JP2019145911A - 撮像装置、撮像システム、および移動体 - Google Patents
撮像装置、撮像システム、および移動体 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】グローバル電子シャッタ動作に伴う電位変動に起因する画質低下を抑制する。【解決手段】光電変換部と、電荷を保持する保持部と、増幅部と、光電変換部に蓄積された電荷を保持部に転送する第一の転送トランジスタと、保持部に保持された電荷を増幅部に転送する第二の転送トランジスタと、光電変換部に蓄積された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であって、第一の転送トランジスタとオーバーフロートランジスタの少なくともいずれかは一括駆動制御が行われ、一括駆動制御において、電荷信号出力期間と重複または近接する期間では、第一の転送トランジスタまたはオーバーフロートランジスタを駆動するパルスのオンからオフまたはオフからオンへの切替時間が、前記電荷信号出力期間と重複または近接する期間以外での切替時間と比較して長い。【選択図】図3
Description
本発明は、撮像装置、撮像システム、および移動体に関する。
近年、CMOSイメージセンサにおいて、グローバル(全画素同時)電子シャッタの機能を有するものが提案されている。特許文献1にはグローバル電子シャッタの機能を備えた撮像装置が記載されている。
特許文献1に開示された構成は、露光期間の制御のため、画素信号の読み出し中に複数行を一括して電荷転送する一括転送駆動(以下、TX1)と複数行の一括リセット駆動(以
下、OFD)を行っている。複数行を一括転送するため、TX1配線またはOFD配線の電位が画
素信号の読み出し中に変わる可能性がある。
下、OFD)を行っている。複数行を一括転送するため、TX1配線またはOFD配線の電位が画
素信号の読み出し中に変わる可能性がある。
これにより、TX1配線またはOFD配線と他の配線間の容量結合により、例えば画素ウェル線、画素読出し線、電源線などに電位の変動が伝搬し、その時に読み出し中の行の画素信号にノイズが生じる。これは、シェーディングや横線などの要因となり、画質を低下させる。
本発明の目的は、グローバル電子シャッタ動作に伴う電位変動に起因する画質低下を抑制可能な撮像装置を提供することである。
本発明の第一の態様は、
光電変換によって生じた電荷を蓄積する光電変換部と、
電荷を保持する保持部と、
電荷に基づく信号を出力する増幅部と、
オン状態の時に前記光電変換部に蓄積された電荷を前記保持部に転送する第一の転送トランジスタと、
オン状態の時に前記保持部に保持された電荷を前記増幅部に転送する第二の転送トランジスタと、
オン状態の時に前記光電変換部に蓄積された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であって、
前記第一の転送トランジスタと前記オーバーフロートランジスタの少なくともいずれかは、前記複数の画素について同時に駆動する一括駆動制御が行われ、
前記一括駆動制御において、前記保持部に保持された電荷を前記増幅部に転送する電荷信号出力期間と重複または近接する期間では、前記第一の転送トランジスタまたは前記オーバーフロートランジスタを駆動するパルスのオンからオフまたはオフからオンへの切替時間が、前記電荷信号出力期間と重複または近接する期間以外での切替時間と比較して長い、
ことを特徴とする撮像装置である。
光電変換によって生じた電荷を蓄積する光電変換部と、
電荷を保持する保持部と、
電荷に基づく信号を出力する増幅部と、
オン状態の時に前記光電変換部に蓄積された電荷を前記保持部に転送する第一の転送トランジスタと、
オン状態の時に前記保持部に保持された電荷を前記増幅部に転送する第二の転送トランジスタと、
オン状態の時に前記光電変換部に蓄積された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であって、
前記第一の転送トランジスタと前記オーバーフロートランジスタの少なくともいずれかは、前記複数の画素について同時に駆動する一括駆動制御が行われ、
前記一括駆動制御において、前記保持部に保持された電荷を前記増幅部に転送する電荷信号出力期間と重複または近接する期間では、前記第一の転送トランジスタまたは前記オーバーフロートランジスタを駆動するパルスのオンからオフまたはオフからオンへの切替時間が、前記電荷信号出力期間と重複または近接する期間以外での切替時間と比較して長い、
ことを特徴とする撮像装置である。
本発明によれば、グローバル電子シャッタ動作時の容量結合を介した電位変動の影響を
以下、図面を参照して本発明に係る撮像装置の具体的な実施形態の一例を説明する。撮像装置は、光を電気信号に変換する画素を複数有する半導体デバイスであり、固体撮像素子やイメージセンサや光電変換装置とも呼ばれるものである。撮像装置には、CCDイメージセンサ、CMOSイメージセンサなどが含まれる。以下では、本発明の好ましい適用例の一つとして、グローバル電子シャッタ動作を行うCMOSイメージセンサに本発明を適用した場合の構成例を説明する。
<第1実施形態>
[撮像装置の構造]
以下、本発明の第1の実施形態について図1〜図3を用いて説明する。
[撮像装置の構造]
以下、本発明の第1の実施形態について図1〜図3を用いて説明する。
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。撮像装置は画素アレイ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。制御回路105は、垂直走査回路101、水平走査回路103,出力回路104などの動作タイミングを制御する回路である。画素アレイ100は、XYの行列状に配置された複数の画素20を備えている。垂直走査回路101は、画素20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。垂直走査回路101には、シフトレジスタやアドレスデコーダなどの論理回路が用いられ得る。画素20の各列には画素出力線10が設けられており、画素20からの信号が列毎に画素出力線10に読み出される。列増幅回路102は画素出力線10に出力された画素信号を増幅し、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。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よい。
図2は、本実施形態に係る撮像装置における画素20の等価回路を示している。図2には行方向及び列方向に2次元配列された複数の画素20のうち、2行×2列の4個の画素20が示されているが、撮像装置はさらに多くの画素20を有している。
複数の画素20の各々は、光電変換部1、電荷保持部2、フローティングディフュージョン3、グローバル転送トランジスタ4、転送トランジスタ5、オーバーフロートランジスタ6を備える。さらに画素20の各々は、選択トランジスタ7、リセットトランジスタ9および増幅トランジスタ8を備える。ここで、グローバル転送トランジスタとは、全画素一括して電荷転送を行うグローバル電子シャッタ動作の為のトランジスタを意味する。
光電変換部1は、入射光を光電変換するとともに、光電変換された電荷を蓄積する素子である。グローバル転送トランジスタ4はオン状態の時に光電変換部1の電荷を電荷保持部2に全画素一括して転送する。電荷保持部2は光電変換部1から転送されてきた電荷を保持する。転送トランジスタ5はオン状態の時に電荷保持部2の電荷をフローティングディフュージョン3に転送する。増幅トランジスタ8はソースフォロワを構成し、フローティングディフュージョン3の電圧に基づく信号を、選択トランジスタ7を介して、画素出力線10に出力する。フローティングディフュージョン3および増幅トランジスタ8は、本発明における増幅部に相当し、電荷保持部2から転送された電荷に基づく信号を出力する。リセットトランジスタ9は、オン状態の時に、フローティングディフュージョン3の電圧を電源端子12の電圧でリセットする。
同一行の画素20に対しては共通の制御信号が垂直走査回路101から供給される。すなわち、第m行にある全ての画素20のグローバル転送トランジスタ4、転送トランジスタ5、オーバーフロートランジスタ6、選択トランジスタ7、リセットトランジスタ9に対して、それぞれ共通の制御信号が供給される。各トランジスタへの制御信号は、制御線pGS(m)、pTX(m)、pOFD(m)、pSEL(m)、pRES(m)から供給される。これらのトランジスタは制御信号がハイレベルの時にオン状態となり、ローレベルの時にオフ状態となる。
