JP7040509B2 - Image sensor and image sensor - Google Patents
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Description
本発明は、撮像素子及び撮像装置に関する。 The present invention relates to an image pickup device and an image pickup apparatus.
複数対の光電変換部が設けられた画素が複数配列され、画素からの出力を用いて位相差
方式による焦点検出が可能な撮像素子が知られている(たとえば特許文献1)。このよう
な撮像素子は、光電変換部の受光面積が減少する問題がある。
There is known an image pickup device in which a plurality of pixels provided with a plurality of pairs of photoelectric conversion units are arranged and focus detection can be performed by a phase difference method using outputs from the pixels (for example, Patent Document 1). Such an image pickup device has a problem that the light receiving area of the photoelectric conversion unit is reduced.
本発明の第1の態様によると、撮像素子は、マイクロレンズを透過した光を光電変換して電荷を生成する第1光電変換部、第2光電変換部、第3光電変換部および第4光電変換部と、前記第1光電変換部で生成された電荷及び前記第2光電変換部で生成された電荷を蓄積する第1蓄積部と、前記第3光電変換部で生成された電荷及び前記第4光電変換部で生成された電荷を蓄積する第2蓄積部と、前記第1光電変換部で生成された電荷を前記第1蓄積部に転送する第1転送部と、前記第2光電変換部で生成された電荷を前記第1蓄積部に転送する第2転送部と、前記第3光電変換部で生成された電荷を前記第2蓄積部に転送する第3転送部と、前記第4光電変換部で生成された電荷を前記第2蓄積部に転送する第4転送部と、前記第1転送部を制御するための第1制御線と、前記第2転送部を制御するための第2制御線と、前記第3転送部を制御するための第3制御線と、前記第4転送部を制御するための第4制御線と、を備える。
本発明の第2の態様によると、撮像素子は、マイクロレンズを透過した光を光電変換して電荷を生成する第1光電変換部、第2光電変換部、第3光電変換部および第4光電変換部と、前記第1光電変換部で生成された電荷及び前記第3光電変換部で生成された電荷を蓄積する第1蓄積部と、前記第2光電変換部で生成された電荷及び前記第4光電変換部で生成された電荷を蓄積する第2蓄積部と、前記第1光電変換部で生成された電荷を前記第1蓄積部に転送する第1転送部と、前記第2光電変換部で生成された電荷を前記第2蓄積部に転送する第2転送部と、前記第3光電変換部で生成された電荷を前記第1蓄積部に転送する第3転送部と、前記第4光電変換部で生成された電荷を前記第2蓄積部に転送する第4転送部と、前記第1転送部を制御するための第1制御線と、前記第2転送部を制御するための第2制御線と、前記第3転送部を制御するための第3制御線と、前記第4転送部を制御するための第4制御線と、を備える。
本発明の第3の態様によると、撮像装置は、上述の撮像素子と、前記撮像素子から出力された信号に基づいて、画像データを生成する画像生成部と、を備える。
According to the first aspect of the present invention, the image pickup element has a first photoelectric conversion unit, a second photoelectric conversion unit, a third photoelectric conversion unit, and a fourth photoelectric conversion unit that photoelectrically convert the light transmitted through the microlens to generate an electric charge. The conversion unit, the first storage unit that stores the electric charge generated by the first photoelectric conversion unit and the charge generated by the second photoelectric conversion unit, the electric charge generated by the third photoelectric conversion unit, and the first unit. 4 A second storage unit that stores the electric charge generated by the photoelectric conversion unit, a first transfer unit that transfers the electric charge generated by the first photoelectric conversion unit to the first storage unit, and a second photoelectric conversion unit. A second transfer unit that transfers the electric charge generated in the above to the first storage unit, a third transfer unit that transfers the electric charge generated by the third photoelectric conversion unit to the second storage unit, and the fourth photoelectric conversion unit. A fourth transfer unit that transfers the electric charge generated by the conversion unit to the second storage unit, a first control line for controlling the first transfer unit, and a second for controlling the second transfer unit. It includes a control line, a third control line for controlling the third transfer unit, and a fourth control line for controlling the fourth transfer unit.
According to the second aspect of the present invention, the image pickup element has a first photoelectric conversion unit, a second photoelectric conversion unit, a third photoelectric conversion unit, and a fourth photoelectric conversion unit that photoelectrically convert the light transmitted through the microlens to generate an electric charge. The conversion unit, the first storage unit that stores the electric charge generated by the first photoelectric conversion unit and the charge generated by the third photoelectric conversion unit, the electric charge generated by the second photoelectric conversion unit, and the first. 4 A second storage unit that stores the electric charge generated by the photoelectric conversion unit, a first transfer unit that transfers the electric charge generated by the first photoelectric conversion unit to the first storage unit, and a second photoelectric conversion unit. A second transfer unit that transfers the electric charge generated in the above to the second storage unit, a third transfer unit that transfers the electric charge generated by the third photoelectric conversion unit to the first storage unit, and the fourth photoelectric conversion unit. A fourth transfer unit that transfers the electric charge generated by the conversion unit to the second storage unit, a first control line for controlling the first transfer unit, and a second for controlling the second transfer unit. It includes a control line, a third control line for controlling the third transfer unit, and a fourth control line for controlling the fourth transfer unit.
According to the third aspect of the present invention, the image pickup device includes the above-mentioned image pickup device and an image generation unit that generates image data based on a signal output from the image pickup device.
-第1の実施の形態-
以下、図面を参照して一実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態における
撮像素子を含むレンズ交換式のデジタルカメラ1の構成を示すブロック図である。図1の
デジタルカメラ1は、交換レンズ110とカメラボディ100とから構成され、交換レン
ズ110がレンズ取り付け部105を介してカメラボディ100に装着される。
-First embodiment-
Hereinafter, one embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an interchangeable lens type
交換レンズ110は、レンズ制御装置111、ズームレンズ112、フォーカスレンズ
113、防振レンズ114、絞り115、レンズ操作部116などを備えている。レンズ
制御装置111は、CPUとメモリなどの周辺部品とを含み、フォーカスレンズ113お
よび絞り115の駆動制御、ズームレンズ112やフォーカスレンズ113の位置検出、
カメラボディ100へのレンズ情報の送信およびカメラボディ100からのカメラ情報の
受信などを行う。
The
The lens information is transmitted to the
カメラボディ100は、撮像素子101、ボディ制御装置102、ボディ操作部103
、および表示部104などを有している。撮像素子101は、交換レンズ110の予定結
像面(予定焦点面)に配置され、交換レンズ110により結像された被写体像を光電変換
する。ボディ操作部103は、シャッターボタンや、焦点検出エリアの設定部材などを含
む。表示部104は、カメラボディ100の背面に搭載された液晶モニタ(背面モニタ)
である。
The
, And a
Is.
ボディ制御装置102は、CPUとメモリなどの周辺部品とを含む。ボディ制御装置1
02は、制御プログラムに基づいて、デジタルカメラ1の各構成要素を制御したり、各種
のデータ処理を実行する演算装置である。ボディ制御装置102は、駆動制御部102a
と、焦点検出部102bと、画像処理部102cとを機能として有している。駆動制御部
102aは、撮像素子101の駆動制御を制御して、撮像素子101から画像信号および
焦点検出信号の読み出しを行わせる。焦点検出部102bは、撮像素子101からの焦点
検出信号に基づく焦点検出演算および交換レンズ110の焦点調節を行わせる。画像処理
部102cは、撮像素子101からの画像信号の処理および記録を行う。ボディ制御装置
102は、レンズ取り付け部105に設けられた電気接点106を介してレンズ制御装置
111と通信を行い、レンズ情報の受信およびカメラ情報(デフォーカス量や絞り値など
)の送信を行う。
The
Reference numeral 02 denotes an arithmetic unit that controls each component of the
And a
交換レンズ110を通過した光束により、撮像素子101の受光面上に被写体像が形成
される。この被写体像は撮像素子101により光電変換され、画像信号と焦点検出信号と
がボディ制御装置102へ送られる。
The light flux passing through the
ボディ制御装置102の焦点検出部102bは、撮像素子101からの焦点検出信号に
基づいて公知の像面位相差方式による焦点検出演算を行うことにより、交換レンズ110
の焦点調節状態(デフォーカス量)を検出する。ボディ制御装置102は、このデフォー
カス量をレンズ制御装置111へ送る。レンズ制御装置111は、受信したデフォーカス
量に基づいてフォーカスレンズ113の駆動量を算出し、この駆動量に基づいてフォーカ
スレンズ113を不図示のモーター等で駆動して合焦位置へ移動させる。換言すると、撮
像素子101と駆動制御部102aと焦点検出部102bとにより本実施の形態における
焦点検出装置2が構成される。
The
Detects the focus adjustment state (defocus amount) of. The
また、ボディ制御装置102の画像処理部102cは、撮像素子101からの画像信号
を処理して撮影画像データを生成し、不図示のメモリカードに格納する。画像処理部10
2cは、撮像素子101からのスルー画像(ライブビュー画像)信号に基づくスルー画像
(ライブビュー画像)を表示部104に表示させる。
Further, the
2c causes the
(撮像素子の構成)
図2は、撮像素子101の概略的な構成を説明する図である。なお、図2では、画素2
00と垂直信号線300との接続を分かりやすくするため、読み出しに用いられるトラン
ジスタなどは省略している。撮像素子101では、複数の画素200が水平方向(行方向
)および垂直方向(列方向)に二次元状に設けられている。以下、水平方向に並んだ複数
の画素200を画素行、垂直方向に並んだ複数の画素200を画素列とも表記する。
(Structure of image sensor)
FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of the
In order to make the connection between 00 and the vertical signal line 300 easy to understand, the transistor and the like used for reading are omitted. In the
各画素200は、1つのマイクロレンズ(不図示)の下に設けられた4個の光電変換部
(フォトダイオード)PD_1、PD_2、PD_3、PD_4を有する。各光電変換部PD
_1、PD_2、PD_3、PD_4は、交換レンズ110の射出瞳の異なる領域を通過した
4つの光束をそれぞれ受光する。なお、以下の説明において、光電変換部PD_1~PD_
4を総称する場合には、光電変換部PDと表記する。光電変換部PDは、電荷蓄積型の光
電変換部である。1画素当たり4つの光電変換部PDを有する4PD構成の場合、2つの
光電変換部PDが水平方向に並び(水平分割と呼ぶ)と、2つの光電変換部PDが垂直方
向に並ぶ(垂直分割と呼ぶ)。図2に示す例では、光電変換部PD_1およびPD_3が水
平方向に並び、光電変換部PD_2およびPD_4が水平方向に並ぶ。光電変換部PD_1
およびPD_4が垂直方向に並び、光電変換部PD_2およびPD_3が垂直方向に並ぶ。
すなわち、4つの光電変換部PDは2行2列に配置される。
Each
Each of _1, PD_2, PD_3, and PD_4 receives four light fluxes that have passed through different regions of the exit pupil of the
When 4 is generically referred to, it is referred to as a photoelectric conversion unit PD. The photoelectric conversion unit PD is a charge storage type photoelectric conversion unit. In the case of a 4PD configuration having four photoelectric conversion units PD per pixel, when the two photoelectric conversion units PD are arranged in the horizontal direction (called horizontal division), the two photoelectric conversion units PD are arranged in the vertical direction (vertical division). Call). In the example shown in FIG. 2, the photoelectric conversion units PD_1 and PD_3 are arranged in the horizontal direction, and the photoelectric conversion units PD_2 and PD_4 are arranged in the horizontal direction. Photoelectric conversion unit PD_1
And PD_4 are arranged in the vertical direction, and the photoelectric conversion units PD_2 and PD_3 are arranged in the vertical direction.
