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JP2009071354A - Solid-state imaging apparatus and imaging system - Google Patents

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JP2009071354A
JP2009071354A JP2007234222A JP2007234222A JP2009071354A JP 2009071354 A JP2009071354 A JP 2009071354A JP 2007234222 A JP2007234222 A JP 2007234222A JP 2007234222 A JP2007234222 A JP 2007234222A JP 2009071354 A JP2009071354 A JP 2009071354A
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pixels
solid
imaging device
state imaging
signal
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Application number
JP2007234222A
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Japanese (ja)
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Masaru Fujimura
大 藤村
Tomoyuki Noda
智之 野田
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that image quality is degraded caused by power source noise due to the reset of a non-read pixel when performing a thinning read operation in a solid-state imaging apparatus. <P>SOLUTION: The pixels of a non-read row are subjected to a resetting operation only in a period from the end of the operation of reading signals from read pixels in a certain frame to the start of the operation of reading signals from read pixels in the next frame. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、デジタルスチルカメラやビデオカメラなどの撮像機器に用いる固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device used for imaging equipment such as a digital still camera and a video camera.

近年、固体撮像装置に対する高機能化や多機能化の要求が高まっており、画像を形成するための有効画素の全てから、信号を読み出す高精細な、いわゆる全画素読み出しの他にも、高フレームレートで動画を出力するような読み出し方法も求められている。高フレームレートでの出力のために、有効画素のうち、一部の画素の信号のみを読み出す、いわゆる間引き読み出しという読み出し方法が知られている。   In recent years, there has been an increasing demand for high-functionality and multi-functionality for solid-state imaging devices. In addition to high-definition reading of signals from all effective pixels for forming an image, so-called all-pixel reading, a high frame There is also a need for a readout method that outputs a moving image at a rate. For the output at a high frame rate, a reading method called so-called thinning-out reading, in which only the signals of some of the effective pixels are read out, is known.

間引き読み出しを行う場合、信号を読み出されない画素(非読み出し画素)の光電変換素子で光電変換及び蓄積された電荷が溢れ出し、近接する、信号を読み出される画素(読み出し画素)に偽信号を発生させることが懸念される。非読み出し画素から読み出し画素への電荷の漏れ出しを抑制する手法として、特許文献1がある。特許文献1では、読み出し画素のリセット動作と同時に非読み出し画素に対してもリセット動作を行うことや、非読み出し画素を常にリセット状態にすることが記載されている。   When performing thinning-out readout, the photoelectric conversion and accumulation of the photoelectric conversion element of the pixel that does not read the signal (non-readout pixel) overflows, and a false signal is generated in the adjacent pixel that reads the signal (readout pixel) There is concern about making it happen. As a technique for suppressing leakage of electric charge from a non-read pixel to a read pixel, there is Patent Document 1. Patent Document 1 describes that a reset operation is performed on a non-read pixel simultaneously with a reset operation of the read pixel, and that the non-read pixel is always in a reset state.

また、1画素あたりのトランジスタ数を削減し、狭小な画素ピッチの固体撮像装置を実現するために、垂直選択スイッチMOSを削減する技術が特許文献2に開示されている。これは、信号増幅部であるソースフォロワMOSの入力端子(ゲート端子)であるフローティングディフュージョン(以下FD;Floating Diffusion)部の動作点を変えることで信号を読み出す画素の選択を行うものである。より具体的には、信号を読み出したい画素のFD部の電位を、ソースフォロワMOSが動作状態となるような電位に設定し、それ以外の画素のFD部を、ソースフォロワMOSが動作しない電位に設定することで選択的に信号を垂直信号線に読み出すものである。
特開2000−350103号公報 特開平11−112018号公報
Patent Document 2 discloses a technique for reducing the number of vertical selection switches MOS in order to reduce the number of transistors per pixel and realize a solid-state imaging device with a narrow pixel pitch. This is to select a pixel from which a signal is read out by changing the operating point of a floating diffusion (hereinafter referred to as FD) portion which is an input terminal (gate terminal) of a source follower MOS which is a signal amplifying portion. More specifically, the potential of the FD portion of the pixel from which a signal is to be read is set to a potential at which the source follower MOS is in an operating state, and the FD portion of the other pixels is set to a potential at which the source follower MOS does not operate. By setting, a signal is selectively read out to the vertical signal line.
JP 2000-350103 A JP-A-11-112018

図7は、光電変換装置の模式図であり、図8は図7に示す光電変換装置の画素構成の別の一例である。図9は、この光電変換装置の動作タイミングを示す。図7乃至9は、特許文献1より抜粋したものである。以下では、光電変換装置が、図8に示す画素を有する場合について説明する。ここでは、1行目及び3行目の画素が読み出し画素であり、2行目及び4行目の画素が非読み出し画素である。   FIG. 7 is a schematic diagram of a photoelectric conversion device, and FIG. 8 is another example of the pixel configuration of the photoelectric conversion device illustrated in FIG. 7. FIG. 9 shows the operation timing of this photoelectric conversion device. 7 to 9 are extracted from Patent Document 1. FIG. Hereinafter, a case where the photoelectric conversion device includes the pixel illustrated in FIG. 8 will be described. Here, the pixels in the first and third rows are readout pixels, and the pixels in the second and fourth rows are non-readout pixels.

図9において、SEL1またはSEL3の信号がハイレベルである期間に、それぞれの信号に対応する行の画素から信号が垂直信号線6に読み出される。つまり、図8の画素を有する固体撮像装置では、これらの期間に電荷転送スイッチ901及び垂直選択スイッチMOS3とが導通する。   In FIG. 9, during a period in which the signal SEL1 or SEL3 is at a high level, signals are read from the pixels in the row corresponding to each signal to the vertical signal line 6. That is, in the solid-state imaging device having the pixel of FIG. 8, the charge transfer switch 901 and the vertical selection switch MOS3 are in conduction during these periods.

時刻t0で、読み出される行、すなわち、読み出し行である1行目の画素に入力されるRES1並びに読み出されない行、すなわち、非読み出し行である2行目の画素に入力されるのRES2が同時にハイレベルに遷移する。読み出し行の画素は、SEL1がハイレベルの期間中に、光電変換素子1から蓄積電荷が電荷転送スイッチ901を介して増幅型ソースフォロワ入力MOS2のゲート端子に一度転送されているので、時刻t0でリセットされる時に光電変換素子1に蓄積されている電荷(蓄積電荷)は少ない。一方、非読み出し行ではSEL1がハイレベルである期間に光電変換素子1から蓄積電荷の転送が行われないため、時刻t0の時点での蓄積電荷は、前のフレームでリセットしてから時刻t0までの間に蓄積された電荷量となり、読み出し行におけるそれよりも多い。非読み出し行の蓄積電荷が隣接する読み出し行へ漏れ出すような照射光量が大きい条件では、非読み出し行の蓄積電荷量はさらに大きくなる。したがって、時刻t0でリセットを行う際に、蓄積電荷が排出される端子である電源端子5には大きな瞬時電流が流れる。電源を供給する電源端子5や電源線4は有限のインピーダンスを持つために、大きな瞬時電流が流れることでその電位が変動する。   At time t0, the read row, that is, the RES1 input to the pixel of the first row that is the read row and the RES1 that is input to the pixel that is not read, that is, the second row of the non-read row, simultaneously. Transition to high level. In the pixel in the readout row, the accumulated charge is once transferred from the photoelectric conversion element 1 to the gate terminal of the amplifying source follower input MOS 2 via the charge transfer switch 901 during the period when SEL1 is at the high level. The charge (accumulated charge) accumulated in the photoelectric conversion element 1 when reset is small. On the other hand, in the non-reading row, since the accumulated charge is not transferred from the photoelectric conversion element 1 during the period when SEL1 is at the high level, the accumulated charge at time t0 is reset from the previous frame until time t0. The amount of charge accumulated during the period is larger than that in the readout row. Under a condition where the amount of irradiation light is large so that the accumulated charge of the non-reading row leaks to the adjacent reading row, the accumulated charge amount of the non-reading row is further increased. Therefore, when resetting at time t0, a large instantaneous current flows through the power supply terminal 5 which is a terminal from which the accumulated charge is discharged. Since the power supply terminal 5 and the power supply line 4 for supplying power have a finite impedance, the potential varies when a large instantaneous current flows.