[グローバル電子シャッタ動作に伴う画質への影響]
図9A、図9Bを用いて、グローバル電子シャッタ動作に伴う画質への影響について説明する。
図9A、図9Bを用いて、グローバル電子シャッタ動作に伴う画質への影響について説明する。
図9Aは、第nフレームから第n+2フレームまでの撮像動作における駆動パルスを模式的に示している。図9Bは、m〜m+2行目の画素の、グローバル転送トランジスタ4の制御線pGSと転送トランジスタ5の制御線pTXとオーバーフロートランジスタ6の制御線pOFDに供給される駆動パルスを示している。
図9Bの時刻T2は、画素アレイ100のすべての画素でグローバル転送トランジスタ4をオフした時であり、全ての行の制御線pGS(m)の電位がハイからローに変化する。また、時刻T2’は、画素アレイ100のすべての画素でオーバーフロートランジスタ6をオフした時であり、制御線pOFD(m)の電位がハイからローに変化する。この電位変化により、寄生容量を介して、接地線11、画素出力線10、電源線12に各寄生容量の比率に応じて電位の変化が伝搬し、各配線で過渡的な電位変動が生じる。そのため、増幅トランジスタ8のドレイン端子、ソース端子、バックゲート端子や画素出力線10の電位が所望の電位から変動する。制御線pGS(m)や制御線pOFD(m)の電位変化が電荷保持部読み出し動作(行読出し)の期間の直前であったり重複したりする場合は、その行の画素信号の読出し時に接地線(画素ウェル線)11や画素出力線10は所望の電位から変動する。すなわち、制御線pGS(m)やpOFD(m)の電位変化が、その行の出力にノイズとして影響する。各々の寄生容量の値は、絶縁層の誘電率、各配線間の距離や重なり面積によって決まるため、画素面積の大きなフォーマットサイズ(APS−Cやフルサイズなど)はより寄生容量が増大し、電位変動も大きくなる。
全画素のリセット動作や転送動作に必要な時間や動作に伴う電位変動が安定するまでの
時間は、行単位の駆動に対して長い時間を要する。そのため、行の読出し時、全画素の動作に起因するノイズ等の影響が数行〜数十行にわたって出力結果に影響する可能性がある。これらの影響は、例えばシェーディングや横線、横帯状にオフセットをもった画像となり、画質を劣化させることになる。
時間は、行単位の駆動に対して長い時間を要する。そのため、行の読出し時、全画素の動作に起因するノイズ等の影響が数行〜数十行にわたって出力結果に影響する可能性がある。これらの影響は、例えばシェーディングや横線、横帯状にオフセットをもった画像となり、画質を劣化させることになる。
[本実施形態における撮像動作]
図3Aは、第nフレームから第n+2フレームまでの撮像動作を模式的に示している。第nフレームより前の動作は点線で示されている。図3Aには、各フレームでの露光期間、光電変換部1が電荷を蓄積している期間、および、電荷保持部2が電荷を保持している期間が示されている。またオーバーフロートランジスタ6を介してオーバーフロードレインに電荷が排出される期間を斜線枠で示されている。図3Aでは、T2〜T3(またはT4〜T5)の期間において、複数の画素の読み出し動作が行われていることを示している。
図3Aは、第nフレームから第n+2フレームまでの撮像動作を模式的に示している。第nフレームより前の動作は点線で示されている。図3Aには、各フレームでの露光期間、光電変換部1が電荷を蓄積している期間、および、電荷保持部2が電荷を保持している期間が示されている。またオーバーフロートランジスタ6を介してオーバーフロードレインに電荷が排出される期間を斜線枠で示されている。図3Aでは、T2〜T3(またはT4〜T5)の期間において、複数の画素の読み出し動作が行われていることを示している。
図3Bは、本実施形態で用いられる第nフレームから第n+2フレームまでの撮像動作における駆動パルスを模式的に示している。図3Bには、m〜m+2行目の画素の、グローバル転送トランジスタ4の制御線pGSと転送トランジスタ5の制御線pTXとオーバーフロートランジスタ6の制御線pOFDに供給される駆動パルスが示されている。駆動パルスがハイレベルの時に、対応するトランジスタまたはスイッチがオンする。駆動パルスがローレベルの時に、対応するトランジスタまたはスイッチがオフする。これらの駆動パルスは、撮像装置に配された制御部が供給する。制御部には、シフトレジスタやアドレスデコーダなどの論理回路が用いられる。
まず、時刻T1は、前フレーム(n−1フレーム)の電荷保持部2内の電荷を、増幅トランジスタ8の入力ノード(フローティングディフュージョン)3へ順次読み出す処理が完了する時刻である。なお、図中において第nフレームより前のフレームの動作は点線で示されている。
本実施形態での第nフレームの露光は、時刻T1から時刻T2の期間で行われる。露光とは、光電変換によって生じた電荷が信号として蓄積または保持されることを意味する。本実施形態での露光の開始は、グローバル転送トランジスタ4がオフに維持され、かつ、オーバーフロートランジスタ6がオンに維持された状態で、オーバーフロートランジスタ6を全画素同時にオンからオフへ制御すること実施される(図3Bの時刻T1)。これにより、光電変換部1での電荷の蓄積が開始する。なお、本開示では、あるトランジスタを全画素同時にオン駆動またはオフ駆動する制御のことを、一括駆動制御と称する。
露光の終了は、グローバル転送トランジスタ4を全画素同時にオンからオフへ制御することで実施され、光電変換部1の全ての電荷が電荷保持部2に転送される。また、図示はしていないが、グローバル転送トランジスタ4をオンする前に転送トランジスタ5をオンすることで、メモリのリセットをしている。次いでオーバーフロートランジスタ6を全画素同時にオフからオンへ制御することで、光電変換部1での電荷蓄積を終了する(図3Bの時刻T2)。
時刻T2は、第nフレームの電荷保持部2の電荷を、増幅トランジスタ8の入力ノードであるフローティングディフュージョン3へ順次読み出す処理を開始する時刻である。時刻T2から時刻T3までは、グローバル転送トランジスタ4がオフに維持され、オーバーフロートランジスタ6がオンに維持される。T2〜T3期間において生じる電荷はオーバーフロートランジスタ6を介してオーバーフロードレインに排出される。一方、電荷保持部2は第nフレームで生じた電荷を保持している。また、T2〜T3期間に、電荷保持部2の電荷が増幅トランジスタ8の入力ノードであるフローティングディフュージョン3に
順次読み出される。具体的には、m行目の転送トランジスタ5をオンとすることで、m行目の画素の電荷保持部2の電荷をフローティングディフュージョン3に転送する。フローティングディフュージョン3の容量と転送された電荷の量に応じて、フローティングディフュージョン3の電圧が変化する。増幅トランジスタ8によって、入力ノードであるフローティングディフュージョン3の電圧に基づく信号が画素出力線8に出力される。次にm+1行目の画素について同様の動作が行われる。この動作が、1行目の画素から最後の行の画素までのそれぞれにおいて行われる。
順次読み出される。具体的には、m行目の転送トランジスタ5をオンとすることで、m行目の画素の電荷保持部2の電荷をフローティングディフュージョン3に転送する。フローティングディフュージョン3の容量と転送された電荷の量に応じて、フローティングディフュージョン3の電圧が変化する。増幅トランジスタ8によって、入力ノードであるフローティングディフュージョン3の電圧に基づく信号が画素出力線8に出力される。次にm+1行目の画素について同様の動作が行われる。この動作が、1行目の画素から最後の行の画素までのそれぞれにおいて行われる。
[遅延駆動]
本実施形態の駆動動作では、図3BのT2〜T3のnフレーム目の電荷信号出力期間(行読出し期間)の直前にグローバル転送トランジスタ4を全画素同時にオフする際の駆動パルスを遅延させている。すなわち、本実施形態では、電荷信号出力期間(行読み出し期間)T2〜T3の直前の制御線pGS(m)のオフ駆動パルスを遅延させている。
本実施形態の駆動動作では、図3BのT2〜T3のnフレーム目の電荷信号出力期間(行読出し期間)の直前にグローバル転送トランジスタ4を全画素同時にオフする際の駆動パルスを遅延させている。すなわち、本実施形態では、電荷信号出力期間(行読み出し期間)T2〜T3の直前の制御線pGS(m)のオフ駆動パルスを遅延させている。
