CN110225272A - 摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种摄像装置，具备：多个第一像素，其具有多个颜色成分，对入射光进行光电转换而生成第一信号；多个第二像素，其对透过第一像素后的光进行光电转换，生成第二信号；以及驱动部，其从第一像素读出第一信号，在与读出第一信号的定时不同的定时从第二像素读出第二信号。

Description

摄像装置
本申请是中国专利申请号为201480052041.3、进入国家阶段日期为2016年3月22日，国际申请日为2014年7月17日、PCT国际申请号为PCT/JP2014/069034、发明名称为“摄像装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及摄像装置。
背景技术
以往，已知以下情况：在使用拍摄运动图像的摄像装置在暗处拍摄运动图像的情况下，需要延长曝光时间，从而帧频下降。例如在专利文献1中记载了一种图像处理装置，合成过去的帧使得曝光时间的累加成为目标曝光时间，从而减小帧频下降。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-26950号公报
发明内容
在现有技术中，重叠多个帧的图像而在表观上使帧频增加，因此存在噪声影响增大这种问题。
根据本发明的第一方式，摄像装置具备：多个第一像素，其具有多个颜色成分，对入射光进行光电转换而生成第一信号；多个第二像素，其对透过第一像素后的光进行光电转换，生成第二信号；以及驱动部，其从第一像素读出第一信号，在与读出第一信号的定时不同的定时从第二像素读出第二信号。
根据本发明的第二方式，在第一方式的摄像装置中，优选的是，驱动部改变第一信号的曝光定时和第二信号的曝光定时。
根据本发明的第三方式，在第二方式的摄像装置中，优选的是，第一信号的曝光定时为在重置第一像素之后从第一像素读出第一信号的期间，第二信号的曝光定时为在重置第二像素之后从第二像素读出第二信号的期间。
根据本发明的第四方式，在第三方式的摄像装置中，优选的是，驱动部在每个规定周期反复地读出第一信号和第二信号。
根据本发明的第五方式，在第四方式的摄像装置中，优选的是，驱动部使第二信号的曝光定时从第一信号的曝光定时错开规定周期的大致一半。
根据本发明的第六方式，在第五方式的摄像装置中，优选的是，驱动部使第一信号的曝光时间与第二信号的曝光时间大致相同。
根据本发明的第七方式，在第一～第六方式的摄像装置中，优选的是，多个第二像素与多个第一像素在同一光路上层叠配置。
根据本发明的第八方式，在第一～第七方式的摄像装置中，优选的是，具备运动图像生成部，该运动图像生成部生成使根据第一信号生成的图像数据与根据第二信号生成的图像数据交替地排列而成的运动图像。
根据本发明的第九方式，在第一～第八方式的摄像装置中，优选的是，驱动部通过卷帘快门对第一像素和第二像素进行驱动控制，该卷帘快门按每行依次读出排列在同一行的像素所积累的电荷。
根据本发明的第十方式，在第一～第九方式的摄像装置中，优选的是，多个第一像素具有对青色的光进行光电转换的青色像素、对洋红色的光进行光电转换的洋红色像素以及对黄色的光进行光电转换的黄色像素，多个第二像素具有对透过青色像素后的红色的光进行光电转换的红色像素、对透过洋红色像素后的绿色的光进行光电转换的绿色像素以及对透过黄色像素后的蓝色的光进行光电转换的蓝色像素。
根据本发明的第十一方式，在第一～第十方式的摄像装置中，优选的是，驱动部具有从第一像素读出第一信号的第一驱动电路以及从第二像素读出第二信号的第二驱动电路。
发明效果
根据本发明，能够不使噪声增加地使帧频增加。
附图说明
图1是例示本发明的一个实施方式的数码相机1的结构的图。
图2是表示本实施方式的摄像元件21的概要的图。
图3是表示上部光电转换层31和下部光电转换层32的像素配置的图。
图4是例示摄像元件21的局部截面的图。
图5是例示摄像元件21中的一个像素P(x，y)的电路结构的图。
图6是示意性地示出上部光电转换层31和下部光电转换层32的结构的框图。
图7是示意性地示出上部光电转换层31的驱动控制方式的时间图。
图8是单层拍摄模式和多层拍摄模式的时间图。
图9是表示变形例的数码相机的结构的图。
附图标记说明