時刻t0の後に続く期間でSEL3がハイレベルとなると、次の読み出し行である3行目の画素から信号が読み出される。しかし、この時点では先述の大きな瞬時電流のために変動した電源端子5や電源線4の電位が安定しておらず、読み出し行からの信号にノイズが重畳される。読み出し画素から読み出された信号にノイズが重畳されると、読み出された信号を基に形成される画像の画質が劣化する。   When SEL3 becomes high level in a period subsequent to time t0, a signal is read out from the pixel in the third row which is the next readout row. However, at this time, the potentials of the power supply terminal 5 and the power supply line 4 that have fluctuated due to the large instantaneous current described above are not stable, and noise is superimposed on the signal from the readout row. When noise is superimposed on the signal read from the read pixel, the image quality of the image formed based on the read signal is deteriorated.

図9は、読み出し行と非読み出し行とが1行ずつ交互になっている例であるが、近年、固体撮像装置の画素数は増加する傾向にあり、非読み出し行の数を増やすことでいわゆる間引き率を高くし、高フレームレートを実現することがますます求められている。そのような非読み出し行の多くなる用途では、同時にリセットされる画素の数が増加するために瞬時電流がさらに大きくなり、上述の電源ノイズによる問題はさらに顕著になる。   FIG. 9 is an example in which the readout rows and the non-readout rows are alternately arranged one by one. However, in recent years, the number of pixels of the solid-state imaging device tends to increase. There is an increasing demand for higher decimation rates and higher frame rates. In such an application in which many non-reading rows are used, the number of pixels that are simultaneously reset increases, so that the instantaneous current is further increased, and the above-described problem due to power supply noise becomes more remarkable.

また、特許文献1には、非読み出し行の画素を常にリセット状態に保つ例も開示されている。この場合には電源端子5や電源線4に流れる瞬時電流は上述の動作を行う場合よりも少ないが、非読み出し行の画素で光電変換された電荷が常に電源線へと排出されるために電位が常に変動する。そのために読み出し行の画素から読み出された信号にはランダムなノイズが重畳され、得られた画像の画質が劣化するという問題が生じる。   Patent Document 1 also discloses an example in which pixels in non-read rows are always kept in a reset state. In this case, the instantaneous current flowing in the power supply terminal 5 and the power supply line 4 is smaller than that in the case of performing the above-described operation. However, the electric potential that is photoelectrically converted by the pixels in the non-reading row is always discharged to the power supply line. Always fluctuates. For this reason, random noise is superimposed on the signals read from the pixels in the readout row, causing a problem that the image quality of the obtained image is deteriorated.

特許文献2に開示されるような、垂直選択スイッチMOSを持たない画素の構成においても、非読み出し行のリセットに起因する上述のノイズは発生し、同様の課題が生じる。   Even in the configuration of a pixel that does not have a vertical selection switch MOS as disclosed in Patent Document 2, the above-described noise due to resetting of a non-reading row occurs, and the same problem occurs.

本発明は、非読み出し画素のリセットに伴う電源ノイズによる画質の劣化を低減できる固体撮像装置、撮像システム及び固体撮像装置の駆動方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device, an imaging system, and a driving method of the solid-state imaging device that can reduce deterioration in image quality due to power noise caused by resetting non-readout pixels.

上記目的を達成するための本発明の第1側面に係る固体撮像装置は、行列状に配列された複数の画素を含む画素部と、前記行列状に配列された複数の画素をリセットする動作を行単位で制御し、また、前記行列状に配列された複数の画素から信号を読み出す動作を行単位で制御する制御手段と、を有する固体撮像装置であって、前記行列状に配列された複数の画素の一部のみが、信号を読み出す動作を行われる場合に、信号を読み出す動作が行われる第1画素群の画素が電荷を蓄積する動作は、前記制御手段がリセットする動作を終了させることで開始し、さらに、前記制御手段が信号を読み出す動作を行わせることで終了し、前記制御手段は、第1のフレーム期間において前記第1画素群の画素からの信号を読み出す動作が終了してから、前記第1のフレーム期間に続く第2のフレーム期間において前記第1画素群の画素をリセットする動作が始まるまでの期間にのみ、前記第2フレーム期間において信号を読み出す動作が行われない第2画素群の画素をリセットする動作を行わせることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the first aspect of the present invention includes a pixel unit including a plurality of pixels arranged in a matrix and an operation of resetting the plurality of pixels arranged in the matrix. A solid-state imaging device having a control unit that controls the operation of reading out signals from the plurality of pixels arranged in rows and columns, and controls the operations in row units, When only a part of the pixels performs an operation of reading out a signal, the operation of accumulating charges in the pixels of the first pixel group in which the operation of reading out the signal is performed ends the operation of resetting by the control unit And the control unit finishes the operation of reading out signals from the pixels in the first pixel group in the first frame period. From In the second frame period following the first frame period, the second pixel in which the signal reading operation is not performed in the second frame period only during the period until the operation of resetting the pixels of the first pixel group is started. An operation of resetting the pixels of the group is performed.

上記目的を達成するための本発明の第2側面に係る撮像システムは、上述の固体撮像装置と、前記固体撮像装置の画素部に像を形成する光学系と、前記固体撮像装置から出力された信号を処理して画像データを生成する信号処理部と、を備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, an imaging system according to a second aspect of the present invention outputs the above-described solid-state imaging device, an optical system that forms an image on a pixel portion of the solid-state imaging device, and the solid-state imaging device. And a signal processing unit for processing the signal to generate image data.

上記目的を達成するための本発明の第3側面に係る固体撮像装置の駆動方法は、行列状に配列された複数の画素を含む画素部を有する固体撮像装置の駆動方法であって、前記行列状に配列された複数の画素の一部のみ信号を読み出す動作を行う場合に、信号を読み出す第1画素群の画素が電荷を蓄積する動作は、画素をリセットする動作を終了することで開始し、さらに、信号を読み出す動作を行うことで終了し、信号を読み出さない第2画素群の画素をリセットする動作は、第1のフレーム期間において前記第1画素群の画素からの信号を読み出す動作が終了してから、前記第1のフレーム期間に続く第2のフレーム期間において前記第1画素群の画素をリセットする動作が始まるまでの期間にのみ行うことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a driving method of a solid-state imaging device according to a third aspect of the present invention is a driving method of a solid-state imaging device having a pixel unit including a plurality of pixels arranged in a matrix, and the matrix When the signal reading operation is performed on only a part of the plurality of pixels arranged in the shape, the operation of accumulating the charge of the pixels of the first pixel group that reads the signal is started by ending the operation of resetting the pixels. Furthermore, the operation of reading out signals from the pixels of the second pixel group that is terminated by performing the operation of reading out signals and that does not read out signals is the operation of reading out signals from the pixels of the first pixel group in the first frame period. It is characterized in that it is performed only during a period from the end to the start of the operation of resetting the pixels of the first pixel group in the second frame period following the first frame period.

本発明は、非読み出し画素のリセットに伴う電源ノイズによる画質の劣化を低減することができる。   The present invention can reduce image quality deterioration due to power supply noise caused by resetting non-readout pixels.

(第1実施例)
図1から3を用いて本発明に係る第1実施例を説明する。
(First embodiment)
A first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は、本実施例に係る固体撮像装置の模式図である。画素部101には複数の画素100が行列状に配列されている。画素100には、リセットされる画素の行、すなわちリセット行を選択するための信号が入力されるリセット制御線15と、読み出し行を選択するための信号が入力される選択制御線8とがそれぞれ接続されている。なお、電荷転送スイッチのゲート電極に接続される転送制御線は、簡単のために省略している。さらに、画素100には、選択された画素から読み出された信号が伝達される垂直信号線6と、リセット電源線4とが接続されている。リセット電源線4は、電源端子5に接続されており、ここでは電源端子5は画素100のリセット電源および後述するソースフォロワ回路の電源として用いられる。垂直信号線6には、画素100の持つソースフォロワMOS2とソースフォロワ回路を構成する定電流源である負荷7のほかに、スイッチ10が接続されており、水平出力線11とはスイッチ10を介して接続されている。スイッチ10は、水平走査回路13から入力される信号に基づいて導通または非導通とが切り替わり、垂直信号線6上の信号は、スイッチ10が導通することで水平出力線11に伝達される。水平出力線11に出力された信号は、出力アンプ12を経て、出力端子OUTから固体撮像装置の外部へと出力される。スイッチ10、水平出力線11、出力アンプ12、及び出力端子OUTは出力部21を構成する。   FIG. 1 is a schematic diagram of a solid-state imaging device according to the present embodiment. A plurality of pixels 100 are arranged in a matrix in the pixel portion 101. The pixel 100 includes a reset control line 15 to which a signal for selecting a reset row, that is, a signal for selecting a reset row, and a selection control line 8 to which a signal for selecting a readout row is input. It is connected. Note that a transfer control line connected to the gate electrode of the charge transfer switch is omitted for simplicity. Further, a vertical signal line 6 to which a signal read from the selected pixel is transmitted and a reset power supply line 4 are connected to the pixel 100. The reset power supply line 4 is connected to a power supply terminal 5. Here, the power supply terminal 5 is used as a reset power supply for the pixel 100 and a power supply for a source follower circuit described later. A switch 10 is connected to the vertical signal line 6 in addition to a source follower MOS 2 of the pixel 100 and a load 7 which is a constant current source constituting a source follower circuit. The horizontal output line 11 is connected to the vertical signal line 6 via the switch 10. Connected. The switch 10 is turned on or off based on a signal input from the horizontal scanning circuit 13, and the signal on the vertical signal line 6 is transmitted to the horizontal output line 11 when the switch 10 is turned on. The signal output to the horizontal output line 11 is output from the output terminal OUT to the outside of the solid-state imaging device via the output amplifier 12. The switch 10, the horizontal output line 11, the output amplifier 12, and the output terminal OUT constitute an output unit 21.

