JP2012160848A - 撮像装置、撮像システム、および撮像装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＦＤ部を共有する画素構成において、画素によって疑似信号が生じるおそれがあった。
【解決手段】 ＦＤ部を共有する複数の画素について、読み出し動作に先立って画素ユニットを非選択状態にした後に選択状態にする動作を行う。
【選択図】 図５

Description

本発明は、撮像装置、撮像システム、および撮像装置の駆動方法に関する。

ＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像装置は、近年、高解像度、かつ高フレームレートで信号を読み出すことが可能なものが知られている。

高解像度化のために、複数の光電変換部で増幅トランジスタなどの回路要素を共有する画素ユニットを用いる技術が知られており、その中で、高速な読み出しを実現する技術として特許文献１がある。

特開２００８−２１９４２３号公報

特許文献１では、フローティングディフュージョン（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ；以下ＦＤ）部、すなわち、増幅トランジスタのゲート、の電位によって画素ユニットを選択状態または非選択状態に設定する。複数の光電変換部が同一の増幅トランジスタを共有する画素ユニットを非選択状態から選択状態にすると、ＦＤ部の電位が大きく変動するために、この電位変動が静定するまでには比較的長い時間を要する。そのため、ある画素ユニットを非選択状態から選択状態にした直後に、画素ユニット内の１行目の画素から信号を読み出すと、ＦＤ部の電位変動が、読み出される信号に影響を及ぼす。一方、１行目の信号を読み出してから２行目以降の信号を読み出す場合には、画素は選択状態を維持するので、ＦＤ部の電位変動量は１行目の場合よりも小さくなる。

撮像装置に対する高画質化の要求はますます高まっている。上述のように１行目と２行目以降ではＦＤ部の電位変動の影響が異なると、得られる画像には筋状の明暗として現れる。また、カラーフィルタが設けられた撮像装置において、同色の画素どうしでＦＤ部の電位変動による影響が異なると、後段の回路による補正方法が複雑になるので、同色の画素は、ＦＤ部の電位変動の影響の違いが小さいことが望ましい。さらなる高画質化が進展した場合には、上述したＦＤ部の電位変動の影響の違いが強く認識される可能性がある。

本発明では、同色の画素間でのＦＤ部の電位変動による影響の違いを低減することを目的とする。

上記目的を達成する本発明は、第１の色の入射光に基づく電荷を生成する第１の光電変換部と、
第１の色の入射光に基づく電荷を生成する第２の光電変換部と、第２の色の入射光に基づく電荷を生成する第３の光電変換部と、前記第１ないし第３の光電変換部に共通に設けられ、前記第１ないし第３の光電変換部によって生成された電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタと、を含む画素ユニットと、前記増幅トランジスタの制御電極の電位によって前記画素ユニットを選択状態又は非選択状態にする制御部と、を有する撮像装置であって、前記制御部は、前記第１の光電変換部に基づく信号を出力する動作に先立って、前記画素ユニットを非選択状態にする動作を行い、前記第１の光電変換部に基づく信号が出力された後、第２の光電変換部に基づく信号を出力する動作に先立って、前記画素ユニットを非選択状態にする動作を行い、前記第１の光電変換部に基づく信号が出力された後、前記第３の光電変換部に基づく信号を出力する動作に先立っては、前記画素ユニットを非選択状態にする動作を行わないことを特徴とする撮像装置である。

また、上記目的を達成する本発明は、複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部に共通に設けられ、前記光電変換部によって生成された電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタと、を有する画素ユニットと、前記信号を処理する、２以上のチャンネルを備える読み出し回路と、前記増幅トランジスタの制御電極の電位によって前記画素ユニットを選択あるいは非選択状態にする制御部と、を有する撮像装置であって、前記制御部は、前記画素ユニットに含まれる、一の前記チャンネルで信号が処理される複数の前記画素の読み出し動作に先立って、前記画素ユニットを非選択状態にした後に選択状態にし、前記画素ユニットに含まれる、別の一の前記チャンネルで信号が処理される前記画素の読み出し動作に先立っては、前記画素ユニットを非選択状態にしないことを特徴とする撮像装置でもある。

また、上記目的を達成する本発明は、３以上の光電変換部と、前記３以上の光電変換部に共通に設けられ、前記３以上の光電変換部によって生成された電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタと、を含む画素ユニットと、前記増幅トランジスタの制御電極の電位によって前記画素ユニットを選択状態又は非選択状態にする制御部と、を有する撮像装置であって、前記制御部は、前記３以上の光電変換部に基づく信号を順次出力させ、一の前記光電変換部からの信号を前記画素ユニットから出力させる動作に先立って、前記画素ユニットを非選択状態にする動作と、前記画素ユニットを非選択状態にせずに別の前記光電変換部に基づく信号を出力する動作と、を交互に行うことを特徴とする撮像装置でもある。