本開示において、パルスの遅延とは、パルスのオン(ハイレベル)とオフ(ローレベル)の切替に要する時間を、通常の配線の寄生容量で発生する遅延時間以上に、意図的に長くする(遅延させる)ことを意味する。したがって、オフ駆動パルスの遅延とは、パルスがオンからオフまで切替時間を、遅延させていない駆動パルスでの切替時間よりも長くすることと表現できる。また、オフ駆動パルスの遅延は、パルスの立ち下がり速度(応答速度)を意図的に遅くすることとも表現できる。オン駆動パルスの遅延も同様である。パルスの遅延は、パルスの鈍らせとも表現できる。
本実施形態では、電荷信号出力期間の直前でのグローバル転送トランジスタ4のオフ駆動パルスを遅延させている。すなわち、電荷信号出力期間の直前の期間でのグローバル転送トランジスタ4がオン状態からオフ状態に切り替わる切替時間が、電荷信号出力期間の直前の期間以外での切替時間と比較して長い。
パルスを遅延させるための回路は、任意の公知の回路であってよい。たとえば、ハイレベルからローレベルに切り替わる際にミドルレベルを所定時間だけ保持するパルスを生成する3値化回路や、台形波を生成するVTXLなまらせ回路を採用可能である。3値化回路およびVTXLなまらせ回路は、特許文献2(特開2002−77730号公報;図2および図3)に詳細に説明されている。ここで挙げた回路は一例に過ぎず、その他の遅延回路を採用しても構わない。
[本実施形態の効果]
グローバル転送トランジスタ4をオフすることで、制御線pGS(m)の電位変化が発生し、この電位変化により各配線で過渡的な電位変動が生じる。グローバル転送トランジスタ4のオフ動作が電荷信号出力(行読出し)期間の直前に行われると、出力信号にノイズが重畳し画質を劣化させる。
グローバル転送トランジスタ4をオフすることで、制御線pGS(m)の電位変化が発生し、この電位変化により各配線で過渡的な電位変動が生じる。グローバル転送トランジスタ4のオフ動作が電荷信号出力(行読出し)期間の直前に行われると、出力信号にノイズが重畳し画質を劣化させる。
この問題に対処するために本実施形態では、電荷信号出力(行読出し)期間の直前の期間での制御線pGS(m)のオフ駆動パルスを遅延させている。電荷信号出力(行読出し)期間の直前の期間は、電荷信号出力(行読出し)期間に近接する期間と称することもできる。オフ駆動パルスの遅延により、寄生容量を介して接地線11、画素出力線10、電源線12に伝搬していた各配線での過渡的な電位変動幅を大幅に抑制させることが可能となる。したがって、電位変動が安定するまでの静定時間を短縮できるので、電荷信号出力(行読出し)期間の直前に制御線pGS(m)を動作させることができる。また、各配線での過渡的な電位変動幅を大幅に抑制させることにより、電荷信号出力(行読出し)期間に制御線pGS(m)動作を重ねることができる。その結果、フレームレートを落とすことなく、シェーディングや横線などの画質の劣化を低減できる。
[変形例]
本実施形態では、グローバル転送トランジスタ4の制御線pGSに供給されるオフ駆動パルスを遅延させているが、オン駆動パルスを遅延させてもよいし、オン駆動パルスとオフ駆動パルスの両方を遅延させてもよい。また、グローバル転送トランジスタ4の制御線pGSに供給される駆動パルスだけでなく、オーバーフロートランジスタ6の制御線pOFDに供給される駆動パルスを遅延させてもよい。グローバル転送トランジスタ4とオーバーフロートランジスタ6は、全画素同時に動作するためである。制御線pGSに供給される駆動パルスと制御線pOFDに供給される駆動パルスの両方を遅延させてもよいし、いずれか一方のみを遅延させてもよい。
本実施形態では、グローバル転送トランジスタ4の制御線pGSに供給されるオフ駆動パルスを遅延させているが、オン駆動パルスを遅延させてもよいし、オン駆動パルスとオフ駆動パルスの両方を遅延させてもよい。また、グローバル転送トランジスタ4の制御線pGSに供給される駆動パルスだけでなく、オーバーフロートランジスタ6の制御線pOFDに供給される駆動パルスを遅延させてもよい。グローバル転送トランジスタ4とオーバーフロートランジスタ6は、全画素同時に動作するためである。制御線pGSに供給される駆動パルスと制御線pOFDに供給される駆動パルスの両方を遅延させてもよいし、いずれか一方のみを遅延させてもよい。
なお、行単位で動作する転送トランジスタ5、選択トランジスタ7、およびリセットトランジスタ9の制御線pTX,pSEL,pRESに供給される駆動パルスは遅延させる必要がない。これらのトランジスタは全画素同時に動作することはないためである。
<第2実施形態>
[撮像動作]
図4Aは、本実施形態で用いられる撮像装置の動作を模式的に示している。図4Bは、本実施形態で用いられる第nフレームから第n+2フレームまでの撮像動作における駆動パルスを模式的に示している。図4Aおよび図4Bには、第nフレームから第n+2フレームまでの撮像動作が示されている。
[撮像動作]
図4Aは、本実施形態で用いられる撮像装置の動作を模式的に示している。図4Bは、本実施形態で用いられる第nフレームから第n+2フレームまでの撮像動作における駆動パルスを模式的に示している。図4Aおよび図4Bには、第nフレームから第n+2フレームまでの撮像動作が示されている。
本実施形態では、第nフレームの電荷の蓄積を、時刻T1よりも前から開始することができる。時刻T1は、前フレームの電荷保持部2内の電荷を増幅トランジスタ8の入力ノードであるフローティングディフュージョン3へ順次読み出す処理が完了する時刻である。本実施形態では、この駆動により、一回の露光期間を最大で1フレーム期間まで延ばすことができる。
本実施形態では、オーバーフロートランジスタ6を全画素同時にオンからオフして光電変換部1において電荷の蓄積を開始するタイミング(図4Bの時刻T2’)に応じてオーバーフロートランジスタ6のオフ駆動パルスを遅延させるか否かを制御する。具体的には、オーバーフロートランジスタ6をオフにするタイミング(時刻T2’)が読み出し完了(時刻T3)の前の場合に、オフ駆動パルスを遅延させる。言い換えると、図4Bの撮像動作で示すように、nフレーム目の読み出し動作(電荷信号出力動作)とオーバーフロートランジスタ6のオフするタイミングが重なる場合に、制御線pOFD(m)に供給するオフ駆動パルスを遅延させる。
また、図示はしないが、電荷信号出力(行読出し)の期間の直前でオーバーフロートランジスタ6をオフする場合、例えば露光時間が極端に短い場合、行読み出し期間に近接する期間でオーバーフロートランジスタ6のオフ駆動パルスを遅延させる。ここで、電荷信号出力(行読出し)期間に近接する期間とは、電荷信号出力(行読出し)の開始よりも前でありかつ所定時間以内の期間を指す。この所定時間は、駆動パルスを遅延させないと、各配線に与える電位変動の影響が、電荷信号出力開始時点で残存するような時間である。
[効果]
電荷信号出力(行読出し)期間に重なるオーバーフロートランジスタ6を全画素同時にオフすることによる制御線pOFD(m)の電位変化が発生することでも同様にノイズとして画質の劣化に影響していた。本実施形態では、電荷信号出力(行読み出し)期間に重複する期間において、制御線pOFD(m)のオフ駆動パルスを遅延させることで、寄生容量を介して伝搬していた各配線での過渡的な電位変動幅を大幅に抑制させることが可能
となる。そのため、電位変動が安定するまでの静定時間を短縮できるので、フレームレートを落とすことなく、シェーディングや横線などの画質の劣化を低減できる。
電荷信号出力(行読出し)期間に重なるオーバーフロートランジスタ6を全画素同時にオフすることによる制御線pOFD(m)の電位変化が発生することでも同様にノイズとして画質の劣化に影響していた。本実施形態では、電荷信号出力(行読み出し)期間に重複する期間において、制御線pOFD(m)のオフ駆動パルスを遅延させることで、寄生容量を介して伝搬していた各配線での過渡的な電位変動幅を大幅に抑制させることが可能
となる。そのため、電位変動が安定するまでの静定時間を短縮できるので、フレームレートを落とすことなく、シェーディングや横線などの画質の劣化を低減できる。
行読み出し期間直前のオーバーフロートランジスタ6のオフ駆動パルスを遅延させることで各配線での過渡的な電位変動幅を大幅に抑制させることで、ノイズを低減し、画質の劣化を低減できる。
[変形例]
第1実施形態と第2実施形態でpGS(m)、pOFD(m)のオフ駆動パルスをそれぞれ個別に遅延制御しているが、第1実施形態と第2に実施形態を組み合わせてもよい。例えば、電荷信号出力(行読出し)の直前の制御線pGS(m)のオフ駆動パルスと、電荷信号出力(行読出し)期間に重なる制御線pOFD(m)のオフ駆動パルス、をそれぞれ遅延する組み合わせでも同様の効果が得られる。また、第1実施形態および第2実施形態ではpGS(m)、pOFD(m)のオフ駆動パルスを遅延しているが、オン駆動パルスを遅延してもよい。またオン駆動パルスとオフ駆動パルスを両方遅延させても構わない。
