JP2015211351A5

JP2015211351A5 -

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Publication number: JP2015211351A5
Application number: JP2014092002A
Authority: JP
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2017-06-15
Anticipated expiration: 2034-04-25

Description

特許文献１の実施例中には、いわゆるローリングシャッタ駆動におけるリセットラインを通常画素行と位相差検出画素を含む行とでそれぞれ独立に走査する案が開示されている。この場合、位相差検出画素を含む行において、同一行内に配置された位相差検出画素と通常画素とで、撮像素子内部での信号の読み出し方法は変わらない。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、各々が第１の光電変換部及び第２の光電変換部を有する複数の画素部が行列状に配列された画素領域と、前記画素領域から読み出した信号を保持するための列毎に配置された保持手段とを含む撮像素子と、前記撮像素子から１フレーム分の信号を読み出す際に、前記複数の画素部のうち、読み出し動作を行う各画素部において、前記第１の光電変換部及び前記第２の光電変換部の信号を画素部毎に合成して前記保持手段に読み出すか、前記第１の光電変換部から信号を前記保持手段に読み出すか、前記第２の光電変換部から信号を前記保持手段に読み出すか、の動作を排他的に選択して前記撮像素子を駆動する駆動手段とを有する。

本発明の実施形態における撮像装置の構成を示すブロック図。本実施形態における撮像装置の概略構成を示す側断面図。本実施形態におけるＤＳＰ内部の機能を示すブロック図。本実施形態における撮像素子の回路図。本実施形態における撮像素子の単位画素の回路図。本実施形態における撮像素子の単位画素の平面図。第１の実施形態における位相差検出を行わない場合の撮像素子の駆動を示すタイミングチャート。第１の実施形態における撮像素子の読み出し方法を説明するための模式図。第１の実施形態における位相差検出を行う場合の撮像素子の駆動を示すタイミングチャート。第１の実施形態における撮像装置の撮影動作を示すフローチャート。第１の実施形態における静止画撮影処理を示すフローチャート。第１の実施形態における動画撮影処理を示すフローチャート。第２の実施形態における撮像素子の読み出し方法を説明するための模式図。任意の画素毎にＡ画素、Ｂ画素を切り替えることが可能な撮像素子の単位画素の回路図。

また、画像生成を行う際に撮像素子１０１が有する理想状態からの感度や、ダークレベルの誤差をデジタル的に補正するための画像補正部１００８、更に、ＡＦ用補正部１００９を有する。ＡＦ用補正部１００９は、位相差検出用画素の出力からオートフォーカス情報を算出するために、ＡＦ部１００６にデータを送出する前に、光学条件の補正をデジタル的に行う。光学条件の補正としては、例えば、位相差検出用画素の理想状態からの感度や、ダークレベルの誤差の補正や、撮影時の撮影レンズ２０２の焦点距離や絞り値などの補正を含む。

所定時間後の時刻ｔ６で制御信号φＴＸＡ＿ｎ、φＴＸＢ＿ｎをＬにして転送トランジスタ５０７、５０８をオフにし、更に、制御信号φＴＳがＨになる。これにより、信号電荷に応じた垂直出力線５０９の信号レベルが列アンプ４０１により増幅された信号が、信号成分保持容量ＣＴｋＳに現れる。そして、時刻ｔ７で制御信号φＴＳをＬにすると、信号電荷に応じた信号レベルが、信号成分保持容量ＣＴｋＳにホールドされることとなる。

ここまでで第ｎ行目の各画素のリセット解除直後の出力が各列のノイズ成分保持容量ＣＴｋＮに、信号電荷に応じた出力が各列の信号成分保持容量ＣＴｋＳに保持されたことになる。この後、不図示の水平転送回路によって、各列のノイズ成分保持容量ＣＴｋＮと、信号成分保持容量ＣＴｋＳを順次出力アンプ４１１に接続し、この差分を所定ゲインを乗じて出力することで第ｎ行目のＡ画素＋Ｂ画素の信号（合成信号）の読み出しを完了する。位相差検出が不要な場合はこれまで説明した読み出し動作を行うことで実現できる。

その後、所定時間後の時刻ｔ３でリセット信号φＲＥＳ＿Ｖ７をＬとし、リセット動作を解除する。すると垂直出力線５０９にはリセット解除した状態での信号レベルが現れる。時刻ｔ３で同時に制御信号φＴＮがＨとなり、リセット解除時の垂直出力線５０９の信号レベルが列アンプ４０１で増幅された信号がノイズ成分保持容量ＣＴｋＮに現れる。時刻ｔ４で制御信号φＴＮ４１０をＬにすると、リセット解除後の信号レベルが、ノイズ成分保持容量ＣＴｋＮにホールドされることとなる。

