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JP2017103603A - Image pickup device, imaging apparatus, and imaging method - Google Patents

Image pickup device, imaging apparatus, and imaging method Download PDF

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JP2017103603A JP2015235054A JP2015235054A JP2017103603A JP 2017103603 A JP2017103603 A JP 2017103603A JP 2015235054 A JP2015235054 A JP 2015235054A JP 2015235054 A JP2015235054 A JP 2015235054A JP 2017103603 A JP2017103603 A JP 2017103603A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image pickup device which has a high degree of freedom of read timing of electric charges from a photoelectric conversion part.SOLUTION: An image pickup device (1) comprises: a first photoelectric conversion part (3) and a second photoelectric conversion part (4) which are arranged in a first pixel and convert light to electric charges; a first transfer part (21) for transferring the electric charges from the first photoelectric conversion part; a first transfer control line (22) which sends a control signal to the first transfer part; a second transfer part (41) for transferring electric charges from the second photoelectric conversion part; and a second transfer control line (42) which is provided separately from the first transfer control line and sends a control signal to the second transfer part.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、撮像素子、撮像装置、及び撮像方法に関する。   The present invention relates to an imaging element, an imaging apparatus, and an imaging method.

1つの画素に複数の光電変換部を有するCMOSイメージセンサが知られている。(例えば、特許文献1参照)。1つの画素にある2つの光電変換部の蓄積時間をそれぞれ変更して撮像を行うことは困難であった。   A CMOS image sensor having a plurality of photoelectric conversion units in one pixel is known. (For example, refer to Patent Document 1). It has been difficult to perform imaging by changing the accumulation times of the two photoelectric conversion units in one pixel.

特開2001−250931号公報JP 2001-250931 A

本発明の第1の態様に従えば、第1画素内に配置され光を電荷に変換する第1光電変換部および第2光電変換部と、第1光電変換部から電荷を転送するための第1転送部と、第1転送部に制御信号を伝える第1転送制御線と、第2光電変換部から電荷を転送するための第2転送部と、第1転送制御線と別に設けられ、第2転送部に制御信号を伝える第2転送制御線と、を備える撮像素子が提供される。   According to the first aspect of the present invention, the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit which are arranged in the first pixel and convert light into electric charge, and the first photoelectric conversion unit for transferring electric charge from the first photoelectric conversion unit. 1 transfer unit, a first transfer control line for transmitting a control signal to the first transfer unit, a second transfer unit for transferring charges from the second photoelectric conversion unit, and a first transfer control line. There is provided an imaging device including a second transfer control line that transmits a control signal to the two transfer units.

本発明の第2の態様に従えば、第1の態様の撮像素子と、撮像素子を制御する撮像制御部と、を備える撮像装置が提供される。   According to a second aspect of the present invention, there is provided an imaging apparatus including the imaging element of the first aspect and an imaging control unit that controls the imaging element.

本発明の第3の態様に従えば、第1画素に配置され光を電荷に変換する第1光電変換部および第2光電変換部のうち、第1光電変換部から、1フレームの期間のうち第1期間に、電荷を転送させることと、第2光電変換部から、1フレームの期間のうち第1期間と異なる第2期間に、電荷を転送させることと、を含む撮像方法が提供される。   According to the third aspect of the present invention, of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit that are arranged in the first pixel and convert light into electric charge, from the first photoelectric conversion unit to the period of one frame. There is provided an imaging method including transferring charges in a first period and transferring charges from a second photoelectric conversion unit to a second period different from the first period in one frame period. .

実施形態に係る撮像素子を示す図である。It is a figure showing an image sensor concerning an embodiment. 実施形態に係る撮像素子の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the image pick-up element which concerns on embodiment. 実施形態に係る撮像素子の動作の一例を示すタイミングチャートである。6 is a timing chart illustrating an example of the operation of the image sensor according to the embodiment. 実施形態に係る撮像素子の動作の他の例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the other example of operation of the image sensor concerning an embodiment. 実施形態に係る撮像素子の複数の光電変換部の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the some photoelectric conversion part of the image pick-up element which concerns on embodiment. 実施形態に係る撮像素子の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the image pick-up element which concerns on embodiment. 実施形態に係る撮像素子の動作の一例を示すタイミングチャートである。6 is a timing chart illustrating an example of the operation of the image sensor according to the embodiment. 実施形態に係る撮像装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the imaging device which concerns on embodiment. 実施形態に係る撮像装置の動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of operation | movement of the imaging device which concerns on embodiment.

[第1実施形態]
図1(A)は、本実施形態に係る撮像素子1を示す平面図、図1(B)は、画素を拡大して示す平面図、図1(C)は図1(B)のA−A線断面図である。図1(A)に示すように、撮像素子1は、画素領域1aに配列された複数の画素Pを有する。複数の画素Pは、格子状に二次元的に配列されている。画素Pの配列方向うち、一方は水平走査方向と呼ばれ、他方は垂直走査方向と呼ばれる。本実施形態において、水平走査方向と垂直走査方向のそれぞれに垂直な方向を、適宜、画素領域1a(撮像素子1)の法線方向という。撮像素子1は概ね板状であり、画素領域1aの法線方向は、撮像素子1の厚み方向に相当する。
[First Embodiment]
1A is a plan view showing the image sensor 1 according to this embodiment, FIG. 1B is an enlarged plan view showing pixels, and FIG. 1C is A- of FIG. 1B. It is A sectional view. As shown in FIG. 1A, the image sensor 1 has a plurality of pixels P arranged in the pixel region 1a. The plurality of pixels P are two-dimensionally arranged in a lattice shape. One of the arrangement directions of the pixels P is called a horizontal scanning direction, and the other is called a vertical scanning direction. In the present embodiment, a direction perpendicular to each of the horizontal scanning direction and the vertical scanning direction is appropriately referred to as a normal direction of the pixel region 1a (imaging device 1). The image sensor 1 is generally plate-shaped, and the normal direction of the pixel region 1 a corresponds to the thickness direction of the image sensor 1.

図1(B)に示すように、画素領域1aには、光を遮る遮光部2が設けられている。遮光部2は、例えばブラックマトリクスである。遮光部2は、格子状に形成されており、水平走査方向および垂直走査方向のそれぞれに延びている。遮光部2に囲まれる領域は、光が通る画素開口Paになっている。本実施形態において、画素Pは、図1の画素領域1aの法線方向から見た場合に遮光部2の中心線に囲まれる領域であり、画素開口Paとその周囲の遮光部2を含む。   As shown in FIG. 1B, the pixel region 1a is provided with a light blocking portion 2 that blocks light. The light shielding unit 2 is, for example, a black matrix. The light shielding portion 2 is formed in a lattice shape and extends in each of the horizontal scanning direction and the vertical scanning direction. A region surrounded by the light shielding portion 2 is a pixel opening Pa through which light passes. In the present embodiment, the pixel P is a region surrounded by the center line of the light shielding unit 2 when viewed from the normal direction of the pixel region 1a in FIG. 1 and includes the pixel opening Pa and the surrounding light shielding unit 2.

複数の画素Pのそれぞれには、光電変換部3および光電変換部4が設けられている。画素領域1aの法線方向から見た場合に、1つの画素開口Paの内側には、光電変換部3の少なくとも一部および光電変換部4の少なくとも一部が配置される。光電変換部3および光電変換部4は、それぞれ、画素開口Paを通った光を電荷に変換する。   Each of the plurality of pixels P is provided with a photoelectric conversion unit 3 and a photoelectric conversion unit 4. When viewed from the normal direction of the pixel region 1a, at least a part of the photoelectric conversion unit 3 and at least a part of the photoelectric conversion unit 4 are arranged inside one pixel opening Pa. The photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4 each convert light that has passed through the pixel opening Pa into electric charges.

本実施形態において、撮像素子1はフルカラー画像を撮像可能である。複数の画素Pは、赤色画素R、緑色画素Gr、緑色画素Gb、及び青色画素Bを含む。図1(B)では画素Pの配列がベイヤー配列であり、水平走査方向において、赤色画素Rと緑色画素Grとが交互に並び、緑色画素Gbと青色画素Bとが交互に並んでいる。また、垂直走査方向において、赤色画素Rと緑色画素Gbとが交互に並び、緑色画素Grと青色画素Bとが交互に並んでいる。本実施形態において、各色画素内に光電変換部3および光電変換部4が設けられている。   In the present embodiment, the image sensor 1 can capture a full color image. The plurality of pixels P include a red pixel R, a green pixel Gr, a green pixel Gb, and a blue pixel B. In FIG. 1B, the array of pixels P is a Bayer array, and in the horizontal scanning direction, red pixels R and green pixels Gr are alternately arranged, and green pixels Gb and blue pixels B are alternately arranged. In the vertical scanning direction, red pixels R and green pixels Gb are alternately arranged, and green pixels Gr and blue pixels B are alternately arranged. In the present embodiment, the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4 are provided in each color pixel.

撮像素子1は、互いに積層された撮像部5、信号処理部6、及び記憶部7を備える。信号処理部6は、記憶部7に積層され、図示しない導電性のバンプ等により記憶部7と電気的に接続される。撮像部5は、信号処理部6に積層され、図示しない導電性のバンプ等により信号処理部6と電気的に接続される。   The imaging device 1 includes an imaging unit 5, a signal processing unit 6, and a storage unit 7 that are stacked on each other. The signal processing unit 6 is stacked on the storage unit 7 and is electrically connected to the storage unit 7 by a conductive bump or the like (not shown). The imaging unit 5 is stacked on the signal processing unit 6 and is electrically connected to the signal processing unit 6 by a conductive bump or the like (not shown).

撮像部5は、例えば裏面照射型のCMOSイメージセンサである。撮像部5は、素子層11、受光層12、カラーフィルタ層13、及びレンズ層14を含む。これら各層の間には、図示しないパシベーション膜、平坦化膜、反射防止膜などが設けられる場合がある。撮像部5は、撮像を行う際に、レンズ層14を撮像対象に向けて配置される。撮像対象からの光は、レンズ層14およびカラーフィルタ層13を介して、受光層12に入射する。   The imaging unit 5 is, for example, a backside illumination type CMOS image sensor. The imaging unit 5 includes an element layer 11, a light receiving layer 12, a color filter layer 13, and a lens layer 14. A passivation film, a planarizing film, an antireflection film, etc. (not shown) may be provided between these layers. The imaging unit 5 is arranged with the lens layer 14 facing the imaging target when imaging. Light from the imaging target enters the light receiving layer 12 via the lens layer 14 and the color filter layer 13.

レンズ層14は、カラーフィルタ層13に積層されている。レンズ層14は、例えばマイクロレンズアレイであり、複数のレンズ要素14aを含む。レンズ要素14aは、例えば、画素Pと1対1で対応しており、画素Pごとに設けられる。レンズ要素14aの光軸14bは、例えば、画素開口Pa(画素P)の中心を通るように設定される。複数のレンズ要素14aのそれぞれは、その外部から入射した光を、このレンズ要素14aが設けられている画素Pの受光層12に集光する。   The lens layer 14 is laminated on the color filter layer 13. The lens layer 14 is a microlens array, for example, and includes a plurality of lens elements 14a. For example, the lens element 14a has a one-to-one correspondence with the pixel P, and is provided for each pixel P. The optical axis 14b of the lens element 14a is set so as to pass through the center of the pixel aperture Pa (pixel P), for example. Each of the plurality of lens elements 14a condenses light incident from the outside on the light receiving layer 12 of the pixel P provided with the lens element 14a.

カラーフィルタ層13は、受光層12に積層されている。カラーフィルタ層13は、第1フィルタ15、第2フィルタ16、及び遮光部2を含む。第1フィルタ15は、赤色画素Rの画素開口Paに設けられている。第1フィルタ15は、赤の波長帯の光が透過し、赤の波長帯以外の光を吸収する。赤の波長帯は、例えば、700nmを含み、620nm以上750nm以下の波長帯である。第2フィルタ16は、緑色画素Grの画素開口Paに設けられている。第2フィルタ16は、緑の波長帯の光が透過し、緑の波長帯以外の光を吸収する。緑の波長帯は、例えば、546.1nmを含み、495nm以上570nm以下の波長帯である。   The color filter layer 13 is laminated on the light receiving layer 12. The color filter layer 13 includes a first filter 15, a second filter 16, and the light shielding unit 2. The first filter 15 is provided in the pixel opening Pa of the red pixel R. The first filter 15 transmits light in the red wavelength band and absorbs light outside the red wavelength band. The red wavelength band includes, for example, 700 nm and is a wavelength band of 620 nm to 750 nm. The second filter 16 is provided in the pixel opening Pa of the green pixel Gr. The second filter 16 transmits light in the green wavelength band and absorbs light outside the green wavelength band. The green wavelength band includes, for example, 546.1 nm and is a wavelength band of 495 nm to 570 nm.

なお、図1(C)には図示しないが、緑色画素Gbの画素開口Paには、第2フィルタ16が設けられ、青色画素Bの画素開口Paには第3フィルタが設けられる。第3フィルタは、青の波長帯の光が透過し、青の波長帯以外の光を吸収する。青の波長帯は、例えば、435.8nmを含み、450nm以上495nm以下の波長帯である。   Although not shown in FIG. 1C, the second filter 16 is provided in the pixel opening Pa of the green pixel Gb, and the third filter is provided in the pixel opening Pa of the blue pixel B. The third filter transmits light in the blue wavelength band and absorbs light outside the blue wavelength band. The blue wavelength band includes, for example, 435.8 nm and is a wavelength band of 450 nm to 495 nm.

遮光部2は、光電変換部3および光電変換部4が感度を有する波長帯の光を吸収する。例えば、可視光カメラなどに用いられる撮像素子の場合、遮光部2は、380nm以上780nm以下の波長帯の光を吸収する材料で形成される。遮光部2は、例えば、隣り合う2画素間のクロストークを抑制するように、設けられる。例えば、遮光部2は、画素Pの画素開口Paを通った光のうち、別の画素Pの受光層12へ向かう光を遮光するように厚みなどが設定される。   The light shielding unit 2 absorbs light in a wavelength band in which the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4 have sensitivity. For example, in the case of an imaging device used for a visible light camera or the like, the light shielding portion 2 is formed of a material that absorbs light in a wavelength band of 380 nm to 780 nm. The light shielding unit 2 is provided, for example, so as to suppress crosstalk between two adjacent pixels. For example, the thickness or the like of the light shielding unit 2 is set so as to shield the light that passes through the pixel opening Pa of the pixel P and that travels toward the light receiving layer 12 of another pixel P.

受光層12は、素子層11に積層されている。受光層12は、光電変換部3および光電変換部4を含む。光電変換部3および光電変換部4は、例えばフォトダイオードを含むが、光を電荷に変換するものであればよく、例えばフォトトランジスタを含んでいてもよい。図1(C)において、光電変換部4は、レンズ要素14aの光軸および垂直走査方向に平行な面(水平走査方向に垂直な面)に関して、光電変換部3と対称的に設けられている。   The light receiving layer 12 is stacked on the element layer 11. The light receiving layer 12 includes a photoelectric conversion unit 3 and a photoelectric conversion unit 4. The photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4 include, for example, a photodiode. However, the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4 may be any unit that converts light into electric charge, and may include, for example, a phototransistor. In FIG. 1C, the photoelectric conversion unit 4 is provided symmetrically with the photoelectric conversion unit 3 with respect to a plane parallel to the optical axis and the vertical scanning direction of the lens element 14a (a plane perpendicular to the horizontal scanning direction). .

光電変換部4は、同一の画素Pの光電変換部3の近傍に設けられている。例えば、同一の画素Pにおける光電変換部3と光電変換部4との間隔d1は、光電変換部3と隣の画素Pの光電変換部4との間隔d2よりも狭く設定されるが、間隔d2と同じに設定されていてもよいし、間隔d2よりも長く設定されていてもよい。   The photoelectric conversion unit 4 is provided in the vicinity of the photoelectric conversion unit 3 of the same pixel P. For example, the interval d1 between the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4 in the same pixel P is set narrower than the interval d2 between the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4 of the adjacent pixel P, but the interval d2 Or may be set longer than the interval d2.

光電変換部3と光電変換部4は、互いに絶縁とされている。例えば、同一の画素Pにおける光電変換部3と光電変換部4との間では、例えば、PN接合により電荷の移動が抑制されている。また、光電変換部3と隣の画素Pの光電変換部4との間には、例えば、LOCOS法などで形成される酸化膜、トレンチ構造などの絶縁部が設けられる。なお、同一の画素Pにおける光電変換部3と光電変換部4との間の構造と、光電変換部3と隣の画素Pの光電変換部4との間の構造とが同じであってもよい。   The photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4 are insulated from each other. For example, the movement of charges is suppressed between the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4 in the same pixel P by, for example, a PN junction. Further, between the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4 of the adjacent pixel P, for example, an insulating unit such as an oxide film formed by a LOCOS method or a trench structure is provided. Note that the structure between the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4 in the same pixel P and the structure between the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4 of the adjacent pixel P may be the same. .

素子層11は、受光層12に対する光の入射側と反対側に設けられている。素子層11には、光電変換部3および光電変換部4のそれぞれから電荷を読み出すための回路(後に図2などに示す)が設けられる。また、素子層11には、光電変換部3と光電変換部4の少なくとも一方から読み出された電荷を元に信号を生成する回路が設けられる場合がある。これら回路は、例えば、トランジスタなどのスイッチング素子、各種配線、容量、及び端子の電子部品の少なくとも一つを含む。これら回路は、例えば、層間絶縁膜およびビアを利用した多層構造に形成される。なお、これら回路を構成する電子部品の少なくとも一部は、受光層12に設けられていてもよいし、受光層12とレンズ層14との間に設けられていてもよい。   The element layer 11 is provided on the side opposite to the light incident side with respect to the light receiving layer 12. The element layer 11 is provided with a circuit (shown later in FIG. 2 and the like) for reading out charges from each of the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4. The element layer 11 may be provided with a circuit that generates a signal based on charges read from at least one of the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4. These circuits include, for example, at least one of switching elements such as transistors, various wirings, capacitors, and terminal electronic components. These circuits are formed in a multilayer structure using, for example, an interlayer insulating film and vias. Note that at least a part of the electronic components constituting these circuits may be provided in the light receiving layer 12 or may be provided between the light receiving layer 12 and the lens layer 14.

信号処理部6は、撮像部5を向く第1面6a、及び記憶部7を向く第2面6bを有する。第1面6aおよび第2面6bの少なくとも一方には、撮像部5から出力された信号を処理する回路(図示略)が設けられる。また、第1面6aおよび第2面6bの少なくとも一方には、再配線などに用いられる引き回し配線が設けられる場合がある。信号処理部6には、第1面6a側と第2面6b側とを電気的に接続する導電部が設けられる。この導電部は、例えばTSV(Through-Silicon Via;シリコン貫通電極)を含み、第1面6aと第2面6bとの間で信号を伝達可能である。記憶部7は、例えば、不揮発性メモリと揮発性メモリの少なくとも一方を含み、信号処理部6が処理した信号を記憶する。   The signal processing unit 6 has a first surface 6 a facing the image capturing unit 5 and a second surface 6 b facing the storage unit 7. At least one of the first surface 6a and the second surface 6b is provided with a circuit (not shown) for processing a signal output from the imaging unit 5. Further, at least one of the first surface 6a and the second surface 6b may be provided with a routing wiring used for rewiring and the like. The signal processing unit 6 is provided with a conductive unit that electrically connects the first surface 6a side and the second surface 6b side. This conductive portion includes, for example, TSV (Through-Silicon Via), and can transmit a signal between the first surface 6a and the second surface 6b. The storage unit 7 includes, for example, at least one of a nonvolatile memory and a volatile memory, and stores a signal processed by the signal processing unit 6.

