JP2018148311A - Imaging apparatus and control method thereof - Google Patents

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和樹 原口
Kazuki Haraguchi
和樹 原口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging apparatus for realizing an image with low power consumption and low noise in a function that obtains a dynamic range moving image by combining images having different exposure amounts.SOLUTION: An imaging apparatus that acquires a plurality of images with different exposure amounts and performs synthesis with an image with a wide dynamic range includes a pixel part in which a plurality of pixels 201 are arranged in a matrix, an imaging element including an amplifier 208 for amplifying signals output from the plurality of pixels 201, exposure amount control means 107 for controlling the exposure amount, and synthesis means 106 for performing switching between a first addition mode in which a plurality of images are synthesized in the preceding stage of the amplifier 208 and a second addition mode in which the plurality of images are synthesized in the subsequent stage of the amplifier 208 in accordance with the exposure amount controlled by the exposure amount control means 107.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、撮像装置及び撮像装置の制御方法に関し、特に広ダイナミックレンジに向けた駆動に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus and a control method for the imaging apparatus, and more particularly, to driving for a wide dynamic range.

従来、暗部・明部の双方において黒潰れや白とびのない、ダイナミックレンジの広く、S/Nの良好な動画像を取得可能なカメラが望まれている。広ダイナミックレンジに向けた一例として、所定の2倍のフレームレートでフレーム毎に露光量の異なる動画像を取得し、後段で露光量の異なる2枚の動画像から諧調が保存できている信号を画像合成する。そうすることで、広ダイナミックレンジな動画像を取得する機能を有するカメラが広く普及している。しかしながら、この機能では2倍の速度で読み出しを行う必要があることから、消費電力に懸念がある。   2. Description of the Related Art Conventionally, a camera capable of acquiring a moving image with a wide dynamic range and a good S / N without black crushing or overexposure in both a dark part and a bright part has been desired. As an example for a wide dynamic range, a moving image having a different exposure amount for each frame is acquired at a predetermined double frame rate, and a tone can be saved from two moving images having different exposure amounts in a later stage. Combine images. By doing so, cameras having a function of acquiring a moving image with a wide dynamic range are widely used. However, there is a concern about power consumption because this function requires reading at twice the speed.

これに対して、特許文献1では、第1の露光量に基づいて撮影を行うときは予め設定された第1レベル以下の画素信号のA/D変換のみを行う。そして、第1の露光量より少ない第2の露光量に基づいて撮影を行うときは予め設定された第2レベル以上の画素信号のA/D変換のみを行うことで、消費電力の低減を図った撮像装置が提案されている。   On the other hand, in Patent Document 1, when shooting is performed based on the first exposure amount, only A / D conversion of a pixel signal having a preset first level or less is performed. When shooting based on a second exposure amount that is smaller than the first exposure amount, only A / D conversion of a pixel signal having a preset second level or higher is performed, thereby reducing power consumption. An imaging apparatus has been proposed.

また、動画時の駆動方法において、静止画・動画を取得可能なカメラでは、決められたフォーマットのない静止画に対して、動画はFHDやHD、4k2kなど、決められたフォーマットがある。このことから、動画モードに応じて、フォーマットに合うように低画素化を行い読み出すことが一般的である。低画素化には、センサーから全画素読み出し、後段で隣接する同色画素信号をデジタル的に混合する手法や、センサー内で隣接する同色画素信号をアナログ信号として混合し、低画素化した状態でセンサーから出力する手法が知られている。前者の方法では、全画素分のデータをセンサーから出力する必要がある為、消費電力が大きい。また、高速で読み出す必要のある動画では読出しスピードの点でも懸念がある。一方、後者の方法はセンサー内で低画素化できることから、消費電力、読出しスピードの点で有利である。   In addition, in a driving method for moving images, with a camera capable of acquiring still images / moving images, moving images have predetermined formats such as FHD, HD, and 4k2k for still images that do not have a predetermined format. For this reason, it is common to reduce the number of pixels so as to match the format according to the moving image mode. To reduce the number of pixels, all pixels are read from the sensor, and the same color pixel signals that are adjacent in the subsequent stage are digitally mixed, or the same color pixel signals that are adjacent in the sensor are mixed as analog signals to reduce the number of pixels in the sensor. The method of outputting from is known. In the former method, since it is necessary to output data for all pixels from the sensor, power consumption is large. In addition, there is a concern in terms of reading speed for moving images that need to be read at high speed. On the other hand, the latter method is advantageous in terms of power consumption and readout speed because the number of pixels can be reduced in the sensor.

後者の方法において、特許文献2では、画素列毎構成されるアンプと、アンプの後段に配置される混合回路を有し、各画素列の信号はアンプを介した後、混合回路で列方向の混合を行い、低画素化して出力する構成のセンサーが記載されている。また、遮光画像には画素部で発生する画素ノイズやアンプによる熱雑音などが重畳された回路ノイズが表れる。これは露光量に依らないノイズとなる。一方、明時の画像には、露光量に依らない回路ノイズに対して、露光量に比例して大きくなる光ショットノイズが支配的となり、回路ノイズは目立たなくなることが知られている。   In the latter method, Patent Document 2 has an amplifier configured for each pixel column and a mixing circuit arranged in the subsequent stage of the amplifier, and the signal of each pixel column passes through the amplifier and is then transmitted in the column direction by the mixing circuit. A sensor configured to perform mixing and reduce the number of pixels for output is described. In addition, circuit noise in which pixel noise generated in the pixel portion, thermal noise from an amplifier, and the like are superimposed appears in the light-shielded image. This is a noise that does not depend on the exposure amount. On the other hand, it is known that in light images, light shot noise that increases in proportion to the exposure amount becomes dominant with respect to the circuit noise that does not depend on the exposure amount, and the circuit noise becomes inconspicuous.

特開2014−57189号公報JP 2014-57189 A 特開2005−333462号公報JP 2005-333462 A

露光量の異なる2枚の画像合成により広ダイナミックレンジな動画像を得る機能において、露光量の大きい画像では暗部の諧調が保存され、露光量の小さい画像では明部の諧調が保存される。画像合成時は諧調が保存された部分的な情報が合成に用いられることになる。この特徴に対して、特許文献1ではノイズに対しての議論はなされていない。また、特許文献2では、アンプを介した後に混合を行うため、アンプで発生するノイズが低減できる効果がある一方で、読み出す画素列に応じたアンプ全てを駆動させる必要がある為、消費電力の面では低減効果が少ない。   In the function of obtaining a moving image having a wide dynamic range by combining two images having different exposure amounts, the tone of the dark portion is stored for an image with a large exposure amount, and the tone of a bright portion is stored for an image with a small exposure amount. At the time of image composition, partial information in which gradation is stored is used for composition. With respect to this feature, Patent Document 1 does not discuss noise. Further, in Patent Document 2, since mixing is performed after passing through an amplifier, there is an effect that noise generated in the amplifier can be reduced. On the other hand, since it is necessary to drive all the amplifiers according to the pixel column to be read, In terms of surface, there is little reduction effect.

