JP7346090B2 - Imaging device and its control method - Google Patents
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Description
本発明は、撮像装置におけるグローバル電子シャッタ撮影の技術に関する。 The present invention relates to a technology for global electronic shutter photography in an imaging device.
ローリングシャッタ撮影では、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において行ごとに信号蓄積および読み出しが行われる。動きの速い被写体に対しては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る。一方、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。 In rolling shutter photography, signals are accumulated and read out row by row in an imaging device that uses a CMOS (complementary metal oxide semiconductor) image sensor. For fast-moving subjects, image distortion may occur due to the difference in signal accumulation time between the top and bottom of the screen. On the other hand, in global electronic shutter photography, by providing a signal holding section within one pixel of the image sensor, signals are accumulated for all pixels simultaneously, and it is possible to obtain a distortion-free captured image of a fast-moving subject.
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り、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。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。第1の光電変換部の信号は第1の信号保持部で保持された後に読み出され、さらに第2の信号保持部の信号は漏れ光によるノイズ成分として読み出される。第1の信号保持部の信号から第2の信号保持部の信号を差し引くことによって、信号保持部への漏れ光による影響を低減可能である。
The imaging device disclosed in
特許文献1に開示の撮像装置では、1画素中の第1の光電変換部の信号を読み出す際に発生する漏れ光によるノイズ成分を、第2の光電変換部に対応する信号保持部の信号を用いて除去する構成である。そのため、2つの光電変換部の信号を読み出して、同時に漏れ光によるノイズ成分を低減することはできない。
本発明の目的は、グローバル電子シャッタ撮影が可能であって、より高品位な画像を取得可能な撮像装置を提供することである。
In the imaging device disclosed in
An object of the present invention is to provide an imaging device that is capable of global electronic shutter photography and that can obtain higher quality images.
本発明の実施形態の撮像装置は、複数の光電変換部および信号保持部を有する複数の画素部が配列された撮像素子を備える撮像装置であって、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、第2の光電変換部の信号を前記第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および第2の転送手段を制御して、第1の画素部が備える前記第1の信号保持部の信号を第1の信号読み出し部から読み出し、前記第1の画素部が備える前記第2の信号保持部の信号を、前記第1の画素部に隣接する第2の画素部が備える第2の信号読み出し部から読み出す制御を行う制御手段と、を備える。前記制御手段は、前記第2の画素部が備える前記第1および第2の光電変換部の信号を前記第2の画素部が備える前記第1の信号保持部に転送し、前記第1の画素部が備える前記第2の信号保持部の信号と、前記第2の画素部が備える前記第1の信号保持部の信号とを前記第2の画素部が備える前記第2の信号読み出し部から読み出す制御を行う。 An imaging device according to an embodiment of the present invention is an imaging device including an imaging element in which a plurality of pixel sections each having a plurality of photoelectric conversion sections and a signal holding section are arranged, and the signal of a first photoelectric conversion section is transferred to a first and a plurality of first transfer means that transfer signals from the second photoelectric conversion section to the first and second signal holding sections, respectively. and controlling the first and second transfer means to read out the signal of the first signal holding section included in the first pixel section from the first signal readout section, and controlling the first and second transfer means, A control unit that performs control to read a signal from the second signal holding unit from a second signal reading unit provided in a second pixel unit adjacent to the first pixel unit. The control means transfers signals from the first and second photoelectric conversion units included in the second pixel unit to the first signal holding unit included in the second pixel unit, and reading a signal from the second signal holding section included in the section and a signal from the first signal holding section included in the second pixel section from the second signal reading section included in the second pixel section. Take control.
本発明によれば、グローバル電子シャッタ撮影が可能であって、より高品位な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 device capable of global electronic shutter photography and capable of acquiring higher quality images.
以下に、本発明の実施形態として、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。 DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As an embodiment of the present invention, an imaging apparatus that performs phase-difference focus detection and is capable of acquiring images with a wide dynamic range through global electronic shutter photography will be described below in detail as an embodiment of the present invention. Although a digital still motion camera is shown as an example of an imaging device, the present invention is applicable to imaging devices installed in moving devices such as drones and automobiles, and various electronic devices having an imaging function.
