JP2011188200A - Solid-state imaging device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging device capable of eliminating shading by canceling effects of FD leakage, FD external light and PD external light, and obtaining an image signal of a high S/N, in which a noise component is reduced. <P>SOLUTION: During a first readout operation for reading out pixel signals in resetting of an FD sequentially for each row and a second readout operation for reading out pixel signals based on charges transferred to the FD sequentially for each row, a differential amplifier 13 performs differential processing using pixel signals obtained from rows belonging to a first row group and pixel signals obtained from rows belonging to a second row group and obtains signals for one row. A differential processing circuit 16 performs differential processing using signals obtained by the differential amplifier 13 during the first readout operation and signals obtained by the differential amplifier 13 during the second readout operation and obtains image signals for one frame. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、光電変換部を有し、所定領域の全画素で蓄積時間を同一とする固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device having a photoelectric conversion unit and having the same accumulation time for all pixels in a predetermined region.

近年、パーソナルコンピューターの急速な普及により、画像入力機器としての電子スチルカメラの需要が拡大している。電子スチルカメラの画質を決定する要素は幾つかあるが、その中でも撮像素子の画素数は撮影像の解像度を決定する大きな要素である。そのため、最近は１０００万画素以上の多くの画素数を持った電子スチルカメラも商品化されている。このような高解像度の撮像素子を利用した撮像系では、撮像素子から信号を読み出す速度がボトルネックとなるので、構図決定時等に使用するファインダ用の信号を得るには適していない。このため、精密撮像モードと高速撮像モードを有し、精密撮像モード時には光信号とノイズ信号を読み出し、両者の差分をとることでＳ／Ｎの高い画像信号を取り出し、高速撮像モードでは光信号のみを読み出すことにより高速でリアルタイムなビデオ信号を取り出すことを可能にした撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。   In recent years, with the rapid spread of personal computers, the demand for electronic still cameras as image input devices is increasing. There are several factors that determine the image quality of an electronic still camera. Among them, the number of pixels of the image sensor is a large factor that determines the resolution of a captured image. For this reason, electronic still cameras having a large number of pixels of 10 million pixels or more have recently been commercialized. In such an image pickup system using a high-resolution image pickup device, the speed at which a signal is read from the image pickup device becomes a bottleneck, so that it is not suitable for obtaining a finder signal used at the time of composition determination or the like. For this reason, it has a precision imaging mode and a high-speed imaging mode. In the precision imaging mode, an optical signal and a noise signal are read out, and by taking the difference between them, an image signal with a high S / N is taken out. There has been proposed an imaging device that can extract a video signal at high speed by reading out (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、上記従来例では、高速撮像モード時、全画素一括で光電変換素子をリセットし、蓄積時間が経過した後、全画素一括で光電変換素子から蓄積部（以後ＦＤと呼ぶ）へ信号電荷を転送し、信号電荷に応じた信号を順次読み出すので、読み出しが後の方の画素ではＦＤに信号を保持する時間が長く、この時間中にＦＤの欠陥によって発生するリーク電流（以後ＦＤリークと呼ぶ）、ＦＤに光が当たることによって発生する電荷（以後ＦＤ外光と呼ぶ）により所望の電位を保てず、画像にシェーディングが発生していた。   However, in the above conventional example, in the high-speed imaging mode, the photoelectric conversion elements are reset for all the pixels at once, and after the accumulation time has elapsed, the signal charges are transferred from the photoelectric conversion elements to the storage unit (hereinafter referred to as FD) for all the pixels. Since the signals corresponding to the signal charges are transferred and sequentially read out, the pixel that is read later has a long time to hold the signal in the FD, and a leak current (hereinafter referred to as FD leak) generated by a defect in the FD during this time. ), A desired potential cannot be maintained due to the charge generated by the light hitting the FD (hereinafter referred to as FD outside light), and shading has occurred in the image.

このため、シェーディングの補正を行う以下の撮像装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この撮像装置は、高速撮像モード時、全画素一括で光電変換素子をリセットし、さらに全画素一括でリセットを解除した後、蓄積を開始し、蓄積時間が経過した後、隣接する第一の行群と第二の行群の内、第一の行群のみ光電変換素子からＦＤへ信号電荷を一括転送する。そして、順次信号を読み出す動作において、隣接する第一の行群と第二の行群の信号を減算して１行分の信号を得る。   For this reason, the following imaging device which corrects shading has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In the high-speed imaging mode, this imaging device resets the photoelectric conversion elements for all the pixels at the same time, cancels the reset for all the pixels at once, starts accumulation, and after the accumulation time has elapsed, the adjacent first row Of the group and the second row group, the signal charges are collectively transferred from the photoelectric conversion element to the FD only in the first row group. Then, in the operation of sequentially reading the signals, the signals of the first row group and the second row group adjacent to each other are subtracted to obtain a signal for one row.

このように、ＦＤにおける保持時間のほぼ等しい、隣接する第一の行と第二の行の信号の差分をとることで、保持時間中にＦＤの欠陥によって発生するリーク電流（以後ＦＤリークと呼ぶ）、ＦＤに光が当たることによって発生する電荷（以後ＦＤ外光と呼ぶ）がキャンセルされ、高速撮像モードではシェーディングが補正された信号を取り出すことが可能となる。   In this way, by taking the difference between the signals of the adjacent first row and second row having substantially the same holding time in the FD, a leakage current generated by a defect in the FD during the holding time (hereinafter referred to as FD leak). ), The charge generated by the light hitting the FD (hereinafter referred to as FD outside light) is canceled, and in the high-speed imaging mode, it is possible to take out a signal whose shading is corrected.

特開２０００−４４０３号公報JP 2000-4403 A 特開２００６−１０８８８９号公報JP 2006-108889 A

しかしながら、シェーディングの補正を行う上記従来例では、蓄積時間中および順次信号を読み出している期間中に第一および第二の行群の光電変換素子に光が当たることによって発生する電荷がＦＤにまわりこむことによって発生する電荷（以後ＰＤ外光と呼ぶ）により所望の電位を保てず、出力変動が発生していた。また、画素固有のオフセットバラつきによる固定パターン雑音や、ＦＤをリセットすることによって発生するＫＴＣ雑音が信号に重畳され、Ｓ／Ｎの高い信号を得ることができなかった。   However, in the above-described conventional example in which shading correction is performed, the charges generated by the light hitting the photoelectric conversion elements in the first and second row groups during the accumulation time and during the period in which the signals are sequentially read out travel around the FD. The electric potential (hereinafter referred to as PD external light) generated by the engraving could not maintain a desired potential, and output fluctuation occurred. In addition, fixed pattern noise due to pixel-specific offset variations and KTC noise generated by resetting the FD are superimposed on the signal, and a signal with a high S / N cannot be obtained.

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、ＦＤリーク、ＦＤ外光、ＰＤ外光の影響をキャンセルしシェーディングを無くすとともに、ノイズ（雑音）成分を低減したＳ／Ｎの高い画像信号を得ることができる固体撮像装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and cancels the influence of FD leakage, FD outside light, and PD outside light, eliminates shading, and has a high S / N with reduced noise components. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of obtaining an image signal.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部から前記蓄積部へ電荷を転送する転送部と、前記光電変換部をリセットする第１のリセット部と、前記蓄積部をリセットする第２のリセット部と、前記蓄積部の電位を画素信号として出力する出力部と、前記画素信号を出力する前記出力部を選択する選択部とを有する画素が行方向および列方向に二次元的に配列されているとともに、前記画素が行単位で第１の行群または第２の行群に属する画素部と、前記蓄積部がリセットされたときの前記画素信号を行毎に順次読み出す第１の読み出し動作において、前記第１の行群と前記第２の行群の前記光電変換部をリセットさせ、前記光電変換部がリセットされた後、前記光電変換部に電荷を蓄積する蓄積時間中、前記第１の行群のみ前記光電変換部をリセットさせ、前記第１の行群と前記第２の行群の前記光電変換部に蓄積された電荷を一括して前記蓄積部に転送する転送動作において、前記第１の行群と前記第２の行群の前記光電変換部のリセット動作を一時的に停止し、前記転送動作により前記蓄積部に転送された電荷に基づく前記画素信号を行毎に順次読み出す第２の読み出し動作において、前記第１の行群と前記第２の行群の前記光電変換部をリセットさせる制御を行う制御部と、前記第１の読み出し動作および前記第２の読み出し動作のそれぞれにおいて、前記第１の行群に属する行から得られた前記画素信号と前記第２の行群に属する行から得られた前記画素信号とを用いて差分処理を行い、一行分の信号を得る第１の差分処理部と、前記第１の読み出し動作において前記第１の差分処理部で得られた信号と、前記第２の読み出し動作において前記第１の差分処理部で得られた信号とを用いて差分処理を行い、１フレーム分の画像信号を得る第２の差分処理部と、を有することを特徴とする固体撮像装置である。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and includes a photoelectric conversion unit, a storage unit that accumulates charges generated in the photoelectric conversion unit, and transfers charges from the photoelectric conversion unit to the storage unit. A transfer unit, a first reset unit that resets the photoelectric conversion unit, a second reset unit that resets the storage unit, an output unit that outputs the potential of the storage unit as a pixel signal, and the pixel signal Pixels having a selection unit for selecting the output unit to be output are two-dimensionally arranged in a row direction and a column direction, and the pixels belong to the first row group or the second row group in units of rows. In the first reading operation of sequentially reading out the pixel signals for each row when the pixel unit and the storage unit are reset, the photoelectric conversion units in the first row group and the second row group are reset. The photoelectric converter is reset. Then, during the accumulation time for accumulating charges in the photoelectric conversion unit, the photoelectric conversion unit is reset only in the first row group, and the photoelectric conversion units in the first row group and the second row group are reset. In the transfer operation for transferring the charges stored in the storage unit to the storage unit in a lump, the reset operation of the photoelectric conversion units in the first row group and the second row group is temporarily stopped, and the transfer operation In the second readout operation for sequentially reading out the pixel signals based on the charges transferred to the storage unit for each row, control for resetting the photoelectric conversion units in the first row group and the second row group is performed. Obtained from the pixel signal obtained from the row belonging to the first row group and the row belonging to the second row group in each of the control unit to perform and the first readout operation and the second readout operation. Difference using the pixel signal obtained A first difference processing unit for obtaining a signal for one row, a signal obtained by the first difference processing unit in the first read operation, and the first difference in the second read operation. A solid-state imaging device comprising: a second difference processing unit that performs difference processing using a signal obtained by the difference processing unit and obtains an image signal for one frame.

