WO2017082093A1 - 撮像素子、撮像素子の駆動方法、及び、電子機器 - Google Patents

撮像素子、撮像素子の駆動方法、及び、電子機器 Download PDF

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    • H04N25/71Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array

Definitions

  • the present technology relates to an imaging device, a driving method of the imaging device, and an electronic device, and in particular, an imaging device suitable for use when two or more pixel signal readout scans are performed in parallel, a driving method of the imaging device, and an electronic device.
  • an imaging device suitable for use when two or more pixel signal readout scans are performed in parallel
  • a driving method of the imaging device and an electronic device.
  • the present technology has been made in view of such a situation, and is intended to improve image quality when two or more pixel signal readout scans are performed in parallel.
  • the imaging device includes a pixel region in which a plurality of pixels are arranged in a matrix, a vertical drive circuit that drives the pixels in the pixel region for each row, and the pixels within one horizontal period.
  • a column signal processing circuit capable of reading out pixel signals of a plurality of rows in the region, and the vertical drive circuit performs two or more pixel signal reading scans in parallel in the pixel region, The timing at which the movement of the predetermined movement amount or more is controlled based on the position of the readout row in the other readout scanning.
  • a movement that is greater than or equal to a predetermined amount of movement of the readout row of each readout scan is performed, in the first region where the readout row of another readout scan is used for the image in the pixel region, or the black level.
  • the distance between the read line before movement and the read line of another read scan, the read line after movement and the read line of another read scan, and so on. Can be controlled to be performed when the distance between the two is substantially equal.
  • Third regions for adjusting the readout load of pixel signals are arranged on both sides in the column direction of the first region in the pixel region, respectively, and adjustment of the readout load of pixel signals is performed in the vertical drive circuit.
  • the destination of the readout row in each readout scan when performing can be selected from the plurality of third regions based on the location of the readout row in another readout scan.
  • a fourth region that is not used for the image is disposed between the first region and the third region, and the vertical drive circuit performs read scanning in the fourth region. It is possible to control the scanning so as to be performed at a higher speed than the reading scanning in the area.
  • the second regions are respectively arranged on both sides in the column direction of the first region in the pixel region, and the vertical drive circuit has a region used for detection of the black level of each readout scan as another readout.
  • a plurality of second regions can be selected based on the position of the scanning readout line.
  • the vertical drive circuit can be controlled to perform a plurality of exposures with different exposure times within one vertical period, and to perform readout scanning of a plurality of pixel signals obtained by the plurality of exposures in parallel.
  • the vertical drive circuit performs long-time exposure and short-time exposure within one vertical period, and performs pixel signal readout scanning obtained by the long-time exposure and pixel signal readout scanning obtained by the short-time exposure.
  • the timing for moving the read line of one read scan by a predetermined amount or more can be controlled based on the position of the read line of the other read scan.
  • the column signal processing circuit includes one or more AD converters that can be individually connected to the plurality of vertical signal lines for each column of the pixel region. Can be provided.
  • a plurality of vertical signal lines may be wired in each column, and the column signal processing circuit may be provided with an AD converter operable in parallel for each vertical signal line.
  • the image sensor driving method performs at least two pixel signal readout scans in parallel in a pixel region in which a plurality of pixels are arranged in a matrix, and sets a predetermined number of readout rows for each readout scan.
  • the timing at which the movement more than the movement amount is controlled based on the position of the readout row in the other readout scanning.
  • An electronic apparatus includes a pixel region in which a plurality of pixels are arranged in a matrix, a vertical drive circuit that drives the pixels in the pixel region for each row, and the pixels within one horizontal period.
  • An image sensor including a column signal processing circuit capable of reading out pixel signals of a plurality of rows in the region, and the vertical drive circuit performs two or more pixel signal reading scans in the pixel region in parallel, and The timing at which the scanning readout row is moved by a predetermined amount or more is controlled based on the position of the readout row in the other readout scanning.
  • two or more pixel signal readout scans of a pixel region in which a plurality of pixels are arranged in a matrix are performed in parallel, and a predetermined number of readout rows of each readout scan is determined.
  • the timing at which the movement more than the movement amount is controlled based on the position of the readout row in the other readout scanning.
  • the image quality of an image when two or more pixel signal readout scans are performed in parallel is improved.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an image sensor 10 to which the present technology is applied.
  • the imaging device 10 includes a pixel region 11, a vertical drive circuit 12, a column signal processing circuit 13, a horizontal drive circuit 14, an output circuit 15, a ramp signal generation circuit 16, and a control circuit 17.
  • the pixel region 11 is a light receiving surface that receives light collected by an optical system (not shown).
  • a plurality of pixels 21 are arranged in a matrix, and each pixel 21 is connected to the vertical drive circuit 12 for each row via a horizontal signal line 22, and the vertical signal line 23 is connected to the pixel region 11.
  • the plurality of pixels 21 each output a pixel signal at a level corresponding to the amount of light received, and an image of the subject that forms an image in the pixel region 11 is constructed from these pixel signals.
  • the vertical drive circuit 12 sequentially outputs a drive signal for driving (transferring, selecting, resetting, etc.) each pixel 21 for each row of the plurality of pixels 21 arranged in the pixel region 11 and the horizontal signal line 22.
  • the vertical drive circuit 12 controls the exposure time and readout scanning of each pixel 21 in the pixel region 11.
  • the vertical drive circuit 12 performs a plurality of pixel signal readout scans of each pixel 21 in the pixel region 11 in parallel, and sets the timing for moving the readout row of each readout scan to other readouts. Control is performed based on the position of the scanning readout line.
  • the column signal processing circuit 13 performs CDS (Correlated Double Sampling) processing on the pixel signal output from the plurality of pixels 21 via the vertical signal line 23, thereby performing AD conversion of the pixel signal. And reset noise.
  • the column signal processing circuit 13 includes a plurality of column processing units 51 (FIG. 3) corresponding to the number of columns of the pixels 21, and can perform CDS processing in parallel for each column of the pixels 21.
  • the horizontal drive circuit 14 sequentially outputs a drive signal for outputting a pixel signal from the column signal processing circuit 13 to the output signal line 24 for each column of the plurality of pixels 21 arranged in the pixel region 11. To supply.
  • the output circuit 15 amplifies the pixel signal supplied from the column signal processing circuit 13 via the output signal line 24 at a timing according to the driving signal of the horizontal driving circuit 14 and outputs the amplified pixel signal to the subsequent signal processing circuit.
  • the ramp signal generation circuit (Ramp) 16 generates a ramp signal of a voltage (slope voltage) that drops with the passage of time at a constant gradient as a reference signal to be referred to when the column signal processing circuit 13 performs AD conversion of the pixel signal. And supplied to the column signal processing circuit 13.
  • the control circuit 17 controls driving of each unit in the image sensor 10. For example, the control circuit 17 generates a clock signal according to the driving cycle of each part and supplies it to each part.
  • FIG. 2 shows a configuration example of the pixel region 11 of the image sensor 10.
  • a light-shielding region that is shielded from light so that light does not enter is disposed at the upper and lower ends of the pixel region 11, and an opening region that is not shielded is disposed between the upper and lower light-shielding regions.
  • a usable area AU that can be used to generate an image is arranged.
  • an effective area AE from which pixel signals are read out when an image is generated is arranged.
  • the usable area AU and the effective area AE match is shown.
  • the effective area AE becomes the usable area. Narrower than AU.
  • the effective area AE is divided into a rectangular effective pixel area AEp and an effective unquestioned area AEn surrounding the effective pixel area AEp.
  • the effective pixel area AEp is an area in which the read pixel signal is used for an image.
  • the valid unquestioned area AEn is an area in which the read pixel signal is not used for an image.
  • the effective unquestioned area AEn mainly serves to ensure uniformity of the pixel signal characteristics of the effective pixel area AEp.
  • an OPB (optical black) area AB used for reading a black level signal which is a pixel signal indicating the black level of the image is arranged. Further, the OPB area AB1 is divided into a rectangular OPB detection area ABd and an OPB unrelated area ABn surrounding the OPB detection area ABd.
  • the OPB detection area ABd is an area in which the read black level signal is used for black level detection.
  • the OPB unrequired area ABn is an area where the read black level signal is not used for detection of the black level.
  • the OPB unrelated area ABn plays a role of ensuring the uniformity of the characteristics of the pixel signal (black level signal) in the OPB detection area ABd, for example.
  • the OPB area may be arranged also in the lower light shielding area.
  • the area surrounding the periphery of the effective area AE and OPB area AB other than the effective area AE and OPB area AB of the pixel area 11 is an invalid area AN.
  • the invalid area AN for example, a dummy area which is an area used for adjusting the read load is provided.
  • a plurality of readout scans are performed in parallel.
  • a certain readout scan A when pixel signals in the effective area AE and the OPB area AB are not read out, if the readout of the pixel signals is stopped, the voltage of the pixel power supply in the readout row of another readout scan is reduced. It fluctuates greatly.
  • the pixel signal in the dummy region is read out in order to adjust the readout load for suppressing the voltage fluctuation of the pixel power supply.
  • the dummy area may be provided in either the opening area or the light shielding area, or may extend over both the opening area and the light shielding area.
  • the valid unquestioned area AEn, OPB unquestioned area ABn, and invalid area AN are common in that they are areas that are not used in an image (hereinafter also referred to as non-use areas).
  • FIG. 3 shows a configuration example of the pixel 21 and the column processing unit 51 of the image sensor 10.
  • FIG. 3 shows two pixels 21 a and pixels 21 b arranged in different rows of the same column among the plurality of pixels 21 arranged in the pixel region 11 of FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a column processing unit 51 arranged corresponding to this column among the plurality of column processing units 51 provided in the column signal processing circuit 13.
  • first vertical signal line 23a and a second vertical signal line 23b are provided for one pixel 21 column.
  • the first vertical signal line 23a is connected to a pixel 21a (for example, an odd-numbered row of pixels 21), and the second vertical signal line 23b is connected to a pixel 21b (for example, an even-numbered row of pixels 21).
  • the first vertical signal line 23a is connected to a constant current source 52a constituting a source follower circuit
  • the second vertical signal line 23b is connected to a constant current source 52b constituting a source follower circuit.
  • the first vertical signal line 23a and the second vertical signal line 23b are connected to one column processing unit 51 arranged corresponding to this column.
  • the pixel 21a includes a photodiode (PD) 61a, a transfer transistor 62a, a floating diffusion (FD) portion 63a, an amplification transistor 64a, a selection transistor 65a, and a reset transistor 66a.
  • PD photodiode
  • FD floating diffusion
  • the PD 61a is a photoelectric conversion unit that converts incident light into electric charge by photoelectric conversion and accumulates the light.
  • the anode terminal is grounded and the cathode terminal is connected to the transfer transistor 62a.
  • the transfer transistor 62a is driven according to the transfer signal TG supplied from the vertical drive circuit 12, and when the transfer transistor 62a is turned on, the charge accumulated in the PD 61a is transferred to the FD unit 63a.
  • the FD portion 63a is a floating diffusion region having a predetermined storage capacity connected to the gate electrode of the amplification transistor 64a, and stores the charge transferred from the PD 61a.
  • the amplification transistor 64a outputs a pixel signal of a level corresponding to the charge accumulated in the FD unit 63a (that is, the potential of the FD unit 63a) to the first vertical signal line 23a via the selection transistor 65a. That is, with the configuration in which the FD unit 63a is connected to the gate electrode of the amplification transistor 64a, the FD unit 63a and the amplification transistor 64a serve as a conversion unit that converts the charge generated in the PD 61a into a pixel signal having a level corresponding to the charge. Function.
  • the selection transistor 65a is driven according to the selection signal SEL supplied from the vertical drive circuit 12. When the selection transistor 65a is turned on, the pixel signal output from the amplification transistor 64a can be output to the first vertical signal line 23a. It becomes.
  • the reset transistor 66a is driven according to the reset signal RST supplied from the vertical drive circuit 12, and when the reset transistor 66a is turned on, the charge accumulated in the FD unit 63a is discharged to the pixel power supply VDD, and the FD unit 63a Reset.
  • the pixel 21b includes a PD 61b, a transfer transistor 62b, an FD unit 63b, an amplification transistor 64b, a selection transistor 65b, and a reset transistor 66b. Accordingly, each part of the pixel 21b operates in the same manner as each part of the pixel 21a as described above, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the pixel 21a is simply referred to as the pixel 21, and the parts constituting the pixel 21 are also referred to in the same manner.
  • the column processing unit 51 includes an AD converter (ADC) 71, a counter 72, and an output switch 73.
  • the ADC 71 includes capacitors 81-1 and 81-2, input switches 82-1 and 82-2, a capacitor 83, a comparator 84, and a feedback switch 85.
  • the negative input terminal of the comparator 84 is connected to the first vertical signal line 23a via the capacitor 81-1 and the input switch 82-1, and via the capacitor 81-2 and the input switch 82-2. It is connected to the second vertical signal line 23b.
  • the positive input terminal of the comparator 84 is connected to the ramp signal generation circuit 16 via the capacitor 83. Further, the output terminal of the comparator 84 and the negative input terminal are connected via a feedback switch 85.
  • the input switches 82-1 and 82-2 are opened and closed in accordance with the control by the control circuit 17 of FIG. 1, and the negative input terminal of the comparator 84 is connected to either the first vertical signal line 23a or the second vertical signal line 23b. Connect to one or both. For example, when the input switch 82-1 is turned on (closed) and the input switch 82-2 is turned off (opened), the negative input terminal of the comparator 84 is connected to the first vertical signal line 23a. A pixel signal output from the pixel 21 a is input to the comparator 84. On the other hand, when the input switch 82-2 is turned on and the input switch 82-1 is turned off, the negative input terminal of the comparator 84 is connected to the second vertical signal line 23b and output from the pixel 21b. A pixel signal is input to the comparator 84. As described above, the ADC 71 can be individually connected to the vertical signal lines 23a and 23b by the input switches 82-1 and 82-2.
  • the comparator 84 compares the ramp signal input to the positive input terminal with the pixel signal input to the negative input terminal, and outputs a comparison result signal indicating the comparison result. For example, the comparator 84 outputs a high level comparison result signal when the ramp signal is larger than the analog pixel signal, and outputs a low level comparison result signal when the ramp signal is equal to or lower than the analog pixel signal. Output.
  • the counter 72 is, for example, from the timing at which the potential of the ramp signal output from the ramp signal generation circuit 16 starts dropping at a constant gradient to the timing at which the comparison result signal output from the comparator 84 switches from high level to low level.
  • the predetermined number of clocks is counted. Accordingly, the count value counted by the counter 72 becomes a value corresponding to the level of the pixel signal input to the comparator 84, and thereby the analog pixel signal output from the pixel 21 is converted into a digital value.
  • the pixel signal of the reset level in a state where the FD unit 63 of the pixel 21 is reset, and the pixel signal of the signal level in a state where the FD unit 63 of the pixel 21 holds the charge photoelectrically converted by the PD 61. are output from the pixel 21.
  • the column processing unit 51 performs AD conversion on the pixel signal, the pixel signal from which the reset noise is removed is output by obtaining a difference between the signals.
  • the counter 72 has a holding unit (not shown) that holds the count value, and can temporarily hold the count value.
  • the output switch 73 opens and closes according to the drive signal output from the horizontal drive circuit 14. For example, when it is time to output the pixel signal of the column in which the predetermined column processing unit 51 is arranged, the output switch 73 is turned on according to the drive signal output from the horizontal drive circuit 14, and the output terminal of the counter 72 is connected to the output signal. Connected to line 24. Thereby, the pixel signal AD-converted in the column processing unit 51 is output to the output signal line 24.
  • FIG. 4 is a timing chart showing a time-series transition of each signal within one horizontal period.
  • the horizontal axis represents the time axis.
  • the ramp signal (RAMP) input from the ramp signal generation circuit 16 to the comparator 84, the reset signal RST and transfer signal TG input to the pixel 21a, the reset signal RST and transfer signal TG input to the pixel 21b, the first The transition of the voltage VSL of the vertical signal line 23a and the voltage VSL of the second vertical signal line 23b is shown.
  • the pixel 21a is a first (Primary) pixel
  • the pixel 21b is a second (Secondary) pixel.
  • the reset signal RST and transfer signal TG input to the pixel 21a are referred to as RST (Primary) and TG (Primary)
  • the reset signal RST and transfer signal TG input to the pixel 21b are referred to as RST (Secondary) and TG. (Secondary).
  • the voltage VSL of the first vertical signal line 23a is referred to as VSL (Primary)
  • the voltage VSL of the second vertical signal line 23b is referred to as VSL (Secondary).
  • the pixel signals of the pixels 21a and 21b in different rows of the same column can be read at a time within one horizontal period.
  • the reset signal RST (Primary) is input to the reset transistor 66a of the pixel 21a, and the FD unit 63a is reset.
  • a reset signal RST (Secondary) is input to the reset transistor 66b of the pixel 21b, and the FD unit 63b is reset.
  • the ramp signal starts to drop, and during the period from time t4 to time t5, the pixel signal at the reset level (P phase (Primary)) of the pixel 21a input through the first vertical signal line 23a. A / D converted. Thereafter, the input switch 82-1 is turned off. The digital value of the pixel signal at the reset level of the pixel 21 a is held in the counter 72.
  • a transfer signal TG (Primary) is input to the transfer transistor 62a of the pixel 21a, and the charge accumulated in the PD 61a is transferred to the FD unit 63a.
  • the feedback switch 85 is turned off.
  • the ramp signal starts to drop, and during the period from time t8 to time t9, the pixel signal of the reset level (P phase (Secondary)) of the pixel 21b input through the second vertical signal line 23b is received. A / D converted. Thereafter, the input switch 82-2 is turned off. The digital value of the pixel signal at the reset level of the pixel 21 b is held in the counter 72.
  • a transfer signal TG (Secondary) is input to the transfer transistor 62b of the pixel 21b, and the charge accumulated in the PD 61b is transferred to the FD unit 63b.
  • the ramp signal starts to drop, and during the period from time t11 to time t12, the pixel signal of the signal level (D phase (Primary)) of the pixel 21a input through the first vertical signal line 23a is received. A / D converted. Thereafter, the input switch 82-1 is turned off. Further, the output switch 73 is turned on, and a digital pixel signal that is a difference between the pixel signal of the pixel 21 a and the pixel signal of the reset level is output from the counter 72 to the output signal line 24.
  • D phase Primary
  • the ramp signal starts to drop, and during the period from time t14 to time t15, the pixel signal of the signal level (D phase (Secondary)) of the pixel 21b input through the second vertical signal line 23b is received. A / D converted. Thereafter, the input switch 82-2 is turned off. Further, the output switch 73 is turned on, and a digital pixel signal that is the difference between the pixel signal of the pixel 21 b and the pixel signal of the reset level is output from the counter 72 to the output signal line 24.
  • D phase Secondary
  • each column processing unit 51 of the column signal processing circuit 13 can read out pixel signals of two different rows of pixels 21 in one horizontal period at a time while performing CDS processing by pipeline processing. .
  • FIG. 5 is a timing chart showing the exposure period of the effective area AE of the pixel area 11 of the image sensor 10.
  • the horizontal axis represents the time axis.
  • each pixel 21 is subjected to two exposures in one vertical period with different long exposure times and short exposure times.
  • a pixel signal based on the charge accumulated by the long exposure hereinafter referred to as a long accumulation signal
  • a pixel signal based on the charge accumulated by the short exposure hereinafter referred to as a short accumulation signal.
  • the dynamic range of the obtained image can be expanded by selecting according to the amount of incident light or by performing weighted addition.
  • the vertical synchronization signal VSYNC is input from the outside to the control circuit 17 at time t1. Thereby, a new vertical period is started.
  • the long exposure of the first row of the effective area AE is completed, and a pixel signal based on the charge accumulated during the exposure is read out.
  • the long-time exposure of each row of the effective area AE is completed in the order of the normal rotation direction at a predetermined time interval, and a long accumulation signal based on the charge accumulated during the exposure is read out.
  • the long-time exposure of the last row of the effective area AE ends, and a long accumulation signal based on the charge accumulated during the exposure is read out.
  • the long accumulation signal readout scan is performed during the period from time t2 to time t6.
  • the normal rotation direction is a direction from the top to the bottom of the pixel region 11.
  • the direction from the bottom to the top of the pixel region 11 is hereinafter referred to as the inversion direction.
  • short-time exposure of the pixels 21 in the first row of the effective area AE is started. Thereafter, short-time exposure of the pixels 21 in the effective area AE is started in the order of the normal rotation direction at predetermined time intervals. Then, at time t8, short-time exposure of the pixels 21 in the last row of the effective area AE is started.
  • the short-time exposure of the first row of the effective area AE is completed, and a pixel signal based on the charge accumulated during the exposure is read out. Thereafter, the short-time exposure of each row of the effective area AE is completed in the order of the normal rotation direction at a predetermined time interval, and a short accumulation signal based on the electric charge accumulated during the exposure is read out.
  • the long exposure of the last row of the effective area AE ends, and a short accumulation signal based on the charges accumulated during the exposure is read out. As described above, during the period from the time t5 to the time t9, the short accumulation signal is read and scanned.