1：数码相机；11：控制部；14：图像处理部；21：摄像元件；31：上部光电转换层；32：下部光电转换层。
具体实施方式
(第一个实施方式)
图1是例示本发明的一个实施方式的数码相机1的结构的图。数码相机1具有控制部11、摄像部12、操作部13、图像处理部14、液晶监视器15以及缓冲存储器16。另外，数码相机1安装有存储卡17。
控制部11由微型处理器和其周边电路构成，通过执行存储于未图示的ROM中的控制程序，进行数码相机1的各种控制。摄像部12具有摄像元件21、放大电路22以及AD转换电路23。
摄像元件21由多个像素构成，经由未图示的摄像光学系统接收来自被摄物体的光束，进行光电转换而输出模拟图像信号。放大电路22将从摄像元件21输出的模拟图像信号以规定放大率(增益)进行放大而输出到AD转换电路23。AD转换电路23对模拟图像信号进行AD转换而输出数字图像信号。控制部11将从摄像部12输出的数字图像信号存储到缓冲存储器16。
存储于缓冲存储器16的数字图像信号在图像处理部14中进行各种图像处理，显示于液晶监视器15或存储于存储卡17。存储卡17由非易失性快闪存储器等构成，能够相对于数码相机1进行装拆。
操作部13由释放按钮、模式切换按钮、电源按钮等各种操作按钮构成，由拍摄者进行操作。操作部13将与拍摄者对上述各操作按钮的操作相应的操作信号输出到控制部11。图像处理部14由ASIC等构成。图像处理部14对由摄像部12拍摄到的图像数据进行插补、压缩、白平衡等各种图像处理。
(摄像元件21的说明)
图2是表示本实施方式的摄像元件21的概要的图。此外，在图2中示出将摄像元件21的光入射侧设为上侧的状态。因此，在以下说明中，将摄像元件21的光入射侧的方向设为“上方”或者“上”，将光入射侧的相反侧的方向设为“下方”或者“下”。摄像元件21具有上部光电转换层31和下部光电转换层32。上部光电转换层31与下部光电转换层32在同一光路上层叠配置。上部光电转换层31由对规定颜色成分(在后文中详细说明)的光进行吸收(光电转换)的有机光电膜构成。没有被上部光电转换层31吸收(光电转换)的颜色成分的光透过上部光电转换层31而入射到下部光电转换层32，由下部光电转换层32进行光电转换。下部光电转换层32通过光电二极管进行光电转换。此外，由上部光电转换层31进行光电转换的颜色成分与由下部光电转换层32进行光电转换的颜色成分具有补色关系。上部光电转换层31与下部光电转换层32形成于同一半导体基板上，各像素位置一对一地对应。例如，上部光电转换层31的第1行第1列的像素与下部光电转换层32的第1行第1列的像素对应。
图3的(a)是表示上部光电转换层31的像素配置的图。在图3的(a)中，将水平方向标记为x轴，将垂直方向标记为y轴，将像素P的坐标标记为P(x，y)。在图3的(a)示出的上部光电转换层31的示例中，对奇数行的各像素交替地配置有对Mg(洋红色，magenta)和Ye(黄色，yellow)的光进行光电转换的有机光电膜，对偶数行的各像素交替地配置有对Cy(青色，cyan)和Mg(洋红色)的光进行光电转换的有机光电膜。而且，使未由各像素接收的光透过。例如，像素P(1，1)对Mg的光进行光电转换而使作为Mg的补色的G(绿色)的光透过。同样地，像素P(2，1)对Ye的光进行光电转换而使作为Ye的补色的B(蓝色)的光透过，像素P(1，2)对Cy的光进行光电转换而使作为Cy的补色的R(红色)的光透过。
图3的(b)是表示下部光电转换层32的像素配置的图。此外，图3的(b)示出的各像素位置与图3的(a)相同。例如，下部光电转换层32的像素(1，1)与上部光电转换层31的像素(1，1)对应。在图3的(b)中，在下部光电转换层32未设置彩色滤光片(color filter)等，对透过上部光电转换层31的颜色成分(即由有机光电膜吸收而被光电转换的颜色成分的补色)的光进行光电转换。因而，如图3的(c)所示，在下部光电转换层32中，在奇数行的像素得到G和B的颜色成分的图像信号，在偶数行的各像素得到R和G的颜色成分的图像信号。例如，在像素P(1，1)得到Mg的补色的G成分的图像信号。同样地，在像素P(2，1)得到Ye的补色的B成分的图像信号，在像素P(1，2)得到Cy的补色的R成分的图像信号。
