JP2016082453A - 固体撮像装置及びその駆動方法、並びに、撮像システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】緑色近傍の波長帯と赤色近傍の波長帯と青色近傍の波長帯とを有する光に対し、緑色近傍の波長帯に対する感度が、赤色近傍の波長帯と青色近傍の波長帯との双方よりも高いG画素110−Gと、赤色近傍の波長帯に対する感度が、緑色近傍の波長帯と青色近傍の波長帯との双方よりも高いR画素110−Rと、青色近傍の波長帯に対する感度が、緑色近傍の波長帯と赤色近傍の波長帯との双方よりも高いB画素110−Bとを含む画素部において、G画素110−Gの画像信号出力間隔を、R画素110−R及びB画素110−Bの画像信号出力間隔よりも短くする。
【選択図】図2
Description
本発明の固体撮像装置の駆動方法における他の態様は、マゼンタのカラーフィルタが配設されたマゼンタ画素と、シアンのカラーフィルタが配設されたシアン画素と、グリーンのカラーフィルタが配設されたグリーン画素と、イエローのカラーフィルタが配設されたイエロー画素とを少なくとも含む画素部を備える固体撮像装置の駆動方法であって、前記シアン画素、前記グリーン画素および前記イエロー画素のうちの少なくとも1つの画素の画像信号出力間隔が、前記マゼンタ画素の画像信号出力間隔よりも短いことを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法におけるその他の態様は、第1の波長帯と第2の波長帯と第3の波長帯とを有する光に対し、前記第1の波長帯に対する感度が、前記第2の波長帯と前記第3の波長帯との双方よりも高い第1の画素と、前記第2の波長帯に対する感度が、前記第1の波長帯と前記第3の波長帯との双方よりも高い第2の画素と、前記第3の波長帯に対する感度が、前記第1の波長帯と前記第2の波長帯との双方よりも高い第3の画素と、前記光に対する感度が、前記第1の画素と前記第2の画素と前記第3の画素とのいずれよりも高い第4の画素とを含む画素部を備える固体撮像装置の駆動方法であって、前記第4の画素の画像信号出力間隔が、前記第1の画素と前記第2の画素と前記第3の画素とのいずれの画像信号出力間隔よりも短いことを特徴とする。
まず、本発明の第1の実施形態について説明する。
出力部130は、輝度への寄与度が、赤色近傍の波長帯の光及び青色近傍の波長帯の光よりも高い緑色近傍の波長帯の光を検出するG画素群の画像信号出力間隔を、赤色近傍の波長帯の光を検出するR画素群及び青色近傍の波長帯の光を検出するB画素群の画像信号出力間隔よりも短くして出力する。
また、出力部130は、第1期間P1において、G画素群の画像信号と、R画素群及びB画素群の一部の画像信号とを出力する。また、出力部130は、第1期間P1とは異なる第2期間P2において、G画素群の画像信号と、第1期間P1では出力しなかったR画素群及びB画素群の一部の画像信号とを出力する。この際、図3に示す例では、出力部130は、R画素群及びB画素群の画像信号を1/2行間引きで出力する。
図4−1は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置100の各構成部の第1期間P1におけるタイミングチャートの一例を示す図である。具体的に、図4−1には、第1期間P1における第4k行から第4k+3行までの画素110に係る信号処理のタイミングチャートの一例が示されている。
まず、垂直選択回路120は、第4k行の制御線RES(4k)をHiにする。これにより、第4k行のリセットトランジスタ114がオンし、第4k行のR画素110−RとG画素110−GのFD部116がリセットされる。次いで、垂直選択回路120は、制御線RES(4k)をLowにして、リセットトランジスタ114をオフにする。次いで、垂直選択回路120は、制御線SEL(4k)をHiにする。これにより、第4k行のR画素110−RとG画素110−Gの選択トランジスタ115がオンし、第4k行のR画素110−RとG画素110−Gが選択される。次いで、例えば垂直選択回路120は、列回路132を制御するための信号線NcをHiにする。これにより、第4k行のR画素110−RとG画素110−GのそれぞれのFD部116のリセットレベルに対応するリセット電圧Nが列回路132のリセット電圧保持部に保持される。