また、上記目的を達成する本発明は、第１の色の入射光に基づく電荷を生成する第１の光電変換部と、第１の色の入射光に基づく電荷を生成する第２の光電変換部と、第２の色の入射光に基づく電荷を生成する第３の光電変換部と、前記第１ないし第３の光電変換部に共通に設けられ、前記第１ないし第３の光電変換部によって生成された電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタと、を含む画素ユニットを有し、前記増幅トランジスタの制御電極の電位によって前記画素ユニットを選択状態又は非選択状態にする撮像装置の駆動方法であって、前記第１および第２の光電変換部に基づく信号を出力する動作に先立って、前記画素ユニットを非選択状態にする動作を行い、前記第３の光電変換部に基づく信号を出力する動作に先立っては、前記画素ユニットを非選択状態にする動作を行わないことを特徴とする撮像装置の駆動方法でもある。

また、上記目的を達成する本発明は３以上の光電変換部と、前記３以上の光電変換部に共通に設けられ、前記３以上の光電変換部によって生成された電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタと、を含む画素ユニットと、前記増幅トランジスタの制御電極の電位によって前記画素ユニットを選択状態又は非選択状態にする撮像装置の駆動方法であって、前記３以上の光電変換部に基づく信号を順次出力させ、一の前記光電変換部からの信号を前記画素ユニットから出力させる動作に先立って、前記画素ユニットを非選択状態にする動作と、前記画素ユニットを非選択状態にせずに別の前記光電変換部に基づく信号を出力する動作と、を交互に行うことを特徴とする撮像装置の駆動方法でもある。

本発明によれば、同色の画素間でのＦＤ部の電位変動による影響の違いを低減することができる。

本発明に係る撮像装置の構成例を示すブロック図 実施例１に係る画素領域の構成例を示す等価回路図 実施例１に係る読み出し回路の構成例を示す等価回路図 実施例１に係る動作例を示すタイミング図 実施例１に係る比較例の動作を示すタイミング図 実施例２に係る読み出し回路の構成例を示す等価回路図 実施例２に係る動作例を示すタイミング図 本発明に係る撮像システムの構成例を示すブロック図

（実施例１）
図面を参照しながら、本発明に係る第１の実施例について説明を行う。

図１は、本発明に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。撮像装置１は、画素領域１０１、垂直走査回路１０２、読み出し回路１０３、水平走査回路１０４、出力アンプ１０５、タイミングジェネレータ１０６を含む。画素領域１０１は、複数の画素がマトリクス状に配列された領域である。垂直走査回路１０２は、画素を行単位で制御するものであって、画素の動作に係る駆動信号を出力する。読み出し回路１０３は、画素から出力された信号を処理する回路であって、例えばサンプルホールド回路、ＣＤＳ回路、増幅器、ＡＤ変換器を含んでいてもよい。水平走査回路１０４は読み出し回路１０３を制御するものであって、読み出し回路１０３から出力アンプ１０５に信号を出力させる。タイミングジェネレータ１０６は、垂直走査回路１０２および水平走査回路１０４の動作を制御するためのタイミング信号を供給する。

次に、図２を参照しながら画素領域１０１の構成を詳細に説明する。図２は画素領域１０１のうちの８行１列の画素と、垂直走査回路１０２を抜き出している。

画素ユニット２０１ｎは４行の画素を含んでおり、１行目の画素はフォトダイオード２０２−１ｎ、転送トランジスタ２０３−１ｎ、増幅トランジスタ２０４ｎ、およびリセットトランジスタ２０５ｎを含む。２行目の画素はフォトダイオード２０２−２ｎ、転送トランジスタ２０３−２ｎ、増幅トランジスタ２０４ｎ、およびリセットトランジスタ２０５ｎを含む。３行目の画素はフォトダイオード２０２−３ｎ、転送トランジスタ２０３−３ｎ、増幅トランジスタ２０４ｎ、およびリセットトランジスタ２０５ｎを含む。４行目の画素はフォトダイオード２０２−４ｎ、転送トランジスタ２０３−４ｎ、増幅トランジスタ２０４ｎ、およびリセットトランジスタ２０５ｎを含む。このうち、増幅トランジスタ２０４ｎおよびリセットトランジスタ２０５ｎは隣接する４行の画素に対して共通に設けられている。光電変換部である各フォトダイオードは、入射光に基づいて電荷を生成、蓄積する。ＦＤ２０６ｎは、増幅トランジスタ２０４ｎの制御電極のノードで、ＦＤ容量２０７ｎはＦＤ２０６ｎに付随する容量である。転送トランジスタ２０３−１ｎ〜２０３−４ｎの各々は、一方の主電極が対応する行のフォトダイオード２０２−１ｎ〜２０２−４ｎと接続され、他方の主電極はＦＤ２０６ｎに接続される。転送トランジスタ２０３−１ｎ〜２０３−４ｎの各々は、その制御電極に供給される信号Ｐｔｘ１＿ｎ〜Ｐｔｘ４＿ｎによって制御される。転送トランジスタが導通すると、対応するフォトダイオードに蓄積された電荷がＦＤ２０６ｎに転送されて、ＦＤ容量２０７ｎに保持される。増幅トランジスタ２０４ｎは、選択状態にあってはＦＤ２０６ｎの電位に応じた信号を垂直信号線２０８に出力する。リセットトランジスタ２０５ｎは、信号ｐｒｅｓ＿ｎによって制御され、増幅トランジスタ２０４ｎの制御電極の電位を、電源ｖｒｅｓ＿ｎに応じた電位にリセットする。画素ユニット２０１ｎを選択状態にするためには、増幅トランジスタ２０４ｎが定電流源２０９とともに増幅器として動作する高い電位にリセットする。一方、画素ユニット２０１ｎを非選択状態にするためには、増幅トランジスタ２０４ｎが定電流源２０９とともに増幅器として動作しない低い電位にリセットする。画素ユニット２０１（ｎ＋１）の構成は画素ユニット２０１ｎと同じであるので、説明を省略する。