这样，在本实施方式的摄像元件21中，由有机光电膜构成的上部光电转换层31对下部光电转换层32起到彩色滤光片的作用，从下部光电转换层32得到上部光电转换层31的补色图像(在图3的示例中，拜尔阵列的图像)。因而，在本实施方式的摄像元件21中，能够从上部光电转换层31获取由Cy、Mg、Ye这三色构成的CMY图像，能够从下部光电转换层32获取由R、G、B这三色构成的RGB图像。
图4是例示摄像元件21的局部截面的图。如图4所示，在摄像元件21中，形成于硅基板上的下部光电转换层32与使用有机光电膜的上部光电转换层31经由布线层40而层叠。在上部光电转换层31的上方，相对于一个像素形成有一个微型透镜ML。例如，在上部光电转换层31中，基于构成像素P(1，1)的光电转换部的有机光电膜形成的受光部PC(1，1)对从微型透镜ML(1，1)入射的被摄物体光中的Mg的光进行光电转换并使作为补色的G的光透过。在下部光电转换层32中，构成像素P(1，1)的光电二极管PD(1，1)接收从上部光电转换层31的受光部PC(1，1)透过的G的光并对其进行光电转换。
图5是例示摄像元件21中的一个像素P(x，y)的电路结构的图。像素P(x，y)具有光电二极管PD、传输晶体管Tx、重置晶体管(reset transistor)R2、输出晶体管SF2以及选择晶体管SEL2来作为用于构成下部光电转换层32的电路。光电二极管PD积累与入射光的光量相应的电荷。传输晶体管Tx将光电二极管PD所积累的电荷传输到输出晶体管SF2侧的浮动扩散区域(FD部)。输出晶体管SF2经由选择晶体管SEL2而构成电流源PW2和源极跟随器(source follower)，将与积累于FD部的电荷相应的电信号作为输出信号OUT2而输出到垂直信号线VLINE2。此外，重置晶体管R2将FD部的电荷重置为电源电压Vcc。
另外，像素P(x，y)具有基于有机光电膜的受光部PC、重置晶体管R1、输出晶体管SF1以及选择晶体管SEL1来作为用于构成上部光电转换层31的电路。基于有机光电膜的受光部PC将非透过光转换为与光量相应的电信号，将其经由通过选择晶体管SEL1而构成电流源PW1和源极跟随器的输出晶体管SF1，作为输出信号OUT1而输出到垂直信号线VLINE1。此外，重置晶体管R1将受光部PC的输出信号重置为基准电压Vref。另外，作为有机光电膜的动作用而施加有高电压Vpc。各晶体管由MOSFET构成。
在此，说明与下部光电转换层32有关的电路的动作。首先，当选择信号φSEL2成为“高电平(Hige)”时，选择晶体管SEL2导通。接着，当重置信号φR2成为“高电平”时，在FD部重置为电源电压Vcc，输出信号OUT2也成为重置电平。而且，在重置信号φR2成为“低电平(Low)”之后，传输信号φTx成为“高电平”，光电二极管PD所积累的电荷被传输到FD部，输出信号OUT2与电荷量相应地开始变化并变得稳定。而且，传输信号φTx成为“低电平”，从像素向垂直信号线VLINE2读出的输出信号OUT2的信号电平确定。而且，读出到垂直信号线VLINE2的各像素的输出信号OUT2在未图示的水平输出电路中按每行临时保持之后，被从摄像元件21输出。这样，从摄像元件21的下部光电转换层32的各像素中读出信号。
另外，说明与上部光电转换层31有关的电路的动作。首先，当选择信号φSEL1成为“高电平”时，选择晶体管SEL1导通。接着，重置信号φR1成为“高电平”，输出信号OUT1也成为重置电平。而且，紧接着重置信号φR1成为“低电平”之后而基于有机光电膜的受光部PC的电荷积累开始，输出信号OUT1与电荷量相应地发生变化。而且，在输出信号OUT1在未图示的水平输出电路中按每行临时保持之后，被从摄像元件21输出。这样，从摄像元件21的上部光电转换层31的各像素中读出信号。
图6是示意性地示出上部光电转换层31和下部光电转换层32的结构的框图。摄像元件21的上部光电转换层31和下部光电转换层32构成为能够分别独立地驱动。例如，既能够同时进行使用上部光电转换层31的拍摄以及使用下部光电转换层32的拍摄，也能够在不同定时进行使用上部光电转换层31的拍摄以及使用下部光电转换层32的拍摄。但是，本实施方式的摄像元件21仅具有一个水平输出电路33。构成为在上部光电转换层31、下部光电转换层32以及水平输出电路33之间设置有开关34，来自上部光电转换层31和下部光电转换层32中的一个的信号被择一地输出到水平输出电路33。因而，例如在从上部光电转换层31的各像素中读出信号的期间，无法从下部光电转换层32的各像素中读出信号。控制部11以上部光电转换层31与下部光电转换层32的读出定时不重复的方式，进行摄像元件21的驱动控制。