That is, the four photoelectric conversion units PD are arranged in 2 rows and 2 columns.
また、各画素位置には、ベイヤー配列の規則に従って色フィルタ(R:赤色フィルタ、
G:緑色フィルタ、B:青色フィルタ)が配置されている。すなわち、画素200として
、赤色成分の分光感度を有する(すなわち赤色フィルタが配置された)R画素と緑色成分
の分光感度を有する(すなわち緑色フィルタが配置された)G画素と青色成分の分光感度
を有する(すなわち青色フィルタが配置された)B画素とが設けられている。画素200
は、撮影用画素と焦点検出用画素とを兼ねており、画素200が撮像素子101の全面に
配置されている。したがって、撮影画面上の任意の位置で焦点検出を行うことが可能であ
る。また、撮影時には、各画素200の光電変換部PD_1、PD_2、PD_3およびP
D_4からの出力信号を加算することで、撮影画像データを生成することが可能である。
Further, at each pixel position, a color filter (R: red filter,
G: green filter, B: blue filter) are arranged. That is, as the
Also serves as a shooting pixel and a focus detection pixel, and the
By adding the output signal from D_4, it is possible to generate captured image data.
撮像素子101は、光電変換部PDからの出力信号を読み出すための垂直信号線300
を有する。撮像素子101では、各画素列につき2つの垂直信号線300(3001~3
002n)が設けられている。たとえば、1列目の画素200には、垂直信号線3001
と垂直信号線3002とが設けられる。垂直信号線3001には、1列目の画素200の
左側の光電変換部PD_4と右側の光電変換部PD_3とが接続される。垂直信号線300
2には、1列目の画素200の左側の光電変換部PD_1と右側の光電変換部PD_2とが
接続される。すなわち、垂直信号線3001には、対角方向に配置された光電変換部PD
_3とPD_4とが接続され、垂直信号線3002には上記とは異なる対角方向に配置され
た光電変換部PD_1とPD_2とが接続される。
The
Have. In the
002n ) is provided. For example, the
And the vertical signal line 300 2 . The photoelectric conversion unit PD_4 on the left side of the
The photoelectric conversion unit PD_1 on the left side of the pixel 200 in the first row and the photoelectric conversion unit PD_1 on the right side are connected to 2. That is, the photoelectric conversion unit PD arranged diagonally on the vertical signal line 300 1
_3 and PD_4 are connected, and the photoelectric conversion units PD_1 and PD_2 arranged in diagonal directions different from the above are connected to the vertical signal line 300 2 .
1つの画素200内の行方向に配置された2つの光電変換部PDは、それぞれ別の垂直
信号線300に読み出される。たとえば、1列目の画素200では、左側の光電変換部P
D_1が垂直信号線3002に読み出され、右側の光電変換部PD_3が垂直信号線300
1に読み出される。左側の光電変換部PD_4は垂直信号線3001に読み出され、右側
の光電変換部PD_2が垂直信号線3002に読み出される。上記構成では、画素200
がn列配置されているのに対し、垂直信号線300は2n本必要となるが、全体の面積に
対する影響は小さい。
The two photoelectric conversion units PD arranged in the row direction in one
D_1 is read out by the vertical signal line 300 2 , and the photoelectric conversion unit PD_3 on the right side is the vertical signal line 300.
Read to 1 . The photoelectric conversion unit PD_4 on the left side is read by the vertical signal line 300 1 , and the photoelectric conversion unit PD_2 on the right side is read out by the vertical signal line 300 2 . In the above configuration, the
Are arranged in n rows, whereas 2n of vertical signal lines 300 are required, but the influence on the total area is small.
駆動制御部102aは、上記の構成を有する画素200に対し、垂直方向に配置された
光電変換部PDから同一のタイミングで出力信号を読み出す制御(第1制御)と、水平方
向に配置された光電変換部PDから同一のタイミングで出力信号を読み出す制御(第2制
御)とを行う。
図3に、撮像素子101上で第1制御により制御される画素群として複数の画素200
が配置される領域(第1領域)R1と、第2制御により制御される画素群として複数の画
素200が配置される領域(第2領域)R2とを模式的に示す。第1領域R1と第2領域
R2とは垂直方向に複数の画素行を含み、第1領域R1と第2領域R2とは垂直方向に沿
って交互に設けられる。なお、図3に示す第1領域R1と第2領域R2との配置は一例で
あり、この配置例に限定されるものではない。以下、第1領域R1に配置される画素20
0と第2領域R2に配置される画素200とに分けて説明を行う。なお、以下の説明にお
いては、同一タイミングや同時性等の用語を用いるが、厳密な意味での同一タイミングや
同時に限られず、焦点検出演算の精度低下を招かない程度の時間幅を含むものとする。
The
FIG. 3 shows a plurality of
The region (first region) R1 in which the pixels are arranged and the region (second region) R2 in which a plurality of
The description will be described separately for 0 and the
-第1領域R1に配置される画素-
図4は、図2の詳細を示す図であり、トランジスタレベルでの接続を示す。図4におい
ては、図2に示す複数の画素200のうち、第1領域R1に含まれる1つの画素200の
回路構成を示している。撮像素子101の各画素200は、光電変換部PDからの出力信
号を読み出すための読み出し部400を有している。各画素200には、2個の読み出し
部4001と4002とが設けられ、それぞれ対角方向に配置された2個の光電変換部P
Dに対して共通に設けられる。たとえば、光電変換部PD_3とPD_4とには読み出し部
4001が共通に設けられており、光電変換部PD_1とPD_2とには読み出し部400
2が共通に設けられている。すなわち、読み出し部4001は、光電変換部PD_3から
の出力信号と、光電変換部PD_4からの出力信号とを読み出す。読み出し部4002は
、光電変換部PD_1からの出力信号と、光電変換部PD_2からの出力信号とを読み出す
。各読み出し部400から読み出された出力信号は、対応する垂直信号線300を介して
出力される。たとえば、読み出し部4001から読み出された出力信号は、垂直信号線3
001を介して出力され、読み出し部4002から読み出された出力信号は、垂直信号線
3002を介して出力される。
-Pixels arranged in the first region R1-
FIG. 4 is a diagram showing the details of FIG. 2 and shows connections at the transistor level. FIG. 4 shows the circuit configuration of one
Commonly provided for D. For example, the photoelectric conversion unit PD_3 and PD_4 are provided with a
2 are provided in common. That is, the reading unit 400 1 reads out the output signal from the photoelectric conversion unit PD_3 and the output signal from the photoelectric conversion unit PD_4. The reading unit 400 2 reads out the output signal from the photoelectric conversion unit PD_1 and the output signal from the photoelectric conversion unit PD_1. The output signal read from each reading unit 400 is output via the corresponding vertical signal line 300. For example, the output signal read from the reading unit 400 1 is a
The output signal output via 001 and read from the reading unit 400 2 is output via the vertical signal line 300 2 .
各読み出し部400は、リセットトランジスタRST(RST1、RST2)、増幅ト
ランジスタSF(SF1、SF2)、選択トランジスタSEL(SEL1、SEL2)、
フローティングディフュージョンFD(FD1、FD2)、転送トランジスタTX1(T
X11、TX12)、TX2(TX21、TX22)を有している。フローティングディ
フュージョンFDは、光電変換部PDにおける光電変換により得られる信号電荷を蓄積(
保持)する電荷蓄積部または電荷保持部として動作する。増幅トランジスタSFは、フロ
ーティングディフュージョンFDの電位に応じた信号を増幅する増幅部として動作する。
各転送トランジスタTX1、TX2は、光電変換部からフローティングディフュージョン
FDに電荷を転送する転送部として動作する。リセットトランジスタRSTは、フローテ
ィングディフュージョンFDの電位や光電変換部の電荷をリセットするリセット部として
動作する。選択トランジスタSELは、画素200を選択するための選択部として動作す
る。これらの各部は、図4に示すように接続されている。また、図4においてVDDは電
源電圧である。
Each reading unit 400 includes a reset transistor RST (RST 1 , RST 2 ), an amplification transistor SF (SF 1 , SF 2 ), a selection transistor SEL (SEL 1 , SEL 2 ), and the like.
Floating diffusion FD (FD 1 , FD 2 ), transfer transistor TX1 (T)
It has X1 1 , TX1 2 ) and TX2 (TX2 1 , TX2 2 ). The floating diffusion FD accumulates the signal charge obtained by the photoelectric conversion in the photoelectric conversion unit PD (the floating diffusion FD accumulates the signal charge obtained by the photoelectric conversion.
Operates as a charge storage unit or charge retention unit. The amplification transistor SF operates as an amplification unit that amplifies a signal corresponding to the potential of the floating diffusion FD.
Each transfer transistor TX1 and TX2 operates as a transfer unit that transfers electric charges from the photoelectric conversion unit to the floating diffusion FD. The reset transistor RST operates as a reset unit that resets the potential of the floating diffusion FD and the electric charge of the photoelectric conversion unit. The selection transistor SEL operates as a selection unit for selecting the
各画素200の行方向に配置された光電変換部PDは、それぞれ別の読み出し部400
の転送トランジスタTX1、TX2に接続される。たとえば、画素200において、左側
の光電変換部PD_1は読み出し部4002の転送トランジスタTX12に接続され、右
側の光電変換部PD_2は読み出し部4002の転送トランジスタTX22に接続される
。右側の光電変換部PD_3は読み出し部4001の転送トランジスタTX11に接続さ
れ、左側の光電変換部PD_4は読み出し部4001の転送トランジスタTX21に接続
される。
The photoelectric conversion unit PD arranged in the row direction of each
It is connected to the transfer transistors TX1 and TX2 of. For example, in the
画素200の光電変換部PD_1、PD_4に接続された転送トランジスタTX12、T
X21のゲートは、ローカル制御線211によって制御パルスVtx_1が供給される制
御線210に接続される。一方、画素200の光電変換部PD_3、PD_2にそれぞれ接
続された転送トランジスタTX11、TX22のゲートは、ローカル制御線221によっ
て制御パルスVtx_2が供給される制御線220に接続される。すなわち、画素200
の左側の光電変換部PDについては制御パルスVtx_1により転送トランジスタTX1
、TX2の制御が行われ、右側の光電変換部PDについては、制御パルスVtx_2によ
り転送トランジスタTX1、TX2の制御が行われる。
Transfer transistors TX1 2 and T connected to the photoelectric conversion units PD_1 and PD_4 of the
The gate of X2 1 is connected to the
For the photoelectric conversion unit PD on the left side of, the transfer transistor TX1 is used by the control pulse Vtx_1.
