部PDが光電変換により生成したものである。つまり、時刻t1から時刻t2までの期間を露光時間とした撮像信号に相当する。換言すると、以上の動作は、時刻t1にシャッタ開を行い、時刻t2にシャッタ閉を行ったグローバルシャッタ動作に相当する。   The charge transferred here is generated by photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit PD during a period from time t1 to time t2. That is, it corresponds to an imaging signal in which a period from time t1 to time t2 is an exposure time. In other words, the above operation corresponds to a global shutter operation in which the shutter is opened at time t1 and the shutter is closed at time t2.

制御回路130は、その後、1行目の撮像画素20の第1読出部21から順に、行毎に撮像信号を読み出す。全ての行から撮像信号を読み出し終わると、制御回路130は、読み出した撮像信号に基づくライブビュー画像を作成して表示装置150に表示する。   Thereafter, the control circuit 130 reads out the imaging signal for each row in order from the first reading unit 21 of the imaging pixels 20 in the first row. When the readout of the imaging signals from all rows is completed, the control circuit 130 creates a live view image based on the readout imaging signals and displays it on the display device 150.

読み出し対象となる全ての行からの撮像信号の読み出しには、読み出し時間T1を要することになる。例えば第1読出部21から読み出した撮像信号に基づき、60fpsでライブビュー画像の表示を行いたい場合には、この読み出し時間T1を60分の1秒以下にする必要がある。   The readout time T1 is required to read out the imaging signals from all the rows to be read out. For example, when it is desired to display a live view image at 60 fps based on the imaging signal read from the first reading unit 21, the reading time T1 needs to be 1/60 second or less.

時刻t2から読み出し時間T1だけ後の時刻t4に、制御回路130は、再び、ライブビュー画像の作成に用いられる全ての撮像画素20において、光電変換部PDの電荷を第1電荷保持部SG1に同時に転送する(シャッタ閉動作、兼、グローバル転送、兼、次の撮像におけるシャッタ開動作に相当)。制御回路130は、その後、1行目の撮像画素20の第1読出部21から順に、行毎に撮像信号を読み出してライブビュー画像の作成および表示を行う。   At time t4 after the read time T1 from time t2, the control circuit 130 again simultaneously charges the photoelectric conversion unit PD to the first charge holding unit SG1 in all the imaging pixels 20 used for creating the live view image. Transfer (shutter closing operation, global transfer, equivalent to shutter opening operation in next imaging). Thereafter, the control circuit 130 reads out the imaging signal for each row in order from the first reading unit 21 of the imaging pixel 20 in the first row, and creates and displays a live view image.

制御回路130は、以上の動作を読み出し時間T1ごとに繰り返し行う。これにより、第1読出部21から読み出された撮像信号に基づくライブビュー画像が、例えば60分の1秒ごとに作成および表示される。   The control circuit 130 repeats the above operation every read time T1. Thereby, a live view image based on the imaging signal read from the first reading unit 21 is created and displayed, for example, every 1/60 second.

以上の動作と並行して、制御回路130は、時刻t2から読み出し時間T1の半分だけ後の時刻t3に、ライブビュー画像の作成に用いられる全ての撮像画素20において、光電変換部PDの電荷を第2電荷保持部SG2に同時に転送する(シャッタ閉動作、兼、グローバル転送、兼、次の撮像におけるシャッタ開動作に相当)。ここで転送される電荷は、時刻t2から時刻t3までの期間に光電変換部PDが光電変換により生成したものである。つまり、時刻t2から時刻t3までの期間を露光時間とした撮像信号に相当する。換言すると、以上の動作は、時刻t2にシャッタ開を行い、時刻t3にシャッタ閉を行ったグローバルシャッタ動作に相当する。   In parallel with the above operation, the control circuit 130 charges the photoelectric conversion unit PD in all the imaging pixels 20 used for creating the live view image at time t3 after half of the readout time T1 from time t2. Transfer to the second charge holding unit SG2 at the same time (shutter closing operation, global transfer, equivalent to shutter opening operation in the next imaging). The charge transferred here is generated by photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit PD during a period from time t2 to time t3. That is, it corresponds to an imaging signal in which a period from time t2 to time t3 is an exposure time. In other words, the above operation corresponds to a global shutter operation in which the shutter is opened at time t2 and the shutter is closed at time t3.

制御回路130は、その後、1行目の撮像画素20の第2読出部22から順に、行毎に撮像信号を読み出す。全ての行から撮像信号を読み出し終わると、制御回路130は、読み出した撮像信号に基づくライブビュー画像を作成して表示装置150に表示する。   Thereafter, the control circuit 130 reads out the imaging signal for each row in order from the second reading unit 22 of the imaging pixel 20 in the first row. When the readout of the imaging signals from all rows is completed, the control circuit 130 creates a live view image based on the readout imaging signals and displays it on the display device 150.

制御回路130は、以上の動作を読み出し時間T1ごとに繰り返し行う。これにより、第2読出部22から読み出された撮像信号に基づくライブビュー画像が、例えば60分の1秒ごとに作成および表示される。   The control circuit 130 repeats the above operation every read time T1. Thereby, a live view image based on the imaging signal read from the second reading unit 22 is created and displayed every 1/60 second, for example.

以上のように、制御回路130は、第1読出部21からの撮像信号の読み出し並びにライブビュー画像の作成および表示と、第2読出部22からの撮像信号の読み出し並びにライブビュー画像の作成および表示とを、半周期だけずれたタイミングで並行して行う。従って、ライブビュー画像は、第1読出部21および第2読出部22の一方のみを用いて行う場合の倍のフレームレートで表示されることになる。   As described above, the control circuit 130 reads the imaging signal from the first reading unit 21 and creates and displays the live view image, and reads the imaging signal from the second reading unit 22 and creates and displays the live view image. Are performed in parallel at a timing shifted by a half cycle. Accordingly, the live view image is displayed at a frame rate that is double that of the case where only one of the first reading unit 21 and the second reading unit 22 is used.

また、ライブビュー表示の開始時を除き、光電変換部PDのリセットは行われていない。つまり、ライブビュー表示中に光電変換部PDで生成された全ての電荷を、余すところなく利用していると言える。   Further, the photoelectric conversion unit PD is not reset except at the start of live view display. That is, it can be said that all the charges generated by the photoelectric conversion unit PD during the live view display are fully used.

図7は、ある1つの撮像画素20に注目したライブビュー動作のタイミングチャートである。制御回路130は、まず時刻t11に、第1電荷保持部SG1と第2電荷保持部SG2と第1転送トランジスタTX1と第2転送トランジスタTX2とリセットトランジスタRとをオンオフする(ゲートに印加する電圧をHレベルとLレベルとで切り替える)ことにより、光電変換部PDと第1電荷保持部SG1と第2電荷保持部SG2とを同時にリセットする。その後の時刻t12に、制御回路130は、第1電荷保持部SG1をオンオフすることにより、光電変換部PDから第1電荷保持部SG1に電荷を転送する。なお、図7に図示した通り、第1転送トランジスタTX1と第2転送トランジスタTX2とリセットトランジスタRとをオフするタイミングは、第1電荷保持部SG1および第2電荷保持部SG2をオフするタイミングよりも遅らせることが望ましい。   FIG. 7 is a timing chart of the live view operation focusing on one imaging pixel 20. First, at time t11, the control circuit 130 turns on and off the first charge holding unit SG1, the second charge holding unit SG2, the first transfer transistor TX1, the second transfer transistor TX2, and the reset transistor R (the voltage applied to the gate). By switching between H level and L level), the photoelectric conversion unit PD, the first charge holding unit SG1, and the second charge holding unit SG2 are simultaneously reset. At the subsequent time t12, the control circuit 130 transfers the charge from the photoelectric conversion unit PD to the first charge holding unit SG1 by turning on and off the first charge holding unit SG1. As shown in FIG. 7, the timing for turning off the first transfer transistor TX1, the second transfer transistor TX2, and the reset transistor R is higher than the timing for turning off the first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2. It is desirable to delay.

時刻t13に、制御回路130は、第1読出部21から撮像信号を読み出す。制御回路130は、まず第1出力トランジスタS1をオンする。そして、第1出力トランジスタS1をオンした状態のまま、リセットトランジスタRをオンオフし、その後、第1転送トランジスタTX1をオンオフする。これにより、第1電荷保持部SG1に保持されている電荷が、第1電荷電圧変換部FD1に転送され、その電荷量に応じた大きさの出力信号が、第1出力部23に出力される。その後、制御回路130は、第1出力トランジスタS1をオフする。   At time t <b> 13, the control circuit 130 reads the imaging signal from the first reading unit 21. The control circuit 130 first turns on the first output transistor S1. Then, the reset transistor R is turned on / off while the first output transistor S1 is turned on, and then the first transfer transistor TX1 is turned on / off. Thereby, the charge held in the first charge holding unit SG1 is transferred to the first charge voltage conversion unit FD1, and an output signal having a magnitude corresponding to the amount of the charge is output to the first output unit 23. . Thereafter, the control circuit 130 turns off the first output transistor S1.

時刻t13より後の時刻t14に、制御回路130は、第2電荷保持部SG2をオンオフすることにより、光電変換部PDから第2電荷保持部SG2に電荷を転送する。時刻t15に、制御回路130は、第2読出部22から撮像信号を読み出す。制御回路130は、まず第2出力トランジスタS2をオンする。そして、第2出力トランジスタS2をオンした状態のまま、リセットトランジスタRをオンオフし、その後、第2転送トランジスタTX2をオンオフする。これにより、第2電荷保持部SG2に保持されている電荷が、第2電荷電圧変換部FD2に転送され、その電荷量に応じた大きさの出力信号が、第2出力部24に出力される。その後、第2出力トランジスタS2をオフする。   At time t14 after time t13, the control circuit 130 transfers the charge from the photoelectric conversion unit PD to the second charge holding unit SG2 by turning on and off the second charge holding unit SG2. At time t <b> 15, the control circuit 130 reads the imaging signal from the second reading unit 22. The control circuit 130 first turns on the second output transistor S2. Then, the reset transistor R is turned on / off with the second output transistor S2 turned on, and then the second transfer transistor TX2 is turned on / off. As a result, the charge held in the second charge holding unit SG2 is transferred to the second charge voltage conversion unit FD2, and an output signal having a magnitude corresponding to the amount of the charge is output to the second output unit 24. . Thereafter, the second output transistor S2 is turned off.