次いで、垂直選択回路120は、制御線TXR(4k)及び制御線TXG(4k)をHiして、第4k行のR画素110−RとG画素110−Gの電荷をFD部116に転送させる。次いで、例えば垂直選択回路120は、列回路132を制御するための制御線ScをHiにする。これにより、第4k行のR画素110−RとG画素110−GのそれぞれのFD部116に転送された電荷量に対応した画像信号電圧Sが列回路132の信号保持部に保持される。この時刻を画像信号出力時刻とする。次いで、PHSTをHiにすることで、水平走査回路133が走査を始める。そして、PHをHiにするたびに、第4k行の複数の画素110の列を順に選択することにより、第4k行の画素110(R画素110−R、G画素110−G)の画素信号が順に出力アンプ134を介して出力される。この際、出力アンプ134が、画像信号Sとリセット信号Nとの差分(S−N)を増幅した信号を出力するようにしてもよいし、或いは、列回路132が、画像信号Sとリセット信号Nとの差分(S−N)を出力アンプ134に供給するようにしてもよい。
まず、垂直選択回路120は、第4k+2行の制御線RES(4k+2)をHiにする。これにより、第4k+2行のリセットトランジスタ114がオンし、第4k+2行のR画素110−RとG画素110−GのFD部116がリセットされる。次いで、垂直選択回路120は、制御線RES(4k+2)をLowにして、リセットトランジスタ114がオフにする。次いで、垂直選択回路120は、制御線SEL(4k+2)をHiにする。これにより、第4k+2行のR画素110−RとG画素110−Gの選択トランジスタ115がオンし、第4k+2行のR画素110−RとG画素110−Gが選択される。次いで、例えば垂直選択回路120は、列回路132を制御するための信号線NcをHiにする。これにより、第4k+2行のR画素110−RとG画素110−GのそれぞれのFD部116のリセットレベルに対応するリセット電圧Nが列回路132のリセット電圧保持部に保持される。次いで、垂直選択回路120は、制御線TXG(4k+2)をHiにして、第4k+2行のG画素110−Dの電荷をFD部116に転送させる。このとき、制御線TXR(4k+2)はLowのままなので、第4k+2行のR画素110−Rの電荷はFD部116には転送されない。つまり、R画素110−Rは継続して電荷を蓄積する。次いで、例えば垂直選択回路120は、列回路132を制御するための制御線ScをHiにする。これにより、G画素110−GのFD部116に転送された電荷量に対応した画像信号電圧Sが列回路132の信号保持部に保持される。また、この際に、R画素110−RのFD部116のリセットレベルに対応するリセット信号N(以下、「ダミー信号」と称する)が列回路132の信号保持部に保持される。次いで、PHSTをHiにすることで、水平走査回路133が走査を始める。そして、PHをHiにするたびに、第4k+2行の複数の画素110の列を順に選択することにより、第4k+2行のG画素110−Gの画像信号とR画素110−Rのダミー信号が順に出力アンプ134を介して出力される。この際、水平走査回路133は、R画素110−Rのダミー信号を飛び越し走査し、G画素110−Gの画像信号のみを出力アンプ134を介して出力するようにしてもよい。これにより、画像信号の読み出し速度を上げることができる。
図4−2は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置100の各構成部の第2期間P2におけるタイミングチャートの一例を示す図である。具体的に、図4−2には、第2期間P2における第4k行から第4k+3行までの画素110に係る信号処理のタイミングチャートの一例が示されている。
かかる構成によれば、R画素群及びB画素群の画像信号出力間隔を長くとってSN比または感度を向上させつつ、輝度情報を担うG画素群の画像信号出力間隔を短くすることでカラー動画撮像における時間方向の解像度を向上させることが可能となる。即ち、第1の実施形態によれば、カラー動画撮像における時間方向の解像度を良好に保ち、動画像の品質を高めることができる。