なお、信号処理部6は、撮像部5と積層される代わりに、例えば図1に示した画素領域1aの周囲などに設けられていてもよい。また、撮像素子1は、信号処理部6と記憶部7の少なくとも一部を含んでいなくてもよい。信号処理部6と記憶部7の少なくとも一部は、撮像素子1の外部の装置に設けられていてもよい。この外部の装置は、例えば、撮像素子1が実装されるカメラ、測定装置などの装置に設けられていてもよい。   Note that the signal processing unit 6 may be provided around the pixel region 1 a illustrated in FIG. 1, for example, instead of being stacked with the imaging unit 5. In addition, the imaging element 1 may not include at least a part of the signal processing unit 6 and the storage unit 7. At least a part of the signal processing unit 6 and the storage unit 7 may be provided in a device outside the image sensor 1. The external device may be provided in a device such as a camera or a measurement device on which the image sensor 1 is mounted, for example.

図2は、本実施形態に係る撮像素子1の回路構成を示す図である。図2には、1画素分の等価回路図を示した。撮像素子1は、画素Pの光電変換部3に蓄積される電荷に基づく第1出力信号を読み出す第1回路系、及び画素Pの光電変換部4に蓄積される電荷に基づく第2出力信号を読み出す第2回路系を含む。   FIG. 2 is a diagram illustrating a circuit configuration of the image sensor 1 according to the present embodiment. FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram for one pixel. The imaging device 1 has a first circuit system that reads a first output signal based on charges accumulated in the photoelectric conversion unit 3 of the pixel P, and a second output signal based on charges accumulated in the photoelectric conversion unit 4 of the pixel P. A second circuit system for reading is included.

まず、第1回路系について説明する。第1回路系は、転送部21、転送制御線22、電荷電圧変換部23、リセット部24、リセット制御線25、選択部26、選択制御線27、増幅部28、電源線29、及び垂直信号線30を含む。転送部21、リセット部24、選択部26、及び増幅部28は、それぞれ、n型MOSトランジスタなどのスイッチング素子を含む。   First, the first circuit system will be described. The first circuit system includes a transfer unit 21, a transfer control line 22, a charge voltage conversion unit 23, a reset unit 24, a reset control line 25, a selection unit 26, a selection control line 27, an amplification unit 28, a power supply line 29, and a vertical signal. Includes line 30. The transfer unit 21, the reset unit 24, the selection unit 26, and the amplification unit 28 each include a switching element such as an n-type MOS transistor.

光電変換部3は、そのアノードが接地され、そのカソードが転送部21のソースに接続されている。転送部21は、光電変換部3から電荷を転送することに使われる。転送部21のドレインは、ノード31と電気的に接続されている。転送部21のゲートは、転送制御線22に接続されている。転送制御線22は、転送部21のゲートに制御信号TX1を伝えることが可能である。   The photoelectric conversion unit 3 has its anode grounded and its cathode connected to the source of the transfer unit 21. The transfer unit 21 is used to transfer charges from the photoelectric conversion unit 3. The drain of the transfer unit 21 is electrically connected to the node 31. The gate of the transfer unit 21 is connected to the transfer control line 22. The transfer control line 22 can transmit a control signal TX 1 to the gate of the transfer unit 21.

電荷電圧変換部23は、例えばフローティングディフュージョンであり、転送部21からの電荷を電圧に変換する。電荷電圧変換部23は、容量32を含む。容量32は、その第1電極が接地され、その第2電極がノード31に接続されている。なお、容量32は、ノード31に接続される容量の少なくとも一部を含んでいてもよい。ノード31に接続される容量は、例えば、転送部21のドレインの容量、ノード31に接続される配線と他の配線とのカップリング容量、及びリセット部24のソースの容量を含む。   The charge voltage conversion unit 23 is, for example, a floating diffusion, and converts the charge from the transfer unit 21 into a voltage. The charge-voltage conversion unit 23 includes a capacitor 32. The capacitor 32 has a first electrode grounded and a second electrode connected to the node 31. Note that the capacitor 32 may include at least a part of the capacitor connected to the node 31. The capacitance connected to the node 31 includes, for example, the capacitance of the drain of the transfer unit 21, the coupling capacitance between the wiring connected to the node 31 and another wiring, and the capacitance of the source of the reset unit 24.

リセット部24は、電荷電圧変換部23が変換した電圧をリセットする。リセット部24のソースは、ノード31に接続されている。リセット部24のドレインは、基準電位(接地電位)に対して所定の電位が供給される電源線29と接続されている。リセット部24のゲートは、リセット制御線25に接続されている。リセット制御線25は、リセット部24のゲートに制御信号RST1を伝えることが可能である。   The reset unit 24 resets the voltage converted by the charge-voltage conversion unit 23. The source of the reset unit 24 is connected to the node 31. The drain of the reset unit 24 is connected to a power supply line 29 to which a predetermined potential is supplied with respect to a reference potential (ground potential). The gate of the reset unit 24 is connected to the reset control line 25. The reset control line 25 can transmit a control signal RST1 to the gate of the reset unit 24.

選択部26は、図1に示した垂直走査線方向に並ぶ複数の画素Pのうち信号を読み出す画素Pを選択することに使われる。選択部26のソースは、電源線29に接続されている。選択部26のドレインは、増幅部28のソースに接続されている。選択部26のゲートは、選択制御線27に接続されている。選択制御線27は、選択部26のゲートに制御信号SELを伝えることができる。   The selection unit 26 is used to select a pixel P from which a signal is read out among a plurality of pixels P arranged in the vertical scanning line direction shown in FIG. The source of the selection unit 26 is connected to the power supply line 29. The drain of the selection unit 26 is connected to the source of the amplification unit 28. The gate of the selection unit 26 is connected to the selection control line 27. The selection control line 27 can transmit a control signal SEL to the gate of the selection unit 26.

増幅部28は、電荷電圧変換部23が変換した電圧を増幅する。増幅部28のソースは、選択部26を介して電源線29と接続されている。増幅部28のソースには、選択部26および電源線29を介して、電源電圧VDDを供給可能である。増幅部28のドレインは、垂直信号線30と接続されている。増幅部28のゲートは、ノード31に接続されている。   The amplifying unit 28 amplifies the voltage converted by the charge / voltage converting unit 23. The source of the amplifying unit 28 is connected to the power supply line 29 via the selection unit 26. The power supply voltage VDD can be supplied to the source of the amplification unit 28 via the selection unit 26 and the power supply line 29. The drain of the amplifying unit 28 is connected to the vertical signal line 30. The gate of the amplifying unit 28 is connected to the node 31.

次に、画素Pの光電変換部4に蓄積される電荷に基づく第2出力信号を読み出す第2回路系について説明する。第2回路系は、転送部41、転送制御線42、電荷電圧変換部43、リセット部44、リセット制御線45、選択部46、増幅部47、選択制御線27、電源線29、及び垂直信号線48を含む。転送部41、リセット部44、選択部46、及び増幅部47は、それぞれ、n型MOSトランジスタなどのスイッチング素子を含む。   Next, a second circuit system that reads a second output signal based on the electric charge accumulated in the photoelectric conversion unit 4 of the pixel P will be described. The second circuit system includes a transfer unit 41, a transfer control line 42, a charge voltage conversion unit 43, a reset unit 44, a reset control line 45, a selection unit 46, an amplification unit 47, a selection control line 27, a power supply line 29, and a vertical signal. Includes line 48. The transfer unit 41, the reset unit 44, the selection unit 46, and the amplification unit 47 each include a switching element such as an n-type MOS transistor.

光電変換部4は、そのアノードが接地され、そのカソードが転送部41のソースに接続されている。転送部41は、光電変換部4から電荷を転送することに使われる。転送部41のドレインは、ノード50と電気的に接続されている。転送部41のゲートは、転送制御線42に接続されている。転送制御線42は、転送制御線22と別に設けられており、転送制御線22と絶縁されている。転送制御線42は、転送部41のゲートに制御信号TX2を伝えることが可能である。   The photoelectric conversion unit 4 has its anode grounded and its cathode connected to the source of the transfer unit 41. The transfer unit 41 is used to transfer charges from the photoelectric conversion unit 4. The drain of the transfer unit 41 is electrically connected to the node 50. The gate of the transfer unit 41 is connected to the transfer control line 42. The transfer control line 42 is provided separately from the transfer control line 22 and is insulated from the transfer control line 22. The transfer control line 42 can transmit a control signal TX <b> 2 to the gate of the transfer unit 41.

電荷電圧変換部43は、例えばフローティングディフュージョンであり、転送部41からの電荷を電圧に変換する。電荷電圧変換部43は、容量49を含む。容量49は、その第1電極が接地され、その第2電極がノード50に接続されている。なお、容量49は、ノード50に接続される容量の少なくとも一部を含んでいてもよい。ノード50に接続される容量は、例えば、転送部41のドレインの容量、ノード50に接続される配線と他の配線とのカップリング容量、及びリセット部44のソースの容量を含む。   The charge voltage conversion unit 43 is, for example, a floating diffusion, and converts the charge from the transfer unit 41 into a voltage. The charge voltage conversion unit 43 includes a capacitor 49. The capacitor 49 has a first electrode grounded and a second electrode connected to the node 50. Note that the capacitor 49 may include at least a part of the capacitor connected to the node 50. The capacitance connected to the node 50 includes, for example, the capacitance of the drain of the transfer unit 41, the coupling capacitance between the wiring connected to the node 50 and another wiring, and the capacitance of the source of the reset unit 44.

リセット部44は、電荷電圧変換部43が変換した電圧をリセットする。リセット部44のソースは、ノード50に接続されている。リセット部44のドレインは、電源線29と接続されている。リセット部44のゲートは、リセット制御線45に接続されている。リセット制御線45は、リセット部44のゲートに制御信号RST2を伝えることが可能である。   The reset unit 44 resets the voltage converted by the charge-voltage conversion unit 43. The source of the reset unit 44 is connected to the node 50. The drain of the reset unit 44 is connected to the power supply line 29. The gate of the reset unit 44 is connected to the reset control line 45. The reset control line 45 can transmit a control signal RST <b> 2 to the gate of the reset unit 44.

選択部46のソースは、電源線29に接続されている。選択部46のドレインは、増幅部47のソースに接続されている。選択部46のゲートは、選択制御線27に接続されている。選択制御線27は、選択部46のゲートに制御信号SELを伝えることができる。   The source of the selection unit 46 is connected to the power supply line 29. The drain of the selection unit 46 is connected to the source of the amplification unit 47. The gate of the selection unit 46 is connected to the selection control line 27. The selection control line 27 can transmit a control signal SEL to the gate of the selection unit 46.

増幅部47は、電荷電圧変換部43が変換した電圧を増幅する。増幅部47のソースは、選択部46を介して電源線29と接続されている。増幅部47のソースには、選択部46および電源線29を介して、電源電圧VDDを供給可能である。増幅部47のドレインは、垂直信号線30と接続されている。増幅部47のゲートは、ノード50に接続されている。   The amplification unit 47 amplifies the voltage converted by the charge voltage conversion unit 43. The source of the amplifying unit 47 is connected to the power supply line 29 via the selecting unit 46. The power supply voltage VDD can be supplied to the source of the amplifying unit 47 via the selection unit 46 and the power supply line 29. The drain of the amplifying unit 47 is connected to the vertical signal line 30. The gate of the amplifying unit 47 is connected to the node 50.

ここでは、図1に示した複数の画素Pのうち1画素分の回路構成について説明したが、複数の画素Pはいずれも同様の回路構成である。例えば、転送制御線22は、概ね水平走査方向に延びており、垂直走査方向に周期的に並んでいる。複数の転送制御線22は、それぞれ、水平走査方向に並ぶ2つ以上の画素Pのそれぞれの転送部21のゲートと接続されている。また、転送制御線42は、概ね水平走査方向に延びており、垂直走査方向に周期的に並んでいる。複数の転送制御線42は、それぞれ、水平走査方向に並ぶ2つ以上の画素Pのそれぞれの転送部41のゲートと接続されている。   Here, the circuit configuration of one pixel among the plurality of pixels P illustrated in FIG. 1 has been described, but the plurality of pixels P have the same circuit configuration. For example, the transfer control lines 22 generally extend in the horizontal scanning direction and are periodically arranged in the vertical scanning direction. The plurality of transfer control lines 22 are respectively connected to the gates of the transfer units 21 of two or more pixels P arranged in the horizontal scanning direction. The transfer control lines 42 extend substantially in the horizontal scanning direction and are periodically arranged in the vertical scanning direction. The plurality of transfer control lines 42 are respectively connected to the gates of the transfer units 41 of two or more pixels P arranged in the horizontal scanning direction.

また、リセット制御線25は、概ね水平走査方向に延びており、垂直走査方向に周期的に並んでいる。複数のリセット制御線25は、それぞれ、水平走査方向に並ぶ2つ以上の画素Pのそれぞれのリセット部24のゲートと接続されている。また、リセット制御線45は、概ね水平走査方向に延びており、垂直走査方向に周期的に並んでいる。複数のリセット制御線45は、それぞれ、水平走査方向に並ぶ2つ以上の画素Pのそれぞれのリセット部44のゲートと接続されている。   The reset control lines 25 extend substantially in the horizontal scanning direction and are periodically arranged in the vertical scanning direction. The plurality of reset control lines 25 are respectively connected to the gates of the reset units 24 of two or more pixels P arranged in the horizontal scanning direction. The reset control lines 45 extend substantially in the horizontal scanning direction and are periodically arranged in the vertical scanning direction. The plurality of reset control lines 45 are respectively connected to the gates of the reset units 44 of two or more pixels P arranged in the horizontal scanning direction.

また、選択制御線27は、概ね水平走査方向に延びており、垂直走査方向に周期的に並んでいる。複数の選択制御線27は、それぞれ、水平走査方向に並ぶ2つ以上の画素Pのそれぞれの選択部26のゲート及び選択部46のゲートと接続されている。また、電源線29は、2つ以上の画素Pのそれぞれの、選択部26のソース、選択部46のソース、リセット部24のソース、リセット部44のソースと接続されている。また、垂直信号線30は、概ね垂直走査方向に延びており、水平走査方向に周期的に並んでいる。複数の垂直信号線30は、それぞれ、垂直走査方向に並ぶ2つ以上の画素Pのそれぞれの増幅部47のドレインと接続されている。   The selection control lines 27 extend substantially in the horizontal scanning direction and are periodically arranged in the vertical scanning direction. The plurality of selection control lines 27 are respectively connected to the gates of the selection unit 26 and the selection unit 46 of two or more pixels P arranged in the horizontal scanning direction. The power supply line 29 is connected to the source of the selection unit 26, the source of the selection unit 46, the source of the reset unit 24, and the source of the reset unit 44 of each of the two or more pixels P. Further, the vertical signal lines 30 extend substantially in the vertical scanning direction and are periodically arranged in the horizontal scanning direction. The plurality of vertical signal lines 30 are respectively connected to the drains of the amplification units 47 of two or more pixels P arranged in the vertical scanning direction.

本実施形態において、転送制御線22および転送制御線42は、図1(C)に示した素子層11に設けられている。すなわち、転送制御線22および転送制御線42は、光電変換部3および光電変換部4に対して光の入射側と反対側に配置されている。また、リセット制御線25、リセット制御線45、選択制御線27、電源線29、及び垂直信号線30も同様に、光電変換部3および光電変換部4に対して光の入射側と反対側に配置されている。   In the present embodiment, the transfer control line 22 and the transfer control line 42 are provided in the element layer 11 illustrated in FIG. That is, the transfer control line 22 and the transfer control line 42 are disposed on the opposite side of the light incident side with respect to the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4. Similarly, the reset control line 25, the reset control line 45, the selection control line 27, the power supply line 29, and the vertical signal line 30 are opposite to the light incident side with respect to the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4. Has been placed.

なお、転送制御線22、転送制御線42、リセット制御線25、リセット制御線45、選択制御線27、電源線29、及び垂直信号線30の少なくとも一部は、光電変換部3および光電変換部4に対して光の入射側と同じ側に配置されていてもよい。これら配線の少なくとも一部は、図1(C)に示した受光層12に設けられていてもよいし、受光層12とレンズ層14との間に設けられていてもよい。   Note that at least a part of the transfer control line 22, the transfer control line 42, the reset control line 25, the reset control line 45, the selection control line 27, the power supply line 29, and the vertical signal line 30 are the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit. 4 may be disposed on the same side as the light incident side. At least a part of these wirings may be provided in the light receiving layer 12 shown in FIG. 1C or may be provided between the light receiving layer 12 and the lens layer 14.

撮像素子1には、垂直走査回路51、水平走査回路52、定電流源53、及び定電流源54が設けられている。垂直走査回路51は、複数の画素Pのそれぞれから電荷に基づく信号を読み出すための制御信号を供給する。   The imaging device 1 is provided with a vertical scanning circuit 51, a horizontal scanning circuit 52, a constant current source 53, and a constant current source 54. The vertical scanning circuit 51 supplies a control signal for reading a signal based on the charge from each of the plurality of pixels P.

まず、光電変換部3に蓄積される電荷に基づく第1出力信号を読み出す動作の一例について説明する。垂直走査回路51は、選択制御線27に制御信号SELを供給する。垂直走査回路51が、選択制御線27に対する制御信号SELをHレベル(ハイレベル)にすると、この選択制御線27に接続されている選択部26のソースとドレインの間および選択部46のソースとドレインの間が通電可能な状態(以下、オン状態という)になる。これにより、増幅部28のソースには、電源線29および選択部26を介して電源電圧VDDが供給される。   First, an example of an operation for reading the first output signal based on the electric charge accumulated in the photoelectric conversion unit 3 will be described. The vertical scanning circuit 51 supplies a control signal SEL to the selection control line 27. When the vertical scanning circuit 51 sets the control signal SEL for the selection control line 27 to H level (high level), between the source and drain of the selection unit 26 and the source of the selection unit 46 connected to the selection control line 27. A state in which current can be passed between the drains (hereinafter referred to as an on state) is established. As a result, the power supply voltage VDD is supplied to the source of the amplification unit 28 via the power supply line 29 and the selection unit 26.