また、本発明の固体撮像装置は、前記画素部において、前記第１の行群に属する１または複数の行と、前記第２の行群に属する１または複数の行とが交互に配列されていることを特徴とする。   In the solid-state imaging device of the present invention, in the pixel portion, one or more rows belonging to the first row group and one or more rows belonging to the second row group are alternately arranged. It is characterized by being.

また、本発明の固体撮像装置は、前記蓄積時間内に発光装置を発光させることにより前記第２の差分処理部で得られた１フレーム分の画像と、前記蓄積時間内に前記発光装置の発光を停止することにより前記第２の差分処理部で得られた１フレーム分の画像信号とを用いて差分処理を行い、差分画像信号を得る第３の差分処理部をさらに有することを特徴とする。   In addition, the solid-state imaging device according to the present invention includes an image for one frame obtained by the second difference processing unit by causing the light emitting device to emit light within the accumulation time, and light emission of the light emitting device within the accumulation time. And a third difference processing unit that obtains a difference image signal by performing difference processing using the image signal for one frame obtained by the second difference processing unit by stopping .

また、本発明の固体撮像装置において、前記画素の配列はベイヤー配列であり、前記第１の行群と前記第２の行群のカラーフィルタの配列が同一であることを特徴とする。   In the solid-state imaging device of the present invention, the pixel array is a Bayer array, and the color filter arrays of the first row group and the second row group are the same.

本発明によれば、第１の差分処理部による差分処理と、第２の差分処理部による差分処理とによって、ＦＤリーク、ＦＤ外光、ＰＤ外光の影響をキャンセルしシェーディングを無くすとともに、ノイズ（雑音）成分を低減したＳ／Ｎの高い画像信号を得ることができる。   According to the present invention, the difference processing by the first difference processing unit and the difference processing by the second difference processing unit cancel the influence of FD leak, FD outside light, and PD outside light, eliminate shading, and reduce noise. An image signal having a high S / N with a reduced (noise) component can be obtained.

本発明の第１の実施形態による固体撮像装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the solid-state imaging device by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態による固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。3 is a timing chart illustrating an operation of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施形態による固体撮像装置が行う差分処理の概念を示す参考図である。It is a reference figure showing the concept of difference processing which the solid-state imaging device by a 1st embodiment of the present invention performs. 本発明の第２の実施形態による固体撮像装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the solid-state imaging device by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態による固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation | movement of the solid-state imaging device by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態による固体撮像装置が行う差分処理の概念を示す参考図である。It is a reference figure which shows the concept of the difference process which the solid-state imaging device by the 2nd Embodiment of this invention performs. 本発明の第３の実施形態による固体撮像装置の画素配列を示す参考図である。It is a reference diagram showing a pixel arrangement of a solid-state imaging device according to a third embodiment of the present invention.

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態による固体撮像装置の構成を示している。図１に示す固体撮像装置は、画素部２００、負荷電流源７、光信号転送ゲート８ａ、ノイズ信号転送ゲート８ｂ、垂直走査回路１０、ラインメモリ１１、水平走査回路１２、差動アンプ１３、ＡＤ変換回路１４、フレームメモリ１５、および差分処理回路１６を有する。 (First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows the configuration of the solid-state imaging device according to the present embodiment. 1 includes a pixel unit 200, a load current source 7, an optical signal transfer gate 8a, a noise signal transfer gate 8b, a vertical scanning circuit 10, a line memory 11, a horizontal scanning circuit 12, a differential amplifier 13, and an AD. A conversion circuit 14, a frame memory 15, and a difference processing circuit 16 are included.

画素部２００は複数の画素１００を有する。画素１００は行方向および列方向に二次元的に配列されている。また、それぞれの画素１００は行単位で第１の行群または第２の行群に属している。本実施形態では、一例として、第１の行群は奇数行（以下、ノイズ信号読み出し行とする）の画素１００で構成され、第２の行群は偶数行（以下、光信号読み出し行とする）の画素１００で構成されている。   The pixel unit 200 includes a plurality of pixels 100. The pixels 100 are two-dimensionally arranged in the row direction and the column direction. Each pixel 100 belongs to the first row group or the second row group in units of rows. In the present embodiment, as an example, the first row group includes odd-numbered rows (hereinafter referred to as noise signal readout rows) of pixels 100, and the second row group includes even-numbered rows (hereinafter referred to as optical signal readout rows). ) Pixel 100.

各画素１００は、フォトダイオード１、ＦＤ（蓄積部）、転送スイッチ２、ＦＤリセットスイッチ３、画素アンプ４、選択スイッチ５、およびＰＤリセットスイッチ９を有する。フォトダイオード１は、入射した光を光電変換により信号電荷に変換する。フォトダイオード１に信号電荷を蓄積する時間が蓄積時間である。ＦＤは、蓄積時間中にフォトダイオード１で発生した信号電荷を蓄積する。転送スイッチ２は転送パルスφＴＸによって駆動され、フォトダイオード１からＦＤへ信号電荷を転送する。ＦＤリセットスイッチ３はＦＤリセットパルスφＲＥＳによって駆動され、ＦＤをリセットする。画素アンプ４は、ＦＤの電位を入力とし、画素信号を出力する。選択スイッチ５は行選択パルスφＳＥＬによって駆動され、画素信号を出力する画素アンプ４を選択する。ＰＤリセットスイッチ９はＰＤリセットパルスφＰＲによって駆動され、フォトダイオード１をリセットする。   Each pixel 100 includes a photodiode 1, an FD (storage unit), a transfer switch 2, an FD reset switch 3, a pixel amplifier 4, a selection switch 5, and a PD reset switch 9. The photodiode 1 converts incident light into signal charges by photoelectric conversion. The time for accumulating signal charges in the photodiode 1 is the accumulation time. The FD accumulates signal charges generated in the photodiode 1 during the accumulation time. The transfer switch 2 is driven by a transfer pulse φTX and transfers signal charges from the photodiode 1 to the FD. The FD reset switch 3 is driven by an FD reset pulse φRES and resets the FD. The pixel amplifier 4 receives the FD potential and outputs a pixel signal. The selection switch 5 is driven by a row selection pulse φSEL and selects the pixel amplifier 4 that outputs a pixel signal. The PD reset switch 9 is driven by a PD reset pulse φPR and resets the photodiode 1.

負荷電流源７と画素アンプ４はソースフォロワ回路を構成する。選択スイッチ５によって選択された行の画素信号は、信号出力線６（垂直信号線）に出力される。各画素１００からは、蓄積時間中にフォトダイオード１に蓄積され、蓄積時間後にＦＤに保持された信号電荷に基づく光信号と、ＦＤがリセットされたときのリセット信号と、蓄積時間中にフォトダイオード１がリセットされ、蓄積時間後にＦＤに保持されたリセット信号であるノイズ信号とが読み出される。光信号転送ゲート８ａは、光信号読み出し行の画素１００から信号出力線６に出力された画素信号をラインメモリ１１へ出力する。ノイズ信号転送ゲート８ｂは、ノイズ信号読み出し行の画素１００から信号出力線６に出力された画素信号をラインメモリ１１へ出力する。ラインメモリ１１は画素信号を一時記憶する。   The load current source 7 and the pixel amplifier 4 constitute a source follower circuit. The pixel signal in the row selected by the selection switch 5 is output to the signal output line 6 (vertical signal line). From each pixel 100, an optical signal based on the signal charge accumulated in the photodiode 1 during the accumulation time and held in the FD after the accumulation time, a reset signal when the FD is reset, and a photodiode during the accumulation time 1 is reset, and a noise signal that is a reset signal held in the FD after the accumulation time is read out. The optical signal transfer gate 8 a outputs the pixel signal output from the pixel 100 in the optical signal readout row to the signal output line 6 to the line memory 11. The noise signal transfer gate 8 b outputs the pixel signal output from the pixel 100 in the noise signal readout row to the signal output line 6 to the line memory 11. The line memory 11 temporarily stores pixel signals.

水平走査回路１２は、ラインメモリ１１に一時記憶された画素信号を制御パルスφＨによって読み出す。差動アンプ１３は、水平走査回路１２によって読み出された２行分の画素信号の差分をとった信号（差分信号）を出力する。ＡＤ変換回路１４は、差動アンプ１３から出力された差分信号をデジタル信号に変換（ＡＤ変換）する。フレームメモリ１５は、ＡＤ変換回路１４から出力された各行の差分信号を１フレーム分まとめて一時記憶する。差分処理回路１６は、先行する第１のフレームにおいてフレームメモリ１５に記憶された差分信号と、第１のフレームに続く第２のフレームにおいてＡＤ変換回路１４から出力された差分信号との差分をとった１フレーム分の画像信号を出力する。   The horizontal scanning circuit 12 reads out the pixel signal temporarily stored in the line memory 11 by the control pulse φH. The differential amplifier 13 outputs a signal (difference signal) obtained by taking a difference between pixel signals for two rows read by the horizontal scanning circuit 12. The AD conversion circuit 14 converts the differential signal output from the differential amplifier 13 into a digital signal (AD conversion). The frame memory 15 temporarily stores the difference signals of each row output from the AD conversion circuit 14 for one frame. The difference processing circuit 16 takes a difference between the difference signal stored in the frame memory 15 in the preceding first frame and the difference signal output from the AD conversion circuit 14 in the second frame following the first frame. An image signal for one frame is output.

垂直走査回路１０は、各種駆動パルスを画素１００へ出力することによって、画素１００における画素信号の読み出しを制御する。また、垂直走査回路１０は、フォトダイオード１のリセット動作に関して、以下の制御を行う。   The vertical scanning circuit 10 controls reading of pixel signals in the pixel 100 by outputting various drive pulses to the pixel 100. Further, the vertical scanning circuit 10 performs the following control regarding the reset operation of the photodiode 1.

垂直走査回路１０は、ＦＤがリセットされたときの画素信号を行毎に順次読み出す第１の読み出し動作において、ノイズ信号読み出し行と光信号読み出し行の画素１００のフォトダイオード１を一括してリセットさせ、続いて、蓄積時間中、ノイズ信号読み出し行の画素１００についてのみフォトダイオード１をリセットさせる。また、垂直走査回路１０は、ノイズ信号読み出し行と光信号読み出し行の画素１００のフォトダイオード１に蓄積された信号電荷を一括してＦＤに転送する転送動作において、ノイズ信号読み出し行と光信号読み出し行の画素１００におけるフォトダイオード１のリセット動作を一時的に停止する。   The vertical scanning circuit 10 collectively resets the photodiodes 1 of the pixels 100 in the noise signal readout row and the optical signal readout row in the first readout operation that sequentially reads out the pixel signal for each row when the FD is reset. Subsequently, the photodiode 1 is reset only for the pixels 100 in the noise signal readout row during the accumulation time. Further, the vertical scanning circuit 10 performs noise signal readout row and optical signal readout in a transfer operation in which signal charges accumulated in the photodiodes 1 of the pixels 100 in the noise signal readout row and the optical signal readout row are collectively transferred to the FD. The reset operation of the photodiodes 1 in the pixels 100 in the row is temporarily stopped.

