JP2008011298A - 固体撮像装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固体撮像装置は、複数の画素からなる画素部4と、複数の画素を制御するライン制御回路6と、画素部4から出力される各画素の信号を読み出す読み出し回路7と、画素部4に光が入射する状態又は画素部4を遮光する状態にする液晶シャッター2と、全画素にて同時に露光を行うGSモード又は1ライン毎に露光を行うLSモードの何れかへ露光モードを切り替えるGS/LS切り替え部10aを有し、GS/LS切り替え部10aにより切り替えられた露光モードに応じて、ライン制御回路6、読み出し回路7、及び液晶シャッター2を制御する制御回路10とを備える。
【選択図】図2
Description
図9は、ローリングシャッター方式を採用したCMOSイメージセンサの1画素分の画素回路であって3Tr型画素回路の一例を示す図である。同図に示したように、この3Tr型画素回路は、光の照射により電荷を発生する光電変換素子であるフォトダイオード(以下「PD」という)と、信号の読み出し箇所となる(この回路構成では電荷蓄積(光検出)箇所でもある)読み出しノード(以下「FD」という(FD:Floating Diffusion))と、FDをリセットするリセット用素子であるリセット用トランジスタ(以下「RST−Tr」という)と、ゲート端子がFDに接続された増幅用素子である増幅用トランジスタ(以下「SF−Tr」という(SF:Source Follower))と、CMOSイメージセンサの画素部(不図示)の各カラム出力に共通接続された複数ラインの中から1ラインを選択する選択用素子である選択用トランジスタ(以下「SLCT−Tr」という)とを備えている。尚、RST−Tr、SF−Tr、及び、SLCT−Trは、nチャンネルのMOSトランジスタである。また、同図において、VDDは電源電圧、SLCTはSF−Trを制御する信号、VRはリセット電圧、RSTはRST−Trを制御する信号を示している。
本発明の第5の態様に係る固体撮像装置は、上記第1乃至3の何れか一つの態様において、前記露光モード切替手段は、被写体の明るさに応じて求められた露光時間が所定時間を超える場合には前記第1の露光モードへ切り替え、前記露光時間が前記所定時間以下である場合には前記第2の露光モードへ切り替える。
本発明の第6の態様に係る固体撮像装置は、上記第2の態様において、前記画素部は、画素が光電変換素子、増幅用素子、前記光電変換素子から前記増幅用素子の入力部に光電荷を転送する転送用素子、及び、前記増幅用素子の入力部をリセットするリセット用素子を有する画素部であり、前記制御手段は、前記露光モード切替手段により第1の露光モードへ切り替えられた場合には、前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素の各画素において前記リセット用素子及び前記転送用素子を制御して前記光電変換素子をリセットし、次に、前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記複数の画素にて同時に露光を行い、次に、前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素の各画素について、前記リセット用素子を制御して前記増幅用素子を経て出力させた第1の信号を読み出し、続いて前記転送用素子を制御して前記増幅用素子を経て出力させた第2の信号を読み出し、続いて前記第2の信号から前記第1の信号を差し引くという制御を行うように、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、ことを特徴とする。
この装置によれば、固体撮像装置を、より低コスト且つ小型に構成することができる。
同図に示したように、本実施例に係る固体撮像装置においては、撮像素子チップ1上に液晶シャッター2が導電性接着剤3により接着されて実装されている。尚、本実施例では、導電性接着剤3により接着しているが、液晶シャッター2に影響が無い程度の低温で処理可能な半田バンプによる接合によって撮像素子チップ1上に液晶シャッター2を実装することも可能である。
同図において、画素部4は、N行×M列の複数の画素で構成されており、各画素の画素回路は、枠5に示すように、4Tr型画素回路で構成されている。尚、枠5に示した画素回路は、図10に示した画素回路と同じである。ライン制御回路(画素制御手段の一例)6は、画素部4の各画素回路をライン毎に制御する。読み出し回路(読出手段の一例)7は、画素部4の各カラムから出力される各画素の信号を読み出す。また、読み出し回路7はCDS回路を含み、露光により生じた電荷がFDに有る時に読み出した信号から、リセット時に読み出した信号を差し引いた差信号を出力する。ADC(ADコンバータ)8は、読み出し回路7の出力であるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。駆動回路9は、液晶シャッター2を駆動する。
同図において、「シャッター制御信号」は、液晶シャッター2を制御するために制御回路10から駆動回路9へ出力される信号である。尚、駆動回路9は、このシャッター制御信号に応じて液晶シャッター2を透明/不透明にするように駆動する。
同図のタイミングチャートに示したように、シャッターモードがGSモードである場合の動作では、まず、(S1)シャッター制御信号により、液晶シャッター2を不透明にして、画素部4を遮光する。
