JP6706138B2 - Imaging device - Google Patents

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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

本発明は、固体撮像素子におけるフォトダイオードから電荷電圧変換部への電荷転送に起因する残像を除去するよう駆動制御する撮像装置に関する。 The present invention relates to an image pickup apparatus that performs drive control so as to remove an afterimage caused by charge transfer from a photodiode to a charge-voltage conversion unit in a solid-state image pickup element.

近年のカメラ等の撮像装置において広く使われているCMOS型固体撮像素子においては、フォトダイオード(PD)において光によって誘起される電荷を一定時間蓄積し、電荷転送ゲートを通じて電荷電圧変換部(FDA:フローティングディフュージョンアンプ)に転送し、電圧として読み出すものが多い。そして、通常、固体撮像素子は、PDから電荷電圧変換部までは電荷が全て転送されるように、電荷転送ゲートのオン時のポテンシャル勾配が設計されている。しかしながら、設計通りのポテンシャル勾配が得られずに、電荷が転送されずPDに残ってしまう場合があり、そのような電荷は動画撮影においては、次回以降の読み出し時に転送され、残像となって映像に現れる。 In a CMOS type solid-state image sensor that is widely used in image pickup devices such as cameras in recent years, charges induced by light are accumulated in a photodiode (PD) for a certain period of time, and a charge-voltage converter (FDA: It is often transferred to a floating diffusion amplifier) and read out as a voltage. Then, in the solid-state imaging device, normally, the potential gradient when the charge transfer gate is turned on is designed so that all the charges are transferred from the PD to the charge-voltage conversion unit. However, there is a case where the potential gradient as designed is not obtained, and the electric charge is not transferred and remains in the PD. In the moving image shooting, such electric charge is transferred at the time of the next reading and thereafter, and becomes an afterimage. Appear in.

残像の原因となるポテンシャル勾配の不備は、本質的には画素の設計や製造条件を見直す必要があり、一般的には、画素設計や製造条件の調整によって残像を発生するポテンシャル勾配の不備を防いでいる。 Insufficiency of the potential gradient that causes afterimages essentially requires reviewing the pixel design and manufacturing conditions, and in general, adjustment of pixel design and manufacturing conditions prevents inadequate potential gradients that cause afterimages. I'm out.

一方で、撮像装置としては、その装置仕様による駆動条件などで残像が発生しうる固体撮像素子を使用することが余儀なくされることもある。 On the other hand, as the image pickup apparatus, it may be inevitable to use a solid-state image pickup element that may cause an afterimage due to driving conditions or the like according to the apparatus specifications.

そこで、残像が発生しうる固体撮像素子を使用しその残像の影響を軽減するために、バイアスライトを使用する技法がある。この技法は、カメラの機構により撮像素子の撮像面に常に一定光量の光を当てて、常にフォトダイオードに一定量の電荷量のオフセットを発生させることで、フォトダイオードに残る電荷の映像への影響を抑制するものである。 Therefore, there is a technique of using a bias light in order to reduce the influence of the afterimage by using a solid-state image sensor that can cause an afterimage. This technique applies a constant amount of light to the image pickup surface of the image sensor by the mechanism of the camera, and always causes a fixed amount of charge offset in the photodiode, thereby affecting the image remaining charge in the photodiode. Is to suppress.

また、残像の影響を軽減する他の技法として、電荷電圧変換部に対しリセットゲートを介してドレインに接続される固体撮像素子において、電荷転送ゲート及びリセットゲートを開いた状態(オン状態)でそのドレインの電位を変動させて、そのドレインから電荷を注入してPD内に常に一定の電荷量を残すことにより残像の発生を抑制する技法も提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Further, as another technique for reducing the influence of the afterimage, in a solid-state image sensor connected to the drain through the reset gate to the charge-voltage converter, the charge transfer gate and the reset gate are opened (on state). There is also proposed a technique of suppressing the occurrence of an afterimage by varying the potential of the drain and injecting charges from the drain to always leave a constant amount of charge in the PD (for example, refer to Patent Document 1).

特開2001−309243号公報JP 2001-309243 A

固体撮像素子におけるフォトダイオード(PD)から電荷電圧変換部への電荷転送に起因する残像が発生することは、撮像装置の画像品質上好ましくない。 Occurrence of an afterimage due to charge transfer from the photodiode (PD) in the solid-state image pickup device to the charge-voltage converter is not preferable in terms of image quality of the image pickup apparatus.

そこで、上述したようにカメラの機構により発生させるバイアスライトを使用して残像の影響を軽減する技法が知られているが、そのバイアスライトの光を当てることにより生じるショットノイズの影響で画質が劣化する点、カメラの設計上撮像面に一定の光量を当てることが難しい点などの懸念点が存在する。 Therefore, as described above, there is known a technique of reducing the influence of an afterimage by using a bias light generated by the mechanism of the camera, but the image quality is deteriorated by the influence of shot noise generated by applying the light of the bias light. However, there is a concern that it is difficult to apply a constant amount of light to the imaging surface due to the design of the camera.

また、特許文献1の技法のように電荷電圧変換部に対しリセットゲートを介してドレインに接続される固体撮像素子に対し、そのドレインの電位を変動させるには非常に大きな負荷を駆動することになる。このため、動画撮影に必要なフレーム周波数に対応する周期で一定の電荷量を残すようドレイン電位を変動させる駆動回路を実現することは容易ではない。 Further, as in the technique of Patent Document 1, it is necessary to drive a very large load in order to change the potential of the drain of the solid-state imaging device connected to the drain of the charge-voltage converter via the reset gate. Become. Therefore, it is not easy to realize a drive circuit that changes the drain potential so as to leave a constant charge amount at a cycle corresponding to the frame frequency required for moving image shooting.

従って、固体撮像素子の駆動回路における駆動負荷を容易に実現可能な程度に抑え、残像が発生しうる固体撮像素子を使用しても、その残像の影響を除去又は軽減する技法が望まれる。 Therefore, there is a demand for a technique of suppressing the driving load in the drive circuit of the solid-state image pickup device to an extent that can be easily realized and removing or reducing the influence of the afterimage even when the solid-state image pickup device that can generate the afterimage is used.

本発明の目的は、上述の問題に鑑みて、残像が発生しうる固体撮像素子に対しその残像の影響を除去又は軽減させる撮像装置を提供することにある。 In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide an imaging device that removes or reduces the influence of the afterimage on a solid-state image sensor that may cause an afterimage.