  • the long accumulation signal readout scanning and the short accumulation signal readout scanning are performed in parallel. That is, by the method described above with reference to FIG. 3, the long accumulation signal of a certain row of each column of the effective area AE is read out within one horizontal period, and the short accumulation signal of another line of the effective area AE is read. Is read out.
  • the vertical synchronization signal VSYNC is input to the control circuit 17 from the outside. Thereby, a new vertical period is started.
  • each pixel 21 undergoes two exposures of long exposure and short exposure within one vertical period, and a long accumulation signal based on the long exposure and a short exposure based on the short exposure. Two types of pixel signals of accumulated signals are read out.
  • FIG. 6 is a diagram comparing the readout periods of an image composed of a long accumulation signal (hereinafter referred to as a long accumulation frame) and an image composed of a short accumulation signal (hereinafter referred to as a short accumulation frame).
  • the vertical axis represents the time axis. Each time indicated on the time axis corresponds to each time on the time axis in the timing chart of FIG.
  • the readout scanning of the long accumulation signal constituting the long accumulation frame starts at time t2 and ends at time t6.
  • the readout scanning of the short accumulating signal constituting the short accumulating frame starts at time t5 and ends at time t9.
  • the period from time t2 to time t5 is a period during which only the long accumulation signal readout scanning is performed and the short accumulation signal readout scanning is not performed (hereinafter referred to as the short accumulation V blank period).
  • the period from time t6 to time t9 is a period during which only the short accumulation signal readout scanning is performed and the long accumulation signal readout scanning is not performed (hereinafter referred to as the long accumulation V blank period).
  • the period from time t9 to time t11 (FIG. 5) when the next long accumulation signal readout scan is started hereinafter referred to as a common V blank period).
  • the black level signal readout period of the OPB area AB is not included in the V blank period, but here, in order to simplify the explanation, the pixel signal of the effective area AE A period other than the reading period is set as a V blank period.
  • FIG. 7 schematically illustrates an arrangement example of the pixel region 11 of the image sensor 10.
  • an OPB area AB1 a dummy area AD1
  • an effective area AE are arranged in order from the top.
  • the usable area AU, effective pixel area AEp, effective unquestioned area AEn, OPB detection area ABd, OPB unquestioned area ABn, and invalid area AN are not shown. Yes.
  • the usable area AU and the effective area AE coincide with each other.
  • FIG. 7 is a timing chart showing the long accumulation signal readout scanning and the short accumulation signal readout scanning in more detail than FIG. 5.
  • the horizontal axis represents the time axis. Each time indicated on the time axis corresponds to each time on the time axis in the timing charts of FIGS. 5 and 6.
  • the long accumulation signal readout scan is also referred to as the long accumulation side readout scan or simply the long accumulation side
  • the short accumulation signal readout scan is also referred to as the short accumulation side readout scan or simply the short accumulation side.
  • a pixel signal (hereinafter referred to as a dummy signal) in the row ra of the dummy area AD1 is read.
  • the V blank period ends, and the black level signal readout scanning is started from the top row of the OPB area AB1.
  • the black level signal reading scan of the OPB area AB1 is performed in order of the normal rotation direction at a predetermined time interval.
  • the black level signal of the last row in the OPB area AB1 is read out and the black level signal reading scan in the OPB area AB1 is completed, as described above, from time t2 to time t6, in the forward direction. Reading scanning of the long accumulation signal of the effective area AE is performed.
  • the long accumulation signal of the last row of the effective area AE is read, and after the reading of the long accumulation signal of the effective area AE is completed, reading of the dummy signal of the row ra of the dummy area AD1 is started.
  • the V blank period is started.
  • the amount of movement of the readout row on the long storage side exceeds the width of the effective area AE in the column direction and becomes very large. Thereafter, the reading of the dummy signal is continued until the time tc at which the reading scanning of the black level signal of the next frame starts.
  • the V blank period ends, and the black level signal readout scanning starts from the first row of the OPB area AB1. Thereafter, the black level signal reading scan of the OPB area AB1 is performed in order of the normal rotation direction at a predetermined time interval. Then, after the black level signal of the last row in the OPB area AB1 is read and the black level signal reading scan in the OPB area AB1 is completed, as described above, from time t5 to time t9, in the order of forward rotation. Read scanning of the short accumulation signal in the effective area AE is performed.
  • reading of the short accumulation signal of the last row of the effective area AE is performed, and after reading scan of the short accumulation signal of the effective area AE is completed, reading of the dummy signal of the row rb of the dummy area AD1 is started.
  • the V blank period is started.
  • FIG. 8 shows an example of the voltage distribution in the column direction of the pixel power supply VDD in the pixel region 11.
  • the diagram on the left side of FIG. 8 shows the distribution of the voltage of the pixel power supply VDD when the long accumulation signal at the reset level in the last row r1 and the short accumulation signal at the reset level in row r2 are read at time t6.
  • the right diagram of FIG. 8 shows the voltage of the pixel power supply VDD at the time of reading the reset level dummy signal of the row ra of the dummy area AD1 and the short accumulation signal of the reset level of the row r2 + 1 at the time t6 + ⁇ t immediately after the time t6.
  • the distribution of is shown.
  • the horizontal axis of the left and right graphs in FIG. 8 indicates the voltage of the image power supply VDD.
  • the voltage indicated by the dotted line indicates the level of the voltage VDDH, which is the voltage of the pixel power supply VDD when no voltage drop occurs.
  • the voltage drop (IR drop) of the pixel power supply VDD becomes large in the rows r1 and r2. Accordingly, the voltage of the pixel power supply VDD has a negative peak in the rows r1 and r2, increases as the distance from the rows r1 and r2 increases, and approaches the voltage VDDH.
  • the voltage of the pixel power supply VDD of the row r2 + 1 at time t6 + ⁇ t is higher than the voltage of the pixel power supply VDD of the row r2 at time t6.
  • a difference occurs between the reset level of the short accumulation signal in the row r2 and the reset level of the short accumulation signal in the row r2 + 1, and as described above with reference to FIG.
  • the predetermined movement amount may be defined by, for example, the number of rows or may be defined by an actual distance.
  • the left diagram in FIG. 9 schematically shows an arrangement example of the pixel region 11 of the image sensor 10, as in the left diagram in FIG. 7.
  • the arrangement example of FIG. 9 is different from the arrangement example of FIG. 7 in that a dummy area AD2 is arranged below the effective area AE. That is, in this example, the dummy area AD1 and the dummy area AD2 are disposed on both sides in the column direction (vertical direction) of the effective area AE (effective pixel area AEp).
  • the right diagram in FIG. 9 shows a timing chart of the reading scan on the long accumulation side and the short accumulation side, similarly to the diagram on the right side in FIG.
  • the vertical synchronization signal VSYNC is input to the control circuit 17, and a new vertical period is started.
  • the dummy signal of the row ra in the dummy area AD2 is read, and on the short accumulation side, the dummy signal of the line rb in the dummy area AD1 is read.
  • the V blank period ends, and the black level signal readout scanning is started from the top row of the OPB area AB1.
  • the black level signal reading scan of the OPB area AB1 is performed in the order of the normal rotation direction at predetermined time intervals. Then, after the black level signal of the last row in the OPB area AB1 is read and the black level signal reading scan of the OPB area AB1 is completed, the long accumulation signal reading scan is started from the first row of the effective area AE at time t3. Is started. After that, readout scanning of the long accumulation signal of the effective area AE is performed in order of the normal rotation direction at a predetermined time interval.
  • the V blank period ends, and the black level signal readout scanning is started from the first row of the OPB area AB1.
  • the black level signal reading scan of the OPB area AB1 is performed in the order of the normal rotation direction at predetermined time intervals. Then, after the black level signal of the last row in the OPB area AB1 is read and the black level signal reading scan in the OPB area AB1 is completed, the short accumulation signal is read out from the first row of the effective area AE at time t5. Is started. Thereafter, readout scanning of the short accumulation signal of the effective area AE is performed in order of the normal rotation direction at a predetermined time interval.
  • the long accumulation signal of the last row of the effective area AE is read out, and the reading of the long accumulation signal of the effective area AE is completed. Thereafter, on the long accumulation side, reading of the dummy signal in the row ra of the dummy area AD2 is started, and the V blank period is started.
  • the short accumulation signal in the last row of the effective area AE is read, and the reading scan of the short accumulation signal in the effective area AE is completed. Thereafter, on the short accumulation side, reading of the dummy signal in the row ra of the dummy area AD2 is started, and the V blank period is started.
  • the vertical synchronization signal VSYNC is input to the control circuit 17, and a new vertical period is started. Thereafter, processing similar to that at times t1 to t8 is repeatedly executed.
  • the other address jump is performed, and when one is reading a pixel signal in the effective area AE or OPB area AB1, the other address jump is performed.
  • the movement of the readout lines on the long accumulation side and the short accumulation side is controlled so as not to occur. As a result, it is possible to prevent deterioration in image quality due to voltage fluctuation of the pixel power supply VDD accompanying address jump.
  • the left diagram in FIG. 10 schematically shows an arrangement example of the pixel regions 11 of the image sensor 10, similarly to the left diagram in FIG. 9.
  • the arrangement example of FIG. 10 is different from the arrangement example of FIG. 9 in that the OPB area AB2 is arranged below the dummy area AD2. That is, in this example, the OPB area AB1 and the OPB area AB2 are arranged on both sides in the column direction (vertical direction) of the effective area AE (effective pixel area AEp).
  • the right diagram in FIG. 10 shows a timing chart of the reading scan on the long accumulation side and the short accumulation side similarly to the diagram on the right side in FIG.
  • the vertical synchronization signal VSYNC is input to the control circuit 17, and a new vertical period is started.
  • the dummy signal of the row ra in the dummy area AD1 is read, and on the short accumulation side, the dummy signal of the line rb in the dummy area AD2 is read.
  • the V blank period ends, and the black level signal readout scanning is started from the last row of the OPB area AB2.
  • the black level signal readout scanning of the OPB area AB2 is performed in the order of the inversion direction at predetermined time intervals. Then, after the black level signal of the first row in the OPB area AB2 is read out and the black level signal reading scan in the OPB area AB2 is completed, the long accumulation signal reading scan is performed from the last row in the effective area AE at time t3. Is started. Thereafter, the long accumulation signal readout scan of the effective area AE is performed in the order of the inversion direction at predetermined time intervals.
  • the V blank period ends, and the black level signal readout scanning is started from the last row of the OPB area AB2.
  • the black level signal readout scanning of the OPB area AB2 is performed in the order of the inversion direction at predetermined time intervals. Then, the black level signal of the first row in the OPB area AB2 is read, and after the black level signal reading scan in the OPB area AB2 is completed, the short accumulation signal reading scan is started from the last row in the effective area AE at time t5. Is started. Thereafter, readout scanning of the short accumulation signal of the effective area AE is performed in order of the inversion direction at predetermined time intervals.
  • the long accumulation signal of the first row of the effective area AE is read out, and the reading scan of the long accumulation signal of the effective area AE is completed. Thereafter, on the long accumulation side, reading of the dummy signal in the row ra of the dummy area AD1 is started, and the V blank period is started.
  • the dummy area AD1 is selected instead of the dummy area AD2 as an area for reading the long accumulation side dummy signal, the movement amount of the long accumulation side read line is reduced, and the address jump is not performed. Thereby, the fluctuation of the voltage of the pixel power supply VDD in the readout row on the short accumulation side is suppressed, and the occurrence of horizontal stripes in the short accumulation frame is prevented.
  • the short accumulation signal in the first row of the effective area AE is read, and the reading scan of the short accumulation signal in the effective area AE is completed. Thereafter, on the short accumulation side, reading of the dummy signal in the row rb of the dummy area AD2 is started, and the V blank period is started.
  • the vertical synchronization signal VSYNC is input to the control circuit 17, and a new vertical period is started. Thereafter, processing similar to that at times t1 to t8 is repeatedly executed.
  • the long accumulation side and the short accumulation side are read and scanned in the normal rotation direction, and the image quality due to the voltage fluctuation of the pixel power supply VDD is improved. It is also possible to prevent deterioration.
  • FIG. 11 schematically illustrates an arrangement example of the pixel regions 11 of the image sensor 10, as in the left diagram in FIG. 9.
  • the arrangement example of FIG. 11 is the same as the arrangement example of FIG.
  • the right diagram in FIG. 11 shows a timing chart of the reading scan on the long accumulation side and the short accumulation side, similarly to the diagram on the right side in FIG.
  • the vertical synchronization signal VSYNC is input to the control circuit 17, and a new vertical period is started.
  • the dummy signal of the row ra1 in the dummy area AD1 is read, and on the short accumulation side, the dummy signal of the line rb in the dummy area AD1 is read.
  • the V blank period ends, and the black level signal readout scanning is started from the top row of the OPB area AB1.
  • the black level signal reading scan of the OPB area AB1 is performed in the order of the normal rotation direction at predetermined time intervals. Then, after the black level signal of the last row in the OPB area AB1 is read and the black level signal reading scan of the OPB area AB1 is completed, the long accumulation signal reading scan is started from the first row of the effective area AE at time t3. Is started. After that, readout scanning of the long accumulation signal of the effective area AE is performed in order of the normal rotation direction at a predetermined time interval.
  • the V blank period ends, and the black level signal readout scanning is started from the first row of the OPB area AB1.
  • the black level signal reading scan of the OPB area AB1 is performed in the order of the normal rotation direction at predetermined time intervals. Then, after the black level signal of the last row in the OPB area AB1 is read and the black level signal reading scan in the OPB area AB1 is completed, the short accumulation signal is read out from the first row of the effective area AE at time t5. Is started. Thereafter, readout scanning of the short accumulation signal of the effective area AE is performed in order of the normal rotation direction at a predetermined time interval.
  • the long accumulation signal of the last row of the effective area AE is read out, and the reading of the long accumulation signal of the effective area AE is completed. Thereafter, on the long accumulation side, reading of the dummy signal in the row ra2 of the dummy area AD2 is started, and the V blank period is started.
  • the read line of the short accumulation signal moves into the valid unquestioned area AEn at the lower end of the valid area AE. Then, after the read line of the short accumulation signal moves into the valid unquestioned area AEn, the read line on the long accumulation side moves from the line ra2 in the dummy area AD2 to the line ra1 in the dummy area AD1.
  • the short accumulation signal in the last row of the effective area AE is read out, and the reading scan of the short accumulation signal in the effective area AE is completed. Thereafter, on the short accumulation side, reading of the dummy signal in the row rb of the dummy area AD1 is started, and the V blank period is started.
  • the vertical synchronization signal VSYNC is input to the control circuit 17, and a new vertical period is started. Thereafter, processing similar to that at times t1 to t9 is repeatedly executed.
  • FIG. 12 schematically shows an example of the arrangement of the pixel regions 11 of the image sensor 10 as in the diagram on the left side of FIG.
  • the arrangement example of FIG. 12 is the same as the arrangement example of FIG.
  • the right diagram in FIG. 12 shows a timing chart of the reading scan on the long accumulation side and the short accumulation side, similarly to the diagram on the right side in FIG.
  • the vertical synchronization signal VSYNC is input to the control circuit 17, and a new vertical period is started.
  • the dummy signal of the row ra1 in the dummy area AD1 is read, and on the short accumulation side, the short accumulation signal of the effective area AE is read.
  • the black level signal reading scan of the OPB area AB1 is performed in the order of the normal rotation direction at predetermined time intervals.
  • the short accumulation signal in the last row of the effective area AE is read out, and the reading scan of the short accumulation signal in the effective area AE is completed. Thereafter, on the short accumulation side, reading of the dummy signal in the row rb2 of the dummy area AD2 is started, and the V blank period is started.
  • the black level signal of the last row of the OPB area AB1 is read out, and after the black level signal reading scan of the OPB area AB1 is completed, from the first row of the effective area AE at time t4.
  • a reading scan of the long accumulation signal is started. After that, readout scanning of the long accumulation signal of the effective area AE is performed in order of the normal rotation direction at a predetermined time interval.
  • the read line on the short accumulation side moves from the line rb2 in the dummy area AD2 to the line rb1 in the dummy area AD1.
  • the long accumulation signal of the row r1 at the substantially center of the effective area AE is read. Then, the distance between the row rb2 and the row r1 that are the short accumulation side read rows before the movement and the distance between the row rb1 and the row r1 that are the short accumulation side read rows after the movement are substantially equal. . As a result, as will be described later with reference to FIG. 13, the voltage of the pixel power supply VDD in the long storage side readout row hardly fluctuates.
  • the V blank period ends, and the black level signal readout scanning is started from the top row of the OPB area AB1.
  • the black level signal reading scan of the OPB area AB1 is performed in the order of the normal rotation direction at predetermined time intervals. Then, the black level signal of the last row in the OPB area AB1 is read out, and after the black level signal reading scan in the OPB area AB1 is completed, the short accumulation signal reading scan is started from the first row in the effective area AE at time t7. Is started. Thereafter, readout scanning of the short accumulation signal of the effective area AE is performed in order of the normal rotation direction at a predetermined time interval.
  • the long accumulation signal of the last row of the effective area AE is read out, and the reading scan of the long accumulation signal of the effective area AE is completed. Thereafter, on the long accumulation side, reading of the dummy signal in the row ra2 of the dummy area AD2 is started, and the V blank period is started.
  • the long storage side read line moves from the line ra2 in the dummy area AD2 to the line ra1 in the dummy area AD1.
  • the short accumulating signal in the row r2 at substantially the center of the effective area AE is read. Then, the distance between the row ra2 and the row r2, which are the long storage side read rows before the movement, and the distance between the row ra1 and the row r1 which are the long storage side read rows after the movement are substantially equal. . As a result, as will be described later with reference to FIG. 13, the voltage of the pixel power supply VDD in the readout row on the short accumulation side hardly fluctuates.
  • the vertical synchronization signal VSYNC is input to the control circuit 17, and a new vertical period is started. Thereafter, processing similar to that at times t1 to t10 is repeatedly executed.
  • FIG. 13 is a diagram similar to FIG. 8 and shows an example of the distribution of voltages in the column direction of the pixel power supply VDD in the pixel region 11.
  • the left side of FIG. 13 shows an example of the distribution of voltages in the column direction of the pixel power supply VDD in the pixel region 11 before moving the readout row on the long storage side immediately before time t9 in FIG.
  • the right side of FIG. 13 shows an example of the voltage distribution in the column direction of the pixel power supply VDD in the pixel region 11b after moving the readout row on the long storage side at time t9 in FIG.
  • the voltage drop (IR drop) of the pixel power supply VDD becomes large in the row r2-1 and the row ra2. Accordingly, the voltage of the pixel power supply VDD has a negative peak in the row r2-1 and the row ra2, increases as the distance from the row r2-1 and the row ra2 increases, and approaches the voltage VDDH.
  • the voltage drop (IR drop) of the pixel power supply VDD becomes large in the row ra1 and the row r2. Accordingly, the voltage of the pixel power supply VDD has a negative peak in the row ra1 and the row r2, increases as the distance from the row ra1 and the row r2 increases, and approaches the voltage VDDH.
  • the distance between the line r2-1 and the line ra2 is substantially equal to the distance between the line r2 and the line ra1. Therefore, immediately before time t9, the influence of the voltage drop of the pixel power supply VDD near the row ra2 on the voltage of the pixel power supply VDD near the row r2-1 and the voltage drop of the pixel power supply VDD near the row ra1 at time t9. The influence on the voltage of the pixel power supply VDD near the row r2 is almost equal.
  • the distribution of the voltage of the pixel power supply VDD near the row r2-1 immediately before the time t9 and the distribution of the voltage of the pixel power supply VDD near the row r2 at the time t9 are almost equal, and the pixel of the readout row on the short accumulation side
  • the fluctuation of the power supply VDD is suppressed.
  • the reset level of the short accumulation signal of row r2-1 and the reset level of the short accumulation signal of row r2 are substantially equal, and the occurrence of the horizontal axis of the short accumulation frame shown in FIG. 6 is suppressed.
  • the left diagram in FIG. 14 schematically illustrates an arrangement example of the pixel regions 11 of the image sensor 10, similarly to the left diagram in FIG. 9.
  • the arrangement example of FIG. 14 is different from the arrangement example of FIG. 9 in that the cut area AC is arranged below the usable area AU and the remaining area is arranged in the effective area AE.
  • the cut-out area AC is a kind of unused area that is not used for an image. For example, by omitting reading of pixel signals in the cut-out area AC, it is possible to increase the scanning speed and the frame rate.
  • region AEn mentioned above with reference to FIG. 2 is arrange
  • the right diagram in FIG. 14 shows a timing chart of the reading scan on the long accumulation side and the short accumulation side, similarly to the diagram on the right side in FIG.
  • the long accumulation signal of the last row of the effective area AE is read out, and the reading of the long accumulation signal of the effective area AE is completed. Thereafter, the pixel signal readout scanning is started from the first row of the cut-out area AC, and the long storage-side V blank period is started.