, TX2 is controlled, and the transfer transistors TX1 and TX2 are controlled by the control pulse Vtx_2 for the photoelectric conversion unit PD on the right side.
(出力信号の読み出し)
図5に示すタイミングチャートを参照しながら、本実施形態の撮像素子101の画素2
00から出力信号を読み出す際の制御について説明する。図5において、Vselは、選
択トランジスタSELの制御パルスを示す。VrstはリセットトランジスタRSTの制
御パルスを示す。Vtx_1は、画素200の左側の光電変換部PD_1、PD_4に対応
する転送トランジスタTX12、TX21の制御パルスを示す。Vtx_2は、画素20
0の右側の光電変換部PD_3、PD_2に対応する転送トランジスタTX11、TX22
の制御パルスを示す。なお、これらの点は後述する図7、13、14においても同様であ
る。
(Reading out output signal)
The control when reading the output signal from 00 will be described. In FIG. 5, Vsel indicates a control pulse of the selection transistor SEL. Vrst indicates the control pulse of the reset transistor RST. Vtx_1 indicates the control pulse of the transfer transistors TX1 2 and TX2 1 corresponding to the photoelectric conversion units PD_1 and PD_4 on the left side of the
Transfer transistors TX1 1 and TX2 2 corresponding to the photoelectric conversion units PD_3 and PD_2 on the right side of 0.
The control pulse of is shown. These points are the same in FIGS. 7, 13 and 14 described later.
図5に示すように、駆動制御部102aは読み出し部400へ各種制御パルスを出力す
ることにより画素200からの出力信号の読み出しのための駆動タイミングを制御する。
駆動制御部102aは、出力信号の読み出しを行う画素行の選択を行う。駆動制御部
102aは、VselをLowレベルからHighレベルに切り替えて、選択トランジス
タSELをオンする。これにより、フローティングディフュージョンFDから垂直信号線
300までが接続される。なお、図5は、1行ずつ選択が行われる例を示している。
As shown in FIG. 5, the
The
駆動制御部102aは、VrstをLowレベルからHighレベルに切り替えて、リ
セットトランジスタRSTをオンして、フローティングディフュージョンFDの電位をリ
セットする。これがフローティングディフュージョンFDの1回目のリセットである。そ
の後、駆動制御部102aは、VrstをLowレベルに切り替えてリセットトランジス
タRSTをオフする。リセットトランジスタRSTがオフされた後、所定の静定時間でフ
ローティングディフュージョンFDの電位レベルが静定する。この静定したレベルが1回
目のリセットによるダークレベルであり、画素200の左側の光電変換部PD_1および
PD_4に対応するダーク信号となる。ここで、各垂直信号線3001~3002nには
、1回目のリセットによる各列の画素200内の左側の光電変換部PD_1、PD_4用の
ダーク信号「Dark_41、12、43、14、45、16、・・・、4(2n―1)
、12n」が同時に出力される。
The
1 2n ”is output at the same time.
上記ダークレベルの静定後、駆動制御部102aは、Vtx_1をHighレベルに切
り替えて画素200の左側の光電変換部PD_1およびPD_4に接続された転送トランジ
スタTX12、TX21をオンする。Vtx_1のHighレベル期間において、画素2
00の光電変換部PD_1に蓄積された信号電荷はフローティングディフュージョンFD
2に転送され、光電変換部PD_4に蓄積された信号電荷はフローティングディフュージ
ョンFD1に転送される。駆動制御部102aは、Vtx_1をLowレベルに切り替え
て画素200の光電変換部PD_1、PD_4に接続された転送トランジスタTX12、T
X21をオフする。
After the dark level is settled, the
The signal charge stored in the photoelectric conversion unit PD_1 of 00 is the floating diffusion FD.
The signal charge transferred to 2 and stored in the photoelectric conversion unit PD_4 is transferred to the floating diffusion FD 1 . The
Turn off X2 1 .
転送トランジスタTX12、TX21がオフされた後、所定の静定時間でフローティン
グディフュージョンFD1、FD2の電位レベルが静定する。この静定した電位レベルが
Vtx_1での読み出しによるシグナルレベルであり、画素200の光電変換部PD_1、
PD_4にそれぞれ対応するシグナル信号となる。ここで、各垂直信号線3001~30
02nには、Vtx_1での電荷転送による各列の画素200内の左側の光電変換部PD_
1、PD_4用のシグナル信号「Sig_41、12、43、14、45、16、・・・、
4(2n―1)、12n」が同時に出力される。
After the transfer transistors TX1 2 and TX2 1 are turned off, the potential levels of the floating diffusion FD 1 and FD 2 are settled in a predetermined static time. This statically indeterminate potential level is the signal level read out at Vtx_1, and the photoelectric conversion unit PD_1 of the
It becomes a signal signal corresponding to PD_4 respectively. Here, each vertical signal line 300 1 to 30
In 0 2n , the photoelectric conversion unit PD_ on the left side in the
1, Signal signal for PD_4 "Sig_4 1 , 1 2 4, 3 3 , 1 4 4 , 4 5 1, 6 ...,
4 (2n-1) , 1 2n "is output at the same time.
このようにして各垂直信号線300から出力されたダーク信号とシグナル信号との差分
が、画素200における各光電変換部PD_1、PD_4の読み出し信号量、すなわち出力
信号となる。したがって、同一の画素行に配置される複数の画素200において、垂直方
向に並ぶ光電変換部PD_1、PD_4の出力信号は時間的な同時性を有する。
なお、上記のダーク信号とシグナル信号との差分を求める相関二重サンプリング(CD
S)動作は、撮像素子101のセンサーチップ内の後段回路で行ってもよいし、センサー
チップ外の後段回路で行ってもよい。
The difference between the dark signal and the signal signal output from each vertical signal line 300 in this way becomes the read signal amount of each photoelectric conversion unit PD_1 and PD_4 in the
Correlated double sampling (CD) for obtaining the difference between the above dark signal and the signal signal.
S) The operation may be performed in the post-stage circuit inside the sensor chip of the
上記シグナルレベルの静定後、駆動制御部102aは、VrstをLowレベルからH
ighレベルに切り替えて、リセットトランジスタRSTをオンして、フローティングデ
ィフュージョンFDの電位をリセットする。これがフローティングディフュージョンFD
の2回目のリセットである。その後、駆動制御部102aは、VrstをLowレベルに
切り替えてリセットトランジスタRSTをオフする。リセットトランジスタRSTがオフ
された後、所定の静定時間でフローティングディフュージョンFDの電位レベルが静定す
る。この静定したレベルが2回目のリセットによるダークレベルであり、画素200の右
側の光電変換部PD_2、PD_3に対応するダーク信号となる。ここで、各垂直信号線3
001~3002nには、2回目のリセットによる各列の画素200内の右側の光電変換
部PD_2、PD_3用のダーク信号「Dark_31、22、33、24、35、26、
・・・、3(2n-1)、22n」が同時に出力される。
After the above signal level is settled, the
Switch to the high level and turn on the reset transistor RST to reset the potential of the floating diffusion FD. This is Floating Diffusion FD
This is the second reset of. After that, the
In 001 to 300 2n , the dark signals "Dark_3 1 , 2 2 , 3 3 3 , 2 4 4 , 3 5 2 6 " for the photoelectric conversion units PD_2 and PD_3 on the right side in the
... 3 (2n-1) , 2 2n "are output at the same time.
上記ダークレベルの静定後、駆動制御部102aは、Vtx_2をHighレベルに切
り替えて画素200の右側の光電変換部PD_3、PD_2に接続された転送トランジスタ
TX11、TX22をオンする。Vtx_2のHighレベル期間において、画素200
の光電変換部PD_3に蓄積された信号電荷がフローティングディフュージョンFD1に
転送され、光電変換部PD_2に蓄積された信号電荷がフローティングディフュージョン
FD2に転送される。駆動制御部102aは、Vtx_2をLowレベルに切り替えて画
素200の光電変換部PD_3、PD_2に接続された転送トランジスタTX11、TX2
2をオフする。
After the dark level is settled, the
The signal charge stored in the photoelectric conversion unit PD_3 is transferred to the floating diffusion FD 1 , and the signal charge stored in the photoelectric conversion unit PD_2 is transferred to the floating diffusion FD 2 . The
Turn off 2 .
転送トランジスタTX11、TX22がオフされた後、所定の静定時間でフローティン
グディフュージョンFDの電位レベルが静定する。この静定した電位レベルがVtx_2
の読み出しによるシグナルレベルであり、画素200の光電変換部PD_3、PD_2に対
応するシグナル信号となる。各垂直信号線3001~3002nには、Vtx_2での電
荷転送による各列の画素200内の右側の光電変換部PD_3、PD_2用のシグナル信号
「Sig_31、22、33、24、35、26、・・・、3(2n-1)、22n」が
出力される。
After the transfer transistors TX1 1 and TX2 2 are turned off, the potential level of the floating diffusion FD is settled in a predetermined static time. This statically indeterminate potential level is Vtx_2
It is a signal level by reading out, and is a signal signal corresponding to the photoelectric conversion units PD_3 and PD_2 of the
このようにして各垂直信号線300から出力されたダーク信号とシグナル信号との差分
が、画素200における各光電変換部PD_2、PD_3の読み出し信号量、すなわち出力
信号となる。したがって、同一の画素行に配置される複数の画素200において、垂直方
向に並ぶ光電変換部PD_2、PD_3の出力信号は時間的な同時性を有する。
なお、上記のダーク信号とシグナル信号との差分を求める相関二重サンプリング(CD
S)動作は、撮像素子101のセンサーチップ内の後段回路で行ってもよいし、センサー
チップ外の後段回路で行ってもよい。
The difference between the dark signal and the signal signal output from each vertical signal line 300 in this way becomes the read signal amount of each photoelectric conversion unit PD_2 and PD_3 in the
Correlated double sampling (CD) for obtaining the difference between the above dark signal and the signal signal.
S) The operation may be performed in the post-stage circuit inside the sensor chip of the
上述したように、画素200においては、駆動制御部102aは、垂直方向に配置され
た光電変換部PD_1とPD_4とから同一のタイミングにて出力信号を出力させる。駆動
制御部102aは、垂直方向に配置された光電変換部PD_2とPD_3とから同一のタイ
ミングにて出力信号を出力させる。すなわち、駆動制御部102aは、転送トランジスタ
TX12とTX21とに対して同一のタイミングにて光電変換部PD_1、PD_4からの
電荷転送を許可し、転送トランジスタTX11とTX22とに対して同一のタイミングに
て光電変換部PD_3、PD_2からの電荷転送を許可する。したがって、駆動制御部10
2aは、画素200の対角線方向に配置された光電変換部PD_1とPD_2とのそれぞれ
に接続された転送トランジスタTX12とTX22とに対して、電荷転送を択一的に許可
する。駆動制御部102aは、画素200の対角線方向に配置された光電変換部PD_3
とPD_4とのそれぞれに接続された転送トランジスタTX11とTX21とに対して、
電荷転送を択一的に許可する。
これにより、それぞれの光電変換部PD_1~PD_4に対してフローティングディフュ
ージョンを設けることなく電荷転送を行うことができるので、部品数を減らし、光電変換
部PD_1~PD_4の受光面の面積を増加させることができる。
As described above, in the
2a selectively allows charge transfer to the transfer transistors TX1 2 and TX2 2 connected to the photoelectric conversion units PD_1 and PD_2 arranged diagonally in the
For the transfer transistors TX1 1 and TX2 1 connected to and PD_4, respectively.