图7的(a)是示意性地示出上部光电转换层31的驱动控制方式的时间图。上部光电转换层31进行基于所谓卷帘快门(rolling shutter)方式的驱动控制。以下，简单地说明基于卷帘快门方式的驱动控制。
在使用上部光电转换层31拍摄被摄物体像时，控制部11首先在时刻t1重置第1行(first line)的各像素P(1，1)、P(2，1)、P(3，1)、…。然后，在从时刻t1起经过了时间Tx后的时刻t2，重置第2行的各像素P(2，1)、P(2，2)、P(2，3)、…。同样地，每时间Tx地依次重置下一行的各像素。最终，在时刻t4重置作为最后一行的第N行的各像素。
之后，控制部11在从重置第1行的各像素的时刻t1起经过了曝光时间Ti后的时刻t5，读出第1行的各像素所积累的电荷。然后，在从重置第2行的各像素的时刻t2起经过了曝光时间Ti后的时刻t6，读出第2行的各像素所积累的电荷。同样地，关于第3行、…、第N行的各像素，在从重置该像素的时刻t3、…、t4起经过了曝光时间Ti后的时刻t7、…、t8，从该行的各像素中读出电荷。此外，在图7的(a)中，将时刻t5设为重置第N行的各像素的时刻t4以后的时刻，但是时刻t5也可以是时刻t4以前的时刻。
像这样按每行错开重置定时和信号读出定时的驱动控制方式为所谓卷帘快门方式。在以下说明中，如图7的(b)所示，使用将纵轴设为成为重置、读出的对象的行的位置并将横轴设为时间的图，来表现图7的(a)示出的各行的重置和读出。
此外，对于下部光电转换层32，也进行与上述说明的上部光电转换层31相同的基于卷帘快门方式的驱动控制。
(运动图像拍摄功能的说明)
本实施方式的数码相机1具有运动图像拍摄功能。例如当用户按下释放按钮时，控制部11开始拍摄运动图像。当用户再次按下释放按钮时，控制部11生成运动图像数据并将其存储到存储卡17。
数码相机1具有单层拍摄模式、多层拍摄模式这两种运动图像拍摄模式。用户例如能够通过操作模式切换按钮而将这两种运动图像拍摄模式择一地设定于数码相机1。以下，依次说明这两种运动图像拍摄模式。
1.单层拍摄模式
图8的(a)示出单层拍摄模式的时间图。图8的(a)是与图7的(b)同样地将纵轴设为成为重置、读出的对象的行的位置并将横轴设为时间的图。当在设定了单层拍摄模式的情况下用户按下释放按钮时，控制部11开始拍摄运动图像。在拍摄运动图像的过程中，控制部11使用上部光电转换层31每规定周期Tf(例如1/30秒钟)地反复进行拍摄，将拍摄得到的数字图像信号存储到缓冲存储器16。
摄像元件21和其周边电路构成为从上部光电转换层31每秒最大进行30次的读出，因此拍摄的运动图像具有最大每秒30帧的帧频。此外，控制部11在拍摄运动图像的过程中反复进行公知的曝光运算，适当地设定最佳曝光时间Ti。因而，各帧的曝光时间Ti不一定固定。
例如在图8的(a)中，时刻t10～t16的期间中，时刻t10～t14为第1帧的拍摄期间，时刻t14～t15为第2帧的拍摄期间，时刻t15～t16为第3帧的拍摄期间。各拍摄期间的长度为Tf(1/30秒钟)。控制部11在各帧的拍摄期间使用上部光电转换层31进行拍摄，生成该帧的图像。
关注第1帧的拍摄，控制部11首先在时刻t11从第1行起依次执行各像素的重置。然后，在时刻t12完成最后一行的各像素的重置。接着，在从时刻t11起仅经过了曝光时间Ti1后的时刻t13，从第1行的各像素中读出电荷。之后，依次读出电荷，在时刻t14完成从最后一行的各像素中读出电荷。控制部11将基于从时刻t13起至时刻t14读出的电荷的数字图像信号作为第1帧的图像而存储到缓冲存储器16。
控制部11每规定周期Tf(1/30秒钟)地反复进行同样的处理，将各帧的图像存储到缓冲存储器16。当用户再次按下释放按钮时，控制部11结束基于上部光电转换层31的拍摄。然后，生成按时间序列顺序排列存储在缓冲存储器16中的各帧的图像而成的运动图像数据，并将其存储到存储卡17。
2.多层拍摄模式
在图8的(b)中示出多层拍摄模式的时间图。在设定了多层拍摄模式时，控制部11使用上部光电转换层31每规定周期(例如1/30秒钟)地反复进行拍摄，与此并行地，在下部光电转换层32每相同周期地反复进行拍摄。基于下部光电转换层32的拍摄在从上部光电转换层31延迟半帧量(例如1/60秒钟)的定时进行。
