JP2020036330A - 撮像装置および撮像素子 - Google Patents
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Abstract
Description
発明の第2の態様による撮像装置は、光学系からの光を電荷に変換する光電変換部を有する複数の画素と、前記複数の画素のうち、第1領域において配置される複数の第1画素に接続され、前記第1画素を制御するための第1制御信号が出力される第1制御線と、前記複数の画素のうち、前記第1領域から行方向側に位置する第2領域において複数の第2画素に接続され、前記第2画素を制御するための第2制御信号が出力される前記第1制御線とは異なる第2制御線と、を有する撮像素子と、前記第1画素から出力される第1信号を用いて前記光学系に含まれるレンズの駆動を制御し、前記第2画素から出力される第2信号を用いて露出演算を行う制御部と、を備える。
発明の第3の態様による撮像装置は、光学系からの光を電荷に変換する光電変換部を有する複数の画素と、前記複数の画素のうち、第1領域において配置される複数の第1画素に接続され、前記第1画素を制御するための第1制御信号が出力される第1制御線と、前記複数の画素のうち、前記第1領域から行方向側に位置する第2領域において配置される複数の第2画素に接続され、前記第2画素を制御するための第2制御信号が出力される前記第1制御線とは異なる第2制御線と、を有する撮像素子と、前記第1画素から出力される第1信号を用いて前記光学系に含まれるレンズの駆動を制御し、前記第2画素から出力される第2信号を用いてホワイトバランス調整を行う制御部と、を備える。
発明の第4の態様による撮像素子は、光学系からの光を電荷に変換する光電変換部を有する複数の画素を備える撮像素子であって、前記複数の画素のうち、第1領域において配置され、前記光学系に含まれるレンズの駆動を制御するために用いられる第1信号が出力される複数の第1画素と、前記複数の画素のうち、前記第1領域から行方向側の第2領域に配置され、画像データの生成するために用いられる第2信号が出力される複数の第2画素と、前記複数の第1画素に接続され、前記第1画素を制御するための第1制御信号が出力される第1制御線と、前記複数の第2画素に接続され、前記第2画素を制御するための第2制御信号が出力される前記第1制御線とは異なる第2制御線と、を備える。
発明の第5の態様による撮像素子は、光学系からの光を電荷に変換する光電変換部を有する複数の画素を備える撮像素子であって、前記複数の画素のうち、第1領域において配置され、前記光学系に含まれるレンズの駆動を制御するために用いられる第1信号が出力される複数の第1画素と、前記複数の画素のうち、前記第1領域から行方向側の第2領域に配置され、露出演算を行うために用いられる第2信号が出力される複数の第2画素と、前記複数の第1画素に接続され、前記第1画素を制御するための第1制御信号が出力される第1制御線と、前記複数の第2画素に接続され、前記第2画素を制御するための第2制御信号が出力される前記第1制御線とは異なる第2制御線と、を備える。
発明の第6の態様による撮像素子は、光学系からの光を電荷に変換する光電変換部を有する複数の画素を備える撮像素子であって、前記複数の画素のうち、第1領域において配置され、前記光学系に含まれるレンズの駆動を制御するために用いられる第1信号が出力される複数の第1画素と、前記複数の画素のうち、前記第1領域から行方向側の第2領域に配置され、ホワイトバランス調整を行うために用いられる第2信号が出力される複数の第2画素と、前記複数の第1画素に接続され、前記第1画素を制御するための第1制御信号が出力される第1制御線と、前記複数の第2画素に接続され、前記第2画素を制御するための第2制御信号が出力される前記第1制御線とは異なる第2制御線と、を備える。
(第一の実施形態)
<積層型撮像素子の説明>
始めに、本発明の第一の実施形態による電子機器(例えば撮像装置1)に搭載する積層型撮像素子100について説明する。なお、この積層型撮像素子100は、本願出願人が先に出願した特願2012−139026号に記載されているものである。図1は、積層型撮像素子100の断面図である。撮像素子100は、入射光に対応した画素信号を出力する裏面照射型撮像チップ113と、画素信号を処理する信号処理チップ111と、画素信号を記憶するメモリチップ112とを備える。これら撮像チップ113、信号処理チップ111およびメモリチップ112は積層されており、Cu等の導電性を有するバンプ109により互いに電気的に接続される。
図5は、上述した撮像素子100を有する撮像装置1の構成を例示するブロック図である。図5において、撮像装置1は、撮像光学系10、撮像部20、画像処理部30、ワークメモリ40、表示部50、記録部60、および制御部70を有する。