制御回路130は、以上の動作を繰り返し行うことで、第1読出部21および第2読出部22から撮像信号を交互に読み出す。   The control circuit 130 reads the imaging signal alternately from the first reading unit 21 and the second reading unit 22 by repeatedly performing the above operation.

次に、ライブビュー動作中の本撮影(記録画像を作成するための撮影)について説明する。図8は、本撮影のタイミングチャートである。時刻t21において、所定の本撮影操作(例えばレリーズスイッチの全押し操作)が為されたものとする。   Next, main shooting (shooting for creating a recorded image) during the live view operation will be described. FIG. 8 is a timing chart of the actual photographing. Assume that a predetermined main photographing operation (for example, a full pressing operation of the release switch) is performed at time t21.

制御回路130は、時刻t23に現在実行している第1読出部21からの撮像信号の読み出しが終了すると、その直近の第2電荷保持部SG2への電荷転送が行われた時刻t22から所定の露光時間T2が経過した時刻t24に、全ての撮像画素20において、光電変換部PDの電荷を第1電荷保持部SG1に同時に転送する。   When the readout of the imaging signal from the first readout unit 21 currently being executed at time t23 is completed, the control circuit 130 performs a predetermined transfer from time t22 when the charge transfer to the nearest second charge holding unit SG2 is performed. At time t24 when the exposure time T2 has elapsed, in all the imaging pixels 20, the charges of the photoelectric conversion units PD are simultaneously transferred to the first charge holding unit SG1.

更に制御回路130は、時刻t24から所定の露光時間T3(露光時間T2とは異なる時間)が経過した時刻t25に、全ての撮像画素20において、光電変換部PDの電荷を第2電荷保持部SG2に同時に転送する。   Further, at time t25 when a predetermined exposure time T3 (a time different from the exposure time T2) has elapsed from time t24, the control circuit 130 transfers the charge of the photoelectric conversion unit PD to the second charge holding unit SG2 in all the imaging pixels 20. To the same time.

制御回路130は、その後、1行目の撮像画素20の第1読出部21から順に、行毎に撮像信号を読み出す。それと並行して、制御回路130は、1行目の撮像画素20の第2読出部22から順に、行毎に撮像信号を読み出す。これにより、撮像素子120からは、露光時間T2に対応する撮像信号と、露光時間T3に対応する撮像信号とが同時に得られる。   Thereafter, the control circuit 130 reads out the imaging signal for each row in order from the first reading unit 21 of the imaging pixels 20 in the first row. In parallel with this, the control circuit 130 reads out the imaging signal for each row in order from the second reading unit 22 of the imaging pixel 20 in the first row. Thereby, from the image sensor 120, an image signal corresponding to the exposure time T2 and an image signal corresponding to the exposure time T3 are obtained simultaneously.

全ての行から撮像信号を読み出し終わると、制御回路130は、読み出した撮像信号に基づく記録画像を作成して記録媒体160に記録する。例えば、第1読出部21から読み出した撮像信号に基づく第1記録画像と、第2読出部22から読み出した撮像信号に基づく第2記録画像とを記録媒体160に記録してもよいし、それら2つの撮像信号を合成して単一の記録画像を作成し記録媒体160に記録してもよい。記録画像の記録が終了すると、制御回路130は、図6の時刻t1からの動作を再度実行開始し、ライブビュー表示を再開する。   When reading of the imaging signals from all rows is completed, the control circuit 130 creates a recording image based on the readout imaging signals and records it on the recording medium 160. For example, the first recording image based on the imaging signal read from the first reading unit 21 and the second recording image based on the imaging signal read from the second reading unit 22 may be recorded on the recording medium 160, or A single recording image may be created by combining two imaging signals and recorded on the recording medium 160. When the recording of the recorded image is completed, the control circuit 130 starts executing the operation from the time t1 in FIG. 6 again, and resumes the live view display.

図9は、ある1つの撮像画素20に注目した本撮影のタイミングチャートである。時刻t31において、ライブビュー表示のため、光電変換部PDから第2電荷保持部SG2に電荷が転送されたものとする。制御回路130は、時刻t31から所定の露光時間T2が経過した時刻t32において、第1電荷保持部SG1をオンオフすることにより、光電変換部PDから第1電荷保持部SG1に電荷を転送する。制御回路130は、時刻t32から所定の露光時間T3が経過した時刻t33において、第2電荷保持部SG2をオンオフすることにより、光電変換部PDから第2電荷保持部SG2に電荷を転送する。   FIG. 9 is a timing chart of the main photographing focusing on one imaging pixel 20. At time t31, it is assumed that charges are transferred from the photoelectric conversion unit PD to the second charge holding unit SG2 for live view display. The control circuit 130 transfers the charge from the photoelectric conversion unit PD to the first charge holding unit SG1 by turning on and off the first charge holding unit SG1 at a time t32 when a predetermined exposure time T2 has elapsed from the time t31. The control circuit 130 transfers the charge from the photoelectric conversion unit PD to the second charge holding unit SG2 by turning on and off the second charge holding unit SG2 at a time t33 when a predetermined exposure time T3 has elapsed from the time t32.

その後の時刻t34に、制御回路130は、第1読出部21および第2読出部22から撮像信号を同時に読み出す。制御回路130は、まず第1出力トランジスタS1と第2出力トランジスタS2を同時にオンする。制御回路130は、第1出力トランジスタS1と第2出力トランジスタS2をオンした状態のまま、リセットトランジスタRをオンオフし、その後、第1転送トランジスタTX1と第2転送トランジスタTX2をオンオフする。これにより、第1電荷保持部SG1に保持されている電荷が第1電荷電圧変換部FD1に転送されると共に、第2電荷保持部SG2に保持されている電荷が第2電荷電圧変換部FD2に転送され、各々の電荷量に応じた大きさの出力信号が、第1出力部23と第2出力部24に出力される。制御回路130は、その後、第1出力トランジスタS1と第2出力トランジスタS2をオフする。   At subsequent time t <b> 34, the control circuit 130 simultaneously reads the imaging signal from the first reading unit 21 and the second reading unit 22. First, the control circuit 130 turns on the first output transistor S1 and the second output transistor S2 simultaneously. The control circuit 130 turns on and off the reset transistor R with the first output transistor S1 and the second output transistor S2 turned on, and then turns on and off the first transfer transistor TX1 and the second transfer transistor TX2. Thereby, the charge held in the first charge holding unit SG1 is transferred to the first charge voltage conversion unit FD1, and the charge held in the second charge holding unit SG2 is transferred to the second charge voltage conversion unit FD2. The transferred output signal having a magnitude corresponding to each charge amount is output to the first output unit 23 and the second output unit 24. Thereafter, the control circuit 130 turns off the first output transistor S1 and the second output transistor S2.

上述した第1の実施の形態による撮像装置によれば、次の作用効果が得られる。
(1)撮像素子120は、入射光を光電変換して電荷を生成する光電変換部PDと、光電変換部PDに接続された、第1読出部21および第2読出部22とを有する撮像画素20を複数備える。第1読出部21は、光電変換部PDから転送された電荷を一時的に保持する第1電荷保持部SG1と、第1電荷保持部SG1から転送された電荷を電圧に変換する第1電荷電圧変換部FD1と、第1電荷電圧変換部FD1の電圧に応じた出力信号を出力する第1出力部23とを有する。同様に、第2読出部22は、光電変換部PDから転送された電荷を一時的に保持する第2電荷保持部SG2と、第2電荷保持部SG2から転送された電荷を電圧に変換する第2電荷電圧変換部FD2と、第2電荷電圧変換部FD2の電圧に応じた出力信号を出力する第2出力部24とを有する。このようにしたので、フォトダイオード(光電変換部PD)で生じた電荷を有効利用することができる。
According to the imaging apparatus according to the first embodiment described above, the following operational effects can be obtained.
(1) The image sensor 120 includes a photoelectric conversion unit PD that photoelectrically converts incident light to generate charges, and an imaging pixel that includes a first reading unit 21 and a second reading unit 22 connected to the photoelectric conversion unit PD. A plurality of 20 are provided. The first reading unit 21 includes a first charge holding unit SG1 that temporarily holds the charge transferred from the photoelectric conversion unit PD, and a first charge voltage that converts the charge transferred from the first charge holding unit SG1 into a voltage. It has conversion part FD1, and the 1st output part 23 which outputs the output signal according to the voltage of 1st charge voltage conversion part FD1. Similarly, the second reading unit 22 temporarily holds the charge transferred from the photoelectric conversion unit PD, and the second charge holding unit SG2 that temporarily converts the charge transferred from the second charge holding unit SG2. A two-charge voltage conversion unit FD2, and a second output unit 24 that outputs an output signal corresponding to the voltage of the second charge-voltage conversion unit FD2. Since it did in this way, the electric charge which generate | occur | produced with the photodiode (photoelectric conversion part PD) can be used effectively.

(2)第1電荷電圧変換部FD1の静電容量は、第1電荷保持部SG1の静電容量よりも多い。同様に、第2電荷電圧変換部FD2の静電容量は、第2電荷保持部SG2の静電容量よりも多い。つまり、光電変換部PDで生成された電荷が転送されていく順に従って、静電容量が多くなっている。このようにしたので、光電変換部PDで生成された電荷を損なうことなく取り扱うことができる。 (2) The capacitance of the first charge voltage conversion unit FD1 is larger than the capacitance of the first charge holding unit SG1. Similarly, the capacitance of the second charge voltage conversion unit FD2 is larger than the capacitance of the second charge holding unit SG2. That is, the capacitance increases in the order in which the charges generated by the photoelectric conversion unit PD are transferred. Since it did in this way, it can handle, without impairing the electric charge produced | generated by photoelectric conversion part PD.

