JP2016201649A - 撮像装置、撮像システム、および撮像装置の駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像装置は、画素トランジスタM3と差動対をなすとともにゲートに参照信号が入力される差動トランジスタM13と、差動対に流れる電流を供給する電流源を含む差動アンプと、一方の主ノードが、画素トランジスタの一方の主ノードに電気的に接続され、他方の主ノードが、画素トランジスタの他方の主ノードに電気的に接続されたダミー画素トランジスタを有するダミー画素トランジスタM23を含むダミー画素とを有する。
【選択図】 図2
Description
図1は、本発明の第1実施形態における撮像装置の回路ブロック図である。本実施形態における撮像装置は、画素アレイ1、画素を走査する垂直走査回路2、撮像装置の動作を制御するタイミングジェネレータ(TG)3、画素信号をデジタル信号に変換するAD変換部4、水平走査回路5、メモリ6を含む。画素アレイ1は、行方向および列方向に沿って二次元マトリクス状に配列された複数の画素10を含む。画素アレイ1はn行m列の画素10を含み得るが、説明の簡略化のために図1には限られた数の画素10が示されている。なお、本明細書において、行方向とは図面における水平方向を示し、列方向とは図面において垂直方向を示すものとする。画素アレイ1には、焦点検出用の信号を出力する焦点検出画素、画像を生成するための信号を出力する撮像画素、光学的に遮蔽されたOB(オプティカル・ブラック)画素を含み得る。
図4は、第2実施形態における画素10、比較部40の1列分の回路図を示す。本実施形態は、参照信号VRの入力部とダミー画素110の構成において第1実施形態と異なる。以下、第1実施形態と異なる点を主に説明する。
図6は、第3実施形態における画素10、比較部40の1列分の回路図を示す。本実施形態は、差動対の負荷の構成において第2実施形態と異なる。以下、第2実施形態と異なる点を主に説明する。
図7は、第4実施形態における画素アレイ1、比較部40の1列分の回路図を示す。本実施形態は、差動対の負荷の構成において第2実施形態と異なる。以下、第2実施形態と異なる点を主に説明する。
図8は、第5実施形態における画素アレイ1、比較部40の1列分の回路図を示す。本実施形態は、差動対の負荷の構成において第2実施形態と異なる。以下、第2実施形態と異なる点を主に説明する。
続いて、第6実施形態における撮像装置を説明する。本実施形態は、第1実施形態と動作タイミングが異なる。以下、第1実施形態と異なる点を主に説明する。
図10は、第7実施形態における画素アレイ1、比較部40の1列分の回路図を示す。本実施形態は、ダミー画素110の構成において第2実施形態と異なり、高輝度時の黒沈み現象を抑制する効果も得ることができる。黒沈み現象は、高輝度光が入射した際に、画像の階調が黒く沈んでしまう現象である。高輝度の光が入射すると、フォトダイオードPDからフローティングディフュージョンFDに電荷が溢れ、リセット時のフローティングディフュージョンFDの電圧が低下してしまう。この後、フォトダイオードPDからフローティングディフュージョンFDに電荷を転送した場合、フローティングディフュージョンFDの電圧は既に低下しているため、フローティングディフュージョンFDの電圧は飽和し、殆ど変化しなくなる。リセット時の画素信号と電荷転送後の画素信号との差分は小さくなり、相関二重サンプリングにより得られた画像の階調が黒く沈んでしまう。本実施形態によれば、黒沈み現象を低減することが可能である。以下、第2の実施形態と異なる点を主に説明する。
図12は、第8実施形態における画素アレイ1、比較部40の1列分の回路図を示す。本実施形態は、ダミー画素110の構成において第1実施形態と異なる。以下、第1実施形態と異なる点を主に説明する。
図14は、第9実施形態における撮像装置における回路ブロック図である。本実施形態は、カウンタ42の構成において第1実施形態と異なる。すなわち、第1実施形態においては、全列に対して共通のカウンタ42により、AD変換が行われるが、本実施形態においては、各列にそれぞれカウンタ42が設けられている。各カウンタ42は、N変換においてダウンカウントし、S変換においてアップカウントする。従って、S変換後のカウンタ42のカウント値は、S変換された画素信号とN変換された画素信号との差分を表すことになる。さらに、本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を併せて奏することが可能である。
上述の各実施形態で述べた撮像装置は、種々の撮像システムに適用可能である。撮像システムの一例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダー、監視カメラなどがあげられる。図15に、撮像システムの一例としてデジタルスチルカメラに、上述した実施形態のいずれかの撮像装置を適用した撮像システムの図を示す。
以上、本発明における撮像装置を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜修正および変形することを妨げるものではない。例えば、上述の第1〜第10実施形態の構成を組み合わせることも可能である。また、トランジスタのNチャネルMOS、PチャネルMOSをそれぞれ逆極性に置き換えても良い。さらに、第1の実施形態でも述べた様に、画素10は4トランジスタ構成に限られず、選択トランジスタを含まない3トランジスタ構成であっても良い。
2 垂直走査回路
3 TG
4 AD変換部
40 比較部
110 ダミー画素
FD フローティングディフュージョン
M3 画素トランジスタ
M13 差動トランジスタ