例如在图8的(b)中，时刻t20～t26的期间中，时刻t20～t22为基于上部光电转换层31的第1帧的拍摄期间，时刻t22～t24为基于上部光电转换层31的第3帧的拍摄期间，时刻t24～t26为基于上部光电转换层31的第5帧的拍摄期间。另外，跨越第1帧的拍摄期间和第3帧的拍摄期间的时刻t21～t23为基于下部光电转换层32的第2帧的拍摄期间，跨越第3帧的拍摄期间和第5帧的拍摄期间的时刻t23～t25为基于下部光电转换层32的第4帧的拍摄期间。也就是说，上部光电转换层31拍摄运动图像的奇数帧，下部光电转换层32拍摄运动图像的偶数帧。控制部11按时间序列顺序排列由上部光电转换层31的各拍摄得到的多个拍摄图像(数字图像信号)和由下部光电转换层32的各拍摄得到的多个拍摄图像，由此生成各光电转换层中的拍摄速率(例如每秒30帧)的二倍的帧频(例如每秒60帧)的运动图像数据。
如上所述，控制部11在不同定时进行基于上部光电转换层31的拍摄和基于下部光电转换层32的拍摄，由此能够以摄像元件21的拍摄速率的二倍的帧频拍摄运动图像。另外，在暗处的拍摄等光量不足的情况下，在单层拍摄模式下需要使运动图像的帧频例如从每秒30帧下降至每秒15帧，而确保曝光时间，但是如果是多层拍摄模式，则通过以每秒15帧驱动上部光电转换层31和下部光电转换层32，由此运动图像数据的帧频能够维持每秒30帧。
根据上述第一个实施方式的数码相机，得到以下作用效果。
(1)摄像元件21具有上部光电转换层31和下部光电转换层32。控制部11在每个规定周期反复地读出上部光电转换层31的像素所积累的电荷，并且在每个规定周期在与上部光电转换层31不同的定时反复读出下部光电转换层32的像素所积累的电荷。由于设为这种结构，因此能够不使噪声增加地使帧频增加。
(2)控制部11通过卷帘快门对上部光电转换层31和下部光电转换层32进行驱动控制，其中，该卷帘快门按每行依次读出排列在同一行的像素所积累的电荷。由于设为这种结构，因此能够不使噪声增加地使帧频增加。
(3)控制部11在从读出上部光电转换层31的电荷的定时错开半帧量的定时读出电荷。由于设为这种结构，因此能够拍摄摄像元件21的驱动速率两倍的帧频的运动图像。
(4)控制部11生成以下运动图像，即交替地排列根据从上部光电转换层31的像素读出的电荷生成的图像数据以及根据从下部光电转换层32的像素读出的电荷生成的图像数据而成的运动图像。由于设为这种结构，因此能够拍摄摄像元件21的驱动速率两倍的帧频的运动图像。
以下变形也在本发明的范围内，还能够使变形例中的一个或多个与上述实施方式组合。
(变形例1)
在上述实施方式中，使下部光电转换层32的拍摄定时延迟半帧量，但是也可以使其延迟1/3帧量而得到拍摄速率三倍的帧频的运动图像。在该情况下，第1帧、第4帧、第7帧、…通过基于上部光电转换层31的拍摄而生成，第2帧、第5帧、第8帧、…通过基于下部光电转换层32的拍摄而生成。其余的第3帧、第6帧、第9帧、…根据上部光电转换层31的拍摄结果、下部光电转换层32的拍摄结果并通过插补而生成即可。例如，根据第2帧的图像和第4帧的图像生成第3帧的图像即可。也就是说，关于连续的3个帧，根据基于上部光电转换层31的拍摄结果生成其中某一个，根据基于下部光电转换层32的拍摄结果生成其中的某一个，通过插补生成其余的帧。此外，也可以利用上部光电转换层31生成连续的3个帧中、第1帧以外的帧，或利用下部光电转换层32生成连续的3个帧中、第2帧以外的帧。
(变形例2)
在上述实施方式中，根据上部光电转换层31的拍摄结果生成奇数帧，根据下部光电转换层32的拍摄结果生成偶数帧。也可以与此相反地，根据下部光电转换层32的拍摄结果而生成奇数帧，根据上部光电转换层31的拍摄结果而生成偶数帧。
(变形例3)
如图9的(a)示意性地所示，也可以是，摄像元件21具有两个水平输出电路33a、33b，能够同时进行上部光电转换层31的各像素的读出以及下部光电转换层32的各像素的读出。此时，一个水平输出电路33a与上部光电转换层31对应，另一个水平输出电路33b与下部光电转换层32对应。通过设为这种结构，例如由于行数多等理由而读出费时，如图9的(b)所示，即使在上部光电转换层31的读出期间Ta与下部光电转换层32的读出期间Tb重复的情况下，也能够应用本发明。
