JP5672363B2 - Solid-state imaging device and camera system - Google Patents

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Description

本発明は、ローリングシャッター方式でシャッター動作を行う固体撮像素子およびカメラシステムに関するものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device and a camera system that perform a shutter operation by a rolling shutter system.

光電変換素子をマトリックス状に配置したイメージセンサでは、電子シャッターの方式として、グローバルシャッター方式とローリングシャッター(フォーカルプレーンシャッター)方式が知られている。
グローバルシャッター方式では全ての画素に同時にシャッター動作を行うのに対し、ローリングシャッター方式では1〜数行ずつの単位で電子シャッター動作を行う。
多くの場合、グローバルシャッター方式でもローリングシャッター方式でも、リードは1〜数行ずつの単位で行う。ローリングシャッター方式における電子シャッターを行う行と、リードを行う行は時間とともにシフトしていく。
In an image sensor in which photoelectric conversion elements are arranged in a matrix, a global shutter system and a rolling shutter (focal plane shutter) system are known as electronic shutter systems.
In the global shutter method, the shutter operation is performed on all pixels simultaneously, whereas in the rolling shutter method, the electronic shutter operation is performed in units of one to several rows.
In many cases, the reading is performed in units of one to several lines in both the global shutter method and the rolling shutter method. The row for electronic shutter and the row for reading in the rolling shutter system shift with time.

図1は、ローリングシャッター方式におけるシャッターとリードの動作を、便宜的に表した図である。
図1において、横軸は時間を、縦軸はリード動作を行っているリード行とシャッター動作を行っているシャッター行のアドレスを示している。横軸の単位は1行の読み出し期間である水平読み出し期間(H)である。
FIG. 1 is a diagram for convenience showing shutter and lead operations in the rolling shutter system.
In FIG. 1, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the address of the read row performing the read operation and the shutter row performing the shutter operation. The unit of the horizontal axis is a horizontal readout period (H) that is a readout period for one row.

図1の例では、蓄積時間はTintであり、同じ行アドレスにアクセスするタイミングは、シャッター行とリード行とで時間Tintだけずれている。
シャッター行とリード行はそれぞれ、アドレスLSからアドレスLEまでのLn行を、1水平読み出し期間(1H)毎にシフトして、順次選択して行く。
この場合、シャッター動作はリードよりも時間Tint分だけ早く終了することになる。
In the example of FIG. 1, the accumulation time is Tint, and the timing for accessing the same row address is shifted by the time Tint between the shutter row and the lead row.
The shutter row and the lead row are sequentially selected by shifting the Ln rows from the address LS to the address LE every horizontal readout period (1H).
In this case, the shutter operation is finished earlier than the lead by the time Tint.

以上のように、シャッターがリードよりも先に終了してしまうと、アドレスによって、リードとシャッターが同時に行われる行と、リードだけが行われる行ができてしまう。
図1の例では、期間t1ではシャッターとリードを同時に行い、期間t2ではリードのみが行われる。
As described above, if the shutter is finished before reading, a row where reading and shuttering are simultaneously performed and a row where only reading is performed are formed depending on the address.
In the example of FIG. 1, the shutter and the reading are simultaneously performed in the period t1, and only the reading is performed in the period t2.

このように、リードの途中でシャッターの数が変わると、シャッター段差またはFIBAR(Fixed Integration bar)と呼ばれる横帯状のノイズが発生することが知られている。
これはシャッターと読み出しが同時に行われる場合と、リードのみが行われる場合とで、電源負荷が変わり、読み出される出力値が変わってしまうことに起因する。
As described above, it is known that when the number of shutters is changed in the middle of reading, horizontal band noise called a shutter step or FIBAR (Fixed Integration bar) is generated.
This is due to the fact that the power load changes between the case where the shutter and reading are performed simultaneously and the case where only reading is performed, and the output value to be read changes.

それに対して、ダミー行のシャッター動作を行うことで電源負荷を一定にする方法が、特許文献1に記載されている。
この方法では、図1に示すように、アドレスLS〜LEまでのシャッター動作が終了した後に、ダミー行のシャッター動作を行い、リードを行う期間t1とt2で、電源負荷が一定になるようにしている。
On the other hand, Patent Document 1 discloses a method of making the power load constant by performing a shutter operation of a dummy row.
In this method, as shown in FIG. 1, after the shutter operation from the address LS to LE is completed, the shutter operation of the dummy row is performed so that the power load is constant during the read periods t1 and t2. Yes.

特許文献1に記載の方法は、連続するフレーム間で、常に蓄積時間が一定の場合には有効である。
しかしながら、フレーム間で蓄積時間を変えた場合には、行によってリードと共に切られるシャッターの数が変わってしまい、シャッター段差が発生するという不利益がある。
The method described in Patent Document 1 is effective when the accumulation time is always constant between consecutive frames.
However, when the accumulation time is changed between frames, there is a disadvantage that the number of shutters cut together with the lead changes depending on the row, and a shutter step is generated.

それに対して、2フレーム分のシャッター数以上のダミー画素を設け、常に2フレーム分のシャッター動作を行うことでシャッター数を一定にする方法が特許文献2に記載されている。   On the other hand, Patent Document 2 discloses a method in which dummy pixels having two or more shutters for two frames are provided and the shutter operation is constantly performed for two frames to make the number of shutters constant.

図2は、常に2フレーム分のシャッター動作を行う場合の、シャッターとリードの動作の例を示す図である。
この場合、ダミーシャッターDST1に加えてダミーシャッターDST2を設けることで、常に2フレーム分のシャッター動作を行っている。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of shutter and read operations when the shutter operation is always performed for two frames.
In this case, by providing the dummy shutter DST2 in addition to the dummy shutter DST1, the shutter operation for two frames is always performed.

CMOS(Complimentary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ(CIS)は、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサに対して、比較的自由に読み出しアドレスを設定できるという特徴を持つ。
たとえば、センサの全ての画素を読み出す以外に、複数の画素の信号を同時に読み出す「加算」、行や列を飛ばしながら間欠的に読み出す「間引き」などの機能を備えたセンサが広く使用されている。
A CMOS (Complimentary Metal Oxide Semiconductor) image sensor (CIS) has a feature that a read address can be set relatively freely with respect to a CCD (Charge Coupled Device) image sensor.
For example, in addition to reading all pixels of a sensor, sensors having functions such as “addition” for simultaneously reading signals of a plurality of pixels and “decimation” for intermittent reading while skipping rows and columns are widely used. .

イメージセンサでは、飽和したフォトダイオード(以下、PD)から隣接するPDに信号電荷があふれ出して信号量が変わってしまう、ブルーミングと呼ばれる現象が知られている。
特に、ローリングシャッター方式を採用している場合、「間引き」動作時には、読み出さない画素に蓄積された電荷を適宜捨てないとブルーミングが発生し、画質が低下してしまう。
In an image sensor, a phenomenon called blooming is known in which signal charge overflows from a saturated photodiode (hereinafter referred to as PD) to an adjacent PD and the signal amount changes.
In particular, when the rolling shutter system is employed, blooming occurs and the image quality deteriorates if the charges accumulated in the pixels that are not read out are appropriately discarded during the “thinning” operation.

それに対して、読み出さない画素から電荷を捨てるためのシャッター(以下ブルーミング防止シャッター)を切ることで、ブルーミングを抑制する方法が提案されている(特許文献3参照)。
「間引き」動作時にブルーミング防止シャッターを切る場合や「加算」動作では複数行を同時に選択する。
On the other hand, there has been proposed a method for suppressing blooming by cutting a shutter (hereinafter referred to as blooming prevention shutter) for discarding charges from pixels that are not read (see Patent Document 3).
In the case of releasing the blooming prevention shutter during the “decimation” operation or in the “addition” operation, a plurality of lines are selected simultaneously.

図3は、2行を「加算」し、半分の行を「間引き」した場合のリード、シャッター行アドレスの一例を示す図である。
図3において、横軸の単位は1行の読み出し期間である水平読み出し期間(H)である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of read and shutter row addresses when two rows are “added” and half of the rows are “thinned”.
In FIG. 3, the unit of the horizontal axis is a horizontal readout period (H) which is a readout period for one row.

