JP7250562B2 - Imaging device and its control method - Google Patents

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Description

本発明は、グローバル電子シャッタ撮影が可能な撮像装置およびその制御方法に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus capable of global electronic shutter imaging and a control method thereof.

CMOS(相補型金属酸化膜半導体)型イメージセンサを使用する撮像装置では、行ごとに信号蓄積および読み出しを行う、いわゆるローリングシャッタ撮影が一般的であった。そのため、動きの速い被写体に対して画面の上下で信号蓄積の時間差に伴う像の歪みが発生する可能性があった。 2. Description of the Related Art An imaging device using a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type image sensor generally employs so-called rolling shutter photography in which signal accumulation and readout are performed for each row. For this reason, there is a possibility that an image of a fast-moving object may be distorted due to the difference in signal accumulation time between the top and bottom of the screen.

これに対してグローバル電子シャッタ撮影では、撮像素子の1画素内に信号保持部を設けることによって全画素の信号蓄積を同時に行い、動きの速い被写体に対して歪みのない撮像画像を取得できる。特許文献1に開示された撮像装置は、グローバル電子シャッタ撮影が可能であって、さらにライブビュー画像を表示しつつ、位相差方式の焦点検出を行うことができる。撮像素子を構成する各画素部は、2つの光電変換部および該光電変換部にそれぞれ接続された2つの信号保持部と、1つの信号読み出し部とを備える。 On the other hand, in the global electronic shutter photography, signals of all pixels are accumulated simultaneously by providing a signal holding unit within one pixel of the image pickup device, so that a captured image of a fast-moving subject can be obtained without distortion. The imaging apparatus disclosed in Patent Document 1 is capable of global electronic shutter photography, and can perform phase-difference focus detection while displaying a live view image. Each pixel unit that constitutes an imaging device includes two photoelectric conversion units, two signal holding units connected to the photoelectric conversion units, and one signal readout unit.

一方で、短い蓄積時間で撮像された第1の画像と長い蓄積時間で撮像された第2の画像を取得して、広いダイナミックレンジの画像を生成する技術がある。特許文献2には、撮像素子の1画素内に1つの光電変換部と2つの信号保持部を設けることによって、蓄積時間の異なる第1および第2の画像を取得可能な撮像装置が開示されている。 On the other hand, there is a technique of acquiring a first image captured in a short accumulation time and a second image captured in a long accumulation time to generate an image with a wide dynamic range. Patent Document 2 discloses an imaging device capable of acquiring first and second images with different accumulation times by providing one photoelectric conversion unit and two signal holding units in one pixel of an imaging element. there is

特開2017-55359号公報JP 2017-55359 A 特開2017-220911号公報JP 2017-220911 A 特開2013-172210号公報JP 2013-172210 A 特開2002-165126号公報JP-A-2002-165126

従来の撮像装置では、ライブビュー画像を表示しつつ位相差方式の焦点検出を行うとともに、グローバル電子シャッタ撮影で広いダイナミックレンジの画像を取得するためには、画素部の構成が複雑になるという問題があった。撮像素子の各画素部が2つの光電変換部を有する場合、それぞれの光電変換部に接続される2つの信号保持部、つまり合計で4つの信号保持部を設ける必要があるので、画素部の構成要素が増加する。 In conventional imaging devices, the pixel structure becomes complicated in order to perform phase-difference focus detection while displaying a live view image and to acquire images with a wide dynamic range in global electronic shutter photography. was there. When each pixel portion of the image sensor has two photoelectric conversion portions, two signal holding portions connected to each photoelectric conversion portion, that is, four signal holding portions in total must be provided. element increases.

本発明は、よりシンプルな画素構造の撮像素子を用いて、位相差方式の焦点検出を行いグローバル電子シャッタ撮影で広いダイナミックレンジの画像を取得可能な撮像装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an imaging apparatus capable of obtaining an image with a wide dynamic range by performing phase-difference focus detection using an imaging element with a simpler pixel structure and by global electronic shutter imaging.

本発明の実施形態の装置は、複数の画素部を備え、前記画素部がそれぞれ複数の光電変換部および複数の信号保持部を有する撮像素子と、前記撮像素子を制御する制御手段とを備える撮像装置であって、前記複数の画素部のうちの第1の画素部は、前記複数の光電変換部のうちの第1の光電変換部の信号を第1および第2の信号保持部にそれぞれ転送する複数の第1の転送手段と、前記複数の光電変換部のうちの第2の光電変換部の信号を第1および第2の信号保持部にそれぞれ転送する複数の第2の転送手段と、前記第1の信号保持部に保持された信号を出力する信号読み出し手段と、前記第2の信号保持部に保持された信号を、前記複数の画素部のうちの第2の画素部へ転送する第3の転送手段と、を有する。前記制御手段は前記第3の転送手段を制御し、前記第1の画素部が有する前記第2の信号保持部の信号を、前記第2の画素部が有する前記信号読み出し手段により出力する制御を行う。 An apparatus according to an embodiment of the present invention includes a plurality of pixel units, each of which includes an image sensor having a plurality of photoelectric conversion units and a plurality of signal holding units, and a control unit for controlling the image sensor. In the device, a first pixel section among the plurality of pixel sections transfers a signal of the first photoelectric conversion section among the plurality of photoelectric conversion sections to first and second signal holding sections, respectively. a plurality of first transfer means for transferring signals from the second photoelectric conversion units among the plurality of photoelectric conversion units to the first and second signal holding units, respectively; a signal reading unit for outputting the signal held in the first signal holding unit; and a signal readout unit for transferring the signal held in the second signal holding unit to a second pixel unit among the plurality of pixel units. and a third transfer means. The control means controls the third transfer means to output the signal of the second signal holding part of the first pixel part by the signal reading means of the second pixel part. conduct.

本発明によれば、よりシンプルな画素構造の撮像素子を用いて、位相差方式の焦点検出を行いグローバル電子シャッタ撮影で広いダイナミックレンジの画像を取得可能な撮像装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an imaging apparatus capable of obtaining an image with a wide dynamic range by performing phase-difference focus detection using an imaging device with a simpler pixel structure and by global electronic shutter imaging.

撮像装置の正面図(A)および背面図(B)である。It is the front view (A) and rear view (B) of an imaging device. 撮像装置の概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of an imaging device; FIG. 撮像素子の2画素の構成例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of two pixels of an imaging device; 動画撮影時の撮像素子の駆動シーケンスを示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing the driving sequence of the image sensor during moving image shooting; 静止画撮影時の処理を説明するフローチャートである。4 is a flowchart for explaining processing during still image shooting; 焦点検出用画像を取得する場合の撮像素子の駆動シーケンスを示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing a driving sequence of the imaging element when acquiring an image for focus detection; 連写撮影時の撮像素子の駆動シーケンスを示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing the driving sequence of the image sensor during continuous shooting; 単写撮影時の撮像素子の駆動シーケンスを示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing a driving sequence of the image sensor during single-shot shooting;

以下に、本発明の好適な実施形態として、位相差方式の焦点検出を行い、グローバル電子シャッタ撮影で広いダイナミックレンジの画像を取得可能な撮像装置を詳細に説明する。撮像装置としてデジタルスチルモーションカメラの例を示すが、本発明は、ドローン、自動車等の移動装置に搭載される撮像装置や、撮像機能を有する各種の電子機器に適用可能である。 As a preferred embodiment of the present invention, an imaging apparatus capable of performing phase-difference focus detection and acquiring an image with a wide dynamic range by global electronic shutter photography will be described in detail below. Although an example of a digital still motion camera is shown as an imaging device, the present invention is applicable to imaging devices mounted on mobile devices such as drones and automobiles, and various electronic devices having imaging functions.

図1は、本実施形態に係る撮像装置を例示する外観図である。図1(A)は撮像装置の正面図、図1(B)は撮像装置の背面図である。撮像装置本体部151は、その内部に撮像素子やシャッタ装置等を備える。 FIG. 1 is an external view illustrating an imaging device according to this embodiment. FIG. 1A is a front view of the imaging device, and FIG. 1B is a rear view of the imaging device. The imaging device main unit 151 includes an imaging element, a shutter device, and the like therein.

レンズ部は撮像光学系152を構成するレンズや絞りを備え、被写体の光学像を撮像素子に結像させる。可動式の表示部153は、撮像装置本体部151の背面部に設けられており、撮影情報や映像を画面に表示する。表示部153は広いダイナミックレンジの映像であっても、その輝度範囲を抑制することなく表示可能な表示輝度範囲を有する。 The lens unit includes lenses and a diaphragm that constitute the imaging optical system 152, and forms an optical image of a subject on an imaging device. A movable display unit 153 is provided on the rear surface of the imaging device main unit 151, and displays shooting information and images on the screen. The display unit 153 has a display luminance range in which even an image with a wide dynamic range can be displayed without suppressing the luminance range.

操作スイッチ(以下、スイッチSTと記す)154は、主に静止画の撮影を行うためにユーザが使用する。スイッチST154は撮像装置本体部151の上面部に配置されている。操作スイッチ(以下、スイッチMVと記す)155は、ユーザが動画撮影の開始および停止を指示するために使用する。スイッチMV155は撮像装置本体部151の背面の右上部に配置されている。スイッチMV155の下側には、撮影モード選択レバー156、撮像装置の機能設定モードへの移行用のメニュー釦157、記録映像を表示部153の画面上で再生する再生ボタン161が配置されている。撮像装置の背面の右下部には、各種設定値の変更に用いるアップダウンスイッチ158および159、ダイアル160が配置されている。 An operation switch (hereinafter referred to as switch ST) 154 is mainly used by the user to shoot still images. The switch ST154 is arranged on the upper surface of the imaging apparatus main body 151. As shown in FIG. An operation switch (hereinafter referred to as switch MV) 155 is used by the user to instruct the start and stop of moving image shooting. The switch MV 155 is arranged in the upper right part of the rear surface of the imaging device main body 151 . Below the switch MV 155, a shooting mode selection lever 156, a menu button 157 for shifting to the function setting mode of the imaging device, and a playback button 161 for playing back recorded video on the screen of the display unit 153 are arranged. Up-down switches 158 and 159 and a dial 160 used for changing various setting values are arranged in the lower right portion of the rear surface of the imaging device.

図2は撮像装置の概略構成を示すブロック図である。撮像光学系152の光軸180を1点鎖線で示している。絞り181は、撮像光学系152を通過する光の量を調節する部材であり、レンズ・絞り制御部182により制御される。レンズ・絞り制御部182は絞り制御の他に、撮像光学系152を構成する可動レンズ(ズームレンズ、フォーカスレンズ、像ブレ補正レンズ等)の駆動制御を行う。光学フィルタ183は撮像素子184に入射する光の波長、および、撮像素子184に伝達する空間周波数を制限する部材である。撮像素子184は、撮像光学系152を介して結像された被写体の光学像を電気的な映像信号に光電変換する。撮像素子184は所定の規格(Ultra High Definition Television規格等)を満たすに十分な画素数、信号読み出し速度、色域、ダイナミックレンジを有している。 FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the imaging device. An optical axis 180 of the imaging optical system 152 is indicated by a dashed line. The diaphragm 181 is a member that adjusts the amount of light passing through the imaging optical system 152 and is controlled by the lens/aperture controller 182 . The lens/aperture control unit 182 performs drive control of movable lenses (zoom lens, focus lens, image blur correction lens, etc.) that constitute the imaging optical system 152 in addition to aperture control. The optical filter 183 is a member that limits the wavelength of light incident on the imaging element 184 and the spatial frequency transmitted to the imaging element 184 . The imaging device 184 photoelectrically converts the optical image of the subject formed via the imaging optical system 152 into an electrical video signal. The imaging element 184 has a sufficient number of pixels, signal readout speed, color gamut, and dynamic range to satisfy a predetermined standard (such as the Ultra High Definition Television standard).

デジタル信号処理部187は、撮像素子184より出力されたデジタル映像データを取得して各種の補正を行った後に、映像データの圧縮処理を実行する。タイミング発生部189は撮像素子184、デジタル信号処理部187に各種タイミング信号を出力する。 The digital signal processing unit 187 acquires the digital image data output from the image pickup device 184, performs various corrections, and then executes compression processing of the image data. A timing generation unit 189 outputs various timing signals to the imaging element 184 and the digital signal processing unit 187 .

システム制御CPU(中央演算処理装置)178はプログラムを実行して撮像システム全体を制御する。システム制御CPU(以下、単にCPUという)178は操作入力部179からの操作指示信号にしたがって、撮像装置の各部を制御する。例えばCPU178はタイミング発生部189を介して撮像素子184、デジタル信号処理部187の制御を行い、レンズ・絞り制御部182により可動レンズや絞り181の制御を行う。操作入力部179は、図1に示すスイッチST154やスイッチMV155、各種のスイッチ部材やタッチパネル等の入力デバイスを備える。映像メモリ190は、映像データを一時的に記憶する記憶部である。 A system control CPU (Central Processing Unit) 178 executes programs to control the entire imaging system. A system control CPU (hereinafter simply referred to as CPU) 178 controls each section of the imaging apparatus in accordance with an operation instruction signal from an operation input section 179 . For example, the CPU 178 controls the image sensor 184 and the digital signal processing section 187 via the timing generating section 189 , and controls the movable lens and the diaphragm 181 via the lens/aperture control section 182 . The operation input unit 179 includes input devices such as the switch ST154 and the switch MV155 shown in FIG. 1, various switch members, and a touch panel. The video memory 190 is a storage unit that temporarily stores video data.

表示インターフェース部191は、CPU178と表示部153とを繋ぐインターフェース(以下、I/Fと略記する)部である。表示部153は液晶ディスプレイ等を備え、撮影された映像のデータや撮影情報を画面に表示する。 The display interface unit 191 is an interface (hereinafter abbreviated as I/F) unit that connects the CPU 178 and the display unit 153 . The display unit 153 includes a liquid crystal display or the like, and displays captured image data and shooting information on the screen.

記録I/F部192は記録媒体193と接続され、記録媒体193へのデータの記録または読み出しを行うことが可能である。記録媒体193は映像データや付加データ等を記録するための半導体メモリ等であり、撮像装置への着脱が可能である。 A recording I/F unit 192 is connected to a recording medium 193 and can record data on or read data from the recording medium 193 . A recording medium 193 is a semiconductor memory or the like for recording video data, additional data, etc., and is detachable from the imaging apparatus.