なお、選択部26は、他の行の画素Pからの電荷を読み出す際には、選択制御線27に対する制御信号SELがLレベル(ローレベル)に設定されることにより、選択部26のソースとドレインの間が通電不能な状態(以下、オフ状態という)になる。また、垂直走査回路51は、垂直信号線30よりも信号伝達の下流側に配置される回路(例、後述するアンプ55)の動作中などに、選択部26をオフ状態にすることもできる。この場合には、垂直信号線30から増幅部28へのノイズの伝達を抑制できる。   When the selection unit 26 reads charges from the pixels P in other rows, the control signal SEL for the selection control line 27 is set to the L level (low level), so that the source of the selection unit 26 A state where current cannot be passed between the drains (hereinafter referred to as an off state) is established. In addition, the vertical scanning circuit 51 can turn off the selection unit 26 during operation of a circuit (for example, an amplifier 55 described later) arranged on the downstream side of signal transmission from the vertical signal line 30. In this case, transmission of noise from the vertical signal line 30 to the amplification unit 28 can be suppressed.

また、垂直走査回路51は、転送制御線22に制御信号TX1を供給する。垂直走査回路51が、転送制御線22に対する制御信号TX1をHレベルにすると、この転送制御線22に接続されている転送部21がオン状態になり、光電変換部3に蓄積された電荷が電荷電圧変換部23へ転送される。容量32は、光電変換部3から転送部21を介して転送される電荷により充電され、その第1電極と第2電極との間の電圧が電荷に応じた電圧になる。この電圧がノード31を介して増幅部28のゲートに印加され、増幅部28のソースとドレインとの間の抵抗値が、増幅部28のゲートに印加される電圧に応じた値になる。また、増幅部28のソースとドレインとの間には、そのソースに電源線29および選択部26を介して印加される所定電圧、及び増幅部28のソースとドレインとの間の抵抗値に応じた電流(信号)が流れる。この信号は、垂直信号線30を介して、垂直走査回路51に出力される。   Further, the vertical scanning circuit 51 supplies a control signal TX1 to the transfer control line 22. When the vertical scanning circuit 51 sets the control signal TX1 for the transfer control line 22 to the H level, the transfer unit 21 connected to the transfer control line 22 is turned on, and the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 3 is charged. It is transferred to the voltage converter 23. The capacitor 32 is charged by the charge transferred from the photoelectric conversion unit 3 via the transfer unit 21, and the voltage between the first electrode and the second electrode becomes a voltage corresponding to the charge. This voltage is applied to the gate of the amplifying unit 28 via the node 31, and the resistance value between the source and drain of the amplifying unit 28 becomes a value corresponding to the voltage applied to the gate of the amplifying unit 28. Further, between the source and the drain of the amplifying unit 28, a predetermined voltage applied to the source via the power line 29 and the selection unit 26 and a resistance value between the source and the drain of the amplifying unit 28 are determined. Current (signal) flows. This signal is output to the vertical scanning circuit 51 via the vertical signal line 30.

また、垂直走査回路51は、リセット制御線25に制御信号RST1を供給する。垂直走査回路51が、リセット制御線25に対する制御信号RST1をHレベルにすると、このリセット制御線25に接続されているリセット部24がオン状態になり、電荷電圧変換部23の容量32に蓄積された電荷が、リセット部24および電源線29を介して放電される。   Further, the vertical scanning circuit 51 supplies a control signal RST1 to the reset control line 25. When the vertical scanning circuit 51 sets the control signal RST1 for the reset control line 25 to the H level, the reset unit 24 connected to the reset control line 25 is turned on and stored in the capacitor 32 of the charge-voltage conversion unit 23. The charges are discharged through the reset unit 24 and the power supply line 29.

次に、光電変換部4に蓄積される電荷に基づく第2出力信号を読み出す動作の一例について説明する。垂直走査回路51が、転送制御線22に対する制御信号TX1をHレベルにすると、増幅部47のソースには、電源線29および選択部46を介して電源電圧VDDが供給される。垂直走査回路51は、転送制御線42に制御信号TX2を供給する。垂直走査回路51が、転送制御線42に対する制御信号TX2をHレベルにすると、この転送制御線42に接続されている転送部41がオン状態になり、光電変換部4に蓄積された電荷が電荷電圧変換部43へ転送される。   Next, an example of an operation for reading the second output signal based on the electric charge accumulated in the photoelectric conversion unit 4 will be described. When the vertical scanning circuit 51 sets the control signal TX1 for the transfer control line 22 to the H level, the power supply voltage VDD is supplied to the source of the amplification unit 47 via the power supply line 29 and the selection unit 46. The vertical scanning circuit 51 supplies a control signal TX2 to the transfer control line 42. When the vertical scanning circuit 51 sets the control signal TX2 for the transfer control line 42 to the H level, the transfer unit 41 connected to the transfer control line 42 is turned on, and the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 4 is charged. It is transferred to the voltage converter 43.

容量49は、光電変換部4から転送部41を介して転送される電荷により充電され、その第1電極と第2電極との間の電圧が電荷に応じた電圧になる。この電圧がノード50を介して増幅部47のゲートに印加され、増幅部47のソースとドレインとの間の抵抗値が、増幅部47のゲートに印加される電圧に応じた値になる。また、増幅部47のソースとドレインとの間には、そのソースに電源線29および選択部46を介して印加される所定電圧、及び増幅部47のソースとドレインとの間の抵抗値に応じた電流(信号)が流れる。この信号は、垂直信号線48を介して、垂直走査回路51に出力される。   The capacitor 49 is charged by the charge transferred from the photoelectric conversion unit 4 via the transfer unit 41, and the voltage between the first electrode and the second electrode becomes a voltage corresponding to the charge. This voltage is applied to the gate of the amplifying unit 47 via the node 50, and the resistance value between the source and drain of the amplifying unit 47 becomes a value corresponding to the voltage applied to the gate of the amplifying unit 47. Further, between the source and the drain of the amplifying unit 47, a predetermined voltage applied to the source via the power supply line 29 and the selecting unit 46 and a resistance value between the source and the drain of the amplifying unit 47 are determined. Current (signal) flows. This signal is output to the vertical scanning circuit 51 via the vertical signal line 48.

また、垂直走査回路51は、リセット制御線45に制御信号RST2を供給する。垂直走査回路51が、リセット制御線45に対する制御信号RST2をHレベルにすると、このリセット制御線45に接続されているリセット部44がオン状態になり、電荷電圧変換部43の容量49に蓄積された電荷が、リセット部44および電源線29を介して放電される。   Further, the vertical scanning circuit 51 supplies a control signal RST2 to the reset control line 45. When the vertical scanning circuit 51 sets the control signal RST2 for the reset control line 45 to the H level, the reset unit 44 connected to the reset control line 45 is turned on and stored in the capacitor 49 of the charge voltage conversion unit 43. The electric charges are discharged through the reset unit 44 and the power supply line 29.

本実施形態において、垂直信号線30には定電流源53が接続されており、垂直信号線48には定電流源54が接続されている。選択部26がオン状態である場合に、増幅部28と、選択部26と、垂直信号線30に接続された定電流源53とにより、ソースフォロア回路が構成される。この場合、垂直信号線30には、選択部26により選択された行に属する画素Pの信号が出力される。同様に、選択部46がオン状態である場合に、増幅部47と、選択部46と、垂直信号線48に接続された定電流源54とにより、ソースフォロア回路が構成される。   In the present embodiment, a constant current source 53 is connected to the vertical signal line 30, and a constant current source 54 is connected to the vertical signal line 48. When the selection unit 26 is in the ON state, the amplification unit 28, the selection unit 26, and the constant current source 53 connected to the vertical signal line 30 constitute a source follower circuit. In this case, the signal of the pixel P belonging to the row selected by the selection unit 26 is output to the vertical signal line 30. Similarly, when the selection unit 46 is in the on state, the amplification unit 47, the selection unit 46, and the constant current source 54 connected to the vertical signal line 48 constitute a source follower circuit.

水平走査回路52は、複数の画素Pのそれぞれから出力された信号を所定形式の画像データに変換する。水平走査回路52は、相関二重サンプリング(Correlated Double Sampling)により、画素Pから出力される信号のノイズを低減する。   The horizontal scanning circuit 52 converts a signal output from each of the plurality of pixels P into image data of a predetermined format. The horizontal scanning circuit 52 reduces the noise of the signal output from the pixel P by correlated double sampling.

水平走査回路52は、アンプ55、アンプ56、及び図示しないアナログデジタル変換器を含む。アンプ55は、光電変換部3からの出力に応じた信号を増幅する増幅部である。アンプ55は、例えばカラムアンプなどであり、垂直信号線30ごとに設けられる。アンプ55は、垂直信号線30を介して出力される信号を増幅する。アンプ56は、光電変換部4からの出力に応じた信号を増幅する増幅部である。アンプ56は、例えばカラムアンプなどであり、垂直信号線48ごとに設けられる。アンプ56は、垂直信号線48を介して出力される信号を増幅する。   The horizontal scanning circuit 52 includes an amplifier 55, an amplifier 56, and an analog-digital converter (not shown). The amplifier 55 is an amplifying unit that amplifies a signal corresponding to the output from the photoelectric conversion unit 3. The amplifier 55 is a column amplifier, for example, and is provided for each vertical signal line 30. The amplifier 55 amplifies a signal output via the vertical signal line 30. The amplifier 56 is an amplifying unit that amplifies a signal corresponding to the output from the photoelectric conversion unit 4. The amplifier 56 is a column amplifier, for example, and is provided for each vertical signal line 48. The amplifier 56 amplifies a signal output via the vertical signal line 48.

本実施形態において、アンプ55の増幅率(ゲイン)およびアンプ56の増幅率は、それぞれ可変である。アンプ55の増幅率は、アンプ56の増幅率と同じ値または異なる値に設定できる。アンプ55およびアンプ56のそれぞれの増幅率は、例えば数十分の1から数十倍程度に設定できる。アンプ55およびアンプ56のそれぞれの増幅率を調整する場合に、アンプ55の増幅率とアンプ56の増幅率を連動させて調整してもよいし、アンプ55の増幅率とアンプ56の増幅率とを独立に調整してもよい。例えば、アンプ55の増幅率とアンプ56の増幅率の比は、一定であってもよいし、固定であってもよい。   In the present embodiment, the amplification factor (gain) of the amplifier 55 and the amplification factor of the amplifier 56 are variable. The amplification factor of the amplifier 55 can be set to the same value as or different from the amplification factor of the amplifier 56. The amplification factor of each of the amplifier 55 and the amplifier 56 can be set to, for example, about several tenths to several tens of times. When adjusting the amplification factors of the amplifier 55 and the amplifier 56, the amplification factor of the amplifier 55 and the amplification factor of the amplifier 56 may be adjusted in conjunction with each other, or the amplification factor of the amplifier 55 and the amplification factor of the amplifier 56 may be adjusted. May be adjusted independently. For example, the ratio between the amplification factor of the amplifier 55 and the amplification factor of the amplifier 56 may be constant or may be fixed.

水平走査回路52のアナログデジタル変換器は、アンプ55およびアンプ56のそれぞれから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。このデジタル信号は、例えば各画素Pの出力を8ビットで表した階調値(画素値)を含む。水平走査回路52は、各画素Pの出力を表す画素値を画素配列に応じて配列し、所定のデータ形式で出力する。なお、水平走査回路52は、定電流源53および定電流源54の少なくとも一部を含んでいてもよい。   The analog-digital converter of the horizontal scanning circuit 52 converts the analog signal output from each of the amplifier 55 and the amplifier 56 into a digital signal. This digital signal includes, for example, a gradation value (pixel value) in which the output of each pixel P is represented by 8 bits. The horizontal scanning circuit 52 arranges pixel values representing the output of each pixel P in accordance with the pixel arrangement and outputs it in a predetermined data format. The horizontal scanning circuit 52 may include at least a part of the constant current source 53 and the constant current source 54.

次に、光電変換部から電荷を読み出すタイミングについて説明する。図3は、撮像素子1の動作の一例を示すタイミングチャートである。   Next, the timing for reading out charges from the photoelectric conversion unit will be described. FIG. 3 is a timing chart showing an example of the operation of the image sensor 1.

撮像素子1は、起動してから最初の撮像を行うまでに、ダミー読み出しを行う。垂直走査回路51は、図3に示すように、第1のフレームの期間よりも前の時刻t1に、リセット制御線25に対する制御信号RST1をHレベルに設定し、リセット制御線45に対する制御信号RST2をHレベルに設定する。これにより、電荷電圧変換部23の容量32における電極間の電圧と、電荷電圧変換部43の容量49における電極間の電圧とがリセットされる。垂直走査回路51は、時刻t2において制御信号RST1および制御信号RST2をLレベル(ローレベル)に設定する。垂直走査回路51は、時刻t3において、転送制御線22に対する制御信号TX1をHレベルに設定し、転送制御線42に対する制御信号TX2をHレベルにする。これにより、光電変換部3に電荷が蓄積されている場合には、この電荷が電荷電圧変換部23へ転送される。また、光電変換部4に電荷が蓄積されている場合には、この電荷が電荷電圧変換部43へ転送される。垂直走査回路51は、時刻t4において、制御信号TX1および制御信号TX2をLレベルに設定する。   The image sensor 1 performs dummy reading from the start up to the first imaging. As shown in FIG. 3, the vertical scanning circuit 51 sets the control signal RST1 for the reset control line 25 to the H level at the time t1 before the first frame period, and the control signal RST2 for the reset control line 45. Is set to H level. As a result, the voltage between the electrodes in the capacitor 32 of the charge-voltage converter 23 and the voltage between the electrodes in the capacitor 49 of the charge-voltage converter 43 are reset. The vertical scanning circuit 51 sets the control signal RST1 and the control signal RST2 to L level (low level) at time t2. The vertical scanning circuit 51 sets the control signal TX1 for the transfer control line 22 to H level and sets the control signal TX2 for the transfer control line 42 to H level at time t3. Thereby, when charges are accumulated in the photoelectric conversion unit 3, the charges are transferred to the charge-voltage conversion unit 23. Further, when charges are accumulated in the photoelectric conversion unit 4, the charges are transferred to the charge / voltage conversion unit 43. The vertical scanning circuit 51 sets the control signal TX1 and the control signal TX2 to L level at time t4.

ここでは、光電変換部3からのダミー読み出しを、光電変換部4からのダミー読み出しと並行して行うが、光電変換部3からのダミー読み出しと光電変換部4からのダミー読み出しとを重複しない期間に行ってもよい。例えば、垂直走査回路51は、制御信号RST1をHレベルにする期間と、制御信号RST2をHレベルする期間とを、少なくとも一部が重複するように設定してもよいし、重複しないように設定してもよい。また、垂直走査回路51は、制御信号TX1をHレベルにする期間と、制御信号TX2をHレベルする期間とを、少なくとも一部が重複するように設定してもよいし、重複しないように設定してもよい。   Here, dummy reading from the photoelectric conversion unit 3 is performed in parallel with dummy reading from the photoelectric conversion unit 4, but the dummy reading from the photoelectric conversion unit 3 and the dummy reading from the photoelectric conversion unit 4 do not overlap. You may go to For example, the vertical scanning circuit 51 may set the period during which the control signal RST1 is at the H level and the period during which the control signal RST2 is at the H level so that at least a part thereof overlaps or does not overlap. May be. Further, the vertical scanning circuit 51 may set at least a part of the period during which the control signal TX1 is at the H level and the period at which the control signal TX2 is at the H level, or may be set so as not to overlap. May be.

撮像素子1は、時刻t5において第1のフレームの撮像処理を開始する。垂直走査回路51は、選択部26に対する制御信号SELをHレベルに維持する。また、垂直走査回路51は、時刻t6から時刻t7までの期間に、光電変換部3に対するリセット動作を行う。この期間において、垂直走査回路51は、リセット制御線25に対する制御信号RST1をHレベルに設定した後にLレベルに設定する。次に、垂直走査回路51は、転送部21に対する制御信号TX1をHレベルに設定した後にLレベルに設定する。ここでは、垂直走査回路51は、制御信号RST1および制御信号TX1のそれぞれを、3つのパルス状に設定するが、パルスの数は1回、2回でもよいし、4回以上でもよい。時刻t7に制御信号TX1がLレベルに設定されてから、光電変換部3には露光量に応じた電荷が蓄積される。   The imaging device 1 starts imaging processing of the first frame at time t5. The vertical scanning circuit 51 maintains the control signal SEL for the selection unit 26 at the H level. Further, the vertical scanning circuit 51 performs a reset operation on the photoelectric conversion unit 3 during a period from time t6 to time t7. During this period, the vertical scanning circuit 51 sets the control signal RST1 for the reset control line 25 to the H level after setting it to the H level. Next, the vertical scanning circuit 51 sets the control signal TX1 for the transfer unit 21 to H level and then to L level. Here, the vertical scanning circuit 51 sets each of the control signal RST1 and the control signal TX1 into three pulses, but the number of pulses may be one time, two times, or four times or more. After the control signal TX1 is set to the L level at time t7, charges corresponding to the exposure amount are accumulated in the photoelectric conversion unit 3.

垂直走査回路51は、時刻t8から時刻t10までの期間に、光電変換部3からの電荷の読み出しを行う。垂直走査回路51は、時刻t8に制御信号RST1をHレベルに設定した後にLレベルに設定する。また、垂直走査回路51は、時刻t8よりも後の時刻t9に制御信号TX1をHレベルに設定し、時刻t10に制御信号TX1をLレベルに設定する。第1のフレームの期間における光電変換部3に対する露光は、時刻t9に終了する。光電変換部3は、時刻t7から時刻t9までの露光期間に蓄積した電荷を、転送部21を介して電荷電圧変換部23に出力する。また、増幅部28は、電荷電圧変換部23が変換した電圧に応じた信号を垂直信号線30に出力する。   The vertical scanning circuit 51 reads out charges from the photoelectric conversion unit 3 during a period from time t8 to time t10. The vertical scanning circuit 51 sets the control signal RST1 to H level at time t8 and then sets it to L level. The vertical scanning circuit 51 sets the control signal TX1 to H level at time t9 after time t8, and sets the control signal TX1 to L level at time t10. Exposure to the photoelectric conversion unit 3 in the period of the first frame ends at time t9. The photoelectric conversion unit 3 outputs the charge accumulated during the exposure period from time t7 to time t9 to the charge-voltage conversion unit 23 via the transfer unit 21. The amplifying unit 28 outputs a signal corresponding to the voltage converted by the charge / voltage converting unit 23 to the vertical signal line 30.

本実施形態において、撮像素子1は、光電変換部3に対する露光期間の少なくとも一部と重複する期間に、光電変換部4に対する露光を行う。垂直走査回路51は、第1のフレームの期間のうち時刻t7よりも後の時刻t11から時刻t12の期間に、光電変換部4に対するリセット動作を行う。この期間において、垂直走査回路51は、リセット制御線45に対する制御信号RST2をHレベルに設定した後にLレベルに設定する。次に、垂直走査回路51は、転送部41に対する制御信号TX2をHレベルに設定した後にLレベルに設定する。ここでは、垂直走査回路51は、制御信号RST2および制御信号TX2のそれぞれを、3つのパルス状に設定するが、パルスの数は1回、2回でもよいし、4回以上でもよい。時刻t12に制御信号TX2がLレベルに設定されてから、光電変換部4には露光量に応じた電荷が蓄積される。   In the present embodiment, the image sensor 1 exposes the photoelectric conversion unit 4 during a period that overlaps at least a part of the exposure period for the photoelectric conversion unit 3. The vertical scanning circuit 51 performs a reset operation on the photoelectric conversion unit 4 during a period from time t11 to time t12 after the time t7 in the period of the first frame. During this period, the vertical scanning circuit 51 sets the control signal RST2 for the reset control line 45 to the H level after setting it to the H level. Next, the vertical scanning circuit 51 sets the control signal TX2 for the transfer unit 41 to H level and then to L level. Here, the vertical scanning circuit 51 sets each of the control signal RST2 and the control signal TX2 in three pulses, but the number of pulses may be one time, two times, or four times or more. After the control signal TX2 is set to the L level at time t12, charges corresponding to the exposure amount are accumulated in the photoelectric conversion unit 4.

