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JP7176585B2 - Imaging device and imaging device - Google Patents

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JP7176585B2 JP2021047475A JP2021047475A JP7176585B2 JP 7176585 B2 JP7176585 B2 JP 7176585B2 JP 2021047475 A JP2021047475 A JP 2021047475A JP 2021047475 A JP2021047475 A JP 2021047475A JP 7176585 B2 JP7176585 B2 JP 7176585B2
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Description

本発明は、撮像装置、及び撮像素子に関する。 The present invention relates to an imaging device and an imaging element .

従来、ローリング電子シャッタ方式とグローバル電子シャッタ方式とを切り替え可能な撮像素子が知られている(特許文献1参照)。
従来の撮像素子では、1フレームの読出期間においてローリング電子シャッタ方式とグローバル電子シャッタ方式による信号読出を行うことはできなかった。
2. Description of the Related Art Conventionally, an imaging device capable of switching between a rolling electronic shutter method and a global electronic shutter method is known (see Patent Document 1).
In a conventional imaging device, signal readout by the rolling electronic shutter method and the global electronic shutter method could not be performed in the readout period of one frame.

特開2012-165104号公報JP 2012-165104 A

発明の一態様による撮像装置は、光電変換された電荷に基づく信号を生成する複数の画素が配置される画素エリアを有する撮像素子と、前記画素エリアのうち第1エリアに配置される複数の第1画素からグローバル電子シャッタ方式で前記信号を読み出し、前記画素エリアのうち第2エリアに配置される複数の第2画素からローリング電子シャッタ方式で前記信号を読み出すように前記撮像素子を制御する制御部と、を備え、前記画素は、光を電荷に変換する光電変換部と、前記制御部によりグローバル電子シャッタ方式で前記信号を読み出す場合に用いられる第1読出回路と前記制御部によりローリング電子シャッタ方式で前記信号を読み出す場合に用いられる第2読出回路とを含む読出部とを有前記第1画素は、前記第1エリアにおいて列方向にそれぞれ並んで配置される
発明の一態様による撮像素子は、複数の画素が配置される画素エリアを備える撮像素子であって、前記複数の画素は、光を電荷に変換する光電変換部と、グローバル電子シャッタ方式により前記光電変換部で変換された電荷に基づく信号を読み出すための第1読出回路と、ローリング電子シャッタ方式により前記信号を読み出すための第2読出回路とを含む読出部とをそれぞれが有し、前記複数の画素のうち、前記画素エリアの第1エリアに配置される複数の第1画素は、グローバル電子シャッタ方式で前記信号を読み出すように制御され、前記複数の画素のうち、前記画素エリアの第2エリアに配置される複数の第2画素は、ローリング電子シャッタ方式で前記信号を読み出すように制御され、前記第1画素は、前記第1エリアにおいて列方向にそれぞれ並んで配置される。
An imaging device according to an aspect of the invention includes an imaging element having a pixel area in which a plurality of pixels that generate signals based on photoelectrically converted charges are arranged, and a plurality of pixels arranged in a first area of the pixel area. Control for controlling the imaging device so that the signals are read out from the first pixels by a global electronic shutter method and the signals are read out from a plurality of second pixels arranged in a second area of the pixel areas by a rolling electronic shutter method. a photoelectric conversion unit that converts light into an electric charge; a first readout circuit that is used when the control unit reads out the signal by a global electronic shutter method ; and a readout section including a second readout circuit used when reading out the signal by a shutter method, and the first pixels are arranged side by side in the column direction in the first area .
An image pickup device according to an aspect of the invention is an image pickup device including a pixel area in which a plurality of pixels are arranged, wherein the plurality of pixels includes a photoelectric conversion unit that converts light into an electric charge, and a global electronic shutter method that converts the photoelectric conversion unit into an electric charge. each of the plurality of Among pixels, a plurality of first pixels arranged in a first area of the pixel area are controlled to read out the signal by a global electronic shutter method, and among the plurality of pixels, a second area of the pixel area is controlled. A plurality of second pixels arranged in the first area are controlled so as to read out the signal by a rolling electronic shutter method, and the first pixels are arranged side by side in the column direction in the first area.

本発明の一実施の形態におけるデジタルカメラの構成例を示す図である。1 is a diagram showing a configuration example of a digital camera according to an embodiment of the present invention; FIG. 撮像素子の概略的な全体構成を説明する図である。It is a figure explaining the rough whole structure of an image pick-up element. 従来の撮像システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional imaging system. ローリング電子シャッタ方式のCMOS撮像素子における単位画素および垂直駆動回路の一部の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of part of a unit pixel and a vertical drive circuit in a rolling electronic shutter type CMOS imaging device; ローリング電子シャッタの駆動タイミングを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing drive timings of a rolling electronic shutter; ローリング電子シャッタの駆動タイミングの全体イメージを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an overall image of driving timing of the rolling electronic shutter; グローバル電子シャッタ方式のCMOS撮像素子における単位画素および垂直駆動回路の一部の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a partial configuration of a unit pixel and a vertical drive circuit in a global electronic shutter type CMOS imaging device; グローバル電子シャッタの駆動タイミングを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing driving timing of the global electronic shutter; グローバル電子シャッタの駆動タイミングの全体イメージを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an overall image of driving timing of the global electronic shutter; 第1の実施の形態における撮像システムの構成例を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging system according to a first embodiment; FIG. 第1実施例における撮像素子の単位画素および垂直駆動回路の一部の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a part of a unit pixel and a vertical drive circuit of the imaging element in the first example; 第1実施例におけるローリング電子シャッタおよびグローバル電子シャッタの駆動タイミングを示す図である。4 is a diagram showing drive timings of the rolling electronic shutter and the global electronic shutter in the first embodiment; FIG. 第1実施例におけるローリング電子シャッタおよびグローバル電子シャッタ駆動タイミングの全体イメージを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an overall image of driving timings of the rolling electronic shutter and the global electronic shutter in the first embodiment; グローバル電子シャッタ駆動させる行の設定例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a setting example of rows to be driven by the global electronic shutter; 第2実施例における撮像素子の単位画素および垂直駆動回路の一部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a part of unit pixel of an image pick-up element in 2nd Example, and a vertical drive circuit. 第2実施例におけるローリング電子シャッタおよびグローバル電子シャッタの駆動タイミングを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing driving timings of a rolling electronic shutter and a global electronic shutter in the second embodiment; 第2実施例におけるローリング電子シャッタおよびグローバル電子シャッタ駆動タイミングの全体イメージを示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an overall image of driving timings of the rolling electronic shutter and the global electronic shutter in the second embodiment; 第3実施例における撮像素子の単位画素および垂直駆動回路の一部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a part of unit pixel of an image pick-up element in 3rd Example, and a vertical drive circuit. グローバル電子シャッタ駆動させるブロックエリアの第1設定例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a first setting example of block areas to be driven by the global electronic shutter; 第3実施例におけるローリング電子シャッタおよびグローバル電子シャッタの駆動タイミングを示す図である。FIG. 11 is a diagram showing drive timings of the rolling electronic shutter and the global electronic shutter in the third embodiment; グローバル電子シャッタ駆動させるブロックエリアの第2設定例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a second setting example of block areas to be driven by the global electronic shutter; グローバル電子シャッタ駆動させるブロックエリアの第3設定例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a third setting example of block areas to be driven by the global electronic shutter; グローバル電子シャッタ駆動させるブロックエリアの第4設定例を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a fourth setting example of block areas to be driven by the global electronic shutter; 第4実施例におけるブロックエリアの配置と垂直エリアおよび水平エリアの設定との関係を説明する図である。FIG. 12 is a diagram for explaining the relationship between the arrangement of block areas and the setting of vertical and horizontal areas in the fourth embodiment; グローバル電子シャッタ駆動させるエリアの設定例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a setting example of areas to be driven by the global electronic shutter; 第2の実施の形態における撮像システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the imaging system in 2nd Embodiment. 第2の実施の形態における単位画素の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the unit pixel in 2nd Embodiment. 第2の実施の形態におけるローリング電子シャッタおよびグローバル電子シャッタの駆動タイミングを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing driving timings of a rolling electronic shutter and a global electronic shutter in the second embodiment; 動体検出を説明する図である。It is a figure explaining moving object detection. ローリング電子シャッタおよびグローバル電子シャッタで得られる画像の例を示す図である。FIG. 3 shows examples of images obtained with a rolling electronic shutter and a global electronic shutter;

-第1の実施の形態-
図面を参照しながら、本発明の第1の実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態におけるデジタルカメラの構成を示すブロック図である。図1のデジタルカメラは、レンズ交換式のデジタルカメラであり、交換レンズ110とカメラボディ100とから構成され、交換レンズ110がレンズ取り付け部105を介してカメラボディ100に装着される。
-First Embodiment-
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a digital camera according to this embodiment. The digital camera shown in FIG. 1 is an interchangeable lens type digital camera, and includes an interchangeable lens 110 and a camera body 100 , and the interchangeable lens 110 is attached to the camera body 100 via a lens attachment portion 105 .

交換レンズ110は、レンズ制御装置111、ズームレンズ112、フォーカスレンズ113、防振レンズ114、絞り115、レンズ操作部116などを備えている。レンズ制御装置111は、CPUとメモリなどの周辺部品とを含み、フォーカスレンズ113および絞り115の駆動制御、ズームレンズ112やフォーカスレンズ113の位置検出、カメラボディ100へのレンズ情報の送信およびカメラボディ100からのカメラ情報の受信などを行う。 The interchangeable lens 110 includes a lens control device 111, a zoom lens 112, a focus lens 113, an antivibration lens 114, an aperture 115, a lens operation section 116, and the like. The lens control device 111 includes peripheral components such as a CPU and a memory, and controls driving of the focus lens 113 and the diaphragm 115, detects the positions of the zoom lens 112 and the focus lens 113, transmits lens information to the camera body 100, and controls the camera body. It receives camera information from 100 and the like.

カメラボディ100は、撮像素子101、ボディ制御装置102、ボディ操作部103、および表示部104などを有している。撮像素子101は、交換レンズ110の予定結像面(予定焦点面)に配置され、交換レンズ110により結像された被写体像を光電変換する。ボディ操作部103は、シャッターボタンや、焦点検出エリアの設定部材などを含む。表示部104は、カメラボディ100の背面に搭載された液晶モニタ(背面モニタ)である。 The camera body 100 has an imaging device 101, a body control device 102, a body operation section 103, a display section 104, and the like. The imaging device 101 is arranged on a planned imaging plane (planned focal plane) of the interchangeable lens 110 and photoelectrically converts a subject image formed by the interchangeable lens 110 . The body operation unit 103 includes a shutter button, focus detection area setting members, and the like. A display unit 104 is a liquid crystal monitor (rear monitor) mounted on the rear surface of the camera body 100 .

ボディ制御装置102は、CPUとメモリなどの周辺部品とを含む。ボディ制御装置102は、撮像素子101の駆動制御、画像信号の読み出し、焦点検出演算および交換レンズ110の焦点調節、画像信号の処理および記録、デジタルカメラの動作制御などを行う。ボディ制御装置102は、レンズ取り付け部105に設けられた電気接点106を介してレンズ制御装置111と通信を行い、レンズ情報の受信およびカメラ情報(デフォーカス量や絞り値など)の送信を行う。 Body control device 102 includes a CPU and peripheral components such as memory. The body control device 102 performs drive control of the image sensor 101, image signal readout, focus detection calculation, focus adjustment of the interchangeable lens 110, image signal processing and recording, digital camera operation control, and the like. The body control device 102 communicates with the lens control device 111 via an electrical contact 106 provided on the lens mounting portion 105 to receive lens information and transmit camera information (defocus amount, aperture value, etc.).

交換レンズ110を通過した光束により、撮像素子101の受光面上に被写体像が形成される。この被写体像は撮像素子101により光電変換され、画像信号がボディ制御装置102へ送られる。 A subject image is formed on the light-receiving surface of the image sensor 101 by the luminous flux that has passed through the interchangeable lens 110 . This subject image is photoelectrically converted by the imaging device 101 and an image signal is sent to the body control device 102 .

ボディ制御装置102は、撮像素子101からの画像信号に基づいて焦点検出演算を行うことにより、交換レンズ110の焦点調節状態(デフォーカス量)を検出し、このデフォーカス量をレンズ制御装置111へ送る。レンズ制御装置111は、受信したデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ113の駆動量を算出し、この駆動量に基づいてフォーカスレンズ113を不図示のモーター等で駆動して合焦位置へ移動させる。 The body control device 102 detects the focus adjustment state (defocus amount) of the interchangeable lens 110 by performing focus detection calculation based on the image signal from the image pickup device 101, and transmits this defocus amount to the lens control device 111. send. The lens control device 111 calculates the drive amount of the focus lens 113 based on the received defocus amount, and drives the focus lens 113 with a motor or the like (not shown) based on this drive amount to move it to the in-focus position.

また、ボディ制御装置102は、撮像素子101からの画像信号を処理して画像データを生成し、不図示のメモリカードに格納する。それとともに、ボディ制御装置102は、撮像素子101からのスルー画像信号に基づくスルー画像を表示部104に表示させる。 Also, the body control device 102 processes an image signal from the imaging device 101 to generate image data, and stores the image data in a memory card (not shown). At the same time, the body control device 102 causes the display unit 104 to display a through image based on the through image signal from the imaging device 101 .

(撮像素子の全体構成)
図2は、撮像素子101の全体構成を簡略化して説明する図である。なお、図2では、電源部や詳細回路は省略している。撮像素子101は、CMOSイメージセンサで構成される。撮像素子101は、画素エリア201と、垂直駆動回路202と、カラム回路203と、水平転送回路204と、出力回路205と、制御部206と、を有する。画素エリア201は、水平方向(行方向)および垂直方向(列方向)に二次元状に配列された複数の画素を有する。各画素は、入射光量に応じた電荷を蓄積するフォトダイオード(光電変換部)を有する。画素エリア201内にある各画素は垂直駆動回路202により制御され、光電変換によりフォトダイオードに蓄積された蓄積電荷に応じた撮像信号が順次カラム回路203に出力される。カラム回路203では、各画素からの撮像信号に対して相関二重サンプリング(CDS)を行ったりゲインをかけたりすることで、画像信号として後段回路(不図示)で扱いやすいように処理する。カラム回路203で処理された撮像信号は、水平転送回路204を通り出力回路205に送られ、撮像素子101の出力として後段回路に受け渡される。ここでは、アナログ出力のセンサの例で記載したが、デジタル出力のセンサを用いても基本的な考え方は変わらない。制御部206は、以上の各部を制御する。以下に説明する画素エリア201、垂直駆動回路202、カラム回路203、水平転送回路204、および出力回路205の動作は、全て制御部206の制御によるものである。
(Overall configuration of imaging device)
FIG. 2 is a diagram for explaining a simplified overall configuration of the image sensor 101. As shown in FIG. Note that a power supply unit and detailed circuits are omitted in FIG. The imaging device 101 is composed of a CMOS image sensor. The imaging device 101 has a pixel area 201 , a vertical drive circuit 202 , a column circuit 203 , a horizontal transfer circuit 204 , an output circuit 205 and a control section 206 . The pixel area 201 has a plurality of pixels arranged two-dimensionally in the horizontal direction (row direction) and the vertical direction (column direction). Each pixel has a photodiode (photoelectric conversion unit) that accumulates electric charge according to the amount of incident light. Each pixel in the pixel area 201 is controlled by a vertical drive circuit 202 , and imaging signals corresponding to accumulated charges accumulated in the photodiodes by photoelectric conversion are sequentially output to the column circuit 203 . The column circuit 203 performs correlated double sampling (CDS) on the imaging signal from each pixel or applies a gain, thereby processing the imaging signal so that it can be easily handled by a subsequent circuit (not shown) as an image signal. The imaging signal processed by the column circuit 203 is sent to the output circuit 205 through the horizontal transfer circuit 204 and passed to the subsequent circuit as the output of the imaging element 101 . Here, an analog output sensor has been described as an example, but the basic idea does not change even if a digital output sensor is used. The control unit 206 controls each unit described above. The operations of the pixel area 201 , vertical drive circuit 202 , column circuit 203 , horizontal transfer circuit 204 , and output circuit 205 described below are all controlled by the controller 206 .

(従来の撮像システム)
ここで、本実施形態による撮像システムの説明の前に、従来の撮像システムの構成例について説明する。図3は、従来の撮像システムの構成例を示す図である。従来の撮像システム500では、撮像素子501により得られた画像信号に基づいて被写体検出部502により被写体検出を行う。そして、処理実行部503は、被写体検出部502による検出結果に基づいて、被写体認識処理を行い、その認識結果を基に、動体の動きを予測する動体予測処理や被写体を追尾する被写体追尾処理、AF(AutoFocus)エリアの選択処理などを行ってきた。このような撮像システム500の用途に応じて、ローリング電子シャッタ方式で駆動する撮像素子やグローバル電子シャッタ方式で駆動するCMOS撮像素子が用いられている。
(conventional imaging system)
Here, before describing the imaging system according to the present embodiment, a configuration example of a conventional imaging system will be described. FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a conventional imaging system. In the conventional imaging system 500 , subject detection is performed by the subject detection unit 502 based on the image signal obtained by the image sensor 501 . Then, the processing execution unit 503 performs subject recognition processing based on the detection result of the subject detection unit 502, and based on the recognition result, moving object prediction processing for predicting the movement of a moving object, subject tracking processing for tracking the subject, We have performed AF (AutoFocus) area selection processing and the like. Depending on the application of such an imaging system 500, an imaging device driven by a rolling electronic shutter system or a CMOS imaging device driven by a global electronic shutter system is used.

(ローリング電子シャッタ方式)
図4は、ローリング電子シャッタ方式のCMOS撮像素子600における単位画素620の構成を示す図である。図4では、単位画素(1画素)620あたり、フォトダイオードPD1個とトランジスタ4個(転送トランジスタTX-Tr、リセットトランジスタRST-Tr、増幅トランジスタSF-Tr、セレクトトランジスタSEL-Tr)を有する。これらの各部は、図4に示すように接続されている。転送トランジスタTXは、フォトダイオードPDに蓄積された電荷を転送する。フローティングディフュージョン(浮遊容量)FDは、フォトダイオードPDから転送される電荷を保持する電荷保持部として機能する。増幅トランジスタSF-Trは、ソースフォロワ回路を形成し、フローティングディフュージョンFDの電位に応じた信号を出力する。リセットトランジスタRST-Trは、フローティングディフュージョンFDの電位やフォトダイオードPDの電荷をリセットする。セレクトトランジスタSEL-Trは、画素が選択されるとオンし、フローティングディフュージョンFDから垂直信号線640までを接続する。図4においてVDDは電源電圧を示す。
(Rolling electronic shutter method)
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a unit pixel 620 in a rolling electronic shutter type CMOS imaging device 600. As shown in FIG. In FIG. 4, each unit pixel (one pixel) 620 has one photodiode PD and four transistors (transfer transistor TX-Tr, reset transistor RST-Tr, amplification transistor SF-Tr, select transistor SEL-Tr). These parts are connected as shown in FIG. The transfer transistor TX transfers charges accumulated in the photodiode PD. A floating diffusion (floating capacitance) FD functions as a charge holding portion that holds charges transferred from the photodiode PD. The amplification transistor SF-Tr forms a source follower circuit and outputs a signal corresponding to the potential of the floating diffusion FD. The reset transistor RST-Tr resets the potential of the floating diffusion FD and the charge of the photodiode PD. The select transistor SEL-Tr turns on when a pixel is selected, and connects the floating diffusion FD to the vertical signal line 640 . VDD in FIG. 4 indicates a power supply voltage.

また、図4では、垂直駆動回路630の一部を記載しており、垂直駆動回路630内におけるドライバDrの接続までを示す。図4において、VselはセレクトトランジスタSEL-Trの制御パルスを示す。選択行のみ制御パルスVselがHighになり、セレクトトランジスタSEL-Trがオンすると、フローティングディフュージョンFDから垂直信号線640までが接続される。また、VrstはリセットトランジスタRST-Trの制御パルスを示す。フォトダイオードPDのリセットやフローティングディフュージョンFDのリセットの際、制御パルスVrstがHighになり、リセットトランジスタRST-Trがオンする。また、Vtxは転送トランジスタTX-Trの制御パルスを示す。フォトダイオードPDの蓄積電荷を転送する際、制御パルスVtxがHighになり、転送トランジスタTX-Trがオンする。 In addition, FIG. 4 shows a part of the vertical drive circuit 630 and shows up to the connection of the driver Dr in the vertical drive circuit 630 . In FIG. 4, Vsel indicates a control pulse for the select transistor SEL-Tr. When the control pulse Vsel of only the selected row becomes High and the select transistor SEL-Tr is turned on, the floating diffusion FD to the vertical signal line 640 are connected. Vrst indicates a control pulse for the reset transistor RST-Tr. When resetting the photodiode PD or the floating diffusion FD, the control pulse Vrst becomes High and the reset transistor RST-Tr is turned on. Vtx indicates a control pulse for the transfer transistor TX-Tr. When transferring the charge accumulated in the photodiode PD, the control pulse Vtx becomes High and the transfer transistor TX-Tr is turned on.

