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JP6765952B2 - Image sensor control device, its control method, control program, and image sensor - Google Patents
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Image sensor control device, its control method, control program, and image sensor Download PDF

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Description

本発明は、撮像素子制御装置、その制御方法、および制御プログラム、並びに撮像装置に関し、特に、相関二重サンプリングを行う撮像素子制御装置に関する。 The present invention relates to an image sensor control device, a control method thereof, a control program, and an image pickup device, and more particularly to an image sensor control device that performs correlated double sampling.

一般に、デジタルカメラなどの撮像装置で用いられるCMOSイメージセンサでは、黒レベルの基準となる遮光画素(OB画素)と入射光に応じた画像信号を出力する開口画素とを有している。そして、OB画素は、開口画素の出力レベルを黒レベルに基づいて補正するための補正値取得領域として用いられる。 Generally, a CMOS image sensor used in an imaging device such as a digital camera has a light-shielding pixel (OB pixel) that serves as a reference for a black level and an aperture pixel that outputs an image signal according to incident light. Then, the OB pixel is used as a correction value acquisition region for correcting the output level of the aperture pixel based on the black level.

ところが、OB画素が所謂ランダムノイズの影響を受けて、OB画素で得られる補正値における誤差が大きくなると、OB画素の出力に基づいて開口画素の出力を補正した際、パターンノイズが生じて画質が劣化することがある。 However, when the OB pixel is affected by so-called random noise and the error in the correction value obtained by the OB pixel becomes large, when the output of the aperture pixel is corrected based on the output of the OB pixel, pattern noise occurs and the image quality is improved. May deteriorate.

上述のようなランダムノイズの影響を低減する撮像装置として、例えば、特許文献1に記載の撮像装置が知られている。 As an image pickup device that reduces the influence of random noise as described above, for example, the image pickup device described in Patent Document 1 is known.

特許文献1に規定の撮像装置で用いられるCMOSイメージセンサでは、列毎にAD変換部を有するカラム処理部が備えられている。そして、カラム処理部において画素のリセットレベルと信号レベルとを各々複数回ADサンプリングして、その結果を平均化する。これによって、画素およびAD変換部で生じるランダムノイズを低減している。 The CMOS image sensor used in the image pickup apparatus specified in Patent Document 1 is provided with a column processing unit having an AD conversion unit for each column. Then, the column processing unit AD-samples the pixel reset level and the signal level a plurality of times, and averages the results. As a result, random noise generated in the pixels and the AD conversion unit is reduced.

特開2012−4727号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-4727

しかしながら、特許文献1に記載の撮像装置においては、リセットレベルと信号レベルとを複数回ADサンプリングしているので、画像信号の読み出し時間が不可避的に増加する。この結果、撮影が完了するまでの時間が増加することになる。一方、読み出し時間を低減しようとしてサンプリングを行うと、サンプリングによるノイズ低減効果を十分に得ることができない。 However, in the image pickup apparatus described in Patent Document 1, since the reset level and the signal level are AD-sampled a plurality of times, the reading time of the image signal inevitably increases. As a result, the time until the shooting is completed will increase. On the other hand, if sampling is performed in an attempt to reduce the readout time, the noise reduction effect of sampling cannot be sufficiently obtained.

そこで、本発明の目的は、画像信号の読み出し時間が増加することなく、ランダムノイズによる影響を低減して画質が劣化することのない撮像素子制御装置、その制御方法、および制御プログラム、並びに撮像装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is an image sensor control device, a control method thereof, a control program, and an image pickup device, which do not increase the reading time of an image signal, reduce the influence of random noise, and do not deteriorate the image quality. Is to provide.

上記の目的を達成するため、本発明による撮像素子制御装置は、複数の画素が2次元マトリックス状に配列され、光を受光する第1の画素領域と、遮光された第2の画素領域とを有する撮像素子について前記画素の読み出し制御を行う撮像素子制御装置であって、前記第1の画素領域の画素について読み出し制御を行って得られた第1の画素信号についてAD変換を行い、前記第2の画素領域の画素について読み出し制御を行って得られた第2の画素信号についてAD変換を行う読み出し手段と、前記読み出し手段を制御して前記第1の画素信号についてAD変換を1回行わせる間、前記第2の画素信号についてAD変換を複数回行わせる制御手段と、前記複数回のAD変換によるAD変換結果を加算平均する演算手段と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, in the image pickup element control device according to the present invention, a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional matrix, and a first pixel region that receives light and a second pixel region that is shielded from light are provided. An image pickup element control device that performs readout control of the pixels of the image pickup element, the first pixel signal obtained by readout control of the pixels in the first pixel region is subjected to AD conversion, and the second While the reading means that performs AD conversion on the second pixel signal obtained by performing reading control on the pixels in the pixel region of No. 1 and the reading means that controls the reading means to perform AD conversion once on the first pixel signal. The second pixel signal is characterized by having a control means for performing AD conversion a plurality of times, and a calculation means for adding and averaging the AD conversion results obtained by the plurality of AD conversions.

本発明によれば、画像信号の読み出し時間の増加を防止して、ランダムノイズによる影響を低減して画質の劣化を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent an increase in the reading time of an image signal, reduce the influence of random noise, and reduce the deterioration of image quality.

本発明の第1の実施形態に係る撮像素子制御装置が用いられる撮像装置の一例についてその構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of an example of the image pickup apparatus which uses the image pickup element control apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1に示す画素についてその構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure about the pixel shown in FIG. 図2に示す画素の読み出し動作を説明するためのタイミング図である。It is a timing diagram for demonstrating the pixel reading operation shown in FIG. 図1に示す列回路についてその構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the column circuit shown in FIG. 図4に示す列回路においてOB領域に備えられたOB画素の信号読み出しに応じた動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation corresponding to the signal reading of the OB pixel provided in the OB region in the column circuit shown in FIG. 図4に示す列回路において開口画素領域に備えられた開口画素の信号読み出しに応じた動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation corresponding to the signal reading of the aperture pixel provided in the aperture pixel region in the column circuit shown in FIG. 本発明の第2の実施形態に係るカメラで用いられる撮像素子における画素の構成についてその一例を示す図である。It is a figure which shows an example about the structure of the pixel in the image sensor used in the camera which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図7に示す画素の読み出し動作を説明するためのタイミング図である。It is a timing diagram for demonstrating the pixel reading operation shown in FIG. 7. 本発明の第2の実施形態に係るカメラで用いられる列回路においてOB領域に備えられたOB画素の信号読み出しに応じた動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation corresponding to the signal reading of the OB pixel provided in the OB region in the column circuit used by the camera which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るカメラで用いられる列回路において開口画素領域に備えられた開口画素の信号読み出しに応じた動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation corresponding to the signal reading of the aperture pixel provided in the aperture pixel region in the row circuit used by the camera which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

以下に、本発明の実施の形態による撮像素子制御装置の一例について図面を参照して説明する。 An example of the image sensor control device according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る撮像素子制御装置が用いられる撮像装置の一例についてその構成を示すブロック図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an example of an image pickup device in which the image pickup device control device according to the first embodiment of the present invention is used.

図示の撮像装置は、例えば、デジタルカメラ(以下単にカメラと呼ぶ)100であり、複数の画素104が2次元マトリックス状に配列された画素部101を備えている。画素104には、光学的に遮光され黒レベルの基準となる画素であるOB画素105と入射光を受光して当該入射光に応じた信号(画素信号)を出力する開口画素106とがある。画素部101はOB領域102および開口画素領域103を有しており、OB領域102においてはOB画素105が2次元マトリックス状に配列されている。また、開口画素領域103においては、開口画素106が2次元マトリックス状に配列されている。 The illustrated imaging device is, for example, a digital camera (hereinafter, simply referred to as a camera) 100, and includes a pixel portion 101 in which a plurality of pixels 104 are arranged in a two-dimensional matrix. The pixel 104 includes an OB pixel 105, which is optically shaded and serves as a reference for a black level, and an aperture pixel 106, which receives incident light and outputs a signal (pixel signal) corresponding to the incident light. The pixel unit 101 has an OB region 102 and an aperture pixel region 103, and in the OB region 102, the OB pixels 105 are arranged in a two-dimensional matrix. Further, in the aperture pixel region 103, the aperture pixels 106 are arranged in a two-dimensional matrix.