制御手段である走査回路20は、ここでは読み出し行を行単位で順次選択するための第1の走査手段である第1の垂直走査回路9と、リセットする画素の行(リセット行)を行単位で順次選択するための第2の走査手段である第2の垂直走査回路16と、を含む。第1の垂直走査回路9は、選択制御線8に信号SEL1〜SEL9を出力して、対応する選択制御線8に接続された画素100の選択を行うほか、不図示の各転送制御線402に信号TX1〜TX9を出力して、画素100が有する光電変換素子1からの蓄積電荷の転送を制御する。転送制御線402は図の簡略化のために図1では省略しているが、これは同じ行の画素100に共通に接続されるものである。第2の垂直走査回路は、リセット制御線15にRES1〜RES9を出力して、対応するリセット制御線に接続された画素100のリセット動作を制御する。非読み出し行一括リセット信号入力端子17には、非読み出し行が存在する場合に非読み出し行のリセットタイミングを規定する、非読み出し行一括リセット信号が入力される。   Here, the scanning circuit 20 serving as a control unit includes a first vertical scanning circuit 9 serving as a first scanning unit for sequentially selecting readout rows in units of rows and a row of pixels to be reset (reset rows) in units of rows. And a second vertical scanning circuit 16 which is a second scanning means for selecting sequentially. The first vertical scanning circuit 9 outputs signals SEL <b> 1 to SEL <b> 9 to the selection control line 8 to select the pixel 100 connected to the corresponding selection control line 8, and to each transfer control line 402 (not shown). Signals TX1 to TX9 are output to control transfer of accumulated charges from the photoelectric conversion element 1 included in the pixel 100. Although the transfer control line 402 is omitted in FIG. 1 for simplification of the drawing, it is commonly connected to the pixels 100 in the same row. The second vertical scanning circuit outputs RES1 to RES9 to the reset control line 15, and controls the reset operation of the pixel 100 connected to the corresponding reset control line. The non-reading row batch reset signal input terminal 17 inputs a non-reading row batch reset signal that defines the reset timing of the non-reading row when there is a non-reading row.

水平走査回路13のHSTART端子18に入力されるのは、水平走査回路の走査信号であり、HSCAN端子19から入力されるのは走査駆動クロックが入力される期間を示すパルスである。   What is input to the HSTART terminal 18 of the horizontal scanning circuit 13 is a scanning signal of the horizontal scanning circuit, and what is input from the HSCAN terminal 19 is a pulse indicating a period during which the scanning drive clock is input.

図2は、画素100の具体的な構成の一例を示す回路図である。画素100は、入射光量に応じた電荷を蓄積する光電変換素子1を有する。光電変換素子1に蓄積された電荷は、転送制御線402を介して入力される信号に基づいて導通と非導通とが切り替わる電荷転送スイッチ(転送部)901を介して、ソースフォロワMOS(増幅部)9のゲート端子に転送される。光電変換素子1に蓄積された電荷は完全電荷転送されるので、この転送動作によって光電変換素子1はリセットされる。ソースフォロワMOS2のゲート端子は、リセットスイッチ(リセット部)14を介してさらに電源線4と接続されている。リセットスイッチ14は、リセット制御線15を介して走査回路20から入力される信号に基づいて導通状態が切り換わる。ソースフォロワMOS2の一端は電源線4に接続され、他端は選択部である垂直選択スイッチMOS3と接続されている。垂直選択スイッチMOS3は、選択制御線8を介して走査回路20から入力される信号に基づいて活性化され、活性化している時に導通状態となり、ソースフォロワMOS2と負荷7とで構成されるソースフォロワ回路が動作状態になる。   FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a specific configuration of the pixel 100. The pixel 100 includes a photoelectric conversion element 1 that accumulates charges corresponding to the amount of incident light. The charge accumulated in the photoelectric conversion element 1 is supplied to a source follower MOS (amplifier unit) via a charge transfer switch (transfer unit) 901 that switches between conduction and non-conduction based on a signal input via the transfer control line 402. ) Is transferred to the gate terminal 9. Since the charge accumulated in the photoelectric conversion element 1 is completely transferred, the photoelectric conversion element 1 is reset by this transfer operation. The gate terminal of the source follower MOS 2 is further connected to the power supply line 4 via a reset switch (reset unit) 14. The reset switch 14 is switched to a conductive state based on a signal input from the scanning circuit 20 via the reset control line 15. One end of the source follower MOS 2 is connected to the power supply line 4, and the other end is connected to a vertical selection switch MOS 3 which is a selection unit. The vertical selection switch MOS3 is activated based on a signal input from the scanning circuit 20 via the selection control line 8, becomes conductive when activated, and is a source follower composed of the source follower MOS2 and the load 7. The circuit becomes operational.

続いて本実施例に係る固体撮像装置の動作を説明する。図1の固体撮像装置において、全ての画素が画像を形成するために用いることができる有効画素であるとして、上から1、4、及び7行目の画素が読み出し行であり、上から2、3、5、6、8、及び9行目の画素が非読み出し行である場合のタイミングチャートを図3に示す。本実施例では、上から1、4、及び7行目の画素が第1画素群の画素で、上から2、3、5、6、8、及び9行目の画素が第2画素群である。図3における各パルスの名称は、図1中の名称と対応している。ここでは、動画撮影のように固体撮像装置を同じ駆動パターンで繰り返し駆動した場合における、任意のフレーム(ここではnフレーム目とする)の動作と、それと連続する前後のフレーム(ここではn−1及びn+1フレーム目)の動作の一部を抜き出している。なお、網掛けで示されているのは、画素100に基づく信号が出力端子OUTから固体撮像装置の外部へ出力される期間を示している。   Subsequently, the operation of the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described. In the solid-state imaging device of FIG. 1, assuming that all pixels are effective pixels that can be used to form an image, the pixels in the first, fourth, and seventh rows from the top are readout rows, FIG. 3 shows a timing chart when the pixels in the third, fifth, sixth, eighth, and ninth rows are non-read rows. In this embodiment, the pixels in the first, fourth, and seventh rows from the top are the pixels of the first pixel group, and the pixels in the second, third, fifth, sixth, eighth, and ninth rows from the top are the second pixel group. is there. The names of the pulses in FIG. 3 correspond to the names in FIG. Here, when the solid-state imaging device is repeatedly driven with the same drive pattern as in moving image shooting, the operation of an arbitrary frame (here, the nth frame) and the preceding and succeeding frames (here, n−1). And a part of the operation of the (n + 1) th frame). The shaded area indicates a period during which a signal based on the pixel 100 is output from the output terminal OUT to the outside of the solid-state imaging device.

また、簡略化のために図示していないが、RESnがハイレベルのときにTXnもハイレベルとすることで光電変換素子1と、ソースフォロワMOS2のゲート部とがリセットされる。つまり、画素がリセットされる。   Although not shown for simplification, the photoelectric conversion element 1 and the gate portion of the source follower MOS 2 are reset by setting TXn to high level when RESn is high level. That is, the pixel is reset.

図3中の点線は、互いに等間隔に配されており、ある一定の間隔の期間を示している。また、時刻r1、r2、r3及び時刻t1、t2、t3はそれぞれの系列において互いに等間隔となっている。   The dotted lines in FIG. 3 are arranged at equal intervals from each other, and indicate a period of a certain interval. Further, the times r1, r2, r3 and the times t1, t2, t3 are equally spaced from each other in each series.