図5は、ローリング電子シャッタの駆動タイミングを示す図であり、例として、1行目と2行目の画素の動作について示したものである。なお、図5において、1行目のセレクトトランジスタSEL-Trの制御パルスをVsel_1、2行目のセレクトトランジスタSEL-Trの制御パルスをVsel_2と表記する。その他のトランジスタの制御パルスも同様である。また、1行目の水平転送を水平転送1、2行目の水平転送を水平転送2と表記する。また、1水平期間(1H)は、1行分の読み出しにかかる時間の長さを表す。以上の表記は、以下に説明する他の図でも同様である。 FIG. 5 is a diagram showing the drive timing of the rolling electronic shutter, and shows, as an example, the operations of pixels on the first and second rows. In FIG. 5, the control pulse for the select transistor SEL-Tr on the first row is denoted by Vsel_1, and the control pulse for the select transistor SEL-Tr on the second row is denoted by Vsel_2. Control pulses for other transistors are the same. Also, the horizontal transfer of the first row is referred to as horizontal transfer 1, and the horizontal transfer of the second row is referred to as horizontal transfer 2. One horizontal period (1H) represents the length of time required to read out one row. The notation described above is the same for other drawings described below.

図5に示すように、1行目と2行目では、フォトダイオードPDのリセット(PD_rst)とフォトダイオードPDの読み出し(PD_read)のタイミングが、1水平期間(1H)分ずれている。これがローリング電子シャッタの特徴であり、フォトダイオードPDのリセットからフォトダイオードPDの読み出しまでの期間が蓄積時間(シャッター時間)となる。各行では、蓄積時間の最初にフォトダイオードPDのリセットが行われる。フォトダイオードPDのリセットでは、それまでにフォトダイオードPDに蓄積されていた不要電荷をリセットトランジスタRST-Trを通して排出する。蓄積時間経過後にフォトダイオードPDの読み出しが行われる。フォトダイオードPDの読み出しでは、蓄積時間中にフォトダイオードPDに蓄積された電荷をフローティングディフュージョンFDに転送し、増幅トランジスタSF-Tr、セレクトトランジスタSEL-Trを通して蓄積電荷に応じた信号を垂直信号線640に読み出す。なお、フォトダイオードPDのリセット、フォトダイオードPDの読み出しは、図示したタイミングに限られない。垂直信号線640上に読み出された撮像信号は、カラム回路を通り、行毎に順次水平転送され出力される。 As shown in FIG. 5, between the first row and the second row, the timings of resetting the photodiode PD (PD_rst) and reading the photodiode PD (PD_read) are shifted by one horizontal period (1H). This is a characteristic of the rolling electronic shutter, and the period from resetting of the photodiode PD to readout of the photodiode PD is an accumulation time (shutter time). In each row, the photodiode PD is reset at the beginning of the accumulation time. In resetting the photodiode PD, unnecessary charges accumulated in the photodiode PD until then are discharged through the reset transistor RST-Tr. After the accumulation time has elapsed, the readout of the photodiode PD is performed. In reading out the photodiode PD, the charge accumulated in the photodiode PD during the accumulation time is transferred to the floating diffusion FD, and a signal corresponding to the accumulated charge is sent to the vertical signal line 640 through the amplification transistor SF-Tr and the select transistor SEL-Tr. read out to Note that resetting of the photodiode PD and reading of the photodiode PD are not limited to the illustrated timings. The imaging signal read out onto the vertical signal line 640 passes through the column circuit, is horizontally transferred row by row, and is output.

図6は、ローリング電子シャッタの駆動タイミングの全体イメージを示す図であり、縦軸を行数、横軸を時間として示している。図5でも説明した通り、フォトダイオードPDのリセット(PD_rst)とフォトダイオードPDの読み出し(PD_read)の間が蓄積時間である。フォトダイオードPDからの読み出し後すぐに水平転送が行われる。図6に示すように、ローリング電子シャッタでは、蓄積時間の間隔は同じでも、行毎の蓄積同時性がないことが分かる。 FIG. 6 is a diagram showing an overall image of driving timing of the rolling electronic shutter, in which the vertical axis indicates the number of rows and the horizontal axis indicates time. As described in FIG. 5, the accumulation time is between the reset (PD_rst) of the photodiode PD and the readout (PD_read) of the photodiode PD. Horizontal transfer is performed immediately after reading from the photodiode PD. As shown in FIG. 6, in the rolling electronic shutter, even if the interval of the accumulation time is the same, there is no accumulation simultaneity for each row.

(グローバル電子シャッタ方式)
図7は、グローバル電子シャッタ方式のCMOS撮像素子700における単位画素720の構成を示す図である。図7では、単位画素(1画素)720あたり、フォトダイオードPD1個と保持容量SC1個とトランジスタ5個(転送トランジスタTX-Tr、リセットトランジスタRST-Tr、増幅トランジスタSF-Tr、セレクトトランジスタSEL-Tr、保持容量転送トランジスタSG-Tr)とを有する。これらの各部は、図7に示すように接続されている。また、図7では、垂直駆動回路730の一部を記載しており、垂直駆動回路730内におけるドライバDrの接続までを示す。
(global electronic shutter method)
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of a unit pixel 720 in a global electronic shutter type CMOS imaging device 700. As shown in FIG. In FIG. 7, one photodiode PD, one storage capacitor SC, and five transistors (transfer transistor TX-Tr, reset transistor RST-Tr, amplification transistor SF-Tr, select transistor SEL-Tr) are provided per unit pixel (one pixel) 720. , and a storage capacitor transfer transistor SG-Tr). These parts are connected as shown in FIG. In addition, FIG. 7 shows a part of the vertical drive circuit 730 and shows up to the connection of the driver Dr in the vertical drive circuit 730 .

図7に示すように、グローバル電子シャッタ方式のCMOS撮像素子700の単位画素720の構成には、図4に示したローリング電子シャッタ方式のCMOS撮像素子600の単位画素620と同様の構成に加えて、保持容量SCと保持容量転送トランジスタSG-Trとが追加されている。保持容量SCは、転送トランジスタTX-TrによりフォトダイオードPDから転送される蓄積電荷を保持する電荷保持部として機能する。保持容量転送トランジスタSG-Trは、保持容量SCに保持された蓄積電荷をフローティングディフュージョンFDに転送する転送部として機能する。また、制御パルスとして、保持容量転送トランジスタSG-Trを制御する制御パルスVsgが追加されている。保持容量SGに保持された蓄積電荷を転送する際に、制御パルスVsgがHighになり、保持容量転送トランジスタSG-Trがオンする。 As shown in FIG. 7, in the configuration of the unit pixel 720 of the global electronic shutter CMOS imaging device 700, in addition to the configuration similar to that of the unit pixel 620 of the rolling electronic shutter CMOS imaging device 600 shown in FIG. , a holding capacitor SC and a holding capacitor transfer transistor SG-Tr are added. The holding capacitor SC functions as a charge holding portion that holds accumulated charges transferred from the photodiode PD by the transfer transistor TX-Tr. The storage capacitor transfer transistor SG-Tr functions as a transfer section that transfers the accumulated charges held in the storage capacitor SC to the floating diffusion FD. A control pulse Vsg for controlling the storage capacitor transfer transistor SG-Tr is added as a control pulse. When transferring the accumulated charge held in the holding capacitor SG, the control pulse Vsg becomes High and the holding capacitor transfer transistor SG-Tr is turned on.

図8は、グローバル電子シャッタの駆動タイミングを示す図であり、例として、1行目と2行目の画素の動作について示したものである。図8に示すように、1行目と2行目で、フォトダイオードPDおよび保持容量SCのリセット(PDSC_rst)とフォトダイオードPDの読み出し(PD_read)のタイミングが同じとなっている。これがグローバル電子シャッタの特徴であり、フォトダイオードPDおよび保持容量SCのリセットからフォトダイオードPDの読み出しまでの期間が蓄積時間(シャッター時間)となる。各行では、蓄積時間の最初にフォトダイオードPDおよび保持容量SCのリセットが行われる。フォトダイオードPDおよび保持容量SCのリセットでは、それまでにフォトダイオードPDや保持容量SCにたまっていた不要電荷を全画素同時にリセットトランジスタRST-Trを通して排出する。蓄積時間経過後にフォトダイオードPDの読み出しが行われる。フォトダイオードPDの読み出しでは、蓄積時間中にフォトダイオードPDに蓄積された電荷を全画素同時に保持容量SCに転送する。その後、保持容量SCの読み出し(SC_read)を行毎に順次行う。保持容量SCの読み出しでは、保持容量SCに保持されている電荷をフローティングディフュージョンFDに転送し、ソースフォロアSF-Tr、セレクトトランジスタSEL-Trを通して垂直信号線740に読み出す。なお、フォトダイオードPDおよび保持容量SCのリセット、フォトダイオードPDの読み出し、保持容量SCの読み出しは、図示したタイミングに限られない。垂直信号線740上に読み出された撮像信号は、カラム回路を通り、行毎に順次水平転送され出力される。 FIG. 8 is a diagram showing the driving timing of the global electronic shutter, and shows, as an example, the operations of pixels on the first and second rows. As shown in FIG. 8, the timings of resetting the photodiode PD and the storage capacitor SC (PDSC_rst) and reading the photodiode PD (PD_read) are the same between the first row and the second row. This is a feature of the global electronic shutter, and the period from the resetting of the photodiode PD and the storage capacitor SC to the readout of the photodiode PD is the accumulation time (shutter time). In each row, the photodiode PD and holding capacitor SC are reset at the beginning of the accumulation time. In resetting the photodiode PD and the holding capacitor SC, unnecessary charges accumulated in the photodiode PD and the holding capacitor SC until then are simultaneously discharged through the reset transistor RST-Tr for all pixels. After the accumulation time has elapsed, the readout of the photodiode PD is performed. In reading out the photodiode PD, the charge accumulated in the photodiode PD during the accumulation time is transferred to the storage capacitor SC at the same time for all pixels. After that, reading (SC_read) of the storage capacitor SC is sequentially performed for each row. In reading the holding capacitor SC, the charge held in the holding capacitor SC is transferred to the floating diffusion FD and read out to the vertical signal line 740 through the source follower SF-Tr and the select transistor SEL-Tr. The resetting of the photodiode PD and the holding capacitor SC, the reading of the photodiode PD, and the reading of the holding capacitor SC are not limited to the illustrated timings. The imaging signal read out onto the vertical signal line 740 passes through the column circuit, is horizontally transferred row by row, and is output.

図9は、グローバル電子シャッタ駆動タイミングの全体イメージを示す図であり、縦軸を行数、横軸を時間として示している。図8でも説明した通り、フォトダイオードPDおよび保持容量SCのリセット(PDSC_rst)とフォトダイオードPDの読み出し(PD_read)の間が蓄積時間である。フォトダイオードPDの読み出し後は、行毎に保持容量SCの読み出し(SC_read)と水平転送が行われる。図9に示すように、グローバル電子シャッタ駆動では、全画素に蓄積同時性があるが、保持容量SCからの読み出しには行毎に時間差が生じることが分かる。 FIG. 9 is a diagram showing an overall image of global electronic shutter driving timing, in which the vertical axis indicates the number of rows and the horizontal axis indicates time. As explained in FIG. 8, the accumulation time is between the resetting of the photodiode PD and the storage capacitor SC (PDSC_rst) and the reading of the photodiode PD (PD_read). After reading the photodiodes PD, reading of the storage capacitors SC (SC_read) and horizontal transfer are performed row by row. As shown in FIG. 9, in the global electronic shutter drive, there is simultaneity in accumulation in all pixels, but there is a time difference in reading from the storage capacitor SC for each row.

(ローリング電子シャッタおよびグローバル電子シャッタの問題点)
ローリング電子シャッタは、行毎の蓄積同時性がないことから動体が歪んで画像に写るため、被写体認識やその認識結果を基に被写体追尾する用途には不向きである。たとえ高速にローリング電子シャッタ駆動を行える撮像素子を用いたとしても、原理的に画像の歪みは解消しないし、高速動作させることで消費電力が増大するという問題も生じてしまう。また、ローリング電子シャッタをAF(像面位相差AFやコントラストAFなど)に用いた場合も、縦方向(同列画素)の蓄積同時性がないため、動体のピント合わせには不利である。横方向(同行画素)の蓄積同時性だけを頼りにAFを行うことになるので精度が劣る。
(Problems with Rolling Electronic Shutter and Global Electronic Shutter)
In the rolling electronic shutter, since there is no accumulation simultaneity for each row, a moving object appears distorted in the image. Even if an imaging device capable of driving the rolling electronic shutter at high speed is used, the distortion of the image cannot be eliminated in principle, and the problem of increased power consumption due to high speed operation also arises. Also, when the rolling electronic shutter is used for AF (image plane phase difference AF, contrast AF, etc.), there is no accumulation synchronicity in the vertical direction (same-row pixels), which is disadvantageous for focusing on a moving object. Since AF is performed by relying only on the accumulation simultaneity in the horizontal direction (accompanying pixels), accuracy is inferior.

一方、グローバル電子シャッタを用いた場合、フォトダイオードPDの電荷を同時転送することで全画素の蓄積同時性が確保できるので画像の歪みは起こらない。しかしながら、保持容量SCからの読み出しには時間差が生じ、それが暗電流バラツキとなって画像に現れ画質を低下させる。保持容量SCからの読み出し順が最後の方の画素ほど暗電流の影響を受けることになる。たとえば監視カメラのような用途では撮像素子が常時動作しており、発熱による暗電流の影響が画像に現れやすい。そのため、放熱対策も十分行う必要があり、暗電流の影響が大きい場合は補正手段も考慮する必要が出てくる。 On the other hand, when the global electronic shutter is used, the simultaneity of accumulation of all pixels can be ensured by simultaneously transferring the charge of the photodiode PD, so that image distortion does not occur. However, there is a time lag in reading from the storage capacitor SC, which causes variations in dark current and appears in the image, degrading the image quality. Pixels that are read out from the storage capacitor SC at the end are more affected by the dark current. For example, in applications such as surveillance cameras, the imaging element is always operating, and the image is likely to be affected by dark current due to heat generation. Therefore, it is necessary to take sufficient heat dissipation measures, and if the influence of dark current is large, it is necessary to consider correction means.

また、グローバル電子シャッタの場合、フォトダイオードPDのリセットやフォトダイオードPDの電荷転送を全画素同時に行うので、ローリング電子シャッタと比較して何倍も大きな瞬時電流が流れる。この瞬時電流と電源配線のインピーダンスにより電圧降下が起こるので、一般的に、撮像素子のチップサイズが大きく、撮像素子の中央部ほど電圧降下の影響を受けやすい。具体的には、電圧降下により出力信号のダイナミックレンジが不足したり、搭載されている回路の正常動作範囲を外れたりする可能性がある。これらは画質低下の原因になり得るので、瞬時電流が収まり電源電圧が定常状態に落ち着くまでの待ち時間を設けなければならず、フレームレート低下の要因となる。 In the case of the global electronic shutter, resetting of the photodiode PD and charge transfer of the photodiode PD are performed simultaneously for all pixels, so an instantaneous current many times larger than that of the rolling electronic shutter flows. Since a voltage drop occurs due to this instantaneous current and the impedance of the power supply wiring, generally, the chip size of the imaging device is large, and the central portion of the imaging device is more susceptible to the voltage drop. Specifically, there is a possibility that the dynamic range of the output signal may be insufficient due to the voltage drop, or the normal operating range of the mounted circuit may be exceeded. Since these can cause deterioration in image quality, it is necessary to provide a waiting time until the instantaneous current subsides and the power supply voltage settles to a steady state, which causes a reduction in frame rate.

(本実施形態の撮像素子の概要)
そこで、本実施形態の撮像素子101では、1フレーム分の撮像信号の読み出しにおいて、一部のエリアをグローバル電子シャッタで駆動させ、それ以外のエリアをローリング電子シャッタで駆動させることで問題解決を図る。グローバル電子シャッタで駆動させる一部のエリアとしては、例えば、被写体認識エリアやAFエリアなどが挙げられる。このように画素の蓄積同時性を有していた方が機能的に精度が高い場合にグローバル電子シャッタを用いるとよい。
(Overview of image sensor of this embodiment)
Therefore, in the imaging device 101 of the present embodiment, in reading out the imaging signal for one frame, a part of the area is driven by the global electronic shutter, and the other area is driven by the rolling electronic shutter to solve the problem. . Some areas driven by the global electronic shutter include, for example, a subject recognition area and an AF area. In this way, the global electronic shutter is preferably used in the case where the pixel accumulation simultaneity is more functionally accurate.

グローバル電子シャッタで駆動させるエリアの設定は、連続行による行エリア設定や、XYアドレス指定によるブロックエリア設定のどちらでも設定でき、複数の離散したエリアを選択することも可能である。ブロックエリア設定の場合、XYアドレスで対象画素領域を指定することになるが、その分、エリア設定のための回路が複雑になる。行エリア設定の場合、対象画素領域以外も選択されることが多いが、ブロックエリア設定のようにXアドレス(水平方向)の設定は必要ないので回路が複雑にならずに済む。 The area to be driven by the global electronic shutter can be set by either line area setting by continuous lines or block area setting by XY addressing, and it is also possible to select a plurality of discrete areas. In the case of block area setting, the target pixel area is designated by the XY addresses, which makes the circuit for area setting complicated. In the row area setting, areas other than the target pixel area are often selected, but unlike the block area setting, the X address (horizontal direction) setting is not required, so the circuit can be kept simple.

(本実施形態の撮像システム)
図10は、本実施形態の撮像システム300の構成例を示す図である。本実施形態の撮像システム300は、撮像素子101により得られた画像信号に基づいて被写体検出部302により被写体検出を行う。そして、処理実行部303は、被写体検出部302による検出結果に基づいて、被写体認識処理を行い、その認識結果を基に、動体予測処理や、被写体追尾処理、AFエリア選択処理を行う。なお、カメラボディ100のボディ制御装置102が被写体検出部302および処理実行部303を機能的に備えている。また、本実施形態の撮像システム300は、従来の撮像システム500と異なり、処理実行部303で得られた動体予測結果や被写体追尾結果、AFエリア選択結果を撮像素子101にフィードバックする構成となっている。撮像素子101側に、このようにフィードバックされた情報を保持できる回路を搭載しておくことで、フレーム毎に当該フィードバックされた情報に基づいてグローバル電子シャッタで動作させるエリアを設定することができる。
(Imaging system of this embodiment)
FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of an imaging system 300 of this embodiment. The imaging system 300 of this embodiment performs subject detection by the subject detection unit 302 based on the image signal obtained by the image sensor 101 . Then, the processing execution unit 303 performs subject recognition processing based on the detection result of the subject detection unit 302, and performs moving object prediction processing, subject tracking processing, and AF area selection processing based on the recognition result. Note that the body control device 102 of the camera body 100 functionally includes a subject detection unit 302 and a processing execution unit 303 . Further, unlike the conventional imaging system 500, the imaging system 300 of this embodiment is configured to feed back the moving object prediction result, the subject tracking result, and the AF area selection result obtained by the processing execution unit 303 to the imaging element 101. there is By mounting a circuit capable of holding such feedback information on the imaging device 101 side, an area to be operated by the global electronic shutter can be set for each frame based on the feedback information.

なお、ボディ制御装置102は、ユーザが撮影画面において注目したいエリアやAFエリアなどをボディ操作部103により設定し、ユーザにより設定されたエリアをグローバル電子シャッタで動作させるエリアとして設定するようにしてもよい。また、AF処理(自動焦点調節処理)で用いるAFエリアや、被写体認識処理、動体予測処理および被写体追尾処理で用いる被写体認識エリアの他、AF処理(自動露出演算処理)やAWB処理(自動ホワイトバランス調整処理)で用いるエリアについても、グローバル電子シャッタで動作させるエリアとして設定するようにしてもよい。 Note that the body control device 102 may set an area that the user wants to focus on on the shooting screen, an AF area, or the like using the body operation unit 103, and set the area set by the user as an area to be operated by the global electronic shutter. good. In addition to the AF area used in AF processing (automatic focus adjustment processing), the subject recognition area used in subject recognition processing, moving object prediction processing, and subject tracking processing, AF processing (automatic exposure calculation processing) and AWB processing (automatic white balance processing) The area used in the adjustment process) may also be set as an area operated by the global electronic shutter.

以上のように、撮像素子101において、被写体認識エリアやAFエリアなどのエリアをグローバル電子シャッタで動作させ、それ以外のエリアをローリング電子シャッタで動作させることにより、ボディ制御装置102は、グローバル電子シャッタで動作させたエリアの出力信号に基づいて被写体認識処理やAF処理を行うことができる。また、ボディ制御装置102は、グローバル電子シャッタで動作させたエリアの出力信号とローリング電子シャッタで動作させたエリアの出力信号とを組み合わせて、1枚(1フレーム)の画像信号を読み出すことができる。 As described above, in the imaging device 101, the areas such as the subject recognition area and the AF area are operated with the global electronic shutter, and the other areas are operated with the rolling electronic shutter. Subject recognition processing and AF processing can be performed based on the output signal of the area operated by . In addition, the body control device 102 can combine the output signal of the area operated by the global electronic shutter and the output signal of the area operated by the rolling electronic shutter to read out the image signal of one image (one frame). .

