JP2015216466A5 - - Google Patents

Description

本発明は上記の課題を鑑みて為されたものであり、その一の態様は、複数の画素と、信号線と、信号処理回路とを有し、前記複数の画素は、第１の画素と第２の画素とを有し、前記第１の画素は、第１の光電変換部と、第１の増幅トランジスタとを有し、前記第２の画素は、第２の光電変換部と、第２の増幅トランジスタとを有する撮像装置の駆動方法であって、前記信号処理回路は前記信号線に出力された信号を、第１の増幅率と前記第１の増幅率よりも小さい第２の増幅率との一方で増幅し、前記信号処理回路が、前記信号線に出力された信号を前記第１の増幅率で増幅する場合には、第１の動作を行い、
前記信号処理回路が、前記信号線に出力された信号を前記第２の増幅率で増幅する場合には前記第１の動作を行わずに第２の動作を行い、前記第１の動作は、前記第１の増幅トランジスタが前記第１の光電変換部が生成した電荷に基づく第１の信号を前記信号線に出力する期間と、前記第２の増幅トランジスタが前記第２の光電変換部が生成した電荷に基づく第２の信号を前記信号線に出力する期間との少なくとも一部の期間を重ねることによって、前記第１の信号と前記第２の信号とを前記信号線において混合する動作であり、前記第２の動作は、前記撮像装置が、入射光を光電変換した電荷に基づく信号の数を、前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部とが出力する信号の数よりも少なくして出力する動作であることを特徴とする撮像装置の駆動方法である。

また、別の態様は、複数の画素と、信号線と、信号処理回路とを有し、前記複数の画素は、第１の画素と第２の画素とを有し、前記第１の画素は、第１の光電変換部と、第１の容量素子と、第１の浮遊拡散容量と、第１の増幅トランジスタとを有し、前記第２の画素は、第２の光電変換部と、第２の容量素子と、第２の浮遊拡散容量と、第２の増幅トランジスタとを有する撮像装置の駆動方法であって、前記信号処理回路は前記信号線に出力された信号を、第１の増幅率と前記第１の増幅率よりも小さい第２の増幅率との一方で増幅し、前記信号処理回路が、前記信号線に出力された信号を前記第１の増幅率で増幅する場合には、第１の動作を行い、前記信号処理回路が、前記信号線に出力された信号を前記第２の増幅率で増幅する場合には前記第１の動作を行わずに第２の動作を行い、前記第１の動作は、前記第１の光電変換部が生成した電荷を前記第１の容量素子が保持せずに前記第１の浮遊拡散容量が保持し、前記第２の光電変換部が生成した電荷を前記第２の容量素子が保持せずに前記第２の浮遊拡散容量が保持し、前記第１の増幅トランジスタが前記第１の浮遊拡散容量の電位に基づく第１の信号を前記信号線に出力する期間と、前記第２の増幅トランジスタが前記第２の浮遊拡散容量の電位に基づく第２の信号を前記信号線に出力する期間との少なくとも一部の期間を重ねることによって、前記第１の信号と前記第２の信号とを前記信号線において混合する動作であり、前記第２の動作は、前記第１の光電変換部が生成した電荷を前記第１の容量素子と前記第１の浮遊拡散容量との第１の合成容量が保持し、前記第２の光電変換部が生成した電荷を前記第２の容量素子と前記第２の浮遊拡散容量との第２の合成容量が保持し、前記第１の増幅トランジスタが前記第１の浮遊拡散容量の電位に基づく第１の信号を前記信号線に出力する期間と、前記第２の増幅トランジスタが前記第２の浮遊拡散容量の電位に基づく第２の信号を前記信号線に出力する期間との少なくとも一部の期間を重ねることによって、前記第１の信号と前記第２の信号とを前記信号線において混合する動作であることを特徴とする撮像装置の駆動方法である。

また、別の態様は、複数の画素と、信号線とを有し、前記複数の画素は、第１の画素と第２の画素とを有し、前記第１の画素は、第１の光電変換部と、第１の増幅トランジスタとを有し、前記第２の画素は、第２の光電変換部と、第２の増幅トランジスタとを有する撮像装置と、前記撮像装置を制御する制御部とを有する撮像システムの駆動方法であって、前記制御部が第１のＩＳＯ感度を設定した場合には、前記撮像装置は第１の動作を行い、前記制御部が第１のＩＳＯ感度よりも低い第２のＩＳＯ感度を設定した場合には、前記撮像装置は前記第１の動作を行わずに第２の動作を行い、前記第１の動作は、前記第１の増幅トランジスタが前記第１の光電変換部が生成した電荷に基づく第１の信号を前記信号線に出力する期間と、前記第２の増幅トランジスタが前記第２の光電変換部が生成した電荷に基づく第２の信号を前記信号線に出力する期間との少なくとも一部の期間を重ねることによって、前記第１の信号と前記第２の信号とを前記信号線において混合する動作であり、前記第２の動作は前記撮像装置が、入射光を光電変換した電荷に基づく信号を、前記第１の動作とは異なる方法によって、前記複数の画素の数よりも少なくして出力する動作であることを特徴とする撮像システムの駆動方法である。