図3において、時刻t5では、行アドレス“n+9”と“n+11”を同時に選択し、加算して読み出している。
行アドレス“n+17”と“n+19”は、読み出しフレームのシャッター、行アドレス“n”と“n+2”は次フレームのシャッター、行アドレス“n+21”と“n+23”および“n+4”と“n+6”はブルーミング防止シャッターである。
In FIG. 3, at time t5, row addresses “n + 9” and “n + 11” are simultaneously selected, added and read.
Row addresses “n + 17” and “n + 19” are readout frame shutters, row addresses “n” and “n + 2” are shutters of the next frame, row addresses “n + 21” and “n + 23”, and “n + 4” and “n + 6” are blooming. It is a prevention shutter.

特開2001−8109号公報JP 2001-8109 A 特開2005−269098号公報JP 2005-269098 A 特開2008−193618号公報JP 2008-193618 A

以上のように、「加算」や「間引き」の動作を行うCMOSイメージセンサでは、1フレームあたりのシャッター行数が多くなる。
たとえば、図3の時刻t5では、シャッターは8行に対して行われている。「加算」する画素や「間引き」の割合が大きくなると、シャッター数は多くなる。
そのため、特許文献2に記載されているように、2フレーム分のシャッター行数に相当するダミー画素を設けると、ダミー画素が多くなってしまい、コストや消費電力が高くなるという不利益がある。
As described above, in a CMOS image sensor that performs “addition” and “thinning” operations, the number of shutter rows per frame increases.
For example, at time t5 in FIG. 3, the shutter is performed for eight rows. As the “addition” pixel and “thinning” ratio increase, the number of shutters increases.
Therefore, as described in Patent Document 2, if dummy pixels corresponding to the number of shutter rows for two frames are provided, the number of dummy pixels increases, which disadvantageously increases cost and power consumption.

本発明は、1フレーム期間中でのシャッター段差によって発生する画像にノイズを抑制するために用いるダミーシャッターの数を大幅に削減することが可能な固体撮像素子およびカメラシステムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device and a camera system capable of greatly reducing the number of dummy shutters used for suppressing noise in an image generated by a shutter step in one frame period.

本発明の第1の観点の固体撮像素子は、光信号を電気信号に変換し、その電気信号を露光時間に応じて蓄積する複数の画素が行列状に配列された画素部と、複数のダミー画素が行列状に配列されたダミー画素部と、シャッターモード切替信号に応じて、前記画素部および前記ダミー画素部の電子シャッター動作、および読み出しを行うように前記画素の動作を制御し、行単位で電子シャッターを行うローリングシャッター方式で電子シャッターを行う場合、読み出し中のフレーム内の最大のシャッター数から、ダミー画素へのシャッターをいずれの読み出し期間で行うかを決定する画素駆動部と、を有し、前記画素部の画素および前記ダミー画素部のダミー画素は、入射した光から信号電荷を生成する光電変換素子と、前記信号電荷をフローティングディフュージョンへ転送する転送トランジスタと、前記フローティングディフュージョンを所定の電位へ接続するリセットトランジスタと、を含み、前記画素駆動部は、読み出し期間中のフレームのシャッターと次のフレームのシャッターが同時並列に行われる期間がある場合には、フレームのシャッターが同時並列的に行われる第1の期間では、読み出し対象フレームのシャッター行の画素および次のフレームのシャッター行の画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタを同時にONし、かつ、前記ダミー画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタをOFFし.前記第1の期間外のフレームのシャッターが同時並列的に行われない第2の期間では、読み出し対象フレームのシャッター行の画素または次のフレームのシャッター行の画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタを同時にONし、かつ、前記ダミー画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタを同時にONする
A solid-state imaging device according to a first aspect of the present invention includes a pixel unit in which a plurality of pixels that convert an optical signal into an electrical signal and store the electrical signal according to an exposure time are arranged in a matrix, and a plurality of dummy A dummy pixel unit in which pixels are arranged in a matrix , and an electronic shutter operation of the pixel unit and the dummy pixel unit according to a shutter mode switching signal , and an operation of the pixel to perform reading, and a row unit in case of an electronic shutter in a rolling shutter method for performing an electronic shutter, a maximum shutter speed of the frame being read, the image element driving unit that determines whether to perform either a read period the shutter to the dummy pixels, the a flow dummy pixels of the pixel and the dummy pixel unit of the pixel portion includes a photoelectric conversion element for generating a signal charge from incident light, said signal charges A transfer transistor for transferring the I ring diffusions, the floating diffusion anda reset transistor connected to a predetermined potential, the pixel driver, the shutter and the shutter row simultaneously in parallel for the next frame of the frame being read out period In the first period in which the shutter of the frame is performed simultaneously in parallel, the transfer transistor and the reset transistor of the shutter row pixel of the read target frame and the shutter row pixel of the next frame are included. At the same time, the transfer transistor and the reset transistor of the dummy pixel are turned off. In the second period in which the shutters for the frames outside the first period are not performed simultaneously in parallel, the transfer transistors and the reset transistors of the pixels in the shutter row of the readout target frame or the pixels in the shutter row of the next frame are set. At the same time, the transfer transistor and the reset transistor of the dummy pixel are simultaneously turned on .

本発明の第2の観点のカメラシステムは、固体撮像素子と、前記固体撮像素子に被写体像を結像する光学系と、前記固体撮像素子の出力画像信号を処理する信号処理回路と、を有し、前記固体撮像素子は、光信号を電気信号に変換し、その電気信号を露光時間に応じて蓄積する複数の画素が行列状に配列された画素部と、複数のダミー画素が行列状に配列されたダミー画素部と、シャッターモード切替信号に応じて、前記画素部および前記ダミー画素部の電子シャッター動作、および読み出しを行うように前記画素の動作を制御し、行単位で電子シャッターを行うローリングシャッター方式で電子シャッターを行う場合、読み出し中のフレーム内の最大のシャッター数から、ダミー画素へのシャッターをいずれの読み出し期間で行うかを決定する画素駆動部と、を有し、前記画素部の画素および前記ダミー画素部のダミー画素は、入射した光から信号電荷を生成する光電変換素子と、前記信号電荷をフローティングディフュージョンへ転送する転送トランジスタと、前記フローティングディフュージョンを所定の電位へ接続するリセットトランジスタと、を含み、前記画素駆動部は、読み出し期間中のフレームのシャッターと次のフレームのシャッターが同時並列に行われる期間がある場合には、フレームのシャッターが同時並列的に行われる第1の期間では、読み出し対象フレームのシャッター行の画素および次のフレームのシャッター行の画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタを同時にONし、かつ、前記ダミー画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタをOFFし.前記第1の期間外のフレームのシャッターが同時並列的に行われない第2の期間では、読み出し対象フレームのシャッター行の画素または次のフレームのシャッター行の画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタを同時にONし、かつ、前記ダミー画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタを同時にONする
A camera system according to a second aspect of the present invention includes a solid-state imaging device, an optical system that forms a subject image on the solid-state imaging device, and a signal processing circuit that processes an output image signal of the solid-state imaging device. The solid-state imaging device converts a light signal into an electrical signal, and stores a plurality of pixels that store the electrical signal according to an exposure time in a matrix, and a plurality of dummy pixels in a matrix. In accordance with the arranged dummy pixel unit and the shutter mode switching signal, the electronic shutter operation of the pixel unit and the dummy pixel unit and the operation of the pixel to perform reading are controlled, and the electronic shutter is performed in units of rows. When electronic shuttering is performed using the rolling shutter method, the readout period for shuttering the dummy pixels is determined based on the maximum number of shutters in the frame being read. Has a picture element driving unit that, the dummy pixels of the pixel and the dummy pixel unit of the pixel unit transfers a photoelectric conversion element for generating a signal charge from incident light, said signal charges to the floating diffusion transfer A pixel and a reset transistor that connects the floating diffusion to a predetermined potential , and the pixel driver has a period in which the shutter of the frame during the readout period and the shutter of the next frame are simultaneously performed in parallel. In the first period in which the shutter of the frame is performed simultaneously in parallel, the transfer transistor and the reset transistor of the pixel of the shutter row of the read target frame and the pixel of the shutter row of the next frame are simultaneously turned on, and The transfer transistor of the dummy pixel and the OFF the set transistor. In the second period in which the shutters for the frames outside the first period are not performed simultaneously in parallel, the transfer transistors and the reset transistors of the pixels in the shutter row of the readout target frame or the pixels in the shutter row of the next frame are set. At the same time, the transfer transistor and the reset transistor of the dummy pixel are simultaneously turned on .