また、垂直走査回路１０は、転送動作によりＦＤに転送された信号電荷に基づく画素信号を行毎に順次読み出す第２の読み出し動作において、ノイズ信号読み出し行と光信号読み出し行の画素１００のフォトダイオード１を一括してリセットさせる。フォトダイオード１のリセットに係る上記の制御の詳細については、固体撮像装置の動作と共に説明する。   Further, the vertical scanning circuit 10 performs photodiodes of the pixels 100 in the noise signal readout row and the optical signal readout row in the second readout operation of sequentially reading out pixel signals based on the signal charges transferred to the FD by the transfer operation for each row. Reset 1 at once. Details of the above-described control relating to the resetting of the photodiode 1 will be described together with the operation of the solid-state imaging device.

次に、固体撮像装置の動作を説明する。図２は、垂直走査回路１０が出力する駆動パルスの波形を示している。以下では、固体撮像装置が有するストロボの発光量を調整するためのストロボ調光用信号を得る場合を例に説明する。   Next, the operation of the solid-state imaging device will be described. FIG. 2 shows the waveform of the drive pulse output from the vertical scanning circuit 10. Hereinafter, a case where a strobe dimming signal for adjusting the light emission amount of the strobe included in the solid-state imaging device will be described as an example.

以下では、リセットフレームの読み出し動作、蓄積動作、ビデオフレームの読み出し動作に分けて動作を説明する。リセットフレームの読み出し動作では、ＦＤがリセットされたときのリセット信号がノイズ信号読み出し行および光信号読み出し行の画素１００から読み出される。ビデオフレームの読み出し動作では、蓄積時間中にフォトダイオード１に蓄積され、蓄積時間後にＦＤに保持された信号電荷に基づく光信号が光信号読み出し行の画素１００から読み出され、蓄積時間中にフォトダイオード１がリセットされ、蓄積時間後にＦＤに保持されたリセット信号であるノイズ信号がノイズ信号読み出し行の画素１００から読み出される。   In the following, the operation will be described by dividing it into a reset frame read operation, a storage operation, and a video frame read operation. In the reset frame readout operation, a reset signal when the FD is reset is read out from the pixels 100 in the noise signal readout row and the optical signal readout row. In the readout operation of the video frame, an optical signal based on the signal charge accumulated in the photodiode 1 during the accumulation time and held in the FD after the accumulation time is read out from the pixel 100 in the optical signal readout row, and during the accumulation time, The diode 1 is reset, and a noise signal that is a reset signal held in the FD after the accumulation time is read out from the pixels 100 in the noise signal readout row.

まず、全ての偶数行（光信号読み出し行）のＰＤリセットパルスφＰＲ（一括ＰＤリセットパルスφＡＬＬ＿ＰＲ（ｅｖｅｎ）とする）と、全ての奇数行（ノイズ信号読み出し行）のＰＤリセットパルスφＰＲ（一括ＰＤリセットパルスφＡＬＬ＿ＰＲ（ｏｄｄ）とする）との両方をＨｉｇｈにすることにより、全画素１００のフォトダイオード１が一括でリセットされる。同時に、時系列的に１行目から順次ＦＤリセットパルスφＲＥＳ（図示せず）をＨｉｇｈにすることにより、ＦＤのリセットが行われ、行選択パルスφＳＥＬ（図示せず）により選択された行の画素信号が信号出力線６に出力される。   First, PD reset pulses φPR (collectively PD reset pulse φALL_PR (even)) for all even rows (optical signal readout rows) and PD reset pulses φPR (collective PD reset for all odd rows (noise signal readout rows)). By setting both the pulse φALL_PR (odd) and the pulse φALL_PR (odd) to High, the photodiodes 1 of all the pixels 100 are collectively reset. At the same time, the FD is reset by sequentially setting the FD reset pulse φRES (not shown) to High from the first row in time series, and the pixels in the row selected by the row selection pulse φSEL (not shown). A signal is output to the signal output line 6.

ノイズ信号読み出し行の画素１００から信号出力線６に出力された画素信号（ＶＮ（１）、ＶＮ（３）、・・・）は、ノイズ信号転送ゲート８ｂを介してラインメモリ１１に書き込まれる。ＶＮ（２ｎ−１）は、２ｎ−１（ｎ＝１，２，・・・）行目の画素１００から信号出力線６に出力された画素信号である。また、光信号読み出し行の画素１００から信号出力線６に出力された画素信号（ＶＳ（２）、ＶＳ（４）、・・・）は、光信号転送ゲート８ａを介して、ノイズ読み出し行の画素信号が書き込まれた領域とは別の領域のラインメモリ１１に書き込まれる。ＶＳ（２ｎ）は、２ｎ（ｎ＝１，２，・・・）行目の画素１００から信号出力線６に出力された画素信号である。   Pixel signals (VN (1), VN (3),...) Output from the pixels 100 in the noise signal readout row to the signal output line 6 are written into the line memory 11 via the noise signal transfer gate 8b. VN (2n−1) is a pixel signal output from the pixel 100 in the 2n−1 (n = 1, 2,...) Row to the signal output line 6. Further, pixel signals (VS (2), VS (4),...) Output from the pixels 100 of the optical signal readout row to the signal output line 6 are transmitted to the noise readout row via the optical signal transfer gate 8a. It is written in the line memory 11 in a different area from the area where the pixel signal is written. VS (2n) is a pixel signal output from the pixel 100 in the 2n (n = 1, 2,...) Row to the signal output line 6.

続いて、水平走査回路１２は、光信号読み出し行とノイズ信号読み出し行のそれぞれの画素信号をラインメモリ１１から読み出す。差動アンプ１３は、光信号読み出し行の画素信号とノイズ信号読み出し行の画素信号との差分をとった差分信号（ＶＳ（２）−ＶＮ（１）、ＶＳ（４）−ＶＮ（３）、・・・）を出力する。この差分信号は、行毎にＡＤ変換回路１４によりデジタル信号に変換され、フレームメモリ１５に記憶される。全行の画素信号がラインメモリ１１から読み出され、差分信号が生成されると、リセットフレームの読み出し動作が終了する。   Subsequently, the horizontal scanning circuit 12 reads out the pixel signals of the optical signal readout row and the noise signal readout row from the line memory 11. The differential amplifier 13 is a differential signal (VS (2) -VN (1), VS (4) -VN (3), which is obtained by taking a difference between the pixel signal of the optical signal readout row and the pixel signal of the noise signal readout row. ...) is output. The difference signal is converted into a digital signal by the AD conversion circuit 14 for each row and stored in the frame memory 15. When the pixel signals of all rows are read from the line memory 11 and the difference signal is generated, the reset frame reading operation is completed.

続いて、光信号読み出し行の一括ＰＤリセットパルスφＡＬＬ＿ＰＲ（ｅｖｅｎ）をＬｏｗにすることにより、信号の蓄積時間が開始される。ノイズ信号読み出し行の一括ＰＤリセットパルスφＡＬＬ＿ＰＲ（ｏｄｄ）はＨｉｇｈのままである。所定の時間が経過した後、ノイズ信号読み出し行の一括ＰＤリセットパルスφＡＬＬ＿ＰＲ（ｏｄｄ）をＬｏｗにすることにより、蓄積時間が終了する。蓄積時間中にはストロボ調光用の発光が行われる。   Subsequently, the signal accumulation time is started by setting the collective PD reset pulse φALL_PR (even) in the optical signal readout row to Low. The collective PD reset pulse φALL_PR (odd) in the noise signal read-out row remains High. After a predetermined time has elapsed, the accumulation time is ended by setting the collective PD reset pulse φALL_PR (odd) of the noise signal readout row to Low. During the accumulation time, strobe light emission is performed.

続いて、全行の転送パルス（φＡＬＬ＿ＴＸとする）をＨｉｇｈにすることにより、光信号読み出し行およびノイズ信号読み出し行のフォトダイオード１の信号電荷がＦＤへ一括で転送される。ＦＤへの信号電荷の転送が終了した後、光信号読み出し行の一括ＰＤリセットパルスφＡＬＬ＿ＰＲ（ｅｖｅｎ）およびノイズ信号読み出し行の一括ＰＤリセットパルスφＡＬＬ＿ＰＲ（ｏｄｄ）をＨｉｇｈにすることにより、ＰＤのリセットが行われる。   Subsequently, by setting the transfer pulses (φALL_TX) of all the rows to High, the signal charges of the photodiodes 1 in the optical signal readout row and the noise signal readout row are collectively transferred to the FD. After the transfer of the signal charge to the FD is completed, the PD reset pulse φALL_PR (even) for the optical signal readout row and the collective PD reset pulse φALL_PR (odd) for the noise signal readout row are set to High, thereby resetting the PD. Done.

さらに、時系列的に１行目から、行選択パルスφＳＥＬ（図示せず）により選択された行の画素信号が信号出力線６に出力される。ノイズ信号読み出し行の画素１００から信号出力線６に出力された画素信号（ＶＮ’（１）、ＶＮ’（３）、・・・）は、ノイズ信号転送ゲート８ｂを介してラインメモリ１１に書き込まれる。また、光信号読み出し行の画素１００から信号出力線６に出力された画素信号（ＶＳ’（２）、ＶＳ’（４）、・・・）は、光信号転送ゲート８ａを介して、ノイズ読み出し行の画素信号が書き込まれた領域とは別の領域のラインメモリ１１に書き込まれる。   Further, the pixel signal of the row selected by the row selection pulse φSEL (not shown) is output to the signal output line 6 from the first row in time series. Pixel signals (VN ′ (1), VN ′ (3),...) Output from the pixels 100 in the noise signal readout row to the signal output line 6 are written in the line memory 11 via the noise signal transfer gate 8b. It is. Further, pixel signals (VS ′ (2), VS ′ (4),...) Output from the pixels 100 in the optical signal readout row to the signal output line 6 are read out through the optical signal transfer gate 8a. It is written in the line memory 11 in an area different from the area where the pixel signal of the row is written.