さらに、カメラ100は、垂直走査回路108、垂直信号線107、列回路109、および列回路制御部110を備えている。垂直走査回路108は、画素信号を出力する画素104を選択して順次走査して、その画素信号を垂直信号線107に出力する。列回路109は、列回路制御部110の制御下で垂直信号線107に出力された画素信号を列毎に処理する。 Further, the camera 100 includes a vertical scanning circuit 108, a vertical signal line 107, a column circuit 109, and a column circuit control unit 110. The vertical scanning circuit 108 selects and sequentially scans the pixels 104 that output the pixel signals, and outputs the pixel signals to the vertical signal line 107. The column circuit 109 processes the pixel signal output to the vertical signal line 107 for each column under the control of the column circuit control unit 110.

また、カメラ100は、水平走査回路111、タイミング制御部112、および出力部113を有している。水平走査回路111は列回路109で処理された画素信号を列毎に順次読み出す。タイミング制御部112は、垂直走査回路108および水平走査回路111の動作のタイミングを制御して、出力部113から画像信号を出力する。 Further, the camera 100 has a horizontal scanning circuit 111, a timing control unit 112, and an output unit 113. The horizontal scanning circuit 111 sequentially reads out the pixel signals processed by the column circuit 109 for each column. The timing control unit 112 controls the operation timing of the vertical scanning circuit 108 and the horizontal scanning circuit 111, and outputs an image signal from the output unit 113.

列回路制御部110は、後述するように、第1のスイッチ信号P_SW1、第2のスイッチ信号P_SW2、第3のスイッチ信号P_SW3、第4のスイッチ信号P_SW4、および第5のスイッチ信号P_SW5を列回路109に出力する。また、列回路制御部110は、ランプ信号Vramp、基準電圧Vref、カウントリセット信号P_rst_count、およびクロックCLKを列回路109に出力する。 As will be described later, the column circuit control unit 110 queues the first switch signal P_SW1, the second switch signal P_SW2, the third switch signal P_SW3, the fourth switch signal P_SW4, and the fifth switch signal P_SW5. Output to 109. Further, the column circuit control unit 110 outputs a lamp signal Vram, a reference voltage Vref, a count reset signal P_rst_count, and a clock CLK to the column circuit 109.

図2は、図1に示す画素についてその構成の一例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the pixels shown in FIG.

画素104はフォトダイオード(PD:光電変換部)201、浮遊拡散層202、画素トランジスタ203、選択トランジスタ204、転送トランジスタ205、およびリセットトランジスタ206を有している。PD201は光電変換によって入射光に応じた電荷を出力する。転送トランジスタ205はPD201の電荷を浮遊拡散層202に転送する。浮遊拡散層202は電荷を電圧に変換する。画素トランジスタ203は浮遊拡散層202の電圧に応じた電圧信号を画素信号として出力する。選択トランジスタ204は画素トランジスタ203を選択的に垂直信号線107に接続する。リセットトランジスタ106は浮遊拡散層202の電荷をリセットするためのトランジスタである。 The pixel 104 includes a photodiode (PD: photoelectric conversion unit) 201, a floating diffusion layer 202, a pixel transistor 203, a selection transistor 204, a transfer transistor 205, and a reset transistor 206. The PD201 outputs an electric charge according to the incident light by photoelectric conversion. The transfer transistor 205 transfers the electric charge of the PD 201 to the floating diffusion layer 202. The floating diffusion layer 202 converts the charge into a voltage. The pixel transistor 203 outputs a voltage signal corresponding to the voltage of the floating diffusion layer 202 as a pixel signal. The selection transistor 204 selectively connects the pixel transistor 203 to the vertical signal line 107. The reset transistor 106 is a transistor for resetting the electric charge of the floating diffusion layer 202.

選択トランジスタ204、転送トランジスタ205、およびリセットトランジスタ206には垂直走査回路108からそれぞれ選択信号SEL、転送信号TX、およびリセット信号RESが送られる。ここでは、画素トランジスタ203から垂直信号線107に出力される画素信号をVpixとする。 The selection signal SEL, the transfer signal TX, and the reset signal RES are sent from the vertical scanning circuit 108 to the selection transistor 204, the transfer transistor 205, and the reset transistor 206, respectively. Here, the pixel signal output from the pixel transistor 203 to the vertical signal line 107 is referred to as Vpix.

図3は、図2に示す画素の読み出し動作を説明するためのタイミング図である。 FIG. 3 is a timing diagram for explaining the pixel reading operation shown in FIG.

期間T300において、タイミング制御部112の制御下で垂直走査回路108は転送信号TXおよびリセット信号RESをハイレベル(Hレベル)とする。これによって、転送トランジスタ205およびリセットトランジスタ206がオン状態となって、PD201および浮遊拡散層202は電源電圧VDDに応じた電位にリセットされる。 In the period T300, the vertical scanning circuit 108 sets the transfer signal TX and the reset signal RES to a high level (H level) under the control of the timing control unit 112. As a result, the transfer transistor 205 and the reset transistor 206 are turned on, and the PD 201 and the stray diffusion layer 202 are reset to potentials corresponding to the power supply voltage VDD.

T301期間において、画素部101に光が入射し、電荷の蓄積が行われる。ここでは、タイミング制御部112の制御下で、垂直走査回路108は選択信号SELをHレベルとする。これによって、選択トランジスタ204がオン状態となって、リセットレベルが垂直出力線107を介して画素信号Vpixとして出力される。この際の画素信号VpixをN信号とする。 During the T301 period, light is incident on the pixel unit 101 to accumulate electric charges. Here, under the control of the timing control unit 112, the vertical scanning circuit 108 sets the selection signal SEL to the H level. As a result, the selection transistor 204 is turned on, and the reset level is output as the pixel signal Vpix via the vertical output line 107. The pixel signal Vpix at this time is an N signal.

T302期間において、垂直走査回路108は転送信号TXをHレベルとする。これによって、転送トランジスタ205がオン状態となって、PD201に蓄積された電荷が浮遊拡散層202に転送される。そして、PD201に蓄積された電荷に、浮遊拡散層202で保持されたリセットレベルを加算した画素信号Vpixが画素トランジスタ203および選択トランジスタ204を介して垂直信号線107に出力される。この際の画素信号VpixをS信号とする。 In the T302 period, the vertical scanning circuit 108 sets the transfer signal TX to the H level. As a result, the transfer transistor 205 is turned on, and the electric charge accumulated in the PD 201 is transferred to the floating diffusion layer 202. Then, the pixel signal Vpix obtained by adding the reset level held by the floating diffusion layer 202 to the electric charge accumulated in the PD 201 is output to the vertical signal line 107 via the pixel transistor 203 and the selection transistor 204. The pixel signal Vpix at this time is an S signal.

図4は、図1に示す列回路についてその構成の一例を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of the column circuit shown in FIG.

列回路109は、比較器402、カウンタ403、OR回路OG1を備えるAD変換部404、および増幅器401を有している。さらに、列回路109は、第1〜第5のスイッチSW1〜SW5、クランプ容量素子Cclmp、およびサンプルホールド容量素子C_Vpix1およびC_Vpix2を有する。第1〜第5のスイッチSW1〜SW5はそれぞれ第1のスイッチ信号P_SW1〜P_SW5によってオンオフ制御される。 The column circuit 109 includes a comparator 402, a counter 403, an AD conversion unit 404 including an OR circuit OG1, and an amplifier 401. Further, the column circuit 109 includes first to fifth switches SW1 to SW5, a clamp capacitance element Cclmp, and sample hold capacitance elements C_Vpix1 and C_Vpix2. The first to fifth switches SW1 to SW5 are on / off controlled by the first switch signals P_SW1 to P_SW5, respectively.