本発明によれば、1フレーム期間中でのシャッター段差によって発生する画像にノイズを抑制するために用いるダミーシャッターの数を大幅に削減することができる。   According to the present invention, the number of dummy shutters used for suppressing noise in an image generated by a shutter step in one frame period can be greatly reduced.

ローリングシャッター方式におけるシャッターとリードの動作を、便宜的に表した図である。It is a figure showing the operation of the shutter and the lead in the rolling shutter system for convenience. 常に2フレーム分のシャッター動作を行う場合の、シャッターとリードの動作の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the operation | movement of a shutter and a lead in the case of always performing the shutter operation | movement for 2 frames. 2行を「加算」し、半分の行を「間引き」した場合のリード、シャッター行アドレスの一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of read and shutter row addresses when two rows are “added” and half of the rows are “thinned”. 本発明の第1の実施形態に係るCMOSイメージセンサ(固体撮像素子)の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the CMOS image sensor (solid-state image sensor) which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本実施形態に係る画素回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the pixel circuit which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るダミー画素回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the dummy pixel circuit which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るCMOSイメージセンサのタイミングチャートである。3 is a timing chart of the CMOS image sensor according to the present embodiment. 本実施形態に係る画素の信号のリード(読み出し)と、シャッターの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of pixel signal reading (reading) and a shutter according to the embodiment. 本実施形態におけるシャッターとリードの動作を便宜的に表して示す図である。It is a figure showing and showing operation of a shutter and lead in this embodiment for convenience. 本発明の第2の実施形態に係る固体撮像素子が適用されるカメラシステムの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the camera system with which the solid-state image sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention is applied.

以下、本発明の実施の形態を図面に関連付けて説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施形態(CMOSイメージセンサ(固体撮像素子)の構成例)
2.第2の実施形態(カメラシステムの構成例)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The description will be given in the following order.
1. First Embodiment (Configuration Example of CMOS Image Sensor (Solid-State Imaging Device))
2. Second Embodiment (Configuration Example of Camera System)

<1.第1の実施形態>
図4は、本発明の実施形態に係るCMOSイメージセンサ(固体撮像素子)の構成例を示す図である。
<1. First Embodiment>
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a CMOS image sensor (solid-state imaging device) according to the embodiment of the present invention.

本CMOSイメージセンサ100は、画素アレイ部110、ダミー画素アレイ部120、行選択回路130、ダミー選択回路140、行選択制御回路150、および読み出し回路(AFE)160を有する。
行選択回路130、ダミー選択回路140、および行選択制御回路150により画素駆動部が構成される。
The CMOS image sensor 100 includes a pixel array unit 110, a dummy pixel array unit 120, a row selection circuit 130, a dummy selection circuit 140, a row selection control circuit 150, and a readout circuit (AFE) 160.
The row selection circuit 130, the dummy selection circuit 140, and the row selection control circuit 150 constitute a pixel driver.

また、CMOSイメージセンサ100は、動作モード選択信号MDSの入力端子T101、データ出力端子T102、画素電源端子T103、および行選択回路電源端子T104を有する。   Further, the CMOS image sensor 100 includes an input terminal T101 for an operation mode selection signal MDS, a data output terminal T102, a pixel power supply terminal T103, and a row selection circuit power supply terminal T104.

本CMOSイメージセンサ100の画素アレイ部110、ダミー画素アレイ部120、行選択回路130、およびダミー選択回路140には、画素電源端子T103、および行選択回路電源端子T104を通して外部の電源170から電力が供給されている。
理想的には、電源170とCMOSイメージセンサ100を構成する各ブロックの間には、配線のインピーダンスがないことが望ましい。
しかしながら、実際には有限のインピーダンスZall、ZpxおよびZrsが存在するため、行選択回路130が動作するとノイズが画素電源に伝播してしまうおそれがある。
図4の構成例では、画素電源と行選択回路電源を別々のPAD(端子)103,104から供給しているが、CMOSイメージセンサ100内で2つの電源を接続して、外部からは1つのPADで供給しても良い。
The pixel array section 110 of the CMOS image sensor 100, the dummy pixel array section 120, a row selection circuit 130, Oyo the beauty dummy selection circuit 140, an external power supply 170 through the pixel power supply terminal T103, and the row selection circuit the power supply terminal T104 Power is being supplied from.
Ideally, it is desirable that there is no wiring impedance between the power supply 170 and each block constituting the CMOS image sensor 100.
However, since finite impedances Zall, Zpx, and Zrs actually exist, noise may propagate to the pixel power supply when the row selection circuit 130 operates.
In the configuration example of FIG. 4, the pixel power supply and the row selection circuit power supply are supplied from separate PADs (terminals) 103 and 104. However, two power supplies are connected in the CMOS image sensor 100, and one external power supply is connected. You may supply with PAD.

画素アレイ部110は、複数の画素回路がM行×N列の2次元状(マトリクス状)に配列されている。   In the pixel array unit 110, a plurality of pixel circuits are arranged in a two-dimensional shape (matrix shape) of M rows × N columns.

図5は、本実施形態に係る画素回路の一例を示す回路図である。   FIG. 5 is a circuit diagram illustrating an example of a pixel circuit according to the present embodiment.

この画素回路110Aは、たとえばフォトダイオード(PD)からなる光電変換素子(以下、単にPDというときもある)を有する。
そして、この1個の光電変換素子PDに対して、転送トランジスタTRG−Tr、リセットトランジスタRST−Tr、増幅トランジスタAMP−Tr、および選択トランジスタSEL−Trをそれぞれ一つずつ有する。
This pixel circuit 110A has a photoelectric conversion element (hereinafter sometimes simply referred to as PD) made of, for example, a photodiode (PD).
Each of the photoelectric conversion elements PD has one transfer transistor TRG-Tr, one reset transistor RST-Tr, one amplification transistor AMP-Tr, and one selection transistor SEL-Tr.

光電変換素子PDは、入射光量に応じた量の信号電荷(ここでは電子)を発生し、蓄積する。
以下、信号電荷は電子であり、各トランジスタがN型トランジスタである場合について説明するが、信号電荷がホールであったり、各トランジスタがP型トランジスタであっても構わない。
また、本実施形態は、複数の光電変換素子間で、各トランジスタを共有している場合や、選択トランジスタを有していない3トランジスタ(3Tr)画素を採用している場合にも有効である。
The photoelectric conversion element PD generates and accumulates signal charges (here, electrons) corresponding to the amount of incident light.
Hereinafter, a case where the signal charge is an electron and each transistor is an N-type transistor will be described. However, the signal charge may be a hole or each transistor may be a P-type transistor.
This embodiment is also effective when a plurality of photoelectric conversion elements share each transistor or when a three-transistor (3Tr) pixel that does not have a selection transistor is employed.

転送トランジスタTRG−Trは、光電変換素子PDとFD(Floating Diffusion)の間に接続され、制御線TRGを通じて制御される。
転送トランジスタTRG−Trは、制御線TRGがハイレベル(H)の期間に選択されて導通状態となり、光電変換素子PDで光電変換された電子をFDに転送する。
The transfer transistor TRG-Tr is connected between the photoelectric conversion element PD and the FD (Floating Diffusion) and is controlled through the control line TRG.
The transfer transistor TRG-Tr is selected when the control line TRG is in the high level (H) and becomes conductive, and transfers the electrons photoelectrically converted by the photoelectric conversion element PD to the FD.