(3)第1読出部21は、第2電荷保持部SG2に光電変換部PDから電荷が転送された第1時刻から、当該電荷に対応する出力信号が第2出力部24から出力される第2時刻までの期間内に光電変換部PDで生成された電荷を、第1電荷保持部SG1に転送する。第2読出部22は、第1電荷保持部SG1に光電変換部PDから電荷が転送された第3時刻から、当該電荷に対応する出力信号が第1出力部23から出力される第4時刻までの期間内に光電変換部PDで生成された電荷を、第2電荷保持部SG2に転送する。このようにしたので、一方の読出部において読み出し動作が行われている間に光電変換部PDで生成された電荷を廃棄することなく、他方の読出部に転送して活用することができる。 (3) The first reading unit 21 outputs the output signal corresponding to the charge from the second output unit 24 from the first time when the charge is transferred from the photoelectric conversion unit PD to the second charge holding unit SG2. Charges generated by the photoelectric conversion unit PD within a period of up to two times are transferred to the first charge holding unit SG1. The second reading unit 22 starts from the third time when the charge is transferred from the photoelectric conversion unit PD to the first charge holding unit SG1 to the fourth time when the output signal corresponding to the charge is output from the first output unit 23. The charge generated by the photoelectric conversion unit PD within the period is transferred to the second charge holding unit SG2. Since it did in this way, the electric charge produced | generated by the photoelectric conversion part PD during the read-out operation in one read-out part can be transferred and utilized for the other read-out part, without discarding.

(4)制御回路130は、第1出力部23から出力された出力信号に基づき第1表示画像を作成すると共に、第2出力部24から出力された出力信号に基づき第2表示画像を作成する画像作成部として機能する。表示装置150は、第1表示画像と第2表示画像とを交互に表示する画像表示部として機能する。このようにしたので、撮像信号(出力信号)の読み出し速度等により規定されるフレームレートの倍のフレームレートで、ライブビュー画像を表示することができる。 (4) The control circuit 130 creates a first display image based on the output signal output from the first output unit 23 and creates a second display image based on the output signal output from the second output unit 24. Functions as an image creation unit. The display device 150 functions as an image display unit that alternately displays the first display image and the second display image. Since it did in this way, a live view image can be displayed with a frame rate double the frame rate prescribed by the reading speed of an image pick-up signal (output signal).

(5)第1電荷保持部SG1および第2電荷保持部SG2は、いわゆる埋め込みチャネル構造を有している。これにより、通常のいわゆるフローティングディフュージョンとは異なり、第1電荷保持部SG1および第2電荷保持部SG2には、光電変換部PDで生成された電荷を、比較的長期間、損なわれずに蓄積しておくことが可能になる。 (5) The first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2 have a so-called buried channel structure. As a result, unlike the so-called floating diffusion, a charge generated by the photoelectric conversion unit PD is accumulated in the first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2 without being damaged for a relatively long time. It is possible to leave.

(第2の実施の形態)
第2の実施の形態に係る撮像装置は、第1の実施の形態に係る撮像装置100と同一の構成を有しているが、撮像素子120の駆動方式が、第1の実施の形態と異なっている。以下、特に第1の実施の形態との差異を中心として、第2の実施の形態に係る撮像装置を説明する。
(Second Embodiment)
The imaging apparatus according to the second embodiment has the same configuration as that of the imaging apparatus 100 according to the first embodiment, but the driving method of the imaging element 120 is different from that of the first embodiment. ing. In the following, an imaging apparatus according to the second embodiment will be described, focusing on differences from the first embodiment.

第1の実施の形態では、ライブビュー表示のフレームレート(例えば60fps)に応じた露光時間(例えば約60分の1秒)でライブビュー画像の撮影を行っていた。本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に倍速でのライブビュー表示を行うが、各々のライブビュー画像の露光時間は任意に設定する。   In the first embodiment, a live view image is captured at an exposure time (for example, about 1/60 second) according to a frame rate (for example, 60 fps) of a live view display. In the present embodiment, live view display is performed at double speed as in the first embodiment, but the exposure time of each live view image is arbitrarily set.

図10は、ライブビュー動作のタイミングチャートである。制御回路130は、まず時刻t41に、ライブビュー画像の作成に用いられる全ての撮像画素20において、光電変換部PDおよび第1電荷保持部SG1を同時にリセットする。制御回路130は、時刻t41から所定の露光時間T4だけ後の時刻t42に、ライブビュー画像の作成に用いられる全ての撮像画素20において、光電変換部PDの電荷を第1電荷保持部SG1に同時に転送する。   FIG. 10 is a timing chart of the live view operation. First, at time t41, the control circuit 130 simultaneously resets the photoelectric conversion unit PD and the first charge holding unit SG1 in all the imaging pixels 20 used for creating the live view image. At the time t42 after the predetermined exposure time T4 from the time t41, the control circuit 130 simultaneously charges the photoelectric conversion unit PD in the first charge holding unit SG1 in all the imaging pixels 20 used for creating the live view image. Forward.

制御回路130は、その後、1行目の撮像画素20の第1読出部21から順に、行毎に撮像信号を読み出す。全ての行からの撮像信号の読み出しには、読み出し時間T1が必要になる。時刻t42から読み出し時間T1が経過した時刻t45に、全ての行からの撮像信号の読み出しが完了する。制御回路130は、読み出した撮像信号に基づくライブビュー画像を作成して表示装置150に表示する。   Thereafter, the control circuit 130 reads out the imaging signal for each row in order from the first reading unit 21 of the imaging pixels 20 in the first row. Reading time T1 is required to read the imaging signals from all rows. At the time t45 when the read time T1 has elapsed from the time t42, the readout of the imaging signals from all the rows is completed. The control circuit 130 creates a live view image based on the read imaging signal and displays it on the display device 150.

撮像信号を読み出し終えた時刻t45に、制御回路130は、光電変換部PDおよび第1電荷保持部SG1をリセットする。時刻t45から露光時間T4だけ後の時刻t46において、制御回路130は、ライブビュー画像の作成に用いられる全ての撮像画素20について、光電変換部PDの電荷を第1電荷保持部SG1に同時に転送する。制御回路130は、その後、1行目の撮像画素20の第1読出部21から順に、行毎に撮像信号を読み出してライブビュー画像の作成および表示を行う。   At time t45 when reading of the imaging signal is completed, the control circuit 130 resets the photoelectric conversion unit PD and the first charge holding unit SG1. At time t46, which is the exposure time T4 after time t45, the control circuit 130 simultaneously transfers the charge of the photoelectric conversion unit PD to the first charge holding unit SG1 for all the imaging pixels 20 used for creating the live view image. . Thereafter, the control circuit 130 reads out the imaging signal for each row in order from the first reading unit 21 of the imaging pixel 20 in the first row, and creates and displays a live view image.

制御回路130は、以上の動作を読み出し時間T1+露光時間T4ごとに繰り返し行う。これにより、第1読出部21から読み出された撮像信号に基づくライブビュー画像が、T1+T4の時間ごと(例えば60分の1秒ごと)に作成および表示される。このライブビュー画像は、露光時間T4で撮影された画像である。   The control circuit 130 repeats the above operation every reading time T1 + exposure time T4. Thereby, a live view image based on the imaging signal read from the first reading unit 21 is created and displayed every time T1 + T4 (for example, every 1/60 second). This live view image is an image taken at the exposure time T4.

以上の動作と並行して、制御回路130は、第2読出部22でも同様に、ライブビュー画像の作成および表示を行う。いま、時刻t41〜t45までの期間の中央に相当する時刻t43を考える。この時刻t43に、制御回路130は、光電変換部PDおよび第2電荷保持部SG2をリセットする。時刻t43から露光時間T4だけ後の時刻t44において、制御回路130は、ライブビュー画像の作成に用いられる全ての撮像画素20について、光電変換部PDの電荷を第2電荷保持部SG2に同時に転送する。制御回路130は、その後、1行目の撮像画素20の第2読出部22から順に、行毎に撮像信号を読み出してライブビュー画像の作成および表示を行う。   In parallel with the above operation, the control circuit 130 also creates and displays a live view image in the second reading unit 22 in the same manner. Consider a time t43 corresponding to the center of the period from time t41 to t45. At time t43, the control circuit 130 resets the photoelectric conversion unit PD and the second charge holding unit SG2. At time t44 after the exposure time T4 from time t43, the control circuit 130 simultaneously transfers the charge of the photoelectric conversion unit PD to the second charge holding unit SG2 for all the imaging pixels 20 used for creating the live view image. . Thereafter, the control circuit 130 reads out the imaging signal for each row in order from the second readout unit 22 of the imaging pixel 20 in the first row, and creates and displays a live view image.

制御回路130は、以上の動作を読み出し時間T1+露光時間T4ごとに繰り返し行う。これにより、第2読出部22から読み出された撮像信号に基づくライブビュー画像が、例えば60分の1秒ごとに作成および表示される。このライブビュー画像は、露光時間T4で撮影された画像である。   The control circuit 130 repeats the above operation every reading time T1 + exposure time T4. Thereby, a live view image based on the imaging signal read from the second reading unit 22 is created and displayed every 1/60 second, for example. This live view image is an image taken at the exposure time T4.

以上のように、制御回路130は、第1読出部21からの撮像信号の読み出し並びにライブビュー画像の作成および表示と、第2読出部22からの撮像信号の読み出し並びにライブビュー画像の作成および表示とを、半周期((T1+T4)/2)だけずれたタイミングで並行して行う。従って、ライブビュー画像は、第1読出部21および第2読出部22の一方のみを用いて行う場合の倍のフレームレートで表示されることになる。   As described above, the control circuit 130 reads the imaging signal from the first reading unit 21 and creates and displays the live view image, and reads the imaging signal from the second reading unit 22 and creates and displays the live view image. Are performed in parallel at a timing shifted by a half cycle ((T1 + T4) / 2). Accordingly, the live view image is displayed at a frame rate that is double that of the case where only one of the first reading unit 21 and the second reading unit 22 is used.

図11は、ある1つの撮像画素20に注目したライブビュー動作のタイミングチャートである。制御回路130は、まず時刻t51に、第1電荷保持部SG1と第1転送トランジスタTX1とリセットトランジスタRとをオンする(ゲートに印加する電圧をLレベルからHレベルに切り替える)ことにより、光電変換部PDおよび第1電荷保持部SG1を同時にリセットする。   FIG. 11 is a timing chart of a live view operation focusing on one imaging pixel 20. First, at time t51, the control circuit 130 turns on the first charge holding unit SG1, the first transfer transistor TX1, and the reset transistor R (switches the voltage applied to the gate from L level to H level), thereby performing photoelectric conversion. The part PD and the first charge holding part SG1 are simultaneously reset.

時刻t51から露光時間T4だけ後の時刻t52に、制御回路130は、第1電荷保持部SG1をオンすることにより、光電変換部PDから第1電荷保持部SG1に電荷を転送する。   At time t52 after the exposure time T4 from time t51, the control circuit 130 turns on the first charge holding unit SG1, thereby transferring charges from the photoelectric conversion unit PD to the first charge holding unit SG1.