(变形例4)
在上述实施方式中，说明了使用层叠两层光电转换层(上部光电转换层31和下部光电转换层32)而成的摄像元件21拍摄运动图像的示例。也可以是，在连续拍摄静止图像时，进行上述驱动控制，从而能够以两倍速度拍摄静止图像。
(变形例5)
在上述实施方式中说明的摄像元件21的像素排列仅是一例，也可以是其它像素排列。例如，也可以在上部光电转换层31配置对R、G、B的光进行光电转换的像素，在下部光电转换层32对Cy、Mg、Ye的光进行光电转换。
(变形例6)
在上述实施方式中，说明了使用层叠两层光电转换层(上部光电转换层31和下部光电转换层32)而成的摄像元件21拍摄运动图像的示例。然而，并不限定于两层，也可以使用层叠三层以上光电转换层而成的摄像元件拍摄运动图像。例如，设置层叠三层光电转换层而成的摄像元件，使该摄像元件进行拍摄。而且，关于连续的3个帧，使用第1层的光电转换层生成第1帧，使用第2层的光电转换层生成第2帧，使用第3层的光电转换层生成第3帧，从而提高帧频。
(变形例7)
在上述实施方式中，说明了使用层叠两层光电转换层(上部光电转换层31和下部光电转换层32)而成的摄像元件21拍摄运动图像的示例。也可以代替两层的光电转换层而使用两个摄像元件。例如通过薄膜镜(pellicle mirror)等分割被摄物体光，对这两个摄像元件分别入射被分割的被摄物体光。而且，配置成这两个摄像元件的摄像面光学地大致等效(例如，从薄膜镜至两个摄像元件的摄像面为止的光路长相互相等)即可。
如上所述，说明了各种实施方式和变形例，但是本发明并不限定于这些内容。在本发明的技术思想范围内考虑的其它方式也包含在本发明的范围内。
以下优先权基础申请的公开内容在此作为引用文件而组入。
日本专利申请2013年第153633号(2013年7月24日申请)

Claims (10)

1.一种摄像装置，具备：
多个第一像素，其具有多个颜色成分，对入射光进行光电转换而生成第一信号；
多个第二像素，其对透过所述第一像素后的光进行光电转换，生成第二信号；以及
驱动部，其从所述第一像素读出所述第一信号，在与读出所述第一信号的定时不同的定时从所述第二像素读出所述第二信号。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
所述驱动部改变所述第一信号的曝光定时和所述第二信号的曝光定时。
3.根据权利要求2所述的摄像装置，其特征在于，
所述第一信号的曝光定时为在重置所述第一像素之后从所述第一像素读出所述第一信号的期间，
所述第二信号的曝光定时为在重置所述第二像素之后从所述第二像素读出所述第二信号的期间。
4.根据权利要求3所述的摄像装置，其特征在于，
所述驱动部在每个规定周期反复地读出所述第一信号和所述第二信号。
5.根据权利要求4所述的摄像装置，其特征在于，
所述驱动部使所述第二信号的曝光定时从所述第一信号的曝光定时错开所述规定周期的大致一半。
6.根据权利要求5所述的摄像装置，其特征在于，
所述驱动部使所述第一信号的曝光时间与所述第二信号的曝光时间大致相同。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的摄像装置，其特征在于，
所述多个第二像素与所述多个第一像素在同一光路上层叠配置。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的摄像装置，其特征在于，
具备运动图像生成部，该运动图像生成部生成使根据所述第一信号生成的图像数据与根据所述第二信号生成的图像数据交替地排列而成的运动图像。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的摄像装置，其特征在于，
所述驱动部通过卷帘快门对所述第一像素和所述第二像素进行驱动控制，该卷帘快门按每行依次读出排列在同一行的像素所积累的电荷。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的摄像装置，其特征在于，
所述多个第一像素具有对青色的光进行光电转换的青色像素、对洋红色的光进行光电转换的洋红色像素以及对黄色的光进行光电转换的黄色像素，