続いて、水平走査回路１２は、光信号読み出し行とノイズ信号読み出し行のそれぞれの画素信号をラインメモリ１１から読み出す。差動アンプ１３は、光信号読み出し行の画素信号とノイズ信号読み出し行の画素信号との差分をとった差分信号（ＶＳ’（２）−ＶＮ’（１）、ＶＳ’（４）−ＶＮ’（３）、・・・）を出力する。この差分信号は、ＡＤ変換回路１４によりデジタル信号に変換される。また、リセットフレームの読み出し動作時にフレームメモリ１５に記憶された差分信号がフレームメモリ１５から読み出される。   Subsequently, the horizontal scanning circuit 12 reads out the pixel signals of the optical signal readout row and the noise signal readout row from the line memory 11. The differential amplifier 13 is a differential signal (VS ′ (2) −VN ′ (1), VS ′ (4) −VN ′) obtained by taking the difference between the pixel signal of the optical signal readout row and the pixel signal of the noise signal readout row. (3), ...) are output. This difference signal is converted into a digital signal by the AD conversion circuit 14. Further, the differential signal stored in the frame memory 15 during the reset frame read operation is read from the frame memory 15.

続いて、差分処理回路１６は、ＡＤ変換回路１４から出力された差分信号（ＶＳ’（２）−ＶＮ’（１）、ＶＳ’（４）−ＶＮ’（３）、・・・）と、フレームメモリ１５から読み出された差分信号（ＶＳ（２）−ＶＮ（１）、ＶＳ（４）−ＶＮ（３）、・・・）との差分をとり、１フレーム分の画像信号を出力する。１フレーム分の画像信号が生成されると、ビデオフレームの読み出し動作が終了する。   Subsequently, the differential processing circuit 16 outputs differential signals (VS ′ (2) −VN ′ (1), VS ′ (4) −VN ′ (3),...) Output from the AD conversion circuit 14; The difference signal (VS (2) −VN (1), VS (4) −VN (3),...) Read from the frame memory 15 is taken and an image signal for one frame is output. . When an image signal for one frame is generated, the video frame reading operation ends.

このような動作により、ビデオフレームの読み出し動作時に光信号読み出し行の画素１００から読み出される画素信号（ＶＳ’（ｅｖｅｎ））には、以下の信号が含まれる。
・蓄積時間中にフォトダイオード１で発生した信号電荷に基づく光信号（この説明ではＶＰとする）
・ノイズ信号であるＦＤリーク（この説明ではＶＳＦＤリークとする）
・ＦＤに光が当たることにより発生する信号（この説明ではＶＳ外光とする）
・画素毎のオフセットばらつき成分である画素固定パターン雑音（この説明ではＶＳＦＰＮとする）
・ＦＤをリセットすることにより発生するＫＴＣ雑音（この説明ではＶＳＫＴＣとする） With such an operation, the pixel signal (VS ′ (even)) read from the pixel 100 in the optical signal readout row during the video frame readout operation includes the following signals.
An optical signal based on signal charges generated in the photodiode 1 during the accumulation time (in this description, VP)
FD leak that is a noise signal (in this description, it is referred to as VSFD leak)
A signal generated when light hits the FD (in this description, it is VS outside light)
Pixel fixed pattern noise that is an offset variation component for each pixel (in this description, VSFPN)
-KTC noise generated by resetting FD (in this description, VSKTC)

同様に、ビデオフレームの読み出し動作時にノイズ信号読み出し行の画素１００から読み出される画素信号（ＶＮ’（ｏｄｄ））には、以下の信号が含まれる。
・ノイズ信号であるＦＤリーク（この説明ではＶＮＦＤリークとする）
・ＦＤに光が当たることにより発生する信号（この説明ではＶＮ外光とする）
・画素毎のオフセットばらつき成分である画素固定パターン雑音（この説明ではＶＮＦＰＮとする）
・ＦＤをリセットすることにより発生するＫＴＣ雑音（この説明ではＶＮＫＴＣとする） Similarly, the pixel signal (VN ′ (odd)) read from the pixel 100 in the noise signal readout row during the video frame readout operation includes the following signals.
FD leak that is a noise signal (in this description, it is referred to as VNFD leak)
A signal generated when light hits the FD (in this description, it is assumed to be VN outside light)
Pixel fixed pattern noise that is an offset variation component for each pixel (in this description, VNFPN)
-KTC noise generated by resetting FD (in this description, VNKTC)

一方、リセットフレームの読み出し動作時に光信号読み出し行の画素１００から読み出される画素信号（ＶＳ’（ｅｖｅｎ））には、以下の信号が含まれる。
・画素毎のオフセットばらつき成分である画素固定パターン雑音（この説明ではＶＳＦＰＮとする）
・ＦＤをリセットすることにより発生するＫＴＣ雑音（この説明ではＶＳＫＴＣとする） On the other hand, the pixel signal (VS ′ (even)) read from the pixel 100 in the optical signal readout row during the reset frame readout operation includes the following signals.
Pixel fixed pattern noise that is an offset variation component for each pixel (in this description, VSFPN)
-KTC noise generated by resetting FD (in this description, VSKTC)

同様に、リセットフレームの読み出し動作時にノイズ信号読み出し行の画素１００から読み出される画素信号（ＶＮ’（ｏｄｄ））には、以下の信号が含まれる。
・画素毎のオフセットばらつき成分である画素固定パターン雑音（この説明ではＶＮＦＰＮとする）
・ＦＤをリセットすることにより発生するＫＴＣ雑音（この説明ではＶＮＫＴＣとする） Similarly, the pixel signal (VN ′ (odd)) read from the pixel 100 in the noise signal readout row during the reset frame readout operation includes the following signals.
Pixel fixed pattern noise that is an offset variation component for each pixel (in this description, VNFPN)
-KTC noise generated by resetting FD (in this description, VNKTC)

よって、ビデオフレームの読み出し動作時に光信号読み出し行の画素１００から読み出される画素信号をＶＳ’（ｅｖｅｎ）として文字式で表すと、（１）式となる。
ＶＳ’（ｅｖｅｎ）＝ＶＰ＋ＶＳＦＤリーク＋ＶＳ外光＋ＶＳＦＰＮ＋ＶＳＫＴＣ ・・・（１） Therefore, when the pixel signal read from the pixel 100 in the optical signal readout row during the video frame readout operation is expressed as a character expression as VS ′ (even), the expression (1) is obtained.
VS ′ (even) = VP + VSFD leak + VS outside light + VSFPN + VSKTC (1)

また、ビデオフレームの読み出し動作時にノイズ信号読み出し行の画素１００から読み出される画素信号をＶＮ’（ｏｄｄ）として文字式で表すと、（２）式となる。
ＶＮ’（ｏｄｄ）＝ＶＮＦＤリーク＋ＶＮ外光＋ＶＮＦＰＮ＋ＶＮＫＴＣ ・・・（２） Further, when the pixel signal read from the pixel 100 in the noise signal readout row during the video frame readout operation is expressed as VN ′ (odd) in a character expression, Expression (2) is obtained.
VN ′ (odd) = VNFD leak + VN external light + VNFPN + VNKTC (2)

また、リセットフレームの読み出し動作時に光信号読み出し行の画素１００から読み出される画素信号をＶＳ（ｅｖｅｎ）として文字式で表すと、（３）式となる。
ＶＳ（ｅｖｅｎ）＝ＶＳＦＰＮ＋ＶＳＫＴＣ ・・・（３） Further, when the pixel signal read from the pixel 100 in the optical signal readout row during the reset frame readout operation is expressed by a character formula as VS (even), the formula (3) is obtained.
VS (even) = VSPFN + VSKTC (3)

また、リセットフレームの読み出し動作時にノイズ信号読み出し行の画素１００から読み出される画素信号をＶＮ（ｏｄｄ）として文字式で表すと、（４）式となる。
ＶＮ（ｏｄｄ）＝ＶＮＦＰＮ＋ＶＮＫＴＣ ・・・（４） Further, when the pixel signal read from the pixel 100 in the noise signal readout row during the reset frame readout operation is represented by VN (odd) in a character formula, formula (4) is obtained.
VN (odd) = VNFPN + VNKTC (4)

図３は、画素信号の差分をとる概念を示している。図３では、差動アンプ１３により行われる差分処理が差分処理３００，３０１で表され、差分処理回路１６により行われる差分処理が差分処理３０２で表されている。   FIG. 3 shows the concept of taking the difference between pixel signals. In FIG. 3, the difference processing performed by the differential amplifier 13 is represented by difference processing 300 and 301, and the difference processing performed by the difference processing circuit 16 is represented by difference processing 302.

リセットフレームの読み出し動作時に光信号読み出し行の画素１００から読み出される画素信号ＶＳ（ｅｖｅｎ）と、ノイズ信号読み出し行の画素１００から読み出される画素信号ＶＮ（ｏｄｄ）との差分を文字式で表すと、（５）式となる。
ＶＳ（ｅｖｅｎ）−ＶＮ（ｏｄｄ）
＝ＶＳＦＰＮ＋ＶＳＫＴＣ−（ＶＮＦＰＮ＋ＶＮＫＴＣ）
＝ＶＳＦＰＮ＋ＶＳＫＴＣ−ＶＮＦＰＮ−ＶＮＫＴＣ ・・・（５） When the difference between the pixel signal VS (even) read from the pixel 100 in the optical signal readout row and the pixel signal VN (odd) read from the pixel 100 in the noise signal readout row during the reset frame readout operation is represented by a character expression, (5)
VS (even)-VN (odd)
= VSPFN + VSKTC- (VNFPN + VNKTC)
= VSPFN + VSKTC-VNFPN-VNKTC (5)

また、ビデオフレームの読み出し動作時に光信号読み出し行の画素１００から読み出される画素信号ＶＳ’（ｅｖｅｎ）と、ノイズ信号読み出し行の画素１００から読み出される画素信号ＶＮ’（ｏｄｄ）との差分を文字式で表すと、（６）式となる。
ＶＳ’（ｅｖｅｎ）−ＶＮ’（ｏｄｄ）
＝ＶＰ＋ＶＳＦＤリーク＋ＶＳ外光＋ＶＳＦＰＮ＋ＶＳＫＴＣ−（ＶＮＦＤリーク＋ＶＮ外光＋ＶＮＦＰＮ＋ＶＮＫＴＣ）
＝ＶＰ＋ＶＳＦＤリーク＋ＶＳ外光＋ＶＳＦＰＮ＋ＶＳＫＴＣ−ＶＮＦＤリーク−ＶＮ外光−ＶＮＦＰＮ−ＶＮＫＴＣ ・・・（６） Further, the difference between the pixel signal VS ′ (even) read from the pixel 100 in the optical signal readout row and the pixel signal VN ′ (odd) read out from the pixel 100 in the noise signal readout row at the time of the video frame readout operation is expressed in character form. Is expressed by equation (6).
VS ′ (even) −VN ′ (odd)
= VP + VSFD leak + VS outside light + VSFPN + VSKTC- (VNFD leak + VN outside light + VNFPN + VNKTC)
= VP + VSFD leak + VS external light + VSFPN + VSKTC-VNFD leak-VN external light-VNFPN-VNKTC (6)