本発明は、上記課題を鑑みて、露光量の異なる画像の合成により広ダイナミックレンジな動画像を得る機能において、低消費電力で低ノイズな画像を実現する撮像装置を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an imaging device that realizes a low-power consumption and low-noise image in a function of obtaining a dynamic image having a wide dynamic range by combining images with different exposure amounts. .

上記の課題を解決するために、本発明の撮像装置は、露光量の異なる複数の画像を取得し、広ダイナミックレンジの画像を合成する撮像装置であって、行列状に複数の画素が配置された画素部と、前記複数の画素から出力された信号を増幅するアンプとを備えた撮像素子と、前記露光量を制御する露光量制御手段と、前記露光量制御手段により制御された露光量に従って、前記アンプの前段で前記複数の画像を合成する第1の加算モードと前記アンプの後段で前記複数の画像を合成する第2の加算モードとを切り替える合成手段とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, an imaging apparatus of the present invention is an imaging apparatus that acquires a plurality of images with different exposure amounts and synthesizes an image with a wide dynamic range, and a plurality of pixels are arranged in a matrix. In accordance with the exposure amount controlled by the exposure amount control means, the image pickup device including the pixel unit, an amplifier for amplifying the signals output from the plurality of pixels, the exposure amount control means for controlling the exposure amount And a combining means for switching between a first addition mode for combining the plurality of images at the front stage of the amplifier and a second addition mode for combining the plurality of images at the subsequent stage of the amplifier.

本発明によれば、露光量の異なる画像の合成により広ダイナミックレンジな動画像を得る機能において、低消費電力で低ノイズな画像を実現することを可能にした撮像装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an imaging apparatus capable of realizing an image with low power consumption and low noise in a function of obtaining a moving image with a wide dynamic range by synthesizing images with different exposure amounts.

本発明における撮像装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the imaging device in this invention. 本発明における撮像素子の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the image sensor in the present invention. 撮像素子画素部の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of an image sensor pixel unit. 非混合モード時の読み出しタイミングチャートである。It is a read timing chart at the time of non-mixing mode. 第1の混合モード時の読み出しタイミングチャートである。It is a read timing chart at the time of the 1st mixed mode. 第2の混合モード時の読み出しタイミングチャートである。It is a read timing chart at the time of the 2nd mixed mode. 各混合モードとノイズの関係を表すグラフである。It is a graph showing the relationship between each mixed mode and noise. 広ダイナミックレンジモードのタイミングチャートである。It is a timing chart of wide dynamic range mode. 2行毎に画素感度を変える構成例である。This is a configuration example in which the pixel sensitivity is changed every two rows.

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面などを参照して説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

[撮像システム]
図1は、本実施形態に係る撮像システムの一例を示すブロック図である。図1において、レンズ部101は、被写体の光学像を撮像素子105に結像させるレンズであり、レンズ駆動装置102によってズーム制御、フォーカス制御、絞り制御などが行われる。メカニカルシャッター103は、シャッター制御手段104によって制御される。撮像素子105は、レンズ部101により結像された被写体を画像信号として取り込む。撮像信号処理回路106は、撮像素子105より出力される画像信号に各種の補正やデータ圧縮、広ダイナミックレンジ画像を得るための複数画像の合成処理を行う。タイミング発生回路(露光量制御手段)107は、撮像素子105、撮像信号処理回路106に、各種タイミング信号を出力する駆動手段である。制御回路109は、各種演算と撮像装置全体を制御する。メモリ108は、画像データを一時的に記憶する。インターフェース110は、記録媒体に記録または読み出しを行う。記録媒体111は、画像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体である。表示部112は、各種情報や撮影画像を表示する。
[Imaging system]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of an imaging system according to the present embodiment. In FIG. 1, a lens unit 101 is a lens that forms an optical image of a subject on an image sensor 105, and zoom control, focus control, aperture control, and the like are performed by a lens driving device 102. The mechanical shutter 103 is controlled by the shutter control means 104. The image sensor 105 captures the subject imaged by the lens unit 101 as an image signal. The imaging signal processing circuit 106 performs various corrections, data compression, and multiple image synthesis processing to obtain a wide dynamic range image on the image signal output from the imaging element 105. A timing generation circuit (exposure amount control means) 107 is a drive means for outputting various timing signals to the image sensor 105 and the image signal processing circuit 106. The control circuit 109 controls various calculations and the entire imaging apparatus. The memory 108 temporarily stores image data. The interface 110 performs recording or reading on a recording medium. The recording medium 111 is a detachable recording medium such as a semiconductor memory for recording or reading image data. The display unit 112 displays various information and captured images.

次に、本実施形態に係るデジタルカメラ(撮像装置)の撮影時の動作について説明する。まず、メイン電源がオンされると、コントロール系の電源がオンとなり、さらには撮像信号処理回路106などの撮像系回路の電源がオンとなる。次に、不図示のレリーズボタンが押されると、撮影動作が開始される。そして、撮影動作が終了すると、撮像素子105から出力された画像信号は、撮影信号処理回路106で後述する撮像素子出力の補正演算や画像処理をされ、制御回路109の指示によりメモリ108に書き込まれる(データが蓄積される)。メモリ108に蓄積されたデータは、制御回路109の制御により記録媒体制御I/F部110を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体111に記録される。また、不図示の外部I/F部を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。   Next, an operation at the time of shooting of the digital camera (image pickup apparatus) according to the present embodiment will be described. First, when the main power supply is turned on, the power supply for the control system is turned on, and further, the power supply for the imaging system circuit such as the imaging signal processing circuit 106 is turned on. Next, when a release button (not shown) is pressed, a shooting operation is started. When the photographing operation is completed, the image signal output from the image sensor 105 is subjected to correction calculation and image processing of the image sensor output described later in the photographing signal processing circuit 106 and written into the memory 108 according to an instruction from the control circuit 109. (Data is accumulated). The data stored in the memory 108 is recorded on a removable recording medium 111 such as a semiconductor memory through the recording medium control I / F unit 110 under the control of the control circuit 109. Further, the image may be processed by directly inputting to a computer or the like through an external I / F unit (not shown).

[撮像素子等価回路図]
次に、本実施形態に係る撮像素子105の構成について図2を用いて詳細な説明を行う。図2は、撮像素子の等価回路図を示している。本実施形態では、動画駆動時に動画フォーマットに合わせて低画素化する際に、隣接する同色の3画素を水平混合する構成の撮像素子を想定しているが、混合数は、3画素に限らず、2画素や5画素など任意の混合数の場合でも適用可能である。
[Image sensor equivalent circuit diagram]
Next, the configuration of the image sensor 105 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram of the image sensor. In the present embodiment, it is assumed that the image pickup device has a configuration in which three adjacent pixels of the same color are horizontally mixed when the number of pixels is reduced in accordance with the moving image format during moving image driving. However, the number of mixing is not limited to three pixels. The present invention can also be applied to an arbitrary mixed number such as 2 pixels or 5 pixels.

