JP4721529B2 - Driving method of solid-state imaging device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置の駆動方法に関し、特に固体撮像装置の電子シャッタ機能を実現するための駆動技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
固体撮像装置の電子シャッタ機能とは、撮像部の電荷蓄積時間をその駆動によって調整し、物理的な絞り(アイリス)機能に代わって、電子的に露光時間を制御するものである。具体的には、各画素に蓄積された信号電荷を、画素信号読み出しとは異なる所定のタイミングで排出(リセット)することによって、電子シャッタ機能は実現される。
【0003】
従来の固体撮像装置の1つが特開平11−220663号公報に開示されている。これは、複数の画素が2次元行列配置されてなる撮像部と、各々前記撮像部の各行に対して設けられたレジスタを含む複数のレジスタが直列接続されてなり、供給された駆動用信号をクロック毎に順次伝達するシフトレジスタと、各々前記撮像部の各行に対して設けられた行数と同数の選択回路からなり、前記シフトレジスタを構成するレジスタの出力に応じて選択した行の画素に対し、読み出し動作又はリセット動作を実行する駆動部とを備えた固体撮像装置である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の固体撮像装置では選択回路のクロックが1水平走査期間毎に出力されるため、電子シャッタの蓄積時間が1水平走査期間毎にしか制御できないという課題があった。
【0005】
例えばテレビジョンシステムのNTSCの場合、1水平走査期間が約1万6千分の1秒となる。電子シャッタの主な用途である電子絞り機能においては、蓄積時間の約50分の1刻みで制御すると違和感のない制御が行える。8百分の1秒以下の蓄積時間を制御する場合、1万6千分の1秒毎では約20分の1刻みとなり、制御幅が大きくなってしまう。また、高速電子シャッタの最高速も1万6千分の1秒が最大となる。
【0006】
行選択と列選択のシフトレジスタの駆動部制御構成を同じにすることで上記課題は解決可能だが、列選択のシフトレジスタが10MHz以上の高速に動作する場合が多く設計マージンが少ない。また、回路規模が大きくなり、行・列選択の両シフトレジスタの入力パルス制御が複雑になるといった問題がある。
【0007】
本発明の目的は、電子シャッタモードにおける1水平走査期間以下の細かな電荷蓄積時間制御を実現することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み、本発明は、固体撮像装置の駆動方法において、リセット信号を1水平走査期間内に映像期間中を含め複数回印加することによって、1水平走査期間以下の細かな電荷蓄積時間制御を実現し、以て10万分の1秒など超高速な電子シャッタをも実現可能とするものである。
【0009】
具体的に説明すると、請求項の発明が講じた解決手段は、複数の画素が2次元行列配置されてなる撮像部と、各々前記撮像部の各行又は各列に対して設けられたレジスタを含む複数のレジスタが直列接続されてなり、供給された駆動用信号をクロック毎に順次伝達するシフトレジスタと、各々前記撮像部の各行又は各列に対して設けられた行数又は列数と同数の選択回路からなり、前記シフトレジスタを構成するレジスタの出力に応じて選択した行又は列の画素に対し、読み出し動作又はリセット動作を実行する駆動部とを備え、かつ、前記列のシフトレジスタのクロックに従って前記画素毎の信号が出力される固体撮像装置の駆動方法において、前記行のシフトレジスタのクロックが1クロック期間供給される間に、複数回リセットの動作を実行することとしたものである。
【0010】
上記請求項の発明によれば、リセット信号を1水平走査期間内に複数回印加することによって、1水平走査期間以下の電荷蓄積時間制御を実現し、10万分の1秒など超高速な電子シャッタを実現することができる。ただし、映像期間中に固体撮像装置内のカウンタで計数し、複数回リセット信号を出力させた場合、カウントダウンノイズやパルスの論理変化などによる固定パターンノイズが発生し、映像に悪影響を及ぼすおそれがある。そこで、前記複数回リセット動作のタイミング情報に従い、ノイズ除去を行うように前記画素毎の出力を信号処理回路で補正することとした。
【0011】
また、請求項の発明が講じた解決手段は、複数の画素が2次元行列配置されてなる撮像部と、各々前記撮像部の各行又は各列に対して設けられたレジスタを含む複数のレジスタが直列接続されてなり、供給された駆動用信号をクロック毎に順次伝達するシフトレジスタと、各々前記撮像部の各行又は各列に対して設けられた行数又は列数と同数の選択回路からなり、前記シフトレジスタを構成するレジスタの出力に応じて選択した行又は列の画素に対し、読み出し動作又はリセット動作を実行する駆動部とを備え、かつ、前記列のシフトレジスタのクロックに従って前記画素毎の信号が出力される固体撮像装置の駆動方法において、前記行のシフトレジスタのクロックが1クロック期間供給される間に、前記行のシフトレジスタに供給される駆動用信号の論理変化位置に従い複数回リセットの動作を実行することとしたものである。しかも、前記複数回リセット動作のタイミング情報に従い、ノイズ除去を行うように前記画素毎の出力を信号処理回路で補正することとした。このため、従来使用している駆動用信号を用いてリセットパルス列を生成でき、信号線の数を増やさずに上記課題を解決することができる。
【0012】
請求項の発明では、上記請求項の発明に係る固体撮像装置の駆動方法において、前記行のシフトレジスタに供給される駆動用信号の論理変化位置をグレイコードカウンタを利用して検知し、前記グレイコードカウンタの出力を使用して前記複数回リセットの動作を実行することとした。クロック変化数が均一なグレイコードカウンタの採用により、ノイズの発生を抑制できる。
【0013】
また、請求項の発明が講じた解決手段は、複数の画素が2次元行列配置されてなる撮像部と、各々前記撮像部の各行又は各列に対して設けられたレジスタを含む複数のレジスタが直列接続されてなり、供給された駆動用信号をクロック毎に順次伝達するシフトレジスタと、各々前記撮像部の各行又は各列に対して設けられた行数又は列数と同数の選択回路からなり、前記シフトレジスタを構成するレジスタの出力に応じて選択した行又は列の画素に対し、読み出し動作又はリセット動作を実行する駆動部とを備え、かつ、前記列のシフトレジスタのクロックに従って前記画素毎の信号が出力される固体撮像装置の駆動方法において、前記固体撮像装置外部より入力される電荷蓄積時間制御のためのシリアルデータに従い、前記行のシフトレジスタのクロックが1クロック期間供給される間に、複数回リセットの動作を実行することとしたものである。しかも、前記撮像部の信号が出力されない間に、前記固体撮像装置外部より前記シリアルデータを入力することとした。このため、信号線の数は増えるものの、リセットパルス列の生成の際のノイズ発生を防止しつつ上記課題を解決することができる。
【0014】
請求項の発明では、上記請求項の発明に係る固体撮像装置の駆動方法において、前記固体撮像装置外部より入力した前記シリアルデータと、グレイコードカウンタの出力との比較結果に従い、前記複数回リセットの動作を実行することとした。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【0016】
図1は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図1において、10は複数の画素1が2次元行列配置(図1では3行3列に配置)されてなる撮像部、11は複数(図1では5個)のレジスタ(R)11a〜11eが直列接続されてなり、制御部31から供給された駆動用信号SDを順次伝達するシフトレジスタとしての行選択用シフトレジスタ、12は各々撮像部10の各行に対して設けられた選択回路12a〜12cからなり、行選択用シフトレジスタ11の出力に応じて選択した行の画素1に対し、読み出し動作又はリセット動作を行う駆動部としての選択行駆動部である。
【0017】
また21は撮像部10における列選択のための列選択シフトレジスタ、22は撮像部10と列選択シフトレジスタ21との間に設けられ、選択された画素1に蓄積された信号電荷による電位を画素信号として読み出す選択列駆動部である。列選択シフトレジスタ21及び選択列駆動部22は従来と同様の構成からなり、本発明の構成に大きな影響を与えないので、本実施形態では詳細な説明を省略する。
【0018】
