JP2017169143A5

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Publication number: JP2017169143A5
Application number: JP2016054462A
Authority: JP
Filing date: 2016-03-17
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2036-03-17

Description

本発明の第１の実施形態に係る撮像素子の構成例を示すブロック図。第１の実施形態に係る撮像素子の駆動方法を示すタイミングチャート。第２および第３の実施形態に係る処理回路の構成例を示すブロック図。第２の実施形態に係るノイズレベルの補正処理を表すフローチャート。第３の実施形態に係る撮像素子のノイズ処理を表すフローチャート。第４の実施形態に係る撮像素子の構成を表すブロック図。第４の実施形態に係る撮像素子の駆動方法を表すタイミングチャート。第５の実施形態における第１の読み出しモードと第２の読み出しモードとで読み出しする撮像素子の領域の一例を示す図。第５の実施形態に係る第２の読み出しモードによる撮像素子の駆動方法を示すタイミングチャート。第５の実施形態に係る第１の読み出しモードによる撮像素子の駆動方法を示すタイミングチャート。

図１において、ＭＬはマイクロレンズの外径を表す。このマイクロレンズに対応する２つのフォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２が位相差検出のために分割された光電変換部であり、これらにより得られる電荷（光電荷）の和によって、撮像信号の１単位画素が構成される。図１では、固体撮像素子の画素部を構成する単位画素のうち、単位画素を行列状に２行２列に配列した４つの単位画素分を示しているが、実用上は数千万画素に及ぶものが多くなっている。また、制御信号に関しては、水平方向に共通の信号として与えられ、１行単位で信号を読み出して行く。したがって、後述する比較器やカウンタ等の構成要素は列数分だけ配列され、読み出す行を垂直方向にシフトすることで、１行分の画素信号が入力される。このような読み出し行のシフトは、一般的に、不図示の垂直シフトレジスタ等と呼ばれる走査回路によって実現される。

２つのフォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２に蓄積された光電荷は、転送信号ＴＸ１およびＴＸ２がＨｉｇｈの時に、それぞれ転送トランジスタ１１および１２により共通のフローティングディフュージョン部（ＦＤ）に転送される。また、ＦＤがゲートに接続された増幅トランジスタ１４は、選択信号ＰＳＥＬがＨｉｇｈの時に、選択トランジスタ１５を介して垂直信号線ＶＬに接続された電流源Ｉと共にソースフォロワ回路を構成し、ＦＤの電位を垂直信号線ＶＬに伝達することができる。一方、リセット信号ＰＲＳがＨｉｇｈの時に、ＦＤはリセットトランジスタ１３を介して電源電位ＶＤＤにリセットされる。

次に、第５の実施形態における第１の読み出しモードについて説明する。図１０は、時刻ｔ５０から時刻ｔ６６までを２水平同期期間とする第１の読み出しモードを表すタイミングチャートの一例である。この２水平同期期間のうち、時刻ｔ５９までが第２の読み出しモードにおける１水平同期期間の長さと等しい。そして、この時刻ｔ５９から時刻ｔ６１で立ち上がる転送信号ＰＴＸ１およびＰＴＸ２までの期間と、時刻ｔ５０から時刻ｔ５４で立ち上がる転送信号ＰＴＸ１までの期間とを等しくする。これにより、簡易な回路構成で第１の読み出しモードと第２の読み出しモードとを混在させた状態で駆動することが可能となる。