時刻t55に、制御回路130は、第1読出部21から撮像信号を読み出す。制御回路130は、まず第1出力トランジスタS1をオンする。制御回路130は、第1出力トランジスタS1をオンした状態のまま、リセットトランジスタRをオンオフし、その後、第1転送トランジスタTX1をオンオフする。これにより、第1電荷保持部SG1に保持されている電荷が、第1電荷電圧変換部FD1に転送され、その電荷量に応じた大きさの出力信号が、第1出力部23に出力される。その後、制御回路130は第1出力トランジスタS1をオフする。   At time t <b> 55, the control circuit 130 reads the imaging signal from the first reading unit 21. The control circuit 130 first turns on the first output transistor S1. The control circuit 130 turns on and off the reset transistor R with the first output transistor S1 turned on, and then turns on and off the first transfer transistor TX1. Thereby, the charge held in the first charge holding unit SG1 is transferred to the first charge voltage conversion unit FD1, and an output signal having a magnitude corresponding to the amount of the charge is output to the first output unit 23. . Thereafter, the control circuit 130 turns off the first output transistor S1.

時刻t52より後の時刻t53に、制御回路130は、第2電荷保持部SG2と第2転送トランジスタTX2とリセットトランジスタRとをオンする(ゲートに印加する電圧をLレベルからHレベルに切り替える)ことにより、光電変換部PDおよび第2電荷保持部SG2を同時にリセットする。   At time t53 after time t52, the control circuit 130 turns on the second charge holding unit SG2, the second transfer transistor TX2, and the reset transistor R (switches the voltage applied to the gate from L level to H level). Thus, the photoelectric conversion unit PD and the second charge holding unit SG2 are simultaneously reset.

時刻t53から露光時間T4だけ後の時刻t54に、制御回路130は、第2電荷保持部SG2をオンすることにより、光電変換部PDから第2電荷保持部SG2に電荷を転送する。   At time t54 after the exposure time T4 from time t53, the control circuit 130 turns on the second charge holding unit SG2, thereby transferring the charge from the photoelectric conversion unit PD to the second charge holding unit SG2.

時刻t56に、制御回路130は、第2読出部22から撮像信号を読み出す。制御回路130は、まず第2出力トランジスタS2をオンする。制御回路130は、第2出力トランジスタS2をオンした状態のまま、リセットトランジスタRをオンオフし、その後、第2転送トランジスタTX2をオンオフする。これにより、第2電荷保持部SG2に保持されている電荷が、第2電荷電圧変換部FD2に転送され、その電荷量に応じた大きさの出力信号が、第2出力部24に出力される。その後、制御回路130は第2出力トランジスタS2をオフする。   At time t <b> 56, the control circuit 130 reads the imaging signal from the second reading unit 22. The control circuit 130 first turns on the second output transistor S2. The control circuit 130 turns on and off the reset transistor R with the second output transistor S2 turned on, and then turns on and off the second transfer transistor TX2. As a result, the charge held in the second charge holding unit SG2 is transferred to the second charge voltage conversion unit FD2, and an output signal having a magnitude corresponding to the amount of the charge is output to the second output unit 24. . Thereafter, the control circuit 130 turns off the second output transistor S2.

制御回路130は、以上の動作を繰り返し行うことで、第1読出部21および第2読出部22から露光時間T4に対応する撮像信号を交互に読み出す。   The control circuit 130 repeatedly reads out the imaging signal corresponding to the exposure time T4 from the first reading unit 21 and the second reading unit 22 by repeatedly performing the above operation.

次に、ライブビュー動作中の本撮影について説明する。図12は、本撮影のタイミングチャートである。時刻t61において所定の本撮影操作(例えばレリーズスイッチの全押し操作)が為されたものとする。   Next, actual photographing during the live view operation will be described. FIG. 12 is a timing chart of the actual photographing. Assume that a predetermined main photographing operation (for example, a full pressing operation of the release switch) is performed at time t61.

制御回路130は、時刻t62に現在実行している第1読出部21からの撮像信号の読み出しが終了すると、全ての撮像画素20について、光電変換部PDおよび第1電荷保持部SG1を同時にリセットする。制御回路130は、時刻t62から所定の露光時間T5だけ後の時刻t63に、全ての撮像画素20について、光電変換部PDの電荷を第1電荷保持部SG1に同時に転送する。   When the readout of the imaging signal from the first readout unit 21 currently being executed at time t62 ends, the control circuit 130 simultaneously resets the photoelectric conversion unit PD and the first charge holding unit SG1 for all the imaging pixels 20. . The control circuit 130 simultaneously transfers the charge of the photoelectric conversion unit PD to the first charge holding unit SG1 for all the imaging pixels 20 at time t63 after a predetermined exposure time T5 from time t62.

制御回路130は、時刻t63よりも後の時刻t64に、全ての撮像画素20について、光電変換部PDおよび第2電荷保持部SG2を同時にリセットする。制御回路130は、時刻t64から所定の露光時間T6だけ後の時刻t65に、全ての撮像画素20について、光電変換部PDの電荷を第2電荷保持部SG2に同時に転送する。   The control circuit 130 simultaneously resets the photoelectric conversion unit PD and the second charge holding unit SG2 for all the imaging pixels 20 at time t64 after time t63. The control circuit 130 simultaneously transfers the charge of the photoelectric conversion unit PD to the second charge holding unit SG2 for all the imaging pixels 20 at time t65 after a predetermined exposure time T6 from time t64.

その後、制御回路130は、1行目の撮像画素20の第1読出部21から順に、行毎に撮像信号を読み出す。それと並行して、制御回路130は、1行目の撮像画素20の第2読出部22から順に、行毎に撮像信号を読み出す。これにより、撮像素子120からは、露光時間T5に対応する撮像信号と、露光時間T6に対応する撮像信号とが同時に得られる。   Thereafter, the control circuit 130 reads the imaging signal for each row in order from the first reading unit 21 of the imaging pixels 20 in the first row. In parallel with this, the control circuit 130 reads out the imaging signal for each row in order from the second reading unit 22 of the imaging pixel 20 in the first row. Thereby, from the image sensor 120, an image signal corresponding to the exposure time T5 and an image signal corresponding to the exposure time T6 are obtained simultaneously.

全ての行から撮像信号を読み出し終わると、制御回路130は、読み出した撮像信号に基づく記録画像を作成して記録媒体160に記録する。例えば、第1読出部21から読み出した撮像信号に基づく第1記録画像と、第2読出部22から読み出した撮像信号に基づく第2記録画像とを記録媒体160に記録してもよいし、それら2つの撮像信号を合成して単一の記録画像を作成し記録媒体160に記録してもよい。   When reading of the imaging signals from all rows is completed, the control circuit 130 creates a recording image based on the readout imaging signals and records it on the recording medium 160. For example, the first recording image based on the imaging signal read from the first reading unit 21 and the second recording image based on the imaging signal read from the second reading unit 22 may be recorded on the recording medium 160, or A single recording image may be created by combining two imaging signals and recorded on the recording medium 160.

記録画像の記録が終了すると、制御回路130は、図11の時刻t51からの動作を再度実行開始し、ライブビュー表示を再開する。   When the recording of the recorded image is completed, the control circuit 130 starts executing the operation from time t51 in FIG. 11 again, and resumes the live view display.

図13は、ある1つの撮像画素20に注目した本撮影のタイミングチャートである。制御回路130は、時刻t71において、リセットトランジスタRと第1電荷保持部SG1と第1転送トランジスタTX1とをオンすることにより、光電変換部PDと第1電荷保持部SG1をリセットする。   FIG. 13 is a timing chart of the main imaging focusing on one imaging pixel 20. At time t71, the control circuit 130 turns on the reset transistor R, the first charge holding unit SG1, and the first transfer transistor TX1, thereby resetting the photoelectric conversion unit PD and the first charge holding unit SG1.

制御回路130は、時刻t71から所定の露光時間T5が経過した時刻t72において、第1電荷保持部SG1をオンすることにより、光電変換部PDから第1電荷保持部SG1に電荷を転送する。   The control circuit 130 transfers the charge from the photoelectric conversion unit PD to the first charge holding unit SG1 by turning on the first charge holding unit SG1 at time t72 when a predetermined exposure time T5 has elapsed from time t71.

制御回路130は、時刻t72より後の時刻t73において、リセットトランジスタRと第2電荷保持部SG2と第2転送トランジスタTX2とをオンすることにより、光電変換部PDと第2電荷保持部SG2をリセットする。   At time t73 after time t72, the control circuit 130 resets the photoelectric conversion unit PD and the second charge holding unit SG2 by turning on the reset transistor R, the second charge holding unit SG2, and the second transfer transistor TX2. To do.

制御回路130は、時刻t73から所定の露光時間T6が経過した時刻t74において、第2電荷保持部SG2をオンすることにより、光電変換部PDから第2電荷保持部SG2に電荷を転送する。   The control circuit 130 transfers the charge from the photoelectric conversion unit PD to the second charge holding unit SG2 by turning on the second charge holding unit SG2 at time t74 when a predetermined exposure time T6 has elapsed from time t73.

その後の時刻t75に、制御回路130は、第1読出部21および第2読出部22から撮像信号を同時に読み出す。制御回路130は、まず第1出力トランジスタS1と第2出力トランジスタS2を同時にオンする。制御回路130は、第1出力トランジスタS1と第2出力トランジスタS2をオンした状態のまま、リセットトランジスタRをオンオフし、その後、第1転送トランジスタTX1と第2転送トランジスタTX2をオンオフする。これにより、第1電荷保持部SG1に保持されている電荷が第1電荷電圧変換部FD1に転送されると共に、第2電荷保持部SG2に保持されている電荷が第2電荷電圧変換部FD2に転送され、それぞれの電荷量に応じた大きさの出力信号が、第1出力部23と第2出力部24に出力される。制御回路130は、その後、第1出力トランジスタS1と第2出力トランジスタS2をオフする。   At subsequent time t75, the control circuit 130 simultaneously reads out the imaging signal from the first reading unit 21 and the second reading unit 22. First, the control circuit 130 turns on the first output transistor S1 and the second output transistor S2 simultaneously. The control circuit 130 turns on and off the reset transistor R with the first output transistor S1 and the second output transistor S2 turned on, and then turns on and off the first transfer transistor TX1 and the second transfer transistor TX2. Thereby, the charge held in the first charge holding unit SG1 is transferred to the first charge voltage conversion unit FD1, and the charge held in the second charge holding unit SG2 is transferred to the second charge voltage conversion unit FD2. The output signals having the magnitudes corresponding to the respective charge amounts are output to the first output unit 23 and the second output unit 24. Thereafter, the control circuit 130 turns off the first output transistor S1 and the second output transistor S2.