また、ボディ制御装置102は、撮像素子101において対象エリア以外のエリアのローリング電子シャッタ駆動は行わず、対象エリアのみをグローバル電子シャッタで動作させることで、対象エリアのみをクロップして(撮影時に切り出して)読み出すことも可能である。この場合、周辺回路の制御ロジックを変更することで可能になる。例えば、垂直駆動回路202において対象エリアの設定行以外をスキップ(読み飛ばし)させたり、水平エリア設定回路の情報を基に水平転送するエリアを絞り込んだりすることで実現可能である。このように、対象エリアのみをクロップして読み出すことで、対象エリア(蓄積同時性を有するエリア)のみの高速読み出しが可能になる。 In addition, the body control device 102 does not perform rolling electronic shutter driving for areas other than the target area in the imaging device 101, and operates only the target area with the global electronic shutter, thereby cropping only the target area (cutting out at the time of shooting). ) can also be read out. In this case, it becomes possible by changing the control logic of the peripheral circuit. For example, it can be realized by skipping (skipping) lines other than the set lines of the target area in the vertical drive circuit 202, or by narrowing down the area to be horizontally transferred based on the information of the horizontal area setting circuit. By cropping and reading only the target area in this manner, high-speed reading of only the target area (area having simultaneity of accumulation) becomes possible.

また、撮像素子101の全画素読み出しと対象エリアのみの高速読み出しとを組み合わせるようにしてもよい。ボディ制御装置102は、たとえば、前フレームにおいて全画素読み出しを行い、現フレームにおいて対象エリアのみの読み出しを行う。そして、ボディ制御装置102は、前フレームにおいて全画素読み出しされた前フレーム画像と、現フレームにおいて対象エリアのみクロップ読み出しされた対象エリア画像とを合成して、撮影画面全体の画像を作成する。このときボディ制御装置102は、前フレーム画像における対象エリア以外の領域の画像に、現フレームにおける対象エリア画像を嵌め込むことで1枚の画像を作成する。このようにすることで、対象エリアのみを高速読み出しした現フレームにおいても、撮影画面全体の画像を取得することができる。なお、このようにして合成した画像を取得する場合、対象エリア以外の領域は現フレームと前フレームとでほぼ変化がないことが好ましい。そのため、ボディ制御装置102は、被写体が動体である場合は、動体の動きを予測して対象エリアを広めに取ることで、対象エリア以外の領域においてはほぼ変化がないようにすることができ、合成した画像の違和感を軽減できる。 Alternatively, the readout of all pixels of the image sensor 101 and the high-speed readout of only the target area may be combined. The body control device 102, for example, performs all pixel readout in the previous frame, and performs readout of only the target area in the current frame. Then, the body control device 102 synthesizes the previous frame image obtained by reading out all pixels in the previous frame and the target area image obtained by cropping only the target area in the current frame to create an image of the entire shooting screen. At this time, the body control device 102 creates one image by inserting the target area image of the current frame into the image of the area other than the target area of the previous frame image. By doing so, even in the current frame in which only the target area is read out at high speed, it is possible to obtain an image of the entire shooting screen. It should be noted that when acquiring an image synthesized in this way, it is preferable that areas other than the target area are substantially unchanged between the current frame and the previous frame. Therefore, when the subject is a moving body, the body control device 102 can predict the movement of the moving body and widen the target area so that there is almost no change in areas other than the target area. It is possible to reduce discomfort in the synthesized image.

このように全画素読み出し画像とクロップ読み出しされた対象エリア画像を合成する手法は、被写体が高速で動作している場合に有効である。対象エリアのみをクロップで高速読み出しすることで、高速動体に対し高速追尾が可能になると共に、全画素読み出し画像と合成させることで、1枚の画像としても扱うことができる。 Such a method of synthesizing an all-pixel readout image and a crop-readout target area image is effective when the subject is moving at high speed. High-speed reading of only the target area by cropping enables high-speed tracking of a high-speed moving object, and by synthesizing it with an all-pixel readout image, it can be handled as a single image.

次に、本実施形態におけるローリング電子シャッタ駆動およびグローバル電子シャッタ駆動を実現する実施例について説明する。 Next, an example for realizing rolling electronic shutter drive and global electronic shutter drive in this embodiment will be described.

(第1実施例)
まず、本実施形態に係る第1実施例について説明する。第1実施例は、グローバル電子シャッタ駆動を行うエリアを連続行で設定する一例である。図11は、第1実施例における撮像素子101の単位画素220の構成を示す図である。図11では、垂直駆動回路202の一部を記載しており、垂直駆動回路202内におけるドライバDrの接続までを示す。単位画素220は、フォトダイオードPDとフォトダイオードPDから蓄積電荷に応じた撮像信号を読み出す読出部250とを有する。読出部250は、転送トランジスタTX-Tr、保持容量SC、保持容量転送トランジスタSG-Tr、フローティングディフュージョンFD、リセットトランジスタRST-Tr、増幅トランジスタSF-Tr、およびセレクトトランジスタSEL-Trを有する。なお、このような単位画素220の構成は、図7のグローバル電子シャッタ方式のCMOS撮像素子の単位画素720と同じ構成であるため、説明を省略する。
(First embodiment)
First, a first example according to this embodiment will be described. The first embodiment is an example in which the area for global electronic shutter driving is set in continuous rows. FIG. 11 is a diagram showing the configuration of the unit pixel 220 of the image sensor 101 in the first example. FIG. 11 shows a part of the vertical drive circuit 202 and shows up to the connection of the driver Dr in the vertical drive circuit 202 . The unit pixel 220 has a photodiode PD and a readout section 250 that reads out an imaging signal corresponding to accumulated charges from the photodiode PD. The reading unit 250 has a transfer transistor TX-Tr, a storage capacitor SC, a storage capacitor transfer transistor SG-Tr, a floating diffusion FD, a reset transistor RST-Tr, an amplification transistor SF-Tr, and a select transistor SEL-Tr. Note that the configuration of such a unit pixel 220 is the same as that of the unit pixel 720 of the global electronic shutter type CMOS imaging device in FIG. 7, and thus the description thereof is omitted.

第1実施例では、垂直駆動回路202内に、保持容量転送トランジスタSG-Trを制御する制御パルスVsgについて、グローバル電子シャッタ用の制御パルスVsg_gsとローリング電子シャッタ用の制御パルスVsg_rsとを切り替える第1垂直切替スイッチSW1が設けられている。さらに、垂直駆動回路202内に、転送トランジスタTX-Trを制御する制御パルスVtxについて、グローバル電子シャッタ用の制御パルスVtx_gsとローリング電子シャッタ用の制御パルスVtx_rsとを切り替える第2垂直切替スイッチSW2が設けられている。第1垂直切替スイッチSW1および第2垂直切替スイッチSW2の切り替えは、垂直駆動回路202内の垂直エリア設定回路210から入力される垂直エリア設定パルスで制御される。垂直エリア設定回路210は、グローバル電子シャッタ駆動を行う行(垂直エリア)を選択するための回路であり、グローバル電子シャッタ駆動を行う行にはグローバル電子シャッタ用の垂直エリア設定パルスを出力し、ローリング電子シャッタ駆動を行う行にはローリング電子シャッタ用の垂直エリア設定パルスを出力する。 In the first embodiment, in the vertical drive circuit 202, the control pulse Vsg for controlling the storage capacitor transfer transistor SG-Tr is switched between the control pulse Vsg_gs for the global electronic shutter and the control pulse Vsg_rs for the rolling electronic shutter. A vertical switch SW1 is provided. Further, in the vertical drive circuit 202, a second vertical changeover switch SW2 is provided for switching between the control pulse Vtx_gs for the global electronic shutter and the control pulse Vtx_rs for the rolling electronic shutter with respect to the control pulse Vtx for controlling the transfer transistor TX-Tr. It is Switching of the first vertical changeover switch SW1 and the second vertical changeover switch SW2 is controlled by a vertical area setting pulse input from a vertical area setting circuit 210 in the vertical drive circuit 202 . A vertical area setting circuit 210 is a circuit for selecting a row (vertical area) for global electronic shutter driving. A vertical area setting pulse for the rolling electronic shutter is output to the row for which the electronic shutter is to be driven.

グローバル電子シャッタ駆動を行うエリアとして設定された行では、垂直エリア設定パルスに応じて第1垂直切替スイッチSW1が[1]側に切り替えられ、保持容量転送トランジスタSG-Trが制御パルスVsg_gsによって制御される。また、垂直エリア設定パルスに応じて第2垂直切替スイッチSW2が[1]側に切り替えられ、転送トランジスタTX-Trが制御パルスVtx_gsによって制御される。 In the row set as the area for global electronic shutter driving, the first vertical selector switch SW1 is switched to the [1] side in response to the vertical area setting pulse, and the storage capacitor transfer transistor SG-Tr is controlled by the control pulse Vsg_gs. be. Also, the second vertical switch SW2 is switched to the [1] side in response to the vertical area setting pulse, and the transfer transistor TX-Tr is controlled by the control pulse Vtx_gs.

一方、ローリング電子シャッタ駆動を行うエリアとして設定された行では、垂直エリア設定パルスに応じて第1垂直切替スイッチSW1が[2]側に切り替えられ、保持容量転送トランジスタSG-Trが制御パルスVsg_rsによって制御される。また、垂直エリア設定パルスに応じて第2垂直切替スイッチSW2が[2]側に切り替えられ、転送トランジスタTX-Trが制御パルスVtx_rsによって制御される。 On the other hand, in the row set as the area for rolling electronic shutter driving, the first vertical selector switch SW1 is switched to the [2] side in response to the vertical area setting pulse, and the storage capacitor transfer transistor SG-Tr is turned on by the control pulse Vsg_rs. controlled. Also, the second vertical switch SW2 is switched to the [2] side in response to the vertical area setting pulse, and the transfer transistor TX-Tr is controlled by the control pulse Vtx_rs.

図12は、第1実施例におけるグローバル電子シャッタ駆動(GS駆動)およびローリング電子シャッタ駆動(RS駆動)のタイミングを示す図である。図12では、例として、6行分の画素の1フレーム分の撮像信号の読み出し動作を示している。また、蓄積時間は4H分、1~3行目と6行目をローリング電子シャッタ駆動させ、4、5行目をグローバル電子シャッタ駆動させるようにした。3~5行目が蓄積時間に同時性があることになる。 FIG. 12 is a diagram showing the timing of global electronic shutter drive (GS drive) and rolling electronic shutter drive (RS drive) in the first embodiment. FIG. 12 shows, as an example, the readout operation of one frame of imaging signals of six rows of pixels. The accumulation time is 4 hours, the first to third rows and the sixth row are driven by the rolling electronic shutter, and the fourth and fifth rows are driven by the global electronic shutter. The 3rd to 5th rows have simultaneity in accumulation time.

まず、1行目を例にローリング電子シャッタ駆動の説明を行う。1H目の制御パルスVrst_1、Vtx_1、Vsg_1のHigh期間において、リセットトランジスタRST-Tr、転送トランジスタTX-Tr、および保持容量転送トランジスタSG-Trがオンになり、フォトダイオードPDのリセットと保持容量SCのリセットとが同時に行われる(PDSC_rst)。蓄積時間4Hが経過した後の5H目において、制御パルスVsel_1がHighになって、セレクトトランジスタSEL-Trがオンになり、1行目が選択される。そして、制御パルスVrst_1がLowになり、リセットトランジスタRST-Tがオフされた後、制御パルスVtx_1、Vsg_1が同時にHighになり、転送トランジスタTX-Trおよび保持容量転送トランジスタSG-Trが同時にオンされる。これにより、蓄積時間中に蓄積されたフォトダイオードPDの電荷が保持容量SCおよびフローティングディフュージョンFDに転送され、増幅トランジスタSF-TrおよびセレクトトランジスタSEL-Trを通して蓄積電荷に応じた撮像信号が垂直信号線240に読み出され(PD_read)、水平転送により出力される。他のローリング電子シャッタ駆動の2、3、6行目も同様の動作となり、行が進むごとに駆動タイミングが1Hずつずれていく。 First, the rolling electronic shutter drive will be described by taking the first row as an example. During the High period of the 1H control pulses Vrst_1, Vtx_1, and Vsg_1, the reset transistor RST-Tr, the transfer transistor TX-Tr, and the storage capacitor transfer transistor SG-Tr are turned on, resetting the photodiode PD and resetting the storage capacitor SC. Reset is performed at the same time (PDSC_rst). At the 5th H after the accumulation time of 4H has passed, the control pulse Vsel_1 becomes High, the select transistor SEL-Tr is turned on, and the first row is selected. Then, after the control pulse Vrst_1 becomes Low and the reset transistor RST-T is turned off, the control pulses Vtx_1 and Vsg_1 become High at the same time, and the transfer transistor TX-Tr and the storage capacitor transfer transistor SG-Tr are turned on at the same time. . As a result, the charge of the photodiode PD accumulated during the accumulation time is transferred to the holding capacitor SC and the floating diffusion FD, and the imaging signal corresponding to the accumulated charge is transferred to the vertical signal line through the amplification transistor SF-Tr and the select transistor SEL-Tr. 240 (PD_read) and output by horizontal transfer. The same operation is performed for the second, third, and sixth rows of other rolling electronic shutter driving, and the driving timing is shifted by 1H each time the row advances.

次に、4行目を例にグローバル電子シャッタ駆動の説明を行う。3H目の動作は、3行目と同様に、フォトダイオードPDのリセットと保持容量SCのリセットとが同時に行われる(PDSC_rst)。すなわち、フォトダイオードPDのリセットタイミングは、3行目と同じタイミングとなっている。 Next, the global electronic shutter drive will be described using the fourth row as an example. In the 3H operation, similarly to the 3rd row, resetting of the photodiode PD and resetting of the storage capacitor SC are performed simultaneously (PDSC_rst). That is, the reset timing of the photodiode PD is the same timing as in the third row.

蓄積時間4H経過した後の7H目において、制御パルスVtx_4がHighになって、転送トランジスタTX-Trがオンされ、蓄積時間中に蓄積された蓄積電荷がフォトダイオードPDから保持容量SCへ転送される(PD_read)。このフォトダイオードPDから保持容量SCへの転送タイミングは、3行目と同じタイミングであり、3行目と蓄積時間の同時性が保たれていることが分かる。読み出し動作はローリング電子シャッタ駆動に合わせるため、時間をおいて保持容量SCからの読み出し動作に入る。4行目の例では、保持容量SCへの電荷転送後1H経過した後の8H目において、制御パルスVsel_4がHighになって、セレクトトランジスタSEL-Trがオンになり、4行目が選択される。そして、制御パルスVrst_4がLowになり、リセットトランジスタRST-Tがオフされた後、制御パルスVsg_4がHighになり、保持容量転送トランジスタSG-Trがオンされる。これにより、保持容量SCに保持された蓄積電荷がフローティングディフュージョンFDに転送され、増幅トランジスタSF-TrおよびセレクトトランジスタSEL-Trを通して蓄積電荷に応じた信号が垂直信号線240に読み出され(SC_read)、水平転送により出力される。他のグローバル電子シャッタ駆動の5行目も同様の動作となり、3、4行目と蓄積時間の同時性を保った動作タイミングとなる。 At the 7th H after the accumulation time of 4H, the control pulse Vtx_4 becomes High, the transfer transistor TX-Tr is turned on, and the accumulated charge accumulated during the accumulation time is transferred from the photodiode PD to the holding capacitor SC. (PD_read). The transfer timing from the photodiode PD to the storage capacitor SC is the same timing as in the third row, and it can be seen that the synchronism of the accumulation time with the third row is maintained. Since the readout operation is synchronized with the rolling electronic shutter drive, the readout operation from the storage capacitor SC is started after a certain period of time. In the example of the 4th row, at the 8th H after 1H has elapsed after the charge transfer to the storage capacitor SC, the control pulse Vsel_4 becomes High, the select transistor SEL-Tr is turned on, and the 4th row is selected. . Then, after the control pulse Vrst_4 becomes Low and the reset transistor RST-T is turned off, the control pulse Vsg_4 becomes High and the holding capacitor transfer transistor SG-Tr is turned on. As a result, the accumulated charge held in the holding capacitor SC is transferred to the floating diffusion FD, and a signal corresponding to the accumulated charge is read out to the vertical signal line 240 through the amplification transistor SF-Tr and the select transistor SEL-Tr (SC_read). , are output by horizontal transfer. The fifth row of other global electronic shutter driving is performed in the same manner, and the operation timing is such that the synchronism of the accumulation time with the third and fourth rows is maintained.

図13は、第1実施例におけるローリング電子シャッタおよびグローバル電子シャッタ駆動タイミングの全体イメージを示す図であり、縦軸を行数、横軸を時間として示している。フォトダイオードPDおよび保持容量SCのリセット(PDSC_rst)とフォトダイオードPD読み出し(PD_read)の間が蓄積時間である。グローバル電子シャッタ駆動時のみ保持容量SCの読み出し(SC_read)がフォトダイオードPDの読み出し(PD_read)後に行われ、水平転送が行われる。図13に示すように、3~5行目では画素の蓄積同時性があり、その他の行では画素の蓄積時間がずれていることが分かる。 FIG. 13 is a diagram showing an overall image of the driving timing of the rolling electronic shutter and the global electronic shutter in the first embodiment, in which the vertical axis indicates the number of rows and the horizontal axis indicates time. The accumulation time is between resetting the photodiode PD and the storage capacitor SC (PDSC_rst) and reading the photodiode PD (PD_read). Only when the global electronic shutter is driven, reading of the storage capacitor SC (SC_read) is performed after reading of the photodiode PD (PD_read), and horizontal transfer is performed. As shown in FIG. 13, the 3rd to 5th rows have synchronous pixel accumulation, and the other rows have different pixel accumulation times.

なお、第1実施例において、グローバル電子シャッタ駆動させる行エリアは、画素エリア201内において複数設定することができる。たとえば、図14は、グローバル電子シャッタ駆動させる行エリアとして、行エリアLA1、LA2、LA3の3箇所を設定した例である。なお、各行エリアLA1、LA2、LA3は、互いに離れた領域であり、それぞれの行エリアには連続した複数の行が含まれる。このように第1実施例では、グローバル電子シャッタ駆動させる行エリア、すなわち蓄積同時性のある領域を複数設定することができる。 Note that in the first embodiment, a plurality of row areas to be driven by the global electronic shutter can be set within the pixel area 201 . For example, FIG. 14 shows an example in which three row areas LA1, LA2, and LA3 are set as row areas to be driven by the global electronic shutter. The row areas LA1, LA2, and LA3 are regions separated from each other, and each row area includes a plurality of continuous rows. As described above, in the first embodiment, it is possible to set a plurality of row areas to be driven by the global electronic shutter, that is, areas having accumulation simultaneity.

(第2実施例)
次に、本実施形態に係る第2実施例について説明する。第2実施例も、第1実施例と同様に、グローバル電子シャッタ駆動を行うエリアを連続行で設定する一例である。第2実施例も、第1実施例と同様に、グローバル電子シャッタ駆動させる行エリアを複数設定することができる。図15は、第2実施例における撮像素子101の単位画素220の構成を示す図である。図15では、垂直駆動回路202の一部を記載しており、垂直駆動回路202内におけるドライバDrの接続までを示す。単位画素220の構成は、第1実施例と同様(すなわち図7のグローバル電子シャッタ方式のCMOS撮像素子の単位画素720と同様)の構成であるため、説明を省略する。
(Second embodiment)
Next, a second example according to this embodiment will be described. As in the first embodiment, the second embodiment is also an example in which the area for global electronic shutter driving is set in continuous rows. In the second embodiment, as in the first embodiment, a plurality of row areas to be driven by the global electronic shutter can be set. FIG. 15 is a diagram showing the configuration of the unit pixel 220 of the image sensor 101 in the second embodiment. FIG. 15 shows a part of the vertical driving circuit 202 and shows up to the connection of the driver Dr in the vertical driving circuit 202. FIG. The configuration of the unit pixel 220 is the same as that of the first embodiment (that is, the configuration is the same as that of the unit pixel 720 of the global electronic shutter type CMOS imaging device in FIG. 7), and therefore the description thereof is omitted.

第2実施例では、垂直駆動回路202内に、転送トランジスタTX-Trを制御する制御パルスVtxについて、グローバル電子シャッタ用の制御パルスVtx_gsとローリング電子シャッタ用の制御パルスVtx_rsとを切り替える垂直切替スイッチSWが設けられている。垂直切替スイッチSWの切り替えは、垂直駆動回路202内の垂直エリア設定回路210から入力される垂直エリア設定パルスで制御される。なお、第1実施例とは異なり、第2実施例では、保持容量転送トランジスタSG-Trを制御する制御パルスVsgを切り替える垂直切替スイッチは設けられていないため、第1実施例よりも簡易な構成となっている。 In the second embodiment, in the vertical drive circuit 202, the control pulse Vtx for controlling the transfer transistor TX-Tr is changed over between the control pulse Vtx_gs for the global electronic shutter and the control pulse Vtx_rs for the rolling electronic shutter. is provided. Switching of the vertical switch SW is controlled by a vertical area setting pulse input from a vertical area setting circuit 210 in the vertical drive circuit 202 . Note that unlike the first embodiment, the second embodiment does not have a vertical changeover switch for switching the control pulse Vsg for controlling the storage capacitor transfer transistor SG-Tr, so the configuration is simpler than that of the first embodiment. It has become.