また、別の態様は、複数の画素と、信号線とを有し、前記複数の画素は、第１の画素と第２の画素とを有し、前記第１の画素は、第１の光電変換部と、第１の増幅トランジスタとを有し、前記第２の画素は、第２の光電変換部と、第２の増幅トランジスタとを有する撮像装置と、前記撮像装置とは別の半導体基板に設けられるとともに、前記撮像装置が出力する信号を増幅する増幅部とを有する撮像システムの駆動方法であって、前記増幅部は前記撮像装置から出力された信号を、第１の増幅率と前記第１の増幅率よりも小さい第２の増幅率との一方で増幅し、前記増幅部が、前記撮像装置から出力された信号を前記第１の増幅率で増幅する場合には、前記撮像装置は第１の動作を行い、前記増幅部が、前記撮像装置から出力された信号を前記第２の増幅率で増幅する場合には、前記撮像装置は前記第１の動作を行わずに第２の動作を行い、前記第１の動作は、前記第１の増幅トランジスタが前記第１の光電変換部が生成した電荷に基づく第１の信号を前記信号線に出力する期間と、前記第２の増幅トランジスタが前記第２の光電変換部が生成した電荷に基づく第２の信号を前記信号線に出力する期間との少なくとも一部の期間を重ねることによって、前記第１の信号と前記第２の信号とを前記信号線において混合する動作であり、前記第２の動作は前記撮像装置が、入射光を光電変換した電荷に基づく信号を、前記第１の動作とは異なる方法によって、前記複数の画素の数よりも少なくして出力する動作であることを特徴とする撮像システムの駆動方法である。

Claims (19)

1. 複数の画素と、信号線と、信号処理回路とを有し、
   前記複数の画素は、第１の画素と第２の画素とを有し、
   前記第１の画素は、第１の光電変換部と、第１の増幅トランジスタとを有し、
   前記第２の画素は、第２の光電変換部と、第２の増幅トランジスタとを有する撮像装置の駆動方法であって、
   前記信号処理回路は前記信号線に出力された信号を、第１の増幅率と前記第１の増幅率よりも小さい第２の増幅率との一方で増幅し、
   前記信号処理回路が、前記信号線に出力された信号を前記第１の増幅率で増幅する場合には、第１の動作を行い、
   前記信号処理回路が、前記信号線に出力された信号を前記第２の増幅率で増幅する場合には前記第１の動作を行わずに第２の動作を行い、
   前記第１の動作は、前記第１の増幅トランジスタが前記第１の光電変換部が生成した電荷に基づく第１の信号を前記信号線に出力する期間と、前記第２の増幅トランジスタが前記第２の光電変換部が生成した電荷に基づく第２の信号を前記信号線に出力する期間との少なくとも一部の期間を重ねることによって、前記第１の信号と前記第２の信号とを前記信号線において混合する動作であり、
   前記第２の動作は、
   前記撮像装置が、入射光を光電変換した電荷に基づく信号の数を、前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部とが出力する信号の数よりも少なくして出力する動作であることを特徴とする撮像装置の駆動方法。
2. 前記第２の動作は、前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部が生成した電荷同士を混合し、前記第１の増幅トランジスタと前記第２の増幅トランジスタの少なくとも一方が、前記混合された電荷に基づく第３の信号を前記信号線に出力する動作であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置の駆動方法。
3. 前記第１の画素は電荷を保持する第１の浮遊拡散容量を有し、
   前記第２の画素は電荷を保持する第２の浮遊拡散容量を有し、
   前記第１の信号は、前記第１の光電変換部が生成した電荷を保持した前記第１の浮遊拡散容量の電位に基づいて前記第１の増幅トランジスタが出力する信号であり、
   前記第２の信号は、前記第２の光電変換部が生成した電荷を保持した前記第２の浮遊拡散容量の電位に基づいて前記第２の増幅トランジスタが出力する信号であり、
