JP2020088536A - Imaging apparatus - Google Patents

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Takeshi Uchida
武志 内田
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Abstract

To prevent noise of a reset pulse for resetting a photoelectric conversion unit, when reading a predetermined row.SOLUTION: An imaging apparatus capable of adjusting exposure time, comprises: a plurality of photoelectric conversion units arranged in rows and columns, for generating charges by photoelectrically converting incident light; reading means that sequentially supplies a reading pulse of different phase for each row, in order to sequentially read, in row unit, charges generated by the plurality of photoelectric conversion units; reset pulse supply means that supplies the photoelectric conversion units with a reset pulse for resetting the photoelectric conversion units during a vertical period; and control means that shifts a phase of the reset pulse or a phase of the reading pulse by a predetermined time during reading of a predetermined row such that noise of the reset pulse does not overlap the reading period of the reading pulse. Thus, noise in an image signal is prevented.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は露光時間を調整可能な撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging device capable of adjusting exposure time.

デジタルカメラなどの撮像装置において、非常に明るい環境下での撮影のために、撮影光量の透過率を低下させて撮影する技法が知られている。これは、明るい環境下であっても、絞りを開いて被写界深度の浅い被写体表現を実現するため、又は長秒露光を行っても飽和を発生させずに(例えば滝等の)被写体の動いた軌跡を表現するためであり、従来はNDフィルタ等の光学フィルタを用いて行われていた。 In an imaging device such as a digital camera, there is known a technique of reducing the transmittance of the amount of photographing light for photographing in an extremely bright environment. This is because even in a bright environment, the aperture is opened to realize a subject with a shallow depth of field, or even if a long-second exposure is performed, saturation of the subject (for example, a waterfall) does not occur. This is for expressing a moving locus, and is conventionally performed using an optical filter such as an ND filter.

これに対し、特許文献1の撮像装置には、光電変換部により変換された電荷を蓄積部に複数回転送し、複数回転送された電荷をまとめて蓄積することで、露光時間、露光量などの条件を高速かつ自在に変化させることができる構成が記載されている。このような技術を用いて撮像素子の動作を制御することで光学的なNDフィルタを用いずに光量調整を可能としつつ、かつ、自然な動画を得ることができる。
更にまた、1画素中に蓄積部を2つ設けることで、片方の蓄積部に蓄積された信号を読み出している最中に、もう片方の蓄積部では光電変換部で生じた電荷を蓄積することもできる。これにより、画素から信号を読み出している間においても、同時に露光・蓄積動作が可能となる。そのため、動画撮影時における1コマ内での撮影時間設定の自由度を増すことができる。
On the other hand, in the imaging device of Patent Document 1, the charge converted by the photoelectric conversion unit is transferred to the storage unit a plurality of times, and the charges transferred a plurality of times are collectively stored, so that the exposure time, the exposure amount, etc. There is described a configuration capable of rapidly changing the condition (1) at high speed. By controlling the operation of the image sensor using such a technique, it is possible to adjust the light amount without using an optical ND filter and obtain a natural moving image.
Furthermore, by providing two storage units in one pixel, while the signal stored in one storage unit is being read out, the charge stored in the photoelectric conversion unit is stored in the other storage unit. Can also As a result, the exposure/accumulation operation can be performed at the same time while the signal is being read from the pixel. Therefore, it is possible to increase the degree of freedom in setting the shooting time within one frame when shooting a moving image.

特開2010−157893号公報JP, 2010-157893, A

しかしながら、特許文献1の装置において、例えば動画撮影の際に片方の蓄積部に対して前述のように複数回蓄積を行おうとした場合、その光電変換部をリセットするためのパルスが読出し中の信号にノイズとして混入してしまう問題がある。 However, in the device of Patent Document 1, for example, when an attempt is made to store one of the storage units a plurality of times as described above when shooting a moving image, a pulse for resetting the photoelectric conversion unit is a signal being read. There is a problem that it is mixed in as noise.

また信号の読出しは行単位で順次行われるが、光電変換部をリセットするタイミングと同じタイミングで信号読出しを行っている行において、上記ノイズの影響により、輝度データに誤差が生じてしまう問題があった。 Further, although the signals are sequentially read out row by row, there is a problem that an error occurs in the brightness data due to the influence of the noise in the row where the signal reading is performed at the same timing as the timing of resetting the photoelectric conversion unit. It was

本発明は、露光時間を調整するために垂直期間中に供給されるパルスのノイズが画像信号に乗らないようにすることが可能な撮像装置を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide an image pickup device capable of preventing noise of a pulse supplied during a vertical period for adjusting an exposure time from riding on an image signal.

本発明の撮像装置は、
入射した光を光電変換して電荷を生成するための行および列状に配置された複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部で生成された電荷を行単位で順次読み出すために、行毎に位相が異なる読出しパルスを順次供給する読出し手段と、
垂直期間中に前記光電変換部をリセットするためのリセットパルスを前記光電変換部に対して供給するリセットパルス供給手段と、
前記リセットパルスのノイズが前記読出しパルスの読出し期間と重ならないように、前記リセットパルスの位相または前記読出しパルスの位相を、所定の行の読出しの際に所定時間ずらす制御手段と、を有することを特徴とする。
The imaging device of the present invention is
A plurality of photoelectric conversion units arranged in rows and columns for photoelectrically converting incident light to generate charges,
Read-out means for sequentially supplying read-out pulses having different phases for each row in order to sequentially read out the charges generated by the plurality of photoelectric conversion units row by row,
Reset pulse supply means for supplying to the photoelectric conversion unit a reset pulse for resetting the photoelectric conversion unit during a vertical period,
Control means for shifting the phase of the reset pulse or the phase of the read pulse for a predetermined time when reading a predetermined row so that the noise of the reset pulse does not overlap the read period of the read pulse. Characterize.

本発明によれば、露光時間を調整するために垂直期間中に供給されるパルスのノイズが画像信号に乗らないようにすることができる。 According to the present invention, it is possible to prevent the noise of the pulse supplied during the vertical period for adjusting the exposure time from riding on the image signal.

デジタルカメラの外観図。External view of a digital camera. 実施例の撮像装置のブロック図。3 is a block diagram of the image pickup apparatus according to the embodiment. 実施例における撮像素子の一部回路図。FIG. 3 is a partial circuit diagram of the image sensor in the embodiment. 実施例における撮像素子の駆動シーケンスを示すタイミングチャート。6 is a timing chart showing a drive sequence of the image sensor in the embodiment. 実施例における撮像素子の駆動シーケンスを示すタイミングチャート。6 is a timing chart showing a drive sequence of the image sensor in the embodiment. 撮像素子の駆動シーケンスの他の例を示すタイミングチャート。6 is a timing chart showing another example of the driving sequence of the image sensor. 輝度誤差が生じた場合の撮像結果例を説明する図。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an imaging result when a brightness error occurs. 実施例における遅れ時間量Δtが大きい場合の撮像結果の説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of an imaging result when the delay time amount Δt is large in the embodiment.

本発明の実施例の撮像装置を以下に説明する。
図1(A)、(B)は実施例における撮像装置としての例えばデジタルカメラの外観図であり、図1(A)は撮像装置の正面図、図1(B)は撮像装置の背面図である。同図において、151は内部に撮像素子やシャッター装置を収納した撮像装置本体、152は、後述のように、内部に絞りを有した撮影光学系である。また、153は撮影情報や映像を表示するため可動式の表示部、154は主に静止画の撮影を行うために使用するスイッチST、155は動画撮影を開始および停止するための釦であるスイッチMVである。表示部153はダイナミックレンジの広い映像もその輝度範囲を抑制することなく表示できるだけの表示輝度範囲を有している。
An image pickup apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below.
1A and 1B are external views of, for example, a digital camera as an image pickup apparatus in the embodiment, FIG. 1A is a front view of the image pickup apparatus, and FIG. 1B is a rear view of the image pickup apparatus. is there. In the figure, reference numeral 151 is an image pickup apparatus main body having an image pickup element and a shutter device housed therein, and 152 is an image pickup optical system having an aperture as described later. Further, 153 is a movable display unit for displaying shooting information and video, 154 is a switch ST used mainly for shooting still images, and 155 is a switch for starting and stopping moving image shooting. It is MV. The display unit 153 has a display luminance range capable of displaying an image having a wide dynamic range without suppressing the luminance range.

156は撮影モードを選択するための撮影モード選択レバー、157は撮像装置の機能設定を行う機能設定モードへ移行するためのメニュー釦である。また、158および159は各種の設定値を変更するためのアップダウンスイッチ、160は各種の設定値を変更するためのダイアル、161は再生モードへ移行するための再生ボタンである。再生ボタン161を押すと撮像装置本体内の記録媒体に記録された画像ファイルを再生し表示部153上に表示させる。 Reference numeral 156 is a shooting mode selection lever for selecting a shooting mode, and 157 is a menu button for shifting to a function setting mode for setting functions of the image pickup apparatus. Further, 158 and 159 are up/down switches for changing various setting values, 160 is a dial for changing various setting values, and 161 is a reproduction button for shifting to the reproduction mode. When the play button 161 is pressed, the image file recorded on the recording medium in the main body of the image pickup apparatus is reproduced and displayed on the display unit 153.

図2は本実施例の撮像装置の概略構成を示すブロック図である。同図において、184は撮影光学系152を介して結像された被写体の光学像を電気的な映像信号に変換する撮像素子、152は被写体の光学像を撮像素子184に結像させる撮影光学系である。また、180は撮影光学系152の光軸、181は撮影光学系152を通る光の量を調節するための絞りであり、絞り制御部182により制御される。183は撮像素子184に入射する光の波長や撮像素子184に伝達する空間周波数を制限する光学フィルタである。撮像素子184はUltra High Definition Televisionの規格を満たすに十分な画素数、信号読み出し速度、色域、ダイナミックレンジを有している。 FIG. 2 is a block diagram showing the schematic arrangement of the image pickup apparatus of this embodiment. In the figure, 184 is an image pickup device for converting an optical image of a subject formed through the taking optical system 152 into an electrical video signal, and 152 is a taking optical system for forming an optical image of the subject on the image pickup device 184. Is. Further, 180 is an optical axis of the photographing optical system 152, and 181 is a diaphragm for adjusting the amount of light passing through the photographing optical system 152, which is controlled by the diaphragm controller 182. An optical filter 183 limits the wavelength of light incident on the image sensor 184 and the spatial frequency transmitted to the image sensor 184. The image sensor 184 has a sufficient number of pixels, a signal reading speed, a color gamut, and a dynamic range to satisfy the Ultra High Definition Television standard.

187は、撮像素子184より出力されたデジタル映像データに各種の補正を行った後に圧縮するデジタル信号処理部である。189はデジタル信号処理部187等に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部、178は各種演算とデジタルスチルモーションカメラ全体を制御する、コンピュータとしてのシステム制御CPUである。前記タイミング発生部189からのタイミング信号は撮像素子184内の後述の垂直走査回路530、水平走査回路531等にも供給され後述の図4〜6のタイミングチャートに示されるような駆動が行われる。 A digital signal processing unit 187 compresses the digital video data output from the image sensor 184 after performing various corrections. Reference numeral 189 is a timing generator that outputs various timing signals to the digital signal processor 187 and the like, and reference numeral 178 is a system control CPU as a computer that controls various calculations and the entire digital still motion camera. The timing signal from the timing generator 189 is also supplied to a vertical scanning circuit 530, a horizontal scanning circuit 531 and the like in the image pickup device 184, which will be described later, and the driving is performed as shown in the timing charts of FIGS.