本発明に係る撮像装置は、残像が発生しうる固体撮像素子に対しその残像の影響を除去又は軽減させるため、固体撮像素子にて電荷転送ゲートによりフォトダイオード(PD)から電荷電圧変換部への電荷転送する際に、PD内に所定の電荷量(原理的には常に一定)の電荷量を残すべくその電荷電圧変換部の基準ポテンシャルに対し電荷転送ゲート(TX)のチャネルのポテンシャル(チャネル電位)が深くなるポテンシャル勾配を生じさせ、更には、PDの残像成分を除去するための画素信号の読み出しに寄与しない所定のダミーシャッター動作を行う駆動回路を備えるよう構成する。 The image pickup apparatus according to the present invention removes or reduces the influence of an afterimage with respect to a solid-state image pickup element in which an afterimage may occur. At the time of charge transfer, the potential of the channel of the charge transfer gate (TX) (channel potential) with respect to the reference potential of the charge-voltage conversion unit in order to leave a predetermined charge amount (in principle, always constant) in the PD. ) Causes a potential gradient to become deeper, and further includes a drive circuit that performs a predetermined dummy shutter operation that does not contribute to the readout of the pixel signal for removing the afterimage component of the PD.

即ち、本発明に係る撮像装置は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子にて電荷転送ゲートによりフォトダイオードから電荷電圧変換部へ電荷転送する際に、該フォトダイオード内に所定の電荷量を残すべく前記電荷電圧変換部における基準ポテンシャルに対し前記電荷転送ゲートのチャネルの電位が深くなるポテンシャル勾配を生じさせるよう、前記固体撮像素子を駆動する駆動手段と、を備え、前記駆動手段は、当該電荷転送の際に前記ポテンシャル勾配により前記電荷転送ゲートのチャネルに電荷が残るようにしたことを特徴とする。 That is, the image pickup device according to the present invention leaves a predetermined amount of charge in the photodiode when the charge is transferred from the photodiode to the charge-voltage converter by the charge transfer gate in the solid-state image pickup element and the solid-state image pickup element. Therefore, there is provided drive means for driving the solid-state imaging device so as to generate a potential gradient in which the potential of the channel of the charge transfer gate becomes deeper with respect to the reference potential in the charge-voltage conversion section. It is characterized in that charges are left in the channel of the charge transfer gate due to the potential gradient during transfer .

また、本発明に係る撮像装置において、前記駆動手段は、前記フォトダイオードにおける残像成分を除去するための、画素信号の読み出しに寄与しない前記電荷転送ゲートのオン・オフ及び前記電荷電圧変換部のリセット動作の組み合わせによる所定のダミーシャッター動作を1回以上前記画素信号の読み出し前に行う機能を更に備えることを特徴とする。 Further, in the image pickup device according to the present invention, the driving unit is for turning on/off the charge transfer gate and resetting the charge-voltage conversion unit, which does not contribute to reading a pixel signal, for removing an afterimage component in the photodiode. It is further provided with a function of performing a predetermined dummy shutter operation by a combination of operations one or more times before reading the pixel signal.

また、本発明に係る撮像装置において、前記駆動手段は、前記所定のダミーシャッター動作を前記画素信号の読み出し前に複数回行う機能を更に備えることを特徴とする。 Further, in the image pickup apparatus according to the present invention, the driving unit further includes a function of performing the predetermined dummy shutter operation a plurality of times before reading the pixel signal.

また、本発明に係る撮像装置において、前記駆動手段は、今回の画素信号の読み出し前であって、前回の画素信号の読み出し期間中に、複数回前記電荷転送ゲートのオン・オフ動作を行う機能を更に備えることを特徴とする。

In the imaging apparatus according to the present invention, the drive means is a front reading of this pixel signal, during the readout period of the previous pixel signal, a plurality of times of on-off operation of the charge transfer gate It is characterized by further having a function.

また、本発明に係る撮像装置において、前記ポテンシャル勾配を生じさせる電荷転送ゲートのチャネルの電位に対応する電荷転送ゲート用駆動電圧が、前記基準ポテンシャルに対応するリセット電圧より大きい値となるよう構成されていることを特徴とする。 Further, in the image pickup device according to the present invention, the charge transfer gate drive voltage corresponding to the potential of the channel of the charge transfer gate that causes the potential gradient is configured to be larger than the reset voltage corresponding to the reference potential. It is characterized by

本発明によれば、残像が発生しうる固体撮像素子を使用しても、その残像の影響を除去又は軽減させた映像を得ることができる。 According to the present invention, even if a solid-state imaging device that can generate an afterimage is used, it is possible to obtain an image in which the influence of the afterimage is removed or reduced.

本発明による一実施形態の撮像装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing a schematic structure of an image pick-up device of one embodiment by the present invention. 本発明による一実施形態の撮像装置における固体撮像素子の画素構造を概略的に例示する図である。It is a figure which illustrates roughly the pixel structure of the solid-state image sensor in the image pick-up device of one embodiment by the present invention. (a)乃至(e)は、残像が発生しない固体撮像素子における従来の信号読み出し動作によるポテンシャルの変化を示す図である。(A) thru|or (e) are figures which show the change of the potential by the conventional signal read-out operation in the solid-state image sensor which does not generate an afterimage. (a)乃至(i)は、残像が発生する固体撮像素子における従来の信号読み出し動作による残像発生時のポテンシャルの変化を示す図である。(A) to (i) are diagrams showing changes in potential when an afterimage is generated by a conventional signal reading operation in a solid-state imaging device in which an afterimage is generated. (a)乃至(g)は、本発明による一実施形態の撮像装置における駆動回路により、残像が発生する固体撮像素子に対する実施例1の信号読み出し動作で残像の影響を除去する際のポテンシャルの変化を示す図である。(A) to (g) are changes in the potential when the influence of the afterimage is removed by the signal reading operation of the first embodiment with respect to the solid-state image pickup device in which the afterimage is generated by the drive circuit in the image pickup apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. (a)乃至(h)は、本発明による一実施形態の撮像装置における駆動回路により、残像が発生する固体撮像素子に対する実施例2の信号読み出し動作で残像の影響を除去する際のポテンシャルの変化を示す図である。(A) to (h) are changes in the potential when the influence of the afterimage is removed by the signal reading operation of the second embodiment with respect to the solid-state image pickup element in which the afterimage is generated by the drive circuit in the image pickup apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 本発明による一実施形態の撮像装置における駆動回路による駆動信号のタイミングチャートの一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of a timing chart of a drive signal by a drive circuit in the image pickup apparatus according to the embodiment of the present invention. 本発明による一実施形態の撮像装置における駆動回路による駆動信号のタイミングチャートの別例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing another example of a timing chart of drive signals by the drive circuit in the imaging device of the embodiment according to the present invention. 本発明による一実施形態の撮像装置における実施例2の効果を示す測定データのグラフである。6 is a graph of measurement data showing an effect of Example 2 in the imaging device of the embodiment according to the present invention.