外部I/F部196は、CPU178がコンピュータ等の外部機器197と通信を行う回路部を備える。プリントI/F部194はCPU178の制御指令にしたがって、撮影された映像のデータをプリンタ195に出力して印刷するための回路部を備える。プリンタ195は小型インクジェットプリンタ等である。無線I/F部198はCPU178がインターネット等のコンピュータネットワーク199を介して通信するための回路部を備える。 The external I/F section 196 includes a circuit section for the CPU 178 to communicate with an external device 197 such as a computer. The print I/F unit 194 includes a circuit unit for outputting data of the photographed image to the printer 195 for printing according to control commands from the CPU 178 . The printer 195 is a small inkjet printer or the like. Wireless I/F section 198 includes a circuit section for CPU 178 to communicate via computer network 199 such as the Internet.

図3は撮像素子184の一部を示す回路図である。図3において、撮像素子184が備える多数の画素要素のうち、1行1列目(1,1)の画素要素と、その隣接行である2行1列目(2,1)の画素要素を示している。1行1列目(1,1)と2行1列目(2,1)とで画素要素の構成は同じであり、各構成要素には同じ符号を付して説明する。その他の画素要素についても同様の構成を有する。 FIG. 3 is a circuit diagram showing part of the imaging device 184. As shown in FIG. In FIG. 3, among the many pixel elements provided in the imaging device 184, the pixel element in the first row, first column (1, 1) and the pixel element in the second row, first column (2, 1), which is the adjacent row, are showing. The configuration of the pixel element is the same between the 1st row and 1st column (1,1) and the 2nd row and 1st column (2,1), and the same reference numerals are assigned to the respective constituent elements. Other pixel elements have similar configurations.

撮像素子184における1つの画素要素は、第1の光電変換部500_Aおよび第2の光電変換部500_Bと、第1の信号保持部507_1および第2の信号保持部507_2と、信号読み出し部を備える。各画素要素は、2つの光電変換部に対して2つの信号保持部を備えているので、光電変換部の飽和容量を確保することが可能となり、その結果広いダイナミックレンジの画像を取得できる。信号保持部を有する撮像素子184の基本構造については、特許文献3にて開示されているので説明を省略する。 One pixel element in the image sensor 184 includes a first photoelectric conversion unit 500_A and a second photoelectric conversion unit 500_B, a first signal holding unit 507_1 and a second signal holding unit 507_2, and a signal readout unit. Since each pixel element has two signal holding portions for two photoelectric conversion portions, it is possible to ensure the saturation capacity of the photoelectric conversion portions, and as a result, an image with a wide dynamic range can be obtained. The basic structure of the imaging device 184 having a signal holding unit is disclosed in Patent Document 3, so the description is omitted.

第1の光電変換部500_Aはフォトダイオード(以下、PDとも記す)により構成される。PDの受光により発生する信号は、第1の転送トランジスタ501_A1によって第1の信号保持部507_1に転送可能であり、第2の転送トランジスタ501_A2によって第2の信号保持部507_2に転送可能である。また、第3の転送トランジスタ503_Aは電源線521とPDのカソードに接続され、第1の光電変換部500_Aをリセットするためのオーバーフローゲートの機能をもつ。 The first photoelectric conversion unit 500_A is composed of a photodiode (hereinafter also referred to as PD). A signal generated by light reception by the PD can be transferred to the first signal holding portion 507_1 by the first transfer transistor 501_A1, and can be transferred to the second signal holding portion 507_2 by the second transfer transistor 501_A2. Also, the third transfer transistor 503_A is connected to the power supply line 521 and the cathode of the PD, and functions as an overflow gate for resetting the first photoelectric conversion unit 500_A.

同様に、第2の光電変換部500_BはPDにより構成される。PDの受光により発生する信号は、第4の転送トランジスタ501_B1によって第1の信号保持部507_1に転送可能であり、第5の転送トランジスタ501_B2によって第2の信号保持部507_2に転送可能である。また、第6の転送トランジスタ503_Bは電源線521とPDのカソードに接続され、第2の光電変換部500_Bをリセットするためのオーバーフローゲートの機能をもつ。 Similarly, the second photoelectric conversion unit 500_B is composed of a PD. A signal generated by light reception of the PD can be transferred to the first signal holding portion 507_1 by the fourth transfer transistor 501_B1, and can be transferred to the second signal holding portion 507_2 by the fifth transfer transistor 501_B2. Also, the sixth transfer transistor 503_B is connected to the power supply line 521 and the cathode of the PD, and functions as an overflow gate for resetting the second photoelectric conversion unit 500_B.

第1の転送トランジスタ501_A1、第2の転送トランジスタ501_A2、第4の転送トランジスタ501_B1、第5の転送トランジスタ501_B2によって電荷信号の転送部が構成される。 A charge signal transfer portion is configured by the first transfer transistor 501_A1, the second transfer transistor 501_A2, the fourth transfer transistor 501_B1, and the fifth transfer transistor 501_B2.

第1の信号保持部507_1に蓄積された電荷に対応する信号は、第7の転送トランジスタ502_1を介してフローティングディフュージョン(以下、FDと略記する)領域508に転送される。この信号は増幅トランジスタ505、選択トランジスタ506、信号出力線523を介して、撮像素子184の外部に読み出される。FD領域508、増幅トランジスタ505、および選択トランジスタ506によって、第1の信号読み出し部が構成される。つまり増幅トランジスタ505のゲートがFD領域508と接続されており、増幅トランジスタ505に接続された選択トランジスタ506が信号出力線523に接続されている。 A signal corresponding to the charge accumulated in the first signal holding unit 507_1 is transferred to a floating diffusion (hereinafter abbreviated as FD) region 508 via the seventh transfer transistor 502_1. This signal is read out to the outside of the imaging device 184 via the amplification transistor 505 , the selection transistor 506 and the signal output line 523 . The FD region 508, amplification transistor 505, and selection transistor 506 constitute a first signal reading section. That is, the gate of the amplification transistor 505 is connected to the FD region 508 , and the selection transistor 506 connected to the amplification transistor 505 is connected to the signal output line 523 .

また、第2の信号保持部507_2に蓄積された電荷に対応する信号は、第8の転送トランジスタ502_2を介して隣接行の2行1列目(2,1)の画素要素が備えるFD領域508に転送される。この信号は2行1列目(2,1)の画素要素における増幅トランジスタ505、選択トランジスタ506、信号出力線523を介して、撮像素子184の外部に読み出される。 A signal corresponding to the charge accumulated in the second signal holding portion 507_2 is transmitted through the eighth transfer transistor 502_2 to the FD region 508 included in the pixel element of the second row, first column (2, 1) of the adjacent row. transferred to This signal is read out to the outside of the image sensor 184 via the amplification transistor 505, the selection transistor 506, and the signal output line 523 in the pixel element of the 2nd row, 1st column (2, 1).

リセットトランジスタ504は電源線520とFD領域508に接続されており、FD領域508のリセットを行う。各トランジスタのゲートへの制御信号は以下のとおりである。なお図3では1行目の制御信号に(1)を付記し、2行目の制御信号に(2)を付記することで区別している。 The reset transistor 504 is connected to the power supply line 520 and the FD area 508 and resets the FD area 508 . The control signal to the gate of each transistor is as follows. In FIG. 3, the control signals on the first line are marked with (1), and the control signals on the second line are marked with (2).

第1の転送トランジスタ501_A1は転送パルスφGS_A1により制御され、第2の転送トランジスタ501_A2は転送パルスφGS_A2により制御される。第4の転送トランジスタ501_B1は転送パルスφGS_B1により制御され、第5の転送トランジスタ501_B2は転送パルスφGS_B2により制御される。 The first transfer transistor 501_A1 is controlled by a transfer pulse φGS_A1, and the second transfer transistor 501_A2 is controlled by a transfer pulse φGS_A2. The fourth transfer transistor 501_B1 is controlled by the transfer pulse φGS_B1, and the fifth transfer transistor 501_B2 is controlled by the transfer pulse φGS_B2.

また、第3の転送トランジスタ503_Aおよび第6の転送トランジスタ503_Bは転送パルスφOFGにより制御される。第7の転送トランジスタ502_1は転送パルスφTX1により制御され、第8の転送トランジスタ502_2は転送パルスφTX2により制御される。さらに、リセットトランジスタ504はリセットパルスφRESにより制御され、選択トランジスタ506は選択パルスφSELにより制御される。各制御パルスは、タイミング発生部189の制御信号に基づき不図示の垂直走査回路から各トランジスタに送出される。 Also, the third transfer transistor 503_A and the sixth transfer transistor 503_B are controlled by the transfer pulse φOFG. The seventh transfer transistor 502_1 is controlled by the transfer pulse φTX1, and the eighth transfer transistor 502_2 is controlled by the transfer pulse φTX2. Furthermore, the reset transistor 504 is controlled by a reset pulse φRES, and the selection transistor 506 is controlled by a selection pulse φSEL. Each control pulse is sent to each transistor from a vertical scanning circuit (not shown) based on a control signal from the timing generator 189 .

次にグローバル電子シャッタ撮影で広いダイナミックレンジの動画像を取得する方法を説明する。撮像素子184にて蓄積時間の長い第1の画像信号は第1の信号保持部507_1に蓄積される電荷に対応する信号であり、蓄積時間の短い第2の画像信号は第2の信号保持部507_2に蓄積される電荷に対応する信号である。第1および第2の画像信号を合成することによって広いダイナミックレンジの動画像を取得できる。このとき、第1の画像信号における時間方向の重心と第2の画像信号における時間方向の重心とのずれが小さくなるように、第1の画像信号と第2の画像信号を交互に取得する制御が行われる。また本実施形態では、動画像を取得する際に行ごとの間引き読み出しが行われ、さらにフレームごとに異なる行の画像信号を取得する処理が行われる。例えば自然数を表す変数nを導入し、撮像素子184がベイヤー配列の画素構成である場合に奇数フレームでは4n-3行と4n-2行での画像の蓄積が行われる。偶数フレームでは4n-1行と4n行での画像の蓄積が行われる。これにより、蓄積および読み出しの高速化を実現できる。 Next, a method of acquiring a moving image with a wide dynamic range by global electronic shutter photography will be described. A first image signal with a long accumulation time in the imaging device 184 is a signal corresponding to charges accumulated in the first signal holding unit 507_1, and a second image signal with a short accumulation time is a signal corresponding to the charge accumulated in the second signal holding unit 507_1. 507_2 is a signal corresponding to the charge accumulated in 507_2. A moving image with a wide dynamic range can be obtained by synthesizing the first and second image signals. At this time, control for alternately obtaining the first image signal and the second image signal so that the deviation between the center of gravity in the time direction of the first image signal and the center of gravity in the time direction of the second image signal is small. is done. Further, in this embodiment, thinning readout is performed for each row when acquiring a moving image, and processing for acquiring image signals of different rows for each frame is also performed. For example, if a variable n representing a natural number is introduced and the imaging device 184 has a Bayer array pixel configuration, images are stored in rows 4n-3 and 4n-2 in odd-numbered frames. In even-numbered frames, image accumulation is performed on rows 4n-1 and 4n. As a result, high speed storage and readout can be achieved.

図4は撮像素子184の駆動シーケンスを示すタイミングチャートである。図4では、奇数フレームで蓄積を行い偶数フレームで読み出しを行う第1行のタイミングと、偶数フレームで蓄積を行い奇数フレームで読み出しを行う第3行のタイミングを示している。グローバル電子シャッタ撮影が行われるので、4n-3行と4n-2行での蓄積は第1行と同じタイミングで制御される。同様に、4n-1行と4n行での蓄積は第3行と同じタイミングで制御される。 FIG. 4 is a timing chart showing the driving sequence of the imaging element 184. As shown in FIG. FIG. 4 shows the timing of the first row for storing in odd frames and reading out in even frames, and the timing in the third row for storing in even frames and reading out in odd frames. Since global electronic shutter photography is performed, the accumulation in rows 4n-3 and 4n-2 is controlled at the same timing as in the first row. Similarly, accumulation in the 4n−1 and 4n rows is controlled at the same timing as in the 3rd row.

図4に示すφVは垂直同期信号を表し、φHは水平同期信号を表す。その下側の各制御信号(図3参照)には行を表す数字を括弧内に示す。時間経過の方向は左から右への方向であり、時刻t1からt26を示す。 φV shown in FIG. 4 represents a vertical synchronizing signal, and φH represents a horizontal synchronizing signal. Each control signal below it (see FIG. 3) has a number in parenthesis representing a row. The direction of passage of time is from left to right, indicating time t1 to t26.

まず時刻t1で垂直同期信号φVがハイレベルになり、動画の第1フレームが開始する。時刻t1において、n=1での4n-3行、つまり第1行の転送パルスφTX1(1)およびφTX2(1)がハイレベルとなり、第7の転送トランジスタ502_1および第8の転送トランジスタ502_2がONとなる。このとき、リセットパルスφRES(1)、φRES(2)はハイレベルである。よって、電源線520に接続された各リセットトランジスタ504はON状態であるので、FD領域508とともに信号保持部507_1、507_2がリセットされる。 First, at time t1, the vertical synchronizing signal φV becomes high level, and the first frame of the moving image starts. At time t1, the transfer pulses φTX1(1) and φTX2(1) of the 4n−3 row with n=1, that is, the 1st row go high, turning on the seventh transfer transistor 502_1 and the eighth transfer transistor 502_2. becomes. At this time, the reset pulses φRES(1) and φRES(2) are at high level. Therefore, since each reset transistor 504 connected to the power supply line 520 is in the ON state, the FD region 508 as well as the signal holding units 507_1 and 507_2 are reset.

また時刻t1において、第1行の転送パルスφOFG(1)がハイレベルからローレベルに変化し、第3の転送トランジスタ503_Aと第6の転送トランジスタ503_BがOFFとなる。第1の光電変換部500_Aと第2の光電変換部500_Bのリセット状態が解除され、信号電荷の蓄積が開始される。 Also, at time t1, the transfer pulse φOFG(1) of the first row changes from high level to low level, and the third transfer transistor 503_A and the sixth transfer transistor 503_B are turned off. The reset states of the first photoelectric conversion unit 500_A and the second photoelectric conversion unit 500_B are released, and accumulation of signal charges is started.