単位画素201は、マイクロレンズ(以下、ML)やフォトダイオード(以下、PD)、フローティングディフュージョン(以下、FD)などから成り、画素部に行列状に複数配置されている。なお、単位画素201の詳細な構成については後述する。単位画素201に記したR、G、Bは、それぞれRed、Green、Blueのカラーフィルタを表しており、図2に示すようにベイヤ配列で配置されている。垂直走査回路202は、行単位で各画素に駆動信号(PRES、PTX、PSEL)を供給する。各信号の末尾の数字、及びn(3以上の整数)は行番号を示しており、例えばnはn行目の各画素に供給する信号を示している。なお、特に行数を指定する必要がない場合は末尾の行数を示す文字は省略する。なお、駆動信号については、単位画素の構成と合わせて後述する。   The unit pixel 201 includes a microlens (hereinafter referred to as ML), a photodiode (hereinafter referred to as PD), a floating diffusion (hereinafter referred to as FD), and the like, and a plurality of unit pixels 201 are arranged in a matrix in the pixel portion. The detailed configuration of the unit pixel 201 will be described later. R, G, and B described in the unit pixel 201 represent Red, Green, and Blue color filters, respectively, and are arranged in a Bayer array as shown in FIG. The vertical scanning circuit 202 supplies drive signals (PRES, PTX, PSEL) to each pixel in units of rows. The number at the end of each signal and n (an integer greater than or equal to 3) indicate a row number. For example, n indicates a signal supplied to each pixel in the n-th row. If there is no need to specify the number of lines, the character indicating the number of lines at the end is omitted. The drive signal will be described later together with the configuration of the unit pixel.

各画素の信号は、単位画素列毎に配置される垂直信号線203を介して、後段の回路へ伝達され、各垂直信号線203には定電流回路204が図のように接続される。垂直信号線203は、さらに前段混合切り替えスイッチ205、206に接続され、前段混合切り替えスイッチ205、206は、信号PHADD_fにより駆動する。前段混合切り替えスイッチ205の他端には、読み出す画素列に対応して配置される列アンプ208が接続されており、前段混合切り替えスイッチ206の他端には、混合回路207が接続される。混合回路207は、色毎に3画素の水平混合を行う回路であり、単位混合列毎に1つ設けられる。   A signal of each pixel is transmitted to a subsequent circuit via a vertical signal line 203 arranged for each unit pixel column, and a constant current circuit 204 is connected to each vertical signal line 203 as shown in the figure. The vertical signal line 203 is further connected to the front stage mixing changeover switches 205 and 206, and the front stage mixing changeover switches 205 and 206 are driven by the signal PHADD_f. A column amplifier 208 arranged corresponding to the pixel column to be read is connected to the other end of the previous-stage mixing changeover switch 205, and a mixing circuit 207 is connected to the other end of the previous-stage mixing changeover switch 206. The mixing circuit 207 is a circuit that performs horizontal mixing of three pixels for each color, and one is provided for each unit mixing column.

前段混合切り替えスイッチ205は、pMOSスイッチ、前段混合切り替えスイッチ206は、nMOSスイッチで構成されている。そして、信号PHADD_fが“L”の時には前段混合切り替えスイッチ205がオン、前段混合切り替えスイッチ206がオフとなり、画素信号は、垂直信号線に対応する増幅器である列アンプ208に入力される。列アンプ208は、信号を増幅する機能を有する。この時、列アンプ208は、異なる複数のゲインを掛けることが可能なゲインアンプとしてもよい。信号PHADD_fが“H”の時には前段混合切り替えスイッチ205がオフ、前段混合切り替えスイッチ206がオンとなり、垂直信号線の信号は混合回路207に入力される。   The front mixing switch 205 is a pMOS switch, and the front mixing switching switch 206 is an nMOS switch. When the signal PHADD_f is “L”, the front mixing switch 205 is turned on and the front mixing switching switch 206 is turned off, and the pixel signal is input to the column amplifier 208 which is an amplifier corresponding to the vertical signal line. The column amplifier 208 has a function of amplifying a signal. At this time, the column amplifier 208 may be a gain amplifier capable of multiplying a plurality of different gains. When the signal PHADD_f is “H”, the front mixing switch 205 is turned off and the front mixing switching switch 206 is turned on, so that the signal on the vertical signal line is input to the mixing circuit 207.

列メモリ211は、列毎に設けられるアナログ信号を記憶する。サンプルホールドスイッチ209は、信号PSHが“H”の時にオンとなり、列メモリ211を用いて、列アンプ208の出力信号をサンプルホールドする機能を持つ。後段混合切り替えスイッチ210は、信号PHADD_eが“H”の時にオンとなり、列アンプ208の出力信号が列メモリ211にサンプルホールドされた後にオンすることで、列アンプ出力後の信号において色毎に3画素の水平混合を行う機能を持つ。   The column memory 211 stores an analog signal provided for each column. The sample hold switch 209 is turned on when the signal PSH is “H”, and has a function of sampling and holding the output signal of the column amplifier 208 using the column memory 211. The post-mixing changeover switch 210 is turned on when the signal PHADD_e is “H”, and is turned on after the output signal of the column amplifier 208 is sampled and held in the column memory 211, so that 3 for each color in the signal after the column amplifier output. Has the function of horizontally mixing pixels.

比較器212は、各列に対応して設けられ、画素信号とDAC回路213より供給されるある傾きを以て変動するランプ信号VRAMPが入力され、この2信号を比較する。また、比較器212は、入力される2信号が一致するタイミングで出力信号を反転させる機能を持つ。カウンター214は、入力される基準クロックCLKを基にAD変換期間中カウント動作を行う。デジタルメモリ215は、カウンター214によるカウント値と比較器212の出力信号が入力される。デジタルメモリ215は、比較器212の出力信号の反転をトリガとして、その時のカウンター214のカウント値を保持する。デジタルメモリ215で保持した値は、出力回路216より出力する。なお、出力信号は、図1で示した撮像信号処理回路106に入力される。   The comparator 212 is provided corresponding to each column, and receives a pixel signal and a ramp signal VRAMP that fluctuates with a certain slope supplied from the DAC circuit 213, and compares the two signals. The comparator 212 has a function of inverting the output signal at the timing when the two input signals match. The counter 214 performs a count operation during the AD conversion period based on the input reference clock CLK. The digital memory 215 receives the count value from the counter 214 and the output signal from the comparator 212. The digital memory 215 holds the count value of the counter 214 at that time using the inversion of the output signal of the comparator 212 as a trigger. The value held in the digital memory 215 is output from the output circuit 216. The output signal is input to the imaging signal processing circuit 106 shown in FIG.