  • the read line of the short accumulation signal moves into the valid unquestioned area AEn at the lower end of the valid area AE. Then, after the read line of the short accumulation signal moves into the valid unquestioned area AEn, on the long accumulation side, the pixel signal of the last line of the cut area AC is read, and the read scan of the pixel signal of the cut area AC is completed. To do. Thereafter, on the long accumulation side, reading of the dummy signal in the row ra of the dummy area AD1 is started.
  • the short accumulation signal in the last row of the effective area AE is read on the short accumulation side, and the reading scan of the short accumulation signal in the effective area AE is completed. Thereafter, on the short accumulation side, reading of the dummy signal in the row rb of the dummy area AD1 is started, and the V blank period is started.
  • the vertical synchronization signal VSYNC is input to the control circuit 17, and a new vertical period is started. Thereafter, processing similar to that at times t1 to t9 is repeatedly executed.
  • the reading time per frame is shortened by omitting the reading of the pixel signal in the cut area AC on the short accumulation side.
  • the frame rate can be increased.
  • FIG. 15 schematically illustrates an arrangement example of the pixel regions 11 of the image sensor 10 as in the left diagram of FIG.
  • the arrangement example of FIG. 15 is different from the arrangement example of FIG. 10 in that the cut area AC is arranged above the usable area AU and the remaining area is arranged in the effective area AE.
  • region AEn mentioned above with reference to FIG. 2 is arrange
  • the right diagram in FIG. 15 shows a timing chart of the reading scan on the long accumulation side and the short accumulation side similarly to the diagram on the right side in FIG.
  • the vertical synchronization signal VSYNC is input to the control circuit 17, and a new vertical period is started.
  • the dummy signal of the row ra in the dummy area AD2 is read, and on the short accumulation side, the dummy signal of the line rb in the dummy area AD2 is read.
  • the V blank period ends, and the black level signal readout scanning starts from the top row of the OPB area AB2.
  • the readout scan of the long accumulation signal of the effective area AE is performed in the order of the normal rotation direction at a predetermined time interval.
  • the black level signal is read and scanned in the OPB area AB2 in order of the normal rotation direction at predetermined time intervals. Then, the black level signal of the last row in the OPB area AB2 is read, and after the black level signal read scan in the OPB area AB2 is completed, the short accumulation signal read scan from the first row in the effective area AE at time t5. Is started.
  • the long accumulation signal of the row r1 in the effective area AE is read.
  • the distance between the row r1 and the last row of the OPB area AB2 is substantially equal to the distance between the row r1 and the first row of the effective area AE.
  • the long accumulation signal of the last row of the effective area AE is read out, and the reading of the long accumulation signal of the effective area AE is completed. Thereafter, on the long accumulation side, reading of the dummy signal in the row ra of the dummy area AD2 is started, and the V blank period is started.
  • the short accumulation signal in the last row of the effective area AE is read, and the reading scan of the short accumulation signal in the effective area AE is completed. Thereafter, on the short accumulation side, reading of the dummy signal in the row rb of the dummy area AD2 is started, and the V blank period is started.
  • the vertical synchronization signal VSYNC is input to the control circuit 17, and a new vertical period is started. Thereafter, processing similar to that at times t1 to t8 is repeatedly executed.
  • the readout time per frame is shortened. As a result, for example, the frame rate can be increased.
  • FIG. 16 schematically shows an arrangement example of the pixel region 11 of the image sensor 10, similarly to the left diagram of FIG. 10.
  • the arrangement example in FIG. 16 is different from the arrangement example in FIG. 10 in that the cut area AC1 and the cut area AC2 are arranged.
  • the cutout area AC1 is disposed above the usable area AU and between the dummy area AD1 and the effective area AE (effective pixel area AEp).
  • the cut-out area AC2 is arranged between the effective area AE (effective pixel area AEp) and the dummy area AD2 below the usable area AU.
  • region AEn mentioned above with reference to FIG. 2 is arrange
  • the right diagram in FIG. 16 shows a timing chart of the read scanning on the long accumulation side and the short accumulation side similarly to the diagram on the right side in FIG.
  • the vertical synchronization signal VSYNC is input to the control circuit 17, and a new vertical period is started.
  • the dummy signal of the row ra1 in the dummy area AD1 is read, and on the short accumulation side, the dummy signal of the line rb1 in the dummy area AD1 is read.
  • the V blank period ends, and the black level signal readout scanning is started from the top row of the OPB area AB1.
  • the black level signal reading scan of the OPB area AB1 is performed in the order of the normal rotation direction at predetermined time intervals. Then, after the black level signal of the last row in the OPB area AB1 is read out and the black level signal reading scan in the OPB area AB1 is completed, the pixel signal reading scan is performed from the first row in the cutout area AC1 at time t3. Be started.
  • the pixel signals in the cut-out area AC1 are read and scanned in order in the normal rotation direction at predetermined time intervals. Also, in the cutout area AC1, for example, reading scanning is performed at a higher speed than in the effective area AE by thinning out rows from which pixel signals are read or by simultaneously reading out pixel signals from a plurality of rows.
  • the pixel signal of the last row in the cut area AC1 is read, and after the pixel signal read scan in the cut area AC1 is completed, the long accumulation signal read scan is performed from the first row of the effective area AE at time t4. Be started. After that, readout scanning of the long accumulation signal of the effective area AE is performed in order of the normal rotation direction at a predetermined time interval.
  • the black level signal reading scan of the OPB area AB1 is performed in the order of the normal rotation direction at predetermined time intervals. Then, after the black level signal of the last row in the OPB area AB1 is read out and the black level signal reading scan in the OPB area AB1 is completed, the pixel signal reading scan is performed from the first row in the cutout area AC1 at time t6. Be started.
  • the pixel signals in the cut-out area AC1 are read and scanned in order in the normal rotation direction at predetermined time intervals. Also, in the cutout area AC1, for example, reading scanning is performed at a higher speed than in the effective area AE by thinning out rows from which pixel signals are read or by simultaneously reading out pixel signals from a plurality of rows.
  • the pixel signal of the last row in the cut area AC1 is read out, and after the pixel signal read scan in the cut area AC1 is completed, the short accumulation signal is read out from the first row of the effective area AE at time t7. Be started. Thereafter, readout scanning of the short accumulation signal of the effective area AE is performed in order of the normal rotation direction at a predetermined time interval.
  • the amount of movement of the readout line on the short accumulation side can be reduced, and the voltage fluctuation of the pixel power supply VDD in the readout line on the long accumulation side is suppressed. can do.
  • the long accumulation signal of the last row of the effective area AE is read out, and the reading scan of the long accumulation signal of the effective area AE is completed. Thereafter, the pixel signal readout scanning is started from the first row of the cut-out area AC2, and the long storage-side V blank period is started.
  • pixel signals are read and scanned in the cut-out area AC2 in order of the normal rotation direction at predetermined time intervals. Further, in the cutout area AC2, for example, reading scanning is performed at a higher speed than in the effective area AE by thinning out rows from which pixel signals are read or by simultaneously reading out pixel signals from a plurality of rows.
  • the pixel signal in the last row of the cutout area AC1 is read out on the long storage side, and the readout scanning of the pixel signal in the cutout area AC1 is completed. Thereafter, on the long accumulation side, reading of the dummy signal in the row ra2 of the dummy area AD2 is started.
  • the reading of the dummy signal of the row ra2 of the dummy area AD2 may be started suddenly without performing the scanning of the reading of the pixel signal of the clipping area AC2.
  • the width in the column direction of the cut-out area AC2 is wide, the amount of movement of the long accumulation side read row increases, and the voltage of the pixel power supply VDD in the short accumulation side read row greatly fluctuates.
  • the amount of movement of the readout line on the long accumulation side can be reduced, and the voltage fluctuation of the pixel power supply VDD in the readout line on the short accumulation side is suppressed. can do.
  • the short accumulation signal in the last row of the effective area AE is read out, and the reading scan of the short accumulation signal in the effective area AE is completed. Thereafter, pixel signal readout scanning is started from the first row of the cut-out area AC2, and the V storage period on the short accumulation side is started.
  • the pixel signals in the cut-out area AC2 are read and scanned in order in the normal rotation direction at predetermined time intervals. Further, in the cutout area AC2, for example, reading scanning is performed at a higher speed than in the effective area AE by thinning out rows from which pixel signals are read or by simultaneously reading out pixel signals from a plurality of rows.
  • the pixel signal in the last row of the cutout area AC1 is read out on the short accumulation side, and the readout scanning of the pixel signal in the cutout area AC1 is completed. Thereafter, on the short accumulation side, reading of the dummy signal in the row rb2 of the dummy area AD2 is started.
  • the long storage side read line moves from the line ra2 in the dummy area AD2 to the line ra1 in the dummy area AD1.
  • the readout line on the short accumulation side moves from the line rb2 in the dummy area AD2 to the line rb1 in the dummy area AD1.
  • the vertical synchronization signal VSYNC is input to the control circuit 17, and a new vertical period is started. Thereafter, processing similar to that at times t1 to t14 is repeatedly executed.
  • the other address jump is performed, and when one is reading a pixel signal in the effective area AE or OPB area AB1, the other address jump is performed.
  • the movement of the readout lines on the long accumulation side and the short accumulation side is controlled so as not to occur. As a result, it is possible to prevent deterioration in image quality due to voltage fluctuation of the pixel power supply VDD accompanying address jump.
  • the reading time of one frame is shortened by speeding up the scanning of the pixel signals in the cut areas AC1 and AC2. As a result, for example, the frame rate can be increased.
  • the readout of the pixel signal can be stopped in a period in which the V blank period on the long accumulation side and the short accumulation side overlap.
  • the long accumulation side and short accumulation side V Blank periods overlap. Therefore, during these periods, reading of the pixel signal (dummy signal) may be stopped on both the long accumulation side and the short accumulation side. It is also possible to stop reading out pixel signals and set an analog circuit or the like related to AD conversion to a standby state. Thereby, low power consumption of the image sensor 10 can be realized.
  • FIG. 3 is an example of a configuration in which pixel signals for two rows can be read at one time within one horizontal period, and other configurations can be used.
  • FIGS. 18, 20, and 21 parts corresponding to those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
  • the column processing unit 101 includes AD converters (ADC) 111a and 111b, counters 72a and 72b, and output switches 73a and 73b.
  • AD converters ADC
  • the ADC 111a includes capacitors 121a and 122a, a comparator 123a, and a feedback switch 124a.
  • the negative input terminal of the comparator 123a is connected to the first vertical signal line 23a via the capacitor 121a.
  • the positive input terminal of the comparator 123a is connected to the ramp signal generation circuit 16 via the capacitor 122a.
  • the output terminal of the comparator 123a and the negative input terminal are connected via the feedback switch 124a.
  • the comparator 123a compares the magnitude of the ramp signal input to the positive input terminal and the pixel signal input to the negative input terminal, and outputs a comparison result signal indicating the comparison result. For example, the comparator 123a outputs a high level comparison result signal when the ramp signal is larger than the analog pixel signal, and outputs a low level comparison result signal when the ramp signal is equal to or lower than the analog pixel signal. Output.
  • the counter 72a converts the analog pixel signal output from the pixel 21a into a digital value, similarly to the counter 72 of FIG.
  • the output switch 73a opens and closes according to the drive signal output from the horizontal drive circuit 14. For example, when it is time to output the pixel signal of the column in which the predetermined column processing unit 101 is arranged, first, the output switch 73a is turned on in accordance with the drive signal output from the horizontal drive circuit 14, and the output terminal of the counter 72a is output. Connected to the signal line 24. As a result, the pixel signal of the pixel 21 a subjected to AD conversion in the column processing unit 101 is output to the output signal line 24.
  • the ADC 111b includes capacitors 121b and 122b, a comparator 123b, and a feedback switch 124b, like the ADC 111a. Accordingly, each part of the ADC 111b operates in the same manner as each part of the ADC 111a as described above, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the ADC 111a and the ADC 111b can operate in parallel.
  • the ADC 111a and the ADC 111b are simply referred to as the ADC 111, and the respective parts constituting the ADC 111 are also referred to in the same manner.
  • the counter 72a and the counter 72b are simply referred to as the counter 72.
  • the output switch 73a and the output switch 73b are simply referred to as the output switch 73.
  • FIG. 19 is a timing chart showing a time-series transition of each signal within one horizontal period.
  • the horizontal axis represents the time axis.
  • the pixel 21a is the first (1st) pixel
  • the pixel 21b is the second (2nd) pixel.
  • the reset signal RST and the transfer signal TG input to the pixel 21a are referred to as RST (1st) and TG (1st)
  • the reset signal RST and the transfer signal TG input to the pixel 21b are referred to as RST (2nd) and TG. (2nd).
  • the voltage VSL of the first vertical signal line 23a is referred to as VSL (1st)
  • the voltage VSL of the second vertical signal line 23b is referred to as VSL (2nd).
  • the reset signal RST (1st) is input to the reset transistor 66a of the pixel 21a, and the FD unit 63a is reset. Further, the reset signal RST (2nd) is input to the reset transistor 66b of the pixel 21b, and the FD unit 63b is reset.
  • the P-phase settling is performed in the column processing unit 101.
  • the feedback switches 124a and 124b are once turned on and turned off at time t2, and then the ramp signal starts dropping at time t3. Thereafter, during the period from time t3 to time t4, the reset level (P-phase) pixel signal of the pixel 21a input via the first vertical signal line 23a is AD-converted. The digital value of the pixel signal at the reset level of the pixel 21a is held in the counter 72a.
  • the pixel signal at the reset level (P phase) of the pixel 21b input via the second vertical signal line 23b is AD-converted.
  • the digital value of the pixel signal at the reset level of the pixel 21b is held in the counter 72b.
  • the transfer signal TG (1st) is input to the transfer transistor 62a of the pixel 21a, and the charge accumulated in the PD 61a is transferred to the FD unit 63a. Further, the transfer signal TG (2nd) is input to the transfer transistor 62b of the pixel 21b, and the charge accumulated in the PD 61b is transferred to the FD unit 63b.
  • the column processing unit 101 performs D-phase settling.
  • the ramp signal starts to drop. Then, during the period from time t6 to time t7, the pixel signal at the signal level (D phase) of the pixel 21a input via the first vertical signal line 23a is AD-converted. In addition, the pixel signal of the signal level (D phase) of the pixel 21b input via the second vertical signal line 23b is AD-converted.
  • the output switch 73a is turned on, and a digital pixel signal that is the difference between the pixel signal of the pixel 21a and the pixel signal of the reset level is output from the counter 72a to the output signal line 24.
  • the output switch 73b is turned on, and a digital pixel signal that is a difference between the pixel signal of the pixel 21b and the pixel signal of the reset level is output from the counter 72b to the output signal line 24. Is done. Thereafter, the output switch 73b is turned off.
  • each column processing unit 101 of the column signal processing circuit 13 can read out pixel signals of two different rows of pixels 21 at one time during one horizontal period while performing CDS processing.
  • FIG. 20 shows a configuration example of the pixel 21 and the column processing unit 151 of the image sensor 10. 20 is different from the example in FIG. 3 in that a column processing unit 151 is provided instead of the column processing unit 51.
  • FIG. 20 shows four pixels 21a to 21d arranged in different rows of the same column among the plurality of pixels 21 arranged in the pixel region 11 of FIG. . Further, FIG. 20 shows a column processing unit 151 arranged corresponding to this column among the plurality of column processing units 151 provided in the column signal processing circuit 13.
  • the first vertical signal line 23a is connected to the pixel 21a (for example, the pixel 21 in the 4i-th row (i is a natural number)), and the second vertical signal line 23b is connected to the pixel 21b (for example, the 4i + 1-th row ( i is a natural number) of pixels 21).
  • the third vertical signal line 23c is connected to a pixel 21c (for example, the pixel 21 in the 4i + 2 row (i is a natural number)), and the fourth vertical signal line 23d is connected to the pixel 21d (for example, the 4i + 3 row ( i is a natural number) of pixels 21).
  • the first vertical signal line 23a is connected to a constant current source 52a constituting a source follower circuit
  • the second vertical signal line 23b is connected to a constant current source 52b constituting a source follower circuit.
  • a constant current source 52c constituting a source follower circuit is connected to the third vertical signal line 23c
  • a constant current source 52d constituting a source follower circuit is connected to the fourth vertical signal line 23d.
  • the first vertical signal line 23a to the fourth vertical signal line 23d are connected to one column processing unit 151 arranged corresponding to this column.
  • the column processing unit 151 includes two sets of ADCs, that is, an ADC 71a, a counter 72a, and an output switch 73a and an ADC 71b, a counter 72b, and an output switch 73b.
  • the difference is that a combination is provided and a multiplexer (MUX) 161 is added.
  • MUX multiplexer
  • the input part of the MUX 161 is connected to the first vertical signal line 23a to the fourth vertical signal line 23d, and the output part of the MUX 161 is the capacitors 81-1a and 81-2a of the ADC 71a and the capacitor 81-1a of the ADC 71b. And 81-2a.
  • the MUX 161 can select any two of the first vertical signal line 23a to the fourth vertical signal line 23d and connect them to the ADC 71a. That is, the ADC 71a can be individually connected to the vertical signal lines 23a to 23d by the MUX 161 and the input switches 82-1a and 82-2a. Further, the MUX 161 can select any two of the first vertical signal lines 23a to 23d and connect them to the ADC 71b. That is, the ADC 71b can be individually connected to the vertical signal lines 23a to 23d by the MUX 161 and the input switches 82-1b and 82-2b.
  • the column processing unit 151 is more flexible than the column processing unit 51 in the order, combination, timing, and the like of AD conversion of the pixel signals of the pixels 21a to 21d. For example, in the case where readout scanning of the long accumulation signal and the short accumulation signal is performed in parallel, the degree of freedom such as the order, combination, and timing of reading out the long accumulation signal and the short accumulation signal from each pixel 21 is increased.
  • FIG. 21 shows a configuration example of the pixel 21 and the column processing unit 201 of the image sensor 10.
  • the same reference numerals are given to the portions corresponding to those in FIGS.
  • FIG. 21 differs from the example in FIG. 18 in that a column processing unit 201 is provided instead of the column processing unit 101.
  • FIG. 21 shows four pixels 21a to 21d arranged in different rows of the same column among the plurality of pixels 21 arranged in the pixel region 11 of FIG. . Further, FIG. 20 shows a column processing unit 201 arranged corresponding to this column among the plurality of column processing units 201 provided in the column signal processing circuit 13.
  • the first vertical signal line 23a is connected to the pixel 21a (for example, the pixel 21 in the 4i-th row (i is a natural number)), and the second vertical signal line 23b is connected to the pixel 21b (for example, the 4i + 1-th row ( i is a natural number) of pixels 21).
  • the third vertical signal line 23c is connected to a pixel 21c (for example, the pixel 21 in the 4i + 2 row (i is a natural number)), and the fourth vertical signal line 23d is connected to the pixel 21d (for example, the 4i + 3 row ( i is a natural number) of pixels 21).
  • the first vertical signal line 23a is connected to a constant current source 52a constituting a source follower circuit
  • the second vertical signal line 23b is connected to a constant current source 52b constituting a source follower circuit.
  • a constant current source 52c constituting a source follower circuit is connected to the third vertical signal line 23c
  • a constant current source 52d constituting a source follower circuit is connected to the fourth vertical signal line 23d.
  • the first vertical signal line 23a to the fourth vertical signal line 23d are connected to one column processing unit 201 arranged corresponding to this column.
  • the column processing unit 201 is different from the column processing unit 101 of FIG. 18 in that four combinations of ADCs, counters, and output switches are provided, and that a multiplexer (MUX) 211 is added. .
  • MUX multiplexer
  • the input part of the MUX 211 is connected to the first vertical signal line 23a to the fourth vertical signal line 23d, and the output part of the MUX 211 is the capacitor 121a of the ADC 111a, the capacitor 121b of the ADC 111b, the capacitor 121c of the ADC 111c, and the capacitor 111c of the ADC 111d. It is connected to the capacitor 121d.
  • the MUX 211 can connect the first vertical signal line 23a to the fourth vertical signal line 23d to the ADCs 111a to 111d in any combination.
  • the column processing unit 201 is more flexible than the column processing unit 101 in terms of the order, combination, timing, and the like of AD conversion of the pixel signals of the pixels 21a to 21d. For example, in the case where readout scanning of the long accumulation signal and the short accumulation signal is performed in parallel, the degree of freedom such as the order, combination, and timing of reading out the long accumulation signal and the short accumulation signal from each pixel 21 is increased.
  • pixel signals of three or more rows may be read at a time within one horizontal period.
  • three or more vertical signal lines 23 may be wired for each column of pixels 21, and a set of a capacitor 81 and an input switch 82 may be provided for each vertical signal line 23. . Thereby, it is possible to read out pixel signals of three or more rows at one time within one horizontal period.
  • three or more vertical signal lines 23 are wired for each column of pixels 21, and a set of ADC 111, counter 72, and output switch 73 is provided for each vertical signal line 23. You can do it. Thereby, it is possible to read out pixel signals of three or more rows at one time within one horizontal period.
  • three or more read scans can be executed in parallel. Even when three or more readout scans are executed in parallel, the timing for performing the address jump of each readout scan may be controlled based on the location of the readout row in the other readout scans as in the case described above.
