JP2017120967A - 撮像装置、撮像システム、及び、撮像装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
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、複数の行及び複数の列をなすように配置された複数の画素10を備える。垂直走査回路101は、画素10に含まれる複数のトランジスタをオン(導通状態)又はオフ(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及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などの処理を行う。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、該スイッチをオン又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、撮像装置の内部の列増幅回路102は、偽信号成分の補正などの信号処理を行う信号処理回路の機能を含んでもよい。また、AD変換部を撮像装置に設け、デジタルの画素信号を出力しても良い。
(Vr+Vf2)−Vf1≒Vr (1)
第2実施形態に係る撮像装置について説明する。第1実施形態では、第2の読み出し期間は第1の読み出し期間とほぼ等しい長さであるが、第2実施形態では、第2の読み出し期間が第1の読み出し期間よりも短い。言い換えると、第2の読み出し期間の長さが1フレーム期間の長さの1/2よりも小さい。以下、第1実施形態と異なる構成を中心に説明するものとし、第1実施形態と同様の構成については省略あるいは簡略化して説明する。
(Vr+Vf2)−k×Vf1≒Vr (2)
第3実施形態に係る撮像装置について説明する。第3実施形態では、第1の読み出し期間と第2の読み出し期間との間、及び第2の読み出し期間と次フレームの第1の読み出し期間との間に、それぞれ保持部2をリセットするための信号が印加されている点が第1実施形態と異なる。以下、第1実施形態と異なる構成を中心に説明するものとし、第1実施形態と同様の構成については省略あるいは簡略化して説明する。
第4実施形態に係る撮像装置について説明する。第4実施形態では、第2の読み出し期間と次フレームの第1の読み出し期間との間に、光電変換部の第2の蓄積期間が設けてられている点が第1実施形態と異なる。以下、第1実施形態と異なる構成を中心に説明するものとし、第1実施形態と同様の構成については省略あるいは簡略化して説明する。
第5実施形態に係る撮像装置について説明する。第1実施形態では、第1の読み出し期間と第2の読み出し期間とが、それぞれ別の期間に設定されている。これに対して、本実施形態では各行の読み出し期間において、第1の読み出しの直後に第2の読み出しが行われる点が第1実施形態と異なる。以下、第1実施形態と異なる構成を中心に説明するものとし、第1実施形態と同様の構成については省略あるいは簡略化して説明する。
以下、第6実施形態に係る撮像システムについて、図15を用いて説明する。本実施形態の撮像システムは、第1〜第5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15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15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(増幅部)
M1 第1の転送トランジスタ(第1の転送スイッチ)
M2 第2の転送トランジスタ(第2の転送スイッチ)
M3 増幅トランジスタ(増幅部)
Claims (17)
- 入射光によって生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、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の転送スイッチと、前記保持部から前記増幅部へ前記電荷を転送する第2の転送スイッチと、をそれぞれが有する複数の画素を有し、
第1の時刻において、前記複数の画素の各々の前記光電変換部は、前記電荷の蓄積を開始し、
前記複数の画素の各々の前記第1の転送スイッチは、前記第1の時刻の後にオンに制御され、その後第2の時刻にオフに制御されることにより前記光電変換部に蓄積された電荷を前記保持部に転送し、
前記第2の時刻の後の第3の時刻において、前記複数の画素のうちの少なくとも1つの画素の前記第2の転送スイッチは、オンに制御されることにより前記保持部に保持されている電荷を前記増幅部に転送し、
前記第3の時刻の後の第4の時刻において、前記少なくとも1つの画素の前記第2の転送スイッチは、オンに制御されることにより前記保持部に保持されている電荷を前記増幅部に転送し、
前記第3の時刻から前記第4の時刻までの期間において、前記少なくとも1つの画素の前記第1の転送スイッチはオフに維持されてい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は、前記光電変換部の電荷を排出する排出スイッチをさらに有し、
前記第1の時刻は、前記排出スイッチをオフにする時刻であることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記第3の時刻から前記第4の時刻までの期間において、前記少なくとも1つの画素の前記排出スイッチはオフに維持されていることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