[単位画素部等価回路図]
次に、図3を用いて単位画素の詳細な説明を行う。単位画素は、不図示の1つのMLと、1つのPD、1つのFD、4つのトランジスタから構成される。PD(光電変換素子)301は、光電変換を行う。トランジスタ302は、転送スイッチであり、PD301で光電変換される電荷をFD303に転送する。FD303は、転送される電荷を電位に変換する機能を持つ。トランジスタ304は、垂直信号線に接続される定電流源と共にソースフォロワアンプを形成する。トランジスタ302は、信号PTXによって駆動する。FD303は、信号PRESによって駆動するトランジスタ306を介して電位VDDに接続され、PRESが“H”になることで、FD303は、電位VDDにリセットされる。トランジスタ305は、信号PSELによって駆動され、トランジスタ304の出力を垂直信号線に伝達するスイッチの役割を果たす。
[Unit pixel unit equivalent circuit diagram]
Next, the unit pixel will be described in detail with reference to FIG. The unit pixel includes one ML (not shown), one PD, one FD, and four transistors. A PD (photoelectric conversion element) 301 performs photoelectric conversion. The transistor 302 is a transfer switch, and transfers the charge photoelectrically converted by the PD 301 to the FD 303. The FD 303 has a function of converting transferred charges into a potential. The transistor 304 forms a source follower amplifier together with a constant current source connected to the vertical signal line. The transistor 302 is driven by the signal PTX. The FD 303 is connected to the potential VDD via the transistor 306 driven by the signal PRES, and when the PRES becomes “H”, the FD 303 is reset to the potential VDD. The transistor 305 is driven by the signal PSEL and functions as a switch that transmits the output of the transistor 304 to the vertical signal line.

[非混合モード時の駆動方法]
次に、各列の信号を水平混合することなく独立に各列の信号を読み出す際の駆動方法を説明する。この駆動方法は、例えば、より解像度が高く、フレームレートが低速でも構わない静止画撮影や、拡大動画など、センサーの一部を切り出し、各列の信号を独立に読み出すことにより混合低画素化を行うモードに用いられる。本実施形態では、この駆動を、何ら混合を行う必要が無いため、非混合モードと呼ぶ。
[Driving method in non-mixing mode]
Next, a driving method when reading the signals of each column independently without horizontally mixing the signals of each column will be described. This driving method, for example, reduces the number of mixed pixels by cutting out a part of the sensor and reading out the signals in each column independently, such as still image shooting and enlarged movie, which may have higher resolution and lower frame rate. Used for the mode to perform. In the present embodiment, this driving is called a non-mixing mode because it is not necessary to perform any mixing.

図4は、所定の期間露光した後に各画素の信号を読み出す際のタイミングチャート、時間軸上で列メモリの電位VCとDAC213から出力される電位VRAMPを示すグラフ、カウンターのカウント値を示すグラフをそれぞれ示している。非混合モードでは、信号PHADD_f、PHADD_eは、常に“L”とする。すなわち、混合切り替えスイッチ205がオン、混合切り替えスイッチ206がオフとなり、後段混合切り替えスイッチ210がオフとなる。   FIG. 4 is a timing chart when reading out the signal of each pixel after exposure for a predetermined period, a graph showing the potential VCAMP of the column memory on the time axis and the potential VRAMP output from the DAC 213, and a graph showing the count value of the counter. Each is shown. In the unmixed mode, the signals PHADD_f and PHADD_e are always “L”. That is, the mixing switch 205 is turned on, the mixing switch 206 is turned off, and the rear mixing switch 210 is turned off.

まず、全画素を一括してリセットを行い、所定の期間蓄積を行った後、PSEL1を“H”とし、1行目の信号が垂直信号線203に出力される状態とする。また、PRES1を“H”とし、電位VDDによってFDのリセットを行う。そして、時刻t401でPRES1を“L”とし、FDのリセットを解除する。また、PSHを“H”とし、列メモリ211に信号が書き込まれる状態とする。リセット解除後の信号(以下、リセット信号)は、信号PHADD_fが“L”となっているので、読み出す画素に対応する列に配置された列アンプ208、サンプルホールドスイッチ209を介し、列メモリ211へと伝達される。リセット信号が列メモリ211に伝達され安定した時刻t402でPRES1、PSHが“L”となり、列メモリ211にリセット信号がホールドされ、DAC213は、RAMP信号を出力し、リセット信号のAD変換を開始する。カウンター214は、AD変換を開始したタイミングからVCとVRAMPが一致し、比較器の出力信号が反転するまでの間カウントを行い、デジタルメモリ215はその時のカウント値を保持する。AD変換期間が終了する時刻t403でデジタルメモリ215に保持されたカウント値は、出力回路216によって列順次にセンサー外部へと出力される。また、カウンターは、リセット信号を出力した後、初期値にリセットされる。   First, all pixels are collectively reset, and after a predetermined period of accumulation, PSEL1 is set to “H”, and a signal in the first row is output to the vertical signal line 203. Further, PRES1 is set to “H”, and the FD is reset by the potential VDD. At time t401, PRES1 is set to “L”, and the FD reset is released. Further, PSH is set to “H”, and a signal is written in the column memory 211. Since the signal PHADD_f is “L” after the reset is released (hereinafter referred to as a reset signal), the signal is input to the column memory 211 via the column amplifier 208 and the sample hold switch 209 arranged in the column corresponding to the pixel to be read. Is communicated. When the reset signal is transmitted to the column memory 211 and the stable time t402, PRES1 and PSH become “L”, the reset signal is held in the column memory 211, the DAC 213 outputs the RAMP signal, and starts AD conversion of the reset signal. . The counter 214 counts from the timing when AD conversion is started until VC and VRAMP match and the output signal of the comparator is inverted, and the digital memory 215 holds the count value at that time. The count value held in the digital memory 215 at the time t403 when the AD conversion period ends is output to the outside of the sensor in a column sequence by the output circuit 216. The counter is reset to an initial value after outputting a reset signal.

次に、時刻t404で信号PTX1が“H”となり、リセット信号が保持されているFDに加えてPDの蓄積電荷が転送される。また、PSHが“H”となり、再び列メモリ211に信号が書き込まれる状態にする。受光した光量に応じた信号(以下、光信号)は、リセット信号同様に読み出す画素に対応する列に配置された列アンプ208、サンプルホールドスイッチ209を介して、列メモリ211へと伝達される。光信号が列メモリ211に伝達され安定した時刻t405でPTX1、PSHが“L”となり、列メモリ211に光信号がホールドされ、DAC213は、RAMP信号を出力し、光信号のAD変換を開始する。カウンター214は、AD変換を開始したタイミングからVCとVRAMPが一致し、比較器の出力信号が反転するまでの間カウントを行い、デジタルメモリ215は、その時のカウント値を保持する。AD変換期間が終了する時刻t406でPSEL1が“L”となる。また、デジタルメモリが保持したカウント値は、出力回路216により列順次にセンサー外部へと出力する。カウンターは、光信号を出力線に出力した後、初期値にリセットされる。以上の動作をn行目まで行順次に行い、読み出し動作を終了する。撮像素子より出力されたリセット信号、光信号は、後段の撮像信号処理回路106で演算処理され、リセットノイズが取り除かれた光信号を得る。   Next, at time t404, the signal PTX1 becomes “H”, and the accumulated charge of the PD is transferred in addition to the FD in which the reset signal is held. Further, PSH becomes “H” and the signal is again written in the column memory 211. A signal corresponding to the amount of light received (hereinafter referred to as an optical signal) is transmitted to the column memory 211 via the column amplifier 208 and the sample hold switch 209 arranged in the column corresponding to the pixel to be read out, similarly to the reset signal. At time t405 when the optical signal is transmitted to the column memory 211 and stabilized, PTX1 and PSH become “L”, the optical signal is held in the column memory 211, the DAC 213 outputs the RAMP signal, and starts AD conversion of the optical signal. . The counter 214 counts from the timing when the AD conversion is started until VC and VRAMP match and the output signal of the comparator is inverted, and the digital memory 215 holds the count value at that time. At time t406 when the AD conversion period ends, PSEL1 becomes “L”. In addition, the count value held in the digital memory is output to the outside of the sensor in a column order by the output circuit 216. The counter is reset to the initial value after outputting the optical signal to the output line. The above operation is sequentially performed up to the nth row, and the read operation is completed. The reset signal and the optical signal output from the imaging element are subjected to arithmetic processing by the subsequent imaging signal processing circuit 106 to obtain an optical signal from which the reset noise has been removed.