(S2a)リセット信号と転送信号を同時にON、OFFしてRST−TrとTG−Trとを同時にONさせ、PDをリセットする(先行リセット)。
続いて、(S4)シャッター制御信号により、液晶シャッター2を再び不透明にして、画素部4を遮光する。
(S5b)選択信号をON、OFFしてSLCT−TrをONさせ、SF−Trからリセット時の信号を出力させる(リセットレベル読み出し)。ここで出力されたリセット時の信号は、読み出し回路7により読み出される(リセットレベルサンプリング)。
(S5d)選択信号をON、OFFしてSLCT−TrをONさせ、SF−Trから、PDに蓄積された電荷がFDへ転送された時の信号を出力させる。ここで出力された信号は、読み出し回路7により読み出され(信号読み出し)、読み出し回路7のCDS回路により、各カラム毎に、上記(S5b)で読み出されたリセット時の信号が差し引かれ、その差信号が出力される。これにより、リセット時の信号レベルが毎回微妙に異なるリセットノイズ(kTCノイズ)、及び、カラム毎のSF−Trの素子バラツキによるノイズを同時にキャンセルすることができる。そして、読み出し回路(CDS回路)7から出力された差信号は、ADC8によりデジタル信号に変換されて出力される。
同図のタイミングチャートに示したように、シャッターモードがLSモードである場合の動作では、まず、(S11)シャッター制御信号により、液晶シャッター2を透明にして、画素部4の全画素に光(映像光)が入射するようにする。
(S13b)選択信号をON、OFFしてSLCT−TrをONさせ、SF−Trからリセット時の信号を出力させる(リセットレベル読み出し)。ここで出力されたリセット時の信号は、読み出し回路7により読み出される(リセットレベルサンプリング)。
尚、画素部4の同一ライン上の各画素回路において、上記(S12a)の先行リセット終了時から、上記(S13c)のTG−TrがONするまでの時間が露光時間となるが、この露光時間は、当該固体撮像装置が備えるAE(Automatic Exposure)機能により求められた露光時間に応じて決定される。
本実施例に係る固体撮像装置において、当該装置が備える、撮像素子チップと液晶シャッターの実装構造については実施例1と同じであるので、ここでは説明を省略する。
一方、静止画/動画切り替え部10aにより切り替えられた撮影モードが動画モードである場合には、撮影モードが動画モードに切り替えられたことに応じて、シャッターモードがGS/LS切り替え部10bによりLSモードへ切り替えられ、そのLSモードに応じて、ライン制御回路6、読み出し回路7、ADC8、駆動回路9の各回路が制御される。
以上、本実施例に係る固体撮像装置によれば、撮影モードに応じてシャッターモードを切り替えるようにしたことにより、撮影モードに適したシャッターモードへ自動的に切り替えることが可能になる。
本実施例に係る固体撮像装置において、当該装置が備える、撮像素子チップと液晶シャッターの実装構造については実施例1と同じであるので、ここでは説明を省略する。
一方、AE機能により求められた露光時間が所定時間以下であったために、露光時間制御部10cがLSモードへ切り替えるための制御信号をGS/LS切り替え部10aに出力した場合には、LSモードへ切り替えるための制御信号に応じて、シャッターモードがGS/LS切り替え部10bによりLSモードへ切り替えられ、そのLSモードに応じて、ライン制御回路6、読み出し回路7、ADC8、駆動回路9の各回路が制御される。
以上、本実施例に係る固体撮像装置によれば、AE機能により求められた露光時間に応じてシャッターモードを切り替えるようにしたことにより、被写体が暗いために露光時間が長くなる場合にはGSモードへ切り替えられ、ゆがみのない画像を得ることができると共に、被写体が明るいために露光時間が短くなる場合にはLSモードへ切り替えられ、ゆがみの目立たない画像を得ることができる。また、動画撮影においては、被写体が明るいために露光時間が短くなる場合に、LSモードへ切り替えられるので、比較的に高いフレームレートを実現することができる。
本実施例に係る固体撮像装置において、当該装置が備える、撮像素子チップと液晶シャッターの実装構造については実施例1と同じであるので、ここでは説明を省略する。
複数の画素からなる画素部と、
前記複数の画素を制御する画素制御手段と、
前記画素部から出力される各画素の信号を読み出す読出手段と、
前記画素部に光が入射する状態又は前記画素部を遮光する状態にするシャッター手段と、
全画素にて同時に露光を行う第1の露光モード又は所定単位分の画素毎に露光を行う第2の露光モードの何れかへ露光モードを切り替える露光モード切替手段を有し、前記露光モード切替手段により切り替えられた露光モードに応じて、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
前記制御手段は、前記露光モード切替手段により前記第1の露光モードへ切り替えられた場合には、前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素をリセットし、次に、前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記複数の画素にて同時に露光を行い、次に、前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記画素部から出力される各画素の信号を読み出すように、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする付記1記載の固体撮像装置。
