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JP6521666B2 - Image pickup apparatus, image pickup method and image frame readout control circuit - Google Patents
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JP6521666B2 - Image pickup apparatus, image pickup method and image frame readout control circuit - Google Patents

Image pickup apparatus, image pickup method and image frame readout control circuit Download PDF

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Description

本発明は、電源周波数が50Hz圏において、強度変化が100Hzとなる照明下において、フレーム周波数が120Hzの撮像を行う際に生じるフリッカを低減したCMOS型の撮像素子を用いた、撮像装置、撮像方法および画像フレーム読出し制御回路に関するものである。   The present invention is an imaging apparatus and imaging method using a CMOS type imaging device in which flicker occurring when imaging is performed at a frame frequency of 120 Hz under illumination where the power supply frequency is 100 Hz and the intensity change is 100 Hz. And an image frame readout control circuit.

電源周波数50Hz圏においては、蛍光灯などの照明機器は、整流後の脈動周波数である100Hzに応じた照明強度変化を示す。このような照明強度下において、撮像装置の撮像フレーム周波数が60Hzの撮像を行うと、照明強度変化の周波数が撮像フレーム周波数の整数倍になっていないので、フリッカが生じる。   In the 50 Hz power supply frequency range, lighting equipment such as a fluorescent lamp exhibits a change in illumination intensity according to the pulsation frequency of 100 Hz after rectification. Under such illumination intensity, when the imaging frame frequency of the imaging device is 60 Hz, flicker occurs because the frequency of the illumination intensity change is not an integral multiple of the imaging frame frequency.

そこで、このようなフリッカ対策として、電子シャッター期間を(1/100)秒(=
10ミリ秒)に設定すること等が行われている(特許文献1〜4を参照)。これは、照明強度変化の位相と電子シャッターの位相がどのようにずれていても、10ミリ秒の間に入射される光量が一定に保たれるので、フリッカが生じないという知見に基づく。
Therefore, as a countermeasure against such flicker, the electronic shutter period is (1/100) second (=
Setting to 10 milliseconds etc. is performed (refer patent documents 1-4). This is based on the knowledge that no flicker occurs because the amount of light incident for 10 milliseconds is kept constant no matter how the phase of the illumination intensity change and the phase of the electronic shutter are shifted.

近年、スーパーハイビジョンの開発が活発化しており、上記フリッカに対する対策構築も急務であることから、上述した手法を用いることができれば、既存の技術を利用することができ、効率的である。   In recent years, development of super hi-vision has become active, and since it is urgent to establish measures against the above-mentioned flicker, if the above-mentioned method can be used, it is possible to use existing technology and it is efficient.

特開平5−091373号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 5-091373 特開平6−125495号広報Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-125495 特開2000−299822号公報JP 2000-299822 A 特開2007−104450号公報JP 2007-104450 A

しかしながら、照明強度変化が100Hzの照明下において、スーパーハイビジョンの規格とされている120Hzの撮像フレーム周波数により撮像を行った場合には、20Hzのフリッカが生じてしまう。この場合、撮像フレーム間隔が(1/120)秒=8.3
33ミリ秒であるため、電子シャッター期間を10ミリ秒に設定すると、撮像フレーム間隔に対する電子シャッター期間が1より大きい6/5に設定されることになるので撮像の実行自体が困難となってしまう。
However, when imaging is performed with an imaging frame frequency of 120 Hz, which is a standard for Super Hi-Vision, under illumination with an illumination intensity change of 100 Hz, flicker of 20 Hz occurs. In this case, the imaging frame interval is (1/120) seconds = 8.3.
Since it is 33 milliseconds, if the electronic shutter period is set to 10 milliseconds, the electronic shutter period with respect to the imaging frame interval will be set to 6/5 which is larger than 1, so that the execution of imaging itself becomes difficult .

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、照明強度変化が100Hzの場合において、120Hzの撮像フレーム周波数で撮像を行ったときに生じるフリッカを低減することが可能な撮像装置、撮像方法および画像フレーム読出し制御回路を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in the case of an illumination intensity change of 100 Hz, an imaging device, an imaging method, and an imaging method capable of reducing flicker that occurs when imaging is performed at an imaging frame frequency of 120 Hz. It is an object of the present invention to provide an image frame readout control circuit.

本発明の撮像装置は、
XYマトリクス状に配置される複数の画素に対応して形成された、入射光に応じて電荷が発生する光電変換部と、
該光電変換部に対して、Y行のアドレスを選択して駆動する行選択回路部、およびX列ごとに信号を読み出す列並列読み出し回路部を含む画像フレーム読出し制御部とを有するCMOS型のスーパーハイビジョン規格の撮像装置であって、
前記複数の画素は、X方向に7680画素でY方向に4320画素、またはX方向に3840画素でY方向に2160画素のいずれかに設定され、
前記画像フレーム読出し制御部は、非プログレッシブ方式を用い、分割画像フレーム間隔を8.333ミリ秒または8.342ミリ秒のいずれかに設定するとともに、前記光電変換部における各画素の1電荷蓄積時間を10ミリ秒に設定することを特徴とするものである。
The imaging device of the present invention is
A photoelectric conversion unit, which is formed corresponding to a plurality of pixels arranged in an XY matrix, and generates charges according to incident light;
A CMOS-type super having a row selection circuit unit for selecting and driving an address of Y rows to the photoelectric conversion unit, and an image frame read control unit including a column parallel read out circuit unit for reading out a signal every X columns It is a high-definition standard imaging device.
The plurality of pixels are set to any of 7680 pixels in the X direction and 4320 pixels in the Y direction, or 3840 pixels in the X direction and 2160 pixels in the Y direction,
The image frame readout control unit sets the divided image frame interval to either 8.333 milliseconds or 8.342 milliseconds by using the non-progressive method, and one charge accumulation time of each pixel in the photoelectric conversion unit Is set to 10 milliseconds.

ここで、上記「XYマトリクス状」とは、撮像素子の素子面上で交差する2軸の一方をX軸、他方をY軸としたとき、これら両方向に配列された状態をいう。   Here, the above “XY matrix” refers to a state in which the two axes intersecting on the element surface of the imaging device are arranged in both directions when the X axis is the other and the Y axis is the other.

また、上記「非プログレッシブ方式」とは、撮像素子の1方向から順番に走査される方式であるプログレッシブ方式とは異なる、いわゆる飛越し走査方式を指称するものであり、インターレース方式のみならず、2以上のラインごとに飛越し走査を行う方式や、見かけ上Y方向に走査され、その走査が飛越し走査であるような場合における走査方式も含まれるものとする。すなわち、上位概念的には、前記複数の画素を、N行またはM列ごとに選択してN個の行群またはM個の列群のグループそれぞれに対して順番に、電荷蓄積動作および信号読出し動作を繰り返し行わせる方式である。   Moreover, the above-mentioned "non-progressive system" refers to a so-called interlaced scanning system different from the progressive system which is a system in which scanning is sequentially performed from one direction of the image pickup device, and A method of performing the interlace scanning for each line or a scanning method in the case where the scan is apparently performed in the Y direction and the scanning is the interlace scanning is also included. In other words, the above-mentioned plurality of pixels are selected every N rows or M columns, and charge accumulation operation and signal readout are sequentially performed on each of N groups of rows or groups of M columns. This is a method to repeat the operation.

また、一般的には、上記「画像フレーム」に、飛越し走査により形成されたライン群、例えば奇数行のみによるフレーム(奇数フレーム:概念的にはNTSCによる第1フィールドに対応)あるいは偶数行のみによるフレーム(偶数フレーム:概念的にはNTSCによる第2フィールドに対応)も含まれ、奇数フレーム同士あるいは偶数フレーム同士のみならず、奇数フレームと偶数フレームの間隔も画像フレーム間隔と称されることが多い。しかしながら、本願明細書においてそのようにすると、発明の本質的部分において紛らわしくなる可能性があるので、奇数フレーム同士、あるいは偶数フレーム同士の間隔は画像フレーム間隔と称するが、奇数フレームと偶数フレームの間隔は、便宜的に、分割画像フレーム間隔と称することとする。   Also, generally, in the above "image frame", a group of lines formed by interlace scanning, for example, a frame with only odd rows (odd frame: conceptually corresponding to the first field by NTSC) or only even rows Frames according to (even frame: conceptually corresponding to the second field by NTSC) are also included, and not only odd frames or even frames but also the interval between odd and even frames is also referred to as image frame interval There are many. However, in the specification of the present application, the interval between odd frames or even frames is referred to as an image frame interval, as it may be confusing in the essential part of the invention, but the interval between odd and even frames. Will be referred to as divided image frame intervals for convenience.

また、前記画像フレーム読出し制御部は、画像フレーム間隔に対する各画素の1電荷蓄積時間が6/10となるように制御するように構成されていることが好ましい。
また、前記非プログレッシブ方式がインターレース方式であることが好ましい。
Preferably, the image frame readout control unit is configured to control so that one charge accumulation time of each pixel with respect to the image frame interval is 6/10.
Preferably, the non-progressive method is an interlace method.

前記光電変換部が、X方向およびY方向のうち少なくとも一方向の複数画素に亘って画素共有されるように構成されてなることが好ましい。   It is preferable that the photoelectric conversion unit is configured to share pixels across a plurality of pixels in at least one of the X direction and the Y direction.

また、前記光電変換部の各画素回路が、グローバルシャッタ機能を有することが好ましい。   Preferably, each pixel circuit of the photoelectric conversion unit has a global shutter function.

また、本発明の撮像方法は、
XYマトリクス状に配置された複数の画素に対応して設けられた画素回路について、該複数の画素に各々入射する光に応じた電荷が発生するように光電変換を行なわせ、
前記XYマトリクス状に配置された複数の画素に対して、Y行のアドレスおよびX列のアドレスを指定することにより、画像フレーム読出しを所定の順序で行うCMOS型のスーパーハイビジョン規格の撮像装置による撮像方法であって、
前記複数の画素を、X方向に7680画素でY方向に4320画素、またはX方向に3840画素でY方向に2160画素のいずれかに設定し、
画像フレーム読出しは、非プログレッシブ方式を用い、分割画像フレーム間隔を8.333ミリ秒または8.342ミリ秒のいずれかに設定するとともに、前記光電変換により発生した電荷を蓄積する各画素の1電荷蓄積時間を10ミリ秒に設定することを特徴とするものである。
In addition, the imaging method of the present invention is
In the pixel circuits provided corresponding to the plurality of pixels arranged in the XY matrix, photoelectric conversion is performed so that charges corresponding to light incident on the plurality of pixels are generated,
An image pickup device of a CMOS type super hi-vision standard which performs image frame readout in a predetermined order by designating an address of Y row and an address of X column to a plurality of pixels arranged in the XY matrix form Method,
The plurality of pixels are set to any of 7680 pixels in the X direction and 4320 pixels in the Y direction, or 3840 pixels in the X direction and 2160 pixels in the Y direction,
The image frame readout uses a non-progressive method, sets an interval between divided image frames to either 8.333 milliseconds or 8.342 milliseconds, and one charge of each pixel for accumulating charges generated by the photoelectric conversion. The accumulation time is set to 10 milliseconds.