[第1の混合モード時の駆動方法]
次に、列アンプ208の前段に構成される混合回路207で隣接する同色の信号を3列水平混合することで低画素化を行って読み出す際の駆動方法を説明する。なお、本実施形態では、この駆動を第1の混合モード(第1の加算モード)とする。図5は、第1の混合モードの信号読み出し時のタイミングチャートを示している。また、図4と同様に図の下部に示すグラフは時間軸上で列メモリの電位VCとDAC213から出力される電位VRAMPを示すグラフ、カウンターのカウント値を示すグラフをそれぞれ示している。
[Driving method in the first mixed mode]
Next, a description will be given of a driving method when reading out by reducing the number of pixels by horizontally mixing three adjacent signals of the same color in the mixing circuit 207 configured in the previous stage of the column amplifier 208. In this embodiment, this driving is the first mixed mode (first addition mode). FIG. 5 is a timing chart at the time of signal reading in the first mixed mode. Similarly to FIG. 4, the graph shown at the bottom of the figure shows a graph indicating the potential VCAMP of the column memory and the potential VRAMP output from the DAC 213 on the time axis, and a graph indicating the count value of the counter.

この駆動では、信号PHADD_fは、常に“H”、信号PHADD_eは常に“L”とする。すなわち、前段混合切り替えスイッチ205がオフ、前段混合切り替えスイッチ206がオンとなり、後段混合切り替えスイッチ210は、オフとなる。ここで、図4で説明した非混合モードのタイミングチャートと図5を比較すると、信号PHADD_fのみが異なるだけである。よって、本実施形態では、非混合モードと異なる箇所のみを説明する。時刻t501でリセット信号が垂直信号線203に出力されるが、信号PHADD_fが“H”のことから、対応する隣接同色の3画素のリセット信号は、共有する混合回路207に入力される。混合回路207は、入力された3信号を混合した信号を混合回路に対応して接続される列アンプ208、サンプルホールドスイッチ209を介して、列メモリ211に保持される。なお、時刻t504における光信号についても同様である。この動作により、列アンプの前段で混合することで低画素化された画像を得ることが出来る。また、第1の混合モードでは、水平混合される列の中心に位置する列数をmとすると、m−2、m+2に位置する列の列アンプ、比較器、デジタルメモリは使用しない為、パワーセーブを行う。   In this driving, the signal PHADD_f is always “H” and the signal PHADD_e is always “L”. That is, the front stage mixing changeover switch 205 is turned off, the front stage mixing changeover switch 206 is turned on, and the rear stage mixing changeover switch 210 is turned off. Here, comparing the timing chart of the unmixed mode described in FIG. 4 with FIG. 5, only the signal PHADD_f is different. Therefore, in the present embodiment, only portions different from the unmixed mode will be described. At time t501, the reset signal is output to the vertical signal line 203. Since the signal PHADD_f is “H”, the corresponding reset signal of the adjacent three pixels of the same color is input to the shared mixing circuit 207. The mixing circuit 207 holds the signal obtained by mixing the three input signals in the column memory 211 via the column amplifier 208 and the sample hold switch 209 that are connected corresponding to the mixing circuit. The same applies to the optical signal at time t504. With this operation, it is possible to obtain an image with a reduced number of pixels by mixing in the previous stage of the column amplifier. In the first mixing mode, if the number of columns located at the center of the horizontally mixed columns is m, the column amplifiers, comparators, and digital memories of the columns positioned at m-2 and m + 2 are not used. Save.

以上の様に、第1の混合モードでは、列アンプの前段で混合することで低画素化を行うため、使用しない列毎に構成される回路は、パワーセーブを行うことが可能なことから消費電力が少ない。そして、全画角を高速なフレームレートで読み出す動画モード等に用いられる。また、消費電力が少ないという特徴から、動画の中でも特に発熱の大きいモードで使用するとより効果的である。   As described above, in the first mixing mode, since the number of pixels is reduced by mixing in the previous stage of the column amplifier, the circuit configured for each column that is not used can perform power saving. Low power. Then, it is used in a moving image mode or the like that reads out the entire angle of view at a high frame rate. In addition, because of the feature of low power consumption, it is more effective when used in a mode with particularly large heat generation in moving images.

[第2の混合モード時の駆動方法]
次に、列アンプ208の後段に構成される後段混合切り替えスイッチ、列メモリ211によって隣接する同色の信号を3列水平混合することで低画素化を行って読み出す際の駆動方法を説明する。本実施形態では、この駆動を第2の混合モード(第2の加算モード)とする。図6は、第2の混合モードの信号読み出し時のタイミングチャートを示す。また、図4と同様に図の下部に示すグラフは、時間軸上で列メモリの電位VCとDAC213から出力される電位VRAMPを示すグラフ、カウンターのカウント値を示すグラフをそれぞれ示している。
[Driving method in the second mixed mode]
Next, a description will be given of a driving method when reading by reducing the number of pixels by horizontally mixing three adjacent columns of the same color signal by using a rear stage mixing changeover switch and a column memory 211 arranged at the rear stage of the column amplifier 208. In this embodiment, this driving is referred to as a second mixed mode (second addition mode). FIG. 6 is a timing chart at the time of signal reading in the second mixed mode. Similarly to FIG. 4, the graph shown at the bottom of the figure shows a graph indicating the potential VCAMP of the column memory and the potential VRAMP output from the DAC 213 on the time axis, and a graph indicating the count value of the counter.

この駆動では、信号PHADD_fは、常に“L”とする。すなわち、前段混合切り替えスイッチ205がオン、前段混合切り替えスイッチ206がオフとなる。ここで、図4で説明した非混合モードのタイミングチャートと図6を比較すると、信号PHADD_eのみが異なるだけである。よって、ここでは、非混合モードと異なる箇所のみを説明する。時刻t602でリセット信号が列メモリ211にホールドされた後、時刻t603までの期間、信号PHADD_eが“H”となる。これにより、隣接する同色3画素の信号が各々保持された列メモリが接続され、混合信号が生成される。光信号についても同様の駆動を行う。また、第2の混合モードでは、水平混合される列の中心に位置する列数をmとすると、m−2、m+2に位置する列の比較器、デジタルメモリは使用しない為、比較器内部で入力端子を遮断した後、パワーセーブを行う。   In this driving, the signal PHADD_f is always “L”. That is, the pre-mixing changeover switch 205 is turned on and the pre-mixing changeover switch 206 is turned off. Here, when the timing chart of the unmixed mode described in FIG. 4 is compared with FIG. 6, only the signal PHADD_e is different. Therefore, only the points different from the unmixed mode will be described here. After the reset signal is held in the column memory 211 at time t602, the signal PHADD_e becomes “H” for a period up to time t603. As a result, column memories each holding signals of adjacent three pixels of the same color are connected, and a mixed signal is generated. The same driving is performed for the optical signal. In the second mixing mode, if the number of columns positioned at the center of the horizontally mixed columns is m, the comparators and digital memories of the columns positioned at m−2 and m + 2 are not used. After shutting down the input terminal, perform power saving.