次に、図３を参照しながら読み出し回路１０３を詳細に説明する。図３は、画素領域の１列に対応する読み出し回路１０３と水平走査回路１０４と出力アンプ１０５とを抜き出している。

図３には、読み出し回路１０３がＣＤＳ回路、増幅器、およびサンプルホールド回路を備える構成を例示している。読み出し回路１０３は、クランプ容量３０１、差動増幅器３０２、帰還容量３０３、帰還スイッチ３０４、サンプルホールドスイッチ３０５および３０６、サンプルホールド容量３０７および３０８、スイッチ３０９および３１０を含む。

クランプ容量３０１の一方の電極は垂直信号線２０８と接続され、他方の電極は差動増幅器３０２の反転入力端子、帰還容量３０３の一方の電極ならびに帰還スイッチ３０４の一方の端子と接続される。差動増幅器３０２の出力端子は帰還容量の他方の電極、帰還スイッチの他方の端子と接続され、さらに、サンプルホールドスイッチ３０５および３０６と接続される。クランプ容量３０１、差動増幅器３０２および帰還スイッチ３０４はＣＤＳ回路としてのクランプ回路を構成する。差動増幅器３０２の非反転入力端子には、参照電圧ｖｒｅｆが与えられる。クランプ容量３０１、差動増幅器３０２および帰還容量３０３は容量帰還型の増幅器を構成し、帰還容量３０３とクランプ容量３０１との容量の比でゲインが決定される。サンプルホールド容量３０７および３０８は、対応するサンプルホールドスイッチ３０５および３０６を介して差動増幅器３０２から出力された信号を保持する。スイッチ３０９および３１０がオンすると、サンプルホールド容量３０７および３０８に保持された信号が水平信号線３１１および３１２を介して出力アンプ１０５に伝達される。図３においては、出力アンプが水平信号線３１１および３１２の各々に対して独立したアンプＡｍｐ−ＮまたはＡｍｐ−Ｓを設けた構成を示しているが、この構成に限るものではない。アンプＡｍｐ−ＮおよびＡｍｐ−Ｓに代えて、水平信号線３１１および３１２を２つの入力端子に接続した差動増幅器であっても良い。

本発明の効果を明確にするために、以上で説明した撮像装置において、特許文献１の技術を適用して画素ユニット２０１ｎに含まれる４行の画素からの信号を順次読み出す場合に生じうる問題を説明する。画素領域には、光電変換部に対応してベイヤー配列のカラーフィルタが設けられている場合を考える。つまり、図２に示した８行１列の画素は、同色の画素が交互に配置される。より一般化すると、画素領域は画素ユニットを複数有し、画素ユニットに含まれる画素は列に沿った方向に１次元状に配列されており、第１の色と第２の色とが交互に配置される。ここで、同色とは、同じ波長特性であることを意味する。また、時刻ｔ１−１以前に画素ユニット２０１ｎおよび２０１（ｎ＋１）は非選択状態にあるものとする。また、信号ｐｒｅｓ＿（ｎ＋１）は信号ｐｒｅｓ＿ｎと同じ信号を用いるものとして以下の説明を行う。また、「電子シャッター用パルス」として、信号ｖｒｅｓ＿ｓｈ、ｐｒｅｓ＿ｓｈ、ｐｔｘ＿ｓｈを示した。これらは、電荷の蓄積時間を制御するために電子シャッター動作を行わせる行のリセットトランジスタのドレイン、リセットトランジスタの制御電極、および転送トランジスタの制御電極に与えられる信号を示す。本実施例における電子シャッター動作は、ステートＡとして示した期間で行う。

まず、第１の色の入射光に基づく電荷を生成する第１の光電変換部を含む１行目の画素の読み出し動作が行われる。時刻ｔ１−１に、電源ｖｒｅｓ＿ｎが高い電位であるｖｒｅｓｈに遷移する。同じく時刻ｔ１−１には信号ｐｃｌａｍｐがハイレベルになることで、帰還スイッチ３０４が導通し、帰還容量３０３の両端が短絡される。このとき、差動増幅器３０２の反転入力端子と出力端子とが短絡されるので、差動増幅器３０２はボルテージフォロワとして動作する。