また、本発明の画像フレーム読出し制御回路は、
XYマトリクス状に配置される複数の画素に対応して形成された、入射光に応じて電荷が発生する光電変換部に対して画像フレーム読出し制御信号を送出する回路であって、Y行のアドレスを選択して当該Y行に含まれる画素を駆動する行選択部およびX列のアドレスを選択して当該X列に含まれる画素からの信号を読み出す列並列読み出し部を含む画像フレーム読出し部を備えた、CMOS型のスーパーハイビジョン規格の撮像装置における画像フレーム読出し制御回路において、
前記複数の画素は、X方向に7680画素でY方向に4320画素、またはX方向に3840画素でY方向に2160画素のいずれかに設定され、
前記画像フレーム読出し部による画像フレームの読出しは、非プログレッシブ方式を用い、分割画像フレーム間隔を8.333ミリ秒または8.342ミリ秒のいずれかに設定するとともに、前記光電変換部における各画素の蓄積時間を10ミリ秒に設定し得るように、前記複数の画素に対応する、少なくとも蓄積開始指示信号および蓄積終了指示信号を、前記画像フレーム読出し部から前記光電変換部に向けて所定の順序で出力することを特徴とするものである。
Further, the image frame readout control circuit of the present invention is
A circuit for transmitting an image frame read control signal to a photoelectric conversion unit which is formed corresponding to a plurality of pixels arranged in an XY matrix and generates charges according to incident light, and is an address of Y row And an image frame readout unit including a column parallel readout unit which selects a row selection unit for driving pixels included in the Y row and an address in the X column and reads out a signal from the pixels included in the X column. In the image frame readout control circuit in the imaging device of the CMOS super high vision standard ,
The plurality of pixels are set to any of 7680 pixels in the X direction and 4320 pixels in the Y direction, or 3840 pixels in the X direction and 2160 pixels in the Y direction,
The image frame read out by the image frame read out unit uses the non-progressive method and sets the divided image frame interval to either 8.333 ms or 8.342 ms, and the pixels of the photoelectric conversion portion At least an accumulation start instruction signal and an accumulation end instruction signal corresponding to the plurality of pixels are directed from the image frame reading unit to the photoelectric conversion unit in a predetermined order so that the accumulation time can be set to 10 milliseconds. It is characterized by outputting.

本発明の撮像装置、有効画素が、X方向に7680画素でY方向に4320画素、またはX方向に3840画素でY方向に2160画素のいずれかに設定され、インターレース方式等の、非プログレッシブ方式により駆動し、フレーム周波数120Hzとし、電子シャッター期間を10ミリ秒に設定することにより、奇数フレーム同士あるいは偶数フレーム同士の画像フレーム間隔を16.667ミリ秒、奇数フレームと偶数フレームの分割画像フレーム間隔を8.333ミリ秒で信号読出しを行うとともに、各画素の蓄積時間を10ミリ秒としている。   The imaging device according to the present invention is set to any of 7680 pixels in the X direction and 4320 pixels in the Y direction, or 3840 pixels in the X direction and 2160 pixels in the Y direction, by non-progressive methods such as interlace method. By setting the frame frequency to 120 Hz and setting the electronic shutter period to 10 ms, the image frame interval between odd frames or even frames is 16.667 ms, and the divided image frame interval between odd frames and even frames is 16.67 ms. The signal readout is performed in 8.333 milliseconds, and the accumulation time of each pixel is 10 milliseconds.

すなわち、照明強度変化が100Hzの照明下において、スーパーハイビジョンの規格とされている120Hzの撮像フレーム周波数により撮像を行った場合には、20Hzのフリッカが生じてしまう。これを防止するために、電子シャッター速度を10ミリ秒に設定した場合、撮像フレーム間隔(分割画像フレーム間隔)が(1/120)秒=8.333ミリ秒であるため、撮像フレーム間隔(分割画像フレーム間隔)に対する電子シャッター期間が1より大きい6/5に設定されることになるので撮像を行なうことが困難となってしまう。   That is, when imaging is performed with an imaging frame frequency of 120 Hz, which is a standard for Super Hi-Vision, under illumination of which the illumination intensity change is 100 Hz, flicker of 20 Hz occurs. In order to prevent this, when the electronic shutter speed is set to 10 milliseconds, the imaging frame interval (division image frame interval) is (1/120) seconds = 8.333 milliseconds, so the imaging frame interval (division Since the electronic shutter period with respect to the image frame interval) is set to 6/5 larger than 1, it becomes difficult to perform imaging.

しかし、本発明においては、電子シャッター速度を10ミリ秒とし、撮像フレーム間隔を(1/120)秒=8.333ミリ秒としたとしても、走査方式として、インターレー
ス方式などの非プログレッシブ方式を採用しているので、撮像フレーム間隔(画像フレーム間隔(分割画像フレーム間隔の倍の間隔:奇数フレーム同士あるいは偶数フレーム同士の間隔))に対する電子シャッター期間を1より小さい値(インターレース方式の場合は6/10)に設定することができるので、電源周波数50Hz圏の100Hzの照明強度変化下において120Hzの撮像を行う際に生じるフリッカの発生を阻止することができる。
However, in the present invention, even if the electronic shutter speed is 10 milliseconds and the imaging frame interval is (1/120) seconds = 8.333 milliseconds, a non-progressive method such as an interlace method is adopted as a scanning method. Therefore, the electronic shutter period for the imaging frame interval (image frame interval (interval of the divided image frame interval: interval between odd frames or even frames)) is smaller than 1 (in the case of the interlace system, 6 / Since it can set to 10), generation | occurrence | production of the flicker which arises at the time of imaging of 120 Hz under the illumination intensity change of 100 Hz of power supply frequency 50-Hz range can be prevented.

本発明の第1の実施形態に係る4トランジスタ使用の画素回路の等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a pixel circuit using four transistors according to a first embodiment of the present invention. 図1に示す画素回路をXYアレイ状に有する画素アレイおよび画像フレーム読出し制御回路を備えた撮像装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the imaging device provided with the pixel array and image frame read-out control circuit which have a pixel circuit shown in FIG. 1 in XY array form. 図1に示す4トランジスタ使用の画素回路を用いて信号読出しを行った場合における画素回路への入力信号のタイムチャートである。It is a time chart of the input signal to a pixel circuit in, when performing signal read-out using the pixel circuit of 4 transistor use shown in FIG. 撮像素子においてインターレース方式を用いて信号読出しを行った場合の奇数行(実線)と偶数行(破線)を示す概略図である。It is the schematic which shows the odd-numbered line (solid line) and the even-numbered line (broken line) at the time of performing signal reading using an interlace system in an image pick-up element. 100Hzの照明強度変化と、120Hzインターレース走査の奇数行と偶数行における蓄積時間との時系列的な関係の一例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows an example of the time series relation of the illumination intensity change of 100 Hz, and the accumulation time in the odd line of an 120 Hz interlace scan, and the even line. 120Hzインターレース走査の奇数行と偶数行からの映像の時系列的な関係を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the time-sequential relationship of the picture from the odd line of an 120 Hz interlace scan, and the even line. 本発明の第2の実施形態に係る2画素共有タイプであって、1画素あたり2.5トランジスタ使用の画素回路の等価回路を示す回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a pixel circuit of a 2-pixel sharing type according to a second embodiment of the present invention, which uses 2.5 transistors per pixel. 図7に示す2.5トランジスタ使用の画素回路を用いて信号読出しを行った場合における画素回路への入力信号のタイムチャートである。FIG. 8 is a time chart of an input signal to a pixel circuit in the case of performing signal readout using the pixel circuit using 2.5 transistors shown in FIG. 7. 本発明の第3の実施形態に係る2画素共有タイプであって、1画素あたり4.5トランジスタ使用の画素回路の等価回路を示す回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a pixel circuit of a 2-pixel sharing type according to a third embodiment of the present invention, which uses 4.5 transistors per pixel. 図9に示すグローバルシャッタ付き4.5トランジスタ使用の画素回路を用いて信号読出しを行った場合における画素回路への入力信号のタイムチャートである。FIG. 10 is a time chart of input signals to the pixel circuit in the case of performing signal readout using the pixel circuit of 4.5 transistors using the global shutter shown in FIG. 9. 本発明の第2の実施形態の第1変型例に係る4画素共有タイプであって、1画素あたり1.75トランジスタ使用の画素回路の等価回路図である。It is a 4 pixel sharing type which concerns on the 1st modification of the 2nd Embodiment of this invention, Comprising: It is an equivalent circuit schematic of the pixel circuit of 1.75 transistor use per pixel. 図11に示す、第1の変型例に係る撮像装置における、1画素あたり1.75トランジスタ使用の画素回路を用いて信号読出しを行った場合における画素回路への入力信号のタイムチャートである。It is a time chart of an input signal to a pixel circuit in the case of performing signal readout using a pixel circuit using 1.75 transistors per pixel in the imaging device according to the first modified example shown in FIG. 本発明の第2の実施形態の第2の変型例に係る行方向2画素共有タイプであって、1画素あたり2.5トランジスタ使用の画素回路の等価回路図である。FIG. 18 is an equivalent circuit diagram of a pixel circuit of a row direction two pixel sharing type according to a second modification of the second embodiment of the present invention, wherein 2.5 transistors are used per pixel. 図13に示す第2の変型例における走査方式を用いて行った場合の奇数列(実線)と偶数列(破線)を示す概略図である。FIG. 14 is a schematic view showing an odd-numbered column (solid line) and an even-numbered column (broken line) in the case of using the scanning method in the second modified example shown in FIG. 13; 本発明の第2の実施形態の第3変型例に係る4画素共有タイプであって、1画素あたり1.75トランジスタ使用の画素回路の等価回路図である。It is a 4 pixel share type which concerns on the 3rd modification of the 2nd Embodiment of this invention, Comprising: It is an equivalent circuit schematic of the pixel circuit of 1.75 transistor use per pixel. 図15に示す、第3の変型例に係る撮像装置における、1画素あたり1.75トランジスタ使用の画素回路を用いて信号読出しを行った場合における画素回路への入力信号のタイムチャートである。FIG. 16 is a time chart of an input signal to a pixel circuit in the case of performing signal readout using a pixel circuit using 1.75 transistors per pixel in an imaging device according to a third modification example shown in FIG. 15.