Alternatively allow charge transfer.
As a result, charge transfer can be performed for each of the photoelectric conversion units PD_1 to PD_1 without providing floating diffusion, so that the number of parts can be reduced and the area of the light receiving surface of the photoelectric conversion units PD_1 to PD_4 can be increased. can.
なお、上述の説明では、駆動制御部102aは、第1領域R1の画素200について、
光電変換部PD_1、PD_4から出力信号を出力させた後、光電変換部PD_2、PD_3
から出力信号を出力させるように駆動タイミングを制御したが、この例に限定されない。
駆動制御部102aが、第1領域R1の画素200について、光電変換部PD_2、PD_
3から出力信号を出力させた後、光電変換部PD_1、PD_4から出力信号を出力させる
ように駆動タイミングを制御しても良い。
In the above description, the
After outputting the output signal from the photoelectric conversion units PD_1 and PD_4, the photoelectric conversion units PD_2 and PD_3
The drive timing was controlled so that the output signal was output from, but the present invention is not limited to this example.
The
After the output signal is output from 3, the drive timing may be controlled so that the output signal is output from the photoelectric conversion units PD_1 and PD_1.
駆動制御部102aは、撮像素子101の第1領域R1に含まれる各画素行ごとに上記
の制御を行い、出力信号の読み出しを行う。
(焦点検出)
ユーザによるシャッターボタンの半押し操作に応じて焦点調節を行う場合には、焦点検
出部102bは、上述のようにして読み出された出力信号を焦点検出信号として用いて、
公知の像面位相差方式による焦点検出演算を行う。この場合、焦点検出部102bは、時
間的な同時性を有する複数の出力信号を用いて信号列を生成する。たとえば、焦点検出部
102bは、各行の光電変換部PD_1からの出力信号を用いて第1信号列{an}を生
成し、各行の光電変換部PD_4からの出力信号を用いて第2信号列{bn}を生成する
。焦点検出部102bは、生成した第1信号列{an}および第2信号列{bn}との相
対的な像ズレ量を検出することによって交換レンズ110の焦点調節状態、すなわちデフ
ォーカス量を検出する。
The
(Focus detection)
When the focus is adjusted in response to the half-press operation of the shutter button by the user, the
Focus detection calculation is performed by a known image plane phase difference method. In this case, the
焦点検出部102bは、各行の光電変換部PD_3からの出力信号を用いて第1信号列
{cn}を生成し、各行の光電変換部PD_2からの出力信号を用いて第2信号列{dn
}を生成しても良い。特に、撮像素子101の周辺部では、撮像素子101の中央部と比
較して、被写体からの光束がケラレ等の影響を受けやすい。焦点検出部102bは、撮像
素子101の周辺部に配置された画素200からの出力信号のうち、ケラレの影響の少な
い対の光電変換部PD_1、PD_4、または光電変換部PD_2、PD_3からの出力信号
を選択して焦点検出信号として用いればよい。撮像素子101の中央部に配置された画素
200については、焦点検出部102bは、光電変換部PD_1、PD_4、または光電変
換部PD_2、PD_3の何れか一方の対からの出力信号を焦点検出信号として用いること
ができる。
The
} May be generated. In particular, in the peripheral portion of the
なお、上述したように、撮像素子101の各画素位置にはベイヤー配列の規則に従って
色フィルタが配置されている。したがって、焦点検出部102bは、一対の信号列{an
}、{bn}または一対の信号列{cn}、{dn}を生成する際に、同一の色フィルタ
が配置された画素200からの出力信号を用いる。たとえば、図2に示すように第1列目
に配置された画素200からの出力信号を用いて焦点検出演算を行う場合には、焦点検出
部102bは、一例として、Gの色フィルタが配置された第1行目、第3行目、…の画素
200からの出力信号を用いる。
As described above, a color filter is arranged at each pixel position of the
}, {Bn} or a pair of signal sequences {cn}, {dn}, the output signal from the
-第2領域R2に配置される画素-
図6は、第2領域R2に配置される各画素200のトランジスタレベルでの接続を示す
回路図であり、図2を詳細に示した図である。なお、図6においても、図2に示す複数の
画素200のうち、第2領域R2に含まれる1つの画素200の回路構成を示している。
画素200の光電変換部PD_1、PD_3に接続された転送トランジスタTX12、T
X11のゲートは、それぞれローカル制御線251および252によって制御パルスVt
x_1が供給される制御線210に接続される。画素200の光電変換部PD_4、PD_
2に接続された転送トランジスタTX21、TX22のゲートは、それぞれローカル制御
線253および254によって制御パルスVtx_2が供給される制御線220に接続さ
れる。すなわち、画素200の上側の光電変換部PDについては制御パルスVtx_1に
より転送トランジスタTX1、TX2の制御が行われ、下側の光電変換部PDについては
、制御パルスVtx_2により転送トランジスタTX1、TX2の制御が行われる。他の
構成、すなわち光電変換部PDに蓄積された電荷を垂直信号線300に読み出すための信
号回路については、第1領域R1に配置される画素200と同一である。
-Pixels arranged in the second region R2-
FIG. 6 is a circuit diagram showing connections at the transistor level of each
Transfer transistors TX1 2 and T connected to the photoelectric conversion units PD_1 and PD_3 of the
The gate of X1 1 is controlled by the
It is connected to the
The gates of the transfer transistors TX2 1 and TX2 2 connected to 2 are connected to the
(出力信号の読み出し)
図7に示すタイミングチャートを参照しながら、第2領域R2に配置された画素200
から出力信号を読み出す際の制御について説明する。なお、以下の説明においては、第1
領域R1に配置された画素200からの出力信号の読み出し時の駆動タイミングとの相違
点を主に行う。
図7において、Vtx_1は、画素200の上側の光電変換部PD_1、PD_3に対応
する転送トランジスタTX12、TX11の制御パルスを示す。Vtx_2は、画素20
0の下側の光電変換部PD_4、PD_2に対応する転送トランジスタTX21、TX22
の制御パルスを示す。
(Reading out output signal)
The control when reading the output signal from is described. In the following description, the first
The difference from the drive timing at the time of reading out the output signal from the
In FIG. 7, Vtx_1 shows the control pulses of the transfer transistors TX1 2 and TX1 1 corresponding to the photoelectric conversion units PD_1 and PD_3 on the upper side of the
Transfer transistors TX2 1 and TX2 2 corresponding to the photoelectric conversion units PD_4 and PD_2 on the lower side of 0.
The control pulse of is shown.
図7に示すように、駆動制御部102aは、第1領域R1の画素200の場合と同様に
して、選択トランジスタSELをオンすることにより、出力信号の読み出しを行う画素行
の選択を行う。なお、図7においても、1行ずつ選択が行われる例を示している。駆動制
御部102aは、第1領域R1の画素200の場合と同様にして、1回目のフローティン
グディフュージョンFDの電位のリセットを行う。所定の静定時間が経過すると、各垂直
信号線3001~3002nには、1回目のリセットによる各列の画素200内の上側の
光電変換部PD_1、PD_3用のダーク信号「Dark_31、12、33、14、35
、16、・・・、3(2n-1)、12n」が同時に出力される。
As shown in FIG. 7, the
1, 6 , ..., 3 (2n-1) , 1 2n "are output at the same time.
駆動制御部102aは、Vtx_1をHighレベルに切り替えて転送トランジスタT
X12、TX11をオンする。Vtx_1のHighレベル期間において、画素200の
光電変換部PD_1に蓄積された信号電荷はフローティングディフュージョンFD2に転
送され、光電変換部PD_3に蓄積された信号電荷はフローティングディフュージョンF
D1に転送される。駆動制御部102aは、Vtx_1をLowレベルに切り替えて転送
トランジスタTX12、TX11をオフする。その後、所定の静定時間でフローティング
ディフュージョンFD1、FD2の電位レベルは静定し、Vtx_1での読み出しによる
シグナルレベルとなる。各垂直信号線3001~3002nには、Vtx_1での電荷転
送による各列の画素200内の上側の光電変換部PD_1、PD_3用のシグナルレベルに
対応したシグナル信号「Sig_31、12、33、14、35、16、・・・、3(2
n-1)、12n」が同時に出力される。
The
Turn on X1 2 and TX1 1 . During the High level period of Vtx_1, the signal charge stored in the photoelectric conversion unit PD_1 of the
Transferred to D 1 . The
n-1) , 1 and 2n ”are output at the same time.
上記のようにして各垂直信号線300から出力されたダーク信号とシグナル信号との差
分が、画素200における各光電変換部PD_1、PD_3の出力信号となる。したがって
、同一の画素行に配置される複数の画素200において、水平方向に並ぶ光電変換部PD
_1、PD_3の出力信号は時間的な同時性を有する。
なお、上記のダーク信号とシグナル信号との差分を求める相関二重サンプリング(CD
S)動作は、撮像素子101のセンサーチップ内の後段回路で行ってもよいし、センサー
チップ外の後段回路で行ってもよい。
The difference between the dark signal and the signal signal output from each vertical signal line 300 as described above becomes the output signal of each photoelectric conversion unit PD_1 and PD_3 in the
The output signals of _1 and PD_3 have temporal simultaneity.
Correlated double sampling (CD) for obtaining the difference between the above dark signal and the signal signal.
S) The operation may be performed in the post-stage circuit inside the sensor chip of the
上記シグナルレベルの静定後、駆動制御部102aは、第1領域R1の画素200の場
合と同様にして、2回目のフローティングディフュージョンFDの電位のリセットを行う
。所定の静定時間が経過すると、各垂直信号線3001~3002nには、2回目のリセ
ットによる各列の画素200内の下側の光電変換部PD_2、PD_4用のダーク信号「D
ark_41、22、43、24、45、26、・・・、4(2n-1)、22n」が同
時に出力される。
After the signal level is settled, the
"ark_4 1 , 2 2 , 4, 3 , 2, 4 , 4, 5 , 2, 6 , ..., 4 (2n-1) , 2 2n " are output at the same time.