第1のフレーム期間であるn−1フレーム目における最後の読み出し行である7行目の画素は、期間T7において走査回路20に選択されると、垂直信号線6上に信号が読み出される。垂直信号線6に読み出された信号は水平走査回路13に入力されるHSTARTおよびHSCANに応じて順次出力端子OUTから外部へと出力される。   When the scanning circuit 20 selects the pixel in the seventh row, which is the last readout row in the (n−1) th frame which is the first frame period, a signal is read out onto the vertical signal line 6. The signal read out to the vertical signal line 6 is sequentially output from the output terminal OUT to the outside in accordance with HSTART and HSCAN input to the horizontal scanning circuit 13.

期間T7に続いて開始する第2のフレーム期間であるnフレーム目において、まず、時刻r0でRESALL信号がハイレベルからローレベルに遷移する。この時、非読み出し行である2、3、5、6、8、9行目に対応するリセット信号RES2、RES3、RES5、RES6、RES8、RES9及び、TX2、TX3、TX5、TX6、TX8、TX9とが導通から非導通状態に遷移する。これにより2、3、5、6、8、9行目の画素のリセット動作が一括して完了する。   In the nth frame, which is the second frame period starting after the period T7, first, the RESALL signal transitions from the high level to the low level at time r0. At this time, reset signals RES2, RES3, RES5, RES6, RES8, RES9 and TX2, TX3, TX5, TX6, TX8, TX9 corresponding to the second, third, fifth, sixth, eighth, and ninth rows which are non-reading rows. Transition from conductive to non-conductive state. Thereby, the reset operation of the pixels in the second, third, fifth, sixth, eighth and ninth rows is completed at once.

続く期間でRES1及びTX1とがハイレベルになり、時刻r1においてRES1がハイレベルからローレベルに遷移することで、1行目の画素の光電変換素子1及びソースフォロワMOS2のゲート部のリセット、すなわち画素のリセットが完了する。これにより、1行目の画素は時刻r1から電荷を蓄積する動作が開始する。   In the subsequent period, RES1 and TX1 become high level, and at time r1, RES1 transitions from high level to low level, thereby resetting the photoelectric conversion elements 1 and the source follower MOS2 of the pixels in the first row, that is, Pixel reset is complete. As a result, the operation of accumulating the charge in the pixels in the first row starts from time r1.

4行目及び7行目の画素についても同様の動作が行われ、4行目の画素は時刻r2から、7行目の画素は時刻r3から電荷を蓄積する動作が開始する。   The same operation is performed for the pixels in the fourth row and the seventh row, and the operation for accumulating the charge from the pixel in the fourth row starts from time r2, and the pixel from the seventh row starts from time r3.

次に、1行目の画素の信号が垂直信号線に読み出される。時刻t1でHSCANがハイレベルになり、HSTARTがハイレベルからレオ−レベルに遷移すると、HSCANがハイレベルの期間中に、1行目の画素から読み出された信号に応じた信号が順次出力端子OUTから出力される。   Next, the signal of the pixel in the first row is read out to the vertical signal line. When HSCAN becomes high level at time t1 and HSSTART changes from high level to leo level, signals corresponding to signals read from the pixels in the first row are sequentially output terminals while HSCAN is at high level. Output from OUT.

時刻t2及びt3から始まる期間ではそれぞれ4行目及び7行目の画素に対して、1行目と同様の制御が行われ、それぞれの行の画素から読み出された信号に応じた信号が順次出力端子OUTから出力される。7行目の画素に基づく信号が出力端子OUTから出力され終えてから、nフレーム目の動作が終了し、n+1フレーム目の動作が開始する。n+1フレーム目以降も、上述と同様の動作が繰り返される。   In the period starting from time t2 and t3, the same control as in the first row is performed on the pixels in the fourth row and the seventh row, respectively, and signals corresponding to the signals read from the pixels in the respective rows are sequentially transmitted. Output from the output terminal OUT. After the signal based on the pixels in the seventh row has been output from the output terminal OUT, the operation of the nth frame is finished and the operation of the (n + 1) th frame is started. The same operation as described above is repeated after the (n + 1) th frame.

ここで、読み出し行の動作についてより詳しく説明する。1行目の画素に着目すると、まず時刻r1に先立ってRES1及びTX1とがハイレベルとなり、その時点までの蓄積電荷が、電荷転送スイッチ901、リセットスイッチ14、及び電源線4を介して電源端子5へと排出される。次に、時刻t1から始まる期間で光電変換素子1に蓄積された電荷が電荷転送スイッチ901を介してソースフォロワMOSのゲート部に転送されるので、1行目の画素から読み出される信号の蓄積時間△TS1は、
△TS1=t1−r1 (1)
となる。また、4行目及び7行目の画素についても同様に、
△TS4=t2−r2 (2)
△TS7=t3−r3 (3)
となる。また、先述のとおり、時刻r1、r2、r3及び時刻t1、t2、t3はそれぞれの系列において互いに等間隔となっているので、
△TS1=△TS4=△TS7 (4)
となり、全ての行の蓄積時間は一定であることが分かる。
Here, the operation of the read row will be described in more detail. Focusing on the pixels in the first row, first, RES1 and TX1 are at a high level prior to time r1, and the accumulated charge up to that time is supplied to the power supply terminal via the charge transfer switch 901, the reset switch 14, and the power supply line 4. It is discharged to 5. Next, since the charge accumulated in the photoelectric conversion element 1 in the period starting from the time t1 is transferred to the gate part of the source follower MOS via the charge transfer switch 901, the accumulation time of the signal read from the pixels in the first row △ TS1 is
ΔTS1 = t1-r1 (1)
It becomes. The same applies to the pixels in the fourth and seventh rows.
ΔTS4 = t2-r2 (2)
ΔTS7 = t3-r3 (3)
It becomes. As described above, the times r1, r2, and r3 and the times t1, t2, and t3 are equally spaced from each other.
ΔTS1 = ΔTS4 = ΔTS7 (4)
Thus, it can be seen that the accumulation time of all rows is constant.

次に非読み出し行についてより詳しく説明する。非読み出し行の画素は、図3に示す駆動においては時刻r0に非読み出し行一括リセット信号RESALLに同期して一括してリセットされる。このタイミングで電源線4、電源端子5へと排出される電荷量は、1フレーム期間中に蓄積された蓄積電荷が、9列×6行=54画素分であり、有限のインピーダンスを持つリセット電源線4及び電源端子5の電位変動が生じる。しかしながら、電位変動が生じている期間には画素からの信号を読み出す動作は行われていない。つまり、少なくとも2つのフレーム期間が連続する場合に、非読み出し行の画素は、あるフレームにおける読み出し画素の信号を読み出す動作が終了してから、次のフレームにおいて読み出し画素からの信号をリセットする動作が始まるまでの期間にのみをリセットする動作が行われる。これにより、リセットに伴う電源変動が信号に及ぼす影響を低減できる。   Next, the non-reading row will be described in more detail. In the driving shown in FIG. 3, the pixels in the non-reading row are collectively reset in synchronization with the non-reading row collective reset signal RESALL at time r0. The amount of charge discharged to the power supply line 4 and the power supply terminal 5 at this timing is a reset power supply having a finite impedance because the accumulated charge accumulated during one frame period is 9 columns × 6 rows = 54 pixels. Potential fluctuations of the line 4 and the power supply terminal 5 occur. However, an operation of reading a signal from the pixel is not performed during a period in which the potential variation occurs. In other words, when at least two frame periods are consecutive, the pixel in the non-reading row has the operation of resetting the signal from the reading pixel in the next frame after the operation of reading the signal of the reading pixel in a certain frame is completed. Only the period until the start is performed. Thereby, the influence which the power supply fluctuation accompanying reset has on a signal can be reduced.

また、本実施例においては非読み出し行を一括してリセットしているので、特許文献1において読み出し行と非読み出し行とを同時にリセットしていた場合と比べて待機時間が削減される。   In the present embodiment, since the non-reading rows are collectively reset, the waiting time is reduced as compared with the case where the reading row and the non-reading row are reset simultaneously in Patent Document 1.