なお、第1の実施形態では、画素部として、R,G,Bのカラーフィルタをそれぞれ配設したR画素群,G画素群,B画素群を少なくとも含む固体撮像装置100の態様を挙げて説明を行った。しかしながら、第1の実施形態では、この態様に限定されるものではない。例えば、画素部として、シアン(C),イエロー(Y),グリーン(G),マゼンタ(Mg)のカラーフィルタをそれぞれ配設したシアン画素群,イエロー画素群,グリーン画素群,マゼンタ画素群を少なくとも含む固体撮像装置100の態様も適用可能である。この態様の場合、出力部130は、例えば、マゼンタ画素群の画像信号出力間隔に対して、シアン画素群、グリーン画素群及びイエロー画素群の画像信号出力間隔を短くして出力を行う形態を採る。なお、この態様の場合、シアン画素群、グリーン画素群及びイエロー画素群のうちの少なくとも1つの画素群の画像信号出力間隔が、マゼンタ画素群の画像信号出力間隔よりも短い形態であれば、本発明に適用可能である。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
かかる構成によれば、G画素に比べてR画素とB画素の出力が1/2以下である場合でも、R画素とB画素の画像信号出力間隔をG画素のものに対して3倍とすることで、R画素とB画素の画像信号出力を向上させ、G画素との画像信号出力を揃えることができる。また、G画素群の画像信号出力間隔を短くすることでカラー動画撮像における時間方向の解像度を向上させることが可能となる。即ち、第2の実施形態によれば、カラー動画撮像における時間方向の解像度を良好に保ち、動画像の品質を高めることができる。
上述した第1の実施形では、「R画素群及びB画素群の画像信号を1/2行間引きで出力する」ようにしている。また、上述した第2の実施形態では、「R画素群及びB画素群の画像信号を1/3行間引きで出力する」ようにしている。本発明においては、これを一般化して適用することができる。即ち、本発明では、「R画素群及びB画素群の画像信号を、(m/n<1)となる正の整数m及びnにおいてm/n行間引きで出力する」形態を適用することができる。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
垂直選択回路120は、R画素110−Rについては、第1期間P1内の或るタイミングにおいてR画素110−Rが存在する先頭行から4行おきに光電変換部111のリセットを行う(図8の光電変換部リセットR(4k))。また、垂直選択回路120は、B画素110−Bについては、R画素110−Rとは独立に、光電変換部111のリセットを行う。具体的に、垂直選択回路120は、B画素110−Bについては、第1期間P1内の或るタイミングにおいてB画素110−Bが存在する先頭行+1行から4行おきに光電変換部111のリセットを行う(図8の光電変換部リセットB(4k+1))。
垂直選択回路120は、R画素110−Rについては、第2期間P2内の或るタイミングにおいてR画素110−Rが存在する先頭行+2行から4行おきに光電変換部111のリセットを行う(図8の光電変換部リセットR(4k+2))。また、垂直選択回路120は、B画素110−Bについては、R画素110−Rとは独立に、光電変換部111のリセットを行う。具体的に、垂直選択回路120は、B画素110−Bについては、第1期間P1内の或るタイミングにおいてB画素110−Bが存在する先頭行+3行から4行おきに光電変換部111のリセットを行う(図8の光電変換部リセットB(4k+3))。
図9は、本発明の第3の実施形態に係る固体撮像装置100の各構成部の第1期間P1におけるタイミングチャートの一例を示す図である。具体的に、図9には、第1期間P1における第4k行から第4k+3行までの画素110に係る信号処理のタイミングチャートの一例が示されている。
かかる構成によれば、カラー動画撮像における時間方向の解像度を高めつつ、G画素群とR画素群とB画素群の画像信号出力をより細かく調整することが可能となる。即ち、第3の実施形態によれば、カラー動画撮像における時間方向の解像度を良好に保ち、動画像の品質を高めることができる。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。