上記ダークレベルの静定後、駆動制御部102aは、Vtx_2をHighレベルに切
り替えて転送トランジスタTX21、TX22をオンする。Vtx_2のHighレベル
期間において、画素200の光電変換部PD_4に蓄積された信号電荷がフローティング
ディフュージョンFD1に転送され、光電変換部PD_2に蓄積された信号電荷がフロー
ティングディフュージョンFD2に転送される。駆動制御部102aは、Vtx_2をL
owレベルに切り替えて転送トランジスタTX21、TX22をオフする。その後、所定
の静定時間でフローティングディフュージョンFDの電位レベルは静定し、Vtx_2の
読み出しによるシグナルレベルとなる。各垂直信号線3001~3002nには、Vtx
_2での電荷転送による各列の画素200内の下側の光電変換部PD_2、PD_4用のシ
グナル信号「Sig_41、22、43、24、45、26、・・・、4(2n-1)、
22n」が出力される。
After the dark level is settled, the
Switch to the ow level and turn off the transfer transistors TX2 1 and TX2 2 . After that, the potential level of the floating diffusion FD is settled in a predetermined static time, and becomes the signal level by reading Vtx_2. Vtx for each vertical signal line 300 1 to 300 2n
Signal signals for the lower photoelectric conversion units PD_2 and PD_4 in the
22n ”is output.
各垂直信号線300から出力されたダーク信号とシグナル信号との差分が、画素200
における各光電変換部PD_2、PD_4の出力信号となる。したがって、同一の画素行に
配置される複数の画素200において、水平方向に並ぶ光電変換部PD_2、PD_4の出
力信号は時間的な同時性を有する。
なお、上記のダーク信号とシグナル信号との差分を求める相関二重サンプリング(CD
S)動作は、撮像素子101のセンサーチップ内の後段回路で行ってもよいし、センサー
チップ外の後段回路で行ってもよい。
The difference between the dark signal and the signal signal output from each vertical signal line 300 is the
It becomes an output signal of each photoelectric conversion part PD_2, PD_4 in. Therefore, in the plurality of
Correlated double sampling (CD) for obtaining the difference between the above dark signal and the signal signal.
S) The operation may be performed in the post-stage circuit inside the sensor chip of the
なお、駆動制御部102aは、第2領域R2の画素200については、光電変換部PD
_1、PD_3から出力信号を出力させた後、光電変換部PD_2、PD_4から出力信号を
出力させるように駆動タイミングを制御したが、この例に限定されない。駆動制御部10
2aが、第2領域R2の画素200について、光電変換部PD_2、PD_4から出力信号
を出力させた後、光電変換部PD_1、PD_3から出力信号を出力させるように駆動タイ
ミングを制御しても良い。
The
The drive timing is controlled so that the output signals are output from the photoelectric conversion units PD_1 and PD_4 after the output signals are output from _1 and PD_3, but the present invention is not limited to this example. Drive control unit 10
2a may control the drive timing so that the
(焦点検出)
焦点検出部102bは、上述のようにして読み出された出力信号を焦点検出信号として
用いて、公知の像面位相差方式による焦点検出演算を行う。この場合、焦点検出部102
bは、時間的な同時性を有する複数の出力信号を用いて信号列を生成する。たとえば、焦
点検出部102bは、各列の光電変換部PD_1からの出力信号を用いて第1信号列{a
n}を生成し、各列の光電変換部PD_3からの出力信号を用いて第2信号列{bn}を
生成する。焦点検出部102bは、生成した第1信号列{an}および第2信号列{bn
}との相対的な像ズレ量を検出することによって交換レンズ110の焦点調節状態、すな
わちデフォーカス量を検出する。なお、焦点検出部102bは、各列の光電変換部PD_
4からの出力信号を用いて第1信号列{cn}を生成し、各列の光電変換部PD_2から
の出力信号を用いて第2信号列{dn}を生成しても良い。
(Focus detection)
The
b generates a signal sequence using a plurality of output signals having temporal simultaneity. For example, the
n} is generated, and the second signal string {bn} is generated using the output signal from the photoelectric conversion unit PD_3 of each column. The
} By detecting the amount of image deviation relative to the image, the focus adjustment state of the
The first signal sequence {cn} may be generated using the output signal from 4, and the second signal sequence {dn} may be generated using the output signal from the photoelectric conversion unit PD_2 of each column.
なお、焦点検出部102bは、撮像素子101の周辺部に配置された画素200からの
出力信号のうち、ケラレの影響の少ない対の光電変換部PD_1、PD_3、または光電変
換部PD_2、PD_4からの出力信号を選択して焦点検出信号として用いればよい。また
、焦点検出部102bは、一対の信号列{an}、{bn}または一対の信号列{cn}
、{dn}を生成する際に、同一の色フィルタが配置された画素200からの出力を用い
る。たとえば、図2に示すように第1行目に配置された画素200からの出力信号を用い
て焦点検出演算を行う場合には、焦点検出部102bは、一例として、Gの色フィルタが
配置された第1列目、第3列目、…の画素200からの出力信号を用いる。
The
, {Dn}, the output from the
上述したように、第1領域R1に設けられた複数の画素200からの出力信号について
は、焦点検出部102bは、垂直方向に沿って一対の信号列を生成して、信号列間の像ズ
レ量を検出することによってデフォーカス量を算出する。第2領域R2に設けられた複数
の画素200からの出力信号については、焦点検出部102bは、水平方向に沿って一対
の信号列を生成して、信号列間の像ズレ量を検出することによってデフォーカス量を算出
する。したがって、同一の回路構成を有する画素200により構成される撮像素子101
において、被写体像の垂直方向の像ズレの検出と、水平方向の像ズレの検出とを、同一フ
レームの出力信号を用いて行うことができる。
As described above, for the output signals from the plurality of
In the above, the detection of the vertical image deviation of the subject image and the detection of the horizontal image deviation can be performed by using the output signal of the same frame.
-撮影用画像生成-
ユーザのシャッターボタンの全押し操作に応じて撮影動作を行う場合には、画像処理部
102cは、上述のようにして読み出された出力信号を画像信号として使用する。この場
合、画像処理部102cは、それぞれの画素200について、光電変換部PD_1、PD_
2、PD_3およびPD_4から出力された出力信号を加算して、画像信号を生成する。画
像処理部102cは、この画像信号に対して各種の画像処理を施して、撮影用画像データ
を生成する。
-Image generation for shooting-
When performing a shooting operation in response to a user's full pressing of the shutter button, the
2. The output signals output from PD_3 and PD_4 are added to generate an image signal. The
(比較例)
図8、9に比較例における画素500の構成を、図10、11に比較例における画素5
01の構成を示す。図8、図10は、比較例における画素500、501の概略的な構成
を説明する図である。なお、図8、図10では、画素500、501と垂直信号線600
(6001、6002)との接続を分かりやすくするため、読み出しに用いられるトラン
ジスタなどは省略している。図8、図10は、複数の画素列のうち、第1列の一部の画素
500、501について示す。図9、11は、それぞれ図8、10の詳細を示す図であり
、トランジスタレベルでの接続を示す。各画素500、501には、4個の光電変換部P
D’(PD’_1、PD’_2、PD’_3、PD’_4)が2行2列に配置される。
(Comparative example)
8 and 9 show the configuration of the
The configuration of 01 is shown. 8 and 10 are diagrams illustrating a schematic configuration of
In order to make the connection with (600 1 , 600 2 ) easy to understand, the transistor used for reading is omitted. 8 and 10 show a part of the
D'(PD'_1, PD'_2, PD'_3, PD'_4) is arranged in 2 rows and 2 columns.
画素500では、垂直方向に配置された光電変換部PD’_1、PD’_4から出力信号
が画素500の垂直信号線6001に読み出され、垂直方向に配置された光電変換部PD
’_2、PD’_3から出力信号が垂直信号線6002に読み出される。すなわち、光電変
換部PD’_1、PD’_4からは、両者に共通に設けられたリセットトランジスタRST
’1、増幅トランジスタSF’1、選択トランジスタSEL’1、フローティングディフ
ュージョンFD’1を介して、出力信号が読み出される。光電変換部PD’_2、PD’_
3からは、両者に共通に設けられたリセットトランジスタRST’2、増幅トランジスタ
SF’2、選択トランジスタSEL’2、フローティングディフュージョンFD’2を介
して、出力信号が読み出される。したがって、画素500においては光電変換部PD’_
1、PD’_3からの出力信号が時間的な同時性を有し、光電変換部PD’_2、PD’_
4からの出力信号が時間的な同時性を有する。
In the
The output signal is read from'_2 and PD'_3 to the vertical signal line 600 2 . That is, from the photoelectric conversion units PD'_1 and PD'_4, the reset transistor RST provided in common to both is used.
The output signal is read out via ' 1 , the amplification transistor SF'1 , the selection transistor SEL'1 , and the floating diffusion FD'1 . Photoelectric conversion unit PD'_2, PD'_
From 3, the output signal is read out via the reset transistor RST'2 , the amplification transistor SF'2 , the selection transistor SEL'2 , and the floating diffusion FD'2 , which are commonly provided in both. Therefore, in the
1. The output signals from PD'_3 have temporal simultaneity, and the photoelectric conversion units PD'_2 and PD'_
The output signals from 4 have temporal simultaneity.
画素501では、水平方向に配置された光電変換部PD’_1、PD’_3から出力信号
が画素501の垂直信号線6001に読み出され、水平方向に配置された光電変換部PD
’_2、PD’_4から出力信号が垂直信号線6002に読み出される。すなわち、光電変
換部PD’_1、PD’_3からは、両者に共通に設けられたリセットトランジスタRST
’1、増幅トランジスタSF’1、選択トランジスタSEL’1、フローティングディフ
ュージョンFD’1を介して、出力信号が読み出される。光電変換部PD’_2、PD’_
4からは、両者に共通に設けられたリセットトランジスタRST’2、増幅トランジスタ
SF’2、選択トランジスタSEL’2、フローティングディフュージョンFD’2を介
して、出力信号が読み出される。したがって、画素501においては光電変換部PD’_
1、PD’_4からの出力信号が時間的な同時性を有し、光電変換部PD’_2、PD’_
3からの出力信号が時間的な同時性を有する。
In the
The output signal is read from'_2 and PD'_4 to the vertical signal line 600 2 . That is, from the photoelectric conversion units PD'_1 and PD'_3, the reset transistor RST commonly provided for both is provided.
The output signal is read out via ' 1 , the amplification transistor SF'1 , the selection transistor SEL'1 , and the floating diffusion FD'1 . Photoelectric conversion unit PD'_2, PD'_
From 4, the output signal is read out via the reset transistor RST'2 , the amplification transistor SF'2 , the selection transistor SEL'2 , and the floating diffusion FD'2 , which are commonly provided in both. Therefore, in
1. The output signals from PD'_4 have temporal simultaneity, and the photoelectric conversion unit PD'_2, PD'_
The output signals from 3 have temporal simultaneity.