行選択用シフトレジスタ11において、第2段〜第4段のレジスタ11b,11c,11dは、撮像部10の各行にそれぞれ対応している。各選択回路12a,12b,12cは、対応する行の画素1に対し、シフトレジスタ11を構成するレジスタ11a〜11eのうち当該行に対して設けられた1つのレジスタから駆動用信号SDが出力されたとき、シフトレジスタ11において前記レジスタ11a〜11eのうち1つのレジスタの前段及び後段に位置するレジスタの出力に従って、読み出し又はリセットのいずれかの動作を選択実行する。例えば、撮像部10の第1行に対して設けられた選択回路12aは、第1行に対して設けられた第2段レジスタ11bから駆動用信号SDが出力されたとき、第1段及び第3段レジスタ11a,11cの出力に従って、第1行の画素1に対して読み出し又はリセットのいずれかの動作を選択実行する。
【0019】
図2は画素1の回路構成の一例を示す図であり、光電素子と検出部とを別に設けたMOS型アクティブ方式の画素の回路構成を示す図である。図2に示すように、光電素子3は転送ゲート4を介して検出部5に接続されており、検出部5は2個のトランジスタ6a,6bからなる選択部6を介して信号出力線8と接続されている。また検出部5はリセットゲート7を介して電源VDDに接続されている。
【0020】
図3はシフトレジスタ11及び選択行駆動部12の具体的な構成の一例を示す回路図である。図3に示すように、各選択回路12a,12b,12cは、1個の3入力NORゲート13と、3個の2入力NANDゲート14a,14b,14c及び4個のインバータ15a,15b,15c,15dとによってそれぞれ構成されている。なお、SINはスタートパルス信号、CLKはクロックであり、ともに制御部31から供給される。制御部31はスタートパルス信号SINをクロックCLKの立ち上り時に“H”にすることによって、論理レベル“H”を駆動用信号SDとしてシフトレジスタ11に供給する。
【0021】
各選択回路12a,12b,12cは、対応する行の画素1に対し、選択信号SLi、転送信号TRi及びリセット信号RSi(iは行番号を表す、本実施形態ではi=1〜3)を出力して、読み出し動作とリセット動作とを実行する。読み出し動作時には、各選択回路12a〜12cは選択信号SLi及び転送信号TRiを“H”にする。転送信号TRiが“H”になると、画素1において光電素子3に蓄積された信号電荷は転送ゲート4を経て検出部5に移動し、選択信号SLiが“H”なので検出部5の電位が選択部6を介して信号出力線8に出力される。その後リセット信号RSiを“H”にして検出部5に蓄積された信号電荷を除去する。一方、リセット動作時には、選択信号SLiを“L”にしたままリセット信号RSiを“H”にして、検出部5に蓄積された信号電荷を除去する。
【0022】
図3に示す各選択回路12a,12b,12cの回路構成及び動作を、撮像部10の第2行に対して設けられた選択回路12bを例にとって説明する。
【0023】
選択回路12bにおいて、3入力NORゲート13は、インバータ15dによって反転された第3段レジスタ11cの出力SG2と、第2段及び第4段レジスタ11b,11dの出力SG1,SG3とを入力とする。すなわち、3入力NORゲート13の出力は、撮像部10の第2行に対して設けられた第3段レジスタ11cの出力SG2が“H”であり(すなわち第3段レジスタ11cから駆動用信号SDが出力され)、かつ、シフトレジスタ11において第3段レジスタ11cの前段及び後段に位置する第2段及び第4段レジスタ11b,11dの出力SG1,SG3がともに“L”のとき(すなわち第2段及び第4段レジスタ11b,11dから駆動用信号SDが出力されないとき)、“H”になり、これ以外のときは“L”になる。
【0024】
2入力NANDゲート14aは3入力NORゲート13の出力と選択同期信号CSLとを入力とし、その出力はインバータ15aを介して選択信号SL2として出力される。このため、3入力NORゲート13の出力が“H”のとき、すなわち第3段レジスタ11cの出力SG2が“H”であり、かつ、第2段及び第4段レジスタ11b,11dの出力SG1及びSG3がともに“L”のとき、選択同期信号CSLに同期して、選択信号SL2は“H”になる。
【0025】
一方、2入力NANDゲート14bは第3段レジスタ11cの出力SG2と転送同期信号CTRとを入力とし、その出力はインバータ15bを介して転送信号TR2として出力される。また2入力NANDゲート14cは第3段レジスタ11cの出力SG2とリセット同期信号CRSとを入力とし、その出力はインバータ15cを介してリセット信号RS2として出力される。このため転送信号TR2は、第3段レジスタ11cの出力SG2が“H”のとき、転送同期信号CTRに同期して“H”になり、リセット信号RS2もまた、第3段レジスタ11cの出力SG2が“H”のとき、リセット同期信号CRSに同期して“H”になる。
【0026】
選択回路12a,12cも、選択回路12bと同様に動作する。すなわち、第1行に対応する選択回路12aは、第1行に対して設けられた第2段レジスタ11bの出力SG1が“H”であり、かつ、シフトレジスタ11において第2段レジスタ11bの前段及び後段に位置する第1段及び第3段レジスタ11a,11cの出力SGS,SG2がともに“L”のとき、選択同期信号CSLに同期して、選択信号SL1を“H”にし、また第2段レジスタ11bの出力SG1が“H”のとき、転送信号TR1を転送同期信号CTRに同期して“H”にするとともに、リセット信号RS1をリセット同期信号CRSに同期して“H”にする。
【0027】
同様に、第3行に対応する選択回路12cは、第3行に対して設けられた第4段レジスタ11dの出力SG3が“H”であり、かつ、シフトレジスタ11において第4段レジスタ11dの前段及び後段に位置する第3段及び第5段レジスタ11c,11eの出力SG2,SGEがともに“L”のとき、選択同期信号CSLに同期して、選択信号SL3を“H”にし、また、第4段レジスタ11dの出力SG3が“H”のとき、転送信号TR3を転送同期信号CTRに同期して“H”にするとともに、リセット信号RS3をリセット同期信号CRSに同期して“H”にする。
【0028】
図4は、図3に示すシフトレジスタ11及び選択行駆動部12の、画素信号読み出しを行う通常モードにおける動作を示すタイミングチャートである。
【0029】
図4に示す通常モードにおいては、制御部31は、シフトレジスタ11に駆動用信号SDすなわち信号“H”が1クロック期間のみ入力されるよう、スタートパルス信号SINを設定する。シフトレジスタ11はクロックCLKに同期して信号“H”を順次伝達し、これにより、各レジスタ11a〜11eの出力SGS,SG1,SG2,SG3,SGEは順に立ち上り、それぞれ1クロック期間の間“H”になる。
【0030】
この場合(a1)に示すように、第2段レジスタ11bの出力SG1が“H”のとき、その前段及び後段の第1段及び第3段レジスタ11a,11bの出力SGS,SG2はともに“L”であるので、選択信号SL1は選択同期信号CSLのタイミングで“H”になる。これとともに転送信号TR1も転送同期信号CTRのタイミングで“H”になる。選択信号SL1及び転送信号TR1がともに“H”になることによって、第1行の画素1に対し、読み出し動作が実行される。その後、リセット信号RS1がリセット同期信号CRSのタイミングで“H”になり、第1行の画素1から信号電荷が除去される。
【0031】
同様に(a2)に示すように、第3段レジスタ11cの出力SG2が“H”のとき、その前段及び後段の第2段及び第4段レジスタ11b,11dの出力SG1,SG3はともに“L”であるので、選択信号SL2は選択同期信号CSLのタイミングで“H”になり、転送信号TR2も転送同期信号CTRのタイミングで“H”になる。また(a3)に示すように、第4段レジスタ11dの出力SG3が“H”のとき、その前段及び後段の第3段及び第5段レジスタ11c,11eの出力SG2,SG4はともに“L”であるので、選択信号SL3は選択同期信号CSLのタイミングで“H”になり、転送信号TR3も転送同期信号CTRのタイミングで“H”になる。このような動作によって、撮像部10に対し、各行毎に読み出し動作が行われる。
【0032】
図5は、図3に示すシフトレジスタ11及び選択行駆動部12の、電子シャッタモードにおける動作を示すタイミングチャートである。また、図6は電子シャッタ用リセットパルス(リセット同期信号)CRSを印加する部分の拡大図である。
【0033】
図5及び図6に示す電子シャッタモードにおいては、制御部31は、シフトレジスタ11に駆動用信号SDすなわち信号“H”が2クロック期間連続して入力されるよう、スタートパルス信号SINを設定する。これにより、各レジスタ11a〜11eの出力SGS,SG1,SG2,SG3,SGEは順に立ち上り、それぞれ2クロック期間の間“H”になる。すなわち、レジスタ11a〜11eのうち1つのレジスタの出力が“H”のときは、その前段及び後段のレジスタのいずれかの出力が“H”になっている。
【0034】