上述した第2の実施の形態による撮像装置によれば、第1の実施の形態と同様の作用効果が得られる。   According to the imaging apparatus according to the second embodiment described above, the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained.

(第3の実施の形態)
第3の実施の形態に係る撮像装置は、第1の実施の形態に係る撮像装置100と同一の構成により、露出オートブラケッティング撮影を行う機能と、ハイダイナイミックレンジ合成(HDR合成)を行う機能とを有している。以下、これら2つの機能のうち、まず露出オートブラケッティング撮影機能について詳述する。
(Third embodiment)
The imaging apparatus according to the third embodiment performs a function of performing exposure auto bracketing imaging and high-dynamic range synthesis (HDR synthesis) with the same configuration as the imaging apparatus 100 according to the first embodiment. It has a function. Of these two functions, the exposure auto bracketing photographing function will be described in detail first.

図14は、露出オートブラケッティング撮影動作のタイミングチャートである。時刻t81において所定の本撮影操作(例えばレリーズスイッチの全押し操作)が為されたものとする。また、時刻t81より後の時刻t83に、現在実行している第1読出部21からのライブビュー用の撮像信号の読み出しが終了するものと仮定する。   FIG. 14 is a timing chart of the exposure auto bracketing shooting operation. It is assumed that a predetermined main photographing operation (for example, full pressing operation of the release switch) is performed at time t81. Further, it is assumed that readout of the live view imaging signal from the first readout unit 21 that is currently being executed ends at time t83 after time t81.

制御回路130は、時刻t83から所定時間T7だけ前の時刻t82に、1行目の撮像画素20における光電変換部PDのリセットを行う。制御回路130は、その後、時刻t82から時刻t83にかけて、2行目、3行目、…のように、行毎に、光電変換部PDのリセットを順次行う。ここで、所定時間T7は、メカニカルシャッター140の走行に要する時間、すなわち、メカニカルシャッター140を完全に開いた状態である開放状態から完全に閉じた状態である遮光状態に切り替えるために必要な時間である。その後、制御回路130は、第1読出部21からのライブビュー用の撮像信号の読み出しが完了次第、全ての撮像画素20について第1電荷保持部SG1のリセットを行う。第2電荷保持部SG2についても同様に、第2読出部22からのライブビュー用の撮像信号の読み出しが完了次第、全ての撮像画素20について第2電荷保持部SG2のリセットを行う。   The control circuit 130 resets the photoelectric conversion unit PD in the imaging pixels 20 in the first row at a time t82 that is a predetermined time T7 before the time t83. Thereafter, the control circuit 130 sequentially resets the photoelectric conversion unit PD for each row from time t82 to time t83, such as the second row, the third row, and so on. Here, the predetermined time T7 is a time required for the mechanical shutter 140 to travel, that is, a time necessary for switching the mechanical shutter 140 from the fully open state to the light-blocking state. is there. Thereafter, the control circuit 130 resets the first charge holding unit SG1 for all the imaging pixels 20 as soon as the readout of the live view imaging signal from the first readout unit 21 is completed. Similarly, the second charge holding unit SG2 resets the second charge holding unit SG2 for all the imaging pixels 20 as soon as the readout of the live view imaging signal from the second reading unit 22 is completed.

制御回路130は、時刻t82から所定の露光時間T8だけ後の時刻t84に、1行目の撮像画素20について、光電変換部PDの電荷を第1電荷保持部SG1に転送する。制御回路130は、その後、時刻t84から所定時間T7だけ後の時刻t85にかけて、2行目、3行目、…のように、行毎に、光電変換部PDの電荷を第1電荷保持部SG1に順次転送する。   The control circuit 130 transfers the charge of the photoelectric conversion unit PD to the first charge holding unit SG1 for the imaging pixels 20 in the first row at time t84 after a predetermined exposure time T8 from time t82. The control circuit 130 thereafter transfers the charge of the photoelectric conversion unit PD to the first charge holding unit SG1 for each row from time t84 to time t85 after a predetermined time T7, as in the second row, the third row,. Sequentially.

制御回路130は、時刻t84から所定の露光時間T9だけ後の時刻t86に、1行目の撮像画素20について、光電変換部PDの電荷を第2電荷保持部SG2に転送する。制御回路130は、その後、時刻t86から所定時間T7だけ後の時刻t87にかけて、2行目、3行目、…のように、行毎に、光電変換部PDの電荷を第2電荷保持部SG2に順次転送する。   The control circuit 130 transfers the charge of the photoelectric conversion unit PD to the second charge holding unit SG2 for the imaging pixels 20 in the first row at time t86 after a predetermined exposure time T9 from time t84. The control circuit 130 then transfers the charge of the photoelectric conversion unit PD to the second charge holding unit SG2 for each row from time t86 to time t87 after a predetermined time T7, as in the second row, third row,. Sequentially.

制御回路130は、時刻t86から所定の露光時間T10だけ後の時刻t88に、メカニカルシャッター140の走行を開始し、メカニカルシャッター140を閉じた状態(遮光状態)にする。前述の通り、メカニカルシャッター140の走行には、所定時間T7を要する。従って、時刻t88から所定時間T7だけ後の時刻t89に、メカニカルシャッター140の走行が完了し、撮像素子120はメカニカルシャッター140により覆われた状態(遮光状態)になる。   The control circuit 130 starts running the mechanical shutter 140 at a time t88 after a predetermined exposure time T10 from the time t86, and puts the mechanical shutter 140 in a closed state (light shielding state). As described above, traveling of the mechanical shutter 140 requires a predetermined time T7. Therefore, the traveling of the mechanical shutter 140 is completed at the time t89 after the predetermined time T7 from the time t88, and the image sensor 120 is covered with the mechanical shutter 140 (light-shielding state).

時刻t89において、撮像画素20の光電変換部PDには、露光時間T10に対応する電荷が蓄積されている。メカニカルシャッター140は閉じているので、これ以降、撮像画素20の光電変換部PDに蓄積されている電荷量は変動しない。つまり、光電変換部PDには、露光時間T10に対応する電荷が保持される。   At time t89, the charge corresponding to the exposure time T10 is accumulated in the photoelectric conversion unit PD of the imaging pixel 20. Since the mechanical shutter 140 is closed, thereafter, the amount of charge accumulated in the photoelectric conversion unit PD of the imaging pixel 20 does not vary. That is, charges corresponding to the exposure time T10 are held in the photoelectric conversion unit PD.

時刻t89に、制御回路130は、1行目の撮像画素20の第1読出部21から順に、行毎に撮像信号を読み出す。それと並行して、制御回路130は、1行目の撮像画素20の第2読出部22から順に、行毎に撮像信号を読み出す。これにより、撮像素子120からは、露光時間T8に対応する撮像信号と、露光時間T9に対応する撮像信号とが同時に得られる。   At time t89, the control circuit 130 reads the imaging signal for each row in order from the first reading unit 21 of the imaging pixel 20 in the first row. In parallel with this, the control circuit 130 reads out the imaging signal for each row in order from the second reading unit 22 of the imaging pixel 20 in the first row. Thereby, from the image sensor 120, an imaging signal corresponding to the exposure time T8 and an imaging signal corresponding to the exposure time T9 are obtained simultaneously.

これらの撮像信号を読み出し終わった時刻t90に、制御回路130は、光電変換部PDに蓄積されている電荷(露光時間T10に対応する電荷)を第1電荷保持部SG1および第2電荷保持部SG2に転送する。このとき制御回路130は、撮像素子120の全行のうち、ある半分の行(例えば奇数行)については第1電荷保持部SG1に電荷を転送し、残り半分の行(例えば偶数行)については第2電荷保持部SG2に電荷を転送する。   At time t90 when reading of these imaging signals is completed, the control circuit 130 converts the charges accumulated in the photoelectric conversion unit PD (charges corresponding to the exposure time T10) into the first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2. Forward to. At this time, the control circuit 130 transfers charges to the first charge holding unit SG1 for a certain half of the rows (for example, odd rows) of all the rows of the image sensor 120, and for the remaining half of the rows (for example, even rows). The charge is transferred to the second charge holding unit SG2.

その後、制御回路130は、前者の半分の行(例えば奇数行)について、1行目の撮像画素20の第1読出部21から順に、行毎に撮像信号を読み出す。それと並行して、制御回路130は、後者の半分の行(例えば偶数行)について、1行目の撮像画素20の第2読出部22から順に、行毎に撮像信号を読み出す。   Thereafter, the control circuit 130 reads out the imaging signal for each row in order from the first reading unit 21 of the imaging pixel 20 in the first row for the former half of the rows (for example, odd rows). In parallel with this, the control circuit 130 reads out the imaging signal for each row in order from the second readout unit 22 of the imaging pixel 20 in the first row for the latter half of the rows (for example, even rows).

これにより、撮像素子120からは、露光時間T10に対応する撮像信号が得られる。また、全行のうち半分の行については第1読出部21から読み出され、残り半分の行については第2読出部22から読み出されるので、全行の読み出しに要する時間は、第1読出部21だけ(または第2読出部22だけ)を用いる場合に比べて約半分になる。   As a result, an image signal corresponding to the exposure time T10 is obtained from the image sensor 120. Further, half of all the rows are read from the first reading unit 21 and the other half of the rows are read from the second reading unit 22, so that the time required for reading all the rows is the first reading unit. Compared to the case of using only 21 (or only the second reading unit 22), it is about half.

なお、このように第1読出部21と第2読出部22とに読み出しを振り分けなくてもよい。つまり、例えば露光時間T10に対応する撮像信号を、第1読出部21のみから読み出してもよい。   Note that the reading need not be distributed to the first reading unit 21 and the second reading unit 22 in this way. That is, for example, an imaging signal corresponding to the exposure time T <b> 10 may be read from only the first reading unit 21.