増幅器401には画素部101から垂直信号線107を介して画素信号Vpixが入力される。そして、増幅器401は画素信号Vpixを増幅して、増幅信号Vpix_ampを出力する。第1〜第4のスイッチSW1〜SW4のオンオフ制御に応じて、サンプルホールド容量素子C_Vpix1およびC_Vpix2は増幅信号Vpix_ampをサンプルホールドして、サンプルホールド信号Vpix_shとして出力する。 A pixel signal Vpix is input to the amplifier 401 from the pixel unit 101 via the vertical signal line 107. Then, the amplifier 401 amplifies the pixel signal Vpix and outputs the amplified signal Vpix_amp. In response to the on / off control of the first to fourth switches SW1 to SW4, the sample hold capacitance elements C_Vpix1 and C_Vpix2 sample-hold the amplification signal Vpix_amp and output it as the sample hold signal Vpix_sh.

比較器402にはサンプルホールド信号Vpix_shが入力される。さらに、比較器402には、第5のスイッチSW5のオンオフ制御に応じて、ランプ信号Vrampがクランプ容量素子Cclmpを介してランプ信号Vcompとして入力される。図示のように、比較器402の一方の入力端にはサンプルホールド信号Vpix_shが入力され、他方の入力端にはランプ信号Vcompが入力される。そして、比較器402はその比較結果を比較結果信号CMPとしてOR回路OG1に出力する。 The sample hold signal Vpix_sh is input to the comparator 402. Further, a lamp signal Vramp is input to the comparator 402 as a lamp signal Vcomp via the clamp capacitance element Cclmp according to the on / off control of the fifth switch SW5. As shown, the sample hold signal Vpix_sh is input to one input end of the comparator 402, and the lamp signal Vcomp is input to the other input end. Then, the comparator 402 outputs the comparison result as a comparison result signal CMP to the OR circuit OG1.

さらに、OR回路OG1には、第5のスイッチ信号P_SW5が入力されており、OR回路OG1は比較結果信号CMPおよび第5のスイッチ信号P_SW5を論理和したOR信号をカウンタ403に出力する。カウンタ403はOR信号がLレベルである期間において、つまり、比較結果信号CMPおよび第5のスイッチ信号P_SW5がLレベルの期間にクロックCLKに基づいてカウントを行う。そして、カウンタ403はカウント結果をカウント信号として出力する。 Further, a fifth switch signal P_SW5 is input to the OR circuit OG1, and the OR circuit OG1 outputs an OR signal that is the OR of the comparison result signal CMP and the fifth switch signal P_SW5 to the counter 403. The counter 403 counts based on the clock CLK during the period when the OR signal is at the L level, that is, during the period when the comparison result signal CMP and the fifth switch signal P_SW5 are at the L level. Then, the counter 403 outputs the count result as a count signal.

なお、カウンタ403は、カウントリセット信号P_rst_countに応じてカウント結果をリセットする。 The counter 403 resets the count result in response to the count reset signal P_rst_count.

図5は、図4に示す列回路においてOB領域に備えられたOB画素の信号読み出しに応じた動作を説明するための図である。 FIG. 5 is a diagram for explaining an operation in response to signal reading of OB pixels provided in the OB region in the column circuit shown in FIG.

図示の例では、OB画素105の信号レベルは小さいので、複数回のAD変換が行われる。また、第1〜第5のスイッチ信号P_SW1〜P_SW5がHレベルの際に第1〜第5のスイッチSW1〜SW5はオンし、第1〜第5のスイッチ信号P_SW1〜P_SW5がLレベルの際に第1〜第5のスイッチSW1〜SW5はオフする。なお、図5において省略されているが、ランプ信号Vrampは期間T506〜T528において単調増加する。 In the illustrated example, since the signal level of the OB pixel 105 is small, AD conversion is performed a plurality of times. Further, when the first to fifth switch signals P_SW1 to P_SW5 are at H level, the first to fifth switches SW1 to SW5 are turned on, and when the first to fifth switch signals P_SW1 to P_SW5 are at L level. The first to fifth switches SW1 to SW5 are turned off. Although omitted in FIG. 5, the lamp signal Vramp monotonically increases during the periods T506 to T528.

期間T500において、列回路制御部110は、カウンタリセット信号P_rst_countがHレベルとして、カウンタ403をリセットする。さらに、列回路制御部110は、第5のスイッチ信号P_SW5をHレベルとして、第5のスイッチSW5をオンとする。これによって、ランプ信号Vcompが基準電圧Vrefにクランプされる。さらに、第5のスイッチ信号P_SW5がHレベルとなると、OR回路OG1の出力がHレベルとなり、カウンタ403はカウント動作を停止する。 In the period T500, the column circuit control unit 110 resets the counter 403 with the counter reset signal P_rst_count as the H level. Further, the column circuit control unit 110 sets the fifth switch signal P_SW5 to the H level and turns on the fifth switch SW5. As a result, the lamp signal Vcomp is clamped to the reference voltage Vref. Further, when the fifth switch signal P_SW5 reaches the H level, the output of the OR circuit OG1 becomes the H level, and the counter 403 stops the counting operation.

続いて、期間T501期間において、垂直走査回路108によって選択された画素行からN信号が出力される。これによって、増幅信号Vpix_ampが変化する。さらに、列回路制御部110は、第1のスイッチ信号P_SW1をHレベルとしてスイッチSW1をオンとする。これによって、増幅信号Vpix_ampがサンプルホールド容量素子C_Vpix1でサンプルホールドされる。以下、増幅信号Vpix_ampをAMP_N信号とする。 Subsequently, in the period T501, the N signal is output from the pixel row selected by the vertical scanning circuit 108. As a result, the amplified signal Vpix_amp changes. Further, the column circuit control unit 110 turns on the switch SW1 with the first switch signal P_SW1 as the H level. As a result, the amplified signal Vpix_amp is sample-held by the sample hold capacitance element C_Vpix1. Hereinafter, the amplified signal Vpix_amp will be referred to as an AMP_N signal.

期間T502において、列回路制御部110は、第2のスイッチ信号P_SW2をHレベルとしてスイッチSW2をオンとする。これによって、サンプルホールド容量素子C_Vpix1にサンプルホールドされたAMP_N信号が比較器402に入力される。そして、比較器402はランプ信号VcompとAMP_N信号とを比較して比較結果信号CMPを出力する。 In the period T502, the column circuit control unit 110 turns on the switch SW2 with the second switch signal P_SW2 as the H level. As a result, the AMP_N signal sample-held by the sample-hold capacitive element C_Vpix1 is input to the comparator 402. Then, the comparator 402 compares the lamp signal Vcomp with the AMP_N signal and outputs the comparison result signal CMP.

なお、期間T502においては、ランプ信号Vcompの電位(電圧)はAMP_N信号の電位よりも低いので、比較結果信号CMPはLレベルとなる。 In the period T502, the potential (voltage) of the lamp signal Vcomp is lower than the potential of the AMP_N signal, so that the comparison result signal CMP becomes the L level.

さらに、列回路制御部110は、第5のスイッチ信号P_SW5をLレベルとする。これによって、比較結果信号CMPおよび第5のスイッチ信号P_SW5に応じて、OR回路OG1はLレベルのOR信号を出力する。この結果、期間T502において、第5のスイッチ信号P_SW5がLレベルとなったタイミングで、カウンタ403はカウント動作を開始する。 Further, the column circuit control unit 110 sets the fifth switch signal P_SW5 to the L level. As a result, the OR circuit OG1 outputs an L-level OR signal in response to the comparison result signal CMP and the fifth switch signal P_SW5. As a result, in the period T502, the counter 403 starts the counting operation at the timing when the fifth switch signal P_SW5 reaches the L level.