M23 ダミー画素トランジスタ
VL1、VL2 垂直信号線
Claims (12)
- 光電変換によって生じた電荷を転送する転送トランジスタ、前記電荷がゲートに入力される画素トランジスタ、前記画素トランジスタのゲートをリセットするリセットトランジスタを各々が含む複数の画素と、
前記画素トランジスタと差動対をなすとともにゲートに参照信号が入力される差動トランジスタ、前記差動対に電気的に接続された電流源を含む差動アンプと、
一方の主ノードが、前記画素トランジスタの一方の主ノードに電気的に接続され、他方の主ノードが、前記画素トランジスタの他方の主ノードに電気的に接続されたダミー画素トランジスタを有するダミー画素と、を有する撮像装置。 - 前記複数の画素の各々は、前記画素トランジスタの前記他方の主ノードと前記電流源との間の電気的経路に選択トランジスタをさらに有し、
前記ダミー画素トランジスタの前記他方の主ノードと、前記電流源との間の電気的経路にダミー画素選択トランジスタを有することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記画素トランジスタの前記他方の主ノードは前記選択トランジスタを介して第1の信号線に接続され、前記画素トランジスタの前記一方の主ノードは第2の信号線に接続され、前記差動トランジスタおよび前記画素トランジスタは前記第1の信号線をコモンソースとして前記差動対をなし、前記電流源は前記第1の信号線に接続され、
前記ダミー画素トランジスタは、前記リセットトランジスタまたは前記選択トランジスタがオンとなる期間において、前記画素トランジスタに代えて前記差動トランジスタと差動対をなすことにより、前記画素トランジスタの電流の代替となる電流を前記差動アンプに流すことを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 - 前記期間において、前記画素トランジスタのゲートのリセット時の電圧に相当する電圧が前記ダミー画素トランジスタのゲートに印加されることを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
- 前記差動トランジスタのゲートには第1の容量を介して前記参照信号が入力され、
前記画素トランジスタのゲートのリセット時において前記差動トランジスタのゲートおよび一方の主ノードが短絡されることにより、前記差動アンプは、ボルテージフォロアとして動作し、前記画素トランジスタのゲートのリセット時の電圧に相当する電圧を前記ダミー画素トランジスタのゲートに接続された第2の容量に保持させることを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。 - 前記期間において、前記選択トランジスタがオンとなるとともに前記画素トランジスタのゲートのリセット時の電圧がアナログ・デジタル変換され、
前記期間において、前記ダミー画素トランジスタのゲートに基準電圧が印加され、前記画素トランジスタのゲートの電圧が前記基準電圧よりも低くなると、前記画素トランジスタはオフとなることを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。 - 前記ダミー画素はさらに、ダミー画素転送トランジスタ、ダミー画素リセットトランジスタ、ダミー画素選択トランジスタを含み、
前記ダミー画素リセットトランジスタがオンとなることで前記ダミー画素トランジスタのゲートの電圧がリセットされた後、前記転送トランジスタがオンとなる期間が終了するまで前記ダミー画素転送トランジスタはオフとなることを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。 - 前記参照信号に同期したカウント値のカウンタが画素の各列に設けられたことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記差動トランジスタの一方の主ノードに接続された第1のトランジスタをさらに備えたことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記ダミー画素トランジスタの一方の主ノードに接続された第2のトランジスタをさらに備え、前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタはカレントミラーをなすことを特徴とする請求項9に記載の撮像装置。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置が出力する信号を用いて画像を生成する信号処理部とを備えることを特徴とする撮像システム。 - 光電変換によって生じた電荷を転送する転送トランジスタ、前記電荷がゲートに入力される画素トランジスタ、前記画素トランジスタのゲートをリセットするリセットトランジスタを各々が含む複数の画素と、
前記画素トランジスタと差動対をなすとともにゲートに参照信号が入力される差動トランジスタ、前記差動対に流れる電流を供給する電流源を含む差動アンプとを備える撮像装置の駆動方法であって、
前記リセットトランジスタまたは前記転送トランジスタがオンしている期間において、前記画素トランジスタに代えてダミー画素トランジスタが前記差動トランジスタと差動対をなし、前記ダミー画素トランジスタが前記画素トランジスタの電流の代替となる電流を前記差動アンプに流し、
前記画素トランジスタのゲートの電圧と前記参照信号との前記差動アンプによる比較結果に基づき、前記画素トランジスタのゲートの電圧のアナログ・デジタル変換を行う、撮像装置の駆動方法。
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