特許文献1のように、読み出し行のリセットと非読み出し行のリセットとを同時に行っている場合、リセットに伴って発生する電源ノイズの影響を低減しようとすると、次の読み出し行から信号を読み出す動作を行うまでに待機時間を設ける必要がでてくる。電源変動が定常状態に復帰するまでの待機時間を取るとすると、特許文献1に開示される技術では、(待機時間)×(読み出し行の数)分だけ待機時間が必要になる。しかしながら、高フレームレート化が求められる用途では、待機時間を設けると十分なフレームレートが得られないおそれがあり、待機時間を削減すればリセットに伴う電源ノイズにより画質が低下するおそれがある。これに対して本実施例によれば、非読み出し行を一括してリセットしているので、高フレームレートでの動作が要求される場合においても、非読み出し行のリセットに伴って発生する電源変動の影響による画質の低下を軽減することが可能となる。   When the readout row reset and the non-readout row reset are simultaneously performed as in Patent Document 1, an operation of reading a signal from the next readout row is attempted in order to reduce the influence of the power supply noise generated by the reset. It is necessary to provide a waiting time before performing. Assuming that a standby time until the power supply fluctuation returns to the steady state is taken, the technology disclosed in Patent Document 1 requires a standby time of (standby time) × (number of read lines). However, in applications where a high frame rate is required, there is a possibility that a sufficient frame rate may not be obtained if a standby time is provided, and if the standby time is reduced, the image quality may be deteriorated due to power supply noise accompanying reset. On the other hand, according to the present embodiment, the non-reading rows are reset in a lump, and therefore, even when operation at a high frame rate is required, the power supply fluctuation that occurs due to the resetting of the non-reading rows. It is possible to reduce the deterioration of the image quality due to the influence of.

本実施例では、各フレームの先頭で非読み出し行のリセットを行っているが、これは本質的なことではなく、各フレームの末尾でリセットを行っても良い。すなわち、本発明において重要なのは、非読み出し行の画素は、あるフレームにおける読み出し画素から信号を読み出す動作を終了してから、次のフレームにおける読み出し画素からの信号を読み出す動作が始まるまでの期間にのみリセットする動作が行われることである。   In this embodiment, the non-read line is reset at the beginning of each frame, but this is not essential, and the reset may be performed at the end of each frame. That is, in the present invention, the pixel in the non-reading row is important only in the period from the end of the operation of reading out the signal from the readout pixel in a certain frame to the start of the operation of reading out the signal from the readout pixel in the next frame. The resetting operation is performed.

また、非読み出し行のリセットは必ずしも全てを一括で行う必要はなく、たとえば一部の非読み出し行をリセットするタイミングを他の非読み出し行をリセットするタイミングと異ならせても問題はない。しかし、上述の通り、電源変動が定常状態に復帰するまでの待機時間は電源や電源線によって定まる時定数に応じて決まるので、非読み出し行を一括してリセットした方が待機時間を短縮でき、高フレームレートでの動作には特に有効である。   Further, it is not always necessary to reset all the non-reading rows at once. For example, there is no problem if the timing for resetting some non-reading rows is different from the timing for resetting other non-reading rows. However, as described above, the standby time until the power supply fluctuation returns to the steady state is determined according to the time constant determined by the power supply and the power supply line. This is particularly effective for operation at a high frame rate.

また、本実施例においては、読み出し行のリセットを全て終えてから、外部への出力を開始しているが、出力動作の一部を読み出し行のリセット動作と時間的に重ねて行っても良い。例えば、図3中の時刻t1、t2、t3を、r0、r1、t1、r2、t2、r3、t3となるようにしても良い。この場合には、読み出し行の画素の蓄積時間は短くなるが、フレームレートを高くすることが可能となる。   In this embodiment, the output to the outside is started after all the resetting of the readout row is completed. However, a part of the output operation may be temporally overlapped with the resetting operation of the readout row. . For example, the times t1, t2, and t3 in FIG. 3 may be r0, r1, t1, r2, t2, r3, and t3. In this case, the accumulation time of the pixels in the readout row is shortened, but the frame rate can be increased.

本実施例では、非読み出し行の画素は、あるフレームにおける読み出し画素から信号を読み出す動作が終了してから、次のフレームにおける読み出し画素からの信号を読み出す動作が始まるまでの期間にのみリセットをする動作が行われている。つまり、図3において、時刻r0で行われる非読み出し行の画素をリセットする動作は、期間T7のうち、出力端子OUTから信号が出力されている斜線で示される期間に行われても良い。しかし、電源変動が生じている期間に、信号を外部に出力する動作が行われると、出力される信号にノイズが重畳するおそれがあるため、非読み出し行の画素をリセットする動作は、あるフレームにおける読み出し画素からの信号に応じた信号を固体撮像装置の外部に出力する動作が終了してから、次のフレームにおける読み出し画素からの信号を読み出す動作が始まるまでの期間にのみ行われることが望ましい。   In this embodiment, the pixels in the non-reading row are reset only in a period from the end of the operation of reading out signals from the readout pixels in a certain frame to the start of operation of reading out signals from the readout pixels in the next frame. Operation is taking place. That is, in FIG. 3, the operation of resetting pixels in the non-reading row performed at time r <b> 0 may be performed in the period indicated by the oblique line in which the signal is output from the output terminal OUT in the period T <b> 7. However, if an operation for outputting a signal to the outside is performed during a period when the power supply fluctuation occurs, noise may be superimposed on the output signal. It is desirable to be performed only during the period from the end of the operation of outputting a signal according to the signal from the readout pixel to the outside of the solid-state imaging device until the start of the operation of reading the signal from the readout pixel in the next frame. .

(第2実施例)
図4に示すのは、本発明の第2実施例に係る画素の回路図である。図2に示した画素の回路図とは、垂直選択スイッチMOS3がない点が異なり、ソースフォロワMOSのソース端子は垂直信号線6と直接接続されている。
(Second embodiment)
FIG. 4 is a circuit diagram of a pixel according to the second embodiment of the present invention. 2 is different from the circuit diagram of the pixel shown in FIG. 2 in that the vertical selection switch MOS3 is not provided, and the source terminal of the source follower MOS is directly connected to the vertical signal line 6.

図4で示される画素を持つ場合、信号増幅部であるソースフォロワMOS2の入力端子であるFD部の動作点を変えることにより、信号を読み出す画素の選択を行う。つまり、信号を読み出したい画素のFD部の電位を、ソースフォロワMOS2が動作状態となるような電位に設定し、それ以外の画素のFD部を、ソースフォロワMOS2が動作しない電位に設定することで選択的に信号を垂直信号線に読み出す。   When the pixel shown in FIG. 4 is provided, the pixel from which the signal is read is selected by changing the operating point of the FD unit that is the input terminal of the source follower MOS 2 that is the signal amplification unit. That is, by setting the potential of the FD portion of the pixel from which the signal is to be read to a potential at which the source follower MOS 2 is in an operating state, and setting the FD portion of the other pixels to a potential at which the source follower MOS 2 does not operate. A signal is selectively read out to the vertical signal line.

図2で示した画素を持つ場合には、非読み出し行の画素を常にリセット状態とすることで瞬時電流を低減することが可能である。一方、図4の回路では、リセット動作を行うことで非読み出し行の画素が持つソースフォロワMOS2が動作状態になってしまうために常時リセット状態とすることができない上に、仮にできたとしてもランダムなノイズが読み出された信号に重畳するおそれがある。そのため、非読み出し行を常時リセットすると読み出し画素から選択的に信号を読み出すことができない問題がある。   In the case where the pixel shown in FIG. 2 is provided, the instantaneous current can be reduced by always resetting the pixel in the non-reading row. On the other hand, in the circuit of FIG. 4, since the source follower MOS 2 included in the pixels in the non-reading row becomes an operation state by performing the reset operation, it cannot be always set to the reset state. Noise may be superimposed on the read signal. Therefore, there is a problem that if the non-reading row is always reset, the signal cannot be selectively read from the reading pixel.

本実施例においては、第1実施例と同様に、少なくとも2つのフレーム期間が連続する場合に、非読み出し行の画素は、あるフレームにおける読み出し画素から信号を読み出す動作が終了してから、次のフレームにおける読み出し画素から信号を出力する動作が始まるまでの期間にのみリセットを行う。この場合、読み出し行の画素から信号を読み出す動作が行われている期間には、非読み出し行の画素が持つソースフォロワMOS2は非動作状態となるので読み出し行の画素から選択的に信号を読み出す動作を実現できる。本実施例に係る固体撮像装置によれば、垂直選択スイッチMOSを持たない画素構成であっても、非読み出し画素のリセットに伴う電源ノイズによる画質の劣化を低減することができる。   In the present embodiment, as in the first embodiment, when at least two frame periods are continuous, the pixels in the non-reading row perform the following operation after the operation of reading out signals from the reading pixels in a certain frame is completed. Reset is performed only during a period until an operation of outputting a signal from the readout pixel in the frame is started. In this case, since the source follower MOS 2 included in the pixel in the non-reading row is in the non-operating state during the period in which the signal reading operation is performed from the pixel in the reading row, the signal is selectively read from the pixel in the reading row. Can be realized. According to the solid-state imaging device according to the present embodiment, even when the pixel configuration does not include the vertical selection switch MOS, it is possible to reduce image quality degradation due to power supply noise accompanying resetting of non-readout pixels.