   前記混合された電荷は、前記第１の光電変換部が生成した電荷と前記第２の光電変換部が生成した電荷とをともに、前記第１の浮遊拡散容量と前記第２の浮遊拡散容量に保持されることによって生成する電荷であることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置の駆動方法。
4. 前記第２の動作は、１フレーム期間において、前記第１の増幅トランジスタによる前記第１の信号の前記信号線への出力と、前記第２の増幅トランジスタによる前記第２の信号の前記信号線への出力との一方を行い、他方を行わない動作であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置の駆動方法。
5. 前記第２の動作は、前記第１の増幅トランジスタによる前記第１の信号の前記信号線への出力と、前記第２の増幅トランジスタによる前記第２の信号の前記信号線への出力とを個別に行った後に、前記第１の信号に基づく信号と前記第２の信号に基づく信号とを混合する動作であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置の駆動方法。
6. 前記信号処理回路は、前記信号線に出力された信号をデジタル信号にＡＤ変換するＡＤ変換部を有し、
   前記第１の信号に基づく信号と前記第２の信号に基づく信号とを混合する前記動作が、
   前記第１の信号をＡＤ変換したデジタル信号と、前記第２の信号をＡＤ変換したデジタル信号とを混合することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置の駆動方法。
7. 前記信号処理回路が、前記第１の増幅率と前記第２の増幅率でアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像装置の駆動方法。
8. 複数の画素と、信号線と、信号処理回路とを有し、
   前記複数の画素は、第１の画素と第２の画素とを有し、
   前記第１の画素は、第１の光電変換部と、第１の容量素子と、第１の浮遊拡散容量と、第１の増幅トランジスタとを有し、
   前記第２の画素は、第２の光電変換部と、第２の容量素子と、第２の浮遊拡散容量と、第２の増幅トランジスタとを有する撮像装置の駆動方法であって、
   前記信号処理回路は前記信号線に出力された信号を、第１の増幅率と前記第１の増幅率よりも小さい第２の増幅率との一方で増幅し、
   前記信号処理回路が、前記信号線に出力された信号を前記第１の増幅率で増幅する場合には、第１の動作を行い、
   前記信号処理回路が、前記信号線に出力された信号を前記第２の増幅率で増幅する場合には前記第１の動作を行わずに第２の動作を行い、
   前記第１の動作は、
   前記第１の光電変換部が生成した電荷を前記第１の容量素子が保持せずに前記第１の浮遊拡散容量が保持し、
   前記第２の光電変換部が生成した電荷を前記第２の容量素子が保持せずに前記第２の浮遊拡散容量が保持し、
   前記第１の増幅トランジスタが前記第１の浮遊拡散容量の電位に基づく第１の信号を前記信号線に出力する期間と、前記第２の増幅トランジスタが前記第２の浮遊拡散容量の電位に基づく第２の信号を前記信号線に出力する期間との少なくとも一部の期間を重ねることによって、前記第１の信号と前記第２の信号とを前記信号線において混合する動作であり、
   前記第２の動作は、
   前記第１の光電変換部が生成した電荷を前記第１の容量素子と前記第１の浮遊拡散容量との第１の合成容量が保持し、
   前記第２の光電変換部が生成した電荷を前記第２の容量素子と前記第２の浮遊拡散容量との第２の合成容量が保持し、
   前記第１の増幅トランジスタが前記第１の浮遊拡散容量の電位に基づく第１の信号を前記信号線に出力する期間と、前記第２の増幅トランジスタが前記第２の浮遊拡散容量の電位に基づく第２の信号を前記信号線に出力する期間との少なくとも一部の期間を重ねることによって、前記第１の信号と前記第２の信号とを前記信号線において混合する動作であることを特徴とする撮像装置の駆動方法。
9. 前記信号処理回路が、前記第１の増幅率と前記第２の増幅率でアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部を有することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置の駆動方法。
10. 前記信号処理回路は差動増幅回路を有し、