第1実施形態と第2実施形態でpGS(m)、pOFD(m)のオフ駆動パルスをそれぞれ個別に遅延制御しているが、第1実施形態と第2に実施形態を組み合わせてもよい。例えば、電荷信号出力(行読出し)の直前の制御線pGS(m)のオフ駆動パルスと、電荷信号出力(行読出し)期間に重なる制御線pOFD(m)のオフ駆動パルス、をそれぞれ遅延する組み合わせでも同様の効果が得られる。また、第1実施形態および第2実施形態ではpGS(m)、pOFD(m)のオフ駆動パルスを遅延しているが、オン駆動パルスを遅延してもよい。またオン駆動パルスとオフ駆動パルスを両方遅延させても構わない。
<第3実施形態>
[撮像動作]
図5Aは撮像装置の動作を模式的に示している。図5Aには、第nフレームから第n+2フレームまでの撮像動作が示されている。また、図5Bは、本実施形態で用いられる第nフレームから第n+2フレームまでの撮像動作における駆動パルスを模式的に示している。第nフレームより前の動作は点線で示されている。本実施形態ではグローバル転送トランジスタ4の駆動方法が第1実施形態と異なり、その異なる点のみを説明し、第1実施形態と同様の部分については説明を省略する。
[撮像動作]
図5Aは撮像装置の動作を模式的に示している。図5Aには、第nフレームから第n+2フレームまでの撮像動作が示されている。また、図5Bは、本実施形態で用いられる第nフレームから第n+2フレームまでの撮像動作における駆動パルスを模式的に示している。第nフレームより前の動作は点線で示されている。本実施形態ではグローバル転送トランジスタ4の駆動方法が第1実施形態と異なり、その異なる点のみを説明し、第1実施形態と同様の部分については説明を省略する。
本実施形態では、1フレームの期間に、光電変換部1から電荷保持部への電荷の転送動作が複数回行われる点が第1実施形態と異なる。すなわち、時刻T1から時刻T2の露光期間に、グローバル転送トランジスタ4が複数回オンオフされる。露光期間内に一度、グローバル転送トランジスタ4がオフからオンへ制御されて、光電変換部1の全ての電荷を電荷保持部2に転送した後に、グローバル転送トランジスタ4がオンからオフの制御を繰り返し、最終的にオフに維持される。本実施形態(図5B)では、1回の露光期間において、光電変換部1の電荷を4回にわたり、光電変換部1の電荷を電荷保持部2に転送している。本実施形態では、1回の露光で生じる光電変換部1の電荷を4回にわたり電荷保持部2に転送しているため、光電変換部1の飽和電荷量の4倍まで、画素の飽和電荷量を増加させることができる。本実施形態では1回の露光で生じる光電変換部1の電荷を4回にわたり電荷保持部2に転送しているが、4回に限定しているわけではなく、2回以上の複数回の転送であればいい。
本実施形態の動作では、図5BのT2〜T3のnフレーム目の電荷信号出力(行読出し)の直前のグローバル転送トランジスタ4のパルスが全画素同時にオフする駆動パルスを遅延させている。全てのグローバル転送トランジスタ4のオフ駆動パルスを遅延させるのではなく、電荷信号出力(行読出し)期間に近接する期間において、グローバル転送トランジスタ4のオフ駆動パルスを遅延させる。すなわち、電荷信号出力期間の直前の一回または複数回(少なくとも1回以上)でのグローバル転送トランジスタ4のオフ駆動パルスのオンからオフへの切替時間を、電荷信号出力期間内の直前の一回または複数回以外での切替時間と比較して長くする。
[効果]
本実施形態においても、グローバル転送トランジスタ4のオフ駆動パルスの遅延により
、寄生容量を介した各配線での過渡的な電位変動幅を大幅に抑制させることが可能となる。そのため、電位変動が安定するまでの静定時間を短縮できるので、フレームレートを落とすことなく、シェーディングや横線などの画質の劣化を低減できる。
本実施形態においても、グローバル転送トランジスタ4のオフ駆動パルスの遅延により
、寄生容量を介した各配線での過渡的な電位変動幅を大幅に抑制させることが可能となる。そのため、電位変動が安定するまでの静定時間を短縮できるので、フレームレートを落とすことなく、シェーディングや横線などの画質の劣化を低減できる。
なお、グローバル転送トランジスタ4のオフ駆動パルスを全て遅延させた場合、例えば多重露光などで多数のグローバル転送トランジスタを動作させる場合、遅延駆動時間が無視できなくなる。これにより、露光時間を増やす必要が出てくるためフレームレートが低下してしまう。本実施形態では複数回全てのグローバル転送トランジスタ4のオフ駆動パルスを遅延させるのではなく、一部のオフ駆動パルスのみを遅延させている。これにより、フレームレートの低下を招くことなく、電位変動の制定時間の短縮、すなわち、画質劣化の抑制を達成できるとともに、画素の飽和電荷量の増加も可能である。
<第4実施形態>
[撮像動作]
本実施形態では、グローバル転送トランジスタ4およびオーバーフロートランジスタ6の駆動方法が第1,2実施形態と異なる。
[撮像動作]
本実施形態では、グローバル転送トランジスタ4およびオーバーフロートランジスタ6の駆動方法が第1,2実施形態と異なる。
図6Aは、撮像装置の動作を模式的に示している。図6Aには、第nフレームから第n+2フレームまでの撮像動作が示されている。図6Bは、本実施形態で用いられるそれぞれ露光時間の異なる第nフレームから第n+2フレームまでの撮像動作における駆動パルスを模式的に示している。本実施形態での第nフレームの露光は時刻T1から時刻T2の露光期間において、第1実施形態で説明した露光開始動作と露光終了動作を間欠的に4回繰り返し行っている点で、第1実施形態と異なる。つまり時刻T1から時刻T2までの露光期間において、間欠的に繰り返される露光開始動作と露光終了動作の間での光電変換時間の電荷のみが、間欠的に電荷保持部2に転送される。そして、露光期間内のその他の期間の電荷は間欠的にオーバーフロートランジスタ6を介してオーバーフロードレインに排出される。そのため、光電変換部1で光電変換している合計の光電変換時間は、露光期間の一部となる。
本実施形態の駆動方法によれば、間欠的に信号電荷を電荷保持部2に転送することで、1フレーム内での信号電荷の欠損を抑制することができる。このような信号電荷の欠損が生じうる被写体として、例えば蛍光灯やブラウン管を用いたディスプレイのような、高輝度の細かいチラツキ現象(フリッカ)がある被写体が挙げられる。その他の被写体として、フラッシュ光のような極めて短い時間に高輝度に光る被写体が挙げられる。なお、本実施形態では、露光開始動作と露光終了動作を間欠的に4回繰り返し行っているが、4回に限定しているわけではなく、2回以上の複数回の転送であればいい。
本実施形態の動作では、図6BのT2〜T3のnフレーム目の電荷信号出力(行読出し)の直前のオーバーフロートランジスタ6をオフする駆動パルスを遅延させている。全てのオーバーフロートランジスタ6のオフ駆動パルスを遅延させるのではなく、電荷信号出力(行読出し)期間に近接する期間において、オーバーフロートランジスタ6のオフ駆動パルスを遅延させる。すなわち、電荷信号出力(行読出し)の直前のパルスか、もしくはそれ以上の複数回(少なくとも1回以上)のオーバーフロートランジスタ6のオフ駆動パルスを遅延させる。
[効果]
本実施形態においても、オーバーフロートランジスタ6のオフ駆動パルスの遅延により、寄生容量を介した各配線での過渡的な電位変動幅を大幅に抑制させることが可能となる。そのため、電位変動が安定するまでの静定時間を短縮できるので、フレームレートを落とすことなく、シェーディングや横線などの画質の劣化を低減できる。
本実施形態においても、オーバーフロートランジスタ6のオフ駆動パルスの遅延により、寄生容量を介した各配線での過渡的な電位変動幅を大幅に抑制させることが可能となる。そのため、電位変動が安定するまでの静定時間を短縮できるので、フレームレートを落とすことなく、シェーディングや横線などの画質の劣化を低減できる。
なお、オーバーフロートランジスタ6のオフ駆動パルスを全て遅延させた場合、例えば多重露光などで多数のグローバル転送トランジスタ4およびオーバーフロートランジスタ6を動作させる場合、遅延駆動時間が無視できなくなる。これにより、露光時間を増やす必要が出てくるためフレームレートが低下してしまう。本実施形態では複数回全ての第一のオーバーフロートランジスタ6のオフ駆動パルスを遅延させるのではなく、一部のオフ駆動パルスのみを遅延させている。これにより、フレームレートの低下を招くことなく、電位変動の制定時間の短縮、すなわち、画質劣化の抑制を達成できるとともに、画素の飽和電荷量の増加も可能である。