(第3実施例)
第3実施例として、画像を形成するために用いることができる有効画素のうち、非読み出し行が存在する、いわゆる間引き読み出し動作と、有効画素からの信号を全て読み出す、いわゆる全画素読み出し動作とを切り換える制御を行うための走査回路を説明する。ここでは、間引き読み出し動作時に、1行目、4行目、及び7行目の画素が読み出し画素となる場合を例にとって説明する。
(Third embodiment)
As a third embodiment, among effective pixels that can be used to form an image, a so-called thinning-out reading operation in which a non-reading row exists and a so-called all-pixel reading operation in which all signals from the effective pixels are read out are performed. A scanning circuit for performing switching control will be described. Here, a case will be described as an example where the pixels in the first row, the fourth row, and the seventh row become readout pixels during the thinning readout operation.

図5は、本実施例による動作を実現するための、リセット行を選択するのに用いられる第2の垂直走査回路16の回路図例である。501は、シフトレジスタの基本構成であるシフトパルス生成回路であり、前段の入力を受けてシフトパルス信号を生成し、次段へと信号をシフトするための回路である。クロックドインバータやフリップフロップなどの一般的に知られている構成で実現できる。502及び503はそれぞれ第1及び第2の転送スイッチであり、読み出しモード切り換え選択線505の信号によって開閉される。第1及び第2の転送スイッチ502及び503は、ここではトランスミッションゲートを用いている。トランスミッションゲートは一般に、正転信号とその反転信号とを入力して導通状態が制御されるが、図5では簡略化のために一方の入力を省略している。504は、OR回路であり、各行のシフトパルスと、非読み出し行一括リセット信号、または、グランド、つまりローレベルとの論理和をリセット線15へ出力する。   FIG. 5 is an example of a circuit diagram of the second vertical scanning circuit 16 used for selecting a reset row for realizing the operation according to the present embodiment. Reference numeral 501 denotes a shift pulse generation circuit which is a basic configuration of the shift register, and is a circuit for receiving a previous stage input to generate a shift pulse signal and shifting the signal to the next stage. This can be realized by a generally known configuration such as a clocked inverter or a flip-flop. Reference numerals 502 and 503 denote first and second transfer switches, which are opened and closed by a signal on the read mode switching selection line 505. Here, the first and second transfer switches 502 and 503 use transmission gates. In general, the transmission gate is supplied with a normal rotation signal and its inverted signal to control the conduction state, but one input is omitted in FIG. 5 for the sake of simplicity. Reference numeral 504 denotes an OR circuit that outputs a logical sum of the shift pulse of each row and a non-reading row collective reset signal or the ground, that is, a low level, to the reset line 15.

全画素読み出し動作を行う第2の読み出しモードの場合には、読み出しモード切り換え選択線505に入力される信号はローレベルとなり、第1の転送スイッチ502が導通、第2の転送スイッチ503が非導通となる。この結果、この第2の垂直走査回路からはRES1からRES9が、第1の垂直走査回路からはTX1からTX9がそれぞれ順次出力されることで第1及び第2画素群の画素をリセットする動作が順次行われる。また、1行目から9行目の画素から信号を読み出す動作も順次行われる。   In the case of the second readout mode in which the all-pixel readout operation is performed, the signal input to the readout mode switching selection line 505 is at a low level, and the first transfer switch 502 is turned on and the second transfer switch 503 is turned off. It becomes. As a result, RES1 to RES9 are sequentially output from the second vertical scanning circuit, and TX1 to TX9 are sequentially output from the first vertical scanning circuit, thereby resetting the pixels of the first and second pixel groups. It is done sequentially. The operation of reading signals from the pixels in the first row to the ninth row is also sequentially performed.

一方、間引き読み出し動作を行う第1の読み出しモードの場合には、読み出しモード切り換え選択線505に入力される信号はハイレベルとなり、第1の転送スイッチ502が非導通、第2の転送スイッチ503が導通となる。この結果、この第2の垂直走査回路からはRES1、RES4、RES7とが順次出力され、1行目、4行目、及び7行目の画素から順次信号が読み出される。また、ハイレベルの非読み出し行一括リセット信号が入力されると、非読み出し行である2、3、5、6、8、及び9行目をリセットするRES2、RES3、RES5、RES6、RES8、及びRES9がハイレベルとなり、非読み出し行が一括でリセットされる。   On the other hand, in the first read mode in which the thinning-out read operation is performed, the signal input to the read mode switching selection line 505 is at a high level, the first transfer switch 502 is non-conductive, and the second transfer switch 503 is turned on. It becomes conduction. As a result, RES1, RES4, and RES7 are sequentially output from the second vertical scanning circuit, and signals are sequentially read from the pixels in the first row, the fourth row, and the seventh row. Further, when a high-level non-reading row collective reset signal is input, RES2, RES3, RES5, RES6, RES8, and RES8, which reset the second, third, fifth, sixth, eighth, and ninth rows that are non-reading rows, and RES9 goes high, and non-read rows are reset at once.

ここでは、リセット行を選択するための第2の垂直走査回路16の例を示したが、読み出し行を選択するための第1の垂直走査回路9も、図5と類似の構成で実現できる。すなわち、読み出しモード切り換え選択線に入力される信号に応じて、TX1からTX9までを順次出力するか、TX2、3、5、6、8、9をスキップし、TX1、4、7を順次出力するかを切り換える構成にすればよい。また、読み出しモード切り換え選択線に入力される信号がハイレベルのときには、ハイレベルの一括リセット信号が入力されると、ハイレベルTX2、3、5、6、8、及び9を一括で出力する。   Here, an example of the second vertical scanning circuit 16 for selecting the reset row is shown, but the first vertical scanning circuit 9 for selecting the readout row can also be realized with a configuration similar to that of FIG. That is, TX1 to TX9 are sequentially output according to the signal input to the read mode switching selection line, or TX2, 3, 5, 6, 8, and 9 are skipped and TX1, 4, and 7 are sequentially output. What is necessary is just to make the structure which switches. When the signal input to the read mode switching selection line is at a high level, the high level TX2, 3, 5, 6, 8, and 9 are output at a time when the high level batch reset signal is input.

本実施例によれば、全画素読み出し動作と間引き読み出し動作とで走査回路を共有化することができ、全画素読み出し動作と間引き読み出し動作との切り換えを、読み出しモード切り換え選択線に入力する信号の切り換えだけで簡単に実現することができる。そして、間引き読み出し動作を行う場合には、動画のように高フレーム動作を行う場合においても、上述のタイミングで非読み出し行の画素がリセットされるので非読み出し行のリセットに伴って発生する電源ノイズによる画質の劣化を軽減することが可能となる。   According to this embodiment, the scanning circuit can be shared between the all-pixel reading operation and the thinning-out reading operation, and the switching between the all-pixel reading operation and the thinning-out reading operation is performed by the signal input to the reading mode switching selection line. It can be realized simply by switching. When performing a thinning-out readout operation, even when a high-frame operation is performed like a moving image, the power supply noise generated by resetting the non-reading row is reset because the pixels in the non-reading row are reset at the above timing. It is possible to reduce the deterioration of the image quality due to.

(第4実施例)
本発明の第4実施例に係る撮像システム200の概略構成及び概略動作を、図6を用いて説明する。図6は、本発明の第4実施例に係る撮像システム200の構成図である。
(Fourth embodiment)
A schematic configuration and a schematic operation of the imaging system 200 according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a configuration diagram of an imaging system 200 according to the fourth embodiment of the present invention.

撮像システム200は、光学系110、撮像装置120、及び、信号処理部180を備える。信号処理部180は、信号処理回路部130、記録/通信部140、タイミング制御回路部150、システムコントロール回路部160、及び、再生/表示部170を含む。   The imaging system 200 includes an optical system 110, an imaging device 120, and a signal processing unit 180. The signal processing unit 180 includes a signal processing circuit unit 130, a recording / communication unit 140, a timing control circuit unit 150, a system control circuit unit 160, and a playback / display unit 170.

光学系110は、撮像装置120の撮像面である画素配列へ被写体の像を形成する。   The optical system 110 forms an image of a subject on a pixel array that is an imaging surface of the imaging device 120.