190はシステム制御CPUを動作させて図4のタイミングチャートのような動作制御をさせるためのコンピュータプログラムを記憶したメモリ部である。また、メモリ部190はデジタル信号処理部187からシステム制御CPU178を介して出力されたデジタル映像データ等を一時的に記憶する機能も有する。メモリ部190は複数チップから構成されていてもよい。191は撮影された映像を表示部153に表示させるための表示インターフェース部である。193は映像データや付加データ等を記録するための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、192は記録媒体193に記録または読み出しを行うための記録インターフェース部である。また、196は外部コンピュータ197等と通信するための外部インターフェース部である。195は小型インクジェットプリンタ等のプリンタ、194は撮影された映像をプリンタ195に出力し印刷するためのプリントインターフェース部である。199はインターネットなどのコンピュータネットワーク、198はコンピュータネットワーク199と通信するための無線インターフェース部である。179はスイッチST154やスイッチMV155や各種モードの切り替えを行う複数のスイッチを含むスイッチ入力手段である。 Reference numeral 190 is a memory unit that stores a computer program for operating the system control CPU to perform operation control as shown in the timing chart of FIG. The memory unit 190 also has a function of temporarily storing digital video data output from the digital signal processing unit 187 via the system control CPU 178. The memory unit 190 may be composed of multiple chips. Reference numeral 191 is a display interface unit for displaying the captured image on the display unit 153. Reference numeral 193 is a removable recording medium such as a semiconductor memory for recording video data or additional data, and 192 is a recording interface unit for recording or reading the recording medium 193. Reference numeral 196 is an external interface unit for communicating with the external computer 197 and the like. Reference numeral 195 is a printer such as a small inkjet printer, and 194 is a print interface unit for outputting a photographed image to the printer 195 for printing. Reference numeral 199 is a computer network such as the Internet, and 198 is a wireless interface unit for communicating with the computer network 199. A switch input unit 179 includes a switch ST154, a switch MV155, and a plurality of switches for switching various modes.

図3は撮像素子184の一部回路図である。同図において、撮像素子184の受光面に二次元状に配置された多数の画素のうち、1行1列目(1,1)の画素部300と任意のm行1列目(m、1)の画素部301を示している。画素部300と画素部301の構成は同じなので、構成要素は同じ番号をつけている。 FIG. 3 is a partial circuit diagram of the image sensor 184. In the figure, among a large number of pixels arranged two-dimensionally on the light receiving surface of the image sensor 184, the pixel unit 300 in the first row and the first column (1,1) and an arbitrary m row and the first column (m, 1 ) Of the pixel portion 301. Since the pixel unit 300 and the pixel unit 301 have the same configuration, the constituent elements are given the same numbers.

本実施例の撮像素子184の各画素部300、301等においては、1つのフォトダイオード500に対して2つの信号保持部(キャパシター)を有しているが、2つに限らず3つ以上の信号保持部を有していてもよい。フォトダイオード500は光電変換部として機能し、それぞれ入射した光を光電変換して電荷を生成するためものであって、撮像素子184の受光面上に行および列状に配置されている。 Each pixel unit 300, 301, etc. of the image sensor 184 of this embodiment has two signal holding units (capacitors) for one photodiode 500, but the number is not limited to two and three or more. You may have a signal holding part. The photodiodes 500 function as photoelectric conversion units and photoelectrically convert incident lights to generate charges, and are arranged in rows and columns on the light receiving surface of the image sensor 184.

図3の回路図において、各画素部300、301等は、フォトダイオード500と、第1の信号保持部507Aと、第1の転送トランジスタ501Aと、第2の転送トランジスタ502Aと、第2の信号保持部507Bと、第3の転送トランジスタ501Bと、第4の転送トランジスタ502Bとを有する。また各画素部300、301等は、第5の転送トランジスタ503と、フローティングディフュージョン領域508と、リセットトランジスタ504と、増幅トランジスタ505と、選択トランジスタ506と電荷排出領域510を有している。 In the circuit diagram of FIG. 3, each pixel unit 300, 301, etc. includes a photodiode 500, a first signal holding unit 507A, a first transfer transistor 501A, a second transfer transistor 502A, and a second signal. The holding portion 507B, the third transfer transistor 501B, and the fourth transfer transistor 502B are included. Each pixel portion 300, 301 and the like has a fifth transfer transistor 503, a floating diffusion region 508, a reset transistor 504, an amplification transistor 505, a selection transistor 506, and a charge discharging region 510.

前記第1〜第5の転送トランジスタは、それぞれ第1の転送部〜第5の転送部として機能しており、前記増幅トランジスタ505は増幅部として機能している。 The first to fifth transfer transistors function as first to fifth transfer units, respectively, and the amplification transistor 505 functions as an amplification unit.

また、第1の転送トランジスタ501A、第2の転送トランジスタ502Aはそれぞれ転送パルスφTX1A(1)、転送パルスφTX2A(1)がハイレベルの時にオンする。第3の転送トランジスタ501B、第4の転送トランジスタ502Bはそれぞれ転送パルスφTX1B(1)、転送パルスφTX2B(1)がハイレベルの時にオンする。リセットトランジスタ504、選択トランジスタ506、第5の転送トランジスタ503はそれぞれリセットパルスφRES(1)、選択パルスφSEL(1)、転送パルスφTX3(1)がハイレベルの時にオンする。なお、転送パルスφTX3はフォトダイオード(光電変換部)をリセットするためのリセットパルスとして機能している。ここで各制御パルスは、垂直走査回路530から供給され、前記垂直走査回路530は前記タイミング発生部189等とともにリセットパルス供給手段としても機能している。
さらに520、521は電源線で、523は信号出力線、531は信号出力線523の信号を順次水平方向に読出して撮像素子184の外部に出力するための水平走査回路である。
以下図4、図5を用いて本実施例における撮像素子184の動作の詳細を説明する。
The first transfer transistor 501A and the second transfer transistor 502A are turned on when the transfer pulse φTX1A(1) and the transfer pulse φTX2A(1) are at high level, respectively. The third transfer transistor 501B and the fourth transfer transistor 502B are turned on when the transfer pulse φTX1B(1) and the transfer pulse φTX2B(1) are at high level, respectively. The reset transistor 504, the selection transistor 506, and the fifth transfer transistor 503 are turned on when the reset pulse φRES(1), the selection pulse φSEL(1), and the transfer pulse φTX3(1) are at high levels. The transfer pulse φTX3 functions as a reset pulse for resetting the photodiode (photoelectric conversion unit). Here, each control pulse is supplied from the vertical scanning circuit 530, and the vertical scanning circuit 530 also functions as a reset pulse supply means together with the timing generator 189 and the like.
Further, 520 and 521 are power supply lines, 523 is a signal output line, and 531 is a horizontal scanning circuit for sequentially reading out the signal of the signal output line 523 in the horizontal direction and outputting it to the outside of the image sensor 184.
The details of the operation of the image sensor 184 in this embodiment will be described below with reference to FIGS.

図4、図5は、本実施例における撮像素子184の駆動シーケンスを示すタイミングチャートである。30fps(frame per second)の条件で動画撮影を行うことを想定し、1垂直期間である1/30秒の間に1/480秒の電荷蓄積を4回行い、それぞれの電荷を加算することにより、画像信号を得るようにしている。図4、図5のタイミングチャートに示される光電変換・蓄積・排出等のタイミング情報は、図2のメモリ部190に記憶されている。システム制御CPU178は、撮影を行う際にメモリ部190から読み出しタイミング情報に基づき、撮像素子184の動作を制御する。 4 and 5 are timing charts showing the driving sequence of the image sensor 184 in this embodiment. Assuming that video recording is performed under the condition of 30 fps (frame per second), 1/480 seconds of charge accumulation is performed 4 times during 1/30 seconds which is one vertical period, and each charge is added. , To obtain the image signal. Timing information such as photoelectric conversion/accumulation/discharge shown in the timing charts of FIGS. 4 and 5 is stored in the memory unit 190 of FIG. The system control CPU 178 controls the operation of the image sensor 184 on the basis of the read timing information from the memory unit 190 when taking an image.

なお、本実施例の撮像素子184は、垂直方向に多数行の画素配列を有し、図4、図5ではそのうち第1行、第2行、第n行及び第m行の駆動パルスのタイミングを示している。そして、これらの制御が水平同期信号に同期して垂直走査回路530によって順次垂直方向(図の下の方向)に繰り返して実行されることで垂直走査が行われる。前記垂直走査回路530と水平走査回路531とによって撮像素子184の全画素の蓄積、読出し動作が行われる。上記垂直走査回路530と水平走査回路531等によって、複数の光電変換部(フォトダイオード)で生成された電荷を行単位で順次読み出すための読出し手段が構成されている。この読出し手段は行毎に位相が異なる読出しパルスを順次供給する。 The image sensor 184 of this embodiment has a pixel array of a large number of rows in the vertical direction, and in FIGS. 4 and 5, the timings of the drive pulses of the first row, the second row, the n-th row, and the m-th row among them. Is shown. Then, these controls are repeatedly executed in the vertical direction (downward direction in the drawing) by the vertical scanning circuit 530 in synchronization with the horizontal synchronizing signal, thereby performing vertical scanning. The vertical scanning circuit 530 and the horizontal scanning circuit 531 perform an accumulation/readout operation for all pixels of the image sensor 184. The vertical scanning circuit 530, the horizontal scanning circuit 531 and the like constitute a reading means for sequentially reading out the charges generated by the plurality of photoelectric conversion units (photodiodes) row by row. The reading means sequentially supplies read pulses having different phases for each row.

図4、図5において、垂直同期信号φVの時刻t1、t6、t11、t13、t14は、垂直期間が始まる垂直同期信号で、t1からt6までの時間である1/30秒が1垂直期間(1フレーム期間)に対応している。
また、撮影条件としては、動画は1/30秒の1垂直期間内に1/480秒の電荷蓄積を4回、等ピッチで間欠的に行い、それらの電荷を加算することにより合計1/120秒の露光時間を得る例を示している。
最初に、第一行の動作について説明を行う。
まず、時刻t1において、タイミング発生部189にて垂直同期信号φVがハイレベルになり、同時に水平同期信号φHがハイレベルになる。
In FIGS. 4 and 5, times t1, t6, t11, t13, and t14 of the vertical synchronization signal φV are vertical synchronization signals at which the vertical period starts, and 1/30 seconds, which is the time from t1 to t6, is one vertical period ( 1 frame period).
As a shooting condition, for a moving image, charge accumulation of 1/480 seconds is intermittently performed four times at equal pitches in one vertical period of 1/30 seconds, and a total of 1/120 is obtained by adding these charges. An example of obtaining an exposure time of seconds is shown.
First, the operation of the first line will be described.
First, at time t1, the timing generator 189 sets the vertical synchronizing signal φV to the high level, and at the same time sets the horizontal synchronizing signal φH to the high level.

垂直同期信号φVおよび水平同期信号φHがハイレベルになる時刻t1に同期して、第1行のリセットパルスφRES(1)がローレベルとなる。これによって第1行のリセットトランジスタ504がオフとなって、フローティングディフュージョン領域508のリセット状態が解除される。また、このときφTX2B(1)がハイレベルとなり、第1行の第4の転送トランジスタ502Bがオンとなり、第2の信号保持部507Bに蓄積されていた信号がフローティングディフュージョン領域508に転送される。更に、第1行の選択パルスφSEL(1)がハイレベルとなり、第1行の選択トランジスタ506がオンとなって、第1行の第2の信号保持部507Bに蓄積されていた画像信号の読み出しが可能となる。 The reset pulse φRES(1) of the first row becomes low level in synchronization with the time t1 when the vertical synchronizing signal φV and the horizontal synchronizing signal φH become high level. As a result, the reset transistor 504 of the first row is turned off, and the reset state of the floating diffusion region 508 is released. Further, at this time, φTX2B(1) becomes high level, the fourth transfer transistor 502B in the first row is turned on, and the signal accumulated in the second signal holding unit 507B is transferred to the floating diffusion region 508. Further, the selection pulse φSEL(1) of the first row becomes the high level, the selection transistor 506 of the first row is turned on, and the image signal stored in the second signal holding unit 507B of the first row is read out. Is possible.