期間T503において、ランプ信号Vcompの電位がAMP_N信号の電位よりも高くなるので、比較器402の出力である比較結果信号CMPはHレベルとなる。よって、OR回路OG1はHレベルのOR信号を出力するので、カウンタ403はカウント動作を停止する。 In the period T503, the potential of the lamp signal Vcomp becomes higher than the potential of the AMP_N signal, so that the comparison result signal CMP, which is the output of the comparator 402, becomes the H level. Therefore, since the OR circuit OG1 outputs an H level OR signal, the counter 403 stops the counting operation.

なお、この際、カウンタ403は、後述するように、複数回AD変換した結果を加算して出力するため、そのカウント値を保持する。 At this time, as will be described later, the counter 403 adds and outputs the result of AD conversion a plurality of times, and therefore holds the count value.

期間T504期間において、列回路制御部110は、第5のスイッチ信号P_SW5をLレベルして、第5のスイッチSW5をオンとする。これによって、ランプ信号Vrampは基準電位Vrefにリセットされ、基準電圧Vrefにクランプされる。また、第5のスイッチ信号P_SW5がHレベルであるので、OR回路OG1はOR信号をHレベルに維持する。この結果、カウンタ403は動作を停止した状態を維持する。 During the period T504, the column circuit control unit 110 sets the fifth switch signal P_SW5 to L level and turns on the fifth switch SW5. As a result, the lamp signal Vlamp is reset to the reference potential Vref and clamped to the reference voltage Vref. Further, since the fifth switch signal P_SW5 is at H level, the OR circuit OG1 maintains the OR signal at H level. As a result, the counter 403 maintains the stopped operation state.

期間T505において、垂直走査回路108は転送信号TXをHレベルとして転送トランジスタ205をオンとする。これによって、垂直信号線107を介して増幅器401にS信号が出力される。また、列回路制御部110は、第3のスイッチ信号P_SW3をHレベルとして第3のスイッチSW3をオンとする。この結果、S信号はサンプルホールド容量素子C_Vpix2にサンプルホールドされて、増幅信号Vpix_ampがAMP_S信号として出力される。 In the period T505, the vertical scanning circuit 108 turns on the transfer transistor 205 with the transfer signal TX as the H level. As a result, the S signal is output to the amplifier 401 via the vertical signal line 107. Further, the column circuit control unit 110 turns on the third switch SW3 with the third switch signal P_SW3 as the H level. As a result, the S signal is sample-held by the sample hold capacitance element C_Vpix2, and the amplified signal Vpix_amp is output as an AMP_S signal.

期間T506〜T507においては、前述の期間T502〜T503と同様の動作が行われる。なお、ここでは、カウンタ403は期間T503において保持したカウント値からカウントの開始および停止を行うので、結果的にAD変換結果が加算されることになる。 In the periods T506 to T507, the same operation as the above-mentioned periods T502 to T503 is performed. Here, since the counter 403 starts and stops counting from the count value held in the period T503, the AD conversion result is added as a result.

期間T508期間において、列回路制御部110は第5のスイッチ信号P_SW5をHレベルとしてスイッチSW5をオンとする。これによって、前述のように、ランプ信号Vcompが基準電圧Vrefにクランプされる。 During the period T508, the column circuit control unit 110 turns on the switch SW5 with the fifth switch signal P_SW5 as the H level. As a result, as described above, the lamp signal Vcomp is clamped to the reference voltage Vref.

期間T509〜T516期間においては、期間T506〜T508と同様の動作が繰り返して行われる。なお、期間T516においてカウンタ403が保持するカウント値はAMP_N信号を複数回AD変換した結果を加算したものであり、演算回路に(図示せず)よって当該加算結果をAD変換した回数で除算して平均化する。 In the period T509 to T516, the same operation as in the periods T506 to T508 is repeated. The count value held by the counter 403 in the period T516 is the sum of the results of AD conversion of the AMP_N signal a plurality of times, and the addition result is divided by the number of AD conversions by the arithmetic circuit (not shown). Average.

期間T517において、列回路制御部110はカウンタリセット信号P_rst_countをHレベルとして、カウンタ403のカウント値を初期値にリセットする。さらに、列回路制御部110は第4のスイッチ信号P_SW4をHレベルとしてスイッチSW4をオンとする。これによって、サンプルホールド容量素子C_Vpix2にサンプルホールドされたAMP_S信号が比較器402に入力される。 In the period T517, the column circuit control unit 110 resets the count value of the counter 403 to the initial value with the counter reset signal P_rst_count as the H level. Further, the column circuit control unit 110 turns on the switch SW4 with the fourth switch signal P_SW4 as the H level. As a result, the AMP_S signal sample-held by the sample-hold capacitance element C_Vpix2 is input to the comparator 402.

期間T518〜T528においては、期間T506〜T516と同様の動作がAMP_S信号に対して行われる。なお、期間T528においてカウンタ403が保持するカウント値はAMP_S信号を複数回AD変換した結果を加算したものであり、演算回路によって当該加算結果をAD変換した回数で除算して平均化する。 In the periods T518 to T528, the same operation as in the periods T506 to T516 is performed on the AMP_S signal. The count value held by the counter 403 in the period T528 is the sum of the results of AD conversion of the AMP_S signal a plurality of times, and the addition result is divided by the number of AD conversions by the arithmetic circuit and averaged.

期間T529において、列回路制御部110は、カウンタリセット信号P_rst_countをHレベルとして、カウンタ403のカウント値を初期値にリセットする。そして、期間T529において、選択された行の読み出しの動作が完了し、垂直走査回路108によって次の行が選択されて同様の動作が行われる。 In the period T529, the column circuit control unit 110 resets the count value of the counter 403 to the initial value with the counter reset signal P_rst_count as the H level. Then, in the period T529, the operation of reading the selected row is completed, the next row is selected by the vertical scanning circuit 108, and the same operation is performed.

図6は、図4に示す列回路において開口画素領域に備えられた開口画素の信号読み出しに応じた動作を説明するための図である。なお、図6において省略されているが、ランプ信号Vrampは期間T606〜T607において単調増加する。 FIG. 6 is a diagram for explaining an operation in response to signal reading of an aperture pixel provided in an aperture pixel region in the column circuit shown in FIG. Although omitted in FIG. 6, the lamp signal Vramp monotonically increases during the periods T606 to T607.

期間T600〜603においては、図5で説明した期間T500〜T503と同様の動作が行われる。なお、期間T603において、カウンタ403が保持するカウント値がAMP_N信号に応じたデジタル信号である。 In the periods T600 to 603, the same operation as in the periods T500 to T503 described with reference to FIG. 5 is performed. In the period T603, the count value held by the counter 403 is a digital signal corresponding to the AMP_N signal.

期間T604において、列回路制御部110は、第5のスイッチ信号P_SW5をHレベルとして第5のスイッチSW5をオンとする。これによって、ランプ信号Vrampがリセットされて、基準電圧Vrefにクランプされる。また、第5のスイッチ信号P_SW5がHレベルであるので、OR回路OG1の出力であるOR信号はHレベルが維持されて、カウンタ403は動作を停止した状態である。 In the period T604, the column circuit control unit 110 turns on the fifth switch SW5 with the fifth switch signal P_SW5 as the H level. As a result, the lamp signal Vlamp is reset and clamped to the reference voltage Vref. Further, since the fifth switch signal P_SW5 is at H level, the OR signal, which is the output of the OR circuit OG1, is maintained at H level, and the counter 403 is in a state of being stopped.

期間T605においては、図5で説明した期間T505と同様の動作が行われる。また、期間T606においては、期間T602でAMP_N信号に対して行われた動作がAMP_S信号について行われる。期間T607においては、期間T603と同様の動作が行われる。この際、カウンタ403が保持するカウント値がAMP_S信号に応じたデジタル信号となる。 In the period T605, the same operation as in the period T505 described with reference to FIG. 5 is performed. Further, in the period T606, the operation performed on the AMP_N signal in the period T602 is performed on the AMP_S signal. In the period T607, the same operation as in the period T603 is performed. At this time, the count value held by the counter 403 becomes a digital signal corresponding to the AMP_S signal.