グローバル電子シャッタ駆動を行うエリアとして設定された行では、垂直エリア設定パルスに応じて垂直切替スイッチSWが[1]側に切り替えられ、転送トランジスタTX-Trが制御パルスVtx_gsによって制御される。一方、ローリング電子シャッタ駆動を行うエリアとして設定された行では、垂直エリア設定パルスに応じて垂直切替スイッチSWが[2]側に切り替えられ、転送トランジスタTX-Trが制御パルスVtx_rsによって制御される。 In the row set as the area for global electronic shutter driving, the vertical changeover switch SW is switched to the [1] side in response to the vertical area setting pulse, and the transfer transistor TX-Tr is controlled by the control pulse Vtx_gs. On the other hand, in the row set as the area for rolling electronic shutter driving, the vertical changeover switch SW is switched to the [2] side in response to the vertical area setting pulse, and the transfer transistor TX-Tr is controlled by the control pulse Vtx_rs.

図16は、第2実施例におけるグローバル電子シャッタ駆動およびローリング電子シャッタ駆動のタイミングを示す図である。図16では、例として、6行分の画素における1フレーム分の撮像信号の読み出し動作を示している。また、蓄積時間は4H分、1~3行目と6行目をローリング電子シャッタ駆動させ、4、5行目をグローバル電子シャッタ駆動させるようにした。3~5行目が蓄積時間に同時性があることになる。なお、1~3行目と6行目に用いられるローリング電子シャッタ駆動タイミングの説明については、第1実施例(図12)と同様であるため、ここでは割愛する。 FIG. 16 is a diagram showing the timing of global electronic shutter drive and rolling electronic shutter drive in the second embodiment. FIG. 16 shows, as an example, the readout operation of one frame of imaging signals in six rows of pixels. The accumulation time is 4 hours, the first to third rows and the sixth row are driven by the rolling electronic shutter, and the fourth and fifth rows are driven by the global electronic shutter. The 3rd to 5th rows have simultaneity in accumulation time. Note that the description of the rolling electronic shutter drive timing used in the first to third lines and the sixth line is the same as in the first embodiment (FIG. 12), so it is omitted here.

次に、4行目を例にグローバル電子シャッタ駆動の説明を行う。3H目において、制御パルスVtx_3がHighになり、転送トランジスタTX-Trがオンされ、フォトダイオードPDに蓄積された電荷を一旦保持容量SCに転送し、フォトダイオードPD内を空にする。これは、フォトダイオードPDのリセット(PD_rst)に相当する。このようにフォトダイオードPDのリセットタイミングは、3行目と同じタイミングとなっている。 Next, the global electronic shutter drive will be described using the fourth row as an example. At the 3rd H, the control pulse Vtx_3 becomes High, the transfer transistor TX-Tr is turned on, the charges accumulated in the photodiode PD are temporarily transferred to the storage capacitor SC, and the inside of the photodiode PD is emptied. This corresponds to the reset (PD_rst) of the photodiode PD. Thus, the reset timing of the photodiode PD is the same timing as in the third row.

その後、4H目において、制御パルスVrst_4、Vsg_4のHigh期間において、リセットトランジスタRST-Trおよび保持容量転送トランジスタSG-Trがオンされ、保持容量SCに一旦転送されていたフォトダイオードPDの電荷が保持容量SCを通してリセットされる(SC_rst)。この保持容量SCのリセットは、ローリング電子シャッタ駆動に合わせている。第2実施例では、保持容量転送トランジスタSG-Trの制御パルスは、ローリング電子シャッタおよびグローバル電子シャッタの両方で共通としているためである。 After that, in the 4th H, during the High period of the control pulses Vrst_4 and Vsg_4, the reset transistor RST-Tr and the storage capacitor transfer transistor SG-Tr are turned on, and the charge of the photodiode PD that has been temporarily transferred to the storage capacitor SC is transferred to the storage capacitor. Reset through SC (SC_rst). This reset of the holding capacitor SC is matched with the rolling electronic shutter drive. This is because, in the second embodiment, the control pulse for the holding capacitor transfer transistor SG-Tr is common to both the rolling electronic shutter and the global electronic shutter.

そして、3H目から蓄積時間4Hが経過した後の7H目において、制御パルスVtx_4がHighになり、転送トランジスタTX-Trがオンされ、蓄積時間中に蓄積された電荷がフォトダイオードPDから保持容量SCへ転送される。このフォトダイオードPDから保持容量SCへの転送タイミングは、3行目と同じタイミングであり、3行目と蓄積時間の同時性が保たれていることが分かる。以降の動作は第1実施例と同じとなる。すなわち、読み出し動作はローリング電子シャッタ駆動に合わせるため、時間をおいて保持容量SCからの読み出し動作に入る。4行目の例では、保持容量SCへの電荷転送後1H経過した後の8H目において、制御パルスVsel_4がHighになって、セレクトトランジスタSEL-Trがオンになり、4行目が選択される。そして、制御パルスVrst_4がLowになり、リセットトランジスタRST-Tがオフされた後、制御パルスVsg_4がHighになり、保持容量転送トランジスタSG-Trがオンされる。これにより、保持容量SCに保持された電荷がフローティングディフュージョンFDに転送され、増幅トランジスタSF-TrおよびセレクトトランジスタSEL-Trを通して蓄積電荷に応じた信号が垂直信号線240に読み出され(SC_read)、水平転送により出力される。他のグローバル電子シャッタ駆動の5行目も同様の動作となり、3、4行目と蓄積時間の同時性を保った駆動タイミングとなる。 Then, at the 7th H after the accumulation time 4H has elapsed from the 3rd H, the control pulse Vtx_4 becomes High, the transfer transistor TX-Tr is turned on, and the charge accumulated during the accumulation time is transferred from the photodiode PD to the storage capacitor SC. transferred to The transfer timing from the photodiode PD to the storage capacitor SC is the same timing as in the third row, and it can be seen that the synchronism of the accumulation time with the third row is maintained. Subsequent operations are the same as those of the first embodiment. That is, since the readout operation is synchronized with the rolling electronic shutter drive, the readout operation from the storage capacitor SC is started after a certain period of time. In the example of the 4th row, at the 8th H after 1H has elapsed after the charge transfer to the storage capacitor SC, the control pulse Vsel_4 becomes High, the select transistor SEL-Tr is turned on, and the 4th row is selected. . Then, after the control pulse Vrst_4 becomes Low and the reset transistor RST-T is turned off, the control pulse Vsg_4 becomes High and the holding capacitor transfer transistor SG-Tr is turned on. As a result, the charge held in the holding capacitor SC is transferred to the floating diffusion FD, and a signal corresponding to the accumulated charge is read out to the vertical signal line 240 through the amplification transistor SF-Tr and the select transistor SEL-Tr (SC_read). Output by horizontal transfer. The fifth row of the other global electronic shutter drives is operated in the same manner, and the drive timing is such that the accumulation time is synchronized with that of the third and fourth rows.

図17は、第2実施例のローリング電子シャッタおよびグローバル電子シャッタの駆動タイミングの全体イメージを示す図であり、縦軸を行数、横軸を時間として示している。図17(A)は、図16で例示した駆動タイミングの全体イメージを示しており、第1実施例と比較して、グローバル電子シャッタ駆動時に保持容量SCのリセット(SC_rst)がフォトダイオードPDのリセット(PD_rst)後に行われているのが分かる。このこと以外は、図13の第1実施例の場合と同じである。 FIG. 17 is a diagram showing an overall image of driving timings of the rolling electronic shutter and the global electronic shutter of the second embodiment, in which the vertical axis indicates the number of rows and the horizontal axis indicates time. FIG. 17A shows an overall image of the driving timing illustrated in FIG. It can be seen that it is done after (PD_rst). Other than this, it is the same as the case of the first embodiment shown in FIG.

しかしながら、第2実施例の場合、第1実施例とは異なり、グローバル電子シャッタ駆動させるエリアの大きさに制約が生じる。図17(B)は、この制約を説明する図である。図17(B)では、4~7行目をグローバル電子シャッタ駆動する例を示している。図17(B)に示すように、グローバル電子シャッタ駆動させる行を増やすと、7行目において保持容量SCのリセット(SC_rst)とフォトダイオードPDの読み出し(PD_read)のタイミングが同時となる。これにより、フォトダイオードPDに蓄積した電荷を読み出して保持容量SCに転送しても保持容量SCがリセットされるので、フォトダイオードPDに蓄積した電荷がリセットされてしまう。更には、図示していないが、8行目以降もグローバル電子シャッタ駆動を行うとすると、保持容量SCのリセット(SC_rst)とフォトダイオードPDの読み出し(PD_read)の動作順が逆転し、7行目同様、フォトダイオードPDに蓄積した電荷は保持容量SCのリセット(SC_rst)によりリセットされてしまう。 However, in the case of the second embodiment, unlike the first embodiment, the size of the area to be driven by the global electronic shutter is restricted. FIG. 17B is a diagram explaining this restriction. FIG. 17B shows an example in which the 4th to 7th rows are driven by the global electronic shutter. As shown in FIG. 17B, if the number of rows to be driven by the global electronic shutter is increased, the timing of resetting the storage capacitor SC (SC_rst) and reading the photodiode PD (PD_read) become the same in the seventh row. As a result, even if the charge accumulated in the photodiode PD is read out and transferred to the holding capacitor SC, the holding capacitor SC is reset, so the charge accumulated in the photodiode PD is reset. Furthermore, although not shown, if the global electronic shutter drive is also performed for the eighth and subsequent rows, the operation order of resetting the holding capacitor SC (SC_rst) and reading the photodiode PD (PD_read) is reversed. Similarly, the charge accumulated in the photodiode PD is reset by resetting the storage capacitor SC (SC_rst).

したがって、第2実施例では、蓄積時間4Hの場合、グローバル電子シャッタ駆動は連続3行まで(同時蓄積は連続4行まで)可能ということが分かる。従って、第2実施例の駆動方式での限界は、蓄積時間を決める水平期間数αと、同時蓄積する連続行数βが一致するところまでであり、α≧βという制約が生じる。ただ、第2実施例では、このような制約があるものの、転送トランジスタTX-Trの制御パルスVtxのみをローリング電子シャッタとグローバル電子シャッタとで切り替えるだけで実施できるというメリットはある。高速シャッタを必要としない(すなわち、蓄積時間が長くてもよい)用途では有効である。 Therefore, in the second embodiment, when the accumulation time is 4 hours, the global electronic shutter can be driven up to 3 consecutive lines (simultaneous accumulation up to 4 consecutive lines). Therefore, the limit of the driving method of the second embodiment is that the number of horizontal periods α for determining the accumulation time and the number of consecutive lines β to be accumulated at the same time are the same, and there is a constraint that α≧β. However, in the second embodiment, although there are such restrictions, there is an advantage that only the control pulse Vtx for the transfer transistor TX-Tr can be switched between the rolling electronic shutter and the global electronic shutter. It is effective for applications that do not require a high-speed shutter (that is, long storage times are acceptable).

(第3実施例)
第3実施例は、グローバル電子シャッタ駆動を行うエリアをXYアドレス指定によりブロックエリアで設定する一例である。図18(A)は、第3実施例における撮像素子101の単位画素220の構成を示す図である。図18では、垂直駆動回路202の一部を記載しており、垂直駆動回路202内におけるドライバDrの接続までを示す。第3実施例における単位画素220の構成は、第1実施例と同様(すなわち図7のグローバル電子シャッタ方式のCMOS撮像素子の単位画素720と同様)の構成に加え、保持容量転送トランジスタSG-Trを制御する第1ブロックエリア切替スイッチBS1と転送トランジスタTX-Trを制御する第2ブロックエリア切替スイッチBS2とが設けられる。第1ブロックエリア切替スイッチBS1および第2ブロックエリア切替スイッチBS2は、X方向(水平方向)のエリア設定に用いる。第1ブロックエリア切替スイッチBS1および第2ブロックエリア切替スイッチBS2の切り替えは、水平エリア設定回路260から入力される水平エリア設定パルスで制御される。なお、第1ブロックエリア切替スイッチBS1および第2ブロックエリア切替スイッチBS2は、図18(B)に示すようにトランジスタで構成されているが、図18(A)では簡略化した記載としている。
(Third embodiment)
The third embodiment is an example in which an area for global electronic shutter driving is set in a block area by XY addressing. FIG. 18A is a diagram showing the configuration of a unit pixel 220 of the image sensor 101 in the third embodiment. FIG. 18 shows a part of the vertical driving circuit 202 and shows up to the connection of the driver Dr in the vertical driving circuit 202 . The configuration of the unit pixel 220 in the third embodiment is similar to that of the first embodiment (that is, similar to the configuration of the unit pixel 720 of the global electronic shutter type CMOS imaging device in FIG. 7), and in addition, the storage capacitor transfer transistor SG-Tr and a second block area switch BS2 for controlling the transfer transistor TX-Tr. The first block area changeover switch BS1 and the second block area changeover switch BS2 are used for area setting in the X direction (horizontal direction). Switching of the first block area changeover switch BS1 and the second block area changeover switch BS2 is controlled by a horizontal area setting pulse input from the horizontal area setting circuit 260. FIG. Note that the first block area changeover switch BS1 and the second block area changeover switch BS2 are composed of transistors as shown in FIG. 18B, but are simplified in FIG. 18A.

水平エリア設定回路260は、グローバル電子シャッタ駆動を行う列(水平エリア)を選択するための回路であり、グローバル電子シャッタ駆動を行うブロックエリアが含まれる列にはグローバル電子シャッタ用の水平エリア設定パルスを出力し、ブロックエリアが含まれない列にはローリング電子シャッタ用の水平エリア設定パルスを出力する。 A horizontal area setting circuit 260 is a circuit for selecting a column (horizontal area) for global electronic shutter driving. , and a horizontal area setting pulse for rolling electronic shutter is output to columns that do not include block areas.

また、第3実施例では、第1実施例と同様に、垂直駆動回路202内に、保持容量転送トランジスタSG-Trを制御する制御パルスVsgについて、グローバル電子シャッタ用の制御パルスVsg_gsとローリング電子シャッタ用の制御パルスVsg_rsとを切り替える第1垂直切替スイッチSW1が設けられている。さらに、垂直駆動回路202内に、転送トランジスタTX-Trを制御する制御パルスVtxについて、グローバル電子シャッタ用の制御パルスVtx_gsとローリング電子シャッタ用の制御パルスVtx_rsとを切り替える第2垂直切替スイッチSW2が設けられている。第1垂直切替スイッチSW1および第2垂直切替スイッチSW2の切り替えは、垂直駆動回路202内の垂直エリア設定回路210から入力される垂直エリア設定パルスで制御される。 Further, in the third embodiment, as in the first embodiment, the control pulse Vsg for controlling the storage capacitor transfer transistor SG-Tr is provided in the vertical drive circuit 202 as the control pulse Vsg_gs for the global electronic shutter and the control pulse Vsg_gs for the rolling electronic shutter. A first vertical change-over switch SW1 is provided for switching between the control pulse Vsg_rs for . Further, in the vertical drive circuit 202, a second vertical changeover switch SW2 is provided for switching between the control pulse Vtx_gs for the global electronic shutter and the control pulse Vtx_rs for the rolling electronic shutter with respect to the control pulse Vtx for controlling the transfer transistor TX-Tr. It is Switching of the first vertical changeover switch SW1 and the second vertical changeover switch SW2 is controlled by a vertical area setting pulse input from a vertical area setting circuit 210 in the vertical drive circuit 202 .

垂直エリア設定回路210は、グローバル電子シャッタ駆動を行うブロックエリアが含まれる行にはグローバル電子シャッタ用の垂直エリア設定パルスを出力し、ブロックエリアが含まれない行にはローリング電子シャッタ用の垂直エリア設定パルスを出力する。 A vertical area setting circuit 210 outputs a vertical area setting pulse for the global electronic shutter to a row including a block area for global electronic shutter driving, and outputs a vertical area setting pulse for the rolling electronic shutter to a row not including the block area. Outputs the setting pulse.

さらに、第3実施例では、第1実施例と同様の構成に加えて、ローリング電子シャッタ用の制御パルスVsg_rs、Vtx_rsが入力されるローリング電子シャッタ専用駆動ラインsg_rs、tx_rsを設け、それぞれにドライバDrを追加した構成となっている。ローリング電子シャッタ専用駆動ラインsg_rs、tx_rsは、それぞれ第1ブロックエリア切替スイッチBS1および第2ブロックエリア切替スイッチBS2の[1]側に接続される。 Further, in the third embodiment, in addition to the configuration similar to that of the first embodiment, there are provided rolling electronic shutter drive lines sg_rs and tx_rs to which control pulses Vsg_rs and Vtx_rs for the rolling electronic shutter are input, and drivers Dr. is added. The rolling electronic shutter drive lines sg_rs and tx_rs are connected to the [1] side of the first block area changeover switch BS1 and the second block area changeover switch BS2, respectively.

グローバル電子シャッタ駆動を行うブロックエリアを含む行では、垂直エリア設定パルスに応じて第1垂直切替スイッチSW1および第2垂直切替スイッチSW2がそれぞれ[1]側に切り替えられる。これにより、第1ブロックエリア切替スイッチBS1および第2ブロックエリア切替スイッチBS2の[2]側には、それぞれグローバル電子シャッタ用の制御パルスVsg_gs、Vtx_gsが入力される。 In a row including a block area for global electronic shutter driving, the first vertical changeover switch SW1 and the second vertical changeover switch SW2 are each switched to the [1] side in response to the vertical area setting pulse. As a result, control pulses Vsg_gs and Vtx_gs for the global electronic shutter are input to the [2] sides of the first block area changeover switch BS1 and the second block area changeover switch BS2, respectively.

一方、グローバル電子シャッタ駆動を行うブロックエリアを含まない行では、垂直エリア設定パルスに応じて第1垂直切替スイッチSW1および第2垂直切替スイッチSW2がそれぞれ[2]側に切り替えられる。これにより、第1ブロックエリア切替スイッチBS1および第2ブロックエリア切替スイッチBS2の[2]側には、それぞれローリング電子シャッタ用の制御パルスVsg_rs、Vtx_rsが入力される。 On the other hand, in a row that does not include a block area for global electronic shutter driving, the first vertical changeover switch SW1 and the second vertical changeover switch SW2 are switched to the [2] side in response to the vertical area setting pulse. As a result, the control pulses Vsg_rs and Vtx_rs for the rolling electronic shutter are input to the [2] sides of the first block area changeover switch BS1 and the second block area changeover switch BS2, respectively.

また、グローバル電子シャッタ駆動を行うブロックエリアを含む列では、水平エリア設定パルスに応じて第1ブロックエリア切替スイッチBS1および第2ブロックエリア切替スイッチBS2がそれぞれ[2]側に切り替えられる。 Also, in the column including the block area for global electronic shutter driving, the first block area changeover switch BS1 and the second block area changeover switch BS2 are switched to the [2] side in response to the horizontal area setting pulse.

一方、グローバル電子シャッタ駆動を行うブロックエリアを含まない列では、水平エリア設定パルスに応じて第1ブロックエリア切替スイッチBS1および第2ブロックエリア切替スイッチBS2がそれぞれ[1]側に切り替えられる。 On the other hand, in a column that does not include a block area for global electronic shutter driving, the first block area changeover switch BS1 and the second block area changeover switch BS2 are each switched to the [1] side in response to the horizontal area setting pulse.

このような構成により、指定されたブロックエリアをグローバル電子シャッタ駆動させ、それ以外のエリアをローリング電子シャッタ駆動させることができる。グローバル電子シャッタ駆動させるブロックエリアの設定を撮像素子101の外部から行うことも可能で、レジスタ設定によりブロックエリアを設定できるように作り込んでおけばよい。そうすることで、動体予測結果やAFエリア選択結果を撮像素子101側にフィードバックした場合にでも、グローバル電子シャッタ駆動させるブロックエリアをフレームごとに移動させたり、サイズ変更させたりすることが可能になる。なお、ブロックエリアの設定は、1画素単位、1行単位の設定でなくとも、数画素単位、数行単位の設定でもよく、その方がロジック回路の簡略化が可能である。 With such a configuration, a designated block area can be driven by the global electronic shutter, and other areas can be driven by the rolling electronic shutter. It is also possible to set the block area to be driven by the global electronic shutter from the outside of the image sensor 101, and the block area may be set by register setting. By doing so, even when moving object prediction results and AF area selection results are fed back to the imaging device 101 side, it is possible to move or change the size of the block area for which the global electronic shutter is driven for each frame. . The block area may be set in units of several pixels or in units of several rows instead of in units of one pixel or one row, which makes it possible to simplify the logic circuit.

次に、第3実施例のブロックエリア設定における前提条件を示す。
<ブロックエリア設定の前提条件>
(1)1フレーム毎に1回ブロックエリアを設定可能である。
(2)水平エリア設定回路260および垂直エリア設定回路210が1つずつであっても、1回の設定で複数のブロックエリアを設定可能である。
(3)複数のブロックエリアにおいて読み出し行または読み出し列が重なる場合、重なった範囲が1つのブロックエリアとして設定される。
Next, preconditions for block area setting in the third embodiment are shown.
<Preconditions for block area setting>
(1) A block area can be set once for each frame.
(2) Even if there is one horizontal area setting circuit 260 and one vertical area setting circuit 210, a plurality of block areas can be set by one setting.
(3) When readout rows or readout columns overlap in a plurality of block areas, the overlapping range is set as one block area.

