JP2017055322A - 撮像装置、撮像システム、および、撮像装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像装置は、それぞれのフレームの読み出し期間において、前フレームの電荷を保持部2から増幅部に転送し、読み出し期間は、複数の前記オーバーフロートランジスタM6がオンである期間と、複数のオーバーフロートランジスタM6および複数の第1のトランジスタM1がオフとなることによって複数の光電変換部1が電荷を蓄積する第1の期間とを含み、第1の期間に続く第2の期間において、複数の画素の複数の保持部2が第1の期間に蓄積された電荷を保持しつつ、複数の画素の複数の光電変換部1が電荷を蓄積する。第1および第2の期間の間に、複数の画素のそれぞれにおいて、光電変換部1から保持部2への電荷転送が第2の期間の最後になされる1回を含めて複数回なされる。
【選択図】 図11
Description
図1は、本実施形態に係る撮像装置の概略構成を表すブロック図である。撮像装置は画素部100、垂直走査回路101、列増幅回路102、水平走査回路103、出力回路104、制御回路105を備える。画素部100は、XYの行列状に配置された複数の画素10を備えている。垂直走査回路101は、画素10のトランジスタをオン(導通状態)またはオフ(非導通状態)に制御するための制御信号を供給する。画素10の各列には列信号線5が設けられており、画素10からの信号が列ごとに列信号線5に読み出される。列増幅回路102は列信号線5に出力された画素信号を増幅し、画素10のリセット時の信号および光電変換時の信号に基づく相関二重サンプリング処理を行う。水平走査回路103は、列増幅回路102の増幅器に接続されたスイッチと、該スイッチをオンまたはオフに制御するための制御信号を供給する。出力回路104はバッファアンプ、差動増幅器などから構成され、列増幅回路102からの画素信号を撮像装置の外部の信号処理部に出力する。なお、AD変換部を撮像装置に設け、デジタルの画像信号を出力しても良い。
第2実施形態に係る撮像装置を説明する。第1実施形態では、1フレーム露光期間における保持部から増幅部への電荷転送の回数は2回であるが、本実施形態では、電荷転送の回数は2回に限定されないk回である。以下、第1実施形態と異なる構成を中心に説明し、第1実施形態と同様の構成の説明を省略する。
第3実施形態に係る撮像装置について、第1、第2実施形態と異なる構成を中心に説明する。図9は本実施形態に係る画素の等価回路を示す図である。画素10は、第1実施形態の画素の構成に加えて、オーバーフロートランジスタM6をさらに有している。オーバーフロートランジスタM6のドレインは電源ノードに接続されており、ゲートには制御信号OFGが印加される。オーバーフロートランジスタM6がオンとなることにより、光電変換部1の電荷を電源ノードなどのオーバーフロードレインに排出することができる。
以下、第4実施形態に係る撮像装置を図12および図13を用いて説明する。第3実施形態では、1フレームの露光期間が読み出し期間と重複しているが、本実施形態では、1フレームの露光期間が読み出し期間と重複していない。以下、本実施形態について、第3実施形態と異なる点を中心に説明する。
以下、第5実施形態に係る撮像システムについて、図14を用いて説明する。本実施形態の撮像システムは、第1〜第4実施形態の撮像装置を備えるものであり、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、撮像システムには、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも含まれる。図14には、撮像システムの一例としてデジタルスチルカメラのブロック図を示す。図14に示す撮像システムは、レンズ保護バリア1001、レンズ1002、絞り1003、撮像装置1004、信号処理部1007を備える。また、タイミング発生部1008、制御部1009、メモリ部1010、記録媒体I/F部1011、記録媒体1012、外部I/F部1013を備える。
上述の実施形態は本発明の例示に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施が可能である。上述の実施形態においては、電子を生成する光電変換部1を用いたが、正孔を生成する光電変換部1を用いてもよい。この場合、画素10を構成するトランジスタの導電型は、逆導電型になる。また、トランジスタのソースとドレインは、トランジスタの導電型等に応じて置換され得ることもある。
2 保持部
3 浮遊拡散部
5 列信号線
10 画素
M1 第1の転送トランジスタ
M2 第2の転送トランジスタ
M3 増幅トランジスタ
M4 選択トランジスタ
M5 リセットトランジスタ
M6 オーバーフロートランジスタ
Claims (15)
- 光電変換によって生じた電荷を蓄積する光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、前記光電変換部から前記保持部に前記電荷を転送する第1の転送トランジスタと、前記保持部から前記増幅部に前記電荷を転送する第2の転送トランジスタと、前記光電変換部に蓄積された前記電荷を排出するオーバーフロートランジスタとをそれぞれが有する複数の画素を備え、
それぞれのフレームの読み出し期間において、前記複数の画素の前記第2の転送トランジスタが順次オンになることにより、前フレームの前記電荷を前記保持部から前記増幅部に転送し、
前記読み出し期間は、前記複数の画素の前記オーバーフロートランジスタがオンである排出期間と、前記複数の画素の前記オーバーフロートランジスタおよび前記第1の転送トランジスタがオフとなることによって前記複数の画素の前記光電変換部が電荷を蓄積する第1の期間とを含み、
前記第1の期間に続く第2の期間において、前記複数の画素の前記保持部が前記第1の期間に蓄積された前記電荷を保持しつつ、前記複数の画素の前記光電変換部が当該第2の期間に生じる電荷を蓄積し、
前記第1および第2の期間の間に、前記複数の画素のそれぞれにおいて、前記第1の転送トランジスタがオンとなることによる、前記光電変換部から前記保持部への電荷転送が前記第2の期間の最後になされる1回を含めて複数回なされることを特徴とする撮像装置。 - 光電変換によって生じた電荷を蓄積する光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、前記光電変換部から前記保持部に前記電荷を転送する第1の転送トランジスタと、前記保持部から前記増幅部に前記電荷を転送する第2の転送トランジスタとをそれぞれが有する複数の画素を備え、