[第1実施形態]
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。
[First embodiment]
FIG. 1 is an external view illustrating an imaging device according to this embodiment. FIG. 1(A) is a front view of the imaging device, and FIG. 1(B) is a rear view of the imaging device. The imaging device
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 section includes a lens and a diaphragm that constitute the imaging
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が配置されている。さらにその下側に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。
The operation switch (hereinafter referred to as switch ST) 154 is mainly used by the user to take still images. The switch ST154 is arranged on the upper surface of the imaging device
図2は本実施形態の撮像装置を用いた撮像システム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。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of an imaging system using the imaging device of this embodiment. The
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する。撮像素子184は、例えば多数の単位画素を2次元配列させた構成の画素部と、垂直走査部、列読み出し部、水平走査部、信号処理部、出力部等を備える。
The
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ダイナミックレンジ拡大等の処理や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。なお、図2ではタイミング発生部189を撮像素子184とは別に設けた構成を示すが、タイミング発生部189の一部機能を有する回路部を撮像素子184に内蔵させた構成例への適用が可能である。
The digital
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 part of the imaging apparatus according to an operation instruction signal from an
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等を画面に表示する。
The
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、撮像装置本体部151への着脱が可能である。
The recording I/
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/
図3は撮像素子184の一部を示す回路図であり、図4は撮像素子184の一部平面図である。各図において、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、同機能の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。図4の平面図では、1行1列目(1,1)の画素要素を実線で示し、2行1列目(2,1)の画素要素を点線で示している。
3 is a circuit diagram showing a part of the
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。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2に開示されているので説明を省略する。
One pixel element in the
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 unit 507_1 by the first transfer transistor 501_A1, and can be transferred to the second signal holding unit 507_2 by the second transfer transistor 501_A2. Further, the third transfer transistor 503_A is connected to the
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 configured by a PD. A signal generated by light reception by the PD can be transferred to the first signal holding unit 507_1 by the fourth transfer transistor 501_B1, and can be transferred to the second signal holding unit 507_2 by the fifth transfer transistor 501_B2. Further, the sixth transfer transistor 503_B is connected to the
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 section 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、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 section 507_1 is transferred to the floating diffusion (hereinafter abbreviated as FD)
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を介して読み出される。
Further, the signal corresponding to the charge accumulated in the second signal holding unit 507_2 is transmitted to the
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
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 a transfer pulse φGS_B1, and the fifth transfer transistor 501_B2 is controlled by a transfer pulse φGS_B2.
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。
The third transfer transistor 503_A and the sixth transfer transistor 503_B are controlled by a transfer pulse φOFG. The seventh transfer transistor 502_1 is controlled by a transfer pulse φTX1, and the eighth transfer transistor 502_2 is controlled by a transfer pulse φTX2. Further, the
図4は撮像素子の一部を示す平面図であり、水平方向(左右方向)を行方向とし、当該方向と直交する垂直方向(上下方向)を列方向と定義する。円形枠はマイクロレンズの外形を表す。2つの光電変換部500_A,500_Bは行方向に並んで配設されている。光電変換部500_A,500_Bにそれぞれ隣接して第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が配置される。また2つの信号保持部507_1、507_2は2つの光電変換部500_A、500_Bを挟んで列方向に配設されている。第1の信号保持部507_1とFD領域508とに亘って第7の転送トランジスタ502_1が配置され、第2の信号保持部507_2とFD領域508とに亘って第8の転送トランジスタ502_2が配置される。