この場合(b1)に示すように、第2段レジスタ11bの出力SG1が“H”のとき、前半はその前段の第1段レジスタ11aの出力SGSが“H”であり、後半はその後段の第3段レジスタ11cの出力SG2が“H”であるので、選択信号SL1は“H”にならず“L”のままである。一方、転送信号TR1及びリセット信号RS1はともに“H”になる。また、この時、リセット同期信号CRSには1水平走査期間に複数回のパルスが印加されているためリセット信号RS1は合計4回“H”になる。選択信号SL1が“H”にならず“L”のままで転送信号TR1及びリセット信号RS1が“H”になることによって、第1行の画素1に対し、リセット動作が4回実行される。
【0035】
同様に(b2)に示すように、第3段レジスタ11cの出力SG2が“H”のとき、その前段及び後段の第2段及び第4段レジスタ11b,11dの出力SG1,SG3のいずれかが“H”であるので、選択信号SL2は“H”にならず“L”のままで、転送信号TR2が2回“H”になり、リセット信号RS2が4回“H”になる。また(b3)に示すように、第4段レジスタ11dの出力SG3が“H”のとき、その前段及び後段の第3段及び第5段レジスタ11c,11eの出力SG2,SG4のいずれかが“H”であるので、選択信号SL3は“H”にならず“L”のままで、転送信号TR3が2回“H”になり、リセット信号RS2が4回“H”になる。このような動作によって、撮像部10に対して、各行毎にリセットが4回行われ、各行一番最後にリセットされた時間から蓄積時間が開始する。したがって1水平走査期間よりも蓄積時間の短い制御が可能となり、また、高速な電子シャッタ機能も実現される。
【0036】
なお、信号読み出しとリセットが同じシフトレジスタを使って実施される構成について説明したが、読み出し用とリセット(電子シャッタ)用がそれぞれ別のシフトレジスタになっていてもかまわない。
【0037】
ここで、図5及び図6中の電子シャッタリセットパルス(リセット同期信号)CRSの生成方法について説明する。
【0038】
図7は、1水平走査期間中の2個目のCRSパルスの生成に、スタートパルス信号SINの立ち下がりエッジを用いる例を示している。図7によれば、カウンタにより16分の1水平走査期間の精度でスタートパルス信号SINの立ち下がり位置を検出する。そして、検出した立ち下がり位置を表すタイミングデータを保持しておき、このデータをクロックCLKの1サイクル毎に利用して、2個目のCRSパルスを生成する。1個目のCRSパルスは、通常モードの場合のリセット同期信号CRSを用いる。
【0039】
図8は、図7のCRSパルス列生成方法を実現するための制御部31の構成例を示している。図8において、41は立ち下がりエッジ検出器、42はカウンタ、43はデータ保持回路、44はOR回路である。図8によれば、スタートパルス信号SINの立ち下がり位置を検出器41及びカウンタ42で検出し、1水平走査期間中におけるタイミングデータをデータ保持回路43に保持して、毎水平走査期間に出力する。そして、OR回路44で保持データと通常CRSパルスとの論理和をとり、その結果を表すCRSパルス列を選択回路12に印加する。
【0040】
図9は、図7のCRSパルス列生成方法を実現するための制御部31の他の構成例を示している。図9の例では、カウントダウンノイズが均一となるグレイコードカウンタ45を利用して予め1水平走査期間を等分しておき、スタートパルス信号SINの立ち下がり位置を検出して、CRSパルス列を出力するようになっている。制御部31を撮像部10と同一基板上に構成する場合は、図8の構成ではカウンタ42のカウントダウンノイズなどにより映像信号に縦筋などの影響を与える可能性がある。ところが、図9の構成では、カウントダウンノイズが均一なカウンタ(グレイコードカウンタ45に代えてリングカウンタなどでもよい。)を利用して1水平走査期間分動作させ、図7のように16分の1水平走査期間毎にスタートパルス信号SINの立ち下がりエッジ検出を実施することで、この問題を回避できる。
【0041】
図10は、スタートパルス信号SINにより1水平走査期間以下の蓄積時間を制御するのではなく、当該固体撮像装置の外部から入力されるシリアルデータと1水平走査期間を等分するカウンタ出力との一致に従って、1水平走査期間中の2個目のCRSパルスを生成する例を示している。
【0042】
図11は、図10のCRSパルス列生成方法を実現するための制御部31の構成例を示している。図11において、51はシリアルデータデコーダ、52はグレイコードカウンタ、53はデータ保持回路、54はOR回路である。データクロックDCLKに同期したシリアルデータDATAがシリアルデータデコーダ51に与えられるようになっている。図11によれば、制御部31にシリアル通信の機能を設けて、1水平走査期間以下の蓄積時間制御については、シリアルデータDATAのデコード値と1水平走査期間を計数するグレイコードカウンタ52の出力とを比較し、一致すればCRSパルスを水平走査期間中に出力することで実施する。これにより、撮像部10と制御部31とを同一基板上に構成する場合でも映像に影響を与えることはない。また、垂直や水平の帰線消去期間内にシリアル通信を実施することで、映像への悪影響を回避できる。
【0043】
図12は、本発明の固体撮像装置を使用したカメラのブロック図である。図12において、61はCMOSセンサ、62は前処理IC、63は信号処理ICである。このカメラでは、縦筋状のキズが生じる可能性のある映像中の位置をCRSパルス列のタイミング情報に従って特定し、CMOSセンサ61の出力を信号処理IC63内で補正する。補正方法には、暗時のデータをいったんキズデータとしてメモリなどに蓄積して、映像信号からキズデータを差し引いたりするなどがある。例えば図7〜図9の構成では、スタートパルス信号SINの立ち下がり位置情報がCRSパルス列のタイミング情報として利用可能である。
【0044】
なお、本実施形態では、図2に示すようなMOS型アクティブ方式の画素を前提として説明したが、他の方式の画素に対しても、本発明は容易に適用可能である。
【0045】
また、本実施形態では、1水平走査期間に2回で、合計2水平走査期間に4回のリセットパルスを印加する電子シャッタ方式について説明したが、1水平走査期間に印加されるリセットパルスは、3回以上でもかまわない。また、印加される期間は3水平走査期間以上でもかまわない。
【0046】
また、本実施形態では、撮像部10は、画素1が3行3列に配置されてなるものとしたが、行数及び列数が任意の撮像部に対しても、本発明は容易に適用可能である。例えば、n行(nは正の整数)の撮像部に対しては、各行に対応するn個のレジスタを含む(n+2)個のレジスタからなる行選択用シフトレジスタと、各行に対応するn個の選択回路とを設け、各選択回路には、当該行に対応するレジスタの出力とその前段及び後段に位置するレジスタの出力とを入力とすればよい。
【0047】
また、説明の中で正論理記述された論理演算(論理和)が出てくるが、負論理で制御するなど同等の機能を実現する論理回路であればかまわない。
【0048】
更に、本実施形態に係る固体撮像装置において、撮像部10の行と列とを入れ替えて構成してもかまわない。
【0049】
また、本実施形態では、選択回路は、読み出し又はリセットのいずれかの動作を選択するために、当該行に対応するレジスタ11a〜11eのうち1つのレジスタの前段及び後段に位置するレジスタの出力を用いるものとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、前記一のレジスタから所定段数離れたレジスタの出力に従って、読み出し又はリセットのいずれかの動作を選択するようにしてもかまわない。
【0050】
通常モードと電子シャッタモードとを入れ替えて、通常モードにおいては、シフトレジスタに駆動用信号が2クロック期間連続して供給され、電子シャッタモードにおいては、シフトレジスタに駆動用信号が1クロック期間のみ供給されるように、制御してもかまわない。この場合には、各選択回路の構成を変更する必要があるが、例えば、NORゲート13の出力を反転すればよい。
【0051】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、電子シャッタモードにおいて1水平走査期間以下での蓄積時間制御が可能となる。したがって、固体撮像装置において、電子絞り機能で1水平走査期間以下の細かい蓄積時間制御ができ、電子シャッタモードで10万分の1秒など高速電子シャッタを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図2】 図1中の画素の具体的な構成の一例を示す回路図である。
【図3】 図1中の行選択用シフトレジスタ及び選択行駆動部の具体的な構成の一例を示す回路図である。
【図4】 図3の回路の通常モードにおける動作を示すタイミングチャート図である。
【図5】 図3の回路の電子シャッタモードにおける動作を示すタイミングチャート図である。
【図6】 図5の部分拡大図である。
【図7】 図5及び図6中のCRSパルス列の生成方法の一例を示す図である。