第一の実施形態では、画面内にAF領域とAE領域という概念を導入し、上記複数のブロックに対応させる。図6は、撮像素子100(撮像チップ113)におけるAF領域およびAE領域の配置を例示する図である。図6において、斜線を付した部分がAE領域を表し、白い部分がAF領域を表す。第一の実施形態では、AF領域およびAE領域を市松模様状に配置するようにあらかじめ定めておく。制御部70は、例えばライブビュー画像取得時において、撮像素子100のAF領域から出力される信号を用いて、AF演算部71で焦点検出処理を行う。
図9は、第一の実施形態において、撮像装置1の制御部70が実行する撮影動作の流れを説明するフローチャートである。制御部70は、不図示のON-OFFスイッチがオン操作され、撮像装置1の各部に対して通電が行われている場合に、図9による処理を繰り返し起動させる。図9のステップS101において、制御部70は、AF領域およびAE領域用のフレームレート、ゲインなどの制御パラメータをそれぞれ決定してステップS102へ進む。例えば、後述するステップS102、S104、S105において適用する値を、プログラムデータから読み出して用意しておく。
(1)撮像装置1は、露出演算処理に用いる信号と焦点調節状態の検出に用いる信号とをそれぞれ適切なレベルで得られるから、露出演算や焦点調節をすみやかに精度よく行ない得る。この結果、使い勝手のよい電子機器を実現できる。
上述した第一の実施形態では、撮像素子100(撮像チップ113)におけるAF領域とAE領域の配置をあらかじめ定めておく例を説明したが、第二の実施形態では、撮像素子100(撮像チップ113)におけるAF領域とAE領域の配置を、ライブビュー画像に基づくシーン認識を経て決定する。なお、撮像装置1の構成は第一の実施形態において説明した図5の構成と同様であるので、構成についての説明は省略する。
図12は、第二の実施形態において、撮像装置1の制御部70が実行する撮影動作の流れを説明するフローチャートである。図9に例示した第一の実施形態におけるフローチャートと比べて、ステップS104Bおよび105Bの処理が異なるので、これらの相違点を中心に説明する。
(1)撮像装置1は、画面の中で露出演算の対象とする位置、および焦点調節の対象とする位置を、シーン解析結果に基づいて可変することができる。
上述した第一の実施形態および第二の実施形態に係る撮像装置1を、高機能携帯電話機、またはタブレット端末によって構成してもよい。この場合、高機能携帯電話機(またはタブレット端末)に搭載されるカメラユニットを、上記積層型撮像素子100を用いて構成する。
上述した説明では、AE領域から取得された画像に基づいて、制御パラメータの微調整と、ホワイトバランス調整値の決定とを行う例を説明した。この代わりに、AF領域およびAE領域と別にAWB領域を新たに設けてもよい。そして、撮像素子100(撮像チップ113)を、ライブビュー画像を取得する際、AF領域と、AE領域と、AWB領域とにおいてそれぞれ異なる制御パラメータ(フレームレート、ゲインなど)で蓄積制御する。
10…撮像光学系
20…撮像部
30…画像処理部
40…ワークメモリ
50…表示部
51…液晶表示パネル
52…タッチパネル
60…記録部
70…制御部
71…AF演算部
72…AE、AWB演算部
100…撮像素子
109…バンプ
111…信号処理チップ
112…メモリチップ
113…撮像チップ
131…単位領域
日本国特許出願2013年第037617号(2013年2月27日出願)
Claims (30)
- 光学系からの光を電荷に変換する光電変換部を有する複数の画素と、前記複数の画素のうち、第1領域において配置される複数の第1画素に接続され、前記第1画素を制御するための第1制御信号が出力される第1制御線と、前記複数の画素のうち、前記第1領域から行方向側に位置する第2領域において配置される複数の第2画素に接続され、前記第2画素を制御するための第2制御信号が出力される前記第1制御線とは異なる第2制御線と、を有する撮像素子と、
前記第1画素から出力される第1信号を用いて前記光学系に含まれるレンズの駆動を制御し、前記第2画素から出力される第2信号を用いて画像データを生成する制御部と、
を備える撮像装置。 - 光学系からの光を電荷に変換する光電変換部を有する複数の画素と、前記複数の画素のうち、第1領域において配置される複数の第1画素に接続され、前記第1画素を制御するための第1制御信号が出力される第1制御線と、前記複数の画素のうち、前記第1領域から行方向側に位置する第2領域において複数の第2画素に接続され、前記第2画素を制御するための第2制御信号が出力される前記第1制御線とは異なる第2制御線と、を有する撮像素子と、
前記第1画素から出力される第1信号を用いて前記光学系に含まれるレンズの駆動を制御し、前記第2画素から出力される第2信号を用いて露出演算を行う制御部と、
を備える撮像装置。 - 光学系からの光を電荷に変換する光電変換部を有する複数の画素と、前記複数の画素のうち、第1領域において配置される複数の第1画素に接続され、前記第1画素を制御するための第1制御信号が出力される第1制御線と、前記複数の画素のうち、前記第1領域から行方向側に位置する第2領域において配置される複数の第2画素に接続され、前記第2画素を制御するための第2制御信号が出力される前記第1制御線とは異なる第2制御線と、を有する撮像素子と、