すなわち、フローティングディフュージョン領域508の電位の変化に応じた出力が増幅トランジスタ505及び選択トランジスタ506を介して信号出力線523に読み出される。そして水平走査回路531によって、水平期間に第1行の画像信号が順次読み出され、動画の1行分の信号として外部に出力される。 That is, the output corresponding to the change in the potential of the floating diffusion region 508 is read to the signal output line 523 via the amplification transistor 505 and the selection transistor 506. Then, the horizontal scanning circuit 531 sequentially reads the image signals of the first row in the horizontal period, and outputs the signals of one row of the moving image to the outside.

次に時刻t2において、第1行の転送パルスφTX2A(1)が短時間ハイレベルとなり、第1行の第2の転送トランジスタ502Aがオンとなる。
その状態で時刻t2でリセットパルスφRES(1)がハイレベルになりリセットトランジスタ504がオンになるため、第1行のフローティングディフュージョン領域508及び第1の信号保持部507Aがリセットされる。なお、時刻t2において、第1行の選択パルスφSEL(1)はローレベルになる。
Next, at time t2, the transfer pulse φTX2A(1) of the first row becomes high level for a short time, and the second transfer transistor 502A of the first row is turned on.
In that state, at time t2, the reset pulse φRES(1) becomes high level and the reset transistor 504 is turned on, so that the floating diffusion region 508 and the first signal holding unit 507A of the first row are reset. Note that at time t2, the selection pulse φSEL(1) for the first row becomes low level.

一方、時刻t3まで第1行の転送パルスφTX3(1)がハイレベルになっているので、第5の転送トランジスタ503がオン状態となり、第1行のフォトダイオード500はリセットされている。しかし時刻t3において、第1行の転送パルスφTX3(1)がローレベルとなると、第5の転送トランジスタ503がオフとなり、第1行のフォトダイオード500のリセットが解除されてフォトダイオード500で信号電荷の蓄積が開始される。 On the other hand, since the transfer pulse φTX3(1) of the first row is at the high level until time t3, the fifth transfer transistor 503 is turned on and the photodiode 500 of the first row is reset. However, at time t3, when the transfer pulse φTX3(1) of the first row becomes low level, the fifth transfer transistor 503 is turned off, the reset of the photodiode 500 of the first row is released, and the photodiode 500 receives the signal charge. Starts to accumulate.

次に時刻t4にて、第1行の転送パルスφTX1A(1)がハイレベルとなると、第1の転送トランジスタ501Aがオンとなり、フォトダイオード500にt3以降に蓄積された信号電荷が第1の信号保持部507Aに転送される。ここで第1の信号保持部507Aは第1行で光電変換された電荷を垂直期間毎に交互に保持する2つの信号保持部の内の一つとして機能している。 Next, at time t4, when the transfer pulse φTX1A(1) of the first row becomes high level, the first transfer transistor 501A is turned on, and the signal charge accumulated in the photodiode 500 after t3 is the first signal. It is transferred to the holding unit 507A. Here, the first signal holding unit 507A functions as one of two signal holding units that alternately hold the charges photoelectrically converted in the first row every vertical period.

時刻t5において、第1行の転送パルスφTX1A(1)がローレベルとなると、第1の転送トランジスタ501Aがオフとなり、フォトダイオード500に蓄積された信号電荷の第1の信号保持部507Aへの転送が終了する。また、同時に第一行の転送パルスφTX3(1)もハイレベルに戻り、第一行のフォトダイオード500が再びリセット状態になる。これによって、時刻t3から時刻t5の期間に第一行のフォトダイオード500で蓄積された電荷が第1の信号保持部507Aに蓄積されることになる。 At time t5, when the transfer pulse φTX1A(1) of the first row becomes low level, the first transfer transistor 501A is turned off, and the signal charge accumulated in the photodiode 500 is transferred to the first signal holding unit 507A. Ends. At the same time, the transfer pulse φTX3(1) of the first row also returns to the high level, and the photodiode 500 of the first row is reset again. As a result, the charges accumulated in the photodiode 500 in the first row during the period from time t3 to time t5 are accumulated in the first signal holding unit 507A.

ここで、上記時刻t3から時刻t5が、1垂直期間における1回の蓄積時間(露光時間)1/480秒に相当し、右上がり斜線部領域の蓄積期間602−1として図示されている。このような蓄積動作が1垂直期間内に間欠的かつ周期的に4回行われ、それぞれ右上がり斜線部領域の蓄積期間602−1、602−2、602−3、602−4として図示されている。そして、これら4回の蓄積期間に蓄積された電荷を加算することで一回分の1/120秒の蓄積期間の電荷と同等の蓄積時間(1/480秒×4回=1/120秒)の電荷を得ることができる。なお、蓄積期間602−2、602−3、602−4における制御動作は蓄積期間602−1における時刻t3からt5の動作と同様であるため説明を省略する。 Here, the times t3 to t5 correspond to one accumulation time (exposure time) of 1/480 seconds in one vertical period, and are shown as the accumulation period 602-1 in the upward-sloping hatched area. Such an accumulation operation is performed four times intermittently and periodically within one vertical period, and is illustrated as accumulation periods 602-1, 602-2, 602-3, and 602-4 in the upward-sloping hatched area, respectively. There is. Then, by adding the charges accumulated in these four accumulation periods, the accumulation time (1/480 seconds×4 times=1/120 seconds) equivalent to the charges in one accumulation period of 120 seconds is obtained. You can get a charge. Note that the control operation in the accumulation periods 602-2, 602-3, and 602-4 is the same as the operation from time t3 to t5 in the accumulation period 602-1, and thus the description thereof will be omitted.

上記時刻t1からt6の1垂直期間に光電変換部をリセットするためのリセットパルスとして機能する第1行の転送パルスφTX3を複数回供給している。また転送パルスφTX3がローレベルとなる蓄積期間602−1、602−2、602−3、602−4で蓄積され加算された画素信号(電荷)は信号保持部507Aに保持される。信号保持部507Aに保持された電荷はN番目の垂直期間(t1からt6)においては画素信号として出力されず、次のN+1番目の垂直期間中の所定の水平期間内(t6からt7の期間内)に出力されることになる。 The transfer pulse φTX3 for the first row, which functions as a reset pulse for resetting the photoelectric conversion unit, is supplied a plurality of times during one vertical period from time t1 to time t6. Further, the pixel signal (charge) accumulated and added in the accumulation periods 602-1, 602-2, 602-3, 602-4 in which the transfer pulse φTX3 is at the low level is held in the signal holding unit 507A. The charge held in the signal holding unit 507A is not output as a pixel signal in the N-th vertical period (t1 to t6), but within a predetermined horizontal period (the period from t6 to t7) in the next N+1-th vertical period. ) Will be output to.

次に時刻t6において、タイミング発生部189から供給される垂直同期信号φVがハイレベルになり、同時に水平同期信号φHがハイレベルになり、次の垂直期間(N+1番目の周期)が開始される。この時、垂直同期信号φVおよび水平同期信号φHがハイレベルになる時刻t6に同期して、第1行のリセットパルスφRES(1)がローレベルとなると第1行のリセットトランジスタ504がオフとなって、フローティングディフュージョン領域508のリセット状態が解除される。同時に、第1行の選択パルスφSEL(1)がハイレベルとなると第1行の選択トランジスタ506がオンとなって、第1行の画像信号の読み出しが可能な状態となる。
このときφTX2A(1)もハイレベルとなり、第1行の第2の転送トランジスタ502Aがオンとなる。これによって第1の信号保持部507Aに蓄積されていた電荷がフローティングディフュージョン領域508に転送される。そしてフローティングディフュージョン領域508の電位の変化に応じた出力が増幅トランジスタ505及び選択トランジスタ506を介して信号出力線523に読み出される。そして水平走査回路531によって第1の信号保持部507Aに蓄積されていた1行分の画素信号が水平期間において順次読み出される。
Next, at time t6, the vertical synchronizing signal φV supplied from the timing generating unit 189 becomes high level, and at the same time, the horizontal synchronizing signal φH becomes high level, and the next vertical period (N+1th cycle) is started. At this time, in synchronization with time t6 when the vertical synchronizing signal φV and the horizontal synchronizing signal φH become high level, when the reset pulse φRES(1) of the first row becomes low level, the reset transistor 504 of the first row is turned off. Thus, the reset state of the floating diffusion region 508 is released. At the same time, when the selection pulse φSEL(1) of the first row becomes high level, the selection transistor 506 of the first row is turned on, and the image signal of the first row can be read.
At this time, φTX2A(1) also becomes high level, and the second transfer transistor 502A in the first row is turned on. As a result, the charges accumulated in the first signal holding unit 507A are transferred to the floating diffusion region 508. Then, the output corresponding to the change in the potential of the floating diffusion region 508 is read out to the signal output line 523 via the amplification transistor 505 and the selection transistor 506. Then, the horizontal scanning circuit 531 sequentially reads the pixel signals of one row accumulated in the first signal holding unit 507A in the horizontal period.

時刻t7において、第1行の転送パルスφTX2B(1)が短時間ハイレベルとなり、
第1行の第4の転送トランジスタ502Bがオンになる。また時刻t7でリセットパルスφRES(1)がハイレベルになりリセットトランジスタ504がオン状態になると、第1行のフローティングディフュージョン領域508、第2の信号保持部507Bがリセットされる。なお、時刻t7において、第1行の選択パルスφSEL(1)はローレベルになる。
このように第1の信号保持部507Aに、前記時刻t1からt6の間に動画の蓄積期間602−1、602−2、602−3、602−4として画素信号が蓄積され加算される。そしてこの画素信号は、時刻t6からt7の間に、水平走査回路531によって読出され第1行の画像信号として外部に出力される。
At time t7, the transfer pulse φTX2B(1) of the first row becomes high level for a short time,
The fourth transfer transistor 502B in the first row is turned on. When the reset pulse φRES(1) becomes high level and the reset transistor 504 is turned on at time t7, the floating diffusion region 508 of the first row and the second signal holding unit 507B are reset. Note that at time t7, the selection pulse φSEL(1) for the first row becomes low level.
As described above, the pixel signals are accumulated and added in the first signal holding unit 507A as the moving image accumulation periods 602-1, 602-2, 602-3, and 602-4 between the times t1 and t6. Then, this pixel signal is read out by the horizontal scanning circuit 531 between times t6 and t7 and is output to the outside as the image signal of the first row.

次に時刻t8において、第1行の転送パルスφTX3(1)がローレベルとなると、第5の転送トランジスタ503がオフ状態となり、第1行のフォトダイオード500のリセットが解除されてフォトダイオード500で信号電荷の蓄積が開始される。 Next, at time t8, when the transfer pulse φTX3(1) of the first row becomes low level, the fifth transfer transistor 503 is turned off, the reset of the photodiode 500 of the first row is released, and the photodiode 500 is released. The accumulation of signal charges is started.