垂直走査回路51は、光電変換部4の露光期間が終了する際に、光電変換部4からの電荷の読み出しを行う。ここでは、垂直走査回路51は、光電変換部3からの電荷の読み出しと並行して、光電変換部4からの電荷の読み出しを行う。垂直走査回路51は、時刻t8に制御信号RST2をHレベルに設定した後にLレベルに設定する。また、垂直走査回路51は、時刻t9に制御信号TX2をHレベルに設定し、時刻t10に制御信号TX2をLレベルに設定する。光電変換部4は、時刻t12から時刻t9までの露光期間に蓄積した電荷を、転送部41を介して電荷電圧変換部43に出力する。また、増幅部47は、電荷電圧変換部43が変換した電圧に応じた信号を垂直信号線48に出力する。   The vertical scanning circuit 51 reads out charges from the photoelectric conversion unit 4 when the exposure period of the photoelectric conversion unit 4 ends. Here, the vertical scanning circuit 51 reads out the charge from the photoelectric conversion unit 4 in parallel with the reading of the charge from the photoelectric conversion unit 3. The vertical scanning circuit 51 sets the control signal RST2 to H level at time t8 and then sets it to L level. The vertical scanning circuit 51 sets the control signal TX2 to H level at time t9, and sets the control signal TX2 to L level at time t10. The photoelectric conversion unit 4 outputs the charge accumulated during the exposure period from time t12 to time t9 to the charge-voltage conversion unit 43 via the transfer unit 41. The amplifier 47 outputs a signal corresponding to the voltage converted by the charge-voltage converter 43 to the vertical signal line 48.

以上のようにして、時刻t10において第1のフレームの期間が終了し、次の第2のフレームの期間が開始する。図3においては、第2のフレームの期間においても第1のフレームの期間と同様の動作が繰り返される。   As described above, at the time t10, the period of the first frame ends and the period of the next second frame starts. In FIG. 3, the same operation as in the first frame period is repeated in the second frame period.

図3の例においては、第1のフレームの期間のうち、光電変換部3に電荷が蓄積される期間(時刻t7から時刻t9までの露光期間)は、光電変換部4に電荷が蓄積される期間(時刻t12から時刻t9までの露光期間)よりも長く設定されている。   In the example of FIG. 3, charges are accumulated in the photoelectric conversion unit 4 during a period in which charges are accumulated in the photoelectric conversion unit 3 (exposure period from time t7 to time t9) in the period of the first frame. It is set longer than the period (exposure period from time t12 to time t9).

このように、撮像素子1は、光電変換部3と光電変換部4とで露光期間の長さを異ならせて、光電変換部3に蓄積される電荷に基づく第1出力信号と、光電変換部4に蓄積される電荷に基づく第2出力信号とを生成できる。このような第1出力信号および第2出力信号を利用すると、露光期間の異なる2つの画像を生成することできる。これにより、例えば、ダイナミックレンジが広い画像を生成することができる。例えば、第1出力信号の露光期間が第2出力信号の露光期間よりも長い場合、第1出力信号を使って撮像対象のうち相対的に暗い暗部の画像を生成し、第2出力信号を使って撮像対象のうち相対的に明るい明部の画像を生成する。これら画像を合成することにより、明部の飽和を抑制しつつ暗部を明るく表すことができる。   As described above, the imaging device 1 includes the first output signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit, with the exposure period length being different between the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4. 4 can generate a second output signal based on the electric charge accumulated in 4. By using such first output signal and second output signal, two images having different exposure periods can be generated. Thereby, for example, an image having a wide dynamic range can be generated. For example, when the exposure period of the first output signal is longer than the exposure period of the second output signal, the first output signal is used to generate an image of a relatively dark part of the imaging target, and the second output signal is used. Thus, an image of a brighter bright part of the imaging target is generated. By synthesizing these images, the dark part can be brightly expressed while suppressing the saturation of the bright part.

ところで、ダイナミックレンジを広げるには、1画素に配置される光電変換部の数が1つである撮像素子を用いて、露光時間が長いフレームと露光時間が短いフレームとを交互に繰り返す手法がある。この手法では、1フレームの画像を得るために、2フレーム使うことになり、フレームレートが遅くなる。また、他の手法として、露光時間を短くした画からの信号と、露光時間を長く設定した信号とを用いる手法がある。この手法では、画像の1画素を構成するために、2画素の信号を使うことになり、解像度が低下する。   By the way, in order to widen the dynamic range, there is a method of alternately repeating a frame having a long exposure time and a frame having a short exposure time by using an image sensor having one photoelectric conversion unit arranged in one pixel. . In this method, two frames are used to obtain an image of one frame, and the frame rate becomes slow. As another method, there is a method using a signal from an image with a short exposure time and a signal with a long exposure time set. In this method, since one pixel of an image is formed, a signal of two pixels is used, and the resolution is lowered.

本実施形態においては、1画素に複数の光電変換部(光電変換部3および光電変換部4)が配置されているので、撮像画像の解像度を下げることなくダイナミックレンジを広げることができる。また、光電変換部3から電荷を転送するための転送部21に制御信号TX1を伝える転送制御線22は、光電変換部4から電荷を転送するための転送部41に制御信号TX2を伝える転送制御線42と別に設けられているので、光電変換部3に対する露光と光電変換部4に対する露光とを並行して行うことができ、フレームレートの低下を抑制できる。このような場合に、転送制御線22および転送制御線42を、光電変換部3および光電変換部4に対して光入射側の反対側に配置すると、光電変換部3と光電変換部4の受光面積が狭くなることを回避できる。なお、アンプ55の増幅率とアンプ56の増幅率との比を調整することにより、ダイナミックレンジを広げることもできる。   In the present embodiment, since a plurality of photoelectric conversion units (photoelectric conversion unit 3 and photoelectric conversion unit 4) are arranged in one pixel, the dynamic range can be expanded without reducing the resolution of the captured image. Further, the transfer control line 22 that transmits the control signal TX1 to the transfer unit 21 for transferring the charge from the photoelectric conversion unit 3 transfers the control signal TX2 to the transfer unit 41 for transferring the charge from the photoelectric conversion unit 4. Since it is provided separately from the line 42, exposure to the photoelectric conversion unit 3 and exposure to the photoelectric conversion unit 4 can be performed in parallel, and a decrease in frame rate can be suppressed. In such a case, when the transfer control line 22 and the transfer control line 42 are arranged on the opposite side of the light incident side with respect to the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4, the light reception of the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4. It can avoid that an area becomes narrow. The dynamic range can be expanded by adjusting the ratio between the amplification factor of the amplifier 55 and the amplification factor of the amplifier 56.

ところで、図3において、光電変換部4に対する露光を終了する時刻t9は、光電変換部3に対する露光を終了する時刻t9とほぼ同じに設定されている。そのため、画素Pから信号を読み出す制御が複雑になることを避けることができる。   Incidentally, in FIG. 3, the time t9 at which the exposure to the photoelectric conversion unit 4 ends is set to be substantially the same as the time t9 at which the exposure to the photoelectric conversion unit 3 ends. For this reason, it is possible to avoid the complicated control of reading signals from the pixels P.

図4は、撮像素子1の動作の他の例を示すタイミングチャートである。図4(A)から図4(D)には、それぞれ、1フレームの期間分のタイミングチャートを示した。なお、図4(A)から図4(D)のそれぞれにおいて、ここでは、光電変換部3から電荷を読み出す動作については、図3に示した例と同様であるので、その説明を省略あるいは簡略化する。   FIG. 4 is a timing chart showing another example of the operation of the image sensor 1. FIGS. 4A to 4D each show a timing chart for a period of one frame. In each of FIGS. 4A to 4D, the operation for reading out the charges from the photoelectric conversion unit 3 is the same as the example shown in FIG. Turn into.

図4(A)において、光電変換部4に対する露光期間が終了する時刻は、光電変換部3に対する露光期間が終了する時刻と異なる時刻に設定されている。垂直走査回路51は、時刻t6から時刻t7の期間に、光電変換部3のリセットと光電変換部4のリセットを並行して行う。時刻t7において、光電変換部3に対する露光が開始するとともに、光電変換部4に対する露光が開始する。   In FIG. 4A, the time at which the exposure period for the photoelectric conversion unit 4 ends is set to a time different from the time at which the exposure period for the photoelectric conversion unit 3 ends. The vertical scanning circuit 51 performs resetting of the photoelectric conversion unit 3 and resetting of the photoelectric conversion unit 4 in parallel during a period from time t6 to time t7. At time t7, exposure to the photoelectric conversion unit 3 starts and exposure to the photoelectric conversion unit 4 starts.

時刻t15において、垂直走査回路51は、リセット部44に対する制御信号RST2をHレベルに設定した後にLレベルに設定する。また、垂直走査回路51は、時刻t16において、転送部41に対する制御信号TX2をHレベルに設定した後にLレベルに設定する。第1のフレームの期間における光電変換部4に対する露光期間(電荷の蓄積期間)は、時刻t7から時刻t16までの期間である。   At time t15, the vertical scanning circuit 51 sets the control signal RST2 for the reset unit 44 to H level and then to L level. Further, at time t16, the vertical scanning circuit 51 sets the control signal TX2 for the transfer unit 41 to H level and then sets it to L level. The exposure period (charge accumulation period) for the photoelectric conversion unit 4 in the period of the first frame is a period from time t7 to time t16.

図4(B)において、光電変換部4に対する露光期間が開始する時刻は、光電変換部3に対する露光期間が開始する時刻と異なる時刻に設定されている。また、光電変換部4に対する露光期間が終了する時刻は、光電変換部3に対する露光期間が終了する時刻と異なる時刻に設定されている。垂直走査回路51は、光電変換部3に対するリセットを開始する時刻t6よりも後の時刻t17から時刻t18の期間に、光電変換部4のリセットを行う。光電変換部4に対する露光期間は、時刻t18に開始する。   4B, the time when the exposure period for the photoelectric conversion unit 4 starts is set to a time different from the time when the exposure period for the photoelectric conversion unit 3 starts. The time when the exposure period for the photoelectric conversion unit 4 ends is set to a time different from the time when the exposure period for the photoelectric conversion unit 3 ends. The vertical scanning circuit 51 resets the photoelectric conversion unit 4 during a period from time t17 to time t18 after time t6 when resetting the photoelectric conversion unit 3 is started. The exposure period for the photoelectric conversion unit 4 starts at time t18.

時刻t19において、垂直走査回路51は、リセット部44に対する制御信号RST2をHレベルに設定した後にLレベルに設定する。また、垂直走査回路51は、時刻t20において、転送部41に対する制御信号TX2をHレベルに設定した後にLレベルに設定する。第1のフレームの期間における光電変換部4に対する露光期間(電荷の蓄積期間)は、時刻t18から時刻t20までの期間である。ここでは、光電変換部4に対する露光期間は、その中心の時刻が光電変換部3に対する露光期間の中心の時刻と一致するように、設定されていている。   At time t19, the vertical scanning circuit 51 sets the control signal RST2 for the reset unit 44 to H level and then to L level. Further, at time t20, the vertical scanning circuit 51 sets the control signal TX2 for the transfer unit 41 to H level and then sets it to L level. The exposure period (charge accumulation period) for the photoelectric conversion unit 4 in the first frame period is a period from time t18 to time t20. Here, the exposure period for the photoelectric conversion unit 4 is set so that the center time thereof coincides with the center time of the exposure period for the photoelectric conversion unit 3.

図4(C)において、光電変換部4に対する露光期間が複数設定されている。垂直走査回路51は、時刻t6から時刻t7の期間に、光電変換部4のリセットを行う。光電変換部4に対する第1の露光期間は、時刻t7に開始する。また、時刻t21において、垂直走査回路51は、リセット部44に対する制御信号RST2をHレベルに設定した後にLレベルに設定する。また、垂直走査回路51は、時刻t22において、転送部41に対する制御信号TX2をHレベルに設定した後にLレベルに設定する。第1のフレームの期間における光電変換部4に対する第1の露光期間は、時刻t7から時刻t22までの期間である。次に、垂直走査回路51は、時刻t23から時刻t24の期間に、光電変換部4のリセットを行う。光電変換部4に対する第2の露光期間は、時刻t24に開始する。垂直走査回路51は、時刻t8において、リセット部44に対する制御信号RST2をHレベルに設定した後にLレベルに設定する。また、垂直走査回路51は、時刻t9において、転送部41に対する制御信号TX2をHレベルに設定した後にLレベルに設定する。第1のフレームの期間における光電変換部4に対する第2の露光期間は、時刻t24から時刻t9までの期間である。   In FIG. 4C, a plurality of exposure periods for the photoelectric conversion unit 4 are set. The vertical scanning circuit 51 resets the photoelectric conversion unit 4 during the period from time t6 to time t7. The first exposure period for the photoelectric conversion unit 4 starts at time t7. At time t21, the vertical scanning circuit 51 sets the control signal RST2 for the reset unit 44 to the H level after setting it to the H level. Further, at time t22, the vertical scanning circuit 51 sets the control signal TX2 for the transfer unit 41 to H level and then sets it to L level. The first exposure period for the photoelectric conversion unit 4 in the period of the first frame is a period from time t7 to time t22. Next, the vertical scanning circuit 51 resets the photoelectric conversion unit 4 during a period from time t23 to time t24. The second exposure period for the photoelectric conversion unit 4 starts at time t24. At time t8, the vertical scanning circuit 51 sets the control signal RST2 for the reset unit 44 to H level and then to L level. Further, at time t9, the vertical scanning circuit 51 sets the control signal TX2 for the transfer unit 41 to H level and then sets it to L level. The second exposure period for the photoelectric conversion unit 4 in the period of the first frame is a period from time t24 to time t9.

なお、1フレームにおける光電変換部4に対する第1の露光期間の長さは、第2の露光期間と同じ長さに設定されていてもよいし、第2の露光期間と異なる長さに設定されていてもよい。このように1フレームの期間に複数回数の露光を行う場合に、第1の露光期間において光電変換部4に蓄積された電荷に基づく信号と、第2の露光期間において光電変換部4に蓄積された電荷に基づく信号とを使って、例えばこれら信号の平均化などの演算を行ってもよい。また、光電変換部4に対する第1の露光期間の長さと第2の露光期間の長さが異なる場合、第1の露光期間において光電変換部4に蓄積された電荷に基づく信号と、第2の露光期間において光電変換部4に蓄積された電荷に基づく信号と、このフレームの期間に光電変換部3に蓄積された電荷に基づく信号とを使って、ダイナミックレンジをさらに広げることもできる。   The length of the first exposure period for the photoelectric conversion unit 4 in one frame may be set to the same length as the second exposure period, or set to a different length from the second exposure period. It may be. As described above, when a plurality of exposures are performed during one frame period, the signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 4 in the first exposure period and the photoelectric conversion unit 4 accumulated in the second exposure period. For example, an arithmetic operation such as averaging of these signals may be performed using signals based on the charges. Further, when the length of the first exposure period and the length of the second exposure period for the photoelectric conversion unit 4 are different, a signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 4 in the first exposure period, The dynamic range can be further expanded by using a signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 4 during the exposure period and a signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 3 during the frame period.

図4(D)において、光電変換部4に対する露光期間は、光電変換部3に対する露光期間と同じ長さに設定されている。ここでは、光電変換部4に対する露光期間が開始する時刻t7は、光電変換部3に対する露光期間が開始する時刻t7と同じに設定されている。また、光電変換部4に対する露光期間が終了する時刻t9は、光電変換部3に対する露光期間が終了する時刻t9と同じに設定されている。   In FIG. 4D, the exposure period for the photoelectric conversion unit 4 is set to the same length as the exposure period for the photoelectric conversion unit 3. Here, the time t7 at which the exposure period for the photoelectric conversion unit 4 starts is set to be the same as the time t7 at which the exposure period for the photoelectric conversion unit 3 starts. The time t9 when the exposure period for the photoelectric conversion unit 4 ends is set to be the same as the time t9 when the exposure period for the photoelectric conversion unit 3 ends.

光電変換部3と光電変換部4とで露光期間が同じ長さに設定されている場合に、第1のフレームの期間に光電変換部3に蓄積される電荷に基づく第1出力信号と、第1のフレームの期間に光電変換部4に蓄積される電荷に基づく第2出力信号とを使って、撮像素子1における合焦に関する情報を検出してもよい。例えば、第1出力信号と第2出力信号のレベルが同等である場合には、撮像素子1の受光層12に焦点が合っていると判定してもよい。また、第1出力信号と第2出力信号の一方のレベルが他方のレベルよりも高い場合には、焦点が受光層12よりも物体面側にある(前ピン)であると判定してもよい。また、第1出力信号と第2出力信号の一方のレベルが他方のレベルよりも低い場合には、受光層12が焦点よりも物体面側にある(後ピン)であると判定してもよい。   When the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4 have the same exposure period, the first output signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 3 during the first frame period; Information related to focusing in the image sensor 1 may be detected using the second output signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 4 during the period of one frame. For example, when the levels of the first output signal and the second output signal are equal, it may be determined that the light receiving layer 12 of the image sensor 1 is in focus. Further, when one level of the first output signal and the second output signal is higher than the other level, it may be determined that the focal point is on the object plane side with respect to the light receiving layer 12 (front pin). . When one level of the first output signal and the second output signal is lower than the other level, it may be determined that the light receiving layer 12 is on the object plane side (rear pin) with respect to the focal point. .