また、本実施形態においては、画像信号出力間隔が、W画素群はG画素群よりも短く、G画素群は、R画素群及びB画素群よりも短い例を説明した。他の例として、G画素群とR画素群とB画素群とが同じ画像信号出力間隔であって、さらにG画素群の画像信号出力間隔(つまりR画素群の画像信号出力間隔であり、B画素群の画像信号出力間隔である)よりもW画素群の画像信号出力間隔を短くしてもよい。同じく、電荷蓄積時間についても、G画素群とR画素群とB画素群とが同じ電荷蓄積時間であって、さらにG画素群の電荷蓄積時間(つまりR画素群の電荷蓄積時間であり、B画素群の電荷蓄積時間である)よりもW画素群の電荷蓄積時間を短くしてもよい。
上述した第4の実施形態では、「G画素群の画像信号を1/2行間引きに相当する出力を行い、R画素及びB画素の画像信号を1/3行間引きに相当する出力を行う」ようにしている。本発明においては、これを一般化して適用することができる。即ち、本発明では、「G画素群の画像信号を、(i/j<1)となる正の整数i及びjにおいてi/j行間引きで出力し、R画素及びB画素の画像信号を、(k/l<i/j)となる正の整数k及びlにおいてk/l行間引きで出力する」形態を適用できる。即ち、このような条件に合う画像信号出力を行えば、カラー動画撮像における時間方向の解像度を良好に保ち、動画像の品質を高めることができる、という作用・効果を奏することは明らかである。
なお、第4の実施形態では、画素部として、W,R,G,Bのカラーフィルタをそれぞれ配設したW画素群,R画素群,G画素群,B画素群を少なくとも含む固体撮像装置100の態様を挙げて説明を行った。しかしながら、第4の実施形態では、この態様に限定されるものではない。例えば、画素部として、シアン(C),イエロー(Y),グリーン(G),マゼンタ(Mg)のカラーフィルタをそれぞれ配設したシアン画素群,イエロー画素群,グリーン画素群,マゼンタ画素群、並びに、赤外光を検出するIR画素群を少なくとも含む固体撮像装置100の態様も適用可能である。この態様の場合、出力部130は、例えば、IR画素群の画像信号出力間隔を、シアン画素群、グリーン画素群及びイエロー画素群の画像信号出力間隔よりも短くして出力を行う形態を採る。なお、この態様の場合、IR画素群の画像信号出力間隔が、シアン画素群、グリーン画素群及びイエロー画素群のうちの少なくとも1つの画素群の画像信号出力間隔よりも短い形態であれば、本発明に適用可能である。
なお、画素部がR画素、G画素、B画素、IR画素を備える構成であってもよい。R画素、G画素、B画素は赤外光をカットするIRカットフィルタを備える。この場合、IR画素の方が、R画素、G画素、B画素よりも光に対する感度が高くなることがある。よって、IR画素の画像信号出力間隔を、R画素、G画素、B画素のいずれよりも短くする。
一方、R画素、G画素、B画素にIRカットフィルタを設けない構成とすることもできる。この場合には、R画素、G画素、B画素には赤外光も入射する。従って、IR画素は、R画素、G画素、B画素よりも光に対する感度が低くなる。よって、IR画素の画像信号出力間隔を、R画素、G画素、B画素のいずれよりも長くする。電荷蓄積時間についても、この画像信号出力期間と同じ順序とすることができる。
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。
なお、第5の実施形態では、画素部として、W,R,G,Bのカラーフィルタをそれぞれ配設したW画素群,R画素群,G画素群,B画素群を少なくとも含む固体撮像装置100の態様を挙げて説明を行った。しかしながら、第5の実施形態では、この態様に限定されるものではない。例えば、画素部として、シアン(C),イエロー(Y),グリーン(G),マゼンタ(Mg)のカラーフィルタをそれぞれ配設したシアン画素群,イエロー画素群,グリーン画素群,マゼンタ画素群、並びに、赤外光を検出するIR画素群を少なくとも含む固体撮像装置100の態様も適用可能である。この態様の場合、出力部130は、例えば、IR画素群の画像信号出力間隔を、シアン画素群、グリーン画素群及びイエロー画素群の画像信号出力間隔よりも短くして出力を行う形態を採る。なお、この態様の場合、IR画素群の画像信号出力間隔が、シアン画素群、グリーン画素群及びイエロー画素群のうちの少なくとも1つの画素群の画像信号出力間隔よりも短い形態であれば、本発明に適用可能である。
次に、本発明の第6の実施形態について説明する。
Claims (18)
- 第1の波長帯と第2の波長帯と第3の波長帯とを有する光に対し、前記第1の波長帯に対する感度が、前記第2の波長帯と前記第3の波長帯との双方よりも高い第1の画素と、