時刻t9で、第1行の転送パルスφTX2B(1)がハイレベルとなると、第3の転送トランジスタ501Bがオンとなる。そしてフォトダイオード500に蓄積された信号電荷は第1行の光電変換された電荷を保持する2つの信号保持部の内の一つである、第2の信号保持部507Bに転送される。N番目の垂直期間では第1の信号保持部507Aに電荷を転送・蓄積していたのに対し、N+1番目の垂直期間では他方の信号保持部である第2の信号保持部507Bに転送・蓄積している。 At time t9, when the transfer pulse φTX2B(1) for the first row becomes high level, the third transfer transistor 501B is turned on. Then, the signal charges accumulated in the photodiode 500 are transferred to the second signal holding unit 507B, which is one of the two signal holding units holding the photoelectrically converted charges in the first row. In the Nth vertical period, the charges are transferred and accumulated in the first signal holding unit 507A, whereas in the N+1th vertical period, the charges are transferred and accumulated in the second signal holding unit 507B which is the other signal holding unit. is doing.

時刻t10において、第1行の転送パルスφTX1A(1)がローレベルとなると、第3の転送トランジスタ501Bがオフとなり、フォトダイオード500に蓄積された信号電荷の第2の信号保持部507Bへの転送が終了する。また、同時に第一行の転送パルスφTX3(1)もハイレベルに戻るため、第5の転送トランジスタ503がオン状態に戻り、第一行のフォトダイオード500が再びリセット状態になる。 At time t10, when the transfer pulse φTX1A(1) of the first row becomes low level, the third transfer transistor 501B is turned off, and the signal charge accumulated in the photodiode 500 is transferred to the second signal holding unit 507B. Ends. At the same time, the transfer pulse φTX3(1) in the first row also returns to the high level, so that the fifth transfer transistor 503 returns to the ON state and the photodiode 500 in the first row is reset again.

ここで、上記時刻t8から時刻t10が、N+1番目の垂直期間における動画の1回の蓄積時間(露光時間)1/480秒に相当し、右下がり斜線部領域の蓄積期間702−1として図示される。このような蓄積動作が間欠的かつ周期的に4回行われ、それらは右下がり斜線部領域の蓄積期間702−1、702−2、702−3、702−4として図示される。そして、これら4回の蓄積を加算することで合計の蓄積時間(1/480秒×4回=1/120秒)を得る。なお、蓄積期間702−2、702−3、702−4における制御動作は蓄積期間702−1における時刻t8からt10の動作と同様であるため説明を省略する。 Here, the time t8 to the time t10 corresponds to 1/480 seconds of one accumulation time (exposure time) of the moving image in the (N+1)th vertical period, and is illustrated as the accumulation period 702-1 in the lower right diagonally shaded area. It Such accumulation operations are performed intermittently and periodically four times, and these are illustrated as accumulation periods 702-1, 702-2, 702-3, and 702-4 in the lower right hatched area. Then, the total accumulation time (1/480 seconds×4 times=1/120 seconds) is obtained by adding these four accumulations. Note that the control operation in the accumulation periods 702-2, 702-3, and 702-4 is the same as the operation from time t8 to t10 in the accumulation period 702-1, and thus the description thereof will be omitted.

上記時刻t6からt11の垂直期間に蓄積期間702−1、702−2、702−3、702−4として4回蓄積・加算された画像信号は、前垂直期間と異なり、第2の信号保持部507Bに保持されている。該電荷はこのN+1番目の垂直期間においては画像信号として出力されず、次のN+2番目の垂直期間の所定の水平期間内(t11〜t12の期間内)に読み出される。 The image signal accumulated and added four times as the accumulation periods 702-1, 702-2, 702-3, and 702-4 in the vertical period from the time t6 to t11 is different from the previous vertical period in the second signal holding unit. 507B. The charge is not output as an image signal in the N+1th vertical period, and is read out within a predetermined horizontal period (the period of t11 to t12) of the next N+2th vertical period.

次に時刻t11において、タイミング発生部189にて垂直同期信号φVがハイレベルになり、同時に水平同期信号φHがハイレベルになり、N+2番目の垂直期間が開始される。
時刻t11以降は前述の2つ前の第N番目の垂直期間と同じ動作を行う。
Next, at time t11, the vertical synchronizing signal φV becomes high level in the timing generating section 189, the horizontal synchronizing signal φH becomes high level at the same time, and the (N+2)th vertical period is started.
After time t11, the same operation as that of the Nth vertical period two before the above is performed.

即ち、垂直同期信号φVおよび水平同期信号φHがハイレベルになる時刻t11に同期して、第1行のリセットパルスφRES(1)がローレベルとなると第1行のリセットトランジスタ504がオフとなって、フローティングディフュージョン領域508のリセット状態が解除される。同時に、第1行の選択パルスφSEL(1)がハイレベルとなると第1行の選択トランジスタ506がオンとなって、第1行の画像信号の読み出しが可能となる。
また、このとき第N番目の垂直期間と同様に、第1行の転送パルスφTX2B(1)がハイレベルとなり、第1行の第4の転送トランジスタ502Bがオンとなる。これによって第2の信号保持部507Bに蓄積されていた電荷がフローティングディフュージョン領域508に読み出される。そしてフローティングディフュージョン領域508の電位の変化に応じた出力が増幅トランジスタ505及び選択トランジスタ506を介して信号出力線523に読み出される。そして水平走査回路531によって水平期間に画素信号が順次読み出される。
That is, in synchronization with the time t11 when the vertical synchronizing signal φV and the horizontal synchronizing signal φH become high level, when the reset pulse φRES(1) of the first row becomes low level, the reset transistor 504 of the first row is turned off. The reset state of the floating diffusion region 508 is released. At the same time, when the selection pulse φSEL(1) of the first row becomes high level, the selection transistor 506 of the first row is turned on, and the image signal of the first row can be read.
At this time, similarly to the Nth vertical period, the transfer pulse φTX2B(1) of the first row becomes high level, and the fourth transfer transistor 502B of the first row is turned on. As a result, the charges accumulated in the second signal holding unit 507B are read out to the floating diffusion region 508. Then, the output corresponding to the change in the potential of the floating diffusion region 508 is read out to the signal output line 523 via the amplification transistor 505 and the selection transistor 506. Then, the horizontal scanning circuit 531 sequentially reads pixel signals in the horizontal period.

更に時刻t12において、第1行の転送パルスφTX2A(1)が短時間ハイレベルとなり、第1行の第2の転送トランジスタ502Aがオンとなる。そして時刻t12でリセットパルスφRES(1)がハイレベルになりリセットトランジスタ504がオン状態になると、第1行のフローティングディフュージョン領域508、第1の信号保持部507Aがリセットされる。 Further, at time t12, the transfer pulse φTX2A(1) of the first row becomes high level for a short time, and the second transfer transistor 502A of the first row is turned on. Then, at time t12, when the reset pulse φRES(1) becomes high level and the reset transistor 504 is turned on, the floating diffusion region 508 of the first row and the first signal holding unit 507A are reset.

この後は前記N番目の垂直期間と同様に時刻t11〜t13の間に1回当たり1/480秒の蓄積動作が間欠的に4回行われる。これらは、右上がり斜線部領域の蓄積期間602−1’、602−2’、602−3’、602−4’として示される。また、この時のフォトダイオードの信号電荷も同様に第1の信号保持部507Aに蓄積・保持される。 After this, similarly to the N-th vertical period, the accumulation operation of 1/480 seconds per time is intermittently performed four times during the times t11 to t13. These are shown as accumulation periods 602-1', 602-2', 602-3', and 602-4' in the upward-sloping hatched area. Further, the signal charge of the photodiode at this time is similarly accumulated and held in the first signal holding unit 507A.

そして、時刻t13からこれまでと同様にタイミング発生部189にて垂直同期信号φVがハイレベルになり、同時に水平同期信号φHがハイレベルになり、N+3番目の垂直期間が開始される。 Then, from the time t13, the vertical synchronizing signal φV becomes the high level in the timing generating unit 189, and the horizontal synchronizing signal φH becomes the high level at the same time, and the N+3rd vertical period is started.

N+3番目の垂直期間では、第N+1番目の周期と同じ動作を行い、まずN+2番目の垂直期間に第1の信号保持部507Aに蓄積され加算された画素信号が第1行の画像信号として外部に出力される。更に、時刻t13〜t14の間に1回当たり1/480秒の蓄積動作を間欠的かつ周期的に4回行う。そして右下がり斜線部領域の蓄積期間702−1’、702−2’、702−3’、702−4’に蓄積されたフォトダイオードの信号は第2の信号保持部507Bに蓄積・保持される。 In the (N+3)th vertical period, the same operation as in the (N+1)th cycle is performed. First, the pixel signal accumulated and added in the first signal holding unit 507A in the (N+2)th vertical period is externally output as the image signal of the first row. Is output. Further, between times t13 and t14, a 1/480 second accumulation operation is performed four times intermittently and periodically. The signals of the photodiodes accumulated in the accumulation periods 702-1', 702-2', 702-3', and 702-4' in the region of the lower right diagonal lines are accumulated/held in the second signal holding unit 507B. ..

上記のように、フォトダイオード500で生じた信号電荷を第N番目と第N+2番目の垂直期間に第1の信号保持部507Aに蓄積・保持するとともに、それぞれ第N+1番目と第N+3番目の垂直期間中の所定の水平期間中に読出す。一方第2の信号保持部507Bに第N+1番目と第N+3番目の垂直期間に保持された信号電荷をそれぞれ第N番目と第N+2番目の垂直期間中の所定の水平期間中に外部へと出力する。
本実施例においては各画素中に2つの信号保持部を含み、フォトダイオード500の電荷を一方の信号保持部において蓄積加算している間に、他方の信号保持部から読出しを行うことができるため、露光時間を設定する際の自由度が高くなる。
As described above, the signal charges generated in the photodiode 500 are accumulated and held in the first signal holding unit 507A during the Nth and N+2nd vertical periods, and the N+1th and N+3rd vertical periods, respectively. Read out during a predetermined horizontal period. On the other hand, the signal charges held in the (N+1)th and (N+3)th vertical periods in the second signal holding unit 507B are output to the outside during a predetermined horizontal period in the (N)th and (N+2)th vertical periods, respectively. ..
In the present embodiment, each pixel includes two signal holding units, and while the charge of the photodiode 500 is accumulated and added in one signal holding unit, reading can be performed from the other signal holding unit. , The degree of freedom in setting the exposure time is increased.

次に第2行目以降の動作について説明する。
図4、図5において、全ての行の動作は垂直同期信号、水平同期信号に同期して実行される。
第m行についての駆動パルスはφTX3(m)、φTX1A(m)、φTX1B(m)、φSEL(m)、φRES(m)、φTX2A(m)、φTX2B(m)と表すことができる。
また、本実施例ではφTX3(m)、φTX1A(m)、φTX1B(m)については基本的にはほぼ全ての行に対して同一タイミングの信号パターンを用いている。
Next, the operation of the second and subsequent rows will be described.
In FIGS. 4 and 5, the operation of all rows is executed in synchronization with the vertical synchronizing signal and the horizontal synchronizing signal.
The drive pulse for the m-th row can be represented as φTX3(m), φTX1A(m), φTX1B(m), φSEL(m), φRES(m), φTX2A(m), φTX2B(m).
Further, in the present embodiment, basically, for φTX3(m), φTX1A(m), and φTX1B(m), signal patterns of the same timing are used for almost all rows.