  • the address jump of the readout scan A among the three or more readout scans is performed, the address jump of the readout scan A is performed at the timing when the readout rows of the other readout scans satisfy either of the following conditions 1 or 2, respectively. Should be done.
  • the reading scan of the effective area AE of the reading scan A is completed, if all the reading rows of the other reading scan satisfy the condition 1 or 2, the reading line of the reading scan A is scanned by the effective area AE. What is necessary is just to move to the dummy area AD closer to the line to be started.
  • the readout row of the readout scan A is set as the dummy region AD closer to the row where the scan of the effective area AE ends. Move to.
  • the readout row of the readout scan A is scanned by the effective area AE. What is necessary is just to move to the OPB area AB closer to the line to be started.
  • the readout scan is performed on the OPB region AB closer to the dummy region where the readout row of the readout scan A exists at that time. The read line A may be moved.
  • the present technology can be applied to all image pickup devices capable of performing a plurality of readout scans in parallel.
  • the present technology can be applied to an image sensor that performs a plurality of readout scans in parallel, regardless of the number of pixel signal readouts of each pixel within one vertical period.
  • a long-exposure pixel and a short-exposure pixel are separately provided, and a long accumulation signal is read while reading a pixel signal of each pixel once every vertical period.
  • the present invention can be applied to an image sensor that performs scanning and readout scanning of a short accumulation signal in parallel.
  • the exposure time of each pixel is the same, and the readout time is increased by performing a plurality of readout scans in parallel while reading the pixel signal of each pixel once every vertical period. It can be applied to an image sensor.
  • the present technology is, for example, a front-illuminated CMOS image sensor in which light is irradiated on a surface on which a wiring layer is stacked on a semiconductor substrate on which pixels 21 are formed, or a back surface opposite to the surface.
  • the present invention can be applied to both of the backside illumination type CMOS image sensors that are irradiated with light.
  • the present technology can be applied to a stacked CMOS image sensor configured by stacking a sensor substrate on which the pixels 21 are formed and a circuit substrate on which the control circuit 17 (FIG. 1) is formed. .
  • the imaging device 10 of each embodiment as described above includes various imaging systems such as a digital still camera and a digital video camera, a mobile phone having an imaging function, and other devices having an imaging function. It can be applied to other electronic devices.
  • FIG. 22 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging device mounted on an electronic device.
  • the imaging device 301 includes an optical system 302, an imaging device 303, a signal processing circuit 304, a monitor 305, and a memory 306, and can capture still images and moving images.
  • the optical system 302 includes one or more lenses, guides image light (incident light) from a subject to the image sensor 303, and forms an image on a light receiving surface (sensor unit) of the image sensor 303.
  • the image sensor 303 As the image sensor 303, the image sensor 10 of each embodiment described above is applied. In the image sensor 303, electrons are accumulated for a certain period according to the image formed on the light receiving surface via the optical system 302. Then, a signal corresponding to the electrons accumulated in the image sensor 303 is supplied to the signal processing circuit 304.
  • the signal processing circuit 304 performs various signal processing on the pixel signal output from the image sensor 303.
  • An image (image data) obtained by the signal processing performed by the signal processing circuit 304 is supplied to the monitor 305 and displayed, or supplied to the memory 306 and stored (recorded).
  • the imaging device 301 configured as described above can capture a high-quality image with a wide dynamic range by applying the imaging device 10 of each of the above-described embodiments.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a usage example in which the above-described image sensor (imaging device 10) is used.
  • the image sensor described above can be used in various cases for sensing light such as visible light, infrared light, ultraviolet light, and X-ray as follows.
  • Devices for taking images for viewing such as digital cameras and mobile devices with camera functions
  • Devices used for traffic such as in-vehicle sensors that capture the back, surroundings, and interiors of vehicles, surveillance cameras that monitor traveling vehicles and roads, and ranging sensors that measure distances between vehicles, etc.
  • Equipment used for home appliances such as TVs, refrigerators, air conditioners, etc. to take pictures and operate the equipment according to the gestures ⁇ Endoscopes, equipment that performs blood vessel photography by receiving infrared light, etc.
  • Equipment used for medical and health care ⁇ Security equipment such as security surveillance cameras and personal authentication cameras ⁇ Skin measuring instrument for photographing skin and scalp photography Such as a microscope to do beauty Equipment used for sports-Equipment used for sports such as action cameras and wearable cameras for sports applications-Used for agriculture such as cameras for monitoring the condition of fields and crops apparatus
  • the system means a set of a plurality of components (devices, modules (parts), etc.), and it does not matter whether all the components are in the same housing. Accordingly, a plurality of devices housed in separate housings and connected via a network and a single device housing a plurality of modules in one housing are all systems. .
  • the present technology can take the following configurations.
  • a pixel region in which a plurality of pixels are arranged in a matrix A vertical driving circuit for driving the pixels in the pixel region for each row; A column signal processing circuit capable of reading out pixel signals of a plurality of rows in the pixel region within one horizontal period; The vertical drive circuit performs two or more readout scans of pixel signals in the pixel region in parallel, and sets a timing for performing a movement that exceeds a predetermined movement amount of the readout row of each readout scan by the readout row of another readout scan.
  • An image sensor that controls based on position.
  • the vertical drive circuit moves a read line in each read scan by a predetermined amount or more in a first area where a read line in another read scan is used for an image in the pixel area, or in a black level. If not within the second region used for detection, or the distance between the read line before movement and the read line of another read scan, and the read line after movement and the read line of another read scan.
  • Third regions for adjusting the read load of the pixel signal are arranged on both sides in the column direction of the first region in the pixel region,
  • the vertical drive circuit moves the readout row of each readout scan when adjusting the readout load of the pixel signal based on the location of the readout row of the other readout scan among the plurality of third regions.
  • a fourth region that is not used for the image is disposed between the first region and the third region, The imaging device according to (3), wherein the vertical drive circuit controls the readout scan in the fourth area to be performed at a higher speed than the readout scan in the first area.
  • the second regions are respectively disposed on both sides in the column direction of the first region in the pixel region,
  • the vertical drive circuit selects a region used for detection of the black level in each readout scan from a plurality of the second regions based on the position of a readout row in another readout scan.
  • the imaging device according to any one of the above.
  • the vertical drive circuit performs a plurality of exposures with different exposure times within one vertical period, and controls to perform readout scanning of a plurality of pixel signals obtained by the plurality of exposures in parallel. (1) to (5) ).
  • the vertical driving circuit performs long exposure and short exposure within one vertical period, and performs pixel signal readout scanning obtained by the long exposure and pixel signal readout scanning obtained by the short exposure in parallel.
  • the timing for moving the read line in one read scan by a predetermined amount or more is controlled based on the position of the read line in the other read scan. element.
  • a plurality of vertical signal lines are wired in each column, The imaging device according to any one of (1) to (7), wherein the column signal processing circuit includes one or more AD converters that can be individually connected to the plurality of vertical signal lines for each column of the pixel region. . (9) In the pixel region, a plurality of vertical signal lines are wired in each column, The imaging device according to any one of (1) to (8), wherein the column signal processing circuit includes an AD converter operable in parallel for each of the vertical signal lines.
  • Two or more readout scans of pixel signals in a pixel region in which a plurality of pixels are arranged in a matrix are performed in parallel, and the timing for performing a movement exceeding a predetermined movement amount of the readout row of each readout scan is determined by another readout scan.
  • the driving method of the image sensor controlled based on the position of the readout row.
  • An image sensor comprising: a column signal processing circuit capable of reading out pixel signals of a plurality of rows in the pixel region within one horizontal period; The vertical drive circuit performs two or more readout scans of pixel signals in the pixel region in parallel, and sets a timing for performing a movement that exceeds a predetermined movement amount of the readout row of each readout scan by the readout row of another readout scan.
  • Electronic devices that are controlled based on position.

Abstract

本技術は、画素信号の読出し走査を2以上並行に行う場合の画像の画質を向上させることができるようにする撮像素子、撮像素子の駆動方法、及び、電子機器に関する。 撮像素子は、複数の画素が行列状に配置されている画素領域と、前記画素領域の画素を行毎に駆動する垂直駆動回路と、1水平期間内に前記画素領域の複数の行の画素信号の読出しが可能なカラム信号処理回路とを備える。垂直駆動回路は、前記画素領域の画素信号の読出し走査を2以上並行に行うとともに、各読出し走査の読出し行の所定の移動量以上の移動を行うタイミングを、他の読出し走査の読出し行の位置に基づいて制御する。本技術は、例えば、CMOSイメージセンサに適用できる。

Description

撮像素子、撮像素子の駆動方法、及び、電子機器
 本技術は、撮像素子、撮像素子の駆動方法、及び、電子機器に関し、特に、画素信号の読出し走査を2以上並行に行う場合に用いて好適な撮像素子、撮像素子の駆動方法、及び、電子機器に関する。