前記第1画素から出力される第1信号を用いて前記光学系に含まれるレンズの駆動を制御し、前記第2画素から出力される第2信号を用いてホワイトバランス調整を行う制御部と、
を備える撮像装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記第2制御信号は、前記第1制御信号が前記第1制御線に出力されるタイミングとは異なるタイミングで前記第2制御線に出力される撮像装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記複数の画素は、前記光電変換部に接続される回路部をそれぞれ有し、
前記第1制御線は、前記回路部のうち、前記第1画素が有する第1回路部に接続され、
前記第2制御線は、前記回路部のうち、前記第2画素が有する第2回路部に接続される撮像装置。 - 請求項5に記載の撮像装置において、
前記第1回路部は、第1ゲート部を有する第1トランジスタを有し、
前記第2回路部は、第2ゲート部を有する第2トランジスタを有し、
前記第1制御線は、前記第1ゲート部に接続され、
前記第2制御線は、前記第2ゲート部に接続される撮像装置。 - 請求項6に記載の撮像装置において、
前記第1トランジスタは、前記第1制御信号により、前記第1画素の光電変換部で変換された電荷を転送し、
前記第2トランジスタは、前記第2制御信号により、前記第2画素の光電変換部で変換された電荷を転送する撮像装置。 - 請求項6に記載の撮像装置において、
前記第1トランジスタは、前記第1制御信号により、前記第1画素の光電変換部からの電荷が転送される第1フローティングディフュージョンの電位をリセットし、
前記第2トランジスタは、前記第2制御信号により、前記第2画素の光電変換部からの電荷が転送される第2フローティングディフュージョンの電位をリセットする撮像装置。 - 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記撮像素子は、前記第1画素に接続され、前記第1信号が出力される第1出力線と、前記第2画素に接続され、前記第2信号が出力される前記第1出力線とは異なる第2出力線と、を有する撮像装置。 - 請求項9に記載の撮像装置において、
前記撮像素子は、前記第1出力線に接続され、前記第1出力線に電流を供給する第1電流源と、前記第2出力線に接続され、前記第2出力線に電流を供給する第2電流源と、を有する撮像装置。 - 請求項9または請求項10に記載の撮像装置において、
前記撮像素子は、前記第1出力線に接続され、前記第1出力線に出力される前記第1信号に対して信号処理を行う第1信号処理回路と、前記第2出力線に接続され、前記第2出力線に出力される前記第2信号に対して信号処理を行う第2信号処理回路と、を有し、
前記制御部は、前記第1信号処理回路により信号処理が行われた前記第1信号と前記第2信号処理回路により信号処理が行われた前記第2信号とがそれぞれ入力される撮像装置。 - 請求項11に記載の撮像装置において、
前記第1信号処理回路は、前記第1信号をデジタル信号に変換するための第1変換回路を有し、
前記第2信号処理回路は、前記第2信号をデジタル信号に変換するための第2変換回路を有する撮像装置。 - 請求項12に記載の撮像装置において、
前記撮像素子は、前記複数の画素が配置される撮像チップと、前記第1変換回路の少なくとも一部の回路と前記第2変換回路の少なくとも一部の回路とが配置される信号処理チップと、を有する撮像装置。 - 請求項13に記載の撮像装置において、
前記撮像チップは、前記信号処理チップにより積層される撮像装置。 - 請求項1から請求項14のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記複数の第1画素は、前記第1領域において前記行方向にそれぞれ並んで配置され、
前記複数の第2画素は、前記第2領域において前記行方向にそれぞれ並んで配置される撮像装置。 - 請求項1から請求項15のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記複数の第1画素は、前記第1領域において列方向にそれぞれ並んで配置され、
前記複数の第2画素は、前記第2領域において前記列方向にそれぞれ並んで配置される撮像装置。 - 光学系からの光を電荷に変換する光電変換部を有する複数の画素を備える撮像素子であって、
前記複数の画素のうち、第1領域において配置され、前記光学系に含まれるレンズの駆動を制御するために用いられる第1信号が出力される複数の第1画素と、
前記複数の画素のうち、前記第1領域から行方向側の第2領域に配置され、画像データの生成するために用いられる第2信号が出力される複数の第2画素と、
前記複数の第1画素に接続され、前記第1画素を制御するための第1制御信号が出力される第1制御線と、
前記複数の第2画素に接続され、前記第2画素を制御するための第2制御信号が出力される前記第1制御線とは異なる第2制御線と、