期間T610においては、列回路制御部110は、カウンタリセット信号P_rst_countをHレベルとして、カウンタ403のカウント値を初期値にリセットする。期間T610において、選択された行の読み出しの動作が完了して、垂直走査回路108によって次の行が選択されて同様の動作が行われる。なお、図6において、期間T500〜T529は図5に示す期間T500〜T529と同様の期間である。 In the period T610, the column circuit control unit 110 resets the count value of the counter 403 to the initial value with the counter reset signal P_rst_count as the H level. In the period T610, the operation of reading the selected row is completed, the next row is selected by the vertical scanning circuit 108, and the same operation is performed. In FIG. 6, the periods T500 to T529 are the same periods as the periods T500 to T529 shown in FIG.

上述の説明から明らかなように、開口画素領域103におけるS信号についてAD変換を開始するタイミングでは、OB領域102におけるN信号について複数回のAD変換が行われる。 As is clear from the above description, at the timing of starting the AD conversion for the S signal in the aperture pixel region 103, the AD conversion is performed a plurality of times for the N signal in the OB region 102.

ここで、上述のカメラにおけるノイズの低減効果とAD変換回数の決定について説明する。 Here, the noise reduction effect and the determination of the AD conversion number in the above-mentioned camera will be described.

図示のカメラで用いられる相関二重サンプリングにおいて、複数回サンプリングのノイズ低減効果は誤差伝搬よって次の式(1)で与えられる。 In the correlated double sampling used in the illustrated camera, the noise reduction effect of multiple samplings is given by the following equation (1) by error propagation.

Figure 0006765952
Figure 0006765952

式(1)において、σmultiは複数回サンプリングを行った際のノイズレベルを示し、σsingleは複数回サンプリングを行わない際のノイズレベルを示す。また、lおよびmはそれぞれAMP_N信号およびAMP_S信号のサンプリング回数を示す。 In the equation (1), σmulti indicates the noise level when sampling is performed multiple times, and σsingle indicates the noise level when sampling is not performed multiple times. Further, l and m indicate the number of sampling times of the AMP_N signal and the AMP_S signal, respectively.

式(1)から、AMP_N信号およびAMP_S信号のサンプリング回数の合計が一定である条件下においては、サンプリング回数lおよびmが等しい場合に、複数回サンプリングによるランダムノイズの低減効果が最大となる。 From the equation (1), under the condition that the total number of samplings of the AMP_N signal and the AMP_S signal is constant, the effect of reducing random noise by multiple samplings is maximized when the sampling times l and m are equal.

一方、同一の条件において、サンプリング回数lおよびmのいずれか一方が1である場合、複数回サンプリングによるランダムノイズの低減効果は最小となる。 On the other hand, under the same conditions, when either one of the sampling times l and m is 1, the effect of reducing random noise by multiple samplings is minimized.

例えば、OB領域102におけるAMP_N信号およびAMP_S信号のサンプリング回数の合計を9回とする。この場合、相関二重サンプリングにおいて複数回サンプリングを行った際のノイズ低減効果が最大となるように、AMP_N信号のサンプリング回数を5回、AMP_S信号のサンプリング回数を4回とする。なお、このサンプリング回数は一例であり、この例には限定されない。 For example, the total number of sampling times of the AMP_N signal and the AMP_S signal in the OB region 102 is 9 times. In this case, the number of samplings of the AMP_N signal is set to 5 and the number of samplings of the AMP_S signal is set to 4 so that the noise reduction effect when sampling is performed a plurality of times in the correlated double sampling is maximized. The number of samplings is an example, and is not limited to this example.

さらに、撮像条件(例えば、高感度時、長秒露光時、又は高温環境)などの変化で、遮光されているにも拘わらず、OB領域102におけるS信号の信号レベルが高くなることがある。このような場合には、AD変換におけるダイナミックレンジを変更して、AMP_N信号およびAMP_S信号の合計AD変換回数を変更するようにしてもよい。 Further, due to changes in imaging conditions (for example, high sensitivity, long exposure, or high temperature environment), the signal level of the S signal in the OB region 102 may increase even though the light is shielded. In such a case, the dynamic range in the AD conversion may be changed to change the total number of AD conversions of the AMP_N signal and the AMP_S signal.

このようにして、本発明の第1の実施形態では、開口画素領域から得られた第1の画素信号についてAD変換を1回行わせる間、OB領域から得られた第2の画素信号についてAD変換を複数回行わせる。そして、当該複数回のAD変換によるAD変換結果を加算平均するようにした。これによって、画像信号の読み出しに要する時間の増加を防止しつつ、OB領域におけるランダムノイズが低減される結果、ランダムノイズに起因するパターンノイズの発生を低減することができる。 In this way, in the first embodiment of the present invention, while the AD conversion is performed once for the first pixel signal obtained from the aperture pixel region, AD is performed for the second pixel signal obtained from the OB region. Have the conversion performed multiple times. Then, the AD conversion results obtained by the plurality of AD conversions are added and averaged. As a result, the random noise in the OB region is reduced while preventing an increase in the time required for reading the image signal, and as a result, the generation of pattern noise due to the random noise can be reduced.

[第2の実施形態]
続いて、本発明の第2の実施形態に係るカメラの一例について説明する。なお、第2の実施形態に係るカメラの構成は図1に示すカメラと同様である。
[Second Embodiment]
Subsequently, an example of the camera according to the second embodiment of the present invention will be described. The configuration of the camera according to the second embodiment is the same as that of the camera shown in FIG.

図7は、本発明の第2の実施形態に係るカメラで用いられる撮像素子における画素の構成についてその一例を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing an example of the configuration of pixels in the image sensor used in the camera according to the second embodiment of the present invention.

図7に示す画素104は、図2で説明した画素104と異なり、瞳分割に応じた複数のPD701および702を有している。転送トランジスタ706および707はそれぞれPD701および702の電荷を浮遊拡散層703に転送する。画素トランジスタ704は浮遊拡散層703の電圧に応じた電圧信号を画素信号として出力する。選択トランジスタ705は画素トランジスタ704を選択的に垂直信号線107に接続する。リセットトランジスタ708は浮遊拡散層703の電荷をリセットするためのトランジスタである。 The pixel 104 shown in FIG. 7 has a plurality of PD701 and 702 according to the pupil division, unlike the pixel 104 described in FIG. The transfer transistors 706 and 707 transfer the charges of PD 701 and 702 to the floating diffusion layer 703, respectively. The pixel transistor 704 outputs a voltage signal corresponding to the voltage of the floating diffusion layer 703 as a pixel signal. The selection transistor 705 selectively connects the pixel transistor 704 to the vertical signal line 107. The reset transistor 708 is a transistor for resetting the electric charge of the floating diffusion layer 703.

選択トランジスタ705、転送トランジスタ706および707、およびリセットトランジスタ708には垂直走査回路108からそれぞれ選択信号SEL、転送信号TX_AおよびTX_B、およびリセット信号RESが送られる。 The selection signal SEL, the transfer signals TX_A and TX_B, and the reset signal RES are sent from the vertical scanning circuit 108 to the selection transistor 705, the transfer transistors 706 and 707, and the reset transistor 708, respectively.

図8は、図7に示す画素の読み出し動作を説明するためのタイミング図である。 FIG. 8 is a timing diagram for explaining the pixel reading operation shown in FIG. 7.

期間T800において、垂直走査回路108は転送信号TX_AおよびTX_Bとリセット信号REをHレベルとして、転送トランジスタ706および707とリセットトランジスタ708をオン状態とする。これによって、PD701および702と浮遊拡散層703とは電源電圧VDDに応じた電位にリセットされる。 In the period T800, the vertical scanning circuit 108 sets the transfer signals TX_A and TX_B and the reset signal RE as the H level, and turns on the transfer transistors 706 and 707 and the reset transistor 708. As a result, the PDs 701 and 702 and the floating diffusion layer 703 are reset to potentials corresponding to the power supply voltage VDD.