全ての撮像信号の読み出しを終えると、制御回路130は、読み出した3種類の撮像信号に基づく3種類の記録画像を作成して記録媒体160に記録する。これら3種類の記録画像は、それぞれ異なる露光時間T8,T9,T10に基づく記録画像である。例えば、露光時間T8を適正露出に相当する時間、露光時間T9を適正露出から1段上に相当する(すなわち露出オーバー気味の)時間、露光時間T10を適正露出から1段下に相当する(すなわち露出アンダー気味の)時間とすれば、3種類の記録画像は、いわゆる露出オートブラケッティング撮影により得られる画像となる。   When the reading of all the imaging signals is finished, the control circuit 130 creates three types of recorded images based on the read three types of imaging signals and records them on the recording medium 160. These three types of recorded images are recorded images based on different exposure times T8, T9, and T10. For example, the exposure time T8 corresponds to a time corresponding to proper exposure, the exposure time T9 corresponds to a time one step higher than the proper exposure (ie, overexposed), and the exposure time T10 corresponds to one step lower than the proper exposure (ie, If the time is underexposed, the three types of recorded images are images obtained by so-called exposure auto bracketing photography.

なお、以上の説明では、露光時間に基づく露出オートブラケッティングについて説明したが、撮影毎に例えば絞りやISO感度等を変更して露出オートブラケッティング撮影を行ってもよい。また、露出以外の撮影設定(例えばフォーカス位置等)が異なる画像を一度に得るオートブラケッティング撮影を行ってもよい。   In the above description, the exposure auto bracketing based on the exposure time has been described. However, the exposure auto bracketing shooting may be performed by changing the aperture, the ISO sensitivity, and the like for each shooting. In addition, auto bracketing shooting may be performed in which images having different shooting settings (such as a focus position) other than exposure are obtained at a time.

制御回路130は、更に、読み出した3種類の撮像信号に基づく3種類の記録画像を作成した後に、それら3種類の記録画像を周知の方法によりHDR合成して1つの記録画像を作成し記録媒体160に記録する機能を有している。例えば、短蓄積の記録画像において黒つぶれしてしまっている部分を、中蓄積の記録画像や長蓄積の記録画像の同一部分で復元する。同様に、長蓄積の記録画像において白飛びしてしまっている部分を、短蓄積の記録画像や中蓄積の記録画像の同一部分で復元する。このような合成方法は周知であるので説明を省略する。   The control circuit 130 further creates three types of recorded images based on the three types of readout image signals, and then HDR-synthesizes these three types of recorded images by a well-known method to create one recorded image, thereby creating a recording medium. 160 has a recording function. For example, a blackened portion in a short-stored recorded image is restored with the same portion of a medium-stored recorded image or a long-stored recorded image. Similarly, the portion of the long-stored recorded image that has been blown out is restored with the same portion of the short-stored or intermediate-stored recorded image. Since such a synthesis method is well known, the description thereof is omitted.

図15は、ハイダイナミックレンジ合成の露光時間を模式的に示す図である。図15(a)に、従来の撮像素子を用いたハイダイナミックレンジ合成の露光時間を示す。従来の撮像素子では、1回目の撮影(短蓄積、すなわち露出アンダー気味の露出設定に基づく撮影)を行ってから1つ目の撮像信号を読み出し、その後、2回目の撮影(中蓄積、すなわち適正露出設定での撮影)と撮像信号の読み出し、3回目の撮影(長蓄積、すなわち露出オーバー気味の露出設定に基づく撮影)と撮像信号の読み出しとを順次行っていた。従って、1〜3回目の露光時間はそれぞれ間隔が空いてしまっていた。   FIG. 15 is a diagram schematically showing the exposure time for high dynamic range synthesis. FIG. 15A shows the exposure time for high dynamic range synthesis using a conventional image sensor. In the conventional imaging device, the first imaging signal is read after the first imaging (short accumulation, that is, imaging based on the underexposure exposure setting), and then the second imaging (medium accumulation, that is, appropriate) (Shooting with exposure setting) and reading of the imaging signal were sequentially performed for the third shooting (shooting based on long accumulation, that is, shooting based on the overexposed exposure setting) and reading of the imaging signal. Therefore, the first to third exposure times are spaced apart from each other.

このように、各々の撮影に間隔が空いてしまうと、例えば動きのある被写体を撮影した場合に、3つの撮像信号において被写体位置が揃わず、ハイダイナミックレンジ合成をうまく行うことができなかった。   As described above, if there is an interval between the shootings, for example, when shooting a moving subject, the positions of the subjects are not aligned in the three imaging signals, and high dynamic range synthesis cannot be performed well.

図15(b)に、本実施形態に係る撮像装置を用いたハイダイナミックレンジ合成の露光時間を示す。あたかも1回の撮影のように、連続する露光時間で3種類の露出設定に対応する撮像信号が得られている。特に、これら3種類の露出設定による3回の蓄積(露光)は、合計で1回分の画素出力タイミング内に収まっているので、事実上、1回の撮影に要する時間内(すなわち1フレーム期間内)で撮影が完了していることになる。従って、従来の撮像素子を用いた場合のように、被写体位置がずれることがなくハイダイナミックレンジ合成を行うための画像を得ることができる。   FIG. 15B shows the exposure time for high dynamic range synthesis using the imaging apparatus according to the present embodiment. As if the image was taken once, imaging signals corresponding to three types of exposure settings were obtained with continuous exposure time. In particular, the three accumulations (exposures) by these three types of exposure settings are within the pixel output timing for one time in total, so in fact, within the time required for one shooting (that is, within one frame period). ) Has been completed. Therefore, an image for performing high dynamic range composition can be obtained without shifting the subject position as in the case of using a conventional image sensor.

上述した第3の実施の形態による撮像装置によれば、次の作用効果が得られる。
(1)メカニカルシャッター140は、いわゆるシャッター装置であり、撮像素子120への入射光を遮らない開放状態と、撮像素子120への入射光を遮る遮光状態とを切替可能に構成される。第1読出部21は、メカニカルシャッター140が開放状態である第1期間に光電変換部PDで生成された電荷を、第1電荷保持部SG1に転送し、その後、当該電荷に対応する出力信号を第1出力部23から出力する。第2読出部22は、メカニカルシャッター140が開放状態であり第1期間とは重複しない第2期間に光電変換部PDで生成された電荷を、第2電荷保持部SG2に転送し、その後、当該電荷に対応する出力信号を第2出力部24から出力する。メカニカルシャッター140は、メカニカルシャッター140が開放状態であり第1期間および第2期間より後の第3期間に光電変換部PDで生成された電荷を、遮光状態に切り替えて光電変換部PDに保持する。第1読出部21は、メカニカルシャッター140が遮光状態になることで光電変換部PDに保持された電荷を、第1期間に光電変換部PDで生成された電荷に基づく出力信号を第1出力部23から出力し終わった後に第1電荷保持部SG1に転送する。このようにしたので、連続撮影を最大で3枚まで一度に行うことができる。これら最大3枚分の連続撮影は、撮影間に信号の読み出しを行う必要がないので、撮影間の間隔が略ゼロである。
According to the imaging apparatus according to the third embodiment described above, the following operational effects can be obtained.
(1) The mechanical shutter 140 is a so-called shutter device, and is configured to be switchable between an open state where light incident on the image sensor 120 is not blocked and a light shield state where light incident on the image sensor 120 is blocked. The first reading unit 21 transfers the charge generated by the photoelectric conversion unit PD to the first charge holding unit SG1 during the first period in which the mechanical shutter 140 is in the open state, and then outputs an output signal corresponding to the charge. Output from the first output unit 23. The second reading unit 22 transfers the charge generated by the photoelectric conversion unit PD in the second period that is not overlapped with the first period when the mechanical shutter 140 is in the open state to the second charge holding unit SG2, and then An output signal corresponding to the charge is output from the second output unit 24. The mechanical shutter 140 is held in the photoelectric conversion unit PD by switching the electric charge generated in the photoelectric conversion unit PD in the third period after the first period and the second period when the mechanical shutter 140 is in the open state to the light shielding state. . The first reading unit 21 outputs a charge held in the photoelectric conversion unit PD when the mechanical shutter 140 is in a light shielding state, and an output signal based on the charge generated by the photoelectric conversion unit PD in the first period. After the output from 23, the data is transferred to the first charge holding unit SG1. Since it did in this way, continuous photography can be performed to a maximum of three at a time. In the continuous shooting for these maximum three images, it is not necessary to read out the signal between the shootings, so the interval between the shootings is substantially zero.

(2)第1期間に光電変換部PDで生成された電荷に基づく第1出力信号と、第2期間に光電変換部PDで生成された電荷に基づく第2出力信号と、第3期間に光電変換部PDで生成された電荷に基づく第3出力信号と、はそれぞれ異なる露出設定に基づく出力信号である。このようにしたので、いわゆる露出オートブラケッティング撮影を、最大で3枚まで一度に行うことができる。ここで成される露出オートブラケッティング撮影は、通常の露出オートブラケッティング撮影に比べて、各々の撮影の間隔が極めて短い(略ゼロである)。従って、撮影ごとの被写体の位置ずれを極めて小さくすることができる。 (2) A first output signal based on the charge generated by the photoelectric conversion unit PD in the first period, a second output signal based on the charge generated by the photoelectric conversion unit PD in the second period, and a photoelectric output in the third period. The third output signal based on the charge generated by the conversion unit PD is an output signal based on different exposure settings. Since it did in this way, what is called exposure auto bracketing imaging | photography can be performed to a maximum of three at once. In the exposure auto bracketing photography performed here, the interval between each photography is extremely short (substantially zero) as compared with normal exposure auto bracketing photography. Accordingly, the positional deviation of the subject for each photographing can be extremely reduced.

(3)制御回路130は、露出設定が異なる3つの撮像信号(第1出力信号と第2出力信号と第3出力信号)に基づき、いずれか1つの出力信号に基づく画像よりもダイナミックレンジの高い画像を作成するハイダイナミックレンジ合成部として機能する。このようにしたので、撮影ごとの被写体の位置ずれが極めて小さいハイダイナミックレンジ画像を得ることができる。 (3) The control circuit 130 has a higher dynamic range than an image based on any one output signal based on three imaging signals (first output signal, second output signal, and third output signal) having different exposure settings. It functions as a high dynamic range composition unit that creates images. Since this is done, it is possible to obtain a high dynamic range image in which the positional deviation of the subject for each shooting is extremely small.