なお、光電変換部3と光電変換部4とで露光期間が異なる長さに設定されている場合に、第1出力信号および第2出力信号を使って、撮像素子1における合焦に関する情報を検出してもよい。この場合には、露光期間の長さをそろえた場合の信号のレベルの推定値を使って、光電変換部3と光電変換部4とで露光期間が同じ長さに設定されている場合と同様にして、合焦に関する情報を検出できる。露光期間の長さをそろえた場合の信号のレベルを推定値は、例えば、光電変換部4に対する露光期間の長さが光電変換部3に対する露光期間の半分である場合、第1出力信号のレベルを半分にすること、あるいは第2出力信号のレベルを2倍にすることで得られる。なお、第1出力信号のレベルを調整するには、図2に示したアンプ55の増幅率を調整してもよく、第2出力信号のレベルを調整するには、アンプ56の増幅率を調整してもよい。また、第1出力信号のレベルと第2出力信号のレベルの少なくとも一方を調整するには、図2に示した水平走査回路52または外部の装置によって演算処理を行ってもよい。   When the exposure periods of the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4 are set to different lengths, information relating to focusing on the image sensor 1 is detected using the first output signal and the second output signal. May be. In this case, using the estimated value of the signal level when the lengths of the exposure periods are aligned, the exposure period is set to the same length in the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4. Thus, it is possible to detect information related to focusing. The estimated value of the level of the signal when the length of the exposure period is aligned is, for example, the level of the first output signal when the length of the exposure period for the photoelectric conversion unit 4 is half of the exposure period for the photoelectric conversion unit 3 Is halved, or the level of the second output signal is doubled. In order to adjust the level of the first output signal, the amplification factor of the amplifier 55 shown in FIG. 2 may be adjusted. To adjust the level of the second output signal, the amplification factor of the amplifier 56 is adjusted. May be. In order to adjust at least one of the level of the first output signal and the level of the second output signal, arithmetic processing may be performed by the horizontal scanning circuit 52 shown in FIG. 2 or an external device.

ところで、本実施形態において、1画素内に複数の光電変換部(光電変換部3および光電変換部4)が配置されている場合、複数の光電変換部の総受光面積と等しい受光面積を有する1つの光電変換部を用いる場合と比較して、光電変換部あたりの出力が小さくなる。そこで、第1出力信号あるいは第2出力のレベルが不足する場合には、アンプ55あるいはアンプ56の増幅率を調整することにより、第1出力信号あるいは第2出力信号のレベルを調整してもよい。例えば、アンプ55の増幅率を2倍に設定すると、第1出力信号のレベルを、光電変換部3および光電変換部4の総受光面積と等しい受光面積を有する1つの光電変換部を用いた場合と同等のレベルにすることができる。   By the way, in this embodiment, when the some photoelectric conversion part (the photoelectric conversion part 3 and the photoelectric conversion part 4) is arrange | positioned in 1 pixel, it has 1 light receiving area equal to the total light receiving area of several photoelectric conversion parts. Compared with the case of using two photoelectric conversion units, the output per photoelectric conversion unit is small. Therefore, when the level of the first output signal or the second output is insufficient, the level of the first output signal or the second output signal may be adjusted by adjusting the amplification factor of the amplifier 55 or the amplifier 56. . For example, when the amplification factor of the amplifier 55 is set to double, when one photoelectric conversion unit having a light receiving area equal to the total light receiving area of the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4 is used as the level of the first output signal Can be at the same level.

なお、図3に示した例、図4(A)から図4(D)に示した例は、組み合わせることができる。例えば、撮像素子1は、光電変換部3の露光時間と光電変換部4の露光時間を同じ長さにする第1モード(図4(D)参照)と、光電変換部3の露光時間と光電変換部4の露光時間を異なる長さに第2モードとを切り替え可能である。第1モードにおいて、垂直走査回路51は、例えば、転送部21に対する制御信号TX1の波形と転送部41に対する制御信号TX2の波形を同じに設定する。また、第2モードにおいて、垂直走査回路51は、例えば、転送部21に対する制御信号TX1の波形と転送部41に対する制御信号TX2の波形とを異なる波形に設定する。第2モードは、図3に示した例、図4(A)から図4(C)に示した例のうち1種を含んでいてもよいし、2種以上の組み合わせを含んでいてもよい。   Note that the example shown in FIG. 3 and the examples shown in FIGS. 4A to 4D can be combined. For example, the imaging device 1 includes a first mode (see FIG. 4D) in which the exposure time of the photoelectric conversion unit 3 and the exposure time of the photoelectric conversion unit 4 are the same length, the exposure time of the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 3. The second mode can be switched to a different length for the exposure time of the conversion unit 4. In the first mode, for example, the vertical scanning circuit 51 sets the waveform of the control signal TX1 for the transfer unit 21 and the waveform of the control signal TX2 for the transfer unit 41 to be the same. In the second mode, for example, the vertical scanning circuit 51 sets the waveform of the control signal TX1 for the transfer unit 21 and the waveform of the control signal TX2 for the transfer unit 41 to different waveforms. The second mode may include one of the examples illustrated in FIG. 3 and the examples illustrated in FIGS. 4A to 4C, or may include a combination of two or more. .

なお、上述の例においては、光電変換部3に対する露光期間の長さは、光電変換部4に対する露光期間の長さ以上に設定されているが、光電変換部4に対する露光期間の長さ未満に設定されていてもよい。光電変換部3の露光時間と光電変換部4の露光時間のうち、一方の露光時間は、他方の露光時間の1/10倍以上1倍以下に設定されていてもよいし、1/10倍未満に設定されていてもよい。   In the above example, the length of the exposure period for the photoelectric conversion unit 3 is set to be equal to or longer than the length of the exposure period for the photoelectric conversion unit 4, but less than the length of the exposure period for the photoelectric conversion unit 4. It may be set. Of the exposure time of the photoelectric conversion unit 3 and the exposure time of the photoelectric conversion unit 4, one exposure time may be set to 1/10 times or more and 1 time or less of the other exposure time, or 1/10 times It may be set to less than.

次に、1画素内に配置される複数の光電変換部の他の例について説明する。図5は、複数の光電変換部の他の例を示す図である。   Next, another example of a plurality of photoelectric conversion units arranged in one pixel will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating another example of a plurality of photoelectric conversion units.

図5(A)において、光電変換部3は、画素領域1aの法線方向から見た場合に、光電変換部4と非対称に設けられている。光電変換部3の受光面積は、光電変換部4の受光面積よりも大きく設定されている。光電変換部3と光電変換部4とで受光面積が異なる場合には、ダイナミックレンジをさらに広げることもできる。このように、光電変換部3は、光電変換部4と形状と寸法の少なくとも一方が異なっていてもよい。   5A, the photoelectric conversion unit 3 is provided asymmetrically with the photoelectric conversion unit 4 when viewed from the normal direction of the pixel region 1a. The light receiving area of the photoelectric conversion unit 3 is set larger than the light receiving area of the photoelectric conversion unit 4. When the light receiving areas are different between the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4, the dynamic range can be further expanded. Thus, the photoelectric conversion unit 3 may be different from the photoelectric conversion unit 4 in at least one of shape and size.

図5(B)において、1画素内に光電変換部3、光電変換部4、及び光電変換部60が設けられている。光電変換部3の受光面積は、光電変換部4の受光面積よりも大きく設定されている。光電変換部60の受光面積は、光電変換部4の受光面積とほぼ同じに設定されている。光電変換部60は、画素Pの中心線に関して、光電変換部4と対称的に設けられている。このように、1画素内に配置される光電変換部の数は3つでもよいし、4つ以上であってもよい。また、複数の光電変換部のうち、いずれかの光電変換部の形状と寸法の少なくとも一方は、他の光電変換部と同じであってもよいし、他の光電変換部と異なっていてもよい。   5B, the photoelectric conversion unit 3, the photoelectric conversion unit 4, and the photoelectric conversion unit 60 are provided in one pixel. The light receiving area of the photoelectric conversion unit 3 is set larger than the light receiving area of the photoelectric conversion unit 4. The light receiving area of the photoelectric conversion unit 60 is set to be substantially the same as the light receiving area of the photoelectric conversion unit 4. The photoelectric conversion unit 60 is provided symmetrically with the photoelectric conversion unit 4 with respect to the center line of the pixel P. As described above, the number of photoelectric conversion units arranged in one pixel may be three, or four or more. Further, among the plurality of photoelectric conversion units, at least one of the shape and size of any one of the photoelectric conversion units may be the same as or different from the other photoelectric conversion units. .

このような撮像素子1を用いると、例えば、光電変換部4に蓄積される電荷に基づく第2出力信号と、光電変換部60に蓄積される電荷に基づく第3出力信号とを使って、撮像素子1における合焦に関する情報を検出することもできる。また、光電変換部3に蓄積される電荷に基づく第1出力信号と、第2出力信号と、第3出力信号のうち少なくとも2つを使って、ダイナミックレンジを広げることもできる。   When such an image sensor 1 is used, for example, imaging is performed using the second output signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 4 and the third output signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 60. Information on focusing in the element 1 can also be detected. In addition, the dynamic range can be expanded by using at least two of the first output signal, the second output signal, and the third output signal based on the charges accumulated in the photoelectric conversion unit 3.

[第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. In the present embodiment, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.

図6は、本実施形態に係る撮像素子1の回路構成を示す図である。図6には、2画素分の等価回路図を示した。画素P1の回路構成については、上述の実施形態(図2参照)と同様である。画素P2は、画素P1の隣に配置されている画素である。例えば、画素Pが図1(B)の赤色画素Rであって、画素P2は緑色画素Gbである。   FIG. 6 is a diagram illustrating a circuit configuration of the image sensor 1 according to the present embodiment. FIG. 6 shows an equivalent circuit diagram for two pixels. The circuit configuration of the pixel P1 is the same as that in the above-described embodiment (see FIG. 2). The pixel P2 is a pixel arranged next to the pixel P1. For example, the pixel P is the red pixel R in FIG. 1B, and the pixel P2 is the green pixel Gb.

画素P2内には、画素P2には、光電変換部61および光電変換部62が設けられている。光電変換部61および光電変換部62は、例えばフォトダイオードを含むが、光を電荷に変換するものであればよく、例えばフォトトランジスタを含んでいてもよい。撮像素子1は、画素P2の光電変換部61に蓄積される電荷に基づく出力信号を読み出す第3回路系、及び画素P2の光電変換部62に蓄積される電荷に基づく出力信号を読み出す第4回路系を含む。   In the pixel P2, the photoelectric conversion unit 61 and the photoelectric conversion unit 62 are provided in the pixel P2. The photoelectric conversion unit 61 and the photoelectric conversion unit 62 include, for example, a photodiode. However, the photoelectric conversion unit 61 and the photoelectric conversion unit 62 only need to convert light into electric charge, and may include a phototransistor, for example. The imaging device 1 has a third circuit system that reads an output signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 61 of the pixel P2, and a fourth circuit that reads an output signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 62 of the pixel P2. Includes systems.

まず、第3回路系について説明する。第3回路系は、転送部63、転送制御線64、電荷電圧変換部23、リセット部24、リセット制御線25、選択部26、選択制御線27、増幅部28、電源線29、及び垂直信号線30を含む。すなわち、第3回路系は、転送部63および転送制御線64を除く部分については、第1回路系と共用である。転送部63は、例えば、n型MOSトランジスタなどのスイッチング素子を含む。   First, the third circuit system will be described. The third circuit system includes a transfer unit 63, a transfer control line 64, a charge voltage conversion unit 23, a reset unit 24, a reset control line 25, a selection unit 26, a selection control line 27, an amplification unit 28, a power supply line 29, and a vertical signal. Includes line 30. That is, the third circuit system is shared with the first circuit system except for the transfer unit 63 and the transfer control line 64. The transfer unit 63 includes a switching element such as an n-type MOS transistor, for example.

光電変換部61は、そのアノードが接地され、そのカソードが転送部63のソースに接続されている。転送部63は、光電変換部61から電荷を転送することに使われる。転送部63のドレインは、ノード31と電気的に接続されている。転送部63のゲートは、転送制御線64に接続されている。転送制御線64は、転送部63のゲートに制御信号TX3を伝えることが可能である。電荷電圧変換部23は、転送部21からの電荷を電圧に変換し、かつ転送部63からの電荷を電圧に変換する。   The photoelectric conversion unit 61 has its anode grounded and its cathode connected to the source of the transfer unit 63. The transfer unit 63 is used to transfer charges from the photoelectric conversion unit 61. The drain of the transfer unit 63 is electrically connected to the node 31. The gate of the transfer unit 63 is connected to the transfer control line 64. The transfer control line 64 can transmit a control signal TX3 to the gate of the transfer unit 63. The charge-voltage conversion unit 23 converts the charge from the transfer unit 21 into a voltage, and converts the charge from the transfer unit 63 into a voltage.

次に、第4回路系について説明する。第4回路系は、転送部65、転送制御線66、電荷電圧変換部43、リセット部44、リセット制御線45、選択部46、選択制御線27、増幅部47、電源線29、及び垂直信号線30を含む。すなわち、第4回路系は、転送部65および転送制御線66を除く部分については、第2回路系と共用である。転送部65は、例えば、n型MOSトランジスタなどのスイッチング素子を含む。   Next, the fourth circuit system will be described. The fourth circuit system includes a transfer unit 65, a transfer control line 66, a charge voltage conversion unit 43, a reset unit 44, a reset control line 45, a selection unit 46, a selection control line 27, an amplification unit 47, a power supply line 29, and a vertical signal. Includes line 30. That is, the fourth circuit system is shared with the second circuit system except for the transfer unit 65 and the transfer control line 66. The transfer unit 65 includes a switching element such as an n-type MOS transistor, for example.

光電変換部62は、そのアノードが接地され、そのカソードが転送部65のソースに接続されている。転送部65は、光電変換部62から電荷を転送することに使われる。転送部65のドレインは、ノード50と電気的に接続されている。転送部65のゲートは、転送制御線66に接続されている。転送制御線66は、転送部65のゲートに制御信号TX4を伝えることが可能である。電荷電圧変換部43は、転送部41からの電荷を電圧に変換し、かつ転送部65からの電荷を電圧に変換する。   The photoelectric conversion unit 62 has its anode grounded and its cathode connected to the source of the transfer unit 65. The transfer unit 65 is used to transfer charges from the photoelectric conversion unit 62. The drain of the transfer unit 65 is electrically connected to the node 50. The gate of the transfer unit 65 is connected to the transfer control line 66. The transfer control line 66 can transmit a control signal TX4 to the gate of the transfer unit 65. The charge-voltage converter 43 converts the charge from the transfer unit 41 into a voltage, and converts the charge from the transfer unit 65 into a voltage.

本実施形態において、転送制御線64および転送制御線66は、図1(C)に示した素子層11に設けられている。すなわち、転送制御線64および転送制御線66は、光電変換部61および光電変換部62に対して光の入射側と反対側に配置されている。なお、転送制御線64および転送制御線66の少なくとも一部は、光電変換部61および光電変換部62に対して光の入射側と同じ側に配置されていてもよい。これら配線の少なくとも一部は、図1(C)に示した受光層12に設けられていてもよいし、受光層12とレンズ層14との間に設けられていてもよい。   In this embodiment, the transfer control line 64 and the transfer control line 66 are provided in the element layer 11 shown in FIG. That is, the transfer control line 64 and the transfer control line 66 are disposed on the opposite side of the light incident side with respect to the photoelectric conversion unit 61 and the photoelectric conversion unit 62. Note that at least part of the transfer control line 64 and the transfer control line 66 may be disposed on the same side as the light incident side with respect to the photoelectric conversion unit 61 and the photoelectric conversion unit 62. At least a part of these wirings may be provided in the light receiving layer 12 shown in FIG. 1C or may be provided between the light receiving layer 12 and the lens layer 14.

次に、光電変換部から電荷を読み出すタイミングについて説明する。図7は、撮像素子1の動作の一例を示すタイミングチャートである。   Next, the timing for reading out charges from the photoelectric conversion unit will be described. FIG. 7 is a timing chart showing an example of the operation of the image sensor 1.

撮像素子1は、起動してから最初の撮像を行うまでに、第1実施形態と同様にダミー読み出しを行う。また、撮像素子1は、第1のフレームの期間において、第1実施形態と同様に画素Pから信号の読み出しを行う。撮像素子1は、第1のフレームの期間に続く第2のフレームの期間において、画素P2から信号の読み出しを行う。   The image sensor 1 performs dummy readout in the same manner as in the first embodiment after the activation until the first imaging. Further, the image sensor 1 reads out signals from the pixels P in the period of the first frame as in the first embodiment. The image sensor 1 reads out a signal from the pixel P2 in a second frame period following the first frame period.

撮像素子1は、時刻t10において第2のフレームの撮像処理を開始する。垂直走査回路51は、選択部26に対する制御信号SELをHレベルに維持する。また、垂直走査回路51は、時刻t30から時刻t31までの期間に、光電変換部61に対するリセット動作を行う。この期間において、垂直走査回路51は、リセット制御線25に対する制御信号RST1をHレベルに設定した後にLレベルに設定する。次に、垂直走査回路51は、転送部21に対する制御信号TX3をHレベルに設定した後にLレベルに設定する。時刻t31に制御信号TX3がLレベルに設定されてから、光電変換部61には露光量に応じた電荷が蓄積される。   The imaging element 1 starts the imaging process of the second frame at time t10. The vertical scanning circuit 51 maintains the control signal SEL for the selection unit 26 at the H level. Further, the vertical scanning circuit 51 performs a reset operation on the photoelectric conversion unit 61 during a period from time t30 to time t31. During this period, the vertical scanning circuit 51 sets the control signal RST1 for the reset control line 25 to the H level after setting it to the H level. Next, the vertical scanning circuit 51 sets the control signal TX3 for the transfer unit 21 to H level and then to L level. After the control signal TX3 is set to L level at time t31, charges corresponding to the exposure amount are accumulated in the photoelectric conversion unit 61.

垂直走査回路51は、時刻t32から時刻t33までの期間に、光電変換部61からの電荷の読み出しを行う。垂直走査回路51は、時刻t32に制御信号RST1をHレベルに設定した後にLレベルに設定する。また、垂直走査回路51は、時刻t32よりも後の時刻t33に制御信号TX3をHレベルに設定し、時刻t34に制御信号TX3をLレベルに設定する。第2のフレームの期間における光電変換部3に対する露光は、時刻t33に終了する。光電変換部61は、時刻t31から時刻t33までの露光期間に蓄積した電荷を、転送部63を介して電荷電圧変換部23に出力する。また、増幅部28は、電荷電圧変換部23が変換した電圧に応じた信号を垂直信号線30に出力する。   The vertical scanning circuit 51 reads out charges from the photoelectric conversion unit 61 during a period from time t32 to time t33. The vertical scanning circuit 51 sets the control signal RST1 to H level at time t32 and then sets it to L level. The vertical scanning circuit 51 sets the control signal TX3 to H level at time t33 after time t32, and sets the control signal TX3 to L level at time t34. Exposure to the photoelectric conversion unit 3 in the period of the second frame ends at time t33. The photoelectric conversion unit 61 outputs the charge accumulated during the exposure period from time t31 to time t33 to the charge-voltage conversion unit 23 via the transfer unit 63. The amplifying unit 28 outputs a signal corresponding to the voltage converted by the charge / voltage converting unit 23 to the vertical signal line 30.