- 前記第3の時刻における転送は、次のフレームのための前記第1の時刻から前記第2の時刻までの期間における電荷の蓄積と並行して行われることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記第4の時刻における転送は、次のフレームのための前記第1の時刻から前記第2の時刻までの期間における電荷の蓄積と並行して行われることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記第3の時刻から前記第4の時刻までの期間において、前記少なくとも1つの画素の前記排出スイッチはオンに維持されていることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
- 前記複数の画素は、複数の行をなすように配され、
前記少なくとも1つの画素は、前記複数の行のうちの同一の行に配された画素であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記第3の時刻の後に前記少なくとも1つの画素の前記第2の転送スイッチが、オフに制御される時刻を第5の時刻とし、
前記第4の時刻の後に前記少なくとも1つの画素の前記第2の転送スイッチが、オフに制御される時刻を第6の時刻としたとき、
前記第5の時刻から前記第6の時刻までの期間の長さは、1フレーム期間の長さの1/2以下であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素のそれぞれは、前記増幅部の電圧をリセットするリセットスイッチをさらに有し、
前記第3の時刻から前記第4の時刻までの期間において、前記リセットスイッチ及び前記第2の転送スイッチがともにオンになる期間を有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前のフレームの第4の時刻から前記第2の時刻までの期間において、前記複数の画素の各々の前記第1の転送スイッチは、前記第2の時刻になされるオフへの制御を含めて複数回の転送を行うことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記複数の画素は、複数の行をなすように配され、
前記少なくとも1つの画素は、前記複数の行のうちの同一の行に配された画素であり、
前記第3の時刻における転送と、前記第4の時刻における転送は、その間に他の行の画素に対する転送を行うことなく連続して行われることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記第4の時刻に転送された電荷に基づく信号を用いて前記第3の時刻に転送された電荷に基づく信号を処理する信号処理回路をさらに有す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。
- 前記第3の時刻の後に前記少なくとも1つの画素の前記第2の転送スイッチが、オフに制御される時刻を第5の時刻とし、
前記第4の時刻の後に前記少なくとも1つの画素の前記第2の転送スイッチが、オフに制御される時刻を第6の時刻としたとき、
前記信号処理回路は、前のフレームの前記第6の時刻から前記第5の時刻までの期間の長さの、前記第5の時刻から前記第6の時刻までの期間の長さに対する時間比率をさらに用いて前記処理を行うことを特徴とする請求項12に記載の撮像装置。 - 請求項1乃至13のいずれか1項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置から出力された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。 - 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置から出力された信号を処理する信号処理部と
を有し、
前記信号処理部は、第4の時刻に転送された電荷に基づく信号を用いて前記第3の時刻に転送された電荷に基づく信号を処理することを特徴とする撮像システム。 - 前記第3の時刻の後に前記少なくとも1つの画素の前記第2の転送スイッチが、オフに制御される時刻を第5の時刻とし、
前記第4の時刻の後に前記少なくとも1つの画素の前記第2の転送スイッチが、オフに制御される時刻を第6の時刻としたとき、
前記信号処理部は、前のフレームの前記第6の時刻から前記第5の時刻までの期間の長さの、前記第5の時刻から前記第6の時刻までの期間の長さに対する時間比率をさらに用いて前記処理を行うことを特徴とする請求項15に記載の撮像システム。 - 入射光によって生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、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の転送スイッチと、前記保持部から前記増幅部へ前記電荷を転送する第2の転送スイッチと、をそれぞれが有する複数の画素を有する撮像装置の制御方法であって、
第1の時刻において、前記複数の画素の各々の前記光電変換部は、前記電荷の蓄積を開始し、
前記複数の画素の各々の前記第1の転送スイッチは、前記第1の時刻の後にオンに制御され、その後第2の時刻にオフに制御されることにより前記光電変換部に蓄積された電荷を前記保持部に転送し、
前記第2の時刻の後の第3の時刻において、前記複数の画素のうちの少なくとも1つの画素の前記第2の転送スイッチは、オンに制御されることにより前記保持部に保持されている電荷を前記増幅部に転送し、
前記第3の時刻の後の第4の時刻において、前記少なくとも1つの画素の前記第2の転送スイッチは、オンに制御されることにより前記保持部に保持されている電荷を前記増幅部に転送し、
前記第3の時刻から前記第4の時刻までの期間において、前記少なくとも1つの画素の前記第1の転送スイッチはオフに維持されていることを特徴とする撮像装置の制御方法。
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