以下、本発明の実施形態について、上記図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the above drawings.

<第1の実施形態>
まず、第1の実施形態に係るCMOS型撮像装置に用いられる4トランジスタ使用の画素回路の等価回路図を、図1を用いて説明する。なお、この等価回路図に示す画素回路10は、CMOS型撮像装置の画素アレイの各画素(または各画素群)に対応して設けられる(1対1の対応に限定されない)。
First Embodiment
First, an equivalent circuit diagram of a pixel circuit using four transistors used in a CMOS imaging device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. The pixel circuit 10 shown in this equivalent circuit diagram is provided corresponding to each pixel (or each pixel group) of the pixel array of the CMOS imaging device (not limited to one-to-one correspondence).

図1に示すように、この画素回路10は、フォトダイオード(PD)11、電荷転送トランジスタ(TX)12、浮遊拡散容量(FD)13、リセットトランジスタ(RST)14、ソースフォロアアンプ(増幅トランジスタ:SF)15、選択トランジスタ(SEL)16、画素電源部(VDD)17、および画素出力部(OUT)18から構成される。   As shown in FIG. 1, the pixel circuit 10 includes a photodiode (PD) 11, a charge transfer transistor (TX) 12, a floating diffusion capacitance (FD) 13, a reset transistor (RST) 14, and a source follower amplifier (amplifying transistor: SF) 15, selection transistor (SEL) 16, pixel power supply unit (VDD) 17, and pixel output unit (OUT) 18.

また、この画素回路10は、X方向(行方向)およびY方向(列方向)に多数個配列されて画素アレイ501(図2参照)を構成している。
図2に示すように、画素アレイ501は、Y方向操作部502、X方向操作部503、タイミングジェネレータ504および出力回路505とともに撮像装置(イメージセンサ)550を構成している。なお、撮像装置550のうち、Y方向操作部502、X方向操
作部503、タイミングジェネレータ504および出力回路505は、本発明に係る画像フレーム読出し制御回路を構成する。
Further, a large number of the pixel circuits 10 are arranged in the X direction (row direction) and the Y direction (column direction) to configure a pixel array 501 (see FIG. 2).
As shown in FIG. 2, the pixel array 501 constitutes an imaging device (image sensor) 550 together with the Y-direction operation unit 502, the X-direction operation unit 503, the timing generator 504, and the output circuit 505. In the imaging device 550, the Y-direction operation unit 502, the X-direction operation unit 503, the timing generator 504, and the output circuit 505 constitute an image frame read control circuit according to the present invention.

各画素回路10において、PD11は、入射光の強度に応じた量の負電荷を蓄積する。このPD11のアノードは接地され、カソードはTX12を介してSF15のゲートに接続される。TX12のゲートは、Y方向操作部502からの信号線Lに接続され、転送信号が入力される。 In each pixel circuit 10, the PD 11 accumulates negative charge in an amount corresponding to the intensity of incident light. The anode of this PD 11 is grounded, and the cathode is connected to the gate of SF 15 via TX 12. The gate of the TX 12 is connected to the signal line L T from the Y-direction operation unit 502, and a transfer signal is input.

SF15およびSEL16は、VDD17と出力部18との間に直列接続される。SEL16のゲートは、Y方向操作部502からの信号線Lに接続され、選択信号が入力される。RST14は、VDD17とSF15のゲートとの間に接続される。RST14のゲートは、Y方向操作部502からの信号線Lに接続され、リセット信号を入力される。
また、FD13は、SF15のゲートに接続される。
The SF 15 and the SEL 16 are connected in series between the VDD 17 and the output unit 18. The gate of SEL 16 is connected to the signal line L S from the Y-direction operation unit 502, and a selection signal is input. The RST 14 is connected between the VDD 17 and the gate of the SF 15. The gate of the RST 14 is connected to the signal line L R from the Y-direction operation unit 502, and receives a reset signal.
Moreover, FD13 is connected to the gate of SF15.

PD11をリセットするためには、SEL16がオフ状態でTX12とRST14をオン状態とする。これにより、PD11に蓄積されていた負電荷がTX12とRST14を介して、VDD17に放出され、リセット動作が終了する。   In order to reset the PD 11, the SEL 16 is turned off, and the TX 12 and the RST 14 are turned on. As a result, the negative charge stored in the PD 11 is released to the VDD 17 through the TX 12 and the RST 14, and the reset operation is completed.

PD11のリセット動作終了時から入射光による電荷の蓄積が開始する。すなわち、転送信号およびリセット信号が「L」状態となり、TX12とRST14がオフ状態となると、入射光の強度に応じた量の電荷がPD11に蓄えられ、電荷蓄積時間が開始する。   At the end of the reset operation of the PD 11, charge accumulation by incident light starts. That is, when the transfer signal and the reset signal are in the “L” state and the TX 12 and the RST 14 are in the off state, charges of an amount corresponding to the intensity of incident light are stored in the PD 11 and charge storage time starts.

一方、蓄積時間の終了は以下のように行われる。すなわち、まず、選択信号を「H」レベルにしてSEL16をオン状態とし、リセット信号を所定時間だけ「H」レベルにしてRST14をオン状態とすることでFD13をリセットする。次いで、転送信号を所定時間だけ「H」レベル状態にしてTX12をオン状態とすることで、PD11の蓄積電荷がFD13に移動され、TX12がオフとなった時点でPD11の蓄積時間が終了する。   On the other hand, the end of the accumulation time is performed as follows. That is, first, the selection signal is set to the “H” level to turn on the SEL 16, and the reset signal is set to the “H” level for a predetermined time to turn on the RST 14 to reset the FD 13. Next, the transfer signal is set to the “H” level only for a predetermined time to turn on the TX 12, whereby the accumulated charge of the PD 11 is moved to the FD 13 and the accumulation time of the PD 11 ends when the TX 12 is turned off.

また、図2に示すタイミングジェネレータ504は、Y方向走査部502に行選択アドレス信号および駆動制御信号を送出するとともに、X方向走査部503に列選択アドレス信号および読出し制御信号を送出する。Y方向走査部502は、Y方向走査回路および電圧レベルシフト回路の機能を有しており、入力された行選択アドレス信号および駆動制御信号に応じて、画素アレイ501の所定の複数行を順次選択し、選択した行の信号線L,L,Lを介して、その行の各画素回路10に転送信号、リセット信号および選択信号を送出する。 Further, the timing generator 504 shown in FIG. 2 sends a row selection address signal and a drive control signal to the Y direction scanning unit 502, and sends a column selection address signal and a read control signal to the X direction scanning unit 503. The Y-direction scanning unit 502 has the functions of a Y-direction scanning circuit and a voltage level shift circuit, and sequentially selects a plurality of predetermined rows of the pixel array 501 according to the input row selection address signal and drive control signal. Then, the transfer signal, the reset signal, and the selection signal are sent to each pixel circuit 10 of the row via the signal lines L T , L R and L S of the selected row.

また、X方向走査部503は、X方向走査回路およびカラム回路の機能を有しており、Y方向走査部502によって選択された所定の行の複数の画素回路10から複数のY方向信号線Lに出力された電流を複数の所定の信号に変換する。
さらに、出力回路505は、X方向走査部503で生成された複数の画素信号を外部に出力する。
Further, the X-direction scanning unit 503 has functions of an X-direction scanning circuit and a column circuit, and a plurality of Y-direction signal lines L from a plurality of pixel circuits 10 in a predetermined row selected by the Y-direction scanning unit 502. The current output to V is converted into a plurality of predetermined signals.
Further, the output circuit 505 outputs the plurality of pixel signals generated by the X-direction scanning unit 503 to the outside.

また、図3は、図1に示す、画素回路10を用いて信号読出しを行った場合における、各トランジスタの入力信号を表すタイムチャートである。なお、本実施形態(および以下の第2、第3の実施形態)においては、画像フレームレートが120Hzで、インターレース走査を採用している。   Further, FIG. 3 is a time chart showing input signals of the respective transistors in the case of performing signal readout using the pixel circuit 10 shown in FIG. In the present embodiment (and the second and third embodiments below), the image frame rate is 120 Hz, and the interlace scanning is adopted.

図3において、各グラフは、SEL16、RST14、TX12の信号波形を示すものであり、SEL、RSTおよびTXの後段に記されたかっこの中の数字は画面中での対応
画素の行を示している。なお、各行の蓄積時間(露光時間)を黒帯で示す。また、本実施形態において、nは4320(行)に設定されている。
In FIG. 3, each graph shows the signal waveform of SEL16, RST14 and TX12, and the numbers in parentheses after SEL, RST and TX indicate the corresponding pixel row in the screen. . Note that the accumulation time (exposure time) of each row is indicated by a black band. In the present embodiment, n is set to 4320 (rows).

この画素回路10では、まず、第1行(奇数行)目の画素について、PD11をリセットするために、SEL16がオフ状態(SEL(1)が「L」レベル)でRST14とTX12を同時にオン状態(RST(1)とTX(1)が「H」レベル)とした後、同時にオフ状態(RST(1)とTX(1)が「L」レベル)とする(図3の矢印Aを参照)。これにより、PD11とFD13の信号電荷がTX12とRST14を介してVDD17に放出されることになり、PD11のリセット処理が終了する。
この直後から、PD11の蓄積時間が開始される。
In this pixel circuit 10, first, in order to reset the PD 11 for the first row (odd row) pixel, the SEL 16 is off (SEL (1) is “L” level) and RST 14 and TX 12 are simultaneously on (After RST (1) and TX (1) are set to “H” level), the off state (RST (1) and TX (1) are set to “L” level at the same time) (see arrow A in FIG. 3) . As a result, the signal charges of the PD 11 and the FD 13 are released to the VDD 17 through the TX 12 and the RST 14, and the reset process of the PD 11 is completed.
Immediately after this, the accumulation time of PD11 is started.

また、蓄積時間が開始されたのち、SEL16がオン状態(SEL(1)が「H」レベル)となる(図3中の矢印Bを参照)ことで、当該画素が選択され、その際に、RST14がオン状態(RST(1)が「H」レベル)となることでFD13がリセットされ、FD13の電荷が所定量だけ放出された状態の値(リセット電位)が読みだされる。   In addition, after the accumulation time is started, the SEL 16 is turned on (SEL (1) becomes “H” level) (see the arrow B in FIG. 3), so that the relevant pixel is selected. When the RST 14 is turned on (RST (1) is at the “H” level), the FD 13 is reset, and the value (reset potential) in a state where the charge of the FD 13 is released by a predetermined amount is read.