前記制御手段は、前記露光モード切替手段により前記第2の露光モードへ切り替えられた場合には、前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記所定単位分の画素毎に、リセット、露光、及び前記画素部から出力される各画素の信号の読み出しを行うように、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする付記1記載の固体撮像装置。
前記制御手段は、静止画撮影を行う第1の撮影モード又は動画撮影を行う第2の撮影モードの何れかへ撮影モードを切り替える撮影モード切替手段を更に有し、
前記露光モード切替手段は、前記撮影モード切替手段により前記第1の撮影モードへ切り替えられた場合には前記第1の露光モードへ切り替え、前記撮影モード切替手段により前記第2の撮影モードへ切り替えられた場合には前記第2の露光モードへ切り替える、
ことを特徴とする付記1記載の固体撮像装置。
前記露光モード切替手段は、被写体の明るさに応じて求められた露光時間が所定時間を超える場合には前記第1の露光モードへ切り替え、前記露光時間が前記所定時間以下である場合には前記第2の露光モードへ切り替える、
ことを特徴とする付記1記載の固体撮像装置。
前記画素部は、画素が光電変換素子、増幅用素子、前記光電変換素子から前記増幅用素子の入力部に光電荷を転送する転送用素子、及び、前記増幅用素子の入力部をリセットするリセット用素子を有する画素部であり、
前記制御手段は、前記露光モード切替手段により第1の露光モードへ切り替えられた場合には、前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素の各画素において前記リセット用素子及び前記転送用素子を制御して前記光電変換素子をリセットし、次に、前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記複数の画素にて同時に露光を行い、次に、前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素の各画素について、前記リセット用素子を制御して前記増幅用素子を経て出力させた第1の信号を読み出し、続いて前記転送用素子を制御して前記増幅用素子を経て出力させた第2の信号を読み出し、続いて前記第2の信号から前記第1の信号を差し引くという制御を行うように、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする付記2記載の固体撮像装置。
前記制御手段は、前記光電変換素子のリセットを前記複数の画素にて同時に行うように制御する、
ことを特徴とする付記6記載の固体撮像装置。
前記画素部は、各画素が光電変換素子、増幅用素子、前記光電変換素子から前記増幅用素子の入力部に光電荷を転送する転送用素子、及び、前記増幅用素子の入力部をリセットするリセット用素子を有する画素部であり、
前記制御手段は、前記露光モード切替手段により第2の露光モードへ切り替えられた場合には、前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記複数の画素の各画素について、前記所定単位分の画素毎に、前記リセット用素子及び前記転送用素子を制御して前記光電変換素子をリセットし、続いて露光を行い、続いて前記リセット用素子を制御して前記増幅用素子を経て出力させた第1の信号を読み出し、続いて前記転送用素子を制御して前記増幅用素子を経て出力させた第2の信号を読み出し、続いて前記第2の信号から前記第1の信号を差し引くという制御を行うように、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする付記3記載の固体撮像装置。
前記画素部は、各画素が光電変換素子、リセット用素子、増幅用素子、及び選択用素子を有する画素部、又は、各画素が光電変換素子、転送用素子、リセット用素子、増幅用素子、及び選択用素子を有する画素部、或いは、各画素が光電変換素子及び転送用素子を有すると共に2画素毎にリセット用素子、増幅用素子、及び選択用素子を共用する画素部である、
ことを特徴とする付記1記載の固体撮像装置。
前記シャッター手段は液晶シャッターである、
ことを特徴とする付記1記載の固体撮像装置。
複数の画素からなる画素部と、前記複数の画素を制御する画素制御手段と、前記画素部から出力される各画素の信号を読み出す読出手段と、前記画素部に光が入射する状態又は前記画素部を遮光する状態にするシャッター手段と、全画素にて同時に露光を行う第1の露光モード又は所定単位分の画素毎に露光を行う第2の露光モードの何れかへ露光モードを切り替える露光モード切替手段とを備える固体撮像装置の制御方法であって、
前記露光モード切替手段により切り替えられた露光モードに応じて、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする固体撮像装置の制御方法。
前記露光モード切替手段により前記第1の露光モードへ切り替えられた場合には、
前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素をリセットし、
前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記複数の画素にて同時に露光を行い、