所述多个第二像素具有对透过所述青色像素后的红色的光进行光电转换的红色像素、对透过所述洋红色像素后的绿色的光进行光电转换的绿色像素以及对透过所述黄色像素后的蓝色的光进行光电转换的蓝色像素。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017152658A (ja) * 2016-02-26 2017-08-31 株式会社ニコン 撮像素子および撮像装置
JP6821967B2 (ja) * 2016-06-24 2021-01-27 株式会社ニコン 撮像装置
JP6746476B2 (ja) * 2016-11-24 2020-08-26 キヤノン株式会社 撮像装置、撮像システム、および、移動体
IT202100017048A1 (it) 2021-06-29 2022-12-29 St Microelectronics Srl Circuiti e procedimenti di convertitore elettronico

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130182173A1 (en) * 2012-01-13 2013-07-18 Nikon Corporation Solid-state imaging device and electronic camera

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4500706B2 (ja) * 2005-02-23 2010-07-14 富士フイルム株式会社 光電変換膜積層型固体撮像素子
KR100710207B1 (ko) * 2005-09-22 2007-04-20 동부일렉트로닉스 주식회사 씨모스 이미지 센서의 제조방법
JP4511442B2 (ja) * 2005-09-30 2010-07-28 富士フイルム株式会社 感度可変型撮像素子及びこれを搭載した撮像装置
JP2007227574A (ja) * 2006-02-22 2007-09-06 Fujifilm Corp 光電変換素子、固体撮像素子
US7419844B2 (en) * 2006-03-17 2008-09-02 Sharp Laboratories Of America, Inc. Real-time CMOS imager having stacked photodiodes fabricated on SOI wafer
JP4740018B2 (ja) * 2006-04-10 2011-08-03 パナソニック株式会社 固体撮像装置、カメラおよび信号処理方法
KR100818987B1 (ko) * 2006-09-19 2008-04-04 삼성전자주식회사 이미지 촬상 장치 및 상기 이미지 촬상 장치의 동작 방법
JP5223225B2 (ja) * 2007-04-05 2013-06-26 株式会社ニコン 固体撮像装置
CN101345248B (zh) * 2007-07-09 2010-07-14 博立码杰通讯(深圳)有限公司 多光谱感光器件及其制作方法
US8169518B2 (en) * 2007-08-14 2012-05-01 Fujifilm Corporation Image pickup apparatus and signal processing method
JP5171178B2 (ja) * 2007-09-13 2013-03-27 富士フイルム株式会社 イメージセンサ及びその製造方法
KR20090051790A (ko) * 2007-11-20 2009-05-25 (주)실리콘화일 적층 구조의 포토다이오드를 구비한 이미지센서의 단위화소
US8106426B2 (en) * 2008-02-04 2012-01-31 Sharp Laboratories Of America, Inc. Full color CMOS imager filter
KR20110019724A (ko) * 2008-06-18 2011-02-28 파나소닉 주식회사 고체 촬상 장치
US8054355B2 (en) * 2008-10-16 2011-11-08 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor having multiple sensing layers