(ブロックエリアの第1設定例)
図19は、グローバル電子シャッタ駆動させるブロックエリアの第1設定例を示す図である。これは、撮像素子101において、水平エリア設定回路260および垂直エリア設定回路210を1つずつ有し、ブロックエリアを1つ設定する場合の例である。図19(A)に示すように、m行n列の画素エリア201に、ブロックエリアAを設定する。読み出される信号は、ブロックエリアAが位置する最初の行(a行目)全てとブロックエリアA内が、蓄積同時性を持つことになる。ブロックエリアAが位置する最初の行(a行目)はローリング電子シャッタで駆動し、ブロックエリアAの最初の行以外はグローバル電子シャッタで駆動する。図19(B)に示すように、a行目全てとブロックエリアAが蓄積同時性を持つ。
(First setting example of block area)
FIG. 19 is a diagram showing a first setting example of block areas to be driven by the global electronic shutter. This is an example in which the imaging device 101 has one horizontal area setting circuit 260 and one vertical area setting circuit 210 and sets one block area. As shown in FIG. 19A, a block area A is set in a pixel area 201 of m rows and n columns. All the first row (row a) where the block area A is located and the inside of the block area A have accumulation simultaneity for the signals to be read out. The first row (row a) in which block area A is located is driven by the rolling electronic shutter, and the rest of block area A other than the first row is driven by the global electronic shutter. As shown in FIG. 19B, all a-th rows and block area A have accumulation simultaneity.

図19(C)は、画素エリア201における各領域の駆動状況を示す図である。駆動Aはローリング電子シャッタ駆動を示す。駆動Aの領域は、ブロックエリアを含まない列にある領域である。駆動Aの領域では、画素内において、第1ブロックエリア切替スイッチBS1および第2ブロックエリア切替スイッチBS2が[1]側に切り替えられることで、転送トランジスタTX-Trおよび保持容量転送トランジスタSG-Trがローリング電子シャッタ用の制御パルスVsg_rs、Vtx_rsにより制御される。 FIG. 19C is a diagram showing how each region in the pixel area 201 is driven. Drive A indicates rolling electronic shutter drive. Drive A regions are regions in columns that do not contain block areas. In the drive A region, the first block area selector switch BS1 and the second block area selector switch BS2 are switched to the [1] side within the pixel, thereby switching the transfer transistor TX-Tr and the storage capacitor transfer transistor SG-Tr. It is controlled by control pulses Vsg_rs and Vtx_rs for the rolling electronic shutter.

駆動Bもローリング電子シャッタ駆動を示す。駆動Bの領域は、ブロックエリアを含む列にある領域であるが、ブロックエリアではない領域である。駆動Bの領域では、画素内において、第1ブロックエリア切替スイッチBS1および第2ブロックエリア切替スイッチBS2が[2]側に切り替えられる。更に、垂直駆動回路202内の第1垂直切替スイッチSW1および第2垂直切替スイッチSW2が[2]側に切り替えられることにより、画素内の転送トランジスタTX-Trおよび保持容量転送トランジスタSG-Trがローリング電子シャッタ用の制御パルスVsg_rs、Vtx_rsにより制御される。 Drive B also indicates a rolling electronic shutter drive. Drive B regions are regions that are in columns that contain block areas, but are not block areas. In the drive B region, the first block area changeover switch BS1 and the second block area changeover switch BS2 are switched to the [2] side within the pixel. Furthermore, by switching the first vertical switch SW1 and the second vertical switch SW2 in the vertical drive circuit 202 to the [2] side, the transfer transistor TX-Tr and the storage capacitor transfer transistor SG-Tr in the pixel roll. It is controlled by control pulses Vsg_rs and Vtx_rs for the electronic shutter.

駆動Cはグローバル電子シャッタ駆動を示す。駆動Cの領域はブロックエリアの領域である。駆動Cの領域では、画素内において、第1ブロックエリア切替スイッチBS1および第2ブロックエリア切替スイッチBS2が[2]側に切り替えられる。更に、垂直駆動回路202内の第1垂直切替スイッチSW1および第2垂直切替スイッチSW2が[1]側に切り替えられることにより、画素内の転送トランジスタTX-Trおよび保持容量転送トランジスタSG-Trがグローバル電子シャッタ用の制御パルスVsg_rs、Vtx_rsにより制御される。 Drive C indicates global electronic shutter drive. The drive C region is the block area region. In the drive C region, the first block area changeover switch BS1 and the second block area changeover switch BS2 are switched to the [2] side within the pixel. Furthermore, by switching the first vertical change-over switch SW1 and the second vertical change-over switch SW2 in the vertical drive circuit 202 to the [1] side, the transfer transistor TX-Tr and the storage capacitor transfer transistor SG-Tr in the pixel are globalized. It is controlled by control pulses Vsg_rs and Vtx_rs for the electronic shutter.

図20は、第3実施例におけるグローバル電子シャッタおよびローリング電子シャッタの駆動タイミングを示す図である。このタイミング図は、図19のブロックエリアAの読み出し開始先頭行(a行目)の前後の様子を示したものである。ブロックエリアAの先頭行(a行目)まではローリング電子シャッタで駆動しており、図20の「a-1行目とa行目」がそのタイミングを示している。次にa+1行目以降になると、ブロックエリアAの内と外で制御パルスVtxと制御パルスVsgとのタイミングが異なるようになる。図20に示すように、ブロックエリアA内では、a行目と同じ蓄積タイミングで動作される。 FIG. 20 is a diagram showing drive timings of the global electronic shutter and the rolling electronic shutter in the third embodiment. This timing chart shows the situation before and after the read start first row (row a) of the block area A in FIG. The rolling electronic shutter is driven up to the first row (a-th row) of the block area A, and "a-1th row and a-th row" in FIG. 20 show the timing. Next, from the (a+1)th line onward, the timings of the control pulse Vtx and the control pulse Vsg are different between inside and outside the block area A. FIG. As shown in FIG. 20, within the block area A, the storage timing is the same as that of the a-th row.

ブロックエリアA内の画素は、グローバル電子シャッタ駆動を行うため、制御パルスVtx_gs、Vsg_gsにより制御され、ブロックエリアA外の画素は、ローリング電子シャッタ駆動を行うため、制御パルスVtx_rs、Vsg_rsにより制御される。制御パルスVsel、Vrst、水平転送は、ブロックエリアAの内外ともに同じタイミングである。図示しないが、ブロックエリアAの読み出し最終行をぬけるまで、ブロックエリアA内におけるグローバル電子シャッタ駆動による読み出しと、ブロックエリアA外におけるローリング電子シャッタ駆動による読み出しとが続けられる。 Pixels within block area A are controlled by control pulses Vtx_gs and Vsg_gs for global electronic shutter drive, and pixels outside block area A are controlled by control pulses Vtx_rs and Vsg_rs for rolling electronic shutter drive. . The control pulses Vsel, Vrst, and horizontal transfer have the same timing both inside and outside the block area A. FIG. Although not shown, readout within the block area A by the global electronic shutter drive and readout outside the block area A by the rolling electronic shutter drive are continued until the last readout row of the block area A is passed.

次に、水平エリア設定回路260および垂直エリア設定回路210を1つずつ有した撮像素子101において、ブロックエリアを2つ設定する場合の例について示す。2つのブロックエリアの位置関係により、グローバル電子シャッタ駆動での読み出され方が異なるので、以下ブロックエリアの第2設定例~第4設定例の3パターンに分けて説明する。この3パターンで、2つのブロックエリアの位置関係を全て網羅できる。 Next, an example of setting two block areas in the imaging device 101 having one horizontal area setting circuit 260 and one vertical area setting circuit 210 will be described. The positional relationship between the two block areas affects how the global electronic shutter is read out. Therefore, three patterns of block area setting examples 2 to 4 will be described below. These three patterns can cover all positional relationships between two block areas.

(ブロックエリアの第2設定例)
図21は、グローバル電子シャッタ駆動させるブロックエリアの第2設定例を示す図である。この例は、2つあるブロックエリアの読み出し行と読み出し列が重ならない場合を示している。図21(A)に示すように、m行n列の画素エリア201に、ブロックエリアA、Bが設定されているとする。図21(B)は、蓄積同時性を有する領域を示しており、前述したブロックエリア設定の前提条件により、ブロックエリアA、B以外の領域も一部グローバル電子シャッタ駆動により読み出されることになる。ブロックエリアAと同行でブロックエリアBと同列にあるエリアCと、ブロックエリアBと同行でブロックエリアAと同列にあるエリアDが、ブロックエリア設定されていないがグローバル電子シャッタ駆動により読み出される領域である。したがって、a行目全てとブロックエリアAおよびエリアCが蓄積同時性を持ち、b行目全てとブロックエリアBおよびエリアDが蓄積同時性を持つ。
(Second setting example of block area)
FIG. 21 is a diagram showing a second setting example of block areas to be driven by the global electronic shutter. This example shows a case where readout rows and readout columns of two block areas do not overlap. As shown in FIG. 21A, block areas A and B are set in a pixel area 201 of m rows and n columns. FIG. 21(B) shows areas with accumulation simultaneity, and due to the preconditions for the block area setting described above, areas other than the block areas A and B are partially read out by driving the global electronic shutter. Area C, which is in the same row as block area A and in the same column as block area B, and area D, which is in the same row as block area B and in the same column as block area A, are areas that are not set as block areas but are read by global electronic shutter driving. be. Therefore, all of the a-th row and block areas A and C have accumulation simultaneity, and all of the b-th row and block areas B and area D have accumulation simultaneity.

ブロックエリアとして設定された以外の領域も一部グローバル電子シャッタ駆動されるが、本発明で重要となる同一ブロックエリア内の蓄積同時性は保たれている。このように、水平エリア設定回路260および垂直エリア設定回路210を1つずつしか持たない撮像素子101であっても、複数のブロックエリアの蓄積同時性を確保できることが分かる。 Areas other than those set as block areas are partially driven by the global electronic shutter, but the simultaneity of accumulation within the same block area, which is important in the present invention, is maintained. Thus, it can be seen that even with the imaging device 101 having only one horizontal area setting circuit 260 and one vertical area setting circuit 210, simultaneity in accumulation of a plurality of block areas can be ensured.

図21(C)は、画素エリア201における各領域の駆動状況を示す。駆動A、B、Cのそれぞれの領域の説明は、ブロックエリアの第1設定例と同様であるため、説明を省略する。 FIG. 21C shows the driving status of each region in the pixel area 201. FIG. Descriptions of the respective areas of drive A, B, and C are the same as those of the first setting example of the block area, so the description is omitted.

(ブロックエリアの第3設定例)
図22は、グローバル電子シャッタ駆動させるブロックエリアの第3設定例を示す図である。この例は、2つあるブロックエリアの読み出し列が重なっている場合を示している。図22(A)に示すように、m行n列の画素エリア201に、ブロックエリアA、Bが設定されているとする。図22(B)は、蓄積同時性を有する領域を示しており、前述したブロックエリア設定の前提条件により、ブロックエリアA、B以外の箇所も一部グローバル電子シャッタ駆動により読み出されることになる。ブロックエリア設定の前提条件(3)により、水平エリア設定回路260は、グローバル電子シャッタで駆動させる列(水平エリア)としてブロックエリアA、B個々の領域より広い範囲K(ブロックエリアAの左端からブロックエリアBの右端までの範囲)を設定する。ブロックエリアAの右側の隣接エリアCと、ブロックエリアB左側の隣接エリアDとが、ブロックエリアとして設定されていないが、グローバル電子シャッタ駆動で読み出される領域となる。したがって、a行目全てとブロックエリアAおよびエリアCが蓄積同時性を持ち、b行目全てとブロックエリアBおよびエリアDが蓄積同時性を持つ。
(Third setting example of block area)
FIG. 22 is a diagram showing a third setting example of block areas to be driven by the global electronic shutter. This example shows a case where the read columns of two block areas overlap. As shown in FIG. 22A, block areas A and B are set in a pixel area 201 of m rows and n columns. FIG. 22(B) shows areas with accumulation simultaneity. Due to the preconditions for setting the block areas described above, parts other than the block areas A and B are also partially read by the global electronic shutter drive. According to the block area setting prerequisite (3), the horizontal area setting circuit 260 selects a range K (block from the left end of block area A) wider than each of block areas A and B as a column (horizontal area) to be driven by the global electronic shutter. area up to the right end of area B). An adjacent area C on the right side of the block area A and an adjacent area D on the left side of the block area B are not set as block areas, but are read out by global electronic shutter driving. Therefore, all of the a-th row and block areas A and C have accumulation simultaneity, and all of the b-th row and block areas B and area D have accumulation simultaneity.

図21の場合と同様、ブロックエリア以外のエリアも一部グローバル電子シャッタ駆動されるが、本発明で重要となる同一ブロックエリア内の蓄積同時性は保たれている。このように、水平エリア設定回路260および垂直エリア設定回路210を1つずつしか持たない撮像素子101であっても、複数のブロックエリアの蓄積同時性を確保できることが分かる。 As in the case of FIG. 21, areas other than the block area are partially driven by the global electronic shutter, but the simultaneity of accumulation within the same block area, which is important in the present invention, is maintained. Thus, it can be seen that even with the imaging device 101 having only one horizontal area setting circuit 260 and one vertical area setting circuit 210, simultaneity in accumulation of a plurality of block areas can be ensured.

図22(C)は、画素エリア201における各領域の駆動状況を示す。駆動A、B、Cのそれぞれの領域の説明は、ブロックエリアの第1設定例と同様であるため、説明を省略する。 FIG. 22C shows the driving status of each region in the pixel area 201. FIG. Descriptions of the respective areas of drive A, B, and C are the same as those of the first setting example of the block area, so the description is omitted.

(ブロックエリアの第4設定例)
図23は、グローバル電子シャッタ駆動させるブロックエリアの第4設定例を示す図である。この例は、2つあるブロックエリアの読み出し行が重なっている場合を示している。図23(A)に示すように、m行n列の画素エリア201に、ブロックエリアA、Bが設定されているとする。図23(B)は、蓄積同時性を有する領域を示しており、前述したブロックエリア設定の前提条件により、ブロックエリアA、B以外の箇所も一部グローバル電子シャッタ駆動で読み出されてしまう。ブロックエリア設定の前提条件(3)により、垂直エリア設定回路210は、グローバル電子シャッタで駆動させる行(垂直エリア)としてブロックエリアA、B個々の領域より広い範囲(ブロックエリアAの下端からブロックエリアBの上端までの範囲)Jを設定する。ブロックエリアAの上側の隣接エリアCと、ブロックエリアBの下側の隣接エリアDとが、ブロックエリア設定されていないがグローバル電子シャッタ駆動で読み出される領域となる。したがって、a行目全てとブロックエリアA、BおよびエリアC、Dが蓄積同時性を持つ。
(Fourth setting example of block area)
FIG. 23 is a diagram showing a fourth setting example of block areas to be driven by the global electronic shutter. This example shows a case where readout rows of two block areas overlap. As shown in FIG. 23A, block areas A and B are set in a pixel area 201 of m rows and n columns. FIG. 23B shows an area having accumulation simultaneity, and due to the preconditions for the block area setting described above, parts other than the block areas A and B are also partially read by the global electronic shutter drive. According to the precondition (3) for block area setting, the vertical area setting circuit 210 selects a row (vertical area) to be driven by the global electronic shutter in a range wider than the individual areas of block areas A and B (from the lower end of block area A to the block area). The range up to the upper end of B) J is set. The upper adjacent area C of the block area A and the lower adjacent area D of the block area B are not set as block areas but are read out by global electronic shutter driving. Therefore, all the a-th rows, block areas A and B, and areas C and D have accumulation simultaneity.

図21、22の場合と同様、ブロックエリア以外のエリアも一部グローバル電子シャッタされるが、本発明で重要となる同一ブロックエリア内の蓄積同時性は保たれている。このように、水平エリア設定回路260および垂直エリア設定回路210を1つずつしか持たない撮像素子101であっても、複数のブロックエリアの蓄積同時性を確保できることが分かる。 As in the case of FIGS. 21 and 22, areas other than the block area are partially global electronically shuttered, but the simultaneity of accumulation within the same block area, which is important in the present invention, is maintained. Thus, it can be seen that even with the imaging device 101 having only one horizontal area setting circuit 260 and one vertical area setting circuit 210, simultaneity in accumulation of a plurality of block areas can be ensured.

図23(C)は、画素エリア201における各領域の駆動状況を示す。駆動A、B、Cのそれぞれの領域の説明は、ブロックエリアの第1設定例と同様であるため、説明を省略する。 FIG. 23C shows the driving status of each region in the pixel area 201. FIG. Descriptions of the respective areas of drive A, B, and C are the same as those of the first setting example of the block area, so the description is omitted.

上述したブロックエリアの第2設定例~第4設定例では、ブロックエリアが2つ設定された場合について説明したが、ブロックエリアが3つ以上設定された場合であっても、複数ブロックエリアの蓄積同時性が確保されることは容易に分かる。しかしながら、上述のように水平エリア設定回路260および垂直エリア設定回路210を1つずつしか持たない場合、ブロックエリアの数が増えることで、ブロックエリアの設定箇所以外でグローバル電子シャッタ駆動される領域が増え、暗電流バラツキや瞬時電流といったグローバル電子シャッタ特有の問題点が現れ始める。 In the second to fourth setting examples of the block area described above, the case where two block areas are set has been described, but even when three or more block areas are set, accumulation of a plurality of block areas is possible. It is easy to see that simultaneity is ensured. However, in the case of having only one horizontal area setting circuit 260 and one vertical area setting circuit 210 as described above, the number of block areas increases, and the global electronic shutter drives areas other than the set locations of the block areas. Problems unique to the global electronic shutter, such as dark current variations and instantaneous current, begin to appear.

このグローバル電子シャッタの問題点を抑えるためには、ブロックエリアの設定箇所以外でグローバル電子シャッタ駆動される領域を増やさないようにすればよい。この問題点を解決する実施例を第4実施例として以下説明する。 In order to suppress the problem of the global electronic shutter, it is preferable not to increase the area driven by the global electronic shutter outside the set block area. An embodiment for solving this problem will be described below as a fourth embodiment.

(第4実施例)
第4実施例に係る撮像素子101は、水平エリア設定回路および垂直エリア設定回路をそれぞれ2つずつ有する。図示しないが、水平エリア設定回路および垂直エリア設定回路をそれぞれ2つずつ持つことで、図18で示した構成に対し、単位画素220内にある水平切替スイッチを3入力に変更することや、垂直駆動回路202において、保持容量転送トランジスタSG-Trの制御パルスVsgと転送トランジスタTX-Trの制御パルスVtxの出力ラインをもう1セット設けることなどが必要になる。
(Fourth embodiment)
The imaging device 101 according to the fourth example has two horizontal area setting circuits and two vertical area setting circuits. Although not shown, by providing two horizontal area setting circuits and two vertical area setting circuits, the horizontal changeover switch in the unit pixel 220 can be changed to three inputs and the vertical area setting circuit can be changed from the configuration shown in FIG. In the drive circuit 202, it is necessary to provide another set of output lines for the control pulse Vsg for the storage capacitor transfer transistor SG-Tr and the control pulse Vtx for the transfer transistor TX-Tr.

図24は、第4実施例におけるブロックエリアの配置と垂直エリアおよび水平エリアの設定との関係を説明する図である。図24(A)、(B)、(C)は、それぞれ図21(A)、図22(A)、図23(A)のブロックエリアの配置に対応している。第4実施例の撮像素子101は、2つの水平エリア設定回路(第1水平エリア設定回路および第2水平エリア設定回路)と、2つの垂直エリア設定回路(第1垂直エリア設定回路および第2垂直エリア設定回路)とを有する。図24(A)、(B)、(C)において、それぞれ、ブロックエリアAに対しては、第1水平エリア設定回路により水平エリアAを設定し、第1垂直エリア設定回路により垂直エリアAを設定する。また、ブロックエリアBに対しては、第2水平エリア設定回路により水平エリアBを設定し、第2垂直エリア設定回路により垂直エリアBを設定する。図24(A)に示す場合では、a行目とブロックエリアAとが蓄積同時性を有し、b行目とブロックエリアBとが蓄積同時性を有する。また、図24(B)に示す場合でも、a行目とブロックエリアAとが蓄積同時性を有し、b行目とブロックエリアBとが蓄積同時性を有する。図24(C)に示す場合では、a行目とブロックエリアAとが蓄積同時性を有し、b行目のブロックエリアA以外の箇所とブロックエリアBとが蓄積同時性を有する。 FIG. 24 is a diagram for explaining the relationship between the arrangement of block areas and the setting of vertical and horizontal areas in the fourth embodiment. FIGS. 24A, 24B, and 24C correspond to the arrangement of block areas in FIGS. 21A, 22A, and 23A, respectively. The image sensor 101 of the fourth embodiment includes two horizontal area setting circuits (first horizontal area setting circuit and second horizontal area setting circuit) and two vertical area setting circuits (first vertical area setting circuit and second vertical area setting circuit). area setting circuit). In FIGS. 24A, 24B, and 24C, for block area A, horizontal area A is set by the first horizontal area setting circuit, and vertical area A is set by the first vertical area setting circuit. set. For block area B, horizontal area B is set by the second horizontal area setting circuit, and vertical area B is set by the second vertical area setting circuit. In the case shown in FIG. 24A, the a-th row and block area A have accumulation simultaneity, and the b-th row and block area B have accumulation simultaneity. Also in the case shown in FIG. 24B, the a-th row and block area A have accumulation simultaneity, and the b-th row and block area B have accumulation simultaneity. In the case shown in FIG. 24(C), the a-th row and block area A have accumulation simultaneity, and the location other than block area A and b-th row and block area B have accumulation simultaneity.