次に蓄積時間においてRST14がオフ状態(RST(1)が「L」レベル)となった後にTX12がオン状態(TX(1)が「H」レベル)になると、PD11に畜積されていた信号電荷がFD13に移動し、このときの電位が読みだされる(図3のSEL(1)、RST(1)、TX(1)、蓄積時間(1)のタイムチャート:特に矢印Cを参照)。このときPD11の蓄積時間が終了する。このように、当該画素が選択されてから、RST14がオフ状態となったのちにTX12がオフ状態となるまでの時間が各画素の1蓄積時間となる。なお、この蓄積時間は、例えば(1/100)秒(=10ミリ秒)に設定さ
れる。
Next, when TX12 turns on (TX (1) goes “H”) after RST14 goes off (RST (1) goes “L”) during the accumulation time, the signal stored in PD11 The charge is transferred to the FD 13 and the potential at this time is read (time chart of SEL (1), RST (1), TX (1), accumulation time (1) in FIG. 3: especially, see arrow C) . At this time, the accumulation time of the PD 11 ends. As described above, the time from when the pixel is selected to when the TX 12 is turned off after the RST 14 is turned off is one accumulation time of each pixel. The accumulation time is set to, for example, (1/100) seconds (= 10 milliseconds).

この後、第1行目の他の画素についても同様にして信号読出し処理が行われる。また、他の奇数行目(1行目、3行目、・・n−1行目)の画素についても順次、同様にして行われる。   Thereafter, the signal readout processing is similarly performed for the other pixels in the first row. In addition, the same process is sequentially performed on the pixels of the other odd-numbered lines (the first line, the third line,... N-1 line).

一方、第2行目についても第1行目の上記処理と同様の信号読出し処理が行われ(図3のSEL(2)、RST(2)、TX(2)および蓄積時間(2)のタイムチャートを参照)、第2行目全体の信号読出しが終了する。この後、4行目、・・n行目等の他の偶数行の信号読出し処理についても順次、同様にして行われる。   On the other hand, the signal readout processing similar to the above processing of the first row is performed also for the second row (SEL (2), RST (2), TX (2) and storage time (2) time in FIG. 3). Refer to the chart), and the signal readout of the entire second line is completed. Thereafter, signal readout processing of other even-numbered rows such as the fourth row,..., N-th row is sequentially performed in the same manner.

すなわち、本実施形態における撮像装置においては、インターレース走査により読出し操作を行っており、まず、1行目、3行目、・・n−1行目を順次選択して信号を読み出して全奇数行の信号を読み出し、奇数行に記録された画像信号を出力する。続いて、2行目、4行目、・・n行目を順次選択して全偶数行の信号を読み出し、偶数行に記録された画像信号を出力する。   That is, in the image pickup apparatus according to the present embodiment, the read operation is performed by the interlace scan. First, the first row, the third row,. Signal is read out and the image signal recorded in the odd row is output. Subsequently, the second, fourth,... N-th rows are sequentially selected to read out the signals of all even-numbered rows, and output the image signals recorded in the even-numbered rows.

なお、奇数行からなるフレーム(奇数フレーム)と偶数行からなるフレーム(偶数フレーム)の時間間隔(分割画像フレーム間隔)は(1/120)秒=8.333ミリ秒に設
定される。また、奇数行からなるフレーム(奇数フレーム)同士、および偶数行からなるフレーム(偶数フレーム)同士の時間間隔(画像フレーム間隔)は(1/60)秒=16
.667ミリ秒に設定される。
The time interval (divided image frame interval) of a frame (odd frame) composed of odd lines and a frame (even frame) composed of even lines is set to (1/120) seconds = 8.333 milliseconds. Also, the time interval (image frame interval) between frames (odd-numbered frames) in odd-numbered rows and frames (even-numbered frames) in even-numbered rows is (1/60) seconds = 16.
. It is set to 667 milliseconds.

また、第1行目と第2行目の分割画像フレーム間隔は上述したように8.333ミリ秒となり、一方が電荷を蓄積しているときに他方が信号を読み出すように構成されている。このことは、第3行目と第4行目の関係や第n-1行目と第n行目の関係も同様である。
また、奇数行目と、それに続く偶数行目の蓄積時間同士が一部重複するように設定してい
るのは、各蓄積時間を10ミリ秒に設定しながら、奇数フレーム同士あるいは偶数フレーム同士の間隔(画像フレーム間隔)を16.667ミリ秒(60Hz)に設定するためである。
Further, as described above, the divided image frame interval of the first line and the second line is 8.333 milliseconds, and when one is storing the charge, the other is configured to read out the signal. The same applies to the relationship between the third and fourth rows and the relationship between the n-1st row and the nth row.
In addition, it is set that the accumulation time of the odd-numbered line and the even-numbered line that follows is partially overlapped with each other, while setting each accumulation time to 10 milliseconds, between odd-numbered frames or even-numbered frames. This is to set the interval (image frame interval) to 16.667 milliseconds (60 Hz).

以下、上述した本実施形態における切替タイミングについて図4〜6を用いて説明する。
上述したように、本実施形態においては、画素アレイ501の画素読出し走査をインターレース方式を用いて行っている。すなわち、図4に示すように画素アレイ501の全行について、奇数行(図4では実線で表される)のみの画素読出しを行う操作と、偶数行(図4では破線で表される)のみの画素読出しを行う操作を交互に行うものである。このインターレース方式は、NTSC方式等において使用されているもので、飛越し走査等とも称される。
Hereinafter, the switching timing in this embodiment mentioned above is demonstrated using FIGS.
As described above, in the present embodiment, pixel readout scanning of the pixel array 501 is performed using the interlace method. That is, as shown in FIG. 4, the operation of performing pixel readout of only odd rows (represented by solid lines in FIG. 4) for all the rows of the pixel array 501 and only even rows (represented by dashed lines in FIG. 4) Are alternately performed. The interlace system is used in the NTSC system or the like, and is also called an interlace scan or the like.

本実施形態によれば、図5および図6に示すように、照明機器等が100Hz(電源周波数が50Hz圏)の照明強度下において、インターレース方式を採用することにより、イメージセンサ(撮像装置)550の画素(フォトダイオード)の1電荷蓄積時間を10ミリ秒に設定するとともに、撮像フレーム周波数を120Hzとしてスーパーハイビジョンに適合させつつ、フリッカの発生を阻止するようにしている。   According to the present embodiment, as shown in FIG. 5 and FIG. 6, the image sensor (imaging device) 550 can be configured by adopting the interlace system under the illumination intensity of 100 Hz (the power supply frequency is 50 Hz) as the lighting equipment etc. The one charge storage time of the pixel (photodiode) is set to 10 milliseconds, and the occurrence of flicker is prevented while the imaging frame frequency is set to 120 Hz and adapted to Super Hi-Vision.

すなわち、フリッカの発生を阻止するために、電子シャッター速度を10ミリ秒に設定した場合には、撮像フレーム間隔(分割画像フレーム間隔)が(1/120)秒=8.333ミリ秒であるため、撮像フレーム間隔に対する電子シャッター期間が1より大きい6/5に設定されることになる。   That is, when the electronic shutter speed is set to 10 milliseconds in order to prevent the occurrence of flicker, the imaging frame interval (divided image frame interval) is (1/120) seconds = 8.333 milliseconds. The electronic shutter period with respect to the imaging frame interval is set to 6/5, which is larger than one.

そこで、本実施形態においては、電子シャッター速度を10ミリ秒とし、撮像フレーム間隔を(1/120)秒=8.333ミリ秒としたとしても、インターレース方式を採用
しているので、画像フレーム間隔(奇数フレーム同士あるいは偶数フレーム同士)に対する電子シャッター期間を1より小さい値(本実施形態ではインターレース方式を採用しているので6/10)に設定することができるので、電源周波数50Hz圏の100Hzの照明強度変化下において120Hzの撮像を行うにあたり、生じるフリッカの発生を阻止することができる。
Therefore, in the present embodiment, even if the electronic shutter speed is 10 milliseconds and the imaging frame interval is (1/120) seconds = 8.333 milliseconds, the interlace method is adopted, so the image frame interval The electronic shutter period for (odd-numbered frames or even-numbered frames) can be set to a value smaller than 1 (6/10 in the present embodiment because the interlace method is adopted). In imaging at 120 Hz under changes in illumination intensity, the occurrence of flicker can be prevented.

<第2の実施形態>
なお、本実施形態および以下に示す実施形態3においては、実施形態1と重複する部分も多いことから、そのような部分については適宜、簡単に説明する。特に、図2に基づく装置構成および図4〜6による作用は略同様であるので、その詳細な説明は省略する。
Second Embodiment
In addition, in this embodiment and Embodiment 3 shown below, since there are many parts which overlap with Embodiment 1, such a part is demonstrated easily suitably. In particular, since the apparatus configuration based on FIG. 2 and the operation according to FIGS. 4 to 6 are substantially the same, the detailed description thereof is omitted.

次に、第2の実施形態に係る撮像装置における画素回路の主要構成を、2画素共有タイプであって、1画素あたり2.5トランジスタ使用の画素回路の等価回路図を、図7を用いて説明する。なお、この等価回路図に示す画素回路は、列方向(Y方向)に並列する2画素に対応して設けられる。   Next, the main configuration of the pixel circuit in the imaging device according to the second embodiment will be described using an equivalent circuit diagram of a pixel circuit of a 2-pixel sharing type using 2.5 transistors per pixel using FIG. explain. Note that the pixel circuits shown in this equivalent circuit diagram are provided corresponding to two pixels arranged in parallel in the column direction (Y direction).

また、図7において、各トランジスタTX112A,B、RST114、SEL116のゲート部に接続されるY方向走査部502からの信号線L,L,Lの機能については図1で説明した機能と同様であるので、図面中に対応する符号のみを付し詳細な説明は省略する(以下に説明する実施形態および変型例についても同様にして説明を省略する)。 Further, in FIG. 7, the functions of the signal lines L T , L R , and L S from the Y-direction scanning unit 502 connected to the gate portions of the transistors TX112A and B, RST114, and SEL116 are the functions described in FIG. Since they are similar, only the corresponding reference numerals are given in the drawings and the detailed description will be omitted (the description will be omitted in the same manner for the embodiment and the modified example described below).

図7に示すように、この画素回路110は、2画素共有タイプであって、2つのフォトダイオード(PD)111A,B、2つの電荷転送トランジスタ(TX)112A,B、
浮遊拡散容量(FD)113、リセットトランジスタ(RST)114、ソースフォロアアンプ(SF)115、選択トランジスタ(SEL)116、画素電源部(VDD)117、および画素出力部(OUT)118から構成される。
As shown in FIG. 7, this pixel circuit 110 is a two-pixel sharing type, and includes two photodiodes (PD) 111A, B, two charge transfer transistors (TX) 112A, B,
A floating diffusion capacitance (FD) 113, a reset transistor (RST) 114, a source follower amplifier (SF) 115, a selection transistor (SEL) 116, a pixel power supply unit (VDD) 117, and a pixel output unit (OUT) 118 .