【図8】 図7のCRSパルス列生成方法を実現するための制御部の構成例を示すブロック図である。
【図9】 図7のCRSパルス列生成方法を実現するための制御部の他の構成例を示すブロック図である。
【図10】 図5及び図6中のCRSパルス列の生成方法の他の例を示す図である。
【図11】 図10のCRSパルス列生成方法を実現するための制御部の構成例を示すブロック図である。
【図12】 本発明の固体撮像素子の駆動方法を利用したカメラの構成図である。
【符号の説明】
1 画素
10 撮像部
11 行選択用シフトレジスタ
11a〜11e レジスタ
12 選択行駆動部
12a〜12c 選択回路
13 3入力NORゲート
31 制御部
41 立ち下がりエッジ検出器
42 カウンタ
43,53 データ保持回路
44,54 OR回路
45,52 グレイコードカウンタ
51 シリアルデータデコーダ
61 固体撮像装置(CMOSセンサ)
62 前処理IC
63 信号処理IC
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a method for driving a solid-state imaging device.To the lawIn particular, the present invention relates to a driving technique for realizing an electronic shutter function of a solid-state imaging device.
[0002]
[Prior art]
  The electronic shutter function of the solid-state image pickup device is to adjust the charge accumulation time of the image pickup unit by driving and to electronically control the exposure time instead of the physical iris (iris) function. Specifically, the electronic shutter function is realized by discharging (resetting) signal charges accumulated in each pixel at a predetermined timing different from pixel signal readout.
[0003]
  One conventional solid-state imaging device is disclosed in JP-A-11-220663. This is because an imaging unit in which a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional matrix and a plurality of registers each including a register provided for each row of the imaging unit are connected in series. A shift register that sequentially transmits each clock, and a selection circuit having the same number as the number of rows provided for each row of the imaging unit, and the pixels of the row selected according to the output of the register that constitutes the shift register. On the other hand, the solid-state imaging device includes a drive unit that executes a read operation or a reset operation.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
  However, in the conventional solid-state imaging device, since the clock of the selection circuit is output every horizontal scanning period, there is a problem that the accumulation time of the electronic shutter can be controlled only every horizontal scanning period.
[0005]
  For example, in the case of NTSC of a television system, one horizontal scanning period is approximately 1 / 16th of a second. In the electronic aperture function, which is the main application of the electronic shutter, control with a sense of incongruity can be performed if the control is performed in increments of about 1/50 of the accumulation time. When the accumulation time of 1 / 100th of a second or less is controlled, every 16,000th of a second is about 1 / 20th of a second, and the control range becomes large. In addition, the maximum speed of the high-speed electronic shutter is the maximum of 16,000th of a second.
[0006]
  The above problem can be solved by making the drive unit control configuration of the row selection and column selection shift registers the same, but the column selection shift register often operates at a high speed of 10 MHz or more and the design margin is small. Further, there is a problem that the circuit scale becomes large and the input pulse control of both the row / column selection shift registers becomes complicated.
[0007]
  An object of the present invention is to realize fine charge accumulation time control of one horizontal scanning period or less in the electronic shutter mode.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  In view of the above-described problems, the present invention provides a method for driving a solid-state imaging device, wherein a fine charge accumulation time control of one horizontal scanning period or less is performed by applying a reset signal a plurality of times within one horizontal scanning period including the video period. Therefore, it is possible to realize an ultra-high-speed electronic shutter such as 1 / 100,000 second.