以下、図面を参照して、本発明による一実施形態の撮像装置1について説明する。 An image pickup apparatus 1 according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

〔撮像装置〕
図1は、本発明による一実施形態の撮像装置1の概略構成を示すブロック図である。撮像装置1は、既存の典型的なCMOS撮像素子として構成される固体撮像素子2と、制御部3とを備える。制御部3は、駆動回路31及び信号処理回路32を備える。本実施形態の撮像装置1は、動画撮影可能なカメラとして構成することができる。
[Imaging device]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an image pickup apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. The image pickup apparatus 1 includes a solid-state image pickup element 2 configured as an existing typical CMOS image pickup element, and a control unit 3. The control unit 3 includes a drive circuit 31 and a signal processing circuit 32. The image pickup apparatus 1 of the present embodiment can be configured as a camera capable of shooting moving images.

撮像装置1は、駆動回路31によって駆動する固体撮像素子2に対し被写体を撮像レンズによって結像させ固体撮像素子2の画素信号を出力させ、この画素信号を信号処理回路32により画像処理して動画像などを画像出力する。 The image pickup apparatus 1 causes the solid-state image pickup element 2 driven by the drive circuit 31 to form an image of a subject with an image pickup lens to output a pixel signal of the solid-state image pickup element 2. The signal processing circuit 32 image-processes the pixel signal to generate a moving image. Output images such as images.

〔固体撮像素子〕
図2は、本発明による一実施形態の撮像装置1における固体撮像素子2の画素構造を概略的に例示する図である。図2では、固体撮像素子2としてCMOS撮像素子で一般的に用いられる4トランジスタ構造をより簡潔に例示した模式図を示している。フォトダイオード(PD)21において入射光が電荷(ここでは電子)に変換され、露光時間の間に蓄積される。PD21に蓄積された電荷は、転送信号(TX信号)により転送トランジスタ22(ここではNMOSとする)の電荷転送ゲート(TX)のゲート電圧をロー(L)からハイ(H)に制御することで電荷電圧変換部におけるフローティングディフュージョン(FD)23に転送される。FD23は容量CFDAを持つキャパシタとしてふるまい、電荷電圧変換部は転送された電荷に応じて電圧を生じさせる電荷電圧変換部として機能する。
[Solid-state image sensor]
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the pixel structure of the solid-state image sensor 2 in the image pickup apparatus 1 according to the embodiment of the present invention. In FIG. 2, a schematic diagram illustrating a 4-transistor structure generally used in a CMOS image sensor as the solid-state image sensor 2 in a simpler manner is shown. Incident light is converted into electric charges (electrons in this case) in the photodiode (PD) 21 and accumulated during the exposure time. The charge accumulated in the PD 21 is controlled by controlling the gate voltage of the charge transfer gate (TX) of the transfer transistor 22 (here, NMOS) from low (L) to high (H) by a transfer signal (TX signal). It is transferred to the floating diffusion (FD) 23 in the charge-voltage converter. The FD 23 behaves as a capacitor having a capacitance C FDA , and the charge-voltage converter functions as a charge-voltage converter that generates a voltage according to the transferred charges.

PD21からFD23へ電荷転送される前には、リセット信号(RT信号)によりリセットトランジスタ24(ここではNMOSとする)のゲート電圧をロー(L)からハイ(H)に制御することでFD23はリセット電圧RTVDDに接続され、定電圧に(即ちFD23の基準ポテンシャルに)リセットされる。電荷電圧変換部に生じた電圧信号は信号読出回路(図示せず)により画素信号として出力され、固体撮像素子2に一体に設けられるAD変換回路(図示せず)を通じて図1に示す制御部3の信号処理回路32へと伝送される。 Before the charges are transferred from the PD 21 to the FD 23, the FD 23 is reset by controlling the gate voltage of the reset transistor 24 (here, NMOS) from low (L) to high (H) by a reset signal (RT signal). It is connected to the voltage RTVDD and is reset to a constant voltage (that is, the reference potential of the FD 23). The voltage signal generated in the charge-voltage converter is output as a pixel signal by a signal reading circuit (not shown), and the controller 3 shown in FIG. 1 is provided through an AD converter circuit (not shown) provided integrally with the solid-state image sensor 2. Is transmitted to the signal processing circuit 32.

尚、AD変換回路(図示せず)の前段に、雑音除去回路(相関二重サンプリング回路)を設け、PD21からFD23への電荷転送前のリセットレベルの信号と電荷転送後の蓄積電荷の信号との間で差分を取り低ノイズ化させるよう構成することもできる。その後、当該AD変換回路によってデジタル値へと変換されて、制御部3の信号処理回路32へと伝送される。 A noise removal circuit (correlated double sampling circuit) is provided in front of the AD conversion circuit (not shown), and a reset level signal before charge transfer from the PD 21 to the FD 23 and a stored charge signal after charge transfer are performed. It is also possible to take a difference between the two and reduce the noise. After that, the signal is converted into a digital value by the AD conversion circuit and transmitted to the signal processing circuit 32 of the control unit 3.

この一連の動作を繰り返すことにより、撮像装置1は動画の撮影が可能となる。 By repeating this series of operations, the image pickup apparatus 1 can take a moving image.

また、上記の一連の動作で、PD21の露光時間を任意に制御するために、TX信号により転送トランジスタ22のゲート電圧をローからハイに制御してPD21からFD23へ電荷を転送し、当該信号読出回路による信号電圧の読み出しを行わずに、RT信号によりリセットトランジスタ24のゲート電圧をローからハイに制御しFD23のポテンシャルをリセットする動作を、当該信号読出回路による信号読み出しの間の任意のタイミングで行うことができる。この動作を行うことにより、それまでにPD21に蓄積された電荷は廃棄されるため、PD21の露光時間を調整することが可能である。この画素信号の読み出しに寄与しない転送トランジスタ22及びリセットトランジスタ24の動作を電子シャッター動作と定義する。このような電子シャッター動作は、駆動回路31によって制御することができ、従来から一般的に行われている。 Further, in the above series of operations, in order to arbitrarily control the exposure time of the PD 21, the gate voltage of the transfer transistor 22 is controlled from low to high by the TX signal to transfer the charge from the PD 21 to the FD 23, and read the signal. The operation of controlling the gate voltage of the reset transistor 24 from low to high by the RT signal and resetting the potential of the FD 23 without reading the signal voltage by the circuit is performed at an arbitrary timing during the signal reading by the signal reading circuit. It can be carried out. By performing this operation, the charges accumulated in the PD 21 up to that point are discarded, so that the exposure time of the PD 21 can be adjusted. The operations of the transfer transistor 22 and the reset transistor 24 that do not contribute to the reading of the pixel signal are defined as the electronic shutter operation. Such an electronic shutter operation can be controlled by the drive circuit 31, and has been generally performed conventionally.

(従来の信号読み出し動作)
ここで、本発明の理解を高めるために、従来の信号読み出し動作についてまず説明する。図3(a)乃至(e)は、残像が発生しない固体撮像素子2における従来の信号読み出し動作によるポテンシャルの変化を示す図である。
(Conventional signal reading operation)
Here, in order to improve the understanding of the present invention, a conventional signal read operation will be described first. FIGS. 3A to 3E are diagrams showing potential changes due to a conventional signal reading operation in the solid-state image sensor 2 in which an afterimage does not occur.