US9123653B2 (en) * 2009-07-23 2015-09-01 Sony Corporation Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus
JP4547462B1 (ja) * 2009-11-16 2010-09-22 アキュートロジック株式会社 撮像素子、撮像素子の駆動装置、撮像素子の駆動方法、画像処理装置、プログラム、及び、撮像装置
US9100581B2 (en) * 2010-04-02 2015-08-04 Microsoft Technology Licensing, Llc Time interleaved exposures and multiplexed illumination
US8988504B2 (en) * 2010-06-03 2015-03-24 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging systems with integrated stereo imagers
US8803994B2 (en) * 2010-11-18 2014-08-12 Canon Kabushiki Kaisha Adaptive spatial sampling using an imaging assembly having a tunable spectral response
CN103053163A (zh) 2010-12-16 2013-04-17 松下电器产业株式会社 图像生成装置、图像生成系统、方法及程序
KR20120119279A (ko) * 2011-04-21 2012-10-31 삼성전자주식회사 픽셀 어레이 및 이를 포함하는 3차원 이미지 센서
JP2012239135A (ja) 2011-05-13 2012-12-06 Nikon Corp 電子機器
WO2012169127A1 (ja) * 2011-06-07 2012-12-13 パナソニック株式会社 固体撮像装置
JP5742541B2 (ja) 2011-07-25 2015-07-01 富士通株式会社 画像処理装置および画像処理プログラム
US9294691B2 (en) * 2011-09-06 2016-03-22 Sony Corporation Imaging device, imaging apparatus, manufacturing apparatus and manufacturing method
JP2013070030A (ja) * 2011-09-06 2013-04-18 Sony Corp 撮像素子、電子機器、並びに、情報処理装置
US8569700B2 (en) * 2012-03-06 2013-10-29 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor for two-dimensional and three-dimensional image capture
EP2835965B1 (en) * 2012-03-30 2017-05-03 Nikon Corporation Imaging device and image sensor
JP5885608B2 (ja) * 2012-07-23 2016-03-15 株式会社東芝 固体撮像装置
US9184198B1 (en) * 2013-02-20 2015-11-10 Google Inc. Stacked image sensor with cascaded optical edge pass filters

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130182173A1 (en) * 2012-01-13 2013-07-18 Nikon Corporation Solid-state imaging device and electronic camera

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