上述したように、画素500では水平方向に時間的な同時性を有する出力信号が得られ
、画素501では垂直方向に時間的な同時性を有する出力信号が得られる。しかしながら
、画素500と画素501との回路構成はそれぞれ異なる。
As described above, the
上述した第1の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)画素200は、行方向と列方向とに2個ずつ配置された光電変換部PDと、2個の
フローティングディフュージョンFDとを有する。4個の光電変換部PDは、行方向に順
に光電変換部PD_1、PD_3が配置され、列方向に順に光電変換部PD_1、PD_4が
配置され、列方向に順に光電変換部PD_3、PD_2が配置される。光電変換部PD_1
および光電変換部PD_2で生成された電荷はフローティングディフュージョンFD2に
転送され、光電変換部PD_3および光電変換部PD_4で生成された電荷はフローティン
グディフュージョンFD1転送される。したがって、4個の光電変換部のそれぞれに対し
てフローティングディフュージョンを設ける従来の技術と比較して、1個の画素に必要と
なるトランジスタの個数を16個から10個に減らすことができる。このため、本実施の
形態の光電変換部PDのそれぞれの受光面の面積を、上記の従来の技術の光電変換部の受
光面の面積と比較して大きくすることができる。すなわち、本実施の形態では、受光面の
面積を減少に伴う飽和電子数の減少と、これに伴う飽和出力低下による撮像特性への悪影
響を抑制できる。これにより、たとえば画素200からの出力を焦点検出に用いる場合に
は、焦点検出精度の低下を防ぐことができる。
According to the first embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) The
And the electric charge generated by the photoelectric conversion unit PD_2 is transferred to the floating diffusion FD 2 , and the electric charge generated by the photoelectric conversion unit PD_3 and the photoelectric conversion unit PD_4 is transferred to the floating diffusion FD 1 . Therefore, the number of transistors required for one pixel can be reduced from 16 to 10 as compared with the conventional technique of providing floating diffusion for each of the four photoelectric conversion units. Therefore, the area of each light-receiving surface of the photoelectric conversion unit PD of the present embodiment can be increased as compared with the area of the light-receiving surface of the photoelectric conversion unit of the above-mentioned conventional technique. That is, in the present embodiment, it is possible to suppress the decrease in the number of saturated electrons due to the decrease in the area of the light receiving surface and the adverse effect on the imaging characteristics due to the decrease in the saturation output. Thereby, for example, when the output from the
(2)画素200は、行方向と列方向とに2個ずつ配置された光電変換部PDと、光電変
換部PDの電荷による信号が出力される垂直信号線300とを有する。4個の光電変換部
PDは、行方向に順に光電変換部PD_1、PD_3が配置され、列方向に順に光電変換部
PD_1、PD_4が配置され、列方向に順に光電変換部PD_3、PD_2が配置される。
光電変換部PD_1および光電変換部PD_2で生成された電荷による信号は垂直信号線3
002に出力され、光電変換部PD_3および光電変換部PD_4で生成された電荷による
信号は垂直信号線3001に出力される。したがって、1個の画素に必要となる部品数を
少なくできるので、光電変換部PDのそれぞれの受光面の面積を、上記の従来の技術の光
電変換部の受光面の面積と比較して大きくすることができる。すなわち、上記の作用効果
(1)と同様に、受光面の面積を減少に伴う飽和電子数の減少と、これに伴う飽和出力低
下による撮像特性への悪影響を抑制できる。
(2) The
The signal due to the electric charge generated by the photoelectric conversion unit PD_1 and the photoelectric conversion unit PD-2 is the
It is output to 002, and the signal due to the electric charge generated by the photoelectric conversion unit PD_3 and the photoelectric conversion unit PD_4 is output to the vertical signal line 300 1 . Therefore, since the number of parts required for one pixel can be reduced, the area of each light receiving surface of the photoelectric conversion unit PD is made larger than the area of the light receiving surface of the photoelectric conversion unit of the above-mentioned conventional technique. be able to. That is, similarly to the above-mentioned effect (1), it is possible to suppress the decrease in the number of saturated electrons due to the decrease in the area of the light receiving surface and the adverse effect on the imaging characteristics due to the decrease in the saturation output.
(3)光電変換部PD_1からの電荷の転送と、光電変換部PD_2からの電荷の転送とが
択一的に行われ、光電変換部PD_3からの電荷の転送と、光電変換部PD_4からの電荷
の転送とが択一的に行われる。さらに、同一の回路構成を有する画素200から、水平方
向に時間的な同時性を有する出力信号または垂直方向に時間的な同時性を有する出力信号
を出力することが可能となる。したがって、比較例のような画素500や501を用いる
場合と異なり、水平方向に時間的な同時性を有する出力信号と、垂直方向に時間的な同時
性を有する出力信号との間で、回路構成の相違により異なる静電容量に応じた出力信号と
なることを防ぐことができる。
(3) The transfer of the electric charge from the photoelectric conversion unit PD_1 and the transfer of the electric charge from the photoelectric conversion unit PD-2 are performed alternately, and the transfer of the electric charge from the photoelectric conversion unit PD_3 and the electric charge from the photoelectric conversion unit PD_4 are performed. Transfer is performed alternately. Further, it is possible to output an output signal having temporal simultaneity in the horizontal direction or an output signal having temporal simultaneity in the vertical direction from the
(4)第1領域R1の画素200に対しては、制御パルスVtx_1が供給される制御線
210を介して、転送トランジスタTX12による光電変換部PD_1の電荷の転送と、
転送トランジスタTX21による光電変換部PD_4の電荷の転送とが同時に行われる。
制御パルスVtx_2が供給される制御線220を介して、転送トランジスタTX11に
よる光電変換部PD_3の電荷の転送と、転送トランジスタTX22による光電変換部P
D_2の電荷の転送とが同時に行われる。
第2領域R2の画素200に対しては、制御パルスVtx_1が供給される制御線21
0を介して、転送トランジスタTX12による光電変換部PD_1の電荷の転送と、転送
トランジスタTX11による光電変換部PD_3の電荷の転送とが同時に行われる。制御
パルスVtx_2が供給される制御線220を介して、転送トランジスタTX21による
光電変換部PD_4の電荷の転送と、転送トランジスタTX22による光電変換部PD_2
の電荷の転送とが同時に行われる。したがって、比較例の場合と異なり、信号を読み出す
ための回路構成が同一の画素200から、垂直方向に配置された光電変換部PDまたは水
平方向に配置された光電変換部PDから同一のタイミングにて出力信号を読み出すことが
可能となる。
(4) For the
The transfer of the electric charge of the photoelectric conversion unit PD_4 by the transfer transistor TX2 1 is performed at the same time.
The charge transfer of the photoelectric conversion unit PD_3 by the transfer transistor TX1 1 and the photoelectric conversion unit P by the transfer transistor TX2 2 via the
The transfer of the charge of D_2 is performed at the same time.
The
The transfer of the electric charge of the photoelectric conversion unit PD_1 by the transfer transistor TX1 2 and the transfer of the electric charge of the photoelectric conversion unit PD_3 by the transfer transistor TX1 1 are performed simultaneously via 0. The charge transfer of the photoelectric conversion unit PD_4 by the transfer transistor TX2 1 and the photoelectric conversion unit PD_2 by the transfer transistor TX2 2 via the
Charge transfer is performed at the same time. Therefore, unlike the case of the comparative example, from the
(5)制御線210および220は複数の画素200からなる画素列に対して共通に設け
られ、第1領域R1の画素200に対しては、制御線210は転送トランジスタTX12
、TX21に接続され、制御線220は転送トランジスタTX11、TX22に接続され
る。第2領域R2の画素200に対しては、制御線210は転送トランジスタTX12、
TX11に接続され、制御線220は転送トランジスタTX21、TX22に接続される
。したがって、制御線210、220からのローカル制御線211、221、251~2
54と接続される転送トランジスタTX1、TX2を異ならせることにより、画素200
を第1領域R1と第2領域R2の何れか含まれるようにすることができる。すなわち、第
1領域R1と第2領域R2との配置の自由度を向上できる。
(5) The control lines 210 and 220 are commonly provided for a pixel sequence composed of a plurality of
, TX2 1 and the
It is connected to TX1 1 , and the
By making the transfer transistors TX1 and TX2 connected to 54 different, the
Can be included in either the first region R1 or the second region R2. That is, the degree of freedom in the arrangement of the first region R1 and the second region R2 can be improved.
-第2の実施の形態-
図面を参照して、本発明の第2の実施の形態について説明する。以下の説明では、第1
の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しな
い点については、第1の実施の形態と同じである。本実施の形態では、制御線と画素の転
送トランジスタとを結ぶローカル制御線の接続が第1の実施の形態と異なる。
-Second embodiment-
A second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following explanation, the first
The same components as those in the embodiment are designated by the same reference numerals, and the differences will be mainly described. The points not particularly described are the same as those in the first embodiment. In the present embodiment, the connection of the local control line connecting the control line and the pixel transfer transistor is different from that of the first embodiment.
図12は、第2の実施の形態における撮像素子101の各画素200のトランジスタレ
ベルでの接続を示す回路図であり、図2を詳細に示した図である。
画素200の光電変換部PD_1に接続された転送トランジスタTX12のゲートは、
ローカル制御線261によって制御パルスVtx_1が供給される制御線210に接続さ
れる。光電変換部PD_3に接続された転送トランジスタTX11のゲートは、ローカル
制御線262によって制御パルスVtx_2が供給される制御線220に接続される。光
電変換部PD_4に接続された転送トランジスタTX21のゲートは、ローカル制御線2
63によって制御パルスVtx_3が供給される制御線230に接続される。光電変換部
PD_2に接続された転送トランジスタTX22のゲートは、ローカル制御線264によ
って制御パルスVtx_4が供給される制御線240に接続される。すなわち、画素20
0の4個の光電変換部PDのそれぞれについて、制御パルスVtx_1、Vtx_2、Vt
x_3、Vtx_4のそれぞれにより転送トランジスタTX1、TX2の制御が行われる。
他の構成については、第1の実施の形態による画素200と同一である。
FIG. 12 is a circuit diagram showing the connection of each
The gate of the transfer transistor TX1 2 connected to the photoelectric conversion unit PD_1 of the
The
The control pulse Vtx_3 is connected to the
Control pulses Vtx_1, Vtx_2, Vt for each of the four photoelectric conversion units PD of 0
The transfer transistors TX1 and TX2 are controlled by x_3 and Vtx_4, respectively.
Other configurations are the same as the
(出力信号の読み出し)
図13、14に示すタイミングチャートを参照しながら、本実施形態の撮像素子101
の画素200から出力信号を読み出す際の制御について説明する。図13は、光電変換部
PDから垂直方向に時間的な同時性を有する出力信号を読み出す(第1制御)場合を示し
、図14は、光電変換部PDから水平方向に時間的な同時性を有する出力信号を読み出す
(第2制御)場合を示す。図13、14において、Vtx_1は、画素200の光電変換
部PD_1に対応する転送トランジスタTX12の制御パルスを示す。Vtx_2は、光電
変換部PD_3に対応する転送トランジスタTX11の制御パルスを示す。Vtx_3は、
光電変換部PD_4に対応する転送トランジスタTX21の制御パルスを示す。Vtx_4
は、光電変換部PD_2に対応する転送トランジスタTX22の制御パルスを示す。
(Reading out output signal)
The
The control when reading the output signal from the
The control pulse of the transfer transistor TX21 corresponding to the photoelectric conversion unit PD_4 is shown. Vtx_4
Indicates the control pulse of the transfer transistor TX2 2 corresponding to the photoelectric conversion unit PD_2.