このように、水平エリア設定回路および垂直エリア設定回路をそれぞれ2つずつ持つことで、2つのブロックエリアと水平エリア設定回路および垂直エリア設定回路とを一対一で対応させることができ、ブロックエリアの設定箇所だけをグローバル電子シャッタ駆動で読み出すことができる。水平エリア設定回路および垂直エリア設定回路をそれぞれブロックエリア数以上持っていれば、ブロックエリアの設定箇所以外でグローバル電子シャッタ駆動される領域がなくなり、グローバル電子シャッタ駆動の問題点も低減される。すなわち、水平エリア設定回路および垂直エリア設定回路を複数持つことで、グローバル電子シャッタ駆動の問題点を抑えつつ、複数のブロックエリアに対応させることができる。 By providing two horizontal area setting circuits and two vertical area setting circuits in this manner, two block areas can be associated with the horizontal area setting circuits and the vertical area setting circuits in a one-to-one correspondence. Only the set points can be read out by driving the global electronic shutter. If the number of horizontal area setting circuits and vertical area setting circuits is equal to or greater than the number of block areas, there will be no area to be driven by the global electronic shutter other than the set locations of the block areas, and the problem of global electronic shutter driving will be reduced. That is, by providing a plurality of horizontal area setting circuits and vertical area setting circuits, it is possible to cope with a plurality of block areas while suppressing the problem of driving the global electronic shutter.

ただ、撮像素子101において、平面(二次元面)上に、複数の水平エリア設定回路および垂直エリア設定回路を設けた場合、それと同時に、画素内のブロックエリア切替スイッチの多入力化や、垂直駆動回路202の制御パルスVsg、Vtxの出力ラインの増設なども実施する必要がある。数回路程度であればよいのだが、回路数が多くなると画素内や画素エリア201周辺の回路構成が複雑になり、更には、画素を駆動するための制御線の数も増えるので、駆動のためにフォトダイオードPDの面積を縮小せざるを得なくなり基本性能の劣化へとつながってしまう。 However, when a plurality of horizontal area setting circuits and vertical area setting circuits are provided on a plane (two-dimensional plane) in the image pickup device 101, at the same time, multi-input block area switching switches in pixels and vertical driving are used. It is also necessary to add output lines for the control pulses Vsg and Vtx of the circuit 202 . A few circuits are sufficient, but as the number of circuits increases, the circuit configuration within the pixel and around the pixel area 201 becomes complicated, and furthermore, the number of control lines for driving the pixels also increases. Inevitably, the area of the photodiode PD has to be reduced, leading to deterioration in basic performance.

このようなことで起こる性能劣化を避けるためには、複数の回路を平面上に配置するのではなく、画素エリア201に対し周辺回路や画素内スイッチなどを積層し三次元実装するのが効果的である。 In order to avoid performance degradation caused by such a situation, it is effective to stack peripheral circuits and in-pixel switches in the pixel area 201 and mount them three-dimensionally instead of arranging multiple circuits on a plane. is.

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)撮像素子101は、光を電荷に変換するフォトダイオードPDと、フォトダイオードPDで光電変換された電荷により生成された撮像信号を読み出す読出部250と、を含む画素220を有する。撮像素子101の制御部206は、一部の画素220の撮像信号を第1電子シャッタ方式で読み出し、他の画素220の撮像信号を第1電子シャッタ方式とは異なる第2電子シャッタ方式で読み出すように読出部250を制御する。このような構成により、1フレーム内において、複数の電子シャッタ方式による撮像信号を得ることができる。
According to the embodiment described above, the following effects are obtained.
(1) The image sensor 101 has a pixel 220 that includes a photodiode PD that converts light into electric charge and a readout unit 250 that reads an imaging signal generated by the electric charge photoelectrically converted by the photodiode PD. The control unit 206 of the image sensor 101 reads out the imaging signals of some of the pixels 220 by the first electronic shutter method, and reads out the imaging signals of the other pixels 220 by the second electronic shutter method different from the first electronic shutter method. to control the reading unit 250. With such a configuration, it is possible to obtain imaging signals by a plurality of electronic shutter methods within one frame.

(2)上述した第1電子シャッタ方式はグローバル電子シャッタ方式であり、上述した第2電子シャッタ方式はローリング電子シャッタ方式である。画素の蓄積同時性を有していた方がよいエリアにはグローバル電子シャッタ方式を用い、それ以外のエリアにはローリング電子シャッタ方式を用いることで、上述したグローバル電子シャッタ方式およびローリング電子シャッタ方式のそれぞれの短所を補うことができる。 (2) The first electronic shutter method described above is the global electronic shutter method, and the second electronic shutter method described above is the rolling electronic shutter method. The global electronic shutter method is used for areas where it is desirable to have pixel accumulation synchronicity, and the rolling electronic shutter method is used for other areas. We can make up for the shortcomings of each.

(3)撮像素子101は、行方向および列方向に二次元状に配列された複数の画素220を備える。各画素220は、入射光量に応じた電荷を蓄積するフォトダイオードPDと、フォトダイオードPDに蓄積された蓄積電荷に応じた撮像信号を読み出す読出部250と、を有する。読出部250は、グローバル電子シャッタ方式およびローリング電子シャッタ方式の両方が可能に構成される。1フレーム分の撮像信号の読み出しにおいて、複数の画素220のうち一部の画素はグローバル電子シャッタ方式で撮像信号が読み出され、複数の画素220のうち残りの画素はローリング電子シャッタ方式で撮像信号が読み出される。このような構成により、1フレーム内において、ローリング電子シャッタ方式による撮像信号とグローバル電子シャッタ方式による撮像信号とを得ることができる。画素の蓄積同時性を有していた方がよいエリアにはグローバル電子シャッタ方式を用い、それ以外のエリアにはローリング電子シャッタ方式を用いることで、上述したグローバル電子シャッタ方式およびローリング電子シャッタ方式のそれぞれの短所を補うことができる。 (3) The image sensor 101 includes a plurality of pixels 220 arranged two-dimensionally in row and column directions. Each pixel 220 has a photodiode PD that accumulates charges corresponding to the amount of incident light, and a readout section 250 that reads an imaging signal corresponding to the accumulated charges accumulated in the photodiode PD. The reading unit 250 is configured to be capable of both the global electronic shutter method and the rolling electronic shutter method. In the readout of imaging signals for one frame, the imaging signals are read from some of the plurality of pixels 220 by the global electronic shutter method, and the imaging signals from the remaining pixels of the plurality of pixels 220 are read by the rolling electronic shutter method. is read out. With such a configuration, it is possible to obtain an imaging signal by the rolling electronic shutter method and an imaging signal by the global electronic shutter method within one frame. The global electronic shutter method is used for areas where it is desirable to have pixel accumulation synchronicity, and the rolling electronic shutter method is used for other areas. We can make up for the shortcomings of each.

(4)撮像素子101は、グローバル電子シャッタ方式で読み出す画素の行を選択する垂直エリア設定回路210とグローバル電子シャッタ方式で読み出す画素の列を選択する水平エリア設定回路260とを1つずつ備える。これにより、簡易な構成で、グローバル電子シャッタ方式で読み出す画素のブロックエリアを設定することができる。 (4) The image pickup device 101 includes one vertical area setting circuit 210 that selects a row of pixels to be read out by the global electronic shutter method and one horizontal area setting circuit 260 that selects a column of pixels to be read out by the global electronic shutter method. As a result, it is possible to set a pixel block area to be read out by the global electronic shutter method with a simple configuration.

(5)カメラボディ100において、ボディ制御装置102は、撮像素子101からグローバル電子シャッタ方式で読み出された撮像信号を用いて、焦点調節処理、露出演算処理、ホワイトバランス調整処理、被写体認識処理、動体予測処理および被写体追尾処理の少なくとも1つを実行する。このような構成により、画素の蓄積同時性を有するエリアの撮像信号を用いて上述した処理を行うことができる。またボディ制御装置102は、上述した処理の結果に基づいて、撮像素子101においてグローバル電子シャッタ方式により撮像信号を読み出す画素を決定する。このような構成により、上述した処理の結果を、グローバル電子シャッタ方式で読み出すエリアの設定にフィードバックすることができる。 (5) In the camera body 100, the body control device 102 performs focus adjustment processing, exposure calculation processing, white balance adjustment processing, subject recognition processing, At least one of moving object prediction processing and subject tracking processing is executed. With such a configuration, the above-described processing can be performed using the imaging signal of the area having the pixel accumulation simultaneity. Also, the body control device 102 determines the pixels from which the imaging signals are read out by the global electronic shutter method in the imaging element 101 based on the result of the above-described processing. With such a configuration, the result of the above-described processing can be fed back to the setting of the area read out by the global electronic shutter method.

(4)撮像素子101は、行方向および列方向に二次元状に配列された複数の画素220を備える。各画素220は、入射光量に応じた電荷を蓄積するフォトダイオードPDと、フォトダイオードPDに蓄積された蓄積電荷に応じた撮像信号を読み出す読出部250と、を有する。読出部250は、グローバル電子シャッタ方式およびローリング電子シャッタ方式の両方が可能に構成される。1フレーム分の撮像信号の読み出しにおいて、複数の画素220のうち一部の画素はグローバル電子シャッタ方式で撮像信号が読み出され、複数の画素220のうち残りの画素はローリング電子シャッタ方式で撮像信号が読み出される。このような構成により、1フレーム内において、ローリング電子シャッタ方式による撮像信号とグローバル電子シャッタ方式による撮像信号とを得ることができる。画素の蓄積同時性を有していた方がよいエリアにはグローバル電子シャッタ方式を用い、それ以外のエリアにはローリング電子シャッタ方式を用いることで、上述したグローバル電子シャッタ方式およびローリング電子シャッタ方式のそれぞれの短所を補うことができる。 (4) The image sensor 101 includes a plurality of pixels 220 arranged two-dimensionally in row and column directions. Each pixel 220 has a photodiode PD that accumulates charges corresponding to the amount of incident light, and a readout section 250 that reads an imaging signal corresponding to the accumulated charges accumulated in the photodiode PD. The reading unit 250 is configured to be capable of both the global electronic shutter method and the rolling electronic shutter method. In the readout of imaging signals for one frame, the imaging signals are read from some of the plurality of pixels 220 by the global electronic shutter method, and the imaging signals from the remaining pixels of the plurality of pixels 220 are read by the rolling electronic shutter method. is read out. With such a configuration, it is possible to obtain an imaging signal by the rolling electronic shutter method and an imaging signal by the global electronic shutter method within one frame. The global electronic shutter method is used for areas where it is desirable to have pixel accumulation synchronicity, and the rolling electronic shutter method is used for other areas. We can make up for the shortcomings of each.

(5)撮像素子101は、グローバル電子シャッタ方式で読み出す画素の行を選択する垂直エリア設定回路210とグローバル電子シャッタ方式で読み出す画素の列を選択する水平エリア設定回路260とを1つずつ備える。これにより、簡易な構成で、グローバル電子シャッタ方式で読み出す画素のブロックエリアを設定することができる。 (5) The image sensor 101 includes one vertical area setting circuit 210 for selecting a row of pixels to be read out by the global electronic shutter method and one horizontal area setting circuit 260 for selecting a column of pixels to be read out by the global electronic shutter method. As a result, it is possible to set a pixel block area to be read out by the global electronic shutter method with a simple configuration.

-第2の実施の形態-
次に、図面を参照しながら、本発明の第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態におけるデジタルカメラの構成および撮像素子の全体構成は、第1の実施の形態におけるデジタルカメラの構成(図1)および撮像素子101の全体構成(図2)と同様であるため、説明を省略する。第2の実施の形態の撮像素子101は、1フレーム分の撮像信号の読み出しにおいて、画素エリア201の全ての画素からローリング電子シャッタ方式で撮像信号を読み出すのに並行して、設定した一部の領域の画素についてはグローバル電子シャッタ方式で撮像信号を読み出すことができるように構成されている。なお、ここで、上記全ての画素とは、欠陥画素などの一部の画素を除いた場合も含み、撮影画面全体の画像を生成するための画素という意味である。
-Second Embodiment-
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Since the configuration of the digital camera and the overall configuration of the imaging device in the second embodiment are the same as the configuration of the digital camera (FIG. 1) and the overall configuration of the imaging device 101 (FIG. 2) in the first embodiment , the description is omitted. In reading out image signals for one frame, the image sensor 101 according to the second embodiment reads out image signals from all the pixels in the pixel area 201 by the rolling electronic shutter method. The pixels in the area are configured so that the imaging signal can be read out by the global electronic shutter method. Here, all of the pixels means pixels for generating an image of the entire shooting screen, including the case where some pixels such as defective pixels are excluded.

図25は、画素エリア201内で、グローバル電子シャッタ駆動させるように設定されたエリア(GSエリア)Agの例を示す図である。ボディ制御装置102は、撮像素子101に対して、GSエリアAgを設定する。図25に示すように、GSエリアAgは画素エリア201内に複数設定することができる。GSエリアAgの形状も、横長の長方形、縦長の長方形、十字型などに設定することができる。また、第1の実施の形態と同様に、GSエリアAgとしては、AF処理で用いるAFエリアや、被写体認識処理、動体予測処理および被写体追尾処理で用いる被写体認識エリアの他、AF処理やAWB処理で用いるエリアなど、蓄積同時性を有していた方がよいエリアが設定される。 FIG. 25 is a diagram showing an example of an area (GS area) Ag set to drive the global electronic shutter within the pixel area 201. As shown in FIG. The body control device 102 sets the GS area Ag for the image sensor 101 . As shown in FIG. 25, a plurality of GS areas Ag can be set within the pixel area 201 . The shape of the GS area Ag can also be set to a horizontally long rectangle, a vertically long rectangle, a cross shape, or the like. As in the first embodiment, the GS area Ag includes an AF area used in AF processing, a subject recognition area used in subject recognition processing, moving object prediction processing, and subject tracking processing, as well as AF processing and AWB processing. An area that should have accumulation simultaneity is set, such as an area used in .

図26は、第2の実施の形態の撮像システム300の構成例を示す図である。撮像素子101からは、GSエリアからグローバル電子シャッタ駆動で読み出された画像信号(GS信号)と全画素からローリング電子シャッタ駆動で読み出された画像信号(RS信号)とがそれぞれ出力され、信号処理部305に送られる。なお、信号処理部305は、カメラボディ100のボディ制御装置102に含まれる。 FIG. 26 is a diagram showing a configuration example of an imaging system 300 according to the second embodiment. An image signal (GS signal) read out from the GS area by global electronic shutter driving and an image signal (RS signal) read out from all the pixels by rolling electronic shutter driving are output from the image sensor 101, respectively. It is sent to the processing unit 305 . Note that the signal processing unit 305 is included in the body control device 102 of the camera body 100 .

信号処理部305に送られたGS信号は、オフセット回路310で所定のオフセットが行われ、ゲイン回路311で所定のゲインがかけられた後、AF/AE/AWB部312と加算部313と画像処理部317とに送られる。AF/AE/AWB部312では、GS信号に基づいて、AF処理やAE処理、AWB処理が行われる。信号処理部305に送られたRS信号は、オフセット回路314で所定のオフセットが行われ、ゲイン回路315で所定のゲインがかけられた後、加算部313に送られる。加算部313では、GS信号とRS信号とが加算され1フレームの画像信号が生成される。なお、加算部313での加算処理について詳しくは後述する。加算部313で生成された画像信号は、メモリ316に記録されたり、画像処理部317で所定の画像処理が行われたりする。また、画像処理部317は、GS信号およびRS信号を用いて被写体認識処理を行い、その認識結果に基づいて動体予測処理や被写体追尾処理、AFエリア選択処理などを行う。画像処理部317で得られた動体予測結果や被写体追尾結果、AFエリア選択結果はGSエリアの設定にフィードバックされ、これらの結果に基づいてGSエリアが設定される。 The GS signal sent to the signal processing unit 305 is subjected to a predetermined offset by the offset circuit 310, and is multiplied by a predetermined gain by the gain circuit 311. 317. The AF/AE/AWB section 312 performs AF processing, AE processing, and AWB processing based on the GS signal. The RS signal sent to the signal processing section 305 is subjected to a predetermined offset by the offset circuit 314 , multiplied by a predetermined gain by the gain circuit 315 , and then sent to the addition section 313 . The adder 313 adds the GS signal and the RS signal to generate an image signal for one frame. The details of addition processing in the addition unit 313 will be described later. The image signal generated by the adder 313 is recorded in the memory 316 and subjected to predetermined image processing by the image processor 317 . Further, the image processing unit 317 performs subject recognition processing using the GS signal and RS signal, and performs moving object prediction processing, subject tracking processing, AF area selection processing, and the like based on the recognition result. The moving object prediction result, subject tracking result, and AF area selection result obtained by the image processing unit 317 are fed back to the GS area setting, and the GS area is set based on these results.

図27は、第2の実施形態における撮像素子101の単位画素220の構成を示す図である。単位画素(1画素)220は、1つのフォトダイオードPDとフォトダイオードPDから蓄積電荷に応じた撮像信号を読み出す読出部250とを有する。読出部250は、フォトダイオードPDにそれぞれ接続されたローリング電子シャッタ用のRS読出回路およびグローバル電子シャッタ用のGS読出回路を有する。 FIG. 27 is a diagram showing the configuration of a unit pixel 220 of the image sensor 101 according to the second embodiment. A unit pixel (one pixel) 220 has one photodiode PD and a readout section 250 that reads out an imaging signal corresponding to accumulated charges from the photodiode PD. The readout section 250 has an RS readout circuit for the rolling electronic shutter and a GS readout circuit for the global electronic shutter, which are respectively connected to the photodiodes PD.

RS読出回路は、転送トランジスタTX1と、フローティングディフュージョンFD1と、増幅トランジスタSF1と、セレクトトランジスタS1とを有する。転送トランジスタTX1はフォトダイオードPDに蓄積された電荷を転送する。フローティングディフュージョンFDは、フォトダイオードPDから転送された蓄積電荷を保持する電荷保持部として機能する。増幅トランジスタSF1は、ソースフォロワ回路を形成し、フローティングディフュージョンFDの電位に応じた信号を出力する。セレクトトランジスタS1は、画素が選択されるとオンし、フローティングディフュージョンFD1から出力線Out1までを接続する。これらの各部は、図27に示すように接続されている。RS読出回路は、フォトダイオードPDの蓄積電荷をローリング電子シャッタ駆動で読み出し、蓄積電荷に応じた撮像信号を出力線Out1に出力する。 The RS readout circuit has a transfer transistor TX1, a floating diffusion FD1, an amplification transistor SF1, and a select transistor S1. The transfer transistor TX1 transfers charges accumulated in the photodiode PD. The floating diffusion FD functions as a charge holding portion that holds accumulated charges transferred from the photodiode PD. The amplification transistor SF1 forms a source follower circuit and outputs a signal corresponding to the potential of the floating diffusion FD. The select transistor S1 is turned on when a pixel is selected, and connects the floating diffusion FD1 to the output line Out1. These parts are connected as shown in FIG. The RS readout circuit reads the charge accumulated in the photodiode PD by rolling electronic shutter driving, and outputs an imaging signal corresponding to the accumulated charge to the output line Out1.

GS読出回路は、保持容量SGと、転送トランジスタTX2と、フローティングディフュージョンFD2と、増幅トランジスタSF2と、セレクトトランジスタS2とを有する。保持容量SGは、フォトダイオードPDに蓄積された電荷を保持する電荷保持部として機能する。保持容量SGのゲートが開かれると、フォトダイオードPDの蓄積電荷が保持容量SGに転送される。転送トランジスタTX2は保持容量SGに保持された電荷を転送する。フローティングディフュージョンFD1は、転送トランジスタTX2により転送された蓄積電荷を保持する電荷保持部として機能する。増幅トランジスタSF2は、ソースフォロワ回路を形成し、フローティングディフュージョンFDの電位に応じた信号を出力する。セレクトトランジスタS2は、画素が選択されるとオンし、フローティングディフュージョンFD2から出力線Out2までを接続する。これらの各部は、図27に示すように接続されている。GS読出回路は、フォトダイオードPDの蓄積電荷をグローバル電子シャッタ駆動で読み出し、蓄積電荷に応じた撮像信号を出力線Out2に出力する。 The GS readout circuit has a storage capacitor SG, a transfer transistor TX2, a floating diffusion FD2, an amplification transistor SF2, and a select transistor S2. The holding capacitor SG functions as a charge holding portion that holds charges accumulated in the photodiode PD. When the gate of the storage capacitor SG is opened, the charges accumulated in the photodiode PD are transferred to the storage capacitor SG. The transfer transistor TX2 transfers the charge held in the holding capacitor SG. The floating diffusion FD1 functions as a charge holding portion that holds accumulated charges transferred by the transfer transistor TX2. The amplification transistor SF2 forms a source follower circuit and outputs a signal corresponding to the potential of the floating diffusion FD. The select transistor S2 is turned on when a pixel is selected, and connects the floating diffusion FD2 to the output line Out2. These parts are connected as shown in FIG. The GS readout circuit reads out the accumulated charge of the photodiode PD by driving the global electronic shutter, and outputs an imaging signal corresponding to the accumulated charge to the output line Out2.