本実施形態において、撮像素子1は、光電変換部61に対する露光期間の少なくとも一部と重複する期間に、光電変換部62に対する露光を行うことができる。垂直走査回路51は、第2のフレームの期間のうち時刻t31よりも後の時刻t35から時刻t36の期間に、光電変換部62に対するリセット動作を行う。この期間において、垂直走査回路51は、リセット制御線45に対する制御信号RST2をHレベルに設定した後にLレベルに設定する。次に、垂直走査回路51は、転送部65に対する制御信号TX4をHレベルに設定した後にLレベルに設定する。時刻t36に制御信号TX4がLレベルに設定されてから、光電変換部62には露光量に応じた電荷が蓄積される。   In the present embodiment, the imaging device 1 can perform exposure on the photoelectric conversion unit 62 in a period that overlaps at least a part of the exposure period on the photoelectric conversion unit 61. The vertical scanning circuit 51 performs a reset operation on the photoelectric conversion unit 62 during a period from time t35 to time t36 after the time t31 in the period of the second frame. During this period, the vertical scanning circuit 51 sets the control signal RST2 for the reset control line 45 to the H level after setting it to the H level. Next, the vertical scanning circuit 51 sets the control signal TX4 for the transfer unit 65 to H level and then to L level. After the control signal TX4 is set to the L level at time t36, charges corresponding to the exposure amount are accumulated in the photoelectric conversion unit 62.

垂直走査回路51は、光電変換部62の露光期間が終了する際に、光電変換部62からの電荷の読み出しを行う。ここでは、垂直走査回路51は、光電変換部61からの電荷の読み出しと並行して、光電変換部62からの電荷の読み出しを行う。垂直走査回路51は、時刻t32に制御信号RST2をHレベルに設定した後にLレベルに設定する。また、垂直走査回路51は、時刻t33に制御信号TX4をHレベルに設定し、時刻t34に制御信号TX4をLレベルに設定する。光電変換部62は、時刻t36から時刻t33までの露光期間に蓄積した電荷を、転送部65を介して電荷電圧変換部43に出力する。また、増幅部47は、電荷電圧変換部43が変換した電圧に応じた信号を垂直信号線48に出力する。このようにして、時刻t34に第2のフレームの期間が終了し、次のフレームの期間が開始する。第2のフレームの期間の次のフレームの期間では、第1のフレームの期間と同様に、画素P1に対する露光と、画素P1からの信号の読み出しとが行われる。   The vertical scanning circuit 51 reads out charges from the photoelectric conversion unit 62 when the exposure period of the photoelectric conversion unit 62 ends. Here, the vertical scanning circuit 51 reads out charges from the photoelectric conversion unit 62 in parallel with reading out charges from the photoelectric conversion unit 61. The vertical scanning circuit 51 sets the control signal RST2 to H level at time t32 and then sets it to L level. Further, the vertical scanning circuit 51 sets the control signal TX4 to H level at time t33, and sets the control signal TX4 to L level at time t34. The photoelectric conversion unit 62 outputs the charge accumulated during the exposure period from time t36 to time t33 to the charge-voltage conversion unit 43 via the transfer unit 65. The amplifier 47 outputs a signal corresponding to the voltage converted by the charge-voltage converter 43 to the vertical signal line 48. In this way, at the time t34, the period of the second frame ends and the period of the next frame starts. In the next frame period after the second frame period, exposure to the pixel P1 and readout of the signal from the pixel P1 are performed as in the first frame period.

なお、上述の実施形態において、撮像素子1は、3つの波長帯の光を検出可能であるが、1つの波長帯の光(単色光)のみを検出するものであってもよいし、2つの波長帯の光のみ又は4つ以上の波長帯の光を検出するものであってもよい。また、画素配列は、ベイヤー配列でなくてもよく、任意に選択できる。また、撮像素子1は、不可視光領域に感度を有するものであってもよく、例えば赤外光と紫外光の少なくとも一方を検出するものであってもよい。   In the above-described embodiment, the imaging device 1 can detect light in three wavelength bands, but may detect only light in one wavelength band (monochromatic light), or two Only light in the wavelength band or light in four or more wavelength bands may be detected. Further, the pixel array need not be a Bayer array and can be arbitrarily selected. Further, the imaging device 1 may have sensitivity in the invisible light region, and may detect, for example, at least one of infrared light and ultraviolet light.

なお、図2、図6に示した選択部26および選択制御線27は、省略可能である。選択部26および選択制御線727が設けられていない場合には、転送部21、転送部41などをオン状態にするタイミングによって、画素Pから電荷を読み出すタイミングを制御できる。   Note that the selection unit 26 and the selection control line 27 shown in FIGS. 2 and 6 can be omitted. When the selection unit 26 and the selection control line 727 are not provided, the timing for reading out charges from the pixel P can be controlled by the timing at which the transfer unit 21, the transfer unit 41, and the like are turned on.

[第3実施形態]
次に、上述の実施形態で説明した撮像素子1を用いた撮像装置について説明する。図8は、本実施形態に係る撮像装置70の構成を示すブロック図である。図8に示す撮像装置70は、例えば、デジタルカメラ、スマートフォン、携帯電話、パーソナルコンピュータ、計測装置などの電子機器の少なくとも一部である。この撮像装置70は、レンズ部71、レンズ駆動部72、撮像素子1、制御部73、ワークメモリ74、表示部75、操作部76、及び記録部77を備える。
[Third Embodiment]
Next, an image pickup apparatus using the image pickup device 1 described in the above embodiment will be described. FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration of the imaging device 70 according to the present embodiment. The imaging device 70 illustrated in FIG. 8 is at least a part of an electronic device such as a digital camera, a smartphone, a mobile phone, a personal computer, or a measurement device. The imaging device 70 includes a lens unit 71, a lens driving unit 72, an imaging device 1, a control unit 73, a work memory 74, a display unit 75, an operation unit 76, and a recording unit 77.

レンズ部71は、例えば、複数のレンズを含む撮像光学系と、鏡筒とを備える。レンズ部71の撮像光学系は、被写体からの光を集光し、撮像素子1へ導く。レンズ部71の撮像光学系は、被写体の像を撮像素子1の受光層12(図1(C)参照)に形成する。レンズ部71は、撮像装置70のうち少なくとも制御部73を収容するボディと一体化されていてもよいし、このボディに対して着脱可能な交換式レンズであってもよい。レンズ部71は、フォーカスレンズを含んでいてもよく、またズームレンズを含んでいてもよい。レンズ駆動部72は、レンズ部71のレンズを駆動し、レンズ部71の焦点を調整する。   The lens unit 71 includes, for example, an imaging optical system including a plurality of lenses and a lens barrel. The imaging optical system of the lens unit 71 collects light from the subject and guides it to the imaging device 1. The imaging optical system of the lens unit 71 forms an image of the subject on the light receiving layer 12 of the imaging device 1 (see FIG. 1C). The lens unit 71 may be integrated with a body that houses at least the control unit 73 in the imaging device 70, or may be an interchangeable lens that can be attached to and detached from the body. The lens unit 71 may include a focus lens or may include a zoom lens. The lens driving unit 72 drives the lens of the lens unit 71 and adjusts the focal point of the lens unit 71.

制御部73は、撮像装置70の各部を制御する。制御部73は、撮像制御部80、画像処理部81、及び焦点検出部82を備える。   The control unit 73 controls each unit of the imaging device 70. The control unit 73 includes an imaging control unit 80, an image processing unit 81, and a focus detection unit 82.

撮像制御部80は、撮像素子1に指令を送ることにより、撮像素子1に撮像処理を実行させる。例えば、撮像制御部80は、図2などに示した撮像素子1の垂直走査回路51に指令を送ることにより、各光電変換部に対する露光を開始するタイミングおよび露光を終了するタイミングを制御する。また、撮像制御部80は、垂直走査回路51に指令を送ることにより、各画素から水平走査回路52へ信号を読み出すタイミングを制御する。また、撮像制御部80は、撮像素子1に指令を送ることにより、撮像結果を制御部73に出力(送信)させる。例えば、撮像制御部80は、水平走査回路52へ指令を送ることにより、水平走査回路52から制御部73へ撮像結果を出力させる。   The imaging control unit 80 causes the imaging device 1 to execute an imaging process by sending a command to the imaging device 1. For example, the imaging control unit 80 controls the timing at which exposure to each photoelectric conversion unit is started and the timing at which exposure is ended by sending a command to the vertical scanning circuit 51 of the imaging device 1 shown in FIG. Further, the imaging control unit 80 controls the timing of reading a signal from each pixel to the horizontal scanning circuit 52 by sending a command to the vertical scanning circuit 51. In addition, the imaging control unit 80 outputs (transmits) the imaging result to the control unit 73 by sending a command to the imaging element 1. For example, the imaging control unit 80 outputs an imaging result from the horizontal scanning circuit 52 to the control unit 73 by sending a command to the horizontal scanning circuit 52.

画像処理部81は、撮像素子1からの撮像結果を取得し、各種画像処理を実行する。画像処理部81は、ワークメモリ74をワークスペースとして、各画素の画素信号からなるRAWデータに対して画像処理を施し、画像データを生成する。ワークメモリ74は、画像処理部81による画像処理が行われる際に画像データなどを一時的に記憶する。   The image processing unit 81 acquires the imaging result from the imaging device 1 and executes various image processing. The image processing unit 81 uses the work memory 74 as a work space to perform image processing on RAW data composed of pixel signals of each pixel to generate image data. The work memory 74 temporarily stores image data and the like when image processing by the image processing unit 81 is performed.

本実施形態において、画像処理部81は、光電変換部3に電荷が蓄積される電荷に基づく第1出力信号と、光電変換部4に電荷が蓄積される電荷に基づく第2出力信号とを使って、ダイナミックレンジを広げるHDR処理を行う。この場合、撮像制御部80は、1フレームの期間のうち、光電変換部3に電荷が蓄積される期間(露光期間)と、光電変換部4に電荷が蓄積される期間(露光期間)とを、互いに異なる長さに設定する。   In the present embodiment, the image processing unit 81 uses the first output signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 3 and the second output signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 4. Thus, the HDR process for expanding the dynamic range is performed. In this case, the imaging control unit 80 includes a period (exposure period) in which charges are accumulated in the photoelectric conversion unit 3 and a period (exposure period) in which charges are accumulated in the photoelectric conversion unit 4 in one frame period. Set different lengths.

例えば、撮像制御部80は、図3に示したように、光電変換部3に対する露光期間を光電変換部4に対する露光期間よりも長く設定する。そして、画像処理部81は、露光期間が長い(露光量が多い)第1出力信号を使って撮像対象のうち相対的に暗い暗部の画像を生成する。また、画像処理部81は、露光期間が短い(露光量が少ない)第2出力信号を使って撮像対象のうち相対的に明るい明部の画像を生成する。画像処理部81は、暗部の画像と明部の画像とを合成することにより、明部の飽和を抑えつつ暗部を明るく表した画像を生成する。   For example, as illustrated in FIG. 3, the imaging control unit 80 sets the exposure period for the photoelectric conversion unit 3 to be longer than the exposure period for the photoelectric conversion unit 4. Then, the image processing unit 81 uses the first output signal having a long exposure period (a large amount of exposure) to generate an image of a darker dark part of the imaging target. In addition, the image processing unit 81 generates an image of a brighter bright portion of the imaging target using the second output signal having a short exposure period (small exposure amount). The image processing unit 81 synthesizes the dark part image and the bright part image, thereby generating an image representing the dark part brightly while suppressing saturation of the bright part.

なお、撮像装置70は、HDR処理を行って画像データを生成するモードと、HDR処理を行わないで画像データを生成するモードとを切り替え可能である。HDR処理を行わない場合、撮像制御部80は、撮像制御部80は、光電変換部3に電荷が蓄積される期間と、光電変換部4に電荷が蓄積される期間とを異なる長さに設定する。画像処理部81は、例えば、光電変換部3に蓄積される電荷に基づく第1出力信号と、光電変換部4に蓄積される電荷に基づく第2出力信号とを足し合わせて、画像データを生成する。   Note that the imaging device 70 can switch between a mode in which image data is generated by performing HDR processing and a mode in which image data is generated without performing HDR processing. When HDR processing is not performed, the imaging control unit 80 sets the period during which charges are accumulated in the photoelectric conversion unit 3 and the period during which charges are accumulated in the photoelectric conversion unit 4 to different lengths. To do. For example, the image processing unit 81 adds the first output signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 3 and the second output signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 4 to generate image data. To do.

画像処理部81は、上述のHDR処理の他にも種々の画像処理を実行できる。例えば、画像処理部81は、ベイヤー配列で得られた信号に対して色信号処理(色調補正)を行うことによりRGB画像信号を生成する。また、画像処理部81は、RGB画像信号に対して、ホワイトバランス調整、シャープネス調整、ガンマ補正、階調調整などの画像処理を行う。また、画像処理部81は、必要に応じて、所定の圧縮形式(JPEG形式、MPEG形式等)で圧縮する処理を行う。制御部73は、画像処理部81が生成した画像データを記録部77に出力可能である。また、制御部73は、画像処理部81が生成した画像データを表示部75に出力可能である。   The image processing unit 81 can execute various image processing in addition to the above-described HDR processing. For example, the image processing unit 81 generates an RGB image signal by performing color signal processing (color tone correction) on a signal obtained by the Bayer array. The image processing unit 81 performs image processing such as white balance adjustment, sharpness adjustment, gamma correction, and gradation adjustment on the RGB image signal. Further, the image processing unit 81 performs a process of compressing in a predetermined compression format (JPEG format, MPEG format, etc.) as necessary. The control unit 73 can output the image data generated by the image processing unit 81 to the recording unit 77. The control unit 73 can output the image data generated by the image processing unit 81 to the display unit 75.

画像処理部81は、例えば特開2010−16621号公報(US2010/0002940号)に記載されているように、画像データから主要被写体を検出する処理を行う。ここで、「主要被写体」とは、撮像される対象物である被写体のうち、使用者(撮影者)に注目される被写体又は使用者に注目されると推定される被写体のことをいう。主要被写体は、画像データ中に1つだけ存在する場合に限らず、複数存在する場合もある。また、画像処理部81は、例えば特開2010−16621号公報(US2010/0002940号)に記載されているように、画像データに含まれる人体を主要被写体として検出する。   The image processing unit 81 performs processing for detecting a main subject from image data as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-16621 (US2010 / 0002940). Here, the “main subject” refers to a subject that is an object to be imaged, a subject that is noticed by the user (photographer), or a subject that is estimated to be noticed by the user. The number of main subjects is not limited to one in the image data, and there may be a plurality of main subjects. The image processing unit 81 detects a human body included in the image data as a main subject as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-16621 (US2010 / 0002940).

画像処理部81が画像処理を行う際に参照されるパラメータは、制御パラメータ(撮像条件)に含まれる。例えば、色信号処理(色調補正)、ホワイトバランス調整、階調調整、圧縮率などのパラメータが制御パラメータに含まれる。電荷の蓄積時間などに応じて撮像素子1から読み出される信号が変化し、その信号の変化に応じて画像処理を行う際に参照されるパラメータも変化する。   Parameters referred to when the image processing unit 81 performs image processing are included in the control parameters (imaging conditions). For example, parameters such as color signal processing (tone correction), white balance adjustment, gradation adjustment, and compression rate are included in the control parameters. The signal read from the image sensor 1 changes according to the charge accumulation time, and the parameters referred to when performing image processing also change according to the change in the signal.

画像処理部81は、撮像素子1から時系列的に得られる複数のフレームのうち所定タイミングごとのフレームを抽出する。または、画像処理部81は、撮像素子1から時系列的に得られる複数のフレームのうち所定タイミングごとのフレームを廃棄する。これにより、データ量を減らすことができるため、後段処理の負荷を軽減することができる。また、画像処理部81は、撮像素子1から時系列的に得られる複数のフレームに基づいて、各フレーム間に補間する1又は複数のフレームを算出する。そして、画像処理部81は、算出した1又は複数のフレームを各フレーム間に追加する。これにより、動画再生時においてより滑らかな動きの動画を再生することができる。   The image processing unit 81 extracts frames at predetermined timings from a plurality of frames obtained in time series from the image sensor 1. Alternatively, the image processing unit 81 discards frames at a predetermined timing among a plurality of frames obtained in time series from the image sensor 1. Thereby, since the amount of data can be reduced, it is possible to reduce the load of subsequent processing. In addition, the image processing unit 81 calculates one or a plurality of frames to be interpolated between the frames based on a plurality of frames obtained in time series from the image sensor 1. Then, the image processing unit 81 adds one or more calculated frames between the frames. As a result, a moving image with smoother motion can be reproduced during moving image reproduction.

焦点検出部82は、撮像素子1から出力された信号を使って、レンズ部71の撮像光学系の焦点情報(合焦に関する情報)を検出する。焦点検出部82は、例えば、位相差方式の焦点検出を行う。焦点検出部82が焦点情報を検出する場合、撮像制御部80は、例えば、図4(D)に示したように光電変換部3に電荷が蓄積される期間と、光電変換部4に電荷が蓄積される期間とを同じ長さに設定する。焦点検出部82は、光電変換部3に蓄積される電荷に基づく第1出力信号と、光電変換部4に蓄積される電荷に基づく第2出力信号とを比較し、焦点情報を検出する。   The focus detection unit 82 detects focus information (information on focusing) of the imaging optical system of the lens unit 71 using the signal output from the imaging device 1. The focus detection unit 82 performs, for example, phase difference type focus detection. When the focus detection unit 82 detects focus information, the imaging control unit 80, for example, as shown in FIG. 4D, the period in which charges are accumulated in the photoelectric conversion unit 3 and the charge in the photoelectric conversion unit 4 are stored. Set the accumulated period to the same length. The focus detection unit 82 compares the first output signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 3 and the second output signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 4 to detect focus information.

例えば、焦点検出部82は、第1出力信号のレベルと第2出力信号のレベルの差が閾値以下である場合、撮像素子1の受光層12にレンズ部71の焦点が合っていると判定する。また、焦点検出部82は、第1出力信号のレベルと第2出力信号のレベルの差が閾値より大きく、かつ第1出力信号と第2出力信号の一方のレベルが他方のレベルよりも高い場合、焦点が受光層12よりも物体面側にある(前ピン)であると判定する。また、焦点検出部82は、第1出力信号のレベルと第2出力信号のレベルの差が閾値より大きく、かつ第1出力信号と第2出力信号の他方のレベルが一方のレベルよりも高い場合、焦点が受光層12よりも物体面側にある(前ピン)であると判定する。なお、焦点検出部82は、第1出力信号のレベルと第2出力信号のレベルの差に基づき、レンズ部71の焦点と光電変換部(受光層12)とのずれ量を焦点情報として検出してもよい。   For example, when the difference between the level of the first output signal and the level of the second output signal is equal to or smaller than the threshold value, the focus detection unit 82 determines that the lens unit 71 is in focus on the light receiving layer 12 of the image sensor 1. . Further, the focus detection unit 82 has a case where the difference between the level of the first output signal and the level of the second output signal is larger than the threshold value, and one level of the first output signal and the second output signal is higher than the other level. The focus is determined to be on the object plane side of the light receiving layer 12 (front pin). Further, the focus detection unit 82 has a case where the difference between the level of the first output signal and the level of the second output signal is larger than the threshold value, and the other level of the first output signal and the second output signal is higher than one level. The focus is determined to be on the object plane side of the light receiving layer 12 (front pin). The focus detection unit 82 detects the amount of deviation between the focus of the lens unit 71 and the photoelectric conversion unit (light receiving layer 12) as focus information based on the difference between the level of the first output signal and the level of the second output signal. May be.