時刻ｔ２−１に信号ｐｒｅｓ＿ｎがハイレベルになるとリセットトランジスタ２０５ｎが導通し、ＦＤ容量２０７ｎの電位が電源ｖｒｅｓｈによってリセットされる。これにより、増幅トランジスタ２０４ｎは定電流源２０９とともにソースフォロワとして動作する状態、すなわち選択状態になる。一方、電源ｖｒｅｓ＿（ｎ＋１）はローレベルであるので、ＦＤ容量２０７（ｎ＋１）の電位はｖｒｅｓｌによってリセットされる。したがって、画素ユニット２０１（ｎ＋１）は非選択状態を維持する。

時刻ｔ２−１より前の期間には、画素ユニット２０１ｎは非選択状態にあるので、時刻ｔ２−１にリセットトランジスタ２０５ｎが導通すると、ＦＤ２０６ｎの電位は（ｖｒｅｓｈ−ｖｒｅｓｌ）だけ変化する。ＦＤ２０６ｎは、寄生容量であるＦＤ容量２０７ｎによって基準電位（ＧＮＤ）を供給する配線とカップリングしているため、基準電位もＦＤ２０６ｎに追従して変動する。

時刻ｔ３−１に、ＦＤ２０６ｎの電位がｖｒｅｓｈに安定する。一方、基準電位はもとの電位に戻る方向に変化する。

時刻ｔ４−１に信号ｐｒｅｓ＿ｎがローレベルになるとリセットトランジスタ２０５ｎがオフとなる。これにより、ＦＤ２０６ｎは電気的浮遊状態（フローティング状態）となるので、もとの電位に向かって変動する基準電位の電位に追従してＦＤ２０６ｎの電位も変動する。なお、基準電位の変動の収束速度は、基準電位を供給する配線に付随する寄生抵抗と寄生容量で決まる時定数に律速される。

具体的には、基準電位が変動してから時間ｙが経過した時刻における基準電位は、次の式で表される。
Ａ・ｅｘｐ（−ｙ／Ｒ・Ｃ）・・・（１）
ここで、ＡはＦＤ２０６ｎの電位変動の振幅、Ｒは基準電位を供給する配線の抵抗成分、Ｃは基準電位を供給する配線の容量成分である。

時刻ｔ５−１に信号ｐｃｌａｍｐがローレベルになり、帰還スイッチ３０４がオフとなる。これにより、時刻ｔ５−１における垂直信号線に現れるレベルと、参照電圧ｖｒｅｆとの電位差がクランプ容量３０１に保持される。つまり、時刻ｔ５−１における垂直信号線のレベルがクランプ容量３０１にクランプされたので、この時点の垂直信号線のレベルからの変動分のみが差動増幅器３０２の反転入力端子に与えられることになる。また、帰還スイッチ３０４がオフになることにより、差動増幅器３０２はクランプ容量３０１と帰還容量３０３とともに容量帰還型の増幅器として動作する。

時刻ｔ６−１から時刻ｔ７−１にかけて信号ｐｔｎがハイレベルとなり、時刻ｔ７−１ｎにおける差動増幅器３０２の出力がＮ信号としてサンプルホールド容量３０７に保持される。Ｎ信号には、差動増幅器のオフセットや時刻ｔ５−１からの垂直信号線の電位変化分が含まれる。

時刻ｔ８−１から時刻ｔ９−１にかけて信号ｐｔｘ１＿ｎがハイレベルとなると、フォトダイオード２０２＿１ｎに蓄積された電荷がＦＤ２０６ｎに転送され、転送された電荷量に応じて垂直信号線のレベルが変化する。時刻ｔ５−１における垂直信号線のレベルからの変動分が差動増幅器３０２で増幅され、Ｓ信号として出力される。Ｓ信号からは、画素で生じたノイズ成分が低減されている。つまり、クランプ容量３０１はＣＤＳ回路としての機能を有する。

本実施例では、説明を簡単にするために、各フォトダイオード２０２＿１ｎ〜２０２＿４ｎのいずれにも光電変換による電荷が生じていないものとしたので、転送トランジスタ２０３−１ｎ〜２０３−４ｎがオンになってもＦＤ２０６ｎの電位は変化しない。

時刻ｔ１０−１から時刻ｔ１１−１にかけて信号ｐｔｓがハイレベルとなり、Ｓ信号がサンプルホールド容量３０８に保持される。

その後、水平走査回路１０４から供給される信号に応じてスイッチ３０９および３１０がオンになると、サンプルホールド容量３０７および３０８に保持された信号が出力アンプ１０５へと伝達される。両者の差分を取ると、Ｓ信号からＮ信号の成分を低減することが可能となる。なお、図５は簡略化のために水平走査回路１０４から供給される、スイッチ３０９、３１０をオンさせる水走査期間は省略した。

１行目の画素に係る信号の読み出し期間に引き続き、２〜４行目の画素に係る読み出し期間の動作が行われる。１行目の読み出し期間と異なるのは、転送トランジスタ２０３Ｎ＿ｎに与えられる信号ＰｔｘＮ＿ｎが、画素から信号を読み出す行に対応するものに変わる点である。