以上の様に、第2の混合モードは、列アンプの後段で混合することで低画素化を行うため、画素部で発生するノイズに加え、列アンプで発生するノイズも混合による低減効果が得られることからノイズの少ない高品位な画像が得られる。また、第1の混合モード同様に、全画角を高速なフレームレートで読み出す動画モード等に用いられる。また、ノイズが少ないという特徴から、動画の中でも特に高品位な画質が求められるモードで使用するとより効果的である。   As described above, in the second mixing mode, since the number of pixels is reduced by mixing in the subsequent stage of the column amplifier, in addition to the noise generated in the pixel portion, the noise generated in the column amplifier can also be reduced by mixing. Therefore, a high-quality image with little noise can be obtained. Further, like the first mixed mode, it is used for a moving image mode or the like for reading out the entire angle of view at a high frame rate. In addition, because of its low noise feature, it is more effective when used in a mode that requires a particularly high-quality image among moving images.

[第1、2の混合モードの特徴]
次に、第1、第2の混合モードの特徴について説明する。まずノ、イズに着目し、σLを光ショットノイズ、σ1を第1の混合モードにおける回路ノイズ、σ2を第2の混合モードにおける回路ノイズとする。σLは、露光量の平方根に比例して増加することが知られている。一方、σ1、σ2の回路ノイズは、露光量に依らず一定のノイズが発生する。ここで、画素部で発生するランダムノイズをσpix、列アンプで発生するランダムノイズをσamp、AD変換回路で発生するランダムノイズをσadとする。これらが重畳された回路ノイズは、σpix、σamp、σadの二乗和に平方根を取ったものになる。また、ランダムノイズは混合することで、混合数の平方根倍小さくなることが知られている。すなわち、第1の混合モードでは、画素ノイズが3画素で混合されることから1/√3倍となり、第2の混合モードでは、画素ノイズとアンプノイズがそれぞれ3画素で混合されることから1/√3倍となる。このことからσ1、σ2をσpix、σamp、σadを用いて数式で表すと以下の様になる。
σ1 = √(σpix/√3)2 amp 2 ad 2 ) 数式1
σ2 = √(σpix/√3)2 +(σamp/√3)2 ad 2 ) 数式2
[Characteristics of the first and second mixed modes]
Next, features of the first and second mixed modes will be described. First, paying attention to noise, σL is optical shot noise, σ1 is circuit noise in the first mixed mode, and σ2 is circuit noise in the second mixed mode. It is known that σL increases in proportion to the square root of the exposure amount. On the other hand, the circuit noise of σ1 and σ2 is generated regardless of the exposure amount. Here, it is assumed that random noise generated in the pixel portion is σpix, random noise generated in the column amplifier is σamp, and random noise generated in the AD conversion circuit is σad. The circuit noise on which these are superimposed is the sum of squares of σpix, σamp, and σad, with a square root. Further, it is known that random noise is mixed to reduce the square root of the number of mixing. That is, in the first mixed mode, the pixel noise is mixed by 3 pixels, which is 1 / √3 times. In the second mixed mode, the pixel noise and the amplifier noise are mixed by 3 pixels, respectively. / √3 times. Therefore, when σ1 and σ2 are expressed by mathematical expressions using σpix, σamp, and σad, they are as follows.
σ1 = √ (σ pix / √3) 2 + σ amp 2 + σ ad 2 ) Equation 1
σ 2 = √ (σ pix / √3) 2 + (σ amp / √3) 2 + σ ad 2 ) Equation 2

第2の混合モードでは第1の混合モードに比べて、σampが混合されている分、ノイズが少ないことから下記数式3の関係があることが分かる。
σ1>σ2 数式3
In the second mixed mode, it can be seen that there is a relationship expressed by the following Equation 3 because σamp is mixed as compared with the first mixed mode because noise is reduced.
σ1> σ2 Formula 3

図7のグラフは、上記関係を横軸に露光量、縦軸にノイズ量として示した模式的なグラフである。グラフに示す露光量Eは、露光量Eより露光量が大きい範囲では、σ1とσ2の差に比べて光ショットノイズが十分大きく、画像として見た際に、第1の混合モードと第2の混合モードでノイズの差が分からないポイントを示している。露光量Eは、例えば、σLが、σ1とσ2との差の10倍程度とする。逆に、露光量Eより露光量が小さい範囲では画像としてみた時に、混合モードによってノイズの差が視認できる範囲を示している。また、消費電力に着目すると、第1の混合モードは、第2の混合モードに対して、駆動する列アンプの数が1/3で良いため、消費電力が小さい。上記で説明した第1、第2の混合モードの特徴を鑑みて、低消費電力で高品質な広ダイナミックレンジ動画像を得ることが可能となる駆動方法を次に説明する。   The graph of FIG. 7 is a schematic graph showing the above relationship as the exposure amount on the horizontal axis and the noise amount on the vertical axis. The exposure amount E shown in the graph has a light shot noise sufficiently larger than the difference between σ1 and σ2 in the range where the exposure amount is larger than the exposure amount E. When viewed as an image, the first mixed mode and the second exposure amount E are shown. The point where the noise difference is not known in the mixed mode is shown. As for the exposure amount E, for example, σL is about 10 times the difference between σ1 and σ2. On the contrary, in the range where the exposure amount is smaller than the exposure amount E, the range in which the noise difference can be visually recognized by the mixed mode when viewed as an image is shown. Focusing on power consumption, the first mixed mode consumes less power than the second mixed mode because the number of column amplifiers to be driven may be 1/3. In view of the characteristics of the first and second mixed modes described above, a driving method capable of obtaining a wide dynamic range moving image with low power consumption and high quality will be described next.