さらに、差分処理回路１６により行われる差分処理の結果を文字式で表すと、（７）式となる。
ＶＳ’（ｅｖｅｎ）−ＶＮ’（ｏｄｄ）−（ＶＳ（ｅｖｅｎ）−ＶＮ（ｏｄｄ））
＝ＶＰ＋ＶＳＦＤリーク＋ＶＳ外光＋ＶＳＦＰＮ＋ＶＳＫＴＣ−ＶＮＦＤリーク−ＶＮ外光−ＶＮＦＰＮ−ＶＮＫＴＣ−（ＶＳＦＰＮ＋ＶＳＫＴＣ−ＶＮＦＰＮ−ＶＮＫＴＣ）
＝ＶＰ＋ＶＳＦＤリーク＋ＶＳ外光＋ＶＳＦＰＮ＋ＶＳＫＴＣ−ＶＮＦＤリーク−ＶＮ外光−ＶＮＦＰＮ−ＶＮＫＴＣ−ＶＳＦＰＮ−ＶＳＫＴＣ＋ＶＮＦＰＮ＋ＶＮＫＴＣ
＝ＶＰ＋ＶＳＦＤリーク＋ＶＳ外光−ＶＮＦＤリーク−ＶＮ外光 ・・・（７） Furthermore, when the result of the difference processing performed by the difference processing circuit 16 is expressed by a character expression, Expression (7) is obtained.
VS ′ (even) −VN ′ (odd) − (VS (even) −VN (odd))
= VP + VSFD leak + VS outside light + VSFPN + VSKTC−VNFD leak−VN outside light−VNFPN−VNKTC− (VSFPN + VSKTC−VNFPN−VNKTC)
= VP + VSFD leak + VS external light + VSFPN + VSKTC−VNFD leak−VN external light−VNFPN−VNKTC−VSFPN−VSKTC + VNFPN + VNKTC
= VP + VSFD leak + VS external light−VNFD leak−VN external light (7)

本実施形態では、光信号読み出し行とノイズ信号読み出し行は偶数行と奇数行であり、隣接している。これにより、ＦＤに光が当たることによって発生する電荷はほぼ等しいと考えられることから、ＶＳ外光≒ＶＮ外光となる。   In this embodiment, the optical signal readout row and the noise signal readout row are an even row and an odd row and are adjacent to each other. As a result, it is considered that the charges generated by the light hitting the FD are substantially equal, so that VS outside light≈VN outside light.

一方、ＦＤの暗電流成分であるＦＤリークについては、以下のようになる。画素信号の読み出しは、１行目から最終行目に向かって順次行われ、隣接している２つの行ではＦＤの保持時間がほぼ等しいため、ＦＤリークはある程度等しいと考えられることから、ＶＳＦＤリーク≒ＶＮＦＤリークとなる。   On the other hand, the FD leakage that is the dark current component of the FD is as follows. Since pixel signals are read out sequentially from the first row to the last row and the FD retention time is approximately equal in two adjacent rows, the FD leak is considered to be somewhat equal. ≒ VNFD leak.

よって、（７）式のように差分をとることで、（８）式のようになり、良好な信号を得ることができる。ここではＦＤリークの差分をＶＦＤリークばらつきと定義する。
ＶＳ’（ｅｖｅｎ）−ＶＮ’（ｏｄｄ）−（ＶＳ（ｅｖｅｎ）−ＶＮ（ｏｄｄ））
＝ＶＰ＋ＶＳＦＤリーク＋ＶＳ外光−ＶＮＦＤリーク−ＶＮ外光
＝ＶＰ＋（ＶＦＤリークばらつき） ・・・（８） Therefore, by taking the difference as shown in equation (7), it becomes as shown in equation (8), and a good signal can be obtained. Here, the difference in FD leak is defined as VFD leak variation.
VS ′ (even) −VN ′ (odd) − (VS (even) −VN (odd))
= VP + VSFD leak + VS external light−VNFD leak−VN external light = VP + (VFD leak variation) (8)

なお、図２において、蓄積時間の経過後、ノイズ信号読み出し行において一括ＰＤリセットパルスφＡＬＬ＿ＰＲ（ｏｄｄ）がＬｏｗとなり、フォトダイオード１のリセットが解除されている。この理由は、フォトダイオード１をリセットしたままだと、転送パルスφＡＬＬ＿ＴＸがＨｉｇｈになったときにノイズ信号読み出し行のＦＤが、転送スイッチ２およびＰＤリセットスイッチ９を介してリセットされ、光信号読み出し行とノイズ信号読み出し行との間でＶＳ外光、ＫＴＣノイズ、ＦＤリークが異なるものになってしまうからである。   In FIG. 2, after the accumulation time has elapsed, the collective PD reset pulse φALL_PR (odd) becomes Low in the noise signal readout row, and the reset of the photodiode 1 is released. This is because if the photodiode 1 is left reset, the FD of the noise signal readout row is reset via the transfer switch 2 and the PD reset switch 9 when the transfer pulse φALL_TX becomes High, and the optical signal readout row This is because the VS outside light, the KTC noise, and the FD leakage are different between the read signal line and the noise signal readout line.

上述したように、本実施形態によれば、蓄積時間中のノイズ信号読み出し行およびビデオフレーム読み出し期間中の全ての行のフォトダイオード１が常時リセット状態となっているため、フォトダイオード１に光が当たることによって発生する電荷がＦＤにまわりこむことによって発生する電荷（ＰＤ外光）が発生しない。また、高速撮像時においてもビデオフレームとリセットフレームの差分処理を行うことで、画素毎のばらつき成分である固定パターン雑音や、ＦＤをリセットすることによって発生するＫＴＣ雑音がキャンセルされる。さらに、隣接するノイズ信号読み出し行と光信号読み出し行におけるＦＤ外光およびＦＤリークがほぼ等しいことから、ビデオフレームとリセットフレームの差分処理を行うことで、ＦＤ外光およびＦＤリークが低減される。   As described above, according to the present embodiment, since the photodiodes 1 in the noise signal readout row during the accumulation time and all the rows during the video frame readout period are always in a reset state, the photodiode 1 receives light. Electric charges (PD external light) generated by the electric charges generated by hitting the FD are not generated. Further, by performing difference processing between the video frame and the reset frame even during high-speed imaging, fixed pattern noise that is a variation component for each pixel and KTC noise generated by resetting the FD are canceled. Further, since the FD outside light and the FD leakage in the adjacent noise signal readout row and the optical signal readout row are substantially equal, the difference processing between the video frame and the reset frame is performed, so that the FD outside light and the FD leakage are reduced.

したがって、ＦＤリーク、ＦＤ外光、ＰＤ外光の影響をキャンセルしシェーディングを無くすとともに、ノイズ（雑音）成分を低減したＳ／Ｎの高い画像信号を得ることができる。また、より高精度なストロボ調光を行うことができる。より効果を高めるためには、第１の行群に属する１または複数の行と、第２の行群に属する１または複数の行とを交互に配列し、行毎のＦＤのリセットおよび画素信号の読み出しが、所定領域を構成する第１の行から第２の行に向かって一方向に順次行われることが望ましい。   Accordingly, it is possible to obtain an image signal having a high S / N with a reduced noise component while canceling the influence of FD leakage, FD outside light, and PD outside light, eliminating shading. In addition, more accurate strobe light control can be performed. In order to enhance the effect, one or more rows belonging to the first row group and one or more rows belonging to the second row group are alternately arranged, and FD reset and pixel signal for each row Is preferably sequentially performed in one direction from the first row to the second row constituting the predetermined area.

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図４は、本実施形態による固体撮像装置の構成を示している。図４に示す構成のうち図１に示した構成と同一の構成については同一の符号を付与し、説明を省略する。図４に示す固体撮像装置は、図１に示した固体撮像装置に対して、フレームメモリ１７と差分処理回路１８を加えたものである。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 shows the configuration of the solid-state imaging device according to the present embodiment. 4 that are the same as those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. The solid-state imaging device shown in FIG. 4 is obtained by adding a frame memory 17 and a difference processing circuit 18 to the solid-state imaging device shown in FIG.

フレームメモリ１７は、差分処理回路１６から出力されたフレームの画像信号を一時記憶する。フレームメモリ１７はフレームメモリ１５と同一でもよい。差分処理回路１８は、フレームメモリ１７に記憶された画像信号と、差分処理回路１６から出力された画像信号との差分をとった１フレーム分の差分画像信号を出力する。   The frame memory 17 temporarily stores the image signal of the frame output from the difference processing circuit 16. The frame memory 17 may be the same as the frame memory 15. The difference processing circuit 18 outputs a difference image signal for one frame obtained by taking a difference between the image signal stored in the frame memory 17 and the image signal output from the difference processing circuit 16.

次に、本実施形態による固体撮像装置の動作を説明する。図５は、垂直走査回路１０が出力する駆動パルスの波形を示している。図５に示す動作において、図２に示す動作との相違点は、第１のリセットフレームの読み出し動作と第２のリセットフレームの読み出し動作との２回のリセットフレームの読み出し動作を行っている点、第１のビデオフレームの読み出し動作と第２のビデオフレームの読み出し動作との２回のビデオフレームの読み出し動作を行っている点、第１のリセットフレームと第１のビデオフレームとの間にストロボを発光させ、第２のリセットフレームと第２のビデオフレームとの間にはストロボを発光させていない点、第１のビデオフレームと第１のリセットフレームとの差分による画像信号と、第２のビデオフレームと第２のリセットフレームとの差分による画像信号との差分処理を行っている点である。ここで、第１のビデオフレームの蓄積時間と、第２のビデオフレームの蓄積時間は等しいものとする。   Next, the operation of the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described. FIG. 5 shows the waveform of the drive pulse output from the vertical scanning circuit 10. The operation shown in FIG. 5 is different from the operation shown in FIG. 2 in that the reset frame read operation is performed twice, that is, the first reset frame read operation and the second reset frame read operation. The two video frame read operations, the first video frame read operation and the second video frame read operation, are performed, and the strobe is interposed between the first reset frame and the first video frame. And the strobe is not emitted between the second reset frame and the second video frame, the image signal based on the difference between the first video frame and the first reset frame, and the second The difference between the image signal and the difference between the video frame and the second reset frame is being processed. Here, it is assumed that the accumulation time of the first video frame is equal to the accumulation time of the second video frame.