図４の動作では、１行目の画素から信号を読み出す動作に先立って画素ユニット２０１ｎを選択状態にしてから、ステートＡで示した期間に非選択状態にするまでの期間、画素ユニット２０１ｎは選択状態を維持する。そのため、２〜４行目の画素から信号を読み出す際にＦＤ２０６ｎの電位の変動量は１行目の場合よりも小さい。

１行目の画素について、ＦＤ２０６ｎの電位および基準電位（ＧＮＤ）に着目すると、基準電位（ＧＮＤ）の変動は時刻ｔ８−１からｔ９−１の間に静定している。ＦＤ２０６ｎの電位も基準電位（ＧＮＤ）の変動に追従している。このようにＮ信号のホールド時刻ｔ７−１とＳ信号のホールド時刻ｔ１１−１との間でＦＤ２０６ｎの電位が変動すると、その変動分が疑似信号としてＳ信号に重畳されていることになる。

仮に、この変動分が同一の画素ユニット２０１ｎの中のすべての画素に対して同じであれば、オフセットとして扱えるので、処理が容易である。しかしながら、図４に示した動作によれば、選択状態になった画素ユニットの各画素から信号を読み出している間は、画素ユニットは選択状態が保たれる。そのため、１行目の読み出し動作時にはＦＤ２０６ｎの電位が大きく変動するが、２行目以降の読み出し動作時にはＦＤ２０６ｎの電位変動は小さく、静定するまでの時間が短い。図４では、２行目の画素の読み出し動作では、基準電位の変動が時刻ｔ４−２には静定する例を示している。従って、時刻ｔ７−２と時刻ｔ１１−２との間にＦＤ電位は変動しない。このため、ｔ７−１とｔ１１−１に相当するタイミングの間で生じる疑似信号は１行目と２行目以降とで異なることになる。つまり、同一の画素ユニット２０１ｎ内の行によって疑似信号の影響が異なることを意味し、補正を行うためには行毎に補正係数を設定する必要が生じる。３行目以降の画素についても同様である。

式（１）から理解されるように、ＦＤ２０６ｎの電位変動が小さいほど、時刻ｙにおける基準電位の変動量が小さくなる。したがって、仮に１行目の画素の読み出し動作で生じるＦＤ２０６ｎの電位変動が、２行目以降の画素の読み出し動作で生じるＦＤ２０６ｎの電位変動の４倍の振幅を持つとすると、発生する疑似信号も４倍になる。

次に、図５を参照しながら本実施例に係る動作を説明する。以下では、図４に示した動作との相違点を中心に説明する。

図４に示した動作との大きな違いは、画素ユニット２０１ｎ内の２行目の読み出し動作を終えてから３行目の読み出し動作を行うまでの間に、画素ユニット２０１ｎを非選択状態にする動作（ステートＢ）を行う点である。

２行目の画素の読み出し動作が終了した後、３行目の画素の読み出し動作に先立ってステートＢで行われる動作を説明する。

時刻ｔ１５に電源ｖｒｅｓ＿ｎが、ｖｒｅｓｌに遷移する。
時刻ｔ１６からｔ１７にかけて信号ｐｒｅｓ＿ｎがハイレベルになることで、ＦＤ２０１ｎの電位がｖｒｅｓｌに応じてリセットされる。既に説明したとおり、ｖｒｅｓｌは、増幅トランジスタが増幅器として動作しない電圧なので、画素ユニット２０１ｎは非選択状態になる。画素ユニット２０６ｎを選択状態から非選択状態に設定することでＦＤ２０６ｎの電位が変動し、これに追従して基準電位（ＧＮＤ）の電位も変動する。ＦＤ２０６ｎおよび基準電位（ＧＮＤ）のこの電位変動は、３行目の読み出し動作の開始時点においてはほぼ静定しているものとする。

本実施例では、時刻ｔ１−３に電源ｖｒｅｓ＿ｎがｖｒｅｓｈに遷移した後に信号ｐｒｅｓ＿ｎをハイレベルにすることによって、画素ユニット２０１ｎが再び選択状態になる。このときのＦＤ２０６ｎの電位変動は１行目の画素と同様に（ｖｒｅｓｈ−ｖｒｅｓｌ）だけ変動するので、１行目と３行目とで、同程度の大きさの疑似信号が発生する。また、２行目および４行目の画素ではＦＤ２０６ｎの電位変動による影響がほぼ同程度である。したがって、ベイヤー配列のカラーフィルタを備えた撮像装置において、同色の画素からの信号に対しては同じ補正係数を適用することが可能となり、撮像システムの負荷を低減することができる。