次の時刻t2になると、第1の光電変換部500_Aおよび第2の光電変換部500_Bで蓄積された、蓄積時間の短い画像の1回目の信号電荷が、第2の信号保持部507_2に転送される。このとき転送パルスφGS_A2(1)およびφGS_B2(1)がハイレベルとなり、第2の転送トランジスタ501_A2および第5の転送トランジスタ501_B2がONとなる。第1の光電変換部500_Aおよび第2の光電変換部500_Bの信号電荷が第2の信号保持部507_2に転送される。その後に転送パルスφGS_A2(1)およびφGS_B2(1)がローレベルとなると、第2の転送トランジスタ501_A2および第5の転送トランジスタ501_B2がOFFとなる。第1の光電変換部500_Aおよび第2の光電変換部500_Bの信号電荷の蓄積が再開される。 At the next time t2, the first signal charges of an image with a short accumulation time accumulated in the first photoelectric conversion unit 500_A and the second photoelectric conversion unit 500_B are transferred to the second signal holding unit 507_2. be. At this time, the transfer pulses φGS_A2(1) and φGS_B2(1) go high, turning on the second transfer transistor 501_A2 and the fifth transfer transistor 501_B2. Signal charges of the first photoelectric conversion unit 500_A and the second photoelectric conversion unit 500_B are transferred to the second signal holding unit 507_2. After that, when the transfer pulses φGS_A2(1) and φGS_B2(1) become low level, the second transfer transistor 501_A2 and the fifth transfer transistor 501_B2 are turned off. Accumulation of signal charges in the first photoelectric conversion unit 500_A and the second photoelectric conversion unit 500_B is restarted.

時刻t3になると、第1の光電変換部500_Aおよび第2の光電変換部500_Bで蓄積された、蓄積時間の長い画像の1回目の信号電荷が、第1の信号保持部507_1に転送される。このとき転送パルスφGS_A1(1)およびφGS_B1(1)がハイレベルとなり、第1の転送トランジスタ501_A1および第4の転送トランジスタ501_B1がONとなる。第1の光電変換部500_Aおよび第2の光電変換部500_Bの信号電荷が第1の信号保持部507_1に転送される。その後に転送パルスφGS_A1(1)およびφGS_B1(1)がローレベルとなると、第1の転送トランジスタ501_A1および第4の転送トランジスタ501_B1がOFFとなる。第1の光電変換部500_Aおよび第2の光電変換部500_Bの信号電荷の蓄積が再開される。 At time t3, the first signal charge of an image with a long accumulation time accumulated in the first photoelectric conversion unit 500_A and the second photoelectric conversion unit 500_B is transferred to the first signal holding unit 507_1. At this time, the transfer pulses φGS_A1(1) and φGS_B1(1) become high level, and the first transfer transistor 501_A1 and the fourth transfer transistor 501_B1 are turned ON. Signal charges of the first photoelectric conversion unit 500_A and the second photoelectric conversion unit 500_B are transferred to the first signal holding unit 507_1. After that, when the transfer pulses φGS_A1(1) and φGS_B1(1) become low level, the first transfer transistor 501_A1 and the fourth transfer transistor 501_B1 are turned off. Accumulation of signal charges in the first photoelectric conversion unit 500_A and the second photoelectric conversion unit 500_B is restarted.

これ以降には以下の信号転送が行われる。蓄積時間が相対的に長い画像を第1の画像とし、蓄積時間が相対的に短い画像を第2の画像とする。
・各時刻t4,t6,t8,t12での第2の画像に係る2回目、3回目、4回目、5回目の転送。
・各時刻t5,t7,t9での第1の画像に係る2回目、3回目、4回目の転送。
“t4<t5<t6<t7<t8<t9<t12”の関係であり、第2の画像信号と第1の画像信号はそれぞれに対応した信号保持部に転送される。
After this, the following signal transfer takes place. An image with a relatively long accumulation time is defined as a first image, and an image with a relatively short accumulation time is defined as a second image.
• 2nd, 3rd, 4th and 5th transfer of the second image at times t4, t6, t8 and t12.
• Second, third, and fourth transfer of the first image at times t5, t7, and t9.
The relationship is "t4<t5<t6<t7<t8<t9<t12", and the second image signal and the first image signal are transferred to the corresponding signal holding units.

以上のように、蓄積時間の短い第2の画像信号と蓄積時間の長い第1の画像信号とが交互に蓄積および転送されることにより、第2の画像信号と第1の画像信号との間で時間方向の重心ずれを抑制することができる。 As described above, by alternately accumulating and transferring the second image signal with a short accumulation time and the first image signal with a long accumulation time, the difference between the second image signal and the first image signal is can suppress the deviation of the center of gravity in the time direction.

第1フレームで蓄積された、4n-3行と4n-2行の信号電荷は、第2フレームで読み出される。本実施形態の撮像装置では、クロストークの影響を受けやすい蓄積時間の短い第2の画像信号から先に読み出すように制御される。また撮像素子184では、第2の信号保持部507_2に蓄積された第2の画像の信号電荷が、隣接行に属する画素部の信号読み出し部から読み出される構成である。ここで、撮像素子184は図3に示した構成要素の他に、最終行の画素部外には第2の信号読み出し部を有している。 The signal charges in rows 4n-3 and 4n-2 accumulated in the first frame are read out in the second frame. In the imaging apparatus of the present embodiment, control is performed so that the second image signal having the short accumulation time, which is susceptible to crosstalk, is read out first. In the imaging device 184, the signal charges of the second image accumulated in the second signal holding portion 507_2 are read from the signal reading portion of the pixel portion belonging to the adjacent row. Here, in addition to the components shown in FIG. 3, the imaging device 184 has a second signal reading section outside the pixel section on the last row.

図4に示す時刻t13は第2フレームの開始時刻であり、時刻t13より前の時刻t10において、n=1での4n-2行、つまり第2行のリセットパルスφRES(2)がローレベルになる。図3の撮像素子184の一部回路図に示す第2行のリセットトランジスタ504がOFFとなり、第2行のFD領域508のリセット状態が解除される。次の時刻t11にて第2行の選択パルスφSEL(2)がハイレベルになり、第2行の増幅トランジスタ505を介して第2行のFD領域508のノイズ成分が読み出される。さらに時刻t13では、第1行の転送パルスφTX2(1)および第2行の選択パルスφSEL(2)がハイレベルになる。第1行の第2の信号保持部507_2に蓄積された、蓄積時間の短い第2の画像の信号電荷が第2行の信号読み出し部を介して読み出される。この第2の画像の信号電荷の読み出し時に含まれるFD領域508でのノイズ成分は、不図示の回路により信号電荷から差し引かれて信号成分が撮像素子184外に出力される。 Time t13 shown in FIG. 4 is the start time of the second frame, and at time t10 before time t13, the reset pulse φRES(2) of the 4n−2 row with n=1, that is, the second row goes low. Become. The reset transistor 504 in the second row shown in the partial circuit diagram of the imaging device 184 in FIG. 3 is turned off, and the reset state of the FD region 508 in the second row is released. At the next time t11, the second row selection pulse φSEL(2) becomes high level, and the noise component of the second row FD region 508 is read out through the second row amplification transistor 505. FIG. Further, at time t13, the transfer pulse φTX2(1) for the first row and the selection pulse φSEL(2) for the second row go high. The signal charges of the second image having a short accumulation time accumulated in the second signal holding section 507_2 of the first row are read out via the signal reading section of the second row. The noise component in the FD region 508 included when reading out the signal charge of the second image is subtracted from the signal charge by a circuit (not shown), and the signal component is output to the outside of the image sensor 184 .

第1行での第2の画像の信号電荷が読み出されると、時刻t15にてリセットパルスφRES(2)がハイレベルになり、第2行のFD領域508がリセット状態になる。引き続き、第2行における第2の信号保持部507_2に蓄積された第2の画像の信号電荷が以下のように読み出される。まず、時刻t14において、n=1での4n-1行、つまり第3行のリセットパルスφRES(3)がローレベルになる。図3では3行目の構成素子の図示を省略するが、第3行のリセットトランジスタ504がOFFとなり、第3行のFD領域508のリセット状態が解除される。時刻t15にて第3行の選択パルスφSEL(3)がハイレベルになり、第3行の増幅トランジスタ505を介して第3行のFD領域508のノイズ成分が読み出される。さらに時刻t16にて、不図示の第2行の転送パルスφTX2(2)および第3行の選択パルスφSEL(3)がハイレベルになる。第2行の第2の信号保持部507_2に蓄積された、蓄積時間の短い第2の画像の信号電荷が第3行の信号読み出し部を介して読み出される。 When the signal charges of the second image in the first row are read out, the reset pulse φRES(2) goes high at time t15, and the FD region 508 in the second row is reset. Subsequently, the signal charges of the second image accumulated in the second signal holding portion 507_2 in the second row are read as follows. First, at time t14, the reset pulse φRES(3) of the 4n−1 row with n=1, that is, the 3rd row goes low. Although illustration of the constituent elements of the third row is omitted in FIG. 3, the reset transistor 504 of the third row is turned off, and the reset state of the FD region 508 of the third row is released. At time t15, the 3rd row selection pulse φSEL(3) goes high, and the noise component of the 3rd row FD region 508 is read out via the 3rd row amplification transistor 505 . Further, at time t16, the transfer pulse φTX2(2) of the second row and the selection pulse φSEL(3) of the third row (not shown) become high level. The signal charges of the second image having a short accumulation time accumulated in the second signal holding unit 507_2 of the second row are read out via the signal readout unit of the third row.

以降、n≧2として4n-3行、4n-2行の第2の信号保持部507_2に蓄積された、蓄積時間の短い第2の画像の信号電荷が、隣接行の信号読み出し部を介して順次読み出される。 After that, the signal charges of the second image with a short accumulation time accumulated in the second signal holding units 507_2 of the 4n−3 rows and 4n−2 rows with n≧2 are transferred via the signal readout units of the adjacent rows. Read out sequentially.

蓄積時間の短い第2の画像の信号電荷の読み出しが終了すると、4n-3行、4n-2行(n≧1)での蓄積時間の長い第1の画像の信号電荷の読み出しが開始する。第2フレームにおける時刻t19において、第1(4n-3;n≧1)行のリセットパルスφRES(1)がローレベルになる。図3の撮像素子184の一部回路図に示す第1行のリセットトランジスタ504がOFFとなり、第1行のFD領域508のリセット状態が解除される。時刻t20にて第1行の選択パルスφSEL(1)がハイレベルになり、第1行のFD領域508のノイズ成分が読み出される。時刻t21にて第1行の転送パルスφTX1(1)および第1行の選択パルスφSEL(1)がハイレベルになり、第1行の第1の信号保持部507_1に蓄積された第1の画像の信号電荷が第1行の信号読み出し部を介して読み出される。また、第1の画像の信号電荷の読み出し時に含まれるFD領域508のノイズ成分は、不図示の回路により信号電荷から差し引かれて信号成分が撮像素子184外に出力される。 When the readout of the signal charges of the second image whose accumulation time is short is finished, the readout of the signal charges of the first image whose accumulation time is long starts in rows 4n−3 and 4n−2 (n≧1). At time t19 in the second frame, the reset pulse φRES(1) of the first (4n−3; n≧1) row goes low. The reset transistor 504 in the first row shown in the partial circuit diagram of the imaging device 184 in FIG. 3 is turned off, and the reset state of the FD region 508 in the first row is released. At time t20, the selection pulse φSEL(1) for the first row goes high, and the noise component of the FD area 508 on the first row is read. At time t21, the transfer pulse φTX1(1) of the first row and the selection pulse φSEL(1) of the first row become high level, and the first image stored in the first signal holding unit 507_1 of the first row is displayed. are read out via the signal read-out section in the first row. Also, the noise component of the FD region 508 included when the signal charge of the first image is read out is subtracted from the signal charge by a circuit (not shown), and the signal component is output to the outside of the image sensor 184 .

第1行での第1の画像の信号電荷が読み出されると、時刻t23にてリセットパルスφRES(1)がハイレベルになり、第1行のFD領域508がリセット状態になる。引き続き、第2行での第1の信号保持部507_1に蓄積された第1の画像の信号電荷が以下のように読み出される。 When the signal charges of the first image in the first row are read out, the reset pulse φRES(1) goes high at time t23, and the FD region 508 in the first row is reset. Subsequently, the signal charges of the first image accumulated in the first signal holding portion 507_1 in the second row are read as follows.

時刻t22において、第2(4n-2;n≧1)行のリセットパルスφRES(2)がローレベルになる。第2行のリセットトランジスタ504がOFFとなり、第2行のFD領域508のリセット状態が解除される。時刻t23にて第2行の選択パルスφSEL(2)がハイレベルになり、第2行の増幅トランジスタ505を介して第2行のFD領域508のノイズ成分が読み出される。時刻t24にて不図示の第2行の転送パルスφTX1(2)および第2行の選択パルスφSEL(2)がハイレベルになる。第2行の第1の信号保持部507_1に蓄積された第1の画像の信号電荷が第2行の信号読み出し部を介して読み出される。 At time t22, the reset pulse φRES(2) of the second (4n-2; n≧1) row becomes low level. The reset transistor 504 in the second row is turned off, and the reset state of the FD region 508 in the second row is released. At time t23, the second row selection pulse φSEL(2) becomes high level, and the noise component of the second row FD region 508 is read out via the second row amplification transistor 505 . At time t24, the transfer pulse φTX1(2) of the second row and the selection pulse φSEL(2) of the second row (not shown) become high level. The signal charges of the first image accumulated in the first signal holding unit 507_1 on the second row are read out via the signal reading unit on the second row.

以降、4n-3行、4n-2行(n≧2)の第1の信号保持部507_1に蓄積された蓄積時間の長い第1の画像の信号電荷が、該当する行の信号読み出し部を介して順次読み出される。 After that, the signal charges of the first image with the long accumulation time accumulated in the first signal holding units 507_1 of the 4n−3 rows and 4n−2 rows (n≧2) are transferred through the signal readout units of the corresponding rows. are read out sequentially.

一方、4n-3行、4n-2行(n≧1)の画像の信号電荷が読み出し中である時刻t13から始まる第2フレームでは、4n-1行、4n行(n≧1)での蓄積が行われる。4n-1行、4n行(n≧1)の画素構成については、図3に示した4n-3行、4n-2行(n≧1)での回路図の画素構成と同様であるので、同一の名称、符号を用いて説明する。 On the other hand, in the second frame starting at time t13 when the signal charges of the 4n−3 row and 4n−2 row (n≧1) are being read out, the accumulation in the 4n−1 row and 4n row (n≧1) is done. The pixel configuration of the 4n-1 row and 4n row (n≧1) is the same as the pixel configuration of the circuit diagram of the 4n-3 row and 4n-2 row (n≧1) shown in FIG. Description will be made using the same names and symbols.