リセットトランジスタRST−Trは、電源線VRstとFDの間に接続され、制御線RSTと通して制御される。
リセットトランジスタRST−Trは、制御線RSTがHの期間に選択されて導通状態となり、FDを電源線VRstの電位にリセットする。
The reset transistor RST-Tr is connected between the power supply lines VRst and FD, and is controlled through the control line RST.
The reset transistor RST-Tr becomes conductive when the control line RST is selected during the H period, and resets the FD to the potential of the power supply line VRst.

増幅トランジスタAMP−Trと選択トランジスタSEL−Trは、電源線VDDと垂直信号線LSGNの間に接続されている。
増幅トランジスタAMP−TrのゲートにはFDが接続され、選択トランジスタSEL−Trは制御線SELを通じて制御されている。
選択トランジスタSEL−Trは、制御線SELがHの期間に選択されて導通状態となる。これにより、増幅トランジスタAMP−TrはFDの電位に応じた信号VSLを垂直信号線LSGNに出力する。
The amplification transistor AMP-Tr and the selection transistor SEL-Tr are connected between the power supply line VDD and the vertical signal line LSGN.
An FD is connected to the gate of the amplification transistor AMP-Tr, and the selection transistor SEL-Tr is controlled through a control line SEL.
The selection transistor SEL-Tr is selected when the control line SEL is H and becomes conductive. Thereby, the amplification transistor AMP-Tr outputs a signal VSL corresponding to the potential of the FD to the vertical signal line LSGN.

画素アレイ部110には、画素回路110AがM行×N列配置されているので、各制御線SEL、RST、TRGはそれぞれM本、信号VSLの垂直信号線LSGNはN本ある。   Since the pixel array 110A has M rows × N columns arranged in the pixel array unit 110, there are M control lines SEL, RST, and TRG, respectively, and N vertical signal lines LSGN of the signal VSL.

ダミー画素アレイ部120は、ダミー画素回路がMD行×N列のマトリクス状に配置されている。   In the dummy pixel array unit 120, dummy pixel circuits are arranged in a matrix of MD rows × N columns.

図6は、本実施形態に係るダミー画素回路の一例を示す図である。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the dummy pixel circuit according to the present embodiment.

このダミー画素回路120Aは、少なくともダミー転送トランジスタDTRG−TrとダミーリセットトランジスタDRST−Trとを含む。
また、ダミー画素回路120Aは、ダミー光電変換素子DPD、ダミー選択トランジスタDSEL−Tr、ダミー増幅トランジスタDAMP−Trを備えていることが好ましい。
The dummy pixel circuit 120A includes at least a dummy transfer transistor DTRG-Tr and a dummy reset transistor DRST-Tr.
The dummy pixel circuit 120A preferably includes a dummy photoelectric conversion element DPD, a dummy selection transistor DSEL-Tr, and a dummy amplification transistor DAMP-Tr.

ダミー転送トランジスタDTRG−Trは、ダミー光電変換素子DPDとFDの間に接続され、制御線DUMMY_TRGを通じて制御される。
転送トランジスタDTRG−Trは、制御線DUMMY_TRGがHの期間に選択されて導通状態となり、ダミー光電変換素子DPDで光電変換された電子をFDに転送する。
The dummy transfer transistor DTRG-Tr is connected between the dummy photoelectric conversion elements DPD and FD, and is controlled through the control line DUMMY_TRG.
The transfer transistor DTRG-Tr is in a conductive state when the control line DUMMY_TRG is selected to be H, and transfers the electrons photoelectrically converted by the dummy photoelectric conversion element DPD to the FD.

ダミーリセットトランジスタDRST−Trは、電源線VRstとFDの間に接続され、制御線DUMMY_RSTと通して制御される。
ダミーリセットトランジスタDRST−Trは、制御線DUMMY_RSTがHの期間に選択されて導通状態となり、FDを電源線VRstの電位にリセットする。
The dummy reset transistor DRST-Tr is connected between the power supply lines VRst and FD, and is controlled through the control line DUMMY_RST.
The dummy reset transistor DRST-Tr is selected during the period when the control line DUMMY_RST is H and resets the FD to the potential of the power supply line VRst.

以上のような構成とすることで、制御線DUMMY_RSTの負荷(抵抗・容量)は、制御線RSTと同程度になる。また、制御線DUMMY_TRGの負荷(抵抗・容量)は、制御線TRGと同程度になる。
制御線DUMMY_RSTと制御線RST、制御線DUMMY_TRGと制御線TRGの負荷がそれぞれ同程度であれば、ダミー光電変換素子DPD、ダミー選択トランジスタDSEL−Tr、ダミー増幅トランジスタDAMP−Trは、なくても構わない。
With the configuration as described above, the load (resistance / capacitance) of the control line DUMMY_RST is approximately the same as that of the control line RST. Further, the load (resistance / capacitance) of the control line DUMMY_TRG is approximately the same as that of the control line TRG.
If the loads on the control line DUMMY_RST and the control line RST, the control line DUMMY_TRG, and the control line TRG are approximately the same, the dummy photoelectric conversion element DPD, the dummy selection transistor DSEL-Tr, and the dummy amplification transistor DAMP-Tr may be omitted. Absent.

行選択回路130は、行選択制御回路150からの行選択制御信号SCTLに従い画素アレイ部110の画素を選択する。
行選択回路130は、シャッターモード切替信号に応じて露光方式を行毎に露光を行うローリングシャッター方式または全画素同時に露光を行うグローバルシャッター方式に切り替えて、画素駆動制御を行う機能を有する。
The row selection circuit 130 selects pixels of the pixel array unit 110 according to the row selection control signal SCTL from the row selection control circuit 150.
The row selection circuit 130 has a function of performing pixel drive control by switching the exposure method to a rolling shutter method in which exposure is performed for each row or a global shutter method in which all pixels are exposed simultaneously in accordance with a shutter mode switching signal.

ダミー選択回路140は、行選択制御回路150からの行選択制御信号SCTLに従いダミー画素アレイ部120のダミー画素を選択する。   The dummy selection circuit 140 selects a dummy pixel of the dummy pixel array unit 120 according to the row selection control signal SCTL from the row selection control circuit 150.

行選択制御回路150は、外部からの制御信号である動作モード選択信号MDSに従い、いずれの行を選択するかを制御する。
行選択制御回路150は、ローリングシャッター方式で電子シャッターを行う場合、フレーム内の最大シャッター行数を判定してダミー画素のシャッター行数を決定する機能を有する。
行選択制御回路150は、フレーム内で読み出し中のフレームのシャッターと次のフレームのシャッターが同時に行われる場合には、フレーム内のリード期間におけるシャッター行数が常に2フレーム分になるようにダミー画素のシャッター動作を制御する。
行選択制御回路150は、フレーム内で読み出し中のフレームと次のフレームのシャッターが同時に切られることが無い場合には、フレーム内のリード期間におけるシャッター行数が常に1フレーム分になるようにダミー画素のシャッター動作を制御する。
なお、本実施形態においては、ダミーシャッターは、フレームのシャッター行数分だけ設けられている。
The row selection control circuit 150 controls which row is selected in accordance with an operation mode selection signal MDS that is an external control signal.
The row selection control circuit 150 has a function of determining the maximum number of shutter rows in a frame and determining the number of shutter rows of dummy pixels when performing electronic shutter using the rolling shutter method.
When the shutter of the frame being read out in the frame and the shutter of the next frame are simultaneously performed, the row selection control circuit 150 is a dummy pixel so that the number of shutter rows in the read period in the frame is always two frames. Control the shutter operation.
When the shutter of the frame being read out in the frame and the shutter of the next frame are not simultaneously released, the row selection control circuit 150 performs a dummy so that the number of shutter rows in the read period in the frame is always one frame. Controls the shutter operation of the pixel.
In the present embodiment, dummy shutters are provided as many as the number of shutter rows in the frame.