本実施例に係る撮像装置をより一般化して説明すると、画素ユニットは第１の色の入射光に基づく電荷を生成する第１および第２の光電変換部と、第２の色の入射光に基づく電荷を生成する第３の光電変換部を含み、第１ないし第３の光電変換部に対して増幅トランジスタが共通に設けられている。このうち、第１および第２の光電変換部に基づく信号を読み出す動作に先立っては画素ユニットを非選択状態にする動作を行い、第３の光電変換部に基づく信号を読み出す動作に先立っては画素ユニットを非選択状態にする動作を行わない。これにより、同色の入射光に基づいて光電変換を行う画素に対しては、ＦＤ部の電位変動に起因する疑似信号の影響を同程度にすることができる。一方、異なる色の入射光に基づいて光電変換を行う画素に対しては、非選択状態にする動作を行わないことで、高速な読み出しを実現できる。また、ベイヤー配列のカラーフィルタを配する構成では、第２の色の入射光に基づく電荷を生成する第４および第５の光電変換部と、第３の色の入射光に基づく電荷を生成する第６の光電変換部を含み、第４ないし第６の光電変換部に対して増幅トランジスタが共通に設けられた、第２の画素ユニットを持つ。第２の画素ユニットの動作は第１および第２の色にかかる画素ユニットと同じである。

また、画素ユニットに第２の色の入射光に基づく電荷を生成する第４の光電変換部が設けられた構成では、第４の光電変換部に基づく信号を読み出す動作に先立って画素ユニットを非選択状態にする動作を行わないことで、第１の色のみならず第２の色の入射光に基づいて光電変換を行う画素に対しても、ＦＤ部の電位変動に起因する疑似信号の影響を同程度にすることができる。

（実施例２）
図面を参照しながら、本発明に係る別の実施形態を説明する。
実施例１では、ベイヤー配列のカラーフィルタを備えた撮像装置を例示したが、本発明は、カラーフィルタを設けない、あるいは全ての画素に同色のカラーフィルタを設けた撮像装置にも適用できる。

図６は、本実施例に係る読み出し回路１０３、水平走査回路１０４、および出力アンプ１０５の構成を示す回路図である。図３に示した構成との相違点は、一の垂直信号線に対して読み出し回路１０４から出力アンプ１０５に至る経路が複数チャンネル設けられている点である。図３と同じ構成については同じ符号を付している。

図６において、差動増幅器３０２の出力端子は、サンプルホールドスイッチ３０５−１、３０６−１、３０５−２および３０６−２を介してサンプルホールド容量３０７−１、３０８−１、３０７−２および３０８−２と接続される。サンプルホールド容量３０７―１、３０８−１は出力アンプ１０５に含まれるアンプＡｍｐ＿Ｎ１、Ａｍｐ＿Ｓ１と、それぞれ対応するスイッチ３０９−１、３１０−１を介して接続される。サンプルホールド容量３０７―２、３０８−２は出力アンプ１０５に含まれるアンプＡｍｐ＿Ｎ２、Ａｍｐ＿Ｓ２と、それぞれ対応するスイッチ３０９−２、３１０−２を介して接続される。つまり、出力アンプＡｍｐ＿Ｎ１、Ａｍｐ＿Ｓ１に係る経路をＣｈ１、出力アンプＡｍｐ＿Ｎ２、Ａｍｐ＿Ｓ２１に係る経路をＣｈ２として、複数のチャンネルが設けられている。この構成によれば、１行目と２行目の画素に基づく信号をそれぞれ対応するサンプルホールド容量３０７−１、３０８−１、３０７−２、３０８−２に保持させてから、水平走査回路１０４によって２行分の信号を同時に走査することができる。これにより、行毎に水平走査期間の動作を行う実施例１と比較して、より高速な読み出しが可能になる。

次に、図７を参照しながら本実施例に係る動作を説明する。以下では、図５に示した動作との相違点を中心に説明する。

本実施例は、画素ユニット２０１ｎの１行目と３行目の画素はチャンネルＣｈ１から出力し、２行目と４行目の画素はチャンネルＣｈ２から出力する点で、実施例１と大きく異なる。実施例１の信号ｐｔｎおよびｐｔｓに代えて、本実施例では信号ｐｔｎ１、ｐｔｎ２およびｐｔｓ１、ｐｔｓ２を用いることで、いずれのサンプルホールド容量でサンプルホールドするのかを選択する。

本実施例によれば、チャンネルＣｈ１から信号を出力する、１行目と３行目の画素についての読み出し動作が行われる直前に画素ユニット２０１ｎは非選択状態にあるのに対して、チャンネルＣｈ２から信号を出力する、２行目と４行目の画素についての読み出し動作が行われる直前に画素ユニット２０１ｎは選択状態にある。つまり、同じチャンネルから信号を出力する画素に対する疑似信号の影響を同程度にすることが可能となるので、補正係数はチャンネル毎に用意すればよく、システムの負荷を低減することができる。

本実施例は、ベイヤー配列のカラーフィルタが設けられた撮像装置に対しても適用可能である。ベイヤー配列においては同色の画素が１行および１列おきに配列されているので、画素ユニット２０１ｎ内の１行目と３行目の画素は同色の画素となる。同色の画素に係る信号が同一のチャンネルから出力されるので、チャンネル毎に補正係数を用意することで、色毎の補正が可能となる。