PD111A,BとTX112A,Bは2画素並べて設けられており、またFD113、RST114、SF115、SEL116、VDD117およびOUT118は2画素共有の構成とされている。すなわち、2画素用を5つのトランジスタで構成しているから、1画素あたり2.5個のトランジスタで構成することができることとなり、上記第1の実
施形態のものよりも、1画素あたり、トランジスタ1.5個分少なくて済むこととなり、そ
の分だけ受光面積を拡げる(開口率を上げる)ことができ、さらに画素の微細化を図ることができるので、望ましい。
The PDs 111A and B and the TXs 112A and B are arranged in a two-pixel arrangement, and the FD 113, the RST 114, the SF 115, the SEL 116, the VDD 117 and the OUT 118 share two pixels. That is, since two transistors are configured by five transistors, it can be configured by 2.5 transistors per pixel, and one transistor is equivalent to 1.5 transistors per pixel compared to the first embodiment. This is desirable because the light receiving area can be expanded (the aperture ratio can be increased) by that amount, and the pixels can be further miniaturized.

また、図8は、図7に示す画素回路110を用いて信号読出しを行った場合における、各トランジスタの入力信号を表すタイムチャートである。各グラフにおいてかっこ内の数字は、第何番目の行数であるかを示すものであり、例えば、SEL(1、2)、RST(1、2)と記載されているのは、1行目と2行目の画素共有がなされていることを示し、一方、TX(1)として表されるTX112AやTX(2)として表されるTX112Bは画素共有がなされていないことを示し、さらに蓄積時間(1)はPD111Aの蓄積時間を示し、蓄積時間(2)はPD111Bの蓄積時間を示す。   Further, FIG. 8 is a time chart showing input signals of respective transistors in the case of performing signal readout using the pixel circuit 110 shown in FIG. 7. In each graph, the numbers in parentheses indicate what number of lines the number is, and for example, SEL (1, 2) and RST (1, 2) are the first line And TX112B represented as TX (1) and TX112B represented as TX (2) represented as TX (1) indicate that pixel sharing is not performed, and accumulation time further (1) indicates the accumulation time of PD 111A, and accumulation time (2) indicates the accumulation time of PD 111B.

なお、各行の蓄積時間を黒帯で示す。また、本実施形態において、nは4320(行)に設定されている。   Note that the accumulation time of each row is indicated by a black band. In the present embodiment, n is set to 4320 (rows).

この画素回路110では、まず、PD111Aをリセットするために、SEL116がオフ状態(SEL(1)が「L」レベル)となっているときにRST114とTX112Aが同時にオン状態(RST(1、2)とTX(1)が「H」レベル)とされ、しかる後に同時にオフ状態(RST(1、2)とTX(1)が「L」レベル)とされる。これにより、このリセット終了時からPD111Aにおいて電荷の蓄積が開始される(図8中で矢印Aを参照)。   In the pixel circuit 110, first, in order to reset the PD 111A, the RST 114 and the TX 112A are simultaneously turned on (RST (1, 2) when the SEL 116 is turned off (SEL (1) is at the "L" level). And TX (1) are set to the “H” level, and then simultaneously turned off (RST (1, 2) and TX (1) are set to the “L” level). As a result, accumulation of charge is started in the PD 111A from the end of the reset (see arrow A in FIG. 8).

次に、PD111Bをリセットするために、SEL116がオフ状態(SEL(1)が「L」レベル)となっているときにRST114とTX112Bが同時にオン状態(RST(1、2)とTX(2)が「H」レベル)とされ、しかる後に同時にオフ状態(RST(1、2)とTX(2)が「L」レベル)とされる。これにより、このリセット終了時からPD111Bにおいて電荷の蓄積が開始される(図8中で矢印A´を参照)。   Next, in order to reset PD 111 B, RST 114 and TX 112 B are simultaneously turned on (RST (1, 2) and TX (2) when SEL 116 is turned off (SEL (1) is at “L” level). Is set to the “H” level, and then simultaneously turned off (RST (1, 2) and TX (2) are set to the “L” level). Thereby, accumulation of charge is started in the PD 111 B from the end of the reset (see an arrow A ′ in FIG. 8).

また、SEL116がオン状態(SEL(1)が「H」レベル)となることで、当該画素が選択され(図中で矢印Bを参照)、RST114がオン状態(RST(1、2)が「H」レベル)となることでFD113がリセットされ、RST114がオフ状態(RST(1、2)が「L」レベル)となった後にTX112Aがオン状態(TX(1)が「H」レベル)になると電荷がFD113へ移動し電圧が読み出され、TX112Aがオフ状態(TX(1)が「L」レベル)になるとPD111Aの畜積時間が終了する(図中で矢印Cを参照)。この蓄積時間は第1の実施形態と同様に(1/100)秒(=10ミリ秒)
に設定される。
In addition, when the SEL 116 is turned on (SEL (1) is at “H” level), the relevant pixel is selected (see the arrow B in the figure), and the RST 114 is turned on (RST (1, 2) is At the “H” level), the FD 113 is reset, and after the RST 114 is turned off (RST (1, 2) is at “L” level), the TX 112 A is turned on (TX (1) is at “H” level) Then, the charge is transferred to the FD 113, the voltage is read out, and when the TX 112A is turned off (TX (1) is at the “L” level), the accumulation time of the PD 111A ends (see arrow C in the figure). This accumulation time is (1/100) seconds (= 10 milliseconds) as in the first embodiment.
Set to

また、SEL116がオン状態(SEL(1)が「H」レベル)となることで、当該画素が選択され(図中で矢印B´を参照)、RST114がオン状態(RST(1、2)が「H」レベル)となることでFD113がリセットされ、RST114がオフ状態(RST(1、2)が「L」レベル)となった後にTX112Bがオン状態(TX(2)が「H」レベル)になると電荷がFD113へ移動し電圧が読み出され、TX112Bがオフ状
態(TX(2)が「L」レベル)になるとPD111Bの畜積時間が終了する(図中で矢印C´を参照)。この蓄積時間は第1の実施形態と同様に(1/100)秒(=10ミリ
秒)に設定される。
Further, when the SEL 116 is turned on (SEL (1) is at “H” level), the pixel is selected (see the arrow B ′ in the figure), and the RST 114 is turned on (RST (1, 2) By becoming “H” level, the FD 113 is reset, and the TX 112 B is turned on (TX (2) is “H” level) after the RST 114 is turned off (RST (1, 2) is “L” level) The charge is transferred to the FD 113, the voltage is read out, and the accumulation time of the PD 111B ends when the TX 112B is turned off (TX (2) is at the “L” level) (see arrow C ′ in the figure). This accumulation time is set to (1/100) seconds (= 10 milliseconds) as in the first embodiment.

結局、この図8を第1実施形態の入力信号のタイムチャートを示す図3と比較して説明すると、画素の共有がなされたSEL116の入力信号については、図3中のSEL(1)とSEL(2)を合成した波形とされるとともに、画素の共有がなされたRST114については、図3中のRST(1)とRST(2)を合成した波形とされている。これに対して画素の共有がなされていないTX112A,Bについては、図3中のTX(1)およびTX(2)と同様の入力信号波形を示す。   After all, FIG. 8 will be described in comparison with FIG. 3 showing the time chart of the input signal of the first embodiment. With regard to the input signal of SEL 116 in which pixels are shared, SEL (1) and SEL in FIG. The waveform obtained by combining (2) is used, and the RST 114 used to share pixels is a waveform obtained by combining RST (1) and RST (2) in FIG. On the other hand, with respect to TXs 112A and B in which pixel sharing is not performed, input signal waveforms similar to TX (1) and TX (2) in FIG. 3 are shown.

上述したように、本実施形態における撮像装置においては、インターレース走査により読出し操作を行っており、まず、1行目、3行目、・・n−1行目を順次選択して信号を読み出して全奇数行の信号を読み出し、奇数行に記録された画像信号を出力する。続いて、2行目、4行目、・・n行目を順次選択して全偶数行の信号を読み出し、偶数行に記録された画像信号を出力する。なお、奇数行からなるフレーム(奇数フレーム)と偶数行からなるフレーム(偶数フレーム)の時間間隔(分割画像フレーム間隔)は(1/120)
秒=8.333ミリ秒に設定される。
As described above, in the image pickup apparatus according to the present embodiment, the read operation is performed by the interlace scan, and first, the first row, the third row,. The signals of all the odd rows are read out, and the image signals recorded in the odd rows are output. Subsequently, the second, fourth,... N-th rows are sequentially selected to read out the signals of all even-numbered rows, and output the image signals recorded in the even-numbered rows. Note that the time interval (division image frame interval) of a frame (odd frame) consisting of odd rows and a frame (even frame) consisting of even rows is (1/120)
The second is set to 8.333 milliseconds.

これにより、本実施形態においては、電源周波数50Hz圏の100Hzの照明強度変化下において120Hzの撮像を行うにあたり、生じるフリッカの発生を阻止することができる。   Thus, in the present embodiment, the occurrence of flicker can be prevented when performing imaging at 120 Hz under a 100 Hz illumination intensity change of the 50 Hz power supply frequency range.

<第3の実施形態>
次に、第3の実施形態に係る撮像装置における画素回路の主要構成を、2画素共有タイプであって、1画素あたり4.5トランジスタ使用のグローバルシャッタ機能を搭載した画素回路の等価回路図を、図9を用いて説明する(上述した第1、第2の実施形態においてはローリングシャッタを用いている)。なおこの等価回路図に示す画素回路は、列方向(Y方向)に並列した2画素に対応して設けられる。
Third Embodiment
Next, the main configuration of the pixel circuit in the imaging device according to the third embodiment is an equivalent circuit diagram of a pixel circuit mounted with a global shutter function of a 2-pixel sharing type and using 4.5 transistors per pixel. This will be described with reference to FIG. 9 (in the first and second embodiments described above, a rolling shutter is used). A pixel circuit shown in the equivalent circuit diagram is provided corresponding to two pixels arranged in parallel in the column direction (Y direction).

図9に示すように、この画素回路210は、2画素共有タイプであって、2つのフォトダイオード(PD)211A,B、2つのフォトダイオードリセットトランジスタ(RPD)221A,B、2つのグローバルシャッタトランジスタ(GS)222A,B、2つの電荷保持容量(SD)223A,B、2つの電荷転送トランジスタ(TX)212A,B、浮遊拡散容量(FD)213、浮遊拡散容量リセットトランジスタ(RFD)214、ソースフォロアアンプ(SF)215、選択トランジスタ(SEL)216、画素電源部(VDD)217、画素出力部(OUT)218から構成される。   As shown in FIG. 9, this pixel circuit 210 is a two-pixel sharing type, and includes two photodiodes (PD) 211A, B, two photodiode reset transistors (RPD) 221A, B, two global shutter transistors (GS) 222A, B, two charge holding capacitors (SD) 223A, B, two charge transfer transistors (TX) 212A, B, floating diffusion capacitance (FD) 213, floating diffusion capacitance reset transistor (RFD) 214, source A follower amplifier (SF) 215, a selection transistor (SEL) 216, a pixel power supply unit (VDD) 217, and a pixel output unit (OUT) 218 are provided.