Claims

複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部により共有されるフローティングディフュージョン部とを各々が備えた複数の単位画素が行列状に配列された画素部と、
予め決められた傾きで時間に対して変化する参照信号と、アナログ信号とを比較し、比較開始から比較の結果の変換点までを、第１の方向または前記第１の方向と異なる第２の方向にカウントしてデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、
前記アナログデジタル変換手段を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、
前記フローティングディフュージョン部のリセットレベルを前記第１の方向または前記第２の方向にカウントすることにより変換して、第１のノイズ信号を取得し、
前記複数の光電変換部のうち、少なくとも第１の光電変換部を含む一部の光電変換部で蓄積された第１の光電荷を前記フローティングディフュージョン部に転送して得られたアナログ信号を前記第１の方向にカウントすることにより第１の光信号を取得し、
前記第１の光信号を取得した後の前記フローティングディフュージョン部の電位を前記第２の方向にカウントすることにより第２のノイズ信号を取得し、
前記複数の光電変換部のうち、少なくとも、前記一部の光電変換部に含まれない第２の光電変換部で蓄積された第２の光電荷を前記フローティングディフュージョン部に転送して得られたアナログ信号を前記第１の方向にカウントすることにより第２の光信号を取得する、
第１のモードで前記アナログデジタル変換手段を制御することを特徴とする撮像素子。
前記アナログデジタル変換手段により変換されたデジタル信号を保持する保持手段と、
前記第２のノイズ信号が予め決められた閾値よりも小さい場合に前記保持手段に保持された前記第２のノイズ信号を予め決められた値に置き換える第１の処理と、前記保持手段に保持された前記第２のノイズ信号に予め決められた係数を乗じて置き換える前記第２の処理とを選択的に行う処理手段と、
を更に有することを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
前記予め決められた値は０であることを特徴とする請求項２に記載の撮像素子。
前記係数は、前記第２のノイズ信号の取得にかかる時間と、前記第１のノイズ信号に変換した後から、前記第２の光信号の変換を開始するまでの時間、または、前記第２の光電変換部で蓄積された前記第２の光電荷を前記フローティングディフュージョン部に転送するまでの時間との比率であることを特徴とする請求項２に記載の撮像素子。
前記アナログデジタル変換手段により変換されたデジタル信号を保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された前記第２のノイズ信号に、前記第１の光信号の大きさに応じて設定された係数を乗じて置き換える処理を行う処理手段と、
を更に有することを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
前記アナログデジタル変換手段により変換されたデジタル信号を出力する出力手段を更に有し、
前記出力手段は、前記第１の光信号から前記第１のノイズ信号を差分した信号と、前記第２の光信号から、前記第１のノイズ信号および前記第２のノイズ信号を差分した信号と、を出力することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像素子。
前記アナログデジタル変換手段により変換されたデジタル信号を出力する出力手段を更に有し、
前記制御手段は、前記第２の方向にカウントして得られた前記第２のノイズ信号のカウントを初期値として、前記第１の方向にカウントすることにより前記第２の光信号を取得するように制御し、
前記出力手段は、前記第１の光信号から前記第１のノイズ信号を差分した信号と、前記第２の光信号から、前記第１のノイズ信号を差分した信号とを出力することを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
複数のマイクロレンズを更に有し、
前記複数の光電変換部は、各マイクロレンズに対応していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像素子。
前記制御手段は、更に、
前記フローティングディフュージョン部のリセットレベルを前記第１の方向にカウントすることにより変換して、前記第１のノイズ信号を取得し、
前記複数の光電変換部で蓄積された電荷を前記フローティングディフュージョン部に転送して得られたアナログ信号を前記第１の方向にカウントすることにより変換して、第３の信号を取得する、
第２のモードで前記アナログデジタル変換手段を制御し、
前記行列状に配列された単位画素の予め決められた領域の読み出しを前記第１のモードで制御し、それ以外の領域を前記第２のモードで制御することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像素子。
前記第１のモードにおける１行分の前記単位画素の読み出し周期は、前記第２のモードにおける１行分の前記単位画素の読み出し周期の２倍であることを特徴とする請求項９に記載の撮像素子。
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像素子を搭載したことを特徴とする撮像装置。
複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部により共有されるフローティングディフュージョン部とを各々が備えた複数の単位画素が行列状に配列された画素部と、
前記画素部を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、
前記フローティングディフュージョン部をリセットし、リセット後の電位に基づいて第１のノイズ信号を取得し、
前記複数の光電変換部のうち、少なくとも第１の光電変換部を含む一部の光電変換部で蓄積された第１の光電荷を前記フローティングディフュージョン部に転送し、前記第１の光電荷が転送された前記フローティングディフュージョン部の電位に基づいて第１の光信号を取得し、
前記第１の光信号を取得した後の前記フローティングディフュージョン部の電位に基づいて第２のノイズ信号を取得し、
前記複数の光電変換部のうち、少なくとも、前記一部の光電変換部に含まれない第２の光電変換部で蓄積された第２の光電荷を前記フローティングディフュージョン部に転送し、前記第２の光電荷が転送された前記フローティングディフュージョン部の電位に基づいて第２の光信号を取得するように制御することを特徴とする撮像素子。
複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部により共有されるフローティングディフュージョン部とを各々が備えた複数の単位画素が行列状に配列された画素部と、予め決められた傾きで時間に対して変化する参照信号と、アナログ信号とを比較し、比較開始から比較の結果の変換点までを、第１の方向または第２の方向にカウントしてデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段とを有する撮像素子の制御方法であって、
前記アナログデジタル変換手段が、前記フローティングディフュージョン部のリセットレベルを前記第１の方向にカウントすることにより変換して、第１のノイズ信号を取得する工程と、
前記アナログデジタル変換手段が、前記複数の光電変換部のうち、少なくとも第１の光電変換部を含む一部の光電変換部で蓄積された第１の光電荷を前記フローティングディフュージョン部に転送して得られたアナログ信号を前記第１の方向にカウントすることにより第１の光信号を取得する工程と、
前記アナログデジタル変換手段が、前記第１の光信号を取得した後の前記フローティングディフュージョン部の電位を前記第２の方向にカウントすることにより第２のノイズ信号を取得する工程と、
前記アナログデジタル変換手段が、前記複数の光電変換部のうち、少なくとも、前記一部の光電変換部に含まれない第２の光電変換部で蓄積された第２の光電荷を前記フローティングディフュージョン部に転送して得られたアナログ信号を前記第１の方向にカウントすることにより第２の光信号を取得する工程と、
を有することを特徴とする撮像素子の制御方法。
複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部により共有されるフローティングディフュージョン部とを各々が備えた複数の単位画素が行列状に配列された画素部とを有する撮像素子の制御方法であって、
制御手段が、前記フローティングディフュージョン部をリセットし、リセット後の電位に基づいて第１のノイズ信号を取得する工程と、
前記制御手段が、前記複数の光電変換部のうち、少なくとも第１の光電変換部を含む一部の光電変換部で蓄積された第１の光電荷を前記フローティングディフュージョン部に転送し、前記第１の光電荷が転送された前記フローティングディフュージョン部の電位に基づいて第１の光信号を取得する工程と、
前記制御手段が、前記第１の光信号を取得した後の前記フローティングディフュージョン部の電位に基づいて第２のノイズ信号を取得する工程と、
前記制御手段が、前記複数の光電変換部のうち、少なくとも、前記一部の光電変換部に含まれない第２の光電変換部で蓄積された第２の光電荷を前記フローティングディフュージョン部に転送し、前記第２の光電荷が転送された前記フローティングディフュージョン部の電位に基づいて第２の光信号を取得する工程と、
を有することを特徴とする撮像素子の制御方法。