 従来、1水平期間内に複数の行の画素信号の読出しを行うことができる撮像素子が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、1水平期間内に複数の行の画素信号の読出しが可能になると、例えば、画素信号の読出し走査を2以上並行に行うことも可能になる。
特開2013-55589号公報
 しかしながら、画素信号の読出し走査を2以上並行に行う場合、ある読出し走査の読出し行が大きく移動すると、他の読出し走査の読出し行における画素電源の電圧が大きく変動し、その影響により画像にノイズが発生する場合がある。
 本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、画素信号の読出し走査を2以上並行に行う場合の画像の画質を向上させるようにするものである。
 本技術の第1の側面の撮像素子は、複数の画素が行列状に配置されている画素領域と、前記画素領域の画素を行毎に駆動する垂直駆動回路と、1水平期間内に前記画素領域の複数の行の画素信号の読出しが可能なカラム信号処理回路とを備え、前記垂直駆動回路は、前記画素領域の画素信号の読出し走査を2以上並行に行うとともに、各読出し走査の読出し行の所定の移動量以上の移動を行うタイミングを、他の読出し走査の読出し行の位置に基づいて制御する。
 前記垂直駆動回路には、各読出し走査の読出し行の所定の移動量以上の移動を、他の読出し走査の読出し行が前記画素領域内の画像に用いられる第1の領域内、若しくは、黒レベルの検出に用いられる第2の領域内にない場合、又は、移動前の読出し行と他の読出し走査の読出し行との間の距離と、移動後の読出し行と他の読出し走査の読出し行との間の距離とがほぼ等しくなる場合に行うように制御させることができる。
 前記画素領域内の前記第1の領域の列方向の両側に、画素信号の読出し負荷の調整用の第3の領域をそれぞれ配置し、前記垂直駆動回路には、画素信号の読出し負荷の調整を行う場合の各読出し走査の読出し行の移動先を、他の読み出し走査の読出し行の位置に基づいて、複数の前記第3の領域の中から選択させることができる。
 前記第1の領域と前記第3の領域の間に前記画像に用いられない第4の領域をそれぞれ配置し、前記垂直駆動回路には、前記第4の領域内の読出し走査を、前記第1の領域内の読出し走査より高速に行うように制御させることができる。
 前記画素領域内の前記第1の領域の列方向の両側に前記第2の領域をそれぞれ配置し、前記垂直駆動回路には、各読出し走査の前記黒レベルの検出に用いる領域を、他の読み出し走査の読出し行の位置に基づいて、複数の前記第2の領域の中から選択させることができる。
 前記垂直駆動回路には、1垂直期間内に露光時間が異なる複数の露光を行い、前記複数の露光により得られる複数の画素信号の読出し走査を並行に行うように制御させることができる。
 前記垂直駆動回路には、1垂直期間内に長時間露光及び短時間露光を行い、前記長時間露光により得られる画素信号の読出し走査、及び、前記短時間露光により得られる画素信号の読出し走査を並行に行うように制御させるとともに、一方の読出し走査の読出し行の所定の移動量以上の移動を行うタイミングを、他方の読出し走査の読出し行の位置に基づいて制御させることができる。
 前記画素領域に、各列に複数の垂直信号線を配線し、前記カラム信号処理回路には、前記画素領域の列毎に、前記複数の垂直信号線に個別に接続可能な1以上のADコンバータを設けることができる。
 前記画素領域に、各列に複数の垂直信号線を配線し、前記カラム信号処理回路には、並列に動作可能なADコンバータを前記垂直信号線毎に設けることができる。
 本技術の第1の側面の撮像素子の駆動方法は、複数の画素が行列状に配置されている画素領域の画素信号の読出し走査を2以上並行に行うとともに、各読出し走査の読出し行の所定の移動量以上の移動を行うタイミングを、他の読出し走査の読出し行の位置に基づいて制御する。
 本技術の第2の側面の電子機器は、複数の画素が行列状に配置されている画素領域と、前記画素領域の画素を行毎に駆動する垂直駆動回路と、1水平期間内に前記画素領域の複数の行の画素信号の読出しが可能なカラム信号処理回路とを備える撮像素子を備え、前記垂直駆動回路は、前記画素領域の画素信号の読出し走査を2以上並行に行うとともに、各読出し走査の読出し行の所定の移動量以上の移動を行うタイミングを、他の読出し走査の読出し行の位置に基づいて制御する。
 本技術の第1の側面又は第2の側面においては、複数の画素が行列状に配置されている画素領域の画素信号の読出し走査が2以上並行に行われ、各読出し走査の読出し行の所定の移動量以上の移動を行うタイミングが、他の読出し走査の読出し行の位置に基づいて制御される。
 本技術の第1の側面又は第2の側面によれば、画素信号の読出し走査を2以上並行に行う場合の画像の画質が向上する。
 なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本技術を適用した撮像素子の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。 画素領域の構成例を示す図である。 画素及びカラム処理部の第1の構成例を示すブロック図である。 1水平期間内の画像信号の読出し方法の第1の例を説明するためのタイミングチャートである。 撮像素子の露光期間の例を示すタイミングチャートである。 画像のノイズの発生原因を説明するための図である。 画像のノイズの発生原因を説明するための図である。 画像のノイズの発生原因を説明するための図である。 本技術の第1の実施の形態を説明するための図である。 本技術の第2の実施の形態を説明するための図である。 本技術の第3の実施の形態を説明するための図である。 本技術の第4の実施の形態を説明するための図である。 読出し行の移動に伴う画素電源の電圧変動の例を示す図である。 本技術の第5の実施の形態を説明するための図である。 本技術の第6の実施の形態を説明するための図である。 本技術の第7の実施の形態を説明するための図である。 画素信号の読出しを一時停止させる例を説明するための図である。 画素及びカラム処理部の第2の構成例を示すブロック図である。 1水平期間内の画像信号の読出し方法の第2の例を説明するためのタイミングチャートである。 画素及びカラム処理部の第3の構成例を示すブロック図である。 画素及びカラム処理部の第4の構成例を示すブロック図である。 本技術を適用した撮像装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。 イメージセンサを使用する使用例を示す図である。
 以下、本技術を実施するための形態(以下、実施の形態という)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.撮像素子の構成例
2.ノイズの発生原因
3.第1の実施の形態(正転方向に走査する場合)
4.第2の実施の形態(反転方向に走査する場合)
5.第3の実施の形態(有効不問領域の読出し中にアドレスジャンプを行う場合)
6.第4の実施の形態(有効画素領域の読出し中にアドレスジャンプを行う場合)
7.第5の実施の形態(切取り領域を設けた場合1)
8.第6の実施の形態(切取り領域を設けた場合2)
9.第7の実施の形態(切取り領域内を高速走査する場合)
10.変形例
<1.撮像素子の構成例>
 まず、図1乃至図4を参照して、本技術の各実施の形態に用いられる撮像素子の構成例について説明する。
{撮像素子10の構成例}
 図1は、本技術を適用した撮像素子10の構成例を示すブロック図である。
 図1に示すように、撮像素子10は、画素領域11、垂直駆動回路12、カラム信号処理回路13、水平駆動回路14、出力回路15、ランプ信号生成回路16、及び、制御回路17を備える。
 画素領域11は、図示しない光学系により集光される光を受光する受光面である。画素領域11には、複数の画素21が行列状に配置されており、それぞれの画素21は、水平信号線22を介して行ごとに垂直駆動回路12に接続されるとともに、垂直信号線23を介して列ごとにカラム信号処理回路13に接続される。複数の画素21は、それぞれ受光する光の量に応じたレベルの画素信号をそれぞれ出力し、それらの画素信号から、画素領域11に結像する被写体の画像が構築される。
 垂直駆動回路12は、画素領域11に配置される複数の画素21の行ごとに順次、それぞれの画素21を駆動(転送や、選択、リセットなど)するための駆動信号を、水平信号線22を介して画素21に供給する。例えば、垂直駆動回路12は、画素領域11の各画素21の露光時間、読出し走査等の制御を行う。また、例えば、垂直駆動回路12は、後述するように、画素領域11の各画素21の画素信号の読出し走査を複数並行に行うとともに、各読出し走査の読出し行を移動するタイミングを、他の読出し走査の読出し行の位置に基づいて制御する。
 カラム信号処理回路13は、複数の画素21から垂直信号線23を介して出力される画素信号に対してCDS(Correlated Double Sampling:相関2重サンプリング)処理を施すことにより、画素信号のAD変換を行うとともにリセットノイズを除去する。例えば、カラム信号処理回路13は、画素21の列数に応じた複数のカラム処理部51(図3)を備え、画素21の列ごとに並列にCDS処理を行うことができる。
 水平駆動回路14は、画素領域11に配置される複数の画素21の列ごとに順次、カラム信号処理回路13から画素信号を出力信号線24に出力させるための駆動信号を、カラム信号処理回路13に供給する。
 出力回路15は、水平駆動回路14の駆動信号に従ったタイミングでカラム信号処理回路13から出力信号線24を介して供給される画素信号を増幅し、後段の信号処理回路に出力する。
 ランプ信号生成回路(Ramp)16は、カラム信号処理回路13が画素信号をAD変換する際に参照する参照信号として、一定の勾配で時間の経過に従って降下する電圧(スロープ電圧)のランプ信号を生成し、カラム信号処理回路13に供給する。
 制御回路17は、撮像素子10内の各部の駆動を制御する。例えば、制御回路17は、各部の駆動周期に従ったクロック信号を生成して、各部に供給する。
{画素領域11の構成例}
 図2は、撮像素子10の画素領域11の構成例を示している。
 画素領域11の上端及び下端には、光が入射しないように遮光された遮光領域が配置されており、上下の遮光領域の間に、遮光されていない開口領域が配置されている。
 開口領域内には、画像の生成に使用可能な使用可能領域AUが配置されている。また、使用可能領域AU内には、画像を生成する際に画素信号が読み出される有効領域AEが配置されている。この例では、使用可能領域AUと有効領域AEが一致する例が示されているが、図14等を参照して後述するように、切取り領域が設定された場合、有効領域AEは使用可能領域AUより狭くなる。
 また、有効領域AEは、矩形の有効画素領域AEp、及び、有効画素領域AEpの周囲を囲む有効不問領域AEnに分かれる。有効画素領域AEpは、読み出された画素信号が画像に用いられる領域である。一方、有効不問領域AEnは、読み出された画素信号が画像に用いられない領域である。有効不問領域AEnは、主に有効画素領域AEpの画素信号の特性の一様性を確保する役割を果たす。
 上方の遮光領域内には、画像の黒レベルを示す画素信号である黒レベル信号の読出しに用いられるOPB(オプティカルブラック)領域ABが配置されている。また、OPB領域AB1は、矩形のOPB検出領域ABd、及び、OPB検出領域ABdの周囲を囲むOPB不問領域ABnに分かれる。OPB検出領域ABdは、読み出された黒レベル信号が黒レベルの検出に用いられる領域である。一方、OPB不問領域ABnは、読み出された黒レベル信号が黒レベルの検出に用いられない領域である。OPB不問領域ABnは、例えば、OPB検出領域ABdの画素信号(黒レベル信号)の特性の一様性を確保する役割を果たす。
 なお、図10等を参照して後述するように、下方の遮光領域内にもOPB領域が配置される場合がある。
 画素領域11の有効領域AE及びOPB領域AB以外の有効領域AE及びOPB領域ABの周囲を囲む領域は、無効領域ANである。無効領域ANには、例えば、読出し負荷の調整に用いられる領域であるダミー領域が設けられる。
 後述するように、画素領域11では、複数の読出し走査が並行に行われる。そして、例えば、ある読出し走査Aにおいて、有効領域AE及びOPB領域ABの画素信号の読出しを行っていない場合に、画素信号の読出しを停止すると、他の読出し走査の読出し行の画素電源の電圧が大きく変動する。その画素電源の電圧変動を抑制するための読出し負荷の調整用に、読出し走査Aにおいてダミー領域の画素信号の読出しが行われる。
 なお、ダミー領域は、開口領域及び遮光領域のいずれに設けてもよいし、開口領域と遮光領域の両方の領域にまたがっていてもよい。
 また、有効不問領域AEn、OPB不問領域ABn、及び、無効領域ANは、画像に用いられない領域(以下、不使用領域とも称する)である点で共通する。
{画素21及びカラム処理部51の構成例}
 図3は、撮像素子10の画素21及びカラム処理部51の構成例を示している。
 図3には、図1の画素領域11に配置される複数の画素21のうち、同じ列(column)の異なる行(row)に配置される2つの画素21a及び画素21bが示されている。また、図3には、カラム信号処理回路13が備える複数のカラム処理部51のうち、この列に対応して配置されるカラム処理部51が示されている。
 この例では、1つの画素21の列に対して、第1の垂直信号線23a及び第2の垂直信号線23bの2本の垂直信号線が設けられている。第1の垂直信号線23aには、画素21a(例えば、奇数行目の画素21)が接続され、第2の垂直信号線23bには、画素21b(例えば、偶数行目の画素21)が接続されている。また、第1の垂直信号線23aには、ソースフォロワ回路を構成する定電流源52aが接続されており、第2の垂直信号線23bには、ソースフォロワ回路を構成する定電流源52bが接続されている。さらに、第1の垂直信号線23a及び第2の垂直信号線23bは、この列に対応して配置される1つのカラム処理部51に接続されている。
 画素21aは、フォトダイオード(PD)61a、転送トランジスタ62a、フローティングディフュージョン(FD)部63a、増幅トランジスタ64a、選択トランジスタ65a、及び、リセットトランジスタ66aを備える。
 PD61aは、入射した光を光電変換により電荷に変換して蓄積する光電変換部であり、アノード端子が接地されるとともに、カソード端子が転送トランジスタ62aに接続されている。
 転送トランジスタ62aは、垂直駆動回路12から供給される転送信号TGに従って駆動し、転送トランジスタ62aがオンになると、PD61aに蓄積されている電荷がFD部63aに転送される。
 FD部63aは、増幅トランジスタ64aのゲート電極に接続された所定の蓄積容量を有する浮遊拡散領域であり、PD61aから転送される電荷を蓄積する。
 増幅トランジスタ64aは、FD部63aに蓄積されている電荷に応じたレベル(すなわち、FD部63aの電位)の画素信号を、選択トランジスタ65aを介して第1の垂直信号線23aに出力する。つまり、FD部63aが増幅トランジスタ64aのゲート電極に接続される構成により、FD部63a及び増幅トランジスタ64aは、PD61aにおいて発生した電荷を、その電荷に応じたレベルの画素信号に変換する変換部として機能する。
 選択トランジスタ65aは、垂直駆動回路12から供給される選択信号SELに従って駆動し、選択トランジスタ65aがオンになると、増幅トランジスタ64aから出力される画素信号が第1の垂直信号線23aに出力可能な状態となる。
 リセットトランジスタ66aは、垂直駆動回路12から供給されるリセット信号RSTに従って駆動し、リセットトランジスタ66aがオンになると、FD部63aに蓄積されている電荷が画素電源VDDに排出されて、FD部63aがリセットされる。
 また、画素21bは、画素21aと同様に、PD61b、転送トランジスタ62b、FD部63b、増幅トランジスタ64b、選択トランジスタ65b、及びリセットトランジスタ66bを備えて構成される。従って、画素21bの各部は、上述したような画素21aの各部と同様に動作するため、その詳細な説明は省略する。
 なお、以下適宜、画素21aと画素21bとを区別する必要がない場合、単に画素21と称し、画素21を構成する各部についても同様に称する。
 カラム処理部51は、ADコンバータ(ADC)71、カウンタ72、及び、出力スイッチ73を備える。ADC71は、キャパシタ81-1,81-2、入力スイッチ82-1,82-2、キャパシタ83、コンパレータ84、及び、帰還スイッチ85を備える。
 コンパレータ84のマイナス側の入力端子は、キャパシタ81-1及び入力スイッチ82-1を介して第1の垂直信号線23aに接続されるととともに、キャパシタ81-2及び入力スイッチ82-2を介して第2の垂直信号線23bに接続されている。また、コンパレータ84のプラス側の入力端子は、キャパシタ83を介してランプ信号生成回路16に接続されている。さらに、コンパレータ84の出力端子とマイナス側の入力端子とが、帰還スイッチ85を介して接続されている。
 入力スイッチ82-1及び82-2は、図1の制御回路17による制御に従って開閉し、コンパレータ84のマイナス側の入力端子を、第1の垂直信号線23a及び第2の垂直信号線23bのいずれか一方又は両方に接続する。例えば、入力スイッチ82-1がオン(閉鎖)されるとともに、入力スイッチ82-2がオフ(開放)されると、コンパレータ84のマイナス側の入力端子は第1の垂直信号線23aに接続され、画素21aから出力される画素信号がコンパレータ84に入力される。一方、入力スイッチ82-2がオンされるとともに、入力スイッチ82-1がオフされると、コンパレータ84のマイナス側の入力端子は第2の垂直信号線23bに接続され、画素21bから出力される画素信号がコンパレータ84に入力される。このように、ADC71は、入力スイッチ82-1及び82-2により、個別に垂直信号線23a及び23bに接続可能である。
 コンパレータ84は、プラス側の入力端子に入力されるランプ信号と、マイナス側の入力端子に入力される画素信号との大小を比較し、その比較結果を示す比較結果信号を出力する。例えば、コンパレータ84は、ランプ信号がアナログの画素信号よりも大きい場合にはハイレベルの比較結果信号を出力し、ランプ信号がアナログの画素信号以下となった場合にはローレベルの比較結果信号を出力する。
 カウンタ72は、例えば、ランプ信号生成回路16から出力されるランプ信号の電位が一定の勾配で降下を開始したタイミングから、コンパレータ84から出力される比較結果信号がハイレベルからローレベルに切り替わるタイミングまでの所定のクロック数をカウントする。従って、カウンタ72がカウントしたカウント値は、コンパレータ84に入力される画素信号のレベルに応じた値となり、これにより、画素21から出力されるアナログの画素信号がデジタル値に変換される。
 例えば、撮像素子10では、画素21のFD部63がリセットされた状態のリセットレベルの画素信号と、画素21のFD部63がPD61で光電変換された電荷を保持した状態の信号レベルの画素信号とが、画素21から出力される。そして、カラム処理部51において画素信号をAD変換する際に、それらの信号の差分を求めることによって、リセットノイズが除去された画素信号が出力される。
 また、カウンタ72は、カウント値を保持する保持部(不図示)を有しており、カウント値を一時的に保持することができる。
 出力スイッチ73は、水平駆動回路14から出力される駆動信号に従って開閉する。例えば、所定のカラム処理部51が配置されている列の画素信号を出力するタイミングになると、水平駆動回路14から出力される駆動信号に従って出力スイッチ73がオンされ、カウンタ72の出力端子が出力信号線24に接続される。これにより、カラム処理部51においてAD変換された画素信号が出力信号線24に出力される。
{画素信号の読出し方法}
 次に、図4を参照して、撮像素子10の画素信号の読出し方法の例について説明する。
 図4は、1水平期間内の各信号の時系列の推移を示すタイミングチャートである。横軸は時間軸を示している。そして、ランプ信号生成回路16からコンパレータ84に入力されるランプ信号(RAMP)、画素21aに入力されるリセット信号RST及び転送信号TG、画素21bに入力されるリセット信号RST及び転送信号TG、第1の垂直信号線23aの電圧VSL、並びに、第2の垂直信号線23bの電圧VSLの推移が示されている。
 なお、図4では、画素21aを第1(Primary)画素とし、画素21bを第2(Secondary)画素としている。また、画素21aに入力されるリセット信号RST及び転送信号TGを、RST(Primary)及びTG(Primary)と称し、画素21bに入力されるリセット信号RST及び転送信号TGを、RST(Secondary)及びTG(Secondary)と称している。さらに、第1の垂直信号線23aの電圧VSLをVSL(Primary)と称し、第2の垂直信号線23bの電圧VSLをVSL(Secondary)と称している。
 撮像素子10では、同じ列の異なる行の画素21a及び画素21bの画素信号の読出しを1水平期間内に一度に行うことができる。
 具体的には、1つ前のN-1番目の水平期間の時刻t13において、画素21aのリセットトランジスタ66aにリセット信号RST(Primary)が入力され、FD部63aがリセットされる。
 そして、N番目の水平期間の時刻t1において、入力スイッチ82-1及び帰還スイッチ85がオンする。
 時刻t2において、画素21bのリセットトランジスタ66bにリセット信号RST(Secondary)が入力され、FD部63bがリセットされる。
 時刻t3において、帰還スイッチ85がオフする。
 時刻t4において、ランプ信号が降下を開始し、時刻t4から時刻t5の期間において、第1の垂直信号線23aを介して入力される画素21aのリセットレベル(P相(Primary))の画素信号がAD変換される。その後、入力スイッチ82-1がオフされる。画素21aのリセットレベルの画素信号のデジタル値は、カウンタ72に保持される。
 時刻t5の後、入力スイッチ82-2及び帰還スイッチ85がオンする。
 時刻t6において、画素21aの転送トランジスタ62aに転送信号TG(Primary)が入力され、PD61aに蓄積されている電荷がFD部63aに転送される。
 時刻t7において、帰還スイッチ85がオフする。
 時刻t8において、ランプ信号が降下を開始し、時刻t8から時刻t9の期間において、第2の垂直信号線23bを介して入力される画素21bのリセットレベル(P相(Secondary))の画素信号がAD変換される。その後、入力スイッチ82-2がオフされる。画素21bのリセットレベルの画素信号のデジタル値は、カウンタ72に保持される。
 時刻t9の後、入力スイッチ82-1がオンする。
 時刻t10において、画素21bの転送トランジスタ62bに転送信号TG(Secondary)が入力され、PD61bに蓄積されている電荷がFD部63bに転送される。
 時刻t11において、ランプ信号が降下を開始し、時刻t11から時刻t12の期間において、第1の垂直信号線23aを介して入力される画素21aの信号レベル(D相(Primary))の画素信号がAD変換される。その後、入力スイッチ82-1がオフされる。また、出力スイッチ73がオンされ、画素21aの信号レベルの画素信号とリセットレベルの画素信号の差分であるデジタルの画素信号が、カウンタ72から出力信号線24に出力される。
 時刻t12の後、入力スイッチ82-2がオンする。
 時刻t14において、ランプ信号が降下を開始し、時刻t14から時刻t15の期間において、第2の垂直信号線23bを介して入力される画素21bの信号レベル(D相(Secondary))の画素信号がAD変換される。その後、入力スイッチ82-2がオフされる。また、出力スイッチ73がオンされ、画素21bの信号レベルの画素信号とリセットレベルの画素信号の差分であるデジタルの画素信号が、カウンタ72から出力信号線24に出力される。
 このように、カラム信号処理回路13の各カラム処理部51では、1水平期間内に、異なる2行の画素21の画素信号を、パイプライン処理により、CDS処理を施しながら一度に読み出すことができる。
{露光期間}
 次に、図5を参照して、撮像素子10の露光期間の例について説明する。
 図5は、撮像素子10の画素領域11の有効領域AEの露光期間を示すタイミングチャートである。横軸は時間軸を示している。
 撮像素子10では、各画素21において、1垂直期間中に長時間露光と短時間露光の時間が異なる2回の露光が行われる。そして、例えば、長時間露光により蓄積された電荷に基づく画素信号(以下、長蓄信号と称する)と、短時間露光により蓄積された電荷に基づく画素信号(以下、短蓄信号と称する)とを、入射光量に応じて選択したり、重み付け加算したりすることにより、得られる画像のダイナミックレンジを拡大することができる。