まず、全画素１００のフォトダイオード１が一括でリセットされ、さらに時系列的に１行目から順次ＦＤのリセットが行われ、行選択パルスφＳＥＬ（図示せず）により選択された行の画素信号が信号出力線６に出力される。ノイズ信号読み出し行の画素１００から信号出力線６に出力された画素信号（ＶＮ１（１）、ＶＮ１（３）、・・・）は、ノイズ信号転送ゲート８ｂを介してラインメモリ１１に書き込まれる。また、光信号読み出し行の画素１００から信号出力線６に出力された画素信号（ＶＳ１（２）、ＶＳ１（４）、・・・）は、光信号転送ゲート８ａを介して、ノイズ読み出し行の画素信号が書き込まれた領域とは別の領域のラインメモリ１１に書き込まれる。   First, the photodiodes 1 of all the pixels 100 are collectively reset, and further, the FD is sequentially reset from the first row in time series, and the pixel signal of the row selected by the row selection pulse φSEL (not shown) is obtained. It is output to the signal output line 6. Pixel signals (VN1 (1), VN1 (3),...) Output from the pixels 100 in the noise signal readout row to the signal output line 6 are written to the line memory 11 via the noise signal transfer gate 8b. Further, the pixel signals (VS1 (2), VS1 (4),...) Output from the pixels 100 of the optical signal readout row to the signal output line 6 are transmitted through the optical signal transfer gate 8a to the noise readout row. It is written in the line memory 11 in a different area from the area where the pixel signal is written.

続いて、水平走査回路１２によって、光信号読み出し行とノイズ信号読み出し行のそれぞれの画素信号がラインメモリ１１から読み出され、差動アンプ１３によって、光信号読み出し行の画素信号とノイズ信号読み出し行の画素信号との差分をとった差分信号（ＶＳ１（２）−ＶＮ１（１）、ＶＳ１（４）−ＶＮ１（３）、・・・）が生成される。この差分信号は、行毎にＡＤ変換回路１４によりデジタル信号に変換され、フレームメモリ１５に記憶される。全行の画素信号がラインメモリ１１から読み出され、差分信号が生成されると、第１のリセットフレームの読み出し動作が終了する。   Subsequently, the horizontal scanning circuit 12 reads out the pixel signals of the optical signal readout row and the noise signal readout row from the line memory 11, and the differential amplifier 13 reads out the pixel signal and noise signal readout row of the optical signal readout row. Difference signals (VS1 (2) -VN1 (1), VS1 (4) -VN1 (3),...) Are generated by taking the difference from the pixel signal of. The difference signal is converted into a digital signal by the AD conversion circuit 14 for each row and stored in the frame memory 15. When the pixel signals of all rows are read from the line memory 11 and the difference signal is generated, the reading operation of the first reset frame ends.

続いて、信号の蓄積時間が開始され、蓄積時間中にストロボによる発光が行われる。蓄積時間が終了した後、光信号読み出し行およびノイズ信号読み出し行のフォトダイオード１の信号電荷がＦＤへ一括で転送される。さらに、行選択パルスφＳＥＬ（図示せず）により選択された行の画素信号が信号出力線６に出力される。ノイズ信号読み出し行の画素１００から信号出力線６に出力された画素信号（ＶＮ１’（１）、ＶＮ１’（３）、・・・）は、ノイズ信号転送ゲート８ｂを介してラインメモリ１１に書き込まれる。また、光信号読み出し行の画素１００から信号出力線６に出力された画素信号（ＶＳ１’（２）、ＶＳ１’（４）、・・・）は、光信号転送ゲート８ａを介して、ノイズ読み出し行の画素信号が書き込まれた領域とは別の領域のラインメモリ１１に書き込まれる。   Subsequently, a signal accumulation time is started, and light emission by a strobe is performed during the accumulation time. After the accumulation time is over, the signal charges of the photodiodes 1 in the optical signal readout row and the noise signal readout row are transferred to the FD at once. Further, the pixel signal of the row selected by the row selection pulse φSEL (not shown) is output to the signal output line 6. Pixel signals (VN1 ′ (1), VN1 ′ (3),...) Output from the pixels 100 in the noise signal readout row to the signal output line 6 are written into the line memory 11 via the noise signal transfer gate 8b. It is. The pixel signals (VS1 ′ (2), VS1 ′ (4),...) Output from the pixels 100 in the optical signal readout row to the signal output line 6 are read out through the optical signal transfer gate 8a. It is written in the line memory 11 in an area different from the area where the pixel signal of the row is written.

続いて、水平走査回路１２によって、光信号読み出し行とノイズ信号読み出し行のそれぞれの画素信号がラインメモリ１１から読み出され、差動アンプ１３によって、光信号読み出し行の画素信号とノイズ信号読み出し行の画素信号との差分をとった差分信号（ＶＳ１’（２）−ＶＮ１’（１）、ＶＳ１’（４）−ＶＮ１’（３）、・・・）が生成される。この差分信号は、ＡＤ変換回路１４によりデジタル信号に変換される。また、第１のリセットフレームの読み出し動作時にフレームメモリ１５に記憶された差分信号がフレームメモリ１５から読み出される。   Subsequently, the horizontal scanning circuit 12 reads out the pixel signals of the optical signal readout row and the noise signal readout row from the line memory 11, and the differential amplifier 13 reads out the pixel signal and noise signal readout row of the optical signal readout row. Difference signals (VS1 ′ (2) −VN1 ′ (1), VS1 ′ (4) −VN1 ′ (3),...)) Are generated by taking the difference from the pixel signal of. This difference signal is converted into a digital signal by the AD conversion circuit 14. Further, the differential signal stored in the frame memory 15 during the read operation of the first reset frame is read from the frame memory 15.

続いて、差分処理回路１６は、ＡＤ変換回路１４から出力された差分信号（ＶＳ１’（２）−ＶＮ１’（１）、ＶＳ１’（４）−ＶＮ１’（３）、・・・）と、フレームメモリ１５から読み出された差分信号（ＶＳ１（２）−ＶＮ１（１）、ＶＳ１（４）−ＶＮ１（３）、・・・）との差分をとり、１フレーム分の画像信号を出力する。この画像信号はフレームメモリ１７に書き込まれる。１フレーム分の画像信号が生成されると、第１のビデオフレームの読み出し動作が終了する。   Subsequently, the difference processing circuit 16 outputs the difference signals (VS1 ′ (2) −VN1 ′ (1), VS1 ′ (4) −VN1 ′ (3),...) Output from the AD conversion circuit 14; The difference signal (VS1 (2) −VN1 (1), VS1 (4) −VN1 (3),...) Read from the frame memory 15 is taken and an image signal for one frame is output. . This image signal is written in the frame memory 17. When the image signal for one frame is generated, the reading operation of the first video frame is completed.

続いて、第２のリセットフレームの読み出し動作が行われ、第１のリセットフレームの読み出し動作と同様に、ノイズ信号読み出し行の画素１００から信号出力線６に出力された画素信号（ＶＮ２（１）、ＶＮ２（３）、・・・）と、光信号読み出し行の画素１００から信号出力線６に出力された画素信号（ＶＳ２（２）、ＶＳ２（４）、・・・）とがラインメモリ１１に書き込まれる。   Subsequently, the readout operation of the second reset frame is performed, and the pixel signal (VN2 (1)) output from the pixel 100 in the noise signal readout row to the signal output line 6 is performed in the same manner as the readout operation of the first reset frame. , VN2 (3),...) And the pixel signals (VS2 (2), VS2 (4),...) Output from the pixels 100 in the optical signal readout row to the signal output line 6 are line memories 11. Is written to.

続いて、信号の蓄積時間が開始される。この蓄積時間中にストロボによる発光は行われない。   Subsequently, a signal accumulation time is started. During this accumulation time, no flash is emitted.

続いて、第２のビデオフレームの読み出し動作が行われ、第１のビデオフレームの読み出し動作と同様に、ノイズ信号読み出し行の画素１００から信号出力線６に出力された画素信号（ＶＮ２’（１）、ＶＮ２’（３）、・・・）と、光信号読み出し行の画素１００から信号出力線６に出力された画素信号（ＶＳ２’（２）、ＶＳ２’（４）、・・・）とがラインメモリ１１に書き込まれる。   Subsequently, a read operation of the second video frame is performed, and similarly to the read operation of the first video frame, the pixel signal (VN2 ′ (1) output from the pixel 100 in the noise signal read row to the signal output line 6 is performed. ), VN2 ′ (3),..., And pixel signals (VS2 ′ (2), VS2 ′ (4),...) Output from the pixels 100 in the optical signal readout row to the signal output line 6. Is written in the line memory 11.

続いて、水平走査回路１２によって、光信号読み出し行とノイズ信号読み出し行のそれぞれの画素信号がラインメモリ１１から読み出され、差動アンプ１３によって、光信号読み出し行の画素信号とノイズ信号読み出し行の画素信号との差分をとった差分信号（ＶＳ１’（２）−ＶＮ１’（１）、ＶＳ１’（４）−ＶＮ１’（３）、・・・）が生成される。この差分信号は、ＡＤ変換回路１４によりデジタル信号に変換される。また、第２のリセットフレームの読み出し動作時にフレームメモリ１５に記憶された差分信号がフレームメモリ１５から読み出される。   Subsequently, the horizontal scanning circuit 12 reads out the pixel signals of the optical signal readout row and the noise signal readout row from the line memory 11, and the differential amplifier 13 reads out the pixel signal and noise signal readout row of the optical signal readout row. Difference signals (VS1 ′ (2) −VN1 ′ (1), VS1 ′ (4) −VN1 ′ (3),...)) Are generated by taking the difference from the pixel signal of. This difference signal is converted into a digital signal by the AD conversion circuit 14. Further, the differential signal stored in the frame memory 15 during the reading operation of the second reset frame is read from the frame memory 15.

続いて、差分処理回路１６は、ＡＤ変換回路１４から出力された差分信号（ＶＳ２’（２）−ＶＮ２’（１）、ＶＳ２’（４）−ＶＮ２’（３）、・・・）と、フレームメモリ１５から読み出された差分信号（ＶＳ２（２）−ＶＮ２（１）、ＶＳ２（４）−ＶＮ２（３）、・・・）との差分をとり、１フレーム分の画像信号を出力する。また、第１のビデオフレームの読み出し動作時にフレームメモリ１７に記憶された画像信号がフレームメモリ１７から読み出される。差分処理回路１８は、差分処理回路１６から出力された画像信号と、フレームメモリ１７から読み出された画像信号との差分をとり、差分画像信号を出力する。   Subsequently, the difference processing circuit 16 outputs the difference signal (VS2 ′ (2) −VN2 ′ (1), VS2 ′ (4) −VN2 ′ (3),...) Output from the AD conversion circuit 14; The difference signal (VS2 (2) −VN2 (1), VS2 (4) −VN2 (3),...) Read from the frame memory 15 is taken and an image signal for one frame is output. . Further, the image signal stored in the frame memory 17 during the reading operation of the first video frame is read from the frame memory 17. The difference processing circuit 18 takes the difference between the image signal output from the difference processing circuit 16 and the image signal read from the frame memory 17 and outputs a difference image signal.