[変形例]
本実施形態では、オーバーフロートランジスタ6のオフ駆動パルスを遅延させているが、制御線pOFD(m)と接地線11、画素出力線10、電源線12との寄生容量が制御線pGS(m)のそれよりも大きいことを想定しているためである。画素レイアウトによっては電源へ電荷排出を行う制御線pOFD(m)と各配線との寄生容量がpGS(m)と各配線の寄生容量よりも大きく、各配線での過渡的な電位変動の影響が大きくなる。このような場合は、少なくとも制御線pOFD(m)のオフ駆動パルスを遅延させることでノイズの原因となる電位変動を抑制が可能となる。本実施形態はこのような例を述べている。
本実施形態では、オーバーフロートランジスタ6のオフ駆動パルスを遅延させているが、制御線pOFD(m)と接地線11、画素出力線10、電源線12との寄生容量が制御線pGS(m)のそれよりも大きいことを想定しているためである。画素レイアウトによっては電源へ電荷排出を行う制御線pOFD(m)と各配線との寄生容量がpGS(m)と各配線の寄生容量よりも大きく、各配線での過渡的な電位変動の影響が大きくなる。このような場合は、少なくとも制御線pOFD(m)のオフ駆動パルスを遅延させることでノイズの原因となる電位変動を抑制が可能となる。本実施形態はこのような例を述べている。
画素レイアウトによっては、制御線pGS(m)と各配線との寄生容量が制御線pOFD(m)のそれよりも大きくなる場合がある。このような場合は、図示していないが、複数の制御線pGS(m)で電荷信号出力(行読出し)の直前のグローバル転送トランジスタ4のオフ駆動パルスを遅延させるとよい。
また、オーバーフロートランジスタ6のオフ駆動パルスとグローバル転送トランジスタ4の両方について、電荷信号出力(行読出し)の直前のオフ駆動パルスを遅延させてもよい。このようにすれば、一方のオフ駆動パルスを遅延させるよりもさらに電位変動の影響を抑えられる。
<第5実施形態>
[構成]
本実施形態に係る撮像装置の概略構成は第1実施形態(図1)と同様であるが、画素アレイ100に含まれる画素の構成が異なる。図7は、本実施形態に係る撮像装置における画素40の等価回路を示している。図7には行方向及び列方向に2次元配列された複数の画素40のうち、2行×2列の4個の画素40が示されているが、撮像装置はさらに多くの画素40を有している。
[構成]
本実施形態に係る撮像装置の概略構成は第1実施形態(図1)と同様であるが、画素アレイ100に含まれる画素の構成が異なる。図7は、本実施形態に係る撮像装置における画素40の等価回路を示している。図7には行方向及び列方向に2次元配列された複数の画素40のうち、2行×2列の4個の画素40が示されているが、撮像装置はさらに多くの画素40を有している。
複数の画素40の各々は、光電変換部21、第一の電荷保持部22、第二の電荷保持部23、フローティングディフュージョン24、第一のグローバル転送トランジスタ25、第二のグローバル転送トランジスタ26を備える。さらに画素40の各々は、第一の転送トランジスタ27、第二の転送トランジスタ28、選択トランジスタ29、リセットトランジスタ31および増幅トランジスタ32、電源端子33、オーバーフロートランジスタ34を備える。ここで、グローバル転送トランジスタとは、全画素一括して電荷転送を行うグローバル電子シャッタ動作の為のトランジスタを意味する。
光電変換部21は、入射光を光電変換するとともに、光電変換された電荷を蓄積する素子である。第一のグローバル転送トランジスタ25、第二のグローバル転送トランジスタ26はそれぞれオンさせる事により光電変換部21の電荷を第一の電荷保持部22、第二の電荷保持部23に全画素一括して転送する。第一の電荷保持部22、第二の電荷保持部
23は光電変換部21から転送されてきた電荷を保持する。
23は光電変換部21から転送されてきた電荷を保持する。
第一の転送トランジスタ27、第二の転送トランジスタ28は、オンさせる事により第一の電荷保持部22または第二の電荷保持部23の電荷をフローティングディフュージョン24に転送する。増幅トランジスタ32はソースフォロワを構成し、フローティングディフュージョン24の電圧に基づく信号を、選択トランジスタ29を介して、垂直出力線30に出力する。フローティングディフュージョン3および増幅トランジスタ8は、本発明における増幅部に相当する。リセットトランジスタ31は、オンさせる事により、フローティングディフュージョン24の電圧を電源端子33の電圧でリセットする。
同一行の画素40に対しては共通の制御信号が垂直走査回路101から供給される。すなわち、第m行にある全ての画素40のグローバル転送トランジスタ25,26、転送トランジスタ27,28、オーバーフロートランジスタ34、選択トランジスタ29、リセットトランジスタ31に対して、それぞれ共通の制御信号が供給される。各トランジスタへの制御信号は、制御線pGS1(m)、pGS2(m)、pTX1(m)、pTX2(m)、pOFD(m)、pSEL(m)、pRES(m)から供給される。これらのトランジスタは制御信号がハイレベルの時にオン状態となり、ローレベルの時にオフ状態となる。
[撮像動作]
次に、本実施形態の撮像装置の駆動方法およびその機能について、図8Aおよび図8を用いて説明する。図8Aは第4の実施形態に関わる撮像装置の駆動方法の概略概念図であり、図8Bは本実施形態の駆動を実現するための駆動パルス図である。
次に、本実施形態の撮像装置の駆動方法およびその機能について、図8Aおよび図8を用いて説明する。図8Aは第4の実施形態に関わる撮像装置の駆動方法の概略概念図であり、図8Bは本実施形態の駆動を実現するための駆動パルス図である。
まず、図8Aを用いて本実施形態の駆動の概要を述べる。図8Aにおいて、第nフレームの露光期間は時刻T0から始まる。時刻T1になると、時刻T0から時刻T1の蓄積時間に対応する電荷PD1(n)は第一の電荷保持部22に全画素一括して転送される。その後、時刻T1から時刻T2の期間、光電変換部21に蓄積される電荷は、オーバーフロートランジスタ34をオンさせる事により、電源端子33に排出される。またオーバーフロートランジスタ34を介してオーバーフロードレインに電荷が排出される期間を斜線枠で示されている。
時刻T2で光電変換部21への電荷蓄積は再開される。時刻T3になると同様に、時刻T2から時刻T3の間の蓄積時間に対応する電荷PD2(n)が第一の電荷保持部22へと全画素一括して転送される。その後同様にオーバーフロートランジスタ34をオンさせ、電荷の排出が時刻T4まで行われる。時刻T4の後も同様にまず光電変換部21が電荷の蓄積を開始し、時刻T5になると、時刻T4から時刻T5の蓄積時間に相当する電荷PD3(n)が第一の電荷保持部22に全画素一括して転送される。時刻T5の後、第一の電荷保持部22に保持された電荷は、第二の電荷保持部23の読み出しを開始する時刻T11までに読みだされる。
時刻T5の後、時刻T6まで電荷排出を行い、時刻T7では、時刻T6から時刻T7に光電変換部21に蓄積されていた電荷PD4(n)は第二の電荷保持部23に全画素一括して転送される。同様に時刻T7の後、時刻T8まで電荷排出動作を続け、時刻T8になると光電変換部21への電荷の蓄積を開始する。時刻T9に、時刻T8から時刻T9に光電変換部21への蓄積された電荷PD5(n)は第二の電荷保持部23に全画素一括して転送される。その後同様に電荷排出動作が時刻T10まで行われる。時刻T10の後も同様にまず光電変換部21が電荷の蓄積を開始し、時刻T11では、時刻T10から時刻T11に光電変換部21に蓄積された電荷PD6(n)は第二の電荷保持部23に全画素一括して転送される。時刻T11の後、第二の電荷保持部23に保持された電荷は、第n+
1フレーム目の読み出しを開始する時刻T17までに読みだされる。
1フレーム目の読み出しを開始する時刻T17までに読みだされる。
次に、図8Bを用いて、上記駆動を実現するための実際の制御信号のタイミングについて、説明する。時刻T0に制御信号pOFDがローレベルになり、電荷排出動作を終了し、光電変換部21には第nフレーム期間の電荷蓄積が開始される。
時刻T1に制御信号pGS1がハイレベルになり、第一のグローバル転送トランジスタ25をオンさせ、T0からT1期間に光電変換部21に蓄積された電荷は第一の電荷保持部22へ転送される。また、図示はしていないが、時刻T1で第一のグローバル転送トランジスタ25をオンする前に第一の転送トランジスタ27をオンすることで、メモリのリセットをしている。時刻T1の後、制御信号pGS1がローレベルになると、制御信号pOFDはハイレベルとなり、電荷排出動作を開始する。時刻T2に電荷排出動作を終えると、光電変換部1は電荷蓄積を再開する。その後、時刻T6まで同様の動作を繰り返す。時刻T5の後、制御信号pGS1がローレベルとなり、第一のグローバル転送トランジスタ25がオフされると、第一の電荷保持部22の電荷の読み出しが行われる。読み出しの方法は第1実施形態と同一である。