撮像装置120は、例えば第1実施例に係る固体撮像装置である。撮像装置120は、画素配列に形成された被写体の像を画像信号に変換する。撮像装置120は、その画像信号を画素配列から読み出して信号処理回路部130へ出力する。   The imaging device 120 is, for example, a solid-state imaging device according to the first embodiment. The imaging device 120 converts the image of the subject formed in the pixel array into an image signal. The imaging device 120 reads the image signal from the pixel array and outputs it to the signal processing circuit unit 130.

信号処理回路部130は、予め決められた方法にしたがって、撮像装置120から供給された画像信号を信号処理する。例えば、アナログ信号である画像信号をA/D変換してデジタル信号である画像データを生成することや、画像データの圧縮処理などを行う。信号処理回路部130は、信号処理された画像データを記録/通信部140及び再生/表示部170へ供給する。   The signal processing circuit unit 130 processes the image signal supplied from the imaging device 120 according to a predetermined method. For example, the image signal that is an analog signal is A / D converted to generate image data that is a digital signal, or the image data is compressed. The signal processing circuit unit 130 supplies the image data subjected to signal processing to the recording / communication unit 140 and the reproduction / display unit 170.

記録/通信部140は、信号処理回路部130から供給された画像データを、不図示の記録媒体に記録したり、同じく不図示の外部装置へ送信したりする。あるいは、記録/通信部140は、記録媒体から画像データを読み出して再生/表示部170へ供給したり、不図示の入力部から所定の指示を受け取ってシステムコントロール回路部160へ供給したりする。   The recording / communication unit 140 records the image data supplied from the signal processing circuit unit 130 on a recording medium (not shown) or transmits it to an external device (not shown). Alternatively, the recording / communication unit 140 reads out image data from the recording medium and supplies it to the reproduction / display unit 170, or receives a predetermined instruction from an input unit (not shown) and supplies it to the system control circuit unit 160.

再生/表示部170は、信号処理回路部130又は記録/通信部140から供給された画像データを、表示デバイスに表示する。   The reproduction / display unit 170 displays the image data supplied from the signal processing circuit unit 130 or the recording / communication unit 140 on a display device.

タイミング制御回路部150は、撮像装置120を駆動するタイミングを制御するための信号を供給するもので、モード切り換え手段としての役割を有する。例えば、制御手段である制御回路20に非読み出し行一括リセット信号や読み出しモード切り換え信号を供給したり、水平走査回路に走査信号や、走査駆動クロックが入力される期間を示すパルスを供給したりする。   The timing control circuit unit 150 supplies a signal for controlling the timing of driving the imaging device 120, and has a role as a mode switching unit. For example, a non-reading row batch reset signal and a reading mode switching signal are supplied to the control circuit 20 which is a control means, or a pulse indicating a period during which a scanning signal or a scanning drive clock is input is supplied to the horizontal scanning circuit. .

システムコントロール回路部160は、所定の指示の情報を記録/通信部140から受け取る。システムコントロール回路部160は、所定の指示に応じて、光学系110、記録/通信部140、再生/表示部170、及びタイミング制御回路部150を制御する。例えば、全画素読み出しモードや間引き読み出しモードで、光学系110、記録/通信部140、再生/表示部170、及びタイミング制御回路部150をそれぞれのモードに応じて制御する。   The system control circuit unit 160 receives predetermined instruction information from the recording / communication unit 140. The system control circuit unit 160 controls the optical system 110, the recording / communication unit 140, the reproduction / display unit 170, and the timing control circuit unit 150 in accordance with a predetermined instruction. For example, the optical system 110, the recording / communication unit 140, the reproduction / display unit 170, and the timing control circuit unit 150 are controlled in accordance with the respective modes in the all-pixel readout mode and the thinning readout mode.

本実施例に係る撮像システムは、実施例1乃至3のいずれかで説明したような固体撮像装置を用いている。すなわち、非読み出し行の画素は、あるフレームにおける読み出し画素から信号を読み出す動作を終了してから、次のフレームにおける読み出し画素からの信号を読み出す動作が始まるまでの期間にのみリセットする動作が行われる。これにより、非読み出し行のリセットに伴って発生する電源変動の影響による画質の低下を軽減することが可能となる。   The imaging system according to the present embodiment uses the solid-state imaging device as described in any one of the first to third embodiments. That is, the pixel in the non-reading row is reset only during the period from the end of the operation of reading out the signal from the reading pixel in a certain frame to the start of the operation of reading out the signal from the reading pixel in the next frame. . As a result, it is possible to reduce the deterioration of the image quality due to the influence of the power supply fluctuation caused by the reset of the non-reading row.

また、上述の実施例ではいずれの場合も、画素から読み出された信号を、スイッチ10のみを介して水平出力線に出力しているが、垂直信号線上に増幅器やCDS(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング)回路などを設けた構成であっても本発明は適用できる。すなわち、非読み出し行の画素は、あるフレームにおける読み出し画素から信号を読み出す動作を終了してから、次のフレームにおける読み出し画素からの信号を読み出す動作が始まるまでの期間にのみリセットする動作が行われることが重要である。   In any of the above-described embodiments, the signal read out from the pixel is output to the horizontal output line via only the switch 10, but an amplifier or CDS (Correlated Double Sampling; correlation) is provided on the vertical signal line. The present invention can be applied even to a configuration provided with a double sampling circuit. That is, the pixel in the non-reading row is reset only during the period from the end of the operation of reading out the signal from the reading pixel in a certain frame to the start of the operation of reading out the signal from the reading pixel in the next frame. This is very important.

本発明の実施例に係る模式図The schematic diagram which concerns on the Example of this invention 本発明の第1実施例に係る動作タイミング図Timing chart of operation according to the first embodiment of the present invention 本発明の第1実施例に係る画素の回路図1 is a circuit diagram of a pixel according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施例に係る画素の回路図Circuit diagram of a pixel according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第3実施例に係る走査回路の回路図The circuit diagram of the scanning circuit which concerns on 3rd Example of this invention. 本発明の第4実施例に係る撮像システムの図The figure of the imaging system concerning the 4th example of the present invention. 従来技術における光電変換装置の模式図Schematic diagram of photoelectric conversion device in the prior art 従来技術における画素の模式図Schematic diagram of pixels in the prior art 従来技術における光電変換装置の動作タイミング図Operation timing chart of photoelectric conversion device in the prior art

符号の説明Explanation of symbols

1 光電変換素子
2 ソースフォロワMOS
3 垂直選択スイッチMOS
4 電源線
5 電源端子
6 垂直信号線
7 負荷
8 選択制御線
9 第1の垂直走査回路
10 スイッチ
11 水平出力線
12 出力アンプ
13 水平走査回路
14 リセットスイッチ
15 リセットスイッチ制御線
16 第2の垂直走査回路
17 非読み出し行一括リセット信号入力端子
18 水平走査回路スタート信号
19 捜査駆動クロック入力期間信号
20 走査回路
21 出力部
100 画素
101 画素部
110 光学系
120 撮像装置
130 信号処理回路部
140 記録/通信部
150 タイミング制御回路部
160 システムコントロール回路部
170 再生/表示部
180 信号処理部
200 撮像システム
402 転送スイッチ制御線
501 走査パルス発生器
502 第1の転送スイッチ
503 第2の転送スイッチ
504 OR回路
505 読み出しモード切り換え端子
901 電荷転送スイッチ
902 転送ゲート線
1 Photoelectric conversion element 2 Source follower MOS
3 Vertical selection switch MOS
4 Power Line 5 Power Terminal 6 Vertical Signal Line 7 Load 8 Selection Control Line 9 First Vertical Scan Circuit 10 Switch 11 Horizontal Output Line 12 Output Amplifier 13 Horizontal Scan Circuit 14 Reset Switch 15 Reset Switch Control Line 16 Second Vertical Scan Circuit 17 Non-read row collective reset signal input terminal 18 Horizontal scanning circuit start signal 19 Search drive clock input period signal 20 Scanning circuit 21 Output unit 100 Pixel 101 Pixel unit 110 Optical system 120 Imaging device 130 Signal processing circuit unit 140 Recording / communication unit 150 Timing Control Circuit Unit 160 System Control Circuit Unit 170 Playback / Display Unit 180 Signal Processing Unit 200 Imaging System 402 Transfer Switch Control Line 501 Scan Pulse Generator 502 First Transfer Switch 503 Second Transfer Switch 504 OR Circuit 5 5 read mode switching terminal 901 a charge transfer switch 902 transfer gate line

Claims (13)