    前記差動増幅回路が、前記第１の増幅率と前記第２の増幅率とで前記信号線に出力された信号を増幅することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の撮像装置の駆動方法。
11. 前記第１の増幅トランジスタと前記第２の増幅トランジスタの各々のチャネル長をＬ、
    前記第１の増幅トランジスタと前記第２の増幅トランジスタの各々のチャネル幅をＷ、
    前記信号線に供給される電流の値をＩ（μＡ）、
    前記第１の増幅トランジスタの入力ノードの電位と前記第２の増幅トランジスタの入力ノードの電位が前記第１の増幅率において取り得る範囲の上限と下限との差をΔＶＦＤ（Ｖ）として、
    以下の式で表される評価指数Ｚの値が２．５以上であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の撮像装置の駆動方法。
    Ｚ＝Ｉ／｛（Ｗ／Ｌ）×ΔＶＦＤ^２｝
12. 複数の画素と、信号線とを有し、
    前記複数の画素は、第１の画素と第２の画素とを有し、
    前記第１の画素は、第１の光電変換部と、第１の増幅トランジスタとを有し、
    前記第２の画素は、第２の光電変換部と、第２の増幅トランジスタとを有する撮像装置と、前記撮像装置を制御する制御部とを有する撮像システムの駆動方法であって、
    前記制御部が第１のＩＳＯ感度を設定した場合には、前記撮像装置は第１の動作を行い、
    前記制御部が第１のＩＳＯ感度よりも低い第２のＩＳＯ感度を設定した場合には、前記撮像装置は前記第１の動作を行わずに第２の動作を行い、
    前記第１の動作は、前記第１の増幅トランジスタが前記第１の光電変換部が生成した電荷に基づく第１の信号を前記信号線に出力する期間と、前記第２の増幅トランジスタが前記第２の光電変換部が生成した電荷に基づく第２の信号を前記信号線に出力する期間との少なくとも一部の期間を重ねることによって、前記第１の信号と前記第２の信号とを前記信号線において混合する動作であり、
    前記第２の動作は前記撮像装置が、入射光を光電変換した電荷に基づく信号を、前記第１の動作とは異なる方法によって、前記複数の画素の数よりも少なくして出力する動作であることを特徴とする撮像システムの駆動方法。
13. 前記第１の増幅トランジスタと前記第２の増幅トランジスタの各々のチャネル長をＬ、
    前記第１の増幅トランジスタと前記第２の増幅トランジスタの各々のチャネル幅をＷ、
    前記信号線に供給される電流の値をＩ（μＡ）、
    前記第１の増幅トランジスタの入力ノードの電位と前記第２の増幅トランジスタの入力ノードの電位が前記第１のＩＳＯ感度において取り得る範囲の上限と下限との差をΔＶＦＤ（Ｖ）として、
    以下の式で表される評価指数Ｚの値が２．５以上であることを特徴とする請求項１２に記載の撮像システムの駆動方法。
    Ｚ＝Ｉ／｛（Ｗ／Ｌ）×ΔＶＦＤ^２｝
14. 複数の画素と、信号線とを有し、
    前記複数の画素は、第１の画素と第２の画素とを有し、
    前記第１の画素は、第１の光電変換部と、第１の増幅トランジスタとを有し、
    前記第２の画素は、第２の光電変換部と、第２の増幅トランジスタとを有する撮像装置と、前記撮像装置とは別の半導体基板に設けられるとともに、前記撮像装置が出力する信号を増幅する増幅部とを有する撮像システムの駆動方法であって、
    前記増幅部は前記撮像装置から出力された信号を、第１の増幅率と前記第１の増幅率よりも小さい第２の増幅率との一方で増幅し、
    前記増幅部が、前記撮像装置から出力された信号を前記第１の増幅率で増幅する場合には、前記撮像装置は第１の動作を行い、
    前記増幅部が、前記撮像装置から出力された信号を前記第２の増幅率で増幅する場合には、前記撮像装置は前記第１の動作を行わずに第２の動作を行い、
    前記第１の動作は、前記第１の増幅トランジスタが前記第１の光電変換部が生成した電荷に基づく第１の信号を前記信号線に出力する期間と、前記第２の増幅トランジスタが前記第２の光電変換部が生成した電荷に基づく第２の信号を前記信号線に出力する期間との少なくとも一部の期間を重ねることによって、前記第１の信号と前記第２の信号とを前記信号線において混合する動作であり、
    前記第２の動作は前記撮像装置が、入射光を光電変換した電荷に基づく信号を、前記第１の動作とは異なる方法によって、前記複数の画素の数よりも少なくして出力する動作であることを特徴とする撮像システムの駆動方法。