時刻T6に制御信号pOFDがローレベルとなり、電荷排出動作を終了すると、光電変換部21は電荷の蓄積を再開する。時刻T7に制御信号pGS2がハイレベルになり、第二のグローバル転送トランジスタ26をオンされると、時刻T6から時刻T7の間に光電変換部21に蓄積された電荷は第二の電荷保持部23に全画素一括して転送される。また、図示はしていないが、時刻T7で第二のグローバル転送トランジスタ26をオンする前に第二の転送トランジスタ28をオンすることで、メモリのリセットをしている。時刻T7の後、制御信号pGS2がローレベルになり第二のグローバル転送トランジスタ26がオフされると、制御信号pOFDがハイレベルとなりOFD動作を開始する。以後、同様の動作を時刻T12まで繰り返す。時刻T11の後、制御信号pGS2がローレベルになり、第二のグローバル転送トランジスタ26がオフされると、第二の電荷保持部23の電荷の読み出しが開始する。
ここで、あるm行目の電荷読み出しは、まず制御信号pSEL(m)がハイレベルとなり行選択を行う事から始まる。次に、制御信号pRES1(m)がハイレベルとなりリセットトランジスタ31をオンさせる。この時、フローティングディフュージョン24に存在する電荷は電源端子33に排出される。この後、制御信号pTX1(m)またはpTX2(m)がハイレベルとなり、転送トランジスタ27または28をオンさせ、電荷保持部22または23に保持されていた第nフレーム目の信号電荷はフローティングディフュージョン24に転送される。フローティングディフュージョン24に転送後、フローティングディフュージョン24の電位はソースフォロワ動作によって増幅され、垂直出力線30に読み出される。
本実施形態では1回の露光で生じる光電変換部21の電荷を3回にわたり第一の電荷保持部22および第二の電荷保持部23に転送しているが、3回に限定しているわけではなく、2回以上の複数回の転送であればいい。
また、本実施形態の動作では、図8Bの時刻T1、T7、T13、T19のみにおいて、第一のグローバル転送トランジスタ25または第二のグローバル転送トランジスタ26のパルスが全画素同時にオフする駆動パルスを遅延させている。時刻T1、T7、T13、T19は、第一のグローバル転送トランジスタ25または第二のグローバル転送トランジスタ26を全画素同時にオフするタイミングが、電荷信号出力(行読出し)と重複するタイミングである。すなわち、本実施形態では、第一のグローバル転送トランジスタ25および第二のグローバル転送トランジスタ26のオフ駆動パルスの全てを遅延させるので
はなく、電荷信号出力(行読出し)期間に重複する期間のオフ駆動パルスを遅延させる。
はなく、電荷信号出力(行読出し)期間に重複する期間のオフ駆動パルスを遅延させる。
本実施形態の図8Aでは、説明のため電荷信号出力(行読出し)を時刻T8で終了するものとして示している。しかしながら、読み出し行数が多い場合は、その読み出し期間に重なるパルスの第一のグローバル転送トランジスタ25および第二のグローバル転送トランジスタ26の複数のオフ駆動パルスを遅延させればよい。
[効果]
グローバル転送トランジスタ25,26をオフすることにより、制御線pGS1(m),pGS2(m)の電位変化が発生し、それがノイズとして画質に影響を与えていた。本実施形態では、電荷信号出力(行読出し)の期間に重なるグローバル転送トランジスタ25,26のオフ駆動パルスを遅延させる。これにより、寄生容量を介して接地線35、垂直出力線30、電源線33に伝搬していた各配線での過渡的な電位変動幅を大幅に抑制させることが可能となり、ノイズを低減できる。そのため、シェーディングや横線などの画質の劣化を低減できる。
グローバル転送トランジスタ25,26をオフすることにより、制御線pGS1(m),pGS2(m)の電位変化が発生し、それがノイズとして画質に影響を与えていた。本実施形態では、電荷信号出力(行読出し)の期間に重なるグローバル転送トランジスタ25,26のオフ駆動パルスを遅延させる。これにより、寄生容量を介して接地線35、垂直出力線30、電源線33に伝搬していた各配線での過渡的な電位変動幅を大幅に抑制させることが可能となり、ノイズを低減できる。そのため、シェーディングや横線などの画質の劣化を低減できる。
複数回、第一のグローバル転送トランジスタ25および第二のグローバル転送トランジスタ26のオフ駆動パルスの全てを遅延させた場合、例えば多重露光などで多数のグローバル転送トランジスタを動作させる場合、遅延駆動時間が無視できなくなる。これにより、露光時間を増やす必要が出てくるためフレームレートが低下してしまう。本実施形態では、第一のグローバル転送トランジスタ25および第二のグローバル転送トランジスタ26のオフ駆動パルスの全てを遅延させるのではなく、電荷信号出力(行読出し)に重なるオフ駆動パルスのみを遅延させている。これにより、過渡的な電位変動幅を大幅に抑制し、ノイズ低減することで画質劣化を防げる。
[変形例]
本実施形態においても、第一のグローバル転送トランジスタ25および第二のグローバル転送トランジスタ26の、オフ駆動パルスではなくオン駆動パルスを遅延させてもよいし、オフ駆動パルスとオン駆動パルスの両方を遅延させてもよい。また、グローバル転送トランジスタの駆動パルスだけでなく、オーバーフロートランジスタ34の駆動パルス(オン駆動パルスおよび/またはオフ駆動パルス)を遅延させてもよい。この場合も、遅延させるのは、電荷信号出力(行読出し)の期間に重なるオーバーフロートランジスタ34の駆動パルスだけで十分である。
本実施形態においても、第一のグローバル転送トランジスタ25および第二のグローバル転送トランジスタ26の、オフ駆動パルスではなくオン駆動パルスを遅延させてもよいし、オフ駆動パルスとオン駆動パルスの両方を遅延させてもよい。また、グローバル転送トランジスタの駆動パルスだけでなく、オーバーフロートランジスタ34の駆動パルス(オン駆動パルスおよび/またはオフ駆動パルス)を遅延させてもよい。この場合も、遅延させるのは、電荷信号出力(行読出し)の期間に重なるオーバーフロートランジスタ34の駆動パルスだけで十分である。
<第6実施形態>
本発明の第6実施形態による撮像システムについて、図10を用いて説明する。図10は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
本発明の第6実施形態による撮像システムについて、図10を用いて説明する。図10は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
上記第1乃至第5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。適用可能な撮像システムとしては、特に限定されるものではないが、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星、医療用カメラなどの各種の機器が挙げられる。また、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、撮像システムに含まれる。図10にはこれらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。
撮像システム500は、図10に示すように、撮像装置100、撮像光学系502、CPU510、レンズ制御部512、撮像装置制御部514、画像処理部516、絞りシャッタ制御部518、表示部520、操作スイッチ522、記録媒体524を備える。
撮像光学系502は、被写体の光学像を形成するための光学系であり、レンズ群、絞り
504等を含む。絞り504は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行なう機能を備えるほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしての機能も備える。レンズ群及び絞り504は、光軸方向に沿って進退可能に保持されており、これらの連動した動作によって変倍機能(ズーム機能)や焦点調節機能を実現する。撮像光学系502は、撮像システムに一体化されていてもよいし、撮像システムへの装着が可能な撮像レンズでもよい。