 具体的には、時刻t1において、外部から制御回路17に垂直同期信号VSYNCが入力される。これにより、新たな垂直期間が開始される。
 時刻t2において、有効領域AEの1行目の長時間露光が終了し、露光中に蓄積された電荷に基づく画素信号が読み出される。その後、所定の時間間隔で、正転方向の順に有効領域AEの各行の長時間露光が終了し、露光中に蓄積された電荷に基づく長蓄信号が読み出される。そして、時刻t6において、有効領域AEの最終行の長時間露光が終了し、露光中に蓄積された電荷に基づく長蓄信号が読み出される。このように、時刻t2から時刻t6の期間に、長蓄信号の読出し走査が行われる。
 ここで、正転方向とは、画素領域11の上から下に向かう方向である。逆に、以下、画素領域11の下から上に向かう方向を反転方向と称する。
 時刻t3において、有効領域AEの最終行の画素21の長時間露光が開始される。
 時刻t4において、有効領域AEの1行目の画素21の短時間露光が開始される。その後、所定の時間間隔で、正転方向の順に有効領域AEの画素21の短時間露光が開始される。そして、時刻t8において、有効領域AEの最終行の画素21の短時間露光が開始される。
 時刻t5において、有効領域AEの1行目の短時間露光が終了し、露光中に蓄積された電荷に基づく画素信号が読み出される。その後、所定の時間間隔で、正転方向の順に有効領域AEの各行の短時間露光が終了し、露光中に蓄積された電荷に基づく短蓄信号が読み出される。そして、時刻t9において、有効領域AEの最終行の長時間露光が終了し、露光中に蓄積された電荷に基づく短蓄信号が読み出される。このように、時刻t5から時刻t9の期間に、短蓄信号の読出し走査が行われる。
 ここで、時刻t5から時刻t6の期間において、長蓄信号の読出し走査と短蓄信号の読出し走査が並行に行われる。すなわち、図3を参照して上述した方法により、1水平期間内に、有効領域AEの各列の或る行の長蓄信号の読出しが行われ、有効領域AEの別の行の短蓄信号の読出しが行われる。
 時刻t7において、有効領域AEの1行目の長時間露光が開始される。その後、所定の時間間隔で、正転方向の順に有効領域AEの各行の長時間露光が開始される。そして、時刻t12において、有効領域AEの最終行の長時間露光が開始される。
 時刻t10において、外部から制御回路17に垂直同期信号VSYNCが入力される。これにより、新たな垂直期間が開始される。
 その後、上述した時刻t1から時刻t10までの期間と同様の処理が繰り返し実行される。
 このように、撮像素子10では、各画素21において、1垂直期間内に長時間露光と短時間露光の2回の露光が行われ、長時間露光に基づく長蓄信号と短時間露光に基づく短蓄信号の2種類の画素信号が読み出される。
<2.ノイズの発生原因>
 次に、図6乃至図8を参照して、撮像素子10において想定されるノイズ及びその発生原因について説明する。
 図6の左の図は、長蓄信号からなる画像(以下、長蓄フレームと称する)と短蓄信号からなる画像(以下、短蓄フレームと称する)の読出し期間を比較した図である。縦軸は時間軸を示している。なお、時間軸に示される各時刻は、図5のタイミングチャートの時間軸の各時刻と対応する。
 上述したように、長蓄フレームを構成する長蓄信号の読出し走査は、時刻t2に開始され、時刻t6に終了する。一方、短蓄フレームを構成する短蓄信号の読出し走査は、時刻t5に開始され、時刻t9に終了する。時刻t2から時刻t5までの期間は、長蓄信号の読出し走査のみが行われ、短蓄信号の読出し走査が行われない期間(以下、短蓄Vブランク期間と称する)となる。時刻t6から時刻t9までの期間は、短蓄信号の読出し走査のみが行われ、長蓄信号の読出し走査が行われない期間(以下、長蓄Vブランク期間と称する)となる。時刻t9から次の長蓄信号の読出し走査が開始される時刻t11(図5)までの期間は、長蓄信号及び短蓄信号の読出し走査が行われない期間(以下、共通Vブランク期間と称する)となる。
 なお、厳密に言えば、後述するようにOPB領域ABの黒レベル信号の読出し期間は、Vブランク期間に含まれないが、ここでは、説明を簡単にするために、有効領域AEの画素信号の読出し期間以外の期間をVブランク期間としている。
 ここで、図6の右の図に示されるように、時刻t6において長蓄信号の読出し走査が終了した直後に読み出される短蓄信号に対応する短蓄フレームの行において、横筋が発生するおそれがある。この原因について、図7を参照して説明する。
 図7の左側の図は、撮像素子10の画素領域11の配置例を模式的に示している。この例では、上から順にOPB領域AB1、ダミー領域AD1、及び、有効領域AEが配置されている。なお、この図では、図を分かりやすくするために、使用可能領域AU、有効画素領域AEp、有効不問領域AEn、OPB検出領域ABd、OPB不問領域ABn、及び、無効領域ANの図示を省略している。また、この例では、使用可能領域AUと有効領域AEとが一致する例を示している。
 図7の右側の図は、長蓄信号の読出し走査及び短蓄信号の読出し走査を、図5より詳細に示すタイミングチャートである。横軸は時間軸を示している。なお、時間軸に示される各時刻は、図5及び図6のタイミングチャートの時間軸の各時刻に対応する。
 なお、以下、長蓄信号の読出し走査を、長蓄側の読出し走査又は単に長蓄側とも称し、短蓄信号の読出し走査を、短蓄側の読出し走査又は単に短蓄側とも称する。
 まず、長蓄側の読出し走査について説明する。
 時刻t1において、垂直同期信号VSYNCが入力されたとき、長蓄側では、ダミー領域AD1の行raの画素信号(以下、ダミー信号と称する)の読出しが行われている。
 次に、時刻taにおいて、Vブランク期間が終了し、OPB領域AB1の先頭行から黒レベル信号の読出し走査が開始される。その後、所定の時間間隔で、正転方向の順にOPB領域AB1の黒レベル信号の読出し走査が行われる。そして、OPB領域AB1の最終行の黒レベル信号の読出しが行われ、OPB領域AB1の黒レベル信号の読出し走査が終了した後、上述したように、時刻t2から時刻t6まで、正転方向の順に有効領域AEの長蓄信号の読出し走査が行われる。
 時刻t6において、有効領域AEの最終行の長蓄信号の読出しが行われ、有効領域AEの長蓄信号の読出し走査が終了した後、ダミー領域AD1の行raのダミー信号の読出しが開始され、Vブランク期間が開始される。
 このとき、長蓄側の読出し行の移動量が、有効領域AEの列方向の幅を超え、非常に大きくなる。その後、ダミー信号の読出しは、次のフレームの黒レベル信号の読出し走査が開始する時刻tcまで継続する。
 次に、短蓄側の読出し走査について説明する。
 時刻t1において、垂直同期信号VSYNCが入力されたとき、短蓄側では、ダミー領域AD1の行rbのダミー信号の読出しが行われている。
 時刻tbにおいて、Vブランク期間が終了し、OPB領域AB1の先頭行から黒レベル信号の読出し走査が開始される。その後、所定の時間間隔で、正転方向の順にOPB領域AB1の黒レベル信号の読出し走査が行われる。そして、OPB領域AB1の最終行の黒レベル信号の読出しが行われ、OPB領域AB1の黒レベル信号の読出し走査が終了した後、上述したように、時刻t5から時刻t9まで、正転方向の順に有効領域AEの短蓄信号の読出し走査が行われる。
 時刻t9において、有効領域AEの最終行の短蓄信号の読出しが行われ、有効領域AEの短蓄信号の読出し走査が終了した後、ダミー領域AD1の行rbのダミー信号の読出しが開始され、Vブランク期間が開始される。
 このとき、短蓄側の読出し行の移動量が、有効領域AEの列方向の幅を超え、非常に大きくなる。その後、ダミー信号の読出しは、次のフレームの黒レベル信号の読出し走査が開始する時刻td(不図示)まで継続する。
 図8は、画素領域11の画素電源VDDの列方向の電圧の分布の例を示している。図8の左側の図は、時刻t6において有効領域AEの最終行r1のリセットレベルの長蓄信号、及び、行r2のリセットレベルの短蓄信号の読出し時の画素電源VDDの電圧の分布を示している。図8の右側の図は、時刻t6の直後の時刻t6+Δtにおいて、ダミー領域AD1の行raのリセットレベルのダミー信号、及び、行r2+1のリセットレベルの短蓄信号の読出し時の画素電源VDDの電圧の分布を示している。
 図8の左右のグラフの横軸は、画像電源VDDの電圧を示している。また、点線で示される電圧は、電圧降下が発生していない場合の画素電源VDDの電圧である電圧VDDHのレベルを示している。
 時刻t6において、画素信号が読み出されている行r1及び行r2の画素内に多くの電流が流れる。そのため、図8の左側のグラフに示されるように、行r1及び行r2において画素電源VDDの電圧降下(IRドロップ)が大きくなる。従って、画素電源VDDの電圧は、行r1及び行r2において負のピークが発生し、行r1及び行r2から離れるほど大きくなり、電圧VDDHに近づく。
 同様に、時刻t6+Δtにおいて、画素信号が読み出されている行ra及び行r2+1の画素内に多くの電流が流れる。そのため、図8の右側のグラフに示されるように、行ra及び行r2+1において画素電源VDDの電圧降下(IRドロップ)が大きくなる。
 ここで、時刻t6+Δtにおいて、時刻t6と比較して、短蓄側の読出し行が1行しか移動しないのに対し、長蓄側の読出し行が大きく移動するため、画素電源VDDの電圧の分布が大きく変化する。具体的には、時刻t6+Δtにおいて、時刻t6と比較して、長蓄側の読出し行と短蓄側の読出し行の間隔が広がることにより、行r2+1の電圧降下が、時刻t6における行r2の電圧降下より小さくなる。これにより、時刻t6+Δtにおける行r2+1の画素電源VDDの電圧が、時刻t6における行r2の画素電源VDDの電圧より上昇する。その結果、行r2の短蓄信号のリセットレベルと行r2+1の短蓄信号のリセットレベルに差が生じ、図7を参照して上述したように、短蓄フレームにおいて横筋が生じる。
 なお、以下、図7に示すような横筋が発生するレベルの画素電源VDDの電圧の変動を引き起こす所定の移動量以上の読出し行の移動を、アドレスジャンプと称する。なお、所定の移動量は、例えば、行数により定義してもよいし、実際の距離により定義してもよい。
<3.第1の実施の形態>
 次に、図9を参照して、本技術の第1の実施の形態について説明する。
 図9の左側の図は、図7の左側の図と同様に、撮像素子10の画素領域11の配置例を模式的に示している。図9の配置例では、図7の配置例と比較して、有効領域AEの下方にダミー領域AD2が配置されている点が異なっている。すなわち、この例では、有効領域AE(有効画素領域AEp)の列方向(上下方向)の両側に、ダミー領域AD1及びダミー領域AD2が配置されている。
 図9の右側の図は、図7の右側の図と同様に、長蓄側及び短蓄側の読出し走査のタイミングチャートを示している。
 時刻t1において、垂直同期信号VSYNCが制御回路17に入力され、新たな垂直期間が開始される。このとき、長蓄側では、ダミー領域AD2内の行raのダミー信号の読出しが行われ、短蓄側では、ダミー領域AD1内の行rbのダミー信号の読出しが行われている。
 時刻t2において、長蓄側において、Vブランク期間が終了し、OPB領域AB1の先頭行から黒レベル信号の読出し走査が開始される。
 このとき、長蓄側でアドレスジャンプが発生し、短蓄側の読出し行であるダミー行rbにおいて画素電源VDDの電圧が大きく変動する。しかし、ダミー行rbから読み出されたダミー信号は画像に用いられないため、画質には影響しない。
 その後、長蓄側では、所定の時間間隔で正転方向の順にOPB領域AB1の黒レベル信号の読出し走査が行われる。そして、OPB領域AB1の最終行の黒レベル信号の読出しが行われ、OPB領域AB1の黒レベル信号の読出し走査が終了した後、時刻t3において、有効領域AEの先頭行から長蓄信号の読出し走査が開始される。その後、所定の時間間隔で正転方向の順に有効領域AEの長蓄信号の読出し走査が行われる。
 時刻t4において、短蓄側において、Vブランク期間が終了し、OPB領域AB1の先頭行から黒レベル信号の読出し走査が開始される。
 その後、短蓄側では、所定の時間間隔で正転方向の順にOPB領域AB1の黒レベル信号の読出し走査が行われる。そして、OPB領域AB1の最終行の黒レベル信号の読出しが行われ、OPB領域AB1の黒レベル信号の読出し走査が終了した後、時刻t5において、有効領域AEの先頭行から短蓄信号の読出し走査が開始される。その後、所定の時間間隔で正転方向の順に有効領域AEの短蓄信号の読出し走査が行われる。
 時刻t6において、有効領域AEの最終行の長蓄信号の読出しが行われ、有効領域AEの長蓄信号の読出し走査が終了する。その後、長蓄側では、ダミー領域AD2の行raのダミー信号の読出しが開始され、Vブランク期間が開始される。
 このとき、長蓄側の読出し行をダミー領域AD1ではなくダミー領域AD2に移動させることにより、短蓄信号の読出し中に長蓄側でアドレスジャンプが発生することが防止される。
 時刻t7において、有効領域AEの最終行の短蓄信号の読出しが行われ、有効領域AEの短蓄信号の読出し走査が終了する。その後、短蓄側では、ダミー領域AD2の行raのダミー信号の読出しが開始され、Vブランク期間が開始される。
 このとき、短蓄側でアドレスジャンプが発生し、長蓄側の読出し行であるダミー行raにおいて画素電源VDDの電圧が大きく変動する。しかし、ダミー行raから読み出されたダミー信号は画像に用いられないため、画質には影響しない。
 次に、時刻t8において、垂直同期信号VSYNCが制御回路17に入力され、新たな垂直期間が開始される。その後、時刻t1乃至t8と同様の処理が繰り返し実行される。
 このように、一方がダミー信号を読出しているときに、他方のアドレスジャンプが行われ、一方が有効領域AE又はOPB領域AB1内の画素信号を読出しているときに、他方のアドレスジャンプが行われないように、長蓄側及び短蓄側の読出し行の移動が制御される。その結果、アドレスジャンプに伴う画素電源VDDの電圧変動による画質の劣化を防止することができる。
<4.第2の実施の形態>
 次に、図10を参照して、本技術の第2の実施の形態について説明する。
 図10の左側の図は、図9の左側の図と同様に、撮像素子10の画素領域11の配置例を模式的に示している。図10の配置例では、図9の配置例と比較して、ダミー領域AD2の下方にOPB領域AB2が配置されている点が異なっている。すなわち、この例では、有効領域AE(有効画素領域AEp)の列方向(上下方向)の両側に、OPB領域AB1及びOPB領域AB2が配置されている。
 図10の右側の図は、図9の右側の図と同様に、長蓄側及び短蓄側の読出し走査のタイミングチャートを示している。
 時刻t1において、垂直同期信号VSYNCが制御回路17に入力され、新たな垂直期間が開始される。このとき、長蓄側では、ダミー領域AD1内の行raのダミー信号の読出しが行われ、短蓄側では、ダミー領域AD2内の行rbのダミー信号の読出しが行われている。
 時刻t2において、長蓄側において、Vブランク期間が終了し、OPB領域AB2の最終行から黒レベル信号の読出し走査が開始される。
 このとき、長蓄側でアドレスジャンプが発生するが、短蓄側ではダミー信号の読出しが行われているため、画質には影響しない。
 その後、長蓄側では、所定の時間間隔で反転方向の順にOPB領域AB2の黒レベル信号の読出し走査が行われる。そして、OPB領域AB2の先頭行の黒レベル信号の読出しが行われ、OPB領域AB2の黒レベル信号の読出し走査が終了した後、時刻t3において、有効領域AEの最終行から長蓄信号の読出し走査が開始される。その後、所定の時間間隔で反転方向の順に有効領域AEの長蓄信号の読出し走査が行われる。
 時刻t4において、短蓄側において、Vブランク期間が終了し、OPB領域AB2の最終行から黒レベル信号の読出し走査が開始される。
 このとき、短蓄側の読出し行をOPB領域AB1ではなくOPB領域AB2に移動させることにより、長蓄信号の読出し中に短蓄側でアドレスジャンプが発生することが防止される。
 その後、短蓄側では、所定の時間間隔で反転方向の順にOPB領域AB2の黒レベル信号の読出し走査が行われる。そして、OPB領域AB2の先頭行の黒レベル信号の読出しが行われ、OPB領域AB2の黒レベル信号の読出し走査が終了した後、時刻t5において、有効領域AEの最終行から短蓄信号の読出し走査が開始される。その後、所定の時間間隔で反転方向の順に有効領域AEの短蓄信号の読出し走査が行われる。
 時刻t6において、有効領域AEの先頭行の長蓄信号の読出しが行われ、有効領域AEの長蓄信号の読出し走査が終了する。その後、長蓄側では、ダミー領域AD1の行raのダミー信号の読出しが開始され、Vブランク期間が開始される。
 このとき、長蓄側のダミー信号を読み出す領域として、ダミー領域AD2ではなくダミー領域AD1が選択されることにより、長蓄側の読出し行の移動量が小さくなり、アドレスジャンプが行われない。これにより、短蓄側の読出し行の画素電源VDDの電圧の変動が抑制され、短蓄フレームにおける横筋の発生が防止される。
 時刻t7において、有効領域AEの先頭行の短蓄信号の読出しが行われ、有効領域AEの短蓄信号の読出し走査が終了する。その後、短蓄側では、ダミー領域AD2の行rbのダミー信号の読出しが開始され、Vブランク期間が開始される。
 このとき、短蓄側のアドレスジャンプが発生するが、長蓄側ではダミー信号の読出しが行われているため、画質には影響しない。
 次に、時刻t8において、垂直同期信号VSYNCが制御回路17に入力され、新たな垂直期間が開始される。その後、時刻t1乃至t8と同様の処理が繰り返し実行される。
 このように、一方がダミー信号を読出しているときに、他方のアドレスジャンプが行われ、一方が有効領域AE又、OPB領域AB1又はOPB領域AB2内の画素信号を読出しているときに、他方のアドレスジャンプが行われないように、長蓄側及び短蓄側の読出し行の移動が制御される。その結果、反転方向に画素信号を読み出す場合にも、アドレスジャンプに伴う画素電源VDDの電圧変動による画質の劣化を防止することができる。
 なお、図10の画素領域11の配置例においては、図9を参照して上述したように正転方向に長蓄側及び短蓄側の読出し走査を行い、画素電源VDDの電圧変動による画質の劣化を防止することも可能である。
<5.第3の実施の形態>
 次に、図11を参照して、本技術の第3の実施の形態について説明する。
 図11の左側の図は、図9の左側の図と同様に、撮像素子10の画素領域11の配置例を模式的に示している。図11の配置例は、図9の配置例と同じである。
 図11の右側の図は、図9の右側の図と同様に、長蓄側及び短蓄側の読出し走査のタイミングチャートを示している。
 時刻t1において、垂直同期信号VSYNCが制御回路17に入力され、新たな垂直期間が開始される。このとき、長蓄側では、ダミー領域AD1内の行ra1のダミー信号の読出しが行われ、短蓄側では、ダミー領域AD1内の行rbのダミー信号の読出しが行われている。
 時刻t2において、長蓄側において、Vブランク期間が終了し、OPB領域AB1の先頭行から黒レベル信号の読出し走査が開始される。
 その後、長蓄側では、所定の時間間隔で正転方向の順にOPB領域AB1の黒レベル信号の読出し走査が行われる。そして、OPB領域AB1の最終行の黒レベル信号の読出しが行われ、OPB領域AB1の黒レベル信号の読出し走査が終了した後、時刻t3において、有効領域AEの先頭行から長蓄信号の読出し走査が開始される。その後、所定の時間間隔で正転方向の順に有効領域AEの長蓄信号の読出し走査が行われる。
 時刻t4において、短蓄側において、Vブランク期間が終了し、OPB領域AB1の先頭行から黒レベル信号の読出し走査が開始される。
 その後、短蓄側では、所定の時間間隔で正転方向の順にOPB領域AB1の黒レベル信号の読出し走査が行われる。そして、OPB領域AB1の最終行の黒レベル信号の読出しが行われ、OPB領域AB1の黒レベル信号の読出し走査が終了した後、時刻t5において、有効領域AEの先頭行から短蓄信号の読出し走査が開始される。その後、所定の時間間隔で正転方向の順に有効領域AEの短蓄信号の読出し走査が行われる。
 時刻t6において、有効領域AEの最終行の長蓄信号の読出しが行われ、有効領域AEの長蓄信号の読出し走査が終了する。その後、長蓄側では、ダミー領域AD2の行ra2のダミー信号の読出しが開始され、Vブランク期間が開始される。
 このとき、長蓄側の読出し行をダミー領域AD1ではなくダミー領域AD2に移動させることにより、短蓄信号の読出し中に長蓄側でアドレスジャンプが発生することが防止される。
 時刻t7において、短蓄信号の読出し行が、有効領域AEの下端の有効不問領域AEn内に移動する。そして、短蓄信号の読出し行が有効不問領域AEn内に移動した後、長蓄側の読出し行が、ダミー領域AD2内の行ra2からダミー領域AD1内の行ra1に移動する。
 このとき、長蓄側でアドレスジャンプが発生するため、短蓄側の読出し行において画素電源VDDの電圧が大きく変動する。しかし、短蓄側では、有効不問領域AEn内の短蓄信号の読出しが行われており、読み出された短蓄信号は画像に用いられないため、画質には影響しない。
 次に、時刻t8において、有効領域AEの最終行の短蓄信号の読出しが行われ、有効領域AEの短蓄信号の読出し走査が終了する。その後、短蓄側では、ダミー領域AD1の行rbのダミー信号の読出しが開始され、Vブランク期間が開始される。
 このとき、短蓄側でアドレスジャンプが発生するが、長蓄側ではダミー信号の読出しが行われているため、画質には影響しない。
 次に、時刻t9において、垂直同期信号VSYNCが制御回路17に入力され、新たな垂直期間が開始される。その後、時刻t1乃至t9と同様の処理が繰り返し実行される。
 このように、一方がダミー信号又は有効不問領域AEn内の画素信号を読出しているときに、他方のアドレスジャンプが行われ、一方が有効画素領域AEp又はOPB領域AB1内の画素信号を読出しているときに、他方のアドレスジャンプが行われないように、長蓄側及び短蓄側の読出し行の移動が制御される。その結果、アドレスジャンプに伴う画素電源VDDの電圧変動による画質の劣化を防止することができる。
 なお、有効不問領域AEnだけでなく、一方がOPB不問領域ABn内の画素信号を読出しているときに、他方のアドレスジャンプを行うようにすることも可能である。
<6.第4の実施の形態>
 次に、図12を参照して、本技術の第4の実施の形態について説明する。
 図12の左側の図は、図9の左側の図と同様に、撮像素子10の画素領域11の配置例を模式的に示している。図12の配置例は、図9の配置例と同じである。
 図12の右側の図は、図9の右側の図と同様に、長蓄側及び短蓄側の読出し走査のタイミングチャートを示している。
 時刻t1において、垂直同期信号VSYNCが制御回路17に入力され、新たな垂直期間が開始される。このとき、長蓄側では、ダミー領域AD1内の行ra1のダミー信号の読出しが行われ、短蓄側では、有効領域AEの短蓄信号の読出しが行われている。
 時刻t2において長蓄側において、Vブランク期間が終了し、OPB領域AB1の先頭行から黒レベル信号の読出し走査が開始される。
 その後、長蓄側では、所定の時間間隔で正転方向の順にOPB領域AB1の黒レベル信号の読出し走査が行われる。
 時刻t3において、有効領域AEの最終行の短蓄信号の読出しが行われ、有効領域AEの短蓄信号の読出し走査が終了する。その後、短蓄側では、ダミー領域AD2の行rb2のダミー信号の読出しが開始され、Vブランク期間が開始される。
 このとき、短蓄側の読出し行をダミー領域AD1ではなくダミー領域AD2に移動させることにより、長蓄側の黒レベル信号の読出し中に短蓄側でアドレスジャンプが発生することが防止される。
 次に、長蓄側において、OPB領域AB1の最終行の黒レベル信号の読出しが行われ、OPB領域AB1の黒レベル信号の読出し走査が終了した後、時刻t4において、有効領域AEの先頭行から長蓄信号の読出し走査が開始される。その後、所定の時間間隔で正転方向の順に有効領域AEの長蓄信号の読出し走査が行われる。
 時刻t5において、短蓄側の読出し行が、ダミー領域AD2内の行rb2からダミー領域AD1内の行rb1に移動する。
 このとき、短蓄側でアドレスジャンプが発生する。一方、長蓄側では、有効領域AEのほぼ中央の行r1の長蓄信号の読出しが行われている。そして、移動前の短蓄側の読出し行である行rb2と行r1の間の距離と、移動後の短蓄側の読出し行である行rb1と行r1の間の距離とが、ほぼ等しくなる。その結果、図13を参照して後述するように、長蓄側の読出し行における画素電源VDDの電圧はほとんど変動しない。
 時刻t6において、短蓄側において、Vブランク期間が終了し、OPB領域AB1の先頭行から黒レベル信号の読出し走査が開始される。
 その後、短蓄側では、所定の時間間隔で正転方向の順にOPB領域AB1の黒レベル信号の読出し走査が行われる。そして、OPB領域AB1の最終行の黒レベル信号の読出しが行われ、OPB領域AB1の黒レベル信号の読出し走査が終了した後、時刻t7において、有効領域AEの先頭行から短蓄信号の読出し走査が開始される。その後、所定の時間間隔で正転方向の順に有効領域AEの短蓄信号の読出し走査が行われる。