(第4の実施の形態)
図16は、本発明の第4の実施の形態に係る撮像装置の構成を示す模式図である。なお、図16において、第1の実施の形態と同一の部位については、第1の実施の形態と同一の符号を付して説明を省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 16 is a schematic diagram showing a configuration of an imaging apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 16, the same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and the description thereof is omitted.

撮像装置200は、結像光学系110、撮像素子120、制御回路130、メカニカルシャッター140、表示装置150、記録媒体160に加えて、更に投影部170を備えている。投影部170は、パルス光(変調光)を所定画角内の被写体に投影する。   In addition to the imaging optical system 110, the imaging device 120, the control circuit 130, the mechanical shutter 140, the display device 150, and the recording medium 160, the imaging device 200 further includes a projection unit 170. The projection unit 170 projects pulsed light (modulated light) onto a subject within a predetermined angle of view.

制御回路130は、デプスマップ作成機能を有している。デプスマップとは、被写体の部分ごとの奥行き(撮像装置200から当該被写体部分までの距離)を二次元状にマップしたデータである。制御回路130は、いわゆる光飛行時間計測法(ToF;Time of Flight)を用いて、被写体の部分ごとの奥行き(距離)を測定する。本実施形態において、被写体の部分とは、1つの撮像画素20、または複数の撮像画素20から成るブロックに対応する被写体部分である。つまり、制御回路130は、撮像画素20ごと、または複数の撮像画素20から成るブロックごとに、対応する被写体部分の奥行きを得ることができる。以下、デプスマップ作成時の測距動作について詳述する。   The control circuit 130 has a depth map creation function. The depth map is data obtained by two-dimensionally mapping the depth of each part of the subject (distance from the imaging device 200 to the subject part). The control circuit 130 measures the depth (distance) of each part of the subject using a so-called optical flight time measurement method (ToF; Time of Flight). In the present embodiment, the subject portion is a subject portion corresponding to a block made up of one imaging pixel 20 or a plurality of imaging pixels 20. That is, the control circuit 130 can obtain the depth of the corresponding subject portion for each imaging pixel 20 or for each block composed of a plurality of imaging pixels 20. Hereinafter, the distance measurement operation when creating the depth map will be described in detail.

図17は、測距動作のタイミングチャートである。まず時刻t100において、投影部170が、時間T0だけパルス光を投影する。また、時刻t100において、制御回路130が、全ての撮像画素20について、光電変換部PDと第1電荷保持部SG1と第2電荷保持部SG2とを同時にリセットする。   FIG. 17 is a timing chart of the distance measuring operation. First, at time t100, the projection unit 170 projects pulsed light for a time T0. At time t100, the control circuit 130 simultaneously resets the photoelectric conversion unit PD, the first charge holding unit SG1, and the second charge holding unit SG2 for all the imaging pixels 20.

その後、パルス光の投影が終了する時刻t102において、制御回路130は、全ての撮像画素20について、光電変換部PDから第1電荷保持部SG1に電荷を転送する。   Thereafter, at time t102 when the projection of the pulsed light ends, the control circuit 130 transfers charges from the photoelectric conversion unit PD to the first charge holding unit SG1 for all the imaging pixels 20.

更に、時刻t102から時間T0だけ後の時刻t104に、制御回路130は、全ての撮像画素20について、光電変換部PDから第2電荷保持部SG2に電荷を転送する。   Furthermore, at time t104, which is a time T0 after time t102, the control circuit 130 transfers charges from the photoelectric conversion unit PD to the second charge holding unit SG2 for all the imaging pixels 20.

時刻t100から投影を開始したパルス光(投影光)は、被写体の表面で反射し、時刻t100から遅れ時間Tdだけ後の時刻t101に、撮像素子120に向かって返ってくる。ここで、遅れ時間Tdは、撮像画素20に対応する被写体部分までの距離Lに応じた時間である。距離Lが長いほど、遅れ時間Tdは長くなる。時刻t101から時間T0だけ後の時刻t103近傍において、反射光は途切れる。   The pulsed light (projection light) that starts projection from time t100 is reflected by the surface of the subject and returns toward the image sensor 120 at time t101, which is a delay time Td after time t100. Here, the delay time Td is a time corresponding to the distance L to the subject portion corresponding to the imaging pixel 20. The longer the distance L, the longer the delay time Td. The reflected light is interrupted in the vicinity of time t103, which is a time T0 after time t101.

時刻t104以降、制御回路130は、1行目の撮像画素20の第1読出部21から順に、行毎に撮像信号を読み出す。それと並行して、制御回路130は、1行目の撮像画素20の第2読出部22から順に、行毎に撮像信号を読み出す。これにより、撮像素子120からは、時刻t100から時刻t102までの露光期間に対応する撮像信号と、時刻t102から時刻t104までの露光期間に対応する撮像信号とが同時に得られる。   After time t104, the control circuit 130 reads out the imaging signal for each row in order from the first reading unit 21 of the imaging pixel 20 in the first row. In parallel with this, the control circuit 130 reads out the imaging signal for each row in order from the second reading unit 22 of the imaging pixel 20 in the first row. As a result, the imaging element 120 simultaneously obtains an imaging signal corresponding to the exposure period from time t100 to time t102 and an imaging signal corresponding to the exposure period from time t102 to time t104.

ここで、第1読出部21から読み出された撮像信号(出力信号)と、第2読出部22から読み出された撮像信号(出力信号)との比は、時刻t102までに受光した反射光の光量と、時刻t102以降に受光した反射光の光量との比である。従って、第1読出部21から読み出された撮像信号と、第2読出部22から読み出された撮像信号とから、遅れ時間Tdを決定することができる。   Here, the ratio of the imaging signal (output signal) read from the first reading unit 21 and the imaging signal (output signal) read from the second reading unit 22 is the reflected light received until time t102. And the amount of reflected light received after time t102. Therefore, the delay time Td can be determined from the imaging signal read from the first reading unit 21 and the imaging signal read from the second reading unit 22.

例えば、ある撮像画素20について、第1読出部21から読み出された撮像信号と、第2読出部22から読み出された撮像信号との大きさが略等しかった場合、その撮像画素20に対応する被写体部分における遅れ時間Tdは、時間T0の半分である。また、第1読出部21から読み出された撮像信号と、第2読出部22から読み出された撮像信号との大きさが1対2の比率であった場合、遅れ時間Tdは、時間T0の3分の2である。   For example, when the imaging signal read from the first reading unit 21 and the imaging signal read from the second reading unit 22 are approximately equal for a certain imaging pixel 20, it corresponds to the imaging pixel 20. The delay time Td in the subject portion to be played is half of the time T0. When the magnitude of the imaging signal read from the first reading unit 21 and the imaging signal read from the second reading unit 22 is a ratio of 1: 2, the delay time Td is equal to the time T0. It is two-thirds.

光速cは既知なので、遅れ時間Tdが分かれば、被写体までの距離Lを算出することが可能である。このような距離Lの算出方法は周知であるので、説明を省略する。   Since the speed of light c is known, if the delay time Td is known, the distance L to the subject can be calculated. Since such a method for calculating the distance L is well known, a description thereof will be omitted.

上述した第4の実施の形態による撮像装置によれば、次の作用効果が得られる。
(1)投影部170は、被写体に所定の変調光であるパルス光を投影する。第1読出部21は、光電変換部PDが投影光の反射光の一部を光電変換して生成した電荷を第1電荷保持部SG1に転送し、当該電荷に基づく出力信号を第1出力部23から出力する。第2読出部22は、光電変換部PDが投影光の反射光のうち残りを光電変換して生成した電荷を第2電荷保持部SG2に転送し、当該電荷に基づく出力信号を第2出力部24から出力する。制御回路130は、第1出力部23から出力された出力信号と、第2出力部24から出力された出力信号とに基づき、被写体までの距離を算出する距離算出部として機能する。このようにしたので、被写体のデプスマップを精度よく作成することができる。
According to the imaging apparatus according to the fourth embodiment described above, the following operational effects can be obtained.
(1) The projection unit 170 projects pulsed light that is predetermined modulated light onto a subject. The first reading unit 21 transfers the charge generated by the photoelectric conversion unit PD by photoelectrically converting a part of the reflected light of the projection light to the first charge holding unit SG1, and outputs an output signal based on the charge to the first output unit. 23. The second reading unit 22 transfers charges generated by the photoelectric conversion unit PD photoelectrically converting the remaining reflected light of the projection light to the second charge holding unit SG2, and outputs an output signal based on the charges to the second output unit. 24. The control circuit 130 functions as a distance calculation unit that calculates the distance to the subject based on the output signal output from the first output unit 23 and the output signal output from the second output unit 24. Since it did in this way, the depth map of a to-be-photographed object can be created accurately.

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。   The following modifications are also within the scope of the present invention, and one or a plurality of modifications can be combined with the above-described embodiment.

(変形例1)
第1電荷保持部SG1および第2電荷保持部SG2は、上述した実施の形態とは異なる構成を有していてもよい。例えば、電荷転送用のMOSFETと、電荷を蓄積する容量成分(例えばダイオード等)と、により第1電荷保持部SG1および第2電荷保持部SG2を構成してもよい。また、第1読出部21および第2読出部22が、第1電荷保持部SG1および第2電荷保持部SG2を有していない構成とすることも可能である。
(Modification 1)
The first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2 may have a configuration different from the above-described embodiment. For example, the first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2 may be configured by a charge transfer MOSFET and a capacitance component (for example, a diode) that accumulates charges. Further, the first reading unit 21 and the second reading unit 22 may be configured not to include the first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2.

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。   As long as the characteristics of the present invention are not impaired, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention. .