15. 前記増幅部が、前記撮像装置から出力される信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部を有し、前記増幅部が、前記第１の増幅率と前記第２の増幅率で前記撮像装置から出力される信号をデジタル信号に変換することを特徴とする請求項１４に記載の撮像システムの駆動方法。
16. 前記第１の増幅トランジスタと前記第２の増幅トランジスタの各々のチャネル長をＬ、
    前記第１の増幅トランジスタと前記第２の増幅トランジスタの各々のチャネル幅をＷ、
    前記信号線に供給される電流の値をＩ（μＡ）、
    前記第１の増幅トランジスタの入力ノードの電位と前記第２の増幅トランジスタの入力ノードの電位が前記第１のＩＳＯ感度において取り得る範囲の上限と下限との差をΔＶＦＤ（Ｖ）として、
    以下の式で表される評価指数Ｚの値が２．５以上であることを特徴とする請求項１４または１５に記載の撮像システムの駆動方法。
    Ｚ＝Ｉ／｛（Ｗ／Ｌ）×ΔＶＦＤ^２｝
17. 複数の画素と、信号線と、信号処理回路と、制御部とを有する撮像装置であって、
    前記複数の画素は、第１の画素と第２の画素とを有し、
    前記第１の画素は、第１の光電変換部と、第１の増幅トランジスタとを有し、
    前記第２の画素は、第２の光電変換部と、第２の増幅トランジスタとを有し、
    前記信号処理回路は前記信号線に出力された信号を、第１の増幅率と前記第１の増幅率よりも小さい第２の増幅率との一方で増幅し、
    前記信号処理回路が、前記信号線に出力された信号を前記第１の増幅率で増幅する場合には、前記制御部は、前記第１の画素と前記第２の画素とに第１の動作を行わせ、
    前記信号処理回路が、前記信号線に出力された信号を前記第２の増幅率で増幅する場合には、前記制御部は、前記第１の画素と前記第２の画素とに対し、前記第１の動作を行わせずに第２の動作を行わせ、
    前記第１の動作は、前記第１の増幅トランジスタが前記第１の光電変換部が生成した電荷に基づく第１の信号を前記信号線に出力する期間と、前記第２の増幅トランジスタが前記第２の光電変換部が生成した電荷に基づく第２の信号を前記信号線に出力する期間との少なくとも一部の期間を重ねることによって、前記第１の信号と前記第２の信号とを前記信号線において混合する動作であり、
    前記第２の動作は、
    前記撮像装置が、入射光を光電変換した電荷に基づく信号の数を、前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部とが出力する信号の数よりも少なくして出力する動作であることを特徴とする撮像装置。
18. 請求項１７に記載の撮像装置と、前記撮像装置が出力する信号を処理することによって画像を生成する信号処理部とを有することを特徴とする撮像システム。
19. 複数の画素と、信号線と、信号処理回路とを有する撮像装置と、前記撮像装置を制御する制御部とを有する撮像システムであって、
    前記複数の画素は、第１の画素と第２の画素とを有し、
    前記第１の画素は、第１の光電変換部と、第１の増幅トランジスタとを有し、
    前記第２の画素は、第２の光電変換部と、第２の増幅トランジスタとを有し、
    前記信号処理回路は前記信号線に出力された信号を、第１の増幅率と前記第１の増幅率よりも小さい第２の増幅率との一方で増幅し、
    前記信号処理回路が、前記信号線に出力された信号を前記第１の増幅率で増幅する場合には、前記制御部は、前記第１の画素と前記第２の画素とに第１の動作を行わせ、
    前記信号処理回路が、前記信号線に出力された信号を前記第２の増幅率で増幅する場合には、前記制御部は、前記第１の画素と前記第２の画素とに対し、前記第１の動作を行わせずに第２の動作を行わせ、
    前記第１の動作は、前記第１の増幅トランジスタが前記第１の光電変換部が生成した電荷に基づく第１の信号を前記信号線に出力する期間と、前記第２の増幅トランジスタが前記第２の光電変換部が生成した電荷に基づく第２の信号を前記信号線に出力する期間との少なくとも一部の期間を重ねることによって、前記第１の信号と前記第２の信号とを前記信号線において混合する動作であり、
    前記第２の動作は、
    前記撮像装置が、入射光を光電変換した電荷に基づく信号の数を、前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部とが出力する信号の数よりも少なくして出力する動作であることを特徴とする撮像システム。