FIG. 4 is a plan view showing a part of the image sensor, and the horizontal direction (left-right direction) is defined as the row direction, and the vertical direction (up-down direction) orthogonal to the horizontal direction is defined as the column direction. The circular frame represents the outer shape of the microlens. The two photoelectric conversion units 500_A and 500_B are arranged side by side in the row direction. A third transfer transistor 503_A and a sixth transfer transistor 503_B are arranged adjacent to the photoelectric conversion units 500_A and 500_B, respectively. Further, the two signal holding sections 507_1 and 507_2 are arranged in the column direction with the two photoelectric conversion sections 500_A and 500_B interposed therebetween. A seventh transfer transistor 502_1 is arranged across the first signal holding unit 507_1 and the
各行の光電変換部500_A,500_Bと、信号保持部507_1,507_2と、FD領域508は、各行の境界(境界線C参照)に対して線対称に配設されている。その結果、各行の境界(境界線C参照)で隣り合う第2の信号保持部507_2と第1の信号保持部507_1に含まれる漏れ光によるノイズ成分はほぼ等しくなる。また、最終行の画像要素は第2の読み出し部(図4の2行1列目(2,1)の画素要素で、二点鎖線で示したFD領域508に相当する)を有する。尚、撮像素子の仕様によっては水平方向を列方向とし、当該方向と直交する垂直方向を行方向としてもよい。
The photoelectric conversion units 500_A, 500_B, signal holding units 507_1, 507_2, and
撮像装置にて静止画撮影が行われる場合を以下に説明する。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に蓄積された電荷に対応する画像信号は、例えば第1行の第1の信号保持部507_1に同時に転送される。グローバル電子シャッタ撮影の場合、隣接行(第2行)でも同時刻に、第1の光電変換部500_Aおよび第2の光電変換部500_Bに蓄積された電荷に対応する画像信号は第2行の第1の信号保持部507_1に同時に転送される。このとき、第1行の第2の信号保持部507_2は未使用である。そこで本実施形態では、第2行の第1の信号保持部507_1の画像信号に含まれる漏れ光によるノイズ成分を、第1行の第2の信号保持部507_2のノイズ成分で差し引く処理が行われる。これにより、S/N比(信号対ノイズ比)の高い高品位な画像を取得可能である。
A case in which still image photography is performed with an imaging device will be described below. Image signals corresponding to the charges accumulated in the first photoelectric conversion unit 500_A and the second photoelectric conversion unit 500_B, which constitute one pixel of the
図5は撮像素子の駆動シーケンス例を示すタイミングチャートである。図5を参照して、静止画の連写(連続撮影)時の制御方法を説明する。グローバル電子シャッタ撮影にて信号保持部への漏れ光の影響を低減することにより、高品位な静止画像を連続して取得することができる。以下に説明する制御は、制御手段の一部を構成するタイミング発生部189の命令にしたがって行われる。図5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。時間経過方向は左から右への方向であり、時刻t31からt43を示す。
FIG. 5 is a timing chart showing an example of the driving sequence of the image sensor. A control method during continuous shooting of still images will be described with reference to FIG. 5. By reducing the influence of leakage light on the signal holding unit in global electronic shutter photography, high-quality still images can be continuously acquired. The control described below is performed according to instructions from a
時刻t31にて、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はONである。そのため、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 pulses φOFG of all rows go 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 state of the first photoelectric conversion unit 500_A and the second photoelectric conversion unit 500_B is 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
時刻t32にて、第1行のリセットパルスφRES(1)がローレベルになる。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。また、時刻t32には全行の転送パルスφTx1,φTx2がローレベルとなる。全画素の信号保持部507_1,507_2のリセット状態が解除され、漏れ光によるノイズ成分の蓄積が開始される。
At time t32, the reset pulse φRES(1) in the first row becomes low level. The
時刻t33にて、第1行の選択パルスφSEL(1)がハイレベルになり、第1行の選択トランジスタ506がONとなる。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のリセットノイズ成分が読み出される。また、時刻t33には全行の第1の転送パルスφGS_A1および第4の転送パルスφGS_B1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 t33, the selection pulse φSEL(1) in the first row becomes high level, and the
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)がハイレベルになる。第1行の第1の信号保持部507_1に蓄積された静止画用の信号電荷が第1行の信号読み出し部(508,505,506)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のリセットノイズ成分については、先に読み出されたノイズ成分のみを不図示の信号処理回路が信号から差し引いて出力する。この信号処理回路は、例えば撮像素子184内に設けられており、各画素部から読み出された信号に対してノイズ成分を減算し、相関二重サンプリング処理等を行う。信号処理回路の構成は公知であるため、その説明を省略する。
At time t35, the first row transfer pulse φTx1(1) and the first row selection pulse φSEL(1) become high level. The still image signal charges accumulated in the first signal holding section 507_1 in the first row are read out via the signal readout section (508, 505, 506) in the first row. Regarding the reset noise component of the
このように、信号読み出しの開始行(第1行)では光電変換部500_A,500_Bから信号保持部507_1に信号電荷を転送した後、すぐに信号読み出し部から信号の読み出しが行われる。よって、信号保持部507_1への漏れ光によるノイズはほとんど無い。 In this manner, in the signal readout start row (first row), signals are read out from the signal readout section immediately after signal charges are transferred from the photoelectric conversion sections 500_A, 500_B to the signal holding section 507_1. Therefore, there is almost no noise due to light leakage to the signal holding unit 507_1.