 時刻t8において、有効領域AEの最終行の長蓄信号の読出しが行われ、有効領域AEの長蓄信号の読出し走査が終了する。その後、長蓄側では、ダミー領域AD2の行ra2のダミー信号の読出しが開始され、Vブランク期間が開始される。
 このとき、長蓄側の読出し行をダミー領域AD1ではなくダミー領域AD2に移動させることにより、短蓄信号の読出し中に長蓄側でアドレスジャンプが発生することが防止される。
 時刻t9において、長蓄側の読出し行が、ダミー領域AD2内の行ra2からダミー領域AD1内の行ra1に移動する。
 このとき、長蓄側でアドレスジャンプが発生する。一方、短蓄側では、有効領域AEのほぼ中央の行r2の短蓄信号の読出しが行われている。そして、移動前の長蓄側の読出し行である行ra2と行r2の間の距離と、移動後の長蓄側の読出し行である行ra1と行r1の間の距離とが、ほぼ等しくなる。その結果、図13を参照して後述するように、短蓄側の読出し行における画素電源VDDの電圧はほとんど変動しない。
 次に、時刻t10において、垂直同期信号VSYNCが制御回路17に入力され、新たな垂直期間が開始される。その後、時刻t1乃至t10と同様の処理が繰り返し実行される。
 ここで、図13を参照して、時刻t5及び時刻t9において、長蓄側及び短蓄側の一方のアドレスジャンプが発生しても、他方の読出し行における画素電源VDDの電圧がほとんど変動しない理由について説明する。
 図13は、図8と同様の図であり、画素領域11の画素電源VDDの列方向の電圧の分布の例を示している。図13の左側は、図12の時刻t9の直前の長蓄側の読出し行の移動前の画素領域11の画素電源VDDの列方向の電圧の分布の例を示している。図13の右側は、図12の時刻t9において長蓄側の読出し行を移動した後の画素領域11bの画素電源VDDの列方向の電圧の分布の例を示している。
 図13の左側のグラフに示されるように、時刻t9の直前において、画素信号が読み出されている行r2-1及び行ra2の画素21内に多くの電流が流れる。そのため、行r2-1及び行ra2において画素電源VDDの電圧降下(IRドロップ)が大きくなる。従って、画素電源VDDの電圧は、行r2-1及び行ra2において負のピークが発生し、行r2-1及び行ra2から離れるほど大きくなり、電圧VDDHに近づく。
 一方、図13の右側のグラフに示されるように、時刻t9において、画素信号が読み出されている行ra1及び行r2の画素21内に多くの電流が流れる。そのため、行ra1及び行r2において画素電源VDDの電圧降下(IRドロップ)が大きくなる。従って、画素電源VDDの電圧は、行ra1及び行r2において負のピークが発生し、行ra1及び行r2から離れるほど大きくなり、電圧VDDHに近づく。
 ここで、行r2-1と行ra2の間の距離と、行r2と行ra1の間の距離とがほぼ等しい。そのため、時刻t9の直前において、行ra2付近の画素電源VDDの電圧降下が行r2-1付近の画素電源VDDの電圧に与える影響と、時刻t9において、行ra1付近の画素電源VDDの電圧降下が行r2付近の画素電源VDDの電圧に与える影響とが、ほぼ等しくなる。従って、時刻t9の直前における行r2-1付近の画素電源VDDの電圧の分布と、時刻t9における行r2付近の画素電源VDDの電圧の分布とがほぼ等しくなり、短蓄側の読出し行の画素電源VDDの変動が抑制される。その結果、行r2-1の短蓄信号のリセットレベルと行r2の短蓄信号のリセットレベルがほぼ等しくなり、図6に示される短蓄フレームの横軸の発生が抑制される。
 なお、時刻t5において短蓄側のアドレスジャンプが発生する場合においても、同様の理由により、長蓄側の読出し行の画素電源VDDの電圧変動が抑制され、画質の劣化を抑制することができる。
<7.第5の実施の形態>
 次に、図14を参照して、本技術の第5の実施の形態について説明する。
 図14の左側の図は、図9の左側の図と同様に、撮像素子10の画素領域11の配置例を模式的に示している。図14の配置例では、図9の配置例と比較して、使用可能領域AUの下方に切取り領域ACが配置され、残りの領域が有効領域AEに配置されている点が異なる。切取り領域ACは、画像に用いられない不使用領域の一種であり、例えば、切取り領域ACの画素信号の読出しを省略することにより、読出し走査を高速化し、フレームレートを高速化することができる。また、図示は省略するが、有効領域AEの周縁部に、図2を参照して上述した有効不問領域AEnが配置される。
 図14の右側の図は、図9の右側の図と同様に、長蓄側及び短蓄側の読出し走査のタイミングチャートを示している。
 時刻t1乃至t5の期間において、上述した図11の時刻t1乃至t5の期間と同様の処理が行われる。
 時刻t6において、有効領域AEの最終行の長蓄信号の読出しが行われ、有効領域AEの長蓄信号の読出し走査が終了する。その後、切取り領域ACの先頭行から画素信号の読出し走査が開始され、長蓄側のVブランク期間が開始される。
 時刻t7において、短蓄信号の読出し行が、有効領域AEの下端の有効不問領域AEn内に移動する。そして、短蓄信号の読出し行が有効不問領域AEn内に移動した後、長蓄側では、切取り領域ACの最終行の画素信号の読出しが行われ、切取り領域ACの画素信号の読出し走査が終了する。その後、長蓄側では、ダミー領域AD1の行raのダミー信号の読出しが開始される。
 このとき、長蓄側でアドレスジャンプが発生する。一方、短蓄側では、有効不問領域AEn内の短蓄信号の読出しが行われており、読み出された短蓄信号は画像に用いられないため、画質には影響しない。
 時刻t8において、短蓄側において、有効領域AEの最終行の短蓄信号の読出しが行われ、有効領域AEの短蓄信号の読出し走査が終了する。その後、短蓄側では、ダミー領域AD1の行rbのダミー信号の読出しが開始され、Vブランク期間が開始される。
 このとき、短蓄側でアドレスジャンプが発生するが、長蓄側ではダミー信号の読出しが行われているため、画質には影響しない。
 次に、時刻t9において、垂直同期信号VSYNCが制御回路17に入力され、新たな垂直期間が開始される。その後、時刻t1乃至t9と同様の処理が繰り返し実行される。
 このように、一方がダミー信号又は有効不問領域AEn内の画素信号を読出しているときに、他方のアドレスジャンプが行われ、一方が有効画素領域AEp又はOPB領域AB1内の画素信号を読出しているときに、他方のアドレスジャンプが行われないように、長蓄側及び短蓄側の読出し行の移動が制御される。その結果、アドレスジャンプに伴う画素電源VDDの電圧変動による画質の劣化を防止することができる。
 また、短蓄側において切取り領域ACの画素信号の読出しを省略することにより1フレームあたりの読出し時間が短縮される。その結果、例えば、フレームレートの高速化が可能になる。
<8.第6の実施の形態>
 次に、図15を参照して、本技術の第6の実施の形態について説明する。
 図15の左側の図は、図10の左側の図と同様に、撮像素子10の画素領域11の配置例を模式的に示している。図15の配置例では、図10の配置例と比較して、使用可能領域AUの上方に切取り領域ACが配置され、残りの領域が有効領域AEに配置されている点が異なる。また、図示は省略するが、有効領域AEの周縁部に、図2を参照して上述した有効不問領域AEnが配置される。
 図15の右側の図は、図10の右側の図と同様に、長蓄側及び短蓄側の読出し走査のタイミングチャートを示している。
 時刻t1において、垂直同期信号VSYNCが制御回路17に入力され、新たな垂直期間が開始される。このとき、長蓄側では、ダミー領域AD2内の行raのダミー信号の読出しが行われ、短蓄側では、ダミー領域AD2内の行rbのダミー信号の読出しが行われている。
 時刻t2において、長蓄側において、Vブランク期間が終了し、OPB領域AB2の先頭行から黒レベル信号の読出し走査が開始される。
 その後、長蓄側では、所定の時間間隔で正転方向の順にOPB領域AB2の黒レベル信号の読出し走査が行われる。そして、OPB領域AB2の最終行の黒レベル信号の読出しが行われ、OPB領域AB2の黒レベル信号の読出し走査が終了した後、時刻t3において、有効領域AEの先頭行から長蓄信号の読出し走査が開始される。
 このとき、長蓄側のアドレスジャンプが発生するが、短蓄側ではダミー信号の読出しが行われているため、画質には影響しない。
 その後、所定の時間間隔で正転方向の順に有効領域AEの長蓄信号の読出し走査が行われる。
 時刻t4において、短蓄側において、Vブランク期間が終了し、OPB領域AB2の先頭行から黒レベル信号の読出し走査が開始される。
 このとき、短蓄側の読出し行をOPB領域AB1ではなくOPB領域AB2に移動させることにより、長蓄信号の読出し中に短蓄側でアドレスジャンプが発生することが防止される。
 その後、短蓄側では、所定の時間間隔で正転方向の順にOPB領域AB2の黒レベル信号の読出し走査が行われる。そして、OPB領域AB2の最終行の黒レベル信号の読出しが行われ、OPB領域AB2の黒レベル信号の読出し走査が終了した後、時刻t5において、有効領域AEの先頭行から短蓄信号の読出し走査が開始される。
 このとき、短蓄側でアドレスジャンプが発生する。一方、長蓄側では、有効領域AE内の行r1の長蓄信号の読出しが行われている。ここで、行r1とOPB領域AB2の最終行の間の距離と、行r1と有効領域AEの先頭行の間の距離とが、ほぼ等しくなる。その結果、図13を参照して上述したように、長蓄側の読出し行における画素電源VDDの電圧はほとんど変動しない。
 時刻t6において、有効領域AEの最終行の長蓄信号の読出しが行われ、有効領域AEの長蓄信号の読出し走査が終了する。その後、長蓄側では、ダミー領域AD2の行raのダミー信号の読出しが開始され、Vブランク期間が開始される。
 このとき、長蓄側の読出し行をダミー領域AD1ではなくダミー領域AD2に移動させることにより、短蓄信号の読出し中に長蓄側でアドレスジャンプが発生することが防止される。
 時刻t7において、有効領域AEの最終行の短蓄信号の読出しが行われ、有効領域AEの短蓄信号の読出し走査が終了する。その後、短蓄側では、ダミー領域AD2の行rbのダミー信号の読出しが開始され、Vブランク期間が開始される。
 次に、時刻t8において、垂直同期信号VSYNCが制御回路17に入力され、新たな垂直期間が開始される。その後、時刻t1乃至t8と同様の処理が繰り返し実行される。
 このように、短蓄側がダミー信号を読出しているときに、長蓄側のアドレスジャンプが行われ、移動後で短蓄側の読出し行と長蓄側の読出し行の距離がほぼ等しくなるタイミングで、短蓄側のアドレスジャンプが行われる。その結果、アドレスジャンプに伴う画素電源VDDの電圧変動による画質の劣化を抑制することができる。
 また、長蓄側及び短蓄側の両方で、切取り領域ACの画素信号の読出しを省略することにより、1フレームあたりの読出し時間が短縮される。その結果、例えば、フレームレートの高速化が可能になる。
<9.第7の実施の形態>
 次に、図16を参照して、本技術の第7の実施の形態について説明する。
 図16の左側の図は、図10の左側の図と同様に、撮像素子10の画素領域11の配置例を模式的に示している。図16の配置例では、図10の配置例と比較して、切取り領域AC1及び切取り領域AC2が配置されている点が異なる。切取り領域AC1は、使用可能領域AUの上方において、ダミー領域AD1と有効領域AE(有効画素領域AEp)の間に配置されている。切取り領域AC2は、使用可能領域AUの下方において、有効領域AE(有効画素領域AEp)とダミー領域AD2の間に配置されている。また、図示は省略するが、有効領域AEの周縁部に、図2を参照して上述した有効不問領域AEnが配置される。
 図16の右側の図は、図10の右側の図と同様に、長蓄側及び短蓄側の読出し走査のタイミングチャートを示している。
 時刻t1において、垂直同期信号VSYNCが制御回路17に入力され、新たな垂直期間が開始される。このとき、長蓄側では、ダミー領域AD1内の行ra1のダミー信号の読出しが行われ、短蓄側では、ダミー領域AD1内の行rb1のダミー信号の読出しが行われている。
 時刻t2において、長蓄側において、Vブランク期間が終了し、OPB領域AB1の先頭行から黒レベル信号の読出し走査が開始される。
 その後、長蓄側では、所定の時間間隔で正転方向の順にOPB領域AB1の黒レベル信号の読出し走査が行われる。そして、OPB領域AB1の最終行の黒レベル信号の読出しが行われ、OPB領域AB1の黒レベル信号の読出し走査が終了した後、時刻t3において、切取り領域AC1の先頭行から画素信号の読出し走査が開始される。
 その後、長蓄側では、所定の時間間隔で正転方向の順に切取り領域AC1の画素信号の読出し走査が行われる。また、切取り領域AC1内では、例えば、画素信号を読み出す行を間引いたり、複数の行の画素信号を同時に読み出したりすることにより、有効領域AE内より高速に読出し走査が行われる。
 次に、切取り領域AC1の最終行の画素信号の読出しが行われ、切取り領域AC1の画素信号の読出し走査が終了した後、時刻t4において、有効領域AEの先頭行から長蓄信号の読出し走査が開始される。その後、所定の時間間隔で正転方向の順に有効領域AEの長蓄信号の読出し走査が行われる。
 時刻t5において、短蓄側において、Vブランク期間が終了し、OPB領域AB1の先頭行から黒レベル信号の読出し走査が開始される。
 その後、短蓄側では、所定の時間間隔で正転方向の順にOPB領域AB1の黒レベル信号の読出し走査が行われる。そして、OPB領域AB1の最終行の黒レベル信号の読出しが行われ、OPB領域AB1の黒レベル信号の読出し走査が終了した後、時刻t6において、切取り領域AC1の先頭行から画素信号の読出し走査が開始される。
 その後、短蓄側では、所定の時間間隔で正転方向の順に切取り領域AC1の画素信号の読出し走査が行われる。また、切取り領域AC1内では、例えば、画素信号を読み出す行を間引いたり、複数の行の画素信号を同時に読み出したりすることにより、有効領域AE内より高速に読出し走査が行われる。
 次に、切取り領域AC1の最終行の画素信号の読出しが行われ、切取り領域AC1の画素信号の読出し走査が終了した後、時刻t7において、有効領域AEの先頭行から短蓄信号の読出し走査が開始される。その後、所定の時間間隔で正転方向の順に有効領域AEの短蓄信号の読出し走査が行われる。
 ここで、例えば、時刻t6において、切取り領域AC1の画素信号の読出し走査を行わずに、いきなり有効領域AEの短蓄信号の読出し走査を開始することも考えられる。しかし、切取り領域AC1の列方向の幅が広い場合、短蓄側の読出し行の移動量が大きくなり、長蓄側の読出し行における画素電源VDDの電圧が大きく変動する。
 これに対して、切取り領域AC1の画素信号の読出し走査を行うことにより、短蓄側の読出し行の移動量を小さくすることができ、長蓄側の読出し行における画素電源VDDの電圧変動を抑制することができる。
 時刻t8において、有効領域AEの最終行の長蓄信号の読出しが行われ、有効領域AEの長蓄信号の読出し走査が終了する。その後、切取り領域AC2の先頭行から画素信号の読出し走査が開始され、長蓄側のVブランク期間が開始される。
 その後、長蓄側では、所定の時間間隔で正転方向の順に切取り領域AC2の画素信号の読出し走査が行われる。また、切取り領域AC2内では、例えば、画素信号を読み出す行を間引いたり、複数の行の画素信号を同時に読み出したりすることにより、有効領域AE内より高速に読出し走査が行われる。
 時刻t9において、長蓄側において、切取り領域AC1の最終行の画素信号の読出しが行われ、切取り領域AC1の画素信号の読出し走査が終了する。その後、長蓄側では、ダミー領域AD2の行ra2のダミー信号の読出しが開始される。
 ここで、例えば、時刻t8において、切取り領域AC2の画素信号の読出し走査を行わずに、いきなりダミー領域AD2の行ra2のダミー信号の読出しを開始することも考えられる。しかし、切取り領域AC2の列方向の幅が広い場合、長蓄側の読出し行の移動量が大きくなり、短蓄側の読出し行における画素電源VDDの電圧が大きく変動する。
 これに対して、切取り領域AC2の画素信号の読出し走査を行うことにより、長蓄側の読出し行の移動量を小さくすることができ、短蓄側の読出し行における画素電源VDDの電圧変動を抑制することができる。
 時刻t10において、有効領域AEの最終行の短蓄信号の読出しが行われ、有効領域AEの短蓄信号の読出し走査が終了する。その後、切取り領域AC2の先頭行から画素信号の読出し走査が開始され、短蓄側のVブランク期間が開始される。
 その後、短蓄側では、所定の時間間隔で正転方向の順に切取り領域AC2の画素信号の読出し走査が行われる。また、切取り領域AC2内では、例えば、画素信号を読み出す行を間引いたり、複数の行の画素信号を同時に読み出したりすることにより、有効領域AE内より高速に読出し走査が行われる。
 時刻t11において、短蓄側において、切取り領域AC1の最終行の画素信号の読出しが行われ、切取り領域AC1の画素信号の読出し走査が終了する。その後、短蓄側では、ダミー領域AD2の行rb2のダミー信号の読出しが開始される。
 時刻t12において、長蓄側の読出し行が、ダミー領域AD2内の行ra2からダミー領域AD1内の行ra1に移動する。
 このとき、長蓄側でアドレスジャンプが発生するが、短蓄側ではダミー信号の読出しが行われているため、画質には影響しない。
 時刻t13において、短蓄側の読出し行が、ダミー領域AD2内の行rb2からダミー領域AD1内の行rb1に移動する。
 このとき、短蓄側でアドレスジャンプが発生するが、長蓄側ではダミー信号の読出しが行われているため、画質には影響しない。
 次に、時刻t14において、垂直同期信号VSYNCが制御回路17に入力され、新たな垂直期間が開始される。その後、時刻t1乃至t14と同様の処理が繰り返し実行される。
 このように、一方がダミー信号を読出しているときに、他方のアドレスジャンプが行われ、一方が有効領域AE又はOPB領域AB1内の画素信号を読出しているときに、他方のアドレスジャンプが行われないように、長蓄側及び短蓄側の読出し行の移動が制御される。その結果、アドレスジャンプに伴う画素電源VDDの電圧変動による画質の劣化を防止することができる。
 また、切取り領域AC1及びAC2の画素信号の読出し走査を高速化することにより、1フレームの読出し時間が短縮される。その結果、例えば、フレームレートの高速化が可能になる。
<10.変形例>
 以下、上述した本技術の実施の形態の変形例について説明する。
{画素信号の読出し方法に関する変形例}
 例えば、長蓄側及び短蓄側のVブランク期間が重なる期間において、画素信号の読出しを停止することが可能である。例えば、上述した第1の実施の形態では、図17に示されるように、時刻taから時刻t2までの期間、及び、時刻t7から時刻t9までの期間において、長蓄側及び短蓄側のVブランク期間が重なる。従って、これらの期間において、長蓄側及び短蓄側とも画素信号(ダミー信号)の読出しを停止するようにしてもよい。また、画素信号の読出しを停止するとともに、AD変換に関わるアナログ回路等をスタンバイ状態に設定することも可能である。これにより、撮像素子10の低消費電力化を実現することができる。
 また、上述した図3の構成は、1水平期間内に2行分の画素信号の読出しを一度に行うことが可能な構成の一例であり、他の構成を用いることも可能である。ここで、図18乃至図21を参照して、1水平期間内に2行分の画素信号の読出しを一度に行うことが可能な構成の他の例について説明する。なお、図18、図20及び図21において、図3と対応する部分には同じ符号を付している。
 図18の例は、図3の例と比較して、カラム処理部51の代わりにカラム処理部101が設けられている点が異なる。
 カラム処理部101は、ADコンバータ(ADC)111a,111b、カウンタ72a,72b、及び、出力スイッチ73a,73bを備える。
 ADC111aは、キャパシタ121a,122a、コンパレータ123a、及び、帰還スイッチ124aを備える。
 コンパレータ123aのマイナス側の入力端子は、キャパシタ121aを介して第1の垂直信号線23aに接続されている。コンパレータ123aのプラス側の入力端子は、キャパシタ122aを介してランプ信号生成回路16に接続されている。コンパレータ123aの出力端子とマイナス側の入力端子とが、帰還スイッチ124aを介して接続されている。
 コンパレータ123aは、プラス側の入力端子に入力されるランプ信号と、マイナス側の入力端子に入力される画素信号との大小を比較し、その比較結果を示す比較結果信号を出力する。例えば、コンパレータ123aは、ランプ信号がアナログの画素信号よりも大きい場合にはハイレベルの比較結果信号を出力し、ランプ信号がアナログの画素信号以下となった場合にはローレベルの比較結果信号を出力する。
 カウンタ72aは、図3のカウンタ72と同様に、画素21aから出力されるアナログの画素信号をデジタル値に変換する。
 出力スイッチ73aは、水平駆動回路14から出力される駆動信号に従って開閉する。例えば、所定のカラム処理部101が配置されている列の画素信号を出力するタイミングになると、まず水平駆動回路14から出力される駆動信号に従って出力スイッチ73aがオンされ、カウンタ72aの出力端子が出力信号線24に接続される。これにより、カラム処理部101においてAD変換された画素21aの画素信号が出力信号線24に出力される。
 ADC111bは、ADC111aと同様に、キャパシタ121b,122b、コンパレータ123b、及び、帰還スイッチ124bを備える。従って、ADC111bの各部は、上述したようなADC111aの各部と同様に動作するため、その詳細な説明は省略する。
 なお、後述するように、ADC111a及びADC111bは、並列に動作することが可能である。
 また、カウンタ72b及び出力スイッチ73bは、上述したカウンタ72a及び出力スイッチ73aと同様に動作するため、その詳細な説明は省略する。
 なお、以下適宜、ADC111aとADC111bとを区別する必要がない場合、単にADC111と称し、ADC111を構成する各部についても同様に称する。また、以下適宜、カウンタ72aとカウンタ72bとを区別する必要がない場合、単にカウンタ72と称する。さらに、以下適宜、出力スイッチ73aと出力スイッチ73bとを区別する必要がない場合、単に出力スイッチ73と称する。
 次に、図19を参照して、カラム処理部101が設けられている場合の撮像素子10の画素信号の読出し方法の例について説明する。
 図19は、1水平期間内の各信号の時系列の推移を示すタイミングチャートである。横軸は時間軸を示している。そして、ランプ信号生成回路16からコンパレータ123a,123bに入力されるランプ信号、画素21aに入力されるリセット信号RST及び転送信号TG、画素21bに入力されるリセット信号RST及び転送信号TG、第1の垂直信号線23aの電圧VSL、並びに、第2の垂直信号線23bの電圧VSLの推移が示されている。
 なお、図19では、画素21aを第1(1st)画素とし、画素21bを第2(2nd)画素としている。また、画素21aに入力されるリセット信号RST及び転送信号TGを、RST(1st)及びTG(1st)と称し、画素21bに入力されるリセット信号RST及び転送信号TGを、RST(2nd)及びTG(2nd)と称している。さらに、第1の垂直信号線23aの電圧VSLをVSL(1st)と称し、第2の垂直信号線23bの電圧VSLをVSL(2nd)と称している。
 時刻t1において、画素21aのリセットトランジスタ66aにリセット信号RST(1st)が入力され、FD部63aがリセットされる。また、画素21bのリセットトランジスタ66bにリセット信号RST(2nd)が入力され、FD部63bがリセットされる。
 そして、時刻t1から時刻t3までの期間内に、カラム処理部101においてP相のセトリングが行われる。
 そして、時刻t1において、いったん帰還スイッチ124a及び124bがオンし、時刻t2においてオフした後、時刻t3においてランプ信号が降下を開始する。その後、時刻t3から時刻t4の期間において、第1の垂直信号線23aを介して入力される画素21aのリセットレベル(P相)の画素信号がAD変換される。画素21aのリセットレベルの画素信号のデジタル値は、カウンタ72aに保持される。
 また、第2の垂直信号線23bを介して入力される画素21bのリセットレベル(P相)の画素信号がAD変換される。画素21bのリセットレベルの画素信号のデジタル値は、カウンタ72bに保持される。
 時刻t5において、画素21aの転送トランジスタ62aに転送信号TG(1st)が入力され、PD61aに蓄積されている電荷がFD部63aに転送される。また、画素21bの転送トランジスタ62bに転送信号TG(2nd)が入力され、PD61bに蓄積されている電荷がFD部63bに転送される。