504等を含む。絞り504は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行なう機能を備えるほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしての機能も備える。レンズ群及び絞り504は、光軸方向に沿って進退可能に保持されており、これらの連動した動作によって変倍機能(ズーム機能)や焦点調節機能を実現する。撮像光学系502は、撮像システムに一体化されていてもよいし、撮像システムへの装着が可能な撮像レンズでもよい。
撮像光学系502の像空間には、その撮像面が位置するように撮像装置100が配置されている。撮像装置100は、第1乃至第5実施形態で説明した撮像装置であり、CMOSセンサ(画素部)とその周辺回路(周辺回路領域)とを含んで構成される。撮像装置100は、複数の光電変換部を有する画素が2次元配置され、これらの画素に対してカラーフィルタが配置されることで、2次元単板カラーセンサを構成している。撮像装置100は、撮像光学系502により結像された被写体像を光電変換し、画像信号や焦点検出信号として出力する。
レンズ制御部512は、撮像光学系502のレンズ群の進退駆動を制御して変倍操作や焦点調節を行うためのものであり、その機能を実現するように構成された回路や処理装置により構成されている。絞りシャッタ制御部518は、絞り504の開口径を変化して(絞り値を可変として)撮影光量を調節するためのものであり、その機能を実現するように構成された回路や処理装置により構成される。
CPU510は、カメラ本体の種々の制御を司るカメラ内の制御装置であり、演算部、ROM、RAM、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ、通信インターフェイス回路等を含む。CPU510は、ROM等に記憶されたコンピュータプログラムに従ってカメラ内の各部の動作を制御し、撮像光学系502の焦点状態の検出(焦点検出)を含むAF、撮像、画像処理、記録等の一連の撮影動作を実行する。CPU510は、信号処理部でもある。
撮像装置制御部514は、撮像装置100の動作を制御するとともに、撮像装置100から出力された信号をA/D変換してCPU510に送信するためのものであり、それら機能を実現するように構成された回路や制御装置により構成される。A/D変換機能は、撮像装置100が備えていてもかまわない。画像処理部516は、A/D変換された信号に対してγ変換やカラー補間等の画像処理を行って画像信号を生成する処理装置であり、その機能を実現するように構成された回路や制御装置により構成される。表示部520は、液晶表示装置(LCD)等の表示装置であり、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像、撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態等を表示する。操作スイッチ522は、電源スイッチ、レリーズ(撮影トリガ)スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。記録媒体524は、撮影済み画像等を記録するためのものであり、撮像システムに内蔵されたものでもよいし、メモリカード等の着脱可能なものでもよい。
このようにして、第1乃至第5実施形態による撮像装置100を適用した撮像システム500を構成することにより、高性能の撮像システムを実現することができる。
<第7実施形態>
本発明の第7実施形態による撮像システム及び移動体について、図11A及び図11Bを用いて説明する。図11A及び図11Bは、本実施形態による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。
本発明の第7実施形態による撮像システム及び移動体について、図11A及び図11Bを用いて説明する。図11A及び図11Bは、本実施形態による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。
図11Aは、車載カメラに関する撮像システム400の一例を示したものである。撮像
システム400は、撮像装置410を有する。撮像装置410は、上述の第1乃至第5実施形態に記載の撮像装置のいずれかである。撮像システム400は、撮像装置410により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う処理装置である画像処理部412と、撮像装置410により取得された複数の画像データから視差(視差画像の位相差)の算出を行う処理装置である視差取得部414を有する。また、撮像システム400は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する処理装置である距離取得部416と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する処理装置である衝突判定部418と、を有する。ここで、視差取得部414や距離取得部416は、対象物までの距離情報等の情報を取得する情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部418はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。上述の処理装置は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールに基づいて演算を行う汎用のハードウェアによって実現されてもよい。また、処理装置はFPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
システム400は、撮像装置410を有する。撮像装置410は、上述の第1乃至第5実施形態に記載の撮像装置のいずれかである。撮像システム400は、撮像装置410により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う処理装置である画像処理部412と、撮像装置410により取得された複数の画像データから視差(視差画像の位相差)の算出を行う処理装置である視差取得部414を有する。また、撮像システム400は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する処理装置である距離取得部416と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する処理装置である衝突判定部418と、を有する。ここで、視差取得部414や距離取得部416は、対象物までの距離情報等の情報を取得する情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部418はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。上述の処理装置は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールに基づいて演算を行う汎用のハードウェアによって実現されてもよい。また、処理装置はFPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
撮像システム400は、車両情報取得装置420と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム400は、衝突判定部418での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ECU430が接続されている。すなわち、制御ECU430は、距離情報に基づいて移動体を制御する移動体制御手段の一例である。また、撮像システム400は、衝突判定部418での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置440とも接続されている。例えば、衝突判定部418の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ECU430はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置440は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム400で撮像する。図11Bに、車両前方(撮像範囲450)を撮像する場合の撮像システム400を示した。車両情報取得装置420は、撮像システム400を動作させ撮像を実行させるように指示を送る。上述の第1乃至第5実施形態の撮像装置を撮像装置410として用いることにより、本実施形態の撮像システム400は、測距の精度をより向上させることができる。