読み出し回路160は、行選択回路130の駆動により選択された読み出し行の各画素回路110Aからの垂直信号線LSGNを通して出力される信号VSLに対して所定の処理を行い、たとえば信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
読み出し回路160は、たとえば垂直信号線LSGNを通して出力される信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路を含む回路構成を適用可能である。
あるいは読み出し回路160は、サンプルホールド回路を含み、CDS(相関二重サンプリング)処理により、リセットノイズや増幅トランジスタの閾値ばらつき等、画素固有の固定パターンノイズを除去する機能を含む回路構成が適用可能である。
また、読み出し回路160は、アナログデジタル(AD)変換機能を持たせ、信号レベルをデジタル信号とする構成を適用可能である。
The readout circuit 160 performs predetermined processing on the signal VSL output through the vertical signal line LSGN from each pixel circuit 110A in the readout row selected by driving of the row selection circuit 130, for example, a pixel signal after signal processing Hold temporarily.
For example, a circuit configuration including a sample hold circuit that samples and holds a signal output through the vertical signal line LSGN can be applied to the read circuit 160.
Alternatively, the readout circuit 160 includes a sample-and-hold circuit, and a circuit configuration including a function of removing fixed pattern noise unique to a pixel such as reset noise and threshold variation of an amplification transistor by CDS (correlated double sampling) processing is applicable. is there.
In addition, the reading circuit 160 can have a configuration in which an analog-digital (AD) conversion function is provided and a signal level is a digital signal.

図7は、以上の構成を有する本実施形態に係るCMOSイメージセンサのタイミングチャートである。
図7では1水平読み出し期間(1H期間)について示している。
FIG. 7 is a timing chart of the CMOS image sensor according to this embodiment having the above configuration.
FIG. 7 shows one horizontal readout period (1H period).

リード行RDRは、制御線SELをHにして、信号VSLを垂直信号線LSGNに出力する。次に、制御線RSTをHにしてFDをVRstにリセットする。
その後、制御線RSTをローレベル(L)にして、リセットレベルを読み出す。
そして、制御線TRGをHにして光電変換素子PDで光電変換された電荷をFDに転送する。転送後に制御線TRGをLにして、信号VSLを読み出す。
The read row RDR sets the control line SEL to H and outputs the signal VSL to the vertical signal line LSGN. Next, the control line RST is set to H and FD is reset to VRst.
Thereafter, the control line RST is set to a low level (L) to read the reset level.
Then, the control line TRG is set to H, and the electric charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion element PD is transferred to the FD. After the transfer, the control line TRG is set to L to read the signal VSL.

シャッター行STRRは、水平読み出し期間のいずれかのタイミングで制御線RSTと制御線TRGを同時にHにし、光電変換素子PDをVRstにリセットする。
また、ダミーシャッター行DSTRRは、シャッター行STRRの制御線RSTと同じタイミングでダミー制御線DUMMY_RSTを、制御線TRGと同じタイミングでダミー制御線DUMMY_TRGをHにする。
これにより、フレームFRM内でシャッター行数が変化した場合でも、電源負荷を一定にし、シャッター段差の発生を防止する。
In the shutter row STRR, the control line RST and the control line TRG are simultaneously set to H at any timing in the horizontal readout period, and the photoelectric conversion element PD is reset to VRst.
Further, the dummy shutter row DSTRR sets the dummy control line DUMMY_RST at the same timing as the control line RST of the shutter row STRR, and the dummy control line DUMMY_TRG at the same timing as the control line TRG.
Thereby, even when the number of shutter rows changes in the frame FRM, the power load is made constant and the occurrence of a shutter step is prevented.

図8は、本実施形態に係る画素の信号のリード(読み出し)と、シャッターの説明図である。
この図8は、2つの画素を「加算」して同時に読み出す「2画素加算」の場合について示している。
また、半分の画素を読み飛ばす「1/2間引き」動作を行う場合について示している。 図8において、横軸は時間を、縦軸は画素アレイの行アドレスを示している。時間の単位は水平読み出し期間(H)である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of pixel signal reading (reading) and a shutter according to the present embodiment.
FIG. 8 shows the case of “two-pixel addition” in which two pixels are “added” and read out simultaneously.
Further, a case where a “1/2 thinning-out” operation for skipping half of the pixels is shown. In FIG. 8, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the row address of the pixel array. The unit of time is the horizontal readout period (H).

図中の白丸で示した行はリード行RDRを、黒丸で示した行は次フレームのシャッターNFSTRの行を示し、ハッチングを付した丸で示した行は読み出しシャッターRFSTRの行を表し、それぞれ図7に示した動作が行われる。   In the figure, the white circle indicates the lead row RDR, the black circle indicates the shutter NFSTR row of the next frame, and the hatched circle row indicates the readout shutter RFSTR row. The operation shown in FIG. 7 is performed.

時刻t5では、行アドレス“n+9”と“n+11”を同時にリード行RDRとして選択し、加算して読み出している。
また、行アドレス“n+17”、“n+19”、“n+21”、“n+23”、“n”、“n+2”、“n+4”および“n+6”ではシャッター動作を行っている。
行アドレス“n+17”および“n+19”は、読み出し中のフレームに対するシャッターであり、行アドレス“n”および“n+2”は次のフレームに対するシャッターである。
行アドレス“n+21”、“n+23”、“n+4”および“n+6”は、読み飛ばした行に対するブルーミング防止シャッターである。
At time t5, the row addresses “n + 9” and “n + 11” are simultaneously selected as the read row RDR, added and read.
In addition, the shutter operation is performed at the row addresses “n + 17”, “n + 19”, “n + 21”, “n + 23”, “n”, “n + 2”, “n + 4”, and “n + 6”.
Row addresses “n + 17” and “n + 19” are shutters for the frame being read, and row addresses “n” and “n + 2” are shutters for the next frame.
Row addresses “n + 21”, “n + 23”, “n + 4”, and “n + 6” are blooming prevention shutters for the skipped rows.

図9は、本実施形態におけるシャッターとリードの動作を便宜的に表して示す図である。
図9において、縦軸は行番号、横軸は時間を表している。時間の単位は水平読み出し期間である。
FIG. 9 is a diagram showing the shutter and lead operations in this embodiment for convenience.
In FIG. 9, the vertical axis represents row numbers and the horizontal axis represents time. The unit of time is a horizontal readout period.

行番号は、シャッター行およびリード行に、1フレーム期間内で、アクセスされる順番に番号を振ったものである。
「2画素加算」かつ「1/2間引き」動作を行う場合を例に行番号について説明する。
図8にて、行アドレスnから読み出しを行っているとする。
このとき、リード行については、行アドレス“n”、“n+2”を行番号0、“n+1”、“n+3”を行番号1、“n+8”、“n+10”を行番号3とする。
シャッター行については、ブルーミング防止シャッターを除いて、リード行と同じ行アドレスになるように、行番号を決める。
すなわち、行アドレス“n”、“n+2”、“n+4”、“n+6”にアクセスしている時、行番号0にアクセスしているとする。
同様に、行アドレス“n+1”、“n+3”、“n+5”、“n+7”を行番号1、“n+8”、“n+10”、“n+12”、“n+14”を行番号2とする。
以上のように、シャッター行、リード行に、読み出す順に、それぞれ番号を振っていったものを行番号と定義する。
The row number is obtained by assigning numbers to the shutter row and the lead row in the order of access within one frame period.
The row numbers will be described by taking as an example the case of performing “two-pixel addition” and “½ thinning” operations.
In FIG. 8, it is assumed that reading is performed from the row address n.
At this time, for the read row, row addresses “n” and “n + 2” are row number 0, “n + 1”, “n + 3” are row number 1, “n + 8”, and “n + 10” are row number 3.
For the shutter row, except for the blooming prevention shutter, the row number is determined so as to have the same row address as the lead row.
That is, when accessing the row address “n”, “n + 2”, “n + 4”, “n + 6”, it is assumed that the row number 0 is being accessed.
Similarly, row addresses “n + 1”, “n + 3”, “n + 5”, “n + 7” are row number 1, and “n + 8”, “n + 10”, “n + 12”, “n + 14” are row number 2.
As described above, the numbers assigned to the shutter row and the lead row in the order of reading are defined as row numbers.