図3において、横軸は画素上の平面座標を表し、“PD”(PD21の領域)、“TX” (転送トランジスタ22のTXチャネルの領域)、“FD”(FD23の領域)、“RT”(リセットトランジスタ24のRTチャネルの領域)、“RTVDD”(リセット電圧に対応するポテンシャル領域)の各領域に分けられている。各座標でのポテンシャルは太線により模式的に表されており、下方がポテンシャルの低い(深い)状態を表している。即ち、図2にてTX信号やRT信号がハイ(H)のときポテンシャルは下方へと低い(深い)状態となり、TX信号やRT信号がロー(L)のときポテンシャルは上方へと変化するものとし、このため電荷は、図上で、ポテンシャルがより深い方向へ向かうものとする。 In FIG. 3, the horizontal axis represents the plane coordinates on the pixel, and is “PD” (region of PD21), “TX” (region of TX channel of transfer transistor 22), “FD” (region of FD23), “RT”. (RT channel region of reset transistor 24) and “RTVDD” (potential region corresponding to reset voltage). The potential at each coordinate is schematically represented by a thick line, and the lower side represents a low potential (deep) state. That is, in FIG. 2, when the TX signal or RT signal is high (H), the potential is in a lower (lower) state, and when the TX signal or RT signal is low (L), the potential is higher. Therefore, it is assumed that the electric charges are directed in the direction in which the potential becomes deeper in the figure.

図3(a)に示す初期状態は、“PD”、“TX”、“FD”、“RT”、“RTVDD”の各領域に保持される電荷が存在しない状態を表している。図3(b)に示す露光後は、入射光量に応じて、PD21に電荷が蓄積されている状態を表している。このとき、PD21の細線で示すポテンシャルまでPD21に電荷が蓄積されているものとする。 The initial state shown in FIG. 3A represents a state in which there is no electric charge held in each region of “PD”, “TX”, “FD”, “RT”, and “RTVDD”. After the exposure shown in FIG. 3B, the charge is accumulated in the PD 21 according to the amount of incident light. At this time, it is assumed that the electric charges are accumulated in the PD 21 up to the potential indicated by the thin line of the PD 21.

図3(c)に示すリセット動作では、RT信号のロー(L)からハイ(H)の動作で、FD23に蓄積した不要電荷を排出し、FD23を基準ポテンシャル(リセット電圧RTVDDに対応するポテンシャル)にする。その後、図3(d)に示す電荷転送動作を行う。即ち、TX信号のロー(L)からハイ(H)の動作で転送トランジスタ22のゲート電圧をオンにすることで、PD21に比較してFD23のポテンシャルが低くなり、PD21に蓄積されていた電荷は、FD23に転送される。 In the reset operation shown in FIG. 3C, the unnecessary electric charge accumulated in the FD 23 is discharged by the operation of the RT signal from low (L) to high (H), and the FD 23 has a reference potential (potential corresponding to the reset voltage RTVDD). To After that, the charge transfer operation shown in FIG. That is, by turning on the gate voltage of the transfer transistor 22 by the operation of the TX signal from low (L) to high (H), the potential of the FD 23 becomes lower than that of the PD 21, and the charge accumulated in the PD 21 is reduced. , FD23.

ここで、残像が発生しない固体撮像素子2における従来の信号読み出し動作では、図3(d)に示すように、TX信号がハイ(H)の時(TX信号(H))のTXチャネルのポテンシャルを基準ポテンシャル(リセット電圧RTVDDに対応するポテンシャル)より高い(浅い)状態とし、PD21からFD23への電荷転送時にTXチャネルには電荷が残らないようにしている。当該電荷転送時にTXチャネルに電荷が残ると、後述するがTX信号がロー(L)の時にPD21へ電荷の戻りが発生し残像の原因になるためである。 Here, in the conventional signal reading operation in the solid-state imaging device 2 in which the afterimage does not occur, as shown in FIG. 3D, the potential of the TX channel when the TX signal is high (H) (TX signal (H)). Is set to a state (higher) than the reference potential (potential corresponding to the reset voltage RTVDD) so that no charges remain in the TX channel when the charges are transferred from the PD 21 to the FD 23. This is because if electric charge remains in the TX channel during the electric charge transfer, electric charge returns to the PD 21 when the TX signal is low (L), which will cause an afterimage, which will be described later.

図3(e)の信号読み出しでは、FD23のポテンシャルが図3(c)での基準ポテンシャルから図3(d)での転送電荷で変化する分の電圧信号を画素信号として読み出す。 In the signal reading of FIG. 3E, a voltage signal corresponding to the potential of the FD 23 changing from the reference potential of FIG. 3C by the transfer charge of FIG. 3D is read as a pixel signal.

図3(e)に示されたFD23から得られる画素信号は、ソースフォロワアンプなどにより、外部に設けられた当該信号読出回路(図示せず)に伝送される。 The pixel signal obtained from the FD 23 shown in FIG. 3E is transmitted to the signal reading circuit (not shown) provided outside by a source follower amplifier or the like.

一方、図4(a)乃至(i)は、残像が発生する固体撮像素子2における従来の信号読み出し動作による残像発生時のポテンシャルの変化を示す図である。図4(a)の初期状態、図4(b)の露光後の状態、及び図4(c)のリセット後の状態は、図3と同様であるためその説明を割愛する。 On the other hand, FIGS. 4A to 4I are diagrams showing changes in potential when an afterimage is generated by a conventional signal reading operation in the solid-state imaging device 2 in which an afterimage is generated. The initial state of FIG. 4A, the state of FIG. 4B after exposure, and the state of FIG. 4C after reset are the same as those in FIG.

図4(d)の電荷転送時においては、図3と同様に、TX信号のロー(L)からハイ(H)の動作で転送トランジスタ22のゲート電圧をオンにすることで、PD21に比較してFD23のポテンシャルが低くなり、PD21に蓄積されていた電荷は、FD23に転送される。ただし、残像が発生する画素においては、PD21及びTXチャネルのポテンシャル勾配の不備により、一部の電荷は転送されずにPD21内に残留する。図4(e)の信号読み出しでは図3(e)と同様に画素信号が読み出される。 At the time of charge transfer in FIG. 4D, the gate voltage of the transfer transistor 22 is turned on by the operation of the TX signal from low (L) to high (H) as in the case of FIG. As a result, the potential of the FD 23 becomes low, and the charges accumulated in the PD 21 are transferred to the FD 23. However, in the pixel in which the afterimage is generated, a part of the electric charge is not transferred and remains in the PD 21 due to the insufficient potential gradient of the PD 21 and the TX channel. In the signal reading of FIG. 4E, the pixel signal is read as in the case of FIG.