これにより、ほぼ全ての行の光電変換部は基本的に共通のタイミング(露光パターン1)で露光され、いわゆるグローバルシャッター方式を実現している。しかも一部の行(例えばn行目等)に対しては、前記露光パターン1のφTX3(m)、φTX1A(m)、φTX1B(m)とは異なるタイミングの露光パターン2のパルスを用いている。そしてこれによってリセットノイズの影響による画質低下を防止できるようにしている。 As a result, the photoelectric conversion units of almost all rows are basically exposed at a common timing (exposure pattern 1), and a so-called global shutter system is realized. Moreover, for some rows (for example, the n-th row), the pulses of the exposure pattern 2 at different timings from the φTX3(m), φTX1A(m), and φTX1B(m) of the exposure pattern 1 are used. .. This makes it possible to prevent deterioration of image quality due to the influence of reset noise.

次にm=2である2行目の駆動パルスφTX3(2)、φTX1A(2)、φTX1B(2)、φSEL(2)、φRES(2)、φTX2A(2)、φTX2B(2)について説明する。
図4に示すように、2行目の駆動パルスの内、φSEL(2)、φRES(2)、φTX2A(2)、φTX2B(2)は、1行目のφSEL(1)、φRES(1)、φTX2A(1)、φTX2B(1)のタイミングからΔThだけ遅延している。
ΔThは一行の信号電荷を水平走査回路で読み出すためにかかる時間(水平同期信号ΦHにおけるパルス一つ分の時間)以上の値が設定されている。
Next, drive pulses φTX3(2), φTX1A(2), φTX1B(2), φSEL(2), φRES(2), φTX2A(2), and φTX2B(2) in the second row where m=2 will be described. ..
As shown in FIG. 4, among the drive pulses in the second row, φSEL(2), φRES(2), φTX2A(2), and φTX2B(2) are φSEL(1) and φRES(1) in the first row. , ΦTX2A(1), φTX2B(1) are delayed by ΔTh.
ΔTh is set to a value that is equal to or longer than the time (time for one pulse in the horizontal synchronizing signal ΦH) required to read out the signal charges of one row by the horizontal scanning circuit.

同様に、m行目におけるφSEL(m)、φRES(m)、φTX2A(m)、φTX2B(m)は、時間量 (m−1)×ΔThだけ一行目の信号から遅延している。
また、撮像素子184の画素の全行数をMa行としたとき、上記より全部の行を読み出すためには約Ma×ΔTh弱の時間がかかることになる。1垂直期間中に全ての行のデータを読み出すために、Ma×ΔTh<垂直期間T(図4、図5では1垂直期間=1/30秒)となるようにΔThを設定している。
Similarly, φSEL(m), φRES(m), φTX2A(m), and φTX2B(m) in the m-th row are delayed from the signal in the first row by the amount of time (m−1)×ΔTh.
Further, assuming that the total number of rows of pixels of the image sensor 184 is Ma rows, it takes about Ma×ΔTh or less to read all the rows. In order to read the data of all rows in one vertical period, ΔTh is set so that Ma×ΔTh<vertical period T (1 vertical period=1/30 seconds in FIGS. 4 and 5).

そして、1垂直期間中に各行の読出しが順次連続的に行われることになる。即ち、N番目の垂直期間では、第2の信号保持部507BにN−1番目の垂直期間中に蓄積・保持された信号電荷を、時刻t1〜t6の間に、1行ずつタイミングをシフトしながら全行を順番に信号出力線523を通じて外部へ出力する。また、N+1番目の垂直期間においては、第1の信号保持部507AにてN番目の垂直期間中に蓄積・保持された信号電荷を、時刻t6〜t11の間に、1行ずつタイミングをシフトしながら全行を順番に信号出力線523を通じて外部へ出力する。N+2番目の垂直期間(t11〜t13)ではN番目の垂直期間と同じ動作を行い、N+3番目の垂直期間(t13〜t14)ではN+1番目の垂直期間と同じ動作を行い外部に信号を読み出す。以降の垂直期間でも交互に同様な動作が行われる。 Then, the reading of each row is sequentially and continuously performed during one vertical period. That is, in the Nth vertical period, the signal charges accumulated and held in the second signal holding unit 507B during the (N-1)th vertical period are shifted line by line between times t1 and t6. Meanwhile, all the rows are sequentially output to the outside through the signal output line 523. In the (N+1)th vertical period, the signal charges accumulated and held in the first signal holding unit 507A during the Nth vertical period are shifted line by line between times t6 and t11. Meanwhile, all the rows are sequentially output to the outside through the signal output line 523. In the N+2nd vertical period (t11 to t13), the same operation as the Nth vertical period is performed, and in the N+3rd vertical period (t13 to t14), the same operation as the N+1th vertical period is performed and a signal is read to the outside. Similar operations are alternately performed in the subsequent vertical periods.

そして図4、図5においては、1垂直期間中の総計の露光量は合計1/120秒となり、1垂直期間である1/30秒間全期間で露光した場合に比して、1/4の露光時間となっているのでND2段分の減光効果が得られる。
なお、一回あたりの露光(光電変換)・蓄積時間1/480秒を適宜設定することによって、総露光量を制御し、減光効果を任意に調整することができる。
例えば、1/30秒の垂直期間中に4回前記のような露光・蓄積・転送動作を繰り返す場合、1回あたりの最大露光時間は、1垂直期間(1/30秒)の1/4の1/120秒となる。
In FIGS. 4 and 5, the total exposure amount in one vertical period is 1/120 seconds in total, which is 1/4 of the total exposure amount for 1/30 seconds which is one vertical period. Since the exposure time is reached, the light reduction effect of ND2 steps can be obtained.
By appropriately setting the exposure (photoelectric conversion)/accumulation time 1/480 seconds per time, the total exposure amount can be controlled and the dimming effect can be arbitrarily adjusted.
For example, when the above-described exposure/accumulation/transfer operation is repeated four times during a vertical period of 1/30 seconds, the maximum exposure time per one time is 1/4 of one vertical period (1/30 seconds). It is 1/120 second.

また1/30秒の垂直期間中に4回に渡り前記露光・蓄積・転送動作を繰り返し、1回あたりの露光時間が1/240秒である場合、露光時間の合計は1/60秒となる。この場合は光量を1/2にするND1段分の効果となる。
また、同様に1回あたりの露光時間が1/480秒の場合、露光時間の合計は1/120秒となり、光量を1/4にするND2段分の効果となる。
同様に1回あたりの露光時間が1/960秒である時、光量が1/8となるND3段分の効果、さらには一回当たりの露光時間が1/1920秒である時、光量が1/16となるND4段分の効果が得られる。
Further, when the exposure/accumulation/transfer operation is repeated four times during the vertical period of 1/30 seconds, when the exposure time per one time is 1/240 seconds, the total exposure time becomes 1/60 seconds. .. In this case, there is an effect of one stage of ND that reduces the light amount to 1/2.
Similarly, when the exposure time per one time is 1/480 seconds, the total exposure time is 1/120 seconds, which is the effect of ND2 steps that makes the light amount 1/4.
Similarly, when the exposure time per one time is 1/960 seconds, the effect of three ND steps that the light amount is 1/8, and when the exposure time per one time is 1/1920 seconds, the light amount is 1 The effect of 4 stages of ND that is /16 is obtained.

また、本実施例においては図4、図5に示したように、垂直期間毎に交互に複数回の露光動作を行っているが、このとき各垂直期間における複数回の露光動作のタイミングや回数や一回当たりの露光時間などを異ならせてもよい。
このように、垂直期間中に例えば略等間隔で設定された短い蓄積時間を加算することによって1つの画像信号を得るように構成しているので、コマ送り的なパラパラ感のない高品位な動画を得ることができる。
なお、上記実施例は動画の蓄積加算回数を4回前提で説明したが、例えば8回、16回、32回、64回の場合でも適用可能である。
In addition, in the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the exposure operation is alternately performed a plurality of times in each vertical period. At this time, the timing and the number of times of the exposure operations in each vertical period are performed. Alternatively, the exposure time per exposure may be different.
As described above, since one image signal is obtained by adding the short accumulation times set at, for example, substantially equal intervals during the vertical period, a high-quality moving image without a frame-by-frame flapping feeling. Can be obtained.
Although the above embodiment has been described on the assumption that the number of times of accumulation and addition of moving images is four, it can be applied to cases of 8, 16, 32, and 64 times, for example.

なお、前述のように、第5の転送トランジスタ503をON/OFFするスイッチング動作ノイズが、外部への動画信号出力中に重畳すると、動画の輝度に変動が生じ、画質低下を起こしてしまう問題がある。これについて図6のタイミングチャートを用いて説明する。 Note that, as described above, when the switching operation noise for turning on/off the fifth transfer transistor 503 is superimposed during the output of the moving image signal to the outside, the luminance of the moving image fluctuates and the image quality deteriorates. is there. This will be described with reference to the timing chart of FIG.

図6に上記ノイズの重畳する場合のタイミングチャートを示す。図4、図5と対応する箇所の番号は同じ番号を用いる。
図6においては、φTX3、φTX1A、φTX1Bの露光・蓄積を制御する信号パターンは全ての行において同一としている点が図5とは異なる。
図6において、N番目の垂直期間で、第一行の転送パルスφTX3(n)は垂直期間が時刻t1に開始されてからハイレベル状態が続き第5の転送トランジスタ503はON状態にある。そこから、時刻t3にφTX3(n)がローレベルになりこの第5の転送トランジスタ503がOFF状態になり、時刻t5にφTX3(n)がハイレベルに戻り、第5の転送トランジスタ503がONに戻るスイッチングを行っている。
FIG. 6 shows a timing chart when the noise is superposed. The same numbers are used for the numbers corresponding to those in FIGS. 4 and 5.
FIG. 6 differs from FIG. 5 in that the signal patterns for controlling the exposure and accumulation of φTX3, φTX1A, and φTX1B are the same in all rows.
In FIG. 6, in the Nth vertical period, the transfer pulse φTX3(n) of the first row continues to be in the high level state after the vertical period starts at time t1, and the fifth transfer transistor 503 is in the ON state. Then, at time t3, φTX3(n) becomes low level, the fifth transfer transistor 503 is turned off, and at time t5, φTX3(n) returns to high level and the fifth transfer transistor 503 is turned on. Switching back.

この時、時刻t3にφTX3(n)がハイレベルからローレベルに変わり、第5の転送トランジスタ503がOFF状態になる際にスイッチングノイズが大きく発生する。第N番目の垂直期間においては、上記の様にφTX3(n)がハイレベルからローレベルに落ちる、つまり前記第5の転送トランジスタ503がON状態からOFF状態に変わる瞬間は、蓄積回数と同じ回数だけ存在しており、図6においては4回存在している。これはN+1番目以降の周期でも同様に、1垂直期間中に蓄積回数と同じ4回ずつ存在している。この4回の瞬間のタイミングは図6のn行目において、ノイズ発生タイミング1として白抜きの下向き矢印で示されている。N番目、N+1番目、N+2番目、N+3番目の垂直期間それぞれ一つの垂直期間につき、蓄積回数と等しい4か所ずつの個数で存在している。 At this time, at time t3, φTX3(n) changes from the high level to the low level, and when the fifth transfer transistor 503 is turned off, a large switching noise occurs. In the Nth vertical period, φTX3(n) falls from the high level to the low level as described above, that is, the moment when the fifth transfer transistor 503 changes from the ON state to the OFF state, the same number of times as the number of accumulations. It exists only four times in FIG. Similarly, in the N+1th and subsequent cycles, four times, which is the same as the number of accumulations, exist in one vertical period. The timing of these four instants is indicated by a white downward arrow as noise generation timing 1 in the n-th row of FIG. The N-th, N+1-th, N+2-th, and N+3-th vertical periods are present in each of the four vertical periods, at four locations equal to the number of accumulations.