本実施形態のCMOSイメージセンサ100では、いずれの行番号においても、シャッター行数およびリード行数は一定である。
たとえば「2画素加算」かつ「1/2間引き」動作では、各行番号におけるシャッター行数は常に4行、リード行数は常に2行である。
In the CMOS image sensor 100 of the present embodiment, the number of shutter rows and the number of read rows are constant in any row number.
For example, in the “two-pixel addition” and “1/2 thinning-out” operations, the number of shutter rows in each row number is always 4 and the number of read rows is always 2.

図9の例では、フレームFRM1の蓄積時間をTint1、フレームFRM2の蓄積時間をTint2、フレームFRM3の蓄積時間をTint3として、フレーム毎に蓄積時間を変えている。
本実施形態では、フレーム間で蓄積時間を変えた時、フレーム内の最大のシャッター行数から、ダミー画素へのシャッターをどの水平読み出し期間で行うかを決定する。
具体的には、あるフレーム内で、読み出し中のフレームと次のフレームのシャッター動作を同時に行う水平読み出し期間がある場合には、シャッター行数が常に2フレーム分になるように、ダミー画素のシャッター動作を行う。
あるフレーム内で、読み出し中のフレームと次のフレームのシャッター動作を同時に行う水平読み出し期間がない場合には、シャッター行数が常に1フレーム分になるように、ダミー画素のシャッター動作を行う。
たとえば、フレームFRM1の期間T2では、読み出しフレームであるフレームFRM1と次のフレームであるフレームFRM2のシャッター動作を同時に行っている。
In the example of FIG. 9, the accumulation time of the frame FRM1 is Tint1, the accumulation time of the frame FRM2 is Tint2, and the accumulation time of the frame FRM3 is Tint3.
In the present embodiment, when the accumulation time is changed between frames, the horizontal readout period for shuttering the dummy pixels is determined from the maximum number of shutter rows in the frame.
Specifically, when there is a horizontal readout period in which the shutter operation of the frame being read out and the next frame is simultaneously performed within a certain frame, the shutter of the dummy pixels is set so that the number of shutter rows is always 2 frames. Perform the action.
In a certain frame, when there is no horizontal readout period in which the shutter operation of the frame being read and the next frame is simultaneously performed, the shutter operation of the dummy pixels is performed so that the number of shutter rows is always one frame.
For example, in the period T2 of the frame FRM1, the shutter operation of the frame FRM1 that is the read frame and the frame FRM2 that is the next frame is performed simultaneously.

それに対して期間T1ではフレームFRM1のシャッター、期間T3ではフレームFRM2のシャッター動作のみが行われている。
よって、フレームFRM1では、期間T2で最も多くの行でシャッター動作が行われ、その行数は2フレーム分のシャッター行数に相当する。
そこで、フレームFRM1では、常に2フレーム分のシャッター動作が行われるように、ダミー画素のシャッター動作を行う。
具体的には、期間T1と期間tTで、1フレーム分のシャッター行数に相当する数のダミー画素に対して、シャッター動作を行う。
On the other hand, only the shutter operation of the frame FRM1 is performed in the period T1, and only the shutter operation of the frame FRM2 is performed in the period T3.
Therefore, in the frame FRM1, the shutter operation is performed with the largest number of rows in the period T2, and the number of rows corresponds to the number of shutter rows for two frames.
Therefore, in the frame FRM1, the shutter operation of the dummy pixels is performed so that the shutter operation for two frames is always performed.
Specifically, the shutter operation is performed on the number of dummy pixels corresponding to the number of shutter rows for one frame in the period T1 and the period tT.

それに対してフレームFRM2では、読み出しフレームであるフレームFRM2と次のフレームであるフレームFRM3のシャッター動作が同時に行われることは無い。
期間T4ではフレームFRM2のシャッター動作のみが、期間T6ではフレームFRM3のシャッター動作のみが行われ、期間T5ではシャッター動作は行われない。
よって、フレームFRM2では最大でも1フレーム分のシャッター行数のみでシャッター動作を行う。そこでフレームFRM2では、常に1フレーム分のシャッターが行われるようにダミー画素のシャッター動作を行う。
具体的には、期間T5で、1フレーム分のシャッター行数に相当する数のダミー画素に対して、ダミー画素のシャッター動作を行う。
On the other hand, in the frame FRM2, the shutter operation of the frame FRM2 that is the readout frame and the frame FRM3 that is the next frame is not performed at the same time.
Only the shutter operation of the frame FRM2 is performed in the period T4, only the shutter operation of the frame FRM3 is performed in the period T6, and no shutter operation is performed in the period T5.
Therefore, in the frame FRM2, the shutter operation is performed only with the number of shutter rows corresponding to one frame at the maximum. Therefore, in the frame FRM2, the shutter operation of the dummy pixels is performed so that the shutter for one frame is always performed.
Specifically, in the period T5, the dummy pixel shutter operation is performed on the number of dummy pixels corresponding to the number of shutter rows for one frame.

なお、図9の例ではフレーム内でシャッター行数が一定になるようにしたが、最低限、同一フレーム内で、リードを行っている期間に一定になっていれば良い。
リード動作を行っていなければ、シャッター行数が変化することで電源電圧が変動しても、信号を読み出さないので影響しない。
In the example of FIG. 9, the number of shutter rows is constant in the frame. However, it is only necessary that the number of shutter rows be constant in the same frame during the reading period.
If the read operation is not performed, even if the power supply voltage fluctuates due to the change in the number of shutter rows, the signal is not read out, so that there is no effect.

フレーム内の最大のシャッター行数が、1フレーム分になるか2フレーム分になるかは、次の式で判定することができる。   Whether the maximum number of shutter rows in a frame is one frame or two frames can be determined by the following equation.

Ln ≦ Tdint の時 シャッター行数=1フレーム分
Ln > Tdint の時 シャッター行数=2フレーム分
ここで、Lnは読み出し/シャッター行数、Tdintは読み出しフレームと次のフレームのシャッターの間隔を示している。
When Ln ≦ Tdint Number of shutter rows = 1 frame When Ln> Tdint Number of shutter rows = 2 frames Here, Ln indicates the number of readout / shutter rows, and Tdint indicates the interval between the readout frame and the shutter of the next frame. Yes.

Tdintは、1フレームの期間と、読み出しフレームおよび次のフレームの蓄積時間から算出できる。
たとえば図9のフレームFRM1では、Tdintは次式で算出される。
Tdint can be calculated from the period of one frame and the accumulation time of the readout frame and the next frame.
For example, in the frame FRM1 of FIG. 9, Tdint is calculated by the following equation.

Tdint = Tfrm+Tint1−Tint2
ここで、Tfrmは1フレームの期間、Tint1はフレームFRM1の蓄積時間、Tint2は次のフレームの読み出し期間である。
Tdint = Tfrm + Tint1-Tint2
Here, Tfrm is a period of one frame, Tint1 is an accumulation time of the frame FRM1, and Tint2 is a reading period of the next frame.

以上のような駆動をすることで、フレーム内でのシャッター行数を一定にし、シャッター段差の発生を防止する。
さらに、本実施形態の駆動方法によれば、ダミー画素は、1フレーム分のシャッター行数分だけ設けておけば良い。
By driving as described above, the number of shutter rows in the frame is made constant, and the occurrence of a shutter step is prevented.
Furthermore, according to the driving method of the present embodiment, dummy pixels need only be provided for the number of shutter rows for one frame.

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
すなわち、本実施形態によれば、1フレームのシャッター行数分だけダミー画素を設けることで、同一フレームの各リード動作時におけるシャッター行数を一定にし、シャッター段差を防止することができる。
必要なダミー画素数が従来に比べて少なくて済むので、チップサイズを縮小し、消費電力を削減し、チップ単価を低減することができる。特に「加算」や「間引き」動作を行う場合には、1フレームあたりのシャッター数が多くなるので、効果が大きい。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
That is, according to the present embodiment, by providing dummy pixels as many as the number of shutter rows of one frame, the number of shutter rows during each read operation of the same frame can be made constant and a shutter step can be prevented.
Since the number of necessary dummy pixels is smaller than in the prior art, the chip size can be reduced, the power consumption can be reduced, and the chip unit price can be reduced. In particular, when “addition” or “thinning” operations are performed, the number of shutters per frame increases, so the effect is great.