また時刻t35に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。第1行の静止画用の信号電荷が読み出されると、第2行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となる。第2行のFD領域508のリセット状態が解除される。
Further, at time t35, the transfer pulse φOFG of all rows becomes high level, and the first photoelectric conversion unit 500_A and the second photoelectric conversion unit 500_B of all pixels enter the reset state. When the signal charges for a still image in the first row are read out, the signal charges in the second row are read out. At time t36, the second row reset pulse φRES(2) becomes low level, and the second row reset
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はON状態となり、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には、第1行の転送パルスφTx2(1)および選択パルス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への漏れ光によるノイズ成分、および第2行のFD領域508のリセットノイズ成分が第2行の増幅トランジスタ505を介して読み出される。
At time t37, the first row reset pulse φRES(1) and transfer pulse φTx1(1) become high level. The
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)がハイレベルになる。第2行の第1の信号保持部507_1に蓄積された静止画用の信号電荷が漏れ光によるノイズ成分とともに第2行の信号読み出し部(508,505,506)を介して読み出される。読み出された静止画用の信号電荷に含まれる第1の信号保持部507_1に生じた漏れ光によるノイズ成分とFD領域508のリセットノイズ成分については、先に読み出されたノイズ成分のみを前記信号処理回路が信号から差し引いて出力する。
At time t38, the second row transfer pulse φTx1(2) and selection pulse φSEL(2) become high level. The still image signal charges accumulated in the first signal holding section 507_1 on the second row are read out together with noise components due to leaked light via the signal reading section (508, 505, 506) on the second row. Regarding the noise component due to leakage light generated in the first signal holding section 507_1 and the reset noise component of the
時刻t39にて、第1行の転送パルスφTx1(1)、第2行のリセットパルスφRES(2)および転送パルスφTx1(2)はハイレベルである。電源線520に接続されたリセットトランジスタ504はON状態であるので、第2行のFD領域508とともに第1の信号保持部507_1、第1行の信号保持部507_2がリセットされる。
At time t39, the first row transfer pulse φTx1(1), the second row reset pulse φRES(2), and the transfer pulse φTx1(2) are at high level. Since the
これ以降、同様にして、各行の第1の信号保持部507_1に蓄積された静止画用の信号電荷は、隣接行の第2の信号保持部507_2のノイズ成分が差し引かれて撮像素子184外に出力される。したがって、S/N比の高い高品位な画像が取得される。1枚目の静止画の信号電荷が読み出された後、時刻t42(t43)から2枚目(3枚目)の静止画の取得処理が開始される。
From now on, in the same way, the still image signal charge accumulated in the first signal holding section 507_1 of each row is transferred to the outside of the
本実施形態では、画像信号からノイズ成分を減算する減算処理を撮像素子184内の信号処理部が行う例を示した。これに限らず、撮像素子184から信号を読み出した後、デジタル信号処理部187が減算処理を行う構成でもよい。また本実施形態では、撮像素子184の第1行から画像信号を順次に読み出す例を示した。このほかには、撮像素子184の最終行から順に画像信号を読み出す方法がある。その場合、第1および第2の光電変換部の画像信号は第2の信号保持部に転送されて読み出しが行われ、漏れ光によるノイズ成分を第1の信号保持部から読み出す制御が行われる。
In this embodiment, an example has been shown in which the signal processing unit within the