PD211A,B、RPD221A,B、GS222A,B、SD223A,B、TX212A,Bは2画素並べて設けられており、FD213、RFD214、SF215、SEL216は2画素共有の構成とされている。すなわち、2画素用を9つのトランジスタで構成しているから、1画素あたり4.5個のトランジスタで構成することができること
となり、グローバルシャッタ機能を有しつつも、1画素あたりのトランジスタの個数を、最小限とすることができる。
The PDs 211A and B, the RPDs 221A and B, the GSs 222A and B, the SDs 223A and B, and the TXs 212A and B are provided side by side by two pixels, and the FDs 213, the RFDs 214, the SFs 215, and the SELs 216 share two pixels. That is, since two transistors are configured by nine transistors, it can be configured by 4.5 transistors per pixel, and while having the global shutter function, the number of transistors per pixel is minimized. It can be limited.

また、本実施形態においては、グローバルシャッタトランジスタ(GS)222A,Bを設けているので、全画素同時(実際には奇数フレーム画素同時および偶数フレーム画素を同時)にシャッタ動作を行うことができ、全画素同時読出しが可能である。これにより、特に、動きが高速である被写体については像の歪みを阻止することができる。   Further, in the present embodiment, since the global shutter transistors (GS) 222A and 222B are provided, the shutter operation can be performed on all the pixels simultaneously (in fact, the odd frame pixels simultaneously and the even frame pixels simultaneously). Simultaneous readout of all pixels is possible. This makes it possible to prevent image distortion, particularly for subjects with fast motion.

図10は、図9に示す2画素共有タイプであって、1画素あたり4.5トランジスタ使用のグローバルシャッタ機能を搭載したCMOS型撮像装置の画素回路210を用いて信号読出しを行った場合における各トランジスタの入力信号を表すタイムチャートである。なお、SEL、RFD、TXへの入力信号波形であり、SEL、RFD、TXに続くかっこ内の数字は画素の行を示している。1,2や3,4など、2つの数字が記載されている場合は、画素の共有がなされていることを示す。なお、各行の蓄積時間を黒帯で示す。また、本実施形態において、nは4320(行)に設定されている。   FIG. 10 shows a two-pixel sharing type shown in FIG. 9, in which signal readout is performed using the pixel circuit 210 of a CMOS imaging device equipped with a global shutter function using 4.5 transistors per pixel. It is a time chart showing the input signal of a transistor. In addition, it is an input signal waveform to SEL, RFD, TX, and the number in the parenthesis following SEL, RFD, TX has shown the line of the pixel. When two numbers, such as 1, 2 and 3, 4 etc., are described, it shows that sharing of a pixel is made. Note that the accumulation time of each row is indicated by a black band. In the present embodiment, n is set to 4320 (rows).

この画素回路210では、まず、奇数行(1、3、・・、n-1)について、PD21
1Aをリセットするために、RPD221Aがオン状態(RPD(1、3、・・、n-1
)が「H」レベル)とされ、しかる後にオフ状態(RPD(1、3、・・、n-1)が「
L」レベル)とされる。これにより、リセット終了時からPD211Aにおいて、電荷の蓄積が開始される(図10で矢印Dを参照)。
In this pixel circuit 210, first, PD21 for odd rows (1, 3,..., N−1)
In order to reset 1 A, the RPD 221 A is in the on state (RPD (1, 3,..., N−1
) Is set to “H” level, and then the off state (RPD (1, 3,..., N−1) becomes “
"L" level). Thereby, accumulation of charge is started in the PD 211A from the end of the reset (see the arrow D in FIG. 10).

この後、所定の蓄積時間経過後、GS222Aがオン状態(GS(1、3、・・、n-
1)が「H」レベル)とされることで、PD211AからSD223Aへ電荷が移動し、この後GS222Aがオフ状態(GS(1、3、・・、n-1)が「L」レベル)とされ
ることで蓄積時間が終了する(図10で矢印Eを参照)。
After this, after a predetermined accumulation time has elapsed, the GS 222 A is turned on (GS (1, 3,..., N −
1) is set to “H” level, charge is transferred from PD 211A to SD 223A, and then GS222A is turned off (GS (1, 3,..., N−1) is at “L” level) As a result, the accumulation time ends (see arrow E in FIG. 10).

一方、PD211Aの読み出しが開始されると、SEL216がオン状態(SEL(1、2)が「H」レベル)となり、読み出すべき画素が選択され、当該画素において、RFD214がオン状態(RFD(1、2)が「H」レベル)となることでFD213がリセットされ、この後RFD214がオフ状態(RFD(1、2)が「L」レベル)となってから、TX212Aがオン状態(TX(1)が「H」レベル)となることでSD223Aにあった電荷がFD213に移動する。これにより1蓄積時間において、PD211Aに蓄積されていた信号電荷が読みだされる。この蓄積時間は(1/100)秒(=10ミリ
秒)に設定されている。
On the other hand, when the readout of the PD 211A is started, the SEL 216 is turned on (SEL (1, 2) is “H” level), the pixel to be read out is selected, and the RFD 214 is turned on (RFD (1,. 2) becomes “H” level, the FD 213 is reset, and then the RFD 214 is turned off (RFD (1, 2) is turned “L” level), and then the TX 212 A is turned on (TX (1) Becomes “H” level), and the charges in the SD 223A move to the FD 213. Thus, the signal charge stored in the PD 211A is read out in one storage time. This accumulation time is set to (1/100) seconds (= 10 milliseconds).

上記においては、奇数行のうち第1行目について説明しているが、図10に示すように他の奇数行、さらには偶数行についても、タイミングは所定時間ずつずれてはいるものの、電荷の蓄積動作および信号の読出し動作については、上記と同様にして行われる。   In the above description, the first row of the odd rows is described, but as shown in FIG. 10, the timings of the other odd rows and even rows are shifted by a predetermined time, but The accumulation operation and the signal read operation are performed in the same manner as described above.

このように、本実施形態における撮像装置においては、インターレース走査により読出し操作を行っているので、まず、1行目、3行目、・・n−1行目を順次選択して信号を読み出して全奇数行の信号を読み出し、奇数行の各画素に蓄積された画像信号を出力する。続いて、2行目、4行目、・・n行目を順次選択して全偶数行の信号を読み出し、偶数行の各画素に蓄積された画像信号を出力する。奇数行からなるフレーム(奇数フレーム)と偶数行からなるフレーム(偶数フレーム)の時間間隔(分割画像フレーム間隔)は(1/120)秒=8.333ミリ秒に設定される。   As described above, in the image pickup apparatus according to the present embodiment, since the read operation is performed by the interlace scan, first, the first row, the third row,. The signals in all the odd rows are read out, and the image signals accumulated in each pixel in the odd rows are output. Subsequently, the second, fourth,... N-th rows are sequentially selected to read out the signals of all even rows, and output the image signals accumulated in each pixel of the even rows. A time interval (division image frame interval) of a frame (odd frame) composed of odd lines and a frame (even frame) composed of even lines is set to (1/120) seconds = 8.333 ms.

本発明の実施の形態によれば、電源周波数50Hz圏の100Hzの照明強度変化下において120Hzの撮像を行うにあたり、従来生じていたフリッカを抑制することができる。   According to the embodiment of the present invention, it is possible to suppress flicker that has conventionally occurred when performing imaging at 120 Hz under a 100 Hz illumination intensity change in the 50 Hz power supply frequency range.

なお、上記実施形態においては、画像フレーム間隔を、1/120秒=8.333ミリ秒としているが、これに替えて、1/120秒×1001/1000=8.342ミリ秒としても、上記実施形態のものと略同様の効果を奏することができる。また、上記実施形態においては、フレーム周波数を120Hzとしているが、これに替えて、120×1000/1001=119.88Hzとしても、上記実施形態のものと略同様の効果を奏することができる。   In the above embodiment, the image frame interval is 1/120 seconds = 8.333 milliseconds. However, instead of this, even if 1/120 seconds × 1001/1000 = 8.342 milliseconds, The substantially same effect as that of the embodiment can be obtained. Although the frame frequency is 120 Hz in the above embodiment, substantially the same effect as that of the above embodiment can be obtained by changing it to 120 × 1000/1001 = 119.88 Hz.

なお、上述した第3の実施形態に係る撮像装置は、撮像部の裏面から光を照射するタイプの裏面照射型とすることも可能である。   Note that the imaging device according to the third embodiment described above can also be a backside illumination type in which light is emitted from the backside of the imaging unit.

さらに、本発明の撮像装置、撮像方法および画像フレーム読出し制御回路としては、上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様のものを採用し得る。例えば、上記第2の実施形態においては、Y軸方向に並ぶ2つの画素に共有の2画素共有タイプの素子の例を挙げているが、それ以外の種々の、複数画素に共有の素子を用いて信号読出しを行うことができる。   Furthermore, the imaging apparatus, the imaging method, and the image frame readout control circuit of the present invention are not limited to those of the above embodiment, and other various aspects may be employed. For example, in the second embodiment, although an example of a two-pixel sharing type element shared by two pixels aligned in the Y-axis direction is described, various other elements shared by a plurality of pixels are used Signal can be read out.

以下、上記第2の実施形態の変型例について、図面を用いて説明する。   Hereinafter, modifications of the second embodiment will be described with reference to the drawings.

<第1の変型例>
例えば、2より多数の複数画素に共有の画素回路を用いることもできる。図11は、4画素共有タイプであって、1画素あたり1.75トランジスタ使用の画素回路の等価回路図を示す。なおこの等価回路図に示す画素回路は、列方向(Y方向)に並列した4画素に対応して設けられる。
<First variation>
For example, a shared pixel circuit can be used for a plurality of pixels larger than two. FIG. 11 shows an equivalent circuit diagram of a pixel circuit which is a 4-pixel sharing type and uses 1.75 transistors per pixel. Note that the pixel circuits shown in this equivalent circuit diagram are provided corresponding to four pixels arranged in parallel in the column direction (Y direction).