20…撮像画素、21…第1読出部、22…第2読出部、23…第1出力部、24…第2出力部、100、200…撮像装置、110…結像光学系、120…撮像素子、130…制御回路、140…メカニカルシャッター、150…表示装置、160…記録媒体、170…投影部、PD…光電変換部、SG1…第1電荷保持部、SG2…第2電荷保持部、FD1…第1電荷電圧変換部、FD2…第2電荷電圧変換部、TX1…第1転送トランジスタ、TX2…第2転送トランジスタ、S1…第1出力トランジスタ、S2…第2出力トランジスタ、SF1…第1増幅トランジスタ、SF2…第2増幅トランジスタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Imaging pixel, 21 ... 1st reading part, 22 ... 2nd reading part, 23 ... 1st output part, 24 ... 2nd output part, 100, 200 ... Imaging device, 110 ... Imaging optical system, 120 ... Imaging Elements 130, control circuit 140, mechanical shutter, 150, display device, 160, recording medium, 170, projection unit, PD, photoelectric conversion unit, SG1, first charge holding unit, SG2, second charge holding unit, FD1 ... first charge voltage converter, FD2 ... second charge voltage converter, TX1 ... first transfer transistor, TX2 ... second transfer transistor, S1 ... first output transistor, S2 ... second output transistor, SF1 ... first amplification Transistor, SF2 ... second amplification transistor

Claims (12)

入射光を光電変換して電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部に接続された第1および第2読出部とを有する画素を複数備え、
前記第1読出部は、前記光電変換部から転送された電荷を電圧に変換する第1電荷電圧変換部と、前記第1電荷電圧変換部の電圧に応じた出力信号を出力する第1出力部とを有し、
前記第2読出部は、前記光電変換部から転送された電荷を電圧に変換する第2電荷電圧変換部と、前記第2電荷電圧変換部の電圧に応じた出力信号を出力する第2出力部とを有する撮像素子。
A plurality of pixels having a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light to generate charges, and first and second readout units connected to the photoelectric conversion unit,
The first reading unit converts a charge transferred from the photoelectric conversion unit into a voltage, and a first output unit outputs an output signal corresponding to the voltage of the first charge voltage conversion unit. And
The second reading unit converts a charge transferred from the photoelectric conversion unit into a voltage, a second charge voltage conversion unit, and a second output unit that outputs an output signal corresponding to the voltage of the second charge voltage conversion unit And an image pickup device.
請求項1に記載の撮像素子において、
前記第1読出部は、前記光電変換部から転送された電荷を保持する第1電荷保持部を更に備え、
前記第1電荷電圧変換部は、前記第1電荷保持部から転送された電荷を電圧に変換し、
前記第2読出部は、前記光電変換部から転送された電荷を保持する第2電荷保持部を更に備え、
前記第2電荷電圧変換部は、前記第2電荷保持部から転送された電荷を電圧に変換する撮像素子。
The imaging device according to claim 1,
The first reading unit further includes a first charge holding unit that holds charges transferred from the photoelectric conversion unit,
The first charge voltage conversion unit converts the charge transferred from the first charge holding unit into a voltage,
The second reading unit further includes a second charge holding unit that holds the charge transferred from the photoelectric conversion unit,
The second charge-voltage conversion unit is an imaging device that converts the charge transferred from the second charge holding unit into a voltage.
請求項2に記載の撮像素子において、
前記第1電荷電圧変換部の容量値は、前記第1電荷保持部の容量値よりも多く、
前記第2電荷電圧変換部の容量値は、前記第2電荷保持部の容量値よりも多い撮像素子。
The imaging device according to claim 2,
The capacitance value of the first charge voltage conversion unit is larger than the capacitance value of the first charge holding unit,
The imaging element having a capacitance value of the second charge-voltage conversion unit larger than a capacitance value of the second charge holding unit.
請求項2または請求項3に記載の撮像素子において、
前記第1電荷保持部は、前記光電変換部が第1期間に生成した電荷を保持し、
前記第2電荷保持部は、前記光電変換部が前記第1期間と重複しない第2期間に生成した電荷を保持する撮像素子。
In the imaging device according to claim 2 or 3,
The first charge holding unit holds the charge generated by the photoelectric conversion unit in the first period,
The second charge holding unit is an image sensor that holds charges generated in a second period in which the photoelectric conversion unit does not overlap with the first period.
請求項4に記載の撮像素子において、
前記第1期間の長さは前記第2期間の長さと異なる撮像素子。
The imaging device according to claim 4,
The length of the first period is an image sensor different from the length of the second period.
請求項4または請求項5に記載の撮像素子において、
前記第1出力部は、前記第1期間とは重複せず前記第2期間と少なくとも一部が重複する第3期間に出力信号を出力する撮像素子。
In the imaging device according to claim 4 or 5,
The first output unit outputs an output signal in a third period that does not overlap with the first period and at least partially overlaps with the second period.
請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の撮像素子と、
前記第1出力部から出力された出力信号に基づき第1表示画像を作成すると共に、前記第2出力部から出力された出力信号に基づき第2表示画像を作成する画像作成部と、
前記第1表示画像と前記第2表示画像とを交互に表示する画像表示部と、
を備える撮像装置。
The imaging device according to any one of claims 1 to 6,
An image creation unit that creates a first display image based on the output signal output from the first output unit and creates a second display image based on the output signal output from the second output unit;
An image display unit that alternately displays the first display image and the second display image;
An imaging apparatus comprising:
請求項2から請求項6までのいずれか一項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子への入射光を遮らない開放状態と、前記撮像素子への入射光を遮る遮光状態とを切替可能なシャッター装置を備え、
前記第1読出部は、前記シャッター装置が前記開放状態である第1期間に前記光電変換部で生成された電荷を、前記第1電荷保持部に転送し、その後、当該電荷に対応する出力信号を前記第1出力部から出力し、
前記第2読出部は、前記シャッター装置が前記開放状態であり前記第1期間とは重複しない第2期間に前記光電変換部で生成された電荷を、第2電荷保持部に転送し、その後、当該電荷に対応する出力信号を前記第2出力部から出力し、
前記シャッター装置は、前記シャッター装置が前記開放状態であり前記第1期間および前記第2期間より後の第3期間に前記光電変換部で生成された電荷を、前記遮光状態に切り替えて前記光電変換部に保持し、
前記第1読出部は、前記シャッター装置が前記遮光状態になることで前記光電変換部に保持された電荷を、前記第1期間に前記光電変換部で生成された電荷に基づく出力信号を前記第1出力部から出力し終わった後に前記第1電荷保持部に転送する、撮像装置。
The image sensor according to any one of claims 2 to 6,
A shutter device capable of switching between an open state that does not block the incident light to the image sensor and a light blocking state that blocks the incident light to the image sensor,
The first reading unit transfers charges generated by the photoelectric conversion unit during the first period in which the shutter device is in the open state to the first charge holding unit, and then an output signal corresponding to the charges Is output from the first output unit,
The second reading unit transfers the charge generated by the photoelectric conversion unit to the second charge holding unit during a second period in which the shutter device is in the open state and does not overlap with the first period, and then An output signal corresponding to the charge is output from the second output unit,
In the shutter device, the photoelectric conversion unit switches the charge generated by the photoelectric conversion unit in the third period after the first period and the second period when the shutter apparatus is in the open state to the light-shielding state. Hold in the department
The first reading unit outputs an electric charge held in the photoelectric conversion unit when the shutter device is in the light shielding state, and an output signal based on the electric charge generated by the photoelectric conversion unit in the first period. An image pickup apparatus that transfers to the first charge holding unit after outputting from one output unit.
請求項8に記載の撮像装置において、
前記第1期間に前記光電変換部で生成された電荷に基づく第1出力信号と、前記第2期間に前記光電変換部で生成された電荷に基づく第2出力信号と、前記第3期間に前記光電変換部で生成された電荷に基づく第3出力信号と、はそれぞれ異なる露出設定に基づく出力信号である撮像装置。
The imaging device according to claim 8,
A first output signal based on the charge generated by the photoelectric conversion unit in the first period, a second output signal based on the charge generated by the photoelectric conversion unit in the second period, and the third output period in the third period. The imaging device which is an output signal based on different exposure settings from the third output signal based on the charge generated by the photoelectric conversion unit.
請求項9に記載の撮像装置において、
前記第1出力信号と前記第2出力信号と前記第3出力信号とに基づき、いずれか1つの出力信号に基づく画像よりもダイナミックレンジの高い画像を作成するハイダイナミックレンジ合成部を更に備える、撮像装置。
The imaging device according to claim 9,
An imaging device that further includes a high dynamic range synthesis unit that creates an image having a higher dynamic range than an image based on any one output signal based on the first output signal, the second output signal, and the third output signal. apparatus.
請求項2から請求項6までのいずれか一項に記載の撮像素子と、
被写体に所定の変調光を投影する投影部を備え、
前記第1読出部は、前記光電変換部が前記変調光の反射光の一部を光電変換して生成した電荷を前記第1電荷保持部に転送し、当該電荷に基づく出力信号を前記第1出力部から出力し、
前記第2読出部は、前記光電変換部が前記変調光の反射光のうち、前記一部の残りを光電変換して生成した電荷を前記第2電荷保持部に転送し、当該電荷に基づく出力信号を前記第2出力部から出力し、
前記第1出力部から出力された出力信号と、前記第2出力部から出力された出力信号とに基づき、前記被写体までの距離を算出する距離算出部を備える撮像装置。
The image sensor according to any one of claims 2 to 6,
A projection unit that projects predetermined modulated light onto a subject;
The first reading unit transfers the charge generated by the photoelectric conversion unit photoelectrically converting a part of the reflected light of the modulated light to the first charge holding unit, and outputs an output signal based on the charge to the first Output from the output section,
The second reading unit transfers the charge generated by the photoelectric conversion unit photoelectrically converting the remaining part of the reflected light of the modulated light to the second charge holding unit, and outputs based on the charge A signal is output from the second output unit;
An imaging apparatus comprising: a distance calculation unit that calculates a distance to the subject based on an output signal output from the first output unit and an output signal output from the second output unit.
入射光を光電変換して電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部に接続された第1および第2読出部とを有する画素を複数備え、
前記第1読出部は、前記光電変換部から転送された電荷を保持する第1電荷保持部と、前記第1電荷保持部に保持された電荷に応じた出力信号を出力する第1出力部とを有し、
前記第2読出部は、前記光電変換部から転送された電荷を保持する第2電荷保持部と、前記第2電荷保持部に保持された電荷に応じた出力信号を出力する第2出力部とを有する撮像素子。
A plurality of pixels having a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light to generate charges, and first and second readout units connected to the photoelectric conversion unit,
The first reading unit includes a first charge holding unit that holds charges transferred from the photoelectric conversion unit, and a first output unit that outputs an output signal corresponding to the charges held in the first charge holding unit. Have
The second reading unit includes a second charge holding unit that holds the charge transferred from the photoelectric conversion unit, and a second output unit that outputs an output signal corresponding to the charge held in the second charge holding unit. An imaging device having
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