また、フォトダイオード500の電荷を例えば第1の信号保持部507Aに蓄積加算している間に、前の垂直期間で第2の信号保持部507Bに保持された電荷を信号出力線523を通して一行ずつ順番に外部に出力する。外部出力動作は一行目から最終行まで微小時間であるΔThずつずらしながら順次行われていき、一つの垂直期間内に全ての行の出力が終了する。この時、m行目において信号電荷を外部に出力するタイミング(φTX2A(m)又はφTX2B(m)がハイレベルになる期間)は、一行目における同信号が外部出力されてから(m−1)×ΔThが経過した(遅れた)時刻となる。 Further, while the charge of the photodiode 500 is being accumulated and added to the first signal holding unit 507A, for example, the charge held in the second signal holding unit 507B in the previous vertical period is passed through the signal output line 523 row by row. Output to the outside in order. The external output operation is sequentially performed from the first row to the final row by shifting by ΔTh which is a minute time, and the output of all rows is completed within one vertical period. At this time, at the timing of outputting the signal charges to the outside in the m-th row (the period in which φTX2A(m) or φTX2B(m) is at the high level), the same signal in the first row is output to (m-1). It is the time when ×ΔTh has passed (delayed).

そして行が異なると該信号電荷を外部に出力するφTX2A(m)又はφTX2B(m)がハイレベルになる瞬間も異なってくる。それらの外部出力タイミングが異なる行の中で、スイッチングノイズが大きく発生するφTX3(m)がハイレベルからローレベルに落ちる瞬間と、該外部出力のタイミングが一致する行が出てくる。図6においてはn行目として示している。 Then, when the rows are different, the instant when φTX2A(m) or φTX2B(m) that outputs the signal charges to the outside becomes high level also differs. Among the rows having different external output timings, there is a row in which the timing of the external output coincides with the moment when φTX3(m) where switching noise largely occurs falls from the high level to the low level. In FIG. 6, it is shown as the nth row.

この行においては外部へ出力される信号電荷に該スイッチングノイズが影響し、1行全ての画素において輝度値に誤差が生じてしまう。図7は図6のタイミングチャートのような駆動をし、スイッチングノイズが影響を及ぼした場合の出力画像例を示す。画面全体が一様な灰色の画像を撮影したとする。この時、前述のφTX3(n)がハイレベルからローレベルに落ちるエッジと、信号電荷を外部に出力するφTX2A(n)又はφTX2B(n)がハイレベルになる期間が一致する行が4行(n1〜n4行)ある。そのn1〜n4行の画素信号では、図示のようにそれぞれの1行全てに渡り輝度誤差が生じやすく、その行だけ輝度が低下して、画像に4本の横方向の線が入り、画質が悪化していることが分かる。なお、それ以外の場合であってもφTX3(n)のエッジとφTX2A(n)又はφTX2B(n)のハイレベル期間などのタイミング(位相)が一致した場合にノイズが重畳しやすい。 In this row, the switching noise affects the signal charge output to the outside, and an error occurs in the luminance value in all the pixels in one row. FIG. 7 shows an example of an output image when driving is performed as shown in the timing chart of FIG. 6 and the influence of switching noise is exerted. Suppose you have taken a gray image with a uniform screen. At this time, there are four rows in which the above-described edge where φTX3(n) falls from the high level to the low level coincides with the period in which φTX2A(n) or φTX2B(n) that outputs the signal charge to the high level becomes the high level ( (n1-n4 lines). In the pixel signals of the n1 to n4 rows, as shown in the figure, a luminance error is likely to occur over all of the respective rows, the luminance is lowered only in that row, and four horizontal lines are formed in the image, resulting in a poor image quality. You can see that it is getting worse. Even in other cases, noise is likely to be superposed when the edge of φTX3(n) and the timing (phase) of the high level period of φTX2A(n) or φTX2B(n) match.

一つの垂直期間には蓄積回数分(図では4回)スイッチングノイズが大きく発生するφTX3(m)がローレベルに落ちてからハイレベルに戻る瞬間がある。従って、このノイズ発生と外部出力タイミングが一致して誤差が発生する行は、最大で蓄積回数と同数だけ出現しうる。
図5の実施例では上記ノイズに起因した輝度誤差による画質悪化を解消することができる。
In one vertical period, there is a moment when φTX3(m) in which switching noise is largely generated for the number of times of accumulation (four times in the figure) falls to a low level and then returns to a high level. Therefore, the rows in which the noise generation coincides with the external output timing and the error occurs may appear at the same number as the maximum number of times of accumulation.
In the embodiment shown in FIG. 5, the deterioration of image quality due to the luminance error caused by the noise can be eliminated.

即ち、図6の例で誤差が生じていたn行目において、図5ではφTX3(n)、φTX1A(n)、φTX1B(n)として、他の行のパターン(露光パターン1)とはΔtだけ遅延した露光パターン2を用いている点が異なる。つまり他の行と比較した場合に少なくとも前記第5の転送部による動作切り替え時刻を所定時間だけ遅延させた異なる動作パターンを用いている。 That is, in the nth row in which an error has occurred in the example of FIG. 6, φTX3(n), φTX1A(n), and φTX1B(n) in FIG. 5 are only Δt from the patterns (exposure pattern 1) of other rows. The difference is that the delayed exposure pattern 2 is used. That is, a different operation pattern is used in which at least the operation switching time by the fifth transfer unit is delayed by a predetermined time when compared with other rows.

一方、上記n行目以外の1行目、2行目、m行目は図6の例と同一のタイミングのφTX3(m)、φTX1A(m)、φTX1B(m)の露光パターン1を用いる。
また、この時、図5におけるφSEL(n)、φRES(n)、φTX2A(n)、φTX2B(n)の外部への動画信号出力を制御する信号パターンは、n行目を含むすべての行において、図6と同一のタイミングの信号を用いるものとする。
On the other hand, for the first, second, and m-th rows other than the n-th row, the exposure pattern 1 of φTX3(m), φTX1A(m), and φTX1B(m) at the same timing as in the example of FIG. 6 is used.
At this time, the signal patterns for controlling the video signal output to the outside of φSEL(n), φRES(n), φTX2A(n), and φTX2B(n) in FIG. 5 are the same in all rows including the nth row. , And the same timing signal as in FIG. 6 is used.

露光パターン2を適用する必要がある行(図5の例ではn行目)は、露光パターン1における分割蓄積タイミングと、各行の外部出力タイミングから決定することができる。露光パターン2を適用する行番号情報がメモリ部190に記憶されており、撮像の際にシステム制御CPU178がその情報を読み込み、撮像素子動作を制御するものとする。
この構成により、動画出力信号にスイッチングノイズの影響が出ないようにすることが可能となる。
The row to which the exposure pattern 2 needs to be applied (nth row in the example of FIG. 5) can be determined from the division accumulation timing in the exposure pattern 1 and the external output timing of each row. The line number information to which the exposure pattern 2 is applied is stored in the memory unit 190, and the system control CPU 178 reads the information at the time of image pickup to control the operation of the image pickup device.
With this configuration, it is possible to prevent the influence of switching noise on the moving image output signal.

即ち、図5のn行目のタイミングチャートにおいては、スイッチングノイズが大きく発生するφTX3(n)がハイレベルからローレベルに落ちる瞬間を、ノイズ発生タイミング2として黒色の矢印で表示している。図6のノイズ発生タイミング1の白い矢印の場合と同じく、1垂直期間中に蓄積回数である4回と同数の4個ずつ存在している。図5のn行目のタイミングチャートはφTX3(n)の信号パターンを図6の例よりΔtだけ遅らせている。そのため、φTX3(n)がハイレベルからローレベルに落ちるノイズ発生タイミング2である黒い矢印も、図6の例のノイズ発生タイミング1の白い矢印に比べ、Δtだけ遅れている。図5において、n行目以外の所定の複数行の光電変換部に対しては、図6の例と同一のタイミングのφTX3(m)の信号パターンを供給している。従って図5で例としてm行目に示したように、白い矢印で示すノイズ発生タイミング1のタイミングでノイズが発生している。 That is, in the timing chart of the nth row in FIG. 5, the moment when φTX3(n) at which switching noise largely occurs falls from the high level to the low level is indicated by a black arrow as the noise generation timing 2. As in the case of the white arrow at the noise generation timing 1 in FIG. 6, there are four pieces each, which is the same number as the number of accumulations, that is, four times in one vertical period. In the timing chart of the nth row of FIG. 5, the signal pattern of φTX3(n) is delayed by Δt compared to the example of FIG. Therefore, the black arrow at the noise generation timing 2 at which φTX3(n) falls from the high level to the low level is also delayed by Δt from the white arrow at the noise generation timing 1 in the example of FIG. In FIG. 5, the signal pattern of φTX3(m) at the same timing as that in the example of FIG. 6 is supplied to the photoelectric conversion units of a predetermined plurality of rows other than the n-th row. Therefore, as shown in the m-th row in FIG. 5 as an example, noise is generated at the timing of noise generation timing 1 indicated by the white arrow.

一例として図5のN+1番目の周期に注目すると、n行目のタイミングチャートにおけるφTX3(n)がハイレベルからローレベルに落ちる、黒い矢印で示されたタイミングの内の最初の一つが、時刻t8からΔtだけ遅れた時刻に位置している。図6の例と同じタイミングであるm行目では、N+1番目の周期において白い矢印で示した、φTX3(m)がハイレベルからローレベルに落ちる最初のタイミングは時刻t8であり、それよりΔtだけタイミングが遅れている。 As an example, focusing on the (N+1)th cycle in FIG. 5, the first one of the timings indicated by the black arrows at which φTX3(n) in the timing chart of the nth row falls from the high level to the low level is time t8. It is located at a time delayed by Δt from. In the m-th row, which is the same timing as in the example of FIG. 6, the first timing at which φTX3(m) falls from the high level to the low level, which is indicated by a white arrow in the N+1th cycle, is time t8, and only Δt thereafter. Timing is late.

図6ではn行目において外部への動画信号出力を行うタイミング(N+1番目の周期ではφTX2A(n)のタイミング)が上記時刻t8に重なる。従って、白い矢印で示されたノイズ発生タイミング1と同時になるため、出力される動画信号にノイズの影響が出て、画質が悪化する。
これに対し、図5のn行目においては、外部への動画信号出力を行うタイミング(N+1番目の周期ではφTX2A(n)のハイレベルになるタイミング)は上記と同じ時刻t8である。しかし、ノイズが発生するタイミングを黒い矢印で示したノイズ発生タイミング2にΔtずらして構成している。その結果、図示するように、読出しパルスの読出し期間とリセットノイズの発生タイミングが一致しなくなるため、n行目の動画信号にノイズの影響がのらず、画質の劣化を防止できる。
In FIG. 6, the timing of outputting a moving image signal to the outside in the n-th row (the timing of φTX2A(n) in the (N+1)th cycle) overlaps with the time t8. Therefore, since it is the same as the noise generation timing 1 indicated by the white arrow, the output moving image signal is affected by noise and the image quality deteriorates.
On the other hand, in the n-th row of FIG. 5, the timing of outputting the moving image signal to the outside (the timing when φTX2A(n) becomes the high level in the (N+1)th cycle) is the same time t8 as described above. However, the timing at which noise is generated is shifted by Δt from the noise generation timing 2 indicated by the black arrow. As a result, as shown in the drawing, the read period of the read pulse and the generation timing of the reset noise do not coincide with each other, so that the moving image signal on the n-th row is not affected by the noise and the deterioration of the image quality can be prevented.