次に時刻ｔ５でＶ７行目のＡ画素及びＢ画素それぞれの転送トランジスタ５０７、５０８をオンにすべく、制御信号φＴＸＡ＿Ｖ７、φＴＸＢ＿Ｖ７をＨとする。この動作によりＡ画素及びＢ画素の信号電荷がともにＦＤ部５０３に転送される。さらに所定時間後の時刻ｔ６で転送トランジスタ５０７、５０８をオフにすると、Ａ画素及びＢ画素の信号電荷がともにＦＤ部５０３にホールドされる。さらに時刻ｔ６で制御信号φＴＳがＨになると、信号電荷に応じた垂直出力線５０９の信号レベルが列アンプ４０１で増幅された信号が信号成分保持容量ＣＴｋＳに現れる。時刻ｔ７で制御信号φＴＳをＬにすると、信号電荷に応じた信号レベルが、信号成分保持容量ＣＴｋＳにホールドされることとなる。

ここまででＶ７行目の各画素のリセット解除直後の出力が各列のノイズ成分保持容量ＣＴｋＮに、信号電荷に応じた出力が各列の信号成分保持容量ＣＴｋＳに保持されたことになる。この後、不図示の水平転送回路によって、各列のノイズ成分保持容量ＣＴｋＮと、信号成分保持容量ＣＴｋＳを順次出力アンプ４１１に接続し、この差分を所定ゲインを乗じて出力することでＶ７行目の合成信号の読み出しを完了する。ここではＶ７行目の動作を説明したがＶ１〜Ｖ６行での動作も同様である。

その後、所定時間後の時刻ｔ１１でリセット信号φＲＥＳ＿Ｖ８をＬとし、リセット動作を解除する。すると、垂直出力線５０９にはリセット解除した状態での信号レベルが現れる。時刻ｔ１１で同時に制御信号φＴＮがＨとなり、リセット解除時の垂直出力線５０９の信号レベルが列アンプ４０１で増幅された信号がノイズ成分保持容量ＣＴｋＮに現れる。時刻ｔ１２で制御信号φＴＮをＬにすると、リセット解除後の信号レベルが、ノイズ成分保持容量ＣＴｋＮにホールドされることとなる。

次に時刻ｔ１３でＶ８行目の画素のＡ画素のみの転送トランジスタ５０７をオンにすべく、制御信号φＴＸＡ＿Ｖ８をＨ、φＴＸＢ＿Ｖ８をＬとする。この動作によりＡ画素のみの信号電荷がＦＤ部５０３へ転送される。さらに所定時間後の時刻ｔ１４で転送トランジスタ５０７をオフにすると、この動作によりＡ画素のみの信号電荷がＦＤ部５０３にホールドされることとなる。さらに時刻ｔ１４で制御信号φＴＳがＨになると、信号電荷に応じた垂直出力線５０９の信号レベルが列アンプ（４０１）で増幅された信号が信号成分保持容量ＣＴｋＳに現れる。時刻ｔ１５で制御信号φＴＳをＬにすると、信号電荷に応じた信号レベルが、信号成分保持容量ＣＴｋＳにホールドされることとなる。

ここまででＶ８行の各画素のリセット解除直後の出力が各列のノイズ成分保持容量ＣＴｋＮに、信号電荷に応じた出力が各列の信号成分保持容量ＣＴｋＳに保持されたことになる。この後、不図示の水平転送回路によって、各列のノイズ成分保持容量ＣＴｋＮと、信号成分保持容量ＣＴｋＳを順次出力アンプ４１１に接続し、この差分を所定ゲインを乗じて出力することでＶ８行目のＡ画素のみの信号読み出しを完了する。

次に時刻ｔ２１でＶ９行目の画素のＢ画素のみの転送トランジスタ５０７をオンにすべく、制御信号φＴＸＡ＿Ｖ９をＬ、φＴＸＢ＿Ｖ９をＨとする。さらに所定時間後の時刻ｔ２２で制御信号φＴＸＢ＿Ｖ９をＬにし、転送トランジスタ５０７をオフにすると、この動作によりＢ画素のみの信号電荷がＦＤ部５０３へ転送される。さらに時刻ｔ２２で制御信号φＴＳがＨになると、信号電荷に応じた垂直出力線５０９の信号レベルが列アンプ４０１で増幅された信号が信号成分保持容量ＣＴｋＳに現れる。時刻ｔ２３で制御信号φＴＳをLにすると、信号電荷に応じた信号レベルが、信号成分保持容量ＣＴｋＳにホールドされることとなる。