前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記画素部から出力される各画素の信号を読み出す、
ように前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする付記11記載の固体撮像装置の制御方法。
前記露光モード切替手段により前記第2の露光モードへ切り替えられた場合には、
前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記所定単位分の画素毎に、リセット、露光、及び前記画素部から出力される各画素の信号の読み出しを行う、
ように前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする付記11記載の固体撮像装置の制御方法。
前記固体撮像装置は、静止画撮影を行う第1の撮影モード又は動画撮影を行う第2の撮影モードの何れかへ撮影モードを切り替える撮影モード切替手段を更に備え、
前記露光モード切替手段は、前記撮影モード切替手段により前記第1の撮影モードへ切り替えられた場合には前記第1の露光モードへ切り替え、前記撮影モード切替手段により前記第2の撮影モードへ切り替えられた場合には前記第2の露光モードへ切り替える、
ことを特徴とする付記11記載の固体撮像装置の制御方法。
前記露光モード切替手段は、被写体の明るさに応じて求められた露光時間が所定時間を超える場合には前記第1の露光モードへ切り替え、前記露光時間が前記所定時間以下である場合には前記第2の露光モードへ切り替える、
ことを特徴とする付記11記載の固体撮像装置の制御方法。
前記画素部は、各画素が光電変換素子、転送用素子、リセット用素子、増幅用素子、及び選択用素子を有する画素部であり、
前記露光モード切替手段により第1の露光モードへ切り替えられた場合には、
前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素の各画素において前記リセット用素子及び前記転送用素子を制御して前記光電変換素子をリセットし、
前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記複数の画素にて同時に露光を行い、
前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素の各画素について、前記リセット用素子と前記選択用素子を制御して出力させた第1の信号を読み出し、続いて前記転送用素子と前記選択用素子を制御して出力させた第2の信号を読み出し、続いて前記第2の信号から前記第1の信号を差し引く、
ように前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする付記12記載の固体撮像装置の制御方法。
前記光電変換素子のリセットを前記複数の画素にて同時に行うように制御する、
ことを特徴とする付記16記載の固体撮像装置の制御方法。
前記画素部は、各画素が光電変換素子、転送用素子、リセット用素子、増幅用素子、及び選択用素子を有する画素部であり、
前記露光モード切替手段により第2の露光モードへ切り替えられた場合には、
前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記複数の画素の各画素について、前記所定単位分の画素毎に、前記リセット用素子及び前記転送用素子を制御して前記光電変換素子をリセットし、続いて露光を行い、続いて前記リセット用素子と前記選択用素子を制御して出力させた第1の信号を読み出し、続いて前記転送用素子と前記選択用素子を制御して出力させた第2の信号を読み出し、続いて前記第2の信号から前記第1の信号を差し引く、
ように前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする付記13記載の固体撮像装置の制御方法。
前記画素部は、各画素が光電変換素子、リセット用素子、増幅用素子、及び選択用素子を有する画素部、又は、各画素が光電変換素子、転送用素子、リセット用素子、増幅用素子、及び選択用素子を有する画素部、或いは、各画素が光電変換素子及び転送用素子を有すると共に2画素毎にリセット用素子、増幅用素子、及び選択用素子を共用する画素部である、
ことを特徴とする付記11記載の固体撮像装置の制御方法。
前記シャッター手段は液晶シャッターである、
ことを特徴とする付記11記載の固体撮像装置の制御方法。
2 液晶シャッター
3 導電性接着剤
4 画素部
5、5a 枠
6 ライン制御回路
7 読み出し回路
8 ADC
9 駆動回路
10 制御回路
10a GS/LS切り替え部
10b 静止画/動画切り替え部
10c 露光時間制御部
Claims (10)
- 複数の画素からなる画素部と、
前記複数の画素を制御する画素制御手段と、
前記画素部から出力される各画素の信号を読み出す読出手段と、
前記画素部に光が入射する状態又は前記画素部を遮光する状態にするシャッター手段と、