図６は、画素信号の差分をとる概念を示している。図６では、差動アンプ１３により行われる差分処理が差分処理６００，６０１，６０２，６０３で表され、差分処理回路１６により行われる差分処理が差分処理６０４，６０５で表され、差分処理回路１８により行われる差分処理が差分処理６０６で表されている。   FIG. 6 shows a concept of taking a difference between pixel signals. In FIG. 6, the difference processing performed by the differential amplifier 13 is represented by difference processing 600, 601, 602, and 603, the difference processing performed by the difference processing circuit 16 is represented by difference processing 604 and 605, and the difference processing circuit 18. The difference process performed by is represented by a difference process 606.

第１の実施形態と同様に、第１のビデオフレームの読み出し動作で得られた差分信号と第１のリセットフレームの読み出し動作で得られた差分信号との差分処理を文字式で表すと、（９）式となる。
ＶＳ１’（ｅｖｅｎ）−ＶＮ１’（ｏｄｄ）−（ＶＳ１（ｅｖｅｎ）−ＶＮ１（ｏｄｄ））
＝ＶＰ１＋ＶＳＦＤリーク１＋ＶＳ外光１＋ＶＳＦＰＮ１＋ＶＳＫＴＣ１−ＶＮＦＤリーク１−ＶＮ外光１−ＶＮＦＰＮ１−ＶＮＫＴＣ１−（ＶＳＦＰＮ１＋ＶＳＫＴＣ１−ＶＮＦＰＮ１−ＶＮＫＴＣ１）
＝ＶＰ１＋ＶＳＦＤリーク１＋ＶＳ外光１＋ＶＳＦＰＮ１＋ＶＳＫＴＣ１−ＶＮＦＤリーク１−ＶＮ外光１−ＶＮＦＰＮ１−ＶＮＫＴＣ１−ＶＳＦＰＮ１−ＶＳＫＴＣ１＋ＶＮＦＰＮ１＋ＶＮＫＴＣ１
＝ＶＰ１＋ＶＳＦＤリーク１＋ＶＳ外光１−ＶＮＦＤリーク１−ＶＮ外光１ ・・・（９） Similarly to the first embodiment, when the difference processing between the difference signal obtained by the first video frame reading operation and the difference signal obtained by the first reset frame reading operation is represented by a character expression, ( 9).
VS1 ′ (even) −VN1 ′ (odd) − (VS1 (even) −VN1 (odd))
= VP1 + VSFD leak 1 + VS external light 1 + VSFPN1 + VSKTC1-VNFD leak 1-VN external light 1-VNFPN1-VNKTC1- (VSFPN1 + VSKTC1-VNFPN1-VNKTC1)
= VP1 + VSFD leak 1 + VS external light 1 + VSFPN1 + VSKTC1-VNFD leak 1-VN external light 1-VNFPN1-VNKTC1-VSFPN1-VSKTC1 + VNFPN1 + VNKTC1
= VP1 + VSFD leak 1 + VS external light 1-VNFD leak 1-VN external light 1 (9)

また、第２のビデオフレームの読み出し動作で得られた差分信号と第２のリセットフレームの読み出し動作で得られた差分信号との差分処理を文字式で表すと、（１０）式となる。
ＶＳ２’（ｅｖｅｎ）−ＶＮ２’（ｏｄｄ）−（ＶＳ２（ｅｖｅｎ）−ＶＮ２（ｏｄｄ））
＝ＶＰ２＋ＶＳＦＤリーク２＋ＶＳ外光２＋ＶＳＦＰＮ２＋ＶＳＫＴＣ２−ＶＮＦＤリーク２−ＶＮ外光２−ＶＮＦＰＮ２−ＶＮＫＴＣ２−（ＶＳＦＰＮ２＋ＶＳＫＴＣ２−ＶＮＦＰＮ２−ＶＮＫＴＣ２）
＝ＶＰ２＋ＶＳＦＤリーク２＋ＶＳ外光２＋ＶＳＦＰＮ２＋ＶＳＫＴＣ２−ＶＮＦＤリーク２−ＶＮ外光２−ＶＮＦＰＮ２−ＶＮＫＴＣ２−ＶＳＦＰＮ２−ＶＳＫＴＣ２＋ＶＮＦＰＮ２＋ＶＮＫＴＣ２
＝ＶＰ２＋ＶＳＦＤリーク２＋ＶＳ外光２−ＶＮＦＤリーク２−ＶＮ外光２ ・・・（１０） Further, when the difference process between the difference signal obtained by the second video frame reading operation and the difference signal obtained by the second reset frame reading operation is represented by a character expression, the expression (10) is obtained.
VS2 ′ (even) −VN2 ′ (odd) − (VS2 (even) −VN2 (odd))
= VP2 + VSFD leak 2 + VS external light 2 + VSFPN2 + VSKTC2-VNFD leak 2-VN external light 2-VNFPN2-VNKTC2- (VSFPN2 + VSKPN2-VNFPN2-VNKTC2)
= VP2 + VSFD leak 2 + VS external light 2 + VSFPN2 + VSKTC2-VNFD leak 2-VN external light 2-VNFPN2-VNKTC2-VSFPN2-VSKTC2 + VNFPN2 + VNKTC2
= VP2 + VSFD leak 2 + VS external light 2−VNFD leak 2−VN external light 2 (10)

よって、（９）式と（１０）式の差分をとることで得られる出力は（１１）式となる。
出力
＝ＶＳ２’（ｅｖｅｎ）−ＶＮ２’（ｏｄｄ）−（ＶＳ２（ｅｖｅｎ）−ＶＮ２（ｏｄｄ））−ＶＳ１’（ｅｖｅｎ）−ＶＮ１’（ｏｄｄ）−（ＶＳ１（ｅｖｅｎ）−ＶＮ１（ｏｄｄ））
＝ＶＰ１＋ＶＳＦＤリーク１＋ＶＳ外光１−ＶＮＦＤリーク１−ＶＮ外光１−（ＶＰ２＋ＶＳＦＤリーク２＋ＶＳ外光２−ＶＮＦＤリーク２−ＶＮ外光２）
＝ＶＰ１＋ＶＳＦＤリーク１＋ＶＳ外光１−ＶＮＦＤリーク１−ＶＮ外光１−ＶＰ２−ＶＳＦＤリーク２−ＶＳ外光２＋ＶＮＦＤリーク２＋ＶＮ外光２ ・・・（１１） Therefore, the output obtained by taking the difference between Equation (9) and Equation (10) is Equation (11).
Output = VS2 ′ (even) −VN2 ′ (odd) − (VS2 (even) −VN2 (odd)) − VS1 ′ (even) −VN1 ′ (odd) − (VS1 (even) −VN1 (odd))
= VP1 + VSFD leak 1 + VS outside light 1−VNFD leak 1−VN outside light 1− (VP2 + VSFD leak 2 + VS outside light 2−VNFD leak 2−VN outside light 2)
= VP1 + VSFD leak 1 + VS outside light 1-VNFD leak 1-VN outside light 1-VP2-VSFD leak 2−VS outside light 2 + VNFD leak 2 + VN outside light 2 (11)

第１の実施形態と同様に、光信号読み出し行とノイズ信号読み出し行は偶数行と奇数行であり、隣接している。これにより、ＦＤに光が当たることによって発生する電荷はほぼ等しいと考えられることから、ＶＳ外光１≒ＶＮ外光１、ＶＳ外光２≒ＶＮ外光２となる。   As in the first embodiment, the optical signal readout row and the noise signal readout row are an even row and an odd row, and are adjacent to each other. Accordingly, it is considered that the electric charges generated by the light hitting the FD are substantially equal, so that VS outside light 1≈VN outside light 1 and VS outside light 2≈VN outside light 2 are satisfied.

また、第１のビデオフレームの蓄積時間と第２のビデオフレームの蓄積時間は等しく、第１のビデオフレームの読み出し期間と、第２のビデオフレームの読み出し期間は等しい。よって、ＶＳＦＤリーク１＝ＶＳＦＤリーク２、ＶＮＦＤリーク１＝ＶＮＦＤリーク２となる。   In addition, the accumulation time of the first video frame is equal to the accumulation time of the second video frame, and the reading period of the first video frame is equal to the reading period of the second video frame. Therefore, VSFD leak 1 = VSFD leak 2 and VNFD leak 1 = VNFD leak 2.

また、第１のビデオフレームの蓄積時間中にフォトダイオード１で発生した信号電荷に基づく光信号であるＶＰ１には、ストロボ光による信号成分（以後ＶＰＳと呼ぶ）と、外光による信号成分（以後ＶＥ１と呼ぶ）とが含まれる。また、第２のビデオフレームの蓄積時間中にフォトダイオード１で発生した信号電荷に基づく光信号であるＶＰ２には、第１のビデオフレームの蓄積時間と同一の蓄積時間の外光による信号成分（以後ＶＥ２と呼ぶ）が含まれる。よって、（１１）式の出力は、（１２）式となる。
出力＝ＶＰＳ＋ＶＥ１−ＶＥ２ ・・・（１２） In addition, a signal component due to strobe light (hereinafter referred to as VPS) and a signal component due to external light (hereinafter referred to as VPS) are included in VP1, which is an optical signal based on the signal charge generated in the photodiode 1 during the accumulation time of the first video frame. Called VE1). In addition, VP2, which is an optical signal based on the signal charge generated in the photodiode 1 during the accumulation time of the second video frame, includes a signal component due to external light having the same accumulation time as the accumulation time of the first video frame ( (Hereinafter referred to as VE2). Therefore, the output of equation (11) is equation (12).
Output = VPS + VE1-VE2 (12)

ここで、第１のビデオフレームと第２のビデオフレームの蓄積時間は等しいことから、ＶＥ１≒ＶＥ２となる。よって、最終出力は、出力＝ＶＰＳとなり、良好な信号を得ることができる。   Here, since the accumulation times of the first video frame and the second video frame are equal, VE1≈VE2. Therefore, the final output is output = VPS, and a good signal can be obtained.