即ち、図4、図5のn行目以外の所定の複数行の光電変換部に対しては、図6の例と同様の共通タイミングの露光パターン1のφTX3(m)、φTX1A(m)、φTX1B(m)の露光・蓄積を制御する信号パターンを垂直期間に供給している。しかし、図5のm行目において白い矢印で示されたノイズ発生タイミング1でノイズが発生しても、図6の例と同じくn行目以外ではノイズ発生タイミングと外部出力タイミングは重ならない。そのため、動画信号にノイズの影響がのらず、画質は劣化しない。また前記所定の複数行とは異なる所定の行(例えばn行)の光電変換部に対しては前記露光パターン1とは異なるタイミングのリセットパルスであるφTX3(n)(露光パターン2)を供給している。従ってn行目等の動画信号にはノイズの影響がのらず、画質の劣化を防止できる。
以上のように、2つの露光パターンを切り替えているので、図6の例においてノイズによりn行目等の行において発生していた誤差が図5の実施例では解消され動画画質の劣化を防止することができる。なお、本実施例では2つの露光パターンは同じであって位相のみがずれるようにしているが、上記2つの露光パターンは位相だけでなくパルス幅を異ならせるようにしてもよい。つまり1垂直期間内において露光パターン2のφTX3(n)の一部のパルス幅を広げ、φTX3(n)の他のパルス幅を狭くするようにしてもよい。その場合、例えば露光パターン1のφTX3(m)の1垂直期間における合計の露光時間と、露光パターン2のφTX3(n)の1垂直期間における合計の露光時間が同じになるようにする。また位相をずらす他の方法として、例えばφTX3(n)の1垂直期間における回数を変更したり、1垂直期間内の例えば4回のパルス間隔を変更してもよい。その場合パルス間隔を1垂直期間内で徐々に短くしたり長くしてもよい。なお上記のようにφTX3(n)のパターンを複数種類の中から選択可能にした場合には、それぞれのパターンに応じてn番目の行の番号が変化するので、前記パターン毎の前記行番号の情報をメモリ部190に記憶しておく。そしてメモリ部190に記憶されたφTX3(n)のパターン毎の行番号情報を、撮像の際にシステム制御CPU178が読み込み、撮像素子の動作を制御すればよい。
That is, for photoelectric conversion units of a predetermined plurality of rows other than the n-th row of FIGS. 4 and 5, φTX3(m), φTX1A(m) of the exposure pattern 1 of the common timing similar to the example of FIG. 6, A signal pattern for controlling the exposure/accumulation of φTX1B(m) is supplied in the vertical period. However, even if noise is generated at the noise generation timing 1 indicated by the white arrow in the m-th row of FIG. 5, the noise generation timing and the external output timing do not overlap except for the n-th row, as in the example of FIG. Therefore, the moving image signal is not affected by noise and the image quality is not deteriorated. Further, φTX3(n) (exposure pattern 2) which is a reset pulse having a timing different from that of the exposure pattern 1 is supplied to the photoelectric conversion units of a predetermined row (for example, n rows) different from the predetermined plurality of rows. ing. Therefore, the moving image signal of the nth row or the like is not affected by noise, and the deterioration of image quality can be prevented.
As described above, since the two exposure patterns are switched, the error that has occurred in the nth row or the like due to noise in the example of FIG. 6 is eliminated in the embodiment of FIG. 5 and the deterioration of the moving image quality is prevented. be able to. In the present embodiment, the two exposure patterns are the same and only the phases are shifted, but the two exposure patterns may be different not only in the phase but also in the pulse width. That is, a part of the pulse width of φTX3(n) of the exposure pattern 2 may be widened and the other pulse width of φTX3(n) may be narrowed within one vertical period. In that case, for example, the total exposure time in one vertical period of φTX3(m) of the exposure pattern 1 and the total exposure time in one vertical period of φTX3(n) of the exposure pattern 2 are set to be the same. As another method of shifting the phase, for example, the number of times φTX3(n) in one vertical period may be changed, or the pulse interval of four times in one vertical period may be changed. In that case, the pulse interval may be gradually shortened or lengthened within one vertical period. When the φTX3(n) pattern can be selected from a plurality of types as described above, the number of the n-th row changes according to each pattern. Information is stored in the memory unit 190. Then, the system control CPU 178 may read the line number information for each pattern of φTX3(n) stored in the memory unit 190 and control the operation of the image sensor.

なお本実施例では、n行目において、φTX3(n)、φTX1A(n)、φTX1B(n)を他の行の同信号パターン(露光パターン1)に対してΔtだけ遅延させたため、露光パターン2は露光パターン1に比して露光・蓄積時間がΔtだけ遅れる。従って、動く被写体を撮影する場合、露光パターン1を適用する行に対して、露光パターン2を適用する行においてのみ、被写体が被写体移動速度V×遅れ時間Δtだけずれた画像が外部に出力される。 In the present embodiment, in the nth row, φTX3(n), φTX1A(n), and φTX1B(n) are delayed by Δt with respect to the same signal pattern (exposure pattern 1) in the other rows. In comparison with exposure pattern 1, the exposure/accumulation time is delayed by Δt. Therefore, when a moving subject is photographed, an image in which the subject is shifted by the subject moving speed V×the delay time Δt is output to the outside only in the row in which the exposure pattern 2 is applied to the row in which the exposure pattern 1 is applied. ..

図8は、図5示の本実施例の駆動を行う撮像装置を用いて、紙面右方向に速度Vで移動する新幹線(被写体S)を撮影した場合の撮像結果例を表す模式図である。前述のように、n行目以外のすべての行において露光パターン1が適用され、n行目においてのみ時間Δtだけ遅らせた露光パターン2を適用するとする。
図示するように、n行目の画像のみ、露光タイミングがΔtだけ遅れるので、新幹線の輪郭が進行方向に速度V×遅れ時間Δtだけずれてしまっている。
この時、Δtの値が大きく、被写体画像の輪郭のずれ量が大きいと、出力される動画の品位を下げてしまう。極端な場合、露光タイミングを遅らせた行における被写体画像と、その他の行における被写体画像において、両者の被写体が画面上で進行方向に位置がずれすぎて重なる部分が無くなり、2か所に存在する様に見えてしまう。
FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of an image pickup result when an image of the Shinkansen (subject S) moving at a speed V in the right direction of the paper is photographed using the image pickup apparatus for driving the present embodiment shown in FIG. As described above, it is assumed that the exposure pattern 1 is applied to all rows except the nth row, and the exposure pattern 2 delayed by the time Δt is applied only to the nth row.
As shown in the figure, since the exposure timing is delayed by Δt only in the image on the n-th row, the outline of the Shinkansen is shifted in the traveling direction by the speed V×the delay time Δt.
At this time, if the value of Δt is large and the amount of deviation of the contour of the subject image is large, the quality of the output moving image is degraded. In an extreme case, in the subject image in the row in which the exposure timing is delayed and the subject images in the other rows, the two subjects are too misaligned in the traveling direction on the screen, and there is no overlapping portion, so that there are two locations. Looks like.

そこで、図5の実施例においては異なる行における被写体画像同士が、少なくとも一部が重なるように下記の様に露光・蓄積の信号パターンを構成している。即ち、露光パターン1におけるフォトダイオード500の露光・蓄積タイミング(第5の転送トランジスタ503がOFF状態にある期間)と時間Δtだけずれた露光パターン2における同露光・蓄積タイミングの少なくとも一部が重なるようにしている。図5では、m行目のφTX3(m)がローレベルの期間と、それよりΔtだけ遅延させたn行目のφTX3(n)がローレベルの期間が一部重なっている。即ち、前記Δtは、前記リセットパルスがリセットをしていない非リセット期間(第5のトランジスタがOFF状態にある期間)よりも短くしている。 Therefore, in the embodiment of FIG. 5, the exposure/accumulation signal pattern is configured as follows so that the subject images in different rows are at least partially overlapped. In other words, at least a part of the exposure/accumulation timing of the photodiode 500 in the exposure pattern 1 (the period during which the fifth transfer transistor 503 is in the OFF state) and the exposure/accumulation timing of the exposure pattern 2 that is deviated by the time Δt overlap. I have to. In FIG. 5, a period in which φTX3(m) in the m-th row is at a low level and a period in which φTX3(n) at the n-th row delayed by Δt is at a low level partially overlap. That is, Δt is set shorter than the non-reset period in which the reset pulse is not reset (the period in which the fifth transistor is in the OFF state).

N+1番目の垂直期間に注目すると、m行目はφTX3(m)がローレベルにある非リセット期間は、時刻t8〜時刻t10の期間である。n行目はφTX3(n)がローレベルにある非リセット期間は、時刻(t8+Δt)〜時刻(t10+Δt)の期間である。この時、ΔtがΔt<(t10−t8)の関係にあれば少なくとも両者の時間域の一部が共通することになる。本実施例では、Δtは上記関係を満たし、時間Δtずらした行と、その他の行において第5の転送部がOFFの期間(非リセット期間)にある両者の期間の一部が共通となっている。上記の様に被写体画像を露光するタイミングが重なるよう構成することで、行毎に画像が分離する事を防止し、画質の悪化を軽減している。即ち所定時間だけ遅らせた行における第5の転送部が非リセット状態にある期間と、その他の行における第5の転送部が非リセット状態にある期間とは、少なくとも一部が共通の重なった期間にしている。
また、画像の輪郭がずれる行の数が多いと同様に動画の品位が下がってしまう。
Focusing on the (N+1)th vertical period, in the m-th row, the non-reset period in which φTX3(m) is at the low level is the period from time t8 to time t10. In the n-th row, the non-reset period in which φTX3(n) is at the low level is the period from time (t8+Δt) to time (t10+Δt). At this time, if Δt has a relationship of Δt<(t10−t8), at least a part of both time regions are common. In the present embodiment, Δt satisfies the above relationship, and a part of both periods in which the fifth transfer unit is in the OFF period (non-reset period) is common in the rows shifted by the time Δt. There is. By configuring the subject images to be exposed at the same timing as described above, it is possible to prevent the images from being separated for each row and reduce the deterioration of the image quality. That is, at least part of the period in which the fifth transfer unit in the row delayed by the predetermined time is in the non-reset state and the period in which the fifth transfer unit in the other row is in the non-reset state overlap each other I have to.
Further, if the number of lines in which the contour of the image is deviated is large, the quality of the moving image is similarly degraded.

そのため、図5の実施例においては、露光・蓄積タイミングをΔtだけ遅らせる露光パターン2を適用する行は、前記ノイズの影響により輝度値に誤差が生じる行のみとして、輪郭のずれが生じる行の数を最小限としている。これにより、動画の品位を可能な限り維持している。即ち、動画信号を外部に出力するタイミングと前記第5の転送部がオンからオフになるタイミングが略一致する行においてのみ、前記第5の転送部のオンからオフへのタイミングを時間Δtだけ遅らせているので画像劣化は最小限にとどめられる。 Therefore, in the embodiment of FIG. 5, the rows to which the exposure pattern 2 for delaying the exposure/accumulation timing by Δt is applied are the rows in which the luminance value has an error due to the influence of the noise, and the number of rows in which the contour is displaced occurs. Is minimized. This keeps the quality of the video as high as possible. That is, only in the row where the timing of outputting the moving image signal to the outside and the timing of turning on the fifth transfer unit are substantially the same, the timing of turning on the fifth transfer unit is delayed by the time Δt. Image degradation is minimized.