図11に示すように、この画素回路310は、4画素共有タイプとして構成されており、4つのフォトダイオード(PD)311A〜D、4つの電荷転送トランジスタ(TX)312A〜D、浮遊拡散容量(FD)313、リセットトランジスタ(RST)314、ソースフォロアアンプ(SF)315、選択トランジスタ(SEL)316、画素電源部(VDD)317、および画素出力部(OUT)318から構成される。   As shown in FIG. 11, the pixel circuit 310 is configured as a four-pixel sharing type, and includes four photodiodes (PD) 311A to D, four charge transfer transistors (TX) 312A to D, and floating diffusion capacitance ( FD) 313, reset transistor (RST) 314, source follower amplifier (SF) 315, select transistor (SEL) 316, pixel power supply unit (VDD) 317, and pixel output unit (OUT) 318.

PD311A〜DとTX312A〜Dは4画素を縦に並べて設けられており、またFD313、RST314、SF315、SEL316、VDD317およびOUT318は4画素共有の構成とされている。すなわち、4画素用を7つのトランジスタで構成しているから、1画素あたり1.75個のトランジスタで構成することができることとなり、上記第1の実施形態のものよりも、1画素あたり、トランジスタ2.25個分少なくて済み、また、上記第2の実施形態のものよりも、1画素あたり、トランジスタ0.75個分少なくて済むこととなり、その分だけ受光面積をさらに拡げることができるので、望ましい。   The PDs 311A to D and TXs 312A to D are provided by arranging four pixels vertically, and the FDs 313, RST 314, SF 315, SEL 316, VDD 317, and OUT 318 are configured to share four pixels. That is, since four pixels are constituted by seven transistors, it can be constituted by 1.75 transistors per pixel, and for 2.25 transistors per pixel as compared with the first embodiment. In addition, the number of transistors per pixel may be smaller than that of the second embodiment by 0.75 for one pixel, and the light receiving area can be further expanded by that amount, which is desirable.

また、図12は、図11に示す、画素回路310を用いて信号読出しを行った場合における、各トランジスタの入力信号波形を表すタイムチャートである。   Further, FIG. 12 is a time chart showing an input signal waveform of each transistor in the case of performing signal readout using the pixel circuit 310 shown in FIG.

図12において、各グラフは、SEL316、RST314およびTX312A〜Dの入力信号波形を示すものであり、SEL316、RST314およびTX312A〜Dの後段に記された括弧の中の数字は画素アレイ中での対応画素の行を示している。また、(1,2,3,4)、(5,6,7,8)、(n-3,n-2,n-1,n)など、SEL316およびRST314に
係る4つの数字の記載は、4画素共有された行中で何行目であるかを示す。また、この括弧の中の(1)、(2)、(n)など、TX312A〜Dに係る1つの数字の記載は、共有
されていない行中で何行目であるかを示す。なお、各行の蓄積時間を黒帯で示す。また、本変型例において、nは4320(行)に設定されている。
In FIG. 12, each graph shows input signal waveforms of SEL 316, RST 314 and TXs 312A-D, and the numbers in parentheses after SELs 316, RST 314 and TXs 312A-D correspond to those in the pixel array. A row of pixels is shown. In addition, (1,2,3,4), (5,6,7,8), (n-3, n-2, n-1, n), etc., descriptions of the four numbers pertaining to SEL 316 and RST 314 are as follows: , Indicates the number of lines among the four pixel shared lines. In addition, the description of one numeral related to the TXs 312A to D, such as (1), (2), (n) in the parentheses, indicates the number of unshared lines. Note that the accumulation time of each row is indicated by a black band. Also, in the present variation, n is set to 4320 (rows).

本変型例によれば、インターレース走査により読出し操作を行っており、まず、1行目、3行目、・・n−1行目を順次選択して信号を読み出して全奇数行の信号を読み出し、奇数行で撮像された画像信号を出力する。続いて、2行目、4行目、・・n行目を順次選択して全偶数行の信号を読み出し、偶数行で撮像された画像信号を出力する。奇数行からなるフレーム(奇数フレーム)と偶数行からなるフレーム(偶数フレーム)の時間間隔は1/120秒=8.333ミリ秒に設定される。   According to this modification, the read operation is performed by the interlace scan. First, the first row, the third row,... N−1th row are sequentially selected, the signals are read out, and the signals in all odd rows are read out , And output an image signal captured in an odd row. Subsequently, the second, fourth,... N-th rows are sequentially selected to read out the signals of all even-numbered rows, and output the image signals captured in the even-numbered rows. The time interval between the odd line frame (odd frame) and the even line frame (even frame) is set to 1/120 seconds = 8.333 milliseconds.

<第2の変型例>
例えば、行方向(X方向)に並列された画素共有の画素回路を用いることもできる。図13は、行方向2画素共有タイプであって、1画素あたり2.5トランジスタ使用の画素
回路の等価回路図を示す。
<Second variation>
For example, it is also possible to use pixel sharing pixel circuits arranged in parallel in the row direction (X direction). FIG. 13 shows an equivalent circuit diagram of a pixel circuit which is of a row direction two pixel sharing type and uses 2.5 transistors per pixel.

図13に示すように、この画素回路410は、2画素共有タイプとして構成されており、2つのフォトダイオード(PD)411A,B、2つの電荷転送トランジスタ(TX)412A,B、浮遊拡散容量(FD)413、リセットトランジスタ(RST)414、ソースフォロアアンプ(SF)415、選択トランジスタ(SEL)416、画素電源部(VDD)417、および画素出力部(OUT)418から構成される。   As shown in FIG. 13, the pixel circuit 410 is configured as a two-pixel sharing type, and includes two photodiodes (PD) 411A, B, two charge transfer transistors (TX) 412A, B, and a floating diffusion capacitance It comprises the FD) 413, a reset transistor (RST) 414, a source follower amplifier (SF) 415, a selection transistor (SEL) 416, a pixel power supply unit (VDD) 417, and a pixel output unit (OUT) 418.

図14は、本変型例における、読出しの順番を模式的に示すものである。本変型例の画素回路においては、行方向(X方向)に並列された2画素を共有するように構成されており、図14に示すように、奇数列と偶数列を交互に読み出す方式を採用するものである。   FIG. 14 schematically shows the order of readout in this variation. The pixel circuit of this variation is configured to share two pixels arranged in parallel in the row direction (X direction), and adopts a method of alternately reading odd columns and even columns as shown in FIG. It is

なお、本変型例のように奇数列と偶数列を交互に読み出す方式は、奇数行と偶数行を交互に読み出す場合とは異なり、インターレース方式とは称されないが、「非プログレッシブ方式」の一態様として本発明の撮像装置、撮像方法および画像フレーム読出し制御回路に含まれるものである。   Note that the method of alternately reading odd columns and even columns as in this variation is not referred to as the interlace method, unlike the case of alternately reading odd rows and even rows, but one aspect of "non-progressive method" Are included in the imaging apparatus, imaging method, and image frame readout control circuit of the present invention.

本変型例によれば、まず、1行目の奇数列、2行目の奇数列、3行目の奇数列、・・n行目の奇数列を順次選択して信号を読み出して全奇数列の信号を読み出し、続いて、1行目の偶数列、2行目の偶数列、3行目の偶数列、・・n行目の偶数列を順次選択して全偶数列の信号を読み出し、偶数列に記録された画像信号を出力することになる。   According to this variation, first, the first odd-numbered column, the second odd-numbered column, the third odd-numbered column,. Then, the signals of all even columns are read out by sequentially selecting the even column of the first row, the even column of the second row, the even column of the third row,. The image signal recorded in the even column is output.

<第3の変型例>
図15は、4画素共有タイプであって、1画素あたり1.75トランジスタ使用の画素回路の等価回路図を示すものであり、この点では上述した第1の変型例と同じである。ただし、この等価回路図に示す画素回路は、上述した第1の変型例のものとは異なり、行方向(X方向)および列方向(Y方向)に各々配列した2×2の4画素に対応して設けられる。
<Third variant>
FIG. 15 shows an equivalent circuit diagram of a pixel circuit which is a 4-pixel sharing type and uses 1.75 transistors per pixel, which is the same as the first modified example described above. However, the pixel circuit shown in this equivalent circuit diagram is different from that of the first modification example described above, and corresponds to 4 pixels of 2 × 2 arranged in the row direction (X direction) and the column direction (Y direction). Provided.

図15に示すように、この画素回路510は、4画素共有タイプとして構成されており、4つのフォトダイオード(PD)511A〜D、4つの電荷転送トランジスタ(TX)512A〜D、浮遊拡散容量(FD)513、リセットトランジスタ(RST)514、ソースフォロアアンプ(SF)515、選択トランジスタ(SEL)516、画素電源部(VDD)517、および画素出力部(OUT)518から構成される。   As shown in FIG. 15, the pixel circuit 510 is configured as a four-pixel sharing type, and includes four photodiodes (PD) 511A to D, four charge transfer transistors (TX) 512A to D, and a floating diffusion capacitance ( The FD 513, a reset transistor (RST) 514, a source follower amplifier (SF) 515, a selection transistor (SEL) 516, a pixel power supply unit (VDD) 517, and a pixel output unit (OUT) 518.

PD511A〜DとTX512A〜Dは、4画素を、行方向(X方向)へ2画素、列方向(Y方向)へも2画素、各々配列することにより設けた(2×2画素構成の)ものである。
またFD513、RST514、SF515、SEL516、VDD517およびOUT518は4画素共有の構成とされている。すなわち、4画素用を7つのトランジスタで構成しているから、1画素あたり1.75個のトランジスタで構成することができることとなり、上記第1の実施形態のものよりも、1画素あたり、トランジスタ2.25個分少なくて済み、また、上記第2の実施形態のものよりも、1画素あたり、トランジスタ0.75個分少なくて済むこととなり、その分だけ受光面積をさらに拡げることができるので、望ましい。
PDs 511A to D and TXs 512A to D are provided by arranging four pixels in two rows in the row direction (X direction) and two pixels in the column direction (Y direction) (2 × 2 pixel configuration) It is.
The FD 513, the RST 514, the SF 515, the SEL 516, the VDD 517, and the OUT 518 are shared by four pixels. That is, since four pixels are constituted by seven transistors, it can be constituted by 1.75 transistors per pixel, and for 2.25 transistors per pixel as compared with the first embodiment. In addition, the number of transistors per pixel may be smaller than that of the second embodiment by 0.75 for one pixel, and the light receiving area can be further expanded by that amount, which is desirable.

また、図16は、図15に示す、画素回路510を用いて信号読出しを行った場合にお
ける、各トランジスタの入力信号波形を表すタイムチャートである。
FIG. 16 is a time chart showing an input signal waveform of each transistor in the case of performing signal readout using the pixel circuit 510 shown in FIG.