動画像撮像で、明るいシーンの後に暗いシーンが続くような場合、明るいシーンの時にこのPD21に電荷が残留した状態にて暗いシーンを撮影すると、図4(f)露光後の状態図で示すように、PD21内の露光による蓄積電荷が少ない状況が生じる。この状態にて図4(g)のリセット後、図4(h)の電荷転送を行うと、露光により生じた電荷に加えて、明るいシーンの時に残留していた電荷の一部も熱励起などによりFD23に転送される。その結果、図4(i)に示す次の信号読み出し時においては、入射光により生じた電圧よりも大きな電圧の画素信号が出力される。この電荷転送後に残留する電荷は、明るいシーンにより発生し、暗いシーンが連続すると徐々に読みだされて減少していくため、映像には尾を引く残像となって現れる。このような残像は、信号処理などによる除去が困難であり、映像信号の品質を著しく悪化させる。尚、この場合の残留電荷はある光量以上で光量に依存せずほぼ一定となる。また、この場合の残留電荷は、後述の「分配残像電荷」と称する除去対象の残像とは異なる点に留意する。 In a case where a bright scene is followed by a dark scene in moving image capturing, if a dark scene is photographed with electric charges remaining in the PD 21 during a bright scene, as shown in FIG. 4F, a state diagram after exposure. In addition, a situation occurs in which the accumulated charge due to the exposure in the PD 21 is small. When the charge transfer shown in FIG. 4(h) is performed after the reset shown in FIG. 4(g) in this state, in addition to the charge generated by the exposure, a part of the charge remaining in the bright scene is also thermally excited. Is transferred to the FD 23. As a result, at the time of the next signal reading shown in FIG. 4I, a pixel signal having a voltage higher than the voltage generated by the incident light is output. The charges remaining after the charge transfer are generated by a bright scene and gradually read out and decrease when dark scenes continue, so that they appear as a trailing afterimage in the image. Such an afterimage is difficult to remove by signal processing or the like, and significantly deteriorates the quality of the video signal. In this case, the residual electric charge is substantially constant above a certain light amount without depending on the light amount. It should be noted that the residual charge in this case is different from the afterimage to be removed, which will be referred to as “distribution afterimage charge” described below.

そこで、以下、本発明による一実施形態の撮像装置1では、駆動回路31により、残像が発生する固体撮像素子2に対する実施例1,2の信号読み出し動作で残像の影響を除去するよう構成される。以下、各実施例について順に説明する。尚、駆動回路31の動作として本発明に係る駆動信号(TX信号及びRT信号)についてのみ説明する。 Therefore, hereinafter, in the image pickup apparatus 1 according to the embodiment of the present invention, the drive circuit 31 is configured to remove the influence of the afterimage by the signal reading operation of the first and second embodiments with respect to the solid-state image pickup element 2 in which the afterimage occurs. .. Hereinafter, each example will be described in order. As the operation of the drive circuit 31, only the drive signals (TX signal and RT signal) according to the present invention will be described.

〔駆動回路の動作〕
(本発明に係る実施例1の信号読み出し動作)
図5(a)乃至(g)は、本発明による一実施形態の撮像装置1における駆動回路31により、残像が発生する固体撮像素子2に対する実施例1の信号読み出し動作で残像の影響を除去する際のポテンシャルの変化を示す図である。図5(a)の初期状態、図5(b)の露光後の状態、及び図5(c)のリセット後の状態は、図3と同様であるためその説明を割愛する。
[Operation of drive circuit]
(Signal reading operation of the first embodiment according to the present invention)
5A to 5G, the influence of the afterimage is removed by the signal reading operation of the first embodiment on the solid-state image sensor 2 in which the afterimage is generated by the drive circuit 31 in the image pickup apparatus 1 according to the embodiment of the present invention. It is a figure which shows the change of the potential at the time. The initial state of FIG. 5A, the state of FIG. 5B after exposure, and the state of FIG. 5C after reset are the same as those in FIG.

実施例1では、図5(c)のリセット後に、以下の図5(d−1)から図5(g)までの動作を行うことで残像の影響を抑制した信号読み出しを行う。 In the first embodiment, after the reset of FIG. 5C, the following operations from FIG. 5D-1 to FIG. 5G are performed to perform the signal reading in which the influence of the afterimage is suppressed.

図5(d−1)の初回TXオン動作では、図3や図4に示す従来技法とは異なり、TX信号がハイ(H)の時(TX信号(H))のTXチャネルのポテンシャルを基準ポテンシャル(リセット電圧RTVDDに対応するポテンシャル)より低い(深い)状態とし、PD21からFD23への電荷転送時にTXチャネルには意図的に電荷が残るようにする。尚、図6(d−1)に示す“RTVDDに対応するポテンシャル>TX信号(H)に対応するポテンシャル”となるようにするには、本例では、入力電圧として“TX信号(H)>RTVDD”とする。 In the first TX ON operation of FIG. 5D-1, unlike the conventional technique shown in FIGS. 3 and 4, the potential of the TX channel when the TX signal is high (H) (TX signal (H)) is used as a reference. The state is set lower (deeper) than the potential (potential corresponding to the reset voltage RTVDD) so that charges are intentionally left in the TX channel when the charges are transferred from the PD 21 to the FD 23. In order to satisfy “potential corresponding to RTVDD>potential corresponding to TX signal (H)” shown in FIG. 6D-1, in this example, “TX signal (H)>” as the input voltage. RTVDD”.

そして、図5(d−1)に示す初回TXオン動作では、図4の場合と同様、残像が発生する画素においては、PD21及びTXチャネルのポテンシャル勾配の不備により、一部の電荷は転送されずにPD21内に残留する。従って、図5(c)の時点でPD21に蓄積される光電変換による電荷をQsとすると、PD21には電荷ΔQsが残留するため、FD23にはQs−ΔQsが転送される。 Then, in the initial TX-on operation shown in FIG. 5D-1, as in the case of FIG. 4, in the pixel where the afterimage occurs, some charges are transferred due to the lack of the potential gradient of the PD 21 and the TX channel. Instead, it remains in the PD 21. Therefore, if the charge due to photoelectric conversion accumulated in the PD 21 at the time of FIG. 5C is Qs, the charge ΔQs remains in the PD 21, and Qs−ΔQs is transferred to the FD 23.

次いで、図5(d−2)に示す初回TXオフ動作で、TX信号がロー(L)となる際に(TX信号(L))、TXチャネルに残留していた電荷の一部αはPD21に戻る。その結果、PD21には電荷ΔQs+α、FD23にはQs−ΔQs−αの電荷が残る。 Next, in the first TX off operation shown in FIG. 5D-2, when the TX signal becomes low (L) (TX signal (L)), a part α of the charge remaining in the TX channel is PD21. Return to. As a result, a charge of ΔQs+α remains in the PD 21, and a charge of Qs−ΔQs−α remains in the FD 23.