[広ダイナミックレンジモード時の駆動方法]
混合による低画素化を行った駆動において、特に広ダイナミックレンジな動画像を得る駆動方法を説明する。本実施形態では、この駆動を広ダイナミックレンジモードとする。図8は、広ダイナミックレンジモードで公知のスリットローリング駆動を行った際のタイミングチャートである。信号VD_R、信号VD_Sは、図1のタイミング発生部107から撮像素子105に入力される信号である。信号VD_Rは、読出し開始信号であり、信号VD_Rの立下りをトリガとして、読み出し走査が開始する。信号VD_Sは、リセット開始信号であり、信号VD_Sの立下りをトリガとして、リセット走査が開始する。点線は、行順次にリセットを行うことを示すリセットラインである。一点鎖線は、上述した第1の混合モードの読み出し駆動を行順次に行うことを示し、二点鎖線は、上述した第2の混合モードの読み出し駆動を行順次に行うことを示している。
[Driving method in wide dynamic range mode]
A driving method for obtaining a moving image having a particularly wide dynamic range in driving in which pixels are reduced by mixing will be described. In this embodiment, this driving is set to a wide dynamic range mode. FIG. 8 is a timing chart when a known slit rolling drive is performed in the wide dynamic range mode. The signal VD_R and the signal VD_S are signals input to the image sensor 105 from the timing generation unit 107 in FIG. The signal VD_R is a readout start signal, and readout scanning starts with the falling edge of the signal VD_R as a trigger. The signal VD_S is a reset start signal, and reset scanning starts with the falling edge of the signal VD_S as a trigger. A dotted line is a reset line indicating that the reset is performed in the row order. The alternate long and short dash line indicates that the above-described first mixed mode readout drive is performed in a row sequence, and the alternate long and two short dashes line indicates that the above-described second mixed mode readout drive is performed in a row sequential manner.

図で示すように、偶数フレームで読み出される画像は、奇数フレームで読み出される画像に対して蓄積時間が長くなるように信号VD_Sを制御する。すなわち、偶数フレームは、明時画像が得られ、暗部の諧調が黒潰れすることなく保存される。一方、奇数フレームは、暗時画像が得られ、明部の諧調が白とびすることなく保存される。合成時に暗部が用いられる偶数フレームでは、回路ノイズが目立つ為、回路ノイズの少ない第2の混合モードで読み出しを行う。合成時に明部が用いられる奇数フレームでは、光ショットノイズとの関係より回路ノイズをケアする必要がなくなる為、より低消費電力な第1の混合モードで読み出しを行う。この時、合成に使用する暗部・明部の信号閾値は、図7で示した露光量Eより大きいことが望ましい。上記駆動で取得した連続する露光量の異なる2フレームの動画像は、図1の撮像信号処理回路106において、諧調が保存された暗部・明部の情報を合成し、広ダイナミックレンジな動画像を得ることが出来る。上記駆動を行うことで、低消費電力と良好なS/Nの広ダイナミックレンジ動画像を実現することが可能となる。   As shown in the figure, the signal VD_S is controlled so that the image read in the even frame has a longer accumulation time than the image read in the odd frame. In other words, even-numbered frames are stored without causing dark images to be obtained with dark images. On the other hand, in the odd-numbered frame, a dark image is obtained and the gradation of the bright part is preserved without overexposure. In even frames in which dark portions are used during synthesis, circuit noise is conspicuous, so reading is performed in the second mixed mode with less circuit noise. In an odd frame in which a bright part is used at the time of synthesis, there is no need to care for circuit noise due to the relationship with light shot noise, so reading is performed in the first mixed mode with lower power consumption. At this time, it is desirable that the signal threshold value of the dark part and the bright part used for the synthesis is larger than the exposure amount E shown in FIG. The two frames of moving images with different exposure amounts acquired by the above-mentioned driving are synthesized in the image signal processing circuit 106 of FIG. Can be obtained. By performing the above driving, it is possible to realize a wide dynamic range moving image with low power consumption and good S / N.

なお、本実施形態では、広ダイナミックレンジな動画像を得る際に、フレーム毎に蓄積時間を異ならせることで露光量を変更したが、これに限らない。すなわち、フレーム毎に1フレーム中に得られるダイナミックレンジをシフトできればよく、その手段は感度や絞り、光学フィルターなどでもよい。また、必ずしもフレーム毎にダイナミックレンジをシフトさせる必要もなく、例えば、2行毎(ベイヤ単位行毎)に感度を切り替えるように制御し、それに合わせて2行毎に第1の混合モードと第2の混合モードを切り替える構成としてもよい。2行毎にダイナミックレンジをシフトさせる手段としては、画素の開口面積を2行毎に異ならせることで画素の感度を変えても良いし、開口面積は変えずFDの容量(画素容量)を2行毎に異ならせる(区別する)ことで画素の感度を変えてもよい。   In the present embodiment, when obtaining a moving image with a wide dynamic range, the exposure amount is changed by changing the accumulation time for each frame, but the present invention is not limited to this. That is, it is only necessary to shift the dynamic range obtained in one frame for each frame, and the means may be sensitivity, a diaphragm, an optical filter, or the like. Also, it is not always necessary to shift the dynamic range for each frame. For example, the sensitivity is controlled to be switched every two rows (every Bayer unit row), and the first mixed mode and the second are switched every two rows accordingly. Alternatively, the mixed mode may be switched. As means for shifting the dynamic range every two rows, the pixel sensitivity may be changed by changing the pixel opening area every two rows, or the capacitance of the FD (pixel capacitance) is set to 2 without changing the opening area. You may change the sensitivity of a pixel by making it differ for every line (it distinguishes).

図9は、画素の開口面積を2行毎に異ならせた構成(第1の画素群と第2の画素群)例を示している。斜線部901は遮光部を示し、開口部902の面積に応じた光がPDに入射することを示している。図に示すように、2行毎、すなわちベイヤ単位行毎にPDの開口面積を変えることにより、感度を変える構成においても本発明を適用できる。このような構成とすることで、垂直方向の解像度は低下するが、所定のフレームレートの倍のレートで読み出す必要はなくなるので、より消費電力が低減可能となる。また、複数のセンサーを有するカメラの場合、センサー毎に上記手段の何れかでダイナミックレンジをシフトさせて、各々のセンサーのダイナミックレンジに併せて、第1、第2の混合モードを行うとしてもよい。   FIG. 9 shows an example of a configuration (first pixel group and second pixel group) in which the opening area of the pixels is different every two rows. A hatched portion 901 indicates a light shielding portion, and indicates that light corresponding to the area of the opening 902 enters the PD. As shown in the figure, the present invention can be applied to a configuration in which the sensitivity is changed by changing the opening area of the PD every two rows, that is, every Bayer unit row. With such a configuration, the resolution in the vertical direction is lowered, but it is not necessary to read out at a rate twice the predetermined frame rate, so that the power consumption can be further reduced. In the case of a camera having a plurality of sensors, the first and second mixed modes may be performed in accordance with the dynamic range of each sensor by shifting the dynamic range by any of the above means for each sensor. .

また、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。   Moreover, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.