図７では２個のチャンネルを備えた構成を示したが、これよりも多い数のチャンネルを備えた構成に対しても本発明は適用可能である。つまり、読み出し回路が２以上のチャンネルを備えた構成においても、画素ユニット内の同色の画素に基づく信号を同じチャンネルで処理すればよい。

本実施例にかかる撮像装置をより一般化して説明すると、画素ユニットは３以上の光電変換部を含み、３以上の光電変換部に基づく信号を順次出力させる。この際、一の光電変換部からの信号を前記画素ユニットから出力させる動作に先立って、画素ユニットを非選択状態にする動作と、画素ユニットを非選択状態にせずに別の光電変換部に基づく信号を出力する動作と、を交互に行う。これにより、上述した効果が得られる。

（実施例３）
次に、本実施形態に係る撮像システムの概略を、図８を用いて説明する。
撮像システム８００は、例えば、光学部８１０、撮像装置１０００、映像信号処理回路部８３０、記録・通信部８４０、タイミング制御回路部８５０、システムコントロール回路部８６０、および再生・表示部８７０を含む。撮像装置１０００は、先述の各実施例で説明した撮像装置が用いられる。ここでは、図１に示したタイミングジェネレータ１０６が、撮像装置ではなく、タイミング制御回路部８５０に含まれる場合を例示している。

レンズなどの光学系である光学部は８１０、被写体からの光を撮像装置１０００の、複数の画素が２次元状に配列された画素アレイに結像させ、被写体の像を形成する。撮像装置１０００は、タイミング制御回路部８５０からの信号に基づくタイミングで、画素部に結像された光に応じた信号を出力する。

撮像装置１０００から出力された信号は、映像信号処理部である映像信号処理回路部８３０に入力され、映像信号処理回路部８３０が、プログラムなどによって定められた方法に従って、入力された電気信号に対してＡＤ変換などの処理を行う。映像信号処理回路部での処理によって得られた信号は画像データとして記録・通信部８４０に送られる。記録・通信部８４０は、画像を形成するための信号を再生・表示部８７０に送り、再生・表示部８７０に動画や静止画像が再生・表示させる。記録通信部は、また、映像信号処理回路部８３０からの信号を受けて、システムコントロール回路部８６０とも通信を行うほか、不図示の記録媒体に、画像を形成するための信号を記録する動作も行う。

システムコントロール回路部８６０は、撮像システムの動作を統括的に制御するものであり、光学部８１０、タイミング制御回路部８５０、記録・通信部８４０、および再生・表示部８７０の駆動を制御する。また、システムコントロール回路部８６０は、例えば記録媒体である不図示の記憶装置を備え、ここに撮像システムの動作を制御するのに必要なプログラムなどが記録される。また、システムコントロール回路部８６０は、例えばユーザの操作に応じて駆動モードを切り替える信号を撮像システム内で供給する。具体的な例としては、読み出す行やリセットする行の変更、電子ズームに伴う画角の変更や、電子防振に伴う画角のずらしなどである。

タイミング制御回路部８５０は、制御部であるシステムコントロール回路部８６０による制御に基づいて撮像装置１０００および映像信号処理回路部８３０の駆動タイミングを制御する。

映像信号処理回路部８３０は、先述の各実施例で説明した補正係数を保持し、撮像装置１０００から出力された信号に対して補正処理を行う。

以上で説明した各実施例は、本発明を実施するための例示的なものであって、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で様々に変更あるいは組み合わせることが可能である。

１ 撮像装置
１０１ 画素領域
１０２ 垂直走査回路
１０３ 読み出し回路
１０４ 水平走査回路
１０５ 出力アンプ
１０６ タイミングジェネレータ

Claims (13)