時刻t13では第3(4n-1;n≧1)行の転送パルスφTX1(3)およびφTX2(3)がハイレベルとなり、第7の転送トランジスタ502_1および第8の転送トランジスタ502_2がONとなる。このとき、リセットパルスφRES(3)、φRES(4)はハイレベルであり、電源線520に接続された各リセットトランジスタ504はON状態であるため、FD領域508とともに信号保持部507_1、507_2がリセットされる。 At time t13, the transfer pulses φTX1(3) and φTX2(3) of the third (4n−1; n≧1) row become high level, and the seventh transfer transistor 502_1 and the eighth transfer transistor 502_2 are turned ON. At this time, the reset pulses φRES(3) and φRES(4) are at high level, and the reset transistors 504 connected to the power supply line 520 are in the ON state. be done.

また時刻t13において、第3行の転送パルスφOFG(3)がハイレベルからローレベルに変化する。第3の転送トランジスタ503_Aと第6の転送トランジスタ503_BがOFFとなり、第1の光電変換部500_Aと第2の光電変換部500_Bのリセット状態が解除され、信号電荷の蓄積が開始される。 At time t13, the transfer pulse φOFG(3) of the third row changes from high level to low level. The third transfer transistor 503_A and the sixth transfer transistor 503_B are turned off, the reset states of the first photoelectric conversion unit 500_A and the second photoelectric conversion unit 500_B are released, and accumulation of signal charges is started.

時刻t15にて、第1の光電変換部500_Aおよび第2の光電変換部500_Bで蓄積された、蓄積時間の短い第2の画像の1回目の信号電荷が、第2の信号保持部507_2に転送される。このとき転送パルスφGS_A2(3)およびφGS_B2(3)がハイレベルとなり、第2の転送トランジスタ501_A2および第5の転送トランジスタ501_B2がONとなる。第1の光電変換部500_Aおよび第2の光電変換部500_Bの信号電荷が第2の信号保持部507_2に転送される。その後に転送パルスφGS_A2(3)およびφGS_B2(3)がローレベルとなると、第2の転送トランジスタ501_A2および第5の転送トランジスタ501_B2がOFFとなる。第1の光電変換部500_Aおよび第2の光電変換部500_Bの信号電荷の蓄積が再開される。 At time t15, the first signal charges of the second image with a short accumulation time accumulated in the first photoelectric conversion unit 500_A and the second photoelectric conversion unit 500_B are transferred to the second signal holding unit 507_2. be done. At this time, the transfer pulses φGS_A2(3) and φGS_B2(3) go high, turning on the second transfer transistor 501_A2 and the fifth transfer transistor 501_B2. Signal charges of the first photoelectric conversion unit 500_A and the second photoelectric conversion unit 500_B are transferred to the second signal holding unit 507_2. After that, when the transfer pulses φGS_A2(3) and φGS_B2(3) become low level, the second transfer transistor 501_A2 and the fifth transfer transistor 501_B2 are turned off. Accumulation of signal charges in the first photoelectric conversion unit 500_A and the second photoelectric conversion unit 500_B is restarted.

時刻t17にて、第1の光電変換部500_Aおよび第2の光電変換部500_Bで蓄積された、蓄積時間の長い第1の画像の1回目の信号電荷が、第1の信号保持部507_1に転送される。このとき転送パルスφGS_A1(3)およびφGS_B1(3)がハイレベルとなり、第1の転送トランジスタ501_A1および第4の転送トランジスタ501_B1がONとなる。第1の光電変換部500_Aおよび第2の光電変換部500_Bの信号電荷が第1の信号保持部507_1に転送される。その後に転送パルスφGS_A1(3)およびφGS_B1(3)がローレベルとなると、第1の転送トランジスタ501_A1および第4の転送トランジスタ501_B1がOFFとなる。第1の光電変換部500_Aおよび第2の光電変換部500_Bの信号電荷の蓄積が再開される。 At time t17, the first signal charge of the first image with a long accumulation time accumulated in the first photoelectric conversion unit 500_A and the second photoelectric conversion unit 500_B is transferred to the first signal holding unit 507_1. be done. At this time, the transfer pulses φGS_A1(3) and φGS_B1(3) go high, turning on the first transfer transistor 501_A1 and the fourth transfer transistor 501_B1. Signal charges of the first photoelectric conversion unit 500_A and the second photoelectric conversion unit 500_B are transferred to the first signal holding unit 507_1. After that, when the transfer pulses φGS_A1(3) and φGS_B1(3) become low level, the first transfer transistor 501_A1 and the fourth transfer transistor 501_B1 are turned off. Accumulation of signal charges in the first photoelectric conversion unit 500_A and the second photoelectric conversion unit 500_B is restarted.

以降、第2の画像に係る2回目の信号転送、第1の画像に係る2回目の信号転送、第2の画像に係る3回目の信号転送、第1の画像に係る3回目の信号転送が行われる。さらには第2の画像に係る4回目の信号転送、第1の画像に係る4回目の信号転送、第2の画像に係る5回目の信号転送と続く。第2の画像と第1の画像の信号電荷がそれぞれに対応した信号保持部に転送される。 Thereafter, the second signal transfer for the second image, the second signal transfer for the first image, the third signal transfer for the second image, and the third signal transfer for the first image are performed. done. Further, the fourth signal transfer for the second image, the fourth signal transfer for the first image, and the fifth signal transfer for the second image follow. Signal charges of the second image and the first image are transferred to corresponding signal holding units.

以上のように、蓄積時間の短い第2の画像と蓄積時間の長い第1の画像とが交互に蓄積および転送されることにより、第2の画像信号と第1の画像信号との間で時間方向の重心ずれを抑制することができる。 As described above, the second image with a short accumulation time and the first image with a long accumulation time are alternately accumulated and transferred, so that the time interval between the second image signal and the first image signal is directional deviation of the center of gravity can be suppressed.

第2フレームで蓄積された、4n-1行、4n行(n≧1)の信号電荷は、4n-3行、4n-2行(n≧1)と同様に第3フレームで読み出される。さらに、4n-1行、4n行(n≧1)行における画像の読み出し中の時刻t26から始まる第3フレームでは、4n-3行、4n-2行(n≧1)の蓄積が行われる。 The signal charges in the 4n−1 rows and 4n rows (n≧1) accumulated in the second frame are read out in the third frame in the same way as the 4n−3 rows and 4n−2 rows (n≧1). Furthermore, in the third frame starting from time t26 during readout of the image in the 4n−1 row and 4n row (n≧1) row, the 4n−3 row and 4n−2 row (n≧1) are accumulated.

以上のように撮像素子184は、1つの画素部が2つの光電変換部と2つの信号保持部と1つの信号読み出し部とから構成される。これにより、回路構成の複雑化を回避しつつ、蓄積時間の短い画像と蓄積時間の長い画像を高いフレームレートにて取得でき、グローバル電子シャッタ撮影で広いダイナミックレンジの動画像を生成することが可能である。 As described above, in the imaging device 184, one pixel portion is composed of two photoelectric conversion portions, two signal holding portions, and one signal reading portion. As a result, it is possible to acquire images with short and long accumulation times at high frame rates while avoiding the complexity of the circuit configuration, enabling the generation of moving images with a wide dynamic range using global electronic shutter photography. is.

次に図5のフローチャートを参照して、撮像素子184での静止画撮影時の制御について説明する。本実施形態の撮像装置は、ライブビュー画像を表示しつつ位相差方式の焦点検出を行うことが可能であるが、図5ではライブビュー画像の取得および表示の処理を省略する。ライブビュー画像の信号は、図4に示した動画撮影のタイミングチャートとほぼ同様の撮像素子184の駆動シーケンスで取得される。 Next, with reference to the flowchart of FIG. 5, the control during still image shooting with the image sensor 184 will be described. The imaging apparatus of the present embodiment is capable of performing phase-difference focus detection while displaying a live-view image, but FIG. 5 omits the process of acquiring and displaying a live-view image. A signal of a live view image is acquired by a driving sequence of the imaging device 184 that is substantially the same as the timing chart for moving image shooting shown in FIG.

ユーザが撮影モード選択レバー156を操作して静止画撮影モードに設定するとS100で撮影処理が開始する。次のS101でCPU178は、スイッチST154の入力状態を判定する。ユーザはスイッチST154を操作し、その第1段階のスイッチ(ST1と記す)のON操作によって静止画の撮影準備指示を行うことができる。CPU178は、第1段階のスイッチST1がONとなったことを検出した場合、S102に処理を進め、第1段階のスイッチST1がOFFである場合にはS101の判定処理を継続する。 When the user operates the shooting mode selection lever 156 to set the still image shooting mode, the shooting process starts in S100. In next S101, the CPU 178 determines the input state of the switch ST154. The user can operate the switch ST154 and issue a still image shooting preparation instruction by turning ON the first stage switch (denoted as ST1). When the CPU 178 detects that the first stage switch ST1 is turned on, the process proceeds to S102, and when the first stage switch ST1 is turned off, the CPU 178 continues the determination process of S101.

S102でCPU178は、撮像光学系152の焦点状態の検出を行うために、タイミング発生部189を制御して撮像素子184から焦点検出用の画像信号を取得する。撮像素子184を構成する1つの画素要素は、第1の光電変換部500_Aおよび第2の光電変換部500_Bを有する。第1および第2の光電変換部は、撮像素子184を構成するマイクロレンズを介して撮像光学系152の異なる瞳部分領域をそれぞれ通過した光を受光する。つまり、第1の光電変換部500_Aは、瞳領域における第1の瞳部分領域を通過した被写体からの光を受光して光電変換を行い、第2の光電変換部500_Bは、瞳領域における第2の瞳部分領域を通過した被写体からの光を受光して光電変換を行う。第1および第2の光電変換部によりそれぞれ取得された焦点検出用画像信号に基づく位相差検出が行われる。CPU178は相関演算に基づいてデフォーカス量を算出して撮像光学系152の焦点調節制御を行う。撮像光学系152の焦点状態検出方法は特許文献4に開示されているので説明を省略する。 In S102, the CPU 178 controls the timing generator 189 to acquire an image signal for focus detection from the image sensor 184 in order to detect the focus state of the imaging optical system 152. FIG. One pixel element forming the imaging device 184 has a first photoelectric conversion unit 500_A and a second photoelectric conversion unit 500_B. The first and second photoelectric conversion units receive light that has passed through different pupil partial regions of the imaging optical system 152 via the microlenses forming the imaging device 184 . That is, the first photoelectric conversion unit 500_A receives and photoelectrically converts the light from the subject that has passed through the first partial pupil region in the pupil region, and the second photoelectric conversion unit 500_B receives the second partial region in the pupil region. receives the light from the subject that has passed through the pupil partial area of and photoelectrically converts the light. Phase difference detection is performed based on the image signals for focus detection respectively acquired by the first and second photoelectric conversion units. The CPU 178 calculates the defocus amount based on the correlation calculation and performs focus adjustment control of the imaging optical system 152 . A method for detecting the focus state of the imaging optical system 152 is disclosed in Patent Document 4, so the description thereof is omitted.

撮像素子184では全行にて、第1の光電変換部500_Aおよび第2の光電変換部500_Bの蓄積が同時に行われる。さらに、各行の第1の信号保持部の信号電荷を読み出した後に同一行の第2の信号保持部の信号電荷を読み出す制御により、各信号保持部に流入する信号電荷によるクロストークに伴う焦点検出誤差を小さくすることができる。撮像光学系152の焦点検出における撮像素子184の駆動シーケンスについては、図6を用いて後述する。 In the imaging element 184, the accumulation of the first photoelectric conversion unit 500_A and the second photoelectric conversion unit 500_B are performed simultaneously in all rows. Furthermore, by controlling to read out the signal charges of the second signal holding portion of the same row after reading out the signal charges of the first signal holding portion of each row, focus detection due to crosstalk due to the signal charges flowing into each signal holding portion is performed. Error can be reduced. A driving sequence of the imaging device 184 in focus detection of the imaging optical system 152 will be described later with reference to FIG.

S102において、取得された焦点検出用画像信号から撮像光学系152の焦点状態が検出されると、CPU178はレンズ・絞り制御部182により不図示の駆動機構を介して撮像光学系152の焦点調節制御を行う。フォーカスレンズによる焦点調節動作が終了すると、S103にてCPU178は再度、スイッチST154の入力状態を判定する。ユーザはスイッチST154をさらに操作し、その第2段階のスイッチ(ST2と記す)のON操作によって静止画の撮影指示(画像記録指示)を行うことができる。CPU178はST2がONとなったことを検出した場合、S104に処理を進め、ST2がOFFである場合にはS101の処理に戻す。 In S102, when the focus state of the imaging optical system 152 is detected from the acquired image signal for focus detection, the CPU 178 causes the lens/aperture control unit 182 to perform focus adjustment control of the imaging optical system 152 via a drive mechanism (not shown). I do. When the focus adjustment operation by the focus lens is completed, the CPU 178 again determines the input state of the switch ST154 in S103. The user can further operate the switch ST154 and issue a still image shooting instruction (image recording instruction) by turning on the second stage switch (denoted as ST2). When the CPU 178 detects that ST2 is ON, the process proceeds to S104, and when ST2 is OFF, the process returns to S101.

S104にてCPU178は静止画撮影モードの確認を行い、S105にて静止画撮影モードとして連写撮影モードに設定されているか否かを判定する。連写撮影モードは所定の時間間隔で被写体を連続して撮影するモードである。連写撮影モードに設定されている場合、S106の処理に進み、連写撮影モードではなく単写撮影モードに設定されている場合にはS108の処理に進む。 In S104, the CPU 178 confirms the still image shooting mode, and determines in S105 whether or not the continuous shooting mode is set as the still image shooting mode. Continuous shooting mode is a mode in which an object is continuously shot at predetermined time intervals. If the continuous shooting mode is set, the process proceeds to S106, and if the single shooting mode instead of the continuous shooting mode is set, the process proceeds to S108.