期間T801において、画素部101に光が入射して、PD701および702における電荷蓄積が開始する。垂直走査回路108は選択信号SELをHレベルとして選択トランジスタ705をオン状態とする。これによって、リセットレベルが垂直出力線107に画素信号Vpixとして出力される。この際の画素信号VpixをN信号とする。 In the period T801, light is incident on the pixel portion 101, and charge accumulation in the PD 701 and 702 starts. The vertical scanning circuit 108 sets the selection signal SEL to the H level and turns on the selection transistor 705. As a result, the reset level is output to the vertical output line 107 as a pixel signal Vpix. The pixel signal Vpix at this time is an N signal.

期間T802において、垂直走査回路108は転送信号TX_AをHレベルとして転送トランジスタA706とオンする。これによって、PD701に蓄積された電荷が浮遊拡散層703に転送される。そして、PD701に蓄積された電荷に、浮遊拡散層703で保持されたリセットレベルを加算した画素信号Vpixが画素トランジスタ704および選択トランジスタ705を介して垂直信号線107に出力される。この際の画素信号VpixをS_A信号とする。 In the period T802, the vertical scanning circuit 108 turns on the transfer transistor A706 with the transfer signal TX_A as the H level. As a result, the electric charge accumulated in the PD 701 is transferred to the floating diffusion layer 703. Then, the pixel signal Vpix obtained by adding the reset level held by the floating diffusion layer 703 to the electric charge accumulated in the PD 701 is output to the vertical signal line 107 via the pixel transistor 704 and the selection transistor 705. The pixel signal Vpix at this time is used as the S_A signal.

期間T803において、垂直走査回路108は転送信号TX_AおよびTX_BをHレベルとして転送トランジスタ706および707をオンとする。これによって、PD701および702に蓄積された電荷が浮遊拡散層703に転送される。そして、PD701および702に蓄積された電荷に、浮遊拡散層703で保持されたリセットレベルを加算した画素信号Vpixが画素トランジスタ704および選択トランジスタ705を介して垂直信号線107に出力される。この際の画素信号VpixをS_AB信号とする。 During period T803, the vertical scanning circuit 108 turns on the transfer transistors 706 and 707 with the transfer signals TX_A and TX_B as H levels. As a result, the charges accumulated in the PDs 701 and 702 are transferred to the floating diffusion layer 703. Then, the pixel signal Vpix obtained by adding the reset level held by the floating diffusion layer 703 to the charges accumulated in the PD 701 and 702 is output to the vertical signal line 107 via the pixel transistor 704 and the selection transistor 705. The pixel signal Vpix at this time is defined as an S_AB signal.

図9は、本発明の第2の実施形態に係るカメラで用いられる列回路においてOB領域に備えられたOB画素の信号読み出しに応じた動作を説明するための図である。なお、第2の実施形態に係るカメラで用いられる列回路の構成は図4に示す列回路と同様である。 FIG. 9 is a diagram for explaining an operation in response to signal reading of OB pixels provided in an OB region in a column circuit used in a camera according to a second embodiment of the present invention. The configuration of the column circuit used in the camera according to the second embodiment is the same as that of the column circuit shown in FIG.

図示の例では、OB画素105の信号レベルは小さいので、複数回のAD変換が行われる。また、図9において省略されているが、ランプ信号Vrampは期間T906〜T917および期間T920〜930において単調増加する。 In the illustrated example, since the signal level of the OB pixel 105 is small, AD conversion is performed a plurality of times. Also, although omitted in FIG. 9, the ramp signal Vram monotonically increases during periods T906-T917 and periods T920-930.

期間T900において、列回路制御部110はカウンタリセット信号P_rst_countをHレベルとしてカウンタ403をリセットする。さらに、列回路制御部110は、第5のスイッチ信号P_SW5をHレベルとしてスイッチSW5をオンとする。これによって、ランプ信号Vcompが基準電圧Vrefにクランプされる。そして、第5のスイッチ信号P_SW5がHレベルとなると、OR回路OG1の出力であるOR信号がHレベルとなって、カウンタ403はカウント動作を停止する。 In the period T900, the column circuit control unit 110 resets the counter 403 with the counter reset signal P_rst_count as the H level. Further, the column circuit control unit 110 turns on the switch SW5 with the fifth switch signal P_SW5 as the H level. As a result, the lamp signal Vcomp is clamped to the reference voltage Vref. Then, when the fifth switch signal P_SW5 reaches the H level, the OR signal, which is the output of the OR circuit OG1, becomes the H level, and the counter 403 stops the counting operation.

期間T901〜T904においては、図5で説明した期間T501〜T504と同様の動作が行われる。 In the periods T901 to T904, the same operation as in the periods T501 to T504 described with reference to FIG. 5 is performed.

期間T905においては、垂直走査回路108は転送信号TX_AをHレベルとして転送トランジスタ706をオンとする。これによって、前述のように、垂直信号線107を介して増幅器401にS_A信号が出力される。さらに、列回路制御部110は、第3のスイッチ信号P_SW3をHレベルとして第3のスイッチSW3をオンとする。これによって、S_A信号がサンプルホールド容量素子C_Vpix2にサンプルホールドされる。なお、ここでは、増幅器401の出力である増幅信号Vpix_ampをAMP_S_A信号とする。 During the period T905, the vertical scanning circuit 108 turns on the transfer transistor 706 with the transfer signal TX_A as the H level. As a result, as described above, the S_A signal is output to the amplifier 401 via the vertical signal line 107. Further, the column circuit control unit 110 turns on the third switch SW3 with the third switch signal P_SW3 as the H level. As a result, the S_A signal is sample-held by the sample-hold capacitance element C_Vpix2. Here, the amplification signal Vpix_amp, which is the output of the amplifier 401, is used as the AMP_S_A signal.

期間T906〜T909においては、図5で説明した期間T506〜T509と同様の動作が行われる。期間T910においては、期間T907と同様の動作が行われる。その際、カウンタ403が保持するカウント値は、AMP_N信号を複数回AD変換した結果を加算したものであり、演算回路によって当該加算結果がAD変換した回数で除算されて平均化される。 In the periods T906 to T909, the same operation as in the periods T506 to T509 described with reference to FIG. 5 is performed. In the period T910, the same operation as in the period T907 is performed. At that time, the count value held by the counter 403 is the sum of the results of AD conversion of the AMP_N signal a plurality of times, and the addition result is divided by the number of AD conversions by the arithmetic circuit and averaged.

期間T911においては、列回路制御部110は、第5のスイッチ信号P_SW5をHレベルとして第5のスイッチSW5をオンとする。これによって、ランプ信号Vcompが基準電圧Vrefでクランプされる。そして、列回路制御部110は、カウンタリセット信号P_rst_countをHレベルとして、カウンタ403のカウント値を初期値にリセットする。 In the period T911, the column circuit control unit 110 turns on the fifth switch SW5 with the fifth switch signal P_SW5 as the H level. As a result, the lamp signal Vcomp is clamped at the reference voltage Vref. Then, the column circuit control unit 110 resets the count value of the counter 403 to the initial value by setting the counter reset signal P_rst_count to the H level.

期間T912において、列回路制御部110は第4のスイッチ信号P_SW4をHレベルとして第4のスイッチSW4をオンとする。これによって、比較器402には、サンプルホールド容量素子C_Vpix2でサンプルホールドされたAMP_S_A信号が入力される。 In the period T912, the column circuit control unit 110 turns on the fourth switch SW4 with the fourth switch signal P_SW4 as the H level. As a result, the AMP_S_A signal sample-held by the sample-hold capacitance element C_Vpix2 is input to the comparator 402.