ここまででＶ９行目の各画素のリセット解除直後の出力が各列のノイズ成分保持容量ＣＴｋＮに、信号電荷に応じた出力が各列の信号成分保持容量ＣＴｋＳに保持されたことになる。この後、不図示の水平転送回路によって、各列のノイズ成分保持容量ＣＴｋＮと、信号成分保持容量ＣＴｋＳを順次出力アンプ４１１に接続し、この差分を所定ゲインを乗じて出力することでＶ９行目のＢ画素のみの信号読み出しを完了する。

まず、ＣＰＵ１０５は、モードダイアル１１２により選択された動画撮影モードに設定され（Ｓ３１）、メインミラー２０７、サブミラー２０８、フォーカルプレーンシャッタ２１０の開動作を行う（Ｓ３２）。これにより、図２（ｂ）に示すように、撮像素子１０１に常時被写体像が入射するようになる。

次に、ＣＰＵ１０５は、電源スイッチ１０９がオフされているかの判断を行い（Ｓ４２）、オフされていれば動画終了処理を行って（Ｓ４４）、図１２のＳ１１にリターンする。一方、電源スイッチ１０９がオン状態のままであれば（Ｓ４２）、ＣＰＵ１０５は、モードダイアル１１２をチェックする（Ｓ４３）。モードダイアル１１２が動画撮影モードのままであれば、Ｓ３３に戻り、モードダイアル１１２が静止画モードに切り替えられていれば、動画終了処理を行って（Ｓ４５）、図１０のＳ１４にリターンする。

Ｓ４４、Ｓ４５の動画終了処理では、現在記録動作中であれば記録動作の停止、撮像素子１０１の駆動停止、ＤＳＰ１０３の処理の停止を行う。更に、フォーカルプレーンシャッタ２１０を閉じるとともにメインミラー２０７、サブミラー２０８をダウンする。

このように動画撮影モード時には、第１の走査方法で垂直方向に間引きながら読み出した合成信号を用いて動画像を生成するとともに、後半の第２の走査方法で読み出した位相差検出用信号を用いて位相差を算出することが可能となる。そして、動画撮影が行われている間、第１の走査方法と第２の走査方法が交互に繰り返されることにより、動画像の画像データとしての品質を保持したまま、撮像素子の出力のみを用いたオートフォーカス制御を実現することができる。

また、第１の実施形態における動画撮影モード時の撮像素子の読み出し方では、動画像用の合成信号の読み出し時に、位相差検出用信号を読み出さないように制御している。そのため、動画像の画像データを得る際に、位相差検出用信号により生じる画質の低下について懸念する必要が無い。更に、位相差検出動作も垂直走査回路の操作方法の切り替えにより、任意の領域での検出が可能になる。

また特定行のみ、すべての画素の画像用信号と、位相差検出用信号を読み出す必要が無いため、特定行のみ水平走査期間が変化するような複雑な制御を行う必要が無く、従来システムからの対応が容易である。