まず、光電変換部PDから垂直方向に時間的な同時性を有する出力信号を読み出す第1
制御について説明する。なお、以下の説明においては、第1の実施の形態における第1領
域R1に配置された画素200からの出力信号の読み出し時の駆動タイミングとの相違点
を主に行う。
図13に示すように、駆動制御部102aは、第1の実施の形態と同様にして、1回目
のフローティングディフュージョンFDの電位のリセットを行う。所定の静定時間が経過
すると、各垂直信号線3001~3002nには、1回目のリセットによる各列の画素2
00内の左側の光電変換部PD_1、PD_4用のダーク信号「Dark_41、12、4
3、14、45、16、・・・、4(2n-1)、12n」が同時に出力される。
First, the first output signal having temporal simultaneity in the vertical direction is read out from the photoelectric conversion unit PD.
The control will be described. In the following description, the difference from the drive timing at the time of reading the output signal from the
As shown in FIG. 13, the
Dark signals for the photoelectric conversion units PD_1 and PD_4 on the left side of 00 "Dark_4 1 , 1 2 , 4"
3 , 1, 4 , 4, 5 , 1, 6 , ..., 4 (2n-1) , 1 2n "are output at the same time.
駆動制御部102aは、Vtx_1およびVtx_3を同じタイミングにてHighレベ
ルに切り替えて画素200の左側の光電変換部PD_1およびPD_4に接続された転送ト
ランジスタTX12、TX21をオンする。Vtx_1のHighレベル期間において、
画素200の光電変換部PD_1に蓄積された信号電荷はフローティングディフュージョ
ンFD2に転送され、Vtx_3のHighレベル期間において、光電変換部PD_4に蓄
積された信号電荷はフローティングディフュージョンFD1に転送される。駆動制御部1
02aは、Vtx_1およびVtx_3を同じタイミングにてLowレベルに切り替えて転
送トランジスタTX12、TX21をオフする。その後、所定の静定時間でフローティン
グディフュージョンFDの電位レベルは静定し、Vtx_1、Vtx_3の読み出しによる
シグナルレベルとなる。各垂直信号線3001~3002nには、各列の画素200内の
左側の光電変換部PD_1、PD_4用のシグナル信号「Sig_41、12、43、14
、45、16、・・・、4(2n-1)、12n」が出力される。
The
The signal charge stored in the photoelectric conversion unit PD_1 of the
02a switches Vtx_1 and Vtx_3 to the Low level at the same timing, and turns off the transfer transistors TX1 2 and TX2 1 . After that, the potential level of the floating diffusion FD is settled in a predetermined static time, and becomes a signal level by reading Vtx_1 and Vtx_3. In each vertical signal line 300 1 to 300 2n , the signal signals for the photoelectric conversion units PD_1 and PD_4 on the left side in the
4, 5 , 1, 6 , ..., 4 (2n-1) , 1 2n "is output.
各垂直信号線300から出力されたダーク信号とシグナル信号との差分が、画素200
における各光電変換部PD_1、PD_4の出力信号となる。したがって、同一の画素行に
配置される複数の画素200において、垂直方向に並ぶ光電変換部PD_1、PD_4の出
力信号は時間的な同時性を有する。
The difference between the dark signal and the signal signal output from each vertical signal line 300 is the
It becomes an output signal of each photoelectric conversion part PD_1 and PD_4 in. Therefore, in the plurality of
上記シグナルレベルの静定後、駆動制御部102aは、第1の実施の形態と同様にして
、2回目のフローティングディフュージョンFDの電位のリセットを行う。所定の静定時
間が経過すると、各垂直信号線3001~3002nには、2回目のリセットによる各列
の画素200内の右側の光電変換部PD_2、PD_3用のダーク信号「Dark_31、
22、33、24、35、26、・・・、3(2n-1)、22n」が同時に出力される
。
After the signal level is settled, the
2 2 , 3 3 , 2, 4 , 3, 5 , 2, 6 , ..., 3 (2n-1) , 2 2n "are output at the same time.
上記ダークレベルの静定後、駆動制御部102aは、Vtx_2およびVtx_4を同じ
タイミングにてHighレベルに切り替えて転送トランジスタTX11、TX22をオン
する。Vtx_2のHighレベル期間において、画素200の光電変換部PD_3に蓄積
された信号電荷はフローティングディフュージョンFD1に転送され、Vtx_4のHi
ghレベル期間において、光電変換部PD_2に蓄積された信号電荷はフローティングデ
ィフュージョンFD2に転送される。駆動制御部102aは、Vtx_2およびVtx_4
を同じタイミングにてLowレベルに切り替えて転送トランジスタTX11、TX22を
オフする。その後、所定の静定時間でフローティングディフュージョンFDの電位レベル
は静定し、Vtx_2およびVtx_4の読み出しによるシグナルレベルとなる。各垂直信
号線3001~3002nには、各列の画素200内の右側の光電変換部PD_2、PD_
3用のシグナル信号「Sig_31、22、33、24、35、26、・・・、3(2n
-1)、22n」が出力される。
After the dark level is settled, the
During the gh level period, the signal charge accumulated in the photoelectric conversion unit PD-2 is transferred to the floating diffusion FD 2 . The
Is switched to the Low level at the same timing, and the transfer transistors TX1 1 and TX2 2 are turned off. After that, the potential level of the floating diffusion FD is settled at a predetermined static time, and becomes a signal level by reading Vtx_2 and Vtx_4. For each vertical signal line 300 1 to 300 2n , the photoelectric conversion units PD_2 and PD_ on the right side in the
Signal signal for 3 "Sig_3 1 , 2 2 , 3 3 3 , 2 4 4 , 3 5 5 , 2 6 ... 3 (2n)
-1) , 22n ”is output.
このようにして各垂直信号線300から出力されたダーク信号とシグナル信号との差分
が、画素200における各光電変換部PD_2、PD_3の出力信号となる。したがって、
同一の画素行に配置される複数の画素200において、垂直方向に並ぶ光電変換部PD_
2、PD_3の出力信号は時間的な同時性を有する。
The difference between the dark signal and the signal signal output from each vertical signal line 300 in this way becomes the output signal of each photoelectric conversion unit PD_2 and PD_3 in the
In a plurality of
2. The output signal of PD_3 has temporal simultaneity.
次に、光電変換部PDから水平方向に時間的な同時性を有する出力信号を読み出す第2
制御について説明する。なお、以下の説明においては、第1の実施の形態における第2領
域R2に配置された画素200からの出力信号の読み出し時の駆動タイミングとの相違点
を主に行う。
図14に示すように、駆動制御部102aは、第1の実施の形態と同様にして、1回目
のフローティングディフュージョンFDの電位のリセットを行う。所定の静定時間が経過
すると、各垂直信号線3001~3002nには、1回目のリセットによる各列の画素2
00内の上側の光電変換部PD_1、PD_3用のダーク信号「Dark_31、12、3
3、14、35、16、・・・、3(2n-1)、12n」が同時に出力される。
Next, a second output signal having temporal simultaneity in the horizontal direction is read from the photoelectric conversion unit PD.
The control will be described. In the following description, the difference from the drive timing at the time of reading the output signal from the
As shown in FIG. 14, the
Dark signal "Dark_3 1 , 1, 2 , 3" for the upper photoelectric conversion units PD_1 and PD_3 in 00
3 , 1, 4 , 3, 5 , 1, 6 , ..., 3 (2n-1) , 1 2n "are output at the same time.
駆動制御部102aは、Vtx_1およびVtx_2を同じタイミングにてHighレベ
ルに切り替えて転送トランジスタTX12、TX11をオンする。Vtx_1のHigh
レベル期間において、画素200の光電変換部PD_1に蓄積された信号電荷はフローテ
ィングディフュージョンFD2に転送され、Vtx_2のHighレベル期間において、
光電変換部PD_3に蓄積された信号電荷はフローティングディフュージョンFD1に転
送される。駆動制御部102aは、Vtx_1およびVtx_2を同じタイミングにてLo
wレベルに切り替えて転送トランジスタTX12、TX11をオフする。その後、所定の
静定時間でフローティングディフュージョンFDの電位レベルは静定し、Vtx_1、V
tx_2の読み出しによるシグナルレベルとなる。各垂直信号線3001~3002nに
は、各列の画素200内の上側の光電変換部PD_1、PD_3用のシグナル信号「Sig
_31、12、33、14、35、16、・・・、3(2n-1)、12n」が出力され
る。
The
During the level period, the signal charge accumulated in the photoelectric conversion unit PD_1 of the
The signal charge stored in the photoelectric conversion unit PD_3 is transferred to the floating diffusion FD 1 . The
Switch to the w level and turn off the transfer transistors TX1 2 and TX1 1 . After that, the potential level of the floating diffusion FD is settled at a predetermined static time, and Vtx_1, V.
It is the signal level by reading tx_2. In each of the vertical signal lines 300 1 to 300 2n , the signal signals “Sig” for the upper photoelectric conversion units PD_1 and PD_3 in the
_3 1 , 1, 2 , 3, 3 , 1, 4 , 3, 5 , 1, 6 , ..., 3 (2n-1) , 1 2n "is output.
このようにして各垂直信号線300から出力されたダーク信号とシグナル信号との差分
が、画素200における各光電変換部PD_1、PD_3の出力信号となる。したがって、
同一の画素行に配置される複数の画素200において、水平方向に並ぶ光電変換部PD_
1、PD_3の出力信号は時間的な同時性を有する。
The difference between the dark signal and the signal signal output from each vertical signal line 300 in this way becomes the output signal of each photoelectric conversion unit PD_1 and PD_3 in the
In a plurality of
1. The output signal of PD_3 has temporal simultaneity.
上記シグナルレベルの静定後、駆動制御部102aは、第1の実施の形態と同様にして
、2回目のフローティングディフュージョンFDの電位のリセットを行う。所定の静定時
間が経過すると、各垂直信号線3001~3002nには、2回目のリセットによる各列
の画素200内の下側の光電変換部PD_2、PD_4用のダーク信号「Dark_41、
22、43、24、45、26、・・・、4(2n-1)、22n」が同時に出力される
。
After the signal level is settled, the
2 2 , 4 3 , 2, 4 , 4, 5 , 2, 6 , ..., 4 (2n-1) , 2 2n "are output at the same time.