以上の説明では、他の車両と衝突しないように制御する例を述べたが、他の車両に追従して自動運転する制御、車線からはみ出さないように自動運転する制御等にも適用可能である。更に、撮像システムは、自動車等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体(輸送機器)に適用することができる。移動体(輸送機器)における移動装置はエンジン、モーター、車輪、プロペラなどの各種の駆動源である。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム(ITS)等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
<その他の実施形態>
撮像装置は、画素が設けられた第1半導体チップと、読み出し回路(増幅器)が設けられた第2半導体チップとを積層した構造(チップ積層構造)を有していてもよい。第2半導体チップにおける読み出し回路(増幅器)は、それぞれ、第1半導体チップの画素列に対応した列回路とすることができる。また、第2半導体チップにおける読み出し回路(増幅器)は、それぞれ、第1半導体チップの画素あるいは画素ブロックに対応したマトリックス回路とすることもできる。第1半導体チップと第2半導体チップとの接続は貫通電極(TSV)、銅(Cu)等の金属の直接接合によるチップ間配線、チップ間のマイクロバ
ンプによる接続などを採用することができる。
撮像装置は、画素が設けられた第1半導体チップと、読み出し回路(増幅器)が設けられた第2半導体チップとを積層した構造(チップ積層構造)を有していてもよい。第2半導体チップにおける読み出し回路(増幅器)は、それぞれ、第1半導体チップの画素列に対応した列回路とすることができる。また、第2半導体チップにおける読み出し回路(増幅器)は、それぞれ、第1半導体チップの画素あるいは画素ブロックに対応したマトリックス回路とすることもできる。第1半導体チップと第2半導体チップとの接続は貫通電極(TSV)、銅(Cu)等の金属の直接接合によるチップ間配線、チップ間のマイクロバ
ンプによる接続などを採用することができる。
1:光電変換部,2:電荷保持部,3:フローティングディフュージョン
4:グローバル転送トランジスタ,5:転送トランジスタ
6:オーバーフロートランジスタ,8:増幅トランジスタ
4:グローバル転送トランジスタ,5:転送トランジスタ
6:オーバーフロートランジスタ,8:増幅トランジスタ
Claims (6)
- 光電変換によって生じた電荷を蓄積する光電変換部と、
電荷を保持する保持部と、
電荷に基づく信号を出力する増幅部と、
オン状態の時に前記光電変換部に蓄積された電荷を前記保持部に転送する第一の転送トランジスタと、
オン状態の時に前記保持部に保持された電荷を前記増幅部に転送する第二の転送トランジスタと、
オン状態の時に前記光電変換部に蓄積された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であって、
前記第一の転送トランジスタと前記オーバーフロートランジスタの少なくともいずれかは、前記複数の画素について同時に駆動する一括駆動制御が行われ、
前記一括駆動制御において、前記保持部に保持された電荷を前記増幅部に転送する電荷信号出力期間と重複または近接する期間では、前記第一の転送トランジスタまたは前記オーバーフロートランジスタを駆動するパルスのオンからオフまたはオフからオンへの切替時間が、前記電荷信号出力期間と重複または近接する期間以外での切替時間と比較して長い、
ことを特徴とする撮像装置。 - 前記第一の転送トランジスタは、1フレームの期間に、前記光電変換部から前記保持部への電荷の転送動作を複数回行い、
前記複数回の転送動作のうち、前記電荷信号出力期間に近接する一回または複数回の転送動作では、前記第一の転送トランジスタを駆動するパルスのオンからオフまたはオフからオンへの切替時間が、前記電荷信号出力期間と近接する一回または複数回以外での転送動作での切替時間と比較して長い、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記オーバーフロートランジスタは、1フレームの期間に、前記光電変換部に蓄積された電荷の排出動作を複数回行い、
前記複数回の排出動作うち、前記電荷信号出力期間に近接する一回または複数回の排出動作では、前記オーバーフロートランジスタを駆動するパルスのオンからオフまたはオフからオンへの切替時間が、前記電荷信号出力期間と近接する一回または複数回以外での転送動作での切替時間と比較して長い、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。 - 光電変換によって生じた電荷を蓄積する光電変換部と、
電荷を保持する第一の保持部と、
電荷を保持する第二の保持部と、
電荷に基づく信号を出力する増幅部と、
オン状態の時に前記光電変換部に蓄積された電荷を前記第一の保持部に転送する第一の転送トランジスタと、
オン状態の時に前記第一の保持部に保持された電荷を前記増幅部に転送する第二の転送トランジスタと、
オン状態の時に前記光電変換部に蓄積された電荷を前記第二の保持部に転送する第三の転送トランジスタと、
オン状態の時に前記第二の保持部に保持された電荷を前記増幅部に転送する第四の転送トランジスタと、
オン状態の時に前記光電変換部に蓄積された電荷を排出するオーバーフロートランジス
タと、
をそれぞれ有する複数の画素を備える撮像装置であって、
前記第一の転送トランジスタと前記第三の転送トランジスタと前記オーバーフロートランジスタの少なくともいずれかは、前記複数の画素について同時に駆動する一括駆動制御が行われ、
前記一括駆動制御において、前記保持部に保持された電荷を前記増幅部に転送する電荷信号出力期間と重複または近接する期間では、前記第一の転送トランジスタ、前記第三の転送トランジスタまたは前記オーバーフロートランジスタを駆動するパルスのオンからオフまたはオフからオンへの切替時間が、前記電荷信号出力期間と重複または近接する期間以外での切替時間と比較して長い、
ことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1〜4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る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。 - 移動体であって、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の撮像装置と、
移動装置と、
前記撮像装置から出力される信号から情報を取得する処理装置と、
前記情報に基づいて前記移動装置を制御する制御装置と、
を有することを特徴とする移動体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018026210A JP2019145911A (ja) | 2018-02-16 | 2018-02-16 | 撮像装置、撮像システム、および移動体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2018026210A JP2019145911A (ja) | 2018-02-16 | 2018-02-16 | 撮像装置、撮像システム、および移動体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2019145911A true JP2019145911A (ja) | 2019-08-29 |
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ID=67772805
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2018026210A Pending JP2019145911A (ja) | 2018-02-16 | 2018-02-16 | 撮像装置、撮像システム、および移動体 |
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-
2018
- 2018-02-16 JP JP2018026210A patent/JP2019145911A/ja active Pending
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