期間T913〜T916においては、AMP_S_A信号について期間T906〜T909と同様の動作が行われる。期間T917においては、AMP_S_A信号について期間T910期間と同様の動作が行われる。この際、カウンタ403が保持するカウント値はAMP_S_A信号を複数回AD変換した結果を加算したものであり、演算回路によって当該加算結果をAD変換した回数で除算して平均化される。期間T918においては、期間T911と同様の動作が行われる。 In the periods T913 to T916, the same operation as in the periods T906 to T909 is performed for the AMP_S_A signal. In the period T917, the same operation as in the period T910 is performed for the AMP_S_A signal. At this time, the count value held by the counter 403 is the sum of the results of AD conversion of the AMP_S_A signal a plurality of times, and the addition result is divided by the number of AD conversions by the arithmetic circuit and averaged. In the period T918, the same operation as in the period T911 is performed.

期間T919において、列回路制御部110は、転送信号TX_AおよびTX_BをHレベルとして転送トランジスタ706および707をオンとする。これによって、垂直信号線107を介して増幅器401にS_AB信号が出力される。さらに、列回路制御部110は、第1のスイッチSW1および第3のスイッチSW3をオンとして、S_AB信号をサンプルホールド容量素子C_Vpix1でサンプルホールドする。なお、ここでは、増幅器401の出力である増幅信号Vpix_ampをAMP_S_AB信号とする。 In the period T919, the column circuit control unit 110 turns on the transfer transistors 706 and 707 with the transfer signals TX_A and TX_B as H levels. As a result, the S_AB signal is output to the amplifier 401 via the vertical signal line 107. Further, the column circuit control unit 110 turns on the first switch SW1 and the third switch SW3, and sample-holds the S_AB signal by the sample hold capacitance element C_Vpix1. Here, the amplification signal Vpix_amp, which is the output of the amplifier 401, is used as the AMP_S_AB signal.

期間T920〜T931においては、AMP_S_AB信号について図5で説明した期間T518〜T529と同様の動作が行われる。そして、期間T931において、選択された行の読み出しの動作が完了して、垂直走査回路108によって次の行が選択され同様の動作が行われる。 In the periods T920 to T931, the same operation as in the periods T518 to T529 described with reference to FIG. 5 is performed for the AMP_S_AB signal. Then, in the period T931, the operation of reading the selected row is completed, the next row is selected by the vertical scanning circuit 108, and the same operation is performed.

図10は、本発明の第2の実施形態に係るカメラで用いられる列回路において開口画素領域に備えられた開口画素の信号読み出しに応じた動作を説明するための図である。なお、図10においは省略されているが、ランプ信号Vrampは期間T1006〜T1017および期間T1020〜T1030において単調増加する。 FIG. 10 is a diagram for explaining an operation in response to signal reading of an aperture pixel provided in an aperture pixel region in a column circuit used in a camera according to a second embodiment of the present invention. Although the odor is omitted in FIG. 10, the lamp signal Vlamp increases monotonically in the periods T1006 to T1017 and the periods T1020 to T1030.

期間T1001〜T1004においては、図6で説明した期間T601〜T604と同様の動作が行われる。 In the periods T1001 to T1004, the same operation as in the periods T601 to T604 described with reference to FIG. 6 is performed.

期間T1005において、列回路制御部110は、転送信号TX_AをHレベルとして転送トランジスタ706をオンとする。これによって、垂直信号線107を介して増幅器401にS_A信号が出力される。さらに、列回路制御部110は、第3のスイッチ信号P_SW3をHレベルとして第3のスイッチSW3をオンとする。その結果、S_A信号がサンプルホールド容量素子C_Vpix2でサンプルホールドされる。なお、増幅器401の出力である増幅信号Vpix_ampをAMP_S_A信号とする。 In the period T1005, the column circuit control unit 110 turns on the transfer transistor 706 with the transfer signal TX_A as the H level. As a result, the S_A signal is output to the amplifier 401 via the vertical signal line 107. Further, the column circuit control unit 110 turns on the third switch SW3 with the third switch signal P_SW3 as the H level. As a result, the S_A signal is sample-held by the sample-hold capacitance element C_Vpix2. The amplified signal Vpix_amp, which is the output of the amplifier 401, is used as the AMP_S_A signal.

期間T1006〜T1007においては、期間T1002においてAMP_N信号について行われた動作をAMP_S_A信号について行う。期間T1008〜T1016においては、期間T1003と同様の動作が行われ、期間T1017およびT1018においては、期間T1004と同様の動作が行われる。また、期間T1019期間においては図9で説明した期間T919と同様の動作が行われる。 In the periods T1006 to T1007, the operation performed on the AMP_N signal in the period T1002 is performed on the AMP_S_A signal. In the periods T1008 to T1016, the same operation as the period T1003 is performed, and in the periods T1017 and T1018, the same operation as the period T1004 is performed. Further, in the period T1019, the same operation as the period T919 described with reference to FIG. 9 is performed.

期間T1020〜T1022においては、AMP_S_AB信号について期間T1006〜1007と同様の動作が行われる。期間T1023〜T1030においては、期間T1008〜T1015と同様の動作が行われる。 In the periods T1020 to T1022, the same operation as in the periods T1006 to 1007 is performed for the AMP_S_AB signal. In the periods T1023 to T1030, the same operation as in the periods T1008 to T1015 is performed.

期間T1031において、列回路制御部110は、カウンタリセット信号P_rst_countをHレベルとして、カウンタ403のカウント値を初期値にリセットする。そして、期間T1031において、画素部で選択された一行の動作が完了して垂直走査回路108によって次の行が選択され同様の動作が行われる。 In the period T1031, the column circuit control unit 110 resets the count value of the counter 403 to the initial value with the counter reset signal P_rst_count as the H level. Then, in the period T1031, the operation of one line selected by the pixel unit is completed, the next line is selected by the vertical scanning circuit 108, and the same operation is performed.

このように、本発明の第2の実施形態では、開口領域103におけるS_A信号についてAD変換を開始する期間T1006において、OB領域102におけるN信号についてAD変換を行う。また、OB領域102におけるS_AB信号については開口領域103のS_A信号と同期間でAD変換を行う。 As described above, in the second embodiment of the present invention, the AD conversion is performed on the N signal in the OB region 102 during the period T1006 when the AD conversion is started for the S_A signal in the opening region 103. Further, the S_AB signal in the OB region 102 is subjected to AD conversion in synchronization with the S_A signal in the opening region 103.

第2の実施形態においては、例えば、OB領域におけるAMP_N信号のサンプリング回数を3回、AMP_S_A信号のサンプリング回数を2回、AMP_S_AB信号をサンプリング回数が4回とする。なお、これらのサンプリング回数は一例であり、この例には限定されない。 In the second embodiment, for example, the number of samplings of the AMP_N signal in the OB region is 3 times, the number of samplings of the AMP_S_A signal is 2 times, and the number of samplings of the AMP_S_AB signal is 4 times. The number of samplings is an example, and is not limited to this example.

さらには、第1の実施形態と同様に、撮像条件などの変化で遮光されているにも拘わらず、OB領域102におけるS信号の信号レベルが高くなることがある。このような場合には、AD変換におけるダイナミックレンジを変更して、AMP_N信号、AMP_S_A信号、およびAMP_S_AB信号の合計AD変換回数を変更するようにしてもよい。これに伴って、開口領域103におけるS_AB信号についてAD変換を行っている期間に、OB領域102におけるS_A信号についてAD変換を行うようにしてもよい。 Further, as in the first embodiment, the signal level of the S signal in the OB region 102 may be high even though the light is shielded due to changes in imaging conditions and the like. In such a case, the dynamic range in the AD conversion may be changed to change the total number of AD conversions of the AMP_N signal, the AMP_S_A signal, and the AMP_S_AB signal. Along with this, the AD conversion may be performed on the S_A signal in the OB area 102 during the period during which the AD conversion is performed on the S_AB signal in the opening region 103.

このようにして、本発明の第2の実施形態においても、OB領域におけるランダムノイズが低減される結果、ランダムノイズに起因するパターンノイズの発生を低減することができる。 In this way, also in the second embodiment of the present invention, as a result of reducing the random noise in the OB region, it is possible to reduce the generation of pattern noise caused by the random noise.