 そして、時刻t5から時刻t6までの期間内に、カラム処理部101においてD相のセトリングが行われる。
 時刻t6において、ランプ信号が降下を開始する。そして、時刻t6から時刻t7の期間において、第1の垂直信号線23aを介して入力される画素21aの信号レベル(D相)の画素信号がAD変換される。また、第2の垂直信号線23bを介して入力される画素21bの信号レベル(D相)の画素信号がAD変換される。
 そして、出力スイッチ73aがオンし、画素21aの信号レベルの画素信号とリセットレベルの画素信号の差分であるデジタルの画素信号が、カウンタ72aから出力信号線24に出力される。また、出力スイッチ73aがオフした後、出力スイッチ73bがオンし、画素21bの信号レベルの画素信号とリセットレベルの画素信号の差分であるデジタルの画素信号が、カウンタ72bから出力信号線24に出力される。その後、出力スイッチ73bはオフする。
 このようにして、カラム信号処理回路13の各カラム処理部101では、1水平期間内に、異なる2行の画素21の画素信号を、CDS処理を施しながら一度に読み出すことができる。
 図20は、撮像素子10の画素21及びカラム処理部151の構成例を示している。なお、図20の例では、図3の例と比較して、カラム処理部51の代わりにカラム処理部151が設けられている点が異なる。
 また、図20には、図1の画素領域11に配置される複数の画素21のうち、同じ列(column)の異なる行(row)に配置される4つの画素21a乃至21dが示されている。さらに、図20には、カラム信号処理回路13が備える複数のカラム処理部151のうち、この列に対応して配置されるカラム処理部151が示されている。
 この例では、1つの画素21の列に対して、第1の垂直信号線23a乃至第4の垂直信号線23bの4本の垂直信号線が設けられている。第1の垂直信号線23aには、画素21a(例えば、4i行目(iは自然数)の画素21)が接続され、第2の垂直信号線23bには、画素21b(例えば、4i+1行目(iは自然数)の画素21)が接続されている。第3の垂直信号線23cには、画素21c(例えば、4i+2行目(iは自然数)の画素21)が接続され、第4の垂直信号線23dには、画素21d(例えば、4i+3行目(iは自然数)の画素21)が接続されている。
 なお、図を分かりやすくするために、画素21a乃至21d内の符号の図示は省略している。
 また、第1の垂直信号線23aには、ソースフォロワ回路を構成する定電流源52aが接続されており、第2の垂直信号線23bには、ソースフォロワ回路を構成する定電流源52bが接続されている。第3の垂直信号線23cには、ソースフォロワ回路を構成する定電流源52cが接続されており、第4の垂直信号線23dには、ソースフォロワ回路を構成する定電流源52dが接続されている。さらに、第1の垂直信号線23a乃至第4の垂直信号線23dは、この列に対応して配置される1つのカラム処理部151に接続されている。
 カラム処理部151は、図3のカラム処理部51と比較して、ADC71a、カウンタ72a、及び、出力スイッチ73aとADC71b、カウンタ72b、及び、出力スイッチ73bの2組のADC、カウンタ及び出力スイッチの組み合わせが設けられている点、並びに、マルチプレクサ(MUX)161が追加されている点が異なる。
 なお、図を分かりやすくするために、ADC71a及び71b内の符号の図示は省略している。また、以下、ADC71aを構成する各部の符号の後にaの文字を付し、ADC71bを構成する各部の符号の後にbの文字を付すものとする。
 MUX161の入力部は、第1の垂直信号線23a乃至第4の垂直信号線23dに接続され、MUX161の出力部は、ADC71aのキャパシタ81-1a及び81-2a、並びに、ADC71bのキャパシタ81-1a及び81-2aに接続されている。そして、MUX161は、第1の垂直信号線23a乃至第4の垂直信号線23dの中から任意の2本を選択して、ADC71aに接続することができる。すなわち、ADC71aは、MUX161、入力スイッチ82-1a及び82-2aにより、個別に垂直信号線23a乃至23dに接続可能である。また、MUX161は、第1の垂直信号線23a乃至第4の垂直信号線23dの中から任意の2本を選択して、ADC71bに接続することができる。すなわち、ADC71bは、MUX161、入力スイッチ82-1b及び82-2bにより、個別に垂直信号線23a乃至23dに接続可能である。
 従って、カラム処理部151は、カラム処理部51と比較して、画素21a乃至21dの画素信号をAD変換する順番、組み合わせ、タイミング等の自由度が増す。例えば、長蓄信号及び短蓄信号の読出し走査を並行に行う場合、各画素21から長蓄信号及び短蓄信号を読み出す順番、組み合わせ、タイミング等の自由度が増す。
 図21は、撮像素子10の画素21及びカラム処理部201の構成例を示している。なお、図21において、図18及び図20と対応する部分には同じ符号を付している。
 図21の例では、図18の例と比較して、カラム処理部101の代わりにカラム処理部201が設けられている点が異なる。
 また、図21には、図1の画素領域11に配置される複数の画素21のうち、同じ列(column)の異なる行(row)に配置される4つの画素21a乃至21dが示されている。さらに、図20には、カラム信号処理回路13が備える複数のカラム処理部201のうち、この列に対応して配置されるカラム処理部201が示されている。
 この例では、1つの画素21の列に対して、第1の垂直信号線23a乃至第4の垂直信号線23bの4本の垂直信号線が設けられている。第1の垂直信号線23aには、画素21a(例えば、4i行目(iは自然数)の画素21)が接続され、第2の垂直信号線23bには、画素21b(例えば、4i+1行目(iは自然数)の画素21)が接続されている。第3の垂直信号線23cには、画素21c(例えば、4i+2行目(iは自然数)の画素21)が接続され、第4の垂直信号線23dには、画素21d(例えば、4i+3行目(iは自然数)の画素21)が接続されている。
 なお、図を分かりやすくするために、画素21a乃至21d内の符号の図示は省略している。
 また、第1の垂直信号線23aには、ソースフォロワ回路を構成する定電流源52aが接続されており、第2の垂直信号線23bには、ソースフォロワ回路を構成する定電流源52bが接続されている。第3の垂直信号線23cには、ソースフォロワ回路を構成する定電流源52cが接続されており、第4の垂直信号線23dには、ソースフォロワ回路を構成する定電流源52dが接続されている。さらに、第1の垂直信号線23a乃至第4の垂直信号線23dは、この列に対応して配置される1つのカラム処理部201に接続されている。
 カラム処理部201は、図18のカラム処理部101と比較して、ADC、カウンタ及び出力スイッチの組み合わせが4組設けられている点、並びに、マルチプレクサ(MUX)211が追加されている点が異なる。
 なお、図を分かりやすくするために、ADC111a乃至111d内の符号の図示は省略している。また、以下、ADC111aを構成する各部の符号の後にaの文字を付し、ADC111bを構成する各部の符号の後にbの文字を付し、ADC111cを構成する各部の符号の後にcの文字を付し、ADC111dを構成する各部の符号の後にdの文字を付すものとする。
 MUX211の入力部は、第1の垂直信号線23a乃至第4の垂直信号線23dに接続され、MUX211の出力部は、ADC111aのキャパシタ121a、ADC111bのキャパシタ121b、ADC111cのキャパシタ121c、及び、ADC111dのキャパシタ121dに接続されている。そして、MUX211は、第1の垂直信号線23a乃至第4の垂直信号線23dを任意の組み合わせでADC111a乃至111dに接続することができる。
 従って、カラム処理部201は、カラム処理部101と比較して、画素21a乃至21dの画素信号をAD変換する順番、組み合わせ、タイミング等の自由度が増す。例えば、長蓄信号及び短蓄信号の読出し走査を並行に行う場合、各画素21から長蓄信号及び短蓄信号を読み出す順番、組み合わせ、タイミング等の自由度が増す。
 また、1水平期間内に3行以上の画素信号を一度に読み出せるようにしてもよい。
 例えば、図3の例において、画素21の列毎に3本以上の垂直信号線23を配線し、各垂直信号線23に対してキャパシタ81及び入力スイッチ82の組をそれぞれ設けるようにすればよい。これにより、1水平期間内に3行以上の画素信号を一度に読み出すことが可能になる。
 また、例えば、図18の例において、画素21の列毎に3本以上の垂直信号線23を配線し、各垂直信号線23に対してADC111、カウンタ72及び出力スイッチ73の組をそれぞれ設けるようにすればよい。これにより、1水平期間内に3行以上の画素信号を一度に読み出すことが可能になる。
 さらに、図20の例では、1水平期間内に最大4行の画素信号を一度に読み出すことが可能である。
 なお、1水平期間内に3行以上の画素信号を一度に読み出せるようにした場合、3以上の読出し走査を並行に実行することが可能になる。3以上の読出し走査を並行に実行する場合も上述した場合と同様に、各読出し走査のアドレスジャンプを行うタイミングを、他の読出し走査の読出し行の位置に基づいて制御するようにすればよい。
 例えば、3以上の読出し走査の中の読出し走査Aのアドレスジャンプを行う場合、他の読出し走査の読出し行が、それぞれ下記の条件1又は2のいずれかを満たすタイミングで、読出し走査Aのアドレスジャンプを行うようにすればよい。
 1.有効画素領域AEp又はOPB検出領域ABd内にない。
 2.アドレスジャンプによる移動前の読出し走査Aの読出し行との間の距離と、移動後の読出し走査Aの読出し行との間の距離とがほぼ等しくなる。
 例えば、読出し走査Aの有効領域AEの読出し走査が終了した時点で、他の読出し走査の読出し行が全て条件1又は条件2を満たす場合、読出し走査Aの読出し行を、有効領域AEの走査が開始される行に近い方のダミー領域ADに移動させればよい。一方、他の読出し走査の読出し行のうち少なくとも1つが条件1及び条件2のいずれも満たさない場合、読出し走査Aの読出し行を、有効領域AEの走査が終了する行に近い方のダミー領域ADに移動させればよい。
 また、例えば、読出し走査Aの黒レベルの検出を開始する時点で、他の読出し走査の読出し行が全て条件1又は条件2を満たす場合、読出し走査Aの読出し行を、有効領域AEの走査が開始される行に近い方のOPB領域ABに移動させればよい。一方、他の読出し走査の読出し行のうち少なくとも1つが条件1及び条件2のいずれも満たさない場合、その時点で読出し走査Aの読出し行が存在するダミー領域に近い方のOPB領域ABに読出し走査Aの読出し行を移動させるようにすればよい。
{その他の変形例}
 また、本技術は、上述した例以外にも、複数の読出し走査を並行に行うことが可能な撮像素子全般に適用することができる。
 例えば、本技術は、1垂直期間内の各画素の画素信号の読出し回数に関わらず、複数の読出し走査を並行に行う撮像素子に適用することができる。具体的には、例えば、本技術は、長時間露光用の画素と短時間露光用の画素を別々に設け、垂直期間毎に各画素の画素信号を1回ずつ読み出しつつ、長蓄信号の読出し走査と短蓄信号の読出し走査を並行に行う撮像素子に適用することができる。また、例えば、本技術は、各画素の露光時間が同じで、垂直期間毎に各画素の画素信号を1回ずつ読み出しつつ、複数の読み出し走査を並行に行うことにより、読出し時間を高速化する撮像素子に適用することができる。
 さらに、本技術は、例えば、画素21が形成される半導体基板に配線層が積層される表面に対して光が照射される表面照射型のCMOSイメージセンサ、又は、その表面の反対側となる裏面に対して光が照射される裏面照射型のCMOSイメージセンサのどちらにも適用することができる。また、本技術は、画素21が形成されるセンサ基板と、制御回路17(図1)などが形成される回路基板とが積層されて構成される積層型のCMOSイメージセンサに適用することができる。
{電子機器への適用例}
 なお、上述したような各実施の形態の撮像素子10は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、又は、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
 図22は、電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。
 図22に示すように、撮像装置301は、光学系302、撮像素子303、信号処理回路304、モニタ305、及び、メモリ306を備え、静止画像及び動画像を撮像可能である。
 光学系302は、1枚又は複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光(入射光)を撮像素子303に導き、撮像素子303の受光面(センサ部)に結像させる。
 撮像素子303としては、上述した各実施の形態の撮像素子10が適用される。撮像素子303には、光学系302を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、電子が蓄積される。そして、撮像素子303に蓄積された電子に応じた信号が信号処理回路304に供給される。
 信号処理回路304は、撮像素子303から出力された画素信号に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路304が信号処理を施すことにより得られた画像(画像データ)は、モニタ305に供給されて表示されたり、メモリ306に供給されて記憶(記録)されたりする。
 このように構成されている撮像装置301では、上述した各実施の形態の撮像素子10を適用することで、ダイナミックレンジが広く高画質の画像を撮像することができる。
{イメージセンサの使用例}
 図23は、上述のイメージセンサ(撮像素子10)を使用する使用例を示す図である。
 上述したイメージセンサは、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
 ・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
 ・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
 ・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
 ・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
 ・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
 ・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
 ・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
 ・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
 なお、本明細書において、システムとは、複数の構成要素(装置、モジュール(部品)等)の集合を意味し、すべての構成要素が同一筐体中にあるか否かは問わない。したがって、別個の筐体に収納され、ネットワークを介して接続されている複数の装置、及び、1つの筐体の中に複数のモジュールが収納されている1つの装置は、いずれも、システムである。
 また、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
 さらに、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。
 また、例えば、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1)
 複数の画素が行列状に配置されている画素領域と、
 前記画素領域の画素を行毎に駆動する垂直駆動回路と、
 1水平期間内に前記画素領域の複数の行の画素信号の読出しが可能なカラム信号処理回路と
 を備え、
 前記垂直駆動回路は、前記画素領域の画素信号の読出し走査を2以上並行に行うとともに、各読出し走査の読出し行の所定の移動量以上の移動を行うタイミングを、他の読出し走査の読出し行の位置に基づいて制御する
 撮像素子。
(2)
 前記垂直駆動回路は、各読出し走査の読出し行の所定の移動量以上の移動を、他の読出し走査の読出し行が前記画素領域内の画像に用いられる第1の領域内、若しくは、黒レベルの検出に用いられる第2の領域内にない場合、又は、移動前の読出し行と他の読出し走査の読出し行との間の距離と、移動後の読出し行と他の読出し走査の読出し行との間の距離とがほぼ等しくなる場合に行うように制御する
 前記(1)に記載の撮像素子。
(3)
 前記画素領域内の前記第1の領域の列方向の両側に、画素信号の読出し負荷の調整用の第3の領域がそれぞれ配置され、
 前記垂直駆動回路は、画素信号の読出し負荷の調整を行う場合の各読出し走査の読出し行の移動先を、他の読み出し走査の読出し行の位置に基づいて、複数の前記第3の領域の中から選択する
 前記(2)に記載の撮像素子。
(4)
 前記第1の領域と前記第3の領域の間に前記画像に用いられない第4の領域がそれぞれ配置されており、
 前記垂直駆動回路は、前記第4の領域内の読出し走査を、前記第1の領域内の読出し走査より高速に行うように制御する
 前記(3)に記載の撮像素子。
(5)
 前記画素領域内の前記第1の領域の列方向の両側に前記第2の領域がそれぞれ配置され、
 前記垂直駆動回路は、各読出し走査の前記黒レベルの検出に用いる領域を、他の読み出し走査の読出し行の位置に基づいて、複数の前記第2の領域の中から選択する
 前記(2)乃至(4)のいずれかに記載の撮像素子。
(6)
 前記垂直駆動回路は、1垂直期間内に露光時間が異なる複数の露光を行い、前記複数の露光により得られる複数の画素信号の読出し走査を並行に行うように制御する
 前記(1)乃至(5)のいずれかに記載の撮像素子。
(7)
 前記垂直駆動回路は、1垂直期間内に長時間露光及び短時間露光を行い、前記長時間露光により得られる画素信号の読出し走査、及び、前記短時間露光により得られる画素信号の読出し走査を並行に行うように制御するとともに、一方の読出し走査の読出し行の所定の移動量以上の移動を行うタイミングを、他方の読出し走査の読出し行の位置に基づいて制御する
 前記(6)に記載の撮像素子。
(8)
 前記画素領域は、各列に複数の垂直信号線が配線されており、
 前記カラム信号処理回路は、前記画素領域の列毎に、前記複数の垂直信号線に個別に接続可能な1以上のADコンバータを備える
 前記(1)乃至(7)のいずれかに記載の撮像素子。
(9)
 前記画素領域は、各列に複数の垂直信号線が配線されており、
 前記カラム信号処理回路は、並列に動作可能なADコンバータを前記垂直信号線毎に備える
 前記(1)乃至(8)のいずれかに記載の撮像素子。
(10)
 複数の画素が行列状に配置されている画素領域の画素信号の読出し走査を2以上並行に行うとともに、各読出し走査の読出し行の所定の移動量以上の移動を行うタイミングを、他の読出し走査の読出し行の位置に基づいて制御する
 撮像素子の駆動方法。
(11)
 複数の画素が行列状に配置されている画素領域と、
 前記画素領域の画素を行毎に駆動する垂直駆動回路と、
 1水平期間内に前記画素領域の複数の行の画素信号の読出しが可能なカラム信号処理回路と
 を備える撮像素子を備え、
 前記垂直駆動回路は、前記画素領域の画素信号の読出し走査を2以上並行に行うとともに、各読出し走査の読出し行の所定の移動量以上の移動を行うタイミングを、他の読出し走査の読出し行の位置に基づいて制御する
 電子機器。
 10 撮像素子, 11 画素領域, 12 垂直駆動回路, 13 カラム信号処理回路, 14 水平駆動回路, 15 出力回路, 16 ランプ信号生成回路, 17 制御回路, 21 画素, 22 水平信号線, 23,23a乃至23d 垂直信号線, 51 カラム処理部, 71,71a,71b ADコンバータ, 72,72a,72b カウンタ, 73,73a,73b 出力スイッチ, 82-1,82-2 入力スイッチ, 84 コンパレータ, 101 カラム処理部, 111a,111b ADコンバータ, 123a,123b コンパレータ, 151 カラム処理部, 161 マルチプレクサ, 201 カラム処理部, 211 マルチプレクサ, 301 撮像装置, 303 撮像素子, AB,AB1,AB2 オプティカルブラック領域, ABd OPB検出領域, ABn OPB不問領域, AC,AC1,AC2 切取り領域, AD,AD1,AD2 ダミー領域, AE 有効領域, AEp 有効画素領域, AEn 有効不問領域, AN 無効領域, AU 使用可能領域

Claims (11)

  1.  複数の画素が行列状に配置されている画素領域と、
     前記画素領域の画素を行毎に駆動する垂直駆動回路と、
     1水平期間内に前記画素領域の複数の行の画素信号の読出しが可能なカラム信号処理回路と
     を備え、
     前記垂直駆動回路は、前記画素領域の画素信号の読出し走査を2以上並行に行うとともに、各読出し走査の読出し行の所定の移動量以上の移動を行うタイミングを、他の読出し走査の読出し行の位置に基づいて制御する
     撮像素子。
  2.  前記垂直駆動回路は、各読出し走査の読出し行の所定の移動量以上の移動を、他の読出し走査の読出し行が前記画素領域内の画像に用いられる第1の領域内、若しくは、黒レベルの検出に用いられる第2の領域内にない場合、又は、移動前の読出し行と他の読出し走査の読出し行との間の距離と、移動後の読出し行と他の読出し走査の読出し行との間の距離とがほぼ等しくなる場合に行うように制御する
     請求項1に記載の撮像素子。
  3.  前記画素領域内の前記第1の領域の列方向の両側に、画素信号の読出し負荷の調整用の第3の領域がそれぞれ配置され、
     前記垂直駆動回路は、画素信号の読出し負荷の調整を行う場合の各読出し走査の読出し行の移動先を、他の読み出し走査の読出し行の位置に基づいて、複数の前記第3の領域の中から選択する
     請求項2に記載の撮像素子。
  4.  前記第1の領域と前記第3の領域の間に前記画像に用いられない第4の領域がそれぞれ配置されており、
     前記垂直駆動回路は、前記第4の領域内の読出し走査を、前記第1の領域内の読出し走査より高速に行うように制御する
     請求項3に記載の撮像素子。
  5.  前記画素領域内の前記第1の領域の列方向の両側に前記第2の領域がそれぞれ配置され、
     前記垂直駆動回路は、各読出し走査の前記黒レベルの検出に用いる領域を、他の読み出し走査の読出し行の位置に基づいて、複数の前記第2の領域の中から選択する
     請求項2に記載の撮像素子。
  6.  前記垂直駆動回路は、1垂直期間内に露光時間が異なる複数の露光を行い、前記複数の露光により得られる複数の画素信号の読出し走査を並行に行うように制御する
     請求項1に記載の撮像素子。
  7.  前記垂直駆動回路は、1垂直期間内に長時間露光及び短時間露光を行い、前記長時間露光により得られる画素信号の読出し走査、及び、前記短時間露光により得られる画素信号の読出し走査を並行に行うように制御するとともに、一方の読出し走査の読出し行の所定の移動量以上の移動を行うタイミングを、他方の読出し走査の読出し行の位置に基づいて制御する
     請求項6に記載の撮像素子。
  8.  前記画素領域は、各列に複数の垂直信号線が配線されており、
     前記カラム信号処理回路は、前記画素領域の列毎に、前記複数の垂直信号線に個別に接続可能な1以上のADコンバータを備える
     請求項1に記載の撮像素子。
  9.  前記画素領域は、各列に複数の垂直信号線が配線されており、
     前記カラム信号処理回路は、並列に動作可能なADコンバータを前記垂直信号線毎に備える
     請求項1に記載の撮像素子。
  10.  複数の画素が行列状に配置されている画素領域の画素信号の読出し走査を2以上並行に行うとともに、各読出し走査の読出し行の所定の移動量以上の移動を行うタイミングを、他の読出し走査の読出し行の位置に基づいて制御する
     撮像素子の駆動方法。
  11.  複数の画素が行列状に配置されている画素領域と、
     前記画素領域の画素を行毎に駆動する垂直駆動回路と、
     1水平期間内に前記画素領域の複数の行の画素信号の読出しが可能なカラム信号処理回路と
     を備える撮像素子を備え、
     前記垂直駆動回路は、前記画素領域の画素信号の読出し走査を2以上並行に行うとともに、各読出し走査の読出し行の所定の移動量以上の移動を行うタイミングを、他の読出し走査の読出し行の位置に基づいて制御する
     電子機器。
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