焦点検出部82は、検出した焦点情報を撮像制御部80に供給する。撮像制御部80は、例えば、焦点検出部82が検出した焦点情報を使って、光電変換部に焦点を合わせるために必要なレンズ駆動部72による駆動量を算出する。撮像制御部80は、算出した駆動量に基づきレンズ駆動部72に指令を送ることにより、レンズ部71の焦点を制御する。   The focus detection unit 82 supplies the detected focus information to the imaging control unit 80. For example, the imaging control unit 80 uses the focus information detected by the focus detection unit 82 to calculate a driving amount by the lens driving unit 72 necessary for focusing on the photoelectric conversion unit. The imaging control unit 80 controls the focal point of the lens unit 71 by sending a command to the lens driving unit 72 based on the calculated driving amount.

なお、焦点検出部82が焦点情報を検出する場合、撮像制御部80は、光電変換部3に電荷が蓄積される期間と、光電変換部4に電荷が蓄積される期間とを異なる長さに設定してもよい。この場合に、焦点検出部82は、露光期間の長さを光電変換部3と光電変換部4とで揃えた場合の出力信号のレベルの推定値に基づき、焦点情報を検出してもよい。   When the focus detection unit 82 detects focus information, the imaging control unit 80 sets the period in which charges are accumulated in the photoelectric conversion unit 3 and the period in which charges are accumulated in the photoelectric conversion unit 4 to have different lengths. It may be set. In this case, the focus detection unit 82 may detect the focus information based on the estimated value of the level of the output signal when the length of the exposure period is aligned between the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4.

例えば、撮像制御部80は、撮像素子1の水平走査回路52に指令を送ることにより、アンプ55の増幅率とアンプ56の増幅率の少なくとも一方を制御し、光電変換部3と光電変換部4とで露光期間の長さが揃っている状態に相当する信号を出力させてもよい。例えば、光電変換部3に対する露光期間の長さが光電変換部4に対する露光期間の長さの2倍である場合、撮像制御部80は、アンプ55の増幅率をアンプ56の増幅率の半分に調整してもよい。また、制御部73(例、画像処理部81、焦点検出部82)は、光電変換部3と光電変換部4とで露光期間の長さが揃っている状態に相当する信号のレベルを演算してもよい。   For example, the imaging control unit 80 controls at least one of the amplification factor of the amplifier 55 and the amplification factor of the amplifier 56 by sending a command to the horizontal scanning circuit 52 of the imaging element 1, and the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4. And a signal corresponding to a state in which the length of the exposure period is uniform may be output. For example, when the length of the exposure period for the photoelectric conversion unit 3 is twice the length of the exposure period for the photoelectric conversion unit 4, the imaging control unit 80 sets the amplification factor of the amplifier 55 to half the amplification factor of the amplifier 56. You may adjust. In addition, the control unit 73 (for example, the image processing unit 81 and the focus detection unit 82) calculates a signal level corresponding to a state in which the lengths of exposure periods are the same in the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4. May be.

表示部75は、例えば液晶表示パネルを含み、制御部73から供給される画像データに従って画像を表示する。制御部73から供給される画像データは、撮像素子1で撮像された画像(例、静止画、動画、ライブビュー画像)に基づく画像データ、撮像装置70の撮影条件などの設定を示す画像の画像データなどである。ライブビュー画像は、画像処理部81で生成された画像データを表示部75に順次出力して表示部75に表示される画像である。ライブビュー画像は、撮像素子1により撮像されている被写体の画像を使用者が確認するために用いられる。ライブビュー画像は、スルー画やプレビュー画像とも呼ばれる。表示部75は、タッチパネルなどの入力部を含んでいてもよい。   The display unit 75 includes, for example, a liquid crystal display panel, and displays an image according to image data supplied from the control unit 73. The image data supplied from the control unit 73 is an image image indicating settings such as image data based on an image (for example, a still image, a moving image, and a live view image) captured by the image sensor 1 and imaging conditions of the imaging device 70. Data. The live view image is an image displayed on the display unit 75 by sequentially outputting the image data generated by the image processing unit 81 to the display unit 75. The live view image is used for the user to confirm the image of the subject imaged by the image sensor 1. The live view image is also called a through image or a preview image. The display unit 75 may include an input unit such as a touch panel.

操作部76は、例えば、撮像装置70がカメラである場合、使用者によって操作されるレリーズスイッチ、動画スイッチ、各種の操作スイッチなどである。操作部76は、使用者による操作に応じた信号を制御部73に出力する。例えば、制御部73は、操作部76の操作に応じて、撮像素子1に撮像処理を実行させる。また、制御部73は、撮影条件などを示す画像を表示部75に表示させ、操作部76は使用者からの入力を受け付けることができる。   For example, when the imaging device 70 is a camera, the operation unit 76 is a release switch, a moving image switch, various operation switches, and the like operated by a user. The operation unit 76 outputs a signal corresponding to the operation by the user to the control unit 73. For example, the control unit 73 causes the image sensor 1 to execute an imaging process in response to an operation of the operation unit 76. In addition, the control unit 73 can display an image indicating shooting conditions and the like on the display unit 75, and the operation unit 76 can accept input from the user.

記録部77は、メモリカードなどの記憶媒体83を装着可能なカードスロットを有する。記録部77は、カードスロットに装着された記憶媒体83に画像処理部81において生成された画像データや各種データを記憶する。例えば、制御部73は、操作部76の操作に応じて撮像素子1に撮像させた画像に基づくデータを、記憶媒体83に記憶させる。制御部73は、例えば、HDR処理により生成された画像データと記憶媒体83に記憶させてもよいし、HDR処理を行わないで生成された画像データと記憶媒体83に記憶させてもよい。また、制御部73は、光電変換部3に蓄積される電荷に基づく第1出力信号を元に生成された第1画像データと、光電変換部4に蓄積される電荷に基づく第2出力信号を元に生成された第2画像データとを分けて、記憶媒体83に記憶させてもよい。第1画像データは、第2出力信号を使わないで生成された画像データであってもよいし、第2画像データは、第1出力信号を使わないで生成された画像データであってもよい。   The recording unit 77 has a card slot into which a storage medium 83 such as a memory card can be mounted. The recording unit 77 stores the image data generated by the image processing unit 81 and various data in the storage medium 83 attached to the card slot. For example, the control unit 73 causes the storage medium 83 to store data based on an image captured by the image sensor 1 in response to an operation of the operation unit 76. For example, the control unit 73 may store the image data generated by the HDR process and the storage medium 83, or may store the image data generated without performing the HDR process and the storage medium 83. In addition, the control unit 73 receives the first image data generated based on the first output signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 3 and the second output signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 4. The originally generated second image data may be separately stored in the storage medium 83. The first image data may be image data generated without using the second output signal, and the second image data may be image data generated without using the first output signal. .

次に、撮像装置70がカメラである場合の動作について説明する。図9は、撮像装置70の動作の一例を示すフローチャートである。ステップS1において、撮像制御部80は、静止画モードに設定されているかを判定する。   Next, an operation when the imaging device 70 is a camera will be described. FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of the operation of the imaging device 70. In step S1, the imaging control unit 80 determines whether the still image mode is set.

まず、静止画モードに設定されている場合について説明する。撮像制御部80は、ステップS1において静止画モードに設定されていると判定した場合(ステップS1;Yes)、ステップS2において、HDRモードに設定されているか否かを判定する。撮像制御部80は、ステップS2においてHDRモードに設定されていると判定した場合(ステップS2;Yes)、ステップS3において、露光期間を設定する。ここでは、初期状態において、光電変換部3と光電変換部4とで露光期間が同じに設定されているものとする。撮像制御部80は、ステップS3において、光電変換部3に対する露光期間の長さを光電変換部4に対する露光期間と異なる長さに設定する。   First, a case where the still image mode is set will be described. When it is determined in step S1 that the still image mode is set (step S1; Yes), the imaging control unit 80 determines in step S2 whether or not the HDR mode is set. When it is determined that the HDR mode is set in step S2 (step S2; Yes), the imaging control unit 80 sets an exposure period in step S3. Here, in the initial state, it is assumed that the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4 have the same exposure period. In step S <b> 3, the imaging control unit 80 sets the length of the exposure period for the photoelectric conversion unit 3 to be different from the exposure period for the photoelectric conversion unit 4.

撮像制御部80は、ステップS2においてHDRモードに設定されていないと判定した場合(ステップS2;No)、又はステップS3の処理が終了した場合、ステップS4においてレリーズスイッチ(以下、レリーズSWと略記する)が操作されたか否かを判定する。ステップS4において、撮像制御部80は、レリーズSWが半押しされたと判定した場合(ステップS4;Yes)、ステップS5においてオート露出処理(AE処理)を行う。また、ステップS4において、撮像制御部80は、レリーズSWが操作されていないと判定した場合(ステップS4;No)、レリーズSWの操作のモニターを継続する。なお、ステップS4において、撮像制御部80は、レリーズSWが全押しされたと判定した場合、後に説明するステップS8の撮像処理を撮像素子1に実行させる。   If the imaging control unit 80 determines in step S2 that the HDR mode is not set (step S2; No), or if the processing in step S3 ends, a release switch (hereinafter abbreviated as release SW) in step S4. ) Has been operated. In step S4, when it is determined that the release SW is half-pressed (step S4; Yes), the imaging control unit 80 performs an auto exposure process (AE process) in step S5. In Step S4, when it is determined that the release SW has not been operated (Step S4; No), the imaging control unit 80 continues to monitor the operation of the release SW. In step S4, when it is determined that the release SW is fully pressed, the imaging control unit 80 causes the imaging device 1 to execute the imaging process in step S8 described later.

撮像制御部80は、ステップS5の処理が終了した後、ステップS6においてオートフォーカス処理(AF処理)を行う。ステップS5において、撮像制御部80は、撮像素子1に撮像処理を実行させる。また、焦点検出部82は、光電変換部3に蓄積される電荷に基づく第1出力信号、及び光電変換部4に蓄積される電荷に基づく第2出力信号を使って、焦点情報を検出する。また。撮像制御部80は、焦点検出部82が検出した焦点情報に基づいて、レンズ駆動部72を制御し、レンズ部71の焦点を調整する。   The imaging control unit 80 performs autofocus processing (AF processing) in step S6 after the processing in step S5 is completed. In step S5, the imaging control unit 80 causes the imaging device 1 to perform imaging processing. Further, the focus detection unit 82 detects focus information using the first output signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 3 and the second output signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 4. Also. The imaging control unit 80 controls the lens driving unit 72 based on the focus information detected by the focus detection unit 82 and adjusts the focus of the lens unit 71.

なお、HDRモードに設定されている場合に、撮像制御部80は、ステップS5の処理が終了した後、またはステップS6の処理が終了した後に、ライブビュー画像を表示部75に表示させてもよい。また、撮像制御部80は、光電変換部3に対する露光期間の長さと光電変換部4に対する露光期間の長さの少なくとも一方の変更を要求する入力を受け付けてもよい。例えば、使用者は、ライブビュー画像を見ながら、HDR処理における明るさの設定を変更できる。また、撮像制御部80は、例えばライブビュー画像における画素値の分布などに基づいて、光電変換部3に対する露光期間の長さと光電変換部4に対する露光期間の長さの少なくとも一方を自動で変更してもよい。また、撮像制御部80は、このような露光期間の変更処理を、例えばステップS4においてレリーズSWの操作をモニターしている間に実行してもよい。   When the HDR mode is set, the imaging control unit 80 may display the live view image on the display unit 75 after the process of step S5 is completed or after the process of step S6 is completed. . Further, the imaging control unit 80 may accept an input requesting to change at least one of the length of the exposure period for the photoelectric conversion unit 3 and the length of the exposure period for the photoelectric conversion unit 4. For example, the user can change the brightness setting in the HDR process while viewing the live view image. In addition, the imaging control unit 80 automatically changes at least one of the length of the exposure period for the photoelectric conversion unit 3 and the length of the exposure period for the photoelectric conversion unit 4 based on, for example, the distribution of pixel values in the live view image. May be. Further, the imaging control unit 80 may execute such an exposure period changing process while monitoring the operation of the release SW in step S4, for example.

また、撮像制御部80は、AE処理の結果を利用して、アンプ55の増幅率とアンプ56の増幅率の少なくとも一方を調整してもよい。例えば、撮像制御部80は、光電変換部3と光電変換部4のうち露光時間が長い方に合わせて、撮像対象のうち暗い暗部が検出できるように絞りを設定し、この条件で露光時間が短い方で出力が飽和しないように、増幅率を調整してもよい。   Further, the imaging control unit 80 may adjust at least one of the amplification factor of the amplifier 55 and the amplification factor of the amplifier 56 using the result of the AE process. For example, the imaging control unit 80 sets an aperture so that a dark dark part of the imaging target can be detected in accordance with the longer exposure time of the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4, and the exposure time is set under these conditions. The amplification factor may be adjusted so that the output is not saturated at the shorter side.

撮像制御部80は、ステップS6の処理が終了した後、ステップS7においてレリーズSWが操作されたか否かを判定する。撮像制御部80は、ステップS7においてレリーズSWが全押しされたと判定した場合(ステップS7;Yes)、ステップS8において撮像素子1に撮像処理を実行させる。また、撮像制御部80は、ステップS7においてレリーズSWが操作されていないと判定した場合(ステップS7;No)、レリーズSWの操作のモニターを継続する。なお、ステップS7において、撮像制御部80は、レリーズSWが半押しされたと判定した場合、ステップS5のAE処理およびステップS6のAF処理を再度実行した後、レリーズSWの操作のモニターを継続する。   The imaging control unit 80 determines whether or not the release SW is operated in step S7 after the process of step S6 is completed. When it is determined in step S7 that the release SW has been fully pressed (step S7; Yes), the imaging control unit 80 causes the imaging device 1 to perform an imaging process in step S8. If it is determined in step S7 that the release SW is not operated (step S7; No), the imaging control unit 80 continues to monitor the operation of the release SW. In step S7, if the imaging control unit 80 determines that the release SW has been half-pressed, the imaging control unit 80 continues to monitor the operation of the release SW after executing the AE process in step S5 and the AF process in step S6 again.

HDRモードに設定されている場合に、撮像制御部80は、ステップS8において、垂直走査回路51から出力される各種制御信号を例えば図3に示した波形に設定する。また、HDRモードに設定されていない場合に、撮像制御部80は、ステップS8において、垂直走査回路51から出力される各種制御信号を例えば図4(D)に示した波形に設定する。撮像制御部80は、1フレームの期間が終了した後、水平走査回路52に撮像結果を出力させる。   When the HDR mode is set, the imaging control unit 80 sets various control signals output from the vertical scanning circuit 51 to, for example, the waveforms shown in FIG. 3 in step S8. When the HDR mode is not set, the imaging control unit 80 sets various control signals output from the vertical scanning circuit 51 to, for example, the waveforms shown in FIG. 4D in step S8. The imaging control unit 80 causes the horizontal scanning circuit 52 to output an imaging result after the period of one frame ends.

制御部73は、ステップS8の処理が終了した後に、ステップS9において、撮像結果に応じた画像データを画像処理部81に生成させる。HDRモードに設定されている場合に、画像処理部81は、ステップS9においてHDR処理を行って画像データを生成する。また、HDRモードに設定されていない場合に、画像処理部81は、ステップS9においてHDR処理を行わないで画像データを生成する。制御部73は、ステップS9の処理が終了した後に、ステップS8で生成された画像データを、ステップS10において記憶部7と表示部75の少なくとも一方に出力する。このようにして、一連の処理が終了する。   After the process of step S8 ends, the control unit 73 causes the image processing unit 81 to generate image data corresponding to the imaging result in step S9. When the HDR mode is set, the image processing unit 81 performs HDR processing in step S9 to generate image data. If the HDR mode is not set, the image processing unit 81 generates image data without performing HDR processing in step S9. After the process of step S9 is completed, the control unit 73 outputs the image data generated in step S8 to at least one of the storage unit 7 and the display unit 75 in step S10. In this way, a series of processing ends.

次に、動画モードに設定されている場合(静止画モードに設定されていない場合)について説明する。動画モードに設定されている場合、撮像制御部80は、例えば、画角の中央または使用者が指定する位置にフォーカスを合わせる。撮像制御部80は、ステップS1において静止画モードに設定されていないと判定した場合(ステップS1;No)、ステップS11において、HDRモードに設定されているか否かを判定する。撮像制御部80は、ステップS11においてHDRモードに設定されていると判定した場合(ステップS11;Yes)、ステップS12において、露光期間を設定する。ここでは、初期状態において、光電変換部3と光電変換部4とで露光期間が同じに設定されているものとする。撮像制御部80は、ステップS12において、光電変換部3に対する露光期間の長さを光電変換部4に対する露光期間と異なる長さに設定する。   Next, a case where the moving image mode is set (when the still image mode is not set) will be described. When the moving image mode is set, the imaging control unit 80 focuses on, for example, the center of the angle of view or a position designated by the user. If it is determined in step S1 that the still image mode is not set (step S1; No), the imaging control unit 80 determines whether or not the HDR mode is set in step S11. When it is determined that the HDR mode is set in step S11 (step S11; Yes), the imaging control unit 80 sets an exposure period in step S12. Here, in the initial state, it is assumed that the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4 have the same exposure period. In step S <b> 12, the imaging control unit 80 sets the length of the exposure period for the photoelectric conversion unit 3 to a length different from the exposure period for the photoelectric conversion unit 4.

撮像制御部80は、ステップS11においてHDRモードに設定されていないと判定した場合(ステップS11;No)、又はステップS12の処理が終了した場合、ステップS13において、録画の開始を要求する動画スイッチ(以下、動画SWと略記する)の操作が行われたか否かを判定する。ステップS13において、撮像制御部80は、動画SWが操作されたと判定した場合(ステップS13;Yes)、ステップS14において撮像素子1に撮像処理を実行させる。また、ステップS13において、撮像制御部80は、動画SWが操作されていないと判定した場合(ステップS13;No)、動画SWの操作のモニターを継続する。   If the imaging control unit 80 determines in step S11 that the HDR mode is not set (step S11; No), or if the process in step S12 ends, in step S13, a video switch (step S13) that requests the start of recording. Hereinafter, it is determined whether or not an operation of abbreviated as moving image SW has been performed. In step S13, when it is determined that the moving image SW has been operated (step S13; Yes), the imaging control unit 80 causes the imaging device 1 to perform an imaging process in step S14. In Step S13, when it is determined that the moving image SW is not operated (Step S13; No), the imaging control unit 80 continues monitoring the operation of the moving image SW.

HDRモードに設定されている場合に、撮像制御部80は、ステップS14において、垂直走査回路51から出力される各種制御信号を例えば図3に示した波形に設定する。また、HDRモードに設定されていない場合に、撮像制御部80は、ステップS14において、垂直走査回路51から出力される各種制御信号を例えば図4(D)に示した波形に設定する。撮像制御部80は、1フレームの期間が終了した後、水平走査回路52に撮像結果を出力させる。   When the HDR mode is set, the imaging control unit 80 sets various control signals output from the vertical scanning circuit 51 to, for example, the waveforms shown in FIG. 3 in step S14. When the HDR mode is not set, the imaging control unit 80 sets various control signals output from the vertical scanning circuit 51 to, for example, the waveforms illustrated in FIG. 4D in step S14. The imaging control unit 80 causes the horizontal scanning circuit 52 to output an imaging result after the period of one frame ends.