[0009]
  Specifically,Claim1The solution provided by the invention is that an imaging unit in which a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional matrix and a plurality of registers each including a register provided for each row or each column of the imaging unit are connected in series. And a shift register that sequentially transmits the supplied driving signal for each clock, and the number of selection circuits provided for each row or each column of the imaging unit. And a driving unit that executes a read operation or a reset operation on the pixels of the row or column selected according to the output of the register that constitutes the signal, and outputs a signal for each pixel according to the clock of the shift register of the column In the solid-state imaging device driving method, the reset operation is performed a plurality of times while the clock of the shift register of the row is supplied for one clock period. That.
[0010]
  Claims above1According to the invention, by applying the reset signal a plurality of times within one horizontal scanning period, the charge accumulation time control within one horizontal scanning period is realized, and an ultra-high speed electronic shutter such as 1 / 100,000 second is realized. be able to. However, if the counter in the solid-state imaging device is counted during the video period and a reset signal is output multiple times, fixed pattern noise may occur due to countdown noise or pulse logic changes, which may adversely affect the video. .Therefore, the signal processing circuit corrects the output for each pixel so as to remove noise in accordance with the timing information of the multiple reset operation.
[0011]
  Claims2The solution provided by the invention is that an imaging unit in which a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional matrix and a plurality of registers each including a register provided for each row or each column of the imaging unit are connected in series. And a shift register that sequentially transmits the supplied driving signal for each clock, and the number of selection circuits provided for each row or each column of the imaging unit. And a driving unit that executes a read operation or a reset operation on the pixels of the row or column selected according to the output of the register that constitutes the signal, and outputs a signal for each pixel according to the clock of the shift register of the column In the driving method of the solid-state imaging device, the drive signal supplied to the shift register of the row is supplied while the clock of the shift register of the row is supplied for one clock period. In which it was decided to perform the operations of multiple reset accordance management change position.In addition, the output of each pixel is corrected by the signal processing circuit so as to remove noise according to the timing information of the multiple reset operation.For this reason, the reset pulse train can be generated by using a conventionally used driving signal, and the above-described problems can be solved without increasing the number of signal lines.
[0012]
  Claim3In the invention of the above,2In the solid-state imaging device driving method according to the invention, a logic change position of a driving signal supplied to the shift register of the row is detected using a Gray code counter, and the output of the Gray code counter is used to detect the logic change position. It was decided to execute the reset operation multiple times. Generation of noise can be suppressed by employing a Gray code counter with a uniform number of clock changes.
[0013]
  Claims4The solution provided by the invention is that an imaging unit in which a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional matrix and a plurality of registers each including a register provided for each row or each column of the imaging unit are connected in series. And a shift register that sequentially transmits the supplied driving signal for each clock, and the number of selection circuits provided for each row or each column of the imaging unit. And a driving unit that executes a read operation or a reset operation on the pixels of the row or column selected according to the output of the register that constitutes the signal, and outputs a signal for each pixel according to the clock of the shift register of the column Input from the outside of the solid-state imaging deviceFor charge accumulation time controlAccording to the serial data, the reset operation is executed a plurality of times while the clock of the shift register in the row is supplied for one clock period.Moreover, the serial data is input from the outside of the solid-state imaging device while the signal of the imaging unit is not output.For this reason, although the number of signal lines increases, the above-described problems can be solved while preventing noise generation during the generation of the reset pulse train.
[0014]
  Claim5In the invention of the above,4In the solid-state imaging device driving method according to the invention, the reset operation is executed a plurality of times in accordance with a comparison result between the serial data input from the outside of the solid-state imaging device and the output of the Gray code counter.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
  FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 10 is an image pickup unit in which a plurality of pixels 1 are arranged in a two-dimensional matrix (arranged in 3 rows and 3 columns in FIG. 1), and 11 is a plurality (5 in FIG. 1) of registers (R) 11a to 11e. Are connected in series, and a row selection shift register as a shift register for sequentially transmitting the driving signal SD supplied from the control unit 31, 12 is a selection circuit 12a to 12 provided for each row of the imaging unit 10, respectively. This is a selected row driving unit as a driving unit configured to perform a reading operation or a resetting operation on the pixels 1 in the row selected according to the output of the row selection shift register 11.
[0017]
  Reference numeral 21 denotes a column selection shift register for column selection in the image pickup unit 10, and 22 is provided between the image pickup unit 10 and the column selection shift register 21, and the potential based on the signal charge accumulated in the selected pixel 1 is set to the pixel. It is a selected column driver that reads out as a signal. Since the column selection shift register 21 and the selection column driving unit 22 have the same configuration as the conventional one and do not greatly affect the configuration of the present invention, detailed description thereof is omitted in this embodiment.
[0018]
  In the row selection shift register 11, the second to fourth stage registers 11 b, 11 c, and 11 d correspond to the respective rows of the imaging unit 10. In each of the selection circuits 12a, 12b, and 12c, the driving signal SD is output from one of the registers 11a to 11e included in the shift register 11 to the pixel 1 in the corresponding row. Then, in the shift register 11, either the reading or reset operation is selectively executed according to the output of the register located in the preceding stage and the succeeding stage of one of the registers 11a to 11e. For example, the selection circuit 12a provided for the first row of the imaging unit 10 receives the first stage and the first stage when the driving signal SD is output from the second stage register 11b provided for the first row. According to the outputs of the three-stage registers 11a and 11c, either the readout or reset operation is selectively executed for the pixels 1 in the first row.
[0019]
  FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the pixel 1, and is a diagram illustrating a circuit configuration of a MOS-type active pixel in which a photoelectric element and a detection unit are separately provided. As shown in FIG. 2, the photoelectric element 3 is connected to the detection unit 5 via the transfer gate 4, and the detection unit 5 is connected to the signal output line 8 via the selection unit 6 including two transistors 6a and 6b. It is connected. The detection unit 5 is connected to the power supply VDD via the reset gate 7.
[0020]
  FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a specific configuration of the shift register 11 and the selected row driving unit 12. As shown in FIG. 3, each selection circuit 12a, 12b, 12c includes one 3-input NOR gate 13, three 2-input NAND gates 14a, 14b, 14c, and four inverters 15a, 15b, 15c, 15d. Note that SIN is a start pulse signal and CLK is a clock, both of which are supplied from the control unit 31. The control unit 31 sets the start pulse signal SIN to “H” at the rising edge of the clock CLK, thereby supplying the logic level “H” to the shift register 11 as the drive signal SD.
[0021]
  Each of the selection circuits 12a, 12b, and 12c outputs a selection signal SLi, a transfer signal TRi, and a reset signal RSi (i represents a row number, i = 1 to 3 in this embodiment) to the pixels 1 of the corresponding row. Then, a read operation and a reset operation are executed. During the read operation, each of the selection circuits 12a to 12c sets the selection signal SLi and the transfer signal TRi to “H”. When the transfer signal TRi becomes “H”, the signal charge accumulated in the photoelectric element 3 in the pixel 1 moves to the detection unit 5 through the transfer gate 4, and the selection signal SLi is “H”, so the potential of the detection unit 5 is selected. The signal is output to the signal output line 8 via the unit 6. Thereafter, the reset signal RSi is set to “H” to remove the signal charges accumulated in the detection unit 5. On the other hand, during the reset operation, the reset signal RSi is set to “H” while the selection signal SLi is set to “L”, and the signal charges accumulated in the detection unit 5 are removed.
[0022]
  The circuit configuration and operation of each of the selection circuits 12a, 12b, and 12c illustrated in FIG. 3 will be described using the selection circuit 12b provided for the second row of the imaging unit 10 as an example.