なお、各実施形態に係るCMOSイメージセンサは、特に限定されないが、たとえば列並列型のアナログ−デジタル変換装置(以下、ADC(Analog Digital Converter)と略す)を搭載したCMOSイメージセンサとして構成することも可能である。   The CMOS image sensor according to each embodiment is not particularly limited, but may be configured as a CMOS image sensor equipped with, for example, a column parallel type analog-digital converter (hereinafter abbreviated as ADC (Analog Digital Converter)). Is possible.

上述したような効果を有する固体撮像素子は、デジタルカメラやビデオカメラの撮像デバイスとして適用することができる。   The solid-state imaging device having the above-described effects can be applied as an imaging device for a digital camera or a video camera.

<2.第2の実施形態>
図10は、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像素子が適用されるカメラシステムの構成の一例を示す図である。
<2. Second Embodiment>
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a configuration of a camera system to which the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention is applied.

本カメラシステム200は、図10に示すように、本実施形態に係るCMOSイメージセンサ(固体撮像素子)100が適用可能な撮像デバイス210を有する。
さらに、カメラシステム200は、この撮像デバイス210の画素領域に入射光を導く(被写体像を結像する)光学系、たとえば入射光(像光)を撮像面上に結像させるレンズ220を有する。
カメラシステム200は、撮像デバイス210を駆動する駆動回路(DRV)230と、撮像デバイス210の出力信号を処理する信号処理回路(PRC)240と、を有する。
As shown in FIG. 10, the camera system 200 includes an imaging device 210 to which the CMOS image sensor (solid-state imaging device) 100 according to the present embodiment can be applied.
Furthermore, the camera system 200 includes an optical system that guides incident light (images a subject image) to the pixel area of the imaging device 210, for example, a lens 220 that forms incident light (image light) on the imaging surface.
The camera system 200 includes a drive circuit (DRV) 230 that drives the imaging device 210 and a signal processing circuit (PRC) 240 that processes an output signal of the imaging device 210.

駆動回路230は、撮像デバイス210内の回路を駆動するスタートパルスやクロックパルスを含む各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ(図示せず)を有し、所定のタイミング信号で撮像デバイス210を駆動する。   The drive circuit 230 includes a timing generator (not shown) that generates various timing signals including a start pulse and a clock pulse that drive a circuit in the imaging device 210, and drives the imaging device 210 with a predetermined timing signal. .

また、信号処理回路240は、撮像デバイス210の出力信号に対して所定の信号処理を施す。
信号処理回路240で処理された画像信号は、たとえばメモリなどの記録媒体に記録される。記録媒体に記録された画像情報は、プリンタなどによってハードコピーされる。また、信号処理回路240で処理された画像信号を液晶ディスプレイ等からなるモニターに動画として映し出される。
The signal processing circuit 240 performs predetermined signal processing on the output signal of the imaging device 210.
The image signal processed by the signal processing circuit 240 is recorded on a recording medium such as a memory. The image information recorded on the recording medium is hard copied by a printer or the like. Further, the image signal processed by the signal processing circuit 240 is displayed as a moving image on a monitor including a liquid crystal display or the like.

上述したように、デジタルスチルカメラ等の撮像装置において、撮像デバイス210として、先述した撮像素子100を搭載することで、低消費電力で、高精度なカメラが実現できる。   As described above, by mounting the above-described imaging element 100 as the imaging device 210 in an imaging apparatus such as a digital still camera, a highly accurate camera with low power consumption can be realized.

100・・・固体撮像素子、110・・・画素アレイ部、110A・・・画素回路、120・・・ダミー画素アレイ部、120A・・・ダミー画素回路、130・・・行選択回路、140・・・ダミー選択回路、150・・・行選択制御回路、160・・・読み出し回路、170・・・電源、PD・・・光電変換素子、TRG−Tr・・・転送トランジスタ、RST−Tr・・・リセットトランジスタ、AMP−Tr・・・増幅トランジスタ、SEL−Tr・・・選択トランジスタ、DTRG−Tr・・・ダミー転送トランジスタ、DRST−Tr・・・ダミーリセットトランジスタ、DAMP−Tr・・・ダミー増幅トランジスタ、DSEL−Tr・・・ダミー選択トランジスタ、200・・・カメラシステム、210・・・撮像デバイス、220・・・駆動回路、230・・・レンズ、240・・・信号処理回路。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Solid-state image sensor, 110 ... Pixel array part, 110A ... Pixel circuit, 120 ... Dummy pixel array part, 120A ... Dummy pixel circuit, 130 ... Row selection circuit, 140. ..Dummy selection circuit, 150... Row selection control circuit, 160... Readout circuit, 170 .. power supply, PD .. photoelectric conversion element, TRG-Tr... Transfer transistor, RST-Tr. -Reset transistor, AMP-Tr ... Amplification transistor, SEL-Tr ... Selection transistor, DTRG-Tr ... Dummy transfer transistor, DRST-Tr ... Dummy reset transistor, DAMP-Tr ... Dummy amplification Transistor, DSEL-Tr ... dummy selection transistor, 200 ... camera system, 210 ... imaging device 220 ... driving circuit, 230 ... lens, 240 ... signal processing circuit.

Claims (7)