前記第2の波長帯に対する感度が、前記第1の波長帯と前記第3の波長帯との双方よりも高い第2の画素と、
前記第3の波長帯に対する感度が、前記第1の波長帯と前記第2の波長帯との双方よりも高い第3の画素とを含む画素部を備える固体撮像装置の駆動方法であって、
前記第1の画素の画像信号出力間隔が、前記第2の画素および前記第3の画素の画像信号出力間隔よりも短いことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 - 前記第1の画素の電荷蓄積時間が、前記第2の画素および前記第3の画素の電荷蓄積時間よりも短いことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置の駆動方法。
- 前記画素部は、
前記第1の画素が複数設けられた第1の画素群と、
前記第2の画素が複数設けられた第2の画素群と、
前記第3の画素が複数設けられた第3の画素群と
を更に有し、
第1の期間において、前記第1の画素群の画素が画像信号を出力し、前記第2の画素群の一部の画素と前記第3の画素群の一部の画素とが画像信号を出力し、
前記第1の期間とは別の第2の期間において、前記第1の期間に前記画像信号を出力した前記第1の画素群の画素が画像信号を出力し、
前記第2の期間に、前記第2の画素群のうち、前記第1の期間に前記画像信号を出力した一部の画素とは別の画素が、画像信号を出力し、
前記第2の期間に、前記第3の画素群のうち、前記第1の期間に前記画像信号を出力した画素とは別の画素が、画像信号を出力することを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - (m/n<1)となる正の整数mおよびnにおいて、
前記第2の画素群のうちのm/nの数の画素が、前記第1の期間に画像信号を出力し、前記第2の画素群のうちの(1−m/n)の数の画素が、前記第2の期間に画像信号を出力し、
前記第3の画素群のうちのm/nの数の画素が、前記第1の期間に画像信号を出力し、前記第3の画素群のうちの(1−m/n)の数の画素が、前記第2の期間に画像信号を出力することを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 前記第1の画素、前記第2の画素および前記第3の画素の電荷蓄積時間を独立で制御することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の固体撮像装置の駆動方法。
- 前記第1の画素が、赤色、緑色、青色の光のうち、緑色の光に対して最も高い感度を有する画素であり、
前記第2の画素が、赤色、緑色、青色の光のうち、赤色の光に対して最も高い感度を有する画素であり、
前記第3の画素が、赤色、緑色、青色の光のうち、青色の光に対して最も高い感度を有する画素であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 前記画素部は、前記光に対する感度が、前記第1の画素と前記第2の画素と前記第3の画素とのいずれよりも高い第4の画素を更に含み、
前記第4の画素の画像信号出力間隔が、前記第2の画素および前記第3の画素の画像信号出力間隔よりも短いことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 前記第4の画素の電荷蓄積時間が、前記第2の画素および前記第3の画素の電荷蓄積時間よりも短いことを特徴とする請求項7に記載の固体撮像装置の駆動方法。
- 更に、前記第4の画素の画像信号出力間隔が、前記第1の画素の画像信号出力間隔よりも短いことを特徴とする請求項7または8に記載の固体撮像装置の駆動方法。
- 前記画素部は、前記光に対する感度が、前記第1の画素と前記第2の画素と前記第3の画素とのいずれよりも高い第4の画素を更に含み、
前記第1の画素が複数設けられた第1の画素群と、
前記第2の画素が複数設けられた第2の画素群と、
前記第3の画素が複数設けられた第3の画素群と、
前記第4の画素が複数設けられた第4の画素群と
を更に有し、
第3の期間において、前記第4の画素群の画素が画像信号を出力し、前記第1の画素群の一部の画素と前記第2の画素群の一部の画素と前記第3の画素群の一部の画素とが画像信号を出力し、