[0023]
  In the selection circuit 12b, the three-input NOR gate 13 receives the output SG2 of the third stage register 11c inverted by the inverter 15d and the outputs SG1 and SG3 of the second and fourth stage registers 11b and 11d. That is, as for the output of the 3-input NOR gate 13, the output SG2 of the third stage register 11c provided for the second row of the imaging unit 10 is “H” (that is, the driving signal SD from the third stage register 11c). And the outputs SG1 and SG3 of the second and fourth stage registers 11b and 11d located in the preceding stage and the subsequent stage of the third stage register 11c in the shift register 11 are both "L" (that is, the second stage). When the driving signal SD is not output from the stage and fourth stage registers 11b and 11d), it becomes “H”, otherwise it becomes “L”.
[0024]
  The 2-input NAND gate 14a receives the output of the 3-input NOR gate 13 and the selection synchronization signal CSL, and the output is output as the selection signal SL2 via the inverter 15a. Therefore, when the output of the 3-input NOR gate 13 is “H”, that is, the output SG2 of the third stage register 11c is “H”, and the outputs SG1 of the second and fourth stage registers 11b and 11d and When both SG3 are “L”, the selection signal SL2 becomes “H” in synchronization with the selection synchronization signal CSL.
[0025]
  On the other hand, the 2-input NAND gate 14b receives the output SG2 of the third-stage register 11c and the transfer synchronization signal CTR, and the output is output as the transfer signal TR2 via the inverter 15b. The 2-input NAND gate 14c receives the output SG2 of the third-stage register 11c and the reset synchronization signal CRS, and the output is output as the reset signal RS2 through the inverter 15c. Therefore, the transfer signal TR2 becomes “H” in synchronization with the transfer synchronization signal CTR when the output SG2 of the third stage register 11c is “H”, and the reset signal RS2 is also output SG2 of the third stage register 11c. Is “H” in synchronization with the reset synchronization signal CRS.
[0026]
  The selection circuits 12a and 12c operate in the same manner as the selection circuit 12b. That is, in the selection circuit 12a corresponding to the first row, the output SG1 of the second stage register 11b provided for the first row is “H”, and the shift register 11 has a stage before the second stage register 11b. When the outputs SGS and SG2 of the first and third stage registers 11a and 11c located at the subsequent stage are both “L”, the selection signal SL1 is set to “H” in synchronization with the selection synchronization signal CSL, and the second When the output SG1 of the stage register 11b is “H”, the transfer signal TR1 is set to “H” in synchronization with the transfer synchronization signal CTR, and the reset signal RS1 is set to “H” in synchronization with the reset synchronization signal CRS.
[0027]
  Similarly, in the selection circuit 12c corresponding to the third row, the output SG3 of the fourth stage register 11d provided for the third row is “H” and the shift register 11 includes the output of the fourth stage register 11d. When the outputs SG2 and SGE of the third and fifth stage registers 11c and 11e located at the previous stage and the subsequent stage are both "L", the selection signal SL3 is set to "H" in synchronization with the selection synchronization signal CSL. When the output SG3 of the fourth stage register 11d is “H”, the transfer signal TR3 is set to “H” in synchronization with the transfer synchronization signal CTR, and the reset signal RS3 is set to “H” in synchronization with the reset synchronization signal CRS. To do.
[0028]
  FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the shift register 11 and the selected row driving unit 12 shown in FIG.
[0029]
  In the normal mode shown in FIG. 4, the control unit 31 sets the start pulse signal SIN so that the drive signal SD, that is, the signal “H” is input to the shift register 11 only for one clock period. The shift register 11 sequentially transmits a signal “H” in synchronization with the clock CLK, whereby the outputs SGS, SG1, SG2, SG3, SGE of the respective registers 11a to 11e rise in order, and each of them outputs “H” for one clock period. "become.
[0030]
  In this case, as shown in (a1), when the output SG1 of the second stage register 11b is “H”, the outputs SGS and SG2 of the first and third stage registers 11a and 11b are “L”. Therefore, the selection signal SL1 becomes “H” at the timing of the selection synchronization signal CSL. At the same time, the transfer signal TR1 also becomes “H” at the timing of the transfer synchronization signal CTR. When the selection signal SL1 and the transfer signal TR1 are both “H”, the reading operation is performed on the pixels 1 in the first row. Thereafter, the reset signal RS1 becomes “H” at the timing of the reset synchronization signal CRS, and the signal charge is removed from the pixels 1 in the first row.
[0031]
  Similarly, as shown in (a2), when the output SG2 of the third stage register 11c is “H”, the outputs SG1 and SG3 of the second and fourth stage registers 11b and 11d in the preceding stage and the subsequent stage are both “L”. Therefore, the selection signal SL2 becomes “H” at the timing of the selection synchronization signal CSL, and the transfer signal TR2 also becomes “H” at the timing of the transfer synchronization signal CTR. Further, as shown in (a3), when the output SG3 of the fourth stage register 11d is “H”, the outputs SG2 and SG4 of the third stage and the fifth stage registers 11c and 11e in the preceding stage and the subsequent stage are both “L”. Therefore, the selection signal SL3 becomes “H” at the timing of the selection synchronization signal CSL, and the transfer signal TR3 also becomes “H” at the timing of the transfer synchronization signal CTR. With such an operation, a reading operation is performed on the imaging unit 10 for each row.
[0032]
  FIG. 5 is a timing chart showing operations in the electronic shutter mode of the shift register 11 and the selected row driving unit 12 shown in FIG. FIG. 6 is an enlarged view of a portion to which an electronic shutter reset pulse (reset synchronization signal) CRS is applied.
[0033]
  In the electronic shutter mode shown in FIGS. 5 and 6, the control unit 31 sets the start pulse signal SIN so that the driving signal SD, that is, the signal “H” is continuously input to the shift register 11 for two clock periods. . As a result, the outputs SGS, SG1, SG2, SG3, SGE of the respective registers 11a to 11e sequentially rise and become “H” for two clock periods. That is, when the output of one of the registers 11a to 11e is "H", the output of either the preceding stage or the subsequent stage is "H".
[0034]
  In this case, as shown in (b1), when the output SG1 of the second stage register 11b is “H”, the output SGS of the first stage register 11a of the preceding stage is “H” in the first half, and the latter stage is the latter stage. Since the output SG2 of the third stage register 11c is “H”, the selection signal SL1 does not become “H” but remains “L”. On the other hand, both the transfer signal TR1 and the reset signal RS1 become “H”. At this time, since a plurality of pulses are applied to the reset synchronization signal CRS in one horizontal scanning period, the reset signal RS1 becomes “H” four times in total. When the transfer signal TR1 and the reset signal RS1 become “H” while the selection signal SL1 does not become “H” but remains “L”, the reset operation is performed four times for the pixels 1 in the first row.