を備える撮像素子。 - 光学系からの光を電荷に変換する光電変換部を有する複数の画素を備える撮像素子であって、
前記複数の画素のうち、第1領域において配置され、前記光学系に含まれるレンズの駆動を制御するために用いられる第1信号が出力される複数の第1画素と、
前記複数の画素のうち、前記第1領域から行方向側の第2領域に配置され、露出演算を行うために用いられる第2信号が出力される複数の第2画素と、
前記複数の第1画素に接続され、前記第1画素を制御するための第1制御信号が出力される第1制御線と、
前記複数の第2画素に接続され、前記第2画素を制御するための第2制御信号が出力される前記第1制御線とは異なる第2制御線と、
を備える撮像素子。 - 光学系からの光を電荷に変換する光電変換部を有する複数の画素を備える撮像素子であって、
前記複数の画素のうち、第1領域において配置され、前記光学系に含まれるレンズの駆動を制御するために用いられる第1信号が出力される複数の第1画素と、
前記複数の画素のうち、前記第1領域から行方向側の第2領域に配置され、ホワイトバランス調整を行うために用いられる第2信号が出力される複数の第2画素と、
前記複数の第1画素に接続され、前記第1画素を制御するための第1制御信号が出力される第1制御線と、
前記複数の第2画素に接続され、前記第2画素を制御するための第2制御信号が出力される前記第1制御線とは異なる第2制御線と、
を備える撮像素子。 - 請求項17から請求項19のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第2制御信号は、前記第1制御信号が前記第1制御線に出力されるタイミングとは異なるタイミングで前記第2制御線に出力される撮像素子。 - 請求項17から請求項20のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1画素は、前記第1制御線に接続され、光電変換された電荷を転送する第1転送部を有し、
前記第2画素は、前記第2制御線に接続され、光電変換された電荷を転送する第2転送部を有する撮像素子。 - 請求項17から請求項20のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1画素は、前記第1制御線に接続され、光電変換された電荷が転送される第1フローティングディフュージョンの電位をリセットする第1リセット部を有し、
前記第2画素は、前記第2制御線に接続され、光電変換された電荷が転送される第2フローティングディフュージョンの電位をリセットする第2リセット部を有する撮像素子。 - 請求項17から請求項22のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1画素に接続され、前記第1信号が出力される第1出力線と、
前記第2画素に接続され、前記第2信号が出力される前記第1出力線とは異なる第2出力線と、
を備える撮像素子。 - 請求項23に記載の撮像素子において、
前記第1出力線に接続され、前記第1出力線に電流を供給する第1電流源と、
前記第2出力線に接続され、前記第2出力線に電流を供給する第2電流源と、
を備える撮像素子。 - 請求項23または請求項24に記載の撮像素子において、
前記第1出力線に接続され、前記第1出力線に出力される前記第1信号に対して信号処理を行う第1信号処理回路と、
前記第2出力線に接続され、前記第2出力線に出力される前記第2信号に対して信号処理を行う第2信号処理回路と、
を備える撮像素子。 - 請求項25に記載の撮像素子において、
前記第1信号処理回路は、前記第1信号をデジタル信号に変換するための第1変換回路を有し、
前記第2信号処理回路は、前記第2信号をデジタル信号に変換するための第2変換回路を有する撮像素子。 - 請求項26に記載の撮像素子において、
前記複数の第1画素と前記複数の第2画素とは撮像チップに配置され、
前記第1変換回路の少なくとも一部の回路と前記第2変換回路の少なくとも一部の回路とは、前記撮像チップとは異なる信号処理チップに配置される撮像素子。 - 請求項27に記載の撮像素子において、
前記撮像チップは、前記信号処理チップにより積層される撮像素子。 - 請求項17から請求項28のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記複数の第1画素は、前記第1領域において前記行方向にそれぞれ並んで配置され、
前記複数の第2画素は、前記第2領域において前記行方向にそれぞれ並んで配置される撮像素子。 - 請求項17から請求項29のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記複数の第1画素は、前記第1領域において列方向にそれぞれ並んで配置され、
前記複数の第2画素は、前記第2領域において前記列方向にそれぞれ並んで配置される撮像素子。
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