以上の動作は動画撮影のフレームごとに繰り返されることから、数フレームを経た定常状態後では、図5(a)の状態においてQo=ΔQs+αと置くことにより図5(f)の状態となり、図5(g)の定常状態後の信号読み出し時には、それまでの入射光量に関係なくPD21には一定の電荷ΔQs+αが残り、FD23には正味の光電荷Qsのみが残るようになる。 Since the above operation is repeated for each frame of moving image shooting, after a steady state after several frames, by setting Qo=ΔQs+α in the state of FIG. 5A, the state of FIG. When the signal is read out after the steady state in (g), a constant charge ΔQs+α remains in the PD 21 and only a net photocharge Qs remains in the FD 23 irrespective of the amount of incident light.

このように、実施例1に係る撮像装置1は、残像が発生する(又は発生しうる)固体撮像素子2に対しその残像の影響を除去又は軽減させるために、駆動回路31により、固体撮像素子2内のPD21から電荷電圧変換部のFD23への電荷転送する際に、そのFD23の基準ポテンシャルに対し電荷転送ゲートのチャネルのポテンシャル(TXチャネル電位)が深くなるようポテンシャル勾配を生じさせ、フォトダイオード(PD21)内に所定の(原理的には常に一定の)電荷量を残すようにした。これにより、実施例1に係る撮像装置1は、残像が発生しうる固体撮像素子2を使用しても、その残像の影響を除去又は軽減させた映像を得ることができる。 As described above, in the image pickup apparatus 1 according to the first embodiment, in order to remove or reduce the influence of the afterimage with respect to the solid-state image pickup element 2 in which the afterimage occurs (or may occur), the drive circuit 31 causes the solid-state image pickup element to be removed. When the charge is transferred from the PD 21 in 2 to the FD 23 of the charge-voltage converter, a potential gradient is generated so that the potential of the channel of the charge transfer gate (TX channel potential) becomes deeper than the reference potential of the FD 23, and the photodiode is A predetermined (in principle, always constant) charge amount is left in the (PD21). As a result, the image pickup apparatus 1 according to the first embodiment can obtain an image in which the influence of the afterimage is removed or reduced even when the solid-state image pickup element 2 in which the afterimage is generated is used.

(本発明に係る実施例2の信号読み出し動作)
図6(a)乃至(h)は、本発明による一実施形態の撮像装置1における駆動回路31により、残像が発生する固体撮像素子2に対する実施例2の信号読み出し動作で残像の影響を除去する際のポテンシャルの変化を示す図である。図6(a)の初期状態、図6(b)の露光後の状態、及び図6(c)のリセット後の状態は、図3と同様であるためその説明を割愛する。ただし、ここでは、入射光が強く、PD21には図5の例より大きな電荷Qmsが蓄積した場合を想定する。
(Signal reading operation of the second embodiment according to the present invention)
6A to 6H, the drive circuit 31 in the image pickup apparatus 1 according to the embodiment of the present invention removes the influence of the afterimage by the signal reading operation of the second embodiment on the solid-state image pickup element 2 in which the afterimage occurs. It is a figure which shows the change of the potential at the time. The initial state of FIG. 6A, the state of FIG. 6B after exposure, and the state of FIG. 6C after reset are the same as those in FIG. However, here, it is assumed that the incident light is strong and a larger amount of charge Qms is accumulated in the PD 21 than in the example of FIG.

図6(d−1)の初回TXオン動作では、図5に示す実施例1と同様に、TX信号がハイ(H)の時(TX信号(H))のTXチャネルのポテンシャルを基準ポテンシャル(リセット電圧RTVDDに対応するポテンシャル)より低い(深い)状態とし(TX信号(H)>RTVDD)、PD21からFD23への電荷転送時にTXチャネルには意図的に電荷が残るようにする。ただし、本例では、FD23内に転送される信号電荷の電荷量が多いときの例である。 In the first TX ON operation of FIG. 6D-1, the potential of the TX channel when the TX signal is high (H) (TX signal (H)) is used as the reference potential (similar to the first embodiment shown in FIG. 5). The state is set lower (deeper) than the potential corresponding to the reset voltage RTVDD (TX signal (H)>RTVDD), so that charges are intentionally left in the TX channel when the charges are transferred from the PD 21 to the FD 23. However, this example is an example when the amount of signal charges transferred to the FD 23 is large.

次いで、図6(d−2)に示す初回TXオフ動作で、TX信号がロー(L)となる際に(TX信号(L))、当該信号電荷の内、電荷Q1がPD21に残留する。これを分配残像電荷と称することにする。この電荷Q1は従来技法の動作であれば、次のフレームの信号読出し動作時に別の残像として現れることになる。このように、初回TXオン時にPD21まで溢れる程の電荷量では無くても、FD23内の信号が大きいとTXオフ時にPD21に分配される電荷量が多くなることもある。 Next, in the first TX off operation shown in FIG. 6D-2, when the TX signal becomes low (L) (TX signal (L)), the electric charge Q1 remains in the PD 21 among the signal charges. This will be referred to as distributed afterimage charge. In the case of the operation of the conventional technique, this charge Q1 will appear as another afterimage during the signal read operation of the next frame. As described above, even if the charge amount is not enough to overflow to the PD 21 when the TX is first turned on, the charge amount distributed to the PD 21 when the TX is turned off may increase when the signal in the FD 23 is large.

一方、本発明に係る実施例2では、図6(e)の初回読み出し動作後に、画素信号の読み出しに寄与しないリセット動作間で、TX信号のハイ(H)からロー(L)及びロー(H)からハイ(H)の動作を1回以上行う図6(f)乃至(h)に示すダミーシャッター動作を行う。ここで、前述のように定義した電子シャッター動作では露光制御を目的とするものであるが、これと同様な駆動を行うものの、PD21の残像成分を除去するための画素信号の読み出しに寄与しない動作であることから「ダミーシャッター動作」として区別して定義する。 On the other hand, in the second embodiment according to the present invention, after the initial read operation of FIG. 6E, high (H) to low (L) and low (H) of the TX signal are performed during the reset operation that does not contribute to the reading of the pixel signal. ) To high (H) is performed once or more, and the dummy shutter operation shown in FIGS. 6F to 6H is performed. Here, the electronic shutter operation defined as described above is intended for exposure control, but the same driving is performed, but an operation that does not contribute to the readout of the pixel signal for removing the afterimage component of the PD 21. Therefore, it is defined separately as “dummy shutter operation”.