リセットトランジスタResetは、RS読出回路とGS読出回路とで共通に設けられている。リセットトランジスタResetは、フォトダイオードPD、保持容量SG、フローティングディフュージョンFD1、FD2をリセットする。 The reset transistor Reset is commonly provided for the RS readout circuit and the GS readout circuit. A reset transistor Reset resets the photodiode PD, the storage capacitor SG, and the floating diffusions FD1 and FD2.

図28は、第2の実施の形態におけるローリング電子シャッタおよびグローバル電子シャッタの駆動タイミングを示す図である。図28では、1フレーム分の読み出しにおけるRS読出回路の転送トランジスタTX1とGS読出回路の保持容量SGおよび転送トランジスタTX2の制御パルスを示している。画素エリア201はn行の画素を有するとし、図28において(1)~(n)は画素の1行目~n行目を表す。また、ここでは、i行目~j行目の画素がグローバル電子シャッタで駆動されるGSエリアとして設定されているとする。 FIG. 28 is a diagram showing driving timings of the rolling electronic shutter and the global electronic shutter in the second embodiment. FIG. 28 shows control pulses for the transfer transistor TX1 of the RS readout circuit and the storage capacitor SG and transfer transistor TX2 of the GS readout circuit in reading out one frame. It is assumed that the pixel area 201 has n rows of pixels, and (1) to (n) in FIG. 28 represent the 1st row to the nth row of pixels. Also, here, it is assumed that the i-th to j-th pixels are set as the GS area driven by the global electronic shutter.

まず、時刻r1~r2で、1行目~n行目においてリセットトランジスタResetがオンされ且つ転送トランジスタTX1が順次オンされてフォトダイオードPDがリセットされ、ローリング電子シャッタにおける電荷蓄積が開始される。 First, at times r1 to r2, the reset transistor Reset and the transfer transistor TX1 are sequentially turned on in the 1st to nth rows to reset the photodiodes PD and start charge accumulation in the rolling electronic shutter.

そして、時刻g1で、GSエリアとして設定されている行(i行目~j行目)において、転送トランジスタTX1が同時にオンされ、フォトダイオードPDにそれまで蓄積されていた電荷がフローティングディフュージョンFD1に転送され、フォトダイオードPDがリセットされる。これにより、ローリング電子シャッタの電荷蓄積が一旦中断され、それまでの蓄積電荷がフローティングディフュージョンFD1に保持されると共に、グローバル電子シャッタの電荷蓄積が開始される。なお、GSエリアとして設定されていない行(i行目~j行目以外)では、ローリング電子シャッタの電荷蓄積が継続されている。 Then, at time g1, in the rows (i-th to j-th rows) set as the GS area, the transfer transistors TX1 are turned on at the same time, and the charge accumulated in the photodiodes PD is transferred to the floating diffusion FD1. and the photodiode PD is reset. As a result, the electric charge accumulation of the rolling electronic shutter is temporarily interrupted, the accumulated electric charges up to that point are held in the floating diffusion FD1, and the electric charge accumulation of the global electronic shutter is started. In the rows not set as the GS area (other than the i-th to j-th rows), charge accumulation by the rolling electronic shutter continues.

そして、所定の蓄積時間(GS蓄積時間)経過後の時刻g2で、GSエリアとして設定されている行(i行目~j行目)において、保持容量SGのゲートが同時に開かれ、フォトダイオードPDの蓄積電荷が保持容量SGに転送され、フォトダイオードPDがリセットされる。これにより、グローバル電子シャッタの電荷蓄積が終了され、それまでの蓄積電荷が保持容量SGに保持されると共に、ローリング電子シャッタの電荷蓄積が再開される。 Then, at time g2 after a predetermined accumulation time (GS accumulation time) has passed, the gates of the storage capacitors SG are simultaneously opened in the rows (i-th to j-th rows) set as the GS area, and the photodiodes PD is transferred to the storage capacitor SG, and the photodiode PD is reset. As a result, the charge accumulation of the global electronic shutter is terminated, the charge accumulated up to that point is held in the holding capacitor SG, and the charge accumulation of the rolling electronic shutter is restarted.

そして、時刻g3~g4で、GSエリアとして設定されている行(i行目~j行目)において、転送トランジスタTX2が順次オンされ、保持容量SGに保持されていた蓄積電荷がフローティングディフュージョンFD2に転送され、蓄積電荷に応じた撮像信号(GS信号)が出力線Out2から読み出される。 At times g3 to g4, in the rows (i-th to j-th rows) set as the GS area, the transfer transistors TX2 are sequentially turned on, and the accumulated charges held in the holding capacitors SG are transferred to the floating diffusion FD2. An imaging signal (GS signal) corresponding to the transferred accumulated charge is read from the output line Out2.

また、1行目~n行目の各行においてローリング電子シャッタの蓄積開始から所定の蓄積時間(RS蓄積時間)経過後の時刻r3~r4で、各行において、転送トランジスタTX1が順次オンされ、フォトダイオードPDの蓄積電荷がフローティングディフュージョンFD1に転送され、蓄積電荷に応じた撮像信号(RS信号)が出力線Out1から読み出される。なお、GSエリアとして設定されている行(i行目~j行目)においては、時刻g2以降の蓄積電荷が、時刻g1でフローティングディフュージョンFD1に転送され保持されていた時刻g1よりも前の蓄積電荷と加算されて、RS信号として出力線Out1から読み出される。 At times r3 to r4 after a predetermined accumulation time (RS accumulation time) has elapsed from the start of accumulation of the rolling electronic shutter in each row from the first row to the nth row, the transfer transistor TX1 is sequentially turned on in each row, and the photodiode The charge accumulated in the PD is transferred to the floating diffusion FD1, and an imaging signal (RS signal) corresponding to the charge accumulated is read from the output line Out1. In the rows (i-th to j-th rows) set as the GS area, the accumulated charges after time g2 are transferred to and held in the floating diffusion FD1 at time g1, and the charges accumulated before time g1 are transferred to the floating diffusion FD1 at time g1. It is added to the charge and read from the output line Out1 as an RS signal.

なお、GSエリアとして設定されている行(i行目~j行目)では、上述したように、ローリング電子シャッタにおける電荷蓄積時間の一部を、グローバル電子シャッタにおける電荷蓄積時間とするため、ローリング電子シャッタでの電荷蓄積時間がグローバル電子シャッタの電荷蓄積時間の分少ないことになる。そのため、GSエリアとして設定されている行については、上述した信号処理部305の加算部313において、GS信号とRS信号とを加算することで、適切な画像信号を得ることができる。すなわち、加算部313は、GSエリアの画素においてはGS信号とRS信号とを用いて画像信号を取得し、GSエリア以外の画素においてはRS信号を用いて画像信号を取得する。 In the rows set as the GS area (rows i to j), as described above, part of the charge accumulation time in the rolling electronic shutter is used as the charge accumulation time in the global electronic shutter. The charge accumulation time in the electronic shutter is reduced by the charge accumulation time in the global electronic shutter. Therefore, for rows set as the GS area, an appropriate image signal can be obtained by adding the GS signal and the RS signal in the adder 313 of the signal processor 305 described above. That is, the adder 313 acquires image signals using the GS signal and the RS signal for pixels in the GS area, and acquires image signals using the RS signal for pixels other than the GS area.

また、図28では、ローリング電子シャッタにおける電荷蓄積の間に、グローバル電子シャッタにおける電荷蓄積を行う例について説明した。しかしながら、グローバル電子シャッタにおける電荷蓄積のタイミングは、前フレームのローリング電子シャッタにおける蓄積電荷の読み出し後から、現フレームのローリング電子シャッタにおける蓄積電荷の読み出し前までの任意のタイミングでよい。 Also, with reference to FIG. 28, an example of performing charge accumulation in the global electronic shutter during charge accumulation in the rolling electronic shutter has been described. However, the timing of charge accumulation in the global electronic shutter may be any timing from after reading out the accumulated charges in the rolling electronic shutter of the previous frame to before reading out the accumulated charges in the rolling electronic shutter of the current frame.

たとえば、図28において、GSエリアとして設定されている行(i行目~j行目)で、ローリング電子シャッタにおける電荷蓄積の開始がグローバル電子シャッタにおける電荷蓄積終了(時刻g2)よりも後であってもよい。この場合は、ローリング電子シャッタにおける電荷蓄積がグローバル電子シャッタにおける電荷蓄積で中断されないので、加算部313においてGS信号とRS信号とを加算せず、RS信号のみで画像信号とすればよい。 For example, in FIG. 28, in the rows (i-th to j-th rows) set as the GS area, the start of charge accumulation in the rolling electronic shutter is later than the end of charge accumulation in the global electronic shutter (time g2). may In this case, since charge accumulation in the rolling electronic shutter is not interrupted by charge accumulation in the global electronic shutter, the addition unit 313 does not add the GS signal and the RS signal, and only the RS signal is used as an image signal.

また、図28において、GSエリアとして設定されている行(i行目~j行目)で、ローリング電子シャッタにおける電荷蓄積の開始のタイミングがグローバル電子シャッタにおける電荷蓄積開始(時刻g1)~電荷蓄積終了(時刻g2)の間となる場合も考えられる。この場合、グローバル電子シャッタにおける電荷蓄積開始後に、ローリング電子シャッタにおける電荷蓄積の開始のタイミングで転送トランジスタTX1がオンされてフォトダイオードPDがリセットされる。そのため、このリセットタイミングからグローバル電子シャッタにおける電荷蓄積終了(時刻g2)までに蓄積された電荷がGS信号として読み出されることになり、GS信号の蓄積時間が減ってしまう。したがって、この場合、撮像素子101内または信号処理部305において、所定の蓄積時間のGS信号となるように、所定の蓄積時間に対して減った分の蓄積時間の比率に基づいてGS信号を補正する。 In FIG. 28, in the rows set as the GS area (i-th to j-th rows), the timing of the start of charge accumulation in the rolling electronic shutter is from the start of charge accumulation in the global electronic shutter (time g1) to the charge accumulation It is conceivable that it may be during the end (time g2). In this case, after the start of charge accumulation in the global electronic shutter, the transfer transistor TX1 is turned on and the photodiode PD is reset at the timing of the start of charge accumulation in the rolling electronic shutter. Therefore, the charge accumulated from this reset timing to the end of charge accumulation in the global electronic shutter (time g2) is read as the GS signal, and the accumulation time of the GS signal is reduced. Therefore, in this case, in the image sensor 101 or in the signal processing unit 305, the GS signal is corrected based on the ratio of the accumulation time that has decreased with respect to the predetermined accumulation time so that the GS signal has a predetermined accumulation time. do.

また、図28では、1フレーム分の読み出しにおいて、グローバル電子シャッタを1回行う例について説明したが、複数回行うようにしてもよい。 Also, in FIG. 28, an example in which the global electronic shutter is performed once in reading out one frame has been described, but it may be performed multiple times.

(動体検出)
画像処理部317は、1フレーム分の読み出しで得られた上記GS信号およびRS信号を用いて、動体検出を行うことができる。図29は、このような動体検出について説明する図である。図29(A)~(C)は、被写体である動体Pについて時刻t0~t2における動きを示す。時刻t0~t2において、動体Pが右から左に移動している。グローバル電子シャッタ駆動させるGSエリアAgは、動体Pを含むように設定されている。図29(D)は、時刻t1のグローバル電子シャッタにより得られた画像(GS画像)を示す。GS画像では、図29(D)に示すように、GSエリアAgにおいて動体Pが歪まずに写っている。図29(E)は、時刻t0~t2のローリング電子シャッタにより得られた画像(RS画像)を示す。時刻t0~t2にかけて動体Pが移動しているため、RS画像では、図29(E)に示すように動体Pが歪んで写っている。
(moving object detection)
The image processing unit 317 can perform moving object detection using the GS signal and the RS signal obtained by reading one frame. FIG. 29 is a diagram for explaining such moving object detection. FIGS. 29A to 29C show movements of a moving object P, which is a subject, at times t0 to t2. From time t0 to t2, the moving body P is moving from right to left. The GS area Ag to be driven by the global electronic shutter is set so as to include the moving object P. FIG. 29D shows an image (GS image) obtained by the global electronic shutter at time t1. In the GS image, as shown in FIG. 29D, the moving object P is captured without distortion in the GS area Ag. FIG. 29E shows an image (RS image) obtained by the rolling electronic shutter from time t0 to t2. Since the moving body P moves from time t0 to t2, the moving body P appears distorted in the RS image as shown in FIG. 29(E).

このように、被写体が動体の場合には、GS画像では歪まずに写り、RS画像では歪んで写るため、GS画像とRS画像とで異なる画像となる。一方、被写体が動体ではない(静止している)場合には、GS画像およびRS画像の両方とも歪まずに写るため、GS画像とRS画像とで略同じ画像となる。このことをふまえ、画像処理部317は、GS信号とGSエリアにおけるRS信号とで被写体の特徴点検出(エッジ検出など)をそれぞれ行い、GS信号とGSエリアにおけるRS信号とで特徴点検出の結果を比較し、所定以上の差分がある場合には、GSエリアに含まれる被写体が動体であると判断する。さらに画像処理部317は、GSエリアにおけるRS信号の歪量を検出し、歪量に基づいて動体の移動速度を検出するようにしてもよい。 As described above, when the subject is a moving object, it appears without distortion in the GS image, but appears distorted in the RS image, resulting in different images between the GS image and the RS image. On the other hand, when the subject is not moving (still), both the GS image and the RS image are captured without distortion, so the GS image and the RS image are substantially the same image. Based on this, the image processing unit 317 performs feature point detection (edge detection, etc.) of the subject using the GS signal and the RS signal in the GS area, respectively. are compared, and if there is a difference equal to or greater than a predetermined value, it is determined that the subject included in the GS area is a moving body. Furthermore, the image processing unit 317 may detect the amount of distortion of the RS signal in the GS area, and detect the moving speed of the moving object based on the amount of distortion.

(GS信号およびRS信号の加算)
上述したようにGSエリアにおけるRS信号は、グローバル電子シャッタの蓄積時間の分蓄積時間が少ないため、加算部313においてGSエリアにおけるRS信号とGS信号とを加算する。このとき、RS信号に歪のない場合には、加算部313においてGSエリアにおけるRS信号とGS信号とを単純加算すればよい。しかしながら、RS信号に歪がある場合には、GSエリアにおけるRS信号とGS信号とを単純加算すると、歪がある画像と歪がない画像とが加算されてブレたような画像となってしまう。そこで、RS信号に歪がある場合には、GSエリアにおけるRS信号とGS信号とを単純加算するのではなく、以下の方法により画像信号を生成する。
(Addition of GS signal and RS signal)
As described above, the accumulation time of the RS signal in the GS area is shorter than the accumulation time of the global electronic shutter. At this time, if there is no distortion in the RS signal, addition section 313 may simply add the RS signal and the GS signal in the GS area. However, when the RS signal is distorted, simple addition of the RS signal and the GS signal in the GS area results in a blurry image due to the addition of the distorted image and the undistorted image. Therefore, when the RS signal is distorted, the image signal is generated by the following method instead of simply adding the RS signal and the GS signal in the GS area.

(1)RS信号における歪がGSエリア内である場合
図30(A)および(B)は、RS信号における歪がGSエリアAg内である場合のGS画像およびRS画像の例を示す図である。図30(A)および(B)では、GSエリアAg内に動体Pが収まっており、図30(B)のRS画像の歪はGSエリアAg内に収まっている。この場合、画像処理部317は、GSエリアにおいてGS信号のみを採用し、当該GS信号とGSエリア以外のRS信号とを合成して、1フレームの画像信号を生成する。なお、GS信号とRS信号とは蓄積時間が異なっているため、画像処理部317は、GS信号に対してゲインをかけたりオフセット補正を行ったりしてRS信号と対応するように補正して、1フレームの画像信号を生成する。
(1) Case where distortion in RS signal is within GS area FIGS. 30A and 30B are diagrams showing examples of a GS image and an RS image when distortion in an RS signal is within GS area Ag. . In FIGS. 30A and 30B, the moving object P is within the GS area Ag, and the distortion of the RS image in FIG. 30B is within the GS area Ag. In this case, the image processing unit 317 uses only the GS signal in the GS area, combines the GS signal with the RS signal outside the GS area, and generates an image signal for one frame. Note that since the GS signal and the RS signal have different accumulation times, the image processing unit 317 corrects the GS signal so as to correspond to the RS signal by applying a gain or offset correction to the GS signal. An image signal for one frame is generated.

(2)RS信号における歪がGSエリア外である場合
図30(C)および(D)は、RS信号における歪がGSエリアAg外である場合のGS画像およびRS画像の例を示す図である。図30(C)および(D)では、GSエリアAgから動体Pがはみ出しており、図30(B)のRS画像の歪はGSエリアAg外にはみ出している。この場合、画像処理部317は、GSエリアAgにおいてRS信号のみを採用し、RS信号のみを用いて1フレームの画像信号を生成する。なお、GSエリアAgにおけるRS信号は、GSエリア外のRS信号と蓄積時間が異なっているため、画像処理部317は、GSエリアAgにおけるRS信号に対してゲインをかけたりオフセット補正を行ったりしてGSエリア外のRS信号と対応するように補正して、1フレームの画像信号を生成する。
(2) Distortion in RS Signal Outside GS Area FIGS. 30C and 30D are diagrams showing examples of the GS image and RS image when the distortion in the RS signal is outside the GS area Ag. . In FIGS. 30(C) and (D), the moving object P protrudes from the GS area Ag, and the distortion of the RS image in FIG. 30(B) protrudes outside the GS area Ag. In this case, the image processing unit 317 employs only the RS signal in the GS area Ag, and uses only the RS signal to generate one frame of image signal. Note that since the RS signal in the GS area Ag has a different accumulation time from the RS signal outside the GS area, the image processing unit 317 applies a gain or offset correction to the RS signal in the GS area Ag. is corrected so as to correspond to the RS signal outside the GS area, and an image signal for one frame is generated.

なお、画像処理部317では、撮像素子101から得られた画像信号から被写体を認識する際、被写体の大きさの判定も行い、判定結果に基づいてGSエリアに被写体が含まれるようにGSエリアの大きさを設定する。そのため、通常は、上述した(1)のようにRS信号における歪はGSエリア内となるが、最初のフレームや、被写体が急激に動いた場合、構図を変えた場合などには、上述した(2)のようにRS信号における歪がGSエリア外となる場合もある。この場合、次のフレームでは、画像処理部317による被写体の大きさの判定結果をGSエリアの設定にフィードバックすることで、上述した(1)のようにRS信号における歪はGSエリア内となる。 Note that the image processing unit 317 also determines the size of the subject when recognizing the subject from the image signal obtained from the image sensor 101. Based on the determination result, the GS area is adjusted so that the subject is included in the GS area. Set size. Therefore, normally, the distortion in the RS signal is within the GS area as in (1) above, but in the first frame, when the subject moves abruptly, or when the composition is changed, the above ( As in 2), the distortion in the RS signal may be outside the GS area. In this case, in the next frame, the distortion in the RS signal is within the GS area as in (1) above by feeding back the determination result of the object size by the image processing unit 317 to the setting of the GS area.

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)撮像素子101は、光を電荷に変換するフォトダイオードPDと、フォトダイオードPDで光電変換された電荷により生成された撮像信号を読み出す読出部250と、を含む画素220を有する。撮像素子101の制御部206は、一部の画素220の撮像信号を第1電子シャッタ方式で読み出し、他の画素220の撮像信号を第1電子シャッタ方式とは異なる第2電子シャッタ方式で読み出すように読出部250を制御する。このような構成により、1フレーム内において、複数の電子シャッタ方式による撮像信号を得ることができる。
According to the embodiment described above, the following effects are obtained.
(1) The image sensor 101 has a pixel 220 that includes a photodiode PD that converts light into electric charge and a readout unit 250 that reads an imaging signal generated by the electric charge photoelectrically converted by the photodiode PD. The control unit 206 of the image sensor 101 reads out the imaging signals of some of the pixels 220 by the first electronic shutter method, and reads out the imaging signals of the other pixels 220 by the second electronic shutter method different from the first electronic shutter method. to control the reading unit 250. With such a configuration, it is possible to obtain imaging signals by a plurality of electronic shutter methods within one frame.