S106でCPU178は、連写撮影モードで撮像素子184の制御を行う。グローバル電子シャッタ撮影で静止画の連写撮影を行う場合の駆動シーケンスについては、図7を用いて後述する。一方、S108でCPU178は、単写撮影モードで撮像素子184の制御を行う。グローバル電子シャッタ撮影で静止画の単写撮影を行う場合の駆動シーケンスについては、図8を用いて後述する。 In S106, the CPU 178 controls the image sensor 184 in continuous shooting mode. A drive sequence for continuous shooting of still images by global electronic shutter shooting will be described later with reference to FIG. On the other hand, in S108, the CPU 178 controls the image sensor 184 in single-shot mode. A drive sequence for single shooting of a still image by global electronic shutter shooting will be described later with reference to FIG.

S106の次にS107に進み、CPU178は、ユーザによるスイッチST154の操作が継続して行われており、第2段階のスイッチST2がONになっているか否かを判定する。ST2がONであると判定された場合、S106に戻って連写撮影を続行し、ST2がOFFであると判定された場合にはS109へ進む。またS108に示す静止画の単写撮影の制御が終了すると、S109へ進む。S109にて、図5に示す一連の処理を終了する。 Proceeding to S107 after S106, the CPU 178 determines whether or not the user continues to operate the switch ST154 and the switch ST2 of the second step is ON. If it is determined that ST2 is ON, the process returns to S106 to continue continuous shooting, and if it is determined that ST2 is OFF, the process proceeds to S109. When the single-shot still image shooting control shown in S108 ends, the process proceeds to S109. At S109, the series of processes shown in FIG. 5 is terminated.

次に図6を参照して、図5のS102(焦点調節)における撮像光学系152の焦点検出について説明する。図6は撮像光学系152の焦点検出が行われる場合の撮像素子184の駆動シーケンスを示すタイミングチャートである。撮像素子184における焦点検出用画像の取得方法に関し、主に撮像素子184の第1行および第2行のタイミングを例示して説明する。各制御パルスについては図4の表記法を踏襲する。このことは図7、図8でも同じである。 Next, focus detection of the imaging optical system 152 in S102 (focus adjustment) of FIG. 5 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a timing chart showing the driving sequence of the imaging element 184 when focus detection of the imaging optical system 152 is performed. A method of acquiring an image for focus detection in the imaging device 184 will be described mainly by exemplifying the timings of the first and second rows of the imaging device 184 . The notation of FIG. 4 is followed for each control pulse. This is the same for FIGS. 7 and 8 as well.

時刻t71において、全行の転送パルスφOFGがハイレベルからローレベルになり、第1の光電変換部500_Aと第2の光電変換部500_Bのリセット状態が解除され、焦点検出用の信号電荷の蓄積が開始される。このとき全行のリセットパルスφRESおよび転送パルスTX1、TX2はハイレベルであり、電源線520に接続されたリセットトランジスタ504、第7の転送トランジスタ502_1、第8の転送トランジスタ502_2はON状態である。そのため、全画素のFD領域508と第1の信号保持部507_1および第2の信号保持部507_2がリセットされている。 At time t71, the transfer pulse φOFG of all rows changes from high level to low level, the reset state of the first photoelectric conversion section 500_A and the second photoelectric conversion section 500_B is released, and accumulation of signal charges for focus detection is stopped. be started. At this time, the reset pulse φRES and transfer pulses TX1 and TX2 of all rows are at high level, and the reset transistor 504, the seventh transfer transistor 502_1, and the eighth transfer transistor 502_2 connected to the power supply line 520 are ON. Therefore, the FD region 508, the first signal holding portion 507_1, and the second signal holding portion 507_2 of all pixels are reset.

時刻t72において、第1行の信号を読み出すために、第1行のリセットパルスφRES(1)はローレベルとなり、第1行のFD領域508のリセット状態が解除される。同時に、全行の転送パルスTX1およびTX2もローレベルとなり、全画素の第1の信号保持部507_1および第2の信号保持部507_2のリセット状態が解除される。 At time t72, the reset pulse φRES(1) of the first row becomes low level to read the signal of the first row, and the reset state of the FD area 508 of the first row is released. At the same time, the transfer pulses TX1 and TX2 of all rows also become low level, and the reset states of the first signal holding units 507_1 and the second signal holding units 507_2 of all pixels are released.

時刻t73にて第1行の選択パルスφSEL(1)がハイレベルになり、第1行の増幅トランジスタ505を介して第1行のFD領域508のノイズ成分が読み出される。また時刻t73では全行の転送パルスφGS_A1およびφGS_B2がハイレベルとなり、全画素の第1の転送トランジスタ501_A1および第5の転送トランジスタ501_B2がONとなる。その結果、第1の光電変換部500_Aの信号電荷は第1の信号保持部507_1に転送され、第2の光電変換部500_Bの信号電荷は第2の信号保持部507_2に転送される。つまり蓄積期間が同じ焦点検出用画像信号が蓄積される。 At time t73, the selection pulse φSEL(1) of the first row becomes high level, and the noise component of the FD region 508 of the first row is read out through the amplifying transistor 505 of the first row. Also, at time t73, the transfer pulses φGS_A1 and φGS_B2 for all rows become high level, and the first transfer transistors 501_A1 and fifth transfer transistors 501_B2 of all pixels are turned ON. As a result, the signal charge of the first photoelectric conversion unit 500_A is transferred to the first signal holding unit 507_1, and the signal charge of the second photoelectric conversion unit 500_B is transferred to the second signal holding unit 507_2. In other words, the image signals for focus detection with the same accumulation period are accumulated.

焦点検出用画像信号が蓄積されると焦点検出画像信号の読み出しが行われるが、第1の信号保持部507_1と第2の信号保持部507_2からの信号電荷の読み出しの時差が大きいと、信号保持部に流入するクロストーク量に差が生じる可能性がある。第1の信号保持部507_1で生成された焦点検出用画像と、第2の信号保持部507_2で生成された焦点検出用画像との間に光量差が生じた場合には焦点検出精度の低下が問題となる。そこで本実施形態の撮像装置では、第1の信号保持部507_1の信号電荷を読み出した後に同一行の第2の信号保持部507_2の信号電荷を読み出す制御が行われる。すなわち、同一行の第1および第2の信号保持部の信号電荷を読み出した後に、隣接行の第1および第2の信号保持部の信号電荷を読み出すように制御が行われるので、第1および第2の信号保持部に流入するクロストーク量の差を抑制することができる。 When the image signals for focus detection are accumulated, readout of the focus detection image signals is performed. There may be a difference in the amount of crosstalk flowing into the part. If there is a difference in the amount of light between the focus detection image generated by the first signal holding unit 507_1 and the focus detection image generated by the second signal holding unit 507_2, the focus detection accuracy is degraded. It becomes a problem. Therefore, in the image pickup apparatus of the present embodiment, control is performed to read signal charges from the second signal holding unit 507_2 in the same row after reading signal charges from the first signal holding unit 507_1. That is, after the signal charges in the first and second signal holding units in the same row are read out, the signal charges in the first and second signal holding units in the adjacent row are read out. A difference in the amount of crosstalk flowing into the second signal holding unit can be suppressed.

時刻t74にて第1行の転送パルスφTX1(1)および第1行の選択パルスφSEL(1)がハイレベルになり、第1行の第1の信号保持部507_1に蓄積された焦点検出用画像の信号電荷が第1行の信号読み出し部を介して読み出される。このとき、焦点検出用画像の信号電荷に含まれるFD領域508のノイズ成分は、不図示の回路により信号電荷から差し引かれて信号成分が撮像素子184外に出力される。 At time t74, the transfer pulse φTX1(1) of the first row and the selection pulse φSEL(1) of the first row become high level, and the image for focus detection accumulated in the first signal holding unit 507_1 of the first row. are read out via the signal read-out section in the first row. At this time, the noise component of the FD region 508 included in the signal charge of the focus detection image is subtracted from the signal charge by a circuit (not shown), and the signal component is output to the outside of the image sensor 184 .

焦点検出用画像の蓄積が終了して、時刻t74では全行の転送パルスφOFGがハイレベルになり、全画素の第1の光電変換部500_Aと第2の光電変換部500_Bはリセット状態になる。 After the accumulation of the focus detection image is completed, the transfer pulse φOFG of all rows becomes high level at time t74, and the first photoelectric conversion units 500_A and the second photoelectric conversion units 500_B of all pixels are reset.

第1行の第1の信号保持部507_1に蓄積された焦点検出用画像の信号電荷が読み出されると、第1行の第2の信号保持部507_2に蓄積された焦点検出用画像の信号電荷が、隣接行である第2行の信号読み出し部を介して読み出される。時刻t75において、第2行のリセットパルスφRES(2)はローレベルとなり、第2行のFD領域508のリセット状態が解除される。 When the signal charges of the focus detection image accumulated in the first signal holding unit 507_1 of the first row are read out, the signal charges of the focus detection image accumulated in the second signal holding unit 507_2 of the first row are read out. , is read out via the signal readout section of the second row, which is the adjacent row. At time t75, the reset pulse φRES(2) of the second row becomes low level, and the reset state of the FD area 508 of the second row is released.

時刻t76において、第1行のリセットパルスφRES(1)および転送パルスφTX1(1)がハイレベルとなり、電源線520に接続されたリセットトランジスタ504と、第7の転送トランジスタ502_1がON状態になる。よって、第1行のFD領域508とともに第1の信号保持部507_1がリセットされる。また時刻t76では第2行の選択パルスφSEL(2)がハイレベルになり、第2行の増幅トランジスタ505を介して第2行のFD領域508のノイズ成分が読み出される。 At time t76, the reset pulse φRES(1) and the transfer pulse φTX1(1) of the first row go high, and the reset transistor 504 connected to the power supply line 520 and the seventh transfer transistor 502_1 are turned on. Therefore, the first signal holding portion 507_1 is reset together with the FD region 508 in the first row. At time t76, the second row selection pulse φSEL(2) becomes high level, and the noise component of the second row FD region 508 is read out through the second row amplification transistor 505 .

時刻t77において、第1行の転送パルスφTX2(1)および第2行の選択パルスφSEL(2)がハイレベルになり、第1行の第2の信号保持部507_2に蓄積された焦点検出用画像の信号電荷が第2行の信号読み出し部を介して読み出される。このとき、焦点検出用画像の信号電荷に含まれるFD領域508のノイズ成分は、不図示の回路により信号電荷から差し引かれて信号成分が撮像素子184外に出力される。 At time t77, the transfer pulse φTX2(1) of the first row and the selection pulse φSEL(2) of the second row become high level, and the image for focus detection accumulated in the second signal holding unit 507_2 of the first row. are read out through the signal readout section in the second row. At this time, the noise component of the FD region 508 included in the signal charge of the focus detection image is subtracted from the signal charge by a circuit (not shown), and the signal component is output to the outside of the image sensor 184 .

本実施形態において、第1行の第1の信号保持部507_1に蓄積された焦点検出用画像の信号電荷の読み出しと、第1行の第2の信号保持部507_2に蓄積された焦点検出用画像の信号電荷の読み出しの時間差はほとんどない。よって、クロストークの影響を受けずに良好な焦点検出が可能である。 In this embodiment, the signal charges of the focus detection image accumulated in the first signal holding unit 507_1 of the first row are read out, and the focus detection image accumulated in the second signal holding unit 507_2 of the first row are read out. There is almost no time difference in reading out the signal charges. Therefore, excellent focus detection is possible without being affected by crosstalk.

第1行の第1および第2の光電変換部に蓄積された信号電荷が読み出されると、次に、隣接する第2行の第1および第2の光電変換部に蓄積された信号電荷が読み出される。第1行の信号電荷が読み出された後、時刻t78において第2行のリセットパルスφRES(2)がハイレベルとなり、第2行のFD領域508がリセットされる。その後に第2行のFD領域508のリセット状態が解除されると、時刻t79にて第2行の選択パルスφSEL(2)がハイレベルになり、第2行の増幅トランジスタ505を介して第2行のFD領域508のノイズ成分が読み出される。 After the signal charges accumulated in the first and second photoelectric conversion units in the first row are read out, the signal charges accumulated in the first and second photoelectric conversion units in the adjacent second row are read out. be After the signal charges in the first row are read out, the reset pulse φRES(2) in the second row goes high at time t78, and the FD region 508 in the second row is reset. After that, when the reset state of the FD region 508 of the second row is released, the selection pulse φSEL(2) of the second row becomes high level at time t79, and the second row through the amplifying transistor 505 of the second row. A noise component in the FD area 508 of the row is read out.

時刻t80にて第2行の転送パルスφTX1(2)および第2行の選択パルスφSEL(2)がハイレベルになり、第2行の第1の信号保持部507_1に蓄積された焦点検出用画像の信号電荷が第2行の信号読み出し部を介して読み出される。このとき、焦点検出用画像の信号電荷に含まれるFD領域508のノイズ成分は、不図示の回路により信号電荷から差し引かれて信号成分が撮像素子184外に出力される。 At time t80, the transfer pulse φTX1(2) of the second row and the selection pulse φSEL(2) of the second row become high level, and the image for focus detection accumulated in the first signal holding unit 507_1 of the second row. are read out through the signal readout section in the second row. At this time, the noise component of the FD region 508 included in the signal charge of the focus detection image is subtracted from the signal charge by a circuit (not shown), and the signal component is output to the outside of the image sensor 184 .

第2行の第1の信号保持部507_1に蓄積された焦点検出用画像の信号電荷が読み出されると、第2行の第2の信号保持部507_2に蓄積された焦点検出用画像の信号電荷が、隣接行である第3行の信号読み出し部を介して読み出される。 When the signal charges of the focus detection image accumulated in the first signal holding unit 507_1 of the second row are read out, the signal charges of the focus detection image accumulated in the second signal holding unit 507_2 of the second row are read out. , is read out via the signal readout section of the third row, which is the adjacent row.

時刻t81にて第3行のリセットパルスφRES(3)はローレベルとなり、第3行のFD領域508のリセット状態が解除される。また時刻t81にて第2行のリセットパルスφRES(2)および転送パルスφTX1(2)がハイレベルとなり、電源線520に接続されたリセットトランジスタ504と、第7の転送トランジスタ502_1がON状態になる。よって第2行のFD領域508とともに第1の信号保持部507_1がリセットされる。時刻t82にて第3行の選択パルスφSEL(3)がハイレベルになり、第3行の増幅トランジスタ505を介して第3行のFD領域508のノイズ成分が読み出される。 At time t81, the reset pulse φRES(3) of the third row becomes low level, and the reset state of the FD area 508 of the third row is released. At time t81, the reset pulse φRES(2) and the transfer pulse φTX1(2) of the second row become high level, and the reset transistor 504 connected to the power supply line 520 and the seventh transfer transistor 502_1 are turned on. . Therefore, the first signal holding portion 507_1 is reset together with the FD region 508 in the second row. At time t82, the 3rd row selection pulse φSEL(3) goes high, and the noise component of the 3rd row FD region 508 is read out via the 3rd row amplification transistor 505 .