[0035]
  Similarly, as shown in (b2), when the output SG2 of the third stage register 11c is “H”, any one of the outputs SG1 and SG3 of the second stage and the fourth stage registers 11b and 11d in the preceding stage and the subsequent stage is selected. Since it is “H”, the selection signal SL2 does not become “H” but remains “L”, the transfer signal TR2 becomes “H” twice, and the reset signal RS2 becomes “H” four times. As shown in (b3), when the output SG3 of the fourth stage register 11d is “H”, any of the outputs SG2 and SG4 of the third stage and the fifth stage registers 11c and 11e in the preceding stage and the subsequent stage is “ Since it is H, the selection signal SL3 remains “L” instead of “H”, the transfer signal TR3 becomes “H” twice, and the reset signal RS2 becomes “H” four times. With such an operation, the imaging unit 10 is reset four times for each row, and the accumulation time starts from the time when the row was reset last. Therefore, it is possible to control the storage time shorter than one horizontal scanning period, and to realize a high-speed electronic shutter function.
[0036]
  Note that the configuration in which signal reading and resetting are performed using the same shift register has been described, but reading and resetting (electronic shutter) may be different from each other.
[0037]
  Here, a method of generating the electronic shutter reset pulse (reset synchronization signal) CRS in FIGS. 5 and 6 will be described.
[0038]
  FIG. 7 shows an example in which the falling edge of the start pulse signal SIN is used to generate the second CRS pulse during one horizontal scanning period. According to FIG. 7, the falling position of the start pulse signal SIN is detected by the counter with an accuracy of 1/16 horizontal scanning period. Timing data representing the detected falling position is held, and this data is used for each cycle of the clock CLK to generate a second CRS pulse. The first CRS pulse uses the reset synchronization signal CRS in the normal mode.
[0039]
  FIG. 8 shows a configuration example of the control unit 31 for realizing the CRS pulse train generation method of FIG. In FIG. 8, 41 is a falling edge detector, 42 is a counter, 43 is a data holding circuit, and 44 is an OR circuit. According to FIG. 8, the falling position of the start pulse signal SIN is detected by the detector 41 and the counter 42, the timing data in one horizontal scanning period is held in the data holding circuit 43, and is output in every horizontal scanning period. . Then, the OR circuit 44 calculates the logical sum of the held data and the normal CRS pulse, and applies a CRS pulse train representing the result to the selection circuit 12.
[0040]
  FIG. 9 shows another configuration example of the control unit 31 for realizing the CRS pulse train generation method of FIG. In the example of FIG. 9, one horizontal scanning period is equally divided in advance using the Gray code counter 45 in which the countdown noise becomes uniform, the falling position of the start pulse signal SIN is detected, and the CRS pulse train is output. It is like that. When the control unit 31 is configured on the same substrate as the imaging unit 10, in the configuration of FIG. 8, there is a possibility that the video signal is affected by vertical stripes due to the countdown noise of the counter 42. However, in the configuration of FIG. 9, the counter is operated for one horizontal scanning period using a counter with uniform countdown noise (a ring counter or the like may be used instead of the Gray code counter 45), and 1 / 16th as shown in FIG. This problem can be avoided by detecting the falling edge of the start pulse signal SIN every horizontal scanning period.
[0041]
  FIG. 10 does not control the accumulation time of one horizontal scanning period or less by the start pulse signal SIN, but matches the serial data input from the outside of the solid-state imaging device and the counter output that equally divides one horizontal scanning period. Accordingly, an example in which the second CRS pulse in one horizontal scanning period is generated is shown.
[0042]
  FIG. 11 shows a configuration example of the control unit 31 for realizing the CRS pulse train generation method of FIG. In FIG. 11, 51 is a serial data decoder, 52 is a Gray code counter, 53 is a data holding circuit, and 54 is an OR circuit. Serial data DATA synchronized with the data clock DCLK is supplied to the serial data decoder 51. According to FIG. 11, the control unit 31 is provided with a serial communication function, and for the accumulation time control of one horizontal scanning period or less, the output value of the gray code counter 52 that counts the decode value of the serial data DATA and one horizontal scanning period. And, if they match, the CRS pulse is output during the horizontal scanning period. Thereby, even when the imaging unit 10 and the control unit 31 are configured on the same substrate, the image is not affected. Further, by performing serial communication within the vertical or horizontal blanking interval, adverse effects on the video can be avoided.
[0043]
  FIG. 12 is a block diagram of a camera using the solid-state imaging device of the present invention. In FIG. 12, 61 is a CMOS sensor, 62 is a preprocessing IC, and 63 is a signal processing IC. In this camera, the position in the video where the vertical streak may be generated is specified according to the timing information of the CRS pulse train, and the output of the CMOS sensor 61 is corrected in the signal processing IC 63. As a correction method, dark data is temporarily stored in a memory or the like as scratch data, and the scratch data is subtracted from the video signal. For example, in the configurations of FIGS. 7 to 9, the falling position information of the start pulse signal SIN can be used as timing information of the CRS pulse train.
[0044]
  Although the present embodiment has been described on the assumption that the MOS type active pixel as shown in FIG. 2 is used, the present invention can be easily applied to other types of pixels.
[0045]
  In the present embodiment, the electronic shutter method in which the reset pulse is applied twice in one horizontal scanning period and four times in a total of two horizontal scanning periods has been described. However, the reset pulse applied in one horizontal scanning period is: It does not matter even if it is 3 times or more. Further, the applied period may be three horizontal scanning periods or more.
[0046]
  In the present embodiment, the imaging unit 10 is configured such that the pixels 1 are arranged in 3 rows and 3 columns, but the present invention can be easily applied to an imaging unit having any number of rows and columns. Is possible. For example, for an imaging unit of n rows (n is a positive integer), a row selection shift register including (n + 2) registers including n registers corresponding to each row and n pieces corresponding to each row The selection circuit may be provided with the output of the register corresponding to the row and the output of the register located in the preceding and succeeding stages as inputs.
[0047]
  In addition, although logical operations (logical sums) described in the positive logic appear in the description, any logic circuit that realizes an equivalent function such as controlling with negative logic may be used.
[0048]
  Furthermore, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, the rows and columns of the imaging unit 10 may be interchanged.
[0049]
  In the present embodiment, the selection circuit selects the output of the registers located in the preceding stage and the succeeding stage of one register among the registers 11a to 11e corresponding to the row in order to select the operation of reading or resetting. Although the present invention is used, the present invention is not limited to this, and either read or reset operation may be selected in accordance with the output of the register that is a predetermined number of stages away from the one register.
[0050]
  The normal mode and the electronic shutter mode are switched, and in the normal mode, the driving signal is continuously supplied to the shift register for two clock periods, and in the electronic shutter mode, the driving signal is supplied to the shift register for only one clock period. As you can see, you can control it. In this case, the configuration of each selection circuit needs to be changed. For example, the output of the NOR gate 13 may be inverted.
[0051]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention, it is possible to control the accumulation time in one horizontal scanning period or less in the electronic shutter mode. Therefore, in the solid-state imaging device, a fine accumulation time control of one horizontal scanning period or less can be performed with the electronic aperture function, and a high-speed electronic shutter such as 1 / 100,000 second can be realized in the electronic shutter mode.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a solid-state imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a specific configuration of a pixel in FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a specific configuration of a row selection shift register and a selected row driver in FIG. 1;
4 is a timing chart showing the operation of the circuit of FIG. 3 in the normal mode.
5 is a timing chart showing the operation of the circuit of FIG. 3 in the electronic shutter mode.
6 is a partially enlarged view of FIG. 5;
7 is a diagram illustrating an example of a method for generating a CRS pulse train in FIGS. 5 and 6. FIG.