行列状に配列された複数の画素を含む画素部と、
前記行列状に配列された複数の画素をリセットする動作を行単位で制御し、また、前記行列状に配列された複数の画素から信号を読み出す動作を行単位で制御する制御手段と、
を有する固体撮像装置であって、
前記行列状に配列された複数の画素の一部のみが、信号を読み出す動作を行われる場合に、
信号を読み出す動作が行われる第1画素群の画素が電荷を蓄積する動作は、前記制御手段がリセットする動作を終了させることで開始し、さらに、前記制御手段が信号を読み出す動作を行わせることで終了し、
前記制御手段は、第1のフレーム期間において前記第1画素群の画素からの信号を読み出す動作が終了してから、前記第1のフレーム期間に続く第2のフレーム期間において前記第1画素群の画素をリセットする動作が始まるまでの期間にのみ、前記第2のフレーム期間において信号を読み出す動作が行われない第2画素群の画素をリセットする動作を行わせることを特徴とする固体撮像装置。
A pixel portion including a plurality of pixels arranged in a matrix;
Control means for controlling the operation of resetting a plurality of pixels arranged in a matrix in units of rows, and a control means for controlling an operation of reading out signals from the plurality of pixels arranged in a matrix in units of rows,
A solid-state imaging device comprising:
When only a part of the plurality of pixels arranged in the matrix is subjected to an operation of reading a signal,
The operation of accumulating the charge in the pixels of the first pixel group in which the operation of reading out the signal is started is started by ending the operation of resetting by the control unit, and further the operation of reading out the signal by the control unit is performed. End with
The control means includes a second frame period following the first frame period after the operation of reading out signals from the pixels of the first pixel group is completed in the first frame period. A solid-state imaging device that performs an operation of resetting pixels of a second pixel group in which an operation of reading out signals in the second frame period is not performed only during a period until an operation of resetting pixels starts.
前記制御手段は、
前記行列状に配列された複数の画素をリセットする動作を制御する第1の走査手段と、
前記行列状に配列された複数の画素から信号を読み出す動作を制御する第2の走査手段と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
The control means includes
First scanning means for controlling an operation of resetting a plurality of pixels arranged in a matrix;
Second scanning means for controlling an operation of reading signals from the plurality of pixels arranged in a matrix;
The solid-state imaging device according to claim 1, comprising:
前記制御手段は、前記第2画素群の画素をリセットする動作を一括して制御することを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the control unit collectively controls an operation of resetting pixels of the second pixel group. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の固体撮像装置であって、
前記固体撮像装置は、
前記行列状に配列された複数の画素の一部のみが、信号を読み出す動作を行われる第1の読み出しモードと、
前記行列状に配列された複数の画素の全てから信号を読み出す動作を行う第2の読み出しモードと、
を備え、
前記制御手段は、前記第2の読み出しモードで信号を読み出す動作を行われる画素を、行単位で順次リセットする動作を行わせることを特徴とする固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3,
The solid-state imaging device
A first readout mode in which only a part of the plurality of pixels arranged in a matrix performs an operation of reading out a signal;
A second readout mode for performing an operation of reading out signals from all of the plurality of pixels arranged in a matrix;
With
The solid-state imaging device, wherein the control unit causes an operation of sequentially resetting pixels for which a signal is read in the second reading mode, in units of rows.
請求項4に記載の固体撮像装置であって、
前記第1の読み出しモードと前記第2の読み出しモードとを切り換えるモード切り換え信号を前記制御手段に供給するモード切り換え手段を有することを特徴とする固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 4,
A solid-state imaging device comprising mode switching means for supplying a mode switching signal for switching between the first readout mode and the second readout mode to the control means.
前記第1の読み出しモードで動画を撮影することを特徴とする請求項4または5に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 4, wherein a moving image is captured in the first readout mode. 請求項1乃至6に記載の固体撮像装置であって、
前記画素から読み出された信号を外部に出力する出力部をさらに有し、
前記制御手段は、第1のフレーム期間において前記第1画素群の画素からの信号を外部に出力する動作が終了してから、前記第1のフレーム期間に続く第2のフレーム期間において前記第1画素群の画素をリセットする動作が始まるまでの期間にのみ前記第2のフレーム期間において信号を読み出す動作が行われない前記第2画素群の画素をリセットする動作を行わせることを特徴とする固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1,
An output unit for outputting a signal read from the pixel to the outside;
The control means performs the first frame period in a second frame period following the first frame period after the operation of outputting signals from the pixels of the first pixel group to the outside in the first frame period ends. A solid state characterized in that an operation of resetting the pixels of the second pixel group, in which an operation of reading a signal in the second frame period is not performed only during a period until an operation of resetting the pixels of the pixel group is started, is performed. Imaging device.
前記行列状に配列された複数の画素の各々は、
光電変換素子と、
該光電変換素子に蓄積された電荷に応じた信号を出力する増幅部と、
前記光電変換素子に蓄積された電荷の、増幅部への転送を制御する転送部と、
前記増幅部及び/または光電変換素子に蓄積された電荷の排出を制御するリセット部と、を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
Each of the plurality of pixels arranged in a matrix is
A photoelectric conversion element;
An amplifier that outputs a signal corresponding to the charge accumulated in the photoelectric conversion element;
A transfer unit that controls transfer of charges accumulated in the photoelectric conversion element to the amplification unit;
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising: a reset unit that controls discharge of electric charge accumulated in the amplification unit and / or the photoelectric conversion element.
前記行列状に配列された複数の画素の各々は、
前記制御手段によって活性化されることで読み出す画素を選択する選択部をさらに有することを特徴とする請求項8に記載の固体撮像装置。
Each of the plurality of pixels arranged in a matrix is
The solid-state imaging device according to claim 8, further comprising a selection unit that selects a pixel to be read by being activated by the control unit.
請求項1乃至9のいずれか1項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の画素部に像を形成する光学系と、
前記固体撮像装置から出力された信号を処理して画像データを生成する信号処理部と、
を備えたことを特徴とする撮像システム。
A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 9,
An optical system for forming an image on a pixel portion of the solid-state imaging device;
A signal processing unit that processes signals output from the solid-state imaging device to generate image data;
An imaging system comprising:
行列状に配列された複数の画素を含む画素部を有する固体撮像装置の駆動方法であって、
前記行列状に配列された複数の画素の一部のみ信号を読み出す動作を行う場合に、
信号を読み出す第1画素群の画素が電荷を蓄積する動作は、画素をリセットする動作を終了することで開始し、さらに、信号を読み出す動作を行うことで終了し、
信号を読み出さない第2画素群の画素をリセットする動作は、第1のフレーム期間において前記第1画素群の画素からの信号を読み出す動作が終了してから、前記第1のフレーム期間に続く第2のフレーム期間において前記第1画素群の画素をリセットする動作が始まるまでの期間にのみ行う
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
A method for driving a solid-state imaging device having a pixel portion including a plurality of pixels arranged in a matrix,
When performing an operation of reading out only a part of the plurality of pixels arranged in the matrix,
The operation in which the pixels of the first pixel group that reads out the signal accumulates the charge starts by ending the operation of resetting the pixel, and further ends by performing the operation of reading out the signal.
The operation of resetting the pixels of the second pixel group from which signals are not read out is performed after the operation of reading out signals from the pixels of the first pixel group is completed in the first frame period. A method for driving a solid-state imaging device, which is performed only during a period until an operation for resetting pixels of the first pixel group is started in two frame periods.
前記第2画素群の画素を一括してリセットすることを特徴とする請求項11に記載の固体撮像装置の駆動方法。   The solid-state imaging device driving method according to claim 11, wherein the pixels of the second pixel group are collectively reset. 請求項11または12に記載の固体撮像装置の駆動方法であって、
前記固体撮像装置は前記画素部の画素から読み出された信号を外部に出力する出力部をさらに有し、
前記第2画素群の画素をリセットする動作を、第1のフレーム期間において前記第1画素群の画素からの信号を外部に出力する動作が終了してから、前記第1のフレーム期間に続く第2のフレーム期間において前記第1画素群の画素をリセットする動作が始まるまでの期間にのみ行う
ことを特徴とする請求項11または12に記載の固体撮像装置の駆動方法。
It is a drive method of the solid-state imaging device according to claim 11 or 12,
The solid-state imaging device further includes an output unit that outputs a signal read from the pixel of the pixel unit to the outside,
The operation of resetting the pixels of the second pixel group is performed following the first frame period after the operation of outputting the signals from the pixels of the first pixel group to the outside in the first frame period is completed. The solid-state imaging device driving method according to claim 11, wherein the driving is performed only during a period until an operation of resetting pixels of the first pixel group is started in two frame periods.
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