1. 第１の色の入射光に基づく電荷を生成する第１の光電変換部と、
   第１の色の入射光に基づく電荷を生成する第２の光電変換部と、
   第２の色の入射光に基づく電荷を生成する第３の光電変換部と、
   前記第１ないし第３の光電変換部に共通に設けられ、前記第１ないし第３の光電変換部によって生成された電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタと、
   を含む画素ユニットと、
   前記増幅トランジスタの制御電極の電位によって前記画素ユニットを選択状態又は非選択状態にする制御部と、
   を有する撮像装置であって、
   前記制御部は、前記第１の光電変換部に基づく信号を出力する動作に先立って、前記画素ユニットを非選択状態にする動作を行い、
   前記第１の光電変換部に基づく信号が出力された後、第２の光電変換部に基づく信号を出力する動作に先立って、前記画素ユニットを非選択状態にする動作を行い、
   前記第１の光電変換部に基づく信号が出力された後、前記第３の光電変換部に基づく信号を出力する動作に先立っては、前記画素ユニットを非選択状態にする動作を行わないこと
   を特徴とする撮像装置。
2. 前記第１ないし第３の光電変換部は、前記第１の光電変換部、前記第３の光電変換部、前記第２の光電変換部の順に１次元状に配列されたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記画素ユニットはさらに、第２の色の入射光に基づく電荷を生成する第４の光電変換部を含み、前記第１ないし第４の光電変換部は、前記第１の光電変換部、前記第３の光電変換部、前記第２の光電変換部、前記第４の光電変換部の順に１次元状に配列されることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記信号を処理する、２以上のチャンネルを備える読み出し回路をさらに有し、
   前記第１および第２の光電変換部によって生成された電荷に基づく信号は、同一の前記チャンネルで処理され、
   前記第３および第４の光電変換部によって生成された電荷に基づく信号は、別の同一の前記チャンネルで処理されること
   を特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記信号を処理するチャンネルを備える読み出し回路をさらに有し、
   前記第１ないし第４の光電変換部によって生成された電荷に基づく信号は、同一の前記チャンネルで処理されること
   を特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
6. 前記第２の色の入射光に基づく電荷を生成する第４の光電変換部と、
   第２の色の入射光に基づく電荷を生成する第５の光電変換部と、
   前記第３の色の入射光に基づく電荷を生成する第６の光電変換部と、
   前記第４ないし第６の光電変換部に共通に設けられ、前記第４ないし第６の光電変換部によって生成された電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタと、
   を含む第２の画素ユニットをさらに有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の撮像装置。
7. 複数の光電変換部と、
   前記複数の光電変換部に共通に設けられ、前記光電変換部によって生成された電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタと、
   を有する画素ユニットと、
   前記信号を処理する、２以上のチャンネルを備える読み出し回路と、
   前記増幅トランジスタの制御電極の電位によって前記画素ユニットを選択あるいは非選択状態にする制御部と、を有する
   撮像装置であって、
   前記制御部は、前記画素ユニットに含まれる、一の前記チャンネルで信号が処理される複数の前記画素の読み出し動作に先立って、前記画素ユニットを非選択状態にした後に選択状態にし、
   前記画素ユニットに含まれる、別の一の前記チャンネルで信号が処理される前記画素の読み出し動作に先立っては、前記画素ユニットを非選択状態にしないこと
   を特徴とする撮像装置。
8. ３以上の光電変換部と、
   前記３以上の光電変換部に共通に設けられ、前記３以上の光電変換部によって生成された電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタと、
   を含む画素ユニットと、
   前記増幅トランジスタの制御電極の電位によって前記画素ユニットを選択状態又は非選択状態にする制御部と、
   を有する撮像装置であって、
   前記制御部は、前記３以上の光電変換部に基づく信号を順次出力させ、
   一の前記光電変換部からの信号を前記画素ユニットから出力させる動作に先立って、前記画素ユニットを非選択状態にする動作と、
   前記画素ユニットを非選択状態にせずに別の前記光電変換部に基づく信号を出力する動作と、
   を交互に行うことを特徴とする撮像装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の撮像装置と、
   前記画素に像を形成する光学系と、
   前記撮像装置から出力された信号を処理して画像データを生成する映像信号処理部と、をさらに備えたこと
   を特徴とする撮像システム。
10. 第１の色の入射光に基づく電荷を生成する第１の光電変換部と、
    第１の色の入射光に基づく電荷を生成する第２の光電変換部と、
    第２の色の入射光に基づく電荷を生成する第３の光電変換部と、
    前記第１ないし第３の光電変換部に共通に設けられ、前記第１ないし第３の光電変換部によって生成された電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタと、
    を含む画素ユニットを有し、
    前記増幅トランジスタの制御電極の電位によって前記画素ユニットを選択状態又は非選択状態にする撮像装置の駆動方法であって、
    前記第１および第２の光電変換部に基づく信号を出力する動作に先立って、前記画素ユニットを非選択状態にする動作を行い、
    前記第３の光電変換部に基づく信号を出力する動作に先立っては、前記画素ユニットを非選択状態にする動作を行わないこと
    を特徴とする撮像装置の駆動方法。
11. 前記信号を処理する、２以上のチャンネルを備える読み出し回路をさらに有し、
    前記第１および第２の光電変換部によって生成された電荷に基づく信号は、同一の前記チャンネルで処理され、
    前記第３および第４の光電変換部によって生成された電荷に基づく信号は、別の同一の前記チャンネルで処理されること
    を特徴とする請求項１０に記載の撮像装置の駆動方法。
12. 前記信号を処理するチャンネルを備える読み出し回路をさらに有し、
    前記第１ないし第４の光電変換部によって生成された電荷に基づく信号は、同一の前記チャンネルで処理されること
    を特徴とする請求項１０または１１に記載の撮像装置の駆動方法。
13. ３以上の光電変換部と、
    前記３以上の光電変換部に共通に設けられ、前記３以上の光電変換部によって生成された電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタと、
    を含む画素ユニットと、
    前記増幅トランジスタの制御電極の電位によって前記画素ユニットを選択状態又は非選択状態にする撮像装置の駆動方法であって、
    前記３以上の光電変換部に基づく信号を順次出力させ、
    一の前記光電変換部からの信号を前記画素ユニットから出力させる動作に先立って、前記画素ユニットを非選択状態にする動作と、
    前記画素ユニットを非選択状態にせずに別の前記光電変換部に基づく信号を出力する動作と、
    を交互に行うことを特徴とする撮像装置の駆動方法。

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