時刻t83にて第2行の転送パルスφTX2(2)および第3行の選択パルスφSEL(3)がハイレベルになり、第2行の第2の信号保持部507_2に蓄積された焦点検出用画像の信号電荷が第3行の信号読み出し部を介して読み出される。このとき、焦点検出用画像の信号電荷に含まれるFD領域508のノイズ成分は、不図示の回路により信号電荷から差し引かれて信号成分が撮像素子184外に出力される。
以降の行の第1および第2の信号保持部の信号電荷についても同様に読み出される。
At time t83, the transfer pulse φTX2(2) of the second row and the selection pulse φSEL(3) of the third row become high level, and the image for focus detection accumulated in the second signal holding unit 507_2 of the second row. are read out through the signal readout section in the third row. At this time, the noise component of the FD region 508 included in the signal charge of the focus detection image is subtracted from the signal charge by a circuit (not shown), and the signal component is output to the outside of the image sensor 184 .
The signal charges in the first and second signal holding portions of subsequent rows are similarly read out.

以上のように、各行における複数の信号保持部(507_1,507_2)にそれぞれ蓄積された焦点検出用画像の信号電荷の読み出しの際に時間差はほとんどないので、クロストークの影響を受けずに良好な焦点検出が可能である。 As described above, since there is almost no time difference in reading out the signal charges of the focus detection image accumulated in the plurality of signal holding units (507_1, 507_2) in each row, good readout is possible without being affected by crosstalk. Focus detection is possible.

CPU178は取得された焦点検出用画像信号を用いて撮像光学系152の焦点状態の検出処理を実行し、算出したデフォーカス量に基づいてレンズ・絞り制御部182を介して撮像光学系152の焦点調節制御を行う。 The CPU 178 uses the acquired image signal for focus detection to execute a process of detecting the focus state of the imaging optical system 152, and adjusts the focus of the imaging optical system 152 via the lens/aperture control unit 182 based on the calculated defocus amount. Provides regulatory control.

次に、図7を参照して、図5のS106(連写撮影制御)における撮像素子184の駆動シーケンスについて説明する。図7は、グローバル電子シャッタ撮影で静止画を連続して撮影する場合の制御方法を説明するタイミングチャートである。 Next, the driving sequence of the image sensor 184 in S106 (continuous shooting control) of FIG. 5 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a timing chart for explaining a control method when still images are continuously shot by global electronic shutter shooting.

静止画の連写撮影において、連写速度を速くするために本実施形態では、撮像素子184の1画素を構成する第1の光電変換部500_Aおよび第2の光電変換部500_Bに蓄積された画像信号が第1の信号保持部507_1に同時に転送される。第1の信号保持部507_1から第1の信号読み出し部を介して撮像素子外に信号出力を行うことにより、読み出し速度の高速化を実現できる。 In continuous shooting of still images, in order to increase the continuous shooting speed, in the present embodiment, images accumulated in the first photoelectric conversion unit 500_A and the second photoelectric conversion unit 500_B forming one pixel of the image sensor 184 are stored. The signals are simultaneously transferred to the first signal holding unit 507_1. By outputting a signal from the first signal holding unit 507_1 to the outside of the image sensor via the first signal reading unit, it is possible to increase the reading speed.

時刻t31において、全行の転送パルスφOFGがハイレベルからローレベルになり、第3の転送トランジスタ503_Aと第6の転送トランジスタ503_BがOFFとなる。第1の光電変換部500_Aと第2の光電変換部500_Bのリセット状態が解除され、信号電荷の蓄積が開始される。このとき全行のリセットパルスφRESおよび転送パルスTX1、TX2はハイレベルであり、電源線520に接続されたリセットトランジスタ504、第7の転送トランジスタ502_1、第8の転送トランジスタ502_2はON状態である。よって全画素のFD領域508と第1および第2の信号保持部507_1、507_2がリセット状態になっている。 At time t31, the transfer pulse φOFG of all rows changes from high level to low level, and the third transfer transistor 503_A and the sixth transfer transistor 503_B are turned off. The reset states of the first photoelectric conversion unit 500_A and the second photoelectric conversion unit 500_B are released, and accumulation of signal charges is started. At this time, the reset pulse φRES and transfer pulses TX1 and TX2 of all rows are at high level, and the reset transistor 504, the seventh transfer transistor 502_1, and the eighth transfer transistor 502_2 connected to the power supply line 520 are ON. Therefore, the FD regions 508 and the first and second signal holding units 507_1 and 507_2 of all pixels are in a reset state.

時刻t32にて第1行のリセットパルスφRES(1)がローレベルになり、第1行のリセットトランジスタ504がOFFとなり、第1行のFD領域508のリセット状態が解除される。さらに、時刻t33では第1行の選択パルスφSEL(1)がハイレベルになり、第1行の増幅トランジスタ505を介して第1行のFD領域508のノイズ成分が読み出される。また時刻t33では全行の第1の転送パルスφGS_A1(1)および第4の転送パルスφGS_B1(1)がハイレベルになる。全画素の第1の光電変換部500_Aおよび第1行の第2の光電変換部500_Bに蓄積された信号電荷は、各画素の第1の信号保持部507_1に転送される。 At time t32, the reset pulse φRES(1) of the first row becomes low level, the reset transistor 504 of the first row is turned off, and the reset state of the FD region 508 of the first row is released. Further, at time t33, the selection pulse φSEL(1) of the first row becomes high level, and the noise component of the FD region 508 of the first row is read out through the amplification transistor 505 of the first row. At time t33, the first transfer pulse φGS_A1(1) and the fourth transfer pulse φGS_B1(1) of all rows become high level. Signal charges accumulated in the first photoelectric conversion unit 500_A of all pixels and the second photoelectric conversion unit 500_B of the first row are transferred to the first signal holding unit 507_1 of each pixel.

時刻t35にて第1行の転送パルスφTX1(1)および第1行の選択パルスφSEL(1)がハイレベルになり、第1行の第1の信号保持部507_1に蓄積された静止画の信号電荷が第1行の信号読み出し部を介して読み出される。読み出された静止画の信号電荷に含まれるFD領域508のノイズ成分は、不図示の回路により信号電荷から差し引かれて信号成分が撮像素子184外に出力される。また時刻t35では、全行の転送パルスφOFGがハイレベルになり、全画素の第1の光電変換部500_Aと第2の光電変換部500_Bがリセット状態になる。 At time t35, the transfer pulse φTX1(1) of the first row and the selection pulse φSEL(1) of the first row become high level, and the signal of the still image accumulated in the first signal holding unit 507_1 of the first row. Charges are read out via the signal readouts in the first row. The noise component of the FD region 508 contained in the read signal charge of the still image is subtracted from the signal charge by a circuit (not shown), and the signal component is output to the outside of the image sensor 184 . Also, at time t35, the transfer pulse φOFG of all rows becomes high level, and the first photoelectric conversion units 500_A and the second photoelectric conversion units 500_B of all pixels are reset.

第1行の静止画の信号電荷が読み出された後に、第2行の静止画の信号電荷が読み出される。時刻t36にて第2行のリセットパルスφRES(2)がローレベルになり、第2行のリセットトランジスタ504がOFFとなり、第2行のFD領域508のリセット状態が解除される。 After the signal charges of the still image in the first row are read out, the signal charges of the still image in the second row are read out. At time t36, the reset pulse φRES(2) of the second row becomes low level, the reset transistor 504 of the second row is turned off, and the reset state of the FD region 508 of the second row is released.

時刻t37にて第1行のリセットパルスφRES(1)および転送パルスφTX1(1)がハイレベルとなる。電源線520に接続されたリセットトランジスタ504と、第7の転送トランジスタ502_1がON状態になるため、第1行のFD領域508とともに第1の信号保持部507_1がリセットされる。また時刻t37では、第2行の選択パルスφSEL(2)がハイレベルになり、第2行の増幅トランジスタ505を介して第2行のFD領域508のノイズ成分が読み出される。 At time t37, the reset pulse .phi.RES(1) and the transfer pulse .phi.TX1(1) of the first row go high. Since the reset transistor 504 connected to the power supply line 520 and the seventh transfer transistor 502_1 are turned on, the FD region 508 of the first row and the first signal holding portion 507_1 are reset. At time t37, the second row selection pulse φSEL(2) becomes high level, and the noise component of the second row FD region 508 is read out through the second row amplification transistor 505 .

時刻t38にて第2行の転送パルスφTX1(2)および選択パルスφSEL(2)がハイレベルになり、第2行の第1の信号保持部507_1に蓄積された静止画の信号電荷が第2行の信号読み出し部を介して読み出される。読み出された静止画の信号電荷に含まれるFD領域508のノイズ成分は、不図示の回路により信号電荷から差し引かれて信号成分が撮像素子184外に出力される。 At time t38, the transfer pulse φTX1(2) and the selection pulse φSEL(2) of the second row become high level, and the signal charge of the still image accumulated in the first signal holding unit 507_1 of the second row becomes the second signal charge. It is read out via the signal readout section of the row. The noise component of the FD region 508 contained in the read signal charge of the still image is subtracted from the signal charge by a circuit (not shown), and the signal component is output to the outside of the image sensor 184 .

時刻t39にて第2行のリセットパルスφRES(2)および転送パルスφTX1(2)がハイレベルとなり、電源線520に接続されたリセットトランジスタ504と、第7の転送トランジスタ502_1はON状態になる。よって第2行のFD領域508とともに第1の信号保持部507_1がリセットされる。 At time t39, the reset pulse φRES(2) and the transfer pulse φTX1(2) of the second row become high level, and the reset transistor 504 connected to the power supply line 520 and the seventh transfer transistor 502_1 are turned on. Therefore, the first signal holding portion 507_1 is reset together with the FD region 508 in the second row.

以降、各行の第1の信号保持部507_1に蓄積された静止画の信号電荷は、各行の信号読み出し部を介して時刻t40までに順次読み出される。1枚目の静止画の信号電荷が読み出されると、時刻t40から2枚目の静止画の取得が開始され、時刻t41から3枚目の静止画の取得が開始される。2枚目以降の撮像素子184の駆動シーケンスについては説明を省略する。 After that, the signal charges of the still image accumulated in the first signal holding unit 507_1 of each row are sequentially read out by the time t40 via the signal reading unit of each row. When the signal charges of the first still image are read out, acquisition of the second still image starts at time t40, and acquisition of the third still image starts at time t41. A description of the driving sequence of the imaging device 184 for the second and subsequent images is omitted.

静止画の連写撮影中にCPU178は、スイッチST154の入力状態を判定し、第2段階のスイッチST2のON状態が継続している間、静止画の連写撮影を続行する。本実施形態では、静止画の連写撮影中に焦点検出が行われない処理例を説明したが、本発明に係る別の実施形態では連写駒間に焦点検出が行われる。 During continuous shooting of still images, the CPU 178 determines the input state of the switch ST154, and continues continuous shooting of still images while the switch ST2 in the second stage remains ON. In this embodiment, a processing example in which focus detection is not performed during continuous shooting of still images has been described, but focus detection is performed between continuous shooting frames in another embodiment of the present invention.

撮像素子184の1画素を構成する複数の信号保持部(507_1,507_2)は、動画撮影や静止画連写撮影のモードにおいて、複数の光電変換部(500_A、500_B)で蓄積された信号電荷を加算して蓄積できる構成である。そのため、各信号保持部の飽和容量は各光電変換部の飽和容量の2倍以上になっている。すなわち、信号保持部の飽和容量は、第1の光電変換部500_Aの飽和容量と第2の光電変換部500_Bの飽和容量との和以上に設定されている。 A plurality of signal holding units (507_1, 507_2) forming one pixel of the image pickup device 184 store signal charges accumulated in the plurality of photoelectric conversion units (500_A, 500_B) in moving image shooting and still image continuous shooting modes. It is a configuration that can be added and stored. Therefore, the saturation capacity of each signal holding section is more than twice the saturation capacity of each photoelectric conversion section. That is, the saturation capacity of the signal holding section is set to be equal to or greater than the sum of the saturation capacity of the first photoelectric conversion section 500_A and the saturation capacity of the second photoelectric conversion section 500_B.

そこで静止画の単写撮影のモードが設定されている場合、撮像装置ではさらに広いダイナミックレンジの画像を取得することができる。そのために、撮像素子184の1画素を構成する第1の光電変換部500_Aに蓄積された画像の信号電荷が、第1の信号保持部507_1に転送されるように制御される。同様に、第2の光電変換部500_Bに蓄積された画像の信号電荷は第2の信号保持部507_2に転送されるように制御される。このとき、光電変換部から信号保持部への転送トランジスタを所定の時間に亘ってON状態に制御することにより、信号電荷量の増大を図ることができる。 Therefore, when the still image single-shot shooting mode is set, the imaging device can acquire an image with a wider dynamic range. Therefore, the signal charge of the image accumulated in the first photoelectric conversion unit 500_A forming one pixel of the image sensor 184 is controlled to be transferred to the first signal holding unit 507_1. Similarly, the signal charges of the image accumulated in the second photoelectric conversion unit 500_B are controlled to be transferred to the second signal holding unit 507_2. At this time, the signal charge amount can be increased by controlling the transfer transistor from the photoelectric conversion unit to the signal holding unit to be ON for a predetermined time.

また、最初に第1の信号保持部507_1に蓄積された信号電荷を同一行の信号読み出し部より読み出す制御が行われる。全行の第1の信号保持部507_1の蓄積された信号電荷が読み出された後に、第2の信号保持部507_2の蓄積された信号電荷を隣接行の信号読み出し部より読み出す制御が行われる。第1および第2の信号保持部からそれぞれ読み出された画像信号はデジタル信号処理部187により合成されて、広いダイナミックレンジの静止画信号が生成される。 Further, control is performed so that the signal charges accumulated in the first signal holding unit 507_1 are first read out from the signal readout unit in the same row. After the signal charges accumulated in the first signal holding units 507_1 of all rows are read out, the signal charges accumulated in the second signal holding unit 507_2 are read out from the signal reading units of adjacent rows. The image signals read out from the first and second signal holding units are combined by the digital signal processing unit 187 to generate a still image signal with a wide dynamic range.