光信号を電気信号に変換し、その電気信号を露光時間に応じて蓄積する複数の画素が行列状に配列された画素部と、
複数のダミー画素が行列状に配列されたダミー画素部と、
シャッターモード切替信号に応じて、前記画素部および前記ダミー画素部の電子シャッター動作、および読み出しを行うように前記画素の動作を制御し、行単位で電子シャッターを行うローリングシャッター方式で電子シャッターを行う場合、読み出し中のフレーム内の最大のシャッター数から、ダミー画素へのシャッターをいずれの読み出し期間で行うかを決定する画素駆動部と、を有し、
前記画素部の画素および前記ダミー画素部のダミー画素は
入射した光から信号電荷を生成する光電変換素子と、
前記信号電荷をフローティングディフュージョンへ転送する転送トランジスタと、
前記フローティングディフュージョンを所定の電位へ接続するリセットトランジスタと、を含み、
前記画素駆動部は、
読み出し期間中のフレームのシャッターと次のフレームのシャッターが同時並列に行われる期間がある場合には、
レームのシャッターが同時並列的に行われる第1の期間では、読み出し対象フレームのシャッター行の画素および次のフレームのシャッター行の画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタを同時にONし、かつ、前記ダミー画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタをOFFし.
前記第1の期間外のフレームのシャッターが同時並列的に行われない第2の期間では、読み出し対象フレームのシャッター行の画素または次のフレームのシャッター行の画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタを同時にONし、かつ、前記ダミー画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタを同時にONする
固体撮像素子。
A pixel unit in which a plurality of pixels that convert an optical signal into an electrical signal and store the electrical signal according to an exposure time are arranged in a matrix;
A dummy pixel portion in which a plurality of dummy pixels are arranged in a matrix;
In accordance with a shutter mode switching signal, the electronic shutter operation of the pixel unit and the dummy pixel unit and the operation of the pixel to control reading are performed, and the electronic shutter is performed by a rolling shutter method in which the electronic shutter is performed in units of rows. If, having the maximum of the shutter number in the frame being read, the image element driving unit that determines whether to perform either a read period the shutter to the dummy pixels, and
The pixel of the pixel portion and the dummy pixel of the dummy pixel portion are
A photoelectric conversion element that generates signal charges from incident light; and
A transfer transistor for transferring the signal charge to the floating diffusion;
A reset transistor for connecting the floating diffusion to a predetermined potential , and
The pixel driving unit includes:
If there is a period in which the shutter of the frame during the readout period and the shutter of the next frame are performed in parallel,
In the first period during which frame of the shutter is performed in a simultaneous and parallel manner, the transfer transistor and the reset transistor of the pixel of the shutter row of pixels and the next frame of the shutter row to be read frames simultaneously turned ON, and the Turn off the transfer transistor and the reset transistor of the dummy pixel.
In the second period in which the shutters for the frames outside the first period are not performed simultaneously in parallel, the transfer transistors and the reset transistors of the pixels in the shutter row of the readout target frame or the pixels in the shutter row of the next frame are set. A solid-state imaging device which is turned on at the same time and simultaneously turns on the transfer transistor and the reset transistor of the dummy pixel .
前記第2の期間は、前記第1の期間を挟んで当該第1の期間の前段の第3の期間と当該第1の期間の後段の第4の期間を含み、
前記画素駆動部は、
前記第3の期間では、読み出し対象フレームのシャッター行の画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタを同時にONし、かつ、前記ダミー画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタを同時にONし、
前記第4の期間では、次のフレームのシャッター行の画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタを同時にONし、かつ、前記ダミー画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタを同時にONする
請求項1記載の固体撮像素子。
The second period includes a third period preceding the first period and a fourth period subsequent to the first period across the first period,
The pixel driving unit includes:
In the third period, the transfer transistor and the reset transistor of the pixels in the shutter row of the readout target frame are simultaneously turned on, and the transfer transistor and the reset transistor of the dummy pixel are simultaneously turned on,
2. The transfer transistor and the reset transistor of the dummy pixel are simultaneously turned on and the transfer transistor and the reset transistor of the dummy pixel are simultaneously turned on in the fourth period . Solid-state image sensor.
前記画素駆動部は、
読み出し期間中のフレームのシャッターと次のフレームのシャッターが同時並列に行われる期間が無い場合には
フレームのシャッターが行われる第5の期間では、読み出し対象フレームのシャッター行の画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタを同時にONし、かつ、前記ダミー画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタをOFFし.
フレームのシャッターが行われない第6の期間では、読み出し対象フレームのシャッター行の画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタをOFFし、かつ、前記ダミー画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタを同時にONする
請求項1または2記載の固体撮像素子。
The pixel driving unit includes:
If there is no period in which the shutter of the frame during the readout period and the shutter of the next frame are performed in parallel ,
In the fifth period in which the shutter of the frame is performed, the transfer transistor and the reset transistor of the pixels in the shutter row of the read target frame are simultaneously turned on, and the transfer transistor and the reset transistor of the dummy pixel are turned off.
In a sixth period in which no frame shutter is performed, the transfer transistor and the reset transistor of the pixels in the shutter row of the read target frame are turned off, and the transfer transistor and the reset transistor of the dummy pixel are turned on simultaneously. The solid-state imaging device according to claim 1 or 2.
フレーム毎に電荷の蓄積時間が変更可能である
請求項1から3のいずれか一に記載の固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3 , wherein a charge accumulation time can be changed for each frame.
前記画素部、前記ダミー画素部、および前記画素駆動部に電力を供給する電源を有する
請求項1から4のいずれか一に記載の固体撮像素子。
5. The solid-state imaging device according to claim 1 , further comprising a power source that supplies power to the pixel unit, the dummy pixel unit, and the pixel driving unit .
前記画素駆動部は、
行単位で電子シャッターを行うローリングシャッター方式で電子シャッターを行う場合、読み出し中のフレームのシャッターと、次のフレームのシャッターが同時並列的に行われる否かを判定し、どの水平読み出し期間に前記ダミー画素部のシャッターを行うかを決定し、
フレーム内で読み出し中のフレームのシャッターと次のフレームのシャッターが同時並列に行われる場合には、フレーム内の読み出し期間におけるシャッター行数が2フレーム分になるようにダミー画素部のシャッター動作を行い、
フレーム内で読み出し中のフレームと次のフレームのシャッターが同時並列的に行われることが無い場合には、フレーム内のリード期間におけるシャッター行数が1フレーム分になるようにダミー画素部のシャッター動作を行う
請求項1から5のいずれか一に記載の固体撮像素子。
The pixel driving unit includes:
When the electronic shutter is performed by the rolling shutter method in which the electronic shutter is performed in units of rows, it is determined whether the shutter of the frame being read out and the shutter of the next frame are performed simultaneously in parallel, and in which horizontal readout period the dummy Decide whether you want to shutter the pixels,
When the shutter of the frame being read out in the frame and the shutter of the next frame are performed simultaneously in parallel, the shutter operation of the dummy pixel unit is performed so that the number of shutter rows in the readout period in the frame is two frames. ,
When the shutter of the frame being read out and the next frame in the frame are not simultaneously performed in parallel, the shutter operation of the dummy pixel unit so that the number of shutter rows in the read period in the frame is one frame. solid-state imaging device as claimed in any one of 5 to perform.
固体撮像素子と、
前記固体撮像素子に被写体像を結像する光学系と、
前記固体撮像素子の出力画像信号を処理する信号処理回路と、を有し、
前記固体撮像素子は、
光信号を電気信号に変換し、その電気信号を露光時間に応じて蓄積する複数の画素が行列状に配列された画素部と、
複数のダミー画素が行列状に配列されたダミー画素部と、
シャッターモード切替信号に応じて、前記画素部および前記ダミー画素部の電子シャッター動作、および読み出しを行うように前記画素の動作を制御し、行単位で電子シャッターを行うローリングシャッター方式で電子シャッターを行う場合、読み出し中のフレーム内の最大のシャッター数から、ダミー画素へのシャッターをいずれの読み出し期間で行うかを決定する画素駆動部と、を有し、
前記画素部の画素および前記ダミー画素部のダミー画素は
入射した光から信号電荷を生成する光電変換素子と、
前記信号電荷をフローティングディフュージョンへ転送する転送トランジスタと、
前記フローティングディフュージョンを所定の電位へ接続するリセットトランジスタと、を含み、
前記画素駆動部は、
読み出し期間中のフレームのシャッターと次のフレームのシャッターが同時並列に行われる期間がある場合には、
フレームのシャッターが同時並列的に行われる第1の期間では、読み出し対象フレームのシャッター行の画素および次のフレームのシャッター行の画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタを同時にONし、かつ、前記ダミー画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタをOFFし.
前記第1の期間外のフレームのシャッターが同時並列的に行われない第2の期間では、読み出し対象フレームのシャッター行の画素または次のフレームのシャッター行の画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタを同時にONし、かつ、前記ダミー画素の前記転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタを同時にONする
カメラシステム。
A solid-state image sensor;
An optical system for forming a subject image on the solid-state image sensor;
A signal processing circuit for processing an output image signal of the solid-state imaging device,
The solid-state imaging device is
A pixel unit in which a plurality of pixels that convert an optical signal into an electrical signal and store the electrical signal according to an exposure time are arranged in a matrix;
A dummy pixel portion in which a plurality of dummy pixels are arranged in a matrix;
In accordance with a shutter mode switching signal, the electronic shutter operation of the pixel unit and the dummy pixel unit and the operation of the pixel to control reading are performed, and the electronic shutter is performed by a rolling shutter method in which the electronic shutter is performed in units of rows. If, having the maximum of the shutter number in the frame being read, the image element driving unit that determines whether to perform either a read period the shutter to the dummy pixels, and
The pixel of the pixel portion and the dummy pixel of the dummy pixel portion are
A photoelectric conversion element that generates signal charges from incident light; and
A transfer transistor for transferring the signal charge to the floating diffusion;
A reset transistor for connecting the floating diffusion to a predetermined potential , and
The pixel driving unit includes:
If there is a period in which the shutter of the frame during the readout period and the shutter of the next frame are performed in parallel,
In the first period in which the shutters of the frames are simultaneously performed in parallel, the transfer transistors and the reset transistors of the pixels in the shutter row of the readout target frame and the pixels in the shutter row of the next frame are simultaneously turned on, and the dummy Turn off the transfer transistor and the reset transistor of the pixel.
In the second period in which the shutters for the frames outside the first period are not performed simultaneously in parallel, the transfer transistors and the reset transistors of the pixels in the shutter row of the readout target frame or the pixels in the shutter row of the next frame are set. A camera system which is turned on at the same time and simultaneously turns on the transfer transistor and the reset transistor of the dummy pixel .
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