即ち、当該分配残像電荷Q1は、図6(f)乃至(h)におけるダミーシャッター動作により、画素信号としては読み出さず排出されるため、分配残像電荷は画像には現れない。また、この動作による次のフレームの露光前の状態は、図6(h)に示すように、前述した図5(g)の場合と同じになる。従って、尾を引く残像は現れない。尚、一般にQms>>Q1であり、その影響は微小である。更に、当該ダミーシャッター動作を複数回行うことが有効であり、より確実に分配残像電荷を排出することができるようになる。 That is, since the distribution afterimage charge Q1 is discharged without being read out as a pixel signal by the dummy shutter operation in FIGS. 6F to 6H, the distribution afterimage charge does not appear in the image. Further, the state before the exposure of the next frame by this operation is the same as the case of FIG. 5(g) described above, as shown in FIG. 6(h). Therefore, there is no trailing afterimage. In general, Qms>>Q1 and the influence is small. Further, it is effective to perform the dummy shutter operation a plurality of times, and the distributed afterimage charge can be discharged more reliably.

このように、実施例2に係る撮像装置1は、駆動回路31により、実施例1の動作に加えて、分配残像電荷によるPD21の残像成分を除去するための画素信号の読み出しに寄与しないダミーシャッター動作を行い、その露光電荷量に関わらず、フォトダイオード(PD21)内に常に一定の電荷量を残すようにした。これにより、実施例2に係る撮像装置1は、残像が発生しうる固体撮像素子2を使用しても、その露光電荷量に関わらず、その残像の影響を除去又は軽減させた映像を得ることができる。 As described above, in the image pickup apparatus 1 according to the second embodiment, in addition to the operation of the first embodiment, the drive circuit 31 does not contribute to the readout of the pixel signal for removing the afterimage component of the PD 21 due to the distributed afterimage charge. The operation is performed so that a constant charge amount is always left in the photodiode (PD21) regardless of the exposure charge amount. As a result, the image pickup apparatus 1 according to the second embodiment can obtain an image in which the influence of the afterimage is removed or reduced regardless of the exposure charge amount even when the solid-state image pickup device 2 in which the afterimage is generated is used. You can

図7は、実施例1,2に係る信号読み出し動作を行う駆動回路31の駆動信号(RT信号及びTX信号)に関するタイミングチャートを示している。図7に示す例では、画素信号の読み出し動作(図5(a)乃至(e))の2回と、その間に行われる残像除去のためのダミーシャッター動作(図6(f)乃至(h))の1回を示している。ただし、本タイミングチャートにおいては、TX信号による電荷転送の直前に行われるリセット動作を、その電荷転送と対にした例としている。また、ダミーシャッター動作の最後のTX信号によるPD21のリセット動作は、信号読み出しに係る露光時間開始のためのリセットを兼ねている。実施例1による残像除去では、TX信号(H)の電圧とリセット電圧RTVDDの関係を、前述したようにTX信号(H)>RTVDDとし、PD21に一定量の電荷を残留させるようにしている。 FIG. 7 is a timing chart regarding the drive signals (RT signal and TX signal) of the drive circuit 31 that performs the signal read operation according to the first and second embodiments. In the example shown in FIG. 7, the pixel signal read-out operation (FIGS. 5A to 5E) is performed twice, and the dummy shutter operation (FIGS. 6F to 6H) for removing the afterimage performed between them is performed. ) Is shown once. However, in this timing chart, the reset operation performed immediately before the charge transfer by the TX signal is taken as an example of pairing with the charge transfer. Further, the reset operation of the PD 21 by the final TX signal of the dummy shutter operation also serves as a reset for starting the exposure time related to signal reading. In the afterimage removal according to the first embodiment, the relationship between the voltage of the TX signal (H) and the reset voltage RTVDD is TX signal (H)>RTVDD as described above, and a certain amount of charge remains in the PD 21.

そして、実施例2に係る残像除去のためのダミーシャッター動作においては、TX信号のハイ(H)とロー(L)を1回以上(好適には複数回)繰り返し、分配残像電荷を排出するようにしている。この残像除去のためのダミーシャッター動作は、隣接する画素信号の読み出し期間の任意のタイミングで行うことができ、ダミーシャッター動作における最後のTH信号(H)から次の画素信号の読み出しのためのTH信号(H)までの期間が画素信号として読み出される露光時間となる。従って、画素信号の読み出しの直後に当該ダミーシャッター動作を行うことにより、露光時間を殆ど損なうことなく残像を除去することができる。 Then, in the dummy shutter operation for removing the afterimage according to the second embodiment, the high (H) and the low (L) of the TX signal are repeated once or more (preferably a plurality of times) to discharge the distributed afterimage charge. I have to. The dummy shutter operation for removing the afterimage can be performed at any timing in the read period of the adjacent pixel signal, and the TH for reading the next pixel signal from the last TH signal (H) in the dummy shutter operation. The period up to the signal (H) is the exposure time read out as a pixel signal. Therefore, by performing the dummy shutter operation immediately after reading the pixel signal, the afterimage can be removed with almost no loss in the exposure time.

ただし、このような実施例1,2の動作は、図8に示すように、今回の画素信号の読み出し前であって、前回の画素信号の読み出し期間中に複数回のTX信号(H)を駆動させても同様な原理に基づく残像の低減効果を期待できる。 However, as shown in FIG. 8, the operations of Examples 1 and 2 are performed before the pixel signal of this time is read, and the TX signal (H) is output a plurality of times during the reading period of the pixel signal of the last time. Even when driven, the afterimage reducing effect based on the same principle can be expected.

図9は本発明による一実施形態の撮像装置1における実施例2の効果を示す測定データのグラフである。横軸は、一定輝度の明るい信号が入射した後の、暗状態での信号読み出しのフレーム数を表し、縦軸は残像量を任意のスケールで示している。従来の信号読み出し動作による駆動を用いた場合には、PD21内に残留した電荷が徐々にPD21から読み出され、5フレーム程度の尾を引く残像となって信号に現れている。これに対して、本発明による実施例2の信号読み出し動作による駆動を行うことにより、残像は雑音レベル以下となり、観測されなくなっていることが分かる。尚、実施例2は、実施例1の動作を含むため、実施例1による作用・効果もある。 FIG. 9 is a graph of measurement data showing an effect of Example 2 in the image pickup apparatus 1 according to the embodiment of the present invention. The horizontal axis represents the number of frames for signal readout in a dark state after a bright signal having a constant brightness is incident, and the vertical axis represents the afterimage amount on an arbitrary scale. When the conventional driving by the signal reading operation is used, the charges remaining in the PD 21 are gradually read from the PD 21 and appear in the signal as an afterimage with a trailing tail of about 5 frames. On the other hand, by performing the driving by the signal reading operation of the second embodiment according to the present invention, it can be seen that the afterimage is below the noise level and is not observed. In addition, since the second embodiment includes the operation of the first embodiment, the operation and effect of the first embodiment can be obtained.