上述したように、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、上記のように差分信号同士の差分をとることで、ＦＤの暗電流成分であるＦＤリークをキャンセルできるとともに、ストロボ光以外の外光の影響をキャンセルできる。これにより、さらに高精度なストロボ調光を行うことができる。   As described above, according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Furthermore, by taking the difference between the differential signals as described above, it is possible to cancel the FD leak, which is the dark current component of the FD, and to cancel the influence of external light other than the strobe light. Thereby, it is possible to perform strobe light control with higher accuracy.

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。本実施形態による固体撮像装置の構成は、図１または図４に示した構成と同様である。ただし、画素部２００における画素１００の配列は以下のようになっている。 (Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The configuration of the solid-state imaging device according to the present embodiment is the same as the configuration shown in FIG. 1 or FIG. However, the arrangement of the pixels 100 in the pixel unit 200 is as follows.

図７は、画素部２００における画素１００の配列の様子を示している。画素１００の前面にはカラーフィルタが配列されており、図７はカラーフィルタの配列に着目して画素１００の配列を示している。ある行に着目すると、Ｇｒ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇｒ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｒ（Ｒｅｄ）・・・と画素が交互に配列されており、隣接する行に着目すると、Ｂ（Ｂｌｕｅ）、Ｇｂ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）、Ｇｂ（Ｇｒｅｅｎ）・・・と画素が交互に配列されている。そして、２行周期でこの配列が繰り返される、所謂ベイヤー配列が構成されている。   FIG. 7 shows the arrangement of the pixels 100 in the pixel unit 200. A color filter is arranged in front of the pixel 100, and FIG. 7 shows the arrangement of the pixel 100 by paying attention to the arrangement of the color filter. Focusing on a certain row, Gr (Green), R (Red), Gr (Green), R (Red),... And pixels are alternately arranged. Focusing on adjacent rows, B (Blue), Gb (Green), B (Blue), Gb (Green)... And pixels are alternately arranged. A so-called Bayer array is configured in which this array is repeated in a cycle of two rows.

このような配列の場合、光信号読み出し行、ノイズ信号読み出し行を、偶数行、奇数行としてしまうと、差分処理の際に異なる色情報の信号を減算してしまうことになる。この場合、適切な画像処理が行えなくなってしまうため、本実施形態においては、２行毎に光信号読み出し行ＶＳ、ノイズ信号読み出し行ＶＮを設定し、２行とばしで減算を行う。   In such an arrangement, if the optical signal readout row and the noise signal readout row are even rows and odd rows, signals of different color information are subtracted during the difference processing. In this case, since appropriate image processing cannot be performed, in this embodiment, an optical signal readout row VS and a noise signal readout row VN are set every two rows, and subtraction is performed every two rows.

具体的には、光信号読み出し行ＶＳ１から得られた画素信号とノイズ信号読み出し行ＶＮ１から得られた画素信号との減算を行い、光信号読み出し行ＶＳ２から得られた画素信号とノイズ信号読み出し行ＶＮ２から得られた画素信号との減算を行う。光信号読み出し行ＶＳ３，ＶＳ４およびノイズ信号読み出し行ＶＮ３，ＶＮ４についても同様に、同一の画素配列の行毎に画素信号の減算を行う。   Specifically, the pixel signal obtained from the optical signal readout row VS1 and the pixel signal obtained from the noise signal readout row VN1 are subtracted to obtain the pixel signal obtained from the optical signal readout row VS2 and the noise signal readout row. Subtraction with the pixel signal obtained from VN2. Similarly, for the optical signal readout rows VS3 and VS4 and the noise signal readout rows VN3 and VN4, pixel signals are subtracted for each row of the same pixel array.

以上のように構成することで、一般的なベイヤー配列を有する固体撮像装置においても、第１の実施形態および第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。   With the configuration described above, even in a solid-state imaging device having a general Bayer arrangement, the same effects as those in the first embodiment and the second embodiment can be obtained.

以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、上記の各実施形態においては、光信号読み出し行から得られた画素信号と、ノイズ信号読み出し行から得られた画素信号との差分処理を、ラインメモリおよび後段の差動アンプを用いて行ったが、本発明の効果が得られるのであればこの構成である必要はない。また、列毎にＡ／Ｄ変換器を設ける所謂カラムパラレルＡＤＣ方式を用いても同等の効果が得られるのはいうまでもない。   As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the above-described embodiments, and includes design changes and the like without departing from the gist of the present invention. . For example, in each of the above embodiments, the differential processing between the pixel signal obtained from the optical signal readout row and the pixel signal obtained from the noise signal readout row is performed using a line memory and a subsequent differential amplifier. However, this configuration is not necessary if the effects of the present invention can be obtained. Needless to say, the same effect can be obtained even by using a so-called column parallel ADC system in which an A / D converter is provided for each column.

１・・・フォトダイオード（光電変換部）、２・・・転送スイッチ（転送部）、３・・・ＦＤリセットスイッチ（第２のリセット部）、４・・・画素アンプ（出力部）、５・・・選択スイッチ（選択部）、６・・・信号出力線、７・・・負荷電流源、８ａ・・・光信号転送ゲート、８ｂ・・・ノイズ信号転送ゲート、９・・・ＰＤリセットスイッチ（第１のリセット部）、１０・・・垂直走査回路（制御部）、１１・・・ラインメモリ、１２・・・水平走査回路、１３・・・差動アンプ（第１の差分処理部）、１４・・・ＡＤ変換回路、１５，１７・・・フレームメモリ、１６，１８・・・差分処理回路（第２の差分処理部、第３の差分処理部）、１００・・・画素、２００・・・画素部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Photodiode (photoelectric conversion part), 2 ... Transfer switch (transfer part), 3 ... FD reset switch (2nd reset part), 4 ... Pixel amplifier (output part), 5 ... Selection switch (selection unit), 6 ... Signal output line, 7 ... Load current source, 8a ... Optical signal transfer gate, 8b ... Noise signal transfer gate, 9 ... PD reset Switch (first reset unit), 10 ... vertical scanning circuit (control unit), 11 ... line memory, 12 ... horizontal scanning circuit, 13 ... differential amplifier (first difference processing unit) , 14... AD conversion circuit, 15, 17... Frame memory, 16, 18... Difference processing circuit (second difference processing unit, third difference processing unit), 100. 200: Pixel unit

Claims (4)

光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部から前記蓄積部へ電荷を転送する転送部と、前記光電変換部をリセットする第１のリセット部と、前記蓄積部をリセットする第２のリセット部と、前記蓄積部の電位を画素信号として出力する出力部と、前記画素信号を出力する前記出力部を選択する選択部とを有する画素が行方向および列方向に二次元的に配列されているとともに、前記画素が行単位で第１の行群または第２の行群に属する画素部と、
前記蓄積部がリセットされたときの前記画素信号を行毎に順次読み出す第１の読み出し動作において、前記第１の行群と前記第２の行群の前記光電変換部をリセットさせ、
前記光電変換部がリセットされた後、前記光電変換部に電荷を蓄積する蓄積時間中、前記第１の行群のみ前記光電変換部をリセットさせ、
前記第１の行群と前記第２の行群の前記光電変換部に蓄積された電荷を一括して前記蓄積部に転送する転送動作において、前記第１の行群と前記第２の行群の前記光電変換部のリセット動作を一時的に停止し、
前記転送動作により前記蓄積部に転送された電荷に基づく前記画素信号を行毎に順次読み出す第２の読み出し動作において、前記第１の行群と前記第２の行群の前記光電変換部をリセットさせる制御を行う制御部と、
前記第１の読み出し動作および前記第２の読み出し動作のそれぞれにおいて、前記第１の行群に属する行から得られた前記画素信号と前記第２の行群に属する行から得られた前記画素信号とを用いて差分処理を行い、一行分の信号を得る第１の差分処理部と、
前記第１の読み出し動作において前記第１の差分処理部で得られた信号と、前記第２の読み出し動作において前記第１の差分処理部で得られた信号とを用いて差分処理を行い、１フレーム分の画像信号を得る第２の差分処理部と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。 A photoelectric conversion unit, a storage unit that stores charges generated in the photoelectric conversion unit, a transfer unit that transfers charges from the photoelectric conversion unit to the storage unit, and a first reset unit that resets the photoelectric conversion unit; A pixel having a second reset unit that resets the storage unit, an output unit that outputs the potential of the storage unit as a pixel signal, and a selection unit that selects the output unit that outputs the pixel signal. And a pixel portion that is two-dimensionally arranged in the column direction and in which the pixels belong to the first row group or the second row group in a row unit,
In the first readout operation of sequentially reading out the pixel signals for each row when the storage unit is reset, the photoelectric conversion units in the first row group and the second row group are reset,
After the photoelectric conversion unit is reset, during the accumulation time for accumulating charges in the photoelectric conversion unit, only the first row group is reset the photoelectric conversion unit,
In the transfer operation in which charges accumulated in the photoelectric conversion units of the first row group and the second row group are collectively transferred to the storage unit, the first row group and the second row group The reset operation of the photoelectric conversion unit is temporarily stopped,
In the second readout operation in which the pixel signals based on the charges transferred to the storage unit by the transfer operation are sequentially read out for each row, the photoelectric conversion units in the first row group and the second row group are reset. A control unit for performing control, and
In each of the first readout operation and the second readout operation, the pixel signal obtained from a row belonging to the first row group and the pixel signal obtained from a row belonging to the second row group A first difference processing unit that performs difference processing using and to obtain a signal for one row;
Difference processing is performed using the signal obtained by the first difference processing unit in the first read operation and the signal obtained by the first difference processing unit in the second read operation. A second difference processing unit for obtaining image signals for frames;
A solid-state imaging device. 前記画素部において、前記第１の行群に属する１または複数の行と、前記第２の行群に属する１または複数の行とが交互に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。   2. The pixel portion according to claim 1, wherein one or more rows belonging to the first row group and one or more rows belonging to the second row group are alternately arranged. The solid-state imaging device described. 前記蓄積時間内に発光装置を発光させることにより前記第２の差分処理部で得られた１フレーム分の画像と、前記蓄積時間内に前記発光装置の発光を停止することにより前記第２の差分処理部で得られた１フレーム分の画像信号とを用いて差分処理を行い、差分画像信号を得る第３の差分処理部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。   An image for one frame obtained by causing the light emitting device to emit light within the accumulation time and the second difference by stopping light emission of the light emitting device within the accumulation time. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a third difference processing unit that performs difference processing using the image signal for one frame obtained by the processing unit and obtains a difference image signal. 前記画素の配列はベイヤー配列であり、前記第１の行群と前記第２の行群のカラーフィルタの配列が同一であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。   2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the pixel array is a Bayer array, and the color filter arrays of the first row group and the second row group are the same.

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