前記第3の期間とは別の第4の期間において、前記第3の期間に前記画像信号を出力した前記第4の画素群の画素が画像信号を出力し、
前記第4の期間に、前記第1の画素群のうち、前記第3の期間に前記画像信号を出力した一部の画素とは別の画素が、画像信号を出力し、
前記第4の期間に、前記第2の画素群のうち、前記第3の期間に前記画像信号を出力した一部の画素とは別の画素が、画像信号を出力し、
前記第4の期間に、前記第3の画素群のうち、前記第3の期間に前記画像信号を出力した一部の画素とは別の画素が、画像信号を出力することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - マゼンタのカラーフィルタが配設されたマゼンタ画素と、シアンのカラーフィルタが配設されたシアン画素と、グリーンのカラーフィルタが配設されたグリーン画素と、イエローのカラーフィルタが配設されたイエロー画素とを少なくとも含む画素部を備える固体撮像装置の駆動方法であって、
前記シアン画素、前記グリーン画素および前記イエロー画素のうちの少なくとも1つの画素の画像信号出力間隔が、前記マゼンタ画素の画像信号出力間隔よりも短いことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 - 前記画素部は、赤外光を検出するIR画素を更に含み、
前記IR画素の画像信号出力間隔が、前記シアン画素、前記グリーン画素および前記イエロー画素のうちの少なくとも1つの画素の画像信号出力間隔よりも短いことを特徴とする請求項11に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 前記画素部は、前記光のうちの赤外光を検出するIR画素を更に含み、
前記第2の画素と第3の画素の画像信号出力間隔が、前記IR画素の画像信号出力間隔よりも短いことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 前記画素部は、前記光のうちの赤外光を検出するIR画素を更に含み、
前記IR画素の画像信号出力間隔が、前記第1の画素の画像信号出力間隔よりも短いことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 第1の波長帯と第2の波長帯と第3の波長帯とを有する光に対し、前記第1の波長帯に対する感度が、前記第2の波長帯と前記第3の波長帯との双方よりも高い第1の画素と、
前記第2の波長帯に対する感度が、前記第1の波長帯と前記第3の波長帯との双方よりも高い第2の画素と、
前記第3の波長帯に対する感度が、前記第1の波長帯と前記第2の波長帯との双方よりも高い第3の画素と、
前記光に対する感度が、前記第1の画素と前記第2の画素と前記第3の画素とのいずれよりも高い第4の画素とを含む画素部を備える固体撮像装置の駆動方法であって、
前記第4の画素の画像信号出力間隔が、前記第1の画素と前記第2の画素と前記第3の画素とのいずれの画像信号出力間隔よりも短いことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 - 第1の波長帯と第2の波長帯と第3の波長帯とを有する光に対し、前記第1の波長帯に対する感度が、前記第2の波長帯と前記第3の波長帯との双方よりも高い第1の画素と、前記第2の波長帯に対する感度が、前記第1の波長帯と前記第3の波長帯との双方よりも高い第2の画素と、前記第3の波長帯に対する感度が、前記第1の波長帯と前記第2の波長帯との双方よりも高い第3の画素とを含む画素部と、
前記第1の画素の画像信号出力間隔を、前記第2の画素および前記第3の画素の画像信号出力間隔よりも短くして、前記画素部から画像信号を出力させる制御部と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項16に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される画像信号を処理する信号処理部と、
を有することを特徴とする撮像システム。 - 前記固体撮像装置から出力される画像信号の欠損部を補間する画像補間部を更に有することを特徴とする請求項17に記載の撮像システム。
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