106 撮像信号処理回路
107 タイミング発生部
201 単位画素
208 列アンプ
106 imaging signal processing circuit 107 timing generator 201 unit pixel 208 column amplifier

Claims (12)

露光量の異なる複数の画像を取得し、広ダイナミックレンジの画像を合成する撮像装置であって、
行列状に複数の画素が配置された画素部と、前記複数の画素から出力された信号を増幅するアンプとを備えた撮像素子と、
前記露光量を制御する露光量制御手段と、
前記露光量制御手段により制御された露光量に従って、前記アンプの前段で前記複数の画像を合成する第1の加算モードと前記アンプの後段で前記複数の画像を合成する第2の加算モードとを切り替える合成手段と
を備える
ことを特徴とする撮像装置。
An imaging device that acquires a plurality of images with different exposure amounts and synthesizes a wide dynamic range image,
An image sensor including a pixel portion in which a plurality of pixels are arranged in a matrix, and an amplifier that amplifies signals output from the plurality of pixels;
Exposure amount control means for controlling the exposure amount;
In accordance with the exposure amount controlled by the exposure amount control means, a first addition mode for combining the plurality of images before the amplifier and a second addition mode for combining the plurality of images at the subsequent stage of the amplifier. An imaging apparatus comprising: a combining unit for switching.
前記露光量制御手段は、第1の露光量と前記第1の露光量と異なる第2の露光量を制御し、
前記合成手段は、前記第1の露光量の場合には前記第1の加算モードで画像を合成し、前記第2の露光量の場合には前記第2の加算モードで画像を合成する
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The exposure amount control means controls a first exposure amount and a second exposure amount different from the first exposure amount,
The combining means combines the image in the first addition mode in the case of the first exposure amount, and combines the image in the second addition mode in the case of the second exposure amount. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the imaging apparatus is characterized.
前記露光量制御手段は、蓄積時間に基づいて前記露光量を制御し、前記第1の露光量における蓄積時間を、前記第2の露光量における蓄積時間よりも短くなるように制御し、
ことを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
The exposure amount control means controls the exposure amount based on an accumulation time, and controls the accumulation time in the first exposure amount to be shorter than the accumulation time in the second exposure amount;
The imaging apparatus according to claim 2.
前記露光量制御手段は、フレームごとに前記第1の露光量と前記第2の露光量を制御する
ことを特徴とする請求項2または3に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 2, wherein the exposure amount control unit controls the first exposure amount and the second exposure amount for each frame.
前記露光量制御手段は、奇数フレームでは前記第1の露光量に制御し、前記偶数フレームでは第2の露光量に制御する
ことを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 4, wherein the exposure amount control unit controls the first exposure amount in an odd frame and controls the second exposure amount in the even frame.
露光量の異なる複数の画像を取得し、広ダイナミックレンジの画像を合成する撮像装置であって、
行列状に複数の画素が配置された画素部と、前記複数の画素から出力された信号を増幅するアンプとを備えた撮像素子と、
前記アンプの前段で前記複数の画像を合成する第1の加算モードと前記アンプの後段で前記複数の画像を合成する第2の加算モードとを切り替える合成手段と
を備え、
前記画素部は、少なくとも第1の画素群と第2の画素群に区別され、
前記合成手段は、前記第1の画素群から出力された画像を合成する場合には、前記第1の加算モードで合成し、前記第2の画素群から出力された画像を合成する場合には、前記第2の加算モードで合成する
ことを特徴とする撮像装置。
An imaging device that acquires a plurality of images with different exposure amounts and synthesizes a wide dynamic range image,
An image sensor including a pixel portion in which a plurality of pixels are arranged in a matrix, and an amplifier that amplifies signals output from the plurality of pixels;
A combining unit that switches between a first addition mode for combining the plurality of images at the front stage of the amplifier and a second addition mode for combining the plurality of images at the subsequent stage of the amplifier;
The pixel portion is distinguished into at least a first pixel group and a second pixel group,
The synthesizing unit synthesizes the image output from the first pixel group in the first addition mode, and synthesizes the image output from the second pixel group. An image pickup apparatus that combines in the second addition mode.
前記第1の画素群と前記第2の画素群は、画素の開口面積が異なる
ことを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。
The imaging device according to claim 6, wherein the first pixel group and the second pixel group have different pixel opening areas.
前記第1の画素群の開口面積は、前記第2の画素群の開口面積より小さい
ことを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 7, wherein an opening area of the first pixel group is smaller than an opening area of the second pixel group.
前記画素は光電変換素子に蓄積した電荷を電位に変換する画素容量を有し、
前記第1の画素群と前記第2の画素群は、前記画素容量の大きさが異なる
ことを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。
The pixel has a pixel capacity for converting the charge accumulated in the photoelectric conversion element into a potential,
The imaging device according to claim 6, wherein the first pixel group and the second pixel group have different pixel capacities.
前記第1の画素群の画素容量は前記第2の画素群の画素容量より大きい
ことを特徴とする請求項9に記載の撮像装置。
The image pickup apparatus according to claim 9, wherein a pixel capacity of the first pixel group is larger than a pixel capacity of the second pixel group.
露光量の異なる複数の画像を取得し、広ダイナミックレンジの画像を合成する、行列状に複数の画素が配置された画素部と、前記複数の画素から出力された信号を増幅するアンプとを備えた撮像素子とを備える撮像装置の制御方法であって、
前記露光量を制御する露光量制御工程と、
前記露光量制御工程で制御された露光量に従って、前記アンプの前段で前記複数の画像を合成する第1の加算モードと前記アンプの後段で前記複数の画像を合成する第2の加算モードとを切り替える合成工程と
を有する
ことを特徴とする撮像装置の制御方法。
A pixel unit in which a plurality of pixels are arranged in a matrix to obtain a plurality of images with different exposure amounts and synthesize a wide dynamic range image, and an amplifier that amplifies signals output from the plurality of pixels. An imaging device control method comprising:
An exposure amount control step for controlling the exposure amount;
In accordance with the exposure amount controlled in the exposure amount control step, a first addition mode for combining the plurality of images before the amplifier and a second addition mode for combining the plurality of images at the subsequent stage of the amplifier. And a compositing step for switching.
露光量の異なる複数の画像を取得し、広ダイナミックレンジの画像を合成する、行列状に複数の画素が配置された画素部と、前記複数の画素から出力された信号を増幅するアンプとを備えた撮像素子とを備える撮像装置の制御方法であって、
前記アンプの前段で前記複数の画像を合成する第1の加算モードと前記アンプの後段で前記複数の画像を合成する第2の加算モードとを切り替える合成工程
を有し、
前記画素部は、少なくとも第1の画素群と第2の画素群に区別され、
前記合成工程では、前記第1の画素群から出力された画像を合成する場合には、前記第1の加算モードで合成し、前記第2の画素群から出力された画像を合成する場合には、前記第2の加算モードで合成する
ことを特徴とする撮像装置の制御方法。
A pixel unit in which a plurality of pixels are arranged in a matrix to obtain a plurality of images with different exposure amounts and synthesize a wide dynamic range image, and an amplifier that amplifies signals output from the plurality of pixels. An imaging device control method comprising:
A combining step of switching between a first addition mode for combining the plurality of images at the front stage of the amplifier and a second addition mode for combining the plurality of images at the subsequent stage of the amplifier;
The pixel portion is distinguished into at least a first pixel group and a second pixel group,
In the synthesizing step, when synthesizing an image output from the first pixel group, when synthesizing in the first addition mode and synthesizing an image output from the second pixel group, A method for controlling an imaging apparatus, wherein the synthesis is performed in the second addition mode.
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WO2022209649A1 (en) * 2021-03-29 2022-10-06 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Imaging system and imaging device

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