また本実施形態の撮像装置では、第1の信号保持部507_1に係る読み出し行とは逆の行から第2の信号保持部507_2の信号電荷を読み出す制御が行われる。それによって、デジタル信号処理部187で加算して得られる静止画について、第1の信号保持部507_1および第2の信号保持部507_2からの信号電荷の読み出し時間により生じるクロストークの影響を低減可能である。 Further, in the imaging apparatus of the present embodiment, control is performed to read out the signal charge of the second signal holding unit 507_2 from the row opposite to the readout row related to the first signal holding unit 507_1. This makes it possible to reduce the influence of crosstalk caused by the readout time of signal charges from the first signal holding portion 507_1 and the second signal holding portion 507_2 on the still image obtained by addition in the digital signal processing portion 187. be.

図8を参照して、図5のS108(単写撮影制御)における撮像素子184の駆動シーケンスについて説明する。図8は、グローバル電子シャッタ撮影で静止画撮影(単写撮影)を行う場合の制御方法を説明するタイミングチャートである。 A driving sequence of the image sensor 184 in S108 (single-shot shooting control) of FIG. 5 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a timing chart for explaining a control method when still image shooting (single-shot shooting) is performed with global electronic shutter shooting.

時刻t51において、全行の転送パルスφOFGがハイレベルからローレベルになり、第3の転送トランジスタ503_Aと第6の転送トランジスタ503_BがOFFとなる。第1および第2の光電変換部500_A、500_Bのリセット状態が解除され、信号電荷の蓄積が開始される。このとき全行のリセットパルスφRESおよび転送パルスTX1、TX2はハイレベルであり、電源線520に接続されたリセットトランジスタ504、第7の転送トランジスタ502_1、第8の転送トランジスタ502_2はON状態である。よって全画素のFD領域508と第1および第2の信号保持部507_1、507_2がリセット状態になっている。 At time t51, the transfer pulse φOFG for all rows changes from high level to low level, and the third transfer transistor 503_A and the sixth transfer transistor 503_B are turned off. The reset states of the first and second photoelectric conversion units 500_A and 500_B are released, and accumulation of signal charges is started. At this time, the reset pulse φRES and transfer pulses TX1 and TX2 of all rows are at high level, and the reset transistor 504, the seventh transfer transistor 502_1, and the eighth transfer transistor 502_2 connected to the power supply line 520 are ON. Therefore, the FD regions 508 and the first and second signal holding units 507_1 and 507_2 of all pixels are in a reset state.

時刻t52にて全行の転送パルスTX1およびTX2もローレベルとなる。全画素の第1の信号保持部507_1および第2の信号保持部507_2のリセット状態が解除され、各信号保持部(507_1、507_2)への信号電荷の転送が可能な状態になる。 At time t52, the transfer pulses TX1 and TX2 of all rows also become low level. The reset states of the first signal holding portions 507_1 and the second signal holding portions 507_2 of all pixels are released, and signal charges can be transferred to the respective signal holding portions (507_1 and 507_2).

第1および第2の光電変換部500_A、500_Bで信号電荷が飽和する前の時刻t53にて、全行の転送パルスφGS_A1およびφGS_B2がハイレベルとなる。全画素の第1の転送トランジスタ501_A1および第5の転送トランジスタ501_B2がONとなる。その結果、全画素の第1の光電変換部500_Aの信号電荷は第1の信号保持部507_1に転送され、全画素の第2の光電変換部500_Bの信号電荷は第2の信号保持部507_2に転送される。このとき全行の転送パルスφGS_A1およびφGS_B2は、時刻t53から所定時間後の時刻t56までハイレベルの状態が保持される。そのため、第1および第2の光電変換部の飽和容量を超えた信号電荷が第1および第2の信号保持部507_1、507_2にそれぞれ転送される。 At time t53 before signal charges are saturated in the first and second photoelectric conversion units 500_A and 500_B, the transfer pulses φGS_A1 and φGS_B2 of all rows become high level. The first transfer transistors 501_A1 and the fifth transfer transistors 501_B2 of all pixels are turned ON. As a result, the signal charges of the first photoelectric conversion units 500_A of all pixels are transferred to the first signal holding unit 507_1, and the signal charges of the second photoelectric conversion units 500_B of all pixels are transferred to the second signal holding unit 507_2. transferred. At this time, the transfer pulses φGS_A1 and φGS_B2 for all rows are kept at the high level from time t53 until time t56 after a predetermined period of time. Therefore, signal charges exceeding the saturation capacities of the first and second photoelectric conversion units are transferred to the first and second signal holding units 507_1 and 507_2, respectively.

時刻t54にて第1行のリセットパルスφRES(1)がローレベルになり、第1行のリセットトランジスタ504がOFFとなって第1行のFD領域508のリセット状態が解除される。時刻t55にて第1行の選択パルスφSEL(1)がハイレベルになり、第1行の増幅トランジスタ505を介して第1行のFD領域508のノイズ成分が読み出される。 At time t54, the reset pulse φRES(1) of the first row becomes low level, the reset transistor 504 of the first row is turned off, and the reset state of the FD region 508 of the first row is released. At time t55, the selection pulse φSEL(1) of the first row becomes high level, and the noise component of the FD region 508 of the first row is read out through the amplifying transistor 505 of the first row.

時刻t57にて第1行の転送パルスφTX1(1)および第1行の選択パルスφSEL(1)がハイレベルになり、第1行の第1の信号保持部507_1に蓄積された信号電荷が第1行の信号読み出し部を介して読み出される。このとき、読み出された信号電荷に含まれるFD領域508のノイズ成分は、不図示の回路により信号電荷から差し引かれて信号成分が撮像素子184外に出力される。 At time t57, the transfer pulse φTX1(1) of the first row and the selection pulse φSEL(1) of the first row become high level, and the signal charge accumulated in the first signal holding unit 507_1 of the first row is transferred to the first signal holding unit 507_1. It is read out via one row of signal readout units. At this time, the noise component of the FD region 508 contained in the read signal charge is subtracted from the signal charge by a circuit (not shown), and the signal component is output to the outside of the image sensor 184 .

全画素の第1および第2の光電変換部500_A、500_Bの信号電荷が、第1および第2の信号保持部507_1、507_2にそれぞれ転送されると、時刻t57には全行の転送パルスφOFGがハイレベルになる。全画素の第1の光電変換部500_Aと第2の光電変換部500_Bはリセット状態になる。 When the signal charges of the first and second photoelectric conversion units 500_A and 500_B of all pixels are transferred to the first and second signal holding units 507_1 and 507_2, respectively, the transfer pulse φOFG of all rows is generated at time t57. become high level. The first photoelectric conversion units 500_A and the second photoelectric conversion units 500_B of all pixels are reset.

第1行の第1の信号保持部507_1に蓄積された信号電荷が読み出された後、同様に第2行の第1の信号保持部507_1に蓄積された信号電荷が読み出される。時刻t58にて第2行のリセットパルスφRES(2)はローレベルとなり、第2行のFD領域508のリセット状態が解除される。また時刻t58にて第2行の選択パルスφSEL(2)がハイレベルになり、第2行の増幅トランジスタ505を介して第2行のFD領域508のノイズ成分が読み出される。また時刻t58では第1行のリセットパルスφRES(1)および転送パルスφTX1(1)がハイレベルとなり、電源線520に接続されたリセットトランジスタ504と、第7の転送トランジスタ502_1はON状態になる。そのため、第2行のFD領域508と第1の信号保持部507_1がリセットされる。 After the signal charges accumulated in the first signal holding portion 507_1 of the first row are read out, the signal charges accumulated in the first signal holding portion 507_1 of the second row are similarly read out. At time t58, the reset pulse φRES(2) of the second row becomes low level, and the reset state of the FD area 508 of the second row is released. At time t58, the second row selection pulse φSEL(2) becomes high level, and the noise component of the second row FD region 508 is read out via the second row amplification transistor 505 . At time t58, the reset pulse φRES(1) and the transfer pulse φTX1(1) of the first row go high, and the reset transistor 504 connected to the power supply line 520 and the seventh transfer transistor 502_1 are turned on. Therefore, the FD region 508 of the second row and the first signal holding portion 507_1 are reset.

時刻t59にて第2行の転送パルスφTX1(2)および選択パルスφSEL(2)がハイレベルになり、第2行の第1の信号保持部507_1に蓄積された信号電荷が信号読み出し部を介して読み出される。このとき、読み出された信号電荷に含まれるFD領域508のノイズ成分は、不図示の回路により信号電荷から差し引かれて信号成分が撮像素子184外に出力される。 At time t59, the transfer pulse φTX1(2) and the selection pulse φSEL(2) of the second row become high level, and the signal charge accumulated in the first signal holding unit 507_1 of the second row is transferred through the signal readout unit. read out. At this time, the noise component of the FD region 508 contained in the read signal charge is subtracted from the signal charge by a circuit (not shown), and the signal component is output to the outside of the image sensor 184 .

時刻t60にて第2行のリセットパルスφRES(2)および転送パルスφTX1(2)がハイレベルとなり、電源線520に接続されたリセットトランジスタ504と、第7の転送トランジスタ502_1はON状態になる。よって第2行のFD領域508と第1の信号保持部507_1がリセットされる。 At time t60, the reset pulse φRES(2) and the transfer pulse φTX1(2) of the second row go high, and the reset transistor 504 connected to the power supply line 520 and the seventh transfer transistor 502_1 are turned on. Therefore, the FD region 508 of the second row and the first signal holding portion 507_1 are reset.

以降の行の第1の信号保持部507_1の信号電荷についても同様に読み出される。時刻t61では全行の第1の信号保持部507_1の信号電荷の読み出しが終了する。この時刻t61以降、第1の信号保持部507_1の信号電荷の読み出し行とは順番が逆の行から第2の信号保持部507_2に蓄積された信号電荷が読み出される。図8のタイミングチャートでは、第2の信号保持部507_2の信号電荷の読み出しが終了する時刻t68よりも前の、第2行と第1行の信号電荷の読み出しタイミングを示している。 The signal charges of the first signal holding units 507_1 in subsequent rows are similarly read. At time t61, reading of signal charges from the first signal holding units 507_1 of all rows is completed. After the time t61, the signal charges accumulated in the second signal holding portion 507_2 are read out from the row in which the order is opposite to the readout row of the signal charges in the first signal holding portion 507_1. The timing chart of FIG. 8 shows readout timings of the signal charges in the second and first rows before the time t68 at which the readout of the signal charges in the second signal holding unit 507_2 ends.

時刻t61から、最終行より順番に第2の信号保持部507_2の信号電荷の読み出しが開始する(以下、最終行を基準とする)。時刻t62において第2行の第2の信号保持部507_2の信号電荷の読み出しが行われる。時刻t62にて第3行のリセットパルスφRES(3)がローレベルとなり、第3行のFD領域508のリセット状態が解除されると、時刻t63では第3行の選択パルスφSEL(3)がハイレベルになる。第3行の増幅トランジスタ505を介して第3行のFD領域508のノイズ成分が読み出される。 From time t61, reading of signal charges from the second signal holding unit 507_2 starts in order from the last row (hereinafter, the last row is used as a reference). At time t62, signal charges are read from the second signal holding unit 507_2 in the second row. At time t62, the reset pulse φRES(3) of the third row becomes low level, and the reset state of the FD area 508 of the third row is released. become a level. A noise component of the FD region 508 in the third row is read out through the amplifying transistor 505 in the third row.

時刻t64にて第2行の転送パルスφTX2(2)および第3行の選択パルスφSEL(3)がハイレベルになり、第2行の第2の信号保持部507_2に蓄積された信号電荷が第3行の信号読み出し部を介して読み出される。このとき、読み出された信号電荷に含まれるFD領域508のノイズ成分は、不図示の回路により信号電荷から差し引かれて信号成分が撮像素子184外に出力される。そして最後に、第1行の第2の信号保持部507_2の信号電荷の読み出しが行われる。時刻t65において、第2行のリセットパルスφRES(2)がローレベルとなる。電源線520に接続されたリセットトランジスタ504はOFF状態になるため、第2行のFD領域508のリセット状態が解除される。また時刻t65では、第2行の転送パルスφTX1(2)がローレベルとなり、第2行のFD領域508と第2行の第1の信号保持部507_1との接続が遮断される。 At time t64, the transfer pulse φTX2(2) of the second row and the selection pulse φSEL(3) of the third row become high level, and the signal charge accumulated in the second signal holding unit 507_2 of the second row is transferred to the second signal holding unit 507_2. It is read out via three rows of signal readout units. At this time, the noise component of the FD region 508 contained in the read signal charge is subtracted from the signal charge by a circuit (not shown), and the signal component is output to the outside of the image sensor 184 . Finally, signal charges are read from the second signal holding portion 507_2 in the first row. At time t65, the reset pulse φRES(2) of the second row becomes low level. Since the reset transistor 504 connected to the power supply line 520 is turned off, the reset state of the FD region 508 in the second row is released. At time t65, the transfer pulse φTX1(2) of the second row becomes low level, and the connection between the FD region 508 of the second row and the first signal holding section 507_1 of the second row is cut off.

時刻t66にて第3行のリセットパルスφRES(3)および第2行の転送パルスφTX2(2)がハイレベルとなり、電源線520に接続されたリセットトランジスタ504と、第8の転送トランジスタ502_2はON状態になる。そのため、第2行のFD領域508と第2の信号保持部507_2がリセットされる。また時刻t66では第2行の選択パルスφSEL(2)がハイレベルになり、第2行の増幅トランジスタ505を介して第2行のFD領域508のノイズ成分が読み出される。 At time t66, the reset pulse φRES(3) of the 3rd row and the transfer pulse φTX2(2) of the 2nd row become high level, and the reset transistor 504 connected to the power supply line 520 and the eighth transfer transistor 502_2 are turned ON. become a state. Therefore, the FD region 508 of the second row and the second signal holding portion 507_2 are reset. At time t66, the second row selection pulse φSEL(2) becomes high level, and the noise component of the second row FD region 508 is read out through the second row amplification transistor 505 .

時刻t67において、第1行の転送パルスφTX2(1)および第2行の選択パルスφSEL(2)がハイレベルになり、第1行の第2の信号保持部507_2に蓄積された信号電荷が第2行の信号読み出し部を介して読み出される。このとき、読み出された信号電荷に含まれるFD領域508のノイズ成分は、不図示の回路により信号電荷から差し引かれて信号成分が撮像素子184外に出力される。 At time t67, the transfer pulse φTX2(1) of the first row and the selection pulse φSEL(2) of the second row become high level, and the signal charge accumulated in the second signal holding unit 507_2 of the first row is transferred to the second signal holding unit 507_2. It is read out via two rows of signal readout sections. At this time, the noise component of the FD region 508 contained in the read signal charge is subtracted from the signal charge by a circuit (not shown), and the signal component is output to the outside of the image sensor 184 .

以上のように、第1および第2の信号保持部507_1、507_2の信号電荷が全て読み出される。デジタル信号処理部187は各画素の第1および第2の信号保持部507_1、507_2からそれぞれ読み出された画像信号を加算して静止画の画像信号を生成する。このとき、第1の信号保持部507_1の信号電荷に含まれるクロストーク量については、第1行から最終行へと読み出す第1の方向にしたがって、相対的に第1行で少なく最終行で最大になる。これとは逆に第2の信号保持部507_2の信号電荷に含まれるクロストーク量については、第1の方向とは逆方向である第2の方向にしたがって、相対的に最終行で少なく第1行で最大となる。その結果、第1および第2の信号保持部507_1、507_2から読み出された信号を加算して生成された静止画像信号においては各行で発生したクロストーク量が平均化される。したがって、クロストークによるむらのない画像を取得することができる。 As described above, all the signal charges of the first and second signal holding units 507_1 and 507_2 are read. The digital signal processing unit 187 adds the image signals read out from the first and second signal holding units 507_1 and 507_2 of each pixel to generate an image signal of a still image. At this time, the amount of crosstalk included in the signal charges of the first signal holding unit 507_1 is relatively small in the first row and maximizes in the last row according to the first direction of reading from the first row to the last row. become. Conversely, the amount of crosstalk contained in the signal charges of the second signal holding portion 507_2 is relatively small in the last row in the second direction opposite to the first direction. maximum in a row. As a result, in the still image signal generated by adding the signals read from the first and second signal holding units 507_1 and 507_2, the amount of crosstalk generated in each row is averaged. Therefore, it is possible to acquire an image without unevenness due to crosstalk.

本実施形態によれば、よりシンプルな画素構造を有する撮像素子を用いて、位相差方式の焦点検出と、グローバル電子シャッタ撮影での広いダイナミックレンジの静止画像の取得を可能とする撮像装置を提供することができる。 According to the present embodiment, an imaging device is provided that uses an imaging element having a simpler pixel structure to enable phase-difference focus detection and acquisition of still images with a wide dynamic range in global electronic shutter imaging. can do.

前記実施形態では、複数の画素部のうちの第1の画素部が有する第2の信号保持部の信号を、第1の画素部とは異なる第2の画素部(隣接画素)が有する信号読み出し部により出力する制御を説明した。本発明の適用上、第1の画素部に対する第2の画素部の位置関係は任意である。また各画素部が瞳分割方向にて2分割された光電変換部を有する例を説明した。これに限らず、本発明は3分割以上の光電変換部(例えば、水平方向および垂直方向にそれぞれ2分割された光電変換部)を画素部が有する構成の撮像装置への適用が可能である。また、画素部内に1つの容量部(FD部)を備える例を示したが、例えばFD部に接続可能な付加容量部を備え、FD部に付加容量部を接続することで、撮像感度に応じて容量の切り替えが可能な構成等に適用可能である。 In the above embodiment, the signal of the second signal holding portion of the first pixel portion among the plurality of pixel portions is read out from the second pixel portion (adjacent pixel) different from the first pixel portion. The control output by the unit has been described. In applying the present invention, the positional relationship of the second pixel section with respect to the first pixel section is arbitrary. Also, an example in which each pixel section has a photoelectric conversion section divided into two in the pupil division direction has been described. The present invention is not limited to this, and can be applied to an imaging device having a configuration in which a pixel section has a photoelectric conversion section divided into three or more (for example, a photoelectric conversion section divided into two each in the horizontal direction and the vertical direction). Also, an example in which one capacitor (FD section) is provided in the pixel section has been shown. It can be applied to a configuration or the like in which the capacity can be switched at the same time.

156 撮影モード選択レバー
178 システム制御CPU
184 撮像素子
189 タイミング発生部
500_AおよびB 光電変換部
501_A1およびA2,501_B1およびB2,502_1,502_2 転送部
507_1,507_2 信号保持部
508,505,506 信号読み出し部
156 Shooting mode selection lever 178 System control CPU
184 image sensor 189 timing generation unit 500_A and B photoelectric conversion unit 501_A1 and A2, 501_B1 and B2, 502_1, 502_2 transfer unit 507_1, 507_2 signal holding unit 508, 505, 506 signal reading unit

Claims (10)

複数の画素部を備え、前記画素部がそれぞれ複数の光電変換部および複数の信号保持部を有する撮像素子と、前記撮像素子を制御する制御手段とを備える撮像装置であって、
前記複数の画素部のうちの第1の画素部は、前記複数の光電変換部のうちの第1の光電変換部の信号を第1および第2の信号保持部にそれぞれ転送する複数の第1の転送手段と、前記複数の光電変換部のうちの第2の光電変換部の信号を第1および第2の信号保持部にそれぞれ転送する複数の第2の転送手段と、前記第1の信号保持部に保持された信号を出力する信号読み出し手段と、前記第2の信号保持部に保持された信号を、前記複数の画素部のうちの第2の画素部へ転送する第3の転送手段と、を有し、
前記制御手段は前記第3の転送手段を制御し、前記第1の画素部が有する前記第2の信号保持部の信号を、前記第2の画素部が有する前記信号読み出し手段により出力する制御を行う
ことを特徴とする撮像装置。
An imaging device comprising: an imaging device comprising a plurality of pixel units, each of which has a plurality of photoelectric conversion units and a plurality of signal holding units; and a control means for controlling the imaging device,
A first pixel portion among the plurality of pixel portions includes a plurality of first pixel portions for transferring signals of a first photoelectric conversion portion among the plurality of photoelectric conversion portions to first and second signal holding portions, respectively. a plurality of second transfer means for transferring a signal of a second photoelectric conversion unit among the plurality of photoelectric conversion units to first and second signal holding units, respectively; and the first signal signal reading means for outputting the signal held in the holding portion; and third transfer means for transferring the signal held in the second signal holding portion to a second pixel portion among the plurality of pixel portions. and
The control means controls the third transfer means to output the signal of the second signal holding part of the first pixel part by the signal reading means of the second pixel part. An imaging device characterized by:
前記制御手段は、前記第1の画素部にて、
前記第1の光電変換部の信号を前記第1の信号保持部に転送する前記第1の転送手段および前記第2の光電変換部の信号を前記第1の信号保持部に転送する前記第2の転送手段を制御して、前記第1の信号保持部の信号を前記信号読み出し手段により出力する第1の制御と、
前記第1の光電変換部の信号を前記第2の信号保持部に転送する前記第1の転送手段および前記第2の光電変換部の信号を前記第2の信号保持部に転送する前記第2の転送手段と、前記第3の転送手段を制御して、前記第1の画素部が有する前記第2の信号保持部の信号を、前記第1の画素部が属する行に隣接する行の前記第2の画素部が有する前記信号読み出し手段により出力する第2の制御と、を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The control means, in the first pixel portion,
the first transfer means for transferring the signal of the first photoelectric conversion section to the first signal holding section; and the second transfer means for transferring the signal of the second photoelectric conversion section to the first signal holding section. a first control for controlling the transfer means of and outputting the signal of the first signal holding unit by the signal reading means;
the first transfer means for transferring the signal of the first photoelectric conversion portion to the second signal holding portion; and the second transfer means for transferring the signal of the second photoelectric conversion portion to the second signal holding portion. and the third transfer means to transfer the signal of the second signal holding portion of the first pixel portion to the second signal holding portion of the row adjacent to the row to which the first pixel portion belongs. 2. The imaging apparatus according to claim 1, further comprising a second control for outputting by the signal reading means of the second pixel portion.
前記制御手段は、動画像を取得する場合、前記第1の信号保持部に蓄積される電荷に対応する、蓄積時間の長い第1の画像信号と、前記第2の信号保持部に蓄積される電荷に対応する、蓄積時間の短い第2の画像信号とを交互に出力する制御を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
When acquiring a moving image, the control means stores a first image signal having a long accumulation time corresponding to the charge accumulated in the first signal holding section and the charge accumulated in the second signal holding section. 2. The imaging apparatus according to claim 1, wherein control is performed to alternately output a second image signal corresponding to charge and having a short accumulation time.
前記制御手段は、前記第1および第2の画像信号を交互に出力する制御にて前記第2の画像信号に係る信号電荷の蓄積および転送を先に行う
ことを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
4. The method according to claim 3, wherein the control means first performs accumulation and transfer of signal charges relating to the second image signal by controlling to alternately output the first and second image signals. imaging device.
前記制御手段は、単写撮影を行う場合、前記第1の光電変換部の信号電荷および前記第2の光電変換部の信号電荷をそれぞれ前記第1の信号保持部および第2の信号保持部に転送して蓄積し、前記第1の画素部における前記第1の信号保持部の信号を前記信号読み出し手段により出力した後に、前記第1の画素部における前記第2の信号保持部の信号を、前記第1の画素部が属する行の隣接行に属する前記第2の画素部が有する前記信号読み出し手段により出力する制御を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The control means transfers the signal charge of the first photoelectric conversion unit and the signal charge of the second photoelectric conversion unit to the first signal holding unit and the second signal holding unit, respectively, when single-shot photographing is performed. After transferring and accumulating and outputting the signal of the first signal holding portion in the first pixel portion by the signal reading means, the signal of the second signal holding portion in the first pixel portion is 2. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein control is performed to output by the signal reading means included in the second pixel portion belonging to a row adjacent to the row to which the first pixel portion belongs.
前記制御手段は、前記単写撮影において、前記第2の信号保持部の信号を読み出す行の方向を、前記第1の信号保持部の信号を読み出す行の方向とは逆の方向に設定して前記信号読み出し手段により信号を出力する制御を行う
ことを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。
The control means sets the direction of the row from which the signal of the second signal holding section is read out in the direction opposite to the direction of the row from which the signal of the first signal holding section is read out in the single-shot photographing. 6. The imaging apparatus according to claim 5, wherein the signal reading means controls output of a signal.
前記制御手段は、連写撮影を行う場合、前記第1の画素部における前記第1の光電変換部の信号電荷および第2の光電変換部の信号電荷を前記第1の信号保持部に転送して蓄積し、当該第1の信号保持部の信号を前記第1の画素部が有する前記信号読み出し手段により出力する制御を行う
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の撮像装置。
The control means transfers the signal charge of the first photoelectric conversion unit and the signal charge of the second photoelectric conversion unit in the first pixel unit to the first signal holding unit when continuous shooting is performed. 3. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the signal in the first signal holding unit is stored in the first signal holding unit and output by the signal reading unit included in the first pixel unit.
前記制御手段は、撮像光学系の焦点検出用の画像信号を取得する場合、
前記第1の画素部が有する前記第1の光電変換部の信号電荷および第2の光電変換部の信号電荷をそれぞれ前記第1の信号保持部および第2の信号保持部に転送して蓄積し、前記第1の信号保持部の信号を前記第1の画素部が有する前記信号読み出し手段により出力した後に、前記第1の画素部が有する前記第2の信号保持部の信号を前記第1の画素部が属する行に隣接する行に属する前記第2の画素部が有する前記信号読み出し手段により出力する制御を行う
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の撮像装置。
When the control means acquires an image signal for focus detection of the imaging optical system,
The signal charges of the first photoelectric conversion portion and the signal charges of the second photoelectric conversion portion of the first pixel portion are transferred to and accumulated in the first signal holding portion and the second signal holding portion, respectively. and after outputting the signal of the first signal holding portion by the signal reading means of the first pixel portion, the signal of the second signal holding portion of the first pixel portion is output to the first 8. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein control is performed to output by the signal reading means included in the second pixel portion belonging to a row adjacent to the row to which the pixel portion belongs.
前記信号保持部の飽和容量は、前記第1の光電変換部の飽和容量と前記第2の光電変換部の飽和容量との和以上である
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の撮像装置。
9. The saturated capacity of the signal holding section is equal to or greater than the sum of the saturated capacity of the first photoelectric conversion section and the saturated capacity of the second photoelectric conversion section. 11. The image pickup device according to claim 1.
複数の画素部を備え、前記画素部がそれぞれ複数の光電変換部および複数の信号保持部を有する撮像素子と、前記撮像素子を制御する制御手段とを備える撮像装置にて実行される制御方法であって、
前記複数の画素部のうちの第1の画素部は、前記複数の光電変換部のうちの第1の光電変換部の信号を第1および第2の信号保持部にそれぞれ転送する複数の第1の転送手段と、前記複数の光電変換部のうちの第2の光電変換部の信号を第1および第2の信号保持部にそれぞれ転送する複数の第2の転送手段と、前記第1の信号保持部に保持された信号を出力する信号読み出し手段と、前記第2の信号保持部に保持された信号を、前記複数の画素部のうちの第2の画素部へ転送する第3の転送手段と、を有し、
前記制御方法は、
前記第1の画素部が有する前記第1の信号保持部に保持された信号を前記第1の画素部が有する前記信号読み出し手段により出力する制御を前記制御手段が行う工程と、
前記制御手段が前記第3の転送手段を制御し、前記第1の画素部が有する前記第2の信号保持部の信号を、前記第2の画素部が有する前記信号読み出し手段により出力する制御を行う工程と、を有する
ことを特徴とする制御方法。
A control method executed by an imaging device comprising a plurality of pixel units, each of which includes an image sensor having a plurality of photoelectric conversion units and a plurality of signal holding units, and control means for controlling the image sensor There is
A first pixel portion among the plurality of pixel portions includes a plurality of first pixel portions for transferring signals of a first photoelectric conversion portion among the plurality of photoelectric conversion portions to first and second signal holding portions, respectively. a plurality of second transfer means for transferring a signal of a second photoelectric conversion unit among the plurality of photoelectric conversion units to first and second signal holding units, respectively; and the first signal signal reading means for outputting the signal held in the holding portion; and third transfer means for transferring the signal held in the second signal holding portion to a second pixel portion among the plurality of pixel portions. and
The control method is
a step in which the control means performs control to output the signal held in the first signal holding part of the first pixel portion by the signal reading means of the first pixel portion;
The control means controls the third transfer means so that the signal of the second signal holding part of the first pixel portion is output by the signal reading means of the second pixel portion. and a step of performing.
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