制御部73は、ステップS14の処理が終了した後に、撮像結果に応じた画像データを画像処理部81に生成させる。HDRモードに設定されている場合に、画像処理部81は、HDR処理を行って画像データを生成する。また、HDRモードに設定されていない場合に、画像処理部81は、HDR処理を行わないで画像データを生成する。制御部73は、画像処理部81が生成した画像データを、記憶部7と表示部75の少なくとも一方に出力する。   The control unit 73 causes the image processing unit 81 to generate image data corresponding to the imaging result after the process of step S14 is completed. When the HDR mode is set, the image processing unit 81 performs HDR processing to generate image data. When the HDR mode is not set, the image processing unit 81 generates image data without performing HDR processing. The control unit 73 outputs the image data generated by the image processing unit 81 to at least one of the storage unit 7 and the display unit 75.

撮像制御部80は、ステップS14の処理が終了した場合、ステップS15において、録画の終了を要求する動画SWの操作が行われたか否かを判定する。撮像制御部80は、ステップS15において動画SWが操作されたと判定した場合(ステップS15;Yes)、一連の処理を終了する。また、撮像制御部80は、ステップS15において動画SWが操作されていないと判定した場合(ステップS15;No)、ステップS16において所定のフレーム数の撮像が終了したか否かを判定する。撮像制御部80は、ステップS16において所定のフレーム数の撮像が終了していないと判定した場合(ステップS16;No)、ステップS14に戻り、次のフレームの撮像処理を撮像素子1に実行させる。   When the process of step S14 ends, the imaging control unit 80 determines whether the operation of the moving image SW that requests the end of the recording is performed in step S15. When it is determined in step S15 that the moving image SW has been operated (step S15; Yes), the imaging control unit 80 ends the series of processes. Further, when it is determined in step S15 that the moving image SW has not been operated (step S15; No), the imaging control unit 80 determines whether imaging of a predetermined number of frames has been completed in step S16. If the imaging control unit 80 determines in step S16 that imaging for a predetermined number of frames has not been completed (step S16; No), the imaging control unit 80 returns to step S14 and causes the imaging device 1 to perform imaging processing for the next frame.

撮像制御部80は、ステップS16において所定のフレーム数の撮像が終了したと判定した場合(ステップS15;Yes)、ステップS17においてAF処理を実行する。ステップS16において、撮像制御部80は、撮像素子1に撮像処理を実行させる。また、焦点検出部82は、光電変換部3に蓄積される電荷に基づく第1出力信号、及び光電変換部4に蓄積される電荷に基づく第2出力信号を使って、焦点情報を検出する。また。撮像制御部80は、焦点検出部82が検出した焦点情報に基づいて、レンズ駆動部72を制御し、レンズ部71の焦点を調整する。   If it is determined in step S16 that imaging for a predetermined number of frames has been completed (step S15; Yes), the imaging control unit 80 performs AF processing in step S17. In step S <b> 16, the imaging control unit 80 causes the imaging device 1 to perform imaging processing. Further, the focus detection unit 82 detects focus information using the first output signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 3 and the second output signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 4. Also. The imaging control unit 80 controls the lens driving unit 72 based on the focus information detected by the focus detection unit 82 and adjusts the focus of the lens unit 71.

ステップS17において、撮像制御部80は、出力される動画のフレーム間の期間に撮像処理を実行させ、その結果を使ってAF処理を実行してもよい。また、ステップS17において、撮像制御部80は、出力される動画のフレームの画像データを使ってAF処理を実行してもよい。また、撮像制御部80は、複数の画素Pのそれぞれの出力を使ってAF処理を実行してもよいし、複数の画素Pのうち一部の画素Pから出力される信号を使って、AF処理を実行してもよい。一部の画素Pから出力される信号を使ってAF処理を実行する場合に、一部の画素Pは、複数の画素Pのうち固定されていてもよいし、AF処理ごとに異なる画素に変更されてもよい。また、HDRモードに設定される場合に、AF処理に用いる一部の画素Pについては、光電変換部3と光電変換部4とで露光期間の長さを同じに設定してもよい。   In step S17, the imaging control unit 80 may cause the imaging process to be executed during a period between frames of the output moving image, and execute the AF process using the result. In step S <b> 17, the imaging control unit 80 may execute the AF process using the image data of the output moving image frame. In addition, the imaging control unit 80 may execute the AF process using the outputs of the plurality of pixels P, or may use the signals output from some of the pixels P to perform AF processing. Processing may be executed. When performing AF processing using signals output from some of the pixels P, some of the pixels P may be fixed among the plurality of pixels P or changed to different pixels for each AF processing. May be. When the HDR mode is set, the exposure period length may be set to be the same for the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4 for some of the pixels P used for the AF processing.

なお、所定のフレーム数は、レンズ駆動部72の応答速度などに応じて設定される。例えば、撮像制御部80が指定する駆動量をレンズ駆動部72が達成するのに必要な時間が1秒であり、フレームレートが30FPSである場合に、所定のフレーム数は、30フレームを下限値とする任意の値に設定される。所定のフレーム数は、例えばデフォルト値が設定されおり、使用者の指定により上記の下限値以上の値に変更可能である。   The predetermined number of frames is set according to the response speed of the lens driving unit 72 and the like. For example, when the time required for the lens driving unit 72 to achieve the driving amount specified by the imaging control unit 80 is 1 second and the frame rate is 30 FPS, the predetermined number of frames is set to the lower limit of 30 frames. Is set to an arbitrary value. For example, a default value is set as the predetermined number of frames, and can be changed to a value equal to or more than the lower limit value specified by the user.

撮像制御部80は、ステップS17の処理が終了した後に、ステップS13に戻り、次のフレームの撮像処理を撮像素子1に実行させる。このように、撮像制御部80は、ステップS14において録画の中止を要求する動画SWの操作が行われたと判定するまで、ステップS13の撮像処理を繰り返し実行させる。また、撮像制御部80は、所定のフレーム数の撮像処理が行われるたびに、ステップS17のAF処理を実行する。   The imaging control unit 80 returns to step S13 after the processing of step S17 is completed, and causes the imaging device 1 to perform imaging processing of the next frame. As described above, the imaging control unit 80 repeatedly executes the imaging process in step S13 until it is determined in step S14 that the operation of the moving image SW requesting the stop of the recording has been performed. Further, the imaging control unit 80 executes the AF process in step S17 every time an imaging process for a predetermined number of frames is performed.

上述のような制御部73は、例えばCPU(Central Processing Unit)を含み、このCPUが撮像制御プログラムに従って、少なくとも1つの処理を実行する態様であってもよい。この撮像制御プログラムは、制御部73に、第1画素に配置され光を電荷に変換する光電変換部3および光電変換部4のうち、光電変換部3から、1フレームの期間のうち第1期間に、電荷を転送させることと、光電変換部4から、1フレームの期間のうち第1期間と異なる第2期間に、電荷を転送させることとを実行させてもよい。また、制御部73は、ASICなどの演算回路を含んでいてもよい。例えば、画像処理部81は、演算回路を含み、この演算回路が少なくとも1つの処理を実行する態様でもよい。   The control unit 73 as described above may include a CPU (Central Processing Unit), for example, and the CPU may execute at least one process according to the imaging control program. This imaging control program is provided in the control unit 73 from the photoelectric conversion unit 3 among the photoelectric conversion unit 3 and the photoelectric conversion unit 4 that are arranged in the first pixel and converts light into electric charge. In addition, the charge may be transferred and the charge may be transferred from the photoelectric conversion unit 4 in a second period different from the first period in one frame period. The control unit 73 may include an arithmetic circuit such as an ASIC. For example, the image processing unit 81 may include an arithmetic circuit, and the arithmetic circuit may execute at least one process.

本実施形態に係る撮像装置70は、撮像素子1の1画素に複数の光電変換部が配置されているので、撮像画像の解像度を下げることなくダイナミックレンジを広げることができる。また、光電変換部3から電荷を転送するための転送部21と光電変換部4から電荷を転送するための転送部41とを独立して制御できるので、フレームレートの低下を抑制できる。また、撮像装置70は、光電変換部3に蓄積される電荷に基づく第1出力信号と、光電変換部4に蓄積される電荷に基づく第2出力信号とを使って、AF処理を行うこともできる。   In the imaging device 70 according to the present embodiment, since a plurality of photoelectric conversion units are arranged in one pixel of the imaging device 1, the dynamic range can be expanded without reducing the resolution of the captured image. In addition, since the transfer unit 21 for transferring charges from the photoelectric conversion unit 3 and the transfer unit 41 for transferring charges from the photoelectric conversion unit 4 can be controlled independently, a decrease in frame rate can be suppressed. In addition, the imaging device 70 may perform AF processing using the first output signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 3 and the second output signal based on the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 4. it can.

なお、本発明の技術範囲は、上記の実施形態あるいは変形例に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態あるいは変形例で説明した要件の1つ以上は、省略されることがある。また、上記の実施形態あるいは変形例で説明した要件は、適宜組み合わせることができる。   The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment or modification. For example, one or more of the requirements described in the above embodiments or modifications may be omitted. In addition, the requirements described in the above embodiments or modifications can be combined as appropriate.

1 撮像素子、3 光電変換部、4 光電変換部、P 画素、21 転送部、22 転送制御線、23 電荷電圧変換部、24 リセット部、25 リセット制御線、41 転送部、42 転送制御線、43 電荷電圧変換部、44 リセット部、45 リセット制御線、55 アンプ、56 アンプ、60 光電変換部、61 光電変換部、62 光電変換部、63 転送部、64 転送制御線、65 転送部、66 転送制御線、70 撮像装置、80 撮像制御部、81 画像処理部、82 焦点検出部、P 画素、P1 画素、P2 画素、TX1 制御信号、TX2 制御信号、TX3 制御信号、TX4 制御信号、RST1 制御信号、RST2 制御信号 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image pick-up element, 3 photoelectric conversion part, 4 photoelectric conversion part, P pixel, 21 transfer part, 22 transfer control line, 23 charge voltage conversion part, 24 reset part, 25 reset control line, 41 transfer part, 42 transfer control line, 43 charge voltage conversion unit, 44 reset unit, 45 reset control line, 55 amplifier, 56 amplifier, 60 photoelectric conversion unit, 61 photoelectric conversion unit, 62 photoelectric conversion unit, 63 transfer unit, 64 transfer control line, 65 transfer unit, 66 Transfer control line, 70 imaging device, 80 imaging control unit, 81 image processing unit, 82 focus detection unit, P pixel, P1 pixel, P2 pixel, TX1 control signal, TX2 control signal, TX3 control signal, TX4 control signal, RST1 control Signal, RST2 control signal

Claims (12)

第1画素に配置され光を電荷に変換する第1光電変換部および第2光電変換部と、
前記第1光電変換部から電荷を転送する第1転送部と、
前記第1転送部に制御信号を伝える第1転送制御線と、
前記第2光電変換部から電荷を転送する第2転送部と、
前記第1転送制御線と別に設けられ、前記第2転送部に制御信号を伝える第2転送制御線と、を備える撮像素子。
A first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit which are arranged in the first pixel and convert light into electric charge;
A first transfer unit that transfers charges from the first photoelectric conversion unit;
A first transfer control line for transmitting a control signal to the first transfer unit;
A second transfer unit that transfers charges from the second photoelectric conversion unit;
An image sensor comprising: a second transfer control line provided separately from the first transfer control line and transmitting a control signal to the second transfer unit.
前記第1転送部からの電荷を電圧に変換する第1電荷電圧変換部と、
前記第1電荷電圧変換部が変換した電圧をリセットする第1リセット部と、
前記第1リセット部に制御信号を伝える第1リセット制御線と、
前記第2転送部からの電荷を電圧に変換する第2電荷電圧変換部と、
前記第2電荷電圧変換部が変換した電圧をリセットする第2リセット部と、
前記第1リセット制御線と別に設けられ、前記第2リセット部に制御信号を伝える第2リセット制御線と、を備える、請求項1に記載の撮像素子。
A first charge-voltage converter that converts the charge from the first transfer unit into a voltage;
A first reset unit for resetting a voltage converted by the first charge-voltage conversion unit;
A first reset control line for transmitting a control signal to the first reset unit;
A second charge-voltage converter for converting the charge from the second transfer unit into a voltage;
A second reset unit for resetting the voltage converted by the second charge voltage conversion unit;
The imaging device according to claim 1, further comprising: a second reset control line that is provided separately from the first reset control line and transmits a control signal to the second reset unit.
前記第1光電変換部からの出力に応じた信号を増幅する第1増幅部と、
前記第2光電変換部からの出力に応じた信号を増幅する第2増幅部と、を備え、
前記第1増幅部の増幅率と前記第2増幅部の増幅率とを、互いに異なる値に調整可能である、請求項1または請求項2に記載の撮像素子。
A first amplifying unit that amplifies a signal according to an output from the first photoelectric conversion unit;
A second amplifying unit for amplifying a signal according to the output from the second photoelectric conversion unit,
The imaging device according to claim 1, wherein the amplification factor of the first amplification unit and the amplification factor of the second amplification unit can be adjusted to different values.
前記第1画素の隣の第2画素に配置され光を電荷に変換する第3光電変換部および第4光電変換部と、
前記第3光電変換部から電荷を転送する第3転送部と、
前記第3転送部に制御信号を伝える第3転送制御線と、
前記第4光電変換部から電荷を転送する第4転送部と、
前記第3転送制御線と別に設けられ、前記第4転送部に制御信号を伝える第4転送制御線と、
前記第1転送部からの電荷を電圧に変換し、かつ前記第3転送部からの電荷を電圧に変換する第3電荷電圧変換部と、
前記第2転送部からの電荷を電圧に変換し、かつ前記第4転送部からの電荷を電圧に変換する第4電荷電圧変換部と、を備える、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の撮像素子。
A third photoelectric conversion unit and a fourth photoelectric conversion unit which are arranged in a second pixel adjacent to the first pixel and convert light into electric charge;
A third transfer unit that transfers charges from the third photoelectric conversion unit;
A third transfer control line for transmitting a control signal to the third transfer unit;
A fourth transfer unit that transfers charges from the fourth photoelectric conversion unit;
A fourth transfer control line that is provided separately from the third transfer control line and transmits a control signal to the fourth transfer unit;
A third charge-voltage converter that converts the charge from the first transfer unit into a voltage and converts the charge from the third transfer unit into a voltage;
4. A fourth charge-voltage conversion unit that converts the charge from the second transfer unit into a voltage and converts the charge from the fourth transfer unit into a voltage. 5. The imaging device according to item.
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の撮像素子と、
前記第1光電変換部に電荷を蓄積する第1期間と、前記第2光電変換部に電荷を蓄積する第2期間とを制御する撮像制御部と、を備える撮像装置。
The imaging device according to any one of claims 1 to 4,
An imaging apparatus comprising: an imaging control unit that controls a first period in which charges are accumulated in the first photoelectric conversion unit and a second period in which charges are accumulated in the second photoelectric conversion unit.
前記撮像制御部は、前記第1期間と前記第2期間とを長さの異なる期間に制御する、請求項5に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 5, wherein the imaging control unit controls the first period and the second period to periods having different lengths. 前記撮像素子から出力された信号を使って、画像処理を実行する画像処理部を備える、請求項5または6に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 5, further comprising an image processing unit that performs image processing using a signal output from the imaging element. 前記画像処理部は、前記第1期間において前記第1光電変換部に蓄積された電荷に基づく信号と、前記第2期間において前記第2光電変換部に蓄積された電荷に基づく信号とを使って、前記画像処理を実行する、請求項7に記載の撮像装置。   The image processing unit uses a signal based on the charge accumulated in the first photoelectric conversion unit in the first period and a signal based on the charge accumulated in the second photoelectric conversion unit in the second period. The imaging apparatus according to claim 7, wherein the image processing is executed. 前記撮像制御部は、前記第1期間が終了する時点と前記第2期間が終了する時点とを同じに設定する、請求項8に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 8, wherein the imaging control unit sets the time point at which the first period ends and the time point at which the second period ends to be the same. 前記撮像素子から出力された信号を使って、前記撮像素子に光を集光する撮像光学系の焦点情報を検出する焦点検出部を備える、請求項5から請求項9のいずれか一項に記載の撮像装置。   The focus detection part which detects the focus information of the imaging optical system which condenses light to the said image sensor using the signal output from the said image sensor is provided. Imaging device. 前記撮像制御部は、前記第1光電変換部に電荷が蓄積される第3期間と前記第2光電変換部に電荷が蓄積される第4期間とを同じ長さに設定し、
前記焦点制御部は、前記第3期間において前記第1光電変換部に蓄積された電荷に基づく信号と、前記第4期間において前記第2光電変換部に蓄積された電荷に基づく信号とを使って、前記撮像光学系の焦点情報を検出する、請求項10に記載の撮像装置。
The imaging control unit sets the third period in which charges are accumulated in the first photoelectric conversion unit and the fourth period in which charges are accumulated in the second photoelectric conversion unit to the same length,
The focus control unit uses a signal based on the charge accumulated in the first photoelectric conversion unit in the third period and a signal based on the charge accumulated in the second photoelectric conversion unit in the fourth period. The imaging apparatus according to claim 10, wherein focus information of the imaging optical system is detected.
第1画素に配置され光を電荷に変換する第1光電変換部および第2光電変換部のうち、前記第1光電変換部から、1フレームの期間のうち第1期間に、電荷を転送させることと、
前記第2光電変換部から、前記1フレームの期間のうち前記第1期間と異なる第2期間に、電荷を転送させることと、を含む撮像方法。
Of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit that are arranged in the first pixel and converts light into electric charge, the electric charge is transferred from the first photoelectric conversion unit to the first period of one frame period. When,
An image pickup method comprising: transferring charges from the second photoelectric conversion unit to a second period different from the first period in the one frame period.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112188124A (en) * 2019-07-01 2021-01-05 三星电子株式会社 Image sensor and driving method thereof
JP2021150742A (en) * 2020-03-17 2021-09-27 日本放送協会 Image sensor

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015045375A1 (en) * 2013-09-26 2015-04-02 株式会社ニコン Image pickup element and image pickup device
JP2015164283A (en) * 2014-01-28 2015-09-10 キヤノン株式会社 Solid-state image sensor, and ranging apparatus and imaging apparatus using the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015045375A1 (en) * 2013-09-26 2015-04-02 株式会社ニコン Image pickup element and image pickup device
JP2015164283A (en) * 2014-01-28 2015-09-10 キヤノン株式会社 Solid-state image sensor, and ranging apparatus and imaging apparatus using the same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112188124A (en) * 2019-07-01 2021-01-05 三星电子株式会社 Image sensor and driving method thereof
JP2021150742A (en) * 2020-03-17 2021-09-27 日本放送協会 Image sensor
JP7397727B2 (en) 2020-03-17 2023-12-13 日本放送協会 image sensor

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