8 is a block diagram illustrating a configuration example of a control unit for realizing the CRS pulse train generation method of FIG.
9 is a block diagram showing another configuration example of a control unit for realizing the CRS pulse train generation method of FIG. 7. FIG.
FIG. 10 is a diagram illustrating another example of a method for generating a CRS pulse train in FIGS. 5 and 6;
11 is a block diagram illustrating a configuration example of a control unit for realizing the CRS pulse train generation method of FIG.
FIG. 12 is a configuration diagram of a camera using the solid-state image sensor driving method of the present invention.
[Explanation of symbols]
  1 pixel
  10 Imaging unit
  11 Shift register for row selection
  11a to 11e registers
  12 Selected row drive unit
  12a to 12c selection circuit
  13 3-input NOR gate
  31 Control unit
  41 Falling edge detector
  42 counter
  43, 53 Data holding circuit
  44, 54 OR circuit
  45,52 Gray code counter
  51 Serial data decoder
  61 Solid-state imaging device (CMOS sensor)
  62 Pretreatment IC
  63 Signal processing IC

Claims (5)

複数の画素が2次元行列配置されてなる撮像部と、
各々前記撮像部の各行又は各列に対して設けられたレジスタを含む複数のレジスタが直列接続されてなり、供給された駆動用信号をクロック毎に順次伝達するシフトレジスタと、
各々前記撮像部の各行又は各列に対して設けられた行数又は列数と同数の選択回路からなり、前記シフトレジスタを構成するレジスタの出力に応じて選択した行又は列の画素に対し、読み出し動作又はリセット動作を実行する駆動部とを備え、かつ、
前記列のシフトレジスタのクロックに従って前記画素毎の信号が出力される固体撮像装置の駆動方法であって、
前記行のシフトレジスタのクロックが1クロック期間供給される間に、複数回リセットの動作を実行し、
前記複数回リセット動作のタイミング情報に従い、ノイズ除去を行うように前記画素毎の出力を信号処理回路で補正することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
An imaging unit in which a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional matrix;
A plurality of registers each including a register provided for each row or each column of the imaging unit are connected in series, and a shift register that sequentially transmits the supplied driving signal for each clock;
Each of the imaging units is composed of the same number of selection circuits as the number of rows or columns provided for each row or each column of the imaging unit, and the pixels of the row or column selected according to the output of the register constituting the shift register, A drive unit that performs a read operation or a reset operation, and
A driving method of a solid-state imaging device in which a signal for each pixel is output according to a clock of a shift register of the column,
While the clock of the shift register of the row is supplied for one clock period, a reset operation is performed a plurality of times ,
A driving method of a solid-state imaging device , wherein the output of each pixel is corrected by a signal processing circuit so as to remove noise in accordance with timing information of the multiple reset operation .
複数の画素が2次元行列配置されてなる撮像部と、
各々前記撮像部の各行又は各列に対して設けられたレジスタを含む複数のレジスタが直列接続されてなり、供給された駆動用信号をクロック毎に順次伝達するシフトレジスタと、
各々前記撮像部の各行又は各列に対して設けられた行数又は列数と同数の選択回路からなり、前記シフトレジスタを構成するレジスタの出力に応じて選択した行又は列の画素に対し、読み出し動作又はリセット動作を実行する駆動部とを備え、かつ、
前記列のシフトレジスタのクロックに従って前記画素毎の信号が出力される固体撮像装置の駆動方法であって、
前記行のシフトレジスタのクロックが1クロック期間供給される間に、前記行のシフトレジスタに供給される駆動用信号の論理変化位置に従い複数回リセットの動作を実行し、
前記複数回リセット動作のタイミング情報に従い、ノイズ除去を行うように前記画素毎の出力を信号処理回路で補正することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
An imaging unit in which a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional matrix;
A plurality of registers each including a register provided for each row or each column of the imaging unit are connected in series, and a shift register that sequentially transmits the supplied driving signal for each clock;
Each of the imaging units is composed of the same number of selection circuits as the number of rows or columns provided for each row or each column of the imaging unit, and the pixels of the row or column selected according to the output of the register constituting the shift register, A drive unit that performs a read operation or a reset operation, and
A driving method of a solid-state imaging device in which a signal for each pixel is output according to a clock of a shift register of the column,
While the clock of the shift register of the row is supplied for one clock period, the reset operation is executed a plurality of times according to the logic change position of the driving signal supplied to the shift register of the row ,
A driving method of a solid-state imaging device , wherein the output of each pixel is corrected by a signal processing circuit so as to remove noise in accordance with timing information of the multiple reset operation .
請求項記載の固体撮像装置の駆動方法において、
前記行のシフトレジスタに供給される駆動用信号の論理変化位置をグレイコードカウンタを利用して検知し、前記グレイコードカウンタの出力を使用して前記複数回リセットの動作を実行することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
The driving method of the solid-state imaging device according to claim 2 ,
A logic change position of a driving signal supplied to the shift register of the row is detected using a Gray code counter, and the reset operation is executed a plurality of times using an output of the Gray code counter. For driving a solid-state imaging device.
複数の画素が2次元行列配置されてなる撮像部と、
各々前記撮像部の各行又は各列に対して設けられたレジスタを含む複数のレジスタが直列接続されてなり、供給された駆動用信号をクロック毎に順次伝達するシフトレジスタと、
各々前記撮像部の各行又は各列に対して設けられた行数又は列数と同数の選択回路からなり、前記シフトレジスタを構成するレジスタの出力に応じて選択した行又は列の画素に対し、読み出し動作又はリセット動作を実行する駆動部とを備え、かつ、
前記列のシフトレジスタのクロックに従って前記画素毎の信号が出力される固体撮像装置の駆動方法であって、
前記撮像部の信号が出力されない間に、前記固体撮像装置外部より電荷蓄積時間制御のためのシリアルデータを入力し、
前記固体撮像装置外部より入力されシリアルデータに従い、前記行のシフトレジスタのクロックが1クロック期間供給される間に、複数回リセットの動作を実行することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
An imaging unit in which a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional matrix;
A plurality of registers each including a register provided for each row or each column of the imaging unit are connected in series, and a shift register that sequentially transmits the supplied driving signal for each clock;
Each of the imaging units is composed of the same number of selection circuits as the number of rows or columns provided for each row or each column of the imaging unit, and the pixels of the row or column selected according to the output of the register constituting the shift register, A drive unit that performs a read operation or a reset operation, and
A driving method of a solid-state imaging device in which a signal for each pixel is output according to a clock of a shift register of the column,
While the signal of the imaging unit is not output, serial data for charge accumulation time control is input from the outside of the solid-state imaging device,
In accordance with the foregoing solid-state imaging device serial data input from the outside, while the clock of the shift register of the row is one clock period supply, the driving method of the solid-state imaging apparatus characterized by performing the operations of multiple reset.
請求項記載の固体撮像装置の駆動方法において、
前記固体撮像装置外部より入力した前記シリアルデータと、グレイコードカウンタの出力との比較結果に従い、前記複数回リセットの動作を実行することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
The solid-state imaging device driving method according to claim 4 ,
A driving method of a solid-state imaging device, wherein the reset operation is executed a plurality of times according to a comparison result between the serial data input from outside the solid-state imaging device and an output of a Gray code counter.
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