以上のように、本発明における撮像装置1は、駆動回路31により、電荷電圧変換部に対するリセット電圧及び電荷転送ゲートの駆動電圧を、電荷転送ゲートがオンからオフに遷移するときに、一部の電荷がフォトダイオード(PD)21内に戻されるような電圧値に設定して駆動する(実施例1,2)。尚、固体撮像素子2は、この電圧値に応じたポテンシャル変化を示すものとする。 As described above, in the imaging device 1 according to the present invention, the drive circuit 31 partially resets the reset voltage for the charge-voltage converter and the drive voltage for the charge transfer gate when the charge transfer gate makes a transition from on to off. The drive is performed by setting the voltage value such that the charges are returned to the photodiode (PD) 21 (Examples 1 and 2). Note that the solid-state image sensor 2 exhibits a potential change according to this voltage value.

そして、PD21に蓄積された電荷を読み出した後に、次のPD21の信号電荷蓄積が始まるまでの間に、PD21の残像成分を除去するための画素信号の読み出しに寄与しないダミーシャッター動作として、PD21からFD23への電荷転送、及びFD23のリセット動作を行う。このダミーシャッター動作を電荷転送ゲートのオン/オフを1回以上、残像低減効果が得られる回数で行うことで、その露光電荷量に関わらず、その残像の影響を除去又は軽減させた映像を得ることができるようになる。 Then, after reading the electric charge accumulated in the PD 21 and before the next signal electric charge accumulation of the PD 21 is started, a dummy shutter operation that does not contribute to the reading of the pixel signal for removing the afterimage component of the PD 21 is performed from the PD 21. The charge transfer to the FD 23 and the reset operation of the FD 23 are performed. This dummy shutter operation is performed by turning on/off the charge transfer gate once or more times at a number of times that the afterimage reducing effect is obtained, thereby obtaining an image in which the effect of the afterimage is removed or reduced regardless of the exposure charge amount. Will be able to.

以上の特定の実施形態のおける特定の実施例を例に説明したが、本発明は、上述した例に限定する必要はない。例えば、上述した本発明に係る各実施例では、残像が発生する固体撮像素子2を前提に説明したが、可能性として残像が発生しうる固体撮像素子2に適用することや、全く残像が発生しない固体撮像素子2に適用してもその動作上の不具合を生じさせるものではない。従って、本発明に係る撮像装置1に適用可能な固体撮像素子2の自由度が増大するため、装置の低廉化にも寄与するものとなる。 Although the specific example of the above-described specific embodiment has been described as an example, the present invention is not limited to the above-described example. For example, in each of the embodiments according to the present invention described above, the solid-state image sensor 2 in which an afterimage is generated has been described as a premise, but the present invention may be applied to the solid-state image sensor 2 in which an afterimage may possibly occur, or no afterimage occurs. Even if it is applied to the solid-state image pickup element 2, it does not cause a malfunction in its operation. Therefore, the degree of freedom of the solid-state image pickup element 2 applicable to the image pickup apparatus 1 according to the present invention is increased, which contributes to cost reduction of the apparatus.

本発明によれば、残像が発生しうる固体撮像素子を使用しても、その残像の影響を除去又は軽減させた映像を得ることができるので、カメラ等の撮像装置の用途に有用である。 According to the present invention, even if a solid-state imaging device that can generate an afterimage is used, an image in which the influence of the afterimage is removed or reduced can be obtained, and thus it is useful for applications of imaging devices such as cameras.

1 撮像装置
2 固体撮像素子
3 制御部
31 駆動回路
32 信号処理回路
21 フォトダイオード(PD)
22 転送トランジスタ
23 フローティングディフュージョン(FD)
24 リセットトランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Imaging device 2 Solid-state imaging device 3 Control part 31 Drive circuit 32 Signal processing circuit 21 Photodiode (PD)
22 Transfer Transistor 23 Floating Diffusion (FD)
24 Reset transistor

Claims (5)

撮像装置であって、
固体撮像素子と、
前記固体撮像素子にて電荷転送ゲートによりフォトダイオードから電荷電圧変換部へ電荷転送する際に、該フォトダイオード内に所定の電荷量を残すべく前記電荷電圧変換部における基準ポテンシャルに対し前記電荷転送ゲートのチャネルの電位が深くなるポテンシャル勾配を生じさせるよう、前記固体撮像素子を駆動する駆動手段と、を備え
前記駆動手段は、当該電荷転送の際に前記ポテンシャル勾配により前記電荷転送ゲートのチャネルに電荷が残るようにしたことを特徴とする撮像装置。
An imaging device,
A solid-state image sensor,
When transferring charges from the photodiode to the charge-voltage converter by the charge-transfer gate in the solid-state imaging device, the charge-transfer gate is used with respect to the reference potential in the charge-voltage converter to leave a predetermined amount of charge in the photodiode. Drive means for driving the solid-state imaging device so as to generate a potential gradient in which the potential of the channel of becomes deeper ,
The image pickup device according to claim 1, wherein the driving unit causes charges to remain in a channel of the charge transfer gate due to the potential gradient during the charge transfer .
前記駆動手段は、前記フォトダイオードにおける残像成分を除去するための、画素信号の読み出しに寄与しない前記電荷転送ゲートのオン・オフ及び前記電荷電圧変換部のリセット動作の組み合わせによる所定のダミーシャッター動作を1回以上前記画素信号の読み出し前に行う機能を更に備えることを特徴とする、請求項に記載の撮像装置。 The driving unit performs a predetermined dummy shutter operation for removing an afterimage component in the photodiode by a combination of ON/OFF of the charge transfer gate and a reset operation of the charge/voltage conversion unit, which do not contribute to reading of a pixel signal. further characterized in that a function to be performed before the reading of one or more the pixel signal, the image pickup apparatus according to claim 1. 前記駆動手段は、前記所定のダミーシャッター動作を前記画素信号の読み出し前に複数回行う機能を更に備えることを特徴とする、請求項に記載の撮像装置。 The image pickup apparatus according to claim 2 , wherein the driving unit further has a function of performing the predetermined dummy shutter operation a plurality of times before reading the pixel signal. 前記駆動手段は、今回の画素信号の読み出し前であって、前回の画素信号の読み出し期間中に、複数回前記電荷転送ゲートのオン・オフ動作を行う機能を更に備えることを特徴とする、請求項又はに記載の撮像装置。 It said drive means is a front reading of this pixel signal, during the readout period of the previous pixel signal, characterized by further comprising a function of performing a plurality of times of on-off operation of the charge transfer gate, the imaging apparatus according to claim 2 or 3. 前記ポテンシャル勾配を生じさせる電荷転送ゲートのチャネルの電位に対応する電荷転送ゲート用駆動電圧が、前記基準ポテンシャルに対応するリセット電圧より大きい値となるよう構成されていることを特徴とする、請求項1からのいずれか一項に記載の撮像装置。 The charge transfer gate drive voltage corresponding to the potential of the channel of the charge transfer gate that causes the potential gradient is configured to have a value higher than the reset voltage corresponding to the reference potential. The imaging device according to any one of 1 to 4 .
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