Claims

各々が第１の光電変換部及び第２の光電変換部を有する複数の画素部が行列状に配列された画素領域と、前記画素領域から読み出した信号を保持するための列毎に配置された保持手段とを含む撮像素子と、
前記撮像素子から１フレーム分の信号を読み出す際に、前記複数の画素部のうち、読み出し動作を行う各画素部において、
前記第１の光電変換部及び前記第２の光電変換部の信号を画素部毎に合成して前記保持手段に読み出すか、
前記第１の光電変換部から信号を前記保持手段に読み出すか、
前記第２の光電変換部から信号を前記保持手段に読み出すか、
の動作を排他的に選択して前記撮像素子を駆動する駆動手段と
を有することを特徴とする撮像装置。
各々が第１の光電変換部及び第２の光電変換部を有する複数の画素部が行列状に配列された画素領域と、前記画素領域から読み出した信号を保持するための列毎に配置された保持手段とを含む撮像素子と、
前記撮像素子から１フレーム分の信号を読み出す際に、前記複数の画素部のうち、読み出し動作を行う各行において、
前記第１の光電変換部及び前記第２の光電変換部の信号を画素部毎に合成して前記保持手段に読み出すか、
前記第１の光電変換部から信号を前記保持手段に読み出すか、
前記第２の光電変換部から信号を前記保持手段に読み出すか、
の動作を排他的に選択して前記撮像素子を駆動する駆動手段と
を有することを特徴とする撮像装置。
各々が第１の光電変換部及び第２の光電変換部を有する複数の画素部が行列状に配列された画素領域と、前記画素領域から読み出した信号を保持するための列毎に配置された保持手段とを含む撮像素子と、
複数行ずつ間引きながら、前記第１の光電変換部及び前記第２の光電変換部の信号を画素部毎に合成して前記保持手段に読み出す第１の駆動方法と、前記間引かれた複数行毎にいずれかの行で前記第１の光電変換部から信号を前記保持手段に読み出し、前記間引かれた複数行毎の別の行で前記第２の光電変換部から信号を前記保持手段に読み出す第２の駆動方法とにより前記撮像素子を駆動する駆動手段と
を有することを特徴とする撮像装置。
前記第１の駆動方法により読み出された信号に基づいて、画像データを生成する生成手段と、
前記第２の駆動方法により読み出された信号に基づいて、焦点状態を検出する焦点検出手段と
を更に有することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
静止画撮影モードと動画撮影モードとを有し、
前記静止画撮影モードが選択されている場合に、前記生成手段は前記第２の駆動方法で読み出された信号を補正し、該補正した信号を用いて画像データを生成することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
前記駆動手段は、前記生成手段により生成する画像データによる画像の画質、位相差検出の精度の少なくともいずれかに応じて、前記複数行の行数を決定することを特徴とする請求項４または５に記載の撮像装置。
前記複数行は２行であって、前記第２の駆動方法では、前記２行のうち、先に走査する１行で前記第１の光電変換部から信号を前記保持手段に読み出し、後に走査する１行で第２の光電変換部から信号を前記保持手段に読み出すことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記複数行は４行であって、前記第２の駆動方法では、前記４行のうち、先に走査する２行で前記第１の光電変換部から信号を前記保持手段に読み出し、後に走査する２行で第２の光電変換部から信号を前記保持手段に読み出すことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
静止画撮影モードと動画撮影モードとを有し、
前記駆動手段は、前記静止画撮影モードが選択されている場合に、前記画素部から間引かずに、前記第１の光電変換部及び前記第２の光電変換部の信号を画素部毎に合成して前記保持手段に読み出す第３の駆動方法により前記撮像素子を制御し、前記動画撮影モードが選択されている場合に、前記第１の駆動方法と前記第２の駆動方法を交互に繰り返すことを特徴とする請求項３乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記第１の駆動方法では前記画素領域の予め決められた第１の領域から信号を読み出し、前記第２の駆動方法では、前記第１の領域よりも狭い第２の領域から信号を読み出すことを特徴とする請求項３乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
焦点検出領域を設定する設定手段を更に有し、
前記第２の領域は、前記焦点検出領域を含むことを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
前記撮像素子は、ベイヤー配列のカラーフィルタにより覆われていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
各々が第１の光電変換部及び第２の光電変換部を有する複数の画素部が行列状に配列された画素領域と、前記画素領域から読み出した信号を保持するための列毎に配置された保持手段とを含む撮像素子を有する撮像装置の制御方法であって、
前記撮像素子から１フレーム分の信号を読み出す際に、前記複数の画素部のうち、読み出し動作を行う各画素部において、前記第１の光電変換部及び前記第２の光電変換部の信号を画素部毎に合成して前記保持手段に読み出すか、前記第１の光電変換部から信号を前記保持手段に読み出すか、前記第２の光電変換部から信号を前記保持手段に読み出すか、の動作を排他的に選択して前記撮像素子を駆動する駆動工程
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
各々が第１の光電変換部及び第２の光電変換部を有する複数の画素部が行列状に配列された画素領域と、前記画素領域から読み出した信号を保持するための列毎に配置された保持手段とを含む撮像素子を有する撮像装置の制御方法であって、
前記撮像素子から１フレーム分の信号を読み出す際に、前記複数の画素部のうち、読み出し動作を行う各行において、前記第１の光電変換部及び前記第２の光電変換部の信号を画素部毎に合成して前記保持手段に読み出すか、前記第１の光電変換部から信号を前記保持手段に読み出すか、前記第２の光電変換部から信号を前記保持手段に読み出すか、の動作を排他的に選択して前記撮像素子を駆動する駆動工程
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
各々が第１の光電変換部及び第２の光電変換部を有する複数の画素部が行列状に配列された画素領域と、前記画素領域から読み出した信号を保持するための列毎に配置された保持手段とを含む撮像素子を有する撮像装置の制御方法であって、
複数行ずつ間引きながら、前記第１の光電変換部及び前記第２の光電変換部の信号を画素部毎に合成して前記保持手段に読み出す第１の駆動方法と、前記間引かれた複数行毎にいずれかの行で前記第１の光電変換部から信号を前記保持手段に読み出し、前記間引かれた複数行毎の別の行で前記第２の光電変換部から信号を前記保持手段に読み出す第２の駆動方法とにより前記撮像素子を駆動する駆動工程
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。