第1の期間において、前記複数の画素の前記第1の転送トランジスタがオフとなることにより前記複数の画素の前記光電変換部が電荷を蓄積し、
前記第1の期間に続く第2の期間において、前記複数の画素の前記保持部が前記第1の期間に蓄積された前記電荷を保持しつつ、前記複数の画素の前記光電変換部が当該第2の期間に生じる電荷を蓄積し、
前記第1および第2の期間の間に、前記複数の画素のそれぞれにおいて、前記第1の転送トランジスタがオンとなることによる、前記光電変換部から複数の前記保持部への電荷転送が前記第2の期間の最後になされる1回を含めて複数回なされ、かつ、前記電荷転送の間隔が一定であることを特徴とする撮像装置。 - 前記複数の画素のそれぞれにおいて、前記第1の期間に前フレームの前記電荷を前記保持部から前記増幅部に読み出すことを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
- 前記電荷転送の間隔は、前記第1の転送トランジスタがオンからオフになる時刻から次にオンからオフになる時刻までであることを特徴とする請求項2または3に記載の撮像装置。
- 前記画素は、前記光電変換部に蓄積された前記電荷を排出するオーバーフロートランジスタをさらに有することを特徴とする請求項2または3に記載の撮像装置。
- 前記電荷転送の1回目の間隔は、前記オーバーフロートランジスタがオンからオフになる時刻から、前記第1の転送トランジスタがオンからオフになる時刻までであり、
前記電荷転送の2回目以降の間隔は、前記第1の転送トランジスタがオンからオフになる時刻から次にオンからオフになる時刻までであることを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。 - 前記電荷転送の間隔は、前記オーバーフロートランジスタがオンからオフになる時刻から、前記第1の転送トランジスタがオンからオフになる時刻までであることを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。
- 前フレームの電荷を前記保持部から前記増幅部に読み出している期間であって、前記第1の期間の前に、前記複数の画素の前記オーバーフロートランジスタがオンである排出期間を有することを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記複数の画素の前記オーバーフロートランジスタがオンである排出期間が、前フレームの電荷を前記保持部から前記増幅部に読み出す期間の経過後まで続くことを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記第2の期間の少なくとも一部において、前記第2の転送トランジスタはオフに維持されることを特徴とする請求項2〜9のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記第1の期間の最後に、前記複数の画素において同時に、前記光電変換部から前記保持部への前記電荷転送を行う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。
- 前記複数回は、前記光電変換部の飽和電荷量に対する前記保持部の飽和電荷量の比よりも大きいことを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載の撮像装置と、
信号処理装置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蓄積する光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、前記光電変換部から前記保持部に前記電荷を転送する第1の転送トランジスタと、前記保持部から前記増幅部に前記電荷を転送する第2の転送トランジスタと、前記光電変換部に蓄積された前記電荷を排出するオーバーフロートランジスタとをそれぞれが有する複数の画素を備える撮像装置の制御方法であって、
それぞれのフレームの読み出し期間において、前記複数の画素の前記第2の転送トランジスタが順次オンになることにより、前フレームの前記電荷を前記保持部から前記増幅部に転送し、
前記読み出し期間は、前記複数の画素の前記オーバーフロートランジスタがオンである排出期間と、前記複数の画素の前記オーバーフロートランジスタおよび前記第1の転送トランジスタがオフとなることによって前記複数の画素の前記光電変換部が電荷を蓄積する第1の期間とを含み、
前記第1の期間に続く第2の期間において、前記複数の画素の前記保持部が前記第1の期間に蓄積された前記電荷を保持しつつ、前記複数の画素の前記光電変換部が当該第2の期間に生じる電荷を蓄積し、
前記第1および第2の期間の間に、前記複数の画素のそれぞれにおいて、前記第1の転送トランジスタがオンとなることによる、前記光電変換部から前記保持部への電荷転送が前記第2の期間の最後になされる1回を含めて複数回なされることを特徴とする撮像装置の制御方法。 - 光電変換によって生じた電荷を蓄積する光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、前記光電変換部から前記保持部に前記電荷を転送する第1の転送トランジスタと、前記保持部から前記増幅部に前記電荷を転送する第2の転送トランジスタとをそれぞれが有する複数の画素を備える撮像装置の制御方法であって、
第1の期間において、前記複数の画素の前記第1の転送トランジスタがオフとなることにより前記複数の画素の前記光電変換部が電荷を蓄積し、
前記第1の期間に続く第2の期間において、前記複数の画素の前記保持部が前記第1の期間に蓄積された前記電荷を保持しつつ、前記複数の画素の前記光電変換部が当該第2の期間に生じる電荷を蓄積し、
前記第1および第2の期間の間に、前記複数の画素のそれぞれにおいて、前記第1の転送トランジスタがオンとなることによる、前記光電変換部から複数の前記保持部への電荷転送が前記第2の期間の最後になされる1回を含めて複数回なされ、かつ、前記電荷転送の間隔が一定であることを特徴とする撮像装置の制御方法。
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