全画素にて同時に露光を行う第1の露光モード又は所定単位分の画素毎に露光を行う第2の露光モードの何れかへ露光モードを切り替える露光モード切替手段を有し、前記露光モード切替手段により切り替えられた露光モードに応じて、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記制御手段は、前記露光モード切替手段により前記第1の露光モードへ切り替えられた場合には、前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素をリセットし、次に、前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記複数の画素にて同時に露光を行い、次に、前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記画素部から出力される各画素の信号を読み出すように、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記制御手段は、前記露光モード切替手段により前記第2の露光モードへ切り替えられた場合には、前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記所定単位分の画素毎に、リセット、露光、及び前記画素部から出力される各画素の信号の読み出しを行うように、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする請求項1又は2記載の固体撮像装置。 - 前記制御手段は、静止画撮影を行う第1の撮影モード又は動画撮影を行う第2の撮影モードの何れかへ撮影モードを切り替える撮影モード切替手段を更に有し、
前記露光モード切替手段は、前記撮影モード切替手段により前記第1の撮影モードへ切り替えられた場合には前記第1の露光モードへ切り替え、前記撮影モード切替手段により前記第2の撮影モードへ切り替えられた場合には前記第2の露光モードへ切り替える、
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一つに記載の固体撮像装置。 - 前記露光モード切替手段は、被写体の明るさに応じて求められた露光時間が所定時間を超える場合には前記第1の露光モードへ切り替え、前記露光時間が前記所定時間以下である場合には前記第2の露光モードへ切り替える、
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一つに記載の固体撮像装置。 - 前記画素部は、画素が光電変換素子、増幅用素子、前記光電変換素子から前記増幅用素子の入力部に光電荷を転送する転送用素子、及び、前記増幅用素子の入力部をリセットするリセット用素子を有する画素部であり、
前記制御手段は、前記露光モード切替手段により第1の露光モードへ切り替えられた場合には、前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素の各画素において前記リセット用素子及び前記転送用素子を制御して前記光電変換素子をリセットし、次に、前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記複数の画素にて同時に露光を行い、次に、前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素の各画素について、前記リセット用素子を制御して前記増幅用素子を経て出力させた第1の信号を読み出し、続いて前記転送用素子を制御して前記増幅用素子を経て出力させた第2の信号を読み出し、続いて前記第2の信号から前記第1の信号を差し引くという制御を行うように、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。 - 前記シャッター手段は液晶シャッターである、
ことを特徴とする請求項1乃至6の何れか一つに記載の固体撮像装置。 - 複数の画素からなる画素部と、前記複数の画素を制御する画素制御手段と、前記画素部から出力される各画素の信号を読み出す読出手段と、前記画素部に光が入射する状態又は前記画素部を遮光する状態にするシャッター手段と、全画素にて同時に露光を行う第1の露光モード又は所定単位分の画素毎に露光を行う第2の露光モードの何れかへ露光モードを切り替える露光モード切替手段とを備える固体撮像装置の制御方法であって、
前記露光モード切替手段により切り替えられた露光モードに応じて、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする固体撮像装置の制御方法。 - 前記露光モード切替手段により前記第1の露光モードへ切り替えられた場合には、
前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素をリセットし、
前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記複数の画素にて同時に露光を行い、
前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記画素部から出力される各画素の信号を読み出す、
ように前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする請求項8記載の固体撮像装置の制御方法。 - 前記露光モード切替手段により前記第2の露光モードへ切り替えられた場合には、
前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記所定単位分の画素毎に、リセット、露光、及び前記画素部から出力される各画素の信号の読み出しを行う、
ように前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする請求項8又は9記載の固体撮像装置の制御方法。
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