図16において、各グラフは、SEL516、RST514およびTX512A〜Dの入力信号波形を示すものであり、SEL516、RST514およびTX512A〜Dの後段に記された括弧の中の数字は画素アレイ中での対応画素の行を示している。また、(1,2,3,4)、(5,6,7,8)、(n-3,n-2,n-1,n)など、SEL516およびRST514に
係る4つの数字は、4画素共有とされた画素アレイのうち、行方向に2画素、列方向に2画素配されるタイプにおいて、各画素を、左上、右上、左下、右下の順に配列したときに何番目の画素アレイであるかを示すものである。また、この括弧の中の(1)、(2)、(n)など、TX512A〜Dに係る1つの数字は、2×2画素の順および2×2画素の縦
の順を示す。なお、各行の蓄積時間を黒帯で示す。また、本変型例3において、nは8640(2画素×4320行)に設定されている。
In FIG. 16, each graph shows the input signal waveforms of SEL 516, RST 514 and TX 512 AD, and the numbers in parentheses after SEL 516, RST 514 and TX 512 AD correspond to the correspondence in the pixel array. A row of pixels is shown. In addition, four numbers related to SEL 516 and RST 514 such as (1, 2, 3, 4), (5, 6, 7, 8), (n-3, n-2, n-1, n) are 4 In the pixel array in which two pixels in the row direction and two pixels in the column direction are arranged among the pixel arrays considered to be pixel shared, what number pixel array when arranging each pixel in the order of upper left, upper right, lower left, lower right It shows what it is. In addition, one numeral according to TX 512A to D, such as (1), (2), (n) in the parentheses, indicates the order of 2 × 2 pixels and the vertical order of 2 × 2 pixels. Note that the accumulation time of each row is indicated by a black band. In the third variation, n is set to 8640 (2 pixels × 4320 rows).

本変型例によれば、インターレース走査により読出し操作を行っており、まず、1行目、3行目、・・(n/2)−1行目を順次選択して信号を読み出して全奇数行の信号を読み出し、奇数行で撮像された画像信号を出力する。続いて、2行目、4行目、・・n/2行目を順次選択して全偶数行の信号を読み出し、偶数行で撮像された画像信号を出力する。奇数行からなるフレーム(奇数フレーム)と偶数行からなるフレーム(偶数フレーム)の時間間隔は1/120秒=8.333ミリ秒に設定される。   According to this variation, the read operation is performed by the interlace scan, and the first row, the third row,... Signal is read out, and an image signal captured in an odd row is output. Subsequently, the second, fourth,... N / 2-th rows are sequentially selected to read out the signals of all even-numbered rows, and output the image signals captured in the even-numbered rows. The time interval between the odd line frame (odd frame) and the even line frame (even frame) is set to 1/120 seconds = 8.333 milliseconds.

10、110、210、310、410、510 撮像素子
11、111A,B、211A,B、311A〜D、411A,B、511A〜D
フォトダイオード(PD)
12、112A,B、212A,B、312A〜D、412A,B、512A〜D
電荷転送トランジスタ(TX)
13、113、213、313、413、513 浮遊拡散容量(FD)
14、114、214、314、414、514 リセットトランジスタ(RST)
15、115、215、315、415、515 ソースフォロアアンプ(SF)
16、116、216、316、416、516 選択トランジスタ(SEL)
17、117、217、317、417、517 画素電源部(VDD)
18、118、218、318、418、518 画素出力部(OUT)
221A,B フォトダイオードリセットトランジスタ(RPD)
222A,B グローバルシャッタトランジスタ(GS)
223A,B 電荷保持容量(SD)
214 浮遊拡散容量リセットトランジスタ(RFD)
10, 110, 210, 310, 410, 510 Image pickup elements 11, 111A, B, 211A, B, 311A to D, 411A, B, 511A to D
Photodiode (PD)
12, 112A, B, 212A, B, 312A to D, 412A, B, 512A to D
Charge transfer transistor (TX)
13, 113, 213, 313, 413, 513 floating diffusion capacity (FD)
14, 114, 214, 314, 414, 514 reset transistor (RST)
15, 115, 215, 315, 415, 515 Source Follower Amplifier (SF)
16, 116, 216, 316, 416, 516 select transistor (SEL)
17, 117, 217, 317, 417, 517 pixel power supply unit (VDD)
18, 118, 218, 318, 418, 518 pixel output part (OUT)
221A, B Photodiode reset transistor (RPD)
222A, B Global shutter transistor (GS)
223A, B Charge Holding Capacity (SD)
214 Floating Diffusion Capacitance Reset Transistor (RFD)

Claims (7)

XYマトリクス状に配置される複数の画素に対応して形成された、入射光に応じて電荷が発生する光電変換部と、
該光電変換部に対して、Y行のアドレスを選択して駆動する行選択回路部、およびX列ごとに信号を読み出す列並列読み出し回路部を含む画像フレーム読出し制御部とを有するCMOS型のスーパーハイビジョン規格の撮像装置であって、
前記複数の画素は、X方向に7680画素でY方向に4320画素、またはX方向に3840画素でY方向に2160画素のいずれかに設定され、
前記画像フレーム読出し制御部は、非プログレッシブ方式を用い、分割画像フレーム間隔を8.333ミリ秒または8.342ミリ秒のいずれかに設定するとともに、前記光電変換部における各画素の、1電荷蓄積時間を10ミリ秒に設定するものであることを特徴とする撮像装置。
A photoelectric conversion unit, which is formed corresponding to a plurality of pixels arranged in an XY matrix, and generates charges according to incident light;
A CMOS-type super having a row selection circuit unit for selecting and driving an address of Y rows to the photoelectric conversion unit, and an image frame read control unit including a column parallel read out circuit unit for reading out a signal every X columns It is a high-definition standard imaging device.
The plurality of pixels are set to any of 7680 pixels in the X direction and 4320 pixels in the Y direction, or 3840 pixels in the X direction and 2160 pixels in the Y direction,
The image frame readout control unit sets the division image frame interval to either 8.333 milliseconds or 8.342 milliseconds by using the non-progressive method, and stores one charge of each pixel in the photoelectric conversion unit. An imaging device characterized by setting a time to 10 milliseconds.
前記画像フレーム読出し制御部は、各画素の1電荷蓄積時間が各画像フレームの読出し期間に対して6/10となるように制御するように構成されていることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。   The image frame readout control unit is configured to control so that one charge accumulation time of each pixel is 6/10 of the readout period of each image frame. Imaging device. 前記非プログレッシブ方式がインターレース方式であることを特徴とする請求項1または2記載の撮像装置。   The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the non-progressive system is an interlace system. 前記光電変換部が、X方向およびY方向のうち少なくとも一方向の複数画素に亘って画素共有されるように構成されてなることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項記載の撮像装置。   The said photoelectric conversion part is comprised so that a pixel may be shared over the several pixel of at least one direction among the X direction and the Y direction, The any one of the Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. Imaging device. 前記光電変換部の各画素回路が、グローバルシャッタ機能を有することを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項記載の撮像装置。   The image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein each pixel circuit of the photoelectric conversion unit has a global shutter function. XYマトリクス状に配置された複数の画素に対応して設けられた画素回路について、該複数の画素に各々入射する光に応じた電荷が発生するように光電変換を行なわせ、
前記XYマトリクス状に配置された複数の画素に対して、Y行のアドレスおよびX列のアドレスを指定することにより、画像フレーム読出しを所定の順序で行うCMOS型のスーパーハイビジョン規格の撮像装置による撮像方法であって、
前記複数の画素を、X方向に7680画素でY方向に4320画素、またはX方向に3840画素でY方向に2160画素のいずれかに設定し、
画像フレーム読出しは、非プログレッシブ方式を用い、分割画像フレーム間隔を8.333ミリ秒または8.342ミリ秒のいずれかに設定するとともに、前記光電変換により発生した電荷を蓄積する各画素の1電荷蓄積時間を10ミリ秒に設定することを特徴とする撮像方法。
In the pixel circuits provided corresponding to the plurality of pixels arranged in the XY matrix, photoelectric conversion is performed so that charges corresponding to light incident on the plurality of pixels are generated,
An image pickup device of a CMOS type super hi-vision standard which performs image frame readout in a predetermined order by designating an address of Y row and an address of X column to a plurality of pixels arranged in the XY matrix form Method,
The plurality of pixels are set to any of 7680 pixels in the X direction and 4320 pixels in the Y direction, or 3840 pixels in the X direction and 2160 pixels in the Y direction,
The image frame readout uses a non-progressive method, sets an interval between divided image frames to either 8.333 milliseconds or 8.342 milliseconds, and one charge of each pixel for accumulating charges generated by the photoelectric conversion. An imaging method comprising setting an accumulation time to 10 milliseconds.
XYマトリクス状に配置される複数の画素に対応して形成された、入射光に応じて電荷が発生する光電変換部に対して画像フレーム読出し制御信号を送出する回路であって、
Y行のアドレスを選択して当該Y行に含まれる画素を駆動する行選択部およびX列のアドレスを選択して当該X列に含まれる画素からの信号を読み出す列並列読み出し部を含む画像フレーム読出し部を備えた、CMOS型のスーパーハイビジョン規格の撮像装置における画像フレーム読出し制御回路において、
前記複数の画素は、X方向に7680画素でY方向に4320画素、またはX方向に3840画素でY方向に2160画素のいずれかに設定され、
前記画像フレーム読出し部による画像フレームの読出し操作は、非プログレッシブ方式を用い、分割画像フレーム間隔を8.333ミリ秒または8.342ミリ秒のいずれかに設定するとともに、前記光電変換部における各画素の1電荷蓄積時間を10ミリ秒に設定し得るように、前記複数の画素に対応する、少なくとも蓄積開始指示信号および蓄積終了指示信号を、前記画像フレーム読出し部から前記光電変換部に向けて所定の順序で出力することを特徴とする画像フレーム読出し制御回路。
A circuit, which is formed corresponding to a plurality of pixels arranged in an XY matrix, and transmits an image frame read control signal to a photoelectric conversion unit that generates electric charge according to incident light,
An image frame including a column parallel readout unit which selects an address of a Y row and drives a pixel included in the Y row and selects an address of an X column and reads a signal from the pixel included in the X column In an image frame readout control circuit in a CMOS type super high vision standard imaging device including a readout unit,
The plurality of pixels are set to any of 7680 pixels in the X direction and 4320 pixels in the Y direction, or 3840 pixels in the X direction and 2160 pixels in the Y direction,
The image frame readout operation by the image frame readout unit uses a non-progressive method and sets the divided image frame interval to either 8.333 milliseconds or 8.342 milliseconds, and each pixel in the photoelectric conversion unit In order to set one charge accumulation time of 10 ms, at least an accumulation start instruction signal and an accumulation end instruction signal corresponding to the plurality of pixels are specified from the image frame reading unit to the photoelectric conversion unit. An image frame readout control circuit for outputting in the order of
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