撮像装置が公知の位相差AF(オートフォーカス)を行う場合、撮像素子184の1画素を構成する第1の光電変換部500_Aの信号電荷は、例えば第1の信号保持部507_1に転送される。また第2の光電変換部500_Bに蓄積された信号電荷は第2の信号保持部507_2に転送される。これらの転送は同時に行われる。位相差を有する複数の信号から、蓄積時間の同期したAF用画像(焦点調節に使用される画像)を取得することが可能である。また、ある行にて第1の信号保持部507_1の信号電荷は信号読み出し部を介して読み出された後、当該行と同一行の第2の信号保持部507_2の信号電荷が信号読み出し部を介して読み出される。この制御によって、2つの信号保持部に生じる漏れ光によるノイズ成分を略等しくすることが可能となるので、対称性をもつ2つのAF用画像を取得して良好な焦点検出を行うことができる。
When the imaging device performs known phase difference AF (autofocus), the signal charge of the first photoelectric conversion unit 500_A that constitutes one pixel of the
本実施形態では、画素内の複数の光電変換部の信号を第1の信号保持部へ転送して静止画用信号を読み出す場合、隣接する画素内の第2の信号保持部が保持する信号もノイズ成に含めて相関二重サンプリングを行う。ノイズ成分を含む信号からノイズ成分が減算されるので、クロストーク成分が低減された画像信号が得られる。本実施形態によれば、グローバル電子シャッタ撮影が可能であって、信号保持部への漏れ光の影響を低減することで、クロストークの影響が小さい、より高品位な画像を取得することができる。 In this embodiment, when the signals of a plurality of photoelectric conversion units in a pixel are transferred to the first signal holding unit to read out a still image signal, the signals held by the second signal holding unit in an adjacent pixel are also transferred. Correlated double sampling is performed by including it in the noise composition. Since the noise component is subtracted from the signal containing the noise component, an image signal with reduced crosstalk components is obtained. According to this embodiment, global electronic shutter photography is possible, and by reducing the influence of leakage light on the signal holding section, it is possible to obtain higher quality images with less influence of crosstalk. .
[第2実施形態]
図6を参照して、本発明の第2実施形態を説明する。本実施形態では第1実施形態との相違点を説明し、第1実施形態と同様の事項については既に使用した符号や記号を流用することで、それらの詳細な説明を省略する。
[Second embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, differences from the first embodiment will be explained, and detailed explanations thereof will be omitted by reusing previously used symbols and symbols for matters similar to the first embodiment.
図6は撮像素子184における2画素の構成を示す概略平面図である。図4との相違点はFD領域の位置である。2つの光電変換部500_A,500_Bは行方向(水平方向)に並んで配設されている。また2つの信号保持部507_1,507_2は2つの光電変換部500_A,500_Bを挟んで列方向(垂直方向)に配設されている。さらに、FD領域508は、所定行(図6では第1行)の画素部の信号保持部507_2と、その隣接行(図6では第2行)の画素部の信号保持部507_1との間に配設されている。つまり、FD領域508は、並設された信号保持部507_2に対して第8の転送トランジスタ502_2を介して接続されるか、または、並設された信号保持部507_1に対して第7の転送トランジスタ502_1を介して接続される。
FIG. 6 is a schematic plan view showing the configuration of two pixels in the
各行の光電変換部500_A,500_Bと、信号保持部507_1,507_2と、FD領域508は、各行の境界(境界線C参照)に対して線対称に配設されている。その結果、各行の境界(境界線C参照)でFD領域508を挟んで隣り合う第2の信号保持部507_2と第1の信号保持部507_1に含まれる漏れ光によるノイズ成分はほぼ等しくなる。
The photoelectric conversion units 500_A, 500_B, signal holding units 507_1, 507_2, and
本実施形態の撮像素子の構成において、図5に示すタイミングチャートで撮像素子の駆動制御を行うことにより、グローバル電子シャッタ撮影において信号保持部への漏れ光の影響を低減した高品位な静止画像を取得可能である。 In the configuration of the image sensor of this embodiment, by controlling the drive of the image sensor according to the timing chart shown in FIG. 5, high-quality still images with reduced influence of light leakage to the signal holding section in global electronic shutter photography can be obtained. It is possible to obtain it.