(2)撮像素子101は、行方向および列方向に二次元状に配列された複数の画素220を備える。各画素220は、入射光量に応じた電荷を蓄積するフォトダイオードPDと、フォトダイオードPDに蓄積された蓄積電荷に応じた撮像信号を読み出す読出部250と、を有する。読出部250は、グローバル電子シャッタ方式およびローリング電子シャッタ方式の両方が可能に構成される。1フレーム分の撮像信号の読み出しにおいて、複数の画素220のうち全ての画素はローリング電子シャッタ方式で撮像信号が読み出され、複数の画素220のうち一部の画素はグローバル電子シャッタ方式で撮像信号が読み出される。このような構成により、従来技術のようにフレーム間でローリング電子シャッタ方式とグローバル電子シャッタ方式とを切り替えることなく、1フレーム内において、ローリング電子シャッタ方式による撮像信号とグローバル電子シャッタ方式による撮像信号とを得ることができる。1フレーム分の読み出しにおいて、ローリング電子シャッタ方式によって1フレーム分の画像を得ることができると共に、グローバル電子シャッタ方式によってAFやAE用の信号を得ることができる。 (2) The image sensor 101 includes a plurality of pixels 220 arranged two-dimensionally in row and column directions. Each pixel 220 has a photodiode PD that accumulates charges corresponding to the amount of incident light, and a readout section 250 that reads an imaging signal corresponding to the accumulated charges accumulated in the photodiode PD. The reading unit 250 is configured to be capable of both the global electronic shutter method and the rolling electronic shutter method. In reading out the imaging signal for one frame, the imaging signal is read out from all of the plurality of pixels 220 by the rolling electronic shutter method, and the imaging signal is read out from some of the plurality of pixels 220 by the global electronic shutter method. is read out. With such a configuration, an imaging signal by the rolling electronic shutter method and an imaging signal by the global electronic shutter method can be generated within one frame without switching between the rolling electronic shutter method and the global electronic shutter method between frames as in the conventional technology. can be obtained. In reading out one frame, an image for one frame can be obtained by the rolling electronic shutter method, and signals for AF and AE can be obtained by the global electronic shutter method.

(3)撮像素子101において、各画素220の読出部250は、フォトダイオードPDにそれぞれ接続されたRS読出回路およびGS読出回路を有し、1フレーム分の撮像信号の読み出しにおいて、全ての画素はRS読出回路によりローリング電子シャッタ方式で撮像信号が読み出され、一部の画素はGS読出回路によりグローバル電子シャッタ方式で撮像信号が読み出される。これにより、全ての画素からローリング電子シャッタ方式で撮像信号を読み出すのに並行して、一部の画素からグローバル電子シャッタ方式で撮像信号を読み出すことができる。 (3) In the image sensor 101, the readout section 250 of each pixel 220 has an RS readout circuit and a GS readout circuit respectively connected to the photodiode PD. The RS readout circuit reads out the imaging signal by the rolling electronic shutter method, and the GS readout circuit reads out the imaging signal from some pixels by the global electronic shutter method. As a result, in parallel with reading image signals from all pixels by the rolling electronic shutter method, it is possible to read image signals from some pixels by the global electronic shutter method.

(4)カメラボディ100において、ボディ制御装置102は、撮像素子101からグローバル電子シャッタ方式で読み出された撮像信号を用いて、焦点調節処理、露出演算処理、ホワイトバランス調整処理、被写体認識処理、動体予測処理および被写体追尾処理の少なくとも1つを実行する。このような構成により、画素の蓄積同時性を有するエリアの撮像信号を用いて上述した処理を行うことができる。またボディ制御装置102は、上述した処理の結果に基づいて、撮像素子101においてグローバル電子シャッタ方式により撮像信号を読み出す画素を決定する。このような構成により、上述した処理の結果を、グローバル電子シャッタ方式で読み出すエリアの設定にフィードバックすることができる。 (4) In the camera body 100, the body control device 102 performs focus adjustment processing, exposure calculation processing, white balance adjustment processing, subject recognition processing, At least one of moving object prediction processing and subject tracking processing is executed. With such a configuration, the above-described processing can be performed using the imaging signal of the area having the pixel accumulation simultaneity. Also, the body control device 102 determines the pixels from which the imaging signals are read out by the global electronic shutter method in the imaging element 101 based on the result of the above-described processing. With such a configuration, the result of the above-described processing can be fed back to the setting of the area read out by the global electronic shutter method.

(5)カメラボディ100において、ボディ制御装置102は、グローバル電子シャッタ方式とローリング電子シャッタ方式の両方で読み出した画素については、グローバル電子シャッタ方式で読み出された撮像信号とローリング電子シャッタ方式で読み出された撮像信号とを用いて画像信号を取得する。それ以外の画素については、ローリング電子シャッタ方式で読み出された撮像信号とを用いて画像信号を取得する。このような構成により、1フレーム分の画像信号を適切に取得することができる。 (5) In the camera body 100, for pixels read out by both the global electronic shutter method and the rolling electronic shutter method, the body control device 102 combines the imaging signal read out by the global electronic shutter method with the image readout by the rolling electronic shutter method. An image signal is acquired using the output imaging signal. For other pixels, an image signal is acquired using the imaging signal read out by the rolling electronic shutter method. With such a configuration, it is possible to appropriately acquire an image signal for one frame.

(6)カメラボディ100において、ボディ制御装置102は、グローバル電子シャッタ方式とローリング電子シャッタ方式の両方で読み出した画素については、グローバル電子シャッタ方式で読み出された撮像信号とローリング電子シャッタ方式で読み出された撮像信号との差分を用いて、撮像される動体を検出する。このような構成により、1フレームのみで動体検出を行うことができ、複数フレームを用いて動体検出を行う場合と比較して動体検出の時間を短縮することができる。 (6) In the camera body 100, for pixels read out by both the global electronic shutter method and the rolling electronic shutter method, the body control device 102 combines the imaging signal read out by the global electronic shutter method with the image read out by the rolling electronic shutter method. A moving object to be imaged is detected using the difference from the output imaging signal. With such a configuration, moving object detection can be performed using only one frame, and the time required for moving object detection can be shortened compared to the case where moving object detection is performed using a plurality of frames.

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other aspects conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention.

100…カメラボディ、101…撮像素子、102…ボディ制御装置、110…交換レンズ、201…画素エリア、202…垂直駆動回路、210…垂直エリア設定回路、220…画素、250…読出部、260…水平エリア設定回路、FD、FD1、FD2…フローティングディフュージョン、PD…フォトダイオード、RST-Tr、Reset…リセットトランジスタ、SC、SG…保持容量、TX-Tr、TX1、TX2…転送トランジスタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 100... Camera body 101... Imaging element 102... Body control apparatus 110... Interchangeable lens 201... Pixel area 202... Vertical drive circuit 210... Vertical area setting circuit 220... Pixel 250... Read-out part 260... Horizontal area setting circuit, FD, FD1, FD2... floating diffusion, PD... photodiode, RST-Tr, Reset... reset transistor, SC, SG... holding capacitor, TX-Tr, TX1, TX2... transfer transistor

Claims (38)

光電変換された電荷に基づく信号を生成する複数の画素が配置される画素エリアを有する撮像素子と、
前記画素エリアのうち第1エリアに配置される複数の第1画素からグローバル電子シャッタ方式で前記信号を読み出し、前記画素エリアのうち第2エリアに配置される複数の第2画素からローリング電子シャッタ方式で前記信号を読み出すように前記撮像素子を制御する制御部と、を備え、
前記画素は、光を電荷に変換する光電変換部と、前記制御部によりグローバル電子シャッタ方式で前記信号を読み出す場合に用いられる第1読出回路と前記制御部によりローリング電子シャッタ方式で前記信号を読み出す場合に用いられる第2読出回路とを含む読出部とを有
前記第1画素は、前記第1エリアにおいて列方向にそれぞれ並んで配置される撮像装置。
an imaging device having a pixel area in which a plurality of pixels that generate signals based on photoelectrically converted charges are arranged;
The signal is read from a plurality of first pixels arranged in a first area of the pixel area by a global electronic shutter method, and a rolling electronic shutter is operated from a plurality of second pixels arranged in a second area of the pixel area. a control unit that controls the imaging element to read out the signal in a manner ;
The pixel includes a photoelectric conversion unit that converts light into an electric charge, a first readout circuit that is used when the signal is read out by the control unit using a global electronic shutter method, and a signal that is read by the control unit using a rolling electronic shutter method. a reading unit including a second reading circuit used for reading,
The imaging device , wherein the first pixels are arranged side by side in a column direction in the first area .
請求項1に記載の撮像装置において、
前記撮像素子は、前記第1読出回路に接続され、前記信号が出力される第1信号線と、
前記第2読出回路に接続され、前記信号が出力される第2信号線とを備える撮像装置。
The imaging device according to claim 1,
the imaging element is connected to the first readout circuit, and a first signal line through which the signal is output;
and a second signal line connected to the second readout circuit and outputting the signal .
請求項に記載の撮像装置において、
前記第1読出回路は、前記光電変換部で変換された電荷が転送される第1フローティングディフュージョンを有し、
前記第2読出回路は、前記光電変換部で変換された電荷が転送される第2フローティングディフュージョンを有する、撮像装置。
In the imaging device according to claim 2 ,
The first readout circuit has a first floating diffusion to which charges converted by the photoelectric conversion unit are transferred,
The imaging device, wherein the second readout circuit has a second floating diffusion to which charges converted by the photoelectric conversion unit are transferred.
請求項3に記載の撮像装置において、In the imaging device according to claim 3,
前記読出部は、前記第1フローティングディフュージョンの電位をリセットするリセットトランジスタを有する撮像装置。The imaging device, wherein the reading unit has a reset transistor that resets the potential of the first floating diffusion.
請求項4に記載の撮像装置において、In the imaging device according to claim 4,
前記リセットトランジスタは、前記第2フローティングディフュージョンの電位をリセットする撮像装置。The imaging device, wherein the reset transistor resets the potential of the second floating diffusion.
請求項3から請求項5のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記第1読出回路は、前記第1フローティングディフュージョンに接続されるゲート部を含む第1増幅トランジスタを有し、
前記第2読出回路は、前記第2フローティングディフュージョンに接続されるゲート部を含む第2増幅トランジスタを有する、撮像装置。
In the imaging device according to any one of claims 3 to 5 ,
The first readout circuit has a first amplification transistor including a gate connected to the first floating diffusion,
The imaging device, wherein the second readout circuit has a second amplification transistor including a gate connected to the second floating diffusion.
請求項に記載の撮像装置において、
前記第1読出回路は、前記第1増幅トランジスタと、前記第1信号線との間の接続を制御する第1セレクトトランジスタを有し、
前記第2読出回路は、前記第2増幅トランジスタと、前記第2信号線との間の接続を制御する第2セレクトトランジスタを有するを備える撮像装置。
In the imaging device according to claim 6 ,
The first readout circuit has a first select transistor that controls connection between the first amplification transistor and the first signal line,
The imaging device , wherein the second readout circuit has a second select transistor that controls connection between the second amplification transistor and the second signal line .
請求項1から請求項のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記第1画素は、前記第1エリアにおいて行方向にそれぞれ並んで配置される、撮像装置。
In the imaging device according to any one of claims 1 to 7 ,
The imaging device , wherein the first pixels are arranged side by side in a row direction in the first area.
請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の撮像装置において、In the imaging device according to any one of claims 1 to 8,
前記第1エリアは、前記画素エリアから選択される撮像装置。The imaging device, wherein the first area is selected from the pixel area.
請求項9に記載の撮像装置において、In the imaging device according to claim 9,
前記第1エリアは、操作部材で受け付けた操作に基づいて、前記画素エリアから選択される撮像装置。The imaging device, wherein the first area is selected from the pixel areas based on an operation received by an operation member.
請求項9に記載の撮像装置において、In the imaging device according to claim 9,
前記第1エリアは、被写体検出の検出結果に基づいて、前記画素エリアから選択される撮像装置。The imaging device, wherein the first area is selected from the pixel area based on a detection result of subject detection.
請求項9から請求項11のいずれか一項に記載の撮像装置において、In the imaging device according to any one of claims 9 to 11,
前記第1エリアは、前記画素エリアのうち複数のエリアを有する撮像装置。The imaging device, wherein the first area has a plurality of areas among the pixel areas.
請求項1から請求項のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記第1エリアを前記画素エリアから選択する選択部を備える、撮像装置。
In the imaging device according to any one of claims 1 to 8 ,
An imaging device comprising a selection unit that selects the first area from the pixel area.
請求項13に記載の撮像装置において、
前記選択部は、前記画素エリアから複数の前記第1エリアを選択する、撮像装置。
The imaging device according to claim 13 , wherein
The imaging device, wherein the selection unit selects a plurality of the first areas from the pixel area.
請求項13または請求項14に記載の撮像装置において、
前記選択部は、操作を受け付ける操作部材からの操作信号に基づいて前記画素エリアから前記第1エリアを選択する、撮像装置。
In the imaging device according to claim 13 or 14 ,
The imaging device, wherein the selection unit selects the first area from the pixel areas based on an operation signal from an operation member that receives an operation.
請求項13または請求項14に記載の撮像装置において、
前記選択部は、被写体を検出する被写体検出部の検出結果に基づいて前記画素エリアから前記第1エリアを選択する、撮像装置。
In the imaging device according to claim 13 or 14 ,
The imaging device, wherein the selection unit selects the first area from the pixel areas based on a detection result of a subject detection unit that detects a subject.
請求項1から請求項16のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記第1画素から読み出された前記信号を用いて、焦点調節処理、露出演算処理、ホワイトバランス調整処理、被写体認識処理、動体予測処理および被写体追尾処理の少なくとも1つを実行する処理実行部を備える、撮像装置。
In the imaging device according to any one of claims 1 to 16 ,
A processing execution unit that executes at least one of focus adjustment processing, exposure calculation processing, white balance adjustment processing, subject recognition processing, moving object prediction processing, and subject tracking processing using the signal read from the first pixel . An imaging device comprising:
請求項1から請求項17のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記第1画素から読み出された前記信号と、前記第2画素から読み出された前記信号とに基づいて画像を生成する生成部を備える、撮像装置。
In the imaging device according to any one of claims 1 to 17 ,
An imaging device, comprising: a generator that generates an image based on the signal read from the first pixel and the signal read from the second pixel .
請求項1から請求項18のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記制御部は、所定期間において、前記第1画素から前記信号を読み出す回数を、前記第2画素から前記信号を読み出す回数よりも多くなるように制御する撮像装置。
In the imaging device according to any one of claims 1 to 18 ,
The imaging device, wherein the control unit controls the number of times the signal is read out from the first pixel to be greater than the number of times the signal is read out from the second pixel in a predetermined period .
複数の画素が配置される画素エリアを備える撮像素子であって、An imaging device comprising a pixel area in which a plurality of pixels are arranged,
前記複数の画素は、光を電荷に変換する光電変換部と、グローバル電子シャッタ方式により前記光電変換部で変換された電荷に基づく信号を読み出すための第1読出回路と、ローリング電子シャッタ方式により前記信号を読み出すための第2読出回路とを含む読出部とをそれぞれが有し、The plurality of pixels includes a photoelectric conversion unit that converts light into electric charges, a first readout circuit for reading out signals based on the electric charges converted by the photoelectric conversion unit by a global electronic shutter method, and a rolling electronic shutter method. a readout unit including a second readout circuit for reading out the signal;
前記複数の画素のうち、前記画素エリアの第1エリアに配置される複数の第1画素は、グローバル電子シャッタ方式で前記信号を読み出すように制御され、Among the plurality of pixels, a plurality of first pixels arranged in a first area of the pixel area are controlled to read out the signal by a global electronic shutter method;
前記複数の画素のうち、前記画素エリアの第2エリアに配置される複数の第2画素は、ローリング電子シャッタ方式で前記信号を読み出すように制御され、Among the plurality of pixels, a plurality of second pixels arranged in a second area of the pixel area are controlled to read out the signal by a rolling electronic shutter method,
前記第1画素は、前記第1エリアにおいて列方向にそれぞれ並んで配置される撮像素子。The first pixels are imaging elements arranged side by side in a column direction in the first area.
請求項20に記載の撮像素子において、In the imaging device according to claim 20,
前記第1読出回路により読み出された前記信号が出力される第1信号線と、a first signal line through which the signal read by the first readout circuit is output;
前記第2読出回路により読み出された前記信号が出力される第2信号線とを備える撮像素子。and a second signal line through which the signal read by the second readout circuit is output.
請求項21に記載の撮像素子において、22. The imaging device according to claim 21,
前記第1読出回路は、前記光電変換部で変換された電荷が転送される第1フローティングディフュージョンを有し、The first readout circuit has a first floating diffusion to which charges converted by the photoelectric conversion unit are transferred,
前記第2読出回路は、前記光電変換部で変換された電荷が転送される第2フローティングディフュージョンを有する撮像素子。The second readout circuit is an imaging device having a second floating diffusion to which charges converted by the photoelectric conversion unit are transferred.
請求項22に記載の撮像素子において、23. The imaging device according to claim 22,
前記読出部は、前記第1フローティングディフュージョンの電位をリセットするリセットトランジスタを有する撮像素子。The read-out unit has an imaging device having a reset transistor for resetting the potential of the first floating diffusion.
請求項23に記載の撮像素子において、24. The imaging device according to claim 23,
前記リセットトランジスタは、前記第2フローティングディフュージョンの電位をリセットする撮像素子。The reset transistor is an imaging device that resets the potential of the second floating diffusion.
請求項22から請求項24のいずれか一項に記載の撮像素子において、In the imaging device according to any one of claims 22 to 24,
前記第1読出回路は、前記第1フローティングディフュージョンに接続されるゲート部を含む第1増幅トランジスタを有し、The first readout circuit has a first amplification transistor including a gate connected to the first floating diffusion,
前記第2読出回路は、前記第2フローティングディフュージョンに接続されるゲート部を含む第2増幅トランジスタを有する撮像素子。The second readout circuit is an imaging device having a second amplification transistor including a gate connected to the second floating diffusion.
請求項25に記載の撮像素子において、In the imaging device according to claim 25,
前記第1読出回路は、前記第1増幅トランジスタと、前記第1信号線との間の接続を制御する第1セレクトトランジスタを有し、The first readout circuit has a first select transistor that controls connection between the first amplification transistor and the first signal line,
前記第2読出回路は、前記第2増幅トランジスタと、前記第2信号線との間の接続を制御する第2セレクトトランジスタを有する撮像素子。The second readout circuit is an imaging device having a second select transistor that controls connection between the second amplification transistor and the second signal line.
請求項20から請求項26のいずれか一項に記載の撮像素子において、In the imaging device according to any one of claims 20 to 26,
前記第1画素は、前記第1エリアにおいて行方向にそれぞれ並んで配置される撮像素子。The first pixels are imaging elements arranged side by side in a row direction in the first area.
請求項20から請求項27のいずれか一項に記載の撮像素子において、In the imaging device according to any one of claims 20 to 27,
前記第1エリアは、前記画素エリアから選択される撮像素子。The first area is an imaging element selected from the pixel area.
請求項28に記載の撮像素子において、29. The imaging device according to claim 28,
前記第1エリアは、操作部材で受け付けた操作に基づいて、前記画素エリアから選択される撮像素子。The first area is an imaging element selected from the pixel areas based on an operation received with an operation member.
請求項28に記載の撮像素子において、29. The imaging device according to claim 28,
前記第1エリアは、被写体を検出する被写体検出部の検出結果に基づいて、前記画素エリアから選択される撮像素子。The first area is an imaging element selected from the pixel areas based on a detection result of a subject detection unit that detects a subject.
請求項28から請求項30のいずれか一項に記載の撮像素子において、In the imaging device according to any one of claims 28 to 30,
前記第1エリアは、前記画素エリアのうち複数のエリアを有する撮像素子。The first area is an imaging element having a plurality of areas among the pixel areas.
請求項20から請求項27のいずれか一項に記載の撮像素子において、In the imaging device according to any one of claims 20 to 27,
前記第1エリアを前記画素エリアから選択する選択部を備える撮像素子。An imaging device comprising a selection unit that selects the first area from the pixel areas.
請求項32に記載の撮像素子において、33. The imaging device according to claim 32,
前記選択部は、前記画素エリアから複数の前記第1エリアを選択する撮像素子。The selection unit is an imaging element that selects a plurality of the first areas from the pixel area.
請求項32または請求項33に記載の撮像素子において、In the imaging device according to claim 32 or claim 33,
前記選択部は、操作を受け付ける操作部材からの操作信号に基づいて前記画素エリアから前記第1エリアを選択する撮像素子。The selection unit is an imaging element that selects the first area from the pixel areas based on an operation signal from an operation member that receives an operation.
請求項32または請求項33に記載の撮像素子において、In the imaging device according to claim 32 or claim 33,
前記選択部は、被写体を検出する被写体検出部の検出結果に基づいて前記画素エリアから前記第1エリアを選択する撮像素子。The selection section is an imaging device that selects the first area from the pixel areas based on a detection result of a subject detection section that detects a subject.
請求項20から請求項35のいずれか一項に記載の撮像素子において、In the imaging device according to any one of claims 20 to 35,
前記第1画素から読み出された前記信号は、焦点調節処理、露出演算処理、ホワイトバランス調整処理、被写体認識処理、動体予測処理および被写体追尾処理の少なくとも1つを実行するために用いられる撮像素子。The signal read from the first pixel is an imaging device used for executing at least one of focus adjustment processing, exposure calculation processing, white balance adjustment processing, subject recognition processing, moving object prediction processing, and subject tracking processing. .
請求項20から請求項36のいずれか一項に記載の撮像素子において、In the imaging device according to any one of claims 20 to 36,
前記第1画素から読み出された前記信号と、前記第2画素から読み出された前記信号とは、画像を生成するために用いられる撮像素子。The signals read from the first pixels and the signals read from the second pixels are used to generate an image.
請求項20から請求項37のいずれか一項に記載の撮像素子において、In the imaging device according to any one of claims 20 to 37,
前記第1画素から前記信号を読み出す回数は、所定期間において、前記第2画素から前記信号を読み出す回数よりも多い撮像素子。The imaging device, wherein the number of times the signal is read out from the first pixel is greater than the number of times the signal is read out from the second pixel in a predetermined period.
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