また、時間Δtについは、ノイズの影響は前述のパルス制御における水平同期信号ΦHのパルス1個分程度の時間までしか及ぼされないため、その影響が現れない中で最も短い2パルス分の時間とすることが望ましい。パルス信号は前述のタイミング発生部189が発生している。パルス発生周波数が200kHzでパルス信号を発している場合、一パルスは1/20万秒であり、2パルス分の時間でも1/20万秒の2倍で1/10万秒となる。一般的なデジタルカメラの最速シャッター速度が1/8000秒程度であることを考えると、上記時間Δtの1/10万秒はごくわずかな時間であるといえる。この程度の遅れ時間では車や新幹線、スポーツシーン等の一般的なほぼ全ての被写体において露光パターン1と露光パターン2における行ごとの被写体の輪郭のずれは問題にならないレベルとなる。以上より、本実施例においては遅れ時間量Δtについて、ノイズ影響が出ない中で最も短い時間である、パルス制御における2パルス分の時間を設定することで、行ごとの被写体の輪郭ずれを最小にでき、動画の品位を可能な限り維持している。 Further, the time Δt is affected by noise only for a time of about one pulse of the horizontal synchronizing signal ΦH in the above-mentioned pulse control, so that it is the shortest time of two pulses without the effect. Is desirable. The pulse signal is generated by the timing generation unit 189 described above. When a pulse signal is emitted at a pulse generation frequency of 200 kHz, one pulse is 1/200,000 seconds, and the time for two pulses is 1/200,000 seconds, which is 1/100,000 seconds. Considering that the fastest shutter speed of a general digital camera is about 1/8000 second, it can be said that 1/100,000 second of the time Δt is a very short time. With such a delay time, the deviation of the contours of the subject in each row in the exposure pattern 1 and the exposure pattern 2 is at a level that does not pose a problem for almost all general subjects such as cars, bullet trains, and sports scenes. As described above, in the present embodiment, the delay time amount Δt is set to the shortest time period in which no noise influence occurs, that is, the time period for two pulses in the pulse control, so that the contour deviation of the subject for each row is minimized. The video quality is maintained as much as possible.

即ち、前記動作切り替え時刻を遅らせる所定時間は、パルス信号1つ分の時間以上(1/20万秒以上)、2つ分の時間以下(1/10万秒以下)であることが望ましい。
なお、画像から被写体の動きベクトルの大きさを検出し、動きベクトルの大きさが所定値より大きい場合、即ち被写体の動きが大きい場合を判別し、その場合には前記遅れ時間量Δtを小さくするように制御してもよい。
That is, the predetermined time for delaying the operation switching time is preferably one pulse signal or longer (1/200,000 seconds or longer) and two pulse signals or shorter (1/100,000 seconds or shorter).
It should be noted that the magnitude of the motion vector of the subject is detected from the image, and it is determined when the magnitude of the motion vector is larger than a predetermined value, that is, when the motion of the subject is large, and in that case, the delay time amount Δt is reduced. May be controlled as follows.

更に、上記実施例においては複数回の露光・蓄積を繰り返しているが、1垂直期間に1回だけ露光・蓄積するものにも本発明は適用できる。
また、上記の実施例ではリセットパルスとしてのn行目の転送パルスφTX3(n)、φTX1A(n)、φTX1B(n)の位相を例えば1つ前の行のφTX3(n−1)、φTX1A(n−1)、φTX1B(n−1)から所定時間遅延させた。そしてそのために制御手段としてのシステム制御CPU178が上記リセットパルスの位相変更の制御をしている。
しかし、転送パルスφTX3(n)の位相を遅延させる代わりに読み出しのためのパルスの位相を遅延させてもよい。即ちφSEL(n)、φRES(n)、φTX2A(n)またはφTX2B(n)の位相を直前のφSEL(n−1)、φRES(n−1)、φTX2A(n−1)またはφTX2B(n−1)から所定時間遅延させても良い。その場合、読み出された信号をAD変換してからデジタルメモリに記憶させ、上記の遅延分をメモリから読出す際に元に戻してもよい。そうすれば画面に悪影響を与えることはない。その場合にはシステム制御CPU178は読み出しのためのパルスの位相変更の制御をすることになる。
上記のような実施例の構成により、複数回の露光・蓄積を繰り返すことで露光量を調整しつつ動画撮影を行う装置において、前記繰り返し時の信号切り替え動作によるノイズに起因する輝度誤差の発生を抑制可能な撮像装置を提供することが可能となる。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
Further, in the above embodiment, the exposure/accumulation is repeated a plurality of times, but the present invention can be applied to the case where the exposure/accumulation is performed only once in one vertical period.
In the above embodiment, the transfer pulses φTX3(n), φTX1A(n), and φTX1B(n) on the n-th row as reset pulses have the phases of, for example, φTX3(n−1) and φTX1A(in the previous row). n-1) and φTX1B(n-1) were delayed by a predetermined time. For that purpose, the system control CPU 178 as the control means controls the phase change of the reset pulse.
However, instead of delaying the phase of the transfer pulse φTX3(n), the phase of the pulse for reading may be delayed. That is, the phase of φSEL(n), φRES(n), φTX2A(n) or φTX2B(n) is immediately before the phase of φSEL(n-1), φRES(n-1), φTX2A(n-1) or φTX2B(n-). You may delay from 1) for a predetermined time. In that case, the read signal may be AD-converted and then stored in a digital memory, and the delay may be returned to the original when the signal is read from the memory. That way, the screen is not adversely affected. In that case, the system control CPU 178 controls the phase change of the pulse for reading.
With the configuration of the embodiment as described above, in a device that shoots a moving image while adjusting the exposure amount by repeating exposure/accumulation a plurality of times, the occurrence of a brightness error due to noise due to the signal switching operation at the time of repetition is prevented. It is possible to provide an image pickup apparatus that can be suppressed.
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist thereof.

また、本実施例における制御の一部または全部を上述した実施例の機能を実現するコンピュータプログラムをネットワーク又は各種記憶媒体を介して撮像装置や情報処理装置に供給するようにしてもよい。そしてその撮像装置や情報処理装置におけるコンピュータ(又はCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。その場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することとなる。 Moreover, you may make it supply a computer program which implement|achieves a part or all of control in a present Example with the function of the Example mentioned above to an imaging device or an information processing apparatus via a network or various storage media. Then, the computer (or the CPU, MPU, or the like) in the imaging device or the information processing device may read out and execute the program. In that case, the program and the storage medium storing the program constitute the present invention.

500 光電変換部としてのフォトダイオード
507A 第1の信号保持部
507B 第2の信号保持部
300、301 画素部
184 撮像素子
178 制御手段としてのシステム制御CPU
151 撮像装置本体
500 Photodiode 507A as photoelectric conversion unit First signal holding unit 507B Second signal holding unit 300, 301 Pixel unit 184 Image sensor 178 System control CPU as control means
151 Imaging device body

Claims (15)

入射した光を光電変換して電荷を生成するための行および列状に配置された複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部で生成された電荷を行単位で順次読み出すために、
行毎に位相が異なる読出しパルスを順次供給する読出し手段と、
垂直期間中に前記光電変換部をリセットするためのリセットパルスを前記光電変換部に対して供給するリセットパルス供給手段と、
前記リセットパルスのノイズが前記読出しパルスの読出し期間と重ならないように、前記リセットパルスの位相または前記読出しパルスの位相を、所定の行の読出しの際に所定時間ずらす制御手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
A plurality of photoelectric conversion units arranged in rows and columns for photoelectrically converting incident light to generate charges,
In order to sequentially read out the charges generated by the plurality of photoelectric conversion units row by row,
Read-out means for sequentially supplying read-out pulses having different phases for each row;
Reset pulse supply means for supplying to the photoelectric conversion unit a reset pulse for resetting the photoelectric conversion unit during a vertical period,
Control means for shifting the phase of the reset pulse or the phase of the read pulse for a predetermined time when reading a predetermined row so that the noise of the reset pulse does not overlap the read period of the read pulse. Characteristic imaging device.
前記制御手段は、所定の行の読出しの際に、前記リセットパルスの位相を所定時間遅延させることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the control unit delays the phase of the reset pulse by a predetermined time when reading a predetermined row. 前記制御手段は、所定の行の読出しの際に、前記読出しパルスの位相を所定時間遅延させることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the control unit delays the phase of the read pulse by a predetermined time when reading a predetermined row. 前記光電変換部で生成された電荷を蓄積するための信号保持部を有することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The image pickup apparatus according to claim 1, further comprising a signal holding unit for accumulating charges generated by the photoelectric conversion unit. 前記光電変換部で生成された電荷を蓄積するために、各光電変換部に対して第1の信号保持部と第2の信号保持部とを有することを特徴とする請求項1または4に記載の撮像装置。 The first signal holding unit and the second signal holding unit are provided for each photoelectric conversion unit in order to accumulate the charges generated by the photoelectric conversion unit. Imaging device. 前記読出し手段は、第1の信号保持部に前記光電変換部で生成された電荷を蓄積している間に、前記第2の信号保持部に蓄積された電荷を読み出すことを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。 The read-out means reads out the charges accumulated in the second signal holding unit while the charges generated in the photoelectric conversion unit are accumulated in the first signal holding unit. The imaging device according to item 5. 前記垂直期間中の、前記光電変換部が前記リセットパルスによってリセットされていない期間に前記光電変換部から前記信号保持部に電荷を転送して蓄積することを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。 The image pickup device according to claim 4, wherein charges are transferred from the photoelectric conversion unit to the signal holding unit and accumulated in a period during which the photoelectric conversion unit is not reset by the reset pulse in the vertical period. apparatus. 前記垂直期間中に、前記リセットパルス供給手段は前記複数の光電変換部をリセットするためのリセットパルスを複数回供給することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the reset pulse supply unit supplies a reset pulse for resetting the plurality of photoelectric conversion units a plurality of times during the vertical period. 前記光電変換部がリセットされていない期間に前記光電変換部から前記信号保持部に電荷を転送するための転送手段を有することを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 7, further comprising a transfer unit that transfers charges from the photoelectric conversion unit to the signal holding unit while the photoelectric conversion unit is not reset. 前記リセットパルスにより光電変換部をリセットするリセット期間と、リセットしない非リセット期間を有し、前記所定時間は、前記非リセット期間よりも短いことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The image pickup apparatus according to claim 1, further comprising a reset period in which the photoelectric conversion unit is reset by the reset pulse and a non-reset period in which the photoelectric conversion unit is not reset, and the predetermined time is shorter than the non-reset period. 前記所定時間は1/20万秒以上で1/10万秒以下であることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the predetermined time is 1/200,000 seconds or more and 1/100,000 seconds or less. 被写体の動きベクトルの大きさが所定値より大きい場合に前記所定時間を短くするように制御することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The image pickup apparatus according to claim 1, wherein when the magnitude of the motion vector of the subject is larger than a predetermined value, the predetermined time is controlled to be shortened. 前記リセットパルスとして複数種類のパターンを選択可能であり、前記パターン毎の前記所定の行の番号情報を記憶するメモリを有することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The image pickup apparatus according to claim 1, further comprising a memory that can select a plurality of types of patterns as the reset pulse and that stores the number information of the predetermined row for each pattern. 前記読み出しパルスによって駆動されるトランジスタと、前記リセットパルスに基づいて駆動されるリセットトランジスタを各光電変換部に対して備えることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The image pickup apparatus according to claim 1, wherein a transistor driven by the read pulse and a reset transistor driven based on the reset pulse are provided for each photoelectric conversion unit. 前記光電変換部と前記第1の信号保持部の間に設けた第1の転送トランジスタと、前記光電変換部と前記第1の信号保持部の間に設けた第2の転送トランジスタと、を有することを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。 A first transfer transistor provided between the photoelectric conversion unit and the first signal holding unit; and a second transfer transistor provided between the photoelectric conversion unit and the first signal holding unit. The imaging device according to claim 5, wherein
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