なお、図1には示されていないが、カメラは、撮像レンズ、そして、撮像素子から読み出された画像信号に対して所定の画像処理を行う画像処理部などの処理装置を備えている。 Although not shown in FIG. 1, the camera includes a processing device such as an image pickup lens and an image processing unit that performs predetermined image processing on an image signal read from the image sensor.

以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。 Although the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various embodiments within the scope of the gist of the present invention are also included in the present invention. ..

例えば、上記の実施の形態の機能を制御方法として、この制御方法を撮像素子制御装置に実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有するプログラムを制御プログラムとして、当該制御プログラムを撮像素子制御装置が備えるコンピュータに実行させるようにしてもよい。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。 For example, the function of the above-described embodiment may be used as a control method, and the image sensor control device may be made to execute this control method. Further, a program having the functions of the above-described embodiment may be used as a control program, and the control program may be executed by a computer included in the image sensor control device. The control program is recorded on a computer-readable recording medium, for example.

[その他の実施形態]
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
[Other Embodiments]
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by the processing to be performed. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.

101 画素部
102 OB領域
103 開口画素領域
108 垂直走査回路
109 列回路
110 列回路制御部
111 水平走査回路
112 タイミング制御部
113 出力部
101 Pixel part 102 OB area 103 Aperture pixel area 108 Vertical scanning circuit 109 Row circuit 110 Row circuit control unit 111 Horizontal scanning circuit 112 Timing control unit 113 Output unit

Claims (7)

複数の画素が2次元マトリックス状に配列され、光を受光する第1の画素領域と、遮光された第2の画素領域とを有する撮像素子について前記画素の読み出し制御を行う撮像素子制御装置であって、
前記第1の画素領域の画素について読み出し制御を行って得られた第1の画素信号についてAD変換を行い、前記第2の画素領域の画素について読み出し制御を行って得られた第2の画素信号についてAD変換を行う読み出し手段と、
前記読み出し手段を制御して前記第1の画素信号についてAD変換を1回行わせる間、前記第2の画素信号についてAD変換を複数回行わせる制御手段と、
前記複数回のAD変換によるAD変換結果を加算平均する演算手段と、
を有することを特徴とする撮像素子制御装置。
An image sensor control device in which a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional matrix and read-out control of the pixels is performed on an image sensor having a first pixel region that receives light and a second pixel region that is shielded from light. hand,
The second pixel signal obtained by performing AD conversion on the first pixel signal obtained by performing read control on the pixels in the first pixel region and performing read control on the pixels in the second pixel region. And the reading means to perform AD conversion
A control means for controlling the reading means to perform AD conversion for the first pixel signal once, and a control means for performing AD conversion for the second pixel signal a plurality of times.
An arithmetic means for adding and averaging the AD conversion results obtained by the plurality of AD conversions,
An image sensor control device characterized by having.
前記制御手段は、前記読み出し手段に前記画素をリセットした際に得られた第2の画素信号がAD変換されている間に、前記第1の画素信号をAD変換させることを特徴とする請求項1に記載の撮像素子制御装置。 The claim is characterized in that the control means causes the first pixel signal to be AD-converted while the second pixel signal obtained when the pixel is reset by the reading means is AD-converted. The image pickup element control device according to 1. 前記複数の画素の各々は、瞳分割された複数の光電変換部を有し、
前記制御手段は、前記読み出し手段に、前記画素をリセットした際に得られた第2の画素信号がAD変換されている間に、前記複数の光電変換部で得られた第1の画素信号をAD変換させることを特徴とする請求項1に記載の撮像素子制御装置。
Each of the plurality of pixels has a plurality of pupil-divided photoelectric conversion units.
The control means receives the first pixel signal obtained by the plurality of photoelectric conversion units while the second pixel signal obtained when the pixel is reset is AD-converted to the reading means. The image pickup element control device according to claim 1, wherein the image sensor is subjected to AD conversion.
前記複数の光電変換部として第1の光電変換部および第2の光電変換部を備え、
前記読み出し手段は、前記AD変換を行う際、前記第2の画素信号をサンプルホールドした後、前記第1の光電変換部および前記第2の光電変換部で得られた前記第1の画素信号をサンプルホールドし、さらに、前記第1の光電変換部で得られた前記第2の画素信号をサンプルホールドすることを特徴とする請求項3に記載の撮像素子制御装置。
A first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit are provided as the plurality of photoelectric conversion units.
When the AD conversion is performed, the reading means samples and holds the second pixel signal, and then displays the first pixel signal obtained by the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit. The image pickup device control device according to claim 3, wherein the sample is held, and the second pixel signal obtained by the first photoelectric conversion unit is sample-held.
複数の画素が2次元マトリックス状に配列され、光を受光する第1の画素領域と、遮光された第2の画素領域とを有する撮像素子と、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像素子制御装置と、
前記読み出し手段によるAD変換で得られた画像信号に対して所定の画像処理を行う画像処理手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
An image sensor in which a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional matrix and has a first pixel region that receives light and a second pixel region that is shielded from light.
The image sensor control device according to any one of claims 1 to 4.
An image processing means that performs predetermined image processing on the image signal obtained by AD conversion by the reading means, and
An imaging device characterized by having.
複数の画素が2次元マトリックス状に配列され、光を受光する第1の画素領域と、遮光された第2の画素領域とを有する撮像素子について前記画素の読み出し制御を行う撮像素子制御装置の制御方法であって、
前記第1の画素領域の画素について読み出し制御を行って得られた第1の画素信号についてAD変換を行い、前記第2の画素領域の画素について読み出し制御を行って得られた第2の画素信号についてAD変換を行う読み出しステップと、
前記読み出しステップによって前記第1の画素信号についてAD変換を1回行わせる間、前記第2の画素信号についてAD変換を複数回行わせる制御ステップと、
前記複数回のAD変換によるAD変換結果を加算平均する演算ステップと、
を有することを特徴とする制御方法。
Control of an image sensor control device that controls reading out the pixels of an image sensor having a first pixel region in which a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional matrix and receives light and a second pixel region that is shielded from light. It's a method
The second pixel signal obtained by performing AD conversion on the first pixel signal obtained by performing read control on the pixels in the first pixel region and performing read control on the pixels in the second pixel region. And the read step to perform AD conversion
A control step in which the AD conversion is performed a plurality of times for the second pixel signal while the AD conversion is performed once for the first pixel signal by the read step.
The calculation step of adding and averaging the AD conversion results obtained by the plurality of AD conversions,
A control method characterized by having.
複数の画素が2次元マトリックス状に配列され、光を受光する第1の画素領域と、遮光された第2の画素領域とを有する撮像素子について前記画素の読み出し制御を行う撮像素子制御装置で用いられる制御プログラムであって、
前記撮像素子制御装置が備えるコンピュータに、
前記第1の画素領域の画素について読み出し制御を行って得られた第1の画素信号についてAD変換を行い、前記第2の画素領域の画素について読み出し制御を行って得られた第2の画素信号についてAD変換を行う読み出しステップと、
前記読み出しステップによって前記第1の画素信号についてAD変換を1回行わせる間、前記第2の画素信号についてAD変換を複数回行わせる制御ステップと、
前記複数回のAD変換によるAD変換結果を加算平均する演算ステップと、
を実行させることを特徴とする制御プログラム。
Used in an image sensor control device that controls reading out the pixels of an image sensor having a first pixel region that receives light and a second pixel region that is shielded from light, in which a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional matrix. It is a control program that can be
In the computer included in the image sensor control device
The second pixel signal obtained by performing AD conversion on the first pixel signal obtained by performing read control on the pixels in the first pixel region and performing read control on the pixels in the second pixel region. And the read step to perform AD conversion
A control step in which the AD conversion is performed a plurality of times for the second pixel signal while the AD conversion is performed once for the first pixel signal by the read step.
The calculation step of adding and averaging the AD conversion results obtained by the plurality of AD conversions,
A control program characterized by executing.
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