上記ダークレベルの静定後、駆動制御部102aは、Vtx_3およびVtx_4を同じ
タイミングにてHighレベルに切り替えて転送トランジスタTX21、TX22をオン
する。Vtx_3のHighレベル期間において、画素200の光電変換部PD_4に蓄積
された信号電荷はフローティングディフュージョンFD1に転送され、Vtx_4のHi
ghレベル期間において、光電変換部PD_2に蓄積された信号電荷はフローティングデ
ィフュージョンFD2に転送される。駆動制御部102aは、Vtx_3およびVtx_4
を同じタイミングにてLowレベルに切り替えて転送トランジスタTX21、TX22を
オフする。その後、所定の静定時間でフローティングディフュージョンFDの電位レベル
は静定し、Vtx_3およびVtx_4の読み出しによるシグナルレベルとなる。各垂直信
号線3001~3002nには、各列の画素200内の下側の光電変換部PD_2、PD_
4用のシグナル信号「Sig_41、22、43、24、45、26、・・・、4(2n
-1)、22n」が出力される。
After the dark level is settled, the
During the gh level period, the signal charge accumulated in the photoelectric conversion unit PD-2 is transferred to the floating diffusion FD 2 . The
Is switched to the Low level at the same timing, and the transfer transistors TX2 1 and TX2 2 are turned off. After that, the potential level of the floating diffusion FD is settled at a predetermined static time, and becomes a signal level by reading Vtx_3 and Vtx_4. In each of the vertical signal lines 300 1 to 300 2n , the lower photoelectric conversion units PD_2 and PD_ in the
Signal signal for 4 "Sig_4 1 , 2 2 , 4 3 3 , 2 4 4 , 4 5 2, 6 ... 4 (2n)
-1) , 22n ”is output.
このようにして各垂直信号線300から出力されたダーク信号とシグナル信号との差分
が、画素200における各光電変換部PD_2、PD_4の出力信号となる。したがって、
同一の画素行に配置される複数の画素200において、水平方向に並ぶ光電変換部PD_
2、PD_4の出力信号は時間的な同時性を有する。
The difference between the dark signal and the signal signal output from each vertical signal line 300 in this way becomes the output signal of each photoelectric conversion unit PD_2 and PD_4 in the
In a plurality of
2. The output signal of PD_4 has temporal simultaneity.
以上で説明した第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態で得られた(1)の作用
効果に加えて、次の作用効果を得られる。
制御線210、220、230、240は、行方向に並んだ複数の画素200からなる
画素列に対して共通に設けられる。転送トランジスタTX11、TX12、TX21、T
X22はそれぞれローカル制御線262、261、263、264を介して制御線220
、210、230、240に接続される。駆動制御部102aは、制御線210と230
とを介して転送トランジスタTX12、TX21を同時にオンするとともに、制御線22
0と240とを介して転送トランジスタTX11、TX22を同時にオンして第1制御を
行う。駆動制御部102aは、制御線210と220とを介して転送トランジスタTX1
2、TX11を同時にオンするとともに、制御線230と240とを介して転送トランジ
スタTX21、TX22を同時にオンして第2制御を行う。ローカル制御線261~26
4の接続も含めて同一の回路構成を有する画素200に対して、制御パルスの変更のみで
水平方向に時間的な同時性を有する出力信号を出力させることも、垂直方向に同時性を有
する出力信号を出力させることも可能となる。
According to the second embodiment described above, in addition to the action / effect of (1) obtained in the first embodiment, the following action / effect can be obtained.
The control lines 210, 220, 230, and 240 are commonly provided for a pixel sequence composed of a plurality of
X2 2 has a
, 210, 230, 240. The
The transfer transistors TX1 2 and TX2 1 are turned on at the same time via the
The transfer transistors TX1 1 and TX2 2 are simultaneously turned on via 0 and 240 to perform the first control. The
2. The TX1 1 is turned on at the same time, and the transfer transistors TX2 1 and TX2 2 are simultaneously turned on via the
It is also possible to output an output signal having temporal simultaneity in the horizontal direction to
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形
態と組み合わせることも可能である。
(1)1つの画素200に4個の光電変換部PDが配置されるものに限定されない。たと
えば、2行2列の光電変換部PDを1組として、2組の光電変換部PDを垂直方向に配置
して4行2列の光電変換部PDを1つの画素200に設けるものや、2組の光電変換部P
Dを水平方向に配置して2行4列の光電変換部PDを1つの画素200に設けても良い。
The following modifications are also within the scope of the present invention, and one or more of the modifications can be combined with the above-described embodiment.
(1) The
D may be arranged in the horizontal direction, and a photoelectric conversion unit PD having 2 rows and 4 columns may be provided in one
(2)複数の光電変換部PDが配置された画素200が撮像素子101の全領域に設けら
れるものに限定されない。撮像素子101の一部の領域に画素200を設け、他の領域に
は、1つの光電変換部が配置された画素を配置しても良い。この場合、たとえば、画素2
00をGの色フィルタが設けられた位置に設けることができる。また、撮像素子101の
一部の領域に画素200を設ける場合には、画素200に色フィルタを設けないようにし
ても良い。この場合、撮影用画像データを生成する際には、画素200の位置における画
像信号を、画素200の周囲に配置された画素からの画像信号にて補間することにより生
成すれば良い。
(2) The
00 can be provided at the position where the G color filter is provided. Further, when the
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、
本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含
まれる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment as long as the features of the present invention are not impaired.
Other embodiments considered within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention.
1…デジタルカメラ、2…焦点検出装置、101…撮像素子、
102…ボディ制御装置、102a…駆動制御部、102b…焦点検出部、
102c…画像処理部、200…画素、300…垂直信号線、
210、220、230、240…制御線、
211、221、251、252、253、254、261、262、263、264…
ローカル制御線、
FD…フローティングディフュージョン、TX1、TX2…転送トランジスタ、
PD…光電変換部、RST…リセットトランジスタ
1 ... Digital camera, 2 ... Focus detector, 101 ... Image sensor,
102 ... Body control device, 102a ... Drive control unit, 102b ... Focus detection unit,
102c ... Image processing unit, 200 ... Pixels, 300 ... Vertical signal lines,
210, 220, 230, 240 ... Control line,
211, 221, 251, 252, 253, 254, 261, 262, 263, 264 ...
Local control line,
FD ... Floating diffusion, TX1, TX2 ... Transfer transistor,
PD ... photoelectric conversion unit, RST ... Reset transistor
Claims (6)
前記第1光電変換部で生成された電荷及び前記第2光電変換部で生成された電荷を蓄積する第1蓄積部と、
前記第3光電変換部で生成された電荷及び前記第4光電変換部で生成された電荷を蓄積する第2蓄積部と、
前記第1光電変換部で生成された電荷を前記第1蓄積部に転送する第1転送部と、
前記第2光電変換部で生成された電荷を前記第1蓄積部に転送する第2転送部と、
前記第3光電変換部で生成された電荷を前記第2蓄積部に転送する第3転送部と、
前記第4光電変換部で生成された電荷を前記第2蓄積部に転送する第4転送部と、
前記第1転送部を制御するための第1制御線と、
前記第2転送部を制御するための第2制御線と、
前記第3転送部を制御するための第3制御線と、
前記第4転送部を制御するための第4制御線と、
を備える撮像素子。 A first photoelectric conversion unit, a second photoelectric conversion unit, a third photoelectric conversion unit, and a fourth photoelectric conversion unit that photoelectrically convert light transmitted through a microlens to generate electric charges.
A first storage unit that stores the electric charge generated by the first photoelectric conversion unit and the electric charge generated by the second photoelectric conversion unit, and
A second storage unit that stores the electric charge generated by the third photoelectric conversion unit and the electric charge generated by the fourth photoelectric conversion unit, and the second storage unit.
A first transfer unit that transfers the electric charge generated by the first photoelectric conversion unit to the first storage unit, and
A second transfer unit that transfers the electric charge generated by the second photoelectric conversion unit to the first storage unit, and
A third transfer unit that transfers the electric charge generated by the third photoelectric conversion unit to the second storage unit, and a third transfer unit.
A fourth transfer unit that transfers the electric charge generated by the fourth photoelectric conversion unit to the second storage unit, and a fourth transfer unit.
A first control line for controlling the first transfer unit,
A second control line for controlling the second transfer unit,
A third control line for controlling the third transfer unit,
A fourth control line for controlling the fourth transfer unit,
An image sensor comprising.
前記第1光電変換部で生成された電荷及び前記第3光電変換部で生成された電荷を蓄積する第1蓄積部と、 A first storage unit that stores the electric charge generated by the first photoelectric conversion unit and the electric charge generated by the third photoelectric conversion unit, and
前記第2光電変換部で生成された電荷及び前記第4光電変換部で生成された電荷を蓄積する第2蓄積部と、 A second storage unit that stores the electric charge generated by the second photoelectric conversion unit and the electric charge generated by the fourth photoelectric conversion unit, and
前記第1光電変換部で生成された電荷を前記第1蓄積部に転送する第1転送部と、 A first transfer unit that transfers the electric charge generated by the first photoelectric conversion unit to the first storage unit, and
前記第2光電変換部で生成された電荷を前記第2蓄積部に転送する第2転送部と、 A second transfer unit that transfers the electric charge generated by the second photoelectric conversion unit to the second storage unit, and
前記第3光電変換部で生成された電荷を前記第1蓄積部に転送する第3転送部と、 A third transfer unit that transfers the electric charge generated by the third photoelectric conversion unit to the first storage unit, and
前記第4光電変換部で生成された電荷を前記第2蓄積部に転送する第4転送部と、 A fourth transfer unit that transfers the electric charge generated by the fourth photoelectric conversion unit to the second storage unit, and a fourth transfer unit.
前記第1転送部を制御するための第1制御線と、 A first control line for controlling the first transfer unit,
前記第2転送部を制御するための第2制御線と、 A second control line for controlling the second transfer unit,
前記第3転送部を制御するための第3制御線と、 A third control line for controlling the third transfer unit,
前記第4転送部を制御するための第4制御線と、 A fourth control line for controlling the fourth transfer unit,
を備える撮像素子。 An image sensor comprising.
前記第1制御線、前記第2制御線、前記第3制御線及び前記第4制御線は、第1方向に設けられ、
前記第1光電変換部及び前記第4光電変換部は、前記第1方向と交差する第2方向に並んで設けられ、
前記第2光電変換部及び前記第3光電変換部は、前記第2方向に並んで設けられる撮像素子。 In the image pickup device according to claim 1 or 2 ,
The first control line, the second control line, the third control line, and the fourth control line are provided in the first direction.
The first photoelectric conversion unit and the fourth photoelectric conversion unit are provided side by side in a second direction intersecting the first direction.
The second photoelectric conversion unit and the third photoelectric conversion unit are image pickup devices provided side by side in the second direction.
前記第1制御線及び前記第4制御線は共通に設けられ、
前記第2制御線及び前記第3制御線は共通に設けられる撮像素子。 The image pickup device according to any one of claims 1 to 3 .
The first control line and the fourth control line are provided in common.
The second control line and the third control line are image pickup devices provided in common.
前記第1制御線及び前記第3制御線は共通に設けられ、
前記第2制御線及び前記第4制御線は共通に設けられる撮像素子。 The image pickup device according to any one of claims 1 to 3 .
The first control line and the third control line are provided in common.
The second control line and the fourth control line are image pickup devices provided in common.
前記撮像素子から出力された信号に基づいて、画像データを生成する画像生成部と、
を備える撮像装置。 The image pickup device according to any one of claims 1 to 5 .
An image generator that generates image data based on the signal output from the image sensor,
An image pickup device equipped with.
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