178 システム制御CPU
184 撮像素子
189 タイミング発生部
178 System control CPU
184
Claims (7)
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、
第2の光電変換部の信号を前記第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および第2の転送手段を制御して、第1の画素部が備える前記第1の信号保持部の信号を第1の信号読み出し部から読み出し、前記第1の画素部が備える前記第2の信号保持部の信号を、前記第1の画素部に隣接する第2の画素部が備える第2の信号読み出し部から読み出す制御を行う制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記第2の画素部が備える前記第1および第2の光電変換部の信号を前記第2の画素部が備える前記第1の信号保持部に転送し、前記第1の画素部が備える前記第2の信号保持部の信号と、前記第2の画素部が備える前記第1の信号保持部の信号とを前記第2の画素部が備える前記第2の信号読み出し部から読み出す制御を行う
ことを特徴とする撮像装置。 An imaging device including an imaging element in which a plurality of pixel sections each having a plurality of photoelectric conversion sections and a signal holding section are arranged,
a plurality of first transfer means that transfer the signals of the first photoelectric conversion section to the first and second signal holding sections, respectively;
a plurality of second transfer means that transfer the signals of the second photoelectric conversion section to the first and second signal holding sections, respectively;
The first and second transfer means are controlled to read out the signal of the first signal holding section included in the first pixel section from the first signal readout section, and read out the signal of the first signal holding section included in the first pixel section, and control means for controlling the reading of the signal from the second signal holding section from a second signal readout section provided in a second pixel section adjacent to the first pixel section;
The control means transfers signals from the first and second photoelectric conversion units included in the second pixel unit to the first signal holding unit included in the second pixel unit, and reading a signal from the second signal holding section included in the section and a signal from the first signal holding section included in the second pixel section from the second signal reading section included in the second pixel section. An imaging device characterized by performing control.
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The control means performs control to subtract the signal of the second signal holding unit included in the first pixel unit from the signal of the first signal holding unit included in the second pixel unit. The imaging device according to claim 1.
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。 2. The first pixel section is a pixel section in a first row, and the second pixel section is a pixel section in a second row adjacent to the first row. The imaging device according to claim 2.
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の撮像装置。 The first and second photoelectric conversion units are arranged in a first direction, and the first and second signal holding units are arranged in the first direction with the first and second photoelectric conversion units in between. The first and second signal holding sections and the signal reading section are disposed in a second direction orthogonal to The imaging device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の撮像装置。 The image sensor includes a plurality of microlenses and the first and second photoelectric conversion units corresponding to the microlenses, and acquires a plurality of signals having a phase difference from the first and second photoelectric conversion units. The imaging device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that:
前記撮像装置は、
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、
第2の光電変換部の信号を前記第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および第2の転送手段を制御して、第1の画素部が備える前記第1の信号保持部の信号を第1の信号読み出し部から読み出し、前記第1の画素部が備える前記第2の信号保持部の信号を、前記第1の画素部に隣接する第2の画素部が備える第2の信号読み出し部から読み出す制御を行う制御手段と、を備え、
前記制御方法は、前記第2の画素部が備える前記第1および第2の光電変換部の信号を前記第2の画素部が備える前記第1の信号保持部に転送する工程と、前記第1の画素部が備える前記第2の信号保持部の信号と、前記第2の画素部が備える前記第1の信号保持部の信号とを前記第2の画素部が備える前記第2の信号読み出し部から読み出す制御を行う工程と、有する
ことを特徴とする撮像装置の制御方法。 A control method executed in an imaging device including an imaging device in which a plurality of pixel sections each having a plurality of photoelectric conversion sections and a signal holding section are arranged, the method comprising:
The imaging device includes:
a plurality of first transfer means that transfer the signals of the first photoelectric conversion section to the first and second signal holding sections, respectively;
a plurality of second transfer means that transfer the signals of the second photoelectric conversion section to the first and second signal holding sections, respectively;
The first and second transfer means are controlled to read out the signal of the first signal holding section included in the first pixel section from the first signal readout section, and read out the signal of the first signal holding section included in the first pixel section, and control means for controlling the reading of the signal from the second signal holding section from a second signal readout section provided in a second pixel section adjacent to the first pixel section;
The control method includes a step of transferring signals from the first and second photoelectric conversion units included in the second pixel unit to the first signal holding unit included in the second pixel unit; The second signal readout unit, which the second pixel unit includes, receives a signal from the second signal holding unit included in the pixel unit and a signal from the first signal holding unit included in the second pixel unit. 1. A method for controlling